(57)【要約】個人の皮膚部位を照明し、マルチスペクトル条件下において皮膚部位から散乱される光を受光する。光は、皮膚部位の表面の下にある組織から散乱される光を含む。多数の生体認証モダリティは、受光した光から導き出される。生体認証モダリティは、組み合わせ型の生体認証モダリティに融合され、組み合わせ型の生体認証モダリティは、生体認証機能を実行するために分析される。皮膚部位は、個人の手を含むことがあり得る。例えば、一実施形態において、皮膚部位は、手の掌と、手の少なくとも１つの指先とを含む。また、手の掌紋、手の指の指紋、手の形状、および／または手の色彩テクスチャを含む多種多様の生体認証モダリティを使用してもよい。複数の生体認証モダリティは、原カラー画像データをグレースケール画像に変換することによって導き出され、このグレースケール画像は、前景部分と背景部分とに分割される。
2009544108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体認証機能を実行する方法であって、
個人の皮膚部位を照明することと、
マルチスペクトル条件下において該皮膚部位から散乱される光を受光することであって、該光は、該皮膚部位の表面の下にある組織から散乱される光を含む、ことと、
該受光した光から複数の生体認証モダリティを導き出すことと、
該複数の生体認証モダリティを組み合わせ型生体認証モダリティに融合することと、
該生体認証機能を実行するために、該組み合わせ型生体認証モダリティを分析することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記皮膚部位は、前記個人の手を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記皮膚部位は、前記手の掌と、前記手の少なくとも１つの指先とを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記生体認証モダリティのうちの少なくとも１つは、前記手の掌紋を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記生体認証モダリティのうちの少なくとも１つは、前記手の指の指紋を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記生体認証モダリティのうちの少なくとも１つは、前記手の形状を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記生体認証モダリティのうちの少なくとも１つは、前記手の色彩テクスチャを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の生体認証モダリティを導き出すことは、
原カラー画像データをグレースケール画像に変換することと、
該グレースケール画像を前景部分と背景部分とに分割することと、
該分割されたグレースケール画像の１次元投影を生成することによって、前記手の指先の位置決めを行なうことと
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記皮膚部位を照明することと、該皮膚部位から散乱される光を受光することとは、該皮膚部位が少なくとも部分的にプラテンと接触している間に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記組み合わせ型生体認証モダリティを分析することは、前記個人の身元を判断するため、または該個人の該身元を検証するために、該組み合わせ型生体認証モダリティを分析することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記組み合わせ型生体認証モダリティを分析することは、前記皮膚部位が生体組織であることを検証するために、該組み合わせ型生体認証モダリティを分析することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記組み合わせ型生体認証モダリティを分析することは、前記個人の人口統計学特徴または身体計測特徴を推定するために、該組み合わせ型生体認証モダリティを分析することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記皮膚部位を照明することは、第１の偏光作用で入射光を偏光することを含み、
該皮膚部位から散乱される光を受光することは、第２の偏光作用で受光する光を偏光することを含み、
該第１および第２の偏光作用は、相互に対して実質的に交差している、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
個人の皮膚部位を照明するように配置される照明サブシステムと、
マルチスペクトル条件下において該皮膚部位から散乱される光を受光するよう配置される検出サブシステムであって、該光は、該皮膚部位の表面の下にある組織から散乱される光を含む、検出サブシステムと、
該検出サブシステムと連結されたコンピュータユニットであって、
該受光された光から複数の生体認証モダリティを導き出す命令と、
該複数の生体認証モダリティを組み合わせ型生体認証モダリティに融合する命令と、
該生体認証機能を実行するために、該組み合わせ型生体認証モダリティを分析する命令と
を含む、コンピュータユニットと
含む、生体認証センサ。
【請求項１５】
前記皮膚部位は、前記個人の手を含む、請求項１４に記載の生体認証センサ。
【請求項１６】
前記皮膚は、前記手の掌と、前記手の少なくとも１つの指先とを含む、請求項１５に記載の生体認証センサ。
【請求項１７】
前記生体認証モダリティのうちの少なくとも１つは、前記手の掌紋を含む、請求項１５に記載の生体認証センサ。
【請求項１８】
前記生体認証モダリティのうちの少なくとも１つは、前記手の指の指紋を含む、請求項１５に記載の生体認証センサ。
【請求項１９】
前記生体認証モダリティのうちの少なくとも１つは、前記手の形状を含む、請求項１５に記載の生体認証センサ。
【請求項２０】
前記生体認証モダリティのうちの少なくとも１つは、前記手の色彩テクスチャを含む、請求項１５に記載の生体認証センサ。
【請求項２１】
前記複数の生体認証モダリティを導き出す前記命令は、
