JP2020126371A - 認証装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】特定波長の光を照射することにより観測可能となる認証対象者の顔の生体情報を利用可能な認証装置を提供する。【解決手段】認証装置１は、認証対象者１００の顔に対して特定波長帯域の光Ｌを照射するための光源ＬＳと、認証対象者１００の第１の顔画像および第２の顔画像を取得するための第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２と、第１および第２の顔画像に基づいて、認証対象者１００の顔の複数の特徴点を抽出するための特徴点抽出部３と、認証対象者１００の顔の複数の特徴点に基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成するための３次元情報生成部４と、認証対象者１００の３次元顔認証を実行可能に構成された認証部６とを備える。認証対象者１００の顔の複数の特徴点は、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、認証対象者の３次元顔認証を実行する認証装置に関し、より具体的には、認証対象者の顔に特定波長帯域の光を照射することにより観測可能となる認証対象者の顔の生体情報を、認証対象者の顔の３次元情報を生成するための特徴点として利用し、認証対象者の顔の３次元顔認証を実行する認証装置に関する。
従来、携帯電話、スマートフォン、ノートパソコン、ラップトップコンピューターのような様々なデバイスにおいて、パスワードとＩＤによる認証技術や、物理的な鍵やＩＤカードによる認証技術、顔認証、指紋認証、静脈認証、声紋認証、虹彩認証、手形認証のような生体認証技術等が、本人確認を行うために利用されてきた。特に、生体認証は、パスワードとＩＤによる認証で問題となるパスワードやＩＤの忘却や、物理的な鍵やＩＤカードによる認証で問題となる盗難・紛失といった問題がないため、ユーザーに負担がかからないというメリットがある。
様々な生体認証技術の中でも、近年のカメラモジュールの小型化・高性能化によって様々なデバイスにカメラモジュールが搭載されたことに伴い、認証対象者の顔を撮影し、撮影した顔画像と、予め登録しておいた本人の顔画像とを照合することによる本人確認を行う顔認証技術が広く用いられるようになった。認証対象者の顔を撮影することにより実行される顔認証は、認証対象者が認証のための動作を必要とせず、認証対象者の負担がない点で優れている。様々な顔認証技術の中でも、認証精度の高さおよび他人によるなりすましの防止等の観点から、３次元顔認証が用いられることが多い。３次元顔認証では、複数の光学系を用いたステレオカメラや像面位相差情報を取得可能な画像センサー等を用いて、認証対象者の顔を撮影することにより、認証対象者の顔の３次元情報を生成し、生成した認証対象者の顔の３次元情報を用いて認証が実行される。
例えば、特許文献１は、２つの光学系を含む撮像系を用いて認証対象者の顔を撮影することにより、撮像系から認証対象者の顔の特徴点（例えば、額、山根（両眼の間の鼻の隆起の基点）、鼻、口）のそれぞれまでの距離を算出し、さらに、撮像系から認証対象者の顔の特徴点のそれぞれまでの距離に基づいて、認証対象者の顔の３次元情報を生成することにより、認証対象者の３次元顔認証を実行する認証装置を開示している。
認証対象者の顔の３次元情報を生成するためには、撮像系から認証対象者の顔の多くの特徴点までの距離を取得する必要がある。一般的には、認証対象者の顔の３次元情報を生成する際には、眼、鼻、口等の境界（エッジ）が目立つ部位が特徴点として利用されているが、額や頬等の境界が目立たない部位は特徴点として利用できない。特に、眼、鼻、口等の特徴点として利用可能な部位は、顔の中心線付近に多く位置しているため、顔の中心線付近の３次元情報は比較的正確に生成することができるが、それ以外の箇所には特徴点として利用可能な部位が少なく、顔の中心線付近以外の３次元情報を正確に生成することが困難である。そのため、認証対象者の３次元顔認証に利用可能な顔の３次元情報の量が少なく、認証対象者の３次元顔認証の精度を向上させることができないという問題があった。
顔の頬や額のような凹凸が少なく、利用可能な特徴点が少ない箇所までの距離を算出するために、対象箇所に対して一定パターン（例えば、格子パターンやドットパターン）の光を照射するためのプロジェクターを用い、一定パターンの光が照射された対象部位を撮像することが行われている（例えば、特許文献２参照）。このようなパターン照射方式の測距方法では、対象箇所に対して一定パターンの光を照射し、対象箇所に投影された一定パターンの歪みやシフト量を解析することにより対象箇所までの距離を算出している。このような構成により、凹凸が少なく、利用可能な特徴点が少ない対象箇所までの距離を算出することができる。しかしながら、パターン照射方式の測距方法を採用した場合、対象箇所に対して一定パターンの光を照射するためのプロジェクターが必要となり、認証装置の構成が大規模になってしまう。
特開２００６−２２１４２２号公報 特開２０１３−１９０３９４号公報
本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、認証対象者の顔に特定波長帯域の光を照射することにより観測可能となる認証対象者の顔の生体情報を、認証対象者の顔の３次元情報を生成するための特徴点として利用し、認証対象者の顔の３次元顔認証を実行可能な認証装置を提供することにある。
このような目的は、以下の（１）〜（７）の本発明により達成される。
（１）認証対象者の顔に対して特定波長帯域の光を照射するための光源と、
前記特定波長帯域の光が照射された前記認証対象者の前記顔を撮像し、前記認証対象者の第１の顔画像を取得するための第１の撮像系と、
前記特定波長帯域の光が照射された前記認証対象者の前記顔を撮像し、前記認証対象者の第２の顔画像を取得するための第２の撮像系と、
前記第１の顔画像および前記第２の顔画像のそれぞれにおける前記認証対象者の前記顔の複数の特徴点を抽出するための特徴点抽出部と、
前記特徴点抽出部が抽出した前記第１の顔画像および前記第２の顔画像のそれぞれにおける前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点に基づいて、前記認証対象者の前記顔の３次元情報を生成するための３次元情報生成部と、
前記３次元情報生成部が生成した前記認証対象者の前記顔の前記３次元情報を用いて、前記認証対象者の３次元顔認証を実行可能に構成された認証部と、を備え、
前記特徴点抽出部によって抽出される前記第１の顔画像および前記第２の顔画像のそれぞれにおける前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点は、前記認証対象者の前記顔に前記特定波長帯域の前記光を照射することにより観測可能となる前記認証対象者の前記顔の生体情報を含むことを特徴とする認証装置。
（２）前記第１の撮像系および前記第２の撮像系のそれぞれは、前記光源から照射される前記光の前記特定波長帯域に対応する波長帯域以外の光を実質的に遮断するバンドパスフィルターを有している上記（１）に記載の認証装置。
（３）前記認証対象者の前記顔に前記特定波長帯域の前記光を照射することにより観測可能となる前記認証対象者の前記顔の前記生体情報は、前記認証対象者の前記顔の静脈である上記（１）または（２）に記載の認証装置。
（４）前記認証対象者の前記顔に前記特定波長帯域の前記光を照射することにより観測可能となる前記認証対象者の前記顔の前記生体情報は、前記認証対象者の前記顔のメラニン色素である上記（１）または（２）に記載の認証装置。
（５） 前記第１の撮像系は、前記認証対象者の前記顔の第１の光学像を形成するための第１の光学系と、前記第１の光学系によって形成された前記第１の光学像を撮像し、前記第１の顔画像を取得するための第１の撮像素子とを有し、
前記第２の撮像系は、前記認証対象者の前記顔の第２の光学像を形成するための第２の光学系と、前記第２の光学系によって形成された前記第２の光学像を撮像し、前記第２の顔画像を取得するための第２の撮像素子とを有し、
前記３次元情報生成部は、前記特徴点抽出部が抽出した前記第１の顔画像および前記第２の顔画像のそれぞれにおける前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点を用いて前記第１の光学像の前記倍率と前記第２の光学像の前記倍率との像倍比を算出し、算出された前記像倍比に基づいて、前記認証対象者の前記顔の前記３次元情報を生成するよう構成されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の認証装置。
（６）前記第１の撮像系および前記第２の撮像系は、前記第１の撮像系の前記第１の光学系の光軸と、前記第２の撮像系の前記第２の光学系の光軸とが、平行であるが、一致しないよう、構成されている上記（５）に記載の認証装置。
