JPWO2017069118A1 - 個人認証装置、個人認証方法および個人認証プログラム - Google Patents

個人認証装置、個人認証方法および個人認証プログラム Download PDF

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Abstract

個人認証装置は、ユーザの頭部の一部に第１の音響信号を送出する音響信号送出手段７０１と、第１の音響信号が頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号を観測する音響信号観測手段７０２と、第１の音響信号および第２の音響信号から音響特性を算出する音響特性算出手段７０３と、音響特性または該音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、ユーザを識別するユーザ識別手段７０４とを備える。

Description

本発明は、個人を認証する個人認証装置、個人認証方法、個人認証プログラムに関する。
生体の個人差に基づいた個人認証（Biometrics-based authentication）は、パスワード等に比べ漏えいや盗難の危険性が低い。この為、個人を特定し権利を確認する目的や、セキュリティ保護の目的で生体の個人差に基づいた個人認証を導入する例が増えている。従来の生体の個人差に基づいた個人認証技術には、生体として、指紋（Fingerprint）、静脈（Vein）、顔（Face）、虹彩（Iris）、音声（Voice）などを用いるものが知られている。この中でも音声を使った個人認証は、特殊なデバイスではなく、電話機やマイクロホンといった汎用的に使用されている安価なデバイスを用いて行う事が可能である。
特許文献１には、音声を用いた個人認証の例として、認証対象の音声データを特徴量に変換し、予め登録されているユーザの特徴量との類似度を計測し、その結果に基づいて認証を行う方法が開示されている。
特許文献２には、空気中を伝搬する音声の代わりに、骨伝導マイクロホンで受信した骨伝導音を用いて個人認証を行う方法が開示されている。
特開２０１０−２８６７０２号公報 特開２００３−５８１９０号公報
安藤彰夫、「リアルタイム音声認識システム」、社団法人電子情報通信学会、２００３年、ｐ．２８−３０
課題は、生体情報を取得して個人認証を行う方法の場合、認証を行うために利用者に何らかの動作をしてもらう必要があるという点である。例えば、指紋や生脈を用いた個人認証の場合、専用のスキャナに指を載せるといった利用者の動作が必要である。また、顔や顔や虹彩を用いた個人認証の場合、カメラに顔を向ける等の利用者の動作が必要である。また、音声や骨伝導音を用いた個人認証の場合、パスワードを発声する等の利用者の動作が必要である。そのような動作を強いられる利用者は、心理的、肉体的負担を追う。
そこで、本発明は、上述した課題に鑑み、認証対象のユーザの心理的および／または肉体的な負担が少ない個人認証装置、個人認証方法および個人認証プログラムを提供することを目的とする。
本発明による個人認証装置は、ユーザの頭部の一部に第１の音響信号を送出する音響信号送出手段と、第１の音響信号が頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号を観測する音響信号観測手段と、第１の音響信号および第２の音響信号から音響特性を算出する音響特性算出手段と、音響特性または該音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、ユーザを識別するユーザ識別手段とを備えたことを特徴とする。
本発明による個人認証方法は、ユーザの頭部の一部に第１の音響信号を送出し、第１の音響信号が頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号を観測し、第１の音響信号および第２の音響信号から音響特性を算出し、音響特性または該音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、ユーザを識別することを特徴とする。
本発明による個人認証プログラムは、コンピュータに、ユーザの頭部の一部に送出された第１の音響信号と、第１の音響信号が頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号とから、音響特性を算出する処理、および音響特性または該音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、ユーザを識別する処理を実行させることを特徴とする。
本発明によれば、認証対象のユーザの心理的および／または肉体的な負担が少ない個人認証を提供することができる。
第１の実施形態の個人認証装置の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態の個人認証装置の具体的な構成例を示す構成図である。 第１の実施形態の個人認証装置の動作の一例を示すフローチャートである。 送出音響信号および観測音響信号の例を示すグラフである。 音響特性としてのインパルス応答の例を示すグラフである。 第２の実施形態の個人認証装置の構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態の個人認証装置の他の構成例を示すブロック図である。 第２の実施形態の個人認証装置の他の構成例を示すブロック図である。 第３の実施形態の個人認証装置の構成例を示すブロック図である。 第４の実施形態の個人認証装置の構成例を示すブロック図である。 第４の実施形態の個人認証装置の動作の一例を示すフローチャートである。 楽音中に別の音響信号を重畳する例を示す説明図である。 楽音中に別の音響信号を重畳する例を示す説明図である。 本発明の概要を示すブロック図である。
