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JP7347750B2 - Verification device, learning device, method, and program - Google Patents
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JP7347750B2 - Verification device, learning device, method, and program - Google Patents

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Description

本発明は、照合装置、学習装置、方法、及びプログラムに係り、特に、時系列データを照合するための照合装置、学習装置、方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a verification device, a learning device, a method, and a program, and particularly relates to a verification device, a learning device, a method, and a program for verifying time-series data.

近年、本人以外の第三者が認証されることを防止するために、セキュリティ、電子政府、医療、教育、銀行、保険等の分野で生体認証技術の需要が高まっている。声紋や指紋に依存する従来の生体認証方法を補完ないし代用するものとして、体調などの不確定要因に影響されにくく、また認証対象者に大きな心理的負担を与えず、認証対象者にとって比較的平易な方法であり、しかも安価で個人認証を行うことができる、手書きの署名を用いる個人認証の技術が期待されている。広く使われている署名認証技術は、例えばタブレット端末上のディスプレイに電子ペンによって署名を入力するような署名収集装置を用い、当該装置から収集された電子ペンの先端の位置情報(座標)や筆圧情報等の多変数時系列データを、署名情報として扱う。認証の際には、入力された署名情報(認証対象署名)とデータベースに予め登録された1個以上の署名情報(テンプレート署名)と比較して認証結果を出力する。当該技術における特に重要な課題として、署名情報の照合方法すなわち認証対象署名とテンプレート署名との距離を測定する方法が挙げられる。 In recent years, demand for biometric authentication technology has been increasing in fields such as security, e-government, medical care, education, banking, and insurance to prevent third parties other than the person from being authenticated. As a supplement or substitute for conventional biometric authentication methods that rely on voiceprints and fingerprints, it is less susceptible to uncertain factors such as physical condition, does not place a large psychological burden on the person being authenticated, and is relatively simple for the person being authenticated. There are high expectations for personal authentication technology that uses handwritten signatures, which is a method that can perform personal authentication at low cost. Widely used signature authentication technology uses a signature collection device that inputs signatures using an electronic pen on the display of a tablet device, for example, and uses information such as the position information (coordinates) of the tip of the electronic pen and the brush stroke collected from the device. Multivariate time series data such as pressure information is handled as signature information. At the time of authentication, the input signature information (signature to be authenticated) is compared with one or more pieces of signature information (template signature) registered in advance in the database, and an authentication result is output. A particularly important issue in this technology is a method of collating signature information, that is, a method of measuring the distance between the signature to be authenticated and the template signature.

非特許文献1には、大域的特徴に基づく署名情報の代表的な照合方法が記述されている。当該方法では、署名情報は、筆跡の継続時間やペンアップ・ダウンの時刻等の時間的特徴と、筆跡の座標の一次・二次時間導関数から算出される速度・加速度特徴と、筆跡の方向ヒストグラム等の方向特徴と、筆跡全体や各ストロークから抽出される幾何学的特徴と、を含む1個の多次元特徴ベクトルによって記述される。認証対象署名とテンプレート署名との距離は、それぞれの特徴ベクトル間のマハラノビス距離によって定義される。しかし、図9が示しているように、大域的特徴の多くは、人手又はNNによる特徴抽出に伴い署名の時刻情報が消失するため、特徴ベクトル間の距離を測定する際に署名の時刻情報の一貫性(時間的一貫性)を制約として課すことが困難である。その結果、他人の署名(他人署名)や他人が悪意をもって真似をした署名(クローン署名)が認証対象署名として入力された時に、それとテンプレート署名として登録された本人署名と誤って一致と判定する確率(他人受入率)が高い。 Non-Patent Document 1 describes a typical signature information matching method based on global features. In this method, the signature information includes temporal characteristics such as the duration of the handwriting and pen up/down times, velocity/acceleration characteristics calculated from the first and second time derivatives of the coordinates of the handwriting, and the direction of the handwriting. It is described by one multidimensional feature vector that includes directional features such as a histogram and geometric features extracted from the entire handwriting and each stroke. The distance between the signature to be authenticated and the template signature is defined by the Mahalanobis distance between the respective feature vectors. However, as shown in Figure 9, for many global features, signature time information disappears when features are extracted manually or by NN, so when measuring the distance between feature vectors, signature time information is lost. It is difficult to impose consistency (temporal consistency) as a constraint. As a result, when a signature of another person (other person's signature) or a signature maliciously imitated by another person (clone signature) is input as a signature to be authenticated, the probability that it will be mistakenly determined to match the principal's signature registered as a template signature is determined. (other person acceptance rate) is high.

例えば、図10が示している2個の時系列データを考える。これらの時系列データは、異なる人物の署名情報である、すなわち一致と判定してはいけない、と仮定する。しかし、図10が示しているように、これらの時系列データは局所的に類似する部分が非常に多い。局所的に類似している断片同士の対応関係(図10の破線)において、断片の時刻が同一でなければならない、という時間的一貫性を制約として課さない場合、前記署名情報を誤って一致と判定する確率が高い。 For example, consider two pieces of time series data shown in FIG. It is assumed that these time-series data are signature information of different people, that is, they should not be determined to be a match. However, as shown in FIG. 10, these time series data have many locally similar parts. If temporal consistency is not imposed as a constraint such that the times of the fragments must be the same in the correspondence between locally similar fragments (the broken lines in FIG. 10), the signature information may be mistakenly identified as a match. High probability of judgment.

一方で、同じ非特許文献1には、局所的特徴に基づく署名情報の代表的な照合方法も記述されている。当該方法では、署名情報の各時刻において、その周辺を包含する局所的断片は、筆跡や筆圧等から算出される複数の離散時間関数の値やそれらの一次・二次時間導関数の値等を含む1個の多次元特徴ベクトルによって記述される。従って、署名情報全体は、複数の特徴ベクトルによって構成される特徴ベクトルのシーケンスによって記述される。認証対象署名とテンプレート署名との距離は、それらの特徴ベクトルのシーケンスに対して、時刻や速度の変動に対処可能なDynamic Time Warping(DTW)や隠れマルコフモデルを適用することによって測定される。このような局所的な特徴ベクトルのシーケンスは、署名の時刻情報を含んでいるため、DTW等のような時間的一貫性の制約を課す距離測定方法を用いることによって、他人署名やクローン署名が入力された時に、他人受入率をより低く抑えることが可能である。しかし、このような局所的特徴は、人手によって設計されたものであるため、必ずしも手元の署名認証目的に最適であるとは限らない。特により複雑な特徴表現が必要な場合、性能が不十分である。 On the other hand, the same non-patent document 1 also describes a typical signature information matching method based on local features. In this method, at each time of the signature information, local fragments surrounding the signature information include the values of multiple discrete time functions calculated from handwriting, pen pressure, etc., and the values of their first and second time derivatives. is described by one multidimensional feature vector containing . Therefore, the entire signature information is described by a sequence of feature vectors made up of a plurality of feature vectors. The distance between the signature to be authenticated and the template signature is measured by applying Dynamic Time Warping (DTW) or a hidden Markov model that can deal with variations in time and speed to the sequence of these feature vectors. Since such a sequence of local feature vectors includes time information of the signature, by using a distance measurement method that imposes a temporal consistency constraint such as DTW, it is possible to prevent other person's signatures or clone signatures from being input. When this happens, it is possible to keep the acceptance rate lower. However, since such local features are manually designed, they are not necessarily optimal for the signature authentication purpose at hand. Performance is inadequate, especially when more complex feature representations are required.

署名特徴を人手によって設計するのではなく、データから直接学習する代表的な署名認証方法として、非特許文献2が挙げられる。当該方法では、署名情報は、Recurrent Neural Network(RNN)によって抽出される1個の多次元特徴ベクトルによって記述される。認証対象署名とテンプレート署名との距離は、それぞれの特徴ベクトルの間の内積によって定義される。RNNのパラメータは、多数の訓練データを用いた学習によって決定される。当該方法では、署名情報をRNNに入力した時に、RNNの最後の隠れ層では、複数の多次元特徴ベクトルを含んで構成される1個のシーケンスが算出される。当該シーケンスの各特徴ベクトルは、入力署名の各時刻に対応している。その後、1)シーケンスの最後の時刻にある特徴ベクトルないし2)シーケンス全体の平均特徴ベクトルが、入力署名の特徴ベクトルとして算出される。前記のどの方法を用いても、ここでの処理に伴い署名の時刻情報が消失するため、前記大域的特徴と同様に、特徴ベクトル間の距離を測定する際に時間的一貫性を制約として課すことが困難である。その結果、他人署名やクローン署名が認証対象署名として入力された時に、他人受入率が高い。 Non-Patent Document 2 is a typical signature authentication method in which signature features are learned directly from data rather than being designed manually. In this method, signature information is described by one multidimensional feature vector extracted by a Recurrent Neural Network (RNN). The distance between the signature to be authenticated and the template signature is defined by the inner product between the respective feature vectors. The parameters of the RNN are determined by learning using a large amount of training data. In this method, when signature information is input to the RNN, one sequence including a plurality of multidimensional feature vectors is calculated in the last hidden layer of the RNN. Each feature vector of the sequence corresponds to each time of the input signature. Then, 1) the feature vector at the last time of the sequence to 2) the average feature vector of the entire sequence is calculated as the feature vector of the input signature. No matter which of the above methods is used, the time information of the signature is lost during this process, so as with the global features, temporal consistency is imposed as a constraint when measuring the distance between feature vectors. It is difficult to do so. As a result, when a signature of another person or a clone signature is input as a signature to be authenticated, the acceptance rate of the other person is high.

Marcos Martinez-Diaz, Julian Fierrez, Ram P. Krish, and Javier Galbally. Mobile signature verication: Feature robustness and performance comparison. IET Biometrics, Vol. 3, No. 4, pp. 267-277, 2014Marcos Martinez-Diaz, Julian Fierrez, Ram P. Krish, and Javier Galbally. Mobile signature verification: Feature robustness and performance comparison. IET Biometrics, Vol. 3, No. 4, pp. 267-277, 2014 Wenjie Pei. Models for supervised learning in sequence data. PhD thesis, Delft University of Technology, Netherlands, 2018.Wenjie Pei. Models for supervised learning in sequence data. PhD thesis, Delft University of Technology, Netherlands, 2018.

前記の通り、大域的特徴やニューラルネットワークに基づく署名情報の照合方法の先行技術では、特徴抽出に伴い署名の時刻情報が消失するため、特徴ベクトル間の距離を測定する際に時間的一貫性を制約として課すことが困難である。その結果、他人署名やクローン署名が認証対象署名として入力された時に、他人受入率が高い。 As mentioned above, in the prior art of the signature information matching method based on global features or neural networks, the time information of the signature disappears with feature extraction, so it is difficult to maintain temporal consistency when measuring the distance between feature vectors. Difficult to impose as a constraint. As a result, when a signature of another person or a clone signature is input as a signature to be authenticated, the acceptance rate of the other person is high.

一方で、局所的特徴に基づく署名情報の照合方法の先行技術では、署名情報の特徴は人手によって設計されたものであるため、必ずしも手元の署名認証目的に最適であるとは限らない。特により複雑な特徴表現が必要な場合、性能が不十分である。 On the other hand, in the prior art methods of matching signature information based on local features, the features of the signature information are manually designed, and therefore are not necessarily optimal for the purpose of signature authentication at hand. Performance is inadequate, especially when more complex feature representations are required.

先行技術では、前記課題を同時に解決可能な署名認証方法は未だにない。 In the prior art, there is still no signature authentication method that can solve the above problems at the same time.

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、2つの時系列データが、同一対象に関する入力であるか否かを精度良く判定することができる照合装置、学習装置、方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and includes a matching device, a learning device, and a method that can accurately determine whether two pieces of time-series data are inputs related to the same object. and programs.