（７）前記３次元情報生成部は、前記第１の顔画像中の前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点と、対応する前記第２の顔画像中の前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点との間の並進視差に基づいて、前記顔の前記３次元情報を生成するよう構成されている上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の認証装置。
本発明の認証装置によれば、認証対象者の顔に特定波長帯域の光を照射することにより観測可能となる認証対象者の顔の生体情報を、認証対象者の顔の３次元情報を生成するための特徴点として利用することができる。そのため、認証対象者の顔の３次元情報を生成するために利用可能な特徴点の数が増加し、より正確に認証対象者の顔の３次元情報を生成することができるので、認証対象者の３次元顔認証の精度を向上させることができる。
また、本発明の認証装置では、一定パターンの光を認証対象者に照射するプロジェクターを用いなくとも、認証対象者の顔の頬や額のような凹凸が少なく、利用可能な特徴点が少ない箇所までの距離を算出することができる。そのため、認証装置のシステム構成をシンプルにすることができる。これにより、一定パターンの光を認証対象者の顔に照射するプロジェクターを用いた場合と比較して、認証装置の小型化、低消費電力化、および低コスト化を実現することができる。
本発明の第１実施形態に係る認証装置を概略的に示すブロック図である。 図１に示す第１の撮像系によって取得される第１の顔画像または第２の撮像系によって取得される第２の顔画像を説明するための概略図である。 図１に示す認証装置によって実行される認証方法を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る認証装置によって実行される認証方法を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る認証装置の第１の撮像系によって取得される第１の顔画像または第２の撮像系によって取得される第２の顔画像を説明するための概略図である。
＜第１実施形態＞
最初に、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る認証装置を詳述する。また、各図において、同一または対応する要素には、同じ参照番号が付されている。図１は、本発明の第１実施形態に係る認証装置を概略的に示すブロック図である。図２は、図１に示す第１の撮像系によって取得される第１の顔画像または第２の撮像系によって取得される第２の顔画像を説明するための概略図である。
認証装置１は、認証対象者１００の顔を撮像することによって、認証対象者１００の３次元顔認証を実行するよう構成されている。認証装置１は、認証装置１の制御を行う制御部２と、認証対象者１００の顔に対して特定波長帯域の光Ｌを照射するための光源ＬＳと、特定波長帯域の光Ｌが照射された認証対象者１００の顔を撮像し、認証対象者１００の第１の顔画像を取得するための第１の撮像系ＩＳ１と、特定波長帯域の光Ｌが照射された認証対象者１００の顔を撮像し、認証対象者１００の第２の顔画像を取得するための第２の撮像系ＩＳ２と、第１の顔画像および第２の顔画像のそれぞれにおける認証対象者１００の顔の複数の特徴点を抽出するための特徴点抽出部３と、特徴点抽出部３が抽出した、第１の顔画像および第２の顔画像のそれぞれにおける認証対象者１００の顔の複数の特徴点に基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成するための３次元情報生成部４と、認証対象者１００の３次元顔認証のために必要な認証情報を記憶している認証情報記憶部５と、３次元情報生成部４が生成した認証対象者１００の顔の３次元情報を用いて、認証対象者１００の３次元顔認証を実行可能に構成された認証部６と、使用者による操作を入力するための操作部７と、液晶パネル等の任意の情報を表示するための表示部８と、外部デバイスとの通信を実行するための通信部９と、認証装置１の各コンポーネント間のデータや指示の授受を実行するためのデータバス１０と、を備えている。
第１の撮像系ＩＳ１は、認証対象者１００の顔の第１の光学像を形成するための第１の光学系ＯＳ１を有し、さらに、第２の撮像系ＩＳ２は、認証対象者１００の顔の第２の光学像を形成するための第２の光学系ＯＳ２を有している。本実施形態の認証装置１において、第１の撮像系ＩＳ１の第１の光学系ＯＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の第２の光学系ＯＳ２は、認証対象者１００の顔の任意の箇所（測距対象）までの距離ａに応じた第１の光学像の倍率ｍ１の変化が、認証対象者１００の顔の任意の箇所（測距対象）までの距離ａに応じた第２の光学像の倍率ｍ２の変化と異なるように、構成および配置されている。
測距対象までの距離ａに応じた第１の光学像の倍率ｍ１の変化と、測距対象までの距離ａに応じた第２の光学像の倍率ｍ２の変化が異なるようになる条件は、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、以下の３つの条件の少なくとも１つが満たされるよう、構成および配置されていることである。
（第１の条件）第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１と、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２とが、互いに異なる（ｆ１≠ｆ２）
（第２の条件）第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、測距対象が無限遠にある場合の第１の光学像の結像位置までの距離ＥＰ１と、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、測距対象が無限遠にある場合の第２の光学像の結像位置までの距離ＥＰ２とが、互いに異なる（ＥＰ１≠ＥＰ２）
（第３の条件）第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間に奥行方向（光軸方向）の差（奥行視差）Ｄが存在する（Ｄ≠０）
加えて、上記第１〜第３の条件の少なくとも１つを満たしていたとしても、ｆ１≠ｆ２、ＥＰ１≠ＥＰ２、Ｄ＝０、ｆ１＝ＥＰ１かつｆ２＝ＥＰ２という条件を満たす特別な場合には、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２の比である像倍比ＭＲが測距対象までの距離ａの関数として成立しない。そのため、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、像倍比ＭＲが測距対象までの距離ａの関数として成立しているという第４の条件をさらに満たすよう構成されている。
第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が上述の条件を満たす場合に、認証対象者１００の顔の任意の箇所までの距離ａに応じた第１の光学像の倍率ｍ１の変化と、認証対象者１００の顔の任意の箇所までの距離ａに応じた第２の光学像の倍率ｍ２の変化が異なるようになる原理、および、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２の比である像倍比ＭＲに基づいて認証対象者１００の顔の任意の箇所までの距離ａを算出するための原理については、本発明者らによって既に出願されている特願２０１７−２４１８９６号に詳述されているので、説明を省略する。特願２０１７−２４１８９６号の開示内容の全てが参照によりここに援用される。
本実施形態の認証装置１では、このような第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が用いられ、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２の比である像倍比ＭＲに基づいて、認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａを算出することが可能となっている。認証装置１は、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２の比である像倍比ＭＲに基づいて算出された、認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａに基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成し、認証対象者１００の顔の３次元情報に基づいて認証対象者１００の３次元顔認証を実行する。
また、本実施形態の認証装置１は、認証対象者１００の顔に対して特定波長帯域の光Ｌを照射するための光源ＬＳを備えている。そのため、本実施形態の認証装置１は、太陽光下での撮影や白色光を認証対象者１００の顔に照射して行う撮影のような、通常の撮影によって観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０（例えば、眼、鼻、口、耳等、図２参照）に加え、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０（例えば、本実施形態では、認証対象者１００の顔の静脈）を、測距のための特徴点として利用することができる。
