JP2006136450A - 虹彩認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で生体反応を検知でき、なりすまし等の不正な認証行為を防止する。
【解決手段】使用者の目の画像を撮像する撮像部１２０と、使用者の視線を向けさせるための第１のサッカード指標４０と、第１のサッカード指標４０と離れて設置され使用者の視線を向けさせるための第２のサッカード指標４５と、撮像部１２０で撮像された画像から使用者の視線を検出する視線検出部１７３と、撮像部１２０で撮像された画像から虹彩画像を抽出する虹彩画像抽出部１７４と、虹彩画像抽出部１７４で抽出された虹彩画像にもとづき虹彩認証動作を行う認証部１９０とを備え、視線検出部１７３によって第１のサッカード指標４０または第２のサッカード指標４５の点灯にともなう使用者の視線の変化を生体反応として検出する機能を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、なりすまし等の不正な認証行為を防止することができる虹彩認証装置に関する。

セキュリティシステム等では、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているように、個人の虹彩の模様を用いて認証を行う方法が知られている。虹彩を用いる認証方法は、指紋と違い、虹彩に対して非接触でしかも離れた箇所からカメラで撮像すれば済むという利点があり、今後普及することが期待されている。

ところが、他人の虹彩画像を写真や義眼等に写しとっておき、これを虹彩認証に用いることで、不正な認証行為が可能になってしまうことがあった。そこで、これらの不正な認証行為を防止する方法が提案されてきた。その代表的なものとしては、例えば特許文献３に記載されているように、光の強さによって瞳孔が収縮する生体反応を利用する方法がある。
特表平８−５０４９７９号公報 特開２０００−２３９４６号公報 特開２００３−３０６５９号公報

しかし、瞳孔の反応を起こすためにはある程度の時間が必要であり、特に瞳孔を散大させるためには数十秒程度の時間を要する。そのため、繰返し瞳孔反応を検出する場合には長時間を要するという問題点もあった。

本発明の虹彩認証装置はこれらの課題に鑑みなされたものであり、短時間で生体反応を検知でき、なりすまし等の不正な認証行為を防止することを目的とする。

本発明の虹彩認証装置は、使用者の目の画像を撮像する撮像部と、点灯により使用者の視線を固定させるための第１のサッカード指標と、第１のサッカード指標と離れて設置され、点灯により使用者の視線を移動させるための第２のサッカード指標と、撮像部で撮像された画像から使用者の視線を検出する視線検出部と、撮像部で撮像された画像から虹彩画像を抽出する虹彩画像抽出部と、虹彩画像抽出部で抽出された虹彩画像にもとづき虹彩認証を行う認証部とを備え、視線検出部は第２のサッカード指標の点灯にともなう使用者の視線の移動を検出することを特徴とする。この構成により、視点移動を検出することによって短時間で生体反応を検知でき、なりすまし等の不正な認証行為を防止することが可能となる。

また、本発明の虹彩認証装置は、使用者の目の画像を撮像する第１の撮像部と、第１の撮像部に隣接して設置され使用者の視線を固定させるための第１のサッカード指標と、第１の撮像部と離れて設置され、使用者の目の画像を撮像する第２の撮像部と、第２の撮像部に隣接して設置され、使用者の視線を移動させるための第２のサッカード指標と、第１の撮像部および第２の撮像部の少なくとも一方で撮像された画像から使用者の視線を検出する視線検出部と、第１の撮像部および第２の撮像部の少なくとも一方で撮像された画像から虹彩画像を抽出する虹彩画像抽出部と、虹彩画像抽出部で抽出された虹彩画像にもとづき虹彩認証を行う認証部とを備え、視線検出部は、第１のサッカード指標の消灯および第２のサッカード指標の点灯にともなう使用者の視線の移動を検出することを特徴とする。この構成によっても、視点移動を検出することによって短時間で生体反応を検知でき、なりすまし等の不正な認証行為を防止することが可能となる。

