(57)【要約】  本発明は、光学的手段により得られる指先からの情報を用いて、生体識別および健康度の測定を行うことを目的とする。生体識別に関しては、指を検査面に押圧してゆく際と、当該押圧を解除してゆく際の、接触部分の指の色の指標値（特に、色度座標xの値または輝度Yの値）の変化量に基づいて、その変化量が所定値以上であるときに生体の指であると識別する。また、健康度測定に関しては、指を検査面に押圧してゆく際の指の接触面積の変化に対する接触部分の指の色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
指を検査面に押圧する際の指の接触面積またはそれを反映した量と、接触部分の指の色との関係に基づいて、生体情報を抽出することを特徴とする指先からの生体情報抽出方法。
【請求項２】
指を検査面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれかまたは双方において、接触部分の指の色の指標値の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否かを識別することを特徴とする指先からの情報を用いた生体識別方法。
【請求項３】
前記指の色の指標値として、XYZ表色系の色度座標x、色度座標y、輝度Yのいずれかの値を用いることを特徴とする請求項２に記載の指先からの情報を用いた生体識別方法。
【請求項４】
前記指の色の指標値として、LHS表色系の輝度L、色相H、彩度Sのいずれかの値を用いることを特徴とする請求項２に記載の指先からの情報を用いた生体識別方法。
【請求項５】
光源に、緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の指先からの情報を用いた生体識別方法。
【請求項６】
接触部分の中心を自動的に決定する中心自動決定法を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の指先からの情報を用いた生体識別方法。
【請求項７】
a)指を押圧するための検査面と、
b)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、
c)指を前記検査面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれかまたは双方において、接触部分の指の色の指標値を検出する色検出手段と、
d)前記各場合の色の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否かを識別する生体識別手段
を備えることを特徴とする指先からの情報を用いた生体識別装置。
【請求項８】
光源に、緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請求項７に記載の指先からの情報を用いた生体識別装置。
【請求項９】
指を検査面に押圧してゆく際の指の接触面積またはそれを反映した量の変化に対応する接触部分の指の色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を得ることを特徴とする指先からの情報を用いた健康度測定方法。
【請求項１０】
前記指の色の指標値として、XYZ表色系の色度座標x、色度座標y、輝度Yのいずれかの値を用いることを特徴とする請求項９に記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。
【請求項１１】
前記指の色の指標値として、LHS表色系の輝度L、色相H、彩度Sのいずれかの値を用いることを特徴とする請求項９に記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。
【請求項１２】
光源に、緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。
【請求項１３】
接触部分の中心を自動的に決定する中心自動決定法を用いることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。
【請求項１４】
a)指を押圧するための検査面と、
b)前記検査面と指の接触面積、またはそれを反映した量を測定する面積等測定手段と、
c)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、
d)前記接触面積の変化に対応する前記色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を算出する硬直度算出手段
を備えることを特徴とする指先からの情報を用いた健康度測定装置。
【請求項１５】
緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請求項１４に記載の健康度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指先から生体情報を抽出する方法および装置に関する。ここでいう「生体情報」は、具体的には、その指が生体のものであるか否か、すなわち、生体の指か偽指（非生体の偽造指）であるか否か、を識別するための情報、およびその生体の指の血管の硬直度で表される健康度に関する情報を指す。
【背景技術】
【０００２】
現在、パソコンや携帯電話でパスワード入力の代替を目的とした指紋認証システムが実用化されている。このような指紋認証システムが世の中に広く普及すれば、電子商取引や電子政府等の新規サービスの普及、インターネット等を用いたネットワークでの情報犯罪の抑止、あるいは空港や原子炉等の施設でのテロ防止等の効果が期待される。【０００３】
ところが、これらの製品が前記偽指等の偽造物（以下、偽指という）に対して脆弱である、すなわち、偽指を見抜けない場合もあることが報告されている。そこで、偽指対策の可能性の一つとして、本願発明者等は一連の入力動作における指紋画像の面積と色の変化に基づく生体識別方法をすでに提案した[特許文献１]。この生体識別方法では、指と検査面との接触面積または接触圧力と、接触部分における指の色の相関係数を求め、その値からその指が生体のものであるか、そうでない（偽指である）かを識別していた。ここで、指の色としては、指紋画像を撮影するためのカラー画像センサの出力であるsRGBの値を採用していた。【０００４】
一方、指先から生体情報を光学的に検出する技術としては、指先の末梢血管中のヘモグロビンの酸素飽和度を求める光オキシメトリー[非特許文献１]、ヘモグロビンの分布を画像化する技術[非特許文献２]、指先から脈波を検出して健康度を判定する技術[特許文献２]、血糖値を求める試み[非特許文献３]、携帯型血流センサ[非特許文献４]等が報告されている。【０００５】
【特許文献１】特開2003-075135号公報
【特許文献２】特開2003-144420号公報
【非特許文献１】高谷節雄，"光オキシメトリーの理論的背景と現状・将来"，光学 30巻10号，pp.644-650 (2001)
【非特許文献２】Ikuo Konishi, Yasnobu Ito, Naofumi Sakauchi, Manami Kobayashi and Yoshio Tsunazawa, "A new optical imager for hemoglobin distribution in human skin," Optical Review, Vol. 10, No. 6, pp.592-595 (2003)
【非特許文献３】田村守，"無侵襲血糖値測定法の現状と課題"， 光学 33巻7号，pp.380-386 (2004)
【非特許文献４】日暮栄治，澤田廉士，"携帯可能なユビキタス血流センサ"，第2回集積光デバイス技術研究会プログラム，IPD02-12，pp.33-36 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
生体識別に関しては、特許文献１に記載の方法では指と検査面との接触面積と色の関係のみを見ているが、ゴム等により作製された偽指では両者の関係は一義的であると考えられるのに対し、生体の場合は押圧時と押圧を解除する時とでは両者の関係は異なるのが一般であると考えられる。そこで、この点に着目すれば、より精度の高い生体識別が可能になる。【０００７】
次に、健康度測定に関しては、前記各種方法はそれぞれ人の健康のある側面を表す指標を抽出するものであるが、人の健康にはもちろん、これらでは表されない指標が数多くある。仮に指紋センサで人の健康度を評価できれば、例えば毎日のネットワークへのログイン時に健康モニタとして使用できる。そのとき、指紋センサで評価できる健康項目の数が多くなればなるほど、指紋センサは健康度評価装置としても有用となる。【０００８】
本発明は、これらの指紋センサに関連する２つの課題を、一つの技術で解決したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するためになされた本発明に係る指先からの生体情報抽出方法は、指を検査面に押圧する際の指の接触面積またはそれを反映した量と、接触部分の指の色との関係に基づいて、生体情報を抽出することを特徴とする。【００１０】
なお、「指を検査面に押圧する」とは、指と検査面との相対的な関係を表すものであり、検査面が静止して指が移動する場合、指が静止して検査面が移動する場合、および、両者が共に移動する場合のいずれであってもよい。【００１１】
前記のうち、生体識別に関する課題を解決するためになされた本発明に係る指先からの情報を用いた生体識別方法は、
