WO2006030781A1

WO2006030781A1 - 指先からの生体情報の抽出方法およびその装置

Info

Publication number: WO2006030781A1
Application number: PCT/JP2005/016836
Authority: WO
Inventors: Ichiro Fujieda; Katsuki Tai
Original assignee: The Ritsumeikan Trust; A'syck Co. Ltd.
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2006-03-23
Also published as: JPWO2006030781A1; US20080095412A1

Abstract

　本発明は、光学的手段により得られる指先からの情報を用いて、生体識別および健康度の測定を行うことを目的とする。生体識別に関しては、指を検査面に押圧してゆく際と、当該押圧を解除してゆく際の、接触部分の指の色の指標値（特に、色度座標xの値または輝度Yの値）の変化量に基づいて、その変化量が所定値以上であるときに生体の指であると識別する。また、健康度測定に関しては、指を検査面に押圧してゆく際の指の接触面積の変化に対する接触部分の指の色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を得る。

Description

明細書

指先からの生体情報の抽出方法およびその装置

技術分野

[0001] 本発明は、指先から生体情報を抽出する方法および装置に関する。ここでいう「生体情報」は、具体的には、その指が生体のものであるか否か、すなわち、生体の指か偽指（非生体の偽造指）であるか否か、を識別するための情報、およびその生体の指の血管の硬直度で表される健康度に関する情報を指す。

背景技術

[0002] 現在、パソコンや携帯電話でパスワード入力の代替を目的とした指紋認証システムが実用化されている。このような指紋認証システムが世の中に広く普及すれば、電子商取引や電子政府等の新規サービスの普及、インターネット等を用いたネットワークでの情報犯罪の抑止、あるいは空港や原子炉等の施設でのテロ防止等の効果が期待される。

[0003] ところが、これらの製品が前記偽指等の偽造物（以下、偽指という）に対して脆弱である、すなわち、偽指を見抜けない場合もあることが報告されている。そこで、偽指対策の可能性の一つとして、本願発明者等は一連の入力動作における指紋画像の面積と色の変化に基づく生体識別方法をすでに提案した [特許文献 1]。この生体識別方法では、指と検査面との接触面積または接触圧力と、接触部分における指の色の相関係数を求め、その値からその指が生体のものであるか、そうでなレ、（偽指である）力を識別していた。ここで、指の色としては、指紋画像を撮影するためのカラー画像センサの出力である sRGBの値を採用していた。

[0004] 一方、指先から生体情報を光学的に検出する技術としては、指先の末梢血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を求める光ォキシメトリー [非特許文献 1]、ヘモグロビンの分布を画像化する技術 [非特許文献 2]、指先から脈波を検出して健康度を判定する技術 [特許文献 2]、血糖値を求める試み [非特許文献 3]、携帯型血流センサ [非特許文献 4]等が報告されている。

[0005] 特許文献 1：特開 2003-075135号公報特許文献 2：特開 2003-144420号公報

非特許文献 1 :高谷節雄，〃光ォキシメトリーの理論的背景と現状 *将来光学 30卷 1 0号， pp.644-650 (2001)

特許^ C献 2 : Ikuo Komshi, Yasnoou Ito, Naofumi Sakauchi, Manami Kobayashi and Yoshio Tsunazawa, 八 new optical imager for hemoglobin distribution in human skin, " Optical Review, Vol. 10， No. 6， pp.592— 595 (2003)

非特許文献 3 :田村守，〃無侵襲血糖値測定法の現状と課題"，光学 33卷 7号， pp.3 80-386 (2004)

非特許文献 4 :日暮栄治，澤田廉士，〃携帯可能なュビキタス血流センサ"，第 2回集積光デバイス技術研究会プログラム， IPD02-12, pp.33-36 (2003)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 生体識別に関しては、特許文献 1に記載の方法では指と検查面との接触面積と色の関係のみを見ているが、ゴム等により作製された偽指では両者の関係は一義的であると考えられるのに対し、生体の場合は押圧時と押圧を解除する時とでは両者の関係は異なるのが一般であると考えられる。そこで、この点に着目すれば、より精度の高い生体識別が可能になる。

