JP2008204126A - 顔判別装置および方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易に精度よく顔を判別できるようにする。
【解決手段】発光素子２Ａ，２Ｂが、人体が吸収する波長域の第１の光を含む複数の波長域の光を被写体に向けて発光し、受光素子８Ａ，８Ｂこれらの光の反射光をそれぞれ受光し、輝度画像生成部１３がこれにより取得した２つの受光信号から被写体を表す第１および第２の輝度画像を生成する。距離算出部１２が被写体までの距離を算出する。顔検出部１４が第１または第２の輝度画像から顔候補を検出し、人物判別部１７が顔候補領域の輝度の比率と、距離および顔候補領域の大きさの関係、並びに顔候補領域における被写体の距離の関係の少なくとも一方とに基づいて、顔候補が顔であるか否かを判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮影しようとしている被写体に人物の顔が含まれるか否かを判別する顔判別装置および方法並びに顔判別方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。

個人の認証等のために撮影した被写体が人物であるか否かを判定するための各種手法が提案されている。例えば、特許文献１には、カラーセンサおよび放射温度計を用いて撮影した被写体に含まれる物体の色、距離、大きさおよび温度を検出し、その検出結果に基づいて被写体に人物が含まれるか否かを判別する手法が提案されている。また、特許文献２には、撮影しようとしている物体の左右の双方から光を照射することにより撮影を行って２つの画像を取得し、写真やモニタに映し出された人物の顔か生体である人物の顔かを２つの画像の陰影により判別する手法が提案されている。また、特許文献３には、被写体の３次元データを取得してそのデータに基づいて人物であるか否かを判定する手法が提案されている。さらに、特許文献４には、被写体にパターン光を照射し、その反射光から凹凸を検出して写真やモニタに映し出された人物の顔か、生体である人物の顔かを判別する手法が提案されている。
特開平８−１６１５００号公報 特開２００３−２１２４９１号公報 特開平１１−２４２７４５号公報 ＷＯ２００４／０７２８９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された手法は、カラーセンサや放射温度計等が必要であるため、装置の構成が大がかりなものとなる。また特許文献２〜４に記載された手法では、顔の写真と生体である人物の顔とを判別できるが、マネキン等の人形の顔と生体である人物の顔とを判別することができない。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、簡易に精度よく顔を判別できるようにすることを目的とする。

本発明による顔判別装置は、人体が吸収する波長域の第１の光を含む複数の波長域の光を被写体に向けて発光する発光手段であって、前記複数の波長域のうち少なくとも１つの波長域の光を変調させて発光する発光手段と、
前記被写体による前記光の反射光をそれぞれ受光して前記第１の光による第１の受光信号および該第１の光以外の他の光による少なくとも１つの第２の受光信号を取得する受光手段と、
前記第１の受光信号および前記第２の受光信号から前記被写体の輝度を表す第１の輝度画像および第２の輝度画像をそれぞれ生成する輝度画像生成手段と、
前記第１の受光信号および第２の受光信号のうち、変調された光を受光することにより取得した受光信号に基づいて、前記発光手段から前記被写体までの距離を算出する距離算出手段と、
前記第１の輝度画像および前記第２の輝度画像の少なくとも一方から人物の顔の候補である顔候補を検出する顔検出手段と、
前記顔候補が検出された場合、前記第１の輝度画像および前記第２の輝度画像における該顔候補に対応する顔候補領域の輝度の比率と、前記距離および前記顔候補領域の大きさの関係、並びに前記顔候補領域における前記被写体の距離の関係の少なくとも一方の関係とに基づいて、前記顔候補が顔であるか否かを判別する判別手段とを備えたことを特徴とするものである。

なお、本発明による顔判別装置においては、前記発光手段を、前記第１の光および前記第２の光の少なくとも１つを同一の周波数にて変調する手段としてもよい。

また、本発明による顔判別装置においては、前記発光手段を、前記第１の光および前記第２の光の少なくとも１つを異なる周波数にて変調する手段としてもよい。

また、本発明による顔判別装置においては、前記判別手段を、前記距離に応じて、前記距離および前記顔候補領域の大きさの関係、並びに前記顔候補領域における前記被写体の距離の関係のいずれを使用するかを決定する手段としてもよい。