指を検査面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれかまたは双方において、接触部分の指の色の指標値の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否かを識別することを特徴とする。【００１２】
なお、前記指の色の指標値として、XYZ表色系の色度座標x、色度座標y、輝度Yのいずれかの値を用いることができるが、特に色度座標xの値、または輝度Yの値を用いることが望ましい。
表色系としてLHS系を用いた場合には、輝度L、色相H、彩度Sのいずれかの値を用いることができるが、特に彩度Sの値を用いることが望ましい。
また、光源としては、緑色光源と赤色光源の組み合わせを用いることが望ましい。この場合、指標値としては、後述のΔR'i値、ΔR'p値またはΔyi値を用いることが望ましい。【００１３】
なお、指を押圧する際（または除圧する際）に検出する色の採取範囲の中心は、画像処理により自動的に決定するようにすることが望ましい。【００１４】
前記方法を実施するための本発明に係る指先からの情報を用いた生体識別装置は、
a)指を押圧するための検査面と、
b)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、
c)指を前記検査面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれかまたは双方において、接触部分の指の色の指標値を検出する色検出手段と、
d)前記各場合の色の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否かを識別する生体識別手段
を備えることを特徴とする。【００１５】
次に、健康度測定に関する課題を解決するためになされた本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法は、指を検査面に押圧してゆく際の指の接触面積またはそれを反映した量の変化に対応する接触部分の指の色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を得ることを特徴とする。【００１６】
なお、前記指の色の指標値としては、XYZ表色系の場合には色度座標x、色度座標y、輝度Yのいずれかの値を用いることができるが、特に輝度Yの値を用いることが望ましい。また、LHS表色系の場合には輝度L、色相H、彩度Sのいずれかの値を用いることができるが、特に彩度Sの値を用いることが望ましい。【００１７】
また、前記方法を実施するための本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定装置は、
a)指を押圧するための検査面と、
b)前記検査面と指の接触面積、またはそれを反映した量を測定する面積等測定手段と、
c)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、
d)前記接触面積の変化に対応する前記色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を算出する硬直度算出手段
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る方法および装置により、生体指と偽指を明確に識別することが可能となる。
また、指紋センサを用いて人の健康度を評価することができるため、例えば毎日のネットワークへのログイン時に指紋センサによる測定値を健康モニタとして使用できる。そのとき、指紋センサで評価できる健康項目の数が多くなればなるほど、指紋センサは健康度評価装置としても有用となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例で用いた指紋センサの各要素の概略配置図。
【図２】指を低速で検査面に押圧し、解除した際の、色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の時間変化を示すグラフ。
【図３】指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の時間変化を示すグラフ。
【図４】指を高速で検査面に押圧し、解除した際の、色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の時間変化を示すグラフ。
【図５】指を低速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の関係を示すグラフ。
【図６】指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の関係を示すグラフ。
【図７】指を高速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の関係を示すグラフ。