[0007] 次に、健康度測定に関しては、前記各種方法はそれぞれ人の健康のある側面を表す指標を抽出するものであるが、人の健康にはもちろん、これらでは表されない指標が数多くある。仮に指紋センサで人の健康度を評価できれば、例えば毎日のネットヮークへのログイン時に健康モニタとして使用できる。そのとき、指紋センサで評価できる健康項目の数が多くなればなるほど、指紋センサは健康度評価装置としても有用となる。

[0008] 本発明は、これらの指紋センサに関連する 2つの課題を、一つの技術で解決したものである。

課題を解決するための手段

[0009] 前記課題を解決するためになされた本発明に係る指先からの生体情報抽出方法は、指を検査面に押圧する際の指の接触面積またはそれを反映した量と、接触部分の指の色との関係に基づいて、生体情報を抽出することを特徴とする。

[0010] なお、「指を検查面に押圧する」とは、指と検查面との相対的な関係を表すものであり、検査面が静止して指が移動する場合、指が静止して検査面が移動する場合、および、両者が共に移動する場合のいずれであってもよい。

[0011] 前記のうち、生体識別に関する課題を解決するためになされた本発明に係る指先力の情報を用いた生体識別方法は、

指を検查面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれ力または双方において、接触部分の指の色の指標値の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否かを識別することを特徴とする。

[0012] なお、前記指の色の指標値として、 XYZ表色系の色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yのいずれかの値を用いることができる力特に色度座標 Xの値、または輝度 Yの値を用レ、ることが望ましい。

表色系として LHS系を用いた場合には、輝度 L、色相 H、彩度 Sのいずれかの値を用レ、ることができる力特に彩度 Sの値を用いることが望ましレ、。

また、光源としては、緑色光源と赤色光源の組み合わせを用いることが望ましい。この場合、指標値としては、後述の A R'i値、 Δ ίΤρ値または A yi値を用いることが望ましい。

[0013] なお、指を押圧する際（または除圧する際）に検出する色の採取範囲の中心は、画像処理により自動的に決定するようにすることが望ましい。

[0014] 前記方法を実施するための本発明に係る指先からの情報を用いた生体識別装置は、

a)指を押圧するための検查面と、

b)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、

c)指を前記検查面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれかまたは双方において、接触部分の指の色の指標値を検出する色検出手段と、

d)前記各場合の色の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否かを識別する生体識別手段

を備えることを特徴とする。 [0015] 次に、健康度測定に関する課題を解決するためになされた本発明に係る指先からの情報を用レ、た健康度測定方法は、指を検査面に押圧してゆく際の指の接触面積またはそれを反映した量の変化に対応する接触部分の指の色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を得ることを特徴とする。

[0016] なお、前記指の色の指標値としては、 XYZ表色系の場合には色度座標 x、色度座標、輝度 Yのいずれかの値を用いることができる力特に輝度 Yの値を用いることが望ましい。また、 LHS表色系の場合には輝度 L、色相 H、彩度 Sのいずれかの値を用レ、ることができる力特に彩度 Sの値を用いることが望ましレ、。

[0017] また、前記方法を実施するための本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定装置は、

a)指を押圧するための検査面と、

b)前記検査面と指の接触面積、またはそれを反映した量を測定する面積等測定手段と、

c)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、

d)前記接触面積の変化に対応する前記色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を算出する硬直度算出手段

を備えることを特徴とする。

発明の効果

[0018] 本発明に係る方法および装置により、生体指と偽指を明確に識別することが可能となる。

また、指紋センサを用いて人の健康度を評価することができるため、例えば毎日のネットワークへのログイン時に指紋センサによる測定値を健康モニタとして使用できる。そのとき、指紋センサで評価できる健康項目の数が多くなればなるほど、指紋センサは健康度評価装置としても有用となる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の実施例で用いた指紋センサの各要素の概略配置図。

[図 2]指を低速で検査面に押圧し、解除した際の、色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の時間変化を示すグラフ。 [図 3]指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、色度座標 χ、色度座標 y、輝度 Yの値の時間変化を示すグラフ。

[図 4]指を高速で検査面に押圧し、解除した際の、色度座標 χ、色度座標 y、輝度 Yの値の時間変化を示すグラフ。

園 5]指を低速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標 χ、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。

