JP2012022713A - ユーザー認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外や建物の出入り口等の環境光の変動が激しい場所であっても、ユーザー認証を精度良く行うことができるユーザー認証装置を提供することにある。
【解決手段】投光手段１２を制御して所定周波数の変調信号で強度を変調した照射光を対象空間に照射させ、投光手段１２の照射光の強度が異なるタイミングで撮像手段１３を制御して高照度画像と低照度画像を撮像手段１３に出力させる。高照度画像と低照度画像の各画素値の差分をとり、環境光による影響を除去した振幅画像を生成する。故に、振幅画像を元に顔検出手段１６で検出したユーザーの顔画像からも環境光の影響が除去され、その結果、認証手段１８ｃでは環境光の影響が除去されたユーザーの顔画像を用いてユーザー認証が行われるから、屋外や建物の出入り口等の環境光の変動が激しい場所であってもユーザー認証を精度良く行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ユーザーが携行する応答器から得られる識別情報によりユーザーが登録されているユーザーかどうかを判別するとともに、ユーザーが登録されたユーザーであれば撮像したユーザーの顔の画像を用いてユーザーの認証を行うユーザー認証装置に関するものである。

近年、他人へのなりすましや偽造を防止する有効な手段として生体情報を用いたユーザー認証装置の開発が盛んに行われている。

この種のユーザー認証装置で使用する生体情報としては、指紋、網膜（例えば目の網膜の毛細血管のパターン）、虹彩（例えば虹彩パターンの濃淡値のヒストグラム）、顔、血管（赤外線を手のひら、手の甲、指等に透過させて得られる静脈パターン）、音声（声紋）、筆跡、血液や唾液等に含まれるＤＮＡ等を利用することが提案されている。

生体情報として顔を利用するユーザー認証装置としては、特許文献１に示すユーザー認証装置があり、このユーザー認証装置は、通過権限データ、及び識別情報として顔データを記憶した非接触ＩＣカードからなる応答器（利用者装置）を携帯するユーザー（利用者）が質問器（無線通信部）の通信エリアに入った時に、質問器が応答器から通過権限データ及び顔画像のデータを受信し、通過権限データの有効／無効の判定結果をデータ記憶部に記憶し、認証部（利用者認証部）においてユーザーがゲートを通過する際にカメラの撮像画像から取得した顔画像を、質問器が応答器から得た顔データに対応する顔画像として予めデータベースに登録されている顔画像と照合することでユーザーの特定を行い、特定したユーザーの通過権限データ判定結果が有効である時に利用者の通過を許可するように構成されている。

特開２００３−３３１３２３号公報

以上述べた特許文献１のユーザー認証装置によれば、ユーザーはゲートを通過する際に非接触ＩＣカード等の応答器をゲートにかざす必要がないから、何ら特別な動作をしなくてもゲートを通過することができるようになっている。

ところで、特許文献１のように顔画像を用いてユーザー認証を行う場合、ユーザー認証装置が室内等のように環境光の変動がなく安定した環境に設置されている場合には特に問題はないが、屋外や建物の出入り口等の環境光の変動が激しいところに設置されている場合には、環境光の変動の影響によって、撮像した顔画像において顔の部分に陰影ができたり、逆光状態になりコントラストがなくなってしまったりする事がある。

このような場合、応答器に記憶されている顔データと対応する顔画像として予めデータベースに登録されている顔画像が、カメラの撮像画像より得られる顔画像に一致しなくなってユーザー認証が正しく行えなくなるという問題があった。

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、屋外や建物の出入り口等の環境光の変動が激しい場所であっても、ユーザー認証を精度良く行うことができるユーザー認証装置を提供することにある。

本発明のユーザー認証装置は、ユーザーが携行する応答手段に対して質問信号を送出する質問手段と、前記質問手段が前記質問信号に応対して得た応答信号に含まれる識別情報が登録されたユーザーの識別情報であるかどうかを判別するユーザー情報認証手段と、所定周波数の変調信号で強度を変調した照射光を対象空間に照射する投光手段と、前記対象空間から光を受光し受光光量に応じた受光出力を画素値として有する画像を出力する撮像手段と、前記投光手段が点灯している期間に得られる高照度画像と、前記投光手段が消灯している期間に得られる低照度画像との各画素値の差分を画素値として有する振幅画像を生成する振幅画像生成手段と、前記振幅画像から顔を検出する顔検出手段と、前記ユーザー情報認証手段により登録済みユーザーであると判別された場合に前記顔検出手段で検出した顔の画像を用いてユーザー認証を行う認証手段とを備えていることを特徴とする。

本発明のユーザー認証装置は、屋外や建物の出入り口等の環境光の変動が激しい場所であっても、ユーザー認証を精度良く行うことができるという効果がある。

本発明の実施形態１のユーザー認証装置のブロック構成を示す説明図である。 （ａ）は撮像手段により得られる画像の説明図、（ｂ）は振幅画像生成手段により得られる振幅画像の説明図である。 本発明の実施形態２のユーザー認証装置のブロック構成を示す説明図である。