原カラー画像データをグレースケール画像に変換する命令と、
該グレースケール画像を前景部分と背景部分とに分割する命令と、
該分割されたグレースケール画像の１次元投影を生成することによって、前記手の指先の位置決めを行なう命令と
を含む、請求項１５に記載の生体認証センサ。
【請求項２２】
前記皮膚部位に接触しているプラテンをさらに含む、請求項１４に記載の生体認証センサ。
【請求項２３】
前記組み合わせ型生体認証モダリティを分析する前記命令は、前記個人の身元を判断するため、または該個人の該身元を検証するために、該組み合わせ型生体認証モダリティを分析する命令を含む、請求項１４に記載の生体認証センサ。
【請求項２４】
前記組み合わせ型生体認証モダリティを分析する前記命令は、前記皮膚部位が生体組織であることを検証するために、該組み合わせ型生体認証モダリティを分析する命令を含む、請求項１４に記載の生体認証センサ。
【請求項２５】
前記組み合わせ型生体認証モダリティを分析する前記命令は、前記個人の人口統計学特徴または身体計測特徴を推定するために、該組み合わせ型生体認証モダリティを分析する命令を含む、請求項１４に記載の生体認証センサ。
【請求項２６】
前記皮膚部位における入射光を第１の偏光作用で偏光するように配置される第１の偏光子と、
該皮膚部位から散乱される光を第２の偏光作用で偏光するように配置される第２の偏光子と
をさらに含み、
該第１および第２の偏光作用は、相互に対して実質的に交差している、請求項１４に記載の生体認証センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、米国仮特許出願第６０／８３２，２３３号（２００６年７月１９日出願、名称「ＷＨＯＬＥ−ＨＡＮＤ  ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＩＭＡＧＥＲ」、出願人（Ｕｍｕｔ  Ｕｌｕｄａｇら））の仮出願ではなく、その出願日の利益を主張し、その開示内容全体は、参考として本明細書に援用される。
【０００２】
（発明の背景）
本出願は、概して、生体認証に関する。より具体的には、本出願は、スペクトル情報を使用する多重の生体認証測定に関する。
【背景技術】
【０００３】
身元の判断を行なうために、生体認証信号の２つ以上の個別ソースからの情報を組み合わせる多重の生体認証システムを開発および配備する一般的な傾向がある。このようなシステムは、単一の生体認証センサよりも有意な性能上の利点を有する。具体的には、多重生体認証システムは、一般的に、より高度な絶対レベルの精度を提供すると考えられており、サンプリングおよび環境状態に対してよりロバストであり、また、一般的に、詐欺行為またはなりすましに対してより厳格である。
【０００４】
しかしながら、典型的な多重生体認証システムは、顔画像用のカメラ、虹彩検出用のセンサ、および／または指紋収集のためのセンサ等の多数のセンサを組み合わせる。これにより、典型的な多重生体認証システムは、一般的に、高価であり、配備するのが困難であり、また、ユーザは、生体認証システムとの対話を成功させるために、多くの個別の行動を取らなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、高度なセキュリティを提供可能であると共に、費用効率よく構築され、配備が単純であり、また、ユーザとの対話が容易である多重生体認証センサに対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、生体認証機能を実行する際に使用され得る方法およびシステムを提供する。本発明の方法は、個人の皮膚部位を照明するステップと、マルチスペクトル条件下において皮膚部位から散乱される光を受光するステップであって、光は、皮膚部位の表面の下にある組織から散乱される光を含むステップとを含む。複数の生体認証モダリティは、受光した光からを導き出される。複数の生体認証モダリティは、組み合わせ型生体認証モダリティに融合される。生体認証機能を実行するために、組み合わせ型生体認証モダリティが分析される。
【０００７】
皮膚部位は、個人の手を含むことがあり得る。例えば、一実施形態において、皮膚部位は、手の掌と、手の少なくとも１つの指先とを含む。また、手の掌紋、手の指の指紋、手の形状、および／または手の色彩テクスチャを含む多種多様の生体認証モダリティを使用してもよい。複数の生体認証モダリティは、原カラー画像データをグレースケール画像に変換することによって導き出され、このグレースケール画像は、前景部分と背景部分とに分割される。次に、分割されたグレースケール画像の１次元投影を生成することによって、手の指先の位置決めを行なってもよい。
【０００８】
いくつかの事例において、皮膚部位は照明され、皮膚部位が少なくとも部分的にプラテンに接触している間に、散乱された光が受光される。
【０００９】
組み合わせ型生体認証モダリティは、多くの異なる種類の生体認証機能を実行するために、異なる実施形態において分析されてもよい。例えば、それは、個人の身元を判断するため、または個人の身元を検証するために分析されてもよい。それは、手が生体組織であることを検証するために分析されてもよい。その他の事例において、それは、個人の人口統計学特徴または身体計測特徴を推定するために分析される。いくつかの実施形態において、皮膚部位は、第１の偏光作用で偏光される光で照明され、皮膚部位から散乱される光は、第２の偏光作用で偏光され、第１および第２の偏光作用は、相互に対して実質的に交差する。
【００１０】
また、本発明の方法は、照明サブシステム、検出サブシステム、および制御装置を含む生体認証センサに内蔵されてもよい。照明サブシステムは、個人の皮膚部位を照明するように配置され、検出サブシステムは、皮膚部位から散乱される光を受光するように配置される。制御装置は、上述の方法を実装するための命令を含む。
【００１１】
明細書の残りの部分および図面を参照することによって、本発明の性質および利点に関するさらなる理解を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、ある実施形態における手全体用のマルチスペクトル撮像器の構成要素および配置に関する概略図を提供する。本センサは、５つの指紋、掌紋、色彩テクスチャ、および手形状、あるいはそれらのうちの任意の部分を同時に収集するように構成可能である。
