专利名称：面部认证装置、控制方法、程序、电子设备及记录介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种面部认证装置、控制该装置的方法和程序、具有该装置的电子设备，以及其中记录有所述程序的记录介质。
背景技术：
已知用于认证个人身份的认证技术包括面部认证技术，在这种技术中，拍摄要被认证的个人的面部照片，并将拍摄的面部图像与个人的注册面部图像进行比较，借此以认证个人的身份。该面部认证技术需要防止所谓的“利用图像欺骗”(spoofing-with-picture)，或者使用经认证的用户的面部照片假冒经认证的用户。经认证的用户的面部照片可以是印刷有该用户拍摄图像的相纸，或者是其上显示所拍摄图像的显示器。
从问题的角度看，专利文献1JP-A-2004-36207(2004.12.24.公开)披露了一种面部认证技术，在这种技术中，从多个角度拍摄用户的多个照片以形成认证时的用户图像；预先存储在认证使将被使用的该用户的三维信息；使用多个认证时的用户图像和多个拍摄角度的多个用户图像产生有关该用户的认证时的三维信息；和将有关该用户的认证时的三维信息与该用户自己的三维信息进行比较，从而允许个人身份的认证。专利文献2JP-A-2000-30066(2000.6.28.公开)和专利文献3JP-A-2003-263639(2003.9.19.公开)也披露了面部认证技术。
但是，对于专利文献1的结构，需要预先存储用户面部的三维信息，因此，增加了需要存储的信息量。另外，拍摄照片必须被执行多次，从而消耗了更多的时间和劳力。
发明内容
本发明的优点是提供一种面部认证装置，该装置能够很容易地检测出利用图像欺骗。
根据本发明第一方面的面部认证装置包括面部图像比较部件，用于将要被认证的对象的面部图像与注册的面部图像进行比较；距离获取部件，用于测量从规定位置到所述对象的面部的距离；和对象认证部件，用于在由所述距离获取部件测量的距离的基础上认证所述对象的面部。
所述规定位置的例子包括距离传感器的位置，所述距离传感器用于测量用于拍摄对象的面部照片的照相机的距离和位置。
此外，由于真实的面部都是三维的，所以，它们是不平坦的，因此，在相同的平面上不存在与所述面部相关的多个测量点。另一方面，面部照片是平面的，所以，在相同的平面上存在有关对象的面部的多个测量点。因此，如果在相同平面上存在有关对象的面部的多个测量点，那么，可以确定是利用图像欺骗。
面部照片通常小于真实的面部。因此，为了使通过拍摄面部照片所获得的面部图像的维数近似等于真实面部的面部图像的维数，必须使所述面部照片靠近拍摄部件。因此，如果到所述对象的面部的距离与预先注册的距离不同，那么，可以确定是利用图像欺骗。
因此，对于上述结构，可以在比较面部图像之前测量到对象的面部的距离，以及可以基于所测量的距离来认证所述对象的面部，由此能够容易检测利用图像欺骗。
所述距离获取部件可以测量从多个位置到多个有关对象的面部的测量点的距离；对象认证部件可以确定由所述距离获取部件所测量的多个距离是否基本相同，当所述距离基本相同时，则可以确定所述对象的面部是假的。
在这种情况下，比较面部图像之前测量从多个位置到对象的面部上的多个测量点的距离，这样，能够很容易检测出利用图像欺骗。所述多个位置的例子包括多个距离传感器的位置。
所述距离获取部件可以测量从多个位置到对象的面部上的多个测量点的距离和角度；所述对象认证部件可以在由所述距离获取部件测量的多个位置和角度的基础上规定所述多个测量点，并可以确定所规定的多个点是否存在于同一平面上，当这些点存在于同一平面上时，可以确定所述对象的面部是假的。