上記目的を達成するために、第一の態様に係る照合装置は、入力手段による入力位置の時系列データである第1の署名情報及び第2の署名情報を受け付ける入力部と、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報の各々について、同一人物に関する署名であるか否かが予め付与された署名情報のペアについての局所的特徴ベクトルを対応する全ての時刻毎に関連付けるように予め学習された、前記局所的特徴ベクトルを抽出する抽出モデルを用いて、各時刻で、前記局所的特徴ベクトルを抽出する局所的特徴計算部と、前記第1の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、前記第2の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとについて、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名であるか否かを判定する照合部と、を含んで構成されている。 In order to achieve the above object, a verification device according to a first aspect includes an input section that receives first signature information and second signature information that are time-series data of input positions by input means, and For each of the signature information and the second signature information, learning is performed in advance to associate local feature vectors for pairs of signature information, each of which is assigned in advance whether the signature is related to the same person, at all corresponding times. a local feature calculation unit that extracts the local feature vector at each time using the extraction model that extracts the local feature vector extracted for the first signature information; The distance between the local feature vector at each time and the local feature vector at each time extracted for the second signature information is calculated, and the distance between the first signature information and the second signature information is calculated. The information processing apparatus includes a verification unit that determines whether the signature information is a signature related to the same person.

第二の態様に係る照合装置は、入力手段による入力に応じた第1の時系列データ及び第2の時系列データを受け付ける入力部と、前記第1の時系列データ及び前記第2の時系列データの各々について、同一対象に関する入力であるか否かが予め付与された時系列データのペアについての局所的特徴ベクトルを対応する全ての時刻毎に関連付けるように予め学習された、前記局所的特徴ベクトルを抽出する抽出モデルを用いて、各時刻で、局所的特徴ベクトルを抽出する局所的特徴計算部と、前記第1の時系列データについて抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、前記第2の時系列データについて抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとの距離に基づいて、前記第1の時系列データ及び前記第2の時系列データが、同一対象に関する入力であるか否かを判定する照合部と、を含んで構成されている。 A collation device according to a second aspect includes an input unit that receives first time series data and second time series data according to input by an input means, and a second time series data input unit that receives first time series data and second time series data. For each piece of data, the local feature is learned in advance so as to associate a local feature vector for a pair of time series data, which is given in advance whether the input is related to the same object, at every corresponding time. a local feature calculation unit that extracts a local feature vector at each time using an extraction model that extracts a vector; a local feature calculation unit that extracts a local feature vector at each time extracted for the first time series data; Based on the distance from the local feature vector at each time extracted for the second time series data, it is determined whether the first time series data and the second time series data are inputs related to the same object. It is configured to include a verification unit that makes a determination.

第三の態様に係る学習装置は、同一対象に関する入力であるか否かを示す訓練ラベルが予め付与された、入力手段による入力に応じた時系列データのペアに基づいて、局所的特徴ベクトルを抽出する抽出モデルを学習する学習装置であって、前記ペアの時系列データの各々について、前記抽出モデルを用いて、各時刻で、局所的特徴ベクトルを抽出する局所的特徴計算部と、前記時系列データのペアの一方の前記時系列データから抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、他方の前記時系列データから抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとについて、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離、及び前記時系列データのペアに付与された前記訓練ラベルを用いて表される損失関数の値を最適化するように、前記抽出モデルを学習する学習部と、を含んで構成されている。 The learning device according to the third aspect calculates a local feature vector based on a pair of time-series data corresponding to an input by an input means, to which a training label indicating whether the input is related to the same object is given in advance. A learning device for learning an extraction model to be extracted, the learning device comprising: a local feature calculation unit that extracts a local feature vector at each time using the extraction model for each of the pair of time series data; For a local feature vector at each time extracted from one of the time series data of a pair of series data, and a local feature vector at each time extracted from the other time series data, the local feature vector at each time is Calculate the distance of the feature vector, and optimize the value of the loss function expressed using the distance of the local feature vector at each time and the training label given to the pair of time series data, and a learning section that learns the extraction model.

第四の態様に係る照合方法は、入力部が、入力手段による入力位置の時系列データである第1の署名情報及び第2の署名情報を受け付け、局所的特徴計算部が、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報の各々について、同一人物に関する署名であるか否かが予め付与された署名情報のペアについての局所的特徴ベクトルを対応する全ての時刻毎に関連付けるように予め学習された、前記局所的特徴ベクトルを抽出する抽出モデルを用いて、各時刻で、前記局所的特徴ベクトルを抽出し、照合部が、前記第1の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、前記第2の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとについて、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名であるか否かを判定する。 In the verification method according to the fourth aspect, the input unit receives first signature information and second signature information that are time-series data of input positions by the input means, and the local feature calculation unit receives For each of the signature information and the second signature information, learning is performed in advance to associate local feature vectors for pairs of signature information, each of which is assigned in advance whether the signature is related to the same person, at all corresponding times. The matching unit extracts the local feature vector at each time using the extracted model for extracting the local feature vector, and the matching unit extracts the local feature vector at each time extracted for the first signature information. The distance between the vector and the local feature vector at each time extracted for the second signature information is calculated, and the distance between the local feature vector at each time is calculated. It is determined whether the signatures are related to the same person.

第五の態様に係るプログラムは、コンピュータに、入力手段による入力位置の時系列データである第1の署名情報及び第2の署名情報を受け付け、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報の各々について、同一人物に関する署名であるか否かが予め付与された署名情報のペアについての局所的特徴ベクトルを対応する全ての時刻毎に関連付けるように予め学習された、前記局所的特徴ベクトルを抽出する抽出モデルを用いて、各時刻で、前記局所的特徴ベクトルを抽出し、前記第1の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、前記第2の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとについて、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名であるか否かを判定することを実行させるためのプログラムである。 The program according to the fifth aspect is configured to receive, in a computer, first signature information and second signature information that are time-series data of input positions by an input means, and to receive first signature information and second signature information that are time-series data of input positions by an input means, For each of the above, the local feature vectors are learned in advance so as to associate the local feature vectors for each pair of signature information to which it is previously assigned whether or not they are signatures related to the same person at all corresponding times. The local feature vector is extracted at each time using the extraction model to be extracted, and the local feature vector at each time extracted for the first signature information and the local feature vector extracted for the second signature information are extracted at each time. The distance between the local feature vector at each time and the local feature vector at each time is calculated, and it is determined whether the first signature information and the second signature information are signatures related to the same person. It is a program that allows you to do something.

本発明の一態様に係る照合装置、学習装置、方法、及びプログラムによれば、2つの時系列データが、同一対象に関する入力であるか否かを精度良く判定することができる、という効果が得られる。 According to the matching device, learning device, method, and program according to one aspect of the present invention, it is possible to accurately determine whether two pieces of time-series data are inputs related to the same object. It will be done.

時系列データの時刻情報の順番に沿って同じ時刻の局所的断片の相違を評価する方法を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of evaluating differences between local fragments at the same time in the order of time information of time series data. 時系列データの時刻情報の順番に沿って同じ時刻の局所的断片の相違を評価する方法を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a method of evaluating differences between local fragments at the same time in the order of time information of time series data. 2つの時系列データの距離を求める処理の概要を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an overview of a process for determining a distance between two time series data. 本発明の実施の形態に係る照合装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a verification device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る照合装置の時間的整合部、局所的特徴抽出部、及び局所的距離計算部の具体的構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of a temporal matching section, a local feature extraction section, and a local distance calculation section of the matching device according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る学習装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a learning device according to an embodiment of the present invention. 照合装置及び学習装置として機能するコンピュータの一例の概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram of an example of a computer that functions as a verification device and a learning device. 本発明の実施の形態に係る学習装置における学習処理ルーチンを示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a learning processing routine in a learning device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る照合装置における照合処理ルーチンを示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a verification processing routine in a verification device according to an embodiment of the present invention. 従来技術での2つの時系列データの距離を求める処理の概要を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an overview of a process for determining the distance between two time series data in a conventional technique. 2つの時系列データにおいて局所的に類似している断片同士の対応関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the correspondence between locally similar fragments in two pieces of time series data.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

<本発明の実施の形態の概要>
本発明の実施の形態では、前記課題を同時に解決可能な署名の照合方法、すなわち、署名情報の局所的特徴をデータから直接学習し、署名情報間の距離を測定する際に時間的一貫性を制約として課すことが可能な照合方法を提案する。
<Overview of embodiments of the present invention>
In an embodiment of the present invention, a signature matching method that can simultaneously solve the above problems is proposed. In other words, local features of signature information are directly learned from data, and temporal consistency is achieved when measuring distances between signature information. We propose a matching method that can be imposed as a constraint.

署名情報間の距離を測定する際に時間的一貫性を制約として課すためには、図10が示しているような、異なる人物の署名情報であるが、局所的に類似している部分が多い時系列データに対して、図1A、図1Bが示しているように、時系列データの時刻情報の順番に沿って局所的断片の対応関係を特定し、同じ時刻の局所的断片の相違を評価する必要がある。これにより、署名情報を誤って一致と判定する確率が低い。なお、破線及び一点鎖線は、同じ時刻の局所的断片の対応関係を示しており、破線は類似しているもの、一点鎖線は類似していないものを示している。 In order to impose temporal consistency as a constraint when measuring the distance between signature information, it is necessary to use signature information of different people that have many locally similar parts, as shown in Fig. 10. For time-series data, as shown in Figures 1A and 1B, the correspondence of local fragments is identified according to the order of time information of the time-series data, and differences between local fragments at the same time are evaluated. There is a need to. This reduces the probability that the signature information will be mistakenly determined to be a match. Note that the dashed line and the dashed-dotted line indicate the correspondence between local fragments at the same time, with the dashed line indicating that they are similar, and the dashed-dotted line indicating that they are not similar.

そのためには、署名情報の各時刻において、そこもしくはその周辺を包含する局所的断片から、局所的特徴すなわち局所的な多次元特徴ベクトルを抽出する必要がある。本発明の実施の形態では、この局所的特徴をデータから直接学習するために、時間軸に沿った畳み込みを用いた1次元の畳み込みニューラルネットワーク、もしくは、双方向のLong Short‐Term Memory(LSTM)や双方向のGated Recurrent Unit(GRU)等のRNNを用い、前記局所的特徴を抽出する。このようなニューラルネットワークのパラメータは、多数の訓練データを用いた学習によって決定される。 To do this, it is necessary to extract a local feature, that is, a local multidimensional feature vector, from a local fragment that includes the signature information or its surroundings at each time of the signature information. In embodiments of the present invention, in order to learn this local feature directly from data, a one-dimensional convolutional neural network using convolution along the time axis or a bidirectional Long Short-Term Memory (LSTM) is used. The local features are extracted using an RNN such as a GRU or a bidirectional Gated Recurrent Unit (GRU). The parameters of such a neural network are determined by learning using a large amount of training data.

本発明の実施の形態では、署名情報から、図2の右上が示しているような多次元特徴ベクトル(縦方向)のシーケンス(横方向)が、局所的特徴シーケンスとして抽出される。当該シーケンスの各特徴ベクトルは、入力署名の各時刻に対応している。その後、2個の局所的特徴シーケンスにおいて、各時刻について、同じ時刻にある2個の特徴ベクトルの間の距離(例えば、ユークリッド距離)を局所的距離として計算する。結果として、署名情報間の局所的距離のシーケンスが算出される。 In the embodiment of the present invention, a sequence (horizontal direction) of multidimensional feature vectors (vertical direction) as shown in the upper right corner of FIG. 2 is extracted from the signature information as a local feature sequence. Each feature vector of the sequence corresponds to each time of the input signature. Then, for each time in the two local feature sequences, the distance (eg, Euclidean distance) between two feature vectors at the same time is calculated as the local distance. As a result, a sequence of local distances between signature information is calculated.

図2では、各時刻にある局所的距離は1個の実数値になっているが、前記局所的距離を計算する方法によって、1個以上の実数値を持つような距離ベクトルになる場合もある。その場合、前記局所的距離シーケンスは、多次元の距離ベクトルのシーケンスになる。 In Figure 2, the local distance at each time is one real value, but depending on the method of calculating the local distance, it may become a distance vector with one or more real values. . In that case, the local distance sequence becomes a multidimensional sequence of distance vectors.