【図２】図２Ａ〜２Ｂは、本発明の実施形態において使用され得る４つのモダリティである５つの指紋、掌紋、色彩テクスチャ、および手形状に関するグラフィック図を提供する。
【図３】図３は、画質に基づく手全体の生体認証融合について示す。
【図４】図４は、本発明の例示的実施形態における生体認証機能を実行する方法を概説するフロー図である。
【図５】図５は、図１の撮像器を使用して収集された手全体のマルチスペクトル原画像を示す。
【図６】図６は、個々の手全体の画像の分割を示す。
【図７】図７は、本発明の実施形態において使用される指先隔離の方法を示す。
【図８】図８Ａ〜８Ｃは、本発明の一実装におけるデータから抽出された指紋画像を示す。
【図９】図９Ａ〜９Ｃは、本発明の一実装におけるデータからの中手骨特徴の抽出を示す。
【図１０】図１０は、本発明の一実装における異なる指先のレシーバ動作特性（以下、「ＲＯＣ」）を比較する。
【図１１】図１１は、回転した手の画像における関心領域（以下、「ＲＯＩ」）、ならびにアンカー点およびアンカー中間点を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の一実装における元々のＲＯＩを示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの元々のＲＯＩに対応する縮小サンプルのＲＯＩを示す。
【図１３】図１３Ａ〜１３Ｃは、図１２の関心領域における異なる角度の順序特徴を示す。
【図１４】図１４は、本発明の一実装における人差指画像および掌画像の融合に関するＲＯＣ曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態は、単一の皮膚部位からの生体認証信号の多数のソースに対応する生体認証データを収集するためのシステムおよび方法に関する。具体的には、本発明の側面は、ユーザの手の全体または一部からマルチスペクトルデータを収集可能であるマルチスペクトル撮像システムに関する。このような手全体用のスキャナは、指紋（５）、掌紋、色彩テクスチャ、および手形状である少なくとも４つの個別のソースに関連する生体認証データを収集することが可能である。
【００１４】
本発明の方法およびシステムに関する一般的な特徴は、単一の照明期間中に複数の画像データを収集するために使用される多数の個別の光学的構成を適用することである。本開示において使用する際、「マルチスペクトル」は、複数の光学的条件下において行なわれる光学的測定のセットを指す。これらの複数の光学的条件は、照明波長（帯域幅および帯域位置の両方）の違い、照明角度（方位角および仰角）の違い、照明偏光条件の違い、照明幾何（例えば、直接および全内部反射）の違い、撮像角度（方位および高度）の違い、撮像幾何（例えば、直接および全内部反射）の違い、撮像偏光フィルタリングの違い、および撮像解像度および焦点の違いを含んでもよい。マルチスペクトル測定は、単一の撮像センサまたは多数の撮像センサから得られ、また、複数の光学的条件は、同時に、連続的に、またはその他の様式で測定されてもよい。
【００１５】
本明細書に記載のマルチスペクトル測定に適用可能な皮膚部位には、指の全表面および全関節、指の爪および爪床、掌、手の甲、手首および前腕、顔、虹彩を含む眼、耳、および身体のその他の全外部表面が含まれる。特定の実施形態に関する例を提供する際に、以下の説明において「指」を特定して指すことがあるが、これらの実施形態は、単に例示的であり、その他の実施形態は、その他の身体部分における皮膚部位を使用してもよいことを理解されたい。具体的には、用語の「指紋」には、指の近位および遠位の指骨だけでなくその他の皮膚部位の両方に見られる皮膚紋理特徴を含む。
【００１６】
本開示において使用する際、「生体認証モダリティ」は、単一の生体認証特色、特徴、指標、識別子、または信号のソースを指す。多重生体認証システムは、何らかの方式で、多数の生体認証モダリティからの情報を組み合わせる（融合する）。例えば、モダリティを、原データ、生体認証特徴、一致点数、または１組の一致／不一致判定として組み合わせてもよい。多数の生体認証モダリティは、多数のセンサ（例えば、顔＋声、指紋＋虹彩）から得られてもよく、あるいは単一のセンサ（例えば、顔＋虹彩、指紋＋掌）から得られてもよい。
【００１７】
色彩テクスチャは、皮膚の一部で行なわれるマルチスペクトル測定から得られるテクスチャの測定を指す。例えば、指の近位指骨における皮膚の皮膚紋理特徴は、ウェーブレット係数、フーリエ係数、層流特徴、流れの不連続点（つまり、特徴点）、および／または当技術分野で既知のその他の方法の何らかの要約（ｓｕｍｍａｒｙ）を使用して、テクスチャとして特徴付けられてもよい。このような特徴は、マルチスペクトルデータを含む光学的条件の各々から別々に得られてもよく、あるいは、全体として取られるマルチスペクトルデータから得られてもよい。
【００１８】
手全体用のセンサから収集された生体認証情報は、生体認証照合（識別または検証）、なりすましおよび生体検出、ならびに／もしくは年齢、性別、および民族性を含む人口統計学パラメータの推定をはじめとする多種多様な生体認証タスクのために使用可能である。
【００１９】
手全体用のセンサからのマルチスペクトルデータを使用する生体認証識別を、多種多様の方式で処理してもよい。一実施形態において、信号の生体認証ソースの各々は、その他のソースから分離され、ファイル中の対応する生体認証記録とは別々に比較される。このような比較により、生体認証信号のソース毎の一致値（つまり、点数）が生成される。次に、個々の点数は、ある方式によって組み合わされ、複合点数を生成してもよく、次に、この複合点数を評価して、サンプルがファイル中のものと一致するか否かを判断する。その他の実施形態において、各生体認証信号の照合を別々に確立してもよく、また、個々の一致／不一致の結果をある方式で組み合わせることによって、照合の最終判断を行なってもよい。また別の実施形態において、手の全体またはその一部からのデータを、生体認証信号の異なるソースを明確に分離せずに、全体として処理してもよい。
【００２０】
