JP2016126775A - 生体信号を利用したユーザ認証方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体信号を用いてユーザを正確に認証するユーザ認証方法及び装置を提供する。【解決手段】認証装置は、ユーザの生体信号からユーザの認証のための複数の認証波形を抽出して認証データセットを生成しＳ１１１０、複数の抽出された認証波形のそれぞれを、予め格納された登録データセットに含まれる複数の登録された波形と一対一でマッチングして、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度を演算しＳ１１２０、複数の抽出された認証波形の代表波形を示す代表的な認証波形及び複数の登録された波形の代表波形を示す代表的な登録波形を抽出し、代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を演算しＳ１１３０、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザを認証するＳ１１４０。【選択図】図１１

Description

本発明は、生体信号を利用したユーザ認証方法及び装置に関する。

生体から抽出される様々な信号やデータを活用してこれを各種システムで用いる技術が発展している。特に、生体信号やデータを用いてセキュリティシステムを構築する生体認証技術が脚光を浴びている。生体認証技術とは、ユーザから生体に関する信号やデータを抽出し、これを既に格納されたデータと比較して本人であることを確認してユーザを認証する技術をいう。代表的に、生体認証技術分野のうちの１つとして個人の心電図信号を用いてユーザを認証する技術が開発されている。

生体認証技術は、個人の固有生体信号を用いるため、盗難や紛失の虞がなく、偽造又は変造が難しいため、セキュリティ分野で脚光を浴びている。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、生体信号を用いてユーザを正確に認証するユーザ認証方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による認証装置は、ユーザの生体信号から複数の波形を抽出して認証データセットを生成するデータセット生成部と、抽出された波形のそれぞれをメモリに格納された登録データセットに含まれる複数の登録された波形とをマッチングして前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度を演算する類似度演算部と、前記抽出された波形の代表波形を示す代表的な認証波形（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍ）及び前記登録された波形の代表波形を示す代表的な登録波形（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍ）を抽出して前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を演算する予備類似度演算部（ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｃａｌｃｕｌａｔｏｒ）と、前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度及び前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザを認証する認証部と、を備える。

前記生体信号は、心電図信号を含み得る。
前記メモリは、前記データセット生成部が前記認証データセットを生成する前の登録の間に、ユーザの生体信号から抽出された複数の登録された波形を含む登録データセットを格納し得る。
前記類似度演算部は、前記抽出された波形のそれぞれの特徴及び前記登録された波形のそれぞれの特徴を抽出し、前記抽出された波形のそれぞれの特徴と前記登録された波形のそれぞれの特徴との間の類似度を算出し得る。
前記類似度演算部は、前記抽出された波形及び前記登録された波形のそれぞれを特徴ベクトルに変換し、前記抽出された波形が変換された特徴ベクトルのそれぞれと前記登録された波形が変換された特徴ベクトルのそれぞれとの間の類似度を算出し得る。
前記類似度演算部は、前記抽出された波形及び前記登録された波形のそれぞれの次元を変更して前記抽出された波形及び前記登録された波形のそれぞれを前記特徴ベクトルに変換し得る。
前記類似度演算部は、前記抽出された波形のそれぞれの特徴パラメータ及び前記登録された波形のそれぞれの特徴パラメータを抽出し、前記抽出された波形のそれぞれの特徴パラメータと前記登録された波形のそれぞれの特徴パラメータとの間の類似度を算出し得る。
前記特徴パラメータは、前記抽出された波形又は前記登録された波形のそれぞれのＰＲインターバル（ＰＲ ｉｎｔｅｒｖａｌ）、ＰＲセグメント（ＰＲ ｓｅｇｍｅｎｔ）、ＱＲＳコンプレックス（ＱＲＳ ｃｏｍｐｌｅｘ）、ＳＴセグメント（ＳＴ ｓｅｇｍｅｎｔ）、ＳＴインターバル（ＳＴ ｉｎｔｅｒｖａｌ）、ＱＴインターバル（ＱＴ ｉｎｔｅｒｖａｌ）、ＲＲインターバル（ＲＲ ｉｎｔｅｒｖａｌ）、振幅、又は雑音電力（ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ）のうちの少なくとも１つを含み得る。
前記予備類似度演算部は、前記代表的な認証波形及び前記代表的な登録波形の特徴を抽出し、前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を算出し得る。
前記予備類似度演算部は、前記代表的な認証波形及び前記代表的な登録波形のそれぞれを特徴ベクトルに変換し、前記代表的な認証波形が変換された特徴ベクトルと前記代表的な登録波形が変換された特徴ベクトルとの間の類似度を算出し得る。
前記予備類似度演算部は、前記代表的な認証波形の特徴パラメータ及び前記代表的な登録波形の特徴パラメータを抽出し、前記代表的な認証波形の特徴パラメータと前記代表的な登録波形の特徴パラメータとの間の類似度を算出し得る。
前記認証部は、前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を用いてユーザが前記登録データセットのユーザと一致するか否かを判断し得る。
前記認証部は、前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を正規化し得る。
前記認証部は、前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度の重みを異なるように設定してユーザが前記登録データセットのユーザと一致するか否かを判断し得る。
前記認証部は、分類器に前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を適用して前記抽出された波形と前記登録された波形とが対応するか否かを判断し得る。
前記分類器は、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）又はＮＮ（Ｎｅａｒｅｓｔ Ｎｅｉｇｈｂｏｒ）のうちの少なくとも１つを含み得る。
前記認証装置は、前記認証部でユーザが前記登録データセットのユーザと一致しないと判断された場合、前記データセット生成部、前記類似度演算部、前記予備類似度演算部、及び前記認証部の動作を繰り返し得る。
前記認証部は、前記データセット生成部、前記類似度演算部、前記予備類似度演算部、及び前記認証部の動作を繰り返した反復回数が所定の臨界の反復回数を超過した場合、ユーザが前記登録データセットのユーザと一致しないと認証し得る。

上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による認証装置は、ユーザの生体信号を感知するセンサと、前記生体信号から複数の波形を抽出して認証データセットを生成し、抽出された波形のそれぞれをメモリに格納された複数の登録された波形とマッチングして前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度を演算し、前記抽出された波形の代表波形を示す代表的な認証波形及び前記登録された波形の代表波形を示す代表的な登録波形を抽出して前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を演算し、前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度及び前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザを認証するプロセッサと、を備える。

前記生体信号は、心電図信号を含み得る。
前記プロセッサは、前記抽出された波形のそれぞれの特徴及び前記登録された波形のそれぞれの特徴を抽出し、前記抽出された波形のそれぞれの特徴と前記登録された波形のそれぞれの特徴との間の類似度を算出し得る。
前記プロセッサは、前記代表的な認証波形及び前記代表的な登録波形の特徴を抽出し、前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を算出し得る。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるユーザ認証装置の認証方法は、ユーザの生体信号から複数の波形を抽出して認証データセットを生成するステップと、抽出された波形のそれぞれをメモリに格納された登録データセットに含まれる複数の登録された波形とマッチングして前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度を演算するステップと、前記抽出された波形の代表波形を示す代表的な認証波形及び前記登録された波形の代表波形を示す代表的な登録波形を抽出して前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を演算するステップと、前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度及び前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザを認証するステップと、を有する。

