(57)【要約】      （修正有）【課題】暗号化されていない位置合わせパラメーターを記憶する必要がなくなる、暗号化領域におけるバイオメトリック認証に適した指紋特徴抽出及びバイオメトリック認証方法を提供する。【解決手段】バイオメトリックデータを認証する方法が、指紋の第１の一組の記述子１３５を求める。この第１の一組内の各記述子は、複数の細部を含む指紋の領域を表す。第１の一組の記述子内の各記述子を第２の一組の記述子１３６内の各記述子と比較して、一致する記述子の数を求め、この一致する記述子の数を、バイオメトリックデータを認証するための閾値１６５と比較する１６０。【選択図】図１
2014219967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーの指紋から得られるバイオメトリックデータを認証する方法であって、
各領域が前記指紋の複数の細部を含むように前記指紋の一組の領域を決定するステップと、
前記各領域について、第１の一組の記述子を生成するために、該領域における前記指紋の構造を表す記述子を求めるステップと、
一致する記述子の数を求めるために、前記第１の一組の記述子内の該各記述子を、前記ユーザーの前記バイオメトリックデータの登録中に求められた第２の一組の記述子内の該各記述子と比較するステップと、
前記一致する記述子の数を、前記バイオメトリックデータを認証するための閾値と比較するステップと
を含み、
該方法の前記ステップは、プロセッサが実行する、
方法。
【請求項２】
前記一組の領域を決定するステップは、
前記領域の形状及び寸法を決定するステップと、
前記指紋における前記各細部の周囲に前記領域を配置するステップと、
前記一組の領域内の前記領域の前記細部が、該領域内における少なくともｎ個の細部の近傍にある場合、該領域を選択するステップであって、ここで、ｎは１よりも大きな予め設定された数である、ステップと
を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記組内の領域の数をカウントするステップと、
前記領域の前記形状、前記領域の前記寸法、又は、前記予め設定された数のうちの少なくとも１つを変更するステップと、
前記一組の領域を決定するステップを繰り返すステップと
を更に含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の一組の記述子は、準同形暗号システムの公開鍵を用いて暗号化され、
前記各記述子の前記比較が、準同形性を用いて暗号化領域において実行されるように、前記第１の一組の記述子を前記公開鍵を用いて暗号化するステップ
を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記一致する記述子の数に対応する暗号化結果を生成するステップと、
認証サーバーにおいて前記暗号化結果を解読して、認証判定を決定するステップと
を更に含む、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記領域の前記記述子は、前記領域内の細部の相対的な距離、前記領域内の前記細部の相対的な方向、及び、前記領域内の前記細部の相対的な径方向の配置のうちの少なくとも１つ又は組み合わせを表す、細部に基づく特徴を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記領域の前記記述子は、細部に基づく特徴、テクスチャに基づく特徴、及び、方向に基づく特徴の組み合わせを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記各記述子を比較するステップは、
前記第１の一組内の記述子について、前記第２の一組から最も近い記述子を決定するステップと、
前記記述子と前記最も近い記述子との間の距離を求めるステップと、
前記一致する記述子を求めるために、前記距離を距離閾値と比較するステップと
を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ユーザーの指紋から得られるバイオメトリックデータを認証するシステムであって、
前記指紋の一組の領域を、該各領域が前記指紋の複数の細部を含むように決定し、
前記各領域について、該領域における前記指紋の構造を表す記述子を求めて、第１の一組の記述子を生成し、
前記第１の一組の記述子内の該各記述子を、前記ユーザーの前記バイオメトリックデータの登録中に求められる第２の一組の記述子内の該各記述子と比較して、一致する記述子の数を求め、
前記一致する記述子の数を、前記バイオメトリックデータを認証するための閾値と比較する、
プロセッサを備える、
システム。
【請求項１０】
バイオメトリック認証システムであって、
ユーザーの認証用に提示されたプローブ指紋の第１の一組の記述子を求めるアクセス制御デバイスであって、前記第１の一組内の前記各記述子は、複数の細部を含む前記プローブ指紋の領域を表す、アクセス制御デバイスと、
前記ユーザーの登録用に提示された登録指紋の第２の一組の記述子を求めるサーバーであって、前記第２の一組内の前記各記述子は、複数の細部を含む前記登録指紋の領域を表す、サーバーと、
前記第１の一組の記述子内の該各記述子を前記第２の一組の記述子内の該各記述子と比較して、一致する記述子の数を求めるプロセッサと、
前記一致する記述子の数を閾値と比較して認証判定を行う認証サーバーと
