JP7157303B2 - 認証装置 - Google Patents

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Description

本発明は、一般に、認証対象者の顔の３次元情報を用いて３次元顔認証を実行可能に構成された認証装置に関し、より具体的には、認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離に応じた光学像の倍率の変化が互いに異なる少なくとも２つの光学系によって形成された少なくとも２つの光学像の像倍比に基づいて、認証対象者の顔の３次元情報を生成し、該３次元情報を用いて３次元顔認証を実行可能に構成された認証装置に関する。
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カート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。
このような顔画像を用いた認証には、本人以外の人物がなんらかの手段で本人になりすまして認証を不正に通過するという「なりすまし」問題が存在する。例えば、本人以外の認証対象者の認証を実行するときに、認証対象者が、認証装置に本人の顔写真を撮影させることにより「なりすまし」が実行されることが多い。本人の顔写真を利用したなりすましでは、紙のような媒体に印刷された顔写真やモニタのような表示装置に表示された顔写真が用いられる。また、認証対象者の顔画像を用いた認証では、化粧の有無、表情の変化、顔の向き、撮影時の照明の違い等によって認証精度が低下する可能性がある。
このような問題に対し、認証対象者の顔の３次元情報（３次元形状や顔のパーツ（眼、鼻、口、耳等）の奥行情報等）を用いた３次元顔認証技術が用いられている。例えば、特許文献１は、得られた画像間に並進視差が発生するよう、異なる位置に配置された２台のカメラを用いて認証対象者を撮像することにより得られた複数の画像から、ステレオ法を用いて認証対象者の顔の３次元情報を取得し、得られた認証対象者の顔の３次元情報に基づいて、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。
紙のような媒体に印刷された顔写真やモニタのような表示装置に表示された顔写真は、立体ではないので、このような３次元認証を実行することにより、顔写真を用いたなりすましを防止することができる。また、このような認証対象者の顔の３次元情報は、化粧の有無、表情の変化、顔の向き、撮影時の照明の違い等によって変化しないまたはその変化が小さいので、認証対象者の顔の３次元情報を用いた３次元顔認証を実行することにより、より正確な顔認証を実行することができる。
特許文献１のようなステレオカメラ方式の認証装置では、それぞれ異なる位置に配された２台以上のカメラを用いることにより、異なる並進視差を有する複数の画像を取得し、取得した複数の画像間の並進視差に基づいて、認証対象者の顔の３次元情報が取得される。複数の画像間の並進視差に基づいて認証対象者の顔の３次元情報を正確に算出するためには、大きな並進視差を取得する必要がある。そのため、１つの認証装置内において、２つ以上のカメラを大きく離間して配置する必要があり、認証装置のサイズが増大してしまう。また、ステレオカメラ方式の認証装置では、認証対象者が各カメラから非常に近い位置にある場合、並進視差を正確に得ることができず、認証対象者までの距離を正確に算出することが困難であるという問題があった。
特開２００７－１２２４５４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、複数の画像間の並進視差を用いずに認証対象者の顔の３次元情報を生成し、さらに、生成した認証対象者の顔の３次元情報を用いた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）～（９）の本発明により達成される。
（１）認証対象者からの光を集光し、前記認証対象者の第１の光学像を形成するための第１の光学系および前記第１の光学系によって形成された前記第１の光学像を撮像するための第１の撮像素子を有する第１の撮像系と、
前記認証対象者からの光を集光し、前記認証対象者の第２の光学像を形成するための第２の光学系および前記第２の光学系によって形成された前記第２の光学像を撮像するための第２の撮像素子を有する第２の撮像系と、
前記第１の光学像および前記第２の光学像に基づいて、前記認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離を算出するための距離算出部と、
前記距離算出部が算出した前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に基づいて、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、
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の倍率の変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の倍率の変化と異なるように構成されており、
前記距離算出部は、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に基づいて、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離を算出し、
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の射出瞳から、前記認証対象者が無限遠に存在する場合の前記第１の光学系によって形成される前記第１の光学像の結像位置までの距離と、前記第２の光学系の射出瞳から、前記認証対象者が無限遠に存在する場合の前記第２の光学系によって形成される前記第２の光学像の結像位置までの距離とが異なるように構成されており、これにより、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の前記倍率の前記変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の前記倍率の前記変化と異なるようになっていることを特徴とする認証装置。
（２）前記第１の光学系の前側主点と前記第２の光学系の前側主点との間に奥行方向の差が存在し、これにより、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の前記倍率の前記変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている上記（１）に記載の認証装置。
（３）認証対象者からの光を集光し、前記認証対象者の第１の光学像を形成するための第１の光学系および前記第１の光学系によって形成された前記第１の光学像を撮像するための第１の撮像素子を有する第１の撮像系と、
前記認証対象者からの光を集光し、前記認証対象者の第２の光学像を形成するための第２の光学系および前記第２の光学系によって形成された前記第２の光学像を撮像するための第２の撮像素子を有する第２の撮像系と、
前記第１の光学像および前記第２の光学像に基づいて、前記認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離を算出するための距離算出部と、
前記距離算出部が算出した前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に基づいて、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、
前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の倍率の変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の倍率の変化と異なるように構成されており、
前記距離算出部は、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に基づいて、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離を算出し、
前記第１の光学系の前側主点と前記第２の光学系の前側主点との間に奥行方向の差が存在し、これにより、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の前記倍率の前記変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の前記倍率の前記変化と異なるようになっていることを特徴とする認証装置。
（４）前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離と、前記第２の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の前記倍率の前記変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の認証装置。
（５）前記認証部は、前記３次元顔認証に加えて、前記第１の光学像を前記第１の撮像素子によって撮像することによって得られた第１の画像および前記第２の光学像を前記第２の撮像素子によって撮像することによって得られた第２の画像を用いて、前記認証対象者の虹彩認証および２次元顔認証を実行可能に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）前記認証部は、事前に設定されたセキュリティレベルに応じて、前記３次元顔認証、前記２次元顔認証、および前記虹彩認証の少なくとも１つを実行するよう構成されている上記（５）に記載の認証装置。
（７）前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離が前記第２の光学系の焦点距離よりも、長くなるよう構成されており、
前記認証部は、前記第１の撮像素子によって取得された前記第１の画像を用いて、前記認証対象者の前記虹彩認証を実行し、さらに、前記第２の撮像素子によって取得された前記第２の画像を用いて、前記認証対象者の前記２次元顔認証を実行する上記（５）または（６）に記載の認証装置。
（８）前記認証対象者に所定のパターンを投影するプロジェクターをさらに備え、
前記距離算出部は、前記プロジェクターによって前記所定のパターンが投影された前記認証対象者の前記第１の光学像および前記第２の光学像に基づいて、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離を算出する上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の認証装置。
（９）前記認証対象者に赤外光を照射するための赤外光照射部をさらに備え、
前記第１の撮像系の前記第１の撮像素子および前記第２の撮像系の前記第２の撮像素子の少なくとも一方は、前記赤外光を撮像可能に構成されている上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の認証装置。
本発明の認証装置は、認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離に応じた光学像の倍率の変化が互いに異なる少なくとも２つの光学系を用い、該２つの光学系によってそれぞれ形成された２つの光学像の像倍比（倍率の比）に基づいて、認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離を測定することができる。さらに、本発明の認証装置は、算出した認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離に基づいて、認証対象者の顔の３次元情報を生成し、認証対象者の３次元顔認証を実行することができる。
