特許 7405150 パラメータ決定装置、パラメータ決定方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】パラメータ決定装置、パラメータ決定方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G10K 15/00 20060101AFI20231219BHJP

   A61B 5/107 20060101ALI20231219BHJP

   A61B 5/1171 20160101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

G10K15/00 L

A61B5/107

A61B5/1171

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021563552

(86)(22)【出願日】2019-12-13

(86)【国際出願番号】 JP2019048845

(87)【国際公開番号】W WO2021117206

(87)【国際公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-06-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100149618

【弁理士】

【氏名又は名称】北嶋 啓至

(72)【発明者】

【氏名】荒川 隆行

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 良峻

【審査官】中嶋 樹理

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００９／００９７７２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－３２６２９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ１０Ｋ １５／００

Ａ６１Ｂ ５／１０７

Ａ６１Ｂ ５／１１７１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一個人の耳穴の内部構造に関するデータに基づいて、前記一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成する生成手段と、
前記耳穴形状データに基づき、前記外耳道の中心線を算出する中心線算出手段と、
前記中心線に対し垂直な複数の層に前記外耳道を分割し、分割した各層について、前記外耳道の形状を示すパラメータを算出する分割手段とを備え、
前記中心線算出手段は、前記外耳道の断面の２次元形状を近似する楕円の中心点を結んだ線を、前記外耳道の中心線として算出する
パラメータ決定装置。

【請求項2】

前記分割手段は、前記外耳道を分割した各層を識別する番号、および、各層における前記外耳道の太さに対応する穴の径の大きさを、前記パラメータとして算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。

【請求項3】

一個人の耳穴の内部構造に関するデータに基づいて、前記一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成し、
前記耳穴形状データに基づき、前記外耳道の中心線を算出し、
前記中心線に対し垂直な複数の層に前記外耳道を分割し、分割した各層について、前記外耳道の形状を示すパラメータを算出し、
前記外耳道の中心線を算出することは、
前記外耳道の両端部を通る線を設定することと、
前記外耳道の両端部を通る線と直交し、所定の厚さを有する複数層に前記外耳道を分割することと、
各層における前記外耳道の断面の輪郭を楕円で近似することと
前記複数層の楕円の中心点を結ぶこととを含む
パラメータ決定方法。

【請求項4】

一個人の耳穴の内部構造に関するデータに基づいて、前記一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成する処理と、
前記耳穴形状データに基づき、前記外耳道の中心線を算出する処理と、
前記中心線に対し垂直な複数の層に前記外耳道を分割し、分割した各層について、前記外耳道の形状を示すパラメータを算出する処理と
をコンピュータに実行させ、
前記外耳道の中心線を算出する処理は、
前記外耳道の両端部を通る線を設定する処理と、
前記外耳道の両端部を通る線と直交し、所定の厚さを有する複数層に前記外耳道を分割する処理と、
各層における前記外耳道の断面の輪郭を楕円で近似する処理と
前記複数層の楕円の中心点を結ぶ処理とを含む
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パラメータ決定装置、パラメータ決定方法、および記録媒体に関し、特に、人間の耳穴の形状の個人特性に基づいた個人認証技術において、耳模型のパラメータを決定するパラメータ決定装置、パラメータ決定方法、および記録媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

生体が持つ個人特性に基づいた個人認証技術（生体認証技術と呼ぶ）として、例えば、指紋認証、静脈認証、顔認証、虹彩認証、そして音声認証などが知られている。個人認証技術のうち、特に、耳音響認証は、人間の耳穴の内部構造の個人特性に着目する。耳音響認証では、認証の対象である個人の耳穴に検査信号を入力し、耳穴からの反響音に基づく反響信号を用いて、個人認証を行う。

【0003】

個人認証の対象である個人（認証対象者）は、スピーカおよびマイクロフォンを内蔵したイヤホンの形状を有するデバイス（イヤホン型デバイスあるいはヒアラブルデバイスと呼ぶ）を耳介に装着する。イヤホン型デバイスのスピーカは、認証対象者の耳穴内へ向けて、検査信号（音波）を発信する。イヤホン型デバイスのマイクロフォンは、耳穴からの反響音を集音する。そして、反響音に基づく反響信号が、イヤホン型デバイスから個人認証装置へ送信される。個人認証装置は、予め登録された一または複数の個人の反響信号と、イヤホン型デバイスから受信した反響信号とを照合することによって、個人認証を実行する。

【0004】

耳音響認証技術は、瞬時かつ安定的に個人認証が完了すること、個人が移動中または作業中であっても、個人がイヤホン型デバイスを装着したまま、即時に個人認証を行うことができること（ハンズフリー）、また、人間の耳穴の内部構造に関する秘匿性が高いことといったメリットを有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１７／０６９１１８号

【文献】国際公開第２０１３／１７２０３９号

【文献】特表２００５－５３５０１７号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】「PATTERN RECOGNITION AND MACHINE LEARNING」（CHRISTOPHER M. BISHOP） （Springer Science + Business Media, LLC）（2010/2/15）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