本発明のユーザ認証方法及び装置によれば、複数の認証波形を含む認証データセット又は複数の登録された波形を含む登録データセットの波形のうちの特異性が大きい波形がユーザの認証に及ぼす影響を減少させることで、誤認識率、誤拒否率を減少させることができるため、生体信号を用いてユーザを正確に認証することができる。また、分類器に複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度だけでなく代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を適用することで、誤認識率、誤拒否率を減少させることができる。

（ａ）は一実施形態による認証装置を示すブロック図であり、（ｂ）は心電図信号の一例を説明するための図である。 他の実施形態による認証装置を示すブロック図である。 更に他の実施形態による認証装置を示すブロック図である。 更に他の実施形態による認証装置を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）は一実施形態による認証装置のユーザ認証を説明するための図である。 一実施形態による抽出された波形と登録された波形との間の類似度の演算を説明するための図である。 一実施形態による抽出された波形と登録された波形とのマッチングを説明するための図である。 一実施形態による認証装置の一例を説明するための図である。 他の実施形態による認証装置の一例を説明するための図である。 更に他の実施形態による認証装置の一例を説明するための図である。 一実施形態による認証方法を示す動作フローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面で提示する同一の参照符号は同一の部材を示す。

以下で説明する実施形態は様々な変更が加えられ得る。以下で説明する実施形態は、本実施形態を限定しようとするものではなく、これらに対する全ての変更、均等物ないし代替物を含む。

本実施形態で用いる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いるものであり、本実施形態を限定しようとする意図はない。単数の表現は文脈上明白に異なるものを意味しない限り複数の表現を含む。本明細書で、「含む」又は「有する」などの用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものが存在することを意味するものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれらを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しない。

異なるものとして定義しない限り、技術的又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義されるような用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈され、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されない。

また、図面を参照する説明において、図面符号に関係なく同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、それに対する重複説明は省略する。本実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

図１（ａ）は、一実施形態による認証装置を示すブロック図であり、図１（ｂ）は、心電図信号の一例を説明するための図である。

図１（ａ）を参照すると、認証装置１００は、データセット生成部１１０、類似度演算部１２０、及び認証部１３０を含む。データセット生成部１１０、類似度演算部１２０、及び認証部１３０は、１つ以上のプロセッサ又はメモリを含む。

データセット生成部１１０は、ユーザの生体信号からユーザの認証のための複数の波形を抽出して認証データセットを生成し、メモリに認証データセットを格納する。ここで、生体信号は人体から感知される信号を示すものであって、例えば生体信号は、心電図（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃａｒｄｉｏ Ｇｒａｍ：ＥＣＧ）信号、脳電図（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｅｎｃｅｐｈａｌｏ Ｇｒａｍ：ＥＥＧ）信号、筋電図（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｙｏ Ｇｒａｍ：ＥＭＧ）信号、眼電図（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｏｃｕｌｏ Ｇｒａｍ：ＥＯＧ）を含む。また、生体信号は上記列挙した例示以外の他の生体信号を含み得る。データセット生成部１１０は、センサ（例えば、心電図センサ、脳電図センサ、筋電図センサ、眼電図センサ）から生体信号を受信する。ここで、センサはハードウェアデバイスである。センサは、認証装置１００に含まれるか、或いは認証装置１００以外の外部装置である。また、認証装置１００は、専門医療機器用センサだけでなく、ウェアラブル機器又はモバイル機器に含まれるセンサから生体信号を受信し得る。

以下、説明の便宜のために心電図信号に基づいて本明細書を説明する。勿論、本明細書に用いられる生体信号は、心電図信号に限らず、他の生体信号も用いられる。

一実施形態で、心電図センサは、複数の電極、増幅器、及びデジタルフィルタを含む。複数の電極は、ユーザの肌（例えば、指）に接触してユーザの心電図信号を感知する。増幅器は、複数の電極で感知された心電図信号を増幅する。一実施形態で、増幅器は、アナログフロントエンド（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ：ＡＦＥ）と表現される。デジタルフィルタは、増幅された心電図信号をデジタル信号に変換する。これにより、心電図信号の信号対雑音比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：ＳＮＲ）が向上する。

他の実施形態で、心電図センサは、複数の電極のみを用いてユーザの心電図信号を感知する。

データセット生成部１１０は、心電図信号から認証のための複数の認証波形を抽出する。データセット生成部１１０は、心電図信号を心拍数に基づいて分割して、Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波、及びＵ波を含む波形のセットを抽出する。Ｐ波、ＱＲＳ波、Ｔ波、及びＵ波の一例を図１（ｂ）に示す。また、データセット生成部１１０は、抽出された波形の品質（例えば、ＳＮＲ）を評価し、予め設定された品質値より低い品質の波形を認証波形として抽出しない。

本実施形態におけるデータセット生成部１１０は、複数の抽出された認証波形の主な雑音を除去する前処理過程を行う。例えば、前処理過程で、データセット生成部１１０は、複数の抽出された認証波形から０．５Ｈｚ〜４０Ｈｚの複数の抽出された認証波形のみを抽出する。また、データセット生成部１１０は、複数の抽出された認証波形のＤＣベースラインワンダリング（ＤＣ ｂａｓｅｌｉｎｅ ｗａｎｄｅｒｉｎｇ）、電力雑音（ｐｏｗｅｒ ｎｏｉｓｅ）（例えば、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの周波数帯域の心電図波形）、及びモーションアーチファクト（ｍｏｔｉｏｎ ａｒｔｉｆａｃｔ）のような主な雑音を除去する。

また、データセット生成部１１０は、Ｒピークを基準として複数の抽出された認証波形を整列する。

データセット生成部１１０は、複数の抽出された認証波形を認証データセットに含む。ここで、認証データセットは、ユーザの認証を行うために当該ユーザの認証波形として構成されたセットを意味する。一例として、認証データセットは、プローブセット（ｐｒｏｂｅ ｓｅｔ）と表現される。データセット生成部１１０は、認証データセットに当該ユーザの心電図波形を累積し、ユーザの認証が終了した後、認証データセットを削除する。

また、認証装置１００は、メモリ格納部（図示せず）を含む。メモリ格納部（図示せず）は、登録の間に、予め登録されたユーザの生体信号から抽出された複数の登録された波形を含む登録データセットを予め格納する。ここで、登録データセットは、ユーザの登録を行うために当該ユーザの登録波形として構成されたデータセットを意味する。一実施形態で、認証装置１００は、登録を行おうとするユーザの生体信号を取得し、取得された生体信号からユーザの登録のための複数の波形を抽出して登録データセットを生成する。或いは、認証装置１００は、認証を行う前に認証装置１００に格納されたユーザの生体信号から複数の波形を抽出して登録データセットを生成する。他の実施形態で、認証装置１００は、外部装置から登録データセットを受信する。

類似度演算部１２０は、認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形のそれぞれを、登録データセットに含まれる複数の登録された波形と一対一でマッチングを行い、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度を演算する。即ち、類似度演算部１２０は、認証データセットと登録データセットとをマッチングして複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度を演算する。一例として、認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形がＭ個であり、登録データセットに含まれる複数の登録された波形がＮ個である場合、類似度演算部１２０は、Ｍ×Ｎ回マッチングを行い、Ｍ個の抽出された認証波形のそれぞれとＮ個の登録された波形のそれぞれとの間の類似度を演算する。また、類似度演算部１２０は、Ｍ個の抽出された認証波形のそれぞれとＮ個の登録された波形のそれぞれとの間の類似度を示すＭ×Ｎ個のヒストグラムを生成する。

