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Challenge to build non-contact ear acoustics authentication trusted from cyber society

Research Project

Project/Area Number 19K22851
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
Research InstitutionNagaoka National College of Technology

Principal Investigator

矢野 昌平  長岡工業高等専門学校, 電気電子システム工学科, 教授 (90332006)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords耳音響認証 / バイオメトリクス / 波面合成 / アレースピーカ / アレーマイクロホン / 音響インパルス応答
Outline of Research at the Start

常時個人を認証可能な仕組みが、ネットワーク社会の健全な成長とトラスト (信頼性)を確保に必要である。イヤホンから音波信号を送出し、耳の反響音を収音する耳音響認証を考案した。これは常時認証を可能とし「なりすまし」等の詐称を防ぐことが可能とした。本研究において認証装置を耳にかざすだけで個人認証を可能とするノンコンタクトな耳音響認証の実現に挑戦する。耳近傍における認証装置との幾何学的位置の変動は高次数の関数となり解析は困難である。波面合成を用いて低次元化処理を行いAIと機械学習により、幾何学的位置変動と音響特性との関係を見つけ出す。これにより、耳近傍でのノンコンタクト耳音響認証の実現を目指す

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、耳元にかざした携帯電話などのラウドスピーカからの再生音を用いて、外耳道内において反射・反響・回折・干渉する音波を取得し、取得音響信号に含まれるユーザ毎の差異を利用して個人識別を行うことを目的としている。これまでに、パラメトリックに並べた小型のラウドスピーカにより耳介近傍部での音響特性を計測し、波面合成手法(WFS)により平面波の再生実験を実施し、その成果は、学会において報告した。しかし、耳介近傍における音源であるラウドスピーカの位置のずれによる特性変化という課題への解決は不十分であった。
昨年度は外耳道と耳介の音響特性を分離して検討を行った。最初に外耳道に注目し、外耳道の入り口付近において、音源であるラウドスピーカを固定し、更に外耳道を塞がない形状の音源再生手法を新たに開発し、この手法を用いて外耳道内において反射・反響・回折・干渉する音波を取得方法を検討した。一昨年前の課題であった、ラウドスピーカの位置のずれによる特性変化という課題を解決し、音響特性から個人識別を行うことが可能であることを示す有効な結果を得ることができた。本年度は、ラウドスピーカ自身の音響特性や収音装置であるマイクロホンの位置関係については、検討を実施し、3Dプリンターや小型旋盤による金型の整形と樹脂成型とを組み合わせ、ラウドスピーカとマイクロホンの位置関係について、個人毎の音響特性の差異を効率よく得られる方法を実験的に検証を行う予定である。昨年度はコロナ禍のため学会参加等の外部への報告はほとんど行われなかった。本年度は、オンライン等を利用しつつ、研究成果を広く公表していく予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

個人識別に用いることが可能な耳介の音響特性と、外耳道の音響特性とを分離して検討を行うよう変更を行った。昨年度は外耳道に注目し、外耳道の入り口付近において、音源であるラウドスピーカを固定し、更に外耳道を塞がない形状の音源再生手法を新たに開発し、この手法を用いて外耳道内において反射・反響・回折・干渉する音波を取得方法を検討した。一昨年前の課題であった、ラウドスピーカの位置のずれによる特性変化という課題を解決し、音響特性から個人識別を行うことが可能であることを示す有効な結果を得ることができた。よって、現在までの進捗状況は大向け順調に進展していると判断している。

Strategy for Future Research Activity

一昨年前の課題であった、ラウドスピーカの位置のずれによる特性変化という課題を解決し、音響特性から個人識別を行うことが可能であることを示す有効な結果を得ることができた。しかし、ラウドスピーカ自身の音響特性や収音装置であるマイクロホンの位置関係については、検討が不十分となっている、本年度は、3Dプリンターや小型旋盤による金型の整形と樹脂成型とを組み合わせ、ラウドスピーカとマイクロホンの位置関係について検討を行い、個人毎の音響特性の差異を効率よく得られる方法を実験的に検証を行う予定である。また、昨年度はコロナ禍のため学会参加等の外部への報告はほとんど行われなかった。本年度は、オンライン等を利用しつつ、研究成果を広く公表していく予定である。

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(19 results)

All 2020 2019

All Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results) Funded Workshop (2 results)

  • [Presentation] Verification of the Relation between Clustering of Environmental Sounds and Accuracy in Ear Acoustic Authentication2020