本発明による顔判別方法は、人体が吸収する波長域の第１の光を含む複数の波長域の光を被写体に向けて発光する発光手段であって、前記複数の波長域のうち少なくとも１つの波長域の光を変調させて発光する発光手段により前記光を発光し、
前記被写体による前記光の反射光をそれぞれ受光して前記第１の光による第１の受光信号および前記第１の光以外の他の光による少なくとも１つの第２の受光信号を取得し、
前記第１の受光信号および前記第２の受光信号から前記被写体の輝度を表す第１の輝度画像および第２の輝度画像をそれぞれ生成し、
前記第１の受光信号および第２の受光信号のうち、変調された光を受光することにより取得した受光信号に基づいて、前記発光手段から前記被写体までの距離を算出し、
前記第１の輝度画像および前記第２の輝度画像の少なくとも一方から人物の顔の候補である顔候補を検出し、
該顔候補に対応する顔候補領域の輝度の比率と、前記距離および前記顔候補領域の大きさの関係、並びに前記顔候補領域における前記被写体の距離の関係の少なくとも一方の関係とに基づいて、前記顔候補が顔であるか否かを判別することを特徴とするものである。

なお、本発明による顔判別方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。

本発明によれば、人体が吸収する波長域の第１の光の被写体による反射光を受光することにより取得された第１の受光信号から第１の輝度画像が生成され、第１の光の波長域以外の波長域の他の光の被写体による反射光を受光することにより取得された第２の受光信号から第２の輝度画像が生成される。また、複数の光のうち変調された光の被写体による反射光から被写体までの距離が算出される。また、第１および第２の輝度画像の少なくとも一方から顔候補が検出される。

ここで、被写体が人体でない場合、第１および第２の輝度画像におけるその被写体の領域の輝度の比率は一定のものとなるが、被写体が人体であると第１の光は人体に吸収されるため、その反射光の光量は小さくなり、その結果、第１および第２の輝度画像の比率が変化する。

また、顔の大きさは人によってそれほど大きく変化するものではなく、撮影時の距離に略比例して大きさが変化する。

さらに、顔には、鼻、目、口および頬等が存在することから凹凸が存在し、その凹凸の程度も人によってそれほど大きく変化するものではない。

このため、第１および第２の輝度画像における顔候補領域の輝度の比率と、距離および顔候補領域の大きさの関係、並びに顔候補領域における被写体の距離の関係の少なくとも一方とに基づいて、顔候補が顔であるか否かを判別することにより、大がかりな装置を設けることなく、マネキン等の人形の顔と、生体である人物の顔とを精度よく判別することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による顔判別装置の構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように第１の実施形態による顔判別装置１は、被写体に向けて光を発光する、ＬＥＤ等からなる第１の発光素子２Ａと第２の発光素子２Ｂとを備える。第１の発光素子２Ａは所定周波数により変調された、波長が９５０ｎｍの変調光Ｌ１を発光する。なお、波長が９５０ｎｍの光は人体に吸収される波長域の光である。一方、発光素子２Ｂは、９５０ｎｍ以外の波長域（例えば４５０ｎｍ）の定常光Ｌ２を発光する。なお、第１および第２の発光素子２Ａ，２Ｂはドライバ３により駆動される。

また、顔判別装置１は、被写体により反射された変調光Ｌ１および定常光Ｌ２を受光する受光部４を備える。受光部４は、レンズ５、プリズム６、バンドパスフィルタ７Ａ，７Ｂおよび受光素子８Ａ，８Ｂを備える。

レンズ５は、変調光Ｌ１および定常光Ｌ２の反射光Ｌ３を集光する。

プリズム６は、集光された反射光Ｌ３を、変調光Ｌ１の反射光Ｌ４と定常光Ｌ２の反射光Ｌ５とに分離する。なお、プリズム６は反射光Ｌ４を透過し、反射光Ｌ５をその光路を９０度変更するよう反射するものである。

バンドパスフィルタ７Ａは、反射光Ｌ４における９５０ｎｍの波長域の光のみを透過させる特性を有する。一方、バンドパスフィルタ７Ｂは、反射光Ｌ５における４５０ｎｍの波長域の光のみを透過させる特性を有する。