（実施形態１）
本実施形態のユーザー認証装置１は、図１に示すように、例えば所定の部屋の出入り口のドア（図示せず）等に設置され自動で施解錠を行う電気錠３とともに用いられるものであって、ユーザーが携行する応答手段となる応答器２に対して質問信号を送出して当該質問信号に応対する応答信号を応答器２より受信する質問手段となる質問器１０と、質問器１０で受信した前記応答信号が有する識別情報が登録されたユーザーの識別情報であるかどうかを判別するユーザー情報認証手段１１と、所定周波数（所定周期）で点灯／消灯され点灯時に照射光を対象空間に照射する投光手段１２と、前記対象空間から光を受光し受光光量に応じた受光出力を画素値として有する画像を出力する撮像手段１３と、投光手段１２を所定周波数で点灯又は消灯させるとともに投光手段１２の点灯時又は消灯時に撮像手段１３を制御して投光手段１２の点灯時の前記対象空間の画像及び投光手段１２の消灯時の前記対象空間の画像を出力させる制御手段１４と、投光手段１２の点灯時の前記対象空間の画像の各画素値と投光手段１２の消灯時の前記対象空間の画像の各画素値との差分を画素値として有する振幅画像を生成する振幅画像生成手段１５と、前記振幅画像から前記対象空間内に存在するユーザーの顔を検出する顔検出手段１６と、ユーザーの識別情報と関連付けられた顔画像が登録される顔データベース１７と、質問器１０で受信した前記応答信号が有する識別情報が登録されたユーザーの識別情報であるとユーザー情報認証手段１１により判別された場合に（ユーザー情報認証手段１１により登録されたユーザーであると判別された場合に）顔検出手段１６で検出した顔の画像を用いてユーザー認証を行う認証手段１８ｃを有する処理手段１８と、処理手段１８によるユーザー認証の結果に基づいて電気錠３の制御を行う外部機器制御手段１９とを備えている。

応答器２は、例えば電池（バッテリ）を内蔵して数十ｍ程度の長距離で質問器１０との交信（無線通信）が可能なアクティブ型ＲＦＩＤタグ（アクティブＲＦＩＤタグ）であって、質問器１０から送出される質問信号を受信した際に、ユーザーの識別情報（ＩＤ情報）としてＩＤ番号（以下、「入力ＩＤ番号」と称する）を有する応答信号を送出するように構成されている。尚、応答器２としては、上述したアクティブ型ＲＦＩＤタグに限られるものではなく、例えば、アクティブ型ＲＦＩＤタグとは異なり電池を内蔵していないパッシブ型ＲＦＩＤタグ（パッシブＲＦＩＤタグ）や、非接触ＩＣカードであってもよく、要は質問器１０と交信を行える無線通信装置であればよい。

質問器１０は、例えば応答器２と交信可能なＲＦＩＤリーダであって、応答器２にユーザーの識別情報を有する応答信号を送出させるために質問信号を所定の送出範囲内に定期的に送出するとともに、応答器２から送出される応答信号を受信し、受信した応答信号が有する入力ＩＤ番号をユーザー情報認証手段１１に出力するように構成されている。尚、質問器１０としては、非接触ＩＣカードリーダ（又は非接触ＩＣカードリーダライタ）を用いることもできる。この場合、応答器２としては非接触ＩＣカードを用いる。また、質問器１０は、所定の部屋の出入り口近傍、例えば電気錠３が設けられたドアの近傍に設置される。

ユーザー情報認証手段１１は、登録されているユーザー（電気錠３を解錠する権利（前記所定の部屋に入室する権利）を有するユーザー）の識別情報であるＩＤ番号が登録されているユーザーＩＤデータベース１１ａを有し、ユーザーＩＤデータベース１１ａに登録されているＩＤ番号に入力ＩＤ番号と一致するものがあるかどうかを調べることによって、入力ＩＤ番号が登録されたユーザーのＩＤ番号であるかどうかを判別する（すなわち入力ＩＤ番号の登録／非登録を判別する）ように構成されている。ユーザー情報認証手段１１は、入力ＩＤ番号が登録されているユーザーのＩＤ番号であれば（入力ＩＤ番号と同じＩＤ番号がユーザーＩＤデータベース１１ａに登録されていれば）、入力ＩＤ番号を処理手段１８に出力し、入力ＩＤ番号が登録されているユーザーのＩＤ番号でなければ、入力ＩＤ番号のユーザーが登録されていない（入力ＩＤ番号のユーザーが電気錠３を解錠する権利を有していない）と判断し、非登録信号を処理手段１８に出力するように構成されている。

投光手段１２は、制御手段１４から出力される所定周波数の変調信号で強度が変調された照射光を対象空間に照射するように構成されている。投光手段１２としては、例えば、多数個の発光ダイオードを一平面上に配列したものや、半導体レーザと発散レンズとを組み合わせたもの等を用いることができ、また投光手段１２から放射される光は、赤外線と可視光とのどちらでもよい。尚、対象空間は、質問器１０から送出される質問信号の送出範囲内にユーザーが存在している際に、少なくともユーザーの顔が位置するような空間としている。

撮像手段１３は、対象空間を撮像するためのものである。撮像手段１３としては、例えばシリコン等の半導体を用いて形成され対象空間から光を受光し受光光量に応じた受光出力を生じる複数のホトダイオード等の受光素子（図示せず）を一枚の半導体基板に配列してなり、複数の受光素子それぞれの受光出力を画素値として有する画像を出力するイメージセンサ（例えばＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳイメージセンサ）が用いられている。尚、撮像素子１３により対象空間を撮像するために、撮像素子１３の前方には、複数の受光素子に対象空間を投影するためのレンズ等の光学系（図示せず）が配置される。

制御手段１４は、投光手段１２及び撮像手段１３の動作を制御するためのものであり、投光手段１２には照射光の強度を変調するための変調信号を出力するように構成されている。変調信号としては、周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ（周期が１０μｓ〜１００μｓ）の方形波（矩形波）で、デューティ比が５０％であるような信号を用いている。このような変調信号を用いた場合、投光手段１２は制御手段１４によって１０μｓ〜１００μｓの周期で点灯と消灯とを同じ時間ずつ交互に繰り返すように制御される。尚、投光手段１２から放射される照射光が可視光である場合、変調信号の周波数（周期）は、人の目には連続して点灯して見えるように点灯／消灯を繰り返すような周波数（周期）とする。また、変調信号のデューティ比は５０％に限られるものではない。

