眼球‑頭部協調運動の個人差を用いた生体反射認証 方式に関する検討(その2)
著者 高橋 洋介, 遠藤 将, 松野 宏昭, 村松 弘明, 大木 哲史, 西垣 正勝
雑誌名 電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報
巻 117
号 513
ページ 49‑54
発行年 2018‑03‑18
出版者 電子情報通信学会
権利 (C)2018 by IEICE
URL http://hdl.handle.net/10297/00025407
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Copyright ©20●● by IEICE
眼球-頭部協調運動の個人差を用いた 生体反射認証方式に関する検討（その２）
高橋 洋介 遠藤 将 松野 宏昭 村松 弘明 大木 哲史 西垣 正勝
静岡大学 〒432-8011 静岡県浜松市中区城北3-5-1 E-mail: [email protected]
あらまし 生体情報は一般的に容易に漏洩するという問題が存在するため，生体情報が漏洩した場合であっても なりすましが困難な生体情報が望ましい．これに対して，生体の反射を利用した認証方式が提案されている．著者 らは2017年5月BioX研究会において，視標を注視する際の反射的な動きである眼球-頭部協調運動の個人差を用い た認証方式を提案し，単一時刻（視標注視時）の眼球と頭部の位置情報を利用したプロトタイプシステムによって 本認証方式の実現可能性を検討した．しかし，本提案方式の本質は移動する視標を眼で追う際のユーザの動的な振 る舞いの中に含まれる個人性を利用することにある．そこで本稿では，単一時刻の静止画だけでなく，視標注視時 の動的な動きを用いて実験を行うことで，眼球-頭部協調運動に基づく生体反射認証の本来の可用性について検討を 行う．
キーワード 生体認証，生体反射，眼球-頭部協調運動
A Study on Human Reflex Based Biometric Authentication Using Eye-Head Coordination (part 2)
Yosuke TAKAHASHI Masashi ENDO Hiroaki MATSUNO Hiroaki MURAMATSU Tetsushi OHKI and Masakatsu NISHIGAKI
Shizuoka University, 3-5-1 Johoku, Naka, Hamamatsu, Shizuoka, 432-8011 Japan E-mail: [email protected]
Abstract Biometric information could be easily leaked and/or copied. Therefore, biometric authentication in which biometric information is not required to be secret is desirable. To cope with this issue, we have proposed a user authentication using human reflex response. In BioX (May 2017), we have proposed a biometric authentication using eye-head coordination as the particular instance of reflex based authentication. At this stage, the features of eye-head coordination are calculated from static image when the user viewed the stimulus. However, it is essential to devise a biometric authentication that utilizes the differences in dynamic behavior. In this study, we calculate the features by studying dynamic behavior of eye movement which will be captured using video. We conducted a basic experiment, and we investigated the intrinsic availability of biometric authentication using eye-head coordination.
Keywords Biometric authentication，Human reflex，Eye-head coordination
1. は じ め に
生 体 認 証 は 忘 却 や 紛 失 の 恐 れ が な い な ど 多 く の 利 点 が あ り ， 普 及 が 進 ん で い る ． し か し な が ら ， 指 紋 や 虹 彩 な ど の 人 間 の 身 体 的 特 徴 を 用 い た 生 体 情 報 は 残 留 指 紋 や 写 真 な ど か ら 生 体 情 報 そ の も の が 漏 洩 し ， な り す ま し が 可 能 で あ る こ と が 知 ら れ て い る[1][2]．
こ の 問 題 に 対 処 す る た め に ，（1） 漏 洩 し に く い 生 体 情 報 や ，（2） 動 的 な 生 体 情 報 を 用 い た 生 体 認 証 技 術 が 提 案 さ れ て い る ．（1） を 利 用 し た 認 証 に は ， 手 の ひ ら や 指 の 静 脈 を 用 い た 認 証 方 式 が 提 案 さ れ て い る[3][4]．
