JP2005107587A - 顔認証装置および通行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】常に安定した照合性能が得られる顔認証装置を提供する。
【解決手段】被認証者の顔画像をカメラで撮影し、得られた顔画像を辞書情報と照合することにより当該被認証者が本人であるか否かを認証する顔認証装置において、カメラのレンズ中心点（視野角中心点）を被認証者の顔の特徴点に配置した後、顔照合処理を実行する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば、被認証者の顔画像を基に被認証者が本人であるか否かを認証する顔認証装置、および、この顔認証装置を用いて通行者の通行（たとえば、重要施設の入退室など）を制御する通行制御装置に関する。

最近、たとえば、セキュリティ管理などにおいて、被認証者の顔画像を基に被認証者が本人であるか否かを認証する顔認証装置が開発されている。
一般に、この種の顔認証装置は、顔画像を入力するためのカメラやカラー液晶表示部などを備えた操作部と、認証処理などを行なうための認証エンジンやカメラ制御部などを備えた制御部とによって構成されていて、操作部のカメラからの入力画像を液晶表示部に表示しながら、被認証者の顔画像を取得して、顔の特徴点を抽出し、この抽出した特徴点を辞書情報として登録する。

その後は、カメラからの入力画像を液晶表示部に表示しながら、被認証者の顔画像を取得する度に、顔の特徴点を抽出して、この抽出した特徴点をあらかじめ登録された辞書情報と照合することにより、被認証者が本人であるか否かを認証するようになっている。

このような顔認証装置では、被認証者をより早く見つけるため、カメラに広角レンズを使用することが多い。広角レンズは、一般に周辺部で画像が歪み易く、照合画像として利用するために画像処理を施すなどの対策を行なうか、視野角が広くとも歪が少ない高価なレンズを使用する必要がある。

また、チルトレバーを操作することにより、所定の位置に立った被撮影者の目に撮影口を向けるチルト機構部と、撮影口のチルト角を算出するチルト角測定部と、チルト角を基にカメラの焦点距離を調整するフォーカス調整部とを備える撮影装置（たとえば、特許文献１参照）では、非撮影者の目とカメラまでの距離とチルト角から統計手法を用いたテーブルもしくは水平に置いたカメラの画像と基準立ち位置のラインに立ったときの画像を基に身長の算出を行なっている。
特願２００１−３３０７６６号公報

広角レンズを利用することにより、カメラを固定したまま広範囲の人物を検出することが可能であり、また、幅広い身長範囲での照合を可能としていたが、広角レンズの特性上、周辺部の画像が歪むことが多く、撮影可能身長の上限、下限で取得画像が歪み、照合性能が安定しないという問題がある。

また、この対策として視野角が広く、かつ、歪みの少ないレンズを使用することで、当該問題点を回避することが可能であるが、このようなレンズは極めて高価であり、安価な製品を提供できないという問題がある。

さらに、特許文献１に示されるように、基準立ち位置にラインを引き、ここに被撮影者が立ったときの画像から身長を求める手法では、カメラとの立ち位置を調べるために事前にラインを引く必要があり、設置条件に制限が発生するという問題がある。

また、ライン上を被撮影者が通過しなかった場合は、基準画像を取得することができないため、取得画像の被撮影者部分を切り出し、統計手法などを用いて身長などを求めざるを得ず、個人の体型や姿勢から受ける影響を除外できないという問題がある。

そこで、本発明は、常に安定した照合性能が得られる顔認証装置および通行制御装置を提供することを目的とする。

本発明の顔認証装置は、被認証者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記画像入力手段から得られる顔画像とあらかじめ顔画像が登録された辞書情報とを照合することにより当該被認証者が本人であるか否かを認証する認証手段とを具備している。

また、本発明の通行制御装置は、通行者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記画像入力手段から得られる顔画像とあらかじめ顔画像が登録された辞書情報とを照合することにより当該通行者が本人であるか否かを認証する認証手段と、この認証手段の認証結果に応じて当該通行者の通行を制御する通行制御手段とを具備している。

本発明によれば、常に安定した照合性能が得られる顔認証装置および通行制御装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係る顔認証装置を用いた通行制御装置の構成を概略的に示すものである。図１において、操作部１は、この例では、被認証者の顔画像（少なくとも顔を含んでいる画像）を撮影して入力する画像入力手段としてのビデオカメラ（以降、単にカメラと略称する）２、カメラ２の角度を可変する角度可変手段としてのカメラ駆動部３、カメラ２で入力された被認証者の顔画像や各種操作案内などを表示する案内手段としての表示部（たとえば、カラー液晶表示器）４、被認証者が自己固有の識別情報としてのＩＤ番号やパスワードなどを入力する入力手段としてのキーボード５、および、被認証者に対して各種音声案内などを行なう音声案内手段としてのスピーカ６を備えていて、被認証者の顔部分と相対向する部分に設置される。

