(57)【要約】【課題】光源アレイ部を用いたレンジファインダ装置において、人間の鼻のような凸形状を有する物体に対しても、測定誤差を確実に抑制可能にする。【解決手段】カメラ１０２の上下に配置された照明１０１ａ，１０１ｂから、それぞれ２種類の光パタンを人物ＰＰに投射する。鼻ＮＳの下側の領域では、照明１０１ａからの光パタンは一部当たらないが、照明１０１ｂからの光パタンは確実に投射される。カメラ１０２で撮影された輝度画像から、各光源アレイ部１０１ａ，１０１ｂに係る原距離画像をそれぞれ得て、これらを合成して最終的に距離画像を生成する。【選択図】　図２
2004028874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体に光を投射し、その反射光を受けて前記被写体の３次元位置を測定するレンジファインダ装置であって、
それぞれ、複数の光源が配列された、複数の光源アレイ部と、
前記複数の光源アレイ部から、それぞれ、当該光源アレイ部の各光源の発光様態を制御することによって、少なくとも２種類の光パタンを投射させる光源制御部と、
前記各光源アレイ部から投射された各光パタンに対する前記被写体からの反射光を、輝度画像として撮影するカメラ部と、
前記各光源アレイ部について、それぞれ、前記カメラ部によって撮影された当該光源アレイ部に対応する輝度画像から、原距離画像を得て、これらの原距離画像を用いて、距離画像を生成する画像処理部と
を備えたことを特徴とするレンジファインダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記画像処理部は、
生成する距離画像の各座標における距離値を、前記原距離画像それぞれの当該座標における距離値の中から、選択するものである
ことを特徴とするレンジファインダ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記画像処理部は、
前記原距離画像それぞれの当該座標における距離値のうち、当該原距離画像の基になる輝度画像の当該座標における輝度値の平均値が最も大きいものを、選択する
ことを特徴とするレンジファインダ装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記画像処理部は、
前記原距離画像それぞれの当該座標における距離値のうち、当該原距離画像の基になる輝度画像の当該座標における輝度値の最大値が最も大きいものを、選択する
ことを特徴とするレンジファインダ装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記複数の光源アレイ部は、光パタンを照射する領域が互いに空間的に分離された複数の組に、分かれて構成されている
ことを特徴とするレンジファインダ装置。
【請求項６】
被写体に光を投射し、その反射光を受けて前記被写体の３次元位置を測定し、この３次元情報を利用して物体の位置を検出する物体検出装置であって、
複数の光源が配列された光源アレイ部と、
前記光源アレイ部の各光源の発光様態を制御することによって、前記光源アレイ部から、少なくとも２種類の光パタンを投射させる光源制御部と、
前記光源アレイ部から投射された各光パタンに対する前記被写体からの反射光を、輝度画像として撮影するカメラ部と、
前記カメラ部によって撮像された輝度画像から距離画像を得て、この距離画像と、前記物体の距離値から構成された距離テンプレートとのマッチングを行うことによって、前記物体の位置を探索する画像処理部とを備え、
前記距離テンプレートは、前記物体と前記光源アレイ部およびカメラ部との位置関係から、前記各光パタンが適切に当たらないと推定される領域が、マスクされている
ことを特徴とする物体検出装置。
【請求項７】
物体の位置を検出する方法であって、
被写体に、複数の光源が配列された光源アレイ部から、少なくとも２種類の光パタンを投射し、
投射した各光パタンに対する前記被写体からの反射光を、カメラ部によって、輝度画像として撮影し、
前記カメラ部によって撮像された輝度画像から、距離画像を得て、
この距離画像と、前記物体の距離値から構成された距離テンプレートとのマッチングを行うことによって、前記物体の位置を探索するものであり、
前記距離テンプレートは、前記物体と前記光源アレイ部およびカメラ部との位置関係から、前記各光パタンが適切に当たらないと推定される領域が、マスクされている