園 6]指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。

園 7]指を高速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。

園 8]第 2の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。

園 9]第 3の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。

園 10]第 4の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。

園 11]第 5の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標 χ、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。

園 12]指を検查面に押圧する際、およびその押圧を解除する際の色度座標 Xの変化の様子を模式的に表した図 (a)、および輝度 Yの変化の様子を模式的に表した図 (b)。

[図 13]偽指を検査面に押圧し、解除した際の、色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の時間変化を示すグラフ。

[図 14]偽指を検査面に押圧し、解除した際の、接触面積と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。

園 15]第 6の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と [面積]/ [色度座標 x]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示すグラフ。

園 16]第 7の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と [面積]/ [色度座標 χ]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示すグラフ。

[図 17]第 8の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と [面積]/ [色度座標 χ]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示すグラフ。

[図 18]第 9の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と [面積]/ [色度座標 χ]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示すグラフ。

[図 19]第 10の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と [面積]/ [色度座標 x]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示すグラフ。

[図 20]本発明を実施することのできる別の形式の指紋センサの配置図。

[図 21]生体指の押圧時の圧力とスペクトルの関係を示すグラフ (a)、および、第 2の実施例で用いた GR光源の発光スぺクトノレ (b)。

[図 22]第 2の実施例で用いた生体指 (a)および偽指 (b)の押圧 ·除圧時の色信号の変化の様子を示すグラフ。

[図 23]第 2実施例で用いた各種指標を説明するためのグラフ。

[図 24]生体指グループと偽指グループの指標 Δ R'iの値の分布のグラフ (a)および指標 Δ yiの値の分布のグラフ (b)。

[図 25]生体指グループと偽指グループの各種指標値の差異の大きさを示す表。

[図 26]LHS表色系の一測定例である生体指の測定結果を示すグラフ。

[図 27]LHS表色系により測定した結果の表。

[図 28]中心自動決定法の説明図。

[図 29]中心固定法と中心自動決定法による指標値の変化の違いを示すグラフ。

[図 30]中心固定法と中心自動決定法による指標値の変化の違レ、を示す表。

符号の説明

10…光源（LED)

11…導光板 12…指先

13…画像センサ

14…画像処理装置

発明を実施するための最良の形態

[0021] 本発明に係る指先からの生体情報抽出方法では、指を検査面に押圧する際の指の接触面積またはそれを反映した量 (例えば、圧力センサで測定した圧力も、指の接触面積を反映した量である）と、接触部分の指の色との関係に基づいて生体情報を抽出するものであるため、検出すべき物理量は接触面積またはそれを反映した量と色だけであり、非常に簡便な装置で生体情報を抽出することができる。例えば、従来より用いられている指紋センサが出力する画像情報は、面積の情報と色の情報の双方を含んでいるため、本発明に係る指先からの生体情報抽出方法は、装置としては従来の指紋センサをそのまま用いることができる。また、そのデータ処理を行うためのソフトウェア（プログラム)も簡単なもので十分である。

[0022] 本発明に係る指先からの情報を用いた生体識別方法でも、使用する情報は、指が検查面に押圧されつつあるのかそれとも押圧が解除されつつあるのかという情報と、その間の指の色の情報であるが、前者は前記同様に接触面積またはそれを反映した量の情報があれば、その時間変化により検出することができる。したがって、色の情報を含め、前記の通り、本発明を実施するための装置としては従来の指紋センサをそのまま用いることができる。なお、押圧時 Z解除時の判別に関してはその他に、指と検査面の接触圧力に関する情報の変化によっても判断することができる。また、指を検査面に押し付ける時間を決めておいて利用者にそれを守ってもらうようにすれば、単なる時間情報だけでも押圧時/解除時を判別することができる。後者の場合、利用者の押し付け操作の便のために、一定時間毎に小ランプ (プロンプトランプ）を 1 個ずつを点灯させてゆくようにしてもよい。

