JP4961564B2 - 標識認証システム及び標識認証方法 - Google Patents

Description

本発明は、印鑑の印影、サイン、商標、ロゴマーク、ブランドマーク、紙幣等に印刷された識別用のマーク、転写紙によって立体物上に付されたマーク、磁気カードやＩＣカードに付された識別用のマーク等、紙や木や布や樹脂や金属等の薄片や立体物の表面に付されたり、顔料・染料等のインクにより印刷されたり、描かれたり、ペンキ等の塗料により塗布されたり、色材を含む樹脂により成型されるなど、なんらかの色を構成する材料が定着された平面物や立体物である全ての標識が付された若しくは標識とみなせるものが存在する物の原本性を認証するための標識認証システム及び標識認証方法に関する。

近年、デジタル印刷技術の進歩により、紙幣や有価証券、旅券等の偽造が急増しており、詐取被害やセキュリティの低下が問題視されている。情報処理技術の進歩にも関わらず、安全面での対策は遅れており、キャッシュカードのスキミング犯罪による不正引き出しなどは後を立たない。さらに、医薬品やブランド品などの高額商品を狙った偽造犯罪など、真贋を判定する手段を人に頼っている物に対するセキュリティリスクは未解決のままである。

しかしながら、現在においては、自動販売機や現金自動預払機が紙幣やキャッシュカードを認識するように機械によって真贋が判定されるものについては、偽造防止の対策は進められており、いくつかの方法が既に使用されている。

例えば、紙幣の偽造防止技術としては、ホログラム、すき入れ（透かし）、潜像模様、パールインキ、マイクロ文字、特殊発光インキ、凹版印刷などが挙げられる。これによる真贋判定が自動販売機や現金自動預払機において行われている（非特許文献１）。

また、キャッシュカードの不正引き出し防止技術としては、指紋や静脈などのバイオメトリクス（生体特徴）を利用した使用者確認が行われている（非特許文献２）。
さらに、ＩＤカードやクレッジトカードなどに付加されているＩＣチップやラベルなどに添付されているＲＦＩＤタグも偽造防止手段の一つである（非特許文献３）。
印刷物へのセキュリティ技術の動向、シャープ技報、第89号、pp.11-14、2004 静脈のバイオメトリクスセキュリティ、電子情報通信学会誌、Vol.89、No.1、pp.40-45、2006 RFIDハンドブック−非接触ICカードの原理と応用、日刊工業新聞社、2001

しかし、上記の偽造防止手段において、例えば紙幣においては、偽造防止技術が発達しても再現する技術も同様に発達するため、より精密な偽造が後を絶たない。さらに、人が真贋を判断する場合が多く、精密でなくても偽造紙幣等が流通することもある。
キャッシュカードにおける使用者確認手段は、全ての機器に普及させるには時間とコストが掛かるため現実的ではない。
また、ＩＣチップやＲＦＩＤタグは情報を盗むことにより再現が偽造が可能であり、それを付加したものを偽造されることが考えられる。

本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、真贋判定の仕組みが判明したとしても偽造が極めて困難であり、原本性を判定するためのＩＣチップなど特殊なデバイスの添付を必要としない、標識認証システム及び標識認証方法を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の標識認証システムは、印影やサイン等の標識の認証を行うための標識認証システムであって、前記標識をメッシュ区分ごとの色情報として読み取る読取手段と、該色情報から複数個の特徴点を抽出して記憶する特徴点抽出手段とを備えることを特徴とする。

本発明の標識認証システムでは、標識が読取手段によってメッシュ区分ごとの色情報として読み取られる。ここで、標識とは、印鑑の印影、サイン、商標、ロゴマーク、ブランドマーク、紙幣等に印刷された識別用のマーク、転写紙によって立体物上に付されたマーク、磁気カードやＩＣカードに付された識別用のマーク等、紙や木や布や樹脂や金属などからなる薄板や立体物の表面に付される全ての標識をいい、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、孔版印刷、パッド印刷等の印刷手法やペンキ等による塗布手段、色材を含有する樹脂を成型するなど、色を構成する材料が平面もしくは立体物に固定化されるものであればどのような手段を用いてもよい。読取手段では、イメージスキャナーやデジタルカメラ等により、標識が２次元または３次元のデジタル情報として読み取られる。また、メッシュ区分とは、標識がデジタル画像に置き換えられるときのサンプリング区分のことを指す。そして、特徴点抽出手段により、読み取られた色情報から複数個の特徴点が抽出される。こうして標識から直接導き出された特徴点が抽出されるため、この特徴点を用いて個々の標識ごとに原本性を認証することが可能となる。このため、原本性を判定するためのＩＣチップなど特殊なデバイスの添付を必要としない。また、真贋判定の仕組みが判明したとしても、標識を偽造するためには特徴点を正確に模倣した標識の作製が必要となり、偽造が極めて困難となる。