受光素子８Ａ，８ＢはＣＣＤ等からなり、バンドパスフィルタ７Ａ，７Ｂを透過した反射光Ｌ４，Ｌ５をそれぞれ受光し、所定時間間隔（例えば３０ｆｐｓ）にて受光した光量に応じた受光信号を出力する。なお、受光素子８Ａ，８Ｂは、不図示のドライバにより受光信号の出力のタイミング等が制御される。

また、顔判別装置１は、受光素子８Ａ，８Ｂが出力した受光信号を処理するアナログ信号処理部１０、およびＡ／Ｄ変換部１１を備える。

アナログ信号処理部１０は、受光信号に対してノイズを除去する相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理およびゲインを調整する処理を施す。

Ａ／Ｄ変換部１１は、アナログ信号処理部１０によりアナログ処理が施された受光信号をデジタルの受光信号ＳＡ，ＳＢに変換する。

また、顔判別処理部１は、距離算出部１２、輝度画像生成部１３、顔検出部１４、輝度比較部１５、顔大きさ算出部１６、および人物判別部１７とを有する。

距離算出部１２は、反射光Ｌ４の受光信号ＳＡを用いて、顔判別装置１から被写体までの距離を算出する。具体的には、例えば特許第３７５８６１８号公報および特開２００４−２９４４２０号公報に記載されたように、変調光Ｌ１の反射光Ｌ４を受光することにより得られる受光信号ＳＡから、発光した変調光Ｌ１に対する反射光Ｌ４の位相差を検出し、検出した位相差を用いて変調光Ｌ１が発光されてからその反射光Ｌ４が検出されるまでの時間を算出し、算出した時間と光速とから被写体までの距離Ｄ０を算出する。

輝度画像生成部１３は、受光信号ＳＡ，ＳＢから輝度画像を生成する。具体的には受光信号ＳＡは変調された反射光Ｌ４に基づくものであるため、受光信号ＳＡの各画素毎に変調の１周期に対応するフレーム数による画素値の平均値を算出し、これを輝度画像Ｙ１として生成する。一方、受光信号ＳＢは定常光の反射光Ｌ５に基づくものであるため、ある１フレームの受光信号ＳＢの各画素の画素値をそのまま輝度画像Ｙ２として生成する。

顔検出部１４は、輝度画像Ｙ１，Ｙ２のいずれかまたは双方から顔の候補である顔候補領域を検出する。具体的には顔に含まれる顔の特徴を有する領域（例えば肌色を有する、目を有する、顔の形状を有する等）を矩形の顔候補領域として検出するが、これに限定されるものではない。なお、本実施形態においては輝度画像Ｙ１から顔候補領域を検出するものとする。

輝度比較部１５は、輝度画像Ｙ１，Ｙ２の顔検出部１４が検出した顔候補領域内における輝度の平均値Ｙｍ１，Ｙｍ２を算出し、この平均値Ｙｍ１，Ｙｍ２の比を輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２として算出する。

顔大きさ算出部１６は、顔検出部１４が検出した顔候補領域の大きさを算出する。具体的には、顔候補領域内の総画素数を顔の大きさとして算出する。

人物判別部１７は、輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２と、距離Ｄ０および顔の大きさの関係とに基づいて後述するように顔候補が人物の顔であるか否かを判別する。

また、顔判別装置１は、装置１の全体の動作を制御する全体制御部１８、および装置１の動作に必要なプログラムおよび各種定数を記憶するとともに、処理時の作業領域となるメモリ１９を有する。また、各種表示を行うための液晶等のモニタ２０および装置１に各種入力を行うためのキーボード等からなる入力部２１を備える。

次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図２は第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。顔判別の指示が入力部２１からなされることにより全体制御部１８が処理を開始し、ドライバ３が発光素子２Ａ，２Ｂを駆動して変調光Ｌ１および定常光Ｌ２を発光する（ステップＳＴ１）。発光された変調光Ｌ１および定常光Ｌ２は被写体により反射されて、レンズ５により集光され、プリズム６により反射光Ｌ４，Ｌ５に分離される。そして、受光素子８Ａ，８Ｂが反射光Ｌ４，Ｌ５をそれぞれ受光してアナログの受光信号を出力する（ステップＳＴ２）。