ことを特徴とする物体検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の３次元情報を取得可能なレンジファインダ装置に関する技術、およびその３次元情報から物体の位置を検出する技術に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なレンジファインダ装置は、光源部から２種類の光パタンを被写体に投射し、その反射光を撮影した輝度画像から、画素毎に輝度比を算出する。そして予め算出しておいた、輝度比から距離への変換式によって、距離を測定する。
【０００３】
長時間安定して計測可能なレンジファインダ装置を実現するために、その光源部に、ＬＥＤなどの光源を配列した光源アレイを採用する方式が提案されている（特願２００１−２８６６４６号参照）。ＬＥＤはキセノンフラッシュランプ等と比べて、寿命が長く、発光強度も安定している。ただし、１個当たりの発光量が小さいため、アレイ状に複数個配置して用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のレンジファインダ装置の構成では、ＬＥＤなどの光源がアレイ状に配置された光源アレイを用いているので、光源部自体が、点光源とはみなせない程度の表面積を有している。このため、例えば図１７に示すように、光源部の比較的近くにある人物ＰＰの鼻ＮＳを計測しようとすると、次のような問題が生じる。すなわち、鼻ＮＳの下側の領域にある計測点Ａでは、カメラの上に設置された光源アレイのうち、光源Ｂが発した光は当たるものの、光源Ａが発した光は当たらない。言い換えると、鼻ＮＳの下に陰ができてしまう。このため、計測点Ａでは、距離測定のために意図した光パタンが照射されないことになり、したがって、測定した距離の誤差は大きくなる。
【０００５】
また、レンジファインダ装置によって生成した距離画像から物体の位置を検出する場合、このような測定誤差に起因して、検出精度が低下する可能性がある。
【０００６】
前記の問題に鑑み、本発明は、光源アレイ部を用いたレンジファインダ装置において、被写体が凸形状を有する場合であっても、測定誤差を確実に抑制可能にすることを課題とする。
【０００７】
また、本発明は、光源アレイ部を利用した物体の位置検出において、検出精度の低下を抑制することを課題とする。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明が講じた解決手段は、被写体に光を投射し、その反射光を受けて前記被写体の３次元位置を測定するレンジファインダ装置として、それぞれ複数の光源が配列された複数の光源アレイ部と、前記複数の光源アレイ部から、それぞれ当該光源アレイ部の各光源の発光様態を制御することによって、少なくとも２種類の光パタンを投射させる光源制御部と、前記各光源アレイ部から投射された各光パタンに対する前記被写体からの反射光を輝度画像として撮影するカメラ部と、前記各光源アレイ部についてそれぞれ、前記カメラ部によって撮影された当該光源アレイ部に対応する輝度画像から原距離画像を得て、これらの原距離画像を用いて距離画像を生成する画像処理部とを備えたものである。
【０００９】
請求項１の発明によると、複数の光源アレイ部から、それぞれ少なくとも２種類の光パタンが被写体に投射される。そして、画像処理部は、各光源アレイ部について撮影された輝度画像から、原距離画像をそれぞれ得て、これらの原距離画像から距離画像を生成する。このため、被写体が凸形状を有していた場合であっても、陰になって光パタンが適切に投射されずに距離を精度よく測定できない領域を、大幅に減少させることができる。したがって、測定誤差を確実に抑制することができる。
【００１０】
そして、請求項２の発明では、前記請求項１における画像処理部は、生成する距離画像の各座標における距離値を、前記原距離画像それぞれの当該座標における距離値の中から、選択するものとする。
【００１１】
請求項２の発明によると、全体として誤差の少ない距離画像を、簡易に、合成することができる。
【００１２】
そして、請求項３の発明では、前記請求項２における画像処理部は、前記原距離画像それぞれの当該座標における距離値のうち、当該原距離画像の基になる輝度画像の当該座標における輝度値の平均値が最も大きいものを、選択するものとする。
【００１３】
また、請求項４の発明では、前記請求項２における画像処理部は、前記原距離画像それぞれの当該座標における距離値のうち、当該原距離画像の基になる輝度画像の当該座標における輝度値の最大値が最も大きいものを、選択するものとする。
【００１４】
請求項３および４の発明によると、すでに求められている輝度画像における輝度値を参照して、距離値を選択できるので、誤差の少ない距離画像を、きわめて簡易に合成することができる。