以下、認証装置１の各コンポーネントについて詳述する。制御部２は、データバス１０を介して、各コンポーネントとの間の各種データや各種指示の授受を行い、認証装置１の制御を実行する。制御部２は、演算処理を実行するためのプロセッサーと、認証装置１の制御を行うために必要なデータ、プログラム、モジュール等を保存しているメモリーとを備えており、制御部２のプロセッサーは、メモリー内に保存されているデータ、プログラム、モジュール等を用いることにより、認証装置１の制御を実行する。また、制御部２のプロセッサーは、認証装置１の各コンポーネントを用いることにより、所望の機能を提供することができる。例えば、制御部２のプロセッサーは、３次元情報生成部４を用いることにより、特徴点抽出部３が抽出した認証対象者１００の顔の複数の特徴点に基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成するための処理を実行することができる。
制御部２のプロセッサーは、例えば、１つ以上のマイクロプロセッサー、マイクロコンピューター、マイクロコントローラー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリーコントロールユニット（ＭＣＵ）、画像処理用演算処理装置（ＧＰＵ）、状態機械、論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはこれらの組み合わせ等のコンピューター可読命令に基づいて信号操作等の演算処理を実行する演算ユニットである。特に、制御部２のプロセッサーは、制御部２のメモリー内に保存されているコンピューター可読命令（例えば、データ、プログラム、モジュール等）をフェッチし、信号操作および制御を実行するよう構成されている。
制御部２のメモリーは、揮発性記憶媒体（例えば、ＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）、不揮発性記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー、ハードディスク）、またはこれらの組み合わせを含む着脱式または非着脱式のコンピューター可読媒体である。また、制御部２のメモリー内には、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の構成および配置によって決定され、後述する認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａを算出するための計算に用いられるパラメーターが保存されている。
光源ＬＳは、認証対象者１００の顔に対して特定波長帯域の光Ｌを照射するよう構成されている。光源ＬＳは、認証対象者１００の顔の全域に対して略均一に特定波長帯域の光Ｌを照射するよう構成および配置されている。光源ＬＳは、所定の波長帯域の光を照射可能であれば特に限定されないが、所定の波長帯域の光を照射可能なＬＥＤ等を光源ＬＳとして用いることができる。
本実施形態では、光源ＬＳから認証対象者１００に照射される特定波長帯域の光Ｌは、近赤外光（波長約７００〜約２５００ｎｍの光）である。人の静脈内を流れる還元ヘモグロビンは、近赤外線帯の光の吸収率が高いため、光源ＬＳからの近赤外光が照射された状態の認証対象者１００の顔を、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２を用いて撮像することにより、得られる第１の顔画像および第２の顔画像において、認証対象者１００の顔の静脈が黒く写る。本実施形態の認証装置１は、このような現象を利用することにより、通常の撮影によって観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０（例えば、眼、鼻、口、耳等）に加え、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の静脈（生体情報１２０）を観測することができる。
第１の撮像系ＩＳ１は、認証対象者１００の顔の第１の光学像を形成するための第１の光学系ＯＳ１と、第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の光学像を撮像し、認証対象者１００の顔の第１の顔画像を取得するための第１の撮像素子Ｓ１と、第１の光学系ＯＳ１と第１の撮像素子Ｓ１との間に配置され、光源ＬＳによって照射される光Ｌの特定波長帯域に相当する波長帯域の光のみを通過させ、それ以外の波長帯域の光を実質的に遮断する第１のバンドパスフィルターＦ１と、を有している。
同様に、第２の撮像系ＩＳ２は、認証対象者１００の顔の第２の光学像を形成するための第２の光学系ＯＳ２と、第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の光学像を撮像し、認証対象者１００の第２の顔画像を取得するための第２の撮像素子Ｓ２と、第２の光学系ＯＳ２と第２の撮像素子Ｓ２との間に配置され、光源ＬＳによって照射される光Ｌの特定波長帯域に相当する波長帯域の光のみを通過させ、それ以外の波長帯域の光を実質的に遮断する第２のバンドパスフィルターＦ２と、を有している。
図示の形態では、第１の撮像系ＩＳ１が第１のバンドパスフィルターＦ１を有しており、第２の撮像系ＩＳ２が第２のバンドパスフィルターＦ２を有しているが、本発明はこれに限られない。第１のバンドパスフィルターＦ１は、第１の撮像系ＩＳ１によって取得される第１の顔画像において、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０を強調させるために用いられている。同様に、第２のバンドパスフィルターＦ２は、第２の撮像系ＩＳ２によって取得される第２の顔画像において、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０を強調させるために用いられている。したがって、第１のバンドパスフィルターＦ１を用いなくとも、第１の顔画像中において生体情報１２０を十分観測可能な場合には、第１の撮像系ＩＳ１は、第１のバンドパスフィルターＦ１を有していなくてもよい。同様に、第２のバンドパスフィルターＦ２を用いなくとも、第２の顔画像中において生体情報１２０を十分観測可能な場合には、第２の撮像系ＩＳ２は、第２のバンドパスフィルターＦ２を有していなくてもよい。第１の撮像系ＩＳ１が第１のバンドパスフィルターＦ１を有していない、および／または、第２の撮像系ＩＳ２が第２のバンドパスフィルターＦ２を有していない態様も、本発明の範囲内である。
また、図示の形態では、第１のバンドパスフィルターＦ１は、第１の光学系ＯＳ１と第１の撮像素子Ｓ１との間に配置され、第２のバンドパスフィルターＦ２は、第２の光学系ＯＳ２と第２の撮像素子Ｓ２との間に配置されているが、本発明はこれに限られない。第１のバンドパスフィルターＦ１が第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に取り付けられ、第１のバンドパスフィルターＦ１と第１の撮像素子Ｓ１とが一体化され、および／または、第２のバンドパスフィルターＦ２が第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に取り付けられ、第２のバンドパスフィルターＦ２と第２の撮像素子Ｓ２とが一体化されているような態様も、本発明の範囲内である。
また、図示の形態では、第１の撮像系ＩＳ１を構成する第１の撮像素子Ｓ１、第１の光学系ＯＳ１、および第１のバンドパスフィルターＦ１が、同一の筐体内に設けられており、第２の撮像系ＩＳ２を構成する第２の撮像素子Ｓ２、第２の光学系ＯＳ２および第２のバンドパスフィルターＦ２が、別の同一の筐体内に設けられているが、本発明はこれに限られない。第１の光学系ＯＳ１、第２の光学系ＯＳ２、第１の撮像素子Ｓ１、第２の撮像素子Ｓ２、第１のバンドパスフィルターＦ１、および第２のバンドパスフィルターＦ２がすべて同一の筐体内に設けられているような様態も、本発明の範囲内である。
上述のように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述した第１〜第３の条件の少なくとも１つ、および、第４の条件を満たすよう、構成および配置されている。そのため、本発明の認証装置１において、認証対象者１００の顔の任意の箇所（測距対象）までの距離ａに応じた第１の光学系ＯＳ１によって形成される第１の光学像の倍率ｍ１の変化が、認証対象者１００の顔の任意の箇所（測距対象）までの距離ａに応じた第２の光学系ＯＳ２によって形成される第２の光学像の倍率ｍ２の変化と異なるようになっている。このような第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成によって得られる第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２との比である像倍比ＭＲは、認証対象者１００の顔の任意の箇所までの距離ａを算出するために用いられる。
また、図示のように、第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の光学系ＯＳ２の光軸は、平行であるが、一致していない。さらに、第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の光軸方向に対して垂直な方向に離間距離Ｐだけシフトして配置されている。