本発明の標識認証システムでは、さらに、暗号生成手段により、抽出された特徴点から認証用の暗号が生成されることも好ましい。こうして標識から直接認証用の暗号が生成されるため、さらに容易に個々の標識ごとに原本性を認証することが可能となる。

本発明の標識認証システムでは、標識は色材粒子が含有されているインクや塗料によって付されたり、色材を含有する樹脂等を成型するなどの手段で作られており、メッシュ区分の大きさはインク、塗料や樹脂に含有されている色材粒子の大きさよりも大きく、特徴点抽出手段は該メッシュ区分をずらしたときに該色材粒子の立体的な分布位置に起因して生じる色情報の変化に基づいて特徴点を求めることが好ましい。

こうであれば、読取手段によって標識をメッシュ区分ごとの色情報として読み取る場合、一つのメッシュ区分の中に複数個の色材粒子が存在することとなり、メッシュ区分をずらして読み取った場合、色材粒子の立体的な分布位置に起因して色情報が変化する。そして、この色情報の変化に基づき、特徴点抽出手段によって特徴点を抽出すれば、メッシュ区分の大きさによって規定される解像度よりも、さらに優れた解像度を有する、標識に関しての情報を得ることができる。この標識に関しての情報は、標識を形成する色材粒子の配置に基づいて形成されるため、個々の標識ごとに原本性を認証することが可能となる。また、色材粒子はメッシュ区分の大きさよりも小さいため、色材粒子の配置が同じ標識を複製することはほとんど不可能であり、偽造が極めて困難となる。
なお、色材粒子が略球形であれば、スキャナー等により色材粒子表面で反射した光を受像素子で色情報として読み取る場合に、安定した反射光を得ることが可能となり、安定した色情報が得られやすくなる。

インクや塗料、樹脂等に含有されている色材粒子としては特に限定はない。通常の無機顔料、有機顔料の他、色素溶液をマイクロカプセルで包んだものや、微小な着色プラスチック球等を色材粒子とすることができる。色材粒子の色の種類は１種類でも良いが、２種類以上存在することが好ましい。こうであれば、複数色の色材粒子の立体的な分布位置に起因して色が構成されるため、中間色を含め極めて情報量が多くなり、標識の原本性を判別することがより確実になるからである。

暗号生成手段が抽出された特徴点から認証用の暗号を生成する方法としては、例えば特徴点どうしを結ぶ位置ベクトルに基づいて認証用の暗号を生成すること等の手法を用いることができる。こうであれば、登録時と認証時の読み取るメッシュ区分の位置の違いによって色変化量に差が生じても、その値に影響されることなく、照合が可能となる。

また、特徴抽出手段には標識の複数回の読取に対して位置ずれの程度を反映しながら位置合わせを行うための位置補正手段が備えられていることが好ましい。こうであれば、特徴抽出手段によって、読取手段により得られた標識の色情報から任意の位置のピクセルカラー値の周辺分布を基にして、色変化の原因となる特徴点を精度よく求めることができる。

上記本発明の標識認証システムを用いて標識の認証を行うことができる。すなわち、本発明の標識認証方法は、標識の認証を行うための標識認証方法であって、前記標識をメッシュ区分ごとの色情報として読み取る読取工程と、該色情報から複数個の特徴点を抽出して記憶する特徴点抽出工程とを備えることを特徴とする。

特徴抽出工程は、読取工程の解像度に依存することなく標識の特徴を抽出することが好ましい。こうであれば、スキャナの機種の差など読取手段の違いによる影響なく認証が可能となり登録と認証時の読取機器の自由度が高くなる。

本発明の標識認証方法では、さらに、抽出された特徴点から認証用の暗号を生成する暗号生成とを備えることも好ましい。こうであれば、標識から直接認証用の暗号が生成されるため、さらに容易に個々の標識ごとに原本性を認証することが可能となる。