類似度演算部１２０は、認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形から代表的な認証波形を抽出せず、また登録データセットに含まれる複数の登録された波形から代表的な登録波形を抽出せずに、認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形全体を登録データセットに含まれる複数の登録された波形全体と一対一でマッチングする。これにより、代表的な認証波形又は代表的な登録波形を抽出することで発生する情報の損失が防止され、認証データセット又は登録データセットに含まれる波形のうちの特異性が大きい波形がユーザの認証に及ぼす影響を減少させることができる。例えば、認証データセットに含まれる４つの抽出された波形のうちの１つが多くの雑音を含む場合、４つの抽出された認証波形から抽出された代表的な認証波形は、多くの雑音を含む１つの波形により歪曲されることがある。類似度演算部１２０は、認証データセットに含まれる４つの抽出された認証波形から代表的な認証波形を抽出せずに、４つの認証波形のそれぞれを登録データセットに含まれる複数の登録された波形のそれぞれとマッチングすることで、多くの雑音を含む１つの波形による認証エラーを減少させることができる。

類似度を演算するために、類似度演算部１２０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴及び複数の登録された波形のそれぞれの特徴を抽出する。ここで、特徴は、波形の特性を示すものであって、特徴点とも表現される。本実施形態において、特徴は、特徴ベクトル又は特徴パラメータを含む。また、これに限らず、特徴は、波形の特性を示す全ての構成を含み得る。

本実施形態における類似度演算部１２０は、複数の抽出された認証波形及び複数の登録された波形のそれぞれを特徴ベクトルに変換する。類似度演算部１２０は、複数の抽出された認証波形及び複数の登録された波形のそれぞれの次元を変更して複数の抽出された認証波形及び複数の登録された波形のそれぞれを特徴ベクトルに変換する。例えば、類似度演算部１２０は、ＡＣ／ＤＣＴ（Ａｕｔｏ−ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ／Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ＳＴＦＴ（Ｓｈｏｒｔ Ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ＭＦＣＣ（Ｍｅｌ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｅｐｓｔｒａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、Ｗａｖｅｌｅｔ、ＬＰＣ／ＬＰＣＣ（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｃｏｄｉｎｇ／Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、又はＬＳＰ（Ｌｉｎｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｐａｉｒ）を用いて、複数の抽出された認証波形及び複数の登録された波形のそれぞれを周波数領域に変換する。類似度演算部１２０は、ＰＣＡ（Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）、ＬＤＡ（Ｌｉｎｅａｒ Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）、又はＥＲＥ（Ｅｉｇｅｎｆｅａｔｕｒｅ Ｒｅｇｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）に基づいて周波数領域に変換された複数の抽出された認証波形及び複数の登録された波形のそれぞれの特徴成分を選択して複数の抽出された認証波形及び複数の登録された波形のそれぞれの次元を減少させ、次元が減少した複数の抽出された認証波形及び複数の登録された波形のそれぞれから特徴ベクトルを生成する。

本実施形態における類似度演算部１２０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴パラメータ及び複数の登録された波形のそれぞれの特徴パラメータを抽出する。ここで、特徴パラメータは、心電図波形のＰＲインターバル、ＰＲセグメント、ＱＲＳコンプレックス、ＳＴセグメント、ＳＴインターバル、ＱＴインターバル、ＲＲインターバル、振幅、又は雑音電力のうちの少なくとも１つを含む。

類似度演算部１２０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴と複数の登録された波形のそれぞれの特徴との間の類似度を演算する。一例として、類似度演算部１２０は、関連性（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）、コサイン類似度（ｃｏｓｉｎｅ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ）、ユークリッド距離（Ｅｕｃｌｉｄｅａｎ ｄｉｓｔａｎｃｅ）、Ｌ１ノーム（ｎｏｒｍ）、Ｐ−ノーム、又は平均二乗平方根誤差（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ：ＲＭＳＥ）を用いて、複数の抽出された認証波形が変換された複数の特徴ベクトルのそれぞれと複数の登録された波形が変換された複数の特徴ベクトルのそれぞれとの間の類似度、又は複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴パラメータと複数の登録された波形のそれぞれの特徴パラメータとの間の類似度を抽出する。ここで、関連性又はコサイン類似度は、その値が大きいほど類似度が高く、ユークリッド距離又は平均二乗平方根誤差は、その値が小さいほど類似度が高い。また、その他にも、類似度演算部１２０は、特徴を比較可能な全ての方式を用いて複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴と複数の登録された波形のそれぞれの特徴との間の類似度を抽出し得る。

本実施形態における類似度演算部１２０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴と複数の登録された波形のそれぞれの特徴との間の類似度をヒストグラム、特徴ベクトル、又は値（ｖａｌｕｅ）の形態で示す。

認証部１３０は、類似度を用いてユーザを認証する。認証部１３０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度を用いてユーザが登録データセットのユーザと一致するか否かを判断する。

一実施形態で、認証を行うために、認証部１３０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度を正規化する。ここで、認証部１３０は、ｍｉｎ−ｍａｘ、Ｔａｎｈ−ｅｓｔｉｍａｔｏｒ、又はｚ−ｓｃｏｒｅなどの正規化関数を用いて複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度を正規化する。

認証部１３０は、分類器（図示せず）に複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度を適用して複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形とが対応するか否かを判断する。複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形とが対応すると判断された場合、認証部１３０は、認証データセットのユーザが登録データセットのユーザと一致すると認証し、複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形が対応しないと判断された場合、認証部１３０は、認証データセットのユーザが登録データセットのユーザと一致しないと認証する。

一例として、分類器は、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）又はＮＮ（Ｎｅａｒｅｓｔ Ｎｅｉｇｈｂｏｒ）であり、認証部は、ＳＶＭ又はＮＮに複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度を適用して複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形とが対応するか否かを判断する。

認証部１３０で複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形とが対応しないと判断された場合、認証装置１００は、データセット生成部１１０、類似度演算部１２０、及び認証部１３０の動作を繰り返す。例えば、複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形とが対応しないと判断された場合、データセット生成部１１０は、認証を試みるユーザの心電図信号を再び取得し、再取得された心電図信号から複数の認証波形を抽出して新しい認証データセットを生成する。類似度演算部１２０は、新しい認証データセットに含まれる複数の新しく抽出された認証波形のそれぞれを登録データセットに含まれる複数の登録された波形と一対一でマッチングして複数の新しく抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度を演算し、認証部１３０は、新しく演算された類似度を用いてユーザを認証する。ここで、認証部１３０は、データセット生成部１１０、類似度演算部１２０、及び認証部１３０の動作を繰り返した反復回数が所定の臨界の反復回数を超過した場合、ユーザを登録データセットのユーザと一致しないと認証する。

このようなデータセット生成部１１０、類似度演算部１２０、及び認証部１３０の動作により、認証装置１００は、代表的な認証波形又は代表的な登録波形を抽出することで発生する情報の損失を防止し、認証データセット又は登録データセットに含まれる波形のうちの特異性が大きい波形がユーザの認証に及ぼす影響を減少させることで、誤認識率（Ｆａｌｓｅ Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ Ｒａｔｅ：ＦＡＲ）、誤拒否率（Ｆａｌｓｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｒａｔｅ：ＦＲＲ）を減少させることができる。

