「週刊バイオ」第64号 アクア・ブーチェ:
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Web情報媒体『週刊バイオ 第64号』



画像処理の名士、ここに現る!

画像処理専門ベンチャー企業が、
日本ライトン製ワンラインセンサーの
指紋認証アルゴリズム開発に
見事成功!

開発者は、ローソン顧客管理データベース
の前プロジェクトマネージャー!


有限会社 アクア・ブーチェ 
これが日本ライトン製
ワンラインセンサーで
採取した指紋生画像
です。
かなり手強いです。
お勧め関連ホームページ
アクア・ブーチェホームページ

 読者の皆さま、こんにちは。
 
 昨年春に彗星の如く現れた、日本ライトン製・定価980円の光学式指紋ラインセンサーを用いたUSB指紋照合装置。

 その後、日本ライトンの指紋センサーのマーケット動向は、ひっそりと姿を潜めてしまったかのように思われました。
 それもそのはずです。昨年春の発表時には、この指紋センサーの照合アルゴリズムが開発されていなかったのですから。

 世界最低価格を最大の売りにした日本ライトンの指紋センサーは、この1年間、商談件数は星の数程に上り、アルゴリズムさえあれば、月間1万台の販売は間違いなくあったとの情報です。

 しかしこの1年間、日本ライトン製・光学式ラインセンサーは、どこのアルゴリズムメーカーに開発を依頼しても、色よい返事を貰うことはできませんでした。

 その理由は、このラインセンサーは撮像画素ビット列が本当に【1本】しかない、本物の【ONE LINEセンサー】であったからなのです。

 今回は、誰もが【不可能だ!】と結論付けた、日本ライトン製ワンラインセンサーの指紋認証アルゴリズムを、世界で初めて開発に成功した、有限会社アクア・ブーチェを取材致しました!

 アクア・ブーチェが開発したアルゴリズムをセットにして、日本ライトンの受注台数は、留まる所を知りません!

 取材日は、2004年3月。取材にご協力頂いた方は、

●有限会社アクア・ブーチェ 代表取締役社長 海老原 光雄 さんです。

こちらが世界で一番最初に
One Lineセンサーの
指紋認証アルゴリズム開発
に成功した、アクア・ブーチェ
の海老原さん。
スキャナーのセンサーを
指紋サイズに切り取って
指紋照合装置として
利用しようとしているのが、
日本ライトンである。
One Lineセンサーは、
縦軸方向の時間軸を
計測する方法が無い
ので、正確な画像
補正をすることが
できない。

1.アクア・ブーチェについて

 アクア・ブーチェは、最初は【ダイビング・スクール】専門会社として2003年4月に発足を致しました。

 社長の海老原さんの長年の趣味が、この「海の中に潜る」スキューバー・ダイビングであり、脱サラをして直ぐに、趣味で食べていこうと決めたと言います。

 新横浜駅前のビル1階にショップを構え、スクールの教え子と共に、毎週毎週、伊豆の海に潜りに行くのが、本来の仕事です。

 夏になるとグアムやサイパンにも、教え子の免許取得のために潜りに行きます。
 グアムやサイパンにも提携会社を多く持ち、様々な最上級のダイビングスポットをいつでも潜ることができるのが、アクア・ブーチェの最大の特色です。

 新横浜のダイビングスクールショップから伊豆までは、日曜日毎に【スクールバス】で往復をしており、中々活気のあるダイビングスクールにまで成長を遂げました。

 海老原さんは、全日本ダイビングスクール連盟の役員もしており、この業界ではかなりの有名人だそうです。
 
項目 詳細
会社名 有限会社 アクア・ブーチェ
Aqua-bouche Corporation
本社所在地

〒222-0033
神奈川県横浜市港北区新横浜2-14-8
オフィス新横浜602
TEL/FAX (045)476-2829

設立年月日

2003年4月

資本金

3,000,000円

売上高 約8,000万円
従業員数 3名
(平成16年3月26日現在)
主要株主

海老原 光雄 100%


2.海老原社長個人の紹介

 海老原さんは、元々はコンピューターのプログラマーであり、昨年の3月までは、日本IBMや三菱商事が出資する【ITフロンティア】という大きなシステムインテグレーターに所属し、ローソンの顧客管理システムのプロジェクトマネージャーを担当していた課長さんです。