を備える、バイオメトリック認証システム。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記アクセス制御デバイス上又は前記サーバー上で実行されている、請求項１０に記載の認証システム。
【請求項１２】
前記アクセス制御デバイスは、前記第１の一組の記述子を公開鍵を用いて暗号化し、前記サーバーは、前記第２の一組の記述子を前記公開鍵を用いて暗号化し、前記プロセッサは、前記記述子を暗号化領域において比較する、請求項１０に記載の認証システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、バイオメトリクスの分野に関し、より詳細には、バイオメトリックデータを認証することに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオメトリックデータ、例えば、発話、指紋、虹彩の見え方を用いた認証は、従来のパスワードに代わるものである。このバイオメトリックデータは、思い出す必要も記憶する必要もなく、複製するのが困難である。
【０００３】
指紋は、認証用のバイオメトリックデータの最も一般的な情報源のうちの１つである。認証中、登録指紋からの識別的特徴が、プローブ指紋（probe fingerprint：認証対象の指紋）からの特徴と比較される。しかしながら、多くの従来の指紋に基づく認証システムは、登録バイオメトリクスから決定された特徴が、アクセス制御デバイスに接続されたバイオメトリックデータベースに暗号化されていない形で記憶されていることを前提としている。
【０００４】
この前提は、登録指紋及びプローブ指紋からの特徴が暗号化されていない場合にセキュリティリスクを呈する可能性がある。暗号化は、データベースを危険にさらす敵対者が登録されたユーザーの指紋特徴を発見することを確実にできなくする。しかしながら、そのようなシステムの場合、アクセス制御デバイスは、暗号化領域でプローブ特徴と登録特徴との比較を行わなければならない。
【０００５】
暗号化されたバイオメトリック特徴を比較する方法のほとんどは、幾つかの共通の特性を有する。特徴抽出プロセスが、所定の長さを有する特徴ベクトルを生成する。これによって、ベクトル間の距離に基づくバイオメトリック特徴の比較が容易になる。ユークリッド距離、ハミング距離、及び絶対距離等の距離メトリックを求めるためのセキュア（安全）でほぼリアルタイムのプロトコルが知られている。
【０００６】
正確なバイオメトリック照合を保証するには、特徴抽出の前に、登録指紋とプローブ指紋との間の位置合わせを行わなければならない。通常、登録指紋上の曲率の大きな点のロケーション等の暗号化されていない位置合わせパラメーターが位置合わせに用いられる。これについては、例えば、特許文献１を参照されたい。これらの位置合わせパラメーターによって、アクセス制御デバイスは、プローブ特徴の抽出及び暗号化領域におけるプローブ特徴と登録特徴との比較を行う前に、プローブ指紋を登録指紋に位置合わせすることが可能になる。しかしながら、暗号化されていない位置合わせパラメーターを記憶することは、セキュリティリスクを呈する。
【０００７】
上記特性は、アクセス制御システムの設計に制約を課す。固定長の特徴表現は、特徴比較の柔軟性を低減する。なぜならば、そのような表現は、例えば、クロッピングされた指紋画像又は少数の細部（minutia, minutiae：特徴点の細部）を生成する指紋からの特徴の照合に対応することができないからである。暗号化されていない位置合わせ情報によって、敵対者は、指紋がコア構造、又はテント構造若しくはデルタ構造を含むか否かを推測し、それによって、システムを攻撃するのに用いることができるベクトルを単純化することが可能になる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１３３５６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、登録特徴及びプローブ特徴が異なる長さを有することを可能にするとともに、明示的な位置合わせを必要とせず、したがって、暗号化されていない位置合わせパラメーターを記憶する必要がなくなる、暗号化領域におけるバイオメトリック認証に適した指紋特徴抽出及びバイオメトリック認証方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の幾つかの実施の形態は、登録段階中及び認証段階中に抽出された指紋の特徴の位置合わせが、対応する特徴の対比較に必要とされるという認識に基づいている。具体的には、指紋の特定のロケーションから抽出された登録特徴は、指紋の同じロケーションから抽出されたプローブ特徴と比較される。通常、全ての特徴が同時に比較され、位置合わせによって、対応する特徴の正しい識別が保証される。
【００１１】
一方、特徴が個々に比較される場合、すなわち、各登録特徴が各プローブ特徴と比較される場合、位置合わせは暗黙的である、すなわち、位置合わせは、対応する特徴が照合されるときに間接的に行われる。一致するものの数を、適した距離閾値に基づいて認証判定を行うのに利用することができる。
【００１２】
通常、指紋から抽出された特徴は細部を表す。幾つかの実施の形態は、これらの細部を表す特徴の比較が準最適である可能性があるという認識に基づいている。この理由は、細部が十分に区別的でない場合があり、そのため、指紋の特定のロケーションにおける細部を表す登録特徴が、異なるロケーションにおける細部を表すプローブ特徴と一致する可能性があるからである。したがって、細部の対比較は、誤った認証の確率を高める可能性がある。