（2）を 利 用 し た 認 証 に は ，手 書 き の 署 名 な ど が あ る[5]．
し か し ，（1） の よ う な 通 常 で は 漏 洩 し に く い と 考 え ら れ る 生 体 情 報 で あ っ て も ， 隠 さ れ た セ ン サ や フ ィ ッ シ ン グ に よ っ て ， ユ ー ザ の 望 ま な い 状 況 で 不 正 に 生 体 情 報 が 盗 ら れ る 可 能 性 が 否 定 で き な い ． 一 方 ，（2） の よ う な 動 的 な 生 体 情 報 で あ っ て も ， 不 正 者 が 訓 練 に よ り 正 規 ユ ー ザ の 特 徴 を 習 得 す る と い っ た な り す ま し の 危 険 性 を 否 定 で き な い ．
以 上 よ り ， 生 体 情 報 が 漏 洩 し て も 絶 対 に 複 製 が で き ず ， 訓 練 な ど に よ り 習 得 す る こ と も で き な い よ う な 生 体 認 証 方 式 の 要 求 が 考 え ら れ る ． こ の 要 求 に 対 応 す る 一 つ の 方 向 性 と し て ， 生 体 反 射 型 認 証[6][7][8]が 挙 げ
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ら れ る ． 生 体 反 射 は 人 間 が 自 分 で 制 御 す る こ と が で き な い 不 随 意 な 生 体 情 報 で あ り ， こ れ が 不 正 者 に 漏 洩 し た と し て も ， 不 正 者 が 正 規 ユ ー ザ に な り す ま す こ と は 困 難 で あ る と 期 待 さ れ る ．
し か し ， 既 存 の 生 体 反 射 型 認 証[6][7][8]に お い て 用 い ら れ て い る 反 射 （ 眼 球 の サ ッ カ ー ド 反 射 や 瞳 孔 の 対 光 反 射 ） は ， 生 体 反 射 そ の も の の 個 人 差 が 大 き く な い た め ， 静 的 な 生 体 情 報 （ 眼 の 盲 点 ） と 組 み 合 わ せ が 必 要 で あ っ た ． そ こ で 著 者 ら は ， 生 体 反 射 そ の も の の 個 人 差 を 用 い た 生 体 反 射 認 証 方 式 の 1 つ と し て ， 眼 球- 頭 部 協 調 運 動 の 個 人 差 を 用 い た 生 体 反 射 認 証 を 提 案 し て い る[9]． 眼 球-頭 部 協 調 運 動 に 基 づ く 生 体 反 射 認 証 の 本 質 は ， 移 動 す る 視 標 を 眼 で 追 う 際 の ユ ー ザ の 動 的 な 振 る 舞 い の 中 に 含 ま れ る 個 人 性 を 利 用 す る こ と に あ る ．し か し ，文 献[9]で 試 作 さ れ た シ ス テ ム は ，視 標 注 視 時 の 眼 球 と 頭 部 の 位 置 情 報 の み を 用 い て 認 証 を 行 う プ ロ ト タ イ プ で あ っ た た め ， 不 正 者 が 自 ら の 眼 球 と 頭 部 の 位 置 を 「 正 規 ユ ー ザ の 視 標 を 注 視 し た 際 の 眼 球 と 頭 部 の 位 置 」 に 合 わ せ こ む こ と で ， な り す ま し を 成 功 さ せ る 可 能 性 を 残 し て い た ． ま た ， 単 一 時 刻 （ 視 標 注 視 時 ） の 眼 球 と 頭 部 の 位 置 情 報 を 利 用 す る だ け で は ， 本 人 と 他 人 の 差 が 大 き く 現 れ な い と い う 認 証 精 度 の 問 題 も 生 じ た ． そ こ で 本 稿 で は ， ユ ー ザ が 正 面 方 向 を 向 い て い る 状 態 か ら ， 側 面 方 向 に 提 示 さ れ た 視 標 を 注 視 す る ま で の ， 眼 球 と 頭 部 の 位 置 情 報 の 遷 移 を 特 徴 量 と し て 利 用 す る こ と に よ り ，眼 球-頭 部 協 調 運 動 に 基 づ く 生 体 反 射 認 証 の 本 来 の 可 用 性 に つ い て 検 討 を 行 う ． 2. 生 体 反 射 認 証
反 射 と は ， 外 界 の 作 用 に よ っ て 感 覚 器 が 刺 激 さ れ た と き に ， 筋 肉 等 が 意 識 と は 無 関 係 に 反 応 を 起 こ す こ と で あ り ， 常 に 決 ま っ た 形 で ， 自 動 的 か つ 機 械 的 に ， そ し て 瞬 間 的 に 現 れ る[10]． 本 稿 で は ， そ の 意 味 を 少 し 大 き く 取 り ， 人 間 が 制 御 で き な い レ ベ ル で の 反 応 を 反 射 と 定 義 す る ．
人 間 に は 様 々 な 反 射 の 存 在 が 確 認 さ れ て お り ， 例 え ば ， 瞳 孔 に は 眼 球 に 入 る 光 が 急 に 強 さ を 増 し た 際 に 縮 瞳 す る 対 光 反 射 の 存 在 が 知 ら れ て い る[11]． こ の よ う な 反 応 に 何 ら か の 個 人 差 が 含 ま れ る 場 合 ， 認 証 へ の 応 用 が 考 え ら れ る ．