第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２のそれぞれは、ベイヤー配列等の任意のパターンで配列されたＲＧＢ原色系カラーフィルターやＣＭＹ補色系カラーフィルターのようなカラーフィルターを有するＣＭＯＳ画像センサーやＣＣＤ画像センサー等のカラー撮像素子であってもよいし、そのようなカラーフィルターを有さない白黒撮像素子であってもよい。第１の撮像素子Ｓ１によって得られる第１の顔画像および第２の撮像素子Ｓ２によって得られる第２の顔画像は、認証対象者１００の顔のカラーまたは白黒の輝度情報である。図示の形態のように、第１のバンドパスフィルターＦ１が用いられる場合には、第１のバンドパスフィルターＦ１を通過し、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面に到達する光の波長帯域が第１のバンドパスフィルターＦ１により限定されるので、第１の撮像素子Ｓ１としてカラー撮像素子を用いる必要がない。そのため、第１のバンドパスフィルターＦ１が用いられる場合には、第１の撮像素子Ｓ１は白黒撮像素子であることが好ましい。同様の理由により、第２のバンドパスフィルターＦ２が用いられる場合には、第２の撮像素子Ｓ２は白黒撮像素子であることが好ましい。
第１の光学系ＯＳ１によって、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に、認証対象者１００の顔の第１の光学像が形成され、第１の撮像素子Ｓ１によって、認証対象者１００の顔の第１の光学像を含む第１の顔画像が取得される。取得された第１の顔画像は、データバス１０を介して、制御部２および特徴点抽出部３に送られる。同様に、第２の光学系ＯＳ２によって、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に、認証対象者１００の顔の第２の光学像が形成され、第２の撮像素子Ｓ２によって認証対象者１００の顔の第２の光学像を含む第２の顔画像が取得される。取得された第２の顔画像は、データバス１０を介して、制御部２および特徴点抽出部３に送られる。
図２には、光源ＬＳからの近赤外光によって照射された認証対象者１００の顔を、第１の撮像系ＩＳ１または第２の撮像系ＩＳ２を用いて撮像することにより取得される第１の顔画像または第２の顔画像の概略が示されている。前述のように、光源ＬＳからの特定波長帯域の光Ｌ（本実施形態では、近赤外光）が照射された状態の認証対象者１００の顔が、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２によって撮像され、第１の顔画像および第２の顔画像が取得される。そのため、第１の顔画像および第２の顔画像において、眼、鼻、口等の通常の撮影でも観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０に加えて、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０（本実施形態では、認証対象者１００の顔の静脈）を観測することが可能となっている。
特徴点抽出部３に送られた第１の顔画像および第２の顔画像は、第１の顔画像および第２の顔画像のそれぞれにおける認証対象者１００の顔の複数の特徴点を取得するために用いられる。一方、制御部２に送られた第１の顔画像および第２の顔画像は、表示部８による画像表示や通信部９による画像信号の通信のために用いられる。
特徴点抽出部３は、第１の撮像系ＩＳ１から受信した第１の顔画像および第２の撮像系ＩＳ２から受信した第２の顔画像のそれぞれにおける認証対象者１００の顔の複数の特徴点を抽出する機能を有している。具体的には、特徴点抽出部３は、最初に、第１の顔画像に対して、Ｃａｎｎｙのようなフィルター処理を施し、第１の顔画像内における認証対象者１００の顔の複数の生体情報１１０、１２０を、第１の顔画像内における認証対象者１００の顔の複数の特徴点として抽出する。したがって、本実施形態の認証装置１においては、特徴点抽出部３によって抽出される第１の顔画像および第２の顔画像のそれぞれにおける認証対象者１００の顔の複数の特徴点は、眼、鼻、口等の通常の撮影でも観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０と、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０（本実施形態では、認証対象者１００の顔の静脈）と、を含む。
次に、特徴点抽出部３は、抽出された第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点にそれぞれ対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点を検出するための対応特徴点検出処理を実行する。特徴点抽出部３は、対応特徴点検出処理において、制御部２のメモリー内に保存されている第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の特性および配置に関するパラメーターを用いて、抽出された第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点にそれぞれ対応する第２の顔画像中のエピポーラ線を導出し、導出された第２の顔画像中のエピポーラ線上を探索することにより、抽出された第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点にそれぞれ対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点を検出する。特徴点抽出部３は、エピポーラ線を利用して、対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点を検出するために、本分野において既知の任意の対応特徴点検出アルゴリズム（例えば、８点アルゴリズム、Ｔｓａｉのアルゴリズム等）を利用することができる。
特徴点抽出部３によって抽出された第１の顔画像内における認証対象者１００の顔の複数の特徴点および対応する第２の顔画像内における認証対象者１００の顔の複数の特徴点に関する情報（例えば、生体情報１１０、１２０の座標値等）は、３次元情報生成部４に送信される。
３次元情報生成部４は、特徴点抽出部が抽出した認証対象者１００の顔の複数の特徴点に基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成する機能を有している。３次元情報生成部４は、特徴点抽出部３から、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点および対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点に関する情報を受信すると、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点および対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点を用いて、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲを算出し、算出された像倍比ＭＲに基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成する。
具体的には、３次元情報生成部４は、特徴点抽出部３から、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点および対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点に関する情報を受信すると、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点間の離間距離を測定することにより認証対象者１００の顔の第１の光学像の複数の箇所のサイズＹＦＤ１を取得する。この際、３次元情報生成部４は、サイズＹＦＤ１を取得するために用いる第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点の複数の組み合わせを選択することによって、認証対象者１００の顔の第１の光学像の複数の箇所のサイズＹＦＤ１を取得することができる。
例えば、３次元情報生成部４は、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点の内、高さ方向に隣り合う特徴点を選択し、それらの離間距離を測定することにより、第１の光学像の任意の箇所の像高を取得することができる。同様に、３次元情報生成部４は、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点の内、幅方向に隣り合う特徴点を選択し、それらの離間距離を測定することにより、第１の光学像の任意の箇所の像幅を取得することができる。