そのため、本発明の認証装置では、従来の複数の画像間の並進視差を用いたステレオカメラ方式の認証装置と異なり、大きな並進視差を確保する必要がないため、２つの光学系を近接して配置しても、認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離を正確に算出することができる。これにより、従来のステレオカメラ方式の認証装置と比較して、認証装置の小型化を実現することができる。また、本発明の認証装置では、認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離を算出するために並進視差を用いていないため、認証対象者が認証装置から非常に近い位置にある場合であっても、認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離を正確に測定することができる。また、本発明によれば、並進視差を考慮して認証装置を設計する必要がなくなるため、認証装置の設計の自由度を増大させることができる。
本発明の認証装置において用いられる測距原理を説明するための図である。 本発明の認証装置において用いられる測距原理を説明するための図である。 図２に示す第１の光学系によって形成される第１の光学像の倍率と、図２に示す第２の光学系によって形成される第２の光学像の倍率との像倍比が、測定対象までの距離に応じて変化することを説明するためのグラフである。 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４に示す認証装置の第１の撮像系および第２の撮像系の撮像範囲を示すための概略図である。 本発明の第２実施形態に係る認証装置の第１の撮像系と第２の撮像系を概略的に示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る認証装置の第１の撮像系と第２の撮像系を概略的に示すブロック図である。 本発明の第４実施形態に係る認証装置の第１の撮像系、第２の撮像系、および赤外光照射部を概略的に示すブロック図である。 本発明の第５実施形態に係る認証装置の第１の撮像系、第２の撮像系、およびプロジェクターを概略的に示すブロック図である。 本発明の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。 本発明の認証装置によって実行される認証方法における認証処理をより詳細に示すフローチャートである。 本発明の認証装置によって実行される認証方法における３次元顔認証を示すフローチャートである。
最初に、本発明の認証装置において用いられている、測定対象までの距離を算出するための測距原理について説明する。
光学系により形成される光学の倍率ｍＯＤは、光学系の前側主点（前側主面）から測定対象までの距離（被写体距離）ａ、光学系の後側主点（後側主面）から光学像の結像位置までの距離ｂＯＤ、および光学系の焦点距離ｆによって、レンズの公式から下記式（１）のように表すことができる。
Figure 0007157303000001
また、光学像のサイズＹＯＤは、光学像の倍率ｍＯＤと、測定対象の実際のサイズｓｚから、下記式（２）のように表すことができる。
Figure 0007157303000002
センサー等の撮像素子の撮像面が光学像の結像位置にある場合、すなわち、ベストピントである場合、光学像のサイズＹＯＤは、上記式（２）で表すことができる。光学系がオートフォーカス機能を有しており、常にベストピントで撮像を行う場合には、上記式（２）を用いて光学像のサイズＹＯＤを求めることができる。
しかしながら、光学系がオートフォーカス機能を有さない固定焦点系であり、センサー等の撮像素子の撮像面が光学像の結像位置にない場合、すなわち、デフォーカスが存在する場合、撮像素子の撮像面上に形成される光学像のサイズＹＦＤを求めるためには、デフォーカス量、すなわち、光学像の結像位置と撮像素子の撮像面の位置の奥行方向（光軸方向）の差（シフト量）を考慮する必要がある。
図１に示すように、光学系の射出瞳から、測定対象が無限遠に存在する場合の光学像の結像位置までの距離をＥＰとし、光学系の射出瞳から、測定対象が任意の距離ａに存在する場合の光学像の結像位置までの距離をＥＰＯＤとし、光学系の射出瞳から撮像素子の撮像面までの距離（フォーカス調整距離：Ｆｏｃｕｓ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）をＥＰＦＤとする。また、光学系の後側主点から、測定対象が任意の距離ａに存在する場合の光学像の結像位置までの距離をｂＯＤとし、光学系の後側主点から撮像素子の撮像面までの距離をｂＦＤとする。
光学系の後側主点から、任意の距離ａに測定対象が存在する場合の光学像の結像位置までの距離ｂＯＤは、レンズの公式から下記式（３）によって求めることができる。
Figure 0007157303000003
したがって、焦点距離ｆと距離ｂＯＤとの差ΔｂＯＤは、下記式（４）によって求めることができる。
Figure 0007157303000004
また、光学系の後側主点から撮像素子の撮像面までの距離ｂＦＤは、撮像素子の撮像面で光学像がベストピントとなる場合の光学系の前側主点から測定対象までの距離ａＦＤを用いて、レンズの公式から下記式（５）によって求めることができる。
Figure 0007157303000005
よって、焦点距離ｆと距離ｂＦＤとの差ΔｂＦＤは、下記式（６）によって求めることができる。
Figure 0007157303000006
また、図１から明らかなように、光軸と光学系の射出瞳との交点を頂点の一つとし、任意の距離ａに測定対象が存在する場合の光学像の結像位置における光学像のサイズＹＯＤを１つの辺とする直角三角形と、光軸と光学系の射出瞳との交点を頂点の一つとし、撮像素子の撮像面における光学像のサイズＹＦＤを１つの辺とする直角三角形とは相似関係にある。そのため、相似関係から、ＥＰＯＤ：ＥＰＦＤ＝ＹＯＤ：ＹＦＤが成立し、下記式（７）から撮像素子の撮像面における光学像のサイズＹＦＤを求めることができる。
Figure 0007157303000007
上記式（７）から明らかなように、撮像素子の撮像面における光学像のサイズＹＦＤは、測定対象の実際のサイズｓｚ、光学系の焦点距離ｆ、光学系の射出瞳から、測定対象が無限遠に存在する場合の光学像の結像位置までの距離ＥＰ、光学系から測定対象までの距離（被写体距離）ａ、および撮像素子の撮像面で光学像がベストピントとなる場合の光学系から測定対象までの距離ａＦＤの関数として表すことができる。
次に、図２に示すように、同じ測定対象を、２つの撮像系ＩＳ１、ＩＳ２を用いて撮像した場合を想定する。第１の撮像系ＩＳ１は、測定対象からの光を集光し、第１の光学像を形成する第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の光学像を撮像するための第１の撮像素子Ｓ１とを備えている。第２の撮像系ＩＳ２は、測定対象からの光を集光し、第２の光学像を形成する第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の光学像を撮像するための第２の撮像素子Ｓ２とを備えている。また、図２から明らかなように、第１の撮像素子Ｓ１の第１の光学系ＯＳ１の光軸と、第２の撮像素子Ｓ２の第２の光学系ＯＳ２の光軸は、平行であるが、一致していない。
第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、それぞれ焦点距離ｆ１、ｆ２を有する固定焦点の光学系である。第１の撮像系ＩＳ１が構成される際において、第１の光学系ＯＳ１の位置（レンズ位置）、すなわち、第１の光学系ＯＳ１と第１の撮像素子Ｓ１の離間距離は、任意の距離ａＦＤ１にある測定対象の第１の光学像が第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される、すなわち、任意の距離ａＦＤ１にある測定対象がベストピントとなるように調整されている。同様に、第２の撮像系ＩＳ２が構成される際において、第２の光学系ＯＳ２の位置（レンズ位置）、すなわち、第２の光学系ＯＳ２と第２の撮像素子Ｓ２の離間距離は、任意の距離ａＦＤ２にある測定対象の第２の光学像が第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される、すなわち、任意の距離ａＦＤ２にある測定対象がベストピントとなるように調整されている。
また、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、測定対象が無限遠に存在する場合の第１の光学像の結像位置までの距離はＥＰ１であり、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、測定対象が無限遠に存在する場合の第２の光学像の結像位置までの距離はＥＰ２である。
第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の前側主点（前側主面）と、第２の光学系ＯＳ２の前側主点（前側主面）との間に、奥行方向（光軸方向）の差Ｄが存在するよう構成および配置されている。すなわち、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から測定対象までの距離（被写体距離）をａとすると、第２の光学系ＯＳ２の前側主点から測定対象までの距離は、ａ＋Ｄとなる。
図１を参照して説明した相似関係を利用することにより、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の光学像の倍率ｍ１は、下記式（８）で表すことができる。
Figure 0007157303000008
ここで、ＥＰＯＤ１は、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、距離ａに測定対象が存在する場合の第１の光学像の結像位置までの距離であり、ＥＰＦＤ１は、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離である。これら距離ＥＰＯＤ１および距離ＥＰＦＤ１の位置関係は、第１の撮像系ＩＳ１が構成される際において、任意の距離ａＦＤ１にある測定対象がベストピントとなるように第１の光学系ＯＳ１の位置（レンズ位置）を調整することにより決定される。また、ΔｂＯＤ１は、焦点距離ｆ１と、第１の光学系ＯＳ１の後側主点から、距離ａに測定対象が存在する場合の第１の光学像の結像位置までの距離ｂＯＤ１との差であり、ΔｂＦＤ１は、焦点距離ｆ１と、第１の光学系ＯＳ１の後側主点から第１の撮像素子Ｓ１の撮像面までの距離ｂＦＤ１との差であり、ｍＯＤ１は、距離ａに測定対象が存在する場合の第１の光学像の結像位置における第１の光学像の倍率である。
上記式（１）、（４）および（６）が第１の光学系ＯＳ１による結像にも適用できるので、上記式（８）は、下記式（９）で表すことができる。
Figure 0007157303000009
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の前側主点から測定対象までの距離である。
同様に、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の光学像の倍率ｍ２は、下記式（１０）で表すことができる。
Figure 0007157303000010
ここで、ＥＰＯＤ２は、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、距離ａ＋Ｄに測定対象が存在する場合の第２の光学像の結像位置までの距離であり、ＥＰＦＤ２は、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの距離である。これら距離ＥＰＯＤ２および距離ＥＰＦＤ２の位置関係は、第２の撮像系ＩＳ２が構成される際において、任意の距離ａＦＤ２にある測定対象がベストピントとなるように第２の光学系ＯＳ２の位置（レンズ位置）を調整することにより決定される。また、ΔｂＯＤ２は、焦点距離ｆ２と、第２の光学系ＯＳ２の後側主点から、距離ａ＋Ｄに測定対象が存在する場合の第２の光学像の結像位置までの距離ｂＯＤ２との差であり、ΔｂＦＤ２は、焦点距離ｆ２と、第２の光学系ＯＳ２の後側主点から第２の撮像素子Ｓ２の撮像面までの距離ｂＦＤ２との差であり、ｍＯＤ２は、距離ａ＋Ｄに測定対象が存在する場合の第２の光学像の結像位置における第２の光学像の倍率であり、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の前側主点から測定対象までの距離である。
したがって、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の光学像の倍率ｍ１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲは、下記式（１１）で表すことができる。