また、本発明の虹彩認証装置は、第１のサッカード指標と第２のサッカード指標との間に設置され、パスワードを表示するサッカードディスプレイと、サッカードディスプレイに表示されたパスワードを入力するパスワード入力手段と、パスワード入力手段から入力されたパスワードか正しいか否かを判定する制御部をさらに備えてもよい。この構成により、視点移動の際にパスワードの読み取りを行わせ、それを入力させることで、なりすまし等の不正な認証行為をさらに確実に防止することが可能となる。

本発明によれば、なりすまし等の不正な認証行為を防止することが可能な虹彩認証装置を提供することができる。

本発明はなりすまし等の不正な認証行為を防止するために、高速の生体反応であるサッカード（Ｓａｃｃａｄｅ）現象（例えば、日本バーチャルリアリティー学会論文誌 Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．２，２００１ 「サッケードを利用した新しい情報提示方法の提案」参照）を利用したものである。以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における虹彩認証装置の概略図である。カメラ２０は使用者の目１０を撮像する。また、目１０を照明するための近赤外光を発光する赤外発光ダイオード３０がカメラ２０に近接して設けられている。さらに、使用者の目１０がカメラ２０を注視するのを助けるために第１のサッカード指標４０がカメラ２０に近接して設けられている。第１のサッカード指標４０としては、例えば可視光を発光する可視発光ダイオードを用いることができる。第１のサッカード指標４０から離れて第２のサッカード指標４５が設けられている。ここではサッカードの角度がほぼ１０°となるように、目１０からカメラ２０までの距離を約３５ｃｍ、第１のサッカード指標４０と第２のサッカード指標４５の間隔を約６．１ｃｍに設定した。

第１のサッカード指標４０と第２のサッカード指標との間にはパスワードを表示するためのサッカードディスプレイ５０が設けられている（サッカードディスプレイについては、例えば上記論文誌「サッケードを利用した新しい情報提示方法の提案」参照）。ここでは図１に示すように７個の可視発光ダイオードを一列に並べたものを用いた。サッカードディスプレイ５０に表示されたパスワードはキーボード等のパスワード入力手段６０によって使用者が入力することができる。筐体７０には、後述する信号処理部１７０、制御部１８０、認証部１９０等が設けられている。

ここで、図１（ａ）は第１のサッカード指標４０を点灯して目１０の視線１１を第１のサッカード指標４０に固定させた状態を示し、図１（ｂ）は第１のサッカード指標４０を消灯し、第２のサッカード指標４５を点灯して視線１１を第２のサッカード指標４５に移動させた状態を示している。

図２は本発明の第１の実施の形態における虹彩認証装置の回路ブロック図である。カメラ２０を構成する撮像部１２０は、目の画像を結像させる結像レンズ１２１と、近赤外光等の所定範囲の波長を透過させるためのフィルタ１２２と、透過した光を電気信号に変換するためのＣＣＤ等の撮像素子１２３と、撮像素子１２３から出力される電気信号を処理する画像信号変換部１２４を備えている。

画像信号変換部１２４から出力される画像信号は信号処理部１７０に送られる。信号処理部１７０は、画像信号のコントラストや明るさ等を判定する画質判定部１７２と、画像信号から視線を検出する視線検出部１７３と、画像信号から虹彩画像を抽出する虹彩画像抽出部１７４とを備えている。画質判定部１７２と視線検出部１７３の信号は制御部１８０へ送られ、虹彩画像抽出部１７４の信号は認証部１９０へ送られる。

図３は、視線検出方法を示す図である。赤外発光ダイオード３０またはサッカード指標４０の発光が目１０に照射されると角膜で反射され角膜反射光１２を発生するが、この角膜反射光１２と瞳孔１３の中心位置との差を検出することで視線の方向を判定することができる。視線検出部１７３は、図３（ａ）に示すように角膜反射光１２と瞳孔１３の中心位置がほぼ一致していれば視線１１がカメラ２０に向かっていると判定し、図３（ｂ）に示すように角膜反射光１２と瞳孔１３の中心位置が離れていれば視線１１がカメラ２０に向かっていないと判定できる。