在这种情况下，在比较面部图像之前测量从多个位置到对象的面部上的多个测量点的距离和角度，从而能够容易地检测出利用图像欺骗。另外，当使用扫描距离测量部件时，可以通过以不同的角度重复测量所述距离来测量从规定位置到多个测量点的距离和角度。这可以减少所需距离测量部件的数量。所述测量点最好是3个或更多，以确定所述测量点是否存在于同一平面上。
可以预先注册待认证的对象的面部图像和从规定位置到所述对象的面部的距离；和对象认证部件可以确定由所述距离获取部件测量的距离和所注册的距离是否基本相同，当所述距离不是基本相同时，可以确定所述对象的面部是假的。
在这种情况下，可以在比较面部图像之前测量从规定位置到对象的面部的距离。因此，能够很容易地检测出利用图像欺骗。此外，由于测量所述距离一次是足够的，所以，与上述结构相比，能够更加容易地检测出利用图像欺骗。
根据本发明的第二方面，电子设备包括根据权利要求1到4之一的面部认证装置；用于拍摄待被认证的对象的照片并形成该对象的面部图像的拍摄部件；以及用于测量从规定位置到对象的面部距离的距离测量部件。
对于上述结构，距离传感器感测从规定位置到对象的面部的距离；距离获取部件获取该距离；和对象认证部件能够在所述面部比较部件对由所述拍摄部件拍摄的所述对象的面部图像与已经注册的面部图像进行比较之前、基于所测量的距离认证所述对象的面部。由此能够容易地检测出利用图像欺骗。因此，根据本发明实施例的电子设备能够提供与显示设备相同的优点。
根据本发明的第三方面，控制面部认证装置的方法包括使用将待认证对象的面部图像与已经注册的面部图像进行比较的面部图像比较部件执行面部认证；测量从规定位置到对象的面部的距离；和在所测量距离的基础上认证所述对象的面部。
对于所述方法，测量从规定位置到对象的面部的距离并在比较面部图像之前、基于所测量的距离认证所述对象的面部，因而可以检测出利用图像欺骗。
使用控制所述面部认证装置操作的程序可以在计算机上执行该面部认证装置的组件。利用其中记录有面部认证装置控制程序的计算机可读记录介质可以在任何一台计算机上执行该面部认证装置的控制程序。
利用这种方式，根据本发明实施例的面部认证装置测量从规定位置到对象的面部的距离，在比较所述面部图像之前、基于所测量的距离认证所述对象的面部。这样，很容易地检测出利用图像欺骗。
图1的流程示出了根据本发明第一实施例的移动电话的面部认证的操作；图2示出了移动电话外观的前视图；图3的框图示出了移动电话的示意性结构；图4的框图示出了移动电话面部认证部件的示意性结构；图5A示出了从移动电话的距离传感器到立体对象的距离；图5B示出了从所述距离传感器到平面对象的距离；图6的流程示出了根据本发明第二实施例的移动电话的面部认证的操作；图7A示出了用于测量从移动电话的距离传感器到立体对象的面部的距离的方法；图7B示出了用于测量从所述距离传感器到平面对象的面部的距离的方法。
具体实施例方式
第一实施例下面将结合图1到5说明本发明的第一实施例。图2示出了根据本发明第一实施例的移动电话的外观。移动电话(电子设备)10包括操作部件11，用于接收用户的操作；显示部件12，用于显示各种信息；和拍摄部件13，用于在主表面上拍摄包括用户的对象的照片。
根据该实施例，移动电话10具有多个距离传感器(距离测量部件)14，用于测量主表面的位置处离对象的距离。在图2所示的情况下，在移动电话10主表面的上部中央、中央和下部中央中分别设置有三个距离传感器14a-14c。
图3示出了移动电话10的示意性结构。移动电话10包括操作部件11、显示部件12、拍摄部件13、距离传感器14、控制部件20、存储器21、声音输出部件22、声音输入部件23和通信部件24。
操作部件11接收用户的各种输入，并包括输入按钮、键盘、十键小键盘和诸如鼠标、触摸面板或其它输入设备的点击设备。操作部件11将从用户输入的信息转换成操作数据，并将该数据发送给控制部件20。