３次元情報生成部４による、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点の組み合わせの選択は、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の特徴点の全ての組み合わせが網羅させるよう実行されてもよいし、認証対象者１００の顔の３次元情報を正確に生成するのに十分なだけの特徴点の組み合わせが網羅されるように実行されてもよい。
認証対象者１００の顔の第１の光学像の複数の箇所のサイズＹＦＤ１を取得した後、３次元情報生成部４は、認証対象者１００の顔の第１の光学像の複数の箇所のサイズＹＦＤ１を取得したのと同様の方法によって、対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点に基づいて、対応する第２の光学像の複数の箇所のそれぞれのサイズＹＦＤ２を取得する。
３次元情報生成部４によって取得された第１の光学像の任意の箇所のサイズＹＦＤ１と、第２の光学像の対応する箇所のサイズＹＦＤ２との比は、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）に対応する。そのため、３次元情報生成部４によって取得された第１の光学像の任意の箇所のサイズＹＦＤ１と、第２の光学像の対応する箇所のサイズＹＦＤ２との比が、認証対象者１００の顔の任意の箇所までの距離ａを算出するための像倍比ＭＲとして用いられる。
像倍比ＭＲを算出すると、３次元情報生成部４は、認証対象者１００の顔の任意の箇所における第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）に基づいて、認証対象者１００の顔の任意の箇所（測距対象）までの距離ａを算出する。具体的には、３次元情報生成部４は、以下の式（１）を用いて、認証対象者１００の顔の任意の箇所（測距対象）までの距離ａを算出する。
Figure 2020126371
ここで、ａは測距対象から第１の撮像系ＩＳ１の第１の光学系ＯＳ１の前側主点までの距離、ｆ１は第１の光学系ＯＳ１の焦点距離、ｆ２は第２の光学系ＯＳ２の焦点距離、ＥＰ１は第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、測距対象が無限遠にある場合の第１の光学像の結像位置までの距離、ＥＰ２は第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、測距対象が無限遠にある場合の第２の光学像の結像位置までの距離、Ｄは第１の光学系ＯＳ１の前側主点と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点との間の奥行視差である。
さらに、上記式（１）中のＫは、以下の式（２）で表される係数であり、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の構成および配置により決定される固定値である。
Figure 2020126371
ここで、ａＦＤ１は、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面で第１の光学像がベストピントとなる場合の第１の光学系ＯＳ１の前側主点から測距対象までの距離であり、ａＦＤ２は、第２の撮像素子Ｓ２の撮像面で第２の光学像がベストピントとなる場合の第２の光学系ＯＳ２の前側主点から測距対象までの距離である。上述の式（１）および式（２）で用いられているパラメーターは、像倍比ＭＲを除き、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の構成時に決定される固定値であり、制御部２のメモリー内に保存されている。３次元情報生成部４は、制御部２のメモリー内に保存されているこれらパラメーターと、像倍比ＭＲを用いて、上記式（１）から、認証対象者１００の顔の任意の箇所（測距対象）までの距離ａを算出することができる。
上記式（１）中において、ｆ１、ｆ２、ＥＰ１、ＥＰ２、ＤおよびＫは、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の構成および配置により決定される固定値なので、３次元情報生成部４によって取得された第１の光学像の任意の箇所のサイズＹＦＤ１と第２の光学像の対応する箇所のサイズＹＦＤ２の比から得られる第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲに基づいて、認証対象者１００の顔の任意の箇所（測距対象）から第１の光学系ＯＳ１の前側主点までの距離ａを算出することができる。
像倍比ＭＲに基づいて測距対象までの距離ａを算出するための上記式（１）の導出については、本発明者らによって既に出願されている上述の特願２０１７−２４１８９６号に詳述されているので、説明を省略する。
３次元情報生成部４は、第１の光学像の複数の箇所のそれぞれのサイズＹＦＤ１と、第２の光学像の対応する箇所のサイズＹＦＤ２との比を、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）として利用し、上記式（１）を用いて、認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａを算出する。
その後、３次元情報生成部４は、算出した認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａに基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成する。具体的には、３次元情報生成部４は、認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａを算出すると、それに基づいて、認証対象者１００の顔の３次元グリッド（３次元メッシュ）およびテクスチャを生成し、認証対象者１００の顔を３次元モデル化する。
前述のように、本実施形態の認証装置１では、通常の撮影によって観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０（例えば、眼、鼻、口、耳等）に加え、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０（本実施形態では、認証対象者１００の顔の静脈）を、測距のための特徴点として利用することができる。そのため、本実施形態の認証装置１では、通常の撮影によって観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０のみを、特徴点として用いて認証対象者１００の顔を３次元モデル化する場合よりも、認証対象者１００の顔を３次元モデル化のために利用可能な情報量が多い。そのため、３次元情報生成部４は、より正確に認証対象者１００の顔の３次元情報を生成することができる。
特に、認証対象者１００の顔の中心線付近には、多くの生体情報１１０が存在している一方、認証対象者１００の顔のそれ以外の箇所に存在している生体情報１１０の数は少ない。そのため、通常の撮影によって観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０のみを、特徴点として用いて認証対象者１００の顔を３次元モデル化する場合、認証対象者１００の顔の中心線付近以外の箇所での３次元情報が不十分となる。一方、図２からわかるように、認証対象者１００の顔の生体情報１２０（本実施形態では、認証対象者１００の顔の静脈）は、認証対象者１００の顔の中心線付近以外の箇所にも数多く存在している。そのため、３次元情報生成部４は、特に、認証対象者１００の顔の中心線付近以外の箇所において、非常に精度の高い認証対象者１００の顔の３次元情報を生成することができる。
認証情報記憶部５は、認証対象者１００の３次元顔認証を実行するために必要な認証情報を記憶している任意の不揮発性記録媒体（例えば、ハードディスク、フラッシュメモリー）である。本発明の認証装置１の管理者等は、事前に、認証を許可された人物を、本発明の認証装置１または同等の機能を有する撮像装置を用いて撮像することにより、認証を許可された人物の顔の３次元情報を取得し、これを認証情報として、認証情報記憶部５内に登録する。
なお、図示の形態では、認証情報記憶部５は、認証装置１の内部に設けられているが、本発明はこれに限られない。例えば、認証情報記憶部５は、インターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）等の種々の有線または無線ネットワークを介して認証装置１に接続された外部サーバーや外部ストレージデバイスであってもよい。また、認証情報記憶部５が外部サーバーや外部ストレージデバイスである場合、１つ以上の認証情報記憶部５が複数の認証装置１間で共用されていてもよい。この場合、認証装置１は、認証対象者１００に対する３次元顔認証が実行されるたびに、通信部９を用いて、外部に設けられた認証情報記憶部５と通信を行い、認証対象者１００に対する３次元顔認証を実行する。
認証部６は、３次元情報生成部４が生成した認証対象者１００の顔の３次元情報を用いて、認証対象者１００の３次元顔認証を実行可能に構成されている。認証部６は、３次元情報生成部４によって生成された認証対象者１００の顔の３次元情報と、認証情報記憶部５に保存されている認証情報とを照合し、認証対象者１００の３次元顔認証を実行する。
