(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
個人データを記憶する記憶手段と、
近赤外光を発する光源と、
前記近赤外光に対して感度のある撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された指の画像から血管パターンを抽出し、これと前記記憶手段に記憶された個人の血管パターンとを照合する照合手段と、
電極センサと、
前記照合手段で照合が一致した場合に、前記撮像手段により撮像された指の画像の時間変化と、前記電極センサの信号と、前記記憶手段に記憶された前記照合手段により特定された個人データとから、前記個人の健康状態を推定する推定手段と、
前記照合手段で照合が一致し、かつ、前記推定手段が健康を推定した場合に認証し、前記照合手段で照合が一致し、かつ、前記推定手段が健康を推定しない場合には認証しない認証手段とを備えた指認証装置。
【請求項２】
請求項１記載の指認証装置において、
認証後に特定の機構を制御することが、生体状態の計測結果から飲酒運転等の違法状態を導くと推定されるときには、認証を取り消すことができることを特徴とする指認証装置。
【請求項３】
請求項１記載の指認証装置において、
健康・体調等の生体状態を一定期間記録し、計測された生体状態が過去の情報と著しく異なる場合には、認証を取り消すことを特徴とする指認証装置。
【請求項４】
請求項３記載の指認証装置において、
健康・体調等の生体状態を一定期間記録する場合には、認証によって識別される個人ごとに整理して記録することを特徴とする指認証装置。
【請求項５】
請求項１記載の指認証装置において、
生体状態の計測結果に応じて行う機構制御は、車両のサスペンションの硬軟であることを特徴とする指認証装置。
【請求項６】
請求項１記載の指認証装置において、
生体状態の計測結果に応じて行う機構制御は、車両のトランスミッションの変速タイミングであることを特徴とする指認証装置。
【請求項７】
請求項１記載の指認証装置において、
生体状態の計測結果に応じて行う機構制御は、車両のエンジン回転数であることを特徴とする指認証装置。
【請求項８】
請求項１記載の指認証装置において、
生体状態の計測結果に応じて行う機構制御は、車両の空調機であることを特徴とする指認証装置。
【請求項９】
請求項１記載の指認証装置において、生体状態の計測結果に応じて行う機構制御は、カーナビゲーションシステムと連動して、必要と推定される、病院等の最寄りの施設の紹介であることを特徴とする指認証装置。
【請求項１０】
請求項１記載の指認証装置において、
該認証装置を使用できる一人以上の権利者の個人生体情報を予め格納しておく手段を有し、指の生体情報、もしくはその時間変化の解析にあたって、血管パターンの特徴によって認証された正当な権利者の該個人生体情報を用いて、健康・体調等の生体状態を推定することを特徴とする指認証装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生体を用いた個人認証装置に関し、特に指の血管パターンに基づく生体個人認証装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車を盗難や悪戯などから守るため、従来の錠前式の鍵よりもセキュリティの高いキーシステムとして生体認証技術への期待が高まっている。人間の体の一部を鍵として利用する生体認証技術は、遺失や複製等による不正行使の恐れが少ないことも大きな特徴になっている。車載向け生体認証技術としては、操作の手軽さやコストの安さなどから指紋が多く採用されているが、生体認証技術自体としては、よりセキュリティの高い認証方法として、虹彩や指の血管パターンなどを用いた手法が提案されている。中でも、指の血管パターンを用いた認証方法は、虹彩のように直接眼球に光を照射したりすることがないので心理的抵抗感が少なく、また、生体の表面ではなく内部の特徴を読み取るため、偽造が困難という利点がある。
【０００３】
指の血管パターンによる認証は、一般には、次のようにして実現されている。まず近赤外光を発する光源を用意し、その光を撮影するように対峙させてカメラを設置する。カメラには、近赤外域の波長だけを通すような光学フィルタを装着する。認証時には、カメラと光源の間に指を挿入し、そのときの指の画像を撮る。血液中のヘモグロビンは近赤外光を良く吸収するため、血管部分は光が透過せずに暗く映る。このようにして撮影された血管パターンの画像と、登録されている血管パターンの画像との間で照合を行い、個人認証を行う。
【０００４】
一方で、指の血管の状態は、認証のみならず、健康状態を示す手がかりとしても使える。すでに広く知られた技術として、指尖容積脈波やその二次微分である加速度脈派による血液循環系の状態を調べる方法がある。指尖容積脈波は、指先の抹消血管に流れる血液量の変化を捉えたもので、上記と同様、ヘモグロビンの吸光特性を利用して血液量を計測している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、自動車のキーシステムと健康状態の計測とは全く別個のものとして扱われ、エンジンの始動やドアの施解錠はキーで、ドライバーの健康診断は家庭や病院等で医療器具を用いてと明確に役割が分担されていた。また、計測部位も異なり、キーには指先の指紋を、簡単な健康診断として血圧や脈拍を測るには腕を、といったように独立して計測していた。一方で、昨今のように自動車が日常の足となり、事故件数も高止まりしている中、事故を未然に防ぐ仕組みがますます切望されている。事故の一因として、過労など、ドライバーの健康状態と密接に関連しているケースも多い。ドライバーの健康状態を知り、それに適した自動車制御を行うことで事故を抑止できる可能性がある。しかしながら、キーシステムと健康診断とを、それぞれ独立に行うことは、ドライバーにとって煩わしく、せっかくの健康診断機能も結局は使われないということになりかねない。