関連する耳音響認証技術において、イヤホン型デバイスの性能評価が行われる。具体的には、複数の被験者に同じイヤホン型デバイスを順番に装着させて、耳音響認証を試験し、イヤホン型デバイスの性能の指標値である本人拒否率（False Rejection Rate, FRR）および他人受入れ率（False Acceptance Rate, FAR）を算出する。しかしながら、イヤホン型デバイスの性能を正確に評価するために、被験者たちを長時間にわたって拘束する必要があるので、性能評価に係る手間が大きく、かつコストが高いという問題がある。

【0008】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耳音響認証に使用するイヤホン型デバイスの性能を容易かつ低コストで評価するための技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係わるパラメータ決定装置は、一個人の耳穴の内部構造に関するデータに基づいて、前記一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成する生成手段と、前記耳穴形状データに基づき、前記外耳道の中心線を算出する中心線算出手段と、前記中心線に対し垂直な複数の層に前記外耳道を分割し、分割した各層について、前記外耳道の形状を示すパラメータを算出する分割手段とを備えている。

【0010】

本発明の一態様に係わるパラメータ決定方法は、一個人の耳穴の内部構造に関するデータに基づいて、前記一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成し、前記耳穴形状データに基づき、前記外耳道の中心線を算出し、前記中心線に対し垂直な複数の層に前記外耳道を分割し、分割した各層について、前記外耳道の形状を示すパラメータを算出することを含む。

【0011】

本発明の一態様に係わる一時的でない記録媒体は、一個人の耳穴の内部構造に関するデータに基づいて、前記一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成する処理と、前記耳穴形状データに基づき、前記外耳道の中心線を算出する処理と、前記中心線に対し垂直な複数の層に前記外耳道を分割し、分割した各層について、前記外耳道の形状を示すパラメータを算出する処理とをコンピュータに実行させるためのプログラムを格納している。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一態様によれば、耳音響認証に使用するイヤホン型デバイスの性能を容易かつ低コストで評価することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態１に係わるシステムの構成を示す概略図である。

【図2】実施形態１に係わるシステムが備えた耳模型の一例の断面図である。

【図3】実施形態１に係わる耳模型が備えたプレート型部材の形状を示す図である。

【図4】実施形態１に係わるパラメータ決定装置の構成を示すブロック図である。

【図5】実施形態１に係わるパラメータ決定方法の流れを示すフローチャートである。

【図6】実施形態１に係わるパラメータ決定方法の流れを説明するための概念図である。

【図7】実施形態１に係わるパラメータ決定方法において、外耳道の中心線を算出する処理の流れを示すフローチャートである。

【図8】実施形態１に係わるパラメータ決定方法において、外耳道の中心線を算出する処理の流れを説明するための概念図である。

【図9】実施形態１に係わるシステムが備えた演算装置の構成を示すブロック図である。

【図10】実施形態１に係わるシステムが備えた演算装置が出力する耳模型の音響特性データの一例を示す図である。

【図11】実施形態２に係わるパラメータ決定方法において、外耳道の中心線を算出する処理の流れを示すフローチャートである。

【図12】実施形態２に係わるパラメータ決定方法において、外耳道の中心線を算出する処理の流れを説明するための概念図である。

【図13】実施形態２に係わるパラメータ決定方法において、外耳道の中心線を算出する処理の流れを説明するための他の図である。

【図14】実施形態１または２に係わるパラメータ決定装置のハードウェア構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下では、耳音響認証に使用するイヤホン型デバイスの性能を容易かつ低コストで評価するための耳模型の製造方法について説明する。

【0015】

〔実施形態１〕
図１～図１０を参照して、実施形態１について以下で説明する。

【0016】

（システム１）
図１は、本実施形態１に係わるシステム１の一例である。図１に示すように、システム１は、演算装置１０、耳模型２０、パラメータ決定装置３０、およびイヤホン型デバイス４０を備えている。

【0017】

図１には耳模型２０の外観を示す。耳模型２０は、一個人の耳穴の内部構造を模擬する。より詳細には、耳模型２０には穴が設けられており、この穴は、一個人の耳穴における外耳道口から鼓膜までの内部構造（以下、外耳道と呼ぶ）を少なくとも模擬する（耳模型２０の穴については後述）。耳模型２０の上には、耳介模型が載置されている。耳介模型は、イヤホン型デバイス４０の形状と適合するように作製される（図１）。例えば、耳介模型は、個人の耳介の型を取り、その型に流体のシリコーンゴム等の材料を流し込むことによって作製される。あるいは、個人の耳介をスキャンして、耳介の３Ｄデータを生成し、生成した耳介の３Ｄデータに基づいて、３Ｄプリンタ技術によって、耳介模型を作製してもよい。

【0018】

（イヤホン型デバイス４０）
イヤホン型デバイス４０は、スピーカおよびマイクロフォンを少なくとも内蔵している。ただし、図１では、模式的に、イヤホン型デバイス４０に内蔵されたスピーカおよびマイクロフォンを、イヤホン型デバイス４０の表面上に示している。イヤホン型デバイス４０は、耳介模型の耳穴口に相当する部分に埋め込むように装着される。イヤホン型デバイス４０は、無線または有線で、図示しない演算装置と接続されている。