標識を認証する場合において、認証用の暗号には認証を行う標識を付するために用いた標識付着手段（例えば印影の場合の印鑑、手書きサインの場合のサインした人、商標や各種マークを印刷、塗布、成型した場合の各機器等）を示す暗号が含まれていることが好ましい。こうすれば、印鑑や、サインした人や、印刷、塗布、成型した機器等についても認証することが可能となる。

本発明の標識認証方法に用いるインクや塗料によって紙等に標識を付した場合、標識を構成する色材粒子は、紙等に付着して位置が固定化される。インクの中に、色材粒子を紙等にしっかりと固着させるためのバインダーを含有させても良い。バインダーは、色情報の取り込みを妨げないものであれば、無色、有色を問わない。また、バインダーとしては、色材粒子の退色や変色を防ぐものが望ましい。

標識認証システムのブロック図である。 紙幣登録のフローチャートである。 印刷面に対するピクセルカラー化の様子を示した模式図である。 ステップ１〜３の工程のイメージ図である。 色変化暗号形状の抽出の様子を示した図である。 紙幣の認証のフローチャートである。

符号の説明

１…標識認証システム
２…読取手段（スキャナー）
Ｓ３、Ｓ２１…読取工程
Ｓ６、Ｓ７、Ｓ２３、Ｓ２４…特徴点抽出工程
Ｓ８、Ｓ２５…暗号生成工程

以下本発明の標識認証システム、標識認証方法について具体化した実施形態を説明する。
＜標識認証システム＞
以下のようにして印刷した模擬紙幣についての認証試験を行った。印刷用のインクには、略球形の色材粒子を含有するインクを用いた。図１は、この発明の実施例としての標識認証システム１の構成を示すブロック図である。この標識認証システム１は、スキャナー２、コンピュータ３、プリンター４、ＣＲＴ５及びキーボード６から構成されている。

スキャナー２は、標識をメッシュ区分ごとの色情報として読み取るための読取手段である。コンピュータ３は、ＣＰＵからなる制御部３ａと、ハードディスクからなる記憶部３ｂからなり、記憶部３ｂにはスキャナー２によって標識を切り出して色情報を取得するための標識切り出しプログラムと、標識の色情報から複数個の特徴点を抽出して記憶するための特徴点抽出プログラムと、抽出された特徴点から認証用の暗号を生成する暗号生成プログラムとが保存されている。制御部３ａを構成するＣＰＵは、特徴点抽出プログラム及び暗号生成プログラムを読み出してシステム全体の制御を行う。
なお、実施形態では、標識認証システムはコンピュータによる実現形態を取っているが、ＣＣＤカメラなどによる読取手段、ＣＰＵなどによる制御部と、メモリやハードディスクなどによる記憶部、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどによる表示手段およびキーボードやスイッチなどによる入力手段があれば、例えば、ＰＤＡなどの携帯端末や携帯電話、専用の読取機器を備えたレジスタ、自動販売機などでも実現が可能である。

次に、この標識認証システムの動作について、紙幣について適用した場合を例にして説明する。
紙幣の登録
紙幣の登録は、図２に示すフローチャートに従って、以下のように行われる。
まず、登録を受けようとする紙幣をスキャナー２にセットし、メッシュ区分ごとの色情報として印刷面の読み取りを２回以上行う（ステップＳ１）。このステップＳ３が読取工程である。ここで、スキャナー２は、ＸＹ配列のメッシュで区分けされた光反応素子によって、このメッシュ区分の大きさに応じた光学解像度で色情報を取得し、記憶部３ｂに保存する。一方、インクの色材粒子は、メッシュ区分の大きさよりも小さいため（例えば、スキャナー２が６００ｄｐｉの解像度で色情報を取得する場合には、メッシュ区分は一辺が４２．３μｍとなり、色材粒子よりも大きくなる）、メッシュ区分内にあるいくつかの色材粒子の色組成は、ある単色のＲＧＢ値としてピクセルカラー化される。こうしてピクセルカラー化されたメッシュを変色クラスタと定義する。スキャンは複数回行われるため、印刷面に対するスキャン毎のメッシュ区分の区切り方の相違により、ピクセルカラー値がスキャン毎に変化する。図３に、印刷面に対するピクセルカラー化の様子を示した模式図を示す。そして、用いた印刷装置固有の登録番号をキーボード６から入力し、記憶部３ｂに保存する（ステップＳ２）。以上のステップ１〜３の工程のイメージを図４に示す。