【００１３】
しかしながら、そのような問題は、比較が、細部の局所的な近傍の幾何学的配列を表す特徴間で実行されるときに回避することができる。近傍における各細部の個々の特性、並びにそれらの細部間の相対的な位置及び方向は、抽出された特徴の区別性を高め、したがって、そのような区別的な特徴の個々の比較が指紋における同じロケーションから抽出された対応する特徴のみと一致する確率を高める。
【００１４】
この認識に基づいて、幾つかの実施の形態は、或る特定の検出された細部の周囲の局所的な近傍を決定し、それらの近傍に基づいて特徴を抽出する。特徴の局所性は、特徴が回転及び並進を受けたときに正確さを提供する。特徴ベクトルは、セキュアなプリミティブを用いて比較することができる。スコアを求めて真正なユーザー又は氏名詐称者を識別するプロセスは、暗号化されていない位置合わせパラメーターを記憶する必要なく、最良の位置合わせを暗黙的にもたらす。
【００１５】
したがって、１つの実施形態は、ユーザーの指紋から得られるバイオメトリックデータを認証する方法を開示する。該方法は、前記指紋の一組の領域を、該各領域が前記指紋の複数の細部を含むように決定するステップと、
前記各領域について、該領域における前記指紋の構造を表す記述子を求めて、第１の一組の記述子を生成する、求めるステップと、
前記第１の一組の記述子内の該各記述子を第２の一組の記述子内の該各記述子と比較するステップであって、一致する記述子の数を求め、前記第２の一組の記述子は、前記ユーザーの前記バイオメトリックデータの登録中に求められる、比較するステップと、
前記一致する記述子の数を、前記バイオメトリックデータを認証するための閾値と比較するステップと、
を含む。該方法の前記ステップは、プロセッサによって実行される。
【００１６】
別の実施形態は、ユーザーの指紋から得られるバイオメトリックデータを認証するシステムを開示する。該システムは、
前記指紋の一組の領域を、該各領域が前記指紋の複数の細部を含むように決定し、
前記各領域について、該領域における前記指紋の構造を表す記述子を求めて、第１の一組の記述子を生成し、
前記第１の一組の記述子内の該各記述子を第２の一組の記述子内の該各記述子と比較して、一致する記述子の数を求め、なお、前記第２の一組の記述子は、前記ユーザーの前記バイオメトリックデータの登録中に求められ、
前記一致する記述子の数を、前記バイオメトリックデータを認証するための閾値と比較する、
プロセッサを備える。
【００１７】
更に別の実施形態は、バイオメトリック認証システムであって、
ユーザーの認証用に提示されたプローブ指紋の第１の一組の記述子を求めるアクセス制御デバイスであって、前記第１の一組内の前記各記述子は、複数の細部を含む前記プローブ指紋の領域を表す、アクセス制御デバイスと、
前記ユーザーの登録用に提示された登録指紋の第２の一組の記述子を求めるサーバーであって、前記第２の一組内の前記各記述子は、複数の細部を含む前記登録指紋の領域を表す、サーバーと、
前記第１の一組の記述子内の該各記述子を前記第２の一組の記述子内の該各記述子と比較して一致する記述子の数を求めるプロセッサと、
前記一致する記述子の数を閾値と比較して認証判定を行う認証サーバーと、
を備える、バイオメトリック認証システムを開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の幾つかの実施形態によるユーザーの指紋のバイオメトリックデータを用いたバイオメトリック認証の方法のブロック図である。
【図２Ａ】本発明の様々な実施形態による指紋の一組の領域の概略図である。
【図２Ｂ】本発明の様々な実施形態による指紋の一組の領域の概略図である。
【図２Ｃ】本発明の幾つかの実施形態による一組の領域を決定する方法のフローチャートである。
【図３】本発明の種々の実施形態によるバイオメトリクスの表現の概略図である。
【図４Ａ】バイオメトリックデータの概略図である。
【図４Ｂ】バイオメトリックデータの概略図である。
【図５】ガボールフィルタリングを用いて指紋の画像におけるテクスチャに基づく特徴を抽出する概略図である。
【図６】本発明の１つの実施形態による規則的なラディアルサンプリンググリッドにおいて稜線方向をサンプリングすることによって方向に基づく特徴を抽出する概略図である。
【図７】本発明の幾つかの実施形態によるバイオメトリックデータを暗号化したものを認証する認証方法及びシステムの様々なモジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、ユーザーの指紋の画像から得られるバイオメトリックデータ１１０を用いたバイオメトリック認証のシステム及び方法を示している。バイオメトリックデータ１１０は、例えば、ユーザーが自身の指紋に基づく認証を要求したときの、例えば認証段階中に取得することができる。第１の一組の記述子１３５が、バイオメトリックデータ１１０から求められ、認証中に提示された第２の一組の記述子１３６と比較される（１４５）。例えば、第２の一組の記述子は、ユーザーがバイオメトリックデータベースに登録される登録段階中に求められる。第１の一組の記述子及び第２の一組の記述子は、以下で説明する同じ原理を用いて求められる。この方法の幾つかのステップは、プロセッサ１０１、例えば、アクセス制御デバイスのプロセッサが実行することができる。加えて又は代替的に、この方法のステップは、バイオメトリックデータベースに関連付けられたプロセッサによって実行することができる。