図１は、手全体用のマルチスペクトルセンサに関する概略図を示す。照明源１１６により照明光が提供されるプラテン１０４の上に個人の手を置いてもよい。場合により、光は、照明源１１６とプラテン１０４との間に配置される偏光子１１２によって偏光されてもよい（１０８）。手から散乱される光（１３６）を、撮像アレイ１２０で収集する。散乱光１３６は、撮像レンズ１３２によってアレイ１２０上で撮像されてもよく、偏光１２４が撮像アレイ１２０に入射するように、偏光子１２８によって偏光されてもよい。いくつかの実施形態において、照明偏光子１１２を通過して、かつ撮像システムに対する反射鏡または表面反射を受ける任意の光を、撮像偏光子１２８によって実質的に減衰するように、偏光子１１２および１２８は、交差型の構成で設けられる。本配列により、皮膚に通過し、かつ撮像前に多数の光学的散乱事象を受けた光が強調される。いくつかの実施形態において、システムは、連続的にスイッチが入れられる多数の直接照明ＬＥＤを有する。ＬＥＤによっては、その前に偏光子がないため、本質的にランダムな偏光で手が照明される。このような照明状態によって、表面反射光の大部分が撮像される。
【００２１】
偏光型および非偏光型の直接照明ＬＥＤに加え、システムは、プラテンの端部を照明するＬＥＤからの光を使用する照明状態を含んでもよい。この光の一部は、全内部反射（「ＴＩＲ」）現象によりプラテン内に閉じ込められ、プラテンを通って伝播する。皮膚がプラテンに接触している点において、ＴＩＲ効果は無効になり、光は皮膚に入ることが可能である。光の一部は、皮膚から撮像システムに拡散的に反射して戻り、接触領域の画像を生成する。
【００２２】
図１の実施形態に示されないが、いくつかの実施形態は、プラテンに対する手の位置および／または構成において弱いまたは強い抑制条件を提供する位置決め器を含んでもよい。このような位置決め器の例として、相互に対する指の規定間隔を個々の指に提供するように個々の指の間に配置されるペグが含まれる。しかしながら、このような位置決め器は、本発明の全実施形態において必須ではなく、このような位置決め器を含まない図１に示されるような実施形態は、本発明の意図される範囲内にある。
【００２３】
さらに、図１に示される構造に関する種々の代替実施形態は、異なるレベルの情報をシステムが捕捉するように、鏡、プリズム、多数のカメラ、および／またはその他の光学的機構を含んでもよい。例えば、このような光学的要素は、大部分または一部の親指あるいは多いまたは少ない指紋情報を捕捉するように構成されてもよい。
【００２４】
図２Ａおよび２Ｂは、信号の多数の生体認証ソースに関するグラフィック図を提供する。例えば、図２Ａは、１つのモダリティとして使用され得る色彩テクスチャを示し、図２Ｂにおいて、指紋２０４、掌紋２０８、および手形状が示される。
【００２５】
したがって、手全体用の手法は、多数のモダリティを収集するためにマルチスペクトル撮像を使用し、具体的な実施形態では、５つの指紋、掌紋、手形状、および色彩テクスチャである４つのモダリティを収集する。通常の方式で、指紋、手形状、および掌紋に関するパターン照合を実行可能であることに加え、特定の実施形態は、皮膚に関するその他の観測可能な光学的特性を使用して、生体認証判断を支援する。過去に行なわれた実験および研究によると、皮膚の構造および組成が非常に複雑であることが示されている。この複雑性は、多数の層を含む皮膚の異なった要素からなる構造に部分的に起因する。層型皮膚構造についておおまかに説明すると、３つの層が、典型的には、表皮、真皮、および下皮と識別され、その各々は、個々の生理学的特性および光学的特性を有する。同様に、皮膚は、皮膚の表面に血液を近接させる循環系の最小血管、つまり毛細血管等の、その他の生理学的システムの部分を含む。
【００２６】
本発明のセンサは、皮膚の表面および表面下の光学的特徴を測定するために、マルチスペクトル撮像器を内蔵する。センサの一部は、白熱電球、白色光ＬＥＤ、グローバ（ｇｌｏｂａｒ）、またはその他の同等物等の広帯域ソースであり得る光源である。あるいは、光源は、ＬＥＤ、レーザおよびレーザダイオード、量子ドット、光学的にフィルタリングされたソース、ならびにその同等物等の多数の狭帯域ソースを含んでもよい。一部の場合において、センサに多数のソースが存在してもよい。一部の場合において、照明システムは、１つ以上のソースからの光が手に作用する前に偏光されるように、光学的偏光子を内蔵してもよい。一部の場合において、偏光子は、直線偏光子または円偏光子であってもよい。一部の実施形態において、多数の光源は、通常の動作中に同時に照明される。その他の場合において、多数の光源は、ある順番で照明されてもよく、その間に、画像の多重度が捕捉および記録される。
【００２７】
また、本発明のセンサは、撮像システムを含みてもよい。撮像システムは、その上で手を撮像するデジタル撮像器を含んでもよい。撮像器には、シリコンＣＭＯＳ撮像器またはシリコンＣＣＤ撮像器が含まれてもよい。あるいは、撮像器は、ＭＣＴ、鉛塩、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＡｓ等の材料から作製されるフォトダイオードアレイ、またはボロメータアレイ、あるいは所望の照明波長に対応する画像の補足を可能にするその他の機器および材料を含みてもよい。撮像アレイに加え、撮像システムには、１つ以上の偏光子が存在してもよく、撮像器が手または手の一部を、偏光子を介して「閲覧する」ことができるように配置されてもよい。このような偏光子は、直線または円偏光子であってもよい。一部の場合において、撮像システムにおける偏光子は、照明システムに存在する１つ以上の偏光子に対して実質的に直交または交差するように配置されてもよい。一部の場合において、撮像システムの偏光子は、照明偏光子に実質的に平行または同じ配向であるように配置されてもよい。
【００２８】
撮像システムが、照明偏光子に対して実質的に交差する偏光子を介して手を閲覧する場合、結果として生じる画像は、皮膚の表面の下にある画像特徴を強調する傾向にある。撮像器が、照明偏光子に実質的に平行である偏光子を介して手を閲覧する場合、結果として生じる画像は、皮膚の表面または表面付近にある画像特徴を強調する傾向にある。照明偏光子または画像偏光子あるいはその両方が省略される場合において、結果として生じる画像は、表面および表面下の両方の特徴からの効果を含む傾向にある。一部の場合において、異なる照明波長で撮られる画像に付加的または代替的に、異なる偏光条件下において収集される画像を収集および分析することが有利であり得る。本明細書で使用する際、「マルチスペクトル撮像」は、多数の光学的条件下において収集される画像データを示すように意図され、いくつかの実施形態は、多数の波長および多数の偏光条件を含んでもよい。