【図８】第２の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の関係を示すグラフ。
【図９】第３の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の関係を示すグラフ。
【図１０】第４の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の関係を示すグラフ。
【図１１】第５の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の関係を示すグラフ。
【図１２】指を検査面に押圧する際、およびその押圧を解除する際の色度座標xの変化の様子を模式的に表した図(a)、および輝度Yの変化の様子を模式的に表した図(b)。
【図１３】偽指を検査面に押圧し、解除した際の、色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の時間変化を示すグラフ。
【図１４】偽指を検査面に押圧し、解除した際の、接触面積と色度座標x、色度座標y、輝度Yの値の関係を示すグラフ。
【図１５】第６の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と[面積]/[色度座標x]、[面積]/[色度座標y]、[面積]/[輝度Y]の値の関係を示すグラフ。
【図１６】第７の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と[面積]/[色度座標x]、[面積]/[色度座標y]、[面積]/[輝度Y]の値の関係を示すグラフ。
【図１７】第８の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と[面積]/[色度座標x]、[面積]/[色度座標y]、[面積]/[輝度Y]の値の関係を示すグラフ。
【図１８】第９の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と[面積]/[色度座標x]、[面積]/[色度座標y]、[面積]/[輝度Y]の値の関係を示すグラフ。
【図１９】第１０の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と[面積]/[色度座標x]、[面積]/[色度座標y]、[面積]/[輝度Y]の値の関係を示すグラフ。
【図２０】本発明を実施することのできる別の形式の指紋センサの配置図。
【図２１】生体指の押圧時の圧力とスペクトルの関係を示すグラフ(a)、および、第２の実施例で用いたGR光源の発光スペクトル(b)。
【図２２】第２の実施例で用いた生体指(a)および偽指(b)の押圧・除圧時の色信号の変化の様子を示すグラフ。
【図２３】第２実施例で用いた各種指標を説明するためのグラフ。
【図２４】生体指グループと偽指グループの指標ΔR'iの値の分布のグラフ(a)および指標Δyiの値の分布のグラフ(b)。
【図２５】生体指グループと偽指グループの各種指標値の差異の大きさを示す表。
【図２６】LHS表色系の一測定例である生体指の測定結果を示すグラフ。
【図２７】LHS表色系により測定した結果の表。
【図２８】中心自動決定法の説明図。
【図２９】中心固定法と中心自動決定法による指標値の変化の違いを示すグラフ。
【図３０】中心固定法と中心自動決定法による指標値の変化の違いを示す表。
【符号の説明】
【００２０】
１０…光源（LED）
１１…導光板
１２…指先
１３…画像センサ
１４…画像処理装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る指先からの生体情報抽出方法では、指を検査面に押圧する際の指の接触面積またはそれを反映した量（例えば、圧力センサで測定した圧力も、指の接触面積を反映した量である）と、接触部分の指の色との関係に基づいて生体情報を抽出するものであるため、検出すべき物理量は接触面積またはそれを反映した量と色だけであり、非常に簡便な装置で生体情報を抽出することができる。例えば、従来より用いられている指紋センサが出力する画像情報は、面積の情報と色の情報の双方を含んでいるため、本発明に係る指先からの生体情報抽出方法は、装置としては従来の指紋センサをそのまま用いることができる。また、そのデータ処理を行うためのソフトウェア（プログラム）も簡単なもので十分である。【００２２】
本発明に係る指先からの情報を用いた生体識別方法でも、使用する情報は、指が検査面に押圧されつつあるのかそれとも押圧が解除されつつあるのかという情報と、その間の指の色の情報であるが、前者は前記同様に接触面積またはそれを反映した量の情報があれば、その時間変化により検出することができる。したがって、色の情報を含め、前記の通り、本発明を実施するための装置としては従来の指紋センサをそのまま用いることができる。なお、押圧時／解除時の判別に関してはその他に、指と検査面の接触圧力に関する情報の変化によっても判断することができる。また、指を検査面に押し付ける時間を決めておいて利用者にそれを守ってもらうようにすれば、単なる時間情報だけでも押圧時／解除時を判別することができる。後者の場合、利用者の押し付け操作の便のために、一定時間毎に小ランプ（プロンプトランプ）を１個ずつを点灯させてゆくようにしてもよい。【００２３】