認証部６は、認証対象者１００の顔の３次元情報に含まれる鼻の高さ、眼の窪みの深さ、静脈の位置および形状といった認証対象者１００の顔の３次元情報から導出される複数の要素のいずれか１つが、認証情報記憶部５に事前に認証情報として登録されている顔の３次元情報から導出される対応する要素と一致すれば、３次元顔認証が成功したと判断してもよいし、複数の要素の全てが、認証情報記憶部５に事前に認証情報として登録されている顔の３次元情報から導出される対応する要素と一致した場合に、３次元顔認証が成功したと判断してもよい。
認証部６による認証対象者１００の３次元顔認証の結果（判断結果）は、データバス１０を介して、制御部２に送られる。制御部２は、受信した３次元顔認証の結果を、通信部９を介して、外部デバイス（例えば、ドアのロック解除装置、任意のアプリケーションを提供する端末等）に送信する。これにより、外部デバイスは、受信した認証結果に応じた処理を実行することができる。例えば、外部デバイスは、認証対象者１００の３次元顔認証が成功したとの結果を受信した場合には、ドアのロックのような物理的なロックまたはソフトウェアのロックを解除、または、任意のアプリケーションの起動を許可し、認証対象者１００の３次元顔認証が失敗したとの結果を受信した場合には、ドアのロックのような物理的なロックまたはソフトウェアのロックを維持、または、任意のアプリケーションの起動を許可しない。
操作部７は、認証装置１のユーザーや管理者等が操作を実行するために用いられる。操作部７は、認証装置１のユーザーが操作を実行することができれば特に限定されず、例えば、マウス、キーボード、テンキー、ボタン、ダイヤル、レバー、タッチパネル等を操作部７として用いることができる。操作部７は、認証装置１のユーザーによる操作に応じた信号を制御部２のプロセッサーに送信する。例えば、上述のように、認証装置１の管理者等は、操作部７を用いて、認証装置１のセキュリティレベルを設定することができる。
通信部９は、有線通信または無線通信による、認証装置１に対するデータの入力または認証装置１から外部デバイスへのデータの出力を行う機能を有している。通信部９は、インターネットのようなネットワークに接続可能に構成されていてもよい。この場合、認証装置１は、通信部９を用いることにより、外部に設けられたウェブサーバーやデータサーバーのような外部デバイスと通信を行うことができる。
このように、本実施形態の認証装置１は、通常の撮影によって観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０（例えば、眼、鼻、口、耳等）に加え、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０（本実施形態では、認証対象者１００の顔の静脈）を、測距のための特徴点として利用することができる。そのため、認証対象者１００の顔の３次元情報を取得するために利用可能な特徴点の数が増加し、より正確に認証対象者１００の顔の３次元情報を取得することができるので、認証対象者１００の３次元顔認証の精度を向上させることができる。
また、本実施形態の認証装置１では、認証対象者１００の顔の中心線付近以外の箇所にも数多く存在している認証対象者１００の顔の生体情報１２０（認証対象者１００の顔の静脈）を認証対象者１００の顔の３次元情報を生成するための特徴点として利用することができる。したがって、本実施形態の認証装置１によれば、一定パターンの光を認証対象者１００に照射するプロジェクターを用いなくとも、認証対象者１００の顔の頬や額のような凹凸が少なく、利用可能な特徴点が少ない箇所までの距離を算出することができる。そのため、認証装置１のシステム構成をシンプルにすることができる。これにより、一定パターンの光を認証対象者の顔に照射するプロジェクターを用いた場合と比較して、認証装置１の小型化、低消費電力化、および低コスト化を実現することができる。
また、上述の説明では、光源ＬＳは、認証対象者１００の顔に対して近赤外光を照射するよう構成されているが、本発明はこれに限られない。光源ＬＳは、認証対象者１００の顔の静脈を観察可能とする任意の波長帯域の光を認証対象者１００の顔に対して照射するよう構成されていてもよい。
また、本実施形態では、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０として認証対象者１００の顔の静脈を挙げたが、本発明はこれに限られない。認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の任意の種類の生体情報１２０を、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成するための特徴点として利用することができる。
（認証方法）
次に、図３を参照して、本実施形態の認証装置１によって実行される認証方法Ｓ１００について詳述する。図３は、図１に示す認証装置によって実行される認証方法を示すフローチャートである。
図３に示す認証方法Ｓ１００は、認証対象者１００が操作部７を用いて、認証対象者１００の３次元顔認証を実行するための操作を実行することにより開始される。工程Ｓ１０１において、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、光源ＬＳが認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌ（本実施形態では、近赤外光）を照射する。工程Ｓ１０２において、第１の撮像系ＩＳ１の第１の撮像素子Ｓ１によって、第１の光学系ＯＳ１によって形成された認証対象者１００の顔の第１の光学像が撮像され、第１の顔画像が取得される。第１の顔画像は、データバス１０を介して、制御部２および特徴点抽出部３に送られる。
一方、工程Ｓ１０３において、第２の撮像系ＩＳ２の第２の撮像素子Ｓ２によって、第２の光学系ＯＳ２によって形成された認証対象者１００の顔の第２の光学像が撮像され、第２の顔画像が取得される。第２の顔画像は、データバス１０を介して、制御部２および特徴点抽出部３に送られる。なお、工程Ｓ１０２および工程Ｓ１０３は、同時に実行されてもよいし、別々に実行されてもよい。しかしながら、同じ状態の認証対象者１００の顔を第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２で撮影する方が、より正確に認証対象者１００の顔の３次元情報を生成できることから、工程Ｓ１０２および工程Ｓ１０３は、同時に実行されることが好ましい。
工程Ｓ１０２および工程Ｓ１０３の後、工程Ｓ１０４において、特徴点抽出部３によって、第１の顔画像に対して、Ｃａｎｎｙのようなフィルター処理が施され、第１の顔画像内における認証対象者１００の顔の第１の光学像の複数の生体情報１１０、１２０が、第１の顔画像内における認証対象者１００の顔の複数の特徴点として抽出される。
この際、特徴点抽出部３は、第１の顔画像において、眼、鼻、口等の通常の撮影でも観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０と、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０（本実施形態では、認証対象者１００の顔の静脈）と、を認証対象者１００の顔の複数の特徴点として抽出する。次に、特徴点抽出部３は、制御部２のメモリー内に保存されている第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の特性および配置に関するパラメーターを用いて、抽出された第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点にそれぞれ対応する第２の顔画像中のエピポーラ線を導出し、導出された第２の顔画像中のエピポーラ線上を探索することにより、抽出された第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点にそれぞれ対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点を検出する。その後、特徴点抽出部３によって抽出された第１の顔画像および第２の顔画像のそれぞれにおける認証対象者１００の顔の複数の特徴点に関する情報が３次元情報生成部４に送信される。
工程Ｓ１０５において、３次元情報生成部４によって、特徴点抽出部３によって抽出された第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点に基づいて、認証対象者１００の顔の第１の光学像の複数の箇所のサイズ（像幅または像高）ＹＦＤ１が算出される。その後、工程Ｓ１０６において、３次元情報生成部４によって、サイズＹＦＤ１を取得するために用いられた第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点に対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点に基づいて、対応する第２の光学像の複数の箇所のそれぞれのサイズＹＦＤ２が算出される。