そして、アナログ信号処理部１０およびＡ／Ｄ変換部１１が、アナログの受光信号に対してアナログ処理およびＡ／Ｄ変換処理を施してデジタルの受光信号ＳＡ，ＳＢを取得する（ステップＳＴ３）。次いで、距離算出部１２が変調光Ｌ１の反射光Ｌ４から得られた受光信号ＳＡに基づいて距離Ｄ０を算出し（ステップＳＴ４）、輝度画像生成部１３が受光信号ＳＡ，ＳＢから輝度画像Ｙ１，Ｙ２を生成する（ステップＳＴ５）。さらに、顔検出部１４が輝度画像Ｙ１から顔候補領域を検出する（ステップＳＴ６）。

次いで、顔大きさ検出部１６が顔候補領域内の総画素数を顔の大きさとして算出する（ステップＳＴ７）。なお、距離Ｄ０の算出、輝度画像Ｙ１，Ｙ２の算出および顔の検出は並列に行ってもよい。

次いで、人物判別部１７が、検出された顔の大きさが距離Ｄ０と照らし合わせて人物の顔として適切であるか否かを判定する（ステップＳＴ８）。ここで、顔の大きさは人によってそれほど大きく変動するものではなく、図３に示すように距離Ｄ０が大きくなると略一定の割合で小さくなる。このため、顔の大きさは距離Ｄ０が変動しても人によらず略一定となる。本実施形態による顔判別装置１はメモリ１９に距離Ｄ０とそれに応じた適切な顔の大きさとの関係をテーブルＬＵＴ１として記憶しており、人物判別部１７はテーブルＬＵＴ１を参照して、検出された顔の大きさが人物の顔として適切であるか否かを判定する。そしてステップＳＴ８が否定されると、顔候補領域は顔でないと判別し（ステップＳＴ９）、処理を終了する。

ステップＳＴ８が肯定されると、輝度比較部１５が、輝度画像Ｙ１，Ｙ２における顔検出部１４が検出した顔候補領域内の輝度の平均値Ｙｍ１，Ｙｍ２を算出して輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２を算出する（ステップＳＴ１０）。

図４は各種波長の光と反射率との関係を示す図である。図４に示すように人体に照射された光の反射率Ｒ１と、例えば顔が印刷されているポスター等に照射された光の反射率Ｒ２との関係を見ると、９５０ｎｍ付近の波長域の光は人体に吸収されるため、反射率Ｒ１は９５０ｎｍ付近において大きく低下するが、それ以外の波長域においては反射率Ｒ１，Ｒ２は略同一となる。

ここで、発光素子２Ａが発光する変調光Ｌ１は９５０ｎｍの波長域の光であり、人体に吸収される。このため、輝度の平均値Ｙｍ１は平均値Ｙｍ２と比較して小さくなる。したがって、人物判別部１７は輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２が所定のしきい値Ｔｈ１以下であるか否かを判定し（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ１１が肯定されると顔候補領域は顔であると判別し（ステップＳＴ１２）、処理を終了する。一方、ステップＳＴ１１が否定されるとステップＳＴ９に進み、顔候補領域は顔でないと判別し、処理を終了する。

なお、顔の判別結果は、例えば本実施形態による顔判別装置１がカメラに搭載されていた場合には、判別された顔に対する焦点合わせや、判別された顔以外の被写体をぼかす等の処理に用いられる。また、顔でないと判別された場合には、カメラにおいてコントラストを落とす等の処理を行うことも可能である。

このように第１の実施形態においては、顔候補領域の輝度の比率Ｙｍ１／Ｙｍ２と、距離Ｄ０および顔候補領域の大きさの関係とに基づいて、顔候補が顔であるか否かを判別するようにしたため、大がかりな装置を設けることなく、マネキン等の人形の顔と、生体である人物の顔とを精度よく判別することができる。

次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は本発明の第２の実施形態による顔判別装置の構成を示す概略ブロック図である。なお、第２の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付与し、ここでは詳細な説明は省略する。図５に示すように第２の実施形態による顔判別装置１Ａは、顔大きさ算出部１６に代えて凹凸算出部２２を備えた点が第１の実施形態と異なる。