この生体識別方法では、指を検査面に押し付けてゆく時（あるいは検査面を指に押し付けてゆく時）とそれを解除してゆく時の接触面の指の色を測定し、その変化量から、指が生体の指であるかまたは偽指であるかを判断する。後述するように、本発明者らが実験したところによると、生体の指では両時点での指の色に差が現れることが明らかとなった。特に、その指の色として、通常の画像センサで一次的に測定されるsRGB値を色度座標x,yおよび輝度Yに変換し、その中のx座標を色の指標値として用いた場合に、両時点の差が最も顕著に現れることがわかった。また、輝度Yもそれに次いで差が大きく現れるため、指標値として用いることができる。【００２４】
このように押圧時とそれを解除する時とで指の色が異なるのは、押圧時にはその圧力により血液が急速に指の血管から排除され、それに応じて色が変化するのに対し、一旦排除された血液は圧力が取り除かれても直ちには押圧部に戻ることはなく、後述するような血管の抵抗により、元の状態に戻るまでにはある程度の時間がかかるためであると考えられる。当然のことながら、偽指はこのような複雑な構成を持たないため、押圧時と解除時には同じ色変化をする。したがって、両者は本方法により明瞭に識別することが可能となる。【００２５】
また、生体の指と偽指とを識別するために本方法が有効であるもう一つの理由として、本方法が外部からの刺激による生体の反応を検出するものであることを挙げることができる。例えば、検査面に指を押圧した状態で接触面の指の色の変化を測定することにより、血液の脈流に起因する脈波を検出することができる。これは、生体識別の一つの方法として採用することができるが、外部からの刺激に対する反応を見るものではないため、真の意味での「生体」識別とはいえない。それに対し、本発明に係る方法では外部からの刺激に対する反応を見るものであるため、より確実に生体と非生体を識別することができる。【００２６】
なお、ここでいう色の「変化量」としては、両時点での色のx座標値の単なる差を取ってもよいし、両者の比を取ってもよい。いずれにせよ、両者の何らかの差が現れれば、いかなる指標を採択してもよい。【００２７】
更に、指を検査面に押圧してゆく間のみの接触部分の指の色の変化、あるいは、押圧を解除してゆく間のみの接触部分の指の色の変化を見てもよい。このような変化は、例えば、面積−色曲線の積分値を求めることにより検出することができる。【００２８】
本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法では、指を検査面に押し付けてゆく際の、指と検査面との接触面積またはそれを反映した量（前記の通り、圧力センサで測定した圧力も、指の接触面積を反映した量である）の変化に対する接触部の指の色の変化を測定する。本発明者らが複数の被験者を対象に評価したところによると、この接触面積の変化に対する指の色の変化の割合（変化率）は、被験者の年齢と負の相関があることがわかった。すなわち、年齢が高いほど、接触面積の変化に対する指の色の変化量が少ない。【００２９】
これは、次のように考えることができる。指を検査面に押圧すると、その圧力が駆動力となって血液が指の血管からその外側の血管に移動する。この指の押圧力pと血液の流れ（血流）iの関係は、電気回路における電圧Vと電流Iの関係に類似している。このアナロジーにより、電気回路の抵抗R=V/Iに相当する値として、指における血流に対する抵抗r=p/iを考えることができる。この血流iに対する抵抗rは血管の抵抗であり、血管の硬直度を反映しているものと考えられる。すなわち、本発明の方法により得られる値は、指の血管の硬直度という新たな健康度の指標を表すものと考えることができる。【００３０】
本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法も前記同様、使用する情報は、指と検査面の接触面積またはそれを反映した量の情報と指の色の情報であるため、従来の指紋センサを用いることにより本方法を実施することができる。なお、本発明に係る方法は前記方法とは異なり、本質的には指紋センサとは無関係であるため、同様の機能を備えた専用の装置（健康度測定装置）により実施してもよい。【００３１】
