(57)【要約】バイオメトリック検知は、人間の特徴の入力デジタル画像を生成すること（１０２）、入力デジタル画像の明るい領域および暗い領域を基準デジタル画像の明るい領域と相関させること（１０６）とにより行われる。
2005527874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の特徴の入力画像を生成する二次元光センサアレイ（４２）と、
前記入力デジタル画像の明るい領域および暗い領域を基準デジタル画像の明るい領域および暗い領域と相関させるプロセッサ（５２）と
を備えたバイオメトリック検知システム。
【請求項２】
前記アレイの出力をバッファリングするメモリ（４４〜５０）をさらに備え、
前記アレイおよび前記メモリは、前記入力画像から少なくとも１つの追加画像を作成しして、各追加画像が異なる方向、異なる視野、または異なるサイズで前記特徴を示し、
前記プロセッサは、前記基準画像に対して各追加画像を相関させるものである、請求項１に記載のバイオメトリック検知システム。
【請求項３】
前記プロセッサは、一度に１ラインの相関を行うものである、請求項１に記載のバイオメトリック検知システム。
【請求項４】
少なくとも１つの追加基準画像を記憶するデータベース（１４）をさらに備え、各追加画像は、異なる向き、視野、またはサイズで前記特徴を示し、前記プロセッサは、前記入力画像に対して各追加画像を相関させるものである、請求項１に記載のバイオメトリック検知システム。
【請求項５】
前記基準画像を記憶するデータベース（１４）をさらに備えた、請求項１に記載のバイオメトリック検知システム。
【請求項６】
前記センサが、前記入力画像を生成する際に、前記特徴に照射を行う照明器（１１６）をさらに備えた、請求項１に記載のバイオメトリック検知システム。
【請求項７】
前記照明器は、平行にされた光のビームをかすめ角で読み取り面に供給するものである、請求項６に記載のバイオメトリック検知システム。
【請求項８】
前記照明器は、平行でない光のビームを供給するものである、請求項６に記載のバイオメトリック検知システム。
【請求項９】
前記センサおよび前記プロセッサは、シングルチップ上にあるものである、請求項６に記載のバイオメトリック検知システム。
【請求項１０】
集光レンズ（１１４）と、前記チップのパッケージ（１８）とをさらに備え、前記レンズは、前記パッケージ上に形成されている、請求項９に記載のバイオメトリック検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［背景］
バイオメトリックデバイスは、指紋、顔、音声、虹彩、網膜、署名、および他の身体的特徴を記録する。記録された特徴は、認証または識別のために、基準データと比較することができる。
【０００２】
バイオメトリック認証では、記録された特徴と、すでに識別されている人の基準データとの比較が行われる。その人は、スマートカード、パスワード、またはある他の情報によって識別しておくことができる。記録された特徴が基準データと一致すると、その人の同一性が確認される。
【０００３】
バイオメトリック認証は非常に多くの場面で使用されている。バイオメトリック認証デバイスは、職場での出勤の確認、制限区域への物理的な進入の管理、および取引関係者の同一性の確認に使用することができる。
【０００４】
バイオメトリック認証は、政府ネットワークおよび企業ネットワーク、インターネット、ならびに公共施設のセキュリティに対するますます増加するニーズに対処している。バイオメトリック認証は、例えばパスワードといった従来のセキュリティ対策を上回る利点を提供する。バイオメトリック特徴は、パスワードと異なり、簡単に忘れられず、複製するのが非常に困難である。
【０００５】
バイオメトリック識別では、記録された特徴と、さまざまな人々の基準データとの比較が行われる。記録された特徴が、その人々のうちの一人の基準データと一致すると、肯定的な識別（positive identification）が行われる。バイオメトリック識別デバイスは、群衆の中での人々の顔の選定、制限区域への進入の管理などに使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