署名認証を実施する段階(認証段階)では、前記局所的距離シーケンスに含まれる距離値を全て統合し、1個の距離値を算出し、署名情報間の距離とする。これによって、図10が示しているように、時間的一貫性を持っていない局所的断片の対応関係が多数表れるような、異なる人物の署名情報に対して、図1A、図1Bが示しているように、署名情報間の局所的な相違(図1A、図1Bの破線参照)を漏れなく特定することが可能になる。更に、全ての局所的距離を統合することによって、署名情報間の局所的な相違を強調した、署名情報全体の距離値をより正確に算出することが可能になる。なお、本実施例では署名間で1個の距離を算出することとしているが、対応する時刻毎の距離をそのまま用いてもよい。つまり、対応する時刻毎の距離を時系列距離データとし、該時系列距離データそのものを距離としてもよい。要は、該時系列距離データを用いて最終的に照合元の署名と照合先の署名が一致するかを出力すればよい。例えば、該時系列距離データを時刻毎に所定の閾値に基づいて二値化してもよい。言い換えると、時系列情報が保持された距離に基づき、署名間の距離を定義できればよい。 In the step of performing signature authentication (authentication step), all the distance values included in the local distance sequence are integrated to calculate one distance value, which is used as the distance between signature information. As a result, as shown in FIG. 10, FIGS. 1A and 1B show signature information of different people in which many correspondences of local fragments that are not temporally consistent appear. As such, local differences between signature information (see broken lines in FIGS. 1A and 1B) can be identified without exception. Furthermore, by integrating all the local distances, it becomes possible to more accurately calculate the distance value of the entire signature information, emphasizing the local differences between the signature information. Note that, in this embodiment, one distance is calculated between signatures, but the distance for each corresponding time may be used as is. That is, the distance at each corresponding time may be used as time-series distance data, and the time-series distance data itself may be used as the distance. In short, it is sufficient to use the time-series distance data to finally output whether the signature of the verification source and the signature of the verification destination match. For example, the time-series distance data may be binarized based on a predetermined threshold value for each time. In other words, it is only necessary to define the distance between signatures based on the distance at which time series information is retained.

前記ニューラルネットワークのパラメータを学習する段階(訓練段階)では、前記局所的距離シーケンスから算出される損失関数の値を最小化することによって、前記パラメータを学習する。この損失関数は、関数値の最小化によって、同一人物の署名情報間の局所的距離が小さくなり、異なる人物の署名情報間の局所的距離が大きくなる、という性質を持っていなければならない。そのために、本発明では、同一人物の署名情報の場合に局所的距離が大きいほど損失関数値が大きくなり、そうでない場合に局所的距離が小さいほど損失関数値が大きくなる、というような損失関数を定義し、学習に用いる。これによって学習されたニューラルネットワークは、署名情報全体の相違だけでなく、時系列データの時刻の順番に沿った時に、同じ時刻にある局所的断片の相違をも正確に測定することが可能になる。 In the step of learning the parameters of the neural network (training step), the parameters are learned by minimizing the value of a loss function calculated from the local distance sequence. This loss function must have the property that by minimizing the function value, the local distance between the signature information of the same person becomes smaller, and the local distance between the signature information of different people becomes larger. To this end, in the present invention, a loss function is developed in which, in the case of signature information of the same person, the larger the local distance, the larger the loss function value, and in other cases, the smaller the local distance, the larger the loss function value. Define and use it for learning. This allows the trained neural network to accurately measure not only the differences in the entire signature information, but also the differences in local fragments at the same time when following the time order of the time series data. .

また、同一人物の署名情報でも局所的な変移や速度の変化等、非線形の時間的変動が生じる場合が多い。認証段階でも訓練段階でも、時系列データの時刻情報の順番に沿って局所的断片の対応関係を正しく特定しなければならないため、前記非線形時間的変動の影響を抑制する必要がある。そのために、本発明の実施の形態では、前記ニューラルネットワークの前に、前記非線形時間的変動を補償し、2個の署名情報を時間軸に沿って整合する時間的整合部を追加する。 Furthermore, even in signature information of the same person, nonlinear temporal fluctuations such as local changes and changes in speed often occur. In both the authentication stage and the training stage, it is necessary to correctly specify the correspondence of local fragments in accordance with the order of time information of time-series data, so it is necessary to suppress the influence of the nonlinear temporal fluctuations. To this end, in an embodiment of the present invention, a temporal alignment unit is added before the neural network to compensate for the nonlinear temporal variation and align the two pieces of signature information along the time axis.

<本発明の実施の形態に係る照合装置の構成>
次に、本発明の実施の形態に係る照合装置の構成について説明する。図3に示すように、本発明の実施の形態に係る照合装置100は、CPUと、RAMと、後述する照合処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したROMと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この照合装置100は、機能的には図3に示すように、入力部10と、演算部20と、出力部50とを備えている。
<Configuration of verification device according to embodiment of the present invention>
Next, the configuration of a verification device according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 3, the verification device 100 according to the embodiment of the present invention is a computer including a CPU, a RAM, and a ROM that stores programs and various data for executing a verification processing routine to be described later. It can be configured. Functionally, the verification device 100 includes an input section 10, an arithmetic section 20, and an output section 50, as shown in FIG.

入力部10は、ペンタブレットなどの入力手段による入力位置の時系列データである、第1の署名情報を受け付ける。 The input unit 10 receives first signature information, which is time-series data of input positions by input means such as a pen tablet.

また、入力部10は、予め用意された、署名した人物が既知の、入力手段による入力位置の時系列データである、第2の署名情報の入力を受け付ける。例えば、テンプレート署名として、1個以上の第2の署名情報の入力を受け付ける。 The input unit 10 also receives input of second signature information prepared in advance, which is time-series data of the input position by the input means and in which the person who signed the signature is known. For example, input of one or more pieces of second signature information is accepted as a template signature.

演算部20は、時間的整合部22と、局所的特徴抽出部24と、照合部26とを備えている。 The calculation unit 20 includes a temporal matching unit 22, a local feature extraction unit 24, and a matching unit 26.

照合部26は、局所的距離計算部30と、局所的距離統合部32と、判定部34とを備えている。 The matching unit 26 includes a local distance calculation unit 30, a local distance integration unit 32, and a determination unit 34.

<時間的整合部>
時間的整合部22は、時系列データである第1の署名情報と、時系列データである第2の署名情報とに対して、時間軸に沿った整合を行い、第1の整合済署名情報と、第2の整合済署名情報とを出力する。
<Temporal matching part>
The temporal matching unit 22 matches the first signature information, which is time-series data, and the second signature information, which is time-series data, along the time axis, and generates first matched signature information. and second matched signature information.

具体的には、時間的整合部22は、2個の署名情報の間における非線形時間的変動を補償し、2個の署名情報を時間軸に沿って整合する。 Specifically, the temporal alignment unit 22 compensates for nonlinear temporal fluctuations between the two pieces of signature information and aligns the two pieces of signature information along the time axis.

例えば、2個の署名情報(図4の例ではSignatureと表現)を時間軸に沿って整合するために用いる局所的特徴シーケンスを抽出する。具体的に、非特許文献1の方法を用いて、各署名情報の各時刻において、当該時刻の周辺を包含する局所的断片から、筆跡座標を用いて1個の7次元の特徴ベクトルを抽出する。結果として、各署名情報において、全ての時刻から抽出された特徴ベクトルを含む1個の局所的特徴シーケンスが算出される。また、別の実施例として、各署名情報をそのまま1個の局所的特徴シーケンスとして用いることも可能である。 For example, a local feature sequence used to match two pieces of signature information (expressed as Signature in the example of FIG. 4) along the time axis is extracted. Specifically, using the method of Non-Patent Document 1, at each time of each signature information, one 7-dimensional feature vector is extracted from a local fragment surrounding the time, using handwriting coordinates. . As a result, for each signature information, one local feature sequence is calculated that includes feature vectors extracted from all times. Furthermore, as another embodiment, each piece of signature information can be used as is as one local feature sequence.

次に、局所的特徴シーケンスの各次元において、その次元における全ての要素の平均が0、分散が1になるよう、前記全ての要素を正規化する(図4の例ではChannel‐Wise Standardizationと表現)。 Next, in each dimension of the local feature sequence, all elements in that dimension are normalized so that the mean of all elements in that dimension is 0 and the variance is 1 (expressed as Channel-Wise Standardization in the example of Figure 4). ).

次に、2個の署名情報から算出された、2個の正規化された局所的特徴シーケンスに対して、Dynamic Time Warping(DTW)を適用し、2個の署名情報の間における時刻の対応関係を表す、1個のワーピングパス(Warping Path)を計算する。また、DTWの代わりに、Edit Distanceを利用した方法等、2個の署名情報の間における非線形時間的変動を補償可能な任意の整合方法を用いることが可能である。 Next, dynamic time warping (DTW) is applied to the two normalized local feature sequences calculated from the two pieces of signature information, and the time correspondence between the two pieces of signature information is determined. One warping path (Warping Path) representing . Further, instead of DTW, it is possible to use any matching method that can compensate for nonlinear temporal fluctuations between two pieces of signature information, such as a method using Edit Distance.

前記ワーピングパスを用いて、前記2個の正規化された局所的特徴シーケンスを時間軸に沿って整合する。整合された、2個の正規化された局所的特徴シーケンスを、2個の整合済の署名情報として出力する。また、別の実施例として、前記ワーピングパスを用いて、2個の署名情報を時間軸に沿って整合することも可能である。その場合、整合された、2個の署名情報を、2個の整合済署名情報として出力することとなる。 The warping pass is used to align the two normalized local feature sequences along the time axis. The two aligned normalized local feature sequences are output as two aligned signature information. Furthermore, as another embodiment, it is also possible to match two pieces of signature information along the time axis using the warping pass. In that case, the two pieces of matched signature information will be output as two pieces of matched signature information.

なお、時間的整合部22による署名情報の整合では、2個の署名情報を変更せずに、2個の署名情報の間における時刻の対応関係を計算するのみとしてもよい。 Note that in matching the signature information by the temporal matching unit 22, the time correspondence between the two pieces of signature information may only be calculated without changing the two pieces of signature information.

<局所的特徴量抽出部>
局所的特徴抽出部24は、第1の整合済署名情報と、第2の整合済署名情報とを入力とし、同一人物に関する署名情報であるか否かが予め付与された署名情報のペアについての局所的特徴ベクトルを時刻毎に関連付けるように予め学習された、局所的特徴ベクトルを抽出する抽出モデルを用いて、各時刻で、局所的特徴ベクトルを抽出し、2個の局所的特徴シーケンスを出力する。
<Local feature extraction unit>
The local feature extraction unit 24 inputs the first matched signature information and the second matched signature information, and extracts information about the pair of signature information that has been assigned in advance whether the signature information is related to the same person or not. Using an extraction model for extracting local feature vectors that has been trained in advance to associate local feature vectors at each time, a local feature vector is extracted at each time, and two local feature sequences are output. do.

具体的には、局所的特徴抽出部24は、第1の整合済署名情報と、第2の整合済署名情報とのそれぞれに対し、各時刻において、当該時刻もしくは当該時刻の周辺を包含する局所的断片から1個の特徴ベクトルを抽出し、全ての時刻から抽出された特徴ベクトルを含む1個の局所的特徴シーケンスを出力する。 Specifically, for each of the first matched signature information and the second matched signature information, at each time, the local feature extraction unit 24 extracts a local feature that includes the relevant time or the vicinity of the relevant time. One feature vector is extracted from the target fragment, and one local feature sequence containing the feature vectors extracted from all times is output.

ここで言う局所的特徴シーケンスは、時間的整合部22において2個の署名情報を時間軸に沿って整合するために用いる局所的特徴シーケンスとは別物である。 The local feature sequence referred to here is different from the local feature sequence used by the temporal matching unit 22 to match two pieces of signature information along the time axis.

例えば、第1の整合済署名情報と、第2の整合済署名情報とのそれぞれに対して、畳み込みニューラルネットワークを用いて、以下の処理を実施する。 For example, the following processing is performed on each of the first matched signature information and the second matched signature information using a convolutional neural network.

まず、第1の整合済署名情報及び第2の整合済署名情報の各々のサイズをあらかじめ定めた一定の長さ(本実施の形態では1024)に変更する(図4の例ではResizeと表現)。これは、後述する学習装置200で、畳み込みニューラルネットワークのパラメータの学習にバッチ学習やミニバッチ学習を用いるために、整合済署名情報のサイズをあらかじめ定めた一定の長さに変更する処理に対応して行われるものである。 First, the size of each of the first matched signature information and the second matched signature information is changed to a predetermined constant length (1024 in this embodiment) (expressed as Resize in the example of FIG. 4). . This corresponds to the process of changing the size of the matched signature information to a predetermined constant length in order to use batch learning or mini-batch learning to learn the parameters of the convolutional neural network in the learning device 200, which will be described later. It is something that is done.