次に、ステップＳ１で複数回読取られた色情報を元に、記憶部３ｂから特徴点抽出プログラムを呼び込み、位置補正を行う（ステップＳ３）。この位置補正の方法は、次のように行われる。すなわち、ステップＳ３で印刷面を複数回読み取った時のスキャン毎の縦、横及び回転に関する色情報を各色の２次元若しくは３次元空間座標として記録する。そして複数の読取画像から任意の２つの組み合わせ毎に配列処理して各２次元空間座標の相違を位相相関により色位相変移量を求め、画像間の一致度が最も高くなる平行移動・回転位置をサブピクセル単位で算出する。

こうして位置補正を行うことにより、複数の読取画像の相対的位置の一致を行った後、このプログラムは、ステップＳ１における複数回のスキャンによって得られた読取画像のステップＳ５で求めた配置関係による任意のサブピクセル位置に対するピクセルカラー値の周辺分布を基にして、各位置におけるピクセルカラー値の変化量を求め、各メッシュ毎の近傍に影響を与える度合いを色平面に展開したベクトル変化の多変量解析によって算出する（ステップＳ４）。

さらにステップＳ５として、記憶部３ｂから暗号生成プログラムを呼び込む。このプログラムは、ステップ４で求めた特徴点に対して、色の変化量の大きい順に順序付け、その順序に従って特徴点位置を連結した連結線の２次元若しくは３次元位置ベクトルの情報(位置および距離)（以下「色変化暗号形状」という）を抽出する（図５参照）。そして、この色変化暗号形状を用いて、ステップＳ２で入力された印刷装置固有の登録番号とともに暗号コードを生成し（ステップＳ６）、紙文書に印刷するとともに、記憶部３ｂに色変化暗号形状と印刷装置固有の登録番号のデータを保存する（ステップＳ７）。暗号コードの生成方法としては、例えば3DES(Triple Data Encryption Standard), RSA(Rivest Shamir Adleman)等の手法を用いることができる。こうして、紙幣の登録が終了する。

紙幣の認証
上記のようにして行われた紙幣の認証は、図６に示すフローチャートに従って以下のように行われる。

まず、認証を行おうとする紙幣に付された暗号コード及び印刷装置固有の登録番号の少なくとも一方をキーボード６から入力する（ステップＳ２０）。そして、その紙幣をスキャナー２にセットし、紙幣の印刷面のメッシュ区分ごとの色情報の読み取りを２回以上行う（ステップＳ２１）。読み取り方法はステップＳ１と同様である。そして、位置補正を行い（ステップＳ２２）、各メッシュ毎のピクセルカラー値の変化量を求め（ステップＳ２３）、色変化暗号形状を生成し（ステップＳ２４）、暗号コードを生成する（ステップＳ２５）。ステップＳ２２〜Ｓ２５は、前述したステップＳ３〜Ｓ６と同様であり、説明を省略する。

そして、既に紙幣の登録によって得られた色変化暗号形状、暗号コード、及び印刷装置固有の登録番号に関するデータを記憶部３ｂから呼び込み、上記紙幣の認証によって得られた色変化暗号形状と入力された暗号コードを復号することにより得られる色変化暗号形状とをベクトルマッチングにより照合する。また、紙幣の暗号コードの復号化により得られる印刷装置固有の登録番号と照合する。そして、その結果をＣＲＴ５に表示するとともに、プリンター４によって照合結果を印刷する（ステップＳ２６）。こうして紙幣の認証が終了する。

以上のように、実施形態の標識認証システムでは、標識が付された紙文書等の認証対象物をスキャナー２にセットし、読み込むだけで、認証用の暗号が直接生成され、個々の認証対象物ごとに原本性を認証することができる。また、真贋判定の仕組みが判明したとしても偽造が極めて困難であり、原本性を判定するためのＩＣチップなど特殊なデバイスの添付を必要せずに導入することができる。

また、この認証システムでは、紙文書等の認証対象物に付された標識の形状に基づいて行われるのでなく、それらを構成する塗料等に含まれる色材粒子の配置という極めて微細な構造に基づいて行われるため、複製・偽造がほぼ不可能となる。