 クライアント・サーバー系のシステム設計やプログラム開発を得意としており、個人的な趣味としては、「画像処理」や「画像の解析・判断」、「画像のパターンマッチング」の腕を磨いてきたと言います。

 三菱商事の指紋認証部隊とも共同ビジネスを行った実績があり、三菱電機製のパソコン接続用指紋照合装置を利用して、外資系企業の経理処理端末の個人認証に組込み開発を行ったりもしていた様子です。

 今回は、マックポートがアクア・ブーチェさんを日本ライトンさんにご紹介した形で開発がスタート致しました。

  
3.日本ライトン製指紋照合装置の躍進と問題点

昨年の段階の日本ライトン製指紋センサー。
日本ライトン製の光学式One Lineセンサー。
昨年の段階のセンサーは、光源をセンサーの横から挿入し
センサー内を伝播させながら画像を撮像していたが、
今現在は、真下から3つのLEDを直接光らせている。

 昨年春の新聞発表以来、日本ライトンには非常にたくさんの指紋照合装置の問い合わせが殺到し、情報セキュリティーマーケットにおける、指紋認証技術を利用した個人認証製品の需要拡大があまりにも急速であるのに驚いたかっこうとなりました。
(詳しくは、日本ライトンの「週刊バイオ」をお読みください)。

 USBインタフェースを利用して、クライアントパソコンに指紋センサーを取り付けて、データベースへの個人認証を行うニーズを筆頭に、金庫やロッカー、車や玄関扉への【組込み用指紋認証モジュール】の引き合いも随分多く頂いたと、日本ライトン・新規企画事業部の藤田さんは話しています。

 パソコンセキュリティー、組込みモジュールの両方において、やはり【照合アルゴリズムの無い指紋センサーなんて商談にならない!】と、藤田さんは【指紋照合アルゴリズム】の開発を早急に行わなければならいという【恐怖心】に、この1年間、常に襲われていたと言います。

 日本やアジアを始めとした、世界各国の指紋照合アルゴリズムメーカーに、昨年日本ライトンが発表した【One Line光学式指紋センサー】のアルゴリズム開発依頼の打診をしたといいます。

 しかし結果は惨憺たるものでした。1社として、責任を持って開発を引き受ける会社は現れなかったのです。
 その理由は以下にあります。
(日本ライトンの「週刊バイオ」より抜粋)。


 一般的には「スウィープ型」と呼ばれている「指紋ラインセンサー」ですが、このセンサーは、指先をセンサーに押し当てて、手前に引くという動作が必要となります。指をセンサーの上に「滑らせる」といった感じです。
 この「滑らせる」という動作が、実は人間にとって非常に難しい動作なのです。

 なぜかと言うと、日常生活をしていて、「指を手前に滑らせる」という動作は決してありませんよね。
 強いて言えば、スクロールマウスの「スクロール」部分を使うときくらいではないでしょうか?
 スクロールマウスの場合、けっこう適当に上下動作を行っても意外とOKですよね。
 これはスクロースホイールが横方向に固定されているからです。

 しかし、指紋センサーのスクロール(滑らせる動作)の場合、かなり慎重に、横にずれずに真っ直ぐに、しかも最初から最後まで同じスピードで、手前に引かなければいけないという、かなり高度なテクニックが利用する人間に要求されるのです。
 こんな精密な動作は、日常生活ではありえませんよね。

 さてここで、富士通やアトメルなどの半導体指紋ラインセンサーの場合はどのように工夫してるかと申しますと、垂直画素数を「4bit」または「8bit」にしているのです!
 その理由は、

(1)指を斜め方向にずれながら滑らせてしまっても、4ラインまたは8ラインを一度に採取しているので、どのくらいのずれ加減かを、差分を取りながら画像処理できるので、最終的には真っ直ぐな指紋画像を復元できる。