凹凸算出部２２は、顔検出部１４が検出した顔候補領域内における距離算出部１２が算出した距離Ｄ０を顔候補領域の凹凸として算出する。ここで、顔には目、鼻、口および頬等の顔の構成部品が含まれており、その凹凸の状態は鼻が最も突出し、次いで頬が突出している。また、口の部分は口の形状をなしており、目の部分は他の部分よりも凹んでいる。さらにこのような凹凸の状態は人によってそれほど大きく変化しない。したがって、第２の実施形態においては、メモリ１９に標準的な顔の凹凸の状態を記憶しておき、人物判別部１７が記憶された顔の凹凸の状態を参照して、凹凸算出部２２が算出した顔候補領域の凹凸が人物の顔として適切か否かを判別するようにしたものである。なお、判別の際には、検出された顔候補領域のサイズを標準的な顔のサイズと同一となるように正規化することが好ましい。

次いで、第２の実施形態において行われる処理について説明する。図６は第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、第２の実施形態においては第１の実施形態とはステップＳＴ６まで行われる処理が同一であるため、ここではステップＳＴ６以降の処理について説明する。第１の実施形態のステップＳＴ６に続いて、凹凸算出部２２が、顔候補領域内の凹凸を算出する（ステップＳＴ２１）。

次いで、人物判別部１７が、算出された凹凸が人物の顔として適切であるか否かを判定する（ステップＳＴ２２）。そしてステップＳＴ２２が否定されると、顔候補領域は顔でないと判別し（ステップＳＴ２３）、処理を終了する。

ステップＳＴ２２が肯定されると、輝度比較部１５が、輝度画像Ｙ１，Ｙ２における顔検出部１４が検出した顔候補領域内の輝度の平均値Ｙｍ１，Ｙｍ２を算出して輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２を算出する（ステップＳＴ２４）。そして人物判別部１７が輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２が所定のしきい値Ｔｈ１以下であるか否かを判定し（ステップＳＴ２５）、ステップＳＴ２５が肯定されると顔候補領域は顔であると判別し（ステップＳＴ２６）、処理を終了する。一方、ステップＳＴ２５が否定されるとステップＳＴ２３に進み、顔候補領域は顔でないと判別し、処理を終了する。

次いで、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は本発明の第３の実施形態による顔判別装置の構成を示す概略ブロック図である。なお、第３の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付与し、ここでは詳細な説明は省略する。図７に示すように第３の実施形態による顔判別装置１Ｂは、さらに凹凸算出部２２を備えた点が第１の実施形態と異なる。

次いで、第３の実施形態において行われる処理について説明する。図８は第３の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、第３の実施形態においては第１の実施形態とはステップＳＴ６まで行われる処理が同一であるため、ここではステップＳＴ６以降の処理について説明する。第１の実施形態のステップＳＴ６に続いて、全体制御部１８は、距離Ｄ０が所定のしきい値Ｔｈ２以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ３１）。ステップＳＴ３１が肯定されると、顔大きさ検出部１６が顔候補領域内の総画素数を顔の大きさとして算出する（ステップＳ３２）。

次いで、人物判別部１７が、検出された顔の大きさが距離Ｄ０と照らし合わせて人物の顔として適切であるか否かを判定する（ステップＳＴ３３）。ステップＳＴ３３が否定されると、顔候補領域は顔でないと判別し（ステップＳＴ３４）、処理を終了する。ステップＳＴ３３が肯定されると、輝度比較部１５が、輝度画像Ｙ１，Ｙ２における顔検出部１４が検出した顔候補領域内の輝度の平均値Ｙｍ１，Ｙｍ２を算出して輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２を算出する（ステップＳＴ３５）。そして人物判別部１７が輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２が所定のしきい値Ｔｈ１以下であるか否かを判定し（ステップＳＴ３６）、ステップＳ３６が肯定されると顔候補領域は顔であると判別し（ステップＳＴ３７）、処理を終了する。ステップＳＴ３６が否定されると、ステップＳＴ３４に進み、顔候補領域は顔でないと判別し、処理を終了する。

