JP2002197457A - ディジタル画像中の肌色を検出する方法 - Google Patents
ディジタル画像中の肌色を検出する方法Info
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Abstract
で画像中の肌色を検出する方法を提供することを目的と
する。 【解決手段】 RGB色空間に画素があるディジタル画
像中で肌色を検出する方法では、まず平均RGB色値を
決定する統計的な解析を行う。いずれかの色の平均値が
所定の閾値未満の場合、画像中の肌の色を色空間の所定
の領域へ動かすために非線形変換が適用される。先行す
る段階によりディジタル画像又は変換されたディジタル
画像を、RGB空間から一般化されたRGB空間へ変換
し、gRGBディジタル画像を生成する。肌色画素はg
RGBディジタル画像中で検出される。第1の肌色画像
マスクは検出された肌色画素に基づき形成される。マス
クされたgRGB画像は第1の肌色画像マスクを用いて
生成される。ディジタルカラー画像中で肌色画素の位置
を見つけるため肌色画像マスクが使用される。
Description
理方法に関連し、更に特定的にはディジタル画像中の肌
色を検出する方法に関連する。
である領域を検出することが有用である場合が多い。こ
の情報は、例えば画像中の肌色を見た目の良いものへと
調整するために使用される。肌色の場所は、顔の検出及
び認識のためのアルゴリズム、自動画像取得アルゴリズ
ム、赤目補正アルゴリズム等にも使用されうる。例え
ば、Takahashi外に対して1980年5月20日に発行
された米国特許第4,203,671号は、赤、緑、青
の色空間中の楕円の中に、又は2次元色空間中の楕円の
中に存在する画素を識別することによって画像中の肌色
を検出する方法を開示する。この方法における問題点
は、正しくバランス調整された画像についてのみうまく
作用することである。露出過多又は露出不足の画像で
は、この技術の信頼性は低い。更に、技術は選択された
基準から逸脱する肌色についてはうまく作用しない。例
えば、検出方法が白人の薄い肌色を検出するよう調整さ
れているときは、濃い肌色を正しく検出できない。
解決するための改善された肌色検出方法が必要である。
うちの1つ以上を解決することを目的とする。概説する
に、本発明の1つの面によれば、RGB色空間に画素を
有するディジタル画像中で肌色を検出する方法は、一般
的に、平均RGB色値を決定するためにディジタル色画
像の統計的分析を行う段階と、色のうちのいずれか1つ
の平均値が所定の閾値以下であれば画像中の肌色を色空
間の所定の領域へ向かって動かすようディジタル画像に
変換を適用する段階と、ディジタル色画像中の肌色画素
の位置を見つけるために変換された空間を使用する段階
とを含む。
の平均値が所定の閾値以下であれば、画像中の肌色を色
空間の所定の領域へ向かって動かすためにディジタル画
像に対して非線形変換が適用される。次に、先行する段
階に依存して、ディジタル画像又は変換されたディジタ
ル画像のいずれかがRGB空間から一般化されたRGB
空間へ変換され、gRGBディジタル画像が生成され
る。肌色画素は、gRGBディジタル画像内で検出され
る。第1の肌色画像マスクは、検出された肌色画素に基
づいて作成される。マスクされたgRGB画像は、第1
の肌色画像マスクを用いて生成される。マスクされたg
RGB画像は、第1の肌色画像マスクを用いて生成され
る。マスクされたgRGB画像は、色相画像へ変換され
る。金髪色画素である可能性がある画素は色相画像から
除去され、変更された色相画像が生成される。第2の肌
色画像マスクは、変更された色相画像中の肌色画素に基
づいて作成される。第2の肌色画像マスクが第1の肌色
画像マスクよりも所定の量だけ小さければ、第1の肌色
画像マスクが選択され、そうでなければ、第2の肌色画
像マスクが選択される。最後に、選択された肌色画像マ
スクは、ディジタル色画像中の肌色画素の位置を見つけ
るために使用される。
的、特徴、及び利点については、望ましい実施例につい
ての以下の詳細な説明、請求の範囲、及び添付の図面を
参照することにより更に明らかに理解されよう。
知であるため、本願では本発明による方法の一部をな
す、又はより直接的に協働するアルゴリズム及びシステ
ムに関連する。本願に特に示されておらず又は説明され
ていないかかるアルゴリズム及びシステム、並びに、そ
れに含まれる画像信号を生成及び他の方法で処理するた
めのハードウエア及び/又はソフトウエアは、従来技術
で知られているかかるシステム、アルゴリズム、構成要