【００２０】
指紋のバイオメトリック１１０から、一組の領域１２５が求められる。本発明の幾つかの実施形態は、登録段階及び認証段階中に取得された特徴の個々の比較が間接的な位置合わせを実行するという認識に基づいている。複数の一致する特徴を、認証判定を行うのに用いることができる。
【００２１】
比較プロセスを効率的にするために、抽出された特徴を区別する必要がある。したがって、幾つかの実施形態は、各領域が指紋の複数の細部を取り囲むように指紋の一組の領域を決定する（１２０）。この実施形態は、領域内の各細部の個々の特性、並びに細部間の相対的な位置及び方向が、領域の区別性を高め、したがって、領域から抽出された特徴の区別性を高めるという認識に基づいている。
【００２２】
加えて、特徴の局所性は、登録指紋に対する相対的なプローブ指紋の回転及び平行移動に正確さ及び不変性を提供する。このとき、暗号化領域において距離又は相関を計算する暗号プリミティブを用いて実行することができる操作を用いて、特徴ベクトルを比較することができる。真正なユーザー又は氏名詐称者のスコアを求めるプロセスは、暗号化されていない位置合わせパラメーターを記憶する必要なく、最良の位置合わせを暗黙的に与える。
【００２３】
したがって、幾つかの実施形態は、領域ごとに、その領域内の指紋の構造を表す記述子を求めて（１３０）、第１の一組の記述子１３５を生成し、この第１の一組の記述子内の各記述子を、バイオメトリック認証用に提示された第２の一組の記述子１３６内の各記述子と比較する（１４５）。記述子の双方の組は、同じルールに基づいて決定された一組の領域から同じ原理を用いて求められる。唯一の相違は、１つの組の記述子、例えば組１３５は、アクセス制御デバイスによって認証段階中に取得された指紋から求められ、別の組、例えば組１３６は、登録段階中に取得された指紋から求められるということである。
【００２４】
比較１４５は、記述子の個々の比較を含む。すなわち、第１の一組の記述子内の各記述子が、バイオメトリック認証用に提示された第２の一組の記述子内の各記述子と比較されて、一致する記述子の数１５０が求められる。一致するものが見つかった場合、例えば、第１の一組のうちの第１の要素が第２の一組のうちの第２の要素と一致する（１５１）場合、数１５０が１つだけ増加される。次に、一致する記述子の数１５０は、ユーザーを認証する閾値１６５と比較される（１６０）。
【００２５】
１つの実施形態では、記述子の一致するものは、２つの段階で求められる。認証時に提示されたプローブ指紋における各記述子について、第１のステップは、登録指紋における最近傍記述子を見つけることを含む。第２のステップは、この最近傍記述子の距離を距離閾値と比較して、この最近傍記述子が確かに十分近いことを保証することを含む。
【００２６】
上述したように、記述子の個々の比較の結果、指紋が間接的に位置合わせされ、したがって、通例、暗号化されていない情報を用いて実行される明示的な位置合わせステップの必要がなくなる。したがって、本発明の様々な実施形態によって用いられる原理は、セキュアなバイオメトリック認証に特に有利である。
【００２７】
そのために、本発明の幾つかの実施形態は、第１の一組の記述子及び／又は第２の一組の記述子の暗号化のみを求める。例えば、第１の一組の記述子は、アクセス制御デバイスによって公開鍵を用いて暗号化され、第２の一組の記述子は、登録サーバーによって同じ公開鍵を用いて暗号化され、暗号化されたフォーマットでバイオメトリックデータベースに記憶される。認証中、第１の記述子及び第２の記述子は、暗号化領域において照合される（１４５）。
【００２８】
例えば、幾つかの実施形態は、第１の一組の記述子及び第２の一組の記述子のユークリッド距離、ハミング距離、及び絶対距離等の距離メトリックを求めるのに準同形暗号システムの性質を用いる。それらの実施形態では、各記述子の比較が暗号化領域において準同形の性質を用いて実行されるように、第１の一組の記述子及び第２の一組の記述子は、準同形暗号システムの公開鍵を用いて暗号化される。
【００２９】
領域の決定
図２Ａは、指紋２１０を一組の領域１２５に分割する一例を示している。例えば、１つの実施形態では、領域は長方形の形状を有する。各長方形は、例えば、長方形の左上角を示す原点２２０において生成され、幅及び高さを用いて指定される。通常、領域の形状及び寸法は、事前に決定されるが、異なるユーザーの指紋について変化し得る。
【００３０】
図２Ｂは、キーポイントの細部を用いて決定された別の領域２４５の概略図を示している。このキーポイントは、所定の形状及び寸法の領域内、例えば半径Ｒ２３５の球２３０内にその近傍細部として少なくともｎ個の細部を有する細部２４０として規定される。ここで、ｎは、１よりも大きな所定の数である。図２Ｂの例では、この所定の数ｎは３に等しく、領域２４５は、細部２４１、２４２、及び２４３を含む。
【００３１】
Ｕｋを、指紋の第ｋ画像における細部の数とする。通常、Ｕｋは、指が異なるごとに変化する。さらに、Ｕｋは、同じ指についてもノイズに起因して変化する。第ｋ指紋画像における第ｉ細部は、当該細部の点のＸ座標、Ｙ座標、及びθ座標を用いたｍｋｉ＝｛ｘｋｉ，ｙｋｉ，θｋｉ｝として表される。
【００３２】
ｍｋｉの一組の近傍細部は、以下のとおりである。