図２は、他の実施形態による認証装置を示すブロック図である。

図２を参照すると、認証装置２００は、データセット生成部２１０、類似度演算部２２０、予備類似度演算部２３０、及び認証部２４０を含む。データセット生成部２１０、類似度演算部２２０、予備類似度演算部２３０、及び認証部２４０は、１つ以上のプロセッサ又はメモリを含む。

データセット生成部２１０は、ユーザの生体信号からユーザの認証のための複数の波形を抽出して認証データセットを生成する。

類似度演算部２２０は、認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形のそれぞれを、登録データセットに含まれる複数の登録された波形と一対一でマッチングして、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度を演算する。

データセット生成部２１０及び類似度演算部２２０には、図１（ａ）に示すデータセット生成部１１０及び類似度演算部１２０を説明した内容がそのまま適用されるため、より詳しい説明を省略する。

予備類似度演算部２３０は、認証データセットの代表的な認証波形及び登録データセットの代表的な登録波形の特徴を抽出し、代表的な認証波形の特徴と代表的な登録波形の特徴との間の類似性を示す類似度を抽出する。ここで、代表的な認証波形は認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形の代表波形を示し、代表的な登録波形は登録データセットに含まれる複数の登録された波形の代表波形を示す。一例として、予備類似度演算部２３０は、複数の抽出された認証波形の平均値を演算して代表的な認証波形を生成し、複数の登録された波形の平均値を演算して代表的な登録波形を生成する。或いは、これに限らず、予備類似度演算部２３０は、他の統計的方法を用いて代表的な認証波形及び代表的な登録波形を抽出し得る。

予備類似度演算部２３０は、代表的な認証波形及び代表的な登録波形の特徴を抽出する。

本実施形態における予備類似度演算部２３０は、代表的な認証波形及び代表的な登録波形を特徴ベクトルに変換する。予備類似度演算部２３０は、代表的な認証波形及び代表的な登録波形の次元を変更して代表的な認証波形及び代表的な登録波形を特徴ベクトルに変換する。例えば、予備類似度演算部２３０は、ＡＣ／ＤＣＴ、ＳＴＦＴ、ＭＦＣＣ、Ｗａｖｅｌｅｔ、ＬＰＣ／ＬＰＣＣ、又はＬＳＰを用いて、代表的な認証波形及び代表的な登録波形を周波数領域に変換する。予備類似度演算部２３０は、ＰＣＡ、ＬＤＡ、又はＥＲＥに基づいて周波数領域に変換された代表的な認証波形及び代表的な登録波形の特徴成分を選択して代表的な認証波形及び代表的な登録波形の次元を減少させ、次元が減少した代表的な認証波形及び代表的な登録波形から特徴ベクトルを生成する。

本実施形態における予備類似度演算部２３０は、代表的な認証波形及び代表的な登録波形の特徴パラメータを抽出する。例えば、予備類似度演算部２３０は、代表的な認証波形及び代表的な登録波形のＰＲインターバル、ＰＲセグメント、ＱＲＳコンプレックス、ＳＴセグメント、ＳＴインターバル、ＱＴインターバル、ＲＲインターバル、振幅、又は雑音電力のうちの少なくとも１つを特徴パラメータとして抽出する。

予備類似度演算部２３０は、代表的な認証波形の特徴と代表的な登録波形の特徴との間の類似度を演算する。例えば、予備類似度演算部２３０は、関連性、コサイン類似度、ユークリッド距離、Ｌ１ノーム、Ｐ−ノーム、又は平均二乗平方根誤差を用いて、代表的な認証波形が変換された特徴ベクトルと代表的な登録波形が変換された特徴ベクトルとの間の類似度、又は代表的な認証波形の特徴パラメータと代表的な登録波形の特徴パラメータとの間の類似度を抽出する。また、その他にも、予備類似度演算部２３０は、特徴を比較可能な全ての方式を用いて代表的な認証波形の特徴と代表的な登録波形の特徴との間の類似度を抽出し得る。

本実施形態における予備類似度演算部２３０は、代表的な認証波形の特徴と代表的な登録波形の特徴との間の類似度をヒストグラム、特徴ベクトル、又は値の形態で示す。

認証部２４０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザが登録データセットのユーザと一致するか否かを判断する。

一実施形態で、認証を行うために、認証部２４０は、ｍｉｎ−ｍａｘ、Ｔａｎｈ−ｅｓｔｉｍａｔｏｒ、又はｚ−ｓｃｏｒｅなどの正規化関数を用いて複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を正規化する。

また、認証部２４０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度の重みを異なるように設定してユーザの認証を行う。例えば、認証部２４０は、重みを予め設定し、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を比較して重みを設定する。一例として、認証部２４０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度の平均及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度のうちの値が高い類似度に相対的に高い重みを付与し、値が低い類似度に相対的に低い重みを付与する。

本実施形態における認証部２４０は、分類器に複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を適用して複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形が対応するか否かを判断する。一例として、分類器はＳＶＭ又はＮＮである。複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形とが対応すると判断された場合、認証部２４０は、認証データセットのユーザが登録データセットのユーザと一致すると認証し、複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形とが対応しないと判断された場合、認証部２４０は、認証データセットのユーザが登録データセットのユーザと一致しないと認証する。ユーザの認証に複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度だけでなく、代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を共に分類器に適用することで、誤認識率、誤拒否率を減少させることができる。

認証部２４０で複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形とが対応しないと判断された場合、認証装置２００は、データセット生成部２１０、類似度演算部２２０、予備類似度演算部２３０、及び認証部２４０の動作を繰り返す。この場合、認証部２４０は、データセット生成部２１０、類似度演算部２２０、予備類似度演算部２３０、及び認証部２４０の動作を繰り返した反復回数が所定の臨界の反復回数を超過した場合、ユーザが登録データセットのユーザと一致しないと認証する。

図３及び図４は、更に他の実施形態による認証装置を示すブロック図である。

図３を参照すると、認証装置３００は、第１特徴抽出部３１０、第２特徴抽出部３２０、予備特徴抽出部３３０、マッチング部３４０、及び認証部３５０を含む。第１特徴抽出部３１０、第２特徴抽出部３２０、予備特徴抽出部３３０、マッチング部３４０、及び認証部３５０は、１つ以上のプロセッサ又はメモリを含む。

本実施形態における認証装置３００は、動作モードに従って動作する。動作モードは登録モード及び認証モードを含む。登録モードで、認証装置３００は、登録を行うユーザを示す登録ユーザの生体信号を登録する動作を行い、認証モードで、認証装置３００は、認証を行うユーザを示す認証ユーザの生体信号を用いてユーザを認証する動作を行う。

以下、認証モードで動作する認証装置３００を説明する。

第１特徴抽出部３１０は、登録されたユーザの心電図信号から抽出された複数の登録された波形の特徴を抽出する。第１特徴抽出部３１０は、登録モードで取得した登録されたユーザの心電図信号から複数の登録された波形を抽出する。第１特徴抽出部３１０は、心電図信号を心拍数に基づいて分割してＰ波、ＱＲＳ波、Ｔ波、及びＵ波を１つの登録された波形から抽出する。第１特徴抽出部３１０は、複数の抽出された登録された波形を登録データセットに含む。