【0019】

イヤホン型デバイス４０は、図示しない演算装置から検査信号を発信するように指示を受信する。イヤホン型デバイス４０は、イヤホン型デバイス４０に内蔵されたスピーカから、耳介模型に設けられた耳穴口を介し、耳模型２０の穴の内部に向けて、検査信号を発信する。また、イヤホン型デバイス４０は、検査信号が耳模型２０内を伝播した後に耳模型２０から発信される反響音を、マイクロフォンによって集音する。イヤホン型デバイス４０は、マイクロフォンによって集音した反響音に基づく反響信号を生成して、図示しない演算装置へ反響信号を送信する。

【0020】

（耳模型２０ａ）
図２は、図１に示す耳模型２０の一例である耳模型２０ａの断面図である。図２に示すように、本実施形態１に係わる耳模型２０ａは、複数のプレート型部材２０１および１つの人工鼓膜部材２０２を少なくとも備えている。なお、図２では、耳模型２０ａ上にある耳介模型（人工耳介と呼ぶ場合もある）の図示を省略している。

【0021】

図２に示す耳模型２０ａの上面は、図１において、耳介模型が配置されている面に相当する。耳模型２０ａの最上面に位置するプレート型部材２０１の穴は、一個人の外耳道口に相当する。耳模型２０ａの上面（耳介模型と接する面）から、人工鼓膜部材２０２までの間で、複数のプレート型部材２０１の中心にそれぞれ設けられた穴が連結することによって、一個人の耳穴の内部構造（具体的には外耳道）を模擬している。複数のプレート型部材２０１は、積み重なって、中空の筒の中に収容されている。中空の筒内において、上側のプレート型部材２０１は、自重およびより上側のプレート型部材２０１の重量によって、下側のプレート型部材２０１（または人工鼓膜部材２０２）と密着している。

【0022】

図３は、耳模型２０ａを構成するプレート型部材２０１の形状を示す。図３に示すように、プレート型部材２０１の中心には、プレート型部材２０１を厚み方向に貫通する穴が設けられている。プレート型部材２０１の厚みは、例えば５ｍｍである。穴の径の大きさ（Ｒ）は、例えば５ｍｍから２０ｍｍまでの間で可変である。プレート型部材２０１は、例えばアクリル製である。しかしながら、プレート型部材２０１の材料は特に限定されない。一般的に、耳穴の音響特性は、長さおよび太さに依存するが、耳穴の湾曲の複雑さには依存しない。また、耳穴の音響特性は、耳穴の内壁の材質や質感（硬さ）にも依存しない。したがって、耳模型２０ａは、人間の耳とは異なる材質や質感のプレート型部材２０１で形成されていても、また複数のプレート型部材２０１が直線的に並んでいても、耳模型２０ａの穴と長さおよび太さが等しい一個人の耳穴とほぼ同等の音響特性を備える。

【0023】

耳模型２０ａにおいて、複数のプレート型部材２０１は、それぞれのプレート型部材２０１に予め付与された番号（ｎ）にしたがう並び順で積層されている。複数のプレート型部材２０１の穴の大きさ（Ｒ）および並び順を示す番号（ｎ）は、耳模型２０ａが模擬の対象とする個人の耳穴の内部構造に基づいて定められる。

【0024】

耳模型２０ａを構成する複数のプレート型部材２０１の厚みおよび枚数が、（耳模型２０ａの穴の内部構造が模擬している）一個人の外耳道口から鼓膜までの長さに対応する。

【0025】

耳模型２０ａを構成する複数のプレート型部材２０１の各々に設けられた穴の径の大きさが、（耳模型２０ａの穴の内部構造が模擬している）一個人の外耳道の太さに対応する。

【0026】

一個人の耳穴の内部構造に関するデータ（以下では、耳穴形状データと呼ぶ）は、例えば、ＣＴ（computed tomography）スキャンによって得られる。一例では、耳模型２０ａのパラメータ（Ｒ，ｎ）は、被験者に対してＣＴスキャンを実行した結果から、以下のように得られる。

【0027】

（パラメータ決定装置３０）
図４を参照して、本実施形態１に係わるパラメータ決定装置３０の構成を説明する。図４は、パラメータ決定装置３０の構成を示すブロック図である。

【0028】

図４に示すように、パラメータ決定装置３０は、生成部３１、中心線算出部３２、および分割部３３を備えている。パラメータ決定装置３０の各部の動作は、図示しないコンピュータが備えた１または複数のプロセッサが、コンピュータプログラムを読み込んで実行することによって実現される。

【0029】

生成部３１は、一個人の耳穴の内部構造に関するデータに基づいて、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成する。生成部３１は、生成手段の一例である。具体的には、生成部３１は、ＣＴ機器から、一個人の耳穴の撮影データを取得し、取得した撮影データを画像分析することによって、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成する。生成部３１は、耳穴形状データを中心線算出部３２へ送信する。