工程Ｓ１０７において、３次元情報生成部４によって、第１の光学像の複数の箇所のそれぞれのサイズＹＦＤ１および第２の光学像の対応する箇所のサイズＹＦＤ２から、ＭＲ＝ＹＦＤ２／ＹＦＤ１に基づいて、第１の光学像の複数の箇所のそれぞれの倍率ｍ１と第２の光学像の対応する箇所の倍率ｍ２との像倍比ＭＲが算出される。
次に、工程Ｓ１０８において、３次元情報生成部４によって、算出した像倍比ＭＲに基づいて、認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａが算出（特定）される。その後、工程Ｓ１０９において、３次元情報生成部４によって、認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａに基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報が生成される。
工程Ｓ１１０において、認証部６によって、３次元情報生成部４が生成した認証対象者１００の顔の３次元情報と、認証情報記憶部５に事前に登録されている認証情報に含まれる顔の３次元情報とを比較することにより、認証対象者１００の３次元顔認証が実行される。その後、認証部６による認証対象者１００の３次元顔認証の結果が、制御部２に送信される。制御部２は、受信した認証結果を、通信部９を介して、任意の外部デバイスに送信し、認証方法Ｓ１００が終了する。これにより、任意の外部デバイスは、認証結果に応じた処理を実行することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る認証装置１について詳述する。以下、第２実施形態の認証装置１について、第１実施形態の認証装置１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の認証装置１は、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２が同じ構成および特性を有するよう構成および配置されている点、さらに、３次元情報生成部４が、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点と、対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点との間の並進視差に基づいて、認証対象者１００の顔の複数の特徴点のそれぞれまでの距離ａを算出するよう構成されている点を除き、第１実施形態の認証装置１と同様である。
本実施形態では、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２は、互いに同じ構成および特性を有するよう構成および配置されている。一方、図１を参照して詳述した第１実施形態と同様に、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２は、第１の撮像系ＩＳ１の第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の撮像系ＩＳ２の第２の光学系ＯＳ２の光軸とは、平行であるが、一致していない。さらに、第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の光軸方向に対して垂直な方向に離間距離Ｐだけシフトして配置されている。
したがって、第１の撮像系ＩＳ１によって認証対象者１００の顔を撮像することによって取得される第１の顔画像と、第２の撮像系ＩＳ２によって認証対象者１００の顔を撮像することによって取得される第２の顔画像との相違は、第１の撮像系ＩＳ１の第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の撮像系ＩＳ２の第２の光学系ＯＳ２の光軸との間の離間距離Ｐに起因する並進視差（第１の光学系ＯＳ１の光軸方向に対して垂直な方向の視差）のみとなる。
したがって、本実施形態では、３次元情報生成部４は、第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点と、対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点との間の並進視差に基づいて、認証対象者１００の顔の複数の特徴点のそれぞれまでの距離ａを算出し、算出された認証対象者１００の顔の複数の特徴点のそれぞれまでの距離ａに基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成する。
このような構成によっても、前述した第１実施形態の認証装置１と同様の効果および作用を提供することができる。
（認証方法）
図４には、本実施形態の認証装置１によって実行される認証方法Ｓ２００について詳述する。図４は、本発明の第２実施形態に係る認証装置によって実行される認証方法を示すフローチャートである。
図４に示す認証方法Ｓ２００における工程Ｓ２０１〜工程Ｓ２０４は、図２を参照して詳述した第１実施形態の認証装置１によって実行される認証方法Ｓ１００の工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１０４と同一であるので、説明を省略する。
工程Ｓ２０５において、３次元情報生成部４によって、工程Ｓ２０４において特徴点抽出部３によって抽出された第１の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点と、対応する第２の顔画像中の認証対象者１００の顔の複数の特徴点との間の並進視差が算出される。３次元情報生成部４は、算出された並進視差に基づいて、認証対象者１００の顔の複数の特徴点のそれぞれまでの距離ａを算出する。
その後、工程Ｓ２０６において、第１実施形態の認証装置１によって実行される認証方法Ｓ１００の工程Ｓ１０９と同様に、３次元情報生成部４によって、認証対象者１００の顔の複数の特徴点のそれぞれまでの距離ａに基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報が生成される。
工程Ｓ２０７において、第１実施形態の認証装置１によって実行される認証方法Ｓ１００の工程Ｓ１１０と同様に、認証部６によって、３次元情報生成部４が生成した認証対象者１００の顔の３次元情報と、認証情報記憶部５に事前に登録されている認証情報に含まれる顔の３次元情報とを比較することにより、認証対象者１００の３次元顔認証が実行される。その後、認証部６による認証対象者１００の３次元顔認証の結果が、制御部２に送信される。制御部２は、受信した認証結果を、通信部９を介して、任意の外部デバイスに送信し、認証方法Ｓ２００が終了する。
＜第３実施形態＞
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態に係る認証装置１について詳述する。図５は、本発明の第３実施形態に係る認証装置の第１の撮像系によって取得される第１の顔画像または第２の撮像系によって取得される第２の顔画像を説明するための概略図である。
以下、第３実施形態の認証装置１について、第１実施形態および第２実施形態の認証装置１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。本実施形態の認証装置１は、光源ＬＳの構成が変更されている点および生体情報１２０が認証対象者１００の顔のメラニン色素である点を除き、第１実施形態および第２実施形態の認証装置１と同様である。
本実施形態の認証装置１では、光源ＬＳは、認証対象者１００の顔に対して紫外線帯域の光Ｌ（例えば、波長３５０〜４００ｎｍの光Ｌ）を照射するよう構成されている。人の顔等に存在するメラニン色素は、短波長帯の光の吸収率が高いため、光源ＬＳからの紫外線帯域の光が照射された状態の認証対象者１００の顔を、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２を用いて撮像することにより、得られる第１の顔画像および第２の顔画像において、認証対象者１００の顔のメラニン色素が黒く写る。本実施形態の認証装置１は、このような現象を利用することにより、通常の撮影によって観測可能な認証対象者１００の顔の生体情報１１０（例えば、眼、鼻、口、耳等）に加え、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔のメラニン色素（生体情報１２０）を観測することができる。
本実施形態の認証装置１において、生体情報１２０として利用される認証対象者１００の顔のメラニン色素は、認証対象者１００の加齢や体調に応じて変化し得る。そのため、認証対象者１００の顔のメラニン色素自体を認証対象者１００の顔認証のための要素として直接利用してしまうと、認証対象者１００の加齢や体調によって認証対象者の顔認証の精度が低下してしまう。このような理由により、認証対象者１００の一般的な顔認証には、認証対象者１００の加齢や体調に応じて変化し得る顔のメラニン色素が用いられることはない。