また、制御手段１４は、撮像手段１３により対象空間を撮像するタイミングを制御するように構成されている。具体的には、制御手段１４は、投光手段１２の照射光の強度が異なるタイミング、すなわち投光手段１２が点灯されているタイミング、及び投光手段１２が消灯されているタイミングそれぞれで撮像手段１３を制御し、投光手段１２が点灯しているときの対象空間の画像（以下、「高照度画像」と称する）と投光手段１２が消灯しているときの対象空間の画像（以下、「低照度画像」と称する）とを撮像手段１３から出力させるように構成されている。ところで、上述したように投光手段１２の点灯／消灯に合わせて対象空間を撮像する場合、撮像手段１３の各受光素子が露光される時間は非常に短時間であって、振幅画像生成手段１５で処理するために必要な画素値の画像を得ることが難しい場合があるので、投光手段１２が点灯している際の各受光素子の受光出力それぞれを複数回の点灯に亘って加算したものを画素値として有する高照度画像（すなわち複数回積算した高照度画像）と、投光手段１２が消灯している際の各受光素子の受光出力それぞれを前記複数回の消灯に亘って加算したものを画素値として有する低照度画像（すなわち複数回積算した低照度画像）とを撮像手段１３から振幅画像生成手段１５に出力させるようにしてもよい。

尚、制御手段１４は、上記のように投光手段１２を所定周期で点灯又は消灯させて、投光手段１２が点灯しているときと消灯しているときの対象空間を撮像するように投光手段１２及び撮像手段１３を制御するようなものに限らず、投光手段１２の強度を所定の周期で変更して、投光手段１２の強度が異なるときの対象空間を撮像するように投光手段１２及び撮像手段１３を制御するようにしてもよい。要は、制御手段１４は、投光手段１２を制御して所定周波数の変調信号で強度を変調した照射光を対象空間に出力させるとともに、前記照射光の強度が異なるタイミングで撮像手段１３を制御して前記対象空間に照射された前記照射光の強度が異なる画像を出力させるように構成されていればよい。また、制御手段１４により投光手段１２及び撮像手段１３を制御して高照度画像及び低照度画像を得るタイミングは、ユーザー情報認証手段１１によって入力ＩＤ番号がユーザーＩＤデータベース１１ａに登録されていると判定された際に行うようにしてもよいし、常時行うようにしてもよい。

振幅画像生成手段１５は、高照度画像の各画素値（投光手段１２が点灯しているときの撮像手段１３の複数の受光素子それぞれの受光出力）と、低照度画像の各画素値（投光手段１２が消灯しているときの撮像手段１３の複数の受光素子それぞれの受光出力）との差分（投光手段１２から放射される照射光の強度が異なる対象空間それぞれの画像間の各画素値の差分）を画素値として有する振幅画像を生成するように構成されている。

ここで、高照度画像の画素値は環境光と投光手段１２から放射される照射光に依存し、低照度画像の画素値は環境光のみに依存する。また、投光手段１２の点灯／消灯の切り替えは１０μｓ〜１００μｓの間に行われるため、投光手段１２の照射光の強度変化は環境光の強度変化に対して非常に速く、投光手段１２の点灯／消灯の一周期の間には環境光の強度は殆ど変化していないとみなすことができる。そのため、高照度画像の画素値と低照度画像の画素値との差分を求めることによって、環境光による影響を除去して投光手段１２から対象空間に照射された照射光の成分のみを抽出できる。したがって、環境光の影響が強く（強度が強く）、図２（ａ）に示すように顔の陰影がつぶされてしまうような場合でも、高照度画像の画素値と低照度画像の画素値との差分を画素値として有する振幅画像によれば、画素値から環境光による影響が除去されて投光手段１２から対象空間に照射された照射光の成分のみが画素値に反映されることになるため、図２（ｂ）に示すように顔の陰影が明確になった画像を得ることができる。

顔検出手段１６は、振幅画像生成手段１５より得た振幅画像から対象空間内に存在する顔の検出を行い、顔を検出した際には検出した顔の画像（以下、「検出顔画像」と称する）を処理手段１８に出力するように構成されている。ここで、顔検出手段１６により振幅画像から複数の顔が検出された際には、各顔の輝度情報を調べ、例えば輝度の平均値が最も高い顔（すなわち最も撮像手段１３に近いと考えられる顔）を、応答器２を有するユーザーの顔として判定するようになっている。尚、顔検出手段１６による顔の検出は、例えばエッジや輝度の変化から、目、鼻孔、口等の特徴部分を検出するとともに、これらの位置から顔の輪郭等を検出することによって行うことができる。また顔検出手段１６による顔の検出方法については様々な方法が周知となっているため、詳細な説明は省略する。

顔データベース１７は、ユーザーのＩＤ番号と関連付けられて登録された顔画像からなるデータベースであって、例えばＲＡＭやＨＤＤ等の記憶装置に記録されている。尚、顔データベース１７としてはＬＡＮ等のネットワークを介して接続された、すなわち複数のユーザー認証装置１で共用している記憶装置に記録されているものであってもよい。

処理手段１８は、ユーザー認証装置１の動作モードを、ユーザー認証を行う認証モードとユーザー登録を行う登録モードのいずれかに切り換えるモード制御手段１８ａと、入力ＩＤ番号が登録されたユーザーのＩＤ番号であるとユーザー情報認証手段１１により判別されたユーザーにユーザー認証又はユーザー登録を行う意思があるか否かを判定する意思確認手段１８ｂと、認証モード時に動作される認証手段１８ｃと、登録モード時に動作される登録手段１８ｄとを備えている。