実施形態１．
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態の個人認証装置の構成例を示すブロック図である。図１に示す個人認証装置は、音響信号送出手段１０１と、音響信号観測手段１０２と、音響特性算出手段１０３と、特徴抽出手段１０４と、ユーザ識別手段１０５と、特徴量記憶手段１０６とを備えている。
音響信号送出手段１０１は、第１のユーザの頭部の一部に音響信号を送出する。ここで、音響信号が送出される頭部の一部は、頭部中の空洞が形成されている領域であって、装飾品や音響効果を発現させる機器を装着できるまたは近づけることのできる領域の少なくとも一部であってもよい。
音響信号観測手段１０２は、音響信号送出手段１０１から送出された音響信号が第１のユーザの頭部の一部を伝搬した後の音響信号を観測する。また、音響信号の伝搬路とされる頭部の一部は、より具体的には、頭部を構成する頭蓋骨、脳、感覚器およびその間の空洞の少なくとも一部であってもよい。
音響特性算出手段１０３は、音響信号送出手段１０１から送出された音響信号と、音響信号観測手段１０２で観測された音響信号とに基づいて、ユーザの頭部の一部を伝搬する音響信号の音響特性を算出する。
特徴抽出手段１０４は、算出された音響特性から、音響信号を伝搬したユーザに関する特徴量を算出する。
特徴量記憶手段１０６は、予め、所定のユーザについて、抽出された特徴量を記憶する。以下、特徴量記憶手段１０６に特徴量が記憶されているユーザを、登録済みユーザという場合がある。特徴量記憶手段１０６は、例えば、予め複数のユーザに対して、音響信号送出手段１０１、音響信号観測手段１０２、音響特性算出手段１０３および特徴抽出手段１０４またはそれらと同等の構成による特徴量の抽出処理を適用して抽出された特徴量を記憶してもよい。
ユーザ識別手段１０５は、特徴抽出手段１０４により得られた特徴量と、後述する特徴量記憶手段１０６に格納されている、登録済みユーザの特徴量とを比較し、第１のユーザが登録済みユーザに該当するか否かを判定する。
図２は、本実施形態の個人認証装置の具体的な構成例を示す構成図である。図２に示す個人認証装置は、パーソナルコンピュータ（Personal Computer；ＰＣ）１１と、サウンドプロセッサ（Sound Processor）１２と、マイクロホンアンプ（Microphone Amplifier）１３と、イヤホン（Earphone）１４と、マイクロホン（Microphone）１５とを備えている。なお、符号１６は、認識対象とされるユーザ（Subject）を表す。
イヤホン１４が上述した音響信号送出手段１０１に相当する。また、マイクロホン１５が上述した音響信号観測手段１０２に相当する。なお、図２で示すように、マイクロホン１５とイヤホン１４は、相対的な位置関係が変化しないよう一体型であることが望ましい。ただし、両者の相対的な位置関係が大きく変わらない場合にはその限りではない。また、図２に示す例では、音響信号送出手段１０１および音響信号観測手段１０２の例として、外耳道入口の中に挿入する、マイクロホン一体型のイヤホンを挙げている。音響信号送出手段１０１および音響信号観測手段１０２は、上記の例以外に、耳介を覆うタイプのヘッドホンにマイクロホンを設けたもの（耳介タイプのマイクロホン一体型イヤホン）によって実現されてもよい。また、音響信号送出手段１０１および音響信号観測手段１０２は、受話器部分にマイクロホンを設けた電話機によって実現されてもよい。なお、そのような場合に、左の外耳道入口等に位置するイヤホンから送出した音響信号を、右耳の外耳道入口等に位置するマイクロホンで観測する、またはこの反対を行うなど、左右で機能を分けてもよい。
音響特性算出手段１０３、特徴抽出手段１０４およびユーザ識別手段１０５は、それぞれＰＣ１１が備える、プログラムに従って動作するＣＰＵ及びメモリ（いずれも図示省略）により実現される。また、特徴量記憶手段１０６は、ＰＣ１１が備えるハードディスク等の記憶媒体（図示省略）により実現される。
次に、本実施形態の動作について説明する。
図３は、本実施形態の個人認証装置の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示す例では、まず、音響信号送出手段１０１が、認証対象となるユーザの頭部の一部に向けて音響信号を送出する（ステップＳ１０１）。音響信号送出手段１０１は、例えば外耳道入口から外耳道に向けて音響信号を送出してもよい。このとき、音響信号には、インパルス応答（Impulse Response）を計測する目的で広く用いられているＭ系列信号（maximal length sequence）や、ＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号等を使ってもよい。
図４（ａ）は、音響信号送出手段１０１が送出する音響信号の例を示すグラフである。図４（ａ）のグラフにおいて、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は時刻ｔにおける送出された音響信号の信号値ｘ（ｔ）を示す。以下、音響信号送出手段１０１が送出した音響信号を、送出音響信号という場合がある。
次いで、音響信号観測手段１０２は、送出音響信号が、認証対象のユーザの頭部の一部を伝搬した後の音響信号を観測する（ステップＳ１０２）。
図４（ｂ）は、音響信号観測手段１０２で観測された音響信号の例を示すグラフである。図４（ａ）のグラフにおいて、横軸は時刻ｔを示し、縦軸は時刻ｔにおける観測された音響信号の信号値ｙ（ｔ）を示す。以下、音響信号観測手段１０２で観測された音響信号を、観測音響信号という場合がある。