【００２９】
マルチスペクトル撮像の側面に関するさらなる説明は、以下に挙げられる同時継続の、同一出願人による出願において記載されており、その各々の全体の開示は、全目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる。２００３年６月２７日に出願された名称が「ＨＹＰＥＲＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴ  ＲＥＡＤＥＲ」である米国仮特許出願第６０／４８３，２８１号、２００３年９月１８日に出願された名称が「ＨＹＰＥＲＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴＩＮＧ」である米国仮特許第６０／５０４，５９４号、２００４年３月１０日に出願された名称が「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＳＫＩＮ  ＳＥＮＳＯＲ  ＦＯＲ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣＳ」である米国仮特許第６０／５５２，６６２号、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅにより２００４年６月１日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＦＩＮＧＥＲ  ＲＥＣＯＧＮＩＴＩＯＮ」である米国仮特許出願第１０／５７６，３６４号、２００４年８月１１日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ」である第６０／６００，８６７号、２００４年９月１７日に出願された名称が「ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴ  ＳＰＯＯＦ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＵＳＩＮＧ  ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ」である米国仮特許出願第６０／６１０，８０２号、２００５年２月１８日に出願された名称が「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴ  ＳＥＮＳＩＮＧ」である米国仮特許出願第６０／６５４，３５４号、２００５年３月４日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＦＩＮＧＥＲ  ＦＯＲ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣＳ」である米国仮特許出願第６０／６５９，０２４号、２００５年４月２７日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳＥＮＳＯＲＳ」である米国仮特許出願第６０／６７５，７７６号、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅらにより２００４年４月５日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳＥＮＳＯＲ」である米国特許出願第１０／８１８，６９８号、２００６年５月１８日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳＥＮＳＯＲ」である米国特許出願第１１／４３７，３８８号、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅらにより２００６年５月１７日に出願された名称が「ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳＥＮＳＯＲ」である米国特許出願第１１／３８３，９０１号、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅにより２００５年７月８日に出願された名称が「ＬＩＶＥＮＥＳＳ  ＳＥＮＳＯＲ」である米国特許出願第１１／１７７，８１７号、２００５年４月２５日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣＳ」である米国特許出願第１１／１１５，１００号、２００５年４月２５日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ」である米国特許出願第１１／１１５，１０１号、２００５年４月２５日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＬＩＶＥＮＥＳＳ  ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮ」である米国特許出願第１１���１１５，０７５号、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅにより２００４年１２月１７日に出願された名称が「ＣＯＭＢＩＮＥＤ  ＴＯＴＡＬ−ＩＮＴＥＲＮＡＬ−ＲＥＦＬＥＣＴＡＮＣＥ  ＡＮＤ  ＴＩＳＳＵＥ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」である米国特許出願第１１／０１５，７３２号、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅにより２００６年４月２４日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳＥＮＳＯＲＳ」である米国特許出願第１１／３７９，９４５号、およびＲｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅにより２００５年９月１日に出願された名称が「ＣＯＭＰＡＲＡＴＩＶＥ  ＴＥＸＴＵＲＥ  ＡＮＡＬＹＳＩＳ  ＯＦ  ＴＩＳＳＵＥ  ＦＯＲ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳＰＯＯＦ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ」である米国特許出願第１１／２１９，００６号である。