顔、虹彩、網膜、および指紋の読み取りを実行する多くの市販のバイオメトリックデバイスは、大きく、複雑で、かつ高価である。
【０００７】
小さくコンパクトで安価かつ軽量なデバイスが非常に望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［概要］
本発明の一態様によると、人間の特徴の入力デジタル画像を生成すること、入力デジタル画像の明るい領域および暗い領域を基準デジタル画像の明るい領域および暗い領域と相関させることとによって、バイオメトリック検知が行われる。本発明の他の態様および利点は、添付図面と共に行われる以下の詳細な説明から明らかになる。添付図面は、本発明の原理を例によって示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［詳細な説明］
図１および図２を参照する。バイオメトリック検知システム１０は、バイオメトリックセンサ１２および電子データベース１４を備える。データベース１４は、パーソナルコンピュータに記憶されてもよいし、他の任意のデータ記憶デバイスに記憶されてもよく、一人またはさまざまな人々の指紋、網膜、顔、または他の身体的特徴の画像を含む。バイオメトリック検知システム１０は、バイオメトリック認証およびバイオメトリック識別を実行することができる。
【００１０】
ある人のバイオメトリック認証の間、バイオメトリックセンサ１２は、その人の特定の身体的特徴（例えば親指の指紋）を検知し、検知した特徴の入力デジタル画像を生成する（ブロック１０２）。また、バイオメトリックセンサ１２は、基準データも入力する（ブロック１０４）。基準データは、例えば、データベース１４から得られる基準画像であってもよい。データベース１４は、他の人々の基準画像も同様に含むことができる。しかしながら、その人に関する識別情報がすでに利用可能であるので、その人に対応する基準画像のみがデータベース１４から選択される。
【００１１】
バイオメトリックセンサ１２は、入力画像と基準画像とを相関させる（ブロック１０６）。入力デジタル画像の明るい領域および暗い領域が、基準デジタル画像の明るい領域および暗い領域と相関される。「高い」相関が検出されると（ブロック１０８）、バイオメトリックセンサ１２は、その人の同一性が確認されたことを示す（ブロック１１０）。
【００１２】
相関が高いかどうかを判断する基準値と相関の結果を比較することができる。入力画像と基準画像との相関は、認証をするのに厳密である必要はない。基準値を決定する際に、一定の変動が考慮されるべきである。これらの変動には、検知条件の変化と身体的特徴の変化とが含まれる。例えば、異なるバイオメトリックセンサは、異なる応答を有することがあり、異なって較正されることがある。入力画像の背景の照明条件が、基準画像の背景の照明条件と異なることがある。
【００１３】
身体的特徴が変化していることがある。顔の読み取りが実行される場合、その人は、基準画像が撮られた後に、自身の髪型を変更していることがある。服装が変化していることもある。その人は、違う眼鏡をかけていることもあるし、眼鏡をまったくかけていないこともある。基準値は、これらの変動も同様に認識して設定されるべきである。
【００１４】
入力画像の特徴の向きが、基準画像の特徴の向きと異なることがある。しかしながら、向きの相違は、追加画像を生成し、相関を追加して行うことにより補償することができる。
【００１５】
相関が高くない場合には（ブロック１０８）、追加画像がアクセスされて（ブロック１０４）、もう一度相関が行われる（ブロック１０６）。追加基準画像にデータベース１４からアクセスすることができ、この追加基準画像が、入力画像と相関される。追加基準画像は、異なる視野または異なる向きもしくはサイズで特徴を示すことができる。異なる向きには、特徴の変換（例えば１ピクセル変換（one pixel translation））または特徴の回転（例えば１度回転（one degree rotation））が行われることがある。
【００１６】