次に、時間的整合部22で実施された正規化を、サイズの変更された整合済署名情報に対して再度実施する(図4の例ではChannel‐Wise Standardizationと表現)。ここで、正規化された、サイズの変更された整合済の署名情報を、1×1024×7のテンソルとみなす。1024は時間的長さ、7は次元数である。このテンソルを入力とする畳み込みニューラルネットワークは、1層の1×7の畳み込み層と、1層のMax Pooling層と、2層の1×3の畳み込み層と、を含んで構成される。全ての畳み込み層(図4の例ではConvと表現)の出力は、次元数を64に設定する。1×7の畳み込み層とMax Pooling層では、ストライド(Stride)を2に設定することによって、それぞれの出力の時間的長さがそれぞれの入力の時間的長さの半分になるよう、ダウンサンプリングを実施する(図4の例では「/2」と表現)。また、各畳み込み層の直後にBatch Normalization層(参考文献1)を用いて、続いて、ReLU層を活性化関数として用いる。最後のReLU層に続いて、その出力の各時刻において、その位置の全ての要素のL2ノルムが1になるよう、前記全ての要素を正規化する(図4の例ではLocation‐Wise L2 Normと表現)。全ての時刻において正規化が完了したものを局所的特徴シーケンスとして出力する。前記ダウンサンプリングは合計2回実施されたため、前記局所的特徴シーケンスの時間的長さは256である。その次元数は64である。 Next, the normalization performed by the temporal matching unit 22 is performed again on the matched signature information whose size has been changed (expressed as Channel-Wise Standardization in the example of FIG. 4). Here, the normalized and resized matched signature information is considered to be a 1×1024×7 tensor. 1024 is the temporal length, and 7 is the number of dimensions. A convolutional neural network that receives this tensor as input includes one 1×7 convolution layer, one Max Pooling layer, and two 1×3 convolution layers. The number of dimensions of the outputs of all convolutional layers (expressed as Conv in the example of FIG. 4) is set to 64. For the 1×7 convolutional layer and Max Pooling layer, downsampling is performed so that the temporal length of each output is half of the temporal length of each input by setting Stride to 2. (expressed as "/2" in the example of FIG. 4). Further, a Batch Normalization layer (Reference Document 1) is used immediately after each convolution layer, and then a ReLU layer is used as an activation function. Following the last ReLU layer, at each time of its output, all elements at that location are normalized so that the L2 norm of all elements at that location is 1 (in the example of Figure 4, Location-Wise L2 Norm and Expression). The normalization completed at all times is output as a local feature sequence. Since the downsampling was performed twice in total, the temporal length of the local feature sequence is 256. The number of dimensions is 64.

また、別の実施例として、前記1×7の畳み込み層から最後のReLU層までのニューラルネットワークを、最後の出力となる隠れユニットの値の集合が局所的な特徴ベクトルのシーケンスと解釈可能で十分の時間的長さを持つような、任意のニューラルネットワークに替えることが可能である。当該条件を満たすニューラルネットワークの典型的な例として、畳み込みニューラルネットワークがあるが、そのほかにもRecurrent Neural Network(RNN)や双方向のRNN等がある。例えば、Long Short‐Term Memory(LSTM)を利用した、1層目のLSTMは(正規化された、サイズの変更された)整合済署名情報の最初の時刻からスタートして時間軸に沿って前進し、2層目のLSTMは(正規化された、サイズの変更された)整合済署名情報の最後の時刻からスタートして時間軸に沿って後退する、双方向のLSTMを用いることが可能である。また、前記LSTMを全てGated Recurrent Unit(GRU)に替えた、双方向のGRUを用いることも可能である。 In addition, as another example, it is sufficient that the neural network from the 1×7 convolutional layer to the final ReLU layer can be interpreted as a sequence of local feature vectors in which the set of values of the hidden unit that is the final output is interpreted as a sequence of local feature vectors. It is possible to replace it with any neural network that has a temporal length of . A typical example of a neural network that satisfies this condition is a convolutional neural network, but there are also recurrent neural networks (RNNs), bidirectional RNNs, and the like. For example, using Long Short-Term Memory (LSTM), the first layer of LSTM starts from the first time of the (normalized and resized) matched signature information and moves forward in time. However, the second layer LSTM can be a bidirectional LSTM that starts from the last time of the (normalized and resized) matched signature information and moves backward along the time axis. be. Furthermore, it is also possible to use a bidirectional GRU in which all the LSTMs are replaced with gated recurrent units (GRU).

[参考文献1]Sergey Ioffe and Christian Szegedy. Batch normalization: Accelerating deep network training by reducing internal covariate shift. In ICML, pp. 448-456, 2015. [Reference 1] Sergey Ioffe and Christian Szegedy. Batch normalization: Accelerating deep network training by reducing internal covariate shift. In ICML, pp. 448-456, 2015.

<局所的距離計算部>
局所的距離計算部30は、第1の整合済署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、第2の整合済署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとの間の局所的距離を、時刻毎に計算する。
<Local distance calculation section>
The local distance calculation unit 30 calculates the distance between the local feature vector at each time extracted for the first matched signature information and the local feature vector at each time extracted for the second matched signature information. Calculate local distance at each time.

具体的には、入力である2個の署名情報を

とし、出力である署名情報間の距離を

とする。
Specifically, the input two pieces of signature information are

and the distance between the output signature information is

shall be.


から算出された、局所的特徴抽出部24の出力である2個の局所的特徴シーケンスを、それぞれXとYとする。XとYは、W×Kの実数行列とし、すなわち、

とする。ここで、W は時間的長さ、K は次元数である。

The two local feature sequences that are the outputs of the local feature extractor 24 and are calculated from . Let X and Y be W×K real matrices, that is,

shall be. Here, W is the temporal length and K is the number of dimensions.

例えば、図4の例では、W = 256、K = 64 となる。XとYにおいて、それぞれのi 番目の時刻にある特徴ベクトルを、それぞれ

とする。また、XとYにおいて、それぞれのi 番目の時刻及びj 番目の次元にある要素を、それぞれxijとyij とする。
For example, in the example of FIG. 4, W = 256 and K = 64. In X and Y, the feature vectors at the i-th time are respectively

shall be. Furthermore, in X and Y, the elements at the i-th time and j-th dimension are respectively x ij and y ij .

局所的距離計算部30は、局所的特徴抽出部24の出力である2個の局所的特徴シーケンスを入力とし、1個の局所的距離シーケンスを出力とする。局所的距離計算部30は、2個の局所的特徴シーケンスの各時刻において、同じ時刻にある2個の特徴ベクトルの間の距離を計算し、全ての時刻から算出された距離を含む1個の局所的距離シーケンスを出力する。本実施の形態では、前記2個の特徴ベクトルの間のユークリッド距離を計算することによって、前記局所的距離シーケンスを算出する。ここで、前記2個の特徴ベクトルを

とし、2個の特徴ベクトルの間の距離を

とする。
The local distance calculation unit 30 inputs two local feature sequences that are output from the local feature extraction unit 24, and outputs one local distance sequence. The local distance calculation unit 30 calculates the distance between two feature vectors at the same time at each time of the two local feature sequences, and calculates one feature vector that includes the distances calculated from all times. Outputs a local distance sequence. In this embodiment, the local distance sequence is calculated by calculating the Euclidean distance between the two feature vectors. Here, the above two feature vectors are

and the distance between two feature vectors is

shall be.


を式(1)によって計算する。

is calculated using equation (1).


(1)

(1)

局所的距離統合部32は、1個の局所的距離シーケンスを入力とし、1個の署名情報間の距離を出力とする。 The local distance integration unit 32 receives one local distance sequence as input and outputs the distance between one piece of signature information.

具体的には、局所的距離統合部32は、局所的距離シーケンスに含まれる距離を全て統合し、1個の署名情報間の距離を計算する。本実施の形態では、局所的距離シーケンスに含まれる全ての距離の平均を計算し、前記署名情報間の距離とする。ここで、前記署名情報間の距離を

とし、式(2)によって計算する。
Specifically, the local distance integration unit 32 integrates all the distances included in the local distance sequence and calculates the distance between pieces of signature information. In this embodiment, the average of all distances included in the local distance sequence is calculated and used as the distance between the signature information. Here, the distance between the signature information is

Calculated using equation (2).


(2)

(2)

<判定部>
判定部34は、署名情報間の距離に基づいて、第1の署名情報及び第2の署名情報が、同一人物に関する署名情報であるか否かを判定する。
<Judgment section>
The determination unit 34 determines whether the first signature information and the second signature information are signature information regarding the same person based on the distance between the signature information.

具体的には、1個以上のテンプレート署名として入力された第2の署名情報の各々について、認証対象署名として入力された第1の署名情報と前記第2の署名情報との距離を局所的距離統合部32によって計算し、全ての第2の署名情報において計算された前記距離の平均を計算し、1個のスコアを算出する。当該スコアをあらかじめ定めた閾値と比較し、スコアが閾値より小さい場合に、認証対象署名がテンプレート署名と同一人物の署名情報と判定し、そうでない場合に異なる人物の署名情報と判定する。ここで、認証対象署名を

とし、1個以上のテンプレート署名の集合を

とする。距離の平均は、例えば、式(3)もしくは式(4)によって計算できる。
Specifically, for each of the second signature information input as one or more template signatures, the distance between the first signature information input as the signature to be authenticated and the second signature information is determined as a local distance. The integrating unit 32 calculates the average of the distances calculated for all the second signature information, and calculates one score. The score is compared with a predetermined threshold, and if the score is smaller than the threshold, it is determined that the signature to be authenticated is signature information of the same person as the template signature; otherwise, it is determined to be signature information of a different person. Here, enter the signature to be authenticated.

and a set of one or more template signatures is

shall be. The average distance can be calculated using equation (3) or equation (4), for example.


(3)

(3)


(4)

(Four)

<本発明の実施の形態に係る学習装置の構成>
次に、本発明の実施の形態に係る学習装置の構成について説明する。図5に示すように、本発明の実施の形態に係る学習装置200は、CPUと、RAMと、後述する学習処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したROMと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この学習装置200は、機能的には図5に示すように、入力部110と、演算部120とを備えている。
<Configuration of learning device according to embodiment of the present invention>
Next, the configuration of a learning device according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 5, the learning device 200 according to the embodiment of the present invention is a computer that includes a CPU, a RAM, and a ROM that stores programs and various data for executing a learning processing routine that will be described later. It can be configured. Functionally, the learning device 200 includes an input section 110 and a calculation section 120, as shown in FIG.

入力部110は、同一人物に関する署名情報であるか否かを示す訓練ラベルが予め付与された、ペンタブレットなどの入力手段による入力位置の時系列データである署名情報のペアの入力を受け付ける。 The input unit 110 receives an input of a pair of signature information, which is time-series data of an input position by an input means such as a pen tablet, to which a training label indicating whether the signature information is related to the same person is given in advance.

演算部120は、時間的整合部122と、局所的特徴抽出部124と、学習部126とを備えている。 The calculation unit 120 includes a temporal matching unit 122, a local feature extraction unit 124, and a learning unit 126.

学習部126は、局所的距離計算部130と、損失関数値計算部132と、更新部134とを備えている。 The learning section 126 includes a local distance calculation section 130, a loss function value calculation section 132, and an updating section 134.

図5が示しているように、学習装置200では、時系列データである署名情報のペアとそれらが同一人物の署名情報か否かを示す1個の訓練ラベルとの1組を、1組の訓練データとして入力として受け付け、1個の損失関数値に基づいて、抽出モデルを更新する。 As shown in FIG. 5, in the learning device 200, a pair of signature information that is time-series data and a training label indicating whether or not they are signature information of the same person are combined into a pair of training labels. The extraction model is updated based on one loss function value received as input as training data.

<時間的整合部>
時間的整合部122は、署名情報のペアのうちの第1の署名情報と、署名情報のペアのうちの第2の署名情報とに対して、時間的整合部22と同様に、時間軸に沿った整合を行い、第1の整合済署名情報と、第2の整合済署名情報とを出力する。
<Temporal matching part>
Similar to the temporal matching unit 22, the temporal matching unit 122 processes the first signature information of the signature information pair and the second signature information of the signature information pair on the time axis. The first matched signature information and the second matched signature information are output.

