計測自動制御学会産業論文集
Vol.8, No.3, 17/24(2009)

レーザー誘起クラックを応用した
個人認証装置の試作とその性能評価
時田

大作*，渡辺一弘*

A performance evaluation of identification module
for personal identification method using laser-induced crack
Daisaku TOKITA*, Kazuhiro WATANABE*

Various personal identification methods have been so far used for one of the indispensable elemental
technologies to offer more secure social services. This paper describes a practical scheme of a newly developed
personal identification method which combined laser-induced crack and speckle pattern as a basic operational
principle.

A possible scheme has been investigated in terms of the key location accuracy, the image processing

time required for pattern matching, and a compact design of ID reader, resulting in its performance evaluation.
Additionally, the identification accuracy is statistically evaluated by introducing the same way as conventional
biometric identification to determine the security level of the method for services of interest. As a result of thisevaluation experiment, the false rejection rate (FRR) and the false acceptance rate (FAR) have been discussed for
300 identification keys created by an ID writer. Prospective picture of this method has been demonstrated bypractical performances of the ID reader which are the key location accuracy of ±10μm, the image processing time
≦0.62 second, and the high identification accuracy with FRR≦1% and FAR≦0.0067%.
Key Words: Personal identification, practical performance evaluation, Laser-induced crack, Speckle pattern

1.

はじめに

ことがある．実際に指紋認証においては，ゼラチンで作製したグミ
性人工指により認証されることが確認されている 5)．

近年，個人認証技術は各種のサービスを構築する上で重要な要素
技術の一つとなっている．一般的に個人認証の手法はその対象によ

筆者らはレーザー加工とスペックルパターンを用いた個人認証手り 3 種類に分類されている．
（1）パスワードや暗証番号のような本法を提案し 6)原理的に可能であることを実証した．この手法では，短人しか知り得ない情報を対象とした記憶による認証，（2）印鑑やカ

パルスレーザーにより透明部材内部にレーザー誘起クラックを生成

ードなどの本人の持つ所有物による認証，（3）指紋 1)や虹彩 2)といっし，その不規則な形状を認証の対象となる認証キーとしている．こた身体的特徴や，声紋 3)，筆跡 4)などの本人の動作を対象とした生体

れらのパターンは偶発的に生成されるので複製は不可能である．認情報による認証の 3 種類であり，現在までに様々な認証手法が開発

証キーから得られるスペックルパターンを解析・照合することで個されている．所有物による認証では偽造に対して脆弱であり，磁気

人の識別を行なう．すなわち，この手法は原理的に偽造不可能な認ストライプカードはスキミングにより簡単に偽造されてしまう．偽証キーを用いることで，従来の認証手法の弱点であった偽造に対し造に強いといわれる IC カードであっても，内部の情報を読み出すて非常に高い耐性を有する安全な個人認証手法を実現している．ま様々な攻撃法が存在し，カード情報が流出した場合には容易に偽造た，認証の対象となるクラックのような 3 次元ランダム位相物体をされてしまう．また，生体情報による認証は偽造に強いとされていレーザー加工により簡便に作成するという利点 6)を有している．

るが，生体情報は第三者による不同意収集が可能なものも多く，そ本論文では，この偽造不可能な認証手法を実用化する上で必要なこから生体情報を模した人工物を作成することで認証されてしまう

条件を検討するために，認証装置を試作し，その性能を評価した．

**

試作した装置は，実用性を考慮し小型化可能な構成を有している．

創価大学大学院工学研究科 八王子市丹木町 1-236
Graduate School of Engineering, SOKA University,
1-236, Tangi, Hachioji(Received February 5,2009)

特に，重要と考えられるものは認証キーの設置の再現性およびそれに関連した画像処理技法の工夫である．また，画像処理に要する時
間も認証精度を維持した上で十分に短いものでなくてはならない．

17

更にこの種の認証手法では，認証精度によってセキュリティーレベ

Table 1 False rejection rate(FRR) andfalse acceptance rate(FAR) of
each biometric identification.