【００１５】
また、請求項５の発明では、前記請求項１における複数の光源アレイ部は、光パタンを照射する領域が互いに空間的に分離された複数の組に分かれて構成されているものとする。
【００１６】
請求項５の発明によると、被写体の凸形状が複数あるような場合であっても、誤差の少ない距離計測を行うことができる。
【００１７】
また、請求項６の発明が講じた解決手段は、被写体に光を投射し、その反射光を受けて前記被写体の３次元位置を測定し、この３次元情報を利用して物体の位置を検出する物体検出装置として、複数の光源が配列された光源アレイ部と、前記光源アレイ部の各光源の発光様態を制御することによって、前記光源アレイ部から少なくとも２種類の光パタンを投射させる光源制御部と、前記光源アレイ部から投射された各光パタンに対する前記被写体からの反射光を輝度画像として撮影するカメラ部と、前記カメラ部によって撮像された輝度画像から距離画像を得て、この距離画像と前記物体の距離値から構成された距離テンプレートとのマッチングを行うことによって、前記物体の位置を探索する画像処理部とを備え、前記距離テンプレートは、前記物体と前記光源アレイ部およびカメラ部との位置関係から距離測定誤差が大きいと推定される領域がマスクされているものとする。
【００１８】
また、請求項７の発明が講じた解決手段は、物体の位置を検出する方法として、被写体に、複数の光源が配列された光源アレイ部から少なくとも２種類の光パタンを投射し、投射した各光パタンに対する前記被写体からの反射光をカメラ部によって輝度画像として撮影し、前記カメラ部によって撮像された輝度画像から距離画像を得て、この距離画像と前記物体の距離値から構成された距離テンプレートとのマッチングを行うことによって、前記物体の位置を探索するものであり、前記距離テンプレートは、前記物体と前記光源アレイ部およびカメラ部との位置関係から距離測定誤差が大きいと推定される領域がマスクされているものとする。
【００１９】
請求項６または７の発明によると、距離テンプレートでは、物体と光源アレイ部およびカメラ部との位置関係から光パタンが適切に当たらないと推定された領域について、マスクされている。このため、その領域についてはマッチングの対象から外れるので、距離画像がその領域について誤差を含んでいても、精度良く、物体の位置を検出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
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。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るレンジファインダ装置を内蔵した虹彩認証装置の正面図、図２は図１の虹彩認証装置１０によって、その前面に位置する被写体としての人物ＰＰの虹彩認証を行う様子を示す図である。本実施形態では、レンジファインダ装置によって得た人物ＰＰの顔の距離画像から、鼻ＮＳの位置を探索し、この鼻ＮＳの位置を参照して眼ＥＹの３次元位置を求めて、虹彩認証を行うものとする。
【００２２】
図１および図２に示すように、虹彩認証装置１０は、広角カメラ用照明１０１ａ，１０１ｂ、広角カメラ１０２および虹彩撮影ユニット１０５を備えている。虹彩撮影ユニット１０５は可動であり、内部に、望遠カメラ用照明１０３および望遠カメラ１０４が固定されている。虹彩撮影ユニット１０５は、望遠カメラ用照明１０３と望遠カメラ１０４の相対位置関係を変えることなく、照明（撮影）する方向を変化させることができる。
【００２３】
本実施形態では、広角カメラ用照明１０１ａ，１０１ｂと広角カメラ１０２、およびこれらの制御に係る部分が、被写体の３次元位置を測定するレンジファインダ装置として機能する。図３は本実施形態に係るレンジファインダ装置の構成を機能的に示すブロック図である。
【００２４】
広角カメラ用照明１０１ａ，１０１ｂはそれぞれ、光源としてのＬＥＤ１１が複数個配列された光源アレイ部によって構成されている。図１において、各ＬＥＤ１１は○印で表されており、広角カメラ用照明１０１ａ，１０１ｂはそれぞれ１１×１１個のＬＥＤ１１によって構成されている。また、広角カメラ１０２はＶＧＡ画素数（横４８０画素×縦６４０画素）を有しており、縦長の視野が得られるように設置される。この広角カメラ１０２によって、図４に示すような人物ＰＰの顔を含む上半身画像が撮影される。
【００２５】