追加画像のいずれによっても、高い相関が得られない場合には（ブロック１１２）、バイオメトリックセンサ１２は、その人の同一性が確認されなかったことを示す（ブロック１１４）。
【００１７】
バイオメトリック識別は、入力画像が、さまざまな人々に対応する基準画像と比較される点を除いて、バイオメトリック認証と同様である。最も高い相関を有する基準画像に対応する人であると識別される。したがって、相関の結果、ある人が識別されるのであって、その人の同一性が単に確認されるのではない。
【００１８】
例えば、データベース１４は、ある部屋への進入を許可されているさまざまな人々の親指の指紋の基準画像セットを記憶する。各画像セットは、異なる向きおよび異なる位置の親指の指紋を示す。部屋に入室しようとする人は、バイオメトリックセンサ１２の読み取り面全体にわたって自身の親指を強く当てる。バイオメトリックセンサ１２は、親指の指紋の入力画像を生成し、その入力画像を基準画像セットの画像と相関させ、最も高い相関を有する基準画像を特定する。相関が許容限度内にない場合には、部屋への進入は拒否される。相関が許容限度内にある場合には、バイオメトリックセンサ１２は、追加情報（例えば、名前、識別番号）の入力をユーザに促すことがある。追加情報が、データベース１４内の情報と一致すると、その人は、部屋への進入を許可される。一致しない場合には、進入は拒否される。
【００１９】
バイオメトリックセンサ１２は、図３に示すチップ４０を含む場合、極めて高速な比較を実行することができる。チップ４０は、アクティブピクセルセンサ４２、第１のメモリブロック４４、第２のメモリブロック４６、第３のメモリブロック４８、および第４のメモリブロック５０、ならびに相関器５２を含む。メモリブロック４４〜５０は、レジスタの直線状アレイであってもよい。各ブロックは、センサ１２からの１ラインのピクセルを記憶することができる。チップ４０は、毎秒数千回の相関を実行することができる。現時点では、毎秒２０，０００回の相関速度が実証されている。チップ４０を使用するバイオメトリックセンサ１２は、バイオメトリック識別およびバイオメトリック認証に対して「しらみつぶし（brute force）」手法を採用することができ、各画像について向きの再設定および相関の実行を行い、データベースからの多くの異なる画像にアクセスする。さらに、毎秒２０，０００回の相関速度で、バイオメトリックセンサ１２は、わずか５秒で、一人当たり２００個の画像を相関させて、５００人の群衆の中の一人の顔を識別することができる。アクティブピクセルセンサ４２も、軽量かつコンパクトで耐久性があり、低電力消費である。
【００２０】
図３を参照して、アクティブピクセルセンサ４２は、ピクセルの２次元アレイを含むＣＭＯＳデバイスである。これらのピクセルは、身体的特徴を明るい領域および暗い領域として検知する。ピクセルは、一度に１ラインが読み出され、第１のメモリブロック４４にバッファリングされる。第１のメモリブロック４４が、１ラインのピクセルで満たされると、その内容は、第２のメモリブロック４６にシフトされる。
【００２１】
アクティブピクセルセンサ４２から画像が読み出されている時、基準画像が、一度に１ライン、チップ４０に供給される。基準画像の１ラインのピクセルすべておよび入力画像の１ラインのピクセルすべてが利用可能になると、相関器５２は、これら２つのラインの相関を行う。このように、相関器５２は、一度に１ラインの相関を行う。相関器５２は、入力画像の全相関の記録（例えば連続加算（running sum））をとる。すべてのラインが相関された後、相関器５２は、全相関（ＣＯＲＲ）を比較器５８に送信する。比較器５８は、全相関（ＣＯＲＲ）を基準値（ＣＯＲＲ＿ＲＥＦ）と比較する。比較器５８の出力は、全相関（ＣＯＲＲ）が許容限度内にあるかどうかを示す。
【００２２】
マルチプレクサー５４およびデマルチプレクサー５６には、パイプライン化されたアーキテクチャが可能である。基準画像の１ラインが、相関に使用されている時、別のラインが、チップ４０に読み込まれる。
【００２３】
別の相関が実行される場合、基準源（例えばデータベース）は、新しい基準画像をチップ４０に一度に１ライン供給するか、または、元の基準画像の向きを再設定して、向きが再設定された基準画像を一度に１ライン供給する。