照明部１３０は、使用者の目１０を照明する近赤外光を発光する赤外発光ダイオード３０と赤外発光ダイオード３０の光量を制御する照明制御部１３２とを備えている。サッカード指標部１４０は、可視光を発光する第１のサッカード指標４０と、第２のサッカード指標４５と、サッカード指標の光量を制御する指標制御部１４２とを備えている。

サッカードディスプレイ５０はパスワードを表示する機能を有している。本実施の形態では図１に示すように７個の可視発光ダイオードを一列に並べた構成である。図４は、例としてパスワード［Ｈ］を表示する方法を示した図である。第１のサッカード指標４０を点灯して使用者の視線１１をカメラ２０に固定させた状態から第２のサッカード指標４５を点灯して視線１１を第２のサッカード指標４５に移動させる間に、まず図４（ａ）に示すように７個を全部点灯し、次に図４（ｂ）に示すように中央の１個のみ点灯し、以下（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）の順に点灯する。こうすることで使用者の眼球が移動する間にサッカードディスプレイ５０の画像の変化が残像として残り、「Ｈ」という画像が使用者に表示される。このようにしてサッカードディスプレイ５０を用いてパスワードを表示させることができる。本実施の形態では原理を分かりやすく説明するために単純な文字「Ｈ」を表示する例を示したが、サッカードディスプレイ５０の可視発光ダイオードの個数を増やしたり、列の表示数を増やすことで、これより複雑な文字や、数桁のパスワードを表示することができる。本実施の形態においては、制御部１８０が毎回異なったパスワードを発行しサッカードディスプレイ５０に表示させる。

図５はサッカードディスプレイ５０を表示するタイミングを示す図である。まずｔ０においてサッカード指標１を消灯し、ｔ１においてサッカード指標２を点灯させる。サッカード指標２を点灯させることで、眼球はサッカード指標２へ向かうが、眼球はすぐには動き出さず、潜時と呼ばれる時間遅れの後、ｔ２から動き始める。眼球が一定速度になるｔ３からｔ４の間に、サッカードディスプレイ５０を表示するのが望ましい。一般にサッカード速度は３００〜５００°／ｓであるので視線移動角度を１０°とするとｔ３からｔ４までの時間はおよそ３３ｍｓである。なお、ｔ０とｔ１との間におよそ２００ｍｓ程度の消灯時間が生じるが、これは潜時を安定させるために設けている。本実施の形態においては潜時をおよそ２００ｍｓと見込んでいる。

サッカードディスプレイ５０でパスワードを認識した使用者はパスワード入力手段６０を用いてパスワードを入力することができる。入力されたパスワードは制御部１８０で照合され、サッカードディスプレイ５０で表示されたパスワードを使用者が正しく認識できたかどうか判定される。

認証部１９０では虹彩画像抽出部１７４から送られる虹彩画像情報とあらかじめ記憶された虹彩画像情報とを、例えば特許文献１に記載の方法で照合し虹彩認証動作を行う。

図６は本発明の第１の実施の形態における虹彩認証装置の動作を示すフローチャートである。まず、第１のサッカード指標４０を点灯し使用者の視線１１をカメラ２０に固定させる（Ｓ１１）。そして、カメラ２０が使用者の目画像を撮像し、虹彩画像抽出部１７４がその中から虹彩画像を抽出する（Ｓ１２）。それと同時に視線検出部１７３は使用者の視線１１を検出する（Ｓ１３）。使用者の視線１１がカメラ２０に向かっていない場合はステップＳ１２に戻り再度目画像を撮像する（Ｓ１４）。

次に、第１のサッカード指標４０を消灯し、第２のサッカード指標４５を点灯する。この操作で使用者の眼球は第１のサッカード指標４０から第２のサッカード指標４５に向かって動く（Ｓ１５）。このとき、図４、図５で示したような要領でサッカードディスプレイ５０にパスワードを表示する（Ｓ１６）。その後、視線検出部１７３が再度使用者の視線１１を検出する（Ｓ１７）。このとき、使用者の視線１１がカメラ２０に向かっている場合はサッカードによる視線移動が発生しておらず、なりすまし等の可能性があるので、ステップＳ１１に戻り最初からやり直す（Ｓ１８）。