次に、音響特性算出手段１０３は、送出音響信号と観測音響信号とを比較して、それらの変化から、音響信号がユーザの頭部の一部を伝搬した際の該音響信号の音響特性を算出する（ステップＳ１０３）。音響特性としては、インパルス応答（Impulse Response）およびインパルス応答をフーリエ変換またはラプラス変換することによって得られる伝達関数（Transfer Function）等が考えられる。音響特性には、音響信号が生体内でどのように反射および／または減衰するかの情報が含まれることが好ましい。外耳道口にイヤホン及びマイクロホンを設置し、外耳道中を反射する音響特性を測定する場合、音響特性は、外耳道インパルス応答（Ear Canal Impulse Response）や外耳道伝達関数（Ear Canal Transfer Function）であってもよい。
図５は、音響特性算出手段１０３により算出された音響特性としてのインパルス応答の例を示すグラフである。図５に示すグラフにおいて、横軸が時刻ｔを示し、縦軸が時刻ｔにおける観測された音響信号のインパルス応答の値ｇ（ｔ）を示す。
なお、送出音響信号の信号値ｘ（ｔ）と、観測音響信号の信号値ｙ（ｙ）と、インパルス応答の値ｇ（ｔ）との間には以下の式（１）に示す関係性がある。
Figure 2017069118
また、ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｇ（ｔ）をそれぞれフーリエ変換することによって得られた値Ｘ（ｆ），Ｙ（ｆ），Ｇ（ｆ）間では、以下の式（２）に示す関係性がある。ここで、ｆは周波数帯域である。また、Ｇ（ｆ）は伝達関数である。
Ｙ（ｆ）＝Ｇ（ｆ）Ｘ（ｆ） ・・・（２）
次いで、特徴抽出手段１０４は、音響特性算出手段１０３により算出された音響特性から特徴量を算出する（ステップＳ１０４）。特徴量には、音響特性として算出されたインパルス応答や伝達関数がそのまま用いられてもよい。すなわち、特徴抽出手段１０４は、音響特性としてのインパルス応答の各時刻の値や伝達関数の各周波数の値を特徴量としてもよい。また、特徴抽出手段１０４は、音響特性としてのインパルス応答や伝達関数に対し、主成分分析を行い次元圧縮することで得られる特徴量や、非特許文献１に記載されているｍｆｃｃ（mel-frequency cepstrum coefficients）等を算出してもよい。
次いで、ユーザ識別手段１０５は、特徴抽出手段１０４により得られた特徴量と、特徴量記憶手段１０６に予め格納されている登録済みユーザの特徴量とを比較して、認証対象とされたユーザが登録済みユーザに該当するか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ユーザ識別手段１０５は、判定方法として、１対１認証を用いてもよいし、１対Ｎ認証を用いてもよい。ここで、Ｎは１以上の整数である。
ユーザ識別手段１０５は、１対１認証を用いる場合には、認証対象とされたユーザの特徴量（特徴抽出手段１０４により得られた特徴量）と、登録済みユーザとの特徴量とを、１対１で比較する。このとき、個人認証装置の管理者は、予めユーザＩＤなどを用いて、どの登録済みユーザとの比較を行うかの指定を、ユーザ識別手段１０５に与えてもよい。ユーザ識別手段１０５は、１対１認証を用いる場合に、例えば、認証対象とされたユーザの特徴量と、指定された登録済みユーザの特徴量との間の距離を計算し、距離が閾値よりも小さい場合に、両者が同一人であると判定してもよい。一方、ユーザ識別手段１０５は、計算された距離が閾値よりも大きい場合に、両者が異なる人間であると判定してもよい。
ユーザ識別手段１０５は、１対Ｎ認証を用いる場合には、認証対象となるユーザと、登録済みユーザＮ人とを比較する。ユーザ識別手段１０５は、認証対象となるユーザの特徴量に対して、Ｎ人の登録済みユーザの各々の特徴量との間の距離を計算し、最も距離の近い登録済みユーザが、認証対象とされたユーザであると判定する。また、ユーザ識別手段１０５は、１対１認証と１対Ｎ認証とを組み合わせて用いることも可能である。その場合、ユーザ識別手段１０５は、１対Ｎ認証を行って最も距離の小さい登録済みユーザを抽出した後で、抽出された登録済みユーザを比較対象にして１対１認証を行ってもよい。また、算出する距離の尺度は、ユークリッド距離(Euclid distance)、コサイン距離(cosine distance)等が考えられるが、これらに限定されない。
また、上記では、特徴量記憶手段１０６が、予め複数人から得られた特徴量を記憶する例を説明したが、特徴量記憶手段１０６は、特徴量の代わりに統計モデルを保存してもよい。統計モデルは、例えば、ユーザ毎に複数回特徴量を取得して、その平均値と分散値またはそれらを用いて算出された関係式であってもよい。また、統計モデルは、特許文献１に示されているような、ＧＭＭ（Gaussian Mixture Model）や、ＳＶＭ（Support Vector Machine）、ニューラルネットワークを使ったモデル等であってもよい。
以上のように、本実施の形態は、ユーザの頭部の一部を伝搬する音響信号の音響特性が個人毎に異なるという特徴を用いて、個人認証を行う。ユーザの頭部の一部を伝搬する音響特性は、顔や指紋等の外部から観測可能な特徴とは異なり生体内部の特徴であるので、漏洩する危険性が低く、盗難が困難である。また、音響特性を知るためには、送出音響信号と、観測音響信号の２つが必要である。このため、１つの信号を用いる方法と比べて、盗聴などにより取得されて偽造される危険が少ない。また、本実施形態において認証のために認証対象とされたユーザが行う動作は、マイクロホンが埋め込まれたヘッドホンやイヤホンを装着する、もしくは、受話部分にマイクロホンが埋め込まれた携帯電話等を耳にかざすだけである。したがって、本実施形態によれば、ユーザの心理的、肉体的な負担が少なくてすむ。例えば、本実施形態の個人認証方法を、音楽配信や、トランシーバ、通話といった音声を用いた情報配信用デバイスと組み合わせて用いれば、ユーザに対し、本来の使用時から追加となるような肉体的・精神的負担のない個人認証を提供できる。