显示部件12包括诸如冷阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)或等离子体显示器的显示设备。显示部件12在从控制部件20接收的显示数据的基础上显示诸如字符和图像的各种信息。
拍摄部件13包括内置数字照相机，该照相机包括镜头组、光圈和图像拾取设备。图像拾取设备的例子包括充电耦合设备(CCD)和互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。拍摄部件13拍摄对象的照片以便获取拍摄的图像，将该图像转换成拍摄图像的数据，并将该数据发送给控制部件20。
距离传感器14包括用于发送一种波运动的发送部件和用于接收由对象所反射的波运动的接收部件，由此能够根据在所发送的波运动和所接收的波运动之间的相位差或时间差来确定到所述对象的距离。距离传感器14将有关感测距离的数据发送给控制部件20。距离传感器14使用的波运动的例子包括红外光、无线电波和超声波。特别是，从小型化和红外通信的角度来看，距离传感器14最好包括红外发光二极管(LED)和光二极管(PD)的组合。
控制部件20集中控制移动电话10的构件的操作。控制部件20包括例如个人计算机(PC)。执行控制程序的计算机控制所述构件的操作。所述程序可以被记录在诸如CD-ROM的可拆卸介质上或安装到硬盘中。另外，它也可以经过通信部件24下载到硬盘或类似装置中。
存储器21包括上述硬盘的非易失性存储器。存储器21中所存储的内容包括上述控制程序、操作系统(OS)程序和其它各种程序、以及拍摄部件13的操作设置、有关拍摄图像的数据和输入的字符数据。拍摄部件13的操作设置包括维护与在工厂发出处设置的白平衡相关的值以及在调节所拍摄图像明暗的过程中用于图像处理的各种参数。
声音输出部件22将来自控制部件20的声音数据转换为声波，并将它们输出到外部。特别是，声音输出22包括数/模转换器、扬声器和耳机。声音输入部件23将外部的声波转换成声音数据，并将该数据发送到控制部件20。特别是，声音输入部件23包括麦克风和模/数转换器。
通信部件24通过无线电与移动电话系统的基站通信。具体地说，通信部件24将来自控制部件20的通信数据转换成适用于无线电通信的格式，并将无线电波发送到基站。通信部件24还将从基站接收的无线电波转换成通信数据，并将这些数据发送给控制部件20。
在该实施例中，控制部件20包括用于认证个人身份的面部认证部件(面部认证单元)30。图4示出了面部认证部件30的示意性结构。面部认证部件30包括面部图像获取部件31、距离确定部件(距离获取部件)32、3D或2D确定部件(对象确定部件)33、面部图像比较部件34和认证结果输出部件36。存储器21存储一段或多段面部特征数据35，包括已经注册的面部特征信息。
面部图像获取部件31指令拍摄部件13捕捉对象的拍摄图像，并从所捕捉的拍摄图像中获取用于比较的面部图像。诸如检测面部肤色区域、面部轮廓和面部特征的已知面部认证技术可以被用于获取面部图像。面部图像获取部件31将已经获取了面部图像的事实通知距离确定部件32。
当面部图像获取部件31获取了所述面部图像时，距离确定部件32指令距离传感器14感测到所述对象的面部的距离。在该实施例中，距离确定部件32指令三个距离传感器14a-14c以测量到对象的面部的三个距离。距离确定部件32然后将该测量送给3D或2D确定部件33。
图5A示出了从移动电话10的距离传感器14a到14c到立体对象40的距离。图5B示出了从距离传感器14a到14c到平面对象41的距离。图5A示出了当距离传感器14a到14c测量到3D对象40的距离时，到三个点的距离是不同的。特别是，图示出了从中央距离传感器14b到所述3D对象40的距离短于从其它距离传感器14a和14c到该3D对象40的距离。