操作部１は制御部７に接続されている。すなわち、操作部１のカメラ２、カメラ駆動部３、表示部４、キーボード５、スピーカ６は、それぞれカメラ制御部８、表示制御部９、キー入力制御部１０、音声制御部１１を介して主制御部（制御手段）１２に接続されている。

照明手段としての照明灯１３は、カメラ２による顔画像の撮影時に被認証者の顔部分を照明するもので、照明制御部１４を介して主制御部１２に接続されている。
距離測定手段としての人感センサ１５は、カメラ２から被認証者までの距離を測定するもので、センサ制御部１６を介して主制御部１２に接続されている。人感センサ１５は、たとえば、超音波を対象物（被認証者）に対し照射し、その反射波を拾うことによって起こるドップラー効果を利用し、当該人感センサ１５（カメラ２）から被認証者までの距離を求めるようになっている。

主制御部１２には、顔画像による認証処理を行なう認証手段としての認証処理部１７、辞書記憶手段としての辞書記憶部１８、および、ゲート制御部１９がそれぞれ接続されている。辞書記憶部１８には、たとえば、あらかじめ被認証者のＩＤ番号に対応させて複数の辞書情報が記憶（登録）されている。

このような構成において、カメラ２で入力された被認証者の顔画像、および、キーボード５で入力された被認証者のＩＤ番号は、カメラ制御部８、キー入力制御部１０、主制御部１２を介して認証処理部１７へ送られる。認証処理部１７は、辞書記憶部１８から入力されたＩＤ番号に対応する辞書情報を選択し、この選択した辞書情報と入力された顔画像とを照合することにより被認証者が本人であるか否かを認証し、その認証結果を主制御部１２へ送るようになっている。

主制御部１２は、認証処理部１７からの認証結果に基づき、ゲート制御部１９を介して通行ゲート２０の開閉制御を行なうことにより、被認証者（通行者）の通行を制御する。通行ゲート２０は、たとえば、住宅の玄関に設置された入退出用ドア、あるいは、重要施設の入退出用ドアなどである。ここに、ゲート制御部１９および通行ゲート２０は通行制御手段を構成している。

図２は、操作部１の外観構成および操作部１に対する照明灯１３および人感センサ１５の配置例の具体例を示すものである。すなわち、操作部１の前面には、カメラ２（カメラ駆動部３）、表示部４、キーボード５およびスピーカ６がそれぞれ設けられている。この場合、表示部４の下方にカメラ２（カメラ駆動部３）が設けられ、カメラ２の側部にキーボード５が設けられ、表示部４の側部にスピーカ６が設けられている。そして、操作部１の上部に照明灯１３が配設され、操作部１の下部に人感センサ１５が配設されている。

図３は、カメラ駆動部３の具体的な構成を模式的に示すものである。すなわち、カメラ支持体３１にはカメラ２が固定されている。カメラ支持体３１は、回転軸３２に固定されていて、回転軸３２とともに回動するようになっている。回転軸３２には、カメラ支持体３１の回転角を検出するエンコーダ部３３が同軸的に固定されている。エンコーダ部３３は、駆動伝達手段としての無端ベルト３４を介してステッピングモータ３５の回転軸３５ａに同軸的に固定されたプーリ３６に連結されている。

これにより、モータ３５の回転力がエンコーダ部３３に伝達され、エンコーダ部３３が回転することによりカメラ支持体３１（カメラ２）が回動し、カメラ２のレンズ向き方向の角度が上下に所定範囲変更可能となっている。なお、符号３７はカメラ支持体３１の初期位置を検知する初期位置センサである。また、カメラ２は、この例では視野角αの画像を撮影できるものとする。

カメラ支持体３１の初期位置は、図４（ａ）に示すように、カメラ２のレンズの中心点が水平方向を向いた状態に設定されている。この状態から所定の角度上方に回転させた状態が図４（ｂ）である。

次に、このような構成において動作を説明する。
まず、第１の動作例について図５に示すフローチャートを参照して説明する。第１の動作例は、顔照合位置を自動的に調整する場合である。
被認証者が操作部１の前に位置すると、人感センサ１５が反応してその出力値が変動し、これにより主制御部１２は被認証者が操作部１の前に位置したことを判別する（ステップＳ１）。

次に、主制御部１２は、このときカメラ２で撮影された被認証者の顔画像をカメラ２の出力から取込み、この取込んだ画像内に人物（被認証者）が存在するか否かをチェックする（ステップＳ２）。このチェックは、たとえば、人感センサ１５が反応したと思われる部位を入力画像から判別することにより行なう。ここで人物の存在が検知できなかった場合はステップＳ１に戻る。

ステップＳ２で人物が検知できた場合、主制御部１２は、入力画像から顔領域を切り出すことにより、顔が存在するか否かをチェックする（ステップＳ３）。このチェックは、たとえば、入力画像から顔の特徴情報として両目および両鼻孔を検出し、両目および両鼻孔が検出できたとき顔が存在すると判定する。ここで顔領域が切り出せなかった場合はステップＳ２に戻る。