<局所的特徴量抽出部>
局所的特徴抽出部124は、第1の整合済署名情報と、第2の整合済署名情報とを入力とし、局所的特徴抽出部24と同様に、局所的特徴ベクトルを抽出する抽出モデルを用いて、各時刻で、局所的特徴ベクトルを抽出し、2個の局所的特徴シーケンスを出力する。
<Local feature extraction unit>
The local feature extraction unit 124 receives the first matched signature information and the second matched signature information as input, and uses an extraction model for extracting a local feature vector similarly to the local feature extraction unit 24. Then, at each time, a local feature vector is extracted and two local feature sequences are output.

<局所的距離計算部>
局所的距離計算部130は、局所的距離計算部30と同様に、第1の整合済署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、第2の整合済署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとの間の局所的距離を、時刻毎に計算し、1個の局所的距離シーケンスを出力する。
<Local distance calculation section>
Similar to the local distance calculation unit 30, the local distance calculation unit 130 calculates the local feature vectors at each time extracted for the first matched signature information and the local feature vectors extracted for the second matched signature information. The local distance between the local feature vector of the time is calculated for each time, and one local distance sequence is output.

<損失関数値計算部>
損失関数値計算部132は、第1の整合済署名情報から抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、第2の整合済署名情報から抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとの距離、及び当該時系列データのペアに付与された訓練ラベルを用いて表される損失関数の値を計算する。
<Loss function value calculation section>
The loss function value calculation unit 132 calculates the distance between the local feature vector at each time extracted from the first matched signature information and the local feature vector at each time extracted from the second matched signature information, and calculates the value of the loss function expressed using the training label given to the pair of time series data.

具体的には、1個の局所的距離シーケンスと1個の訓練ラベルを入力とし、同一人物の署名情報の場合に局所的距離が大きいほど損失関数値が大きくなり、そうでない場合に局所的距離が小さいほど損失関数値が大きくなる、というような1個の損失関数値を計算する。 Specifically, one local distance sequence and one training label are input, and in the case of signature information of the same person, the larger the local distance is, the larger the loss function value is. A single loss function value is calculated such that the smaller the loss function value, the larger the loss function value.

損失関数値計算部132に関して以下に2つの実施例を説明する。 Two embodiments regarding the loss function value calculation section 132 will be described below.

<実施例1>
本実施例では、まず、局所的距離シーケンスの各時刻において、同一人物の署名情報の場合に局所的距離が大きいほど値が大きくなり、そうでない場合に局所的距離が小さいほど値が大きくなる、というような1個の局所的損失関数値を計算する。次に、全ての時刻から算出された局所的損失関数値の平均を計算し、損失関数値計算部132の出力である損失関数値とする。なお、本実施例では局所的損失関数値の平均としているが、局所的損失関数値の総和としてもよい。要は、得られた局所的損失関数値全てを用いて1つの値を出せればよい。また、上記損失関数値は、(1)時系列に係る特徴を残しつつ、(2)ヒューリスティックに決定された手法よりも学習データに応じた値であることが期待される。ここで、損失関数値計算部132の出力である損失関数値をLとし、訓練ラベルをzとする。z∈{0,1}とし、同一人物の署名情報の場合にz = 1、そうでない場合にz = 0 とする。Lを式(5)によって計算する。式(5)中のτ はハイパーパラメータで、τ∈[0,√2]とする。
<Example 1>
In this embodiment, first, at each time of the local distance sequence, in the case of signature information of the same person, the larger the local distance, the larger the value; otherwise, the smaller the local distance, the larger the value. Calculate one local loss function value such that Next, the average of the local loss function values calculated from all the times is calculated and used as the loss function value that is the output of the loss function value calculation unit 132. In this embodiment, the average of the local loss function values is used, but it may be the sum of the local loss function values. In short, it is sufficient if one value can be obtained using all the obtained local loss function values. Further, the loss function value is expected to (1) retain characteristics related to time series, and (2) be a value that is more in accordance with the learning data than in a heuristically determined method. Here, let L be the loss function value output from the loss function value calculation unit 132, and let z be the training label. Let z∈{0,1}, and let z = 1 if the signature information belongs to the same person, and z = 0 otherwise. Calculate L using equation (5). τ in equation (5) is a hyperparameter, and τ∈[0,√2].


(5)

(Five)

式(5)によって、同一人物の署名情報の場合に局所的距離

が大きいほど損失関数値Lが大きくなり、そうでない場合に局所的距離

が小さいほど損失関数値Lが大きくなる。
By equation (5), in the case of signature information of the same person, the local distance

The larger the loss function value L, the larger the loss function value L, otherwise the local distance

The smaller the loss function value L becomes.

<実施例2>
本実施例の損失関数値計算部132では、式(2)によって計算される署名情報間距離

を用いて、同一人物の署名情報の場合に

が大きいほど値が大きくなり、そうでない場合に

が小さいほど値が大きくなる、というような1個の損失関数値を計算し、損失関数値計算部132の出力とする。ここで、前記損失関数値をLとし、式(6)によって計算する。
<Example 2>
In the loss function value calculation unit 132 of this embodiment, the distance between signature information calculated by equation (2)

In the case of signature information of the same person,

The larger the value, the larger the value, and if

One loss function value is calculated such that the smaller the value, the larger the value, and is output from the loss function value calculation unit 132. Here, the loss function value is set to L, and calculation is performed using equation (6).


(6)

(6)

同一人物の署名情報の場合に、式(2)によって、前記局所的距離

が大きいほど、前記署名情報間距離

が大きくなる。それに伴い、式(6)によって、損失関数値L が大きくなる。そうでない場合に、式(2)によって、前記局所的距離

が小さいほど、前記署名情報間距離

が小さくなる。それに伴い、式(6)によって、損失関数値L が大きくなる。
In the case of signature information of the same person, the local distance is

The larger is the distance between the signature information

becomes larger. Accordingly, the loss function value L increases according to equation (6). Otherwise, by equation (2), the local distance

The smaller is the distance between the signature information

becomes smaller. Accordingly, the loss function value L increases according to equation (6).

<更新部>
更新部134は、損失関数の値を最適化するように、抽出モデルのパラメータを更新する。
<Update section>
The updating unit 134 updates the parameters of the extraction model so as to optimize the value of the loss function.

更新部134に関して、以下に、損失関数値計算部132の2つの実施例に対応する2つの実施例を説明する。 Regarding the update section 134, two embodiments corresponding to two embodiments of the loss function value calculation section 132 will be described below.

<実施例1>
本実施例では、更新部134は、以下の式(7)に従って、微分法を用いて抽出モデルのパラメータを更新する。
<Example 1>
In this embodiment, the updating unit 134 updates the parameters of the extracted model using the differential method according to the following equation (7).


(7)

(7)

式(7)は、損失関数値L における、局所的特徴シーケンスXの各要素xijに関する偏微分係数を示している。式(7)中の

は、各局所的距離

のxijに関する偏微分係数であり、

によって計算され、xijの時刻i によって異なる値を持つ。そのため、微分法を用いて抽出モデルを構成するニューラルネットワークのパラメータを学習する際に、局所的特徴シーケンスの各要素xij は、その時刻iによって適応的に更新されることとなる。
Equation (7) shows the partial differential coefficient with respect to each element x ij of the local feature sequence X at the loss function value L . In formula (7)

is each local distance

is the partial differential coefficient with respect to x ij of

It is calculated by , and has a different value depending on the time i of x ij . Therefore, when learning the parameters of the neural network constituting the extraction model using the differential method, each element x ij of the local feature sequence is adaptively updated according to the time i.

また、

と同様に、式(7)中の

も、xijの時刻i によって異なる値を持つ。従って、上記非特許文献2等のような、学習の時に局所的特徴シーケンスの各要素が全ての時刻において均一的に更新される先行技術とは異なり、本発明の実施の形態では、学習の時に局所的特徴シーケンスの各要素が、その時刻によって適応的に更新されるため、より識別力の高い局所的な特徴表現をより効果的に学習することが可能になる。
Also,

Similarly, in equation (7),

also has different values depending on time i of x ij . Therefore, unlike the prior art such as the above-mentioned Non-Patent Document 2, in which each element of the local feature sequence is updated uniformly at all times during learning, in the embodiment of the present invention, during learning Since each element of the local feature sequence is adaptively updated according to its time, it becomes possible to more effectively learn local feature representations with higher discriminative power.

<実施例2>
本実施例では、更新部134は、以下の式(8)に従って、微分法を用いて抽出モデルのパラメータを更新する。
<Example 2>
In this embodiment, the updating unit 134 updates the parameters of the extracted model using the differential method according to equation (8) below.

(8) (8)

式(8)は、損失関数値L における、局所的特徴シーケンスX の各要素xij に関する偏微分係数を示している。実施例1と同様に、式(8)中の

は、xijの時刻i によって異なる値を持つ。微分法を用いて抽出モデルを構成するニューラルネットワークのパラメータを学習する際に、局所的特徴シーケンスの各要素xij は、その時刻i によって適応的に更新されることとなる。従って、より識別力の高い局所的な特徴表現をより効果的に学習することが可能になる。
Equation (8) shows the partial differential coefficient with respect to each element x ij of the local feature sequence X at the loss function value L . As in Example 1, in formula (8)

has different values depending on time i of x ij . When learning the parameters of the neural network constituting the extraction model using the differential method, each element x ij of the local feature sequence is adaptively updated according to its time i. Therefore, it becomes possible to more effectively learn local feature expressions with higher discriminative power.

一方で、実施例1とは異なり、式(8)中の

は、xijの時刻i によらず、全ての時刻において均一的な値を持つ。それによって、比較的に少量の訓練データしか使用できない場合、学習の時に局所的特徴シーケンスの各要素においてその更新のその時刻に対する依存性が適切に抑制され、過学習の悪影響を軽減することが可能になる。
On the other hand, unlike Example 1, in formula (8)

has a uniform value at all times, regardless of time i of x ij . As a result, when only a relatively small amount of training data can be used, the dependence of updates on the time of each element of the local feature sequence during learning can be appropriately suppressed, and the negative effects of overfitting can be reduced. become.

本発明の実施の形態では、署名認証は署名情報間の局所的距離

にも依存するが、最終的には署名情報間距離

にも依存する。実施例1は、局所的距離に依存する損失関数を用いている一方で、実施例2は、局所的距離と署名情報間距離の両方に依存する損失関数を用いている。そのため、実施例2の方が、局所的な特徴表現の効果的な学習と過学習抑制において、その間のバランスがよりうまく取れた実施例であると考えられる。
In an embodiment of the present invention, signature authentication is based on local distance between signature information.

It also depends on the distance between signature information, but ultimately the distance between signature information

It also depends on. Example 1 uses a loss function that depends on local distance, while Example 2 uses a loss function that depends on both local distance and distance between signature information. Therefore, it is considered that Example 2 is an example that achieves a better balance between effective learning of local feature expressions and suppression of overlearning.

照合装置100及び学習装置200の各々は、一例として、図6に示すコンピュータ84によって実現される。コンピュータ84は、CPU86、メモリ88、プログラム82を記憶した記憶部92、モニタを含む表示部94、及びキーボードやマウスを含む入力部96を含んでいる。CPU86、メモリ88、記憶部92、表示部94、及び入力部96はバス98を介して互いに接続されている。 Each of the verification device 100 and the learning device 200 is realized by a computer 84 shown in FIG. 6, as an example. The computer 84 includes a CPU 86, a memory 88, a storage section 92 that stores the program 82, a display section 94 that includes a monitor, and an input section 96 that includes a keyboard and a mouse. The CPU 86, memory 88, storage section 92, display section 94, and input section 96 are connected to each other via a bus 98.

記憶部92はHDD、SSD、フラッシュメモリ等によって実現される。記憶部92には、コンピュータ84を照合装置100又は学習装置200として機能させるためのプログラム82が記憶されている。CPU86は、プログラム82を記憶部92から読み出してメモリ88に展開し、プログラム82を実行する。なお、プログラム82をコンピュータ可読媒体に格納して提供してもよい。 The storage unit 92 is realized by an HDD, SSD, flash memory, or the like. The storage unit 92 stores a program 82 for causing the computer 84 to function as the verification device 100 or the learning device 200. The CPU 86 reads the program 82 from the storage unit 92, expands it to the memory 88, and executes the program 82. Note that the program 82 may be provided by being stored in a computer-readable medium.