ルや利用するサービスが決定されている 7)．
そのためこの手法においても認証精度は，実用にあたって重要な意味を持ち，生体情報による認証と同様の評価を行なう必要がある．本研究では，比較的現実

Biometric
information

性のある認証キーの設置精度（±10μm），認証時間（0.62 秒以下），

FRR[%]

FAR[%]

Fingerprint

1.0

0.01

Parmprint

0.1

0.1

Face

5

5

Iris

10

1.0×10-6

画像データを照合することによりおこなうもので，生体情報による

Voiceprint

1010

認証の処理過程と同じになる．生体情報の認証では常に正しい認証

Signiture

5

5

Vein

1.0

0.01

が可能となり，あわせて高い認証精度（本人拒否率 = 1%，他人受容率 = 0.0067%以下）が達成され，実用化の指標を明らかにすることができた．
このレーザー誘起クラックの認証キーは、携帯するという意味ではカードなどの利便性と同じ程度といえる．一方，耐偽造性を極めて高くしたことにより認証精度の評価は，カードのようにデジタル
数値の照合によるものとは異なる．すなわち複製不可能な不規則ながされるとは限らないので，誤った認証が起こる確率により精度の評価が行なわれている．

2.

認証原理と精度評価方法

ではなく，生体情報による認証と比較を行なうのが適当であり，同2.1 認証原理

様の評価を行なう必要がある．

本認証手法は内部にクラックを誘起した透明アクリル部材を認証

2.2 認証精度評価方法の対象である認証キーとした所有物による認証である．アクリルは，生体情報による認証では，認証の対象となる生体情報は，終生不高い透明度と耐衝撃性を有する非結晶性の高分子材料である．この変，万人不同の性質を持つ指紋や虹彩のような身体的特徴と声紋やアクリル部材の内部に強力な短パルスレーザーを集光照射した場合，

署名のような行動的特徴が用いられている．しかしながら，これら

光強度が高まることで多光子吸収が発生し，表面を傷つけることなのパターンは入力時の環境や本人の状態，リーダーへの入力の仕方

このとき発生するクラック
く集光点近傍のみが選択的加工される 8)．

などによって，取得するたびにわずかながら変化してしまう 10)．そはアクリル部材の局所的な結合力の差により，同一の照射条件で加の結果，パターン照合の結果にばらつきが生じ，本来認証すべき本工を行なっても，同一の形状となることはない．そのため，認証キ

人を拒否してしまう場合や，拒否すべき他人を認証してしまう誤認

ーの意図的な複製が困難である．この認証キーから得られるスペッ証が発生する．これらが発生する確率をそれぞれ本人拒否率（False

クルパターンとあらかじめ取得しておいたパターンとを照合するこ

rejection rate: FRR）と他人受容率（False acceptance rate: FAR）とで個人を識別する．

としている．FRR は手法の利便性を示し，FAR は手法の安全性を示

スペックルパターンは，レーザーのような可干渉性の光を粗面なす値であり，この二つの値により認証精度が評価されている 11)．まどに照射した際の反射光や透過光中に現われるランダムな粒状模様

た，FRR と FAR は認証閾値により値が変化し，互いにトレードオ

であり，簡便な光学系で取得することができるという特徴を持ってフの関係にある．

いる 9)．認証キーを粗面と見立てて参照光を照射した場合，照射され生体情報による認証では，手法ごとに FRR，FAR が異なる値をとたレーザーはクラックにより複雑に屈折，散乱することでスペック