光源制御部１０６は、広角カメラ用照明１０１ａ，１０１ｂに対して、ＬＥＤ毎に（例えばアレイの列または行毎に）、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって発光時間を制御することができる。広角カメラ１０２の露出時間内において、発光時間が長いほどのべ光量が大きくなるので、発光時間の制御によって、任意の光パタンの生成が可能となる。
【００２６】
ここでは、行（水平方向）毎に発光時間を制御するものとする。この場合には、光パタンにおいて、図２における垂直方向に変調がかかることになる。また光源制御部１０６は、カメラの露出タイミング（露出時間）に合わせて、２種類の光パタンを切り替える。図５は発光時間の制御によって生成した２種類の光パタンを示す図である。同図中、（ａ）はＬＥＤの発光時間を行番号に従って単調に増加させる光パタンＡであり、（ｂ）はＬＥＤの発光時間を行番号に従って単調に減少させる光パタンＢである。光源制御部１０６は、照明１０１ａ，１０１ｂからそれぞれ、図５のような２種類のパタンをそれぞれ異なるタイミングで照射させる。
【００２７】
ここで、まず、図１および図２に示す虹彩認証装置１０の動作の概略について、図６および図７のフローチャートに従って、説明する。
【００２８】
まずステップＳ１０において、広角カメラ用照明１０１ａは図５に示すような２種類の光パタンを照射し、広角カメラ１０２はこの２種類の光パタンに対する反射光画像を輝度画像としてそれぞれ撮影する。同様に、広角カメラ用照明１０１ｂが図５の２種類の光パタンを照射し、広角カメラ１０２がこの２種類の光パタンに対する反射光画像を輝度画像としてそれぞれ撮影する。これら４枚の輝度画像から、人物ＰＰについての横４８０画素×縦６４０画素の距離画像を得る。ここでの処理の詳細については、後述する。
【００２９】
次にステップＳ２０において、目の３次元位置を計算する。図７はステップＳ２０の詳細を示す。まずステップＳ２１において、人物の奥行き値を推定する。すなわち、ステップＳ１０で得られた距離画像から全画素の距離値ヒストグラムを計算し、人物をカメラの光軸と垂直な平面と見做した場合の、広角カメラ１０２からの距離を推定する。
【００３０】
次にステップＳ２２において、人物の顔領域を推定する。顔領域の推定は、ステップＳ１０で得られた距離画像を所定の閾値で二値化して得た奥行き二値化画像を生成し、このニ値化画像における画素成分の分布を参照して行う。ここで、顔領域は、少なくとも両目と鼻を含む領域と定義する。また、顔の大きさは人物によらず一定であると仮定し、カメラ１０２の画角が既知であれば、画像内における顔の大きさは、人物の奥行き値から推定可能である。
【００３１】
図８は顔領域が推定された奥行きニ値化画像の一例である。図８では、二値化において‘１’の領域を白、‘０’の領域を黒で表している。なお、頭髪、黒色の眼鏡フレーム、目、眉などの反射率の小さい領域や、首、衣服のしわ部など影が生じる領域では、距離がうまく測定できないために、二値化の際に背景領域すなわち‘０’に決定されている。
【００３２】
次にステップＳ２３において、ステップＳ２２で推定した顔領域内から目の３次元位置を推定する。ここでは、顔領域の距離画像から鼻位置を探索し、この鼻位置を参照して眼領域を絞り込み、眼領域の輝度画像から目の位置を検出するものとする。
【００３３】
ここでは、鼻位置の探索のために、鼻形状のテンプレートを利用する。図９は鼻形状のテンプレートの一例である。図９の鼻テンプレートは、正面から測定したＮ（Ｎ＝２０）人の顔の３次元データから鼻領域を手動で切り出し、縦横サイズの正規化および位置合わせを行った後に平均化したものである。図９では距離値がグレーの濃淡によって表現されており、グレーが濃く輝度が低いほど、カメラに近いことを、グレーがうすく輝度が高いほど、カメラから遠いことを表している。図９のテンプレートは底辺Ｔｘ，高さＴｙの台形の形状であり、その外接矩形における左上および右上部分の領域は、距離画像が眼鏡等の影響を受けるおそれがあるので、テンプレートとしては採用していない。
【００３４】
そして、顔領域の距離画像と、図９の鼻テンプレートとをマッチングさせることによって、鼻の位置を検出する。
【００３５】
次に、顔領域の輝度画像から、目位置を探索する。このとき、検出した鼻の位置を参照して探索領域を限定する。輝度画像からの目位置の探索は、任意の方法でよく、例えば特開２００２−５６３９４号公報に記載された方法を用ればよい。輝度画像から眼の位置を検出した後、３次元の目位置を決定する。
【００３６】
次にステップＳ３０において、望遠カメラ１０４を目の３次元位置に向けて、虹彩画像を撮影する。そして、ステップＳ４０において、撮影した目の画像から虹彩認証を行う。虹彩認証は、例えば特表平８−５０４９７９号公報記載の方法によって行えばよい。