また、本実施形態では、音響特性の取得を１秒程度の比較的短い時間で行うことが可能である。このため、サービス提供の前後および最中に、個人認証を継続的に行うことができる。本実施形態の個人認証方法を利用して個人認証を継続的に行うことにより、認証を最初の一度または何らかのサービスを受ける直前のみ行う場合と比べて、認証後に他人に成り替わる等の不正があった場合でもそれを検知できる。
実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態の個人認証装置の構成例を示すブロック図である。図６に示す個人認証装置は、図１に示した第１の実施形態の構成に比べて、雑音・機器特性除去手段２０１をさらに備える点が異なる。
観測音響信号には、ユーザの生体由来である音響特性だけではなく、周囲の環境雑音、心音や呼吸音、発声、関節などから発せられる音や振動など様々な雑音が含まれている。また、音響信号送出手段１０１や音響信号観測手段１０２自体にも音響的な特性が含まれており、それが機器の個体差である機器特性として生じる場合がある。
本実施形態では、雑音・機器特性除去手段２０１が、観測音響信号から、そのような雑音および機器特性を除去する。このような構成を用いることにより、音響特性算出手段１０３は、雑音および機器特性の除去された観測音響信号を用いることができる。
雑音・機器特性除去の具体的な方法としては、送出音響信号を、ユーザの頭部の２か所に送出して観測する方法が考えられる。ユーザの頭部の２か所から観測された２つの観測音響信号を減算処理することにより、頭部の２か所の位置の違いに依存する生体由来の音響特性のみを残し、位置の違いに依存しない雑音および機器特性を除去することが出来る。音響信号を２か所で観測する方法は、例えば、１つの音響信号観測手段１０２が２回観測を行って２つの観測音響信号を得る方法でもよいし、２つの音響信号観測手段１０２を用いて１回の観測で２つの観測音響信号を得る方法でもよい。例えば、音響信号送出手段１０１および音響信号観測手段１０２が、左右の外耳道およびまたは耳介に対して各々音響信号を送出して観測して２つの観測音響信号を得てもよい。雑音・機器特性除去手段２０１は、そのようにして観測された２つの観測音響信号を用いて、雑音や機器特性を除去してもよい。
また、雑音・機器特性除去手段２０１は、雑音・機器特性除去の他の方法として、例えば、音響信号送出手段１０１から送出された音響信号を音響信号観測手段１０２で観測する操作を複数回行って得られた２以上の観測音響信号の平均を取ってもよい。このような方法により、瞬間的に発生する雑音の影響を低減することができる。
雑音・機器特性除去のさらに別の方法としては、予め複数人から観測された観測音響信号の平均を保存しておき、認証時に、認証対象とされたユーザ（第１のユーザ）から観測された観測音響信号から、保存しておいた平均を減算する方法が挙げられる。複数人から観測された観測音響信号の平均には、特定の個人に依存しない共通の特性が含まれると考えられる。このため、第１のユーザの観測音響信号からこのような共通の特性を減算することで雑音や機器特性を取り除くことが可能である。
図７および図８は、本実施形態の個人認証装置の他の構成例を示すブロック図である。図７および図８に示すように、雑音・機器特性除去手段が配備される位置は、音響信号観測手段１０２の後段に限定されない。例えば、図７に示すように、雑音・機器特性除去手段は、音響特性算出手段１０３の後段に備えられていてもよい。また、例えば、図８に示すように、雑音・機器特性除去手段は、特徴抽出手段１０４の後段に備えられていてもよい。図７には、音響特性算出手段１０３の後段に備えられる雑音・機器特性除去手段の例として、雑音・機器特性除去手段２０２が示されている。また、図８には、特徴抽出手段１０４の後段に備えられる雑音・機器特性除去手段の例として、雑音・機器特性除去手段２０３が示されている。
上記の例において、雑音・機器特性除去手段２０２は、音響特性算出手段１０３で算出された音響特性から雑音および機器特性を除去する。また、雑音・機器特性除去手段２０３は、特徴抽出手段１０４で算出された特徴量から雑音および機器特性を除去する。
音響特性から雑音および機器特性を除去する方法としては、ユーザの頭部の２か所で観測された観測音響信号から共通に得られる音響特性を減算する方法が挙げられる。また、他の例としては、複数回観測を行って得られた観測音響信号から得られる音響特性の平均をとる方法が挙げられる。さらに他の方法としては、認証対象とされたユーザから得られた観測音響信号から得られた音響特性から、複数人から観測された観測音響信号の平均から得られた音響特性を減算する方法が挙げられる。
また、特徴量から雑音および機器特性を除去する方法としては、音響特性から雑音および機器特性を除去する方法と同様の方法、すなわち減算や平均をとる方法（ただし、「音響特性」を「特徴量」と置き換える）に加えて、音響特性の標準偏差を測定し、除算を行う方法が挙げられる。
また、雑音・機器特性除去手段２０１、雑音・機器特性除去手段２０２および雑音・機器特性除去手段２０３は、観測音響信号（または該観測音響信号から得られる音響特性もしくは特徴量）から、頭部を介さずにイヤホンとマイクロホンのみで伝搬させて得られた音響信号（または該音響信号から得られる音響特性もしくは特徴量）を減算することで、機器特性を除去してもよい。