る．Table 1 に一般的に用いられている生体情報による認証の FRR

ルパターンを形成する．形成されるスペックルパターンは，クラッと FAR を示す 12)．生体情報による認証において，最もセキュリティ

クの形状に依存してそれぞれに異なるパターンとなる．これらのパーレベルが高い手法は虹彩認証である．虹彩認証は FAR が 1.0×

ターンの照合により認証キーを識別することで，個人を認証してい10-6％と他の手法に比べてきわめて低い値を示しているが，FRR はる．

10％と高くなっている．汎用的に用いられている指紋認証や静脈認

認証手法において，利便性，認証性，耐偽造性は互いにトレード

証での FRR，FAR はそれぞれ 1％，0.01％である．本手法は広汎なオフの関係にあり，それぞれに一長一短がある．本手法は，偽造不運用を想定しており，その実用には汎用性の高い認証精度が必要で可能な認証キーを用いることで，従来手法の欠点であった偽造に対ある．そのため，少なくとも，生体情報による認証において汎用的して非常に耐性の高い安全な認証を提案している．また，ランダムに用いられている程度以上の精度があれば，本手法は実用上十分なな干渉パターンであるスペックルパターンからは，クラックの形状

汎用性を持つといえる．

を推測することは困難であり，パターンの流出に対しても優れた安FRR と FAR の評価は，複数の被験者から生体情報を取得し認証全性を有している．その一方で，前述のとおり認証キーを携帯するを行なうことでそれぞれの値を算出する．このとき問題となるのがことから利便性は所有物による認証と同程度でありながら、認証精照合に用いるサンプル数である．米国のバイオメトリクステストセ

度の評価は、生体情報による認証と同様に確率的な認証となっていンタによると，信頼度 95％において，サンプル数 S で評価可能なる．つまり本手法の認証精度は，カードのような所有物による認証

18

Identification key

Blank key
Specklepattern

Nd:YAG laser for creating crack
Wave length : 532nm
Pulse width : 8ns
Irradiation fluence:50kJ/cm2

Personal computer for image matchingCPU: Celeron® M 1400MHz
Memory : 256MB
ID Reader

ID WriterFig.1 Conceptual diagram of identification system

fixed

Personal computer

movablePower supply unit
Optical axis
direction
Fig.3 Structure of fixed base.

Focusing optics
Fixed base

FRR=1%，FAR=0.01%程度を目標として精度を評価する．これらのSemiconductor
Laser

CCD camera

FRR および FAR の評価に必要なサンプル数は，それぞれ 300 サン
プルと 246 サンプルである．そこで本評価実験においては 300 サン
プルの認証キーを作成し評価を行なう．

+y
+x

3.

+z

-z
-y

認証装置

Fig.1 に本研究室で開発した個人認証手法のシステム構成図を示
Screenす．本認証システムは透明アクリル部材（ブランクキー）にクラッOptical axis
direction

クを生成することで認証キーを作成する ID ライターと，認証キーからスペックルパターンを読み出し，パターン照合を行なう ID リーダ

Fig.2 Experimental apparatus.

ーで構成されている．本論文では認証装置として ID リーダーを試作

FRR と FAR の評価限界値はそれぞれし，その性能を評価ことで，認証手法の実用化の条件を検討する．
ID ライターにはクラック生成用のレーザーとして Nd：YAG レー

FRR = 3 S （1）ザー（波長 532nm，パルス幅 8ns）を用いた．出力されたレーザー
は，集光光学系により照射エネルギー密度 50ｋJ/cm2 で集光照射さFAR = 6 S ( S − 1) （2）れ，透明アクリル部材の内部にクラックを生成する．クラックは一箇所ごとに一回の照射により生成している．クラックは部材内部の任意の位置に，任意の数だけ生成することが可能であり，簡便に 3で表される 13),14)．これらの式から，評価したい FRR，FAR に必要

次元ランダム位相物体を生成することが可能である．

なサンプル数を計算すること可能である．本手法の有用性を示すた作成された認証キーから ID リーダーによってスペックルパター

めに汎用的に用いられている指紋認証や静脈認証と同程度のンを取得し，そのパターンを照合により認証キーは識別される．す19なわち，ID リーダーによって最初のスペックルパターンを取得した