また、第１特徴抽出部３１０は、複数の登録された波形のそれぞれの特徴を抽出する。一例として、第１特徴抽出部３１０は、複数の登録された波形のそれぞれの特徴ベクトル又は特徴パラメータを抽出する。

第２特徴抽出部３２０は、認証ユーザの心電図信号から抽出された複数の認証波形の特徴を抽出する。第２特徴抽出部３２０は、認証モードで取得した認証ユーザの心電図信号から複数の認証波形を抽出する。第２特徴抽出部３２０は、心電図信号を心拍数に基づいて分割してＰ波、ＱＲＳ波、Ｔ波、及びＵ波を１つの登録された波形から抽出する。第２特徴抽出部３２０は、複数の抽出された認証波形を認証データセットに含む。

また、第２特徴抽出部３２０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴（例えば、特徴ベクトル又は特徴パラメータ）を抽出する。

図３に示す例で、第１特徴抽出部３１０と第２特徴抽出部３２０は、分離したものとして表現したが、第１特徴抽出部３１０と第２特徴抽出部３２０は、分離したユニットであるか又は１つのユニットである。

マッチング部３４０は、複数の登録された波形のそれぞれの特徴を複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴と一対一でマッチングして、複数の登録された波形のそれぞれの特徴と複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴との間の類似度を演算する。複数の抽出された認証波形がＭ個であり、登録データセットに含まれる複数の登録された波形がＮ個である場合、マッチング部３４０は、Ｍ×Ｎ回マッチングを行い、Ｍ×Ｎ個の類似度を演算する。

一例として、マッチング部３４０は、関連性、コサイン類似度、ユークリッド距離、Ｌ１ノーム、Ｐ−ノーム、又は平均二乗平方根誤差を用いて、複数の抽出された認証波形が変換された複数の特徴ベクトルのそれぞれと複数の登録された波形が変換された複数の特徴ベクトルのそれぞれとの間の類似度、又は複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴パラメータと複数の登録された波形のそれぞれの特徴パラメータとの間の類似度を抽出する。

予備特徴抽出部３３０は、登録データセットに含まれる複数の登録された波形のうちの代表的な登録波形及び認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形のうちの代表的な認証波形の特徴を抽出して、代表的な登録波形の特徴と代表的な認証波形の特徴との間の類似度を抽出する。一実施形態で、登録データセットに含まれる複数の登録された波形の平均値を演算して代表的な登録波形を抽出し、認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形の平均値を演算して代表的な認証波形を抽出する。予備特徴抽出部３３０は、代表的な登録波形の特徴（例えば、特徴ベクトル又は特徴パラメータ）及び代表的な認証波形の特徴を抽出する。

また、予備特徴抽出部３３０は、代表的な登録波形の特徴と代表的な認証波形の特徴との間の類似度を演算する。登録データセットで代表的な登録波形は１つであり、認証データセットで代表的な認証波形は１つであるため、予備特徴抽出部３３０は、１つの類似度を演算する。一例として、マッチング部は、関連性、コサイン類似度、ユークリッド距離、Ｌ１ノーム、Ｐ−ノーム、又は平均二乗平方根誤差を用いて代表的な登録波形の特徴ベクトルと代表的な認証波形の特徴ベクトルとの間の類似度、又は代表的な登録波形の特徴パラメータと代表的な認証波形の特徴パラメータとの間の類似度を抽出する。

認証部３５０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザが登録データセットのユーザと一致するか否かを判断する。

本実施形態における認証部３５０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を正規化し、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度の重みを異なるように設定する。

認証部３５０は、分類器（例えば、ＳＶＭ、ＮＮ）に複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を適用して複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形が対応するか否かを判断する。

複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形が対応すると判断された場合、認証部３５０は、認証データセットのユーザが登録データセットのユーザと一致すると認証し、複数の抽出された認証波形と複数の登録された波形が対応しないと判断された場合、認証部３５０は、認証データセットのユーザが登録データセットのユーザと一致しないと認証する。

他の実施形態において、認証部３５０は、分類器に複数の登録された波形のそれぞれと複数の抽出された認証波形のそれぞれとの間の類似度を適用した後に代表的な登録波形と代表的な認証波形との間の類似度を適用し、分類器に代表的な登録波形と代表的な認証波形との間の類似度を適用した後に複数の登録された波形のそれぞれと複数の抽出された認証波形のそれぞれとの間の類似度を適用する。例えば、認証部３５０は、分類器に複数の登録された波形のそれぞれと複数の抽出された認証波形のそれぞれとの間の類似度を適用して複数の登録波形と複数の認証波形とが対応するか否かを判断し、複数の登録波形と複数の認証波形とが対応すると判断された場合、分類器に代表的な登録波形と代表的な認証波形との間の類似度を適用して代表的な登録波形と代表的な認証波形とが対応するか否かを判断する。ここで、分類器に複数の登録された波形のそれぞれと複数の抽出された認証波形のそれぞれとの間の類似度を適用して複数の登録された波形と複数の抽出された認証波形とが対応しないと判断された場合、認証部３５０は、ユーザが登録データセットのユーザと一致しないと認証する。

他の例として、認証部３５０は、分類器に代表的な登録波形と代表的な認証波形との間の類似度を適用して代表的な登録波形と代表的な認証波形とが対応するか否かを判断し、代表的な登録波形と代表的な認証波形とが対応すると判断された場合、認証部３５０は、分類器に複数の登録された波形のそれぞれと複数の抽出された認証波形のそれぞれとの間の類似度を適用して複数の登録された波形と複数の抽出された認証波形とが対応するか否かを判断する。複数の登録された波形と複数の抽出された認証波形とが対応すると判断された場合、認証部３５０は、ユーザが登録データセットのユーザと一致すると認証する。

ユーザの認証に、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形のそれぞれとの間の類似度だけでなく、代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を共にユーザの認証に利用することで、誤認識率又は誤拒否率を減少させることができる。

図４を参照すると、認証装置４００は、センサ４１０、メモリ４２０、プロセッサ４３０、及びディスプレイ４４０を含む。センサ４１０、メモリ４２０、プロセッサ４３０、及びディスプレイ４４０のそれぞれは、１つ以上のハードウェアコンポーネントを含む。

センサ４１０は、心電図センサ、脳電図センサ、筋電図センサ、及び／又は眼電図センサを含む。また、センサ４１０は、人体から感知される信号を抽出可能な異なるセンサを含み得る。センサ４１０が心電図センサを含む場合、心電図センサは、第１電極、第２電極、及び第３電極を用いてユーザの心電図波形を測定する。本実施形態における心電図センサは、第１電極〜第３電極、増幅器、及びデジタル変換器を含む。第１電極〜第３電極は、ユーザの皮膚に接触してユーザの心電図信号を測定する。増幅器は、第１電極〜第３電極で測定された心電図信号を増幅する。デジタル変換器は、増幅された心電図信号をデジタル信号に変換して心電図波形を抽出する。

メモリ４２０は、予め登録されたユーザの生体信号から抽出された複数の登録された波形を含む登録データセットを予め格納する。

プロセッサ４３０は、生体信号からユーザの認証のための複数の認証波形を抽出して認証データセットを生成し、複数の抽出された認証波形のそれぞれを、予め格納された登録データセットに含まれる複数の登録された波形と一対一でマッチングして、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度を演算する。