【００３３】
【数１】
2014219967.tif 000003
【００３４】
ここで、Ｒは所定の半径である。この場合、ｍｋｉのｎ個の最近傍細部の組は、ｍｋｉまでのユークリッド距離において最も接近したｎ個の要素を含むＤ（ｍｋｉ）のサブセットである。ｍｋｉのｎ個の最近傍細部の組は、
【数２】
2014219967.tif 000004
によって示される。ここで、
【数３】
2014219967.tif 000005
は、ｍｋｉのｌ番目の最近傍細部である。ｎ個の最近傍細部の組を有するいずれの細部も、キーポイントと呼ばれる。
【００３５】
図２Ｃは、本発明の幾つかの実施形態による一組の領域を決定する方法のフローチャートを示している。領域の形状及び寸法が決定され（２５０）、その形状及び寸法の領域が、指紋における各細部の周囲に配置される（２５５）。或る領域の細部が、その領域内における少なくともｎ個の細部の近傍にある場合、その領域が一組の領域において選択される（２６０）。ここで、ｎは、１よりも大きな所定の数である。
【００３６】
加えて、１つの実施形態は、一組の領域が、効率的な比較に十分な領域を含まない場合、その組を更新する。例えば、幾つかのユーザーの指紋は、細部のまばらな配置を含む場合があり、それらのユーザーについては、半径Ｒ２３５は増加される。したがって、この実施形態は、組内の領域の数をカウントし（２６５）、領域の数を閾値と比較する（２７０）。領域の数が閾値よりも大きい場合（２７１）、その組が決定される（２７５）。そうでない場合（２７２）、この実施形態は、領域の形状（例えば、円の半径を拡大する）、領域の寸法、又はｎ個の細部の所定の数のうちの少なくとも１つを変更し、一組の領域を決定するためのステップを繰り返す。
【００３７】
バイオメトリックデータ
図３は、種々の実施形態によって用いられるユーザーの指紋のバイオメトリックデータの例を示している。例えば、指紋２１０の画像は、細部マップ３２０及び／又は稜線マップ３３０，３３０’又は稜線波長（ridge wavelength）マップ３４０によって表すことができる（３１０）。稜線マップは、細い稜線マップ３３０又は太い稜線マップ３３０’とすることができる。細部マップ３２０並びに稜線マップ画像３３０及び３３０’は、当該技術分野において知られている方法によって求めることができる。
【００３８】
指紋細部マップは、指紋の画像を表すのに用いられるデータ構造である。この細部マップは、例えば、２次元空間又は３次元空間に細部を含む。これらの細部は、指紋の画像３０５から抽出される。ロケーション及び方向は、細部に関連付けられ、指紋における稜線に関係付けられる。具体的には、各細部は、指紋稜線が終了するか又は二叉に分岐する箇所に生成される。
【００３９】
図４Ａは、各細部４３０が２つの座標Ｘ及びＹに関連付けられている１つの実施形態の一例を示している。ここで、Ｘ及びＹは、画像における細部の空間座標である。この実施形態では、領域１２５は、２次元であり、例えば、正方形、長方形、円、又は楕円である。
【００４０】
図４Ｂは、細部の方向等の指紋についての追加のデータを含む別の実施形態の一例を示している。各細部４３０は、３つの座標Ｘ、Ｙ、及びθに関連付けられている。ここで、Ｘ及びＹは、画像３０５における細部の空間座標であり、θは、細部が得られる指紋稜線に対する正接の角度３５０である。角度θは、０度〜３６０度の範囲にある。この実施形態では、領域１２５は３次元であり、例えば、立方体、楕円体、又は球体である。
【００４１】
指紋稜線マップは、指紋の稜線の画像３３０である。この稜線マップは、細部に含まれる情報から十分に独立した指紋情報を識別する。時に、指紋画像に非常に多くのノイズがある場合、細部抽出が困難であるか又は信頼できないものとなるが、この場合、指紋稜線は、より信頼できる特徴を生成することができる。幾つかの実施形態では、稜線波長画像３４０が指紋稜線マップから抽出される。
【００４２】
記述子
本発明の様々な実施形態は、領域内の指紋の局所的な構造を表す領域の特徴に基づいて記述子を求める。幾つかの実施形態では、これらの特徴は、接近した細部の点の相対的なロケーション、局所的なテクスチャ、及び局所的な稜線方向のうちの１つ又は組み合わせに基づいて領域から抽出される。
【００４３】
細部に基づく特徴
本発明の幾つかの実施形態では、領域の記述子は、領域内の細部の相対的な距離、領域内の細部の相対的な方向、及び領域内の細部の相対的な径方向の配置（放射状配置）のうちの少なくとも１つ又は組み合わせを表す細部に基づく特徴を含む。
【００４４】
例えば、一組の領域を決定するのにキーポイントを用いる１つの実施形態は、各キーポイントｍｋｉについて、ｍｋｉに関するＮ（ｍｋｉ）の局所幾何構造を一意に表すことができる特徴を抽出する。このために、幾つかの実施形態は、ｍｋｉの周囲の細部に基づく特徴ベクトルを以下のように示す。
【００４５】
【数４】
2014219967.tif 000006
【００４６】
ここで、各特徴要素は、以下の式によって与えられる。
【００４７】
【数５】
2014219967.tif 000007
【００４８】
式中、
【数６】
2014219967.tif 000008
は、
【数７】
2014219967.tif 000009
によるｍｋｉの周囲の最近傍細部の放射状配置の程度を示す。
【００４９】