なお、他の点に関しては第１の実施形態と同様である。
以上のように、本実施形態によれば、観測音響信号やその音響特性やその特徴量から、周囲の環境雑音や心音、呼吸音、発声、関節などから発せられる音や振動などの様々な雑音および機器の個体差である機器特性を除去することができる。したがって、第１の実施形態に比べてより精度の高い個人認証を実現できる。
実施形態３．
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図９は、本発明の第３の実施形態の個人認証装置の構成例を示すブロック図である。図９に示す個人認証装置は、図１に示した第１の実施形態の構成の音響信号送出手段１０１と音響信号観測手段１０２とが、骨伝導信号送出手段３０１と骨伝導信号観測手段３０２とに置き換わった構成となっている。
一般に、音は、空気を主な媒体にして伝搬するが、骨格を媒体にして伝搬することも可能である。骨を媒体にして音を伝搬させることを骨伝導と呼ぶ。骨伝導の伝搬特性にも個人性が存在する。このため、骨伝導によって得られた観測音響信号を個人の認証に用いることができる。
骨伝導信号送出手段３０１は、頭部の一部から、送出音響信号として、骨伝導用の音響信号である骨伝導信号を送出する。骨伝導信号が送出される頭部の一部は、例えば、頭部において骨が形成されている領域であって、装飾品や音響効果を発現させる機器を装着できるまたは近づけることのできる領域の少なくとも一部であってもよい。
骨伝導信号観測手段３０２は、観測音響信号として、骨伝導信号送出手段３０１から送出された骨伝導信号がユーザの頭部の一部を伝搬した後の骨伝導信号を観測する。骨伝導信号の伝搬路とされる頭部の一部は、頭部を構成する頭蓋骨や歯、脳、感覚器およびその間の空洞の少なくとも一部であってもよい。なお、伝搬路には、少なくとも骨が含まれているものとする。
骨伝導信号観測手段３０２は、例えば、骨伝導マイクロホンにより実現されてもよい。このとき、骨伝導信号観測手段３０２は、骨伝導信号送出手段３０１が送出した頭部の任意の一部とは異なる一部から骨伝導信号を観測してもよい。なお、他の点に関しては第１の実施形態と同様である。
以上のように、本実施形態によれば、骨伝導による音響信号の伝達特性を利用して個人認証を行うことができるので、ユーザの耳などの聴覚器官を塞ぐことなく個人認証を行うことができる。
実施形態４．
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態の個人認証装置の構成例を示すブロック図である。図１０に示す個人認証装置は、図１に示した第１の実施形態の構成から、さらに雑音信号推定手段４０１と送出音響信号選択手段４０２とを備えた構成となっている。
雑音信号推定手段４０１は、観測音響信号から雑音信号を推定する。雑音信号推定手段４０１は、例えば、認証用の音響信号を送出していない状態でユーザの頭部の一部もしくはその付近において観測される観測音響信号から、雑音信号を推定する。
送出音響信号選択手段４０２は、推定された雑音信号の周波数帯域と異なる周波数帯域の音響信号を、送出音響信号に選択する。
図１１は、本実施形態の個人認証装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、第１の実施形態と同じ動作については同じ符号を付し、説明を省略する。図１１に示す例では、個人認証装置は、音響信号をユーザの頭部の一部に向けて送出する前に、音響信号観測手段１０２を用いて音響信号を観測する（ステップＳ２０１）。
次いで、雑音信号推定手段４０１は、観測された音響信号を用いて雑音信号を推定する（ステップＳ２０２）。
次いで、送出音響信号選択手段４０２は、推定された雑音信号に基づいて、送出音響信号を選択する（ステップＳ２０３）。以降の動作は、第１の実施形態と同様でよい。
本実施形態によれば、周囲の環境雑音等の雑音の影響を避けることができる。
実施形態５．
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、第１の実施形態と同様でよい。ただし、本実施形態の音響信号送出手段１０１は、送出音響信号を定期的にまたは不定期に変更する。不定期の例としては、ランダムに認証を行う場合に、それらの認証を行う毎に送出音響信号を変更する方法が挙げられる。また、例えば、認証の信頼度に応じて認証を行う回数や頻度を変える場合に、それらの認証を行う毎に送出音響信号を変更する方法が挙げられる。また、例えば、ユーザが何らかのサービス要求をする度に認証する場合に、それらの認証を行う毎に送出音響信号を変更する方法が挙げられる。また、例えば、楽曲が変わる等のサービスの切れ目のタイミングで認証を実施する場合にそれらの認証を行う毎に送出音響信号を変更する方法が挙げられる。
音響信号送出手段１０１が同一の音響信号を送出する場合、ユーザおよびその位置が変わらない限り、音響信号観測手段１０２において同一の音響信号が観測される。すると、悪意のある人物が何らかの手段で観測音響信号を盗聴して詐称に成功してしまう可能性がある。このような行為を防ぐため、ユーザおよびその位置が変わらない状態が継続する場合、送出音響信号を変更するのが好ましい。このようにすると、仮に観測音響信号が盗聴、詐称されたとしても、送信音響信号と比較する処理で両者の信号の要素が所定量以上食い違う場合には、認証対象とされたユーザを詐称者として棄却することが可能である。
さらに、個人認証装置内において、音響信号送出手段１０１が送出音響信号を送出するまでの信号経路と、音響信号観測手段１０２で送出音響信号を受信するまでの信号経路とを別にしておくことで、同時に２つの音響信号（送信音響信号および観測音響信号）を盗聴される危険性を回避することができる。