【0030】

中心線算出部３２は、生成部３１から、耳穴形状データを受信し、耳穴形状データに基づき、外耳道の中心線を算出する。中心線算出部３２は、中心線算出手段の一例である。中心線算出部３２が外耳道の中心線を算出する方法は特に限定されない。本実施形態１および後の実施形態２において、それぞれ異なる方法を具体的に説明する。

【0031】

本実施形態１では、中心線算出部３２は、外耳道の両端部を通る線を設定し、外耳道の両端部を通る線と直交し、所定の厚さを有する複数層に外耳道を分割し、各層における外耳道の断面の輪郭を楕円で近似し、複数層の楕円の中心点を結ぶ（図８）。これにより、中心線算出部３２は、外耳道の中心線を得ることができる。中心線算出部３２は、外耳道の中心線の算出結果を、分割部３３へ送信する。

【0032】

分割部３３は、中心線算出部３２から、外耳道の中心線の算出結果を受信する。分割部３３は、中心線に対し垂直な複数の層に外耳道を分割し、分割した各層について、外耳道の形状を示すパラメータを算出する。分割部３３は、分割手段の一例である。具体的には、外耳道を分割した各層を識別する番号（ｎ）、および、各層における外耳道の太さに対応する穴の径の大きさ（Ｒ）を、耳模型２０ａのパラメータとして算出する。分割部３３は、算出したパラメータ（Ｒ，ｎ）を、演算装置１０の入力部１０４へ送信する。

【0033】

（パラメータ決定装置３０の動作）
図５および図６の（ａ）から（ｃ）を参照して、本実施形態１に係わるパラメータ決定装置３０の動作を説明する。図５は、パラメータ決定装置３０の各部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。図６の（ａ）から（ｃ）は、パラメータ決定装置３０の動作を概念的に示す図である。

【0034】

まず生成部３１は、一個人の耳穴の内部構造に関する耳穴形状データ（例えば耳穴の撮影データ）を取得する。図５に示すように、生成部３１は、取得した耳穴形状データを分析することによって、一個人の外耳道の３次元形状を特定する（Ｓ１０１）。

【0035】

生成部３１は、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成する（図６の（ａ））。そして、生成部３１は、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを、中心線算出部３２へ送信する。

【0036】

中心線算出部３２は、生成部３１から、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを受信する。中心線算出部３２は、取得したデータを用いて、外耳道の中心線ｈを算出する（Ｓ１０２）（図６の（ｂ））。なお、ステップＳ１０２の詳細を後で説明する（図７）。

【0037】

中心線算出部３２は、外耳道の中心線ｈの算出結果を、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データとともに、分割部３３へ送信する。

【0038】

分割部３３は、中心線算出部３２から、外耳道の中心線ｈの算出結果を受信する。分割部３３は、中心線ｈに沿った所定の長さごとに、外耳道の中心線ｈと直交する方向に外耳道を切断する（Ｓ１０３）（図６の（ｃ））。所定の長さは、１枚のプレート型部材２０１の厚さ（図３）と等しい。所定の長さは、外耳道の中心線ｈをＮ分割することによって得られる。以下では、外耳道のｎ－１番目の断面からｎ番目の断面までを、第ｎ層と呼ぶ。ただし、外耳道の０番目の断面は、外耳道における外耳道口側の端部に相当する。また、外耳道のＮ番目の断面は鼓膜側の端部に相当する。

【0039】

分割部３３は、中心線算出部３２から、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データも受信する。分割部３３は、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データに基づき、第１層から第Ｎ層までの外耳道の穴の径Ｒをそれぞれ算出する（Ｓ１０４）（図６の（ｄ））。第ｎ層（ｎ＝１～Ｎ）における外耳道の太さＲは、ｎ番目のプレート型部材２０１の穴の径の大きさＲ（図３）と対応している。ここで、第ｎ層（ｎ＝１～Ｎ）における外耳道の断面の形状が円形でない場合、分割部３３は、第ｎ層（ｎ＝１～Ｎ）における外耳道の断面の輪郭をまず楕円で近似し、近似した楕円の面積と等しい面積となる円を算出する。そして、分割部３３は、算出した円の直径を、外耳道の太さＲとする。なお、分割部３３は、第ｎ層（ｎ＝１～Ｎ）における外耳道の断面の輪郭を楕円で近似するために、後述する「外耳道の中心線を算出する方法」で説明する手法を用いることができる。

【0040】

以上で、パラメータ決定装置３０の動作は終了する。

【0041】

（外耳道の中心線を算出する方法）
図７および図８の（ｂ－１）から（ｂ－４）を参照して、中心線算出部３２が、外耳道の中心線ｈを算出する方法の一例を説明する。図７は、上述した図５のステップＳ１０２に対応するフローである。図８の（ｂ－１）から（ｂ－４）は、中心線算出部３２の動作の流れを概念的に示す図である。