[0023] この生体識別方法では、指を検査面に押し付けてゆく時 (あるいは検査面を指に押し付けてゆく時）とそれを解除してゆく時の接触面の指の色を測定し、その変化量から、指が生体の指である力または偽指であるかを判断する。後述するように、本発明者らが実験したところによると、生体の指では両時点での指の色に差が現れることが明らかとなった。特に、その指の色として、通常の画像センサで一次的に測定される S

RGB値を色度座標 x，yおよび輝度 Yに変換し、その中の X座標を色の指標値として用レ、た場合に、両時点の差が最も顕著に現れることがわかった。また、輝度 Yもそれに次いで差が大きく現れるため、指標値として用いることができる。

[0024] このように押圧時とそれを解除する時とで指の色が異なるのは、押圧時にはその圧力により血液が急速に指の血管から排除され、それに応じて色が変化するのに対し、一旦排除された血液は圧力が取り除かれても直ちには押圧部に戻ることはなぐ後述するような血管の抵抗により、元の状態に戻るまでにはある程度の時間力かかるためであると考えられる。当然のことながら、偽指はこのような複雑な構成を持たないため、押圧時と解除時には同じ色変化をする。したがって、両者は本方法により明瞭に識別することが可能となる。

[0025] また、生体の指と偽指とを識別するために本方法が有効であるもう一つの理由として、本方法が外部からの刺激による生体の反応を検出するものであることを挙げることができる。例えば、検査面に指を押圧した状態で接触面の指の色の変化を測定することにより、血液の脈流に起因する脈波を検出することができる。これは、生体識別の一つの方法として採用することができるが、外部からの刺激に対する反応を見るものではないため、真の意味での「生体」識別とはいえない。それに対し、本発明に係る方法では外部からの刺激に対する反応を見るものであるため、より確実に生体と非生体を識別することができる。

[0026] なお、ここでいう色の「変化量」としては、両時点での色の X座標値の単なる差を取つてもよいし、両者の比を取ってもよレ、。いずれにせよ、両者の何らかの差が現れれば、レ、かなる指標を採択してもよい。

[0027] 更に、指を検查面に押圧してゆく間のみの接触部分の指の色の変化、あるいは、押圧を解除してゆく間のみの接触部分の指の色の変化を見てもよい。このような変化は、例えば、面積一色曲線の積分値を求めることにより検出することができる。

[0028] 本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法では、指を検査面に押し付けてゆく際の、指と検查面との接触面積またはそれを反映した量 (前記の通り、圧力センサで測定した圧力も、指の接触面積を反映した量である）の変化に対する接触部の指の色の変化を測定する。本発明者らが複数の被験者を対象に評価したところによると、この接触面積の変化に対する指の色の変化の割合 (変化率）は、被験者の年齢と負の相関があることがわかった。すなわち、年齢が高いほど、接触面積の変化に対する指の色の変化量が少なレ、。

[0029] これは、次のように考えることができる。指を検查面に押圧すると、その圧力が駆動力となって血液が指の血管からその外側の血管に移動する。この指の押圧力 pと血液の流れ (血流) iの関係は、電気回路における電圧 Vと電流 Iの関係に類似している。このアナロジーにより、電気回路の抵抗 R=V/Iに相当する値として、指における血流に対する抵抗 r=p/iを考えることができる。この血流 iに対する抵抗 rは血管の抵抗であり、血管の硬直度を反映しているものと考えられる。すなわち、本発明の方法により得られる値は、指の血管の硬直度という新たな健康度の指標を表すものと考えることができる。

[0030] 本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法も前記同様、使用する情報は、指と検査面の接触面積またはそれを反映した量の情報と指の色の情報であるため、従来の指紋センサを用いることにより本方法を実施することができる。なお、本発明に係る方法は前記方法とは異なり、本質的には指紋センサとは無関係であるため、同様の機能を備えた専用の装置 (健康度測定装置）により実施してもよい。

[0031] 本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法では、指の色の変化は色相、輝度のいずれにおいても現れる力特に輝度において大きく現れる。したがって、通常の画像センサで得られる sRGB値を色度座標 x，yおよび輝度 Yに変換した場合には、輝度 Yの値を用いることが望ましい。しかし、このように輝度 Yの値が重要であるため、 sRGB値を色度座標 x，yおよび輝度 Yに変換することなぐそのまま用いてもよい。更には、画像センサではなぐ単なる光センサで測定した明るさだけの値をも用いること力 Sできる。