一方、ステップＳＴ３１が否定されると、凹凸算出部２２が、顔候補領域内の凹凸を算出する（ステップＳＴ３８）。次いで、人物判別部１７が、算出された凹凸が人物の顔として適切であるか否かを判定する（ステップＳＴ３９）。そしてステップＳＴ３９が否定がされるとステップＳＴ３４に進み、顔候補領域は顔でないと判別し、処理を終了する。ステップＳＴ３９が肯定されるとステップＳＴ３５に進み、ステップＳＴ３５以降の処理を行う。

ここで、変調光Ｌ１を用いて距離Ｄ０を算出した場合、変調の周波数が数ＭＨｚあれば、１ｃｍ程度の精度を持って距離Ｄ０を算出することができる。しかしながら、発光素子２Ａ，２Ｂから被写体までの距離が大きいと、距離Ｄ０の算出の程度が低下する。その距離は例えば変調の周波数が数ＭＨｚである場合、数メートルである。

第３の実施形態においては、しきい値Ｔｈ２として数メートルを用いることにより、しきい値Ｔｈ２よりも顔候補が近い場合には、顔候補領域内の凹凸および輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２を用いて、顔候補がしきい値Ｔｈ２以上の場合には、顔候補領域の大きさおよび輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２を用いて顔の判別を行うようにしたため、発光素子２Ａ，２Ｂから顔候補までの距離に応じてより精度よく顔候補領域が顔であるか否かを判別することができる。

なお、第３の実施形態としてはしきい値Ｔｈ２を数メートルとしているが、これに限定されるものではなく、変調周波数に応じて適宜設定すればよい。

また、上記第１から第３の実施形態においては、発光素子２Ａ，２Ｂから変調光Ｌ１および定常光Ｌ２をそれぞれ発光しているが、発光素子２Ａから定常光Ｌ２を、発光素子２Ｂから変調光Ｌ１を発光するようにしてもよい。また、発光素子２Ａとともに発光素子２Ｂからも変調光（Ｌ６とする）を発光するようにしてもよい。ここで、変調光Ｌ１と変調光Ｌ６との変調周波数が同一の場合には、変調光Ｌ１および変調光Ｌ６の位相が揃っていることが好ましい。本実施形態においては、輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２を算出しているため、受光信号ＳＡ，ＳＢの平均を求めなくても、あるフレームにおける受光信号ＳＡ，ＳＢの値をそのまま輝度画像Ｙ１，Ｙ２として使用することができるからである。なお、変調光Ｌ１，Ｌ６の振幅は同一であってもよいが、振幅が異なると距離を測定できる反射率のレンジが広くなるため、距離の算出には好ましい。

なお、変調光Ｌ１と変調光Ｌ６との変調周波数は図９に示すように、異なるものであってもよい。ここで、変調光を用いての距離の算出においては、一般的に変調光の変調周波数が高いほど距離分解能が高くなる。しかしながら、位相差を用いて距離を算出しているため、変調の周波数の１周期分に対応する距離を超える場合、正確な距離を算出することができない。例えば１００ｃｍの距離を算出できる変調周波数を用いて距離を算出した場合において、算出した距離が例えば７０ｃｍであったとすると、実際にはその距離は７０ｃｍであるか、１７０ｃｍであるか、２７０ｃｍであるか分からない。すなわち、その変調周波数の変調光を使用した場合、１００ｃｍまでの範囲で距離を算出できるにすぎない。

その一方で変調周波数が低いと距離分解能は低下するが、広い距離範囲にて距離を算出することができる。このため、図９に示すように高い周波数の変調光と低い周波数の変調光を同時に使用することにより、互いを補って広い距離範囲で高い距離分解能にて距離を算出することができる。

例えば、１００ｃｍの距離を算出できる高い変調周波数の変調光Ｌ１および１０ｍの距離を算出できる低い変調周波数の変調光Ｌ６を用いて距離を算出した場合を考える。変調光Ｌ１による距離の算出結果が７７ｃｍ、変調光Ｌ６による距離の算出結果が３５０ｃｍであったとすると、双方の検出結果を用いて距離を３７７ｃｍと算出することが可能となる。