本実施形態におけるプロセッサ４３０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴及び複数の登録された波形のそれぞれの特徴を抽出し、複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴と複数の登録された波形のそれぞれの特徴との間の類似度を演算する。また、プロセッサ４３０は、複数の抽出された認証波形の代表波形を示す代表的な認証波形及び複数の登録された波形の代表波形を示す代表的な登録波形の特徴を抽出し、代表的な認証波形の特徴と代表的な登録波形の特徴との間の類似度を演算する。

プロセッサ４３０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれの特徴と複数の登録された波形のそれぞれの特徴との間の類似度又は代表的な認証波形の特徴と代表的な登録波形の特徴との間の類似度のうちの少なくとも１つを用いてユーザを認証する。

また、プロセッサ４３０は、ディスプレイ４４０によって、ユーザの認証に関する情報を表示する。例えば、プロセッサ４３０は、ディスプレイ４４０によって、ユーザの生体信号に関する情報、抽出された認証波形に関する情報、登録された波形に関する情報、又はユーザの認証結果に関する情報を表示する。

プロセッサ４３０には、図１に示すデータセット生成部１１０、類似度演算部１２０、認証部１３０、図２に示すデータセット生成部２１０、類似度演算部２２０、予備類似度演算部２３０、認証部２４０、図３に示す第１特徴抽出部３１０、第２特徴抽出部３２０、予備特徴抽出部３３０、マッチング部３４０、及び認証部３５０によって説明した内容がそのまま適用されるため、より詳しい説明を省略する。

図５（ａ）及び（ｂ）は、一実施形態による認証装置のユーザ認証を説明するための図である。

図５を参照すると、図５（ａ）及び（ｂ）は、認証を行うユーザの心電図信号から抽出された心電図波形を示す。図５（ａ）及び（ｂ）の横軸は時間を示し、縦軸は心電図波形の大きさを示す。

図５（ａ）は、ユーザの呼吸が安定した場合の心電図波形を示す。認証装置は、図５（ａ）の心電図波形を心拍数に基づいて分割して心電図波形５１１〜５１９のそれぞれを抽出し、心電図波形５１１〜５１９のそれぞれをメモリに格納された認証データセットに格納する。認証装置は、心電図波形５１１〜５１９のそれぞれをメモリに予め格納された登録データセットに含まれる複数の心電図波形と一対一でマッチングして、心電図波形５１１〜５１９のそれぞれと登録データセットに含まれる複数の心電図波形との間の類似度を演算し、類似度を用いてユーザを認証する。

図５（ｂ）は、ユーザの呼吸が安定した後に不安定になる場合の心電図波形を示す。区間５２０でユーザの呼吸は安定し、区間５３０でユーザの呼吸は不安定である。

認証装置は、図５（ｂ）の心電図波形を心拍数に基づいて分割して心電図波形５４１〜５４９を抽出する。ユーザの呼吸が安定することにより心電図波形５４１〜５４６の偏差は比較的小さいが、ユーザの呼吸が不安定になることにより心電図波形５４７〜５４９の偏差は比較的大きくなる。認証装置は、心電図波形５４１〜５４９のそれぞれを認証データセットに格納する。認証装置は、心電図波形５４１〜５４９を用いてユーザを認証する。ここで、認証装置が心電図波形５４１〜５４９から代表的な心電図波形を抽出した後、代表的な心電図波形のみを用いてユーザの認証を行うと、他の心電図波形５４１〜５４６との偏差が大きい心電図波形５４７〜５４９によって代表的な心電図波形が歪曲され、これにより、誤認識率又は誤拒否率が増加する。従って、誤認識率又は誤拒否率を減少させるために、認証装置は、心電図波形５４１〜５４９のそれぞれを予め格納された登録データセットに含まれる複数の心電図波形と一対一でマッチングして、心電図波形５４１〜５４９のそれぞれと登録データセットに含まれる複数の心電図波形との間の類似度を演算し、類似度を用いてユーザを認証する。

図６は、一実施形態による抽出された認証波形と登録された波形との間の類似度の演算を説明するための図である。

図６を参照すると、心電図波形６１０は、登録データセットに含まれる登録された波形を示し、心電図波形６５０は、認証データセットに含まれる抽出された認証波形を示す。

認証装置は、登録された波形６１０を周波数領域に変換する。一例として、認証装置は、ＳＴＦＴを用いて登録された波形６１０を周波数領域に変換する。また、認証装置は、周波数領域に変換された登録された波形６２０の次元を減少させて特徴ベクトルを生成する。一例として、認証装置は、ＬＤＡを用いて周波数領域に変換された登録された波形６２０で特徴成分６３１、６３２、６３３、６３４、６３５を選択して周波数領域に変換された登録された波形６２０の次元を減少させ、次元が減少した登録された波形６３０から特徴ベクトル６８１を取得する。

また、認証装置は、抽出された認証波形６５０を周波数領域に変換する。一例として、認証装置は、ＳＴＦＴを用いて抽出された認証波形６５０を周波数領域に変換する。また、認証装置は、ＬＤＡを用いて周波数領域に変換された抽出された認証波形６６０で特徴成分６７１、６７２、６７３、６７４、６７５を選択して周波数領域に変換された抽出された認証波形６６０の次元を減少させ、次元が減少した抽出された認証波形６７０から特徴ベクトル６８２を取得する。

認証装置は、登録された波形６１０から取得された特徴ベクトル６８１と抽出された認証波形６５０から取得された特徴ベクトル６８２との間の類似度を演算する。例えば、認証装置は、コサイン類似度を用いて特徴ベクトル６８１と特徴ベクトル６８２との間の類似度６８３を演算する。

図７は、一実施形態による抽出された認証波形と登録された波形とのマッチングを説明するための図である。

図７を参照すると、認証装置は、認証データセット７１０に含まれる３つの抽出された認証波形７１１、７１２、７１３のそれぞれと登録データセット７２０に含まれる４つの登録された波形７２１、７２２、７２３、７２４のそれぞれとを一対一でマッチングして１２回マッチングを行う。図７で、抽出された認証波形７１１、７１２、７１３及び登録された波形７２１、７２２、７２３、７２４は、特徴ベクトル又は特徴パラメータを示す。マッチングにより、認証装置は、抽出された認証波形７１１、７１２、７１３のそれぞれと登録された波形７２１、７２２、７２３、７２４のそれぞれとの間の類似度を演算する。例えば、抽出された認証波形７１１の場合、認証装置は、抽出された認証波形７１１と登録された波形７２１との間の類似度、抽出された認証波形７１１と登録された波形７２２との間の類似度、抽出された認証波形７１１と登録された波形７２３との間の類似度、及び抽出された認証波形７１１と登録された波形７２４との間の類似度を演算する。

本実施形態における認証装置は、関連性、コサイン類似度、ユークリッド距離、Ｌ１ノーム、Ｐ−ノーム、又は平均二乗平方根誤差を用いて、抽出された認証波形７１１、７１２、７１３のそれぞれと登録された波形７２１、７２２、７２３、７２４のそれぞれとの間の類似度を演算する。

図８は、一実施形態による認証装置の一例を説明するための図である。

図８を参照すると、モバイル端末８１０は、心電図信号をセンシングするための陽極電極８２１、リファレンス電極８２２、及び陰極電極８３０を含む。本実施形態における陽極電極８２１及びリファレンス電極８２２は、モバイル端末８１０の側面に位置し、陰極電極８３０は、モバイル端末８１０の下段に位置する。