(2)指の滑らせるスピードを可変にしても、4ラインまたは8ライン分の画像を保持しているので、スピードが急に早くなったり、急に遅くなっても、画像の差分を検出して、そこからスピードを計算し、歪みの無い指紋画像を復元できる。

(3)垂直方向のビット落ち(ライン落ち)が発生した場合、4ラインまたは8ライン全てが同時にビット落ちすることはないので、画像の復元が可能。
 
 垂直画素数が「4bit」または「8bit」あれば、上下方向と左右方向に対して十分な画像補正を行うことができるので、指紋を左右にジグザグに滑らせても、最終的には綺麗な歪みの無い指紋画像を復元することができるのです。

 その点、日本ライトン製光学式ラインセンサーは、現実問題として、垂直画素数が「1bit」しかありませんので、

(1)指の斜めスウィープ
(2)指の不定速度スウィープ
(3)指紋画像のビット落ち(ライン落ち)

の3点には、極めて弱く反応します。
 この3点の問題は、業界内でも指摘されていることではありました。

 さてそこで、日本ライトンはこの問題をどのようにクリアしたかと言うと、横浜市にある画像処理専門ベンチャー企業と手を組んで、「世界初!垂直画素数「1bit」ラインセンサーの、指紋画像復元アルゴリズム」を開発してしまいました!

 しかし、人間はやればできるものですね。不可能という文字はないのですね。

 「世界初!垂直画素数「1bit」ラインセンサーの、指紋画像復元アルゴリズム」は凄いです。評価をするに値する価値がありますね。

 しかも日本ライトンは、指紋照合アルゴリズムも作ってしまいました。実際には、さっきの横浜にあるベンチャー企業が作ったのですが、結構良い照合率を出しているとのことです。
 また、このベンチャー企業も面白いもので、「世界初!垂直画素数「1bit」ラインセンサーの、指紋画像復元アルゴリズム」と指紋照合アルゴリズムのセットを、1ライセンス・10円〜20円でライセンス供与するそうです。

 ライトンの周りには、指紋ビジネスを爆発させるための下地が全て揃っている感じがしますね。


 以上の説明のように、ハードウェアの原理的な限界により、

(1)指の斜めスウィープ
(2)指の不定速度スウィープ
(3)指紋画像のビット落ち(ライン落ち)

の、3つの致命的な欠点を【画像処理ソフトウェア】だけで救済することは、【絶対に出来ない!】と、誰もが口を揃えて結論付けてしまったのであります。

4.アクア・ブーチェのOne Line指紋センサーアルゴリズム開発

左の指紋画像は、日本ライトン製の
One Line指紋センサーを用いて撮像した
指紋の生画像。
右の画像は、アクア・ブーチェがこのたび
開発した、画像復元アルゴリズムで再生した
同じ指紋の画像です。
上端部と下端部はどうしても再現不可能なため、
この部分はカットして利用しないように
しています。

 アクア・ブーチェが日本ライトンのOne Line指紋センサーのためのアルゴリズム開発に着手して約6ヶ月目、ようやく商用的に耐えうるであろうアルゴリズムが姿を現しました。

 開発資金はもちろん日本ライトンが拠出をしました。その金額は数百万〜数千万円に及んだと見られています。

 このアルゴリズムは、以下のような特徴を有しています。

1.「指の斜めスウィープ」は、ソフトウェアでは解決できない!

 これまで問題視されてきた3つの事柄、

(1)指の斜めスウィープ
(2)指の不定速度スウィープ
(3)指紋画像のビット落ち(ライン落ち)

の中で、撮像素子の配列が、このセンサーには本当に1列しか存在しないために、【(1)指の斜めスウィープ】の問題は、逆立ちしても解決はできないと判断をしました。

 よって、1番の問題については、工業デザインを工夫して、指を滑らせる際に指が横ずれを起こさないような【物理的な縦方向ガイド】を、指紋センサーの両端に設置することで解決することと致しました。

2.画像処理アルゴリズムは、パターンマッチングと周波数解析の両方の技術を用いている。

 画像処理のノウハウにかかわる部分は、一切教えて頂けませんでしたが、指紋画像のビット落ちについては、正確に復元することはかなり難しいため、特徴点抽出方法を使わずに、パターンマッチング技術と周波数解析処理技術の両方を用いてマッチングを掛けているとのことです。