【００３７】
ここで、ステップＳ１０での処理、すなわち、本実施形態に係る距離画像の求め方について、説明する。
【００３８】
距離計測は、基本的には、１個の光源アレイ（光パタン２種類）と１個のカメラによって、実行可能である。光源アレイを用いたレンジファインダの距離計測の原理については、特願２００１−２８６６４６に示されており、ここでは説明を省略する。
【００３９】
これに対して、本実施形態に係る虹彩認証装置では、図１または図２に示すように、２個の広角カメラ用照明１０１ａ，１０１ｂが広角カメラ１０２を挟んで反対の位置に設置されている。そして上述したように、撮影時には、照明１０１ａ，１０１ｂのそれぞれから、図５に示すような光パタンを、それぞれ異なるタイミングで人物ＰＰに対して投射させる。
【００４０】
図１０は広角カメラ１０２の露出タイミングと広角カメラ用照明１０１ａ，１０１ｂから投射される光パタンとの関係を示す図である。そして、照明１０１ａから光パタンＡ，Ｂがそれぞれ投射されたときの２枚の反射光画像、および照明１０１ｂから光パタンＡ，Ｂがそれぞれ投射されたときの２枚の反射光画像の計４枚の輝度画像が得られる。画像処理部１０７は、この４枚の輝度画像から、距離画像を生成する。
【００４１】
図１１は本実施形態による作用効果を説明するための図である。本実施形態に係るレンジファインダは、ＬＥＤ光源がアレイ状に配置された光源アレイによって照明１０１ａ，１０１ｂが構成されており、照明１０１ａ，１０１ｂ自体、ある程度の表面積を持っている。このとき、図１１のように、カメラ１０２の正面にいる人物ＰＰの鼻ＮＳのような凸形状を含む物体を計測しようとすると、鼻ＮＳの下の計測点Ａでは、照明１０１ａを構成する各光源のうち、光源Ｂからの光は当たるものの、光源Ａからの光は当たらないことになる。このような場合、計測点Ａには、意図した光パタンが照射されないことになり、したがって、測定した距離の誤差が大きくなってしまうという問題が生じる。
【００４２】
このような問題に対して、本実施形態では、カメラ１０２を挟んで対称の位置に他の照明１０１ｂが配置される。そして、計測点Ａには、照明１０１ｂを構成する全ての光源からの光が、遮られることなく、到達する。したがって、計測点Ａについては、照明１０１ｂによって計測された距離画像の距離値を採用することによって、誤差の発生を抑制することができる。
【００４３】
このように、例えば被写体の凸形状の両側から照明を行うことによって、被写体の形状に起因する計測誤差の増大を抑えることができる。すなわち、複数の光源アレイ部を設けることによって、陰になって光パタンが適切に投射されずに距離を精度よく測定できない領域を、大幅に減少させることができる。
【００４４】
画像処理部１０７は、以下のような処理によって、４枚の輝度画像から距離画像を生成する。
【００４５】
まず、照明１０１ａから照射された光パタンＡ，Ｂに対応する２枚の輝度画像から、距離画像を原距離画像として得る。同様に、照明１０１ｂから照射された光パタンＡ，Ｂに対応する２枚の輝度画像から、距離画像を原距離画像として得る。これらの原距離画像の取得方法は、特願２００１−２８６６４６に示されたとおりである。
【００４６】
そして、得られた２枚の原距離画像を合成して、１枚の距離画像を生成する。
【００４７】
いま、２枚の原距離画像が得られているので、生成しようとする距離画像の各座標については、それぞれ、２個の距離値が与えられていることになる。そこで、距離画像の各座標における距離値を、原距離画像それぞれの当該座標における距離値の中から選択することによって、簡易な方法によって、距離画像を生成することができる。
【００４８】
ここで、原距離画像はそれぞれ２枚の輝度画像から得られており、原距離画像の各座標における距離値は、２個の輝度値から算出されている。すなわち、原距離画像の各座標の距離値は、１組の輝度値ペアにそれぞれ対応している。
【００４９】
そして図１１において、計測点Ａでは、照明１０１ｂからの投射光による輝度値の方が、照明１０１ａからの投射光による輝度値よりも、鼻ＮＳによって遮られない分、大きくなると考えられる。そこで、生成しようとする距離画像の各座標について、各原距離画像の当該座標における距離値のうち、当該原距離画像の基になる輝度画像の当該座標における輝度値の平均値が大きい方の距離値を、採用する。そして、輝度値の平均値が大きい方の距離値を集めて、１個の距離画像を合成する。
【００５０】