ユーザが複数の電極（８２１、８２２、８３０）に指を接触すると、モバイル端末８１０は、心電図信号をセンシングする。モバイル端末８１０は、心電図信号を、増幅器を用いて増幅し、デジタルフィルタを用いてデジタル信号に変換する。モバイル端末８１０は、変換されたデジタル信号から心電図波形を抽出する。

心電図波形が登録される場合、登録の間に、モバイル端末８１０は、複数の電極（８２１、８２２、８３０）を用いてユーザの心電図信号を取得し、取得された心電図信号を心拍数に基づいて分割して登録のための複数の波形を抽出する。モバイル端末８１０は、抽出された波形を登録データセットに含む。モバイル端末８１０は、登録データセットをメモリに格納する。

ユーザが認証を行う場合、モバイル端末８１０は、複数の電極（８２１、８２２、８３０）を用いてユーザの心電図信号を取得し、取得された心電図信号を心拍数に基づいて分割して複数の認証波形を抽出する。モバイル端末８１０は、複数の抽出された認証波形を認証データセットに含む。モバイル端末８１０は、認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形のそれぞれを登録データセットに含まれる複数の登録された波形と一対一でマッチングして複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度を演算する。また、モバイル端末８１０は、複数の抽出された認証波形から代表的な認証波形を抽出し、複数の登録された波形から代表的な登録波形を抽出し、代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を演算する。モバイル端末８１０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を用いて、認証を行うユーザが予め登録されたユーザと一致するか否かを認証する。

図９は、他の実施形態による認証装置の一例を説明するための図である。

図９を参照すると、ウェアラブル端末９１０は、心電図信号をセンシングするための陽極電極９２１、リファレンス電極９２２、及び陰極電極９３１を含む。一実施形態で、陽極電極９２１及びリファレンス電極９２２は、ウェアラブル端末９１０の後面に位置し、陰極電極９３１は、ウェアラブル端末９９の前面に位置する。

図８に示すモバイル端末８１０と同様に、ウェアラブル端末９１０は、複数の電極（９２１、９２２、９３１）を用いてユーザの心電図信号を取得し、心電図信号から心電図波形を抽出して、抽出された心電図波形をフィルタリングする。また、ウェアラブル端末９１０は、図８に示すモバイル端末８１０と同一の動作を行い、ユーザの心電図波形を予め登録するか、又は認証を行うユーザが予め登録されたユーザと一致するか否かを認証する。

図１０は、更に他の実施形態による認証装置の一例を説明するための図である。図１０の認証装置は、モバイル端末である。

図１０を参照すると、モバイル端末１０１０は、心電図信号をセンシングするための陽極電極１０２１、リファレンス電極１０２２、及び陰極電極１０３０を含む。本実施形態における陽極電極１０２１及びリファレンス電極１０２２は、モバイル端末１０１０の側面に位置し、陰極電極１０３０は、モバイル端末１０１０の下段に位置する。

モバイル端末１０１０は、複数の電極（１０２１、１０２２、１０３０）を用いてユーザの心電図信号を取得し、取得された心電図信号を心拍数に基づいて分割して複数の認証波形を抽出する。モバイル端末１０１０は、複数の抽出された認証波形を認証データセットに含む。

本実施形態におけるモバイル端末１０１０は、通信インターフェースによって、サーバ１０４０から登録データセットに関する情報を受信する。ここで、通信インターフェースは、ＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ）、ＷｉＦｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）Ｄｉｒｅｃｔ、ＤＬＮＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｖｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｉａｎｃｅ）、Ｗｉｂｒｏ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｂｒｏａｄｂａｎｄ）、Ｗｉｍａｘ（Ｗｏｒｌｄ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＨＳＤＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｄｏｗｎｌｉｎｋ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｓｓ）などの無線インターネットインターフェースと、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、赤外線通信（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄａｔａ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＩｒＤＡ）、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）などの近距離通信インターフェースを含む。それだけでなく、通信インターフェースは、サーバ１０４０と通信を行うことが可能な全てのインターフェース（例えば、有線インターフェース）を含み得る。

モバイル端末１０１０は、認証データセットに含まれる複数の抽出された認証波形のそれぞれを登録データセットに含まれる複数の登録された波形と一対一でマッチングして複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度を演算する。また、モバイル端末１０１０は、複数の抽出された認証波形から代表的な認証波形を抽出し、複数の登録された波形から代表的な登録波形を抽出し、代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を演算する。モバイル端末１０１０は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を用いて、認証を行うユーザが予め登録されたユーザと一致するか否かを認証する。

モバイル端末１０１０は、通信インターフェースによって、ユーザの心電図信号に関する情報、抽出された認証波形に関する情報、又はユーザの認証結果に関する情報をサーバ１０４０に送信する。本実施形態におけるサーバ１０４０は、モバイル端末１０１０から受信した認証結果に関する情報を用いてユーザのサーバ１０４０に対するアクセスを許容する。

図１１は、一実施形態による認証方法を示す動作フローチャートである。

図１１を参照すると、認証装置は、ユーザの生体信号からユーザの認証のための複数の認証波形を抽出して認証データセットを生成する（ステップＳ１１１０）。

次に、認証装置は、複数の抽出された認証波形のそれぞれを、予め格納された登録データセットに含まれる複数の登録された波形と一対一でマッチングして、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度を演算する（ステップＳ１１２０）。

次に、認証装置は、複数の抽出された認証波形の代表波形を示す代表的な認証波形及び複数の登録された波形の代表波形を示す代表的な登録波形を抽出し、代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を演算する（ステップＳ１１３０）。

最後に、認証装置は、複数の抽出された認証波形のそれぞれと複数の登録された波形との間の類似度及び代表的な認証波形と代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザを認証する（ステップＳ１１４０）。

図１１に示した一実施形態による認証方法には、図１〜図１０を参照して説明した内容がそのまま適用されるため、より詳細な説明を省略する。

上述した装置は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組み合わせで具現させる。例えば、本実施形態で説明した装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、或いは命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる全ての装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて具現される。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びオペレーティングシステム上で行われる１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、処理装置は１つ使用されるものと説明する場合もあるが、当該技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）又は複数類型の処理要素を含むことが分かる。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は１つのプロセッサ及び１つのコントローラを含む。また、並列プロセッサ（ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）も可能である。

ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）、又はこれらのうちの１つ以上の組み合わせを含み、希望通りに動作するように処理装置を構成して独立的若しくは結合的に（ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅｌｙ）処理装置に命令する。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈されるか又は処理装置に命令若しくはデータを提供するために全ての類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、或いは送信される信号波（ｓｉｇｎａｌ ｗａｖｅ）によって永久的又は一時的に具現化される。ソフトウェアは、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上に分散され、分散された方法で格納されるか又は実行される。ソフトウェア及びデータは、１つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納される。