Figure 0007157303000011
ここで、Ｋは、係数であり、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２の構成により決定される固定値ｆ１、ｆ２、ＥＰ１、ＥＰ２、ａＦＤ１、およびａＦＤ２から構成される下記式（１２）で表される。
Figure 0007157303000012
上記式（１１）から明らかなように、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の光学像の倍率ｍ１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲは、測定対象から第１の光学系ＯＳ１の前側主点までの距離ａに応じて変化することがわかる。
また、上記式（１１）を距離ａについて解くと、測定対象までの距離ａについての一般式（１３）を得ることができる。
Figure 0007157303000013
上記式（１３）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の構成により決定される固定値なので、像倍比ＭＲを得ることができれば、測定対象から第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。
図３には、上記式（１３）に基づいて算出された、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の光学像の倍率ｍ１と、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲと、測定対象までの距離ａとの関係の１例が示されている。図３から明らかなように、像倍比ＭＲの値と、測定対象までの距離ａとの間には、一対一関係が成立している。一方、像倍比ＭＲは、下記式（１４）によって算出することができる。
Figure 0007157303000014
ここで、ｓｚは、測定対象の実際のサイズ（高さまたは幅）、ＹＦＤ１は、第１の光学系ＯＳ１によって第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に形成される第１の光学像のサイズ（像高または像幅）、ＹＦＤ２は、第２の光学系ＯＳ２によって第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に形成される第２の光学像のサイズ（像高または像幅）である。
第１の光学像のサイズＹＦＤ１および第２の光学像のサイズＹＦＤ２は、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２が第１の光学像および第２の光学像を撮像することにより取得される、第１の光学像の画像（第１の画像）および第２の光学像の画像（第２の画像）から算出することができる。そのため、実際に測定対象を第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た第１の画像および第２の画像から、第１の光学像のサイズＹＦＤ１および第２の光学像のサイズＹＦＤ２を実測し、それに基づいて、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を得ることができる。
なお、上記式（１１）から明らかなように、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１が第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ２と等しく（ｆ１＝ｆ２）、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、測定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が、第２の光学系ＯＳ２の射出瞳から、測定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と等しく（ＥＰ１＝ＥＰ２）、かつ、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方向（光軸方向）の差Ｄが存在しない（Ｄ＝０）場合、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立せず、像倍比ＭＲは定数となる。この場合、測定対象までの距離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までの距離ａに応じた第２の光学像の倍率ｍ２の変化と同一になってしまい、像倍比ＭＲに基づいて第１の光学系ＯＳ１から測定対象までの距離ａを算出することが不可能となる。
また、特別な条件として、ｆ１≠ｆ２、ＥＰ１≠ＥＰ２、かつＤ＝０の場合であっても、ｆ１＝ＥＰ１かつｆ２＝ＥＰ２の場合、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立せず、像倍比ＭＲは定数となる。このような特別な場合にも、像倍比ＭＲに基づいて第１の光学系ＯＳ１から測定対象までの距離ａを算出することが不可能となる。
したがって、本発明の認証装置では、以下の３つの条件の少なくとも１つが満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置され、これにより、測定対象までの距離ａに応じた第１の光学像の倍率ｍ１の変化が、測定対象までの距離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なっている。
（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、測定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、測定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、上述したような特別な場合（ｆ１≠ｆ２、ＥＰ１≠ＥＰ２、Ｄ＝０、ｆ１＝ＥＰ１かつｆ２＝ＥＰ２）には、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立せず、像倍比ＭＲに基づいて、第１の光学系ＯＳ１から測定対象までの距離ａを算出することが不可能となる。したがって、像倍比ＭＲに基づいて第１の光学系ＯＳ１から測定対象までの距離ａを算出するために、本発明の認証装置は、像倍比ＭＲが距離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。
そのため、本発明の認証装置を用いて取得された第１の画像および第２の画像から実測される第１の光学像のサイズＹＦＤ１および第２の光学像のサイズＹＦＤ２から像倍比ＭＲを算出することにより、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から測定対象までの距離ａを算出することができる。
このように、本発明の認証装置は、実測される第１の光学像のサイズＹＦＤ１および第２の光学像のサイズＹＦＤ２に基づいて、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を算出することにより、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から測定対象までの距離ａを算出する。
本発明の認証装置では、測定対象は、図４に示すように、本発明の認証装置の認証の対象となる認証対象者１００の顔の複数の箇所である。これにより、本発明の認証装置では、認証対象者１００の顔の複数の箇所（例えば、眼、鼻、口、耳等の顔のパーツ）のそれぞれまでの距離ａが算出され、これに基づき、認証対象者１００の顔の３次元情報が生成される。このようにして生成された認証対象者１００の顔の３次元情報は、３次元顔認証に利用される。
以下、上述の原理を利用して、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を算出することにより、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成し、さらに、生成した顔の３次元情報を用いて３次元顔認証を実行可能に構成された本発明の認証装置を、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳述する。
＜第１実施形態＞
最初に、図４および５を参照して、本発明の認証装置の第１実施形態を説明する。図４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５は、図４に示す認証装置の第１の撮像系および第２の撮像系の撮像範囲を示すための概略図である。
図４に示す認証装置１は、認証装置１の制御を行う制御部２と、認証対象者１００からの光を集光し、認証対象者１００の第１の光学像を形成するための第１の光学系ＯＳ１および第１の光学系ＯＳ１によって形成された第１の光学像を撮像するための第１の撮像素子Ｓ１を有する第１の撮像系ＩＳ１と、認証対象者１００からの光を集光し、認証対象者１００の第２の光学像を形成するための第２の光学系ＯＳ２および第２の光学系ＯＳ２によって形成された第２の光学像を撮像するための第２の撮像素子Ｓ２を有する第２の撮像系ＩＳ２と、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と、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とを関連付ける関連付情報を記憶している関連付情報記憶部３と、第１の光学像および第２の光学像に基づいて、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を算出するための距離算出部４と、距離算出部４が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５と、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６と、認証対象者１００の認証処理を実行するための認証部７と、使用者による操作を入力するための操作部８と、液晶パネル等の任意の情報を表示するための表示部９と、外部デバイスとの通信を実行するための通信部１０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１１と、を備えている。
本実施形態の認証装置１は、像倍比ＭＲに基づいて測定対象（すなわち、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を算出するために要求される上述の３つの条件の内、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）という第１の条件が満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述の３つの条件の内、その他の２つの条件（ＥＰ１≠ＥＰ２およびＤ≠０）を満たすように構成および配置されていない。さらに、本実施形態の認証装置１は、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立しているという第４の条件が満たされるよう構成されている。
そのため、像倍比ＭＲを用いて測定対象（すなわち、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を算出するための上記一般式（１３）は、ＥＰ１＝ＥＰ２＝ＥＰおよびＤ＝０の条件により単純化され、下記式（１５）で表すことができる。
Figure 0007157303000015
ここで、係数Ｋは、下記式（１６）で表される。
Figure 0007157303000016
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によって認証対象者１００を撮像することにより第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、さらに、上記式（１５）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。本実施形態の認証装置１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次元情報を生成し、３次元顔認証を実行する。