特徴ベクトルを上記のように定式化することによって、各特徴値が範囲［０，１］であること、及びキーポイント特徴が当該キーポイントに関する回転及び平行移動に対して不変であることが確保される。キーポイントｍｋｉの周囲の細部に基づく特徴の図的表現が、ｎ＝３の場合についての図２Ｂに与えられている。細部に基づく特徴は、キーポイントの周囲の相対的な細部距離、相対的な細部方向、及び相対的な放射状細部配置を表し、したがって、キーポイントｍｋｉの近傍における局所構造を表す。幾つかの指紋画像では、キーポイントの数、すなわち、少なくともｎ個の最近傍細部を有する細部の数は、少ない場合があり、これによって、照合性能が低下する。
【００５０】
そのような指紋の影響を緩和するために、幾つかの実施形態は、領域の形状又は寸法を変化させる。加えて又は代替的に、幾つかの実施形態は、後述するように、他の特徴、例えば、テクスチャ及び方向に基づく特徴を記述子に含める。
【００５１】
テクスチャに基づく特徴
キーポイントｍｋｉのロケーションの周囲のテクスチャ情報を抽出するために、ｍｋｉの周囲の領域Ｒ１は、θｋｉに関する主要な角度
【数８】
2014219967.tif 000010
を有する方向性（directional）ガボールフィルターによって処理される。各フィルターの出力から、実施形態は、出力画像パッチの標準偏差を特徴として求める。求められたテクスチャに基づく特徴は、以下のように表すことができる。
【００５２】
【数９】
2014219967.tif 000011
【００５３】
式中、ｔｐ，ｐ＝｛０，１，．．．，Ｐ−１｝は、
【数１０】
2014219967.tif 000012
の角度において方向性ガボールフィルターの出力として得られる画像パッチの標準偏差を示す。
【００５４】
正規化定数ｔｍａｘは、トレーニングセットにおける全てのキーポイントの周囲の全ての画像パッチについて求められた標準偏差の最大値であり、各特徴ベクトルを範囲［０，１］に制限するのに用いられる。
【００５５】
図５は、ガボールフィルタリング５２０を用いたＰ＝４の場合の指紋５１０の画像のテクスチャに基づく特徴５３０の抽出の一例を示している。フィルタリングされた画像は、方向性ガボールフィルターの対応する角度の範囲における主要な稜線方向を示している。領域５４２、５４４、５４６、及び５４８は、標準偏差が求められる領域Ｒ１の正方形パッチを表している。
【００５６】
方向に基づく特徴
図６は、キーポイントの周囲の規則的なラディアルサンプリンググリッドにおける稜線方向の抽出を示している。細部ｍｋｉ６１０の周囲のサンプリンググリッドは、半径ｒｌ，１≦ｌ≦ＬのＬ個の同心円を備え、各円は、円周に沿って均等に分布したＫｌ個のサンプリング点ｐｌ，ｍを有する。
【００５７】
これらの特徴を、キーポイントの回りの回転に対して不変にするために、１つの実施形態では、サンプリング点における方向
【数１１】
2014219967.tif 000013
が、細部ｍｋｉの方向θｋｉに対して相対的に取られる。換言すれば、ｐｌ，ｍにおいて推定された局所的な稜線方向がθｋｌ，ｍによって示される。方向に基づく記述子は、以下のとおりである。
【００５８】
【数１２】
2014219967.tif 000014
【００５９】
πで割ることによって、各特徴要素は範囲［０，１］に入ることが確保される。
【００６０】
加えて、幾つかの実施形態は、各キーポイントの周囲の細部に基づく記述子、テクスチャに基づく記述子、及び方向に基づく記述子を導出した後、領域ごとにそれらの記述子を組み合わせて、その領域の記述子を求める。
【００６１】
各キーポイントの周囲の細部に基づく記述子、テクスチャに基づく記述子、及び方向に基づく記述子を導出した後、第ｋの指紋画像の記述子が、以下のように、各キーポイントの記述子を連結することによって得られる。
【００６２】
【数１３】
2014219967.tif 000015
【００６３】
ここで、Ｍｋは、指紋ｋの細部に基づく特徴を含む記述子であり、Ｔｋは、指紋ｋのテクスチャに基づく特徴を含む記述子であり、Ｏｋは、指紋ｋの方向に基づく特徴を含む記述子である。
【００６４】
指紋比較
本発明の様々な実施形態は、記述子を比較するための種々の技法を用いる。例えば、本発明の１つの実施形態は、以下で説明するように、類似度行列を求めることによって記述子を比較する。
【００６５】
Ｍｋ及びＭ’は、それぞれ第ｋ登録指紋の第１の一組の記述子及びプローブ指紋の第２の一組の記述子である。ＭｋにはＵｋ個の細部キーポイントがあり、Ｍ’にはＵ’個の細部キーポイントがある。比較方法は、第１の一組の記述子と第２の一組の記述子との間の１対１対応を推定する。
【００６６】
この実施形態は、要素が
【数１４】
2014219967.tif 000016
である類似度行列Ｕｋ×Ｕ’を用いて、記述子
【数１５】
2014219967.tif 000017
と、
【数１６】
2014219967.tif 000018
との間の類似度の尺度を定義する。
【００６７】
行列Ｓにおける小さな値を有する要素のインデックス（ｉ，ｊ）は、記述子間で一致する可能性のあるものを示す。第１の組Ｍｋ内の記述子ｉ及び第２の組Ｍ’内の記述子ｊは、これらの対応する記述子が、Ｍｋ及びＭ’内の他の任意の対からの記述子よりも互いに類似している場合に一致する。この関係は、第１の組Ｍｋ内の記述子ｉ及び第２の組Ｍ’内の記述子ｊが、これらの記述子ｉとｊとの間の距離がｉとプローブ指紋における他の任意の記述子ｊ’との間の距離よりも小さい場合に一致することを示している。
【００６８】