素及び要素から選択されうる。以下の詳細な説明では、
本発明の望ましい実施例は一般的にはソフトウエア又は
コンピュータプログラムとして実施される。当業者は、
かかるソフトウエアと同等なものがハードウエア上にも
構築されうることを容易に認識するであろう。以下に示
すような本発明による方法が与えられていれば、本発明
の実施に有用であるが本願には特に図示、示唆、又は記
載されていないソフトウエアは従来通りであり、当業者
の通常の知識であることを認識するであろう。
は、例えば、磁気ディスク(例えばフロッピー(登録商
標)ディスク又はハードドライブ)又は磁気テープとい
った磁気記憶媒体、光ディスク、光テープ、又は機械読
み取り可能なバーコードといった光記憶媒体、ランダム
アクセスメモリ(RAM)又は読み出し専用メモリ(R
OM)といった固体電子記憶媒体、又は、コンピュータ
プログラムを格納するために使用される任意の他の物理
的な装置又は媒体を含みうるコンピュータ読み取り可能
な記憶媒体に記憶されうる。
のに有用な画像処理システムは、フィルムスキャナ、デ
ィジタルカメラ、又は、ピクチャCDを伴うコンパクト
ディスクドライブといったディジタル画像記憶装置とい
ったカラーディジタル画像源10を含む。ディジタル画
像源10からのディジタル画像は、プログラミングされ
たパーソナルコンピュータといった画像プロセッサ12
又はSunSparc20ワークステーションといった
ディジタル画像処理ワークステーションへ与えられる。
画像プロセッサ12は、CRTディスプレイ14へ、ま
た、キーボード16及びマウス18といった操作者イン
タフェースへ接続されうる。処理されたディジタル画像
は、ハードコピープリンタ、長期画像記憶装置、他のプ
ロセッサへの接続、又は例えばインターネットに接続さ
れた画像電気通信装置へ送信される。
ッサ12によって本発明により実行される処理について
説明する。sRGB色空間といったデバイス独立なRG
B色空間で表現されたディジタル画像は、順位フィルタ
段階22においてまず順位フィルタリングされる。入力
RGB画像をI{Ci}と表わし、但し、3つのチャネ
ルに対してi=1,2,3とし、CiはCi(m,n)の
要素を有する行列であり、m=0,...,M−1であ
りn=0,...N−1であるとする。順位フィルタリ
ングは、
であり、
は、トリミングされたメディアンフィルタリングの従来
の処理と同様である。尚、この順位フィルタリングの目
的は、従来の画像処理のように入力画像の視覚的な質を
改善させることではなく、むしろ、非常に高い強度値を
有する画素が続く統計的収集段階24に対して与える影
響を減少させることである。例えば、露出過多、又は、
逆光露出といった条件の場合に、255に近い値を有す
る画素は、変更されるか、平均値計算から省かれる。順
位フィルタリングの結果として得られる画像は、
ため、順位フィルタリングされた画像を、
について統計値計算段階24において色平均統計値を計
算することである。この計算は、一組の平均値、即ち、
処理決定段階26が行われる。mi<TMであれば、前処
理決定は「イエス」であり、但し、閾値TMは実験的に
決定された値であり、例えば、8ビットの画像に対して
は値100が許容可能であることが分かっている。
非線形処理段階34へ進む。非線形処理段階への入力
は、元のRGB画像Iである。本発明で使用される非線
形プロセッサは、当業者によって周知の画像処理技術で
あり、(例えば、"Digital Image Processing", by Gon
zalez and Woods, Addison-Wesley Publishing Compan
y, 1992といった)文献に記載される、色ヒストグラム
等化である。入力画像Iは、まず、以下の標準的な式、
空間へ変換される。ヒストグラム等化処理は、Yにのみ
適用され、等化された輝度Y’を生じさせる。YIQか
らRGBへの逆写像は、以下の式、
は、飽和クリッピングである。ここで、等化の結果とし
て得られるY’は、C'iを、255を越えさせるか又は
0を下回らせることに注意すべきである。これが生ずる
のを防止するため、C'iに対してクリッピング手順が用
いられる。クリッピング飽和のための疑似コードは、以
下の通りであり、
IはgRGB変換段階32へ送られる。
応じて肌色検出段階35へ画像を送り、元の画像I又は
ヒストグラム等化された画像I’がgRGB変換段階3
2へ送られる。表記を統一するため、IRGB={Ci}と
定義し、但し、3つの色チャンネルについてi=1,
2,3であり、CiはCi(m,n)の要素を有する行列
であり、m=0,...,M−1でありn=0,...