生 体 反 射 は ， そ の 反 応 を 本 人 が 意 識 的 に 制 御 す る こ と は 難 し い と 考 え ら れ て い る ． こ の た め ， 例 え ば 「 ユ ー ザAで あ れ ば ， あ る 光 刺 激Sに 対 し て 瞳 孔 が Q%収 縮 す る 」 と い う 認 証 情 報 が 漏 洩 し た と し て も ，A以 外 の ユ ー ザ が ユ ー ザ A特 有 の 生 体 反 射（ そ の 刺 激 Sに 対 し て 瞳 孔 が Q%収 縮 す る ） を 模 倣 （ 訓 練 に よ る 習 得 を 含 む ） す る こ と は 困 難 と 予 測 さ れ る ． す な わ ち ， 生 体 反 射 の 個 人 差 に 基 づ く 本 人 認 証 に お い て は ， 個 人 認 証 の 拠 所 と な る 生 体 情 報 を 公 開 し た と し て も 他 人 に よ る
な り す ま し は 困 難 な も の と な る ．
虹 彩 を 用 い た 生 体 認 証 方 式 の 中 に ， 対 光 反 射 を ユ ー ザ の 生 体 検 知（liveness detection）の た め に 使 用 し て い る も の が あ る[12]． し か し ， 生 体 検 知 は 反 射 の 有 無 を 調 べ る の み で あ り ， そ れ ゆ え に な り す ま し の 成 功 例 な ど が 報 告 さ れ て い る[13][14]．本 稿 は 生 体 反 射 そ の も の の 個 人 差 を 用 い て 認 証 を 実 施 す る こ と に よ っ て さ ら に な り す ま し に 対 し て 頑 強 な 生 体 認 証 の 実 現 を 提 案 す る も の で あ る ．
3. 眼 球-頭 部 協 調 運 動 を 用 い た 生 体 反 射 認 証
3.1. コンセプト
既 存 の 生 体 反 射 型 認 証[6][7][8]で は ， 個 人 差 を 有 す る 静 的 な 生 体 情 報 を 「 生 体 反 射 を 誘 発 す る ト リ ガ 」 と し て 利 用 し ， な り す ま し が 困 難 な 認 証 を 実 現 し て い る が ，生 体 反 射 そ の も の の 個 人 差 を 認 証 に 用 い て い な い ． 本 稿 で は ， 反 射 そ の も の の 個 人 差 を 用 い た 生 体 反 射 認 証 の 第 一 歩 と し て ，眼 球-頭 部 協 調 運 動 を 生 体 認 証 へ と 応 用 す る ．
人 間 の 注 視 動 作 は 眼 球 運 動 だ け で な く ， 頭 部 運 動 が 加 わ っ た 複 雑 な 動 作 で あ る ．こ の 連 動 は 眼 球-頭 部 協 調 運 動 と 呼 ば れ る ．眼 球-頭 部 協 調 運 動 の 個 人 差 に 関 し て は ， 分 担 比 （ 視 線 移 動 に 占 め る 頭 部 運 動 の 割 合 ） の 分 布 が 被 験 者 ご と に 個 人 差 が 大 き い と い う こ と が ， 文 献 [15]に よ っ て 明 ら か に な っ て い る ． こ の 研 究 は ， 頭 部 運 動 を 3 次 元 的 に と ら え る こ と に よ り ，3 次 元 空 間 上 で 視 線 が ど の よ う に 制 御 さ れ て い る か を 明 ら か に す る こ と を 目 的 と し て い る ． そ の た め ， 磁 気 セ ン サ を 用 い て 頭 部 運 動 を 検 出 し ， 眼 球 運 動 分 析 装 置 と 組 み 合 わ せ て 実 験 が 行 わ れ て い る ． し か し ， 本 人 認 証 を す る に あ た っ て こ の よ う な 装 置 を 使 用 す る こ と は 適 用 先 が 限 定 さ れ ， 現 実 的 で な い ．
そ こ で ， 本 稿 で は ， 正 面 方 向 か ら 視 標 を 注 視 す る 際 の 動 画 の み か ら 分 担 比 に 相 当 す る 特 徴 量 を 算 出 す る ． こ れ に よ り 認 証 の た め の コ ス ト の 削 減 や ユ ー ザ の 利 便
視線
眼 球 運 動 頭 部 運 動
視標
視標に対して大きく顔を 向けるユーザA：
眼球の動きは少ない
視標に対してあまり顔を 向けないユーザB： 視標を捉えるために眼球を 大きく顔を動かす
A B
X°
図 1眼 球 運 動 と 頭 部 運 動 の 関 係
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性 の 向 上 が 達 成 さ れ ， 適 用 先 も 広 が る と 考 え ら れ る ． 3.2. 特 徴 量
本 稿 で は ， 視 標 を 注 視 す る 際 の 分 担 比 に 注 目 す る ． 人 間 が 視 標 を 注 視 す る 際 ， 注 視 方 向 は 眼 球 運 動 と 頭 部 運 動 の ベ ク ト ル 和 に よ っ て 表 さ れ る ． し た が っ て ， 正 面 か ら x度 の 角 度 で 右 （ ま た は 左 ） に 表 示 さ れ る 視 標 を 注 視 す る 際 ， 人 間 の 眼 球 運 動 と 頭 部 運 動 の 和 がx度 に 相 当 す る ．そ の た め ，図 1の よ う に 視 標 に 対 し て 大 き く 顔 を 向 け る と ， 眼 の 動 き は 小 さ く な り ， そ の 逆 も ま た 同 様 で あ る ． し た が っ て ， 視 標 を 注 視 す る 際 の 角 膜 の 位 置 を 測 定 す る こ と に よ っ て 簡 易 的 に 分 担 比 に あ た る 特 徴 量 を 算 出 す る こ と が で き る ． そ の 結 果 ， 角 膜 イ メ ー ジ ン グ カ メ ラ （ 図 2） に よ っ て 撮 影 さ れ る ユ ー ザ の 眼 の 映 像 の み か ら ，眼 球-頭 部 協 調 運 動 の 特 徴 量 を 算 出 す る こ と が 可 能 で あ る と 考 え ら れ る ．
3.3. 認 証 手 順