3.指紋の渦巻き模様の中心点を利用した認証方法を行っている。

 具体的な方法は非公開ですが、指先や指紋の根元の部分は、特に指のスウィープ速度が速くなってしまうため、この部分の画像は常に歪んだ状態で採取されることが、経験則として分かっています。

 よって、指紋の中心点を基点として、縦方向軸の画像の先端部分と下端部分をカットして、比較的スウィープ速度が一定であるとされている中心部分を照合処理に利用しています。

4.1対1認証での照合スピードは、平均0.5秒

 今のところアクア・ブーチェでは、このアルゴリズムの認証方式は【1対1】に限定して開発しました。

 1対1認証での照合スピードは、現行の一般的なパソコンCPUを利用して平均0.5秒であり、実用的には何ら問題ないとしています。

 他社のアルゴリズムには、わずか0.1秒で照合を完了するアルゴリズムが多数存在致しますが、このOne Line指紋センサーにおいては、複数の照合処理技術を組み合わせて行っているために、これ以上の高速化は至難の技だということです。

5.アルゴリズムの統計的な評価

 今回アクア・ブーチェが開発した指紋照合アルゴリズムは、まだ本格的な統計評価を行っていません。
 日本規格協会・バイオメトリクス部会が作成した「指紋認証アルゴリズムの評価基準」に照らし合わせた実際の評価を行った結果、現実にはまだまだ改良の余地があるとの結果が出てしまったアルゴリズムも今までにはたくさんありますので、サンプル指紋数がわずか数十人レベルでは、まだまだ喜べない段階かもしれません。

 また実際の利用現場では、どんな状況下にさらされるかもわかりませんし、エンドユーザーの指紋皮膚の経年変化も無視できない重要評価事項です。

 パターンマッチング技術や周波数解析技術を利用した指紋認証アルゴリズムは、往々にして指紋の経年変化に非常に弱いとの経験則が報告されています。

 このような幾多に渡るテストを長年繰り返し、ようやくアクア・ブーチェのアルゴリズムも世の中に出て行くのではないか思います。

6.アクア・ブーチェの今後の可能性

 他社の指紋センサーのためのアルゴリズム開発を請け負う会社は、今のところ以下の会社が上げられます。

(1)ビヨンドLSI
(2)テクノイマジア
(3)サイレックステクノロジー
(4)DDS
(5)アクア・ブーチェ
(6)三菱電機(条件による)

 指紋画像の撮像センサーを作るのは、光学メーカーや半導体メーカーであるならば、比較的簡単な仕事であるので、とにかく最近は「指紋センサーだけを作ったよ!」という会社が非常に増えてきたのも事実です。

 指紋照合装置に対するマーケットの需要も、少しずつではありますが、伸びています。

 こうした状況の中、指紋センサーだけを作ってしまった会社は、照合アルゴリズムを持ち合わせていない現実に、非常に悩み苦しむこととなります。

 指紋認証の照合アルゴリズム開発というものは、一見簡単そうに見え、実際に開発を始めると、わずか1ヶ月くらいで、出来上がったかに見えるところまでは、誰もが到達致します。

 しかしそこからが長い道のりの始まりです。

 指紋認証アルゴリズムは、98%の照合率までは誰でも作ることが可能です。
 この98%を、99.99%にまで持っていくためには、5億円以上の開発資金と、7年以上に渡る時間が必要であるという現実は、意外と知られてはいません。

 三菱電機やNEC、富士通などにおいても、何十人という開発メンバーを、十数年間という長きに渡って養ってきているわけであり、これらの累積開発費用は各社30億円〜50億円に上っているとの動かぬ現実があるのです。

 このような現実問題を真摯に受け止めて、最近では指紋認証の老舗メーカーである三菱電機やテクノイマジアに指紋認証アルゴリズムの開発依頼を出す指紋センサーメーカーが増えています。