【００２４】
相関器５２は、例えば以下の２乗誤差和（sum-of-squared-difference）法といった相関方法を実行することができる。
Ｃ＝（ＩＮ1−ＲＥＦ1）2＋（ＩＮ2−ＲＥＦ2）2＋（ＩＮ3−ＲＥＦ3）2＋…＋（ＩＮN−ＲＥＦN）2
上記数式において、ＩＮnは、第２のメモリデバイス４６のｎ番目のレジスタに記憶された輝度値を表し、ＲＥＦnは、（マルチプレクサー５６による選択に応じた）第３のメモリデバイス４８または第４のメモリデバイス５０のいずれかのｎ番目のレジスタに記憶された輝度値を表し、Ｎは、メモリブロック４４〜５０のレジスタ（およびピクセル）の総数を表し、Ｃは、１ラインのピクセルの２乗誤差和を表す。２乗誤差和の連続加算（ＣＯＲＲ）は、相関器５２のレジスタメモリに記憶することができる。画像全体が相関された後、連続加算（ＣＯＲＲ）は、基準値（ＣＯＲＲ＿ＲＥＦＦ）と比較される。
【００２５】
チップ４０は、バイオメトリックセンサ１２を軽量で、コンパクトにし、かつ、耐久性を有するようにする方法でパッケージ化することができる。例えば、チップ４０を透明なプラスチックパッケージにカプセル化して、プラスチックレンズをそのパッケージに形成することができる。このような方法でレンズを一体化することにより、部品点数が削減され、レンズとセンサ４２との間の位置合わせずれの可能性が小さくなる。取り付けは頑丈に固定して行われ、それによって、光学的配置が固定されている関係を維持することが確実にされる。
【００２６】
照明器も、チップ４０と共にパッケージ化することができる。照明器およびチップ４０は、同じＰＣボード上にパッケージ化することができる。照明器は、身体的特徴に照射する光線を生成させる。この光の波長は、アクティブピクセルセンサ４２に依存する。アクティブピクセルセンサ４２が赤外線放射（ＩＲ）を検出できる場合、照明器は、身体的特徴に照射するＩＲを供給する。照明器はオプションであり、特徴が、外部にある照射源によって照射を受ける場合、または、背景の放射によって十分に照射を受けることができる場合、照明器は不要である。
【００２７】
光は、平行にされてもよいし、されなくてもよい。平行でない光は、アクティブピクセルセンサ４２から離れた特徴の照射を行うのに使用することができる。平行にされた光は、アクティブピクセルセンサ４２に近い特徴の照射を行うのに使用することができる。
【００２８】
次に、図４を参照して、図４は、バイオメトリックセンサ１１２を含むバイオメトリック指紋システム１１０を示している。このバイオメトリックセンサ１１２は、チップ４０、レンズ１１４、照明器１１６、およびプラスチック透明板１１８を含む。プラスチック透明板１１８は、プラスチックハウジングの一部を形成することができ、レンズ１１４は、このハウジングと一体化することができる。透明板１１８は、読み取り面も提供する。バイオメトリック検知を行っている間、指を透明板１１８に押し付けることにより指紋を取り込むことができる。
【００２９】
照明器１１６からの光は、かすめ角Ｂで指をかすめ、指紋の区域Ａに照射を行う。かすめ角Ｂは、区域Ａの表面からの角度、すなわち入射角の余角である。かすめ角Ｂは、１５度よりも小さくてもよい。照射された指をかすめた光は、指の隆起した部分で散乱され、明るい領域および暗い領域を非常に数多く生成する。
【００３０】
指紋の検出感度は、かすめ角を小さくすることにより高めることができる。一般に、かすめ角が大きいほど、これらの表面からの信号対雑音比（ＳＮＲ）は低くなり、かすめ角が小さいほど、ＳＮＲ比は、信号が小さくなるにもかかわらず高くなる。ＳＮＲが高いほど、ランダムな特徴の観察および検出が容易となり、雑音によるエラーが起こりにくくなる。
【００３１】
平行にされた光は、表面の幾何学形状に由来する表面の特徴のコントラストをよくする点で、照射をかすめるのにうまく機能すると考えられている。
【００３２】
表面区域Ａは、一様に照射されることが望ましい。照明器１１６は、１つまたは２つ以上のＬＥＤ、および、一体化されるか、または、分離された投影光学部品を含むことができる。このような光学部品には、ＬＥＤが放射した光を均質化する回折光学素子が含まれ得る。複数のＬＥＤにより、単一のＬＥＤよりも一様な照射を可能にすることができる。