実施形態６．
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、第１の実施形態と同様でよい。ただし、本実施形態の音響信号送出手段１０１は、送出音響信号として楽音を用いる。これにより、ユーザへの心理的・肉体的負担をより軽減させる。
さらに、音響信号送出手段１０１は、楽音中の低振幅成分の振幅を向上させる目的で、または楽音中の周波数成分のうちパワーの小さい成分を補う目的で、楽曲に別の音響信号（白色雑音等）を重畳したものを送出音響信号として送出してもよい。また、音響信号送出手段１０１は、音楽配信や、トランシーバ、電話などの音響信号そのものを使ったサービスを提供する場合に、それらサービスで用いる音響信号を送出音響信号として送出してもよい。
図１２は、楽音中の低振幅成分の振幅を向上させる目的で、楽曲の音響信号に別の音響信号を重畳した送出音響信号の例を示す説明図である。なお、図１２（ａ）は、元の楽曲の音声信号を、横軸に時間、縦軸に信号値で表したものである。また、図１２（ｂ）は、元の楽曲に白色雑音を追加した送出音響信号を、横軸に時間、縦軸に信号値で表したものである。図１２に示すように、元の楽曲に白色雑音等を加えることによって、低振幅成分の振幅が向上しているのがわかる。なお、信号値の絶対値が振幅に相当する。
また、図１３は、楽音中の周波数成分のうちパワーの小さい成分を補う目的で、楽曲の音響信号に別の音響信号を重畳した送出音響信号の例を示す説明図である。なお、図１３（ａ）は、元の楽曲のスペクトラムパワーを表し、図１３（ｂ）は、元の楽曲に白色雑音を加えた送出音響信号のスペクトラムパワーを表している。なお、図１３（ａ）および図１３（ｂ）はともにフーリエ変換を行って得られた値を、横軸に周波数、縦軸にスペクトラムパワーを対数軸で表している。図１３に示すように、元の楽曲に白色雑音等を加えることにより、パワーの小さい部分が補われていることがわかる。
なお、上記の各実施形態は、互いに組み合わせることも可能である。また、上記の各実施形態では、個人認証装置が単体で動作する例を示したが、個人認証装置と他の装置とを組み合わせてもよい。例えば、上記のいずれかの個人認証装置を用いて個人を特定した結果に基づいて、個人毎に異なるサービスを提供するようなパーソナライズシステムを構成することも可能である。その場合、該システムは、個人認証装置に加えて、個人認証装置から出力される特定結果に基づいて、個人毎に異なるサービスを提供するサービス提供手段（図示省略）を備えていてもよい。
また、例えば、上記のいずれかの個人認証装置を用いて個人を特定した結果に基づいて、正規の権利を保有するかどうかの確認を行うコンテンツ権利管理システムを構成することも可能である。その場合、該システムは、個人認証装置に加えて、個人認証装置から出力される特定結果に基づいて、ユーザがコンテンツに対する正規の権利を保有するか否かの判定を行う手段や、判定の結果、正規の権利を保有している場合のみコンテンツを提供する等のサービスを行う手段を備えていてもよい。
また、例えば、上記のいずれかの個人認証装置を用いて個人を特定した結果に基づいて、特定の個人にのみ音声通信を行う音声通信制御システムを構成することも可能である。その場合、該システムは、個人認証装置に加えて、個人認証装置から出力される特定結果に基づいて、指定された個人に対してのみ音声通信を許可する等の音声通信のための制御を行う手段を備えていてもよい。音声通信は暗号化等を行わないと盗聴される可能性がある。また、暗号化を行っても暗号が漏洩する、盗難される等によって盗聴される可能性がある。例えば、上記の個人認証装置が抽出した個人毎の音響特性を使用して音声を暗号化することにより、漏洩、盗難の可能性が低い音声通信を実現できる。また、例えば、上記の個人認証装置が抽出した個人毎の音響特性を秘密鍵として用いて、秘密鍵・公開鍵暗号方式による音声通信を実現してもよい。なお、該システムが提供する通信は、音声通信に限られず、例えば、データ通信であってもよい。
次に、本発明の概要を説明する。図１３は、本発明による個人認証装置の概要を示すブロック図である。図１３に示す個人認証装置は、音響信号送出手段７０１と、音響信号観測手段７０２と、音響特性算出手段７０３と、ユーザ識別手段７０４とを備える。
音響信号送出手段７０１は、ユーザの頭部の一部に第１の音響信号を送出する。音響信号送出手段７０１は、例えば、第１の音響信号を送出するために、ユーザの頭部において空洞もしくは骨が形成されている領域またはその付近に装着される、装飾品や音響効果を発現させる機器という形態で実現されていてもよい。
音響信号観測手段７０２は、第１の音響信号が上記頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号を観測する。ここで、音響信号の伝搬路とされる頭部の一部は、頭部を構成する頭蓋骨、脳、感覚器及びその間の空洞の一部を少なくとも含んでいればよい。
音響特性算出手段７０３は、第１の音響信号および第２の音響信号から音響特性を算出する。
ユーザ識別手段７０４は、算出された音響特性または該音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、ユーザを識別する。
このような構成を備えることにより、ユーザが認証のための特別な動作をすることなしに個人認証を行うことが可能であるため、認証対象のユーザの心理的および／または肉体的な負担が少ない個人認証を実現できる。
なお、図示省略しているが、個人認証装置は、さらに、音響特性からユーザに関する特徴量を抽出する特徴抽出手段を備えていてもよい。その場合、ユーザ識別手段は、特徴抽出手段によって抽出されたユーザに関する特徴量に基づいて、ユーザを識別してもよい。