リーン背面より ARTRAY 社製 30 万画素 CCD カメラ（640pix×

時点で，ID ライターでクラックを生成された部材は認証キーとして480pix）で撮像される．スクリーン上に出現するスペックルパター

登録される．クラックの生成位置はライターとリーダーで共有され，ンにおける個々の斑点の大きさは 0.5mm～1.2mm であった．CCD

秘匿されており，それにより登録時のリーダーの照射位置条件がク

カメラ 1pix はスクリーン上の 0.066mm 四方を撮像しているため，

ラックのどの部位に照射しているかという点で秘匿されることにな

十分にスペックルを撮像することが可能である．撮像されたパター

る．Fig.2 に実際に本研究で試作した ID リーダーの構成を示す．参ンは PC に転送され，パターン照合処理が行なわれる．PC には一般

照光には実用面を考慮し，小型の半導体レーザー（波長 635nm，出に市販されている Celeron® M 1.4GHz，Windows® 2000 搭載のも力 1mW）を用いた．出力光は集光光学系によりスポットサイズ 16のを用いている．照合プログラムは，結果の表示に柔軟性を持たせμm で集光されクラックに照射される．これにより表面状態の影響るために Microsoft 社製の「Visual C++ 6.0」で構築した．これによを可能な限り除去している．本研究の特長は，ライターとリーダー

りパターンの取得から照合，判定までの一連の認証過程を自動で行

はクラックの位置座標を共有しており，一種の秘匿条件となっていなうことが可能になる．

ることである．したがって，リーダーの固定台と光学系はその位置座標を再現するように初期の段階で調整されている．これにより，4.

決められた方向でキーを固定台に押し付けることにより，認証キー

4.1 画像照合方法

ID リーダーの性能評価は常に同一の位置に参照光が照射されるように固定台に固定される．

本手法の実用化に必要な条件の検討するために認証装置としてID

本実験では，アクリル部材の個々の大きさのバラツキを吸収するたリーダーを試作し，認証に必要な時間と認証キーの設置位置精度に

めに，Fig.3 に示したような固定台の長手方向の一方を固定側とし，よりその性能を評価する．本手法はテンプレートマッチング法によ

他方を可動側として設けた．認証キーの保持は，固定側の側面と底り入力パターンとテンプレートパターンの類似度を算出する．スペ

面に認証キーを沿わせるように押し付け，その後可動側の位置を手

ックルパターンは参照光の照射位置がずれた場合，出現位置が移動動で調節して押し付けを補助した．固定側の側面，底面，端面からするとともにパターンを変化させるという性質を持つ．そのため同の距離はライターの条件を保存しており，その条件を秘匿する．照一サイズの画像による一回の照合では，類似度が低下し正しく識別射された参照光はクラックで複雑に屈折，散乱され後方の半透過ス

を行なえない可能性がある．
そこで本研究では Fig.4 に示すような入クリーン上でスペックルパターンを形成する．このパターンはスク

力されるパターンよりも小さいテンプレートパターンを用いる．テ

80pix Origin pixel

ンプレートパターンは，入力パターンの上を移動させながら画像照

Reference pixel

合が行なわれる．テンプレートパターンは 640pix×480pix の画像の40pix

一部を 500pix×400pix に切り取ったものを用いている．切り取りは
元画像の左上端の画素より横方向に 80pix，
縦方向に 40pix の位置から切り取ったものであり，この画素を基準座標（Original pixel）とする．また，テンプレート画像の左上端の画素を参照画素（Reference
pixel）としている．これまでの研究から，出現するスペックルパタ
ーンは中心部分の輝度が非常に高いパターンになることが分かっている．この高輝度の部分により，テンプレートパターンと入力パタ

Fig.4 A sample of template image.

(a)

(b)

Fig.5 Distribution of normalized correlation coefficient in the case of(a) same sample matching (b) different sample matching.