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１１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、距離算出部４を用いることにより、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２によって撮像された第１の光学像および第２の光学像に基づいて、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、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク）、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。
第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２のそれぞれは、認証対象者１００を撮像するよう構成および配置されている。第１の撮像系ＩＳ１の第１の光学系ＯＳ１は、認証対象者１００からの光を集光し、第１の撮像系ＩＳ１の第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に第１の光学像を形成する機能を有する。第２の撮像系ＩＳ２の第２の光学系ＯＳ２は、認証対象者１００からの光を集光し、第２の撮像系ＩＳ２の第２の撮像素子Ｓ２の撮像面上に第２の光学像を形成するための機能を有する。第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、１つ以上のレンズと絞り等の光学素子から構成されている。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、一致してない。
上述のように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、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、互いに異なるよう（ｆ１≠ｆ２）、構成されている。これにより、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に応じた変化が、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に応じた変化と異なるようになっている。
また、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１が、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２よりも長くなるよう（ｆ１＞ｆ２）、構成されている。
なお、本実施形態における第１の光学系ＯＳ１の構成および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置は、上述の第１の条件（ｆ１≠ｆ２）が満たされており、それにより、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に対する第１の光学像の倍率ｍ１の変化と、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に対する第２の光学像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっていれば、如何なる態様であってもよい。
第１の撮像系ＩＳ１の第１の撮像素子Ｓ１は、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、第１の画像を取得する機能を有している。同様に、第２の撮像系ＩＳ２の第２の撮像素子Ｓ２は、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、第２の画像を取得する機能を有している。
第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２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の光学系ＯＳ１によって、第１の撮像素子Ｓ１の撮像面上に第１の光学像が形成され、第１の撮像素子Ｓ１によって、カラーまたは白黒の第１の画像信号が取得される。取得された第１の画像は、データバス１１を介して、制御部２、距離算出部４、および認証部７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の撮像面上に第２の光学像が形成され、第２の撮像素子Ｓ２によって、カラーまたは白黒の第２の画像が取得される。取得された第２の画像は、データバス１１を介して、制御部２、距離算出部４、および認証部７に送られる。距離算出部４に送られた第１の画像および第２の画像は、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を算出するために用いられる。一方、認証部７に送られた第１の画像および第２の画像は、認証対象者１００の２次元顔認証および／または虹彩認証を実行するために用いられる。また、制御部２に送られた第１の画像および第２の画像は、表示部９による画像表示や通信部１０による画像の通信のために用いられる。
なお、図示の形態では、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２が別々の筐体内において構成されているが、本発明はこれに限られない。第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２が同一の筐体内において構成されているような態様も、本発明の範囲内である。
関連付情報記憶部３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）と、第１の光学系ＯＳ１の前側主点から認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離（被写体距離）ａとを関連付ける関連付情報を記憶するための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。関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、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）から、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を算出するための情報である。
典型的には、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、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を算出するための上記式（１５）（または、一般式（１３））、並びに、該式中の第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置によって決定される上述の固定値（上記式（１５）用であれば、固定値であるｆ１、ｆ２、ＥＰ、およびＫ）である。代替的に、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報は、像倍比ＭＲと認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａとを一意に対応づけたルックアップテーブルであってもよい。関連付情報記憶部３に保存されているこのような関連付情報を参照することにより、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る。
距離算出部４は、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２によって撮像された第１の光学像および第２の光学像に基づいて、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を算出する機能を有している。より具体的には、距離算出部４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を算出する機能を有している。距離算出部４は、第１の撮像系ＩＳ１の第１の撮像素子Ｓ１から第１の画像を受信し、さらに、第２の撮像系ＩＳ２の第２の撮像素子Ｓ２から第２の画像を受信する。
その後、距離算出部４は、第１の画像および第２の画像に対して、Ｃａｎｎｙのようなフィルター処理を施し、第１の画像内における第１の光学像の複数のエッジ部および第２の画像内における第２の光学像の複数のエッジ部を抽出する。距離算出部４は、抽出した第１の光学像の複数のエッジ部に基づいて、第１の光学像の複数の箇所のサイズ（像幅または像高）ＹＦＤ１を算出し、さらに、抽出した第２の光学像のエッジ部に基づいて、第２の光学像の複数の箇所のサイズ（像幅または像高）ＹＦＤ２を算出する。
距離算出部４は、サイズＹＦＤ１、ＹＦＤ２を算出するために用いる複数のエッジ部の組み合わせを変更することによって、第１の光学像および第２の光学像の複数の個所のサイズＹＦＤ１、ＹＦＤ２を取得する。
例えば、距離算出部４は、抽出した複数のエッジ部の内、高さ方向に隣り合うエッジ部を選択し、それらの離間距離を測定することにより、光学像中の任意の箇所の像高を取得することができる。同様に、距離算出部４は、抽出した複数のエッジ部の内、幅方向に隣り合うエッジ部を選択し、それらの離間距離を測定することにより、光学像中の任意の箇所の像幅を取得することができる。
距離算出部４による、抽出した複数のエッジ部の選択は、認証対象者１００の顔に相当するエリアに位置するエッジ部の全てまたはいくつかの組み合わせが網羅されるように実行される。なお、距離算出部４は、抽出されたエッジ部の全てまたはいくつかの組み合わせを網羅するよう、抽出した複数のエッジ部の選択を実行してもよい。このようにして、距離算出部４は、第１の光学像の複数の箇所のそれぞれのサイズＹＦＤ１および第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。
その後、距離算出部４は、算出した第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に基づき、上記式（１４）ＭＲ＝ＹＦＤ２／ＹＦＤ１によって、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それぞれの倍率ｍ２との像倍比ＭＲを算出する。各箇所の像倍比ＭＲが算出されると、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報を参照し、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（特定）する。
３次元情報生成部５は、距離算出部４が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機能を有している。３次元情報生成部５は、距離算出部４から認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａを受信すると、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。
なお、距離算出部４が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が、認証対象者１００の顔を３次元モデル化するのに不十分である場合には、３次元情報生成部５は、バイリニア補間、バイキュービック補間、最近傍補間等の任意の補間技術を用いて、認証対象者１００の顔の高さ（奥行）情報の補間を実行し、認証対象者１００の顔を３次元モデル化する。
その後、３次元情報生成部５は、認証対象者１００の顔の３次元モデルから、認証対象者１００の顔の３次元特徴を、認証対象者１００の顔の３次元情報として抽出する。顔の３次元モデルから抽出される顔の３次元情報としては、例えば、鼻の高さ、鼻の形状（鼻尖の向きや形、鼻背の形や高さ、鼻翼の形等）、眼の窪みの深さ、顔の各部位（眼、鼻、口、耳、眉等）間の奥行方向の離間距離を挙げることができる。このような認証対象者１００の顔の３次元情報は、後述する認証部７によって実行される３次元顔認証において用いられる。