【０００６】
本発明の目的は、生体認証技術と健康診断技術とを組み合わせることにより、高いセキュリティと運転時の高い安全性とを同時に実現することにある。特に、ユーザにとって少ない操作で、その恩恵が享受できる、使い易い操作性を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、個人データを記憶する記憶手段と、近赤外光を発する光源と、前記近赤外光に対して感度のある撮像手段と、前記撮像手段により撮像された指の画像から血管パターンを抽出し、これと前記記憶手段に記憶された個人の血管パターンとを照合する照合手段と、電極センサと、前記照合手段で照合が一致した場合に、前記撮像手段により撮像された指の画像の時間変化と、前記電極センサの信号と、前記記憶手段に記憶された前記照合手段により特定された個人データとから、前記個人の健康状態を推定する推定手段と、前記照合手段で照合が一致し、かつ、前記推定手段が健康を推定した場合に認証し、前記照合手段で照合が一致し、かつ、前記推定手段が健康を推定しない場合には認証しない認証手段とを備えた指認証装置により達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施例を詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明を実現するシステム構成の概略ブロック図の一例である。100は手であり、光源１０２とカメラ１０４との間に、その指を挿入し、血管パターンの画像信号を取得する。カメラ１０４の画像信号は、画像入力器１０６によってデジタルデータに変換され、コンピュータ１０８の入出力インタフェース114を介してメモリ１１２に格納される。入出力インタフェース１１４を介してスイッチ１０８を設け、スイッチのオン・オフの状態をメモリ２１０に格納するか、もしくは、オンになると同時にＣＰＵ１１０に対して割り込み信号を発生することで、認証のタイミングをＣＰＵに明示的に指示することもできる。ＣＰＵ110は、上記のスイッチ１０８もしくは、カメラ１０４の画像変化の監視によって、指が挿入されたことを検知すると、認証を行うソフトウェアプログラムを起動し実行する。そして、プログラムの処理結果に基づき、結果を表示器１１６に表示したり、スピーカ１２０を通して音声で伝えたり、あるいは、電気錠１２２やＥＣＵ（Engine Control Unit ：エンジン制御コンピュータ）１２４に適切な信号を送って扉や錠を開閉したり、エンジンの始動を許可したりといった各種制御を行う。キーボード１１８は、例えば、暗証番号などの、認証に関する補助情報を入力するなどに用いる。１２６〜１３０は、指の健康状態を検出する一方法である脈波計の一般的な構成であり、光センサ１２６は、光源１０２によって、指を透過した光の強度を電気信号に変換する。この電気信号を、増幅器１２８を通して増幅し、フィルタ１３０によってノイズ成分を除去した後、インタフェース１１４を介して、メモリ１１２に格納する。光センサは、単画素のカメラと原理的に等価であるから、カメラ１０４のみで１２６〜１３０をすべて代用することが可能である。感度の問題や、指画像と脈波を同時に取得したい場合などの場合に設けることができる。また、脈波から血圧を求めるためには、一般に、心臓の収縮時点を知る必要があるが、これは１３２の電極センサ、および増幅器１３４，フィルタ１３６などを経由して計測する。
【００１０】
図２は、上記ハードウェア、特にＣＰＵ１１０によって実行されるソフトウェアフローの一例を示している。処理２００では、ハードウェア全体の初期化やプログラム実行に必要となる一時変数に初期値を代入する。初期状態への移行が完了すると、プログラムはアイドリング状態に入り、指が撮像可能範囲内に挿入されるのを待つ(２０２)。指の挿入の検知は、センサでチェックしたり、操作者が明示的にスイッチ１０８の押下したりの方法で行えるほか、カメラからの画像を入力し続け、指の挿入に伴う画像変化を待つこともできる。指の挿入が検出されると、カメラ１０４が指を撮影し、その画像をメモリ２１０に取り込む(２０４)。取り込んだ指画像では、ヘモグロビンが近赤外線を吸収するため、血管部分が黒く浮き出て見える。この画像データについて画像処理を行い、血管パターンの特徴を抽出し（２０６）、すでに登録してあるパターンと一致するものがないか照合探索を行う（２０８）。もし、一致するパターンが存在すれば（２１０）、次の健康診断の処理に進む。本実施例では、脈波をもとに健康診断を行う例を示す。脈波の計測は、一般には光センサ１２６を用いるが、ここではカメラ画像から脈波を得る方法について記述する。カメラを認証と共用することにより、システムコストの低減が可能になる。また、同様の見地から、脈波を計測する光源も、専用の波長を持った光源ではなく共用した例となっている。精度を重視する場合には、波長を最適に調整した光源を複数用意し、必要に応じて切り替えてもよい。