[0032] 指の色に関して、上記説明では色度座標 x,yと輝度 Yを用いたが、色相や輝度の表現方法はこれに限られるものではなぐ Lab, Luv等のように三刺激値 XYZから一意的に変換され得る他の指標値を用レ、ることも可能である。これらの指標値を用いた場合も、上記同様に色の変化を測定することにより、上記本発明をいずれも同様に実施すること力 sできる。

実施例

[0033] 本発明に係る生体識別方法の一実施例として、指紋センサを用いて生体の指と偽指を識別した例を述べる。本実施例で用いた指紋センサは指の内部で散乱する光や指を透過する光を検出するもので、例えば図 1に示すように、光源 10の光を導光板 11を介して指先 12に照射し、その指先 12からの散乱光を適切な光学系を介して CCD等の画像センサ 13により検出するものである。ここで、適切な光学系としては、屈折率分布型レンズによる等倍結像系、レンズによる結像光学系、ミラーにより光路を折り返して薄型化した結像光学系等のいずれでもよい。画像センサ 13は指先の接触面のカラー画像を連続して検出し、 sRGB値として出力する。この装置を通常の指紋センサとして用いる場合は、画像センサ 13からの信号は画像処理装置 14に送られ、そこで画像として再構成されて所定の画像 (例えば、登録者の指紋画像）と照合され、所定の評価方法により両者の一致度が評価される。一致度の値が所定値以上である場合には検出された指紋画像が登録者のものであると判断され、その判定信号がこの指紋センサを利用する装置に送られる。なお、指紋センサには種々の形式のものがあり、例えば図 20に示すように指の側方から光を照射する形式のものもある力本発明はそれらの形式の指紋センサでも同様に実施することができる。

[0034] 本実施例では、この画像センサ 13からの信号を、次のように生体識別のために使用した。まず、生体の指を測定するために、 1名の被験者に、指先を指紋センサの検查面（導光板 11)に低速'中速 ·高速の 3種の相対的な速度で押し付けてもらい、指先全体を押し付けた後に直ちに指を離してもらった。低速とは、指先を画像センサ 13 に接触し始めてから、一杯に押し付け、離すまでの時間 Tを 2.6秒としたものであり、中速とはその時間 Tを 1.8秒としたものであり、高速とはその時間 Tを 1.0秒としたものである。

[0035] その間、画像センサ 13から 1秒間 30フレーム（枚）の速度で送られてくる各画像データの中央部の sRGB値を色度座標 x，yおよび輝度 Yに変換し、それらの値を各画像番号に対してプロットした。これらの変換値のうち、色度座標 x、色度座標 yおよび輝度 Yの値のみをプロットした結果を図 2〜図 4に示す。図 2は Τ=2·8秒、図 3は Τ=1·8秒、図 4は T=1.0秒の結果であり、いずれも被験者は 45歳の男性である。なお、これらの図において、横軸の画像番号は時間と同一視することができるため、これらの図は押圧時および押圧解除時の色度座標 χ、色度座標 yおよび輝度 Υの時間変化を示すものと解釈することができる。

[0036] 次に、各画像から、指と検査面の接触部分の面積 Sを測定し (単位は画素数）、色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yをその面積値 Sに対してプロットした。その結果を図 5〜図 7に示す。これらの図より、次の特徴を確認することができる。まず、色度座標 Xは、押圧時には面積 Sの増加と共に最初は増加して後に減少する。指を検査面から離してゆく（押圧を解除してゆく）ときには色度座標 Xの変化は小さい。すなわち、面積値と色度座標 Xのプロットでは、指を押す時と離す時とで軌跡が一致しなレ、。一方、色度座標 yには顕著な特徴は見られない。また、輝度 Yは面積と共に増減するが、色度座標 Xと同様、押すときと離すときとでは軌跡は一致せず、履歴を示す。これらの特徴は、押圧時間 Tが 2.6秒、 1.8秒、 1.0秒と異なっていても共通に確認される。