しかしながら、本実施形態の認証装置１では、認証対象者１００の顔のメラニン色素は、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成するための特徴点として利用されるにすぎず、認証対象者１００の顔のメラニン色素自体が、認証対象者１００の認証に用いられるわけではない。認証対象者１００の加齢や体調によって認証対象者１００の顔のメラニン色素の位置や形状が変化したとしても、認証対象者１００の顔の３次元形状は変化しない。本実施形態の認証装置１は、認証対象者１００の一般的な顔認証では用いられない認証対象者１００の顔のメラニン色素を、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成するための特徴点として利用する。そのため、本実施形態の認証装置１では、認証対象者１００の顔の３次元情報を取得するために利用可能な特徴点の数が増加し、より正確に認証対象者１００の顔の３次元情報を取得することができる。この結果、認証対象者１００の３次元顔認証の精度を向上させることができる。
また、上述の説明では、光源ＬＳは、認証対象者１００の顔に対して紫外線帯域の光Ｌ（例えば、波長３５０〜４００ｎｍの光Ｌ）を照射するよう構成されているが、本発明はこれに限られない。光源ＬＳは、認証対象者１００の顔のメラニン色素を観察可能とする任意の波長帯域の光を認証対象者１００の顔に対して照射するよう構成されていてもよい。
また、本実施形態では、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となる認証対象者１００の顔の生体情報１２０として、認証対象者１００の加齢や体調に応じて変化し得る認証対象者１００の顔のメラニン色素を挙げたが、本発明はこれに限られない。本実施形態の認証装置１は、顔のメラニン色素のように、認証対象者１００の顔に特定波長帯域の光Ｌを照射することにより観測可能となり、かつ、認証対象者１００の加齢や体調に応じて変化し得る、認証対象者１００の一般的な顔認証では用いられない幅広い種類の生体情報を、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成するための特徴点として利用することができる。
このような構成によっても、前述した第１実施形態および第２実施形態の認証装置１と同様の効果および作用を提供することができる。
以上、本発明の認証装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の各構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、本発明の各構成に任意の構成のものを付加することができる。
本発明の属する分野および技術における当業者であれば、本発明の原理、考え方、および範囲から有意に逸脱することなく、記述された本発明の認証装置の構成の変更を実行可能であろうし、変更された構成を有する認証装置もまた、本発明の範囲内である。例えば、第１実施形態から第３実施形態の認証装置を任意に組み合わせた態様も、本発明の範囲内である。
また、図１に示された認証装置のコンポーネントの数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意のコンポーネントが追加若しくは組み合わされ、または任意のコンポーネントが削除された態様も、本発明の範囲内である。また、認証装置の各コンポーネントは、ハードウェア的に実現されていてもよいし、ソフトウェア的に実現されていてもよいし、これらの組み合わせによって実現されていてもよい。
例えば、各実施形態において、認証装置は、第１の撮像系と、第２の撮像系と、を備えているものとして詳述されたが、本発明はこれに限られない。認証装置が第１の撮像系および第２の撮像系に加え、任意の数の追加的な撮像系を有しているような態様も、本発明の範囲内である。
また、図３に示された認証方法Ｓ１００および図４に示された認証方法Ｓ２００の工程の数や種類は、説明のための例示にすぎず、本発明は必ずしもこれに限られない。本発明の原理および意図から逸脱しない範囲において、任意の工程が、任意の目的で追加若しくは組み合わされ、または、任意の工程が削除される態様も、本発明の範囲内である。
また、各実施形態を参照して詳述された本発明の認証装置は、認証対象者の３次元顔認証を実行する必要がある任意のシステムにおいて利用することが可能である。例えば、認証対象者の顔を撮影することにより認証対象者の３次元顔認証を行い、家の玄関のロック、車のロック、コンピューターのロック等を解除するためのシステムにおいて、本発明の認証装置を用いることができる。
１…認証装置 ２…制御部 ３…特徴点抽出部 ４…３次元情報生成部 ５…認証情報記憶部 ６…認証部 ７…操作部 ８…表示部 ９…通信部 １０…データバス １００…認証対象者 １１０…通常の撮影によって観測可能な認証対象者の顔の生体情報 １２０…認証対象者の顔に特定波長帯域の光を照射することにより観測可能となる認証対象者の顔の生体情報 ＩＳ１…第１の撮像系 ＯＳ１…第１の光学系 Ｓ１…第１の撮像素子 Ｆ１…第１のバンドパスフィルター ＩＳ２…第２の撮像系 ＯＳ２…第２の光学系 Ｓ２…第２の撮像素子 Ｆ２…第２のバンドパスフィルター Ｌ…光 ＬＳ…光源 Ｐ…離間距離 Ｓ１００…認証方法 Ｓ１０１〜Ｓ１１０…工程 Ｓ２００…認証方法 Ｓ２０１〜Ｓ２０７…工程

Claims (7)

  1. 認証対象者の顔に対して特定波長帯域の光を照射するための光源と、
    前記特定波長帯域の光が照射された前記認証対象者の前記顔を撮像し、前記認証対象者の第１の顔画像を取得するための第１の撮像系と、
    前記特定波長帯域の光が照射された前記認証対象者の前記顔を撮像し、前記認証対象者の第２の顔画像を取得するための第２の撮像系と、
    前記第１の顔画像および前記第２の顔画像のそれぞれにおける前記認証対象者の前記顔の複数の特徴点を抽出するための特徴点抽出部と、
    前記特徴点抽出部が抽出した前記第１の顔画像および前記第２の顔画像のそれぞれにおける前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点に基づいて、前記認証対象者の前記顔の３次元情報を生成するための３次元情報生成部と、
    前記３次元情報生成部が生成した前記認証対象者の前記顔の前記３次元情報を用いて、前記認証対象者の３次元顔認証を実行可能に構成された認証部と、を備え、
    前記特徴点抽出部によって抽出される前記第１の顔画像および前記第２の顔画像のそれぞれにおける前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点は、前記認証対象者の前記顔に前記特定波長帯域の前記光を照射することにより観測可能となる前記認証対象者の前記顔の生体情報を含むことを特徴とする認証装置。
  2. 前記第１の撮像系および前記第２の撮像系のそれぞれは、前記光源から照射される前記光の前記特定波長帯域に対応する波長帯域以外の光を実質的に遮断するバンドパスフィルターを有している請求項１に記載の認証装置。
  3. 前記認証対象者の前記顔に前記特定波長帯域の前記光を照射することにより観測可能となる前記認証対象者の前記顔の前記生体情報は、前記認証対象者の前記顔の静脈である請求項１または２に記載の認証装置。
  4. 前記認証対象者の前記顔に前記特定波長帯域の前記光を照射することにより観測可能となる前記認証対象者の前記顔の前記生体情報は、前記認証対象者の前記顔のメラニン色素である請求項１または２に記載の認証装置。
  5. 前記第１の撮像系は、前記認証対象者の前記顔の第１の光学像を形成するための第１の光学系と、前記第１の光学系によって形成された前記第１の光学像を撮像し、前記第１の顔画像を取得するための第１の撮像素子とを有し、
    前記第２の撮像系は、前記認証対象者の前記顔の第２の光学像を形成するための第２の光学系と、前記第２の光学系によって形成された前記第２の光学像を撮像し、前記第２の顔画像を取得するための第２の撮像素子とを有し、
    前記３次元情報生成部は、前記特徴点抽出部が抽出した前記第１の顔画像および前記第２の顔画像のそれぞれにおける前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点を用いて前記第１の光学像の前記倍率と前記第２の光学像の前記倍率との像倍比を算出し、算出された前記像倍比に基づいて、前記認証対象者の前記顔の前記３次元情報を生成するよう構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の認証装置。
  6. 前記第１の撮像系および前記第２の撮像系は、前記第１の撮像系の前記第１の光学系の光軸と、前記第２の撮像系の前記第２の光学系の光軸とが、平行であるが、一致しないよう、構成されている請求項５に記載の認証装置。
  7. 前記３次元情報生成部は、前記第１の顔画像中の前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点と、対応する前記第２の顔画像中の前記認証対象者の前記顔の前記複数の特徴点との間の並進視差に基づいて、前記顔の前記３次元情報を生成するよう構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の認証装置。
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