ステップＳ３で顔領域が切り出せた場合、主制御部１２は、入力画像内のどこに顔領域が存在するか、その顔領域の位置（顔位置）を算出する（ステップＳ４）。この顔位置の算出は、たとえば、ステップＳ３で検出した両目および両鼻孔の位置情報などを用いて行なわれる。

次に、主制御部１２は、算出した顔位置が入力画像内の中央にあるか否かをチェックする（ステップＳ５）。このチェックの結果、顔位置が入力画像内の中央にない場合、カメラ２のレンズの周辺部は画像の歪みが大きくなる傾向にあるため、主制御部１２は、カメラ制御部８を介してカメラ駆動部３を駆動することにより、顔の特徴点の位置が画像領域の中央になるように、すなわち、図６に示すように、カメラ２の視野角αの中心点（レンズ中心点）ＣＴが被認証者Ｍの顔の特徴点と一致するように、カメラ２の角度を調整する（ステップＳ６，Ｓ７）。
すなわち、たとえば、ステップＳ３で検出した両鼻孔の位置情報を用いて両鼻孔間の中央部を顔の特徴点として検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報とカメラ２のあらかじめ判明しているレンズ中心点情報とから、カメラ２を駆動すべき角度（駆動量）βおよび駆動方向（上方または下方）を算出する。

そして、この算出した角度βおよび駆動方向に基づきモータ３５を駆動することにより、このモータ３５の動力が無端ベルト３４を介してカメラ２の回転運動に変換され、カメラ２が所望の位置に設定される。この動作により、カメラ２のレンズ中心点ＣＴの延長線上へ顔の特徴点（両鼻孔間の中央部）を配置することが可能となる。

ここに、ステップＳ６の処理が本発明における、カメラを駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段に対応し、ステップＳ７の処理が本発明における、カメラの視野角の中心点を顔の特徴点と対応させる制御手段に対応している。

こうして、カメラ２のレンズ中心点ＣＴの延長線上へ顔の特徴点を配置した後、主制御部１２は、認証処理部１７による顔照合処理を実施する（ステップＳ８）。顔照合処理には、ＩＤ番号やパスワードの入力を必要とする１対１照合と、ＩＤ番号やパスワードの入力を必要としない１対Ｎ照合とがある。

１対１照合の場合、あらかじめ被認証者がキーボード５からＩＤ番号を入力しておくことにより、カメラ２が取込んだ顔画像から特徴点を抽出するとともに、先に入力されたＩＤ番号に対応する辞書情報を辞書記憶部１８から選択し、この選択した辞書情報と上記抽出した特徴点とを照合することにより、被認証者が本人であるか否かを認証し、その認証結果を主制御部１２へ送る。

１対Ｎ照合の場合、ＩＤ番号の入力は行なわず、入力された顔画像を辞書記憶部１８に登録されている全ての辞書情報と照合することにより、被認証者が本人であるか否かを認証し、その認証結果を主制御部１２へ送る。

なお、ステップＳ５のチェックの結果、顔位置が入力画像内の中央にある場合、主制御部１２はステップＳ６，Ｓ７をジャンプしてステップＳ８に進み、顔照合処理を実施する。

主制御部１２は、認証処理部１７から認証結果を受けると、その認証結果を参照することにより認証成功か否かを判定し、認証成功の場合、すなわち、入力された顔画像と辞書情報とが一致した場合、操作部１のスピーカ６に認証成功の音声案内を出力するとともに、表示部４に認証終了の案内を表示して、ゲート制御部１９に開放命令を送る。ゲート制御部１９は、主制御部１６からの開放命令を受けると、通行ゲート２０を開放し、被認証者（通行者）の通行を許可する。

一方、認証不成功の場合、すなわち、入力された顔画像と辞書情報とが不一致の場合、主制御部１６は、操作部１のスピーカ６に認証不成功の音声案内を出力するとともに、表示部４に認証未終了の案内を表示して、当該認証処理を終了する。

このように、カメラ２のレンズ中心点ＣＴの延長線上へ顔の特徴点を配置することにより、最も歪みが少ない位置へ顔の特徴点を配置することができるため、安定した顔画像を取得することが可能となり、カメラ２のレンズによる画像歪みを削減した顔照合が可能となる。