次に、パスワード入力手段６０を通じてパスワードが入力されるのを待つ（Ｓ１９）。そして、入力されたパスワードが正しいか否かを制御部１８０が判定する。パスワードが正しくない場合はステップＳ１１に戻り最初からやり直す（Ｓ２０）。パスワードが正しい場合は写真や義眼に写しとられた虹彩画像ではないと判断できる。そして、虹彩画像抽出部１７４から送られる虹彩画像情報とあらかじめ記憶された虹彩画像情報とを認証部１９０により照合する。照合が一致すれば認証成功となり照合が一致しなければ認証失敗となる（Ｓ２１）。

このように第１の実施の形態では、従来のような瞳孔の収縮反応を利用するのではなく、眼球の動きを検出して生体反応を確認するとともに個人認証にすぐれた虹彩画像とを照合するため、極めて短時間に精度のよい認証の処理を行うことができ、なりすまし等の不正な認証行為を防止することができる。

なお、ステップＳ１３、Ｓ１４とステップＳ１７、Ｓ１８における視線の検出だけでもサッカードによる生体反応の有無が確認できるため、サッカードディスプレイ５０とパスワード入力手段６０とを用いたパスワードの確認動作を省略することも可能である。すなわち、ステップＳ１６とＳ１９とＳ２０とを省略してもよい。

（第２の実施の形態）
図７は本発明の第２の実施の形態における虹彩認証装置の概略図である。図７において、第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、第２のサッカード指標４５近傍に第２のカメラ２５と赤外発光ダイオード３５を設けたことである。

図７（ａ）は第１のサッカード指標４０を点灯して使用者の視線１１をカメラ２０に固定させた状態を示し、図１（ｂ）は第２のサッカード指標４５を点灯して視線１１を第２のカメラ２５に移動させた状態を示している。

図８は本発明の第２の実施の形態における虹彩認証装置の回路ブロック図である。図８においても第１の実施の形態と同じ構成については同じ符号を用い説明を省略する。第２の撮像部２２０は、第１の撮像部１２０と同様に、目の画像を結像させる結像レンズ２２１と、所定範囲の波長を透過させるためのフィルタ２２２と、透過した光を電気信号に変換するためのＣＣＤからなる撮像素子２２３と、撮像素子２２３から出力される電気信号を処理する画像信号変換部２２４とを備えている。

画像信号変換部２２４から出力される画像信号は信号処理部１７０に送られる。信号処理部１７０は、コントラストや明るさ等を判定する画質判定部１７２と、第１の撮像部１２０および第２の撮像部２２０への視線を検出する視線検出部１７３と、第１の撮像部１２０および第２の撮像部２２０により得られた画像信号から虹彩画像を抽出する虹彩画像抽出部１７４とを備えている。

照明部２３０は使用者の目１０を照明する近赤外光を発光する赤外発光ダイオード３５と赤外発光ダイオード３５の光量を制御する照明制御部２３２から構成されている。

図９は本発明の第２の実施の形態における虹彩認証装置の動作を示すフローチャートである。まず、第１のサッカード指標４０を点灯し使用者の視線１１をカメラ２０に固定させる（Ｓ５１）。そして、カメラ２０が使用者の片目（例えば左目）の画像を撮像し、同時に第２のカメラ２５が使用者の片目（例えば右目）の画像を撮像し、虹彩画像抽出部１７４はそれぞれの目画像から虹彩画像を抽出する（Ｓ５２）。同時に、視線検出部１７３は使用者の視線１１を検出する（Ｓ５３）。そして、カメラ２０が撮像した目画像による視線１１がカメラに向かっているかいないかを検出し、第２のカメラ２５が撮像した目画像による視線１１がカメラに向かっている場合はステップＳ５２に戻り再度目画像を撮像する（Ｓ５４）。使用者の視線１１がカメラ２０に向かい、かつ第２のカメラ２５に向かっていない場合には次に進む。