    • Author(s)
      Ryo Yuki, Shohei Yano, Naoki Wakui
    • Organizer
      THE 8TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMART SYSTEMS ENGINEERING
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Verification of ear canal obstruction in ear acoustic authentication2020

    • Author(s)
      Pham The Thao, Takayuki Arakawa, Takafuki Koshinaka, Shohei Yano, Naoki Wakui
    • Organizer
      THE 8TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMART SYSTEMS ENGINEERING
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A study on extraction of ear canal shape using MRI2020

    • Author(s)
      Shunsuke Tanaka, Shohei Yano, Naoki, Wakui, Naoki Kodama
    • Organizer
      THE 8TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMART SYSTEMS ENGINEERING
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of Ear Hole Acoustic Feature by Method of Spreading Measurement Errors over a Wide Frequency Range2020

    • Author(s)
      Kousuke Ibaraki, Shohei Yano, Naoki Wakui
    • Organizer
      THE 8TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMART SYSTEMS ENGINEERING
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Relationship between Separation and Slice Interval in Similarity Comparison of Ear Canal2020

    • Author(s)
      Riki Kimura, Shohei Yano, Naoki Wakui, Yoshitaka Ito
    • Organizer
      THE 8TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMART SYSTEMS ENGINEERING
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 聴覚印象を考慮したインパルス応答測定信号設計2020

    • Author(s)
      聴覚印象を考慮したインパルス応答測定信号設計
    • Organizer
      情報処理学会研究報告 音声言語情報処理
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 外耳道形状の個人性の比較に関する研究2020

    • Author(s)
      木村 里輝, 矢野昌平, 藤塚瑠偉, 和久井直樹, 荒川隆行, 越仲孝文
    • Organizer
      オーディオエンジニアリングソサイエティ
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] T-SNEを用いた、耳音響特徴の個人性に関する検討2020

    • Author(s)
      大港 零, 矢野昌平, 和久井直樹, 高道慎之介
    • Organizer
      オーディオエンジニアリングソサイエティ
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大規模主観評価と周波数分析による 心地よいインパルス応答測定信号の設計2020

    • Author(s)
      高橋 勇希(長岡高専), 小口 純矢, 高道慎之介(東大院・情報理工), 矢野 昌平(長岡高専), 猿渡 洋(東大院・情報理工)
    • Organizer
      日本音響学会2020年春季研究発表会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] WFSを用いたノンコンタクト耳認証の実現2019

    • Author(s)
      若林永遠, 矢野昌平, 和久井直樹(長岡高専), 荒川隆行, 越仲隆文(NEC).
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] イヤホンの周波数特性と耳穴音響特徴量との関係2019

    • Author(s)
      茨木康佑(長岡高専), 荒川隆行, 越仲孝文(NEC), 和久井直樹, 矢野昌平
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ドップラーセンサ・室内音響伝達特性による人体検知に関する検討2019

    • Author(s)
      櫻井康貴, 和久井直樹, 矢野昌平(長岡高専)
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 楽音を用いた耳音響認証の検証2019

    • Author(s)
      高橋勇希(長岡高専), 増田拓人(長岡技科大), 荒川隆行, 越仲孝文(NEC), 和久井直樹, 矢野昌平(長岡高専)
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 音響類似度を用いた個人性比較に関する検討2019

    • Author(s)
      大港澪, 和久井 直樹(長岡高専), 荒川 隆行, 越仲孝文, 矢野昌平(長岡高専)
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Between-class特徴を用いた耳音響認証精度向上に関する一検討2019

    • Author(s)
      安原雅貴(長岡高専), 荒川隆行, 越仲孝文(NEC), 和久井直樹, 矢野昌平(長岡高専)
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 耳音響認証における環境音混入時の性能評価2019

    • Author(s)
      結城遼(長岡高専), 荒川隆行, 越仲孝文(NEC), 和久井直樹, 矢野昌平(長岡高専) 1
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Consideration Regarding Accuracy of Ear Acoustic Authentication by Atmospheric Variation2019

    • Author(s)
      Pham The Thao,Shouhei Yano, Naoki Wakui, Takayuki Arakawa, Takafumi Koshinaka.
    • Organizer
      電子情報通信学会信越支部大会 IEEE session
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Funded Workshop] Audio Engineering Society2020

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Funded Workshop] International Joint Conferences on Artificial Intelligence2019

    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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