また、上記第１から第３の実施形態においては、２つの受光素子８Ａ，８Ｂに対して１つのレンズ５を使用し、プリズム６により反射光を分離しているが、プリズム６を用いることなく、受光素子８Ａ，８Ｂのそれぞれに対してレンズを設けて反射光Ｌ４，Ｌ５を受光するようにしてもよい。

また、定常光Ｌ２の反射光Ｌ５を検出する受光素子８Ｂについては、例えば不図示のモニタにカラー画像を出力することができるように、受光素子８Ｂの全面に各画素に対応させてＲＧＢのフィルタを配置するようにしてもよい。

また、上記第１から第３の実施形態においては、２つの受光素子８Ａ，８Ｂを用いているが、図１０に示す第４の実施形態による顔判別装置１Ｃに示すように、１つの受光素子８Ｃのみを用いるようにしてもよい。この場合、バンドパスフィルタ７Ａは省略されるが、受光素子８Ｃの前面には、図１１に示すように各画素に対応させて、９５０ｎｍの波長域の光を透過する領域（黒色にて示す）および定常光Ｌ２の波長域の光を透過する領域（白色にて示す）を交互に配置したフィルタ２３を設けることにより、反射光Ｌ４，Ｌ５の双方を受光して受光信号を出力することができる。

また、図１２に示すように受光素子８Ｃの前面にバンドパスフィルタ７Ａ，７Ｂを切り替え可能に設け、バンドパスフィルタ７Ａ，７Ｂを切り替えることにより、受光素子８Ｃにより反射光Ｌ４，Ｌ５を受光するようにしてもよい。

このように１つの受光素子８Ｃのみを用いた場合、まず発光素子２Ａのみから変調光Ｌ１を発光し、その反射光Ｌ４を受光素子８Ｃにより受光して受光信号ＳＡを取得し、次いで、発光素子２Ｂのみから定常光Ｌ２（または変調光Ｌ６）を発光し、その反射光Ｌ５を受光素子８Ｃにより受光して受光信号ＳＢを取得し、さらに、発光素子２Ａ，２Ｂから光を発光しない状態において、受光素子８Ｃから受光信号ＳＣを取得するようにしてもよい。この場合、（ＳＡ−ＳＣ）および（ＳＢ−ＳＣ）を輝度画像Ｙ１，Ｙ２として算出することにより、環境光の影響を除去してより精度よく輝度画像Ｙ１，Ｙ２ひいては輝度の比Ｙｍ１／Ｙｍ２を算出することができる。

以上、本発明の第１の実施形態に係る顔判別装置について説明したが、コンピュータを、上記の距離算出部１２、輝度画像生成部１３、顔検出部１４、輝度比較部１５、顔大きさ算出部１６、人物判別部１７および凹凸演算部２２に対応する手段として機能させ、図２，６，８に示すような処理を行わせるプログラムも、本発明の実施形態の１つである。また、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体も、本発明の実施形態の１つである。

本発明の第１の実施形態による顔判別装置の構成を示す概略ブロック図 第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート 人物の顔の大きさが距離に応じて変動する状態を示す図 各種波長の光と反射率との関係を示す図 本発明の第２の実施形態による顔判別装置の構成を示す概略ブロック図 第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャート 本発明の第３の実施形態による顔判別装置の構成を示す概略ブロック図 第３の実施形態において行われる処理を示すフローチャート 異なる変調周波数を示す図 本発明の第４の実施形態による顔判別装置の構成を示す概略ブロック図 １つの受光素子を用いた場合に受光素子の前面に配置されるフィルタを示す図 受光素子の前面にバンドパスフィルタを切り替え可能に設けた状態を示す図

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 顔判別装置
２Ａ，２Ｂ 発光素子
３ ドライバ
４ 受光部
５ レンズ
６ プリズム
７Ａ，７Ｂ バンドパスフィルタ
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ 受光素子
１０ アナログ信号処理部
１１ Ａ／Ｄ変換部
１２ 距離算出部
１３ 輝度画像生成部
１４ 顔検出部
１５ 輝度比較部
１６ 顔大きさ算出部
１７ 人物判別部
２２ 凹凸演算部

Claims (6)