次に、第２の動作例について図７および図８に示すフローチャートを参照して説明する。第２の動作例は、カメラ２の焦点距離を調整する場合である。
ステップＳ１１〜Ｓ１２は、前述した第１の動作例（図５）におけるステップＳ１〜Ｓ２と同様であるので、説明は省略する。
次に、主制御部１２は、ステップＳ１３において、人感センサ１５により、図９に示すように、当該人感センサ１５（カメラ２）から被認証者Ｍまでの距離ｌを求める。
次に、ステップＳ１４〜Ｓ１８は、前述した第１の動作例（図５）におけるステップＳ３〜Ｓ７と同様であるので、説明は省略する。
次に、主制御部１２は、ステップＳ１９において、ステップＳ１７により算出された角度（駆動量）βとそれまでの角度とからカメラ２の現在の仰角θ（図９参照）を算出する。ここに、ステップＳ１９の処理が本発明における仰角算出手段に対応している。

次に、主制御部１２は、ステップＳ１３で求めたカメラ２から被認証者Ｍまでの距離ｌと、ステップＳ１９で求めたカメラ２の仰角θとを用いて、下記式（１）より、カメラ２から顔の特徴点までの距離（光軸距離）ｘ（図９参照）を求める（ステップＳ２０）。ここに、ステップＳ１９の処理が本発明における、カメラから顔の特徴点までの距離を算出する距離算出手段に対応している。

ｘ＝ｌｃｏｓθ …… （１）
カメラの焦点距離は、レンズとカメラとの関係より一意に求められ、あらかじめ判明しており、ステップＳ２０で求められた光軸距離ｘと等しくなったときに焦点が合致した状態となり、この状態が最も鮮明な画像が得られる。

そこで、主制御部１２は、図示しないメモリにあらかじめ初期値として記憶されているカメラ２の焦点距離ｘ′を読出し（ステップＳ２１）、ステップＳ２０で求められた光軸距離ｘと比較する（ステップＳ２２）。この比較の結果、［ｘ＞ｘ′］であれば、主制御部１２は、被認証者に対し、表示部４により例えばカメラ２に近付くように案内し（ステップＳ２２）、ステップＳ１２に戻り、上記同様な動作を繰り返す。

ステップＳ２２での比較の結果、［ｘ＞ｘ′］でなければ、主制御部１２は、［ｘ＜ｘ′］であるか否かをチェックする（ステップＳ２４）。このチェックの結果、［ｘ＜ｘ′］であれば、主制御部１２は、被認証者に対し、表示部４により例えばカメラ２から遠ざかるように案内し（ステップＳ２５）、ステップＳ１２に戻り、上記同様な動作を繰り返す。

ここに、ステップＳ２２〜Ｓ２５の処理が本発明における、カメラの焦点を合致させるまでの適正な移動方向等を当該被認証者に対し案内する案内手段に対応している。

ステップＳ２３，Ｓ２５の案内にしたがい、被認証者が移動するに伴い、カメラ２の角度の変更と人感センサ１５による距離の測定を繰り返し、常にあるいは一定間隔ごとに光軸間距離を計算し、適正な位置になったとき、すなわち、ステップＳ２４において［ｘ＜ｘ′］でなくなったとき、主制御部１２は、カメラ２と被認証者との距離が適正値になったと判断し（ステップＳ２６）、認証処理部１７による顔照合処理を実施する（ステップＳ２７）。
なお、ステップＳ２７の顔照合処理は、前述した第１の動作例（図５）におけるステップＳ８と同様であるので、説明は省略する。

このように、カメラ２の焦点距離を調整した後、カメラ２により取得した照合画像は、カメラ２のレンズの影響を受けにくく、焦点距離も適正であるため、最も安定した照合画像となっている。この画像により顔照合を行なうことにより、登録時の辞書情報との立ち位置変動による影響を抑えた突合せが実現できるため、より安定した照合性能を得ることが可能となる。

したがって、人感センサ１５によりカメラ２と被認証者との距離を正確に把握可能なため、前述したように、顔の特徴点をカメラ２のレンズ中心点ＣＴの延長線上へ配置するようカメラ２を駆動することによって、正確な光軸距離を測定することができ、その結果として常に安定した照合性能が得られる。

次に、第３の動作例について図１０および図１１に示すフローチャートを参照して説明する。第３の動作例は、カメラ２のオートフォーカス機能を利用して焦点距離を自動調整する場合である。したがって、この例の場合、カメラ２としてレンズ部にオートフォーカス機能を備えたカメラを用いるものとする。

ステップＳ３１〜Ｓ４２は、前述した第２の動作例（図７、図８）におけるステップＳ１１〜Ｓ２２と同様であるので、説明は省略する。
ステップＳ４２での比較の結果、［ｘ＞ｘ′］であれば、主制御部１２は、カメラ２のオートフォーカス機能を制御することにより、カメラ２の焦点距離を長くして光軸距離ｘに合わせる（ステップＳ４３）。

ステップＳ４２での比較の結果、［ｘ＞ｘ′］でなければ、主制御部１２は、［ｘ＜ｘ′］であるか否かをチェックする（ステップＳ４４）。このチェックの結果、［ｘ＜ｘ′］であれば、主制御部１２は、カメラ２のオートフォーカス機能を制御することにより、カメラ２の焦点距離を短くして光軸距離ｘに合わせる（ステップＳ４５）。