また、上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）ユーザの頭部の一部に第１の音響信号を送出する音響信号送出手段と、第１の音響信号が頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号を観測する音響信号観測手段と、第１の音響信号および第２の音響信号から音響特性を算出する音響特性算出手段と、音響特性または該音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、ユーザを識別するユーザ識別手段とを備えたことを特徴とする個人認証装置。
（付記２）予め、一人ないし複数人について、頭部の所定の一部の音響信号の伝搬時の音響特性または前記音響特性から抽出される特徴量を記憶する記憶手段を備え、ユーザ識別手段は、第２の音響信号から算出された音響特性と記憶手段に記憶された音響特性とを比較して、または第２の音響信号から算出された音響特性から抽出された特徴量と記憶手段に記憶された特徴量とを比較して、ユーザを識別する付記１に記載の個人認証装置。
（付記３）第１の音響信号の伝搬路となる頭部の一部は、少なくとも一方の外耳道および／または耳介を含む付記１または付記２に記載の個人認証装置。
（付記４）音響信号送出手段は、イヤホン、ヘッドホンまたは電話機の受話部により実現されており、音響信号観測手段は、イヤホン、ヘッドホンまたは電話機の受話部上に装着されたマイクロホンにより実現されている付記１から付記３のうちのいずれかに記載の個人認証装置。
（付記５）ユーザの頭部の２か所で観測された音響信号、同一ユーザから複数回観測された音響信号、もしくは複数人から観測された音響信号に基づいて、第２の音響信号から周囲の雑音および／または機器特性を除去する除去手段を備えた付記１から付記４のうちのいずれかに記載の個人認証装置。
ここで、除去手段は、左右の外耳道およびまたは耳介に対して各々音響信号を送出して観測された音響信号を用いて、観測された音響信号の少なくとも一方から周囲の雑音および／または機器特性を除去してもよい。
（付記６）音響信号送出手段は、第１の音響信号として、骨伝導用の音響信号を送出し、音響信号観測手段は、第２の音響信号として、第１の音響信号が頭部の一部を骨伝導によって伝播した後の第２の音響信号を観測する付記１から付記５のうちのいずれかに記載の個人認証装置。
ここで、音響信号観測手段は、骨伝導マイクロホンにより実現されていてもよい。また、音響信号観測手段は、音響信号送出手段が第１の音響信号を送出した頭部の一部とは異なる一部から、第２の音響信号を観測してもよい。
（付記７）音響信号観測手段により観測される音響信号に基づいて、雑音信号を推定する雑音推定手段を備え、音響信号送出手段は、雑音推定手段によって推定された雑音信号とは異なる周波数帯域の音響信号を、次回以降の第１の音響信号として送出する付記１から付記６のうちのいずれかに記載の個人認証装置。
（付記８）音響信号送出手段は、第１の音響信号を、定期的または不定期に変更する付記１から付記７のうちのいずれかに記載の個人認証装置。
（付記９）第１の音響信号は楽音である付記１から付記８のうちのいずれかに記載の個人認証装置。
（付記１０）音響信号送出手段は、楽音の低振幅成分の振幅を向上させる目的で楽曲の音響信号に別の音響信号を重畳した音響信号、または楽音中の周波数成分のうちパワーの小さい成分を補う目的で楽曲の音響信号に別の音響信号を重畳した音響信号を、第１の音響信号として送出する付記９に記載の個人認証装置。
（付記１１）ユーザの頭部の一部に第１の音響信号を送出し、第１の音響信号が頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号を観測し、第１の音響信号および第２の音響信号から音響特性を算出し、音響特性または該音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、ユーザを識別することを特徴とする個人認証方法。
（付記１２）予め、一人ないし複数人について、頭部の所定の一部の音響信号の伝搬時の音響特性または該音響特性から抽出される特徴量を記憶する記憶手段に記憶されている音響特性または特徴量と、第２の音響信号から取得された音響特性または特徴量とを比較して、ユーザの識別を行う付記１１に記載の個人認証方法。
（付記１３）コンピュータに、ユーザの頭部の一部に送出された第１の音響信号と、第１の音響信号が頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号とから、音響特性を算出する処理、および音響特性または該音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、ユーザを識別する処理を実行させるための個人認証プログラム。
（付記１４）コンピュータに、ユーザを識別する処理で、予め、一人ないし複数人について、頭部の所定の一部の音響信号の伝搬時の音響特性または該音響特性から抽出される特徴量を記憶する記憶手段に記憶されている音響特性または特徴量と、第２の音響信号から取得された音響特性または特徴量とを比較して、ユーザを識別させる付記１３に記載の個人認証プログラム。
（付記１５）付記１から付記１０のいずれかの個人認証装置によるユーザの識別結果に基づいて、個人毎に異なるサービスを提供するサービス提供手段を備えたパーソナライズシステム。
（付記１６）付記１から付記１０のいずれかの個人認証装置によるユーザの識別結果に基づいて、ユーザが管理対象とされるコンテンツに対する正規の権利を保有するか否かの判定を行う判定手段を備えたコンテンツ権利管理システム。