【0042】

図７に示すように、中心線算出部３２は、まず、外耳道における外耳道口側の端部と、鼓膜側の端部とを結ぶ直線を設定する（Ｓ１０２１）（図８の（ｂ－１））。具体的には、中心線算出部３２は、外耳道における外耳道口側（図６では下側）の下端点と、鼓膜側（図６では上側）の上端点とを結ぶ直線（図８に示すｚ軸）を設定する。

【0043】

中心線算出部３２は、ステップＳ１０２１において設定した外耳道の両端部を通る線と直交し、かつ、均等な厚さ（すなわち外耳道の両端部を通る線の方向の長さ）を有する複数層に、外耳道を分割する（Ｓ１０２２）。各層は、ｚ軸に垂直なｘｙ平面内で延伸する（図８の（ｂ－２））。

【0044】

中心線算出部３２は、外耳道の断面の形状を楕円で近似する（Ｓ１０２３）（図８の（ｂ－３））。具体的には、中心線算出部３２は、まず、以下の数式で表される残差ｒ_ｊを定義する。（ｘ（ｊ），ｙ（ｊ））（ｊ＝１，２，・・・６，・・・）は、外耳道の断面の輪郭上の点を表す座標である。変数ｊは輪郭上の点の番号を表している。

【0045】

【数1】

【0046】

例えば、中心線算出部３２は、５つの座標（ｘ（ｊ），ｙ（ｊ））の組について、上記の数式で表される残差ｒ_ｊをそれぞれ算出する。そして、中心線算出部３２は、算出した残差ｒ_ｊの自乗の総和が最小化されるように、係数Ｅ_１からＥ_５の組を決定する。ここでは、そのような係数の組を（Ｅ_０１，Ｅ_０２，Ｅ_０３，Ｅ_０４，Ｅ_０５）と記載する。具体的には、中心線算出部３２は、以下の数式で示される関数Ｊ（Ｅ_１，Ｅ_２，Ｅ_３，Ｅ_４，Ｅ_５）をＥ_１，Ｅ_２，Ｅ_３，Ｅ_４，Ｅ_５でそれぞれ偏微分したものをゼロと置く。中心線算出部３２は、そうして得られる５元連立方程式を解くことで、（Ｅ_０１，Ｅ_０２，Ｅ_０３，Ｅ_０４，Ｅ_０５）を決定する。

【0047】

【数2】

【0048】

中心線算出部３２は、外耳道の断面の輪郭を、以下の方程式で表される楕円で近似する。

【0049】

【数3】

【0050】

また、中心線算出部３２は、上記の方程式に基づいて、楕円の中心点を算出する。中心線算出部３２は、このようにして、層ごとに、外耳道の断面の形状を近似する楕円およびその中心点をそれぞれ算出した後、算出した中心点同士を結ぶ（Ｓ１０２４）。これにより、外耳道の中心線ｈが得られる（図８の（ｂ－４））。

【0051】

以上で、図５のステップＳ１０２における中心線算出部３２の動作の一例の説明を終了する。

【0052】

（演算装置１０）
図９を参照して、本実施形態１に係わる演算装置１０の構成を説明する。図９は、演算装置１０の構成を示すブロック図である。図９に示すように、演算装置１０は、検査信号再生部１０１、反響信号観測部１０２、音響特性算出部１０３、入力部１０４、および音響特性蓄積部１０５を備えている。

【0053】

検査信号再生部１０１は、耳模型２０ａへ入力される検査信号を再生する。耳模型２０ａへ入力された検査信号は、耳模型２０ａの穴の内部で反響し、反響音が耳模型２０ａから出力される。検査信号再生部１０１が再生する検査信号を符号化したデータは、図示しない記録媒体にあらかじめ格納される。検査信号再生部１０１は、この記録媒体に格納された検査信号のデータを取得して、検査信号を再生する。検査信号の決め方は特に限定されない。例えば、検査信号は、複数の個人の耳穴の一般的な太さや長さに基づいて、いずれの個人の耳穴からの反響音も強く（あるいはＳ／Ｎが大きく）なるように、実験的に決定される。

【0054】

反響音は、耳模型２０ａの穴の内部構造に依存する特性（耳模型２０ａの音響特性と呼ぶ）を示す。耳模型２０ａの音響特性は、耳模型２０ａの穴が模擬する個人の耳穴の音響特性と対応する。個人の耳穴の内部構造は、個別性を持っているので、個人の耳穴の音響特性に基づいて、当該個人を識別することが原理的に可能である。

【0055】

検査信号再生部１０１は、再生した検査信号を、無線または有線で、イヤホン型デバイス４０へ送信し、イヤホン型デバイス４０のスピーカから検査信号を出力させる。検査信号は、具体的にはインパルス波である。

【0056】

反響信号観測部１０２は、イヤホン型デバイス４０のマイクロフォンを用いて、耳模型２０ａからの反響音に基づく反響信号を観測する。より詳細には、検査信号が耳模型２０ａ内を伝播した後に、耳模型２０ａから反響音が出力される。イヤホン型デバイス４０のマイクロフォンは、耳模型２０ａから出力された反響音を集音する。イヤホン型デバイス４０は、マイクロフォンが集音した反響音をデジタルデータに変換することによって、反響信号を生成する。