 サイレックステクノロジーも、テクノイマジアのアルゴリズムライセンスを受けています。

 ビヨンドLSIやDDS、グローリー工業(アルファ)やカシオ計算機の指紋照合装置の販売台数が伸び悩んでいる理由は、やはり実際の現場における不具合の多さに原因があるのでしょう。

 指紋照合装置を【セキュリティー装置】として販売する以上は、アルゴリズムの精度は、セットメーカーとしては最後まで追及しなければならない大問題です。

 路線を変えて、【利便性】を売り物にした【パスワード発行便利ツール】として、指紋照合装置を売り出すのであれば、アクア・ブーチェのような一側面ではそこそこに利用できる【アルゴリズム】でいいのかもしれません。

 セキュリティー装置は、品質が悪ければ安くても売れません。
 セキュリティーでいくならば、それなりの開発資金と時間を投資する必要があります。

 利便性でいくならば、きちんとした企画を立てて、一発勝負で逃げ切るしか方法はありません。

 どっちを選択するにしても、指紋認証ビジネスは、まだまだシンドイビジネスであることに、何ら変わりはないということですね。


7.マックポートの本音考察

 指紋認証ビジネスというものは、実は以下に示す複数の縦割り産業を集約して成立しています。

(1)レイヤー1:指紋センサー
(2)レイヤー2:指紋認証アルゴリズム
(3)レイヤー3:コンポーネント開発
(4)レイヤー4:アプリケーションソフトウェア開発(Windowsログオンパッケージ、認証サーバーソフトなど)
(5)レイヤー5:マーケティング、営業

 上記において、全てを1社で行っているのが【三菱電機】だけであり、NECでさえも、レイヤー1産業においては、キャノンと浜松ホトエレクトロニクスに頼っているのが現状です。

 富士通も、レイヤー1については、米ベリディコム技術を買い取るという形で現在に至っています。

 STマイクロエレクトロニクスにおいても、レイヤー4を、米ベリディコム技術のものを買い取り成立させています。

 その他それぞれのビジネスレイヤーで、大手・中堅会社が参入を開始し、良かれ悪かれ、バイオ認証マーケットの内需を拡大していることは間違いありません。

 結局、上記の複数レイヤー技術を全てセットにしなければ、レイヤー6で待ち受けているエンドユーザーには商品を提供することができないわけですから、これら複数レイヤーを買い物で済まそうとすると、かなりのライセンスフィーが発生してしまうことになります。

 それぞれのレイヤーには、初期開発コストとライセンスフィーが必ず発生します。
 指紋認証ビジネスを推進したいと考える会社が焦れば焦るほど足元を見られてしまい、「初期開発費」が高くなる傾向に現状はあります。
 これは、それぞれのビジネスレイヤーへの参入企業が非常に少ないのに原因があります。

 また商品がエンドユーザーに売れれば売れるほど、ライセンスフィーの見直し議論が勃発し、全体のビジネスを推進する原動力さえ失ってしまうこともありえます。

 結局、指紋認証技術というものが、非常に高度な技術の蓄積により成立しているという事実を踏まえた上で、それぞれの技術が全くオープン化・標準化されていない現状の中では、パートナーシップを組むこと自体、まだまだ掛けや博打の世界と同じであると言わざるをえません。

 とは言うものの、三菱電機のように、全てのレイヤーを自社だけで開発するためには、数十人という人と、長年に渡る開発投資が必要であり、膨大な資本力がなければ、決して成立し得ないという実情があるのも、この指紋認証ビジネスの特徴です。
 指紋認証ビジネスは、とにかく人とお金がかかるのです。

 しかし、大企業体質では、実際に現場で起こっている認証精度の不満を、開発にフィードバックすることも難しくなります。

 コストの面と性能の面で、本当にエンドユーザーが満足の行くものを作り上げるためには、全てのビジネスレイヤーを強調させる、【カリスマリーダー】が必要なのかもしれませんね。

 

Presented by
株式会社マックポートバイオセキュリティー
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■工事担任者免許・アナログ一種・デジタル一種(アナログ・デジタル総合種)
<総務省>AU98A01154(地方電気通信監理局で照会可)

E-Mail:info@mackport.co.jp
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