ここに、ステップＳ４２〜Ｓ４５の処理が本発明における、カメラの焦点距離を可変制御することによりカメラの焦点を合致させる焦点距離調整手段に対応している。

ステップＳ４３あるいはＳ４５の処理が終了すると、主制御部１２は、カメラ２と被認証者との距離が適正値になったと判断し（ステップＳ４６）、認証処理部１７による顔照合処理を実施する（ステップＳ４７）。
なお、ステップＳ４７の顔照合処理は、前述した第２の動作例（図７、図８）におけるステップＳ２７と同様であるので、説明は省略する。

このように、カメラ２のレンズ部にオートフォーカス機能を備えたカメラを用い、光軸距離を基に適正な焦点距離を算出し、この値を基にフォーカスを調整してピントを合わせることにより、同様に鮮明な画像を取得することが可能となる。

ただし、オートフォーカス機能だけでは、焦点距離の調整がなされるだけで、被認証者の立ち位置によって取得される顔部分の画像サイズが登録時の辞書情報のサイズと異なってしまう現象が発生する場合がある。顔部分が最小限総画素数で切り出せた場合には比較的問題はないが、顔が小さすぎた、もしくは大きすぎた場合は、登録された辞書情報との画像サイズが著しく異なり、照合に時間がかかるという問題がある。このため、本実施の形態では、焦点距離と同時にレンズ群の間隔を変更するズーム機能を併せ持つものとする。

焦点距離を確定した後、取得した画像サイズから切り出した顔のサイズが辞書登録の際に用いる基準の顔サイズになるよう、レンズ群の距離を調整する。これにより、どのような立ち位置でも焦点距離および取得する顔サイズが一定となるようにすることが可能となる。

次に、第４の動作例について説明する。第４の動作例は、辞書情報に対し被認証者の身長に関する情報を付加しておき、１対Ｎ照合を行なう場合の辞書情報の絞り込みを行なうことにより、照合時間の短縮を図るものである。

まず、辞書情報の登録動作について図１２および図１３に示すフローチャートを参照して説明する。
本装置の電源オン後、操作部１のキーボード５にて所定の操作を行なうことにより管理者メニューに入る。ここで、新規登録または登録更新メニューを選択し、登録者（被認証者）が操作部１のカメラ２の前に位置する。次に、登録者は、操作部１のキーボード５にて自己のＩＤ番号を入力し（ステップＳ５１）、その後、キーボード５にて自己のパスワードを入力する（ステップＳ５２）。

次のステップＳ５３〜Ｓ５９は、前述した第２の動作例（図７、図８）におけるステップＳ１３〜Ｓ１９と同様であるので、説明は省略する。
次に、主制御部１２は、ステップＳ５３で求めたカメラ２から被認証者Ｍまでの距離ｌと、ステップＳ５９で求めたカメラ２の仰角θとを用いて、下記式（２）より、カメラ２の設置位置から顔の特徴点までの高さＨ（図１４参照）を求める（ステップＳ６０）。ここに、ステップＳ６０の処理が本発明における、カメラの設置位置から顔の特徴点までの高さを算出する第１の高さ算出手段に対応している。

Ｈ＝ｌｔａｎθ …… （１）
次に、主制御部１２は、図示しないメモリにあらかじめ初期値として記憶されている床面からカメラ２の設置位置までの高さｈ（図１４参照）を読出し（ステップＳ６１）、この読出した高さｈとステップＳ６０で求めた高さＨとを加算することにより、床面から顔の特徴点までの高さｈ′を求める（ステップＳ６２）。ここに、ステップＳ６０の処理が本発明における、床面から顔の特徴点までの高さを算出する第２の高さ算出手段に対応している。

次に、主制御部１２は、ステップＳ６２で求めた床面から顔の特徴点までの高さ情報ｈ′を身長キー（検索キー）として辞書情報に付加する（ステップＳ６３）。すなわち、辞書記憶部１８に格納される辞書情報のフォーマットは、たとえば、図１５に示すように、ＩＤ番号格納部４１、パスワード格納部４２、辞書本体格納部４３、登録時静止画格納部４４、登録日時格納部４５、更新日時格納部４６、通過日時格納部４７、身長キー格納部４８、その他の情報格納部４９から構成されていて、上記高さ情報ｈ′は身長キー格納部４８に格納される。なお、ＩＤ番号格納部４１にはステップＳ５１で入力されたＩＤ番号が格納され、パスワード格納部４２にはステップＳ５２で入力されたパスワードが格納される。