次に、第１のサッカード指標４０を消灯し、第２のサッカード指標４５を点灯する。この操作で使用者の眼球は第１のサッカード指標４０から第２のサッカード指標４５に向かって動く（Ｓ５５）。このとき、図４、図５で示したような要領でサッカードディスプレイ５０にパスワードを表示する（Ｓ５６）。その後、カメラ２０が使用者の他方の目（例えば左目）の画像を撮像し、第２のカメラ２５が使用者の他方の目（例えば右目）の画像を撮像し、それぞれの目画像から虹彩画像抽出部１７４により虹彩画像を抽出する（Ｓ５７）。このとき、視線検出部１７３はそれぞれの画像から使用者の視線を検出する（Ｓ５８）。そして、使用者の視線がカメラ２０に向かっているか、または使用者の視線がカメラ２５に向かっていない場合にはサッカードによる生体反応が発生していないのでステップＳ５１に戻り再度目画像を撮像する（Ｓ５９）。ここで、視線の移動速度には個人差があるので、１回の撮像で使用者の視線１１が第２のカメラ２５に向かう瞬間の画像を捉えるのは難しい。したがって、第２のカメラ２５は図５におけるｔ３以降のタイミングで繰返し目の画像を撮像し、視線検出部１７３はその中に使用者の視線１１が第２のカメラ２５に向かっている画像があるか否かにより使用者の視線１１を検出する動作が望ましい。

使用者の視線１１がカメラ２０に向かっておらず、かつ第２のカメラ２５に向かっている場合には次に進む。

次に、パスワード入力手段６０を通じてパスワードが入力されるのを待つ（Ｓ６０）。そして、入力されたパスワードが正しいか否かを制御部１８０が判定する。パスワードが正しくない場合はステップＳ５１に戻り最初からやり直す（Ｓ６１）。そして、虹彩画像抽出部１７４から送られる左右の目の虹彩画像情報とあらかじめ記憶された左右の目の虹彩画像情報とを認証部１９０が照合する。照合が一致すれば認証成功となり照合が一致しなければ認証失敗となる（Ｓ６２）。以上のステップで認証を行うことができるが、第１の実施の形態の例に比べて、左右両目の虹彩情報を照合できるので、より確実な認証を行うことができる。

また第２の実施の形態では、左右両目の虹彩情報を用いて照合するために、カメラ２０でサッカード発生前に撮像した右目の目画像と、第２のカメラ２５でサッカード発生後に撮像した左目の目画像を用いて虹彩認証を行った。しかし、サッカードが同一の目（例えば右目）で発生していることを確認するために、カメラ２０でサッカード発生前に撮像した右目の目画像と、第２のカメラ２５でサッカード発生後に撮像した右目の目画像を用いて虹彩認証を行ってもよい。このような構成によれば、同一の目で確実にサッカードが発生していることを検出することができる。

なお、第１の実施の形態および第２の実施の形態においては図３に示したように、角膜反射光１２と瞳孔１３の中心位置との差を検出して視線の方向を判定したが、視線検出方法として瞳孔の扁平度を検出する方法を用いてもよい。すなわち、図３（ａ）に示すように瞳孔１３がほぼ真円に近ければ視線はカメラ２０に向かっていると判定し、図３（ｂ）に示すように瞳孔１３が所定以上扁平していれば視線はカメラ２０に向かっていないと判定することができる。

また、第１の実施の形態および第２の実施の形態における虹彩認証装置は、暗所あるいは比較的照明の暗い屋内に設置されることを想定したが、屋外あるいは屋内でも照明が非常に強くサッカードが発生し難い環境で使用する場合にはひさし等を設けて外光を遮断することが望ましい。あるいは装置全体を遮光壁で取り囲み、使用者は覗き窓から覗き込む構成にすると、サッカードが発生しやすくなるだけでなく、サッカードディスプレイが見やすくなる、パスワードを他人に見られることがない等の利点も得られる。

また、虹彩認証において、図６あるいは図９に示したフローを複数回繰返して実行することにより、なりすまし等の不正な認証行為を防止する効果をさらに高めることができる。

なお、上記の実施の形態においては、サッカードの角度やサッカード指標の間隔等を設計値の一例として上述の値に設定したが、本発明はこれらの設計値に限定されるものではない。