認証情報記憶部６は、認証対象者１００の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３次元情報、第１の画像、および第２の画像を取得し、これらを認証情報として、認証情報記憶部６内に登録する。
後述する認証部７による認証対象者１００に対する認証処理の実行時に、取得された認証対象者１００の３次元情報、第１の画像、および／または、第２の画像が、認証情報記憶部６に保存されている認証情報と照合され、３次元顔認証、２次元顔認証、および／または虹彩認証が実行される。
なお、図示の形態では、認証情報記憶部６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６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６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６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に対する認証が実行されるたびに、通信部１０を用いて、外部に設けられた認証情報記憶部６と通信を行い、認証対象者１００に対する認証を実行する。
認証部７は、３次元情報生成部５が算出した認証対象者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。より具体的には、認証部７は、３次元情報生成部５が算出した認証対象者１００の顔の３次元情報と、認証情報記憶部６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次元顔認証を実行する。
認証部７は、認証対象者１００の顔の３次元情報に含まれる鼻の高さや眼の窪みの深さといった複数の要素のいずれか１つが、認証情報記憶部６に事前に登録されている認証情報の顔の３次元情報の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６に事前に登録されている認証情報の顔の３次元情報の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。
また、認証部７は、前述した３次元顔認証に加えて、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２から受信した第１の画像および第２の画像を用いて、認証対象者１００の虹彩認証および２次元顔認証を実行可能に構成されている。具体的には、認証部７は、第１の画像および／または第２の画像から、顔の２次元特徴量および眼の虹彩情報を抽出し、抽出した顔の２次元特徴量および眼の虹彩情報を用いて、認証対象者１００の虹彩認証および２次元顔認証を実行可能に構成されている。認証部７が第１の画像および／または第２の画像から、顔の２次元特徴量および眼の虹彩情報を抽出する方法は特に限定されず、本分野において既知の様々なアルゴリズムを用いて、顔の２次元特徴量および眼の虹彩情報を抽出することができる。
認証部７は、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２から受信した第１の画像および／または第２の画像から抽出された認証対象者１００の顔の２次元特徴量と、認証情報記憶部６に事前に登録されている認証情報に含まれる第１の画像および／または第２の画像から抽出された顔の２次元特徴量とを比較し、認証対象者１００の２次元顔認証を実行可能に構成されている。認証部７によって実行される２次元顔認証の方法は特に限定されないが、例えば、認証部７は、固有顔法、線形判別分析、グラフマッチング法、周波数解析法、ニューラルネットワーク法、Ｖｉｏｌａ－Ｊｏｎｅｓ法等の任意の２次元顔認証アルゴリズムを用いて、認証対象者１００の２次元顔認証を実行することができる。
また、認証部７は、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２から受信した第１の画像および／または第２の画像から抽出された認証対象者１００の眼の虹彩情報と、認証情報記憶部６に事前に登録されている認証情報に含まれる第１の画像および／または第２の画像から抽出された眼の虹彩情報とを比較し、認証対象者１００の虹彩認証を実行可能に構成されている。認証部７によって実行される虹彩認証の方法は特に限定されないが、例えば、認証部７は、Ｄａｎｇｍａｎのアルゴリズム等の任意の虹彩認証アルゴリズムを用いて、認証対象者１００の虹彩認証を実行することができる。
なお、本実施形態では、上述のように、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、第１の光学系ＯＳ１の焦点距離ｆ１が、第２の光学系ＯＳ２の焦点距離ｆ２よりも長くなるよう（ｆ１＞ｆ２）、構成されている。そのため、本実施形態の認証装置１は、簡易に異なる画角の２つの画像（第１の画像と第２の画像）を同時に取得することができる。具体的には、本実施形態において、第１の撮像系ＩＳ１により取得される第１の画像の画角は、第２の撮像系ＩＳ２により取得される第２の画像の画角よりも狭く、さらに、第１の撮像系ＩＳ１により取得される第１の画像の倍率は、第２の撮像系ＩＳ２により取得される第２の画像の倍率よりも高い。
虹彩認証では、眼の微細な構造である虹彩が用いられるので、虹彩認証に用いられる画像では、認証対象者１００の眼が拡大され、大きく写っていることが好ましい。第１の画像と第２の画像を比較すると、第１の画像は、狭画角および高倍率である。そのため、虹彩認証は、狭画角および高倍率である第１の画像を用いて、実行される。また、より広い範囲の画像を必要とするが、虹彩認証と比較して微細な構造に関する情報を必要としない２次元顔認証は、広画角および低倍率である第２の画像を用いて、実行される。
本実施形態では、図５に示すように、第１の撮像系ＩＳ１は、第１の撮像系ＩＳ１の撮像範囲（図５中に点線で示されている範囲）中に、認証対象者１００の眼を含む認証対象者１００の眼の周辺領域のみが含まれるように、構成および配置される。また、本実施形態では、第２の撮像系ＩＳ２は、第２の撮像系ＩＳ２の撮像範囲（図５中に一点鎖線で示されている範囲）内に、認証対象者１００の顔の全体が含まれるように、構成および配置される。
そのため、本実施形態の認証部７は、第１の撮像系ＩＳ１が取得した第１の画像を用いて認証対象者１００の虹彩認証を実行し、さらに、第２の撮像系ＩＳ２が取得した第２の画像を用いて認証対象者１００の２次元顔認証を実行する。このような構成により、認証対象者１００の虹彩認証および２次元顔認証の精度を高めることができる。
このように、認証部７は、３次元顔認証、２次元顔認証、および虹彩認証の３つの認証を実行可能に構成されている。認証部７は、認証装置１に対して事前に設定されているセキュリティレベル（例えば、「高」、「中」、および「低」）に応じて、これら３つの認証の少なくとも１つを実行することができる。認証装置１のセキュリティレベルは、認証装置１の管理者等により、操作部８を用いて、手動で設定されてもよいし、認証装置１が、通信部１０を介して、管理者等の携帯電話、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等の外部デバイスからセキュリティレベル設定命令を受信し、それに基づいて、セキュリティレベルが設定されてもよい。
例えば、認証装置１のセキュリティレベルが「高」に設定されている場合、認証部７は、認証対象者１００の３次元顔認証および虹彩認証の双方を実行する。この場合、３次元顔認証および虹彩認証の双方を実行するために、認証に要する処理時間が長くなるが、３次元顔認証を実行することにより、写真によるなりすましを見破ることができ、さらに、３次元顔認証と虹彩認証による２重のチェックを実行することができ、認証対象者１００の認証の精度を高めることができる。この場合、認証部７は、３次元顔認証と虹彩認証の双方が成功した場合にのみ、認証対象者１００の認証が成功したと判断する。
また、虹彩認証が成功したにも関わらず、３次元顔認証が失敗した場合には、写真によるなりすましが実行された可能性が高い。そのため、虹彩認証が成功し、３次元顔認証が失敗した場合には、認証部７は、認証対象者１００の認証が失敗したことに加え、写真によるなりすましが実行された可能性が高いと判断する。
また、認証装置１のセキュリティレベルが「中」に設定されている場合、認証部７は、認証対象者１００の２次元顔認証および虹彩認証の双方を実行する。２次元顔認証は、顔の３次元モデルの処理を必要とする３次元顔認証よりも処理時間が短いため、セキュリティレベルが「高」に設定されている場合と比較して、認証に要する処理時間を短くすることができる。また、２次元顔認証と虹彩認証の２重のチェックを実行することができ、認証対象者１００の認証の精度を高めることができる。この場合、認証部７は、２次元顔認証と虹彩認証の双方が成功した場合にのみ、認証対象者１００の認証が成功したと判断する。
また、認証装置１のセキュリティレベルが「低」に設定されている場合、認証部７は、認証対象者１００の２次元顔認証または虹彩認証を実行する。この場合、認証部７は、２次元顔認証と虹彩認証のいずれか一方が成功した場合に、認証対象者１００の認証が成功したと判断する。２次元顔認証と虹彩認証のいずれか一方が成功すれば、認証対象者１００の認証が成功したと判断されるため、認証対象者１００の認証に要する処理時間をさらに短くすることができる。２次元顔認証および虹彩認証の実行順番は特に限定されないが、例えば、認証部７は、最初に、２次元顔認証を実行し、認証対象者１００の顔の一部がマスク等で隠れていて、２次元顔認証が失敗した場合に、虹彩認証を実行するよう構成されていてもよい。
認証部７による認証対象者１００の認証結果（判断結果）は、データバス１１を介して、制御部２に送られる。制御部２は、受信した認証結果を、通信部１０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。また、例えば、外部デバイスは、写真によるなりすましが実行されたとの結果を受信した場合には、セキュリティ警告メッセージを、外部デバイスや認証装置１の管理者等に通知する。
このように、認証部７は、事前に設定されたセキュリティレベルに応じて、実行する認証処理を選択するので、本発明の認証装置１を様々なセキュリティ用途に用いることが可能となる。
図４に戻り、操作部８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８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８として用いることができる。操作部８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８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１０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１０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１０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では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、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、互いに異なるよう（ｆ１≠ｆ２）、構成されており、これにより、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に対する第１の光学像の倍率ｍ１の変化と、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に対する第２の光学像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本実施形態の認証装置１は、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）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を一意に算出することができる。さらに、本実施形態の認証装置１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次元情報を生成し、認証対象者１００の３次元顔認証を実行することができる。