本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法では、指の色の変化は色相、輝度のいずれにおいても現れるが、特に輝度において大きく現れる。したがって、通常の画像センサで得られるsRGB値を色度座標x,yおよび輝度Yに変換した場合には、輝度Yの値を用いることが望ましい。しかし、このように輝度Yの値が重要であるため、sRGB値を色度座標x,yおよび輝度Yに変換することなく、そのまま用いてもよい。更には、画像センサではなく、単なる光センサで測定した明るさだけの値をも用いることができる。【００３２】
指の色に関して、上記説明では色度座標x,yと輝度Yを用いたが、色相や輝度の表現方法はこれに限られるものではなく、Lab、Luv等のように三刺激値XYZから一意的に変換され得る他の指標値を用いることも可能である。これらの指標値を用いた場合も、上記同様に色の変化を測定することにより、上記本発明をいずれも同様に実施することができる。
【実施例】
【００３３】
本発明に係る生体識別方法の一実施例として、指紋センサを用いて生体の指と偽指を識別した例を述べる。本実施例で用いた指紋センサは指の内部で散乱する光や指を透過する光を検出するもので、例えば図１に示すように、光源１０の光を導光板１１を介して指先１２に照射し、その指先１２からの散乱光を適切な光学系を介してCCD等の画像センサ１３により検出するものである。ここで、適切な光学系としては、屈折率分布型レンズによる等倍結像系、レンズによる結像光学系、ミラーにより光路を折り返して薄型化した結像光学系等のいずれでもよい。画像センサ１３は指先の接触面のカラー画像を連続して検出し、sRGB値として出力する。この装置を通常の指紋センサとして用いる場合は、画像センサ１３からの信号は画像処理装置１４に送られ、そこで画像として再構成されて所定の画像（例えば、登録者の指紋画像）と照合され、所定の評価方法により両者の一致度が評価される。一致度の値が所定値以上である場合には検出された指紋画像が登録者のものであると判断され、その判定信号がこの指紋センサを利用する装置に送られる。なお、指紋センサには種々の形式のものがあり、例えば図２０に示すように指の側方から光を照射する形式のものもあるが、本発明はそれらの形式の指紋センサでも同様に実施することができる。【００３４】
本実施例では、この画像センサ１３からの信号を、次のように生体識別のために使用した。まず、生体の指を測定するために、１名の被験者に、指先を指紋センサの検査面（導光板１１）に低速・中速・高速の3種の相対的な速度で押し付けてもらい、指先全体を押し付けた後に直ちに指を離してもらった。低速とは、指先を画像センサ１３に接触し始めてから、一杯に押し付け、離すまでの時間Tを2.6秒としたものであり、中速とはその時間Tを1.8秒としたものであり、高速とはその時間Tを1.0秒としたものである。【００３５】
その間、画像センサ１３から１秒間30フレーム（枚）の速度で送られてくる各画像データの中央部のsRGB値を色度座標x,yおよび輝度Yに変換し、それらの値を各画像番号に対してプロットした。これらの変換値のうち、色度座標x、色度座標yおよび輝度Yの値のみをプロットした結果を図２〜図４に示す。図２はT=2.8秒、図３はT=1.8秒、図４はT=1.0秒の結果であり、いずれも被験者は45歳の男性である。なお、これらの図において、横軸の画像番号は時間と同一視することができるため、これらの図は押圧時および押圧解除時の色度座標x、色度座標yおよび輝度Yの時間変化を示すものと解釈することができる。【００３６】
次に、各画像から、指と検査面の接触部分の面積Sを測定し（単位は画素数）、色度座標x、色度座標y、輝度Yをその面積値Sに対してプロットした。その結果を図５〜図７に示す。これらの図より、次の特徴を確認することができる。まず、色度座標xは、押圧時には面積Sの増加と共に最初は増加して後に減少する。指を検査面から離してゆく（押圧を解除してゆく）ときには色度座標xの変化は小さい。すなわち、面積値と色度座標xのプロットでは、指を押す時と離す時とで軌跡が一致しない。一方、色度座標yには顕著な特徴は見られない。また、輝度Yは面積と共に増減するが、色度座標xと同様、押すときと離すときとでは軌跡は一致せず、履歴を示す。これらの特徴は、押圧時間Tが2.6秒、1.8秒、1.0秒と異なっていても共通に確認される。【００３７】
次に、年齢の異なる４名の被験者について同様の実験と解析を繰り返した。押圧時間Tが1.8秒（1名だけは、2.0秒）の場合の面積値と色度座標x、色度座標y、輝度Yのプロットを図８〜図１１に示す。これらより、前述の特徴は年齢に拘わらず現れることがわかる。【００３８】
以上の実験結果を模式的に表すと図１２のようになる。これより、生体識別の基準を次のように各種方法で設定することができる。第１に、図１２(a)に示すように、接触面積がある一定の値Saとなるときの、押圧時と解除時の色度座標xの差をΔxと定義し、この値Δxが所定の閾値を超えた場合に生体であると判断する方法がある。また、図１２(b)に示すように、接触面の面積の最大値をS0として、押圧時および解除時に接触面の面積がS0の50%となった時の輝度Yの差をΔYと定義し、この値ΔYが所定の閾値を超えた場合に生体と判断する方法もある。図１２から明らかな通り、このほかにも種々の方法が考え得る。【００３９】