これにより、測定誤差の少ない距離画像を、きわめて簡易な方法によって、生成することができる。なお、輝度値の平均値の代わりに、例えば、輝度値の最大値が大きい方の距離値を採用するようにしてもかまわない。また、距離画像の生成は、各座標の距離値を、各原距離画像の当該座標の距離値から選択する以外の方法によって、行ってもかまわない。例えば、原距離画像の距離値について、各座標ごとに、平均値を求め、これを距離画像の距離値として用いたり、原距離画像の距離値を、各座標ごとに、それぞれ重み付けして加算したりしてもよい。
【００５１】
以上のように本実施形態によると、点光源とみなすことができない、ある程度の表面積を持った照明を用いた場合であっても、誤差の少ない距離測定が可能になる。したがって、例えば、距離画像からの鼻位置検出などを良好に行うことができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、光源アレイ部を上下に配置したが、これ以外の配置位置でもよく、例えばカメラの左右に配置してもよい。また、光源アレイ部の個数は、２個よりも大きい数であってもよい。例えば、カメラの上下左右に４個の光源アレイ部を配置してもよい。
【００５３】
また、各光源アレイ部とカメラとの距離が互いに異なる場合は、被写体の凸形状による遮蔽がないときでも、各光源アレイ部からの投射光の反射光量が、異なる可能性がある。このような場合には、反射光量の補正のために、遠い方の光源アレイ部の発光時間を相対的に長め（光量を大きめ）に設定すればよい。
【００５４】
また図１２のように、光源アレイ部の各組が担当する領域を、空間的に分離してもよい。すなわち、光源アレイ部１１０ａ，１１０ｂの組によって、領域Ａに光パタンを照射し、同様に、光源アレイ部１１０ｃ，１１０ｄの組によって領域Ｂを、光源アレイ部１１０ｅ，１１０ｆの組によって領域Ｃを担当する。このような構成を採ることによって、凸形状が複数個あるような被写体に対しても、誤差の少ない距離計測を行うことができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
図１３は本発明の第２の実施形態に係るレンジファインダ装置を内蔵した虹彩認証装置の正面図、図１４は図１３の虹彩認証装置２０によって、その前面に位置する被写体としての人物ＰＰの虹彩認証を行う様子を示す図である。本実施形態における虹彩認証装置の動作は、基本的には、第１の実施形態と同様である。
【００５６】
ここで、第１の実施形態と異なるのは、虹彩認証装置２０では、１個の広角カメラ用照明１０１のみが設けられている点である。本実施形態では、広角カメラ用照明１０１と広角カメラ１０２、およびこれらの制御に係る部分がレンジファインダ装置として機能し、その機能的な構成は、照明が１個である点以外は図３と同様である。また、光源アレイ部としての広角カメラ用照明１０１、カメラ部としての広角カメラ１０２、光源制御部１０６および画像処理部１０７によって、物体としての人物ＰＰの鼻ＮＳの位置を検出する物体検出装置が構成されている。
【００５７】
図１３および図１４に示す虹彩認証装置２０の動作について、図６および図７のフローチャートに従って、説明する。
【００５８】
まずステップＳ１０において、広角カメラ用照明１０１は、図５に示すような２種類の光パタンを照射し、広角カメラ１０２はこの２種類の光パタンに対する反射光画像を輝度画像としてそれぞれ撮影する。図１５は広角カメラ１０２の露出タイミングと広角カメラ用照明１０１から投射される光パタンとの関係を示す図である。画像処理部１０７は、照明１０１から光パタンＡ，Ｂがそれぞれ投射されたときの２枚の輝度画像から、距離画像を生成する。
【００５９】
次にステップＳ２０において、目の３次元位置を計算する。ここで、人物の奥行き値の推定（Ｓ２１）および人物の顔領域の推定（Ｓ２２）は、第１の実施形態と同様である。また、目の３次元位置の推定（Ｓ２３）もほぼ同様の処理だが、距離画像から鼻ＮＳの位置を探索する処理が異なっている。この点について、説明する。
【００６０】
本実施形態では、光源アレイ部からなる広角カメラ用照明１０１は１個しか設けられていないので、第１の実施形態とは異なり、人物ＰＰの鼻ＮＳにおいて、照明１０１と反対側の領域、すなわち鼻ＮＳの下側部分については、一部の光源からの投射光がとどかない。このため、その部分の距離測定誤差が大きくなる、という問題が残されている。
【００６１】
そこで、図１６に示すように、距離テンプレートとしての鼻テンプレートにおいて、鼻ＮＳと照明１０１およびカメラ１０２との位置関係から光パタンが適切に当たらないと推定される領域、言い換えると、距離測定誤差が大きいと推定される下側の領域を、マスクして、距離画像とのマッチングに用いないようにする。これにより、たとえ距離画像が測定誤差を含んでいても、高精度な鼻位置の推定が可能となる。