【0057】

反響信号観測部１０２は、イヤホン型デバイス４０に対し、反響信号を要求する。イヤホン型デバイス４０は、無線または有線で、反響信号を反響信号観測部１０２へ送信する。反響信号観測部１０２は、無線または有線で、イヤホン型デバイス４０から反響信号を受信する。反響信号観測部１０２は、イヤホン型デバイス４０から受信した反響信号を、音響特性算出部１０３へ送信する。

【0058】

音響特性算出部１０３は、反響信号観測部１０２から反響信号を受信する。音響特性算出部１０３は、受信した反響信号から、耳模型２０ａの音響特性として、伝達関数を算出する。すなわち、伝達関数は、音響特性の一例である。検査信号に対する耳模型２０ａの応答（反響音）を示す応答関数が、音響特性の他の例である。

【0059】

具体的には、音響特性算出部１０３は、まず、反響信号から、インパルス応答を抽出する。インパルス応答とは、インパルス波である検査信号に対する耳模型２０の応答（反響音）である。音響特性算出部１０３は、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、伝達関数を算出する。音響特性算出部１０３は、算出した伝達関数のデータを、音響特性蓄積部１０５へ送信する。

【0060】

入力部１０４は、耳模型２０ａのパラメータとして、それぞれのプレート型部材２０１（図４）の中心に設けられた穴の径の大きさ（Ｒ）、および、それぞれのプレート型部材２０１の並び順を示す番号（ｎ）を取得する。具体的には、入力部１０４は、パラメータ決定装置３０の分割部３３から、耳模型２０ａのパラメータ（Ｒ，ｎ）を取得する。

【0061】

入力部１０４は、耳模型２０ａのパラメータ（Ｒ，ｎ）を示す情報を、音響特性蓄積部１０５へ送信する。

【0062】

音響特性蓄積部１０５は、音響特性算出部１０３から、伝達関数のデータを受信する。また音響特性蓄積部１０５は、入力部１０４から、耳模型２０ａのパラメータ（Ｒ，ｎ）を示す情報を受信する。音響特性蓄積部１０５は、音響特性算出部１０３から受信した伝達関数のデータを、耳模型２０ａのパラメータ（Ｒ，ｎ）を示す情報と紐付けて、音響特性データとして、図示しない記録媒体に蓄積する。

【0063】

（音響特性データの一例）
図１０は、音響特性蓄積部１０５が記録媒体に格納する音響特性データの一例である。図１０に示すように、音響特性データは、耳模型２０のパラメータ（Ｒ，ｎ）と、伝達関数のデータとを含む。前述したように、パラメータ（Ｒ，ｎ）は、プレート型部材２０１の穴の径の大きさ（Ｒ）、および、プレート型部材２０１の番号（ｎ）である。音響特性蓄積部１０５は、パラメータ（Ｒ，ｎ）が互いに異なる複数の耳模型２０について、それぞれ、図１０に示す音響特性データを生成する。

【0064】

（本実施形態の効果）
本実施形態の構成によれば、生成部３１は、一個人の耳穴の内部構造に関するデータに基づいて、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成し、中心線算出部３２は、外耳道の中心線を算出し、分割部３３は、中心線に対し垂直な複数の層に外耳道を分割し、分割した各層について、外耳道の形状を示すパラメータを算出する。

【0065】

外耳道の形状を示すパラメータは、具体的には、外耳道を分割した各層を識別する番号、および、各層における外耳道の太さに対応する穴の径の大きさである。外耳道の複数の層と対応する複数のプレート型部材２０１を製造することにより、複数のプレート型部材２０１で構成された耳模型２０ａを簡単に作製することができる。また、作製した耳模型２０ａを用いて、耳音響認証に使用するイヤホン型デバイス４０の性能を容易かつ低コストで評価することができる。

【0066】

〔実施形態２〕
図１１～図１３を参照して、実施形態２について説明する。本実施形態２では、前記実施形態１において説明した外耳道の中心線を算出する処理（図７）とは異なる処理を説明する。

【0067】

本実施形態２に係わるシステム１およびパラメータ決定装置３０の構成は、前記実施形態１と同じであるから、本実施形態２ではこれらに関する説明を省略する。

【0068】

（外耳道の中心線を算出する方法）
図１１から図１３を参照して、中心線算出部３２が、外耳道の中心線を算出する方法の一例を説明する。図１１は、前記実施形態１で説明した図５のステップＳ１０２に対応するフローである。図１２の（ｂ’－１）から（ｂ’－３）は、中心線算出部３２の動作の流れを概念的に示す図である。図１３は、一つの平面に対して射影した外耳道の輪郭を示す。なお、図１１から図１３では、アンダーバー（“＿”）の後に記載した文字は、下付きの添え字を表している。

【0069】

図示しないが、中心線算出部３２は、まず、前記実施形態１で説明したステップＳ１０２１（図７）と同様に、外耳道における外耳道口側の端部と、鼓膜側の端部とを結ぶ基準線を設定する。