モード制御手段１８ａは、切り替えスイッチ（図示せず）を操作することによって、ユーザー認証装置１の動作モードを認証モードと登録モードとのいずれかに設定できるように構成されている。モード制御手段１８ａにより動作モードが認証モードに設定されている場合には認証手段１８ｃが動作され、動作モードが登録モードに設定されている場合には登録手段１８ｄが動作される。尚、切り替えスイッチは、ユーザー認証又はユーザー登録を行おうとするユーザーが手動操作可能な場所に設けられていればよく、ユーザー認証装置１の筐体（図示せず）等に一体に設けられているか否かは問わない。また、切り替えスイッチは、手動操作可能なスイッチに限らず、音声操作が可能なスイッチ等であってもよい。

意思確認手段１８ｂは、入力ＩＤ番号を得た際に（入力ＩＤ番号が登録されたユーザーのＩＤ番号であるとユーザー情報認証手段１１により判別された場合に）、検出顔画像に写っているユーザーにユーザー認証又はユーザー登録を行う意思があるか否か判定するためのものである。意思確認手段１８ｂは、検出顔画像が撮像手段１３に対して正面を向いた画像である場合（すなわちユーザーの顔が撮像手段１３に正対している場合）に、ユーザーにユーザー認証又はユーザー登録を行う意思があると判定し、認証手段１８ｃ及び登録手段１８ｄに開始信号を出力する。一方、意思確認手段１８ｂは検出顔画像に写っているユーザーにユーザー認証又はユーザー登録を行う意思がないと判定した際には（検出顔画像のユーザーの顔が撮像手段１３に対して正面を向いていない場合には）停止信号を出力して認証モード又は登録モードの動作を中止させるように構成されている。

ここで検出顔画像のユーザーの顔の画像が撮像手段１３に対して正面を向いているか否かの判定は、検出顔画像のユーザーの顔の領域における輝度値の分布の対称性を調べることによって行うことができ、前記輝度値の分布が左右対称であればユーザーの顔が撮像手段１３に対して正面を向いていると判定すればよい。また、鼻の部分の方向成分の分布により顔の回転を検出することによっても、ユーザーの顔が撮像手段１３に対して正面を向いているか否かを判定することができる。

認証手段１８ｃは、ユーザー認証装置１が認証モードに設定されている状態で、開始信号を受け取った際に（すなわち意思確認手段１８ｂによりユーザーにユーザー認証を行う意思があると判定された際に）動作を開始して、検出顔画像を用いてユーザー認証を行うように構成されている。認証手段１８ｃによるユーザー認証は、入力ＩＤ番号に関連付けられた顔画像を顔データベース１７より取得して、当該顔画像と検出顔画像とをパターンマッチング等によって比較することで行われる。また、認証手段１８ｃは、ユーザー認証の結果、顔データベース１７から読み出した顔画像と検出顔画像とが一致すれば（一致度が所定の基準値以上であれば）、撮像手段１３で撮像したユーザーを、入力ＩＤ番号のユーザーであると認証し、ユーザー認証成功信号を外部機器制御手段１９に出力するように構成されている。一方、認証手段１８ａは、ユーザー認証の結果、顔データベース１７から読み出した顔画像と検出顔画像とが一致しなければ（一致度が所定の基準値未満であれば）、撮像手段１３で撮像したユーザーを入力ＩＤ番号のユーザーであると認証せず、ユーザー認証失敗信号を外部機器制御手段１９に出力するように構成されている。

登録手段１８ｄは、ユーザー認証装置１が登録モードに設定されている状態で、開始信号を受け取った際に動作を開始して、検出顔画像を用いてユーザー登録を行うように構成されている。登録手段１８ａによるユーザー登録は、検出顔画像を入力ＩＤ番号と関連付けて顔データベース１７に登録することによって行われる。

一方、処理手段１８は、前記非登録信号をユーザー情報認証手段１１より受け取った際には、認証手段１８ｃにおいてユーザー認証が失敗したときと同様に、ユーザー認証失敗信号を外部機器制御手段１９に出力するように構成されている。

外部機器制御手段１９は、電気錠３の施錠／解錠を制御する施解錠制御手段（図示せず）と、電気錠３が設置されているドアの開閉を検知する開閉検知手段（図示せず）と、ユーザー認証の成否を表示するための報知手段（図示せず）とを備えている。尚、開閉検知手段は周知のものを利用することができるから説明を省略する。

施解錠制御手段は、常時は電気錠３を施錠し、処理手段１８からユーザー認証成功信号を受け取った際（認証手段１８ｃによるユーザー認証が成功した際）には電気錠３を解錠し、処理手段１８からユーザー認証失敗信号を受け取った際には電気錠３の施錠状態を維持するように構成されている。また、施解錠制御手段は、電気錠３を解錠した後に開閉検知手段によりドアが開かれたことを検知し、この後にドアが閉じられたこと検知した際には、ドアが閉じられてから所定時間経過後に電気錠３を施錠するように構成されている。

報知手段は、例えば緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤとを備え、処理手段１８よりユーザー認証成功信号を受け取った際には緑色ＬＥＤを所定時間点灯してユーザー認証が成功したことを報知し、処理手段１８よりユーザー認証失敗信号を受け取った際には赤色ＬＥＤを所定時間点灯してユーザー認証が失敗したことを報知するように構成されている。