20

88
104

72

56

60

75
40

45

15
P ixel num b er oflengt hwised ir ect ion

P ixel num ber ofcr osswides
dir ect ion

30

88
104

72

56

75
40

45

60

30

0
15

P ixel num ber oflengt hwise
dir ect ion

0

1
0.95
0.9
0.85
Nor m a r ized 0.8
cor r ela t ion 0.75
coefficient
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5

1
0.95
0.9
0.85
0.8
Nor m a lized
cor r ela t oin 0.75
0.7
coefficient
0.65
0.6
0.55
0.5

P ixel num b er ofcr osswise
dir ect ion

ーンの類似度が高くなることが予想される．そこで，高輝度の中心

認証キーから得られたパターン同士の照合は 20 組，異なる認証キー部分を除去したテンプレートを用いることとした．スペックルパタ

から得られたパターン同士の照合は 380 組である．使用したテンプーンはクラックの結像とは違い，屈折や散乱により参照光の波面がレートは，画像を加工し中心部分を除去したものと，加工を行なわ乱された結果，複雑に干渉することで現われるランダムな粒状模様

ない 2 種類を用いた．照合の結果，2 種類のテンプレートパターンである．３次元ランダム位相物体の全体もしくは，一部に照射しよのどちらを用いても，認証されるべき照合と拒否されるべき照合のうが乱された波面の影響は粒状模様のすべての領域に反映されていピーク値の平均には大きな差があることが確認された．中心部分をるので，中心部分を除いてもクラックの唯一性を利用するという本加工したテンプレートを用いた場合にその差は大きくなり，未加工手法の理論的根拠が失われるものではない．評価関数にはテンプレのテンプレートを用いた場合が 0.161 に対して，加工したテンプレ

ートマッチング法において一般的に用いられている正規化相関係数ートを用いた場合には 0.244 であった．また，認証されるべき同一を用いた 15)．正規化相関係数は-1～1 の間の値をとり，1 に近いほど認証キーから得られたパターン同士の照合では，テンプレート画像

2 パターン間の類似度が高いことを示す．

によらず基準座標を中心とした 10pix×10pix の局所領域でピーク

テンプレートパターンを入力パターン上で移動させながら照合を値が検出された．拒否されるべき照合においても同様の領域でピー行なった際に得られた相関値の分布を Fig.5 に示す．
入力パターンがクを検出することが多かったものの，それ以外の領域においてもピ

640pix×480pix，テンプレートパターンが 500pix×400pix であるークが現われ，その割合は中心部分を加工したテンプレートの場合ことから，参照画素を入力パターン上の座標（0,0）から（139,79）のほうが高くなっている．このことから，Fig.6 に示した基準座標をまでの間で移動させながら，合計 11200 回のマッチングを行なった．

中心とした 10pix×10pix の領域で参照画素を移動させ照合を行な

Fig.5(a)は認証されるべき同一の認証キーから取得されたパターン

うことで認証精度を落とすことなく，照合時間を短縮可能である．

同士の照合，Fig.5(b)は拒否されるべき別々の認証キーから取得した作成した 20 個の認証キーを用いて，照合領域を限定した照合を行パターン同士の照合の結果である．認証されるべき照合の結果，相った結果を Fig.7 に示す．
縦軸に正規化相関係数を示し横軸にテンプ

関値は基準座標の近傍の局所領域において急峻なピークを示してい

レートパターンを取得した認証キーの番号を示す．グラフには，中るのに対して，拒否されるべき照合では，ピーク値とその他の照合

心部分を加工したテンプレートと未加工のテンプレートを用いた場に大きな相関値の差が確認できない．また，一組分の照合である

合それぞれの拒否されるべきサンプル同士の平均値をプロットして11200 回のマッチングに必要な時間は 72 秒であった．

いる．たとえば Sample number 1 は認証キー1 から得られたテンプ

Table 2 に相関値のピークが得られた領域とその平均値を示す．

レートとそれ以外の認証キー2～20 の入力パターンとの照合の平均20 個の認証キーを作成し，総当りで 400 組の照合を行なった．同一値である．これらの照合の結果，テンプレートを加工することにより相関値が平均的に 0.098 低下し，照合領域を限定することで一組の照合に必要な時間を72 秒から0.62 秒まで短縮することができた．

80pix

照合時間が，
1 秒以下であることから実用にあたって十分に現実的な時間で照合が行なえることが確認された．

40pix

4.2 固定位置精度
本手法において，正確な認証を行なうには常に同一位置に参照光

10pix
×10pixを照射することが重要である．参照光の照射位置は，認証キーの固1
Normalized correlation coefficientFig.6 Matching domain.