眼 球-頭 部 協 調 運 動 に お け る 分 担 比 を 利 用 し た 生 体 反 射 認 証 の 手 順 を 説 明 す る ． 被 認 証 者 は ， シ ス テ ム が 被 認 証 者 の 注 視 点 を 計 測 で き る よ う に ， 角 膜 イ メ ー ジ
ン グ カ メ ラ （ 図 2） を 装 着 し て 認 証 を 行 う ．
【 登 録 フ ェ ー ズ 】
① シ ス テ ム は ，被 認 証 者 の 眼 の 高 さ に 合 わ せ て 視 標 を 表 示 す る ．
② 被 認 証 者 は 認 証 中 ，視 標 を 眼 で 追 う よ う に シ ス テ ム か ら 指 示 さ れ る ．シ ス テ ム は ，被 認 証 者 の 正 面 に 視 標 を 表 示 す る ．そ の 後 ， シ ス テ ム は 認 証 画 面 内 の 左 右 ラ ン ダ ム な 位 置 に 視 標 を 表 示 す る ．シ ス テ ム は ，被 認 証 者 が 正 面 の 視 標 を 注 視 し て い る 状 態 か ら ， 左 右 い ず れ か の 視 標 を 注 視 す る ま で の ， 各 時 刻 の 分 担 比 を 被 認 証 者 の 角 膜 位 置 か ら 算 出 し ， 視 標 の 位 置 ， ユ ー ザ 名 と と も に 登 録 す る ．
【 認 証 フ ェ ー ズ 】
① 被 認 証 者 は シ ス テ ム に ユ ー ザ 名 を 入 力 す る ．
② シ ス テ ム は ，登 録 情 報 の 中 か ら 当 該 ユ ー ザ 名 の も の を 取 り 出 す ．
③ 被 認 証 者 は 認 証 中 ，視 標 を 眼 で 追 う よ う に シ ス テ ム か ら 指 示 さ れ る ．シ ス テ ム は ，被 認 証 者 の 正 面 に 視 標 を 表 示 す る ．そ の 後 ，認 証 画 面 内 の 左 右 ラ ン ダ ム な 位 置 に 視 標 を 表 示 す る ．シ ス テ ム は ，そ の 間 の 被 認 証 者 の 角 膜 位 置 か ら 各 時 刻 の 分 担 比 を 算 出 す る ．視 標 の 表 示 回 数 は ， シ ス テ ム に 要 求 さ れ る セ キ ュ リ テ ィ 強 度 に よ っ て 決 定 さ れ る ．
④ シ ス テ ム は ，登 録 時 と 認 証 時 の 特 徴 量（ 視 標 の 位 置 と 分 担 比 の 時 間 遷 移 ）が 十 分 類 似 し て い れ ば 認 証 成 功 と す る ．
3.4. なりすまし耐 性
第 三 者 が 能 動 的 な 不 正 者 で あ っ た 場 合 ， 正 規 ユ ー ザ の 眼 球 と 頭 部 の 動 き を 模 倣 す る こ と に よ っ て ， な り す ま し を 試 み る で あ ろ う ．し か し ，眼 球-頭 部 協 調 運 動 は 人 間 に と っ て 不 随 意 な 動 作 で あ る た め ， 不 正 者 は 仮 に あ る 一 時 刻 に お け る 「 自 ら の 眼 球 と 頭 部 の 位 置 」 を そ の 時 刻 に お け る 「 正 規 ユ ー ザ の 眼 球 と 頭 部 の 位 置 」 に 合 わ せ る こ と が で き た と し て も ， 正 面 の 視 標 か ら 左 右 の 視 標 に 眼 を 移 動 す る 間 の す べ て の 時 刻 に お い て そ れ を 行 う こ と は 不 可 能 で あ る と 考 え ら れ る ．こ れ に よ り ， 不 正 者 を 検 出 で き る こ と が 期 待 さ れ る ．
4. 基 礎 実 験
眼 球-頭 部 協 調 運 動 に 基 づ く 生 体 反 射 認 証 の 認 証 精 度 を ユ ー ザ 実 験 に よ っ て 求 め る ． 被 験 者 は 本 学 情 報 系 学 科 の 学 生 10名（ 被 験 者 1～10）と し た ．実 験 機 器 の 都 合 上 ， 各 被 験 者 の 右 眼 に 設 置 し た 角 膜 イ メ ー ジ ン グ カ メ ラ に よ っ て 取 得 さ れ る 動 画 像 を 用 い て 実 験 を 行 う ．
本 来 で あ れ ば ， 正 規 ユ ー ザ の 認 証 情 報 が 漏 洩 し た 場 合 で あ っ て も ，不 正 者 に よ る 眼 球-頭 部 協 調 運 動 の 模 倣 が で き な い こ と を 検 証 す る 必 要 が あ る が ，現 時 点 で は ， 眼 球-頭 部 協 調 運 動 に 個 人 差 が あ る こ と を 検 証 す る 段 階 で あ る た め ， な り す ま し に 関 す る 実 験 は 行 っ て い な 視標
視標表示ディスプレイ 角膜イメージングカメラ
143cm
66°
視標B
角膜イメージングカメラ
認証プログラム制御装置
30cm
視標表示ディスプレイ
視標B’
視標A
図 3 実 験 の 概 観
図 4 実 験 の 風 景
図 2角 膜 イ メ ー ジ ン グ カ メ ラ
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い ．
4.1. 実 験 概 要
実 験 の 概 観 を 図 3に 示 す ．各 装 置 の 詳 細 を 以 下 に 示 す ．
・ 視 標 表 示 デ ィ ス プ レ イ：視 標 を 表 示 す る ．65型 液 晶 デ ィ ス プ レ イ TY-TP65P10S（ パ ナ ソ ニ ッ ク 株 式 会 社 製 ）を 使 用 し た ．解 像 度 は 32,000×18,000[pix]
で あ る ．