[0037] 次に、年齢の異なる 4名の被験者にっレ、て同様の実験と解析を繰り返した。押圧時間 Tが 1.8秒（1名だけは、 2.0秒）の場合の面積値と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yのプロットを図 8〜図 11に示す。これらより、前述の特徴は年齢に拘わらず現れることがわ力る。

[0038] 以上の実験結果を模式的に表すと図 12のようになる。これより、生体識別の基準を次のように各種方法で設定することができる。第 1に、図 12(a)に示すように、接触面積がある一定の値 Saとなるときの、押圧時と解除時の色度座標 Xの差を Δ χと定義し、この値 Δ χが所定の閾値を超えた場合に生体であると判断する方法がある。また、図 12(b)に示すように、接触面の面積の最大値を Sとして、押圧時および解除時に接触

0

面の面積が Sの 50%となった時の輝度 Υの差を Δ Υと定義し、この値 Δ Υが所定の閾値

0

を超えた場合に生体と判断する方法もある。図 12から明らかな通り、このほかにも種々の方法が考え得る。

[0039] 一方、 RTV樹脂で作製した偽指で同様の実験を行った結果を図 13および図 14に示す。特に、面積値と色度座標 χ、輝度 Υをプロットした図 14において、図 5〜図 11の生体の場合とは明らかに異なり、殆ど履歴のない色の変化を示している。これにより、本発明に係る方法は有効に生体識別を行うことができることが確認された。

[0040] 上記測定で用いた光源 10は、一般の指紋センサで用いられる白色光源であった、ここで、光源色の影響についても検討を行った。図 21(a)は、生体指 (被験者: 22 歳男性）を、白色光源を用いた指紋センサに押し付けて行く間の全画素のスぺクトノレを、圧力をパラメータとして描いたものである。このグラフを見ると、波長 550nm (緑色）付近および 630議 (赤色）付近にぉレ、て圧力による強度の変化が特に大きレ、ことが分かる。すなわち、圧力を増すにつれて押圧面のスペクトルの緑色成分が特に強くなる一方、赤色成分は特に弱くなる。

[0041] 従って、これらの 2波長のみから成る光源（GR光源）を用いることにより、生体指の検出がより容易になることが予想される。そこで、中心波長 535nmの緑色 LED(G_LED )および中心波長 630nmの赤色 LED(R-LED)の GR光源を用いて、上記実施例と同様に各種測定を行った。ここで用いた GR光源の発光スペクトルを図 21(b)に示す。

[0042] 被検体とした生体指は 21歳から 62歳の 42人の男女の被験者のものであり、偽指はシリコーン、ウレタン、ゼラチン等各種材料を用いた 11種のものである。これらの生体指および偽指について、上記 GR光源を用いた指紋センサで押圧および除圧を行つて、画像信号を得た。その一例を図 22(a)および (b)に示す。これらのグラフの横軸は接触面の面積 (画素数)であり、縦軸は、次式で定義される規格化された G信号の値 (G'値)および規格化された R信号の値 (R'値)である。

G，=G/(G+R)， R'=R/(G+R)

[0043] これらのグラフより各種指標を取り出し、それらの指標のうち、どれが最も適切に生体指と偽指を識別することができるかを調べた。用いた各種指標を図 23(a)〜(d)により説明する。図 23(a)に示すように、 A R'iは、押圧時に接触面積が所定の初期値 Ax の時点（押圧初期）から最大値 Amax (最大押圧時）となるまでの間の R'値の変化量であり、 A R'fは、除圧時に接触面積が最大値 Amaxから前記初期値 Axに戻るまでの間の R'値の変化量である。また、押圧時と除圧時のカーブで囲まれる部分の面積を SR' とした。図 23(b)に示すように、 A R'pは、押圧時に接触面積が最大値 Amaxの所定の分率 p(0く pく 1)となった時点力最大値 Amaxとなるまでの間の R'の値の変化量であり、 A R'rは除圧時のそれらの地点間の R'値の変化量である。図 23(c)に示すように、 Δ xiは、押圧時に接触面積が所定の初期値 Axの時点（押圧初期）から最大値 Amax (最大押圧時）となるまでの間の色度座標 X値の変化量であり、 A xfは、除圧時に接触面積が最大値 Amaxから前記初期値 Axに戻るまでの間の R'値の変化量である。 A yiおよび A yfは、色度座標 y値についての同様の変化量である。図 23(d)に示す Δ χρ、 Δ xr、 Δ γρ, A yrも、色度座標 χ値、 y値に関する A R'p、 Δ R'r (図 23(b))と同様の変化量である。これらにおいて、初期値 Axは 2000、 5000および 10000と変化させ、また、分率 pは 0.2、 0.5、 0.8と変化させた。