<本発明の実施の形態に係る学習装置の作用>
次に、本発明の実施の形態に係る学習装置200の作用について説明する。入力部110によって、訓練ラベルが予め付与された署名情報のペアを、複数ペアを受け付けると、学習装置200は、図7に示す学習処理ルーチンを実行する。
<Action of the learning device according to the embodiment of the present invention>
Next, the operation of the learning device 200 according to the embodiment of the present invention will be explained. When the input unit 110 receives a plurality of pairs of signature information to which training labels have been assigned in advance, the learning device 200 executes the learning processing routine shown in FIG. 7 .

まず、ステップS100では、署名情報のペアに含まれる第1の署名情報及び第2の署名情報に対して、時間軸に沿った整合を行い、第1の整合済署名情報と、第2の整合済署名情報とを出力する。 First, in step S100, the first signature information and the second signature information included in the pair of signature information are matched along the time axis, and the first matched signature information and the second matched signature information are matched. Output the completed signature information.

ステップS102では、局所的特徴抽出部124は、第1の整合済署名情報と、第2の整合済署名情報とを入力とし、局所的特徴ベクトルを抽出する抽出モデルを用いて、各時刻で、局所的特徴ベクトルを抽出し、2個の局所的特徴シーケンスを出力する。 In step S102, the local feature extraction unit 124 inputs the first matched signature information and the second matched signature information, and uses an extraction model for extracting a local feature vector to perform the following operations at each time: Extract local feature vectors and output two local feature sequences.

ステップS104では、局所的距離計算部130は、第1の整合済署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、第2の整合済署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとの間の局所的距離を、時刻毎に計算し、1個の局所的距離シーケンスを出力する。 In step S104, the local distance calculation unit 130 calculates the local feature vector at each time extracted for the first matched signature information and the local feature vector at each time extracted for the second matched signature information. The local distance between the two is calculated at each time, and one local distance sequence is output.

そして、ステップS106では、損失関数値計算部132は、第1の整合済署名情報から抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、第2の整合済署名情報から抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとの距離、及び当該時系列データのペアに付与された訓練ラベルを用いて表される損失関数の値を計算する。 Then, in step S106, the loss function value calculation unit 132 calculates the local feature vector at each time extracted from the first matched signature information and the local feature vector at each time extracted from the second matched signature information. The value of the loss function expressed using the distance to the feature vector and the training label given to the pair of time series data is calculated.

ステップS108では、更新部134は、損失関数の値を最適化するように、抽出モデルのパラメータを更新する。 In step S108, the updating unit 134 updates the parameters of the extracted model so as to optimize the value of the loss function.

ステップS110では、すべてのペアについて上記ステップS100~S108の処理を実行したか否かを判定する。上記ステップS100~S108の処理を実行していないペアが存在する場合には、上記ステップS100へ戻り、当該ペアについて、上記ステップS100~S108の処理を繰り返す。一方、全てのペアについて、上記ステップS100~S108の処理を実行した場合には、学習処理ルーチンを終了する。 In step S110, it is determined whether the processes of steps S100 to S108 have been performed for all pairs. If there is a pair for which the processes of steps S100 to S108 have not been performed, the process returns to step S100 and the processes of steps S100 to S108 are repeated for the pair. On the other hand, if the processes of steps S100 to S108 described above have been executed for all pairs, the learning process routine ends.

<本発明の実施の形態に係る照合装置の作用>
次に、本発明の実施の形態に係る照合装置100の作用について説明する。
<Operation of the verification device according to the embodiment of the present invention>
Next, the operation of verification device 100 according to the embodiment of the present invention will be explained.

まず、入力部10によって、ペンタブレットなどの入力手段による入力位置の時系列データである第1の署名情報を受け付ける。そして、入力部10によって、テンプレート署名として、1個以上の第2の署名情報の入力を受け付けると、照合装置100は、図8に示す照合処理ルーチンを実行する。 First, the input unit 10 receives first signature information, which is time-series data of input positions by input means such as a pen tablet. Then, when the input unit 10 receives input of one or more pieces of second signature information as a template signature, the verification device 100 executes the verification processing routine shown in FIG. 8 .

まず、ステップS120では、時間的整合部22は、1個以上の第2の署名情報毎に、第1の署名情報と、当該第2の署名情報とに対して、時間軸に沿った整合を行い、第1の整合済署名情報と、第2の整合済署名情報とを出力する。 First, in step S120, the temporal alignment unit 22 aligns the first signature information and the second signature information along the time axis for each one or more pieces of second signature information. and outputs first matched signature information and second matched signature information.

ステップS122では、局所的特徴抽出部24は、1個以上の第2の署名情報毎に、第1の整合済署名情報と、第2整合済署名情報とを入力とし、学習装置200により学習された抽出モデルを用いて、各時刻で、局所的特徴ベクトルを抽出し、2個の局所的特徴シーケンスを出力する。 In step S122, the local feature extraction unit 24 inputs the first matched signature information and the second matched signature information for each one or more pieces of second signature information, and the local feature extraction unit 24 receives the first matched signature information and the second matched signature information for each piece of second signature information, and receives Using the extracted extraction model, a local feature vector is extracted at each time, and two local feature sequences are output.

ステップS124では、局所的距離計算部30は、1個以上の第2の署名情報毎に、第1の整合済署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、第2の整合済署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとの間の局所的距離を、時刻毎に計算する。 In step S124, the local distance calculation unit 30 calculates, for each one or more pieces of second signature information, the local feature vector at each time extracted for the first matched signature information and the second matched signature. A local distance between the extracted information and the local feature vector at each time is calculated for each time.

そして、ステップS126では、局所的距離統合部32は、1個以上の第2の署名情報毎に、局所的距離シーケンスに含まれる距離を全て統合し、1個の署名情報間の距離を計算する。 Then, in step S126, the local distance integration unit 32 integrates all the distances included in the local distance sequence for each one or more pieces of second signature information, and calculates the distance between one piece of signature information. .

ステップS128では、判定部34は、1個以上の第2の署名情報毎に計算された署名情報間の距離に基づいて、第1の署名情報及び第2の署名情報が、同一人物に関する署名情報であるか否かを判定し、照合処理ルーチンを終了する。 In step S128, the determination unit 34 determines whether the first signature information and the second signature information are signature information regarding the same person based on the distance between the signature information calculated for each one or more pieces of second signature information. It is determined whether or not it is, and the verification processing routine is ended.

<実験結果>
上記の実施の形態で説明した手法の効果を確認するために行った実験の結果について説明する。署名情報のテストデータが、本物の署名情報か、偽造者によって模倣された署名情報であるかを判定する実験を行った。署名情報のデータセットとして、MCYT(参考文献2)、BiosecurID SONOF(参考文献3)、およびSUSIG visual and blind sub-corpuses(参考文献4)の4つのデータセットを用いた。
<Experiment results>
The results of an experiment conducted to confirm the effects of the method described in the above embodiment will be described. We conducted an experiment to determine whether the signature information test data was genuine signature information or signature information imitated by a forger. Four datasets were used as signature information datasets: MCYT (Reference 2), BiosecurID SONOF (Reference 3), and SUSIG visual and blind sub-corpuses (Reference 4).

[参考文献2]J. Ortega-Garcia, J. Fierrez-Aguilar, D. Simon, et al., “MCYT baseline corpus: A bimodal biometric database,” IEE Proceedings- Vision, Image and Signal Processing, vol. 150, no. 6, pp.395-401, 2003.
[参考文献3]J. Galbally, M. D. Cabrera, M. A. Ferrer-Ballester, et al., “Online signature recognition through the combination of real dynamic data and synthetically generated static data,” Pattern Recognition, vol. 48, no. 9, pp. 2921-2934, 2015.
[参考文献4]A. Kholmatov and B. A. Yanikoglu, “SUSIG: An on-line signature database, associated protocols and benchmark results,” Pattern Anal. Appl., vol. 12, no. 3, pp. 227-236, 2009.
[Reference 2] J. Ortega-Garcia, J. Fierrez-Aguilar, D. Simon, et al., “MCYT baseline corpus: A bimodal biometric database,” IEE Proceedings- Vision, Image and Signal Processing, vol. 150, no. 6, pp.395-401, 2003.
[Reference 3] J. Galbally, MD Cabrera, MA Ferrer-Ballester, et al., “Online signature recognition through the combination of real dynamic data and synthetically generated static data,” Pattern Recognition, vol. 48, no. 9, pp. 2921-2934, 2015.
[Reference 4] A. Kholmatov and BA Yanikoglu, “SUSIG: An on-line signature database, associated protocols and benchmark results,” Pattern Anal. Appl., vol. 12, no. 3, pp. 227-236, 2009 .

また、4つのベースラインとして、参考文献5に記載の関数にDTWを適用したもの、Siamese network(SN)を用いたもの、Siamese network(SN)にDTWを適用したもの、DTWを適用せずにSiamese network(SN)に上記実施例1を適用したものを採用した。 In addition, the four baselines are one in which DTW is applied to the function described in Reference 5, one in which Siamese network (SN) is used, one in which DTW is applied to Siamese network (SN), and one in which DTW is not applied. A Siamese network (SN) to which the above embodiment 1 was applied was adopted.

[参考文献5]M. Martinez-Diaz, J. Fierrez, R. P. Krish, and J. Galbally, “Mobile signature verification: Feature robustness and performance comparison,” IET Biometrics, vol. 3, no. 4, pp. 267-277, 2014. [Reference 5] M. Martinez-Diaz, J. Fierrez, R. P. Krish, and J. Galbally, “Mobile signature verification: Feature robustness and performance comparison,” IET Biometrics, vol. 3, no. 4, pp. 267- 277, 2014.

また、評価指標として、EER(%)を用いて、比較した結果を表1に示す。 Furthermore, Table 1 shows the results of comparison using EER (%) as an evaluation index.

表1において、PWは、時間的整合を行うことを示し、LEは、上記実施例1、2の損失関数を用いることを示す。 In Table 1, PW indicates that temporal matching is performed, and LE indicates that the loss functions of Examples 1 and 2 are used.

また、MCYT(90 / 80 / 70%)は、MCYTの最初の90/80/70%を訓練データとして使用し、残りをテストデータとすることを示す。また、FULLは、4つのデータセットすべてを結合し、各データセットの最初の90%を訓練データとして抽出して結合し、残りすべてをテストデータとした。 Also, MCYT (90/80/70%) indicates that the first 90/80/70% of MCYT is used as training data, and the rest is used as test data. FULL combines all four datasets, extracts and combines the first 90% of each dataset as training data, and uses the rest as test data.

また、PSN w/ sequence-wise local embedding lossは、上記実施の形態における実施例2の方法を示し、PSN w/ location-wise local embedding lossは、上記実施の形態における実施例1の方法を示す。 Further, PSN w/ sequence-wise local embedding loss indicates the method of Example 2 in the above embodiment, and PSN w/ location-wise local embedding loss indicates the method of Example 1 in the above embodiment.

上記表1により、本実施の形態の方法は、すべてのベースラインより優れていることがわかった。 From Table 1 above, it was found that the method of this embodiment was superior to all baselines.

以上説明したように、本発明に実施の形態に係る照合装置は、同一人物に関する署名であるか否かが予め付与された署名情報のペアについての局所的特徴ベクトルを時刻毎に関連付けるように予め学習された抽出モデルを用いて、各時刻で、前記局所的特徴ベクトルを抽出し、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名であるか否かを判定する。これにより、2つの署名情報が、同一人物に関する署名情報であるか否かを精度良く判定することができる。 As explained above, the verification device according to the embodiment of the present invention associates local feature vectors for each pair of signature information to which it is previously determined whether the signatures are related to the same person or not at each time. Using the learned extraction model, the local feature vector is extracted at each time, the distance between the local feature vectors at each time is calculated, and the first signature information and the second signature information are , it is determined whether the signatures are related to the same person. Thereby, it is possible to accurately determine whether the two pieces of signature information are signature information about the same person.

また、本発明の実施の形態に係る学習装置は、訓練ラベルが予め付与された署名情報のペアについて、抽出モデルを用いて、各時刻で、局所的特徴ベクトルを抽出し、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離、及び訓練ラベルを用いて表される損失関数の値を最適化するように、抽出モデルを学習する。これにより、2つの署名情報が、同一人物に関する署名情報であるか否かを精度良く判定するための局所的特徴ベクトルを抽出する抽出モデルを学習することができる。 Further, the learning device according to the embodiment of the present invention extracts local feature vectors at each time using an extraction model for pairs of signature information to which training labels are assigned in advance, and The extraction model is learned to calculate the distance between local feature vectors and optimize the distance between local feature vectors at each time and the value of the loss function expressed using the training labels. As a result, it is possible to learn an extraction model that extracts a local feature vector for accurately determining whether two pieces of signature information are related to the same person.