次に、主制御部１２は、このときカメラ２が取込んだ顔画像を取得し（ステップＳ６４）、認証処理部１７に送り、辞書本体の作成を行なう（ステップＳ６５）。すなわち、認証処理部１７は、入力された顔画像から顔の特徴点を抽出し、その抽出した特徴点を辞書本体（辞書情報）として、入力されたＩＤ番号やパスワードおよびステップＳ６２で求めた高さ情報ｈ′と対応させて辞書記憶部１８に登録（記憶）する。すなわち、作成した辞書本体を図１５の辞書本体格納部４３に格納する。ここに、ステップＳ６５の処理が本発明における辞書作成手段に対応している。

次に、上記のようにして作成した辞書情報を用いた照合動作について図１６から図１８に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ７１〜Ｓ８６は、前述した第３の動作例（図１０、図１１）におけるステップＳ３１〜Ｓ４６と同様であるので、説明は省略する。
ステップＳ８７〜Ｓ８９は、前述した辞書登録動作（図１３）におけるステップＳ６０〜Ｓ６２と同様であるので、説明は省略する。

次に、主制御部１２は、ステップＳ８９で求めた床面から顔の特徴点までの高さ情報ｈ′を検索キーとして辞書記憶部１８内の辞書情報を検索することにより、当該高さ情報ｈ′近傍の高さ情報が付加された辞書情報（辞書本体）を選択する（ステップＳ９０）。なお、高さ情報ｈ′近傍の高さ情報とは、たとえば、高さ情報ｈ′に対し±１０％の範囲内に入る値を持った高さ情報とする。ここに、ステップＳ９０の処理が本発明における辞書選択手段に対応している。

次に、主制御部１２は、このときカメラ２が取込んだ顔画像を取得し（ステップＳ９１）、認証処理部１７に送り、１対Ｎ照合による顔照合処理を行なう。すなわち、認証処理部１７は、入力された顔画像から顔の特徴点を抽出し、その抽出した特徴点をステップＳ９０で選択された高さ情報ｈ′近傍の高さ情報が付加された辞書情報と照合することにより（ステップＳ９２）、両情報の類似度を求め、求めた類似度が閾値よりも高い場合には（ステップＳ９３）、当該被認証者は本人（登録者）であると判定し（ステップＳ９４）、求めた類似度が閾値よりも低い場合には（ステップＳ９３）、当該被認証者は別人（未登録者）であると判定し（ステップＳ９５）、その判定結果を主制御部１２へ送る。

このように、辞書情報に対し被認証者の身長に関する情報を付加しておき、１対Ｎ照合を行なう場合の辞書情報の絞り込みを行なうことにより、照合時間の短縮を図ることができる。

すなわち、前述したように、顔照合方法を大別すると、ＩＤ番号やパスワードの入力を行なわない１対Ｎ照合とＩＤ番号をキーもしくはＩＤカードなどにより入力する１対１照合の２通りが存在する。

１対１照合の場合は、指定されたＩＤ番号の辞書情報と入力画像（照合画像）との照合を行なう。このような場合、辞書ファイル１個と照合画像１枚もしくは１群の照合画像とを突き合わせることにより照合を行なうため、突き合わせる辞書情報の数が少なく、比較的短時間に照合を完了することが可能である。

一方、１対Ｎ照合は、取得された照合画像と登録された全ての辞書情報とを突き合わせることにより照合を行なう。この照合の結果、照合画像と辞書情報に一致もしくは基準を超える類似性がある人物がいることを確認し、照合完了となる。この照合方法では、照合を行なう度に登録された全ての辞書情報を検索する必要があるため、登録人数が増加するにしたがい照合処理時間が増加するという問題がある。

これに対し、上記実施の形態の第４の動作例によれば、辞書登録時に、床面から被認証者の顔の特徴点までの高さ情報ｈ′を求め、この求めた高さ情報ｈ′を身長キー（検索キー）として辞書情報に付加しておく。照合時、同様に床面から被認証者の顔の特徴点までの高さ情報ｈ′を求め、この求めた高さ情報ｈ′を検索キーとして辞書情報を検索することにより当該高さ情報ｈ′近傍の高さ情報が付加された辞書情報を選択し、照合を行なうことにより、１対Ｎ照合を行なう場合の辞書情報の絞り込みを行なうことができ、より高速な１対Ｎ照合を実現することができる。

本発明の実施の形態に係る顔認証装置を用いた通行制御装置の構成を概略的に示すブロック図。 操作部の外観構成および操作部に対する照明灯および人感センサの配置例の具体例を示す正面図。 カメラ駆動部の具体的な構成を模式的に示す側面図。 カメラ駆動部の動作を説明する模式図。 第１の動作例について説明するフローチャート。 カメラのレンズ中心点と被認証者の顔の特徴点との関係を説明する模式図。 第２の動作例について説明するフローチャート。 第２の動作例について説明するフローチャート。 光軸距離を説明する模式図。 第３の動作例について説明するフローチャート。 第３の動作例について説明するフローチャート。 第４の動作例における辞書登録動作を説明するフローチャート。 第４の動作例における辞書登録動作を説明するフローチャート。 床面とカメラの設置位置と被認証者の顔の特徴点の高さ関係を説明する模式図。 辞書情報のフォーマット例を示す図。 第４の動作例における照合動作を説明するフローチャート。 第４の動作例における照合動作を説明するフローチャート。 第４の動作例における照合動作を説明するフローチャート。