次に、本実施形態のユーザー認証装置１の動作について説明する。ユーザー認証装置１の動作中、質問器１０は所定の送出範囲内に質問信号を定期的に送出する。質問器１０の送出範囲内に応答器２を携行しているユーザーが位置した際には、応答器２が質問信号を受信してユーザーの識別情報として入力ＩＤ番号を有する応答信号を質問器１０に送出する。質問器１０は応答器２が送出する応答信号を受信し、応答信号からユーザーの入力ＩＤ番号を取得してユーザー情報認証手段１１に出力する。ユーザー情報認証手段１１では、入力ＩＤ番号と一致するＩＤ番号がユーザーＩＤデータベース１１ａに登録されているかが調べられ、入力ＩＤ番号と同じＩＤ番号がユーザーＩＤデータベース１１ａに登録されていれば、入力ＩＤ番号を処理手段１８に出力する。このとき入力ＩＤ番号がユーザーＩＤデータベース１１ａに登録されていなければ、非登録信号を処理手段１８に出力する。

一方、投光手段１２は制御手段１４により制御されて点灯、消灯を所定周期（１０μｓ〜１００μｓ）で繰り返しており、撮像手段１３は制御手段１４により制御されて投光手段１２の点灯、消灯に合わせて対象空間を撮像し、高照度画像及び低照度画像を振幅画像生成手段１５に出力する。振幅画像生成手段１５は、撮像手段１３から出力された高照度画像と低照度画像とを元にして振幅画像の生成を行う。ここで、振幅画像の生成は上述したように高照度画像の各画素値と、低照度画像の各画素値との差分を求めることによって行われる。振幅画像生成手段１５から振幅画像を受け取った顔検出手段１６では、受け取った振幅画像を元にユーザーの顔の検出が行われ、ユーザーの顔を検出した際には、顔検出手段１６は検出顔画像を処理手段１８に出力する。

上述したように処理手段１８には入力ＩＤ番号（又は非登録信号）と検出顔画像とが入力される。処理手段１８がユーザー情報認証手段１１から入力ＩＤ番号を受け取った際には、意思確認手段１８ｂによりユーザーにユーザー認証又はユーザー登録を行う意思があるか否かが判定され、意思確認手段１８ｂが当該ユーザーにユーザー認証又はユーザー登録を行う意思があると判定した場合には開始信号が出力され、ユーザー認証又はユーザー登録を行う意思がないと判定した場合には停止信号が出力される。ここで、停止信号が出力された際には、認証動作又は登録動作を停止する。一方、処理手段１８がユーザー情報認証手段１１から非登録信号を受け取った際には、ユーザー認証失敗信号が外部機器制御手段１９に出力される。

意思確認手段１８ｂから開始信号が出力された際に、モード制御手段１８ａによってユーザー認証装置１の動作モードが認証モードに設定されていれば、処理手段１８では認証手段１８ｃによるユーザー認証が行われる。

認証手段１８ｃによるユーザー認証は、入力ＩＤ番号に関連付けられた顔画像を顔データベース１７より取得して当該顔画像と検出顔画像とをパターンマッチング等によって比較することで行われる。その結果、顔データベース１７から取得した顔画像と検出顔画像とが一致すれば、認証手段１８ｃは撮像手段１３で撮像したユーザーを入力ＩＤ番号のユーザーであると認証し、ユーザー認証成功信号を外部機器制御手段１９に出力する。一方、ユーザー認証の結果、顔データベース１７から取得した顔画像と検出顔画像とが一致しなければ、認証手段１８ｃは撮像手段１３で撮像したユーザーを入力ＩＤ番号のユーザーであると認証せず、ユーザー認証失敗信号を外部機器制御手段１９に出力する。

外部機器制御手段１９ではユーザー認証成功信号を受け取った際に、施解錠制御手段によって電気錠３の解錠作業が行われるとともに、報知手段によってユーザー認証が成功したことを示す緑色ＬＥＤが所定時間点灯される。一方、外部機器制御手段１９ではユーザー認証失敗信号を受け取った際には、施解錠制御手段による電気錠３の解錠が行われずに電気錠３の施錠状態が維持されるとともに、報知手段によってユーザー認証が失敗したことを示す赤色ＬＥＤが所定時間点灯される。

また、意思確認手段１８ｂから開始信号が出力された際に、モード制御手段１８ａによってユーザー認証装置１の動作モードが登録モードに設定されていれば、処理手段１８では登録手段１８ｄによるユーザー登録が行われる。登録手段１８ｄによるユーザー登録は、入力ＩＤ番号と検出顔画像とを関連付けて顔データベース１７に登録することによって行われる。

本実施形態のユーザー認証装置１は上述の動作を行うように構成されている。そして、本実施形態のユーザー認証装置１によれば、投光手段１２を制御して所定周波数の変調信号で強度を変調した照射光を対象空間に照射させるとともに、投光手段１２の照射光の強度が異なるタイミングで撮像手段１３を制御することで照射光の強度が異なる対象空間それぞれの画像を撮像手段１３に出力させ、照射光の強度が異なる対象空間それぞれの画像間の各画素値の差分をとることによって、環境光による影響を除去して投光手段１２から対象空間に照射された光の成分のみが反映された画素値を有する振幅画像を生成しているから、振幅画像を元に顔検出手段１６で検出したユーザーの顔画像からも環境光の影響が除去され、その結果、認証手段１８ｃでは環境光の影響が除去されたユーザーの顔画像を用いてユーザー認証が行われるから、屋外や建物の出入り口等の環境光の変動が激しい場所であってもユーザー認証を精度良く行うことができる（設置場所によらずにユーザー認証を精度良く行うことができる）という効果を奏する。

また、モード制御手段１８ａによって動作モードを認証モードから登録モードに切り替えるだけの簡単な作業でユーザー登録を行うことができるから、ユーザー登録の際の操作を簡略化できるという効果を奏する。

さらに、顔検出手段１６で検出した顔の画像を、登録されたユーザーのＩＤ番号であるとユーザー情報認証手段１１により判別された入力ＩＤ番号と関連付けて顔データベース１７に登録することでユーザー登録を行うから、ユーザー登録時にユーザーが顔データベース１７に登録するための顔画像を予め用意しておく必要がなくなり（例えばユーザー登録のためにユーザーが自身の顔画像を予め撮影しておくといった手間を省くことができ）、ユーザー登録を容易に行うことができるという効果を奏する。