なお、上記実施形態の標識認識システムでは、紙文書等の認証対象物の認証によって得られた色変化暗号形状と入力された暗号コードを復号することにより得られる色変化暗号形状とをベクトルマッチングにより照合したが、これに代えて、認証対象物の認証によって得られた色変化暗号形状を、認証対象物の登録時に得られた色変化暗号形状とを直接照合するシステムとすることも可能である。こうであれば、上記暗号コードを生成するステップＳ２５は不要となる。

また、上記実施例では紙幣についての認証を行ったが、同様の手法を用いて、印鑑の印影、サイン、商標、ロゴマーク、ブランドマーク、紙幣等に印刷された識別用のマーク、転写紙によって立体物上に付されたマーク、磁気カードやＩＣカードに付された識別用のマーク等、紙や木や布や樹脂や金属等の薄片や立体物の表面に付されたり、顔料・染料等のインクにより印刷されたり、描かれたり、ペンキ等の塗料により塗布されたり、色材を含む樹脂により成型されるなど、なんらかの色を構成する材料が固定化された平面物や立体物である全ての標識が付された若しくは標識とみなせるものが存在する物の原本性を認証することができる。

本発明は、偽造の対象となるような紙幣、有価証券、契約書、チケット、旅券等の重要紙文書、ラベル、包装、パッケージ、クレジットカード、出版物等の印刷物、ブランド品、工業製品などの原本性を認証するための標識認証システム及び標識認証方法として利用することができる。

Claims (8)

1. 認証対象の画像を複数回読み取って得られる複数の画像データの情報により、該複数画像の対応点を特定し、
   前記複数画像の各々の対応点において色情報を読み取って、当該読み取られた各々の対応点同士の色情報の差異を抽出して該色情報の差異に基づく特徴量を算出する制御手段と、
   前記認証対象の認証情報として、前記算出された特徴量を記憶する特徴量記憶手段と
   を備えることを特徴とする認証システム。
2. 前記色情報は、前記認証対象の画像を形成する粒子の大きさよりも粗い分解能により読み取られることを特徴とする請求項１に記載の認証システム。
3. 前記色情報は、前記認証対象の画像を形成する粒子から反射される複数色を含む反射光を読取素子により一色として検出することにより読み取られることを特徴とする請求項２に記載の認証システム。
4. 認証対象の画像を複数回読み取って得られる複数の画像データの情報により、該複数画像の対応点を特定し、
   該複数画像を比較することによって、各読取位置における色情報の差異に基づき推定される、読取対象を読取手段によって読取る際に生じる色情報の差異を抽出して該色情報の差異に基づく特徴量を算出する制御手段
   を備えることを特徴とする認証システム。
5. 前記特徴量は、前記誤差発生量の値が大きい順に連結して生成されるベクトルであることを特徴とする請求項４に記載の認証システム。
6. 前記色情報は２次元または３次元の色情報データとして読み取られ、前記特徴量は２次元または３次元の画像データから求められる２次元または３次元のベクトルデータとして算出されることを特徴とする請求項４または５に記載の認証システム。
7. 認証対象の画像を複数回読み取って得られる複数の画像データの情報により、該複数画像の対応点を特定する位置特定ステップと、
   前記複数画像の各々の対応点において色情報を読み取り、当該読み取られた各々の対応点同士の色情報の差異を抽出して該色情報の差異に基づく特徴量を算出する特徴量算出ステップと、
   前記認証対象の認証情報として、前記算出された特徴量を記憶する特徴量記憶ステップと
   を備えることを特徴とする認証情報の登録方法。
8. 認証対象の画像を複数回読み取って得られる複数の画像データの情報により、該複数画像の対応点を特定する位置特定ステップと、
   前記複数画像の各々の対応点において色情報を読み取り、当該読み取られた各々の対応点同士の色情報の差異を抽出して該色情報の差異に基づく特徴量を算出する特徴量算出ステップと、
   前記位置特定ステップおよび特徴量算出ステップを用いて生成された認証情報を、前記位置特定ステップおよび特徴量算出ステップを用いて照会することにより、前記生成された認証情報の真正性を判定する認証ステップと
   を備えることを特徴とする認証情報の照会方法。