另一方面，图5B示出了当距离传感器14a到14c测量到2D对象41的距离时，到三个点的距离基本是相同的。因此，通过确定由距离传感器14a到14c确定的距离是否基本相同就可以确定所述对象是立体的还是平面的。
距离测量点最好是诸如眼睛、鼻子、嘴和面部轮廓的面部独特的部分。该实施例使用眼睛、鼻子和嘴作为测量点。
回过来看图4，3D或2D确定部件33根据距离确定部件32的测量确定所述对象是立体的还是平面的。特别是，在从三个距离传感器14a到14c到所述对象的距离基本相同的情况下，3D或2D确定部件33确定所述对象是平面的而不是不平坦的。另一方面，当所述距离不同时，3D或2D确定部件33确定所述对象是不平坦的立体对象。3D或2D确定部件33然后将该确定结果发送给面部图像比较部件34和认证结果输出部件36。
当3D或2D确定部件33确定所述对象是立体时，面部图像比较部件34利用已知的面部认证技术从由面部图像获取部件31获取的面部图像中提取面部特征信息，并将所提取的特征信息与存储在存储器21中的面部特征数据35进行比较。面部图像比较部件34将该比较结果发送给认证结果输出部件36。面部认证技术的已知例子包括本征面部(eigenface)方法、局部特征分析(LFA)方法、曲线匹配方法、神经网络方法、限制共有的子空间方法、混乱空间方法和频率分析方法。
认证结果输出部件36在3D或2D确定部件33的确定结果和面部图像比较部件34的比较结果的基础上指令显示部件12显示所述认证结果。具体地说，当确定所述对象是平面时，或者当确定所述特征信息不同于所存储的特征信息时，认证结果输出部件36指令显示部件12显示认证失败结果。另一方面，当所述特征信息与所存储的特征信息一致时，认证结果输出部件36指令显示部件12显示认证成功的结果。
图1示出了具有上述结构的移动电话10的面部认证操作。面部图像获取部件31首先指令拍摄部件13捕捉拍摄的对象的图像，然后从拍摄图像中获取将被比较的面部图像(对象面部图像)(步骤S10，下面简称为S10，同样的被应用到其它步骤)。
然后，距离确定部件32指令三个距离传感器14a到14c测量到所述对象的面部的三个点的距离(S11)。然后，3D或2D确定部件33确定在三个距离当中是否存在明显的差别(S12)。当在这三个距离当中不存在明显的差别时，或者当这三个距离基本相同(在S 12中为“否”)时，3D或2D确定部件33确定所述对象是平面的，然后，显示部件12通过认证结果输出部件36的指令显示认证失败(S13)。
另一方面，当在这三个距离当中存在明显的差别(在S12为“是”)时，3D或2D确定部件33确定所述对象是立体的，然后，面部图像比较部件34将由面部图像获取部件31获取的面部图像与所存储的面部特征数据进行比较(S14)。然后，显示部件12通过认证结果输出部件36的指令显示认证结果(S15)。在步骤S13或S15的处理之后，面部认证操作结束。
因此，距离传感器14a到14c和距离确定部件32在面部图像比较部件34检查面部图像之前测量到对象的面部上的多个测量点的距离，从而能够容易地检测出利用图像欺骗。
第二实施例下面将参照图6和7说明本发明的第二实施例。在由距离确定部件32使用距离传感器14测量距离的方法中和在确定对象是否是立体的方法中，该实施例的移动电话10与图1到图5所示移动电话10的区别在于它包括代替三个距离传感器14a到14c的扫描距离传感器14。其他的构成和操作是相同的。利用相同的附图标记表示与第一实施例所述相同的构件和操作，并且这里省略其相关描述。