また、ユーザーにユーザー認証又はユーザー登録を行う意思があるか否かを判定して、ユーザーにユーザー認証を行う意思又はユーザー登録を行う意思があると判定した際に、ユーザー認証又はユーザー登録を開始させるから、ユーザーがユーザー認証又はユーザー登録を行う意思が無い場合に、勝手にユーザー認証又はユーザー登録が行われてしまうことを防止できるという効果を奏する。例えば、電気錠３を解錠する権限を持つユーザーがユーザー認証装置１の近くを通りがかっただけの場合に、応答器２から質問器１０に入力ＩＤ番号が送出されてユーザーが撮像手段１３に写ってしまっても、ユーザーの顔画像が撮像手段１３に対して正面を向いた画像でなければ、ユーザー認証が行われないから、電気錠３の解錠の意思がなくてもユーザー認証が行われて電気錠３が解錠されてしまうことを防止できる。

しかも、顔検出手段１６により得られたユーザーの顔の画像が撮像手段１３に対して正面を向いた画像であれば、ユーザー認証又はユーザー登録を行う意思がユーザーにあると判定するから、ユーザー認証を行う場合には、撮像手段１３に対して横や斜めを向いた状態の顔の画像を用いてユーザー認証が行われることが防止できて、ユーザー認証の精度を向上できるという効果を奏する。また、ユーザー登録を行う場合には、撮像手段１３に対して横や斜めを向いた状態の顔の画像が登録されることを防止できるから、以後、撮像手段１３に対して横や斜めを向いた状態の顔の画像を用いてユーザー認証が行われてしまうことが防止できて、ユーザー認証の精度を向上できるという効果を奏する。

また、認証手段１８ｃによるユーザー認証が成功したときに電気錠３を解錠する外部機器制御手段１９を備えているから、応答器２を携行した状態で質問器１０の送出範囲内に位置するとともに撮像手段１３に顔を映すだけで、電気錠３の解錠が行え、応答器２を質問器１０にかざしたり、手動による電気錠３の解錠操作を行ったりしなくて済むようになるという効果を奏する。

ところで、本実施形態のユーザー認証装置１では、外部機器制御手段１９として電気錠３の制御を行うものを採用しているが、外部機器としては照明器具を用いてもよく、この場合は外部機器制御手段１９として前記照明器具の制御を行うものを用いれば、ユーザー認証が成功した際に照明器具を点灯させといった動作が可能になる。尚、外部機器としては、上述した電気錠３や照明器具に限らず、空調機器等、様々なものを採用することができる。

また、本実施形態のユーザー認証装置１の登録手段１８ｄは、モード制御手段１８ａによってユーザー認証装置１の動作モードが登録モードに設定されている場合に、意思確認手段１８ｃから開始信号を受け取った際にユーザー登録を行うように構成されているが、登録手段１８ｄは、人為的な操作により開始信号を出力する操作手段（図示せず）から前記開始信号を受け取った際に、ユーザー登録を行うように構成されていてもよい。

このようにすれば、ユーザーが自らの意思でユーザー登録を開始するかどうかを操作手段を操作することによって選択できるという効果を奏する。尚、前記操作手段としては、ボタンスイッチ等の手動操作可能な操作装置の他に、音声操作可能な操作装置等を用いるようにしてもよい。また、前記操作手段は、ユーザー認証を行おうとするユーザーによって操作可能な場所に設けられていればよく、ユーザー認証装置１の筐体（図示せず）等に一体に設けられているか否かは問わない。

一方、本実施形態のユーザー認証装置１では、モード制御手段１８ａによってユーザー認証装置１の動作モードが登録モードに設定されているときにユーザー登録を行う登録手段１８ｄを備えているが、このような登録手段１８ｄの代わりに、入力ＩＤ番号が登録されたユーザーのＩＤ番号であるとユーザー情報認証手段１１により判別された際に入力ＩＤ番号に関連付けられた顔画像が顔データベース１７に登録されていなければ、検出顔画像（顔検出手段１６で検出した顔の画像）を入力ＩＤ番号（ユーザー情報認証手段１１で登録されていると判別された識別情報）と関連付けて顔データベース１７に登録することでユーザー登録を行う登録手段（自動登録手段）を設けるようにしてもよい。この場合、処理手段１８にはモード制御手段１８ａを設けず、認証手段１８ｃはユーザー情報認証手段１１によって入力ＩＤ番号がユーザーＩＤデータベースに登録されていると判別された際に前記入力ＩＤ番号に関連付けられた顔画像が顔データベース１７に登録されていた際にユーザー認証を行うように構成される。

このようにすれば、ユーザー登録時にユーザーが顔データベース１７に登録するための顔画像を予め用意しておく必要がなくなり（例えばユーザー登録を行うためにユーザーが自身の顔画像を予め撮影しておくといった手間を省くことができ）、ユーザー登録を容易に行うことができるという効果を奏し、しかもユーザーが特別な操作を行わなくても自動的にユーザー登録が行われるから、ユーザー登録がさらに容易に行えるようになるという効果を奏する。

（実施形態２）
本実施形態のユーザー認証装置１はユーザー登録を行う機能を有していない点で実施形態１と異なっている。また、実施形態１のユーザー認証装置１に用いられる応答器２はユーザーの入力ＩＤ番号（識別情報）を有する応答信号を送出するものであるが、本実施形態のユーザー認証装置１に用いられる応答器２には、ユーザーの入力ＩＤ番号と、当該入力ＩＤ番号に関連付けられた顔画像（以下、「入力顔画像」と称する）とが記憶されており、応答器２は質問器１０より質問信号を受信した際にはユーザーの入力ＩＤ番号に加えて入力顔画像を有する応答信号を送出するように構成されている。