本発明の虹彩認証装置は、個人認証に良好な虹彩画像取得と生体反応検知の両方を短時間で処理することができ、なりすまし等の不正な認証行為を防止することが可能な虹彩認証装置を提供することができるので、個人認証を必要とするシステムや機器等に有用である。

本発明の第１の実施の形態における虹彩認証装置の概略図 本発明の第１の実施の形態における虹彩認証装置の回路ブロック図 本発明の第１および第２の実施の形態における視線検出方法を示す図 本発明の第１および第２の実施の形態におけるサッカードディスプレイでパスワードを表示する方法を示す図 本発明の第１および第２の実施の形態におけるサッカードディスプレイを表示するタイミングチャート 本発明の第１の実施の形態における虹彩認証装置の動作を示すフローチャート 本発明の第２の実施の形態における虹彩認証装置の概略図 本発明の第２の実施の形態における虹彩認証装置の回路ブロック図 本発明の第２の実施の形態における虹彩認証装置の動作を示すフローチャート

符号の説明

１０ （使用者の）目
１１ （使用者の）視線
１２ 角膜反射光
１３ 瞳孔
２０ カメラ
２５ 第２のカメラ
３０，３５ 赤外発光ダイオード
４０ 第１のサッカード指標
４５ 第２のサッカード指標
５０ サッカードディスプレイ
６０ パスワード入力手段
７０ 筐体
１２０ （第１の）撮像部
１２１，２２１ 結像レンズ
１２２，２２２ フィルタ
１２３，２２３ 撮像素子
１２４，２２４ 画像信号変換部
１３０，２３０ 照明部
１３２，２３２ 照明制御部
１４０ サッカード指標部
１４２ 指標制御部
１７０ 信号処理部
１７２ 画質判定部
１７３ 視線検出部
１７４ 虹彩画像抽出部
１８０ 制御部
１９０ 認証部
２２０ 第２の撮像部

Claims (3)

1. 使用者の目の画像を撮像する撮像部と、
   点灯により前記使用者の視線を固定させるための第１のサッカード指標と、
   前記第１のサッカード指標と離れて設置され、点灯により前記使用者の視線を移動させるための第２のサッカード指標と、
   前記撮像部で撮像された画像から前記使用者の視線を検出する視線検出部と、
   前記撮像部で撮像された画像から虹彩画像を抽出する虹彩画像抽出部と、
   前記虹彩画像抽出部で抽出された虹彩画像にもとづき虹彩認証を行う認証部とを備え、
   前記視線検出部は、前記第２のサッカード指標の点灯にともなう前記使用者の視線の移動を検出することを特徴とする虹彩認証装置。
2. 使用者の目の画像を撮像する第１の撮像部と、
   前記第１の撮像部に隣接して設置され、前記使用者の視線を固定させるための第１のサッカード指標と、
   前記第１の撮像部と離れて設置され、前記使用者の目の画像を撮像する第２の撮像部と、
   前記第２の撮像部に隣接して設置され、前記使用者の視線を移動させるための第２のサッカード指標と、
   前記第１の撮像部および前記第２の撮像部の少なくとも一方で撮像された画像から前記使用者の視線を検出する視線検出部と、
   前記第１の撮像部および前記第２の撮像部の少なくとも一方で撮像された画像から虹彩画像を抽出する虹彩画像抽出部と、
   前記虹彩画像抽出部で抽出された虹彩画像にもとづき虹彩認証を行う認証部とを備え、
   前記視線検出部は、前記第１のサッカード指標の消灯および前記第２のサッカード指標の点灯にともなう前記使用者の視線の移動を検出することを特徴とする虹彩認証装置。
3. 前記第１のサッカード指標と前記第２のサッカード指標との間に設置され、パスワードを表示するサッカードディスプレイと、
   前記サッカードディスプレイに表示されたパスワードを入力するパスワード入力手段と、
   前記パスワード入力手段から入力されたパスワードか正しいか否かを判定する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の虹彩認証装置。

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