類似度は、以下のように定式化することができる。
【００６９】
【数１７】
2014219967.tif 000019
【００７０】
行列Ｐｍが求められた後、最小のＰｍの座標は、記述子間の一致を示す。対応する列及び行は除去され、プロセスは、全ての一致する記述子が識別されるまで繰り返される。最後に、その対応値が或る特定の閾値τｍよりも小さい一致する記述子の数は、以下のようなスコアを求めるのに用いられる。
【００７１】
【数１８】
2014219967.tif 000020
【００７２】
式中、Ｍｍａｔｃｈｅｄは、Ｐｍ（ｉ，ｊ）≦τｍである一致する記述子（ｉ，ｊ）の数である。
【００７３】
同様のスコア計算は、テクスチャに基づく記述子及び方向に基づく記述子等の異なるタイプの記述子についても実行され、スコアＳｔ及びＳｏがそれぞれ得られる。閾値τｍ並びに対応するテクスチャに基づく記述子の閾値τｔ及び方向に基づく記述子の閾値τｏの値は、経験的に導出することができる。スコアは、受信機動作特性（ＲＯＣ）曲線を、個々に又は２つ若しくは３つの特徴タイプの組み合わせで求めるのに用いることができる。
【００７４】
特に、３つの全てのスコアが用いられるとき、融合したスコアは、以下の線形結合である。
【００７５】
【数１９】
2014219967.tif 000021
【００７６】
式中、重みｗｍ、ｗｔ、ｗｏは、ｗｍ＋ｗｔ＋ｗｏ＝１を満たす。ｗｍ、ｗｔ、ｗｏの値は、全数探索を実行して、データセットのトレーニングサブセットに関する等誤り率（ＥＥＲ（equal error rate））を最小にする値を求めることによって得ることができる。
【００７７】
セキュアな認証システム
図７は、本発明の幾つかの実施形態によるバイオメトリックデータ７０５を暗号化したものを認証する認証方法及びシステムの様々なモジュールのブロック図を示している。本発明の様々な実施形態は、図７のシステムの１つ又は幾つかのモジュールを用いる。
【００７８】
これらのモジュールは、認証しようとするユーザーのバイオメトリックデータ７０５を取得するとともに公開鍵７４０を用いて暗号化するアクセス制御デバイス７１０を含むことができる。このアクセス制御デバイスは、暗号化されたバイオメトリックデータ７１５をデータベースサーバー７２０に送信する。バイオメトリックデータ７１５は、第１の一組の記述子１３５を暗号化されたフォーマットで含む。データベースサーバー７２０は、公開鍵７４０を用いて暗号化されたユーザー固有の登録バイオメトリックデータを記憶する。この登録バイオメトリックデータは、第２の一組の記述子１３６を暗号化されたフォーマットで含むことができる。
【００７９】
サーバー７２０は、暗号化領域において第１の一組の記述子と第２の一組の記述子との間の距離を求めて、一致する記述子の数７２５を求める。この数７２５は、認証判定７３５を行うために認証サーバー７３０に送信される。幾つかの実施形態では、一致する記述子の数は、認証サーバー７３０とデータベースサーバー７２０との間のインターラクティブプロトコルを介して求められる。幾つかの実施形態では、認証サーバーは、スタンドアローンサーバー（standalone server）とすることができる。他の実施形態では、認証サーバーは、アクセス制御デバイス７１０又はデータベースサーバー７２０の一部として実施することができる。認証サーバーは、数７２５を解読する必要がある場合、秘密鍵７４５を用いることができる。
【００８０】
本発明の上述した実施形態は、多数の方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施されるとき、ソフトウェアコードは、単一のコンピューターに設けられるか又は複数のコンピューター間に分散されるかを問わず、任意の適したプロセッサ又はプロセッサの集合体上で実行することができる。そのようなプロセッサは、１つ又は複数のプロセッサを集積回路構成要素に有する集積回路として実施することができる。ただし、プロセッサは、任意の適したフォーマットの回路部を用いて実施することができる。
【００８１】
さらに、コンピューターは、ラックマウント型コンピューター、デスクトップコンピューター、ラップトップコンピューター、ミニコンピューター、又はタブレットコンピューター等の複数の形態のうちの任意のもので具現化することができることが認識されるべきである。また、コンピューターは、１つ又は複数の入力デバイス及び出力デバイスを有することができる。これらのデバイスは、特に、ユーザーインターフェースを提示するのに用いることができる。ユーザーインターフェースを提供するのに用いることができる出力デバイスの例には、出力の視覚的提示のためのプリンター又はディスプレイスクリーンと、出力の可聴提示のためのスピーカー又は他の音発生デバイスとが含まれる。ユーザーインターフェースに用いることができる入力デバイスの例には、キーボードと、マウス、タッチパッド、及び離散化タブレット等のポインティングデバイスとが含まれる。別の例として、コンピューターは、音声認識を通じて又は他の可聴フォーマットで入力情報を受信することができる。
【００８２】
そのようなコンピューターは、エンタープライズネットワーク又はインターネット等のローカルエリアネットワーク又はワイドエリアネットワークを含む任意の適した形態の１つ又は複数のネットワークによって相互接続することができる。そのようなネットワークは、任意の適した技術に基づくことができ、任意の適したプロトコルに従って動作することができ、無線ネットワーク、有線ネットワーク、又は光ファイバーネットワークを含むことができる。