【００３０】
一部の場合において、デジタル撮像器は、多数の波長帯域を分解可能なカラー撮像器であってもよい。このようなカラー撮像器の使用は、広帯域照明源を使用する場合または多数の異なる狭帯域照明源のスイッチを同時に入れる場合に特に有利である。このような場合において、多数の照明条件からの情報を同時に収集し、同等の連続的な一連の単色画像の時間および／またはデータ量の必要性が軽減される。一部の場合において、広波長応答を含むデジタル撮像器を、撮像器画素毎に狭波長応答を提供するカラーフィルタアレイを組み合わせることによって、カラー撮像器を入手してもよい。一部の場合において、カラーフィルタアレイは、当業者に既知であるように、バイエルパターンにおいて３つの異なる色選択フィルタ（赤、緑、および青）を含んでもよい。カラーフィルタアレイのその他の変形例およびその他の色分解手段も有利に使用してもよい。
【００３１】
照明および撮像の両方のシステムは、レンズ、鏡、位相板、シャッタ、ディフューザ、バンドパス光学フィルタ、ショートパス光学フィルタ、ロングパス光学フィルタ、およびその同等物等のその他の光学的構成要素を、当業者に既知の方式で、光を誘導、制御、および焦点調整するために含んでもよい。
【００３２】
照明および撮像サブシステムに加え、撮像のために手を置くプラテンが存在してもよい。あるいは、プラテンを省略して、手を自由空間で撮像してもよい。
【００３３】
本発明の実施形態において、光源は、白色光ＬＥＤである。２つのバンクのＬＥＤが存在してもよく、その１つは直線偏光子が存在するものであり、もう１つは偏光子の無いものである。両方のバンクのＬＥＤは、ディフューザ、レンズ、および／または鏡を介してプラテンを照明し、プラテン範囲上において適度に一貫性のある照明を達成する。プラテンは、平面のガラス板であってもよい。撮像器は、カラーシリコンＣＭＯＳまたはＣＣＤ撮像器である。レンズおよび／または鏡を使用して、プラテンの上面を撮像器に撮像する。ショートパスフィルタを撮像システムに配置し、撮像器の赤外線に対する感度を大幅に低下させる。照明バンクのうちの１つに存在する偏光子に実質的に直交するように、直線偏光子を撮像システムに配置する。撮像システムおよび多くの画素は、１００から２，０００ピクセルパーインチ（ＰＰＩ）の間の解像度において撮像可能であるように設計される。一実施形態において、撮像システムは、約５００ＰＰＩの解像度で手を撮像するように構成される。１つは非偏光型白色光が手を照明するものと、もう１つは、交差偏光が手を照明するものである一連の２つの画像を収集する。任意により、全照明ＬＥＤのスイッチが切れた状態で収集された状態で第３の画像を収集してもよく、結果として、周辺光の効果を表す画像がもたらされる。一部の場合において、周辺光画像（または、そのいくつかのグレーレベルスケールバージョン）を照明画像の片方または両方から差し引いて、周辺光が存在しない対応する画像の推定を生成してもよい。
【００３４】
マルチスペクトル撮像を使用することによって、本センサは、皮膚の複雑性から生じる光学的特性のいくつかを測定することが可能である。これらの特性は、マルチスペクトルデータの空間（画像）およびスペクトルの両方の成分における特徴として自らを明示する。つまり、画像を撮る照明条件が異なると、異なる特徴を明示する。例えば、交差型偏光条件の下において緑色光で撮られる皮膚の画像は、皮膚血液によって大幅に影響を受け、典型的には、「斑点」の外観を示す。同一部位の赤色照明は、より均一な組の画像特徴を示す。マルチスペクトル撮像器で測定する場合の、皮膚の空間特徴およびスペクトル特徴の数学的に厳密な説明は、色彩テクスチャと呼ばれる。
【００３５】
マルチスペクトル画像データを処理する一方法は、色彩テクスチャ記述子を用いて、強固な形式のなりすまし検出を提供する。具体的には、データ分析法をマルチスペクトルデータに適用して、生きているヒトの皮膚の「典型的な」色彩テクスチャ特性を判断する。手全体用のセンサは、測定されるサンプル毎の特性を皮膚の期待特性と比較し、その特性が期待領域外にある場合になりすまし試行を報告する。その際、生体認証センサは、任意の特定の種類のなりすましサンプルの特徴ではなく、ヒトに関するデータの一貫性を確認することによって、最新の種類のなりすましに対してさえも保護することが可能である。
【００３６】
ヒトの皮膚の色彩テクスチャ特性は、なりすまし検出の際にその特性を単一の群として記述する程、ヒト全体を通して十分類似しているが、発明者は、同一の特性が、異なる人々の間では明確におよび繰り返し異なることも発見した。この違いこそが、本発明の生体認証信号の追加のソースとして色彩テクスチャを使用することを可能にする。手の種々の部位における皮膚の色彩テクスチャ特性を抽出および使用することにより、記録されている認可ユーザについて収集された同一の特性との照合を実行する。この比較により、手および指形、指紋の各々、および掌紋から生成された生体認証情報に対して優遇される追加の生体認証情報が提供される。
【００３７】
本発明により提供される多数の生体認証からの情報を組み合わせるか、または融合する方法は、原データを組み合わせる（または分解しない）ステップと、個々の生体認証特徴を組み合わせるステップと、個々の一致点数を組み合わせるステップと、生体認証ランキングを組み合わせるステップと、または個々の生体認証一致判断を組み合わせるステップとを含む。このような生体認証融合の方法は、当業者に既知である。このように情報を組み合わせる一方法は、画質に基づいており、また、図３に示される。本図面において、抽出された指紋３０４、抽出された掌紋３０８、色彩テクスチャ３１２、および／または抽出された手形状３１６を融合してもよい。
【００３８】