符号の説明

１…操作部、２…ビデオカメラ（画像入力手段）、３…カメラ駆動部（角度可変手段）、４…表示部（案内手段）、５…キーボード（入力手段）、６…スピーカ（音声案内手段）、７…制御部、８…カメラ制御部、１２…主制御部（制御手段）、１３…照明灯（照明手段）、１５…人感センサ（距離測定手段）、１７…認証処理部（認証手段）、１８…辞書記憶部（辞書記憶手段）、１９…ゲート制御部（通行制御手段）、２０…通行ゲート（通行制御手段）、Ｍ…被認証者（人物、通行者）。

Claims (8)

1. 被認証者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、
   この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、
   前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、
   この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、
   この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記画像入力手段から得られる顔画像とあらかじめ顔画像が登録された辞書情報とを照合することにより当該被認証者が本人であるか否かを認証する認証手段と、
   を具備したことを特徴とする顔認証装置。
2. 被認証者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、
   この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、
   前記画像入力手段から被認証者までの距離を測定する距離測定手段と、
   前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、
   この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、
   この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記制御量算出手段により算出された角度とそれまでの角度とから前記画像入力手段の現在の仰角を算出する仰角算出手段と、
   この仰角算出手段により算出された現在の仰角と前記距離測定手段により測定された前記画像入力手段から被認証者までの距離とに基づき前記画像入力手段から前記顔の特徴点までの距離を算出する距離算出手段と、
   この距離算出手段により算出された前記画像入力手段から前記顔の特徴点までの距離と前記画像入力手段の焦点距離とに基づき前記画像入力手段の焦点を合致させるまでの適正な移動方向等を当該被認証者に対し案内する案内手段と、
   この案内手段による案内に基づく当該被認証者の移動等により前記画像入力手段の焦点を合致させた後、前記画像入力手段から得られる顔画像とあらかじめ顔画像が登録された辞書情報とを照合することにより当該被認証者が本人であるか否かを認証する認証手段と、
   を具備したことを特徴とする顔認証装置。
3. 被認証者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、
   この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、
   前記画像入力手段から被認証者までの距離を測定する距離測定手段と、
   前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、
   この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記画像入力手段角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、
   この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記制御量算出手段により算出された角度とそれまでの角度とから前記画像入力手段の現在の仰角を算出する仰角算出手段と、
   この仰角算出手段により算出された現在の仰角と前記距離測定手段により測定された前記画像入力手段から被認証者までの距離とに基づき前記画像入力手段から前記顔の特徴点までの距離を算出する距離算出手段と、
   この距離算出手段により算出された前記画像入力手段から前記顔の特徴点までの距離と前記画像入力手段の焦点距離とに基づき前記画像入力手段の焦点距離を可変制御することにより前記画像入力手段の焦点を合致させる焦点距離調整手段と、
   この焦点距離調整手段により前記画像入力手段の焦点を合致させた後、前記画像入力手段から得られる顔画像とあらかじめ顔画像が登録された辞書情報とを照合することにより当該被認証者が本人であるか否かを認証する認証手段と、
   を具備したことを特徴とする顔認証装置。
4. 被認証者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、
   この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、
   前記画像入力手段から被認証者までの距離を測定する距離測定手段と、
   前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、
   この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、
   この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記制御量算出手段により算出された角度とそれまでの角度とから前記画像入力手段の現在の仰角を算出する仰角算出手段と、
   この仰角算出手段により算出された現在の仰角と前記距離測定手段により測定された前記画像入力手段から被認証者までの距離とに基づき前記画像入力手段の設置位置から前記顔の特徴点までの高さを算出する第１の高さ算出手段と、
   この第１の高さ算出手段により算出された前記画像入力手段の設置位置から前記顔の特徴点までの高さとあらかじめ判明している床面から前記画像入力手段の設置位置までの高さとに基づき床面から前記顔の特徴点までの高さを算出する第２の高さ算出手段と、
   辞書登録時、前記画像入力手段から得られる顔画像に基づき辞書情報を作成する辞書作成手段と、
   この辞書作成手段により作成された辞書情報と前記第２の高さ算出手段により算出された床面から前記顔の特徴点までの高さ情報とを対応させて記憶する辞書記憶手段と、
   照合時、前記第２の高さ算出手段により算出された床面から前記顔の特徴点までの高さ情報の近傍の高さ情報と対応する辞書情報を前記辞書記憶手段から選択する辞書選択手段と、
   この辞書選択手段により選択された辞書情報と前記画像入力手段から得られる顔画像とを照合することにより当該被認証者が本人であるか否かを認証する認証手段と、