（付記１７）付記１から付記１０のいずれかの個人認証装置によるユーザの識別結果に基づいて、音声通信またはデータ通信の制御を行う制御手段を備えた通信制御システム。
以上、本実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１５年１０月２１日に出願された日本特許出願２０１５−２０６８５７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
本発明は、例えば、オーディオデバイスを用いて個人を認証する個人認証装置、個人認証方法、個人認証プログラムに好適に適用可能である。また、そのような個人認証装置、個人認証方法、個人認証プログラムを利用したパーソナライズシステム、コンテンツ権利管理システム、通信制御システム等にも適用可能である。
１１ ＰＣ
１２ サウンドプロセッサ
１３ マイクロホンアンプ
１４ イヤホン
１５ マイクロホン
１６ ユーザ
１０１ 音響信号送出手段
１０２ 音響信号観測手段
１０３ 音響特性算出手段
１０４ 特徴抽出手段
１０５ ユーザ識別手段
１０６ 特徴量記憶手段
２０１、２０２、２０３ 雑音・機器特性除去手段
３０１ 骨伝導信号送出手段
３０２ 骨伝導信号観測手段
４０１ 雑音信号推定手段
４０２ 送出音響信号選択手段
７０１ 音響信号送出手段
７０２ 音響信号観測手段
７０３ 音響特性算出手段
７０４ ユーザ識別手段

Claims (10)

  1. ユーザの頭部の一部に第１の音響信号を送出する音響信号送出手段と、
    前記第１の音響信号が前記頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号を観測する音響信号観測手段と、
    前記第１の音響信号および前記第２の音響信号から音響特性を算出する音響特性算出手段と、
    前記音響特性または前記音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、前記ユーザを識別するユーザ識別手段とを備えた
    ことを特徴とする個人認証装置。
  2. 予め、一人ないし複数人について、頭部の所定の一部の音響信号の伝搬時の音響特性または前記音響特性から抽出される特徴量を記憶する記憶手段を備え、
    ユーザ識別手段は、第２の音響信号から算出された音響特性と前記記憶手段に記憶された音響特性とを比較して、または前記第２の音響信号から算出された音響特性から抽出された特徴量と前記記憶手段に記憶された特徴量とを比較して、ユーザを識別する
    請求項１に記載の個人認証装置。
  3. 第１の音響信号の伝搬路となる頭部の一部は、少なくとも一方の外耳道および／または耳介を含む
    請求項１または請求項２に記載の個人認証装置。
  4. 音響信号送出手段は、イヤホン、ヘッドホンまたは電話機の受話部により実現されており、
    音響信号観測手段は、前記イヤホン、ヘッドホンまたは電話機の受話部上に装着されたマイクロホンにより実現されている
    請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の個人認証装置。
  5. ユーザの頭部の２か所で観測された音響信号、同一ユーザから複数回観測された音響信号、もしくは複数人から観測された音響信号に基づいて、第２の音響信号から周囲の雑音および／または機器特性を除去する除去手段を備えた
    請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の個人認証装置。
  6. 音響信号送出手段は、第１の音響信号として、骨伝導用の音響信号を送出し、
    音響信号観測手段は、第２の音響信号として、前記第１の音響信号が頭部の一部を骨伝導によって伝播した後の音響信号を観測する
    請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の個人認証装置。
  7. 音響信号観測手段により観測される音響信号に基づいて、雑音信号を推定する雑音推定手段を備え、
    音響信号送出手段は、前記雑音推定手段によって推定された雑音信号とは異なる周波数帯域の音響信号を、次回以降の第１の音響信号として送出する
    請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の個人認証装置。
  8. 音響信号送出手段は、第１の音響信号を、定期的または不定期に変更する
    請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の個人認証装置。
  9. ユーザの頭部の一部に第１の音響信号を送出し、
    前記第１の音響信号が前記頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号を観測し、
    前記第１の音響信号および前記第２の音響信号から音響特性を算出し、
    前記音響特性または前記音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、前記ユーザを識別する
    ことを特徴とする個人認証方法。
  10. コンピュータに、
    ユーザの頭部の一部に送出された第１の音響信号と、前記第１の音響信号が前記頭部の一部を伝播した後の音響信号である第２の音響信号とから、音響特性を算出する処理、および
    前記音響特性または前記音響特性から抽出されるユーザに関する特徴量に基づいて、前記ユーザを識別する処理
    を実行させるための個人認証プログラム。
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