＜第２実施形態＞
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態に係る認証装置について詳述する。図６は、本発明の第２実施形態に係る認証装置の第１の撮像系と第２の撮像系を概略的に示すブロック図である。
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の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成が変更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。
本実施形態の認証装置１は、像倍比ＭＲに基づいて、測定対象（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を算出するために要求される上述の３つの条件の内、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、測定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、測定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）という第２の条件が満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述の３つの条件の内、その他の２つの条件（ｆ１≠ｆ２およびＤ≠０）を満たすように構成および配置されていない。さらに、本実施形態の認証装置１は、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立しているという第４の条件が満たされるよう構成されている。
そのため、像倍比ＭＲに基づいて、測定対象（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を算出するための上記一般式（１３）は、ｆ１＝ｆ２＝ｆおよびＤ＝０の条件により単純化され、下記式（１７）で表すことができる。
Figure 0007157303000017
ここで、係数Ｋは、下記式（１８）で表される。
Figure 0007157303000018
このように、本実施形態の認証装置１では、第１の光学系ＯＳ１の射出瞳から、測定対象（認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれ）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、測定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、互いに異なるよう（ＥＰ１≠ＥＰ２）、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成されており、これにより、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に対する第１の光学像の倍率ｍ１の変化と、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に対する第２の光学像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本実施形態の認証装置１は、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）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を一意に算出することができる。さらに、本実施形態の認証装置１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次元情報を生成し、認証対象者１００の３次元顔認証を実行することができる。
本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態における第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置は、上述の第２の条件（ＥＰ１≠ＥＰ２）が満たされており、それにより、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に対する第１の光学像の倍率ｍ１の変化と、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に対する第２の光学像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっていれば、如何なる態様であってもよい。
また、本実施形態では、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は同一なので（ｆ１＝ｆ２＝ｆ）、第１の撮像系ＩＳ１によって取得される第１の画像および第２の撮像系ＩＳ２によって取得される第２の画像のいずれを用いて、認証対象者１００の虹彩認証が実行されてもよい。
＜第３実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態に係る認証装置について詳述する。図７は、本発明の第３実施形態に係る認証装置の第１の撮像系と第２の撮像系を概略的に示すブロック図である。
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の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置が変更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。
本実施形態の認証装置１は、像倍比ＭＲに基づいて測定対象（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を算出するために要求される上述の３つの条件の内、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Ｄが存在する（Ｄ≠０）という第３の条件が満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されていることを特徴とする。一方、本実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２は、上述の３つの条件の内、その他の２つの条件（ｆ１≠ｆ２およびＥＰ１≠ＥＰ２）を満たすように構成されていない。さらに、本実施形態の認証装置１は、像倍比ＭＲが距離ａの関数として成立しているという第４の条件が満たされるよう構成されている。
そのため、像倍比ＭＲに基づいて、測定対象（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を算出するための上記一般式（１３）は、ｆ１＝ｆ２＝ｆおよびＥＰ１＝ＥＰ２＝ＥＰの条件により単純化され、下記式（１９）で表すことができる。
Figure 0007157303000019
ここで、係数Ｋは、下記式（２０）で表される。
Figure 0007157303000020
このように、本実施形態の認証装置１では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が、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Ｄが存在するよう（Ｄ≠０）、構成および配置されており、これにより、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に対する第１の光学像の倍率ｍ１の変化と、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に対する第２の光学像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっている。そのため、本実施形態の認証装置１は、第１の光学像の倍率ｍ１と第２の光学像の倍率ｍ２との像倍比ＭＲ（ｍ２／ｍ１）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を一意に算出することができる。さらに、本実施形態の認証装置１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次元情報を生成し、認証対象者１００の３次元顔認証を実行することができる。
本実施形態によっても、上述の第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態における第１の光学系ＯＳ１の構成および第２の光学系ＯＳ２の構成および配置は、上述の第３の条件（Ｄ≠０）が満たされており、それにより、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に対する第１の光学像の倍率ｍ１の変化と、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に対する第２の光学像の倍率ｍ２の変化とが、互いに異なるようになっていれば、如何なる態様であってもよい。
また、本実施形態では、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は同一なので（ｆ１＝ｆ２＝ｆ）、第１の撮像系ＩＳ１によって取得される第１の画像および第２の撮像系ＩＳ２によって取得される第２の画像のいずれを用いて、認証対象者１００の虹彩認証が実行されてもよい。
＜第４実施形態＞
次に、図８を参照して、本発明の第４実施形態に係る認証装置について詳述する。図８は、本発明の第４実施形態に係る認証装置の第１の撮像系、第２の撮像系、および赤外光照射部を概略的に示すブロック図である。
以下、第４実施形態の認証装置について、第１実施形態の認証装置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、認証装置１が認証対象者１００に対して赤外光を照射する赤外光照射部１２をさらに備える点、および、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２の少なくとも一方が赤外光を撮像可能に構成されている点を除き、第１実施形態の認証装置と同様である。
赤外光照射部１２は、認証装置１のデータバス１１に接続され、認証装置１の制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、認証対象者１００に対して赤外光を照射する機能を有する。赤外光照射部１２は、認証装置１の制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、認証対象者１００に対して赤外光を照射することができれば特に限定されず、例えば、赤外光ＬＥＤを赤外光照射部１２として用いることができる。
本実施形態における、第１の撮像系ＩＳ１の第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像系ＩＳ２の第２の撮像素子Ｓ２の少なくとも一方は、赤外光を撮像可能に構成されている。本実施形態では、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２による認証対象者１００の撮像時に、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、赤外光照射部１２が認証対象者１００に対して赤外光を照射する。第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像系ＩＳ２の第２の撮像素子Ｓ２の少なくとも一方は、赤外光を撮像可能に構成されているので、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２は、暗所であっても、認証対象者１００の赤外線画像を取得することができる。