本実施形態のユーザー認証装置１は、図３に示すように顔データベース１７及び外部機器制御手段１９を有していない点、及び質問器１０とユーザー情報認証手段１１と処理手段１８の構成が実施形態１と異なっている。尚、投光手段１２、撮像手段１３、制御手段１４、振幅画像生成手段１５、及び顔検出手段１６の構成は実施形態１と同様であるから説明を省略する。

質問器１０は、応答器２にユーザーの入力ＩＤ番号及び入力顔画像を有する応答信号を送出させるために質問信号を所定の送出範囲内に定期的に送出するとともに、応答器２から送出される応答信号を受信し、受信した応答信号が有する入力ＩＤ番号及び入力顔画像をユーザー情報認証手段１１に出力するように構成されている。

ユーザー情報認証手段１１は、実施形態１と同様に入力ＩＤ番号と同じＩＤ番号がユーザーＩＤデータベースに登録されているか否かを判定するように構成されているが、入力ＩＤ番号がユーザーＩＤデータベースに登録されていれば入力ＩＤ番号に加えて入力顔画像を処理手段１８に出力するように構成されている点が異なっている。尚、ユーザー情報認証手段１１は実施形態１と同様に入力ＩＤ番号と同じＩＤ番号がユーザーＩＤデータベースに登録されていなければ非登録信号を処理手段１８に出力するように構成されている。

処理手段１８は、意思確認手段１８ｂと、認証手段１８ｃとを備えている。意思確認手段１８ｂは、入力ＩＤ番号を得た際に、検出顔画像に写っているユーザーにユーザー認証を行う意思があるか否か判定するためのものである。意思確認手段１８ｂは、検出顔画像のユーザーの顔が撮像手段１３に対して正面を向いた状態である場合に、ユーザーにユーザー認証を行う意思があると判定し、認証手段１８ｃに開始信号を出力するように構成されている。一方、意思確認手段１８ｂは検出顔画像に写っているユーザーにユーザー認証を行う意思がないと判定した際には停止信号を出力して動作を中止させるように構成されている。

認証手段１８ｃは、開始信号を受け取った際に、入力ＩＤ番号に関連付けられた顔画像である入力顔画像と検出顔画像とに基づいてユーザー認証を行うように構成されている。例えば、ユーザー認証は入力顔画像と検出顔画像とをパターンマッチング等によって比較することで行われる。このユーザー認証の結果、入力顔画像と検出顔画像とが一致すれば（一致度が所定の基準値以上であれば）、撮像手段１３で撮像したユーザーを入力ＩＤ番号のユーザーであると認証し、ユーザー認証成功信号を制御装置等の外部装置（図示せず）に出力するように構成されている。一方、認証手段１８ａは、ユーザー認証の結果、顔データベース１７から読み出した顔画像と検出顔画像とが一致しなければ（一致度が所定の基準値未満であれば）、撮像手段１３で撮像したユーザーを入力ＩＤ番号のユーザーであると認証せず、ユーザー認証失敗信号を前記外部装置に出力するように構成されている。

一方、処理手段１８は、前記非登録信号をユーザー情報認証手段１１より受け取った際には、認証手段１８ｃにおいてユーザー認証が失敗したときと同様に、ユーザー認証失敗信号を前記外部装置に出力するように構成されている。

次に、本実施形態のユーザー認証装置１の動作について説明する。尚、投光手段１２、撮像手段１３、制御手段１４、振幅画像生成手段１５、及び顔検出手段１６の動作については実施形態１と同様であるから説明を省略する。

ユーザー認証装置１の動作中、質問器１０は所定の送出範囲内に質問信号を定期的に送出する。質問器１０の送出範囲内に応答器２を携行しているユーザーが位置した際には、応答器２が質問信号を受信してユーザーの入力ＩＤ番号と入力顔画像を有する応答信号を質問器１０に送出する。質問器１０は応答器２が送出する応答信号を受信し、応答信号からユーザーの入力ＩＤ番号及び入力顔画像を取得してユーザー情報認証手段１１に出力する。ユーザー情報認証手段１１では、入力ＩＤ番号と一致するＩＤ番号がユーザーＩＤデータベース１１ａに登録されているかが調べられ、入力ＩＤ番号と同じＩＤ番号がユーザーＩＤデータベース１１ａに登録されていれば、入力ＩＤ番号及び入力顔画像を処理手段１８に出力する。一方、入力ＩＤ番号がユーザーＩＤデータベース１１ａに登録されていなければ、非登録信号を処理手段１８に出力する。

処理手段１８には入力ＩＤ番号（又は非登録信号）と、入力顔画像と、検出顔画像とが入力される。処理手段１８が入力ＩＤ番号をユーザー情報認証手段１１から受け取った際には、意思確認手段１８ｂによって検出顔画像に写っているユーザーにユーザー認証を行う意思があるか否か判定され、意思確認手段１８ｂがユーザーにユーザー認証を行う意思があると判定した場合には開始信号が出力され、ユーザー認証を行う意思がないと判定した場合には停止信号が出力される。ここで、停止信号が出力された際には、認証動作を停止する。一方、処理手段１８が非登録信号をユーザー情報認証手段１１から受け取った際には、ユーザー認証失敗信号が出力される。