图7A和7B示出了测量从移动电话10的距离传感器14到对象的面部的距离的方法。图7A示出了所述对象是立体的情况。图7B示出了所述对象是平面的情况。如图所示，在该实施例中，距离确定部件32指令距离传感器14以不同的角度测量从扫描距离传感器14到对象的面部的距离三次。
图7A和7B示出了可以根据所述距离和角度掌握三个距离测量点之间的位置关系。图7A示出了对于3D对象40而言所述三个测量点不存在于同一平面上。另一方面，图7B示出了对于2D对象41而言所述三个测量点存在于同一平面上。因此，当三个测量点存在于同一平面上时，可以确定所述对象是平面的；而当这三个测量点不存在于同一平面上时，则可以确定所属对象是立体的。由此，当三个测量点存在于同一平面上时，就可以确定是利用图像欺骗。
图6示出了具有上述结构的移动电话10的面部认证操作。面部图像获取部件31首先指令拍摄部件13获取拍摄的对象的图像，然后从所述拍摄图像中获取将被比较的面部图像(S10)。
然后，距离确定部件32指令距离传感器14以不同的角度测量到对象的面部的三个测量点的距离(S21)。然后，3D或2D确定部件33基于由距离确定部件32确定(测量)的距离和角度找到三个测量点之间的位置关系以确定该位置关系是否表示所述对象是立体的(S22)。当它不是立体的(S22中为“否”)时，3D或2D确定部件33确定所述对象是平面的，然后，显示部件12通过认证结果输出部件36的指令显示认证失败(S13)。
另一方面，当所述位置关系表示所述对象是立体时(在S22中为“是”)，3D或2D确定部件33确定所述对象是立体的，然后，面部图像比较部件34将面部图像获取部件31所获取的面部图像与存储的面部特征数据进行比较(S14)。然后，显示部件12通过认证结果输出部件36的指令显示认证结果(S15)。在步骤S13或S15的处理之后，面部认证操作结束。
因此，距离传感器14和距离确定部件32在面部图像比较部件34比较面部图像之前测量到对象的面部上的多个测量点的距离和角度，从而能够容易地检测出利用图像欺骗。
应当理解，本发明并不局限于前述的实施例，在所述权利要求的精神和范围内可以做出各种修改。还应当理解，可以在本发明的范围内对不同实施例中披露的技术手段进行组合。
例如，在前述的实施例中，测量到对象的面部的多个测量点的距离。但是，面部照片通常要小于真实的面部。因此，为了使通过拍摄面部照片所获得的面部图像的维数近似等于真实面部的面部图像的维数，必须使面部照片靠近拍摄部件13。因此，到待被认证的对象的面部的距离与面部特征数据35一起存储在存储器21中；距离确定部件32测量到对象的面部的距离；和如果所测量的距离与存储在存储器21中的距离不同，那么，3D或2D确定部件33能够检测出利用图像欺骗，从而可以确定所述对象的面部是假的。这样，认证结果输出部件36能够输出认证失败。
还有，在这种情况下，距离传感器14和距离确定部件32在面部图像比较部件34比较面部图像之前测量到对象的面部的距离，由此可以容易地检测出利用图像欺骗。但是，由于仅一次测量所述距离是足够的，所以，与前述实施例相比，能够更加容易地检测出利用图像欺骗。
移动电话10的面部认证部件30的模块如下所述可以由硬件逻辑或使用CPU的软件配置。
面部认证部件30包括用于执行各种功能相关的控制程序的指令的CPU和诸如是用于存储所述程序的ROM、用于扩展所述程序的RAM和用于存储各种程序和数据的存储器的存储单元(记录介质)。也可以借助下述方式实现本发明的目的，即，给面部认证部件30提供作为存储实现前述功能的软件的用于面部认证部件30的控制程序的程序代码(执行形式程序、中间代码程序和源程序)的计算机可读记录介质，并且其计算机(或CPU或MPU)读出记录在该记录介质中的程序代码并执行它们。