虹彩認証のために眼の画像を取得する際に、可視光を認証対象者１００の眼に直接照射すると眩しく、認証時の認証対象者１００の負担が大きい。さらに、眼の虹彩の反射率は、赤外光領域において高い。そのため、認証対象者１００の負担を低減し、さらに、虹彩認証の精度を上げるためには、眼の画像を取得する際に、赤外光を認証対象者１００の眼に照射し、眼の赤外線画像を取得し、赤外線画像を用いて虹彩認証を実行することが好ましい。そのため、本実施形態では、特に、第１の撮像系ＩＳ１の第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像系ＩＳ２の第２の撮像素子Ｓ２のうち、少なくとも、認証対象者１００の虹彩認証に用いられる画像を取得する一方（第１実施形態および本実施形態であれば、第１の撮像系ＩＳ１の第１の撮像素子Ｓ１）が、赤外光を撮像可能に構成されている。このような構成により、認証対象者１００の虹彩認証の精度を高めることができるとともに、認証時の認証対象者１００の負担を低減することができる。
また、第１の撮像素子Ｓ１および第２の撮像素子Ｓ２の双方が、赤外光を撮像可能に構成されている態様も、本発明の範囲内である。このような場合、上述した赤外線画像を用いて虹彩認証を実行することによるメリットに加え、暗所であっても、認証対象者１００の顔の赤外線画像を取得することができ、上述の認証対象者１００の３次元顔認証および２次元顔認証を実行することができる。
＜第５実施形態＞
次に、図９を参照して、本発明の第５実施形態に係る認証装置について詳述する。図９は、本発明の第５実施形態に係る認証装置の第１の撮像系、第２の撮像系、およびプロジェクターを概略的に示すブロック図である。
以下、第５実施形態の認証装置について、第１実施形態の認証装置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、認証装置１が認証対象者１００に対して所定のパターンを照射するプロジェクター１３をさらに備える点を除き、第１実施形態の認証装置と同様である。
プロジェクター１３は、認証装置１のデータバス１１に接続され、認証装置１の制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、認証対象者１００に対して所定のパターン（例えば、縦縞パターン、横縞パターン、グリッドパターン、ドットパターン）を投影する機能を有する。プロジェクター１３は、認証装置１の制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、認証対象者１００に対して所定のパターンを投影することができれば特に限定されず、例えば、ＣＲＴプロジェクターや液晶プロジェクター等をプロジェクター１３として用いることができる。
本実施形態では、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２による認証対象者１００の撮像時に、制御部２のプロセッサーからの制御に応じて、プロジェクター１３が認証対象者１００に対して所定のパターンを投影する。そのため、第１の撮像系ＩＳ１および第２の撮像系ＩＳ２は、所定のパターンが投影された状態の認証対象者１００を撮像する。
認証対象者１００に対して照射された所定のパターンは、距離算出部４が、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を算出するために用いられるエッジ部として利用可能であるので、認証対象者１００の距離の測定箇所を増やすことができる。そのため、認証対象者１００の任意の箇所に明確なエッジ部が存在しない場合であっても、その箇所までの距離ａを算出することが可能となる。また、認証対象者１００の距離の測定箇所が増えるため、認証対象者１００の顔の３次元モデル化の精度が向上し、その結果、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。
ここまで各実施形態を参照して詳述したように、本発明の認証装置１は、複数の画像間の並進視差を用いず、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の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａを一意に算出することができる。本発明の認証装置１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次元情報を生成し、認証対象者１００の３次元顔認証を実行することができる。
そのため、本発明の認証装置１では、従来の複数の画像間の並進視差を用いたステレオカメラ方式の認証装置と異なり、大きな並進視差を確保する必要がないため、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２を近接して配置しても、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を正確に算出することができる。これにより、従来のステレオカメラ方式の認証装置と比較して、認証装置１の小型化を実現することができる。また、本発明の認証装置１では、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を算出するために並進視差を用いていないため、認証対象者１００が認証装置１から非常に近い位置にある場合であっても、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を正確に測定することができる。また、本発明によれば、並進視差を考慮して認証装置１を設計する必要がなくなるため、認証装置１の設計の自由度を増大させることができる。
また、上記各実施形態では、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２の２つの光学系が用いられているが、用いられる光学系の数はこれに限られない。例えば、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２に加え、追加的な光学系をさらに備えるような態様もまた本発明の範囲内である。この場合、追加的な光学系は、追加的な光学系によって形成される光学像の倍率の認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａに対する変化は、第１の光学像の倍率ｍ１の認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａに対する変化および第２の光学像の倍率ｍ２の認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａに対する変化と異なるように構成および配置されている。
なお、上述した各実施形態は、像倍比ＭＲに基づいて測定対象（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を算出するために要求される上述の３つの条件の内のいずれか１つを満たすよう第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されているが、上述の３つの条件の内の少なくとも１つが満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されていれば、本発明はこれに限られない。例えば、上述の３つの条件の内の全てまたは任意の組み合わせが満たされるよう、第１の光学系ＯＳ１および第２の光学系ＯＳ２が構成および配置されている態様も、本発明の範囲内である。
＜認証方法＞
次に図１０、１１、１２を参照して、本発明の認証装置１によって実行される認証方法について説明する。図１０は、本発明の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１１は、本発明の認証装置によって実行される認証方法における認証処理をより詳細に示すフローチャートである。図１２は、本発明の認証装置によって実行される認証方法における３次元顔認証を示すフローチャートである。
なお、以下に詳述する認証方法は、上述した本発明の第１～第５実施形態に係る認証装置１および認証装置１と同等の機能を有する任意の装置を用いて実行することができるが、説明のため、第１実施形態に係る認証装置１を用いて実行されるものとして説明する。
図１０に示す認証方法Ｓ１００は、認証対象者１００が操作部８を用いて、認証対象者１００の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Ｓ１１０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第１の光学像が撮像され、第１の画像が取得される。第１の画像は、データバス１１を介して、制御部２、距離算出部４、および認証部７に送られる。
一方、工程Ｓ１２０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第２の光学像が撮像され、第２の画像が取得される。第２の画像は、データバス１１を介して、制御部２、距離算出部４、および認証部７に送られる。なお、工程Ｓ１１０および工程Ｓ１２０は、同時に実行されてもよいし、別々に実行されてもよい。
工程Ｓ１１０および工程Ｓ１２０の後、工程Ｓ１３０において、認証対象者１００の認証処理が実行される。図１１には、工程Ｓ１３０において実行される認証対象者１００の認証処理がより詳細に示されている。
工程Ｓ１３１において、認証部７によって、事前に設定されている認証装置１のセキュリティレベルがチェックされる。工程Ｓ１３１において認証装置１のセキュリティレベルが「高」に設定されていると判断された場合、認証処理は、工程Ｓ１３２に移行する。工程Ｓ１３２において、認証対象者１００の３次元顔認証と虹彩認証が実行される。工程Ｓ１３２における認証対象者１００の虹彩認証は、第１の画像または第２の画像（第１実施形態であれば、挟角かつ高倍率の第１の画像）を用いて、認証部７によって実行される。同時に、工程Ｓ１３２において、認証対象者１００の３次元顔認証が実行される。
図１２には、工程Ｓ１３２において実行される認証対象者１００の３次元顔認証Ｓ２００が示されている。図１２を参照して、認証対象者１００の３次元顔認証Ｓ２００を詳述する。最初に、工程Ｓ２１０において、距離算出部４によって、第１の画像から、第１の光学像の複数の箇所それぞれのサイズ（像高または像幅）ＹＦＤ１が算出される。同様に、工程Ｓ２２０において、距離算出部４によって、第２の画像から、第２の光学像の複数の箇所それぞれのサイズ（像高または像幅）ＹＦＤ２が算出される。なお、工程Ｓ２１０および工程Ｓ２２０は、同時に実行されてもよいし、別々に実行されてもよい。
工程Ｓ２１０および工程Ｓ２２０において、第１の光学像の複数の箇所のサイズＹＦＤ１および第２の光学像の複数の箇所のサイズＹＦＤ２の双方が算出されると、処理は、工程Ｓ２３０に移行する。工程Ｓ２３０において、距離算出部４は、第１の光学像の複数の箇所のそれぞれのサイズＹＦＤ１および第２の光学像の対応する箇所のサイズＹＦＤ２から、上記式（１４）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を算出する。
次に、工程Ｓ２４０において、距離算出部４は、関連付情報記憶部３に保存されている関連付情報を参照し、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を算出（特定）する。工程Ｓ２４０において認証対象者１００の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離ａが算出されると、処理は、工程Ｓ２５０に移行する。
工程Ｓ２５０において、３次元情報生成部５は、距離算出部４が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を受信する。その後、３次元情報生成部５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に基づいて、認証対象者１００の顔の３次元情報を生成する。
次に、工程Ｓ２６０において、認証部７は、３次元情報生成部５が算出した認証対象者１００の顔の３次元情報と、認証情報記憶部６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次元顔認証を実行する。