意思確認手段１８ｂから開始信号が出力された際には、処理手段１８では認証手段１８ｃによるユーザー認証が行われる。ユーザー認証は、入力顔画像と検出顔画像とをパターンマッチング等によって比較することで行われる。その結果、入力顔画像と検出顔画像とが一致すれば、認証手段１８ｃは撮像手段１３で撮像したユーザーを入力ＩＤ番号のユーザーであると認証し、ユーザー認証成功信号を出力する。一方、ユーザー認証の結果、入力顔画像と検出顔画像とが一致しなければ、認証手段１８ｃは撮像手段１３で撮像したユーザーを入力ＩＤ番号のユーザーであると認証せず、ユーザー認証失敗信号を出力する。

本実施形態のユーザー認証装置１は上述の動作を行うように構成されている。そして、本実施形態のユーザー認証装置１によれば、応答手段がユーザーの識別情報に加えて当該識別情報に関連付けられた顔画像を有する応答信号を送出し、入力ＩＤ番号が登録されたユーザーのＩＤ番号であるとユーザー情報認証手段１１により判別された際に、入力顔画像と検出顔画像とに基づいてユーザー認証を行うから、ユーザー認証装置１に顔データベース１７を設けなくて済むようになって、顔データベース１７を有していないユーザー認証装置１においてもユーザー認証が行えるようになるという効果を奏する。

さらに、本実施形態のユーザー認証装置１によれば、実施形態１と同様に、投光手段１２を制御して所定周波数の変調信号で強度を変調した照射光を対象空間に照射させるとともに、投光手段１２の照射光の強度が異なるタイミングで撮像手段１３を制御することで照射光の強度が異なる対象空間それぞれの画像を撮像手段１３に出力させ、照射光の強度が異なる対象空間それぞれの画像間の各画素値の差分とることによって、環境光による影響を除去して投光手段１２から対象空間に照射された光の成分のみが反映された画素値を有する振幅画像を生成しているから、振幅画像を元に顔検出手段１６で検出したユーザーの顔画像からも環境光の影響が除去され、その結果、認証手段１８ｃでは環境光の影響が除去されたユーザーの顔画像を用いてユーザー認証が行われるから、屋外や建物の出入り口等環境光の変動が激しい場所であってもユーザー認証を精度良く行うことができる（設置場所によらずにユーザー認証を精度良く行うことができる）という効果を奏する。

また、ユーザー認証を行う意思がユーザーにあるか否かを判定して、ユーザー認証を行う意思がユーザーにあると判定した際に、ユーザー認証を行うから、ユーザー認証を行う意思がユーザーに無い場合に、勝手にユーザー認証が行われてしまうことを防止できるという効果を奏する。例えば、電気錠３を解錠する権限を持つユーザーがユーザー認証装置１の近くを通りがかっただけの場合に、応答器２から質問器１０に入力ＩＤ番号及び入力顔画像が送出されてユーザーが撮像手段１３に写ってしまっても、ユーザーの顔画像が撮像手段１３に対して正面を向いた画像でなければ、ユーザー認証が行われないから、電気錠３の解錠の意思がなくてもユーザー認証が行われて電気錠３が解錠されてしまうことを防止できる。

しかも、顔検出手段１６により得られたユーザーの顔の画像が撮像手段１３に対して正面を向いた画像であれば、ユーザー認証を行う意思がユーザーにあると判定するから、ユーザー認証を行う場合には、撮像手段１３に対して横や斜めを向いた状態の顔の画像を用いてユーザー認証が行われることが防止できて、ユーザー認証の精度を向上できるという効果を奏する。

尚、本実施形態のユーザー認証装置１は、実施形態１とは異なりユーザー認証のみを行うように構成されているが、質問器１０としてＲＦＩＤリーダライタ等のように応答器２に書き込みを行えるものを用い、顔検出手段１６で検出した検出顔画像を入力側ＩＤ番号と関連付けて応答器２に書き込むことによってユーザー登録を行えるようにしてもよい。

また、本実施形態のユーザー認証装置１では、ユーザー認証の結果であるユーザー認証成功信号又はユーザー認証失敗信号を、外部機器に直接的に出力するように構成されており、この場合、外部機器がユーザー認証成功信号又はユーザー認証失敗信号に基づいて自身の動作制御を行うことになるが、実施形態１のように外部機器制御手段１９を設けて、外部機器制御手段１９にユーザー認証成功信号又はユーザー認証失敗信号を出力し、外部機器制御手段１９により電気錠３のような外部機器を制御するようにしてもよい。つまり、ユーザー認証装置１に外部機器制御手段１９を設けるか否かは使用する外部機器に応じて選択すればよい。この点は実施形態１においても同様である。

１ ユーザー認証装置
２ 応答器（応答手段）
３ 電気錠
１０ 質問器（質問手段）
１１ ユーザー情報認証手段
１２ 投光手段
１３ 撮像手段
１４ 制御手段
１５ 振幅画像生成手段
１６ 顔検出手段
１７ 顔データベース
１８ａ モード制御手段
１８ｂ 意思確認手段
１８ｃ 認証手段
１８ｄ 登録手段
１９ 外部機器制御手段

Claims (1)

1. ユーザーが携行する応答手段に対して質問信号を送出する質問手段と、前記質問手段が前記質問信号に応対して得た応答信号に含まれる識別情報が登録されたユーザーの識別情報であるかどうかを判別するユーザー情報認証手段と、所定周波数の変調信号で強度を変調した照射光を対象空間に照射する投光手段と、前記対象空間から光を受光し受光光量に応じた受光出力を画素値として有する画像を出力する撮像手段と、前記投光手段が点灯している期間に得られる高照度画像と、前記投光手段が消灯している期間に得られる低照度画像との各画素値の差分を画素値として有する振幅画像を生成する振幅画像生成手段と、前記振幅画像から顔を検出する顔検出手段と、前記ユーザー情報認証手段により登録済みユーザーであると判別された場合に前記顔検出手段で検出した顔の画像を用いてユーザー認証を行う認証手段とを備えていることを特徴とするユーザー認証装置。