【００３３】
照明器１１６は、通常のＬＥＤに代えて、１つまたは２つ以上のレーザまたは共振器型ＬＥＤを含むことができる。レーザは、コヒーレント光を発生する。これとは異なり、通常のＬＥＤは、コヒーレントでない光または部分的にのみコヒーレントな光を発生する。
【００３４】
チップ４０は、データベース１２０に接続される。データベース１２０は、複数の基準画像セットを記憶する。各画像セットは、同じ特徴の異なる視野、異なるサイズ、および異なる向きを示すことができる。異なる特徴には、異なるセットを関連付けることができる。
【００３５】
このバイオメトリック検知システムは、上述した特定の実施の形態に限定されるものではない。例えば、レンズ１１４は、テレセントリックレンズとすることができる。テレセントリックレンズは、倍率を一定に保ちつつ被写界深度を与える。その結果、テレセントリックレンズは、位置合わせの要件ならびに製造上の公差および焦点を緩和する。アクティブピクセルセンサ４２を読み取り面の非常に近くに移動させることができる場合、レンズ１１４は除去されてもよい。
【００３６】
他の相関アルゴリズムを使用することができる。他のアルゴリズムには、積和、正規化された積和、２乗誤差の平均和の平方根（root-mean-sums-of-squared-differences）、２乗誤差の正規化された和、絶対誤差和、正規化された絶対誤差和などが含まれる。
【００３７】
バイオメトリックデバイスは、一度に１ラインの相関を行うことに限定されるものではない。相関は、一度に１ピクセルについて行うこともできるし、一度に１フレームについて実行することもできるし、一度に任意の複数のフレーム（例えば一度に２つのフレーム）について行うこともできる。一度に１ピクセルの相関を行うと、一度に１ラインの相関を実行するよりも速度が遅くなり、一度に１フレームの相関を行うと、一度に１ラインの相関を行うよりも速度がずっと速くなる。しかしながら、一度に１つまたは２つ以上のフレームの相関を行うと、バイオメトリックセンサのサイズ、複雑さ、および価格が増加する。したがって、トレードオフを伴う。
【００３８】
バイオメトリック検知システムは、アクティブピクセルセンサに限定されるものではない。例えば電荷結合素子といった他のセンサを代わりに使用することができる。しかしながら、電荷結合素子は、アクティブピクセルセンサほど高速ではない。
【００３９】
バイオメトリック検知システムは、事前にシフトされた基準画像および事前に回転された基準画像を提供するデータベースに限定されるものではない。センサが、代わりにシフトおよび回転を実行してもよい。例えば、センサは、上、下、左、右、および画像の４つの角に向けた対角方向へのシフトを行うことができる。センサは、円状にシフトすることにより、回転を実行することもできる。例えば、親指の指紋に基づく認証を行っている際に、データベースは、親指の単一の基準画像のみを提供することができ、センサは、入力画像を生成する。また、センサは、入力画像のシフトおよび回転も行い、追加画像を生成する。基準画像は、これらの追加画像のそれぞれと相関される。図２には、センサが、データベースの代わりに追加画像を提供する（ブロック１０４）点を除いて、この操作も図示されている。
【００４０】
本発明は、上述した特定の実施の形態に限定されるものではない。その代わりに、本発明は、添付の特許請求の範囲に従って解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるバイオメトリック検知システムのブロック図である。
【図２】本発明によるバイオメトリック検知を行う方法の図である。
【図３】バイオメトリック検知システム用の一体化された光センサアレイ、メモリ、およびプロセッサの図である。
【図４】本発明によるバイオメトリック指紋システムの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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