認証部７は、認証対象者１００の顔の３次元情報に含まれる鼻の高さや眼の窪みの深さといった複数の要素のいずれか１つが、認証情報記憶部６に事前に登録されている認証情報の顔の３次元情報の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、または、複数の要素の全てが、認証情報記憶部６に事前に登録されている認証情報の顔の３次元情報の全ての要素と一致した場合に、３次元顔認証が成功したと判断する。このような認証対象者１００の３次元顔認証Ｓ２００が、工程Ｓ１３２において実行される。
図１１に戻り、工程Ｓ１３２における認証では、認証部７は、虹彩認証と３次元顔認証Ｓ２００の双方が成功した場合にのみ、認証対象者１００の認証が成功したと判断する。また、虹彩認証が成功し、３次元顔認証が失敗した場合には、認証部７は、認証対象者１００の認証が失敗したことに加え、写真によるなりすましが実行されたと判断する。認証部７は、上述のような認証対象者１００の認証についての判断を制御部２に送信し、工程Ｓ１３０の認証処理が終了する。
一方、工程Ｓ１３１において認証装置１のセキュリティレベルが「中」に設定されていると判断された場合、認証処理は、工程Ｓ１３３に移行する。工程Ｓ１３３において、認証部７は、第１の画像および／または第２の画像を用いて、認証対象者１００の２次元顔認証および虹彩認証の双方を実行する。工程Ｓ１３３における認証では、認証部７は、虹彩認証と２次元顔認証の双方が成功した場合にのみ、認証対象者１００の認証が成功したと判断する。その後、認証部７は、認証対象者１００の認証についての判断を制御部２に送信し、工程Ｓ１３０の認証処理が終了する。
さらに、工程Ｓ１３１において認証装置１のセキュリティレベルが「低」に設定されていると判断された場合、認証処理は、工程Ｓ１３４に移行する。工程Ｓ１３４において、認証部７は、第１の画像および／または第２の画像を用いて、認証対象者１００の２次元顔認証または虹彩認証を実行する。工程Ｓ１３４における認証では、認証部７は、虹彩認証および２次元顔認証の少なくとも一方が成功した場合に、認証対象者１００の認証が成功したと判断する。その後、認証部７は、認証対象者１００の認証についての判断を制御部２に送信し、工程Ｓ１３０の認証処理が終了する。
図１０に戻り、工程Ｓ１４０において、制御部２が、認証対象者１００の認証についての判断（認証結果）を、認証部７から受信する。制御部２は、受信した認証結果を、通信部１０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。
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５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４～９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。
また、図１０～図１２に示された認証方法Ｓ１００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。
１…認証装置 ２…制御部 ３…関連付情報記憶部 ４…距離算出部 ５…３次元情報生成部 ６…認証情報記憶部 ７…認証部 ８…操作部 ９…表示部 １０…通信部 １１…データバス １２…赤外光照射部 １３…プロジェクター １００…認証対象者 ＥＰ、ＥＰ１、ＥＰ２…光学系の射出瞳から、測定対象が無限遠にある場合の被写体像の結像位置までの距離 ＥＰＯＤ…光学系の射出瞳から、任意の距離に測定対象が存在する場合の光学像の結像位置までの距離 ＥＰＦＤ…光学系の射出瞳から、撮像素子の撮像面までの距離 ＩＳ１…第１の撮像系 ＩＳ２…第２の撮像系 ＯＳ１…第１の光学系 ＯＳ２…第２の光学系 Ｓ１…第１の撮像素子 Ｓ２…第２の撮像素子 Ｓ１００…認証方法 Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１３１、Ｓ１３２、Ｓ１３３、Ｓ１３４、Ｓ１４０…工程 Ｓ２００…３次元顔認証 Ｓ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２４０、Ｓ２５０、Ｓ２６０…工程 ａ…測定対象までの距離 Ｄ…第１の光学系の前側主点と、第２の光学系の前側主点との間の奥行方向（光軸方向）の差 ｂＦＤ…光学系の後側主点から撮像素子の撮像面までの距離 ｂＯＤ…光学系の後側主点から、任意の距離に測定対象が存在する場合の光学像の結像位置までの距離 ｆ…焦点距離 ｆ１…第１の光学系の焦点距離 ｆ２…第２の光学系の焦点距離 ＹＦＤ…撮像素子の撮像面における被写体像のサイズ ＹＯＤ…光学像の結像位置における光学像のサイズ ΔｂＯＤ…焦点距離ｆと距離ｂＯＤとの差 ΔｂＦＤ…焦点距離ｆと距離ｂＦＤとの差

Claims (9)

  1. 認証対象者からの光を集光し、前記認証対象者の第１の光学像を形成するための第１の光学系および前記第１の光学系によって形成された前記第１の光学像を撮像するための第１の撮像素子を有する第１の撮像系と、
    前記認証対象者からの光を集光し、前記認証対象者の第２の光学像を形成するための第２の光学系および前記第２の光学系によって形成された前記第２の光学像を撮像するための第２の撮像素子を有する第２の撮像系と、
    前記第１の光学像および前記第２の光学像に基づいて、前記認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離を算出するための距離算出部と、
    前記距離算出部が算出した前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に基づいて、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、
    前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の倍率の変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の倍率の変化と異なるように構成されており、
    前記距離算出部は、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に基づいて、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離を算出し、
    前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の射出瞳から、前記認証対象者が無限遠に存在する場合の前記第１の光学系によって形成される前記第１の光学像の結像位置までの距離と、前記第２の光学系の射出瞳から、前記認証対象者が無限遠に存在する場合の前記第２の光学系によって形成される前記第２の光学像の結像位置までの距離とが異なるように構成されており、これにより、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の前記倍率の前記変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている ことを特徴とする認証装置。
  2. 前記第１の光学系の前側主点と前記第２の光学系の前側主点との間に奥行方向の差が存在し、これにより、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の前記倍率の前記変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている請求項１に記載の認証装置。
  3. 認証対象者からの光を集光し、前記認証対象者の第１の光学像を形成するための第１の光学系および前記第１の光学系によって形成された前記第１の光学像を撮像するための第１の撮像素子を有する第１の撮像系と、
    前記認証対象者からの光を集光し、前記認証対象者の第２の光学像を形成するための第２の光学系および前記第２の光学系によって形成された前記第２の光学像を撮像するための第２の撮像素子を有する第２の撮像系と、
    前記第１の光学像および前記第２の光学像に基づいて、前記認証対象者の顔の複数の箇所のそれぞれまでの距離を算出するための距離算出部と、
    前記距離算出部が算出した前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に基づいて、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、
    前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の倍率の変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の倍率の変化と異なるように構成されており、
    前記距離算出部は、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に基づいて、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離を算出し、
    前記第１の光学系の前側主点と前記第２の光学系の前側主点との間に奥行方向の差が存在し、これにより、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の前記倍率の前記変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の前記倍率の前記変化と異なるようになっていることを特徴とする認証装置。
  4. 前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離と、前記第２の光学系の焦点距離とが、互いに異なるよう構成されており、これにより、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第１の光学像の前記倍率の前記変化が、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離に応じた前記第２の光学像の前記倍率の前記変化と異なるようになっている請求項１ないし３のいずれかに記載の認証装置。
  5. 前記認証部は、前記３次元顔認証に加えて、前記第１の光学像を前記第１の撮像素子によって撮像することによって得られた第１の画像および前記第２の光学像を前記第２の撮像素子によって撮像することによって得られた第２の画像を用いて、前記認証対象者の虹彩認証および２次元顔認証を実行可能に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. 前記認証部は、事前に設定されたセキュリティレベルに応じて、前記３次元顔認証、前記２次元顔認証、および前記虹彩認証の少なくとも１つを実行するよう構成されている請求項５に記載の認証装置。
  7. 前記第１の光学系および前記第２の光学系は、前記第１の光学系の焦点距離が前記第２の光学系の焦点距離よりも、長くなるよう構成されており、
    前記認証部は、前記第１の撮像素子によって取得された前記第１の画像を用いて、前記認証対象者の前記虹彩認証を実行し、さらに、前記第２の撮像素子によって取得された前記第２の画像を用いて、前記認証対象者の前記２次元顔認証を実行する請求項５または６に記載の認証装置。
  8. 前記認証対象者に所定のパターンを投影するプロジェクターをさらに備え、
    前記距離算出部は、前記プロジェクターによって前記所定のパターンが投影された前記認証対象者の前記第１の光学像および前記第２の光学像に基づいて、前記認証対象者の前記顔の前記複数の箇所のそれぞれまでの前記距離を算出する請求項１ないし７のいずれかに記載の認証装置。
  9. 前記認証対象者に赤外光を照射するための赤外光照射部をさらに備え、
    前記第１の撮像系の前記第１の撮像素子および前記第２の撮像系の前記第２の撮像素子の少なくとも一方は、前記赤外光を撮像可能に構成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の認証装置。
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