・ 角 膜 イ メ ー ジ ン グ カ メ ラ ：被 験 者 の 右 眼 を 撮 影 す る ．被 験 者 は 図 4 の よ う に カ メ ラ を 装 着 し て 実 験 を 行 う ．カ メ ラ モ ジ ュ ー ル は NCM13-J（ 日 本 ケ ミ コ ン 株 式 会 社 製 ）， 撮 影 画 像 の 解 像 度 は 640× 480[pix]と し た ． ま た ， フ レ ー ム レ ー ト は 15[fps]
で 撮 影 し た ．
・ 認 証 プ ロ グ ラ ム 制 御 装 置：認 証 フ ェ ー ズ に お け る 視 標 の 表 示 お よ び 角 膜 位 置 の 測 定 を 行 う ．PC
（CPU：Inter Core i5 2.6GHz，メ モ リ：8GB，OS： Windows10 HOME） 上 で 動 く JAVAア プ リ ケ ー シ ョ ン プ ロ グ ラ ム と し て 実 装 し た ．
4.2. 実 験 方 法 およびデータの収 集
図2に 示 す よ う に ， 被 験 者 の 右 眼 か ら 視 標 ま で の 距 離 が 約 30cm， 被 験 者 の 正 面 か ら 視 標 B（ ま た は B’）
に 対 す る 視 角 が 約 66° と な る よ う に 視 標 表 示 デ ィ ス プ レ イ を 設 置 し た ． 被 験 者 を 視 標 表 示 デ ィ ス プ レ イ の 前 に 立 た せ ， 実 験 の 間 ， 視 標 を 注 視 し 続 け る よ う 指 示 し た ．は じ め に ，視 標 Aを 表 示 し ，被 験 者 に 正 面 方 向 か ら 注 視 し て も ら う ．次 に ，視 標 Aを 消 失 さ せ ，視 標 Bま た は B’の ど ち ら か を ラ ン ダ ム に 表 示 さ せ ，被 験 者 が 視 標 Aか ら 視 標 B（ ま た はB’）を 注 視 す る ま で の 動 き を 1試 行 と し ，そ の 間 の 被 験 者 の 右 眼 の 動 画 像 を 取 得 し た ．
眼 球-頭 部 協 調 運 動 に お い て は 個 人 内 で あ っ て も 分 散 が 大 き い こ と に 鑑 み ， 各 被 験 者 に 登 録 フ ェ ー ズ の 認 証 試 行 を 5 回 実 施 し て も ら っ た ． す な わ ち ，10 名 ×5 試 行 ×2（ 視 標 B ま た は B’） ＝100 個 の 動 画 像 を テ ン プ レ ー ト デ ー タ と し て 収 集 し た ．ま た ，実 験 開 始 日（ テ ン プ レ ー ト を 登 録 し た 当 日 ），約 1ヶ 月 後 ，約2ヶ 月 後 に そ れ ぞ れ 認 証 フ ェ ー ズ を 5回 実 施 し て も ら い ，10名
×5試 行 ×2（ 視 標Bま た は 視 標B’）×3回（ 実 験 開 始 日 ， 約 1ヶ 月 後 ， 約 2ヶ 月 後 ） ＝300個 の 動 画 像 を 認 証 デ ー タ と し て 収 集 し た ．
3.2 節 で も 述 べ た よ う に ， 本 方 式 で は 分 担 比 に あ た る 特 徴 量 と し て 角 膜 の 位 置 を 利 用 す る ． 今 回 は ， 各 被 験 者 の 右 眼 の 動 画 像 か ら ， 目 頭 か ら 角 膜 境 界 ま で の 距 離 （ 図 5（a）） を1フ レ ー ム ご と に 測 定 し た ． な お ， 被 験 者 ご と の 眼 の 大 き さ な ど に よ る 影 響 を な く す た め ， 目 頭 か ら 角 膜 中 心 ま で の 距 離 （ 図 5（b）） と の 比 を と る こ と で 正 規 化 し た ．
今 回 実 際 に 取 得 し た デ ー タ の 具 体 例 と し て ， 被 験 者 1の 登 録 フ ェ ー ズ 第1試 行 時 の テ ン プ レ ー ト デ ー タ と ， 認 証 フ ェ ー ズ 第 1試 行 時 の 認 証 デ ー タ を 図 6に 示 す ． 4.3. 評 価
4.3.1. 実 験 結 果
登 録 フ ェ ー ズ の テ ン プ レ ー ト デ ー タ と 認 証 フ ェ ー ズ の 認 証 デ ー タ を 比 較 す る 際 に 使 用 す る ア ル ゴ リ ズ ム と し て Dynamic Time Warping（DTW）[16]を 用 い た ． こ れ は 2つ の 時 系 列 デ ー タ 間 の 距 離 ， つ ま り 非 類 似 度 を 測 る ア ル ゴ リ ズ ム で ， 一 方 の デ ー タ を 非 線 形 に 伸 縮 さ せ ， 最 も 整 合 し た 時 点 を マ ッ チ ン グ 結 果 と す る も の で あ る ．
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6
分担比
時間［秒］
取得したデータの具体例
テンプレートデータ 認証データ
図 5 撮 影 画 像
（a） 目 頭 か ら 角 膜 境 界 ま で の 距 離
（b） 目 頭 か ら 角 膜 中 心 ま で の 距 離
図 7 各 判 定 方 法 の 認 証 精 度 図 6取 得 し た デ ー タ の 具 体 例
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0% 50% 100%
他人受入（FAR）
本人拒否（FRR）
（1）認証データB
（2）認証データB'
（3）認証データBとB'の和
（4）認証データBとB'の積
（ a ） （ b ）
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ま た ， 被 験 者 ご と に 収 集 し た 5回 分 の テ ン プ レ ー ト デ ー タ の 中 か ら ，最 適 な テ ン プ レ ー ト を 選 ぶ た め に も ， DTWを 利 用 し た ．具 体 的 に は ，被 験 者 iの j回 目（j=1