记录介质的例子包括诸如磁带和盒带的带；包括诸如软盘和硬盘的磁盘和诸如CD-ROM MO、MD、DVD和CD-R的光盘的盘；包括IC卡(包括存储卡)和光卡的卡；以及包括掩膜ROM、EPROM、EEPROM和闪存的半导体存储器。
面部认证部件30可与通信网络连接，经过该网络可以提供所述程序代码。所述通信网络没有特别限制；例如，可以是因特网、企业内部互联网、外部互联网、LAN、ISDN、VAN、CATV通信网络、虚拟专用网络、电话线网络、移动无线电通信网络和卫星通信网络。用于通信网络的传送介质没有特别限定；例如，可以利用包括IEEE1394、USB、电源线载波系统、电缆TV线、电话线和ADSL线的电缆传输；和包括诸如IrDA和遥控的红外传输、蓝牙(注册商标)、802.11无线传输、HDR、移动电话网络、卫星连接和数字地面网络的无线电传输。本发明也可以利用其中经过电子发送实现所述程序代码的载波或数据信号串来实现。
这样，由于根据本发明实施例的面部认证装置通过测量到将被认证对象的面部的距离并根据所测量的距离确定所述对象的面部是真实的还是假的能够很容易地检测出利用图像欺骗，所以，所述面部认证装置不仅可以被应用于移动电话，而且还可以被应用于任何一种需要面部认证的电子装置。
权利要求
1.一种面部认证装置，包括面部图像比较部件，用于将要被认证的对象的面部图像与注册的面部图像进行比较；距离获取部件，用于测量从规定位置到所述对象的面部的距离；和对象认证部件，用于在由所述距离获取部件测量的距离的基础上认证所述对象的面部。
2.如权利要求1所述的面部认证装置，其中，所述距离获取部件测量从多个位置到所述对象的面部上的多个测量点的距离；和所述对象认证部件确定由所述距离获取部件测量的多个距离是否基本相同，和当所述距离基本相同时，确定所述对象的面部是假的。
3.如权利要求1所述的面部认证装置，其中，所述距离获取部件测量从多个位置到所述对象的面部上的多个测量点的距离和角度；和所述对象认证部件在由所述距离获取部件测量的距离和角度的基础上规定多个测量点，确定所规定的多个点是否存在于同一平面上，和当所述点存在于同一平面上时，确定所述对象的面部是假的。
4.如权利要求1所述的面部认证装置，其中，要被认证对象的面部图像和从规定位置到该对象的面部的距离被预先注册；和所述对象认证部件确定由所述距离获取部件测量的距离和所注册的距离是否基本相同，和当所述距离基本不相同时，确定所述对象的面部是假的。
5.一种电子设备，包括根据权利要求1到4之一所述的面部认证装置；拍摄部件，用于拍摄要被认证的对象的照片，并形成所述对象的面部图像；和距离测量部件，用于测量从规定位置到所述对象的面部的距离。
6.一种控制面部认证装置的方法，该方法包括使用将要被认证的对象的面部图像与注册的面部图像进行比较的面部图像比较部件执行面部认证；测量从规定位置到所述对象的面部的距离；和在所测量距离的基础上认证所述对象的面部。
7.一种用于计算机的程序，用于控制根据权利要求1到4中的一个权利要求的面部认证装置的操作。
8.一种计算机可读记录介质，其中，记录有根据权利要求7的面部认证装置的控制程序。
全文摘要
移动电话包括拍摄部件，用于拍摄要被认证的对象；面部图像比较部件，用于将由所述拍摄部件拍摄的面部图像与注册的面部图像进行比较；以及距离传感器和距离确定部件，用于测量到对象的面部的距离。当拍摄部件拍摄要被认证的对象的照片时，距离确定部件使用距离传感器测量到对象的面部的距离。然后，3D或2D确定部件根据所测量的距离认证对象的面部。当对象的面部是假的时认证结果输出部件输出认证失败。
文档编号G06K9/20GK1834986SQ20061005910
公开日2006年9月20日 申请日期2006年3月14日 优先权日2005年3月15日
发明者井上智裕, 千贺正敬 申请人:欧姆龙株式会社