本発明の実施形態に従って生体認証機能を実行する方法の概要は、図４のフロー図で適宜提供される。ブロック４０４において、個人の手全体を照明する。ブロック４０８において、手から散乱される光を受光する。このように収集された原バイエルデータは、ブロック４１２において、グレースケール画像に変換されて、ブロック４１６において、前景部分と背景部分とに画像を分割することが可能になる。次に、ブロック４２０において、分割された画像を使用して、分割マップの１次元投影を生成することによって、指紋の位置決めを行なう。ブロック４２４において、結果として生じるデータを使用して、皮膚特徴を抽出し、ブロック４２８において、指紋を照合することが可能になり、また、ブロック４３２において掌紋を照合することが可能になる。ブロック４３６において、指紋および掌紋情報を図面で示されるように組み合わせる等することによって、異なるソースのデータを融合してもよい。
【００３９】
この一般的な手順について、図５〜１４を使用して特定の例に関して説明する。原バイエルデータを変換する図４のブロック４１２における初期前処理ステップは、バイエルデータの赤−緑−色平面成分の局所平均に基づく方法を使用し、グレースケール画像を生成してもよい。本手法において、平均率および元々のバイエルパターンの平潤化バージョンから導き出される空間変動スケール係数を適用することによって、元々の画素値を調整する。これは、３つの色平面を復元しようとせずに、バイエルパターンを単一のグレースケール画像に直接変換する。図５は、手全体の原マルチスペクトル画像の例を提供する。上列の３つの画像および下列の左側の画像は、非偏光型の照明条件に対応し、下列中央の画像は、交差偏光により生成され、また、下列の右側画像は、ＴＩＲ照明による。
【００４０】
ブロック４１６において、グレースケール画像を前景部分と背景部分とに分割することは、手によって占められる形状および領域の識別に役立つ。図６は、図５の５つの直接照明の原画像において分割を実行し、次に、結果として生じた分割を単一の全体的な分割に組み合わせるプロセスに関する概略図を提供する。
【００４１】
指先の位置決めについて図７に示す。図４のブロック４２０に関連して述べられるように、分割マップの１次元投影を生成することによって、指先の位置決めを実行してもよく、次に、極大点を決定するように問い合わせを受ける。これらの点は、１つの軸に沿った指先位置に対応する。１次元投影における各極大位置において、２次元の分割マップにおける転移点を探知することによって、直交軸における指先の位置を判断する。次に、結果として生じるデカルト座標を使用して、図７に示されるように、指先の位置決めを行なう固定サイズの領域を配置する。
【００４２】
指紋および掌紋等の生体認証信号のソースのいくつかは、直接原画像によるのではなく、ＭＳデータから生成される単一の処理画像によって最も良く表わされる。このような合成画像を生成するための方法は、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅらによる２００６年７月１９日に出願された名称が「ＷＨＩＴＥ−ＬＩＧＨＴ  ＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳＥＮＳＯＲＳ」である米国特許出願第１１／４５８，６０７号ならびにＲｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅによる２００６年７月１９日に出願された名称が「ＴＥＸＴＵＲＥ−ＢＩＯＭＥＴＲＩＣＳ  ＳＥＮＳＯＲ」である米国特許出願第１１／４５８，６１９号に記載されるウェーブレット分解法の修正に基づいており、これらの出願の各々の全体開示は、全目的のために参照することによって本明細書に組み込まれる。合成画像の生成の結果について、図８Ａ〜８Ｃおよび図９Ａ〜９Ｃに示す。例えば、図８Ｃは、図８Ａに示されるような直接照明された原画像と、図８Ｂに示されるようなＴＩＲ画像とを含むＭＳＩデータから抽出された指紋画像を示す。市販されているＮＥＣの指紋抽出ソフトウェアによって、特徴点を識別してもよい。図９Ｃは、同様にして導き出された中手骨の皮膚特徴を示し、この特徴は、図９Ａに示されるＭＳＩデータおよび図９Ｂに示されるＴＩＲデータから抽出される。本発明の実施形態は、従来のＴＩＲ画像がほとんどまたは全く情報を含まない領域でさえ、高品質の特徴の抽出に成功することに留意されたい。
【００４３】
本発明者は、使用可能な生体認証情報をこのような特徴から抽出し、照合することを確実にするために調査を行なった。１０人のボランティアに関する小データセットを２日の研究の間に収集した。ボランティアが訪問した各日に、左手および右手の両方に関し、３つのＭＳＩデータセットを収集した。これにより、２０個の特異的である手に対応する１２０ＭＳＩデータセットがもたらされた。
【００４４】
図４のブロック４２８における指紋照合を、データセットについて実行し、研究により生成された１２０個の合成画像の各々における５つの指紋領域の各々を手動で識別し、指紋を抽出した。次に、結果として生じる６００個の指紋画像の各々を、市販の抽出器（ＮＥＴ  ＰＩＤ）で処理して、特徴点テンプレートを識別および記録した。本アルゴリズムは、いくつかのソースによって極めて正確であることが示されている。次に、生成されたテンプレートを、データセットにおけるその他の対応する画像の各々と照合した。図１０は、小指１００４、薬指１００８、中指１０１２、人差指１０１６、および親指１０２０に関する５つのＲＯＣ曲線を示す。本図に示されるように、人差指は、ＲＯＣの大部分に関して最高の成果をもたらす。プラテン上の手の配置幾何形状により、システムが部分的な親指の指紋しか捕捉しないために、親指の成果は、その他の指の成果よりも劣る。
【００４５】
各対の画像に対応する全５つの指紋照合からの点数を合計することによって、多重生体認証融合の単純な方法が適用された。これにより、このデータセットにおける本物と詐欺との照合について完璧な分離がもたらされた。
【００４６】