[0044] 前記 42種の生体指と 11種の偽指による押圧'除圧を指紋センサで測定したときの上記各種指標の変化を調べた。すると、いずれの指標においても生体指のグループと偽指のグノレープの値は交錯することなぐ明確に分離した。例えば、指標 A R'iの値は、図 24(a)に示すように、偽指グループは全て- 0.04〜+0·07の範囲に入っているのに対し、生体指グループは全て- 0.06〜- 0.30の範囲に入っている。これは、指標 A R 'iの閾値として- 0.04〜0.06の間の値を用いることにより、偽指と生体指は明確に識別することが可能であることを示している。また、指標 A yiの値は、図 24(b)に示すように、偽指グループは全て- 0·01〜+0·04の範囲に入っているのに対し、生体指グループは全て +0.05〜+0.15の範囲に入っている。これは、指標 A yiの閾値として +0·04〜+0· 05の間の値を用いることにより、偽指と生体指は明確に識別することが可能であることを示している。

[0045] このようにして、各指標における偽指と生体指の分離の距離 (生体指グループの最大値と偽指グループの最小値の間の差、または、生体指グループの最小値と偽指グループの最大値の間の差） A LRは、図 25に示すように A R'iにおレヽて最も大きく、ついで A R'pおよび A yiにおいて大きかった。従って、これらの指標を用いることにより、生体指と偽指をより確実に識別することができると言える。なお、前述のとおり、それ以外の指標（例えば、 A yp、 SR'等）についても、 A LR〉0であり、生体指グループと偽指グループの値が交錯することはないから、それらの間に閾値を設けることにより、生体指と偽指を確実に識別することができることは明らかである。

[0046] 次に、上記指標とは異なる指標を用いた生体識別方法の一実施例を示す。色の表現方法（表色系）には上記の XYZ系の他に、 LHS系、 Lab系、 Luv系等が知られている。これらはそれぞれ所定の変換式を用いて相互に変換することが可能であるが、それらの変換式は必ずしも線形ではないため、或る指標が或る一つの表色系において生体指と偽指を明瞭に識別することができるとしても、その指標が他の表色系においても最も適切であるとは限らず、その表色系では他の指標の方がより適切に生体指と偽指を識別することができるとレ、うこともある。

[0047] そこで、上記 XYZ系の他に比較的多く用いられる LHS表色系において各種測定を行った。用いた被検体は、生体指が 3種、偽指が 3種である。生体指被検体の一つの押圧 ·除圧時の L (輝度）、 S (彩度）、 H (色相）各値の変化を図 26(a)、（b)、（c)に示す。これらの図から明らかなように、 LHS表色系では、 L、 S、 Hのいずれの指標も生体指については大きな変化を示している。この傾向は、他の生体指についても同じであった。しかし、偽指については、その種類により変化の度合いが異なっていた。それらを図 27の表にまとめた。この表は、色変化の大きいものから〇（大）、△ (中）、 X (小）と 3段階で評価した結果を示している。この表から明らかなように、 LHS表色系では、 S ( 彩度）の値が比較的安定して生体指と偽指との差異を大きく表現できる。

[0048] 次に、指のセンサ面への接触領域の中心を自動検出する手法を示す。これにより、指の押し方に依存せず、安定して色信号を抽出することができる。

指の接触領域の中心を決定する方法（中心自動決定法）の概略図を、図 28(a)、 (b) に示す。まず、閾値 50以上の画素の数を Y軸方向に加算し、それが最大となる X座標を Xcとして仮に定める。その画素数を Aとする。直線 X=Xc上で初めて閾値 50を超えた画素の γ座標 ylを求め、 Y_c=yl+A/2より、 Ycを決定する。次に、直線 Y=Yc上で閾値 50以上の画素数を Bとする。直線 Y=Yc上で初めて閾値を越えた画素の X座標 xlを求め、 Xc=xl+B/2により Xcを本決定する。