【0070】

中心線算出部３２は、外耳道の外耳道口側における端部と、鼓膜側の端部とを結ぶ線と平行な５つの平面に対し、外耳道の輪郭を射影する（Ｓ２０２１）（図１２の（ｂ’－１））。

【0071】

中心線算出部３２は基準線を通りかつ基準線に平行な一つの平面を基準面とする。中心線算出部３２は、この基準面に対して、０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度をなす５つの平面に対して外耳道の輪郭を射影して、射影した外耳道の輪郭から、外耳道口側における端部と、鼓膜側の端部とを除いた２つの部分を示す関数：ｆ_ｉ（ａ）とｇ_ｉ（ｘ）（ｉ＝１～５）をそれぞれ算出する（Ｓ２０２２）（図１２の（ｂ’－２）および図１３）。ｆ_ｉ（ａ）、ｇ_ｉ（ｘ）（ｉ＝１～５）は、平面に射影した外耳道の輪郭上の点を表す平面上の座標である。

【0072】

変数ａは、平面に射影した外耳道の左側の輪郭線に沿って、鼓膜側の端部から外耳道口側の端部へ向かう方向に測った長さを示す変数である。変数ｘは、平面に射影した外耳道の右側の輪郭線に沿って、鼓膜側の端部から外耳道口側の端部へ向かう方向に測った長さを示す変数である。ｍは、座標Ｃ_ｍの添え字（番号）である。

【0073】

図１３に示すように、ｍは０からＭまでの整数である。座標Ｃ_ｍは、平面に射影した外耳道の中心線上の座標を表す。座標Ｃ_ｍを通り、平面に射影した外耳道の中心線と直交する線が、外耳道の左側の輪郭線（ｆ_ｉ）および外耳道の右側の輪郭線（ｇ_ｉ）とそれぞれ交差する位置をａ＝ａ_ｍおよびｘ＝ｘ_ｍとする。変数ａはａ_０，ａ_１，ａ_２，・・，ａ_ｍ・・，Ａ（＝ａ_Ｍ）をとる。変数ｘはｘ_０，ｘ_１，ｘ_２，・・，ｘ_ｍ・・，Ｘ（＝Ｘ_Ｍ）をとる。ここで、ａ_ｍ＝ａ_ｍ－１＋Δｖと表される。またｘ_ｍ＝ｘ_ｍ－１＋Δｗと表される。Δｖは固定値であるが、Δｗは可変である。

【0074】

変数ｍには０が格納され、変数ｉには１が格納される（Ｓ２０２３）。外耳道の鼓膜側（図１３では下側）の端部における変数ａ、ｘの値は、それぞれａ＝ａ_０＝０、ｘ＝ｘ_０＝０であるとする。

【0075】

中心線算出部３２は、ｆ_ｉ（ａ_ｍ）とｇ_ｉ（ｘ_ｍ）との中点の位置を示す座標Ｃ_ｍを算出する（Ｓ２０２４）。

【0076】

次に中心線算出部３２は、ｆ_ｉ（ａ_ｍ＋１）＝ｆ_ｉ（ａ_ｍ＋Δｖ）を算出する。また中心線算出部３２は、ｇ_ｉ（ｘ_ｍ＋１）＝ｇ_ｉ（ｘ_ｍ＋Δｗ）を算出する。そして、中心線算出部３２は、ｆ_ｉ（ａ_ｍ＋１）とｇ_ｉ（ｘ_ｍ＋１）との中点の位置を示す座標Ｃ_ｍ＋１を仮に算出する（Ｓ２０２５）。座標Ｃ_ｍ＋１はΔｗに応じて決まる。

【0077】

中心線算出部３２は、ｆ_ｉ（ａ_ｍ＋１）およびｇ_ｉ（ｘ_ｍ＋１）を結ぶ線が、直線Ｃ_ｍ＋１－Ｃ_ｍ（すなわち２つの中点Ｃ_ｍとＣ_ｍ＋１を結ぶ直線であり、図１３中に矢印で示す）と直交するように、変数Δｗを調整する（Ｓ２０２６）。

【0078】

その後、中心線算出部３２は、ｆ_ｉ（ａ_ｍ＋Δｖ）とｇ_ｉ（ｘ_ｍ＋Δｗ）（Δｗは調整された後の値）との中点の位置を示す座標Ｃ_ｍ＋１を確定する。変数ｍがＭでない場合（Ｓ２０２７でＮｏ）、変数ｍには、1が加算され（Ｓ２０２８）、フローはステップＳ２０２４へ戻る。

【0079】

一方、変数ｍがＭである場合（Ｓ２０２７でＹｅｓ）、中心線算出部３２は、Ｃ_０、・・・、Ｃ_ｍ、Ｃ_ｍ＋１、・・・、Ｃ_Ｍを通る斜影中心線ｈ_ｉを算出する（Ｓ２０２９）。その後、フローはステップＳ２０３０へ進む。斜影中心線ｈ_ｉは、Ｃ_０からＣ_Ｍまで、Ｃ_ｍをｍの昇順あるいは降順につないでゆくことによって得られる。