一方、RTV樹脂で作製した偽指で同様の実験を行った結果を図１３および図１４に示す。特に、面積値と色度座標x、輝度Yをプロットした図１４において、図５〜図１１の生体の場合とは明らかに異なり、殆ど履歴のない色の変化を示している。これにより、本発明に係る方法は有効に生体識別を行うことができることが確認された。【００４０】
上記測定で用いた光源１０は、一般の指紋センサで用いられる白色光源であったが、ここで、光源色の影響についても検討を行った。図２１(a)は、生体指（被験者：22歳男性）を、白色光源を用いた指紋センサに押し付けて行く間の全画素のスペクトルを、圧力をパラメータとして描いたものである。このグラフを見ると、波長550nm（緑色）付近および630nm（赤色）付近において圧力による強度の変化が特に大きいことが分かる。すなわち、圧力を増すにつれて押圧面のスペクトルの緑色成分が特に強くなる一方、赤色成分は特に弱くなる。【００４１】
従って、これらの２波長のみから成る光源（GR光源）を用いることにより、生体指の検出がより容易になることが予想される。そこで、中心波長535nmの緑色LED(G-LED)および中心波長630nmの赤色LED(R-LED)のGR光源を用いて、上記実施例と同様に各種測定を行った。ここで用いたGR光源の発光スペクトルを図２１(b)に示す。【００４２】
被検体とした生体指は21歳から62歳の42人の男女の被験者のものであり、偽指はシリコーン、ウレタン、ゼラチン等各種材料を用いた11種のものである。これらの生体指および偽指について、上記GR光源を用いた指紋センサで押圧および除圧を行って、画像信号を得た。その一例を図２２(a)および(b)に示す。これらのグラフの横軸は接触面の面積（画素数）であり、縦軸は、次式で定義される規格化されたG信号の値（G'値）および規格化されたR信号の値（R'値）である。
G'=G/(G+R),  R'=R/(G+R)【００４３】
これらのグラフより各種指標を取り出し、それらの指標のうち、どれが最も適切に生体指と偽指を識別することができるかを調べた。用いた各種指標を図２３(a)〜(d)により説明する。図２３(a)に示すように、ΔR'iは、押圧時に接触面積が所定の初期値Axの時点（押圧初期）から最大値Amax（最大押圧時）となるまでの間のR'値の変化量であり、ΔR'fは、除圧時に接触面積が最大値Amaxから前記初期値Axに戻るまでの間のR'値の変化量である。また、押圧時と除圧時のカーブで囲まれる部分の面積をSR'とした。図２３(b)に示すように、ΔR'pは、押圧時に接触面積が最大値Amaxの所定の分率p(0<p<1)となった時点から最大値Amaxとなるまでの間のR'の値の変化量であり、ΔR'rは除圧時のそれらの地点間のR'値の変化量である。図２３(c)に示すように、Δxiは、押圧時に接触面積が所定の初期値Axの時点（押圧初期）から最大値Amax（最大押圧時）となるまでの間の色度座標x値の変化量であり、Δxfは、除圧時に接触面積が最大値Amaxから前記初期値Axに戻るまでの間のR'値の変化量である。ΔyiおよびΔyfは、色度座標y値についての同様の変化量である。図２３(d)に示すΔxp、Δxr、Δyp、Δyrも、色度座標x値、y値に関するΔR'p、ΔR'r（図２３(b)）と同様の変化量である。これらにおいて、初期値Axは2000、5000および10000と変化させ、また、分率pは0.2、0.5、0.8と変化させた。【００４４】
前記42種の生体指と11種の偽指による押圧・除圧を指紋センサで測定したときの上記各種指標の変化を調べた。すると、いずれの指標においても生体指のグループと偽指のグループの値は交錯することなく、明確に分離した。例えば、指標ΔR'iの値は、図２４(a)に示すように、偽指グループは全て-0.04〜+0.07の範囲に入っているのに対し、生体指グループは全て-0.06〜-0.30の範囲に入っている。これは、指標ΔR'iの閾値として-0.04〜0.06の間の値を用いることにより、偽指と生体指は明確に識別することが可能であることを示している。また、指標Δyiの値は、図２４(b)に示すように、偽指グループは全て-0.01〜+0.04の範囲に入っているのに対し、生体指グループは全て+0.05〜+0.15の範囲に入っている。これは、指標Δyiの閾値として+0.04〜+0.05の間の値を用いることにより、偽指と生体指は明確に識別することが可能であることを示している。【００４５】