[0049] この方法を用いて、上記と同様の測定を行レ、、その効果を調べた。 GR光源により測定した G値、 R値より規格化した G'値、 R'値を求め、前記の指標 A R'iを算出する。中心固定法による結果を図 29(a)に、中心自動決定法による結果を図 29(b)に示す。これらをまとめ、 A R'iの比較を行ったもの力図 30である。 A R'iの絶対値が大きいほど、生体識別に有効であることを意味する。指の接触領域の中心移動が大きい場合に、中心自動決定方法は優れた結果を示すことが確認された。 [0050] 次に、本発明に係る健康度測定方法の一実施例を説明する。図 1に示した前記実施例と同じ装置を用いて、 23歳から 56歳の男女 5名に指紋センサの検查面（導光板 1 1)に指を押しつけてもらい、その間、画像センサ 13から出力される 30フレーム/秒の画像データを採取した。そして、接触面の中央部における画像データの sRGB出力を前記同様に色度座標 x，yと輝度 Yに変換し、横軸を面積値、縦軸を [面積 S]/ [色度座標 x]、 [面積 S]/ [色度座標 y]、 [面積 S]/師度 Y]としてプロットした。その結果を図 15〜図 19に示す。色度座標 x、色度座標 yから求めた指標 [面積 S]/ [色度座標 x]、 [面積 S] /[色度座標 y]には年齢と有意な相関関係が見られないが、輝度 Yから求めた指標 [面積 S]/ [輝度 Y]は、年齢と共に増加する傾向が確認できる。

[0051] 前記の通り、この指標は指の血管の硬直度を表すと考えられる力図 15〜図 19は、この血管の硬直度が年齢とともに増加することを表している。この傾向は明らかに一般的に理解されている生理的傾向と一致するものであり、これより、本発明に係る指標は健康度の指標として用いることができることがわかる。

Claims

請求の範囲

[1] 指を検査面に押圧する際の指の接触面積またはそれを反映した量と、接触部分の指の色との関係に基づいて、生体情報を抽出することを特徴とする指先からの生体情報抽出方法。

[2] 指を検査面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれ力または双方において、接触部分の指の色の指標値の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否かを識別することを特徴とする指先からの情報を用いた生体識別方法。

[3] 前記指の色の指標値として、 XYZ表色系の色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yのいずれかの値を用いることを特徴とする請求項 2に記載の指先からの情報を用いた生体識別方法。

[4] 前記指の色の指標値として、 LHS表色系の輝度 L、色相 H、彩度 Sのいずれかの値を用いることを特徴とする請求項 2に記載の指先からの情報を用いた生体識別方法

[5] 光源に、緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の指先からの情報を用いた生体識別方法。

[6] 接触部分の中心を自動的に決定する中心自動決定法を用いることを特徴とする請求項 1〜5のいずれかに記載の指先からの情報を用いた生体識別方法。

[7] a)指を押圧するための検查面と、

を備えることを特徴とする指先からの情報を用いた生体識別装置。

[8] 光源に、緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請求項 7に記載の指先からの情報を用いた生体識別装置。

[9] 指を検査面に押圧してゆく際の指の接触面積またはそれを反映した量の変化に対応する接触部分の指の色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を得ることを特徴とする指先からの情報を用いた健康度測定方法。

[10] 前記指の色の指標値として、 XYZ表色系の色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yのいずれかの値を用いることを特徴とする請求項 9に記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。

[11] 前記指の色の指標値として、 LHS表色系の輝度 L、色相 H、彩度 Sのいずれかの値を用いることを特徴とする請求項 9に記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。

[12] 光源に、緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請求項 9〜： 11のいずれかに記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。

[13] 接触部分の中心を自動的に決定する中心自動決定法を用いることを特徴とする請求項 9〜： 12のいずれかに記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。

[14] a)指を押圧するための検査面と、

を備えることを特徴とする指先からの情報を用いた健康度測定装置。

[15] 緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請求項 14に記載の健康度測定装置。