～5）の テ ン プ レ ー ト をTi jと し ，各jご と に ，TijとTi j ’
（j’≠j） の DTW の マ ッ チ ン グ ス コ ア を 計 算 し ， ス コ ア が 一 番 高 い も の を 被 験 者 i に 対 す る 最 適 な テ ン プ レ ー ト と し た ．
こ の よ う に 選 ん だ 最 適 な テ ン プ レ ー ト デ ー タ を 用 い て ， す べ て の 認 証 デ ー タ と の DTW の マ ッ チ ン グ ス
コ ア を 計 算 し た ． 今 回 は 角 膜 イ メ ー ジ カ メ ラ を 被 験 者 の 右 眼 側 に 搭 載 し た こ と に 鑑 み ， 各 被 験 者 の 認 証 デ ー タ を 2種 類 に 分 類 し ， 被 験 者 の 右 側 に 視 標 （ 視 標 B）
を 提 示 し た 場 合 の デ ー タ を「 認 証 デ ー タ B」，被 験 者 の 左 側 に 視 標（ 視 標 B’）を 提 示 し た 場 合 の デ ー タ を「 認 証 デ ー タ B’」と し ，以 下4つ の 方 法 で 認 証 率 を 評 価 し た ．
（1） 認 証 デ ー タ Bの み を 用 い た 場 合
（2） 認 証 デ ー タ B’の み を 用 い た 場 合
（3） 認 証 デ ー タ BとB’の 和 （OR） を 用 い た 場 合
（4） 認 証 デ ー タ BとB’の 積 （AND） を 用 い た 場 合 こ れ ら4つ の 判 定 方 法 で の 認 証 結 果 を 表 1に 示 す ． ま た ， 閾 値 を 変 化 さ せ ，FAR と FRR を プ ロ ッ ト し た ROC 曲 線 を 図 7に 示 す ．
図 7 よ り ， 眼 球-頭 部 協 調 運 動 と い う 生 体 反 射 そ の も の に よ る 個 人 差 が ， 本 人 と 他 人 を 識 別 す る た め の 情 報 と し て 利 用 で き る こ と が 確 認 で き る ．ま た ，表 1よ り ，視 標 を 右 側 に 提 示 し た 場 合 の 認 証 デ ー タ Bが ，左 側 に 提 示 し た 場 合 の 認 証 デ ー タ B’よ り も ，認 証 精 度 が 高 い と い う 結 果 が 得 ら れ た ． 人 間 は 通 常 ， 右 側 の 視 標 に つ い て は 右 眼 を 主 に 使 っ て ， 左 側 の 視 標 に つ い て は 左 眼 を 主 に 使 っ て ， 視 標 を 捉 え る ． 今 回 は ， 角 膜 イ メ ー ジ ン グ カ メ ラ を 右 眼 側 に 設 置 し た た め ， 右 眼 が 主 導 的 に 働 く 「 右 側 の 視 標 B の 注 視 」 の 際 の 動 き の 中 に ， よ り 大 き な 本 人 性 が 認 め ら れ る 形 に な っ た の で は な い か と 考 え ら れ る ．更 に ，認 証 デ ー タ BとB’を 積（AND）
の 形 で 組 み 合 わ せ る こ と に よ っ て 認 証 精 度 が 向 上 し て い る こ と が 表 1よ り 確 認 で き る ． こ れ は ， 左 側 の 視 標 B’を 注 視 す る 際 の 右 眼 の 動 き の 中 に も 相 応 の 本 人 性 が 含 ま れ て お り ，認 証 デ ー タ Bに 含 ま れ る 本 人 性 と 認 証 デ ー タ B’に 含 ま れ る 本 人 性 の 両 者 を 使 用 す る こ と に よ っ て ， 最 も 良 い 認 証 精 度 が 得 ら れ た の だ と 考 え ら れ る ．
4.3.2. 動 的 な 眼 球-頭 部 協 調 運 動 の 利 用
本 稿 で は ， 正 面 の 視 標 を 見 て い る 状 態 か ら ， 右 側 に 提 示 さ れ た 視 標 B（ ま た は 左 側 に 提 示 さ れ た 視 標 B’）
を 注 視 す る ま で の ， 被 験 者 の 右 眼 の 動 き を 動 画 で 撮 影 し ， 各 時 刻 の 分 担 比 を 特 徴 量 と し て 本 人 認 証 を 行 な っ て い る ．一 方 ，文 献[9]で は ，視 標 注 視 時 の 右 眼 の 動 き を 静 止 画 で 撮 影 し ， 一 時 刻 の 分 担 比 の み を 特 徴 量 と し て 本 人 認 証 を 行 な っ て い る ．本 稿 と 文 献[9]と の 認 証 精 度 を 比 較 す る た め に ， 今 回 の 実 験 に て 取 得 し た 認 証 デ ー タ B（ ま た は B’）の 動 画 に 対 し て ，各 フ レ ー ム か ら 算 出 さ れ る 分 担 比 を す べ て 用 い て 認 証 を 行 っ た 場 合 の 認 証 精 度 と ，動 画 中 の「 視 標 B（ ま た は B’）を 注 視 し た 時 点 で の 1フ レ ー ム（ 静 止 画 ）」か ら 算 出 さ れ る 分 担 比 の み を 用 い て 認 証 を 行 っ た 場 合 の 認 証 精 度 を ， そ れ ぞ れ 求 め た ． そ の 結 果 を 表 2に 示 す ．
0 0.0005 0.001 0.0015
実験開始 1ヶ月後 2ヶ月後
マッチングスコア
視標Bを注視した場合
被験者1 被験者2 被験者3 被験者4 被験者5 被験者6 被験者7 被験者8 被験者9 被験者10
0 0.0005 0.001 0.0015
実験開始 1ヶ月後 2ヶ月後
マッチングスコア
視標B’を注視した場合
被験者1 被験者2 被験者3 被験者4 被験者5 被験者6 被験者7 被験者8 被験者9 被験者10