本実施形態による方法は、多様なコンピュータ手段を介して実行されるプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせて含む。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本実施形態のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェアの当業者に公知されて使用されるものでもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）・光ディスクのような光磁器媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードが含まれる。ハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして動作するように構成されてもよく、その逆も同様である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１００、２００、３００、４００ 認証装置
１１０、２１０ データセット生成部
１２０、２２０ 類似度演算部
１３０、２４０、３５０ 認証部
２３０ 予備類似度演算部
３１０ 第１特徴抽出部
３２０ 第２特徴抽出部
３３０ 予備特徴抽出部
３４０ マッチング部
４１０ センサ
４２０ メモリ
４３０ プロセッサ
４４０ ディスプレイ
５１１〜５１９、５４１〜５４９ 心電図波形
５２０、５３０ 区間
６１０、６２０、６３０、７２１〜７２４ 登録された波形
６５０、６６０、７１１〜７１３ 抽出された認証波形
６３１〜６３５、６７１〜６７５ 特徴成分
６８１、６８２ 特徴ベクトル
７１０ 認証データセット
７２０ 登録データセット
８１０、１０１０ モバイル端末
８２１、９２１、１０２１ 陽極電極
８２２、９２２、１０２２ リファレンス電極
８３０、９３１、１０３０ 陰極電極
９１０ ウェアラブル端末
１０４０ サーバ

Claims (23)

1. ユーザの生体信号から複数の波形を抽出して認証データセットを生成するデータセット生成部と、
   抽出された波形のそれぞれをメモリに格納された登録データセットに含まれる複数の登録された波形とマッチングして前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度を演算する類似度演算部と、
   前記抽出された波形の代表波形を示す代表的な認証波形及び前記登録された波形の代表波形を示す代表的な登録波形を抽出して前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を演算する予備類似度演算部と、
   前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度及び前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザを認証する認証部と、を備えることを特徴とする認証装置。
2. 前記メモリは、前記データセット生成部が前記認証データセットを生成する前の登録の間に、ユーザの生体信号から抽出された複数の登録された波形を含む登録データセットを格納することを特徴とする請求項１に記載の認証装置。
3. 前記類似度演算部は、
   前記抽出された波形のそれぞれの特徴及び前記登録された波形のそれぞれの特徴を抽出し、
   前記抽出された波形のそれぞれの特徴と前記登録された波形のそれぞれの特徴との間の類似度を算出することを特徴とする請求項１に記載の認証装置。
4. 前記類似度演算部は、
   前記抽出された波形及び前記登録された波形のそれぞれを特徴ベクトルに変換し、
   前記抽出された波形が変換された特徴ベクトルのそれぞれと前記登録された波形が変換された特徴ベクトルのそれぞれとの間の類似度を算出することを特徴とする請求項３に記載の認証装置。
5. 前記類似度演算部は、前記抽出された波形及び前記登録された波形のそれぞれの次元を変更して前記抽出された波形及び前記登録された波形のそれぞれを前記特徴ベクトルに変換することを特徴とする請求項４に記載の認証装置。
6. 前記類似度演算部は、
   前記抽出された波形のそれぞれの特徴パラメータ及び前記登録された波形のそれぞれの特徴パラメータを抽出し、
   前記抽出された波形のそれぞれの特徴パラメータと前記登録された波形のそれぞれの特徴パラメータとの間の類似度を算出することを特徴とする請求項３に記載の認証装置。
7. 前記特徴パラメータは、前記抽出された波形又は前記登録された波形のそれぞれのＰＲインターバル、ＰＲセグメント、ＱＲＳコンプレックス、ＳＴセグメント、ＳＴインターバル、ＱＴインターバル、ＲＲインターバル、振幅、又は雑音電力のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の認証装置。
8. 前記予備類似度演算部は、
   前記代表的な認証波形及び前記代表的な登録波形の特徴を抽出し、
   前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を算出することを特徴とする請求項１に記載の認証装置。
9. 前記予備類似度演算部は、
   前記代表的な認証波形及び前記代表的な登録波形のそれぞれを特徴ベクトルに変換し、
   前記代表的な認証波形が変換された特徴ベクトルと前記代表的な登録波形が変換された特徴ベクトルとの間の類似度を算出することを特徴とする請求項８に記載の認証装置。
10. 前記予備類似度演算部は、
    前記代表的な認証波形の特徴パラメータ及び前記代表的な登録波形の特徴パラメータを抽出し、
    前記代表的な認証波形の特徴パラメータと前記代表的な登録波形の特徴パラメータとの間の類似度を算出することを特徴とする請求項８に記載の認証装置。
11. 前記認証部は、前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を用いてユーザが前記登録データセットのユーザと一致するか否かを判断することを特徴とする請求項８に記載の認証装置。
12. 前記認証部は、前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を正規化することを特徴とする請求項１１に記載の認証装置。
13. 前記認証部は、前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度の重みを異なるように設定してユーザが前記登録データセットのユーザと一致するか否かを判断することを特徴とする請求項１１に記載の認証装置。
14. 前記認証部は、分類器に前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形のそれぞれとの間の類似度及び前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を適用して前記抽出された波形と前記登録された波形とが対応するか否かを判断することを特徴とする請求項１１に記載の認証装置。
15. 前記分類器は、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）又はＮＮ（Ｎｅａｒｅｓｔ Ｎｅｉｇｈｂｏｒ）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１４に記載の認証装置。
16. 前記認証部でユーザが前記登録データセットのユーザと一致しないと判断された場合、前記データセット生成部、前記類似度演算部、前記予備類似度演算部、及び前記認証部の動作を繰り返すことを特徴とする請求項１１に記載の認証装置。
17. 前記認証部は、前記データセット生成部、前記類似度演算部、前記予備類似度演算部、及び前記認証部の動作を繰り返した反復回数が所定の臨界の反復回数を超過した場合、ユーザが前記登録データセットのユーザと一致しないと認証することを特徴とする請求項１６に記載の認証装置。
18. ユーザの生体信号を感知するセンサと、
    前記生体信号から複数の波形を抽出して認証データセットを生成し、
    抽出された波形のそれぞれをメモリに格納された複数の登録された波形とマッチングして前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度を演算し、
    前記抽出された波形の代表波形を示す代表的な認証波形及び前記登録された波形の代表波形を示す代表的な登録波形を抽出して前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を演算し、
    前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度及び前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザを認証するプロセッサと、を備えることを特徴とする認証装置。
19. 前記生体信号は、心電図信号を含むことを特徴とする請求項１又は１８に記載の認証装置。
20. 前記プロセッサは、
    前記抽出された波形のそれぞれの特徴及び前記登録された波形のそれぞれの特徴を抽出し、
    前記抽出された波形のそれぞれの特徴と前記登録された波形のそれぞれの特徴との間の類似度を算出することを特徴とする請求項１８に記載の認証装置。
21. 前記プロセッサは、
    前記代表的な認証波形及び前記代表的な登録波形の特徴を抽出し、
    前記代表的な認証波形の特徴と前記代表的な登録波形の特徴との間の類似度を算出することを特徴とする請求項１８に記載の認証装置。
22. ユーザ認証装置の認証方法であって、
    ユーザの生体信号から複数の波形を抽出して認証データセットを生成するステップと、
    抽出された波形のそれぞれをメモリに格納された登録データセットに含まれる複数の登録された波形とマッチングして前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度を演算するステップと、
    前記抽出された波形の代表波形を示す代表的な認証波形及び前記登録された波形の代表波形を示す代表的な登録波形を抽出して前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を演算するステップと、
    前記抽出された波形のそれぞれと前記登録された波形との間の類似度及び前記代表的な認証波形と前記代表的な登録波形との間の類似度を用いてユーザを認証するステップと、を有することを特徴とする認証方法。
23. 請求項２２に記載の認証方法を認証装置に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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