【００８３】
また、本明細書において略述した様々な方法又はプロセスは、様々なオペレーティングシステム又はプラットフォームのうちの任意の１つを用いる１つ又は複数のプロセッサ上で実行可能なソフトウェアとしてコード化することができる。加えて、そのようなソフトウェアは、複数の適したプログラム言語及び／又はプログラムツール若しくはスクリプトツールのうちの任意のものを用いて記述することができ、フレームワーク又は仮想機械上で実行される実行可能機械言語コード又は中間コードとしてコンパイルすることもできる。
【００８４】
この点で、本発明は、コンピューター可読記憶媒体又は複数のコンピューター可読媒体、例えば、コンピューターメモリ、コンパクトディスク（ＣＤ），光ディスク、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、磁気テープ、及びフラッシュメモリとして具現化することができる。代替的に又は加えて、本発明は、伝播信号等の、コンピューター可読記憶媒体以外のコンピューター可読媒体として具現化することもできる。
【００８５】
「プログラム」又は「ソフトウェア」という用語は、本明細書では、コンピューター又は他のプロセッサを、上記で論述したような本発明の様々な態様を実施するようにプログラムするのに用いることができる任意のタイプのコンピューターコード又は一組のコンピューター実行可能命令を指す一般的な意味で用いられる。
【００８６】
コンピューター実行可能命令は、１つ又は複数のコンピューター又は他のデバイスによって実行されるプログラムモジュール等の多くの形態とすることができる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか又は特定の抽象データタイプを実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造を含む。通常、プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態において所望に応じて結合することもできるし、分散させることもできる。
【００８７】
また、本発明の実施形態は、一例を提供した方法として具現化することもできる。この方法の一部として実行される動作は、任意の適した方法で順序付けることができる。したがって、動作が例示したものとは異なる順序で実行される実施形態を構築することができる。この異なる順序で実行することは、例示の実施形態では逐次動作として示されていても、幾つかの動作を同時に実行することを含むことができる。
【００８８】
請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。
【図１】
2014219967.tif 000022
【図２Ａ】
2014219967.tif 000023
【図２Ｂ】
2014219967.tif 000024
【図２Ｃ】
2014219967.tif 000025
【図３】
2014219967.tif 000026
【図４Ａ】
2014219967.tif 000027
【図４Ｂ】
2014219967.tif 000028
【図５】
2014219967.tif 000029
【図６】
2014219967.tif 000030
【図７】
2014219967.tif 000031
【外国語明細書】
2014219967.tif 000032
2014219967.tif 000033
2014219967.tif 000034
2014219967.tif 000035
2014219967.tif 000036
2014219967.tif 000037
2014219967.tif 000038
2014219967.tif 000039
2014219967.tif 000040
2014219967.tif 000041
2014219967.tif 000042
2014219967.tif 000043
2014219967.tif 000044
2014219967.tif 000045
2014219967.tif 000046
2014219967.tif 000047
2014219967.tif 000048
2014219967.tif 000049
2014219967.tif 000050
2014219967.tif 000051
2014219967.tif 000052
2014219967.tif 000053
2014219967.tif 000054
2014219967.tif 000055
2014219967.tif 000056
2014219967.tif 000057
2014219967.tif 000058
2014219967.tif 000059
2014219967.tif 000060
2014219967.tif 000061
2014219967.tif 000062
2014219967.tif 000063
2014219967.tif 000064
2014219967.tif 000065
2014219967.tif 000066
2014219967.tif 000067
2014219967.tif 000068
2014219967.tif 000069
2014219967.tif 000070