図 8 同 一 被 験 者 の マ ッ チ ン グ ス コ ア の 推 移 表 1認 証 結 果
表 2 静 止 画 と 動 画 の 比 較
（1） （2） （3） （4）
本人拒否率 24.0% 30.0% 28.7% 22.0%
他人受入率 23.9% 30.7% 28.3% 19.4%
等誤り率 23.9% 30.3% 28.5% 21.8%
静止画
（認証データB） 動画
（認証データB）
静止画
（認証データB’） 動画
（認証データB’） 本人拒否率 27.3% 24.0% 34.0% 30.0%
他人受入率 27.4% 23.9% 34.2% 30.7%
等誤り率 27.4% 23.9% 34.1% 30.3%
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表 2よ り ，静 止 画 か ら 得 ら れ る 特 徴 量 を 利 用 す る 場 合 に 比 べ ， 動 画 か ら 得 ら れ る 特 徴 量 を 利 用 す る 場 合 の ほ う が ， 高 い 認 証 精 度 が 得 ら れ る こ と が 確 認 で き た ． し た が っ て ，視 標 注 視 時 の 眼 球-頭 部 協 調 運 動 に お け る ユ ー ザ の 動 的 な 振 る 舞 い を 利 用 す る こ と に よ っ て ， な り す ま し 耐 性 の 向 上 と 同 時 に 認 証 精 度 の 向 上 も 図 る こ と が で き る ．
4.3.3. 経 時 変 化 に よ る 影 響
各 被 験 者 の 経 時 変 化 に よ る 影 響 を 調 査 す る た め に ， 各 被 験 者 の テ ン プ レ ー ト デ ー タ に 対 し て ，実 験 開 始 日 ， 約1ヶ 月 後 ， 約 2ヶ 月 後 に お け る 各5試 行 の 認 証 デ ー タ と の マ ッ チ ン グ ス コ ア を 求 め た ． そ の 平 均 ス コ ア を 図 8に 示 す ．
こ の 結 果 ， 何 人 か の 被 験 者 の 本 人 間 の マ ッ チ ン グ ス コ ア は 時 間 の 経 過 と と も に 低 下 す る こ と が 分 か っ た ． し た が っ て ， 現 状 の 提 案 方 式 の 適 用 先 は 短 期 間 の 認 証 シ ス テ ム に 限 定 さ れ る で あ ろ う ． し か し ， ス コ ア の 経 時 変 化 が 小 さ い 被 験 者 も 少 な か ら ず 存 在 し て い る ． ま た ， 経 時 変 化 に よ っ て マ ッ チ ン グ ス コ ア が 低 下 し た と し て も ， 認 証 の た び に テ ン プ レ ー ト を 更 新 し て い く と い う 運 用 を 採 る こ と も で き よ う ． 今 後 は ， よ り 長 期 的 に 認 証 可 能 な 方 式 に つ い て も 検 討 を 続 け て い き た い ． 5. お わ り に
本 稿 で は ，眼 球-頭 部 協 調 運 動 の 個 人 差 を 用 い た 生 体 反 射 認 証 に 対 し て ， 移 動 す る 視 標 を 眼 で 追 う 際 の ユ ー ザ の 動 的 な 振 る 舞 い の 中 か ら 特 徴 量 を 算 出 し ， 本 方 式 の 可 用 性 に つ い て 検 討 を 行 っ た ．眼 球-頭 部 協 調 運 動 は 人 間 に と っ て 不 随 意 な 動 作 で あ る た め ， 不 正 者 は 移 動 す る 視 標 を 眼 で 追 う 間 の す べ て の 時 刻 に お い て 正 規 ユ ー ザ の 動 き と 一 致 さ せ る こ と は 不 可 能 で あ る と 考 え ら れ る ．
静 止 画 か ら 得 ら れ る 特 徴 量 を 利 用 す る 場 合[9]に 比 べ ， 認 証 精 度 の 向 上 が 確 認 で き ， 特 徴 量 を 積 （AND）
の 形 で 組 み 合 わ せ る こ と で 等 誤 り 率 21.8%と い う 最 も 良 い 認 証 精 度 が 得 ら れ た ． し た が っ て ， 視 標 注 視 時 の 眼 球-頭 部 協 調 運 動 に お け る ユ ー ザ の 動 的 な 振 る 舞 い を 利 用 す る こ と に よ っ て ， な り す ま し 耐 性 の 向 上 と 同 時 に 認 証 精 度 の 向 上 も 図 る こ と が で き る ．
し か し ， 動 的 な 振 る 舞 い で あ っ て も ， 反 射 と い う 生 体 情 報 に 本 人 と 他 人 の 差 が 大 き く 現 れ な か っ た た め ， さ ら な る 改 良 が 必 要 で あ る ． ま た ， 本 人 間 の マ ッ チ ン グ ス コ ア は 時 間 の 経 過 と と も に 低 下 す る こ と が 分 か り ， よ り 長 期 的 に 認 証 可 能 な 方 式 に つ い て も 検 討 を 進 め て い く ．
謝 辞
本 研 究 を 進 め る に あ た り ， 認 証 方 式 に 関 す る ご 助 言 な ら び に 実 験 機 器 の ご 提 供 を 賜 り ま し た 京 都 大 学 大 学 院 情 報 学 研 究 科 中 澤 篤 志 先 生 に 感 謝 い た し ま す ．
文 献
[1] T. Matsumoto, “Gummy and conductive silicone rubber fingers importance of vulnerability analysis, ” Advances in Cryptology–ASIACRYPT 2002, Springer, pp.574–575, Dec. 2002.