このようにして、各指標における偽指と生体指の分離の距離（生体指グループの最大値と偽指グループの最小値の間の差、または、生体指グループの最小値と偽指グループの最大値の間の差）ΔLRは、図２５に示すようにΔR'iにおいて最も大きく、ついでΔR'pおよびΔyiにおいて大きかった。従って、これらの指標を用いることにより、生体指と偽指をより確実に識別することができると言える。なお、前述のとおり、それ以外の指標（例えば、Δyp、SR'等）についても、ΔLR>0であり、生体指グループと偽指グループの値が交錯することはないから、それらの間に閾値を設けることにより、生体指と偽指を確実に識別することができることは明らかである。【００４６】
次に、上記指標とは異なる指標を用いた生体識別方法の一実施例を示す。色の表現方法（表色系）には上記のXYZ系の他に、LHS系、Lab系、Luv系等が知られている。これらはそれぞれ所定の変換式を用いて相互に変換することが可能であるが、それらの変換式は必ずしも線形ではないため、或る指標が或る一つの表色系において生体指と偽指を明瞭に識別することができるとしても、その指標が他の表色系においても最も適切であるとは限らず、その表色系では他の指標の方がより適切に生体指と偽指を識別することができるということもある。【００４７】
そこで、上記XYZ系の他に比較的多く用いられるLHS表色系において各種測定を行った。用いた被検体は、生体指が3種、偽指が3種である。生体指被検体の一つの押圧・除圧時のL（輝度）、S（彩度）、H（色相）各値の変化を図２６(a)、(b)、(c)に示す。これらの図から明らかなように、LHS表色系では、L、S、Hのいずれの指標も生体指については大きな変化を示している。この傾向は、他の生体指についても同じであった。しかし、偽指については、その種類により変化の度合いが異なっていた。それらを図２７の表にまとめた。この表は、色変化の大きいものから〇（大）、△（中）、×（小）と３段階で評価した結果を示している。この表から明らかなように、LHS表色系では、S（彩度）の値が比較的安定して生体指と偽指との差異を大きく表現できる。【００４８】
次に、指のセンサ面への接触領域の中心を自動検出する手法を示す。これにより、指の押し方に依存せず、安定して色信号を抽出することができる。
指の接触領域の中心を決定する方法（中心自動決定法）の概略図を、図２８(a)、(b)に示す。まず、閾値50以上の画素の数をY軸方向に加算し、それが最大となるX座標をXcとして仮に定める。その画素数をAとする。直線X=Xc上で初めて閾値50を超えた画素のY座標y1を求め、Yc=y1+A/2より、Ycを決定する。次に、直線Y=Yc上で閾値50以上の画素数をBとする。直線Y=Yc上で初めて閾値を越えた画素のX座標x1を求め、Xc=x1+B/2によりXcを本決定する。【００４９】
この方法を用いて、上記と同様の測定を行い、その効果を調べた。GR光源により測定したG値、R値より規格化したG'値、R'値を求め、前記の指標ΔR'iを算出する。中心固定法による結果を図２９(a)に、中心自動決定法による結果を図２９(b)に示す。これらをまとめ、ΔR'iの比較を行ったものが、図３０である。ΔR'iの絶対値が大きいほど、生体識別に有効であることを意味する。指の接触領域の中心移動が大きい場合に、中心自動決定方法は優れた結果を示すことが確認された。【００５０】
次に、本発明に係る健康度測定方法の一実施例を説明する。図１に示した前記実施例と同じ装置を用いて、23歳から56歳の男女5名に指紋センサの検査面（導光板１１）に指を押しつけてもらい、その間、画像センサ１３から出力される30フレーム／秒の画像データを採取した。そして、接触面の中央部における画像データのsRGB出力を前記同様に色度座標x,yと輝度Yに変換し、横軸を面積値、縦軸を[面積S]/[色度座標x]、[面積S]/[色度座標y]、[面積S]/[輝度Y]としてプロットした。その結果を図１５〜図１９に示す。色度座標x、色度座標yから求めた指標[面積S]/[色度座標x]、[面積S]/[色度座標y]には年齢と有意な相関関係が見られないが、輝度Yから求めた指標[面積S]/[輝度Y]は、年齢と共に増加する傾向が確認できる。【００５１】
前記の通り、この指標は指の血管の硬直度を表すと考えられるが、図１５〜図１９は、この血管の硬直度が年齢とともに増加することを表している。この傾向は明らかに一般的に理解されている生理的傾向と一致するものであり、これより、本発明に係る指標は健康度の指標として用いることができることがわかる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２９】
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【図３０】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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