Table 2 Frequency of template image position
shown strongly correlate at each domain.

Template image

10×10pixel
domain aroundthe origin pixel

Other domain

Normalized
Normalized
Frequency correlation Frequency correlation
coefficient
coefficient
same
20/20
Unprocessed sample
template different
265/380
samplesame
20/20
sampleProcessed
template different
214/380
sample

0.982

0/20

0

0.822

115/380

0.820

0.969

0/20

0

0.723

166/380

0.728

0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65

Unprocessed
template
Processed
template

0.6
0.55
0.5
1

3

5

7

9
11
13
Sample number

15

Fig.7 Result of matching experimentin the case of two template image.

21

17

19

1
Normalized corrilation
coefficient

Normalized correlation
coefficient

1
0.95
0.9
0.85
Unprocessed
template

0.8

Processed
template

0.75
0.7

0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7

100

300

500

700

900

2

Moving distance(+z) (μm)

468 10 12 14 16 18
Moving distance(+y) (μm)

20

Fig.8 Results of moving experiment (a)in the optical axial direction (+z)(b)in the opposite optical axial direction (+y).

定位置やレーザー発振機や光学系の設置位置などによって変化する．

の精度はキーを一定の力で押し付ける程度の固定機構により十分にこれまでの研究では，認証キーの固定位置精度を検討することで照達成することが可能である．

射位置の許容性に関する検討を行なった．

5.

Fig.8 に認証キーを移動させながら照合を行なった場合の移動距

認証精度評価実験

離と相関値の結果を示す．Fig.8(a)は光軸方向（±z）に移動させた本手法の実用性を示すために認証精度の評価を行なう．本実験で結果，Fig.8(b)は光軸に対して垂直な方向（±y）に移動させた場合は実際に複数の認証キーを作成し，そこからスペックルパターンをの結果である．縦軸に正規化相関係数を示し，横軸に移動距離を示取得し照合を行ない，認証閾値を設定することで FRR と FAR を算している．グラフには中心部分を加工したテンプレートを用いた場出する．認証キーの生成数は 300 サンプルとし，このときの評価限

合と未加工のテンプレートを用いた場合をプロットしている．

界値はそれぞれ，FRR=1%，FAR=0.0067%である．

グラフから，相関値は z 方向に対して緩やかに減少しているのに認証の対象となる認証キーには10mm×10mm×30mmの透明ア

対して，y 方向の移動に対しては急激な減少を示している．中心部分

クリル角柱の内部にクラックを生成したものを用いた．クラックはを除いたテンプレートを用いた場合は，当然ながら位置ずれによる認証キーごとに 1～10 箇所に ID ライターを用いて生成する．生成

相関値の減少がやや顕著である．本実験では，参照光をスポットサ

位置は平均的なクラックの長さが約 90μm であったことから，参照

イズ 16μm まで集光し照射しており，レイリー距離は 333μm とな

光の照射位置を中心に 120μm×120μm の範囲でランダムに決定っている．実験結果から認証閾値を 0.93 とした場合，z 方向はレイしている．ただし，参照光照射位置に確実にクラックが存在するよリー距離程度の±300μm，y 方向はスポットサイズの半分程度，±

うに，20μm×20μm の範囲に最低でも 1 箇所は生成する．深さは10μm の移動で認証が不可能になることから，認証リーダーにはこ

アクリル部材の表面から 1mm の位置とした．生成したクラックはの程度の設置精度が必要である．つまり，あえて３次元ランダム位

固定台の固定側に押し付けられる側面から 11mm，底面から 2mm

相形状の一部のみを利用し集光条件を秘匿することにより，唯一性の近傍の位置を中心としており，本実験ではその位置に参照光が照を高め，認証リーダーそのものの複製を困難にしている．この程度射されめいりょうなスペックパターンが得られるように固定台の位
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