掌紋は、法医学において長い歴史を持つが、民間用途における実行可能でかつ有用な生体認証としては、最近になって認識されてきており、法医学において使用される掌紋識別システムとは違い、アクセス制御の種類の用途において使用されるシステムは、低解像度の掌紋画像（〜１００ｐｐｉ）によって効果的に機能することが可能である。掌紋表現に使用する特徴によると、種々の掌紋識別方法を、構造特徴ベース、外観ベース、およびテクスチャベースの３つのカテゴリに分類することが可能である。掌紋照合の一手法は、２つの線状の画像領域を比較し、また、比較の結果（画像位置毎の）を表す１ビット特徴コードを生成することを求める。この手法を使用する利点の１つは、画像強度が、不均一な照明等の要因により変動する場合であっても、画像における近傍領域間の順序関係がある安定性を維持することにある。
【００４７】
掌紋の前処理段階は、画像コントラストを強化し、グレースケール画像を２値化してもよい。個々の２値化帯域画像における画素毎に投票スキームを使用することによって、単一の手の２値画像を入手してもよい。次に、形態的演算子は、背景におけるノイズを削除し、手の領域における穴を充填することによって、手の２値化画像を生成する。親指領域が本段階において対象とならないため、この２値化画像は、親指領域の削除に役立つ。手の輪郭における点から手の中心までの平均半径方向距離を計算し、最小平均半径方向距離は、アンカー点として選択される。
【００４８】
アンカー点は、手の画像の整合に役立つ。整合後の座標システムの基点を、２つの指交する（ｉｎｔｅｒｆｉｎｇｅｒ）アンカー点の中間点、つまり、人差指と中指との間の点ならびに中指と小指との間の点に画定する。アンカー点を通る線αの傾斜を判断し、アンカー中間点の周りのαの方向に各帯域画像を回転させ、これらの２つのアンカー点は、１２０個の手の全画像のうちの１１８において自動的に抽出された。また、アンカー点は、関心領域の抽出にも役立つ。一実施形態において、ＲＯＩは、画像の中間点を通る水平線上にある１０００×１０００の領域である。これらの特徴について、図１１に示し、本図面は、具体的な実施形態に関する２つのアンカー点１１０４、アンカー中間点１１０８、水平線１１１２、およびＲＯＩ１１１６を示す。
【００４９】
掌紋特徴を抽出するために、次式で示される直交直線順序フィルタを用いて各ＲＯＩをフィルタリングしてもよく、
【００５０】
【数１】
2009544108.tif 000003
ここで、ｆは、配向がθである２次元ガウス関数である。説明目的のために、θの値が０、π／６、およびπ／３であって、ガウスフィルタδχおよびδｙの横軸および縦軸方向のスケールがそれぞれが０．５および０．１であるように設定されている、３つのフィルタを適用した。フィルタリングされた画像は、各画素におけるフィルタ応答のサインにしたがって２値画像に量子化された。図１２Ａは、元々のＲＯＩを示し、図１２Ｂは、実際に使用される２５６×２５６の縮小サンプルのＲＯＩを示す。図１３Ａは、θ＝０の順序特徴ベクトルを示し、図１３Ｂは、θ＝π／６の順序特徴ベクトルを示し、また、図１３Ｃは、θ＝π／３の順序特徴ベクトルを示す。
【００５１】
２つの掌紋の照合は、帯域毎に別々に行なわれる。３つの対応する特徴ベクトルの正規化ハミング距離を平均化することによって、帯域毎の相違点数が獲得される。整合に関連する問題を最小限に抑えるために、［−５，５］画素の領域内において垂直および平行に特徴を移動し、移動した画像から得られる最小距離点数が、その特定の帯域の最終点数であると考えられる。５つの距離点数、つまり、各帯域に対するものは、各掌紋対に対する結果であって、種々の点数レベル融合方法が適用されることを可能にする。本明細書において説明する特定の実施形態に関して、総和則は、０．０１％のＦＡＲにおいて、ＧＡＲが９３％という最善の結果をもたらした。
【００５２】
異なる生体認証モダリティからの情報の融合を実証するために、人差指から、掌によって生成された点数までの一致点数を融合した。その他の融合を代替実施形態において使用してもよい。総和則ベースの方法を用いることによって、指紋と掌紋との点数レベルの融合を達成した。点数を総和する前に、−１を掛けることによって、掌紋一致点数を距離から類似性に変換した。ミニマックス正規化法を使用して、指紋および掌紋の両方の一致点を［０，１］のスケールに正規化した。個々の指および掌の生体認証に対応する結果として生じるＲＯＣ曲線ならびに融合した結果を図１４に示す。曲線１４０４は、指標の指紋の結果を示し、曲線１４０８は、掌紋の結果を示し、また、曲線１４１２は、その２つの融合の結果を示す。単一の指紋および掌からの情報を融合することによって、個々の生体認証の成果を明らかに超える照合結果がもたらされる。
【００５３】
したがって、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の精神を逸脱することなく、種々の修正、代替構成、および同等物を使用してもよいことを当業者は認識するだろう。したがって、以下の請求項において規定される本発明の範囲を限定するものとして、上述の説明を解釈するべきではない。
【図１】
2009544108.tif 000004
【図２Ａ−２Ｂ】
2009544108.tif 000005
【図３】
2009544108.tif 000006
【図４】
2009544108.tif 000007
【図５】
2009544108.tif 000008
【図６】
2009544108.tif 000009
【図７】
2009544108.tif 000010
【図８Ａ】
2009544108.tif 000011
【図８Ｂ】
2009544108.tif 000012
【図８Ｃ】
2009544108.tif 000013
【図９Ａ】
2009544108.tif 000014
【図９Ｂ】
2009544108.tif 000015
【図９Ｃ】
2009544108.tif 000016
【図１０】
2009544108.tif 000017
【図１１】
2009544108.tif 000018
【図１２Ａ】
2009544108.tif 000019
【図１２Ｂ】
2009544108.tif 000020
【図１３Ａ】
2009544108.tif 000021
【図１３Ｂ】
2009544108.tif 000022
【図１３Ｃ】
2009544108.tif 000023
【図１４】
2009544108.tif 000024
【国際調査報告】
2009544108.tif 000025