【0080】

変数ｍがＭである場合（Ｓ２０２７でＹｅｓ）であって、かつ、変数ｉが５と等しくない場合（Ｓ２０３０でＮｏ）、変数ｉには１が加算され（Ｓ２０３１）、フローはステップＳ２０４へ戻る。

【0081】

変数ｍがＭである場合（Ｓ２０２７でＹｅｓ）であって、かつ、変数ｉが５と等しい場合（Ｓ２０３０でＹｅｓ）、中心線算出部３２は、５つの平面についてそれぞれ算出された斜影中心線ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４，５）を統合する（Ｓ２０３２）（図１２の（ｂ’－３））。

【0082】

具体的には、中心線算出部３２は、上述の基準線を中心とする円筒座標系において、基準軸に沿ったｚ軸を設定する。中心線算出部３２が算出した５つの斜影中心線ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４，５）上の座標を（ｚ，ｃ_ｉ）と書く。ここでｃ_ｉは、基準線と直交する方向における斜影中心線ｈ_ｉ上の位置を示す座標である。このとき、中心線算出部３２は、以下の数式で表される残差ｓ_ｉを定義する。

【0083】

【数4】

【0084】

中心線算出部３２は、算出した残差（ｓ_１，ｓ_２，ｓ_３，ｓ_４，ｓ_５）の自乗の総和が最小化されるように、係数ｒ、Ｒを決定する。ここでは、そのような係数の組を（ｒ_０，Ｒ_０）と記載する。具体的には、（ｒ_０，Ｒ_０）は、以下の数式で示される総和を最小化する。

【0085】

【数5】

【0086】

３次元空間における中心線ｈ上の座標は、（ｒ_０（ｚ）、Ｒ_０（ｚ）、ｚ）と表される。このようにして、中心線算出部３２は、斜影中心線ｈ_ｉ（ｉ＝１，２，３，４，５）から、外耳道の中心線ｈを算出する。

【0087】

以上で、図５のステップＳ１０２において、中心線算出部３２が外耳道の中心線ｈを算出する処理の一例の説明を終了する。

【0088】

（本実施形態の効果）
本実施形態の構成によれば、生成部３１は、一個人の耳穴の内部構造に関するデータに基づいて、一個人の外耳道の３次元形状を示す耳穴形状データを生成し、中心線算出部３２は、外耳道の中心線を算出し、分割部３３は、中心線に対し垂直な複数の層に外耳道を分割し、分割した各層について、外耳道の形状を示すパラメータを算出する。

【0089】

外耳道の形状を示すパラメータは、具体的には、外耳道を分割した各層を識別する番号、および、各層における外耳道の太さに対応する穴の径の大きさである。外耳道の複数の層と対応する複数のプレート型部材２０１を製造することにより、耳模型２０ａを簡単に作製することができる。また、作製した耳模型２０ａを用いて、耳音響認証に使用するイヤホン型デバイス４０の性能を容易かつ低コストで評価することができる。

【0090】

さらに本実施形態でその一例を説明したように、中心線算出部３２は、外耳道の中心線を様々な方法で算出することができる。

【0091】

〔ハードウェア構成〕
前記実施形態１～２で説明したパラメータ決定装置３０の各構成要素は、機能単位のブロックを示している。これらの構成要素の一部又は全部は、例えば図１４に示すような情報処理装置９００により実現される。図１４は、情報処理装置９００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【0092】

図１４に示すように、情報処理装置９００は、一例として、以下のような構成を含む。

【0093】

・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９０２
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９０３
・ＲＡＭ９０３にロードされるプログラム９０４
・プログラム９０４を格納する記憶装置９０５
・記録媒体９０６の読み書きを行うドライブ装置９０７
・通信ネットワーク９０９と接続する通信インタフェース９０８
・データの入出力を行う入出力インタフェース９１０
・各構成要素を接続するバス９１１
前記実施形態１～２で説明したパラメータ決定装置３０の各構成要素は、これらの機能を実現するプログラム９０４をＣＰＵ９０１が読み込んで実行することで実現される。各構成要素の機能を実現するプログラム９０４は、例えば、予め記憶装置９０５やＲＯＭ９０２に格納されており、必要に応じてＣＰＵ９０１がＲＡＭ９０３にロードして実行される。なお、プログラム９０４は、通信ネットワーク９０９を介してＣＰＵ９０１に供給されてもよいし、予め記録媒体９０６に格納されており、ドライブ装置９０７が当該プログラムを読み出してＣＰＵ９０１に供給してもよい。

【0094】

（本実施形態の効果）
本実施形態の構成によれば、前記実施形態において説明したパラメータ決定装置３０が、ハードウェアとして実現される。したがって、前記実施形態１～２において説明した効果と同様の効果を奏することができる。

【0095】

以上、実施形態（及び実施例）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（及び実施例）に限定されるものではない。実施形態（及び実施例）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。

【符号の説明】

【0096】

１ システム
２０（２０ａ） 耳模型
３０ パラメータ決定装置
３１ 生成部
３２ 中心線算出部
３３ 分割部
４０ イヤホン型デバイス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】