3500
Same
sample2500

Defferent
template

2000

Frequency

Frequency

3000

1500
1000
500
0
0.37

0.47

0.57

0.67

0.77

0.87

0.87

0.97

0.89

0.91

0.93

0.95

0.97

Normalized correlation coefficient

Normalized correlation coefficientFig.9 Distribution of matching experiment result.

22

0.99

置を最初に調整し，その後のこのような位置調整は一切行なわない．
作成した認証キーから ID リーダーによりテンプレートパターンと入力パターンを各一枚ずつ取得し，パターン照合を行なう．そのTable 3 FRR and FAR of each threshold

Threshold

0.92

0.93

0.94

に固定側に沿わせ，その後可動側で軽く押し付けるのみで位置固定

FRR[%]

0

0.33

1.00

を行っている．その後，同じキー同士また異なるキーと同様に固定

FAR[%]

0.016

0.002

0

際，各キーのスペックルをテンプレートとして取得する際には最初し，数百回にわたり照合実験を行った．同一キーならばこの方法で認証が可能である．照合に際しては，認証キーA から取得したテン
プレートパターンと認証キーB から取得した入力パターンの照合と，その逆に認証キーB から取得したテンプレートパターンと認証キー

同様に FRR と FAR を用いて評価した．実験では実際に 300 サンプ
ルの認証キーを作成し，リーダーによる照合実験を行なった．その結果，認証閾値を 0.93 に設定した場合に算出された値が評価限界値

A から取得した入力パターンの照合は，ほぼ同一の結果が得られると考えられる．前述の(2)式においてもこの事は考慮されているため，
本実験においても(2)式に従いどちらか一方の場合において照合を行を下回ったため FRR=1%，FAR=0.0067％以下の精度を持つ認証手法であることが確認された．この値は，現在汎用的に用いられている指紋や静脈による認証と同等程度以上の精度であることから，本なう 13),14)．

手法が実用上，十分汎用的な精度を持つ手法であることが示された．

照合の結果を Fig.9 に示す．このグラフにおいて，縦軸は度数を示

以上により原理的に偽造が不可能な安全性の高い認証手法を提案し，し，横軸は正規化相関係数を示している．破線のプロットは拒否さある程度の現実性をもたせて実現することができた．

れるべき，異なる認証キーから得られたパターン同士の照合の結果本手法で用いる認証キーは所有物と同様に通常の使用のなかで損であり，実線のプロットが認証されるべき同一の認証キーから得ら傷や劣化が発生しうる．本手法は，運用において認証キーの寿命のれえたパターン同士の照合の結果である．このグラフから同一の認範囲で認証を行なうことを想定している．現在までの研究に用いた証キーから得られたサンプル同士の照合結果は 0.92～0.99 の範囲に限り（数ヶ月）認証に支障となるクラックの進展がないということ

局在している．一方で，異なる認証キー同士から得られた照合は 0.37

が顕微鏡観察で明らかになっている．加えて，精度評価実験と同様～0.93 という広い範囲に分布していることがわかる．また，これらの認証実験により正規化相関係数が認証閾値0.93 を超えることも確の二つの分布は互いに重なり合う部分をもち，その部分を拡大した

認された．また，クラックを作り込んで数年間放置をした後のアクものも Fig.9 に示してある．
このような重なりあう部分を持つために認証閾値を設定した場合に本人拒否や他人受容が起きることとなる．
本実験の結果からは認証閾値を 0.92～0.94 に設定することが可能でリルの表面にも大きな変化が見られていないことから，認証キーが自然のうちに短期間で急激に劣化することはないと考えている．長期的な進展に対しては認証を行なうたびにテンプレートパターンをあることがわかる．この範囲に閾値を設定した場合の FRR と FAR