あるいは、光学センサではなく、圧力センサを用いる方法も知られている。脈波を光学的に求める方法としては、動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ２）の変化を観測する方法が知られている。心拍の都度、指先やその他の末梢組織に送り込まれる動脈血では、酸素と結合したヘモグロビンが多く存在し、体内組織で酸素が奪われて、酸化ヘモグロビンの数は次第に減少する。ヘモグロビンは、酸化の有無で近赤外光の吸収度が異なるため、これによって酸素と結合したヘモグロビンの量が計測できる。この時間変化は、脈拍と連動して周期的な山と谷を持つサイン波状の波形を形成する。山の周期は脈拍を示す。１周期のうちで、最も低い値をとる谷底の時点と、心電図におけるＲ時点との間の時間差は、心臓が収縮してから血液が末端に届くまでの時間であり、脈波伝播時間（ＰＷＴＴ：Pulse Wave Transmit Time ）と呼ばれ、血圧との相関が確認されている。電極センサ１３２によって心電図のＲ時点は容易に得られるので、これによって、脈拍・血圧が同時に得られる。また、時間変化のパターンは、体調との相関があるとされ、疲労度の指標としても利用できる。これら脈波と血圧や健康との関係は個人差があるが、前段の認証処理によって本人が特定されるので、事前に登録した個人データと参照することで適切に対応可能である。実際の処理であるが、まず処理２１２では、２０４で取得した指画像中において、背景を除いた指領域の全体もしくはその一部分について、領域を構成する画素の輝度の総和を求める。もちろん、背景が一定ならば、特に指領域のみを限定して抽出する必要はない。さらに、処理２０４と同様にして指画像を再び入力し、同様に輝度の総和を求める。これを一定期間���り返し、輝度の総和の時間変化を計測する。ここでの輝度の総和は、正規化しても良いし、平均値を用いても構わない。これによって、光センサを用いた脈波計測と等価の計測結果が得られる。得られた計測結果のパターンから、上述のように脈拍・血圧・体調などの健康状態を推定することができる（２１４）。得られた健康状態は、表示器１１６に表示したり、スピーカ１２０から音声で出力したりする。健康状態そのものではなく、それに関連した通知や警告のメッセージであっても良い。過去の実績と大きく異なるデータを示したり、飲酒等が検出されたりなど致命的な健康問題がなければ（２１６）、認証できた旨の確認信号を電気錠やＥＣＵに送信し、ドアの施解錠やエンジンの始動を許可する（２１８）。このとき、健康状態の情報をＥＣＵに送ることで、ＥＣＵは、図３に示すように、ドライバーの健康状態に応じた車両制御を行うことができる。
１２４のＥＣＵから、エンジン３００，サスペンション３０２，空調機３０４，ステアリングホイール３０６，シート３０８，カーナビゲーションシステム310に制御線が接続されている。車両制御の具体例としては、例えば、電子制御サスペンションを制御することで、体調の悪いときには振動の少ない柔らかめの設定を、また眠気の強いときには逆に硬めにして目を覚まさせる、などが考えられる。同様に、エンジンの回転数や、ステアリングホイールやブレーキペダルの軽重，変速タイミング，空調のきき具合，シートポジションなどを調整することで、ドライバーの健康状態に合った走行環境を提供することができる。明らかに病気とわかる場合には、カーナビゲーションシステムと連動して、現在の車両位置に最も近い病院や診療所への経路を示したりすることも可能である。また、健康状態の診断結果は、車両の運行上に支障ない場合でも、病気の早期発見を目的として、積極的に警告のメッセージを伝えてもよい。
【００１１】
以上では、車載の生体認証装置を例にして説明したが、本発明は、それに限定されるものではなく、入退室やタイムカード等での生体認証装置の利用の際にも、健康管理機能を、追加の操作手順なしに提供できる利点がある。あるいは、指先型の血圧計や脈波計等の医療器具に、生体認証技術を組み込むことで、個人の識別が自動ででき、個人ごとの計測データの履歴管理の省力化が可能になる。また、生体認証の方法についても、血管パターンに換えて指紋等を用いても構わない。さらには、他の生体部位について、認証と健康診断の双方に対する計測データが同時に得られる部位であれば、その部位を本発明と同じ目的に用いることも可能である。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、高いセキュリティと運転時の安全とを、簡潔な操作で同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実現する装置システム構成の一例である。
【図２】本発明を実現するソフトウェアフローの一例である。
【図３】ＥＣＵと車両構成部品との接続を示した一例である。
【符号の説明】
１００…手、１０２…光源、１０４…カメラ、１０６…画像入力器、１０８…ボタンスイッチ、１１０…ＣＰＵ、１１２…メモリ、１１４…入出力インタフェース、１１６…表示器、１１８…キーボード、１２０…スピーカ、１２２…電気錠、１２４…エンジン制御コンピュータ、１２６…光センサ、１２８，１３４…増幅器、１３０，１３６…フィルタ、１３２…電極センサ。
【図１】
0004135356.tif 000002
【図２】
0004135356.tif 000003
【図３】
0004135356.tif 000004