[2] J. Daugman, “Recognizing Persons by their Iris Patterns,” Advances in Biometric Person Authentication, Springer, pp.5 -25, Dec. 2004.
[3] M. Watanabe, “Palm vein authentication,” Advances in biometrics, pp.75 -88, Jan. 2008.
[4] D. Mulyono, H. S. Jinn, “A study of finger vein biometric for personal identification ,” Proc. Int.
Symp. Biometrics & Security Technologies, ISBAST 2008. IsIamabad, pp.1-8, Apr. 2008.
[5] A.K. Jain, F.D. Griess, S.D. Connell, “On-line signature verification, ” Pattern Recognition, Vol.35, No.12, pp.2963-2972, Dec. 2002.
[6] M. Nishigaki, D. Arai, “A user authentication based on human reflexes using blind spot and saccade response,” International Journal of Biometrics, Vol.1, No.2, pp.173-190, Aug. 2008.
[7] 西 垣 正 勝 ， 小 澤 雄 司 ，“ 生 体 反 射 認 証 ： 対 光 反 射 と 盲 点 位 置 を 利 用 し た 認 証 方 式 ，” 情 処 学 論 ， vol.48，no.9，pp.3039-3050，Sep. 2017．
[8] 青 山 真 之 ， 山 本 匠 ， 高 橋 健 太 ， 西 垣 正 勝 ，“ 生 体 反 射 型 認 証 － 輻 輳 反 射 と 眼 球 形 状 お よ び 両 眼 間 距 離 を 利 用 し た 認 証 方 式 の 提 案 － ，”情 処 学 研 報 ， CSEC-44，pp.85-90，Mar. 2009.
[9] 高 橋 洋 介 ，遠 藤 将 ， 松 野 宏 昭 ， 村 松 弘 明 ， 西 垣 正 勝 ，“ 眼 球-頭 部 協 調 運 動 の 個 人 差 を 用 い た 生 体 反 射 認 証 方 式 に 関 す る 検 討 ，” 信 学 技 法 ，Vol.117，
No.42，BioX2017-8，pp.61-65，May 2017．
[10] A.A. Leis, H.H. Zhou, M. Mehta, H.L. Harkey, and W.C. Paske, “Behavior of the H-reflex in humans following mechanical perturbation or injury to rostral spinal cord,” Journal of Muscle & Nerve, Vol. 19, No.11, pp.1373–1382, Nov. 1996.
[11] R.S. Young, B.C. Han, P.Y. Wu, “Transient and sustained components of the pupillary responses evoked by luminance and color, ” Journal of Vision Research, Vol.33, No.4, pp.437–446, Mar.1993.
[12] J. Daugman, “Demodulation by complex-valued wavelets for stochastic pattern recognition, ” Int’l J.
Wavelets, Multiresolution and Information Processing, Vol. 1, No. 1, pp.1 –17, Mar.2003.
[13] B. Sabarigiri, D. Suganyadevi, "Counter Measures Against Iris Direct Attacks Using Fake Images and
Liveness Detection Based on
Electroencephalogram(EEG)," World Applied Sciences Journal, Vol.29, pp.93-98, 2014.
[14] J. Jomier, E. Rault, S.R. Aylward, “Automatic quantification of pupil dilation under stress, ” in Proceedings of the IEEE International Symposium on Biomedical Imaging:Macro to Nano, pp.249–252, Apr. 2004.
[15] 山 田 光 穂 ，“ 二 次 元 平 面 上 の 視 標 を 注 視 さ せ た と き の 頭 部 運 動 と 眼 球 運 動 の 協 調 関 係 の 分 析 ，” 信 学 論（D-Ⅱ ），vol.J75-D-2，no.5，pp.971-981，May.
1992.
[16] H. Sakoe, S. Chiba, “Dynamic Programing Algorithm Optimization for Spoken Word Recognition, ” IEEE Transactions on acoustics, Speech and Signal Processing, Vol.26, No.1, pp.43 -49, Feb. 1978.
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