【００６２】
なお、図１６の例では、鼻テンプレートの下側の領域をマスクしているが、これは、広角カメラ１０２の上に広角カメラ用照明１０１が配置されているためであり、マスクする領域は、位置を検出する物体（ここでは鼻）と、光源アレイ部およびカメラ部との位置関係から、距離測定誤差が大きいと推定された領域に設定すればよい。
【００６３】
例えば、人物ＰＰがカメラの正面に位置する場合において、本実施形態のように、光源アレイ部がカメラの上に配置されているときは、物体の形状の最凸部（鼻先）から下側の領域をマスクすればよい。同様に、光源アレイ部がカメラの下にあるときは、鼻の上側の領域を、光源アレイ部が装置に向かって右側にあるときは、鼻の左側の領域を、光源アレイ部が装置に向かって左側にあるときは、鼻の右側の領域をマスクすればよい。
【００６４】
なお、上述の各実施形態では、本発明に係るレンジファインダ装置および物体検出装置を、虹彩認証装置に利用した構成について説明したが、他の用途にも利用できることはいうまでもない。また、人物を被写体とし、その鼻の位置を検出する場合について説明したが、他の物体を検出する場合にも本発明は適用可能である。例えば本発明を、ドアの取っ手（ノブ）やスイッチのレバーなどの検出に用いることによって、ロボットがドアの開閉を行ったり、スイッチをオンオフしたりする動作を、実現可能にすることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、複数の光源アレイ部を用いることによって、凸形状を有する被写体に対しても、陰になって光パタンが適切に投射されずに距離を精度よく測定できない領域を大幅に減少でき、測定誤差を確実に抑制することができる。
【００６６】
また、マッチングのための距離テンプレートにおいて、光パタンが適切に当たらないと推定された領域について、マッチングの対象から外れるので、距離画像がその領域について誤差を含んでいても、精度良く、物体の位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る虹彩認証装置を正面から見た図である。
【図２】図１の虹彩認証装置を側方から見た図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るレンジファインダ装置の構成を機能的に示すブロック図である。
【図４】図１の虹彩認証装置によって撮影された人物画像の模式図である。
【図５】レンジファインダ装置が投射する光パタンの例である。
【図６】図１の虹彩認証装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】図６におけるステップＳ２０の詳細を示すフローチャートである。
【図８】顔領域が推定された奥行きニ値化画像の一例である。
【図９】鼻形状のテンプレートの一例である。
【図１０】本発明の第１の実施形態において、４種類の光パタンの切り替えタイミングを示す図である。
【図１１】本発明の作用効果を説明するための図であり、計測点Ａに光パタンが当たる様子を示す図である。
【図１２】複数の光源アレイが照射する領域を空間的に分離したことを示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る虹彩認証装置を正面から見た図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る虹彩認証装置を側方から見た図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態において、２種類の光パタンの切り替えタイミングを示す図である。
【図１６】マスクされた領域を有する鼻テンプレートを示す図である。
【図１７】本発明の課題を説明するための図であり、被写体の形状によって距離測定が困難な場合を示す図である。
【符号の説明】
ＰＰ　人物（被写体）
ＮＳ　鼻（物体）
１１　ＬＥＤ（光源）
１０１，１０１ａ，１０１ｂ　広角カメラ用照明（光源アレイ部）
１０２　広角カメラ（カメラ部）
１０６　光源制御部
１０７　画像処理部
１１０ａ〜１１０ｆ　光源アレイ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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