また、本発明の実施の形態によれば、署名情報間の距離を測定する際に時間的一貫性を制約として課す機能(認証段階)と、署名情報の局所的特徴をデータから直接学習する機能(訓練段階) と、を同時に実現することが可能になる。その結果、他人署名やクローン署名が認証対象の署名情報として入力された時に、他人受入率をより低く抑えると同時に、手元の署名認証目的に最適な署名特徴表現が可能になるため、より高い署名認証精度を実現することが可能になる。 Further, according to an embodiment of the present invention, there is a function to impose temporal consistency as a constraint when measuring the distance between signature information (authentication stage), and a function to directly learn local characteristics of signature information from data. (training stage) and can be realized at the same time. As a result, when another person's signature or clone signature is input as the signature information to be authenticated, it is possible to lower the acceptance rate of others, and at the same time, it is possible to express signature characteristics that are optimal for the purpose of signature authentication at hand, resulting in higher signatures. It becomes possible to achieve authentication accuracy.

また、時間的整合部を用いることによれば、同一人物の署名情報間に生じうる時刻や速度の変動等の非線形時間的変動を吸収し、局所的特徴をデータから直接学習するにあたって重要である局所的断片の対応関係を正確に特定することが可能になる。その結果、本人署名が認証対象署名として入力された時に、それとテンプレート署名とを不一致と判定する確率(本人拒否率)をより低く抑えることが可能である。 In addition, by using the temporal matching unit, nonlinear temporal fluctuations such as fluctuations in time and speed that may occur between signature information of the same person can be absorbed, which is important for learning local features directly from data. It becomes possible to accurately specify the correspondence between local fragments. As a result, when a principal's signature is input as a signature to be authenticated, it is possible to lower the probability that the principal's signature is determined to be inconsistent with the template signature (principal rejection rate).

<変形例>
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
<Modified example>
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and applications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、局所的距離計算部と局所的距離統合部を、以下の実施例のように構成することができる。 For example, the local distance calculation section and the local distance integration section can be configured as in the following embodiment.

本実施例では、局所的距離計算部と局所的距離統合部において、上記の実施例1と実施例2のように人手によって設計された距離測定方法と統合方法を用いるのではなく、その距離測定方法と統合方法も学習を用いて決定する。それによって、十分な量の訓練データが使用可能な時には、より効果的に署名情報の特徴ベクトルを学習し、2個の署名情報をより正確に照合することが可能になる。 In this embodiment, the local distance calculation section and the local distance integration section do not use a manually designed distance measurement method and integration method as in the first and second embodiments, but instead use the distance measurement method and integration method that are designed manually as in the first and second embodiments. Methods and integration methods are also determined using learning. Thereby, when a sufficient amount of training data is available, it becomes possible to more effectively learn the signature information feature vector and more accurately match two pieces of signature information.

具体的には、局所的距離計算部は、まず、局所的特徴抽出部から出力された、2個の局所的特徴シーケンスの差分、すなわち、X-Yを計算する。計算されたX-Yを、1×W×K のテンソルとみなす。W は時間的長さ、K は次元数であり、例えば、図4が示している実施例では、W = 256、K = 64 となる。次に、ニューラルネットワークを用いて、テンソルX-Yを入力とし、十分な時間的長さを持つ、次元数が1以上の局所的距離シーケンスを算出し出力とする。例えば、2層の1×1の畳み込み層を用いて、その両方の出力の次元数を64、ストライドを1に設定し、各畳み込み層の直後にBatch Normalization層とReLU層を用いる、というような畳み込みニューラルネットワークを用いることが可能である。この場合、出力される局所的距離シーケンスは、時間的長さが256、次元数が64、すなわち、1×256×64のテンソルとなる。また、畳み込みニューラルネットワークの代わりに、双方向のLSTMや双方向のGRUを用いることも可能である。 Specifically, the local distance calculation section first calculates the difference between the two local feature sequences output from the local feature extraction section, that is, XY. Regard the calculated XY as a 1×W×K tensor. W is the time length and K is the number of dimensions; for example, in the embodiment shown in FIG. 4, W = 256 and K = 64. Next, using a neural network, inputting the tensor XY, a local distance sequence having a sufficient temporal length and a dimension of 1 or more is calculated and output. For example, use two 1x1 convolutional layers, set the dimensionality of both outputs to 64, and set the stride to 1, and use a Batch Normalization layer and a ReLU layer immediately after each convolutional layer. It is possible to use convolutional neural networks. In this case, the output local distance sequence has a temporal length of 256 and a dimensionality of 64, that is, a tensor of 1×256×64. Furthermore, instead of the convolutional neural network, it is also possible to use a bidirectional LSTM or a bidirectional GRU.

また、別の実施例として、前記2個の局所的特徴シーケンスにおいて、その差分ではなく、その両方を次元の方向に沿って結合し、結合されたシーケンスを前記ニューラルネットワークの入力とし、同じニューラルネットワークを用いて、前記局所的距離シーケンスを算出しても良い。前記2個の局所的特徴シーケンスをそれぞれ1×W×Kのテンソルとみなすと、前記結合されたシーケンスは1×W×2Kのテンソルとなる。前記ニューラルネットワークは、先に述べた実施例と同様に、畳み込みニューラルネットワークや双方向のLSTM、双方向のGRUを用いることが可能である。 In addition, as another embodiment, in the two local feature sequences, instead of their differences, both are combined along the dimensional direction, and the combined sequences are input to the neural network, and the same neural network The local distance sequence may be calculated using . If the two local feature sequences are each considered as a 1×W×K tensor, the combined sequence becomes a 1×W×2K tensor. As the neural network, a convolutional neural network, a bidirectional LSTM, or a bidirectional GRU can be used, as in the embodiments described above.

局所的距離統合部では、ニューラルネットワークを用いて、前記局所的距離シーケンスを入力とし、1個の署名情報間の距離を出力とする。前記ニューラルネットワークの例として、出力の次元数を1に設定した1層の全結合層と1層のSigmoid層を含んで構成されるニューラルネットワークが挙げられる。ここで、算出された署名情報間の距離を

とする。前記ニューラルネットワークを用いる場合、

となる。
The local distance integration unit uses a neural network, receives the local distance sequence as input, and outputs the distance between pieces of signature information. An example of the neural network is a neural network that includes one fully connected layer and one Sigmoid layer with an output dimension set to one. Here, the distance between the calculated signature information is

shall be. When using the neural network,

becomes.

訓練段階では、局所的距離計算部と局所的距離統合部のニューラルネットワークのパラメータは、前記局所的特徴抽出部の抽出モデルのパラメータと同様かつ同時に、多数の訓練データを用いた学習によって決定される。損失関数値計算部では、まず、前記局所的距離シーケンスを入力とし、前記局所的距離統合部と同じニューラルネットワークを用いて、1個の署名情報間の距離を算出する。次に、前記署名情報間の距離

と前記訓練ラベルz を用いて、例えば、式(9)によって1個の損失関数値L を計算する。
In the training stage, the parameters of the neural network of the local distance calculation unit and the local distance integration unit are determined by learning using a large number of training data, similar to and simultaneously with the parameters of the extraction model of the local feature extraction unit. . The loss function value calculation section first receives the local distance sequence as input and calculates the distance between pieces of signature information using the same neural network as the local distance integration section. Next, the distance between the signature information

and the training label z, one loss function value L is calculated, for example, according to equation (9).


(9)

(9)

同一人物の署名情報の場合に、前記局所的距離が大きいほど、前記署名情報間距離

が大きくなり、式(9)によって、損失関数値L が大きくなる。そうでない場合に、前記局所的距離が小さいほど、前記署名情報間距離

が小さくなり、式(9)によって、損失関数値L が大きくなる。
In the case of signature information of the same person, the larger the local distance, the greater the distance between the signature information.

becomes larger, and according to equation (9), the loss function value L becomes larger. Otherwise, the smaller the local distance, the more the distance between the signature information

becomes smaller, and the loss function value L becomes larger according to equation (9).

また、署名情報を照合する照合装置に本発明を適用する場合を例に説明したがこれに限定されるものではなく、他の種類の時系列データを照合する照合装置に適用してもよい。例えば、入力手段をセンサとし、センサによる入力に応じた時系列データである指紋情報を照合する照合装置に適用してもよい。この指紋情報は、指のどの部分から先にどのような圧力でセンサに触れられるかを表す時系列データであり、指紋情報を照合して、同一人物による指紋情報であるか否かを判定する。 Further, although the present invention has been described as an example in which the present invention is applied to a verification device that verifies signature information, the present invention is not limited thereto, and may be applied to a verification device that verifies other types of time-series data. For example, the present invention may be applied to a verification device that uses a sensor as the input means and verifies fingerprint information that is time-series data in response to input by the sensor. This fingerprint information is time-series data that shows which part of the finger touches the sensor first and with what pressure, and the fingerprint information is compared to determine whether the fingerprint information is from the same person. .

また、対象とする時系列データによっては、時間的なずれが生じない場合があり、このような場合には、時間的整合部を省略してもよい。 Further, depending on the target time-series data, there may be no temporal deviation, and in such a case, the temporal matching section may be omitted.

10、110 入力部
20、120 演算部
22、122 時間的整合部
24、124 局所的特徴抽出部
26 照合部
30、130 局所的距離計算部
32 局所的距離統合部
34 判定部
50 出力部
82 プログラム
84 コンピュータ
100 照合装置
126 学習部
132 損失関数値計算部
134 更新部
200 学習装置
10, 110 Input section 20, 120 Calculation section 22, 122 Temporal matching section 24, 124 Local feature extraction section 26 Matching section 30, 130 Local distance calculation section 32 Local distance integration section 34 Judgment section 50 Output section 82 Program 84 Computer 100 Collation device 126 Learning unit 132 Loss function value calculation unit 134 Update unit 200 Learning device

Claims (4)