更新するなどの運用上の工夫により認証キーの寿命を実用上，充分を Table 3 に示す．この表から，すべての閾値においておおむね目標とした FRR=1%と FAR=0.01%を達成していることが確認できた．
また，閾値 0.93 において FRR，FAR ともに評価限界値を下回ったに確保することが可能である．
本研究において ID ライターにより透明アクリル部材に生成したクラックは，3 次元的に広がった形状有している．これらのクラック

ことから，本手法は評価限界値以下の精度を持った認証手法である

は光軸方向には 1mm 程度の長さで分布しているため，認証キーにことが確認された．

は少なくとも 2mm 以上の厚さが必要となる．クラックを生成する

6.

際に対象となるアクリルの表面に対して，レーザーを浅い入射角をおわりにもって入射させることでアクリルの深さ方向への伸長を抑制し，認

本論文では，レーザー誘起クラックを用いて偽造に対して極めて証キーに要求される厚さを軽減することができる．以上より，本手高い耐性をもつ認証装置を試作しその性能を評価し，個人認証手法

法はバルク状の認証キーによる鍵としての利用のみならず，ID カーの実用化の可能性を示した．本研究で試作した ID リーダーは，半導ドなどを用いる個人認証を必要とする多くの場面での応用が期待で体レーザーの採用により，450w（幅）×200h（高さ）×200d（奥きる．今後，自動的な認証キーの固定機構，テンプレートパターン

行）mm 程度の比較的小型なリーダーとなった．試作したリーダーの保存方法などの検討と，様々な認証の場面での実地試験を行なう

による性能評価において，認証キーの設置位置精度とそれに関連しことで，現実的で有用な認証手法が確立できるもと考えられる．

た画像処理技法を検討した．その結果，認証キーの設置位置精度は±10μm 程度のまでの許容性を持つことが確認され，機械的固定機

謝辞 本研究の一部は，文部科学省私立大学学術研究高度化推進事

構の設計指針を与えている．また，画像処理は現実的な時間で照合業「私立大学社会連携研究推進事業」(平成 18 年度～平成 22 年度)：

することが要求される．照合領域を限定することで，認証精度を維

研究課題「測位/光神経複合センサノードによるユビキタス・モニタ

持しつつ実用に供しうる程度の 0.62 秒での照合が達成された．本研

リング・ネットワークの開発とその産業応用への展開」の一環とし究では，画像処理には汎用 PC を用いてソフトウェア処理をしていて実施したものである．記して，厚く御礼申し上げます．

るが，この処理をハードウェア化することで，照合時間を更に短縮

また，多大な協力を頂いた，創価大学大学院工学研究科の首藤貴することが可能である．

雄氏，佐々木正孝氏，江島春樹氏に深く感謝申し上げます．

また，試作したリーダーを用いて，生体情報による認証の精度と

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参考文献

渡辺 一弘（正会員）
1976 年 3 月慶應義塾大学工学部電気工学科卒業． 81

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より防衛大学校電気工学教室助手，講師，助教授を経て，CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY, 14-1, 21/30

91 年創価大学工学部助教授．現在，創価大学工学部情報(2004)

システム工学科，教授，工学研究科情報システム専攻教授，

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4) 吉村 ミツ, 吉村 功: 筆者認識研究の現段階と今後の動向, 電子情報通信学

タス空間の開発の研究に従事．計測自動制御学会，レーザ会技術研究報告. PRMU, パターン認識・メディア理解, 96-141, 81/90

ー学会，電気学会，日本ロボット学会，応用物理学会，可(1996)

視化情報学会等の会員．
（工学博士）

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時田 大作（学生会員）
2004 年創価大学工学部情報システム学科卒．2006 年
創価大学大学院工学研究科情報システム学専攻博士前期課程修了．現在，創価大学大学院工学研究科情報システム学専攻博士後期課程在学中．レーザーによる光情報記録に関する研究に従事．レーザー学会会員．

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