   を具備したことを特徴とする顔認証装置。
5. 通行者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、
   この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、
   前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、
   この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、
   この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記画像入力手段から得られる顔画像とあらかじめ顔画像が登録された辞書情報とを照合することにより当該通行者が本人であるか否かを認証する認証手段と、
   この認証手段の認証結果に応じて当該通行者の通行を制御する通行制御手段と、
   を具備したことを特徴とする通行制御装置。
6. 通行者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、
   この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、
   前記画像入力手段から通行者までの距離を測定する距離測定手段と、
   前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、
   この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、
   この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記制御量算出手段により算出された角度とそれまでの角度とから前記画像入力手段の現在の仰角を算出する仰角算出手段と、
   この仰角算出手段により算出された現在の仰角と前記距離測定手段により測定された前記画像入力手段から通行者までの距離とに基づき前記画像入力手段から前記顔の特徴点までの距離を算出する距離算出手段と、
   この距離算出手段により算出された前記画像入力手段から前記顔の特徴点までの距離と前記画像入力手段の焦点距離とに基づき前記画像入力手段の焦点を合致させるまでの適正な移動方向等を当該通行者に対し案内する案内手段と、
   この案内手段による案内に基づく当該通行者の移動等により前記画像入力手段の焦点を合致させた後、前記画像入力手段から得られる顔画像とあらかじめ顔画像が登録された辞書情報とを照合することにより当該通行者が本人であるか否かを認証する認証手段と、
   この認証手段の認証結果に応じて当該通行者の通行を制御する通行制御手段と、
   を具備したことを特徴とする通行制御装置。
7. 通行者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、
   この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、
   前記画像入力手段から通行者までの距離を測定する距離測定手段と、
   前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、
   この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、
   この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記制御量算出手段により算出された角度とそれまでの角度とから前記画像入力手段の現在の仰角を算出する仰角算出手段と、
   この仰角算出手段により算出された現在の仰角と前記距離測定手段により測定された前記画像入力手段から通行者までの距離とに基づき前記画像入力手段から前記顔の特徴点までの距離を算出する距離算出手段と、
   この距離算出手段により算出された前記画像入力手段から前記顔の特徴点までの距離と前記画像入力手段の焦点距離とに基づき前記画像入力手段の焦点距離を可変制御することにより前記画像入力手段の焦点を合致させる焦点距離調整手段と、
   この焦点距離調整手段により前記画像入力手段の焦点を合致させた後、前記画像入力手段から得られる顔画像とあらかじめ顔画像が登録された辞書情報とを照合することにより当該通行者が本人であるか否かを認証する認証手段と、
   この認証手段の認証結果に応じて当該通行者の通行を制御する通行制御手段と、
   を具備したことを特徴とする通行制御装置。
8. 通行者の少なくとも顔画像を撮影する画像入力手段と、
   この画像入力手段の角度を可変する角度可変手段と、
   前記画像入力手段から通行者までの距離を測定する距離測定手段と、
   前記画像入力手段から得られる顔画像から顔の特徴点を検出し、この検出した顔の特徴点の位置情報と前記画像入力手段の視野角の中心点から前記画像入力手段を駆動すべき角度と方向を算出する制御量算出手段と、
   この制御量算出手段により算出された角度と方向に基づき前記角度可変手段を制御することにより前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させる制御手段と、
   この制御手段により前記画像入力手段の視野角の中心点を前記顔の特徴点と対応させた後、前記画像入力手段制御量算出手段により算出された角度とそれまでの角度とから前記画像入力手段の現在の仰角を算出する仰角算出手段と、
   この仰角算出手段により算出された現在の仰角と前記距離測定手段により測定された前記画像入力手段から通行者までの距離とに基づき前記画像入力手段の設置位置から前記顔の特徴点までの高さを算出する第１の高さ算出手段と、
   この第１の高さ算出手段により算出された前記画像入力手段の設置位置から前記顔の特徴点までの高さとあらかじめ判明している床面から前記画像入力手段の設置位置までの高さとに基づき床面から前記顔の特徴点までの高さを算出する第２の高さ算出手段と、
   辞書登録時、前記画像入力手段から得られる顔画像に基づき辞書情報を作成する辞書作成手段と、
   この辞書作成手段により作成された辞書情報と前記第２の高さ算出手段により算出された床面から前記顔の特徴点までの高さ情報とを対応させて記憶する辞書記憶手段と、
   照合時、前記第２の高さ算出手段により算出された床面から前記顔の特徴点までの高さ情報の近傍の高さ情報と対応する辞書情報を前記辞書記憶手段から選択する辞書選択手段と、
   この辞書選択手段により選択された辞書情報と前記画像入力手段から得られる顔画像とを照合することにより当該通行者が本人であるか否かを認証する認証手段と、
   この認証手段の認証結果に応じて当該通行者の通行を制御する通行制御手段と、
   を具備したことを特徴とする通行制御装置。

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