1. 人体が吸収する波長域の第１の光を含む複数の波長域の光を被写体に向けて発光する発光手段であって、前記複数の波長域のうち少なくとも１つの波長域の光を変調させて発光する発光手段と、
   前記被写体による前記光の反射光をそれぞれ受光して前記第１の光による第１の受光信号および該第１の光以外の他の光による少なくとも１つの第２の受光信号を取得する受光手段と、
   前記第１の受光信号および前記第２の受光信号から前記被写体の輝度を表す第１の輝度画像および第２の輝度画像をそれぞれ生成する輝度画像生成手段と、
   前記第１の受光信号および第２の受光信号のうち、変調された光を受光することにより取得した受光信号に基づいて、前記発光手段から前記被写体までの距離を算出する距離算出手段と、
   前記第１の輝度画像および前記第２の輝度画像の少なくとも一方から人物の顔の候補である顔候補を検出する顔検出手段と、
   前記顔候補が検出された場合、前記第１の輝度画像および前記第２の輝度画像における該顔候補に対応する顔候補領域の輝度の比率と、前記距離および前記顔候補領域の大きさの関係、並びに前記顔候補領域における前記被写体の距離の関係の少なくとも一方の関係とに基づいて、前記顔候補が顔であるか否かを判別する判別手段とを備えたことを特徴とする顔判別装置。
2. 前記発光手段は、前記第１の光および前記第２の光の少なくとも１つを同一の周波数にて変調する手段であることを特徴とする請求項１記載の顔判別装置。
3. 前記発光手段は、前記第１の光および前記第２の光の少なくとも１つを異なる周波数にて変調する手段であることを特徴とする請求項１記載の顔判別装置。
4. 前記判別手段は、前記距離に応じて、前記距離および前記顔候補領域の大きさの関係、並びに前記顔候補領域における前記被写体の距離の関係のいずれを使用するかを決定する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の顔判別装置。
5. 人体が吸収する波長域の第１の光を含む複数の波長域の光を被写体に向けて発光する発光手段であって、前記複数の波長域のうち少なくとも１つの波長域の光を変調させて発光する発光手段により前記光を発光し、
   前記被写体による前記光の反射光をそれぞれ受光して前記第１の光による第１の受光信号および該第１の光以外の他の光による少なくとも１つの第２の受光信号を取得し、
   前記第１の受光信号および前記第２の受光信号から前記被写体の輝度を表す第１の輝度画像および第２の輝度画像をそれぞれ生成し、
   前記第１の受光信号および第２の受光信号のうち、変調された光を受光することにより取得した受光信号に基づいて、前記発光手段から前記被写体までの距離を算出し、
   前記第１の輝度画像および前記第２の輝度画像の少なくとも一方から人物の顔の候補である顔候補を検出し、
   該顔候補に対応する顔候補領域の輝度の比率と、前記距離および前記顔候補領域の大きさの関係、並びに前記顔候補領域における前記被写体の距離の関係の少なくとも一方の関係とに基づいて、前記顔候補が顔であるか否かを判別することを特徴とする顔判別方法。
6. 人体が吸収する波長域の第１の光を含む複数の波長域の光を被写体に向けて発光する発光手段であって、前記複数の波長域のうち少なくとも１つの波長域の光を変調させて発光する発光手段により前記光を発光する手順と、
   前記被写体による前記光の反射光をそれぞれ受光して前記第１の光による第１の受光信号および該第１の光以外の他の光による少なくとも１つの第２の受光信号を取得する手順と、
   前記第１の受光信号および前記第２の受光信号から前記被写体の輝度を表す第１の輝度画像および第２の輝度画像をそれぞれ生成する手順と、
   前記第１の受光信号および第２の受光信号のうち、変調された光を受光することにより取得した受光信号に基づいて、前記発光手段から前記被写体までの距離を算出する手順と、
   前記第１の輝度画像および前記第２の輝度画像の少なくとも一方から人物の顔の候補である顔候補を検出する手順と、
   該顔候補に対応する顔候補領域の輝度の比率と、前記距離および前記顔候補領域の大きさの関係、並びに前記顔候補領域における前記被写体の距離の関係の少なくとも一方の関係とに基づいて、前記顔候補が顔であるか否かを判別する手順とを有することを特徴とする顔判別方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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