入力手段による入力位置の時系列データである第1の署名情報及び第2の署名情報であって、各々異なる前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報を受け付ける入力部と、
前記第1の署名情報について各時刻から抽出される特徴ベクトルを含む局所的特徴シーケンスと、前記第2の署名情報について各時刻から抽出される特徴ベクトルを含む局所的特徴シーケンスとに対して、時刻の対応関係を計算し、前記時刻の対応関係を用いて、前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンス及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスを時間軸に沿って整合する時間的整合部と、
前記整合された前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンス及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスの各々について、同一人物に関する署名であるか否かが予め付与された署名情報のペアについての局所的特徴ベクトルを対応する全ての時刻毎に関連付け、かつ、同一人物に関する署名の前記局所的特徴ベクトルが対応するように予め学習された、前記局所的特徴ベクトルを抽出する畳み込みニューラルネットワークである抽出モデルの中間層の出力を用いて、各時刻で、前記局所的特徴ベクトルを抽出する局所的特徴計算部と、
前記第1の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、前記第2の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとについて、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、前記距離に応じたスコアが閾値より小さい場合に、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名であると判定し、前記距離に応じたスコアが閾値以上である場合に、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名でないと判定する照合部と、
を含み、
前記局所的特徴計算部は、前記整合された前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンスと、前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスとに基づいて、前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンスから得られる各時刻の特徴ベクトルを表す1×T×D(Tは時間的長さであり、Dは特徴ベクトルの次元数である。)の第1テンソル、及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスから得られる各時刻の特徴ベクトルを表す1×T×Dの第2テンソルを生成し、前記第1テンソルを前記抽出モデルに入力して、前記第1の署名情報について各時刻の局所的特徴ベクトルを抽出し、前記第2テンソルを前記抽出モデルに入力して、前記第2の署名情報について各時刻の局所的特徴ベクトルを抽出する
照合装置。
an input unit that accepts first signature information and second signature information that are time-series data of input positions by the input means, and that are different from each other;
For a local feature sequence including a feature vector extracted from each time for the first signature information and a local feature sequence including a feature vector extracted from each time for the second signature information, and calculates a temporal correspondence that matches the local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information along the time axis using the time correspondence . A matching part;
For each of the matched local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information, a pair of signature information is assigned in advance whether or not the signature is related to the same person. The convolutional neural network is a convolutional neural network that associates the local feature vectors of 2 to 3 for each corresponding time, and that extracts the local feature vectors that have been learned in advance so that the local feature vectors of signatures related to the same person correspond. a local feature calculation unit that extracts the local feature vector at each time using the output of the intermediate layer of the extraction model;
The distance between the local feature vectors at each time is calculated for the local feature vector at each time extracted for the first signature information and the local feature vector at each time extracted for the second signature information. If the score according to the distance is smaller than the threshold, it is determined that the first signature information and the second signature information are signatures related to the same person, and the score according to the distance is greater than or equal to the threshold. a verification unit that determines that the first signature information and the second signature information are not signatures related to the same person;
including;
The local feature calculation unit calculates the local feature sequence of the first signature information based on the matched local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information. A first tensor of 1×T×D (T is the temporal length and D is the number of dimensions of the feature vector) representing a feature vector at each time obtained from the feature sequence , and the second signature information. generate a 1×T×D second tensor representing the feature vector at each time obtained from the local feature sequence of A verification device that extracts a local feature vector at a time, inputs the second tensor into the extraction model, and extracts a local feature vector at each time for the second signature information.
同一人物に関する署名であるか否かを示す訓練ラベルが予め付与された、入力手段による入力位置の時系列データである第1の署名情報及び第2の署名情報であって、各々異なる前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報のペアに基づいて、局所的特徴ベクトルを抽出する畳み込みニューラルネットワークである抽出モデルを学習する学習装置であって、
前記ペアの前記第1の署名情報について各時刻から抽出される特徴ベクトルを含む局所的特徴シーケンスと前記第2の署名情報について各時刻から抽出される特徴ベクトルを含む局所的特徴シーケンスとに対して、時刻の対応関係を計算し、前記時刻の対応関係を用いて、前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンス及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスを時間軸に沿って整合する時間的整合部と、
前記整合された前記ペアの署名情報の各々の局所的特徴シーケンスについて、前記抽出モデルの中間層の出力を用いて、各時刻で、局所的特徴ベクトルを抽出する局所的特徴計算部と、
前記ペアの一方の前記署名情報から抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、他方の前記署名情報から抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとについて、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、前記訓練ラベルが、同一人物に関する署名であることを示す場合、前記距離が大きいほど、損失関数値が大きくなり、前記訓練ラベルが、同一人物に関する署名でないことを示す場合、前記距離が小さいほど損失関数値が大きくなるように、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離、及び前記ペアに付与された前記訓練ラベルを用いて表される損失関数の値を最適化するように、前記抽出モデルを学習する学習部と、
を含み、
前記局所的特徴計算部は、前記整合された前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンスと、前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスとに基づいて、前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンスから得られる各時刻の特徴ベクトルを表す1×T×D(Tは時間的長さであり、Dは特徴ベクトルの次元数である。)の第1テンソル、及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスから得られる各時刻の特徴ベクトルを表す1×T×Dの第2テンソルを生成し、前記第1テンソルを前記抽出モデルに入力して、前記第1の署名情報について各時刻の局所的特徴ベクトルを抽出し、前記第2テンソルを前記抽出モデルに入力して、前記第2の署名情報について各時刻の局所的特徴ベクトルを抽出する
学習装置。
First signature information and second signature information, each of which is time-series data of input positions by an input means, to which a training label indicating whether or not the signatures are related to the same person are given in advance, and each of which is different from the first signature information. A learning device that learns an extraction model that is a convolutional neural network that extracts a local feature vector based on a pair of signature information and the second signature information, comprising:
for a local feature sequence including a feature vector extracted from each time for the first signature information of the pair and a local feature sequence including a feature vector extracted from each time for the second signature information of the pair. , calculate a time correspondence , and use the time correspondence to match the local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information along the time axis. a temporal matching section;
a local feature calculation unit that extracts a local feature vector at each time using the output of the intermediate layer of the extraction model for each local feature sequence of the matched pair of signature information;
The distance between the local feature vectors at each time between the local feature vector at each time extracted from the signature information of one of the pair and the local feature vector at each time extracted from the signature information of the other pair. When the training label indicates that the signatures are related to the same person, the larger the distance, the larger the loss function value, and when the training label indicates that the signatures are not related to the same person, the distance The value of the loss function expressed using the distance of the local feature vector at each time and the training label given to the pair is optimized so that the smaller the value of the loss function is, the larger the loss function value is. a learning unit that learns the extraction model;
including;
The local feature calculation unit calculates a local feature sequence of the first signature information based on the matched local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information. A first tensor of 1×T×D (T is the temporal length and D is the number of dimensions of the feature vector) representing a feature vector at each time obtained from the feature sequence , and the second signature information. A 1×T×D second tensor representing the feature vector at each time obtained from the local feature sequence of is generated, and the first tensor is input to the extraction model, and each A learning device that extracts a local feature vector at a time, inputs the second tensor to the extraction model, and extracts a local feature vector at each time for the second signature information.
入力部が、入力手段による入力位置の時系列データである第1の署名情報及び第2の署名情報であって、各々異なる前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報を受け付け、
時間的整合部が、前記第1の署名情報について各時刻から抽出される特徴ベクトルを含む局所的特徴シーケンスと、前記第2の署名情報について各時刻から抽出される特徴ベクトルを含む局所的特徴シーケンスとに対して、時刻の対応関係を計算し、前記時刻の対応関係を用いて、前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンス及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスを時間軸に沿って整合し、
局所的特徴計算部が、前記整合された前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンス及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスの各々について、同一人物に関する署名であるか否かが予め付与された署名情報のペアについての局所的特徴ベクトルを対応する全ての時刻毎に関連付け、かつ、同一人物に関する署名の前記局所的特徴ベクトルが対応するように予め学習された、前記局所的特徴ベクトルを抽出する畳み込みニューラルネットワークである抽出モデルの中間層の出力を用いて、各時刻で、前記局所的特徴ベクトルを抽出し、
照合部が、前記第1の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、前記第2の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとについて、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、前記距離に応じたスコアが閾値より小さい場合に、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名であると判定し、前記距離に応じたスコアが閾値以上である場合に、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名でないと判定する
ことを含み、
前記局所的特徴計算部は、前記整合された前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンスと、前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスとに基づいて、前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンスから得られる各時刻の特徴ベクトルを表す1×T×D(Tは時間的長さであり、Dは特徴ベクトルの次元数である。)の第1テンソル、及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスから得られる各時刻の特徴ベクトルを表す1×T×Dの第2テンソルを生成し、前記第1テンソルを前記抽出モデルに入力して、前記第1の署名情報について各時刻の局所的特徴ベクトルを抽出し、前記第2テンソルを前記抽出モデルに入力して、前記第2の署名情報について各時刻の局所的特徴ベクトルを抽出する
照合方法。
an input unit receives first signature information and second signature information that are time-series data of input positions by the input means, the first signature information and the second signature information being different, respectively;
The temporal matching unit generates a local feature sequence including a feature vector extracted from each time for the first signature information, and a local feature sequence including a feature vector extracted from each time for the second signature information. A time correspondence is calculated for , and the local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information are plotted on the time axis using the time correspondence. aligned along
The local feature calculation unit assigns in advance whether or not the signatures are related to the same person, to each of the local feature sequence of the matched first signature information and the local feature sequence of the second signature information. The local feature vectors for each pair of signature information are associated with each corresponding time, and the local feature vectors are learned in advance so that the local feature vectors of signatures related to the same person correspond to each other. Extracting the local feature vector at each time using the output of the intermediate layer of the extraction model, which is a convolutional neural network,
The verification unit determines the local feature at each time with respect to the local feature vector at each time extracted for the first signature information and the local feature vector at each time extracted for the second signature information. The distance between the vectors is calculated, and if the score according to the distance is smaller than the threshold, it is determined that the first signature information and the second signature information are signatures related to the same person, and the signature information according to the distance is determined. determining that the first signature information and the second signature information are not signatures related to the same person when the score is equal to or higher than a threshold;
The local feature calculation unit calculates the local feature sequence of the first signature information based on the matched local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information. A first tensor of 1×T×D (T is the temporal length and D is the number of dimensions of the feature vector) representing a feature vector at each time obtained from the feature sequence , and the second signature information. generate a 1×T×D second tensor representing the feature vector at each time obtained from the local feature sequence of A matching method comprising: extracting a local feature vector at each time, inputting the second tensor into the extraction model, and extracting a local feature vector at each time for the second signature information.
コンピュータに、
入力手段による入力位置の時系列データである第1の署名情報及び第2の署名情報であって、各々異なる前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報を受け付け、
前記第1の署名情報について各時刻から抽出される特徴ベクトルを含む局所的特徴シーケンスと、前記第2の署名情報について各時刻から抽出される特徴ベクトルを含む局所的特徴シーケンスとに対して、時刻の対応関係を計算し、前記時刻の対応関係を用いて、前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンス及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスを時間軸に沿って整合し、
前記整合された前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンス及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスの各々について、同一人物に関する署名であるか否かが予め付与された署名情報のペアについての局所的特徴ベクトルを対応する全ての時刻毎に関連付け、かつ、同一人物に関する署名の前記局所的特徴ベクトルが対応するように予め学習された、前記局所的特徴ベクトルを抽出する畳み込みニューラルネットワークである抽出モデルの中間層の出力を用いて、各時刻で、前記局所的特徴ベクトルを抽出し、
前記第1の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルと、前記第2の署名情報について抽出された各時刻の局所的特徴ベクトルとについて、各時刻での局所的特徴ベクトルの距離を計算し、前記距離に応じたスコアが閾値より小さい場合に、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名であると判定し、前記距離に応じたスコアが閾値以上である場合に、前記第1の署名情報及び前記第2の署名情報が、同一人物に関する署名でないと判定する
ことを実行させるためのプログラムであって、
前記局所的特徴ベクトルを抽出することでは、前記整合された前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンスと、前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスとに基づいて、前記第1の署名情報の局所的特徴シーケンスから得られる各時刻の特徴ベクトルを表す1×T×D(Tは時間的長さであり、Dは特徴ベクトルの次元数である。)の第1テンソル、及び前記第2の署名情報の局所的特徴シーケンスから得られる各時刻の特徴ベクトルを表す1×T×Dの第2テンソルを生成し、前記第1テンソルを前記抽出モデルに入力して、前記第1の署名情報について各時刻の局所的特徴ベクトルを抽出し、前記第2テンソルを前記抽出モデルに入力して、前記第2の署名情報について各時刻の局所的特徴ベクトルを抽出する
プログラム。
to the computer,
receiving first signature information and second signature information that are time-series data of input positions by the input means, the first signature information and the second signature information being different, respectively;
For a local feature sequence including a feature vector extracted from each time for the first signature information and a local feature sequence including a feature vector extracted from each time for the second signature information, and aligning the local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information along the time axis using the time correspondence ;
For each of the matched local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information, a pair of signature information is assigned in advance whether or not the signature is related to the same person. The convolutional neural network is a convolutional neural network that associates the local feature vectors of 2 to 3 for each corresponding time, and that extracts the local feature vectors that have been learned in advance so that the local feature vectors of signatures related to the same person correspond. Extracting the local feature vector at each time using the output of the intermediate layer of the extraction model,
The distance between the local feature vectors at each time is calculated for the local feature vector at each time extracted for the first signature information and the local feature vector at each time extracted for the second signature information. If the score according to the distance is smaller than the threshold, it is determined that the first signature information and the second signature information are signatures related to the same person, and the score according to the distance is greater than or equal to the threshold. , the program determines that the first signature information and the second signature information are not signatures related to the same person,
Extracting the local feature vector may include extracting the local feature vector of the first signature information based on the matched local feature sequence of the first signature information and the local feature sequence of the second signature information. a first tensor of 1×T×D (T is the temporal length and D is the dimensionality of the feature vector) representing the feature vector at each time obtained from the local feature sequence of generate a 1×T×D second tensor representing the feature vector at each time obtained from the local feature sequence of the signature information, input the first tensor to the extraction model, and generate the first signature A program that extracts a local feature vector at each time for information, inputs the second tensor to the extraction model, and extracts a local feature vector at each time for the second signature information.
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