N−1であるとする。以下、元の画像とヒストグラム等
化された画像を共にIRGBと表わすものとする。
IRGBはgRGB変換段階32において一般化されたR
GB画像IgRGBへ変換され、これは、IgRGB={ci}
と定義され、ciはci(m,n)の要素を有する行列で
あり、m=0,...,M−1でありn=0,...N
−1である。変換は、以下の式、
(R、G、又はB)である。この変換操作は、
として得られる3つの新しい要素は線形に依存し、即
ち、
空間(gRG平面)を有効に形成するために2つの要素
のみが必要とされる。殆どの場合、c1及びc2、即ち一
般化されたR及びGは、肌色分析及び肌色検出に用いら
れる。画像IgRGB中の肌色は、楕円分類器31から多数
の楕円ベクトルを受け取る肌色検出段階30において検
出される。楕円分類器31は、事前に画像の大きな母集
団で学習され、これについては図7を参照して以下説明
する。検出された肌色は、セグメンテーション段階28
において任意にセグメンテーションが行われる。
る。一般化されたRGB画像IgRGBは,まず投影段階3
6においてgRG平面上に投影される。この投影は、g
RG画像IgRGを生成する。投影は、単にgRGB画像
から成分c3を除去することによって行われる。2つの
成分c2及びc3を有するgRG画像IgRGは、図3に示
される第1の楕円ベクトル(楕円ベクトルI)を受け取
る第1の(I)肌色分類器38へ渡される。図4は、肌
色画素が位置する領域を指定するために使用されるgR
G色空間56中の楕円58の例を示す図である。図4中
の暗い領域60は、実際の肌色画素領域である。
は、楕円の定数であり、楕円分類器31によって生成さ
れる楕円ベクトルを定義する。パラメータa及びbは楕
円の軸の長さであり、(o1,o2)は(c1,c2)空間
56中の楕円の中心座標であり、θはc1軸と楕円の長
軸との間の角度である。
マスクをPI={pI(i,j)}MX N、即ち、要素p
(i,j)を有するMxNの行列と定義する。一般化さ
れたRGB画像IgRGBの各画素について、評価関数E
(c1(i,j),c2(i,j))、但し、i=
0,...M−1;j=0,...N−1,c1(i,
j)∈[0,1];c2(i,j)∈[0,1]、を定
義する。分類は、単純に、
「0」は非肌色を示し、 E(c1(i,j),c2(i,j))=x2 ij/a2+y2 ij/b2 (7) であり、 xij=(c1(i,j)−o1)cos(θ−π/4) −(c2(i,j)−o2)sin(θ−π/4) yij=(c1(i,j)−o1)sin(θ−π/4) −(c2(i,j)−o2)cos(θ−π/4) (8) である。
渡される。評価手順では、単純に、画像のサイズに対す
る検出された肌画素の数の比率γIを計算する。評価段
階40は、2つの分岐を有する。γI≧Tγである場
合、即ち評価結果が「良い」である場合、処理は肌色領
域マスキング段階42へ分岐する。この場合、第1の肌
色分類段階38からの出力PIは、肌色領域マスキング
段階42においてIgRGBをマスクするために使用され
る。肌色領域マスキング段階42の出力は、マスクされ
一般化されたRGB画像、即ち、
い」であり、処理は第2の肌色検出分類段階44へ分岐
する。Tγは適用に依存して一定の範囲の異なる値を取
りうることが明らかであるが、Tγの望ましい値は0.
12である。
び操作は、(c1,c2)空間中の楕円の位置、寸法、及
び向きを決定する異なる楕円ベクトルを使用することを
除き、第1の肌色分類段階38と同じである。図5に示
すように、楕円分類器31によって生成されうる幾つか
の可能な楕円E1−E7がある。多数の楕円を用いるの
は、偽陽性を減少させると共に、主肌色領域から逸脱し
た肌色、例えば(c1,c2)空間62中のE1を検出す
る機構を提供するためである。例示される場合のよう
に、このような楕円を2つだけ(I及びII)使用する
場合については図3を参照して説明されているが、本発
明ではより多くの肌色分類器及び楕円が使用されうるこ
とが理解されよう。
ら他の分類器へ切り換えることにより、検出される肌色
画素が更に少なくなる場合がある。従って、第1の分類
器38からの結果が先行する評価段階40において満足
のいくものでなかったとしても、肌色分類段階38及び
44からの結果は評価及び選択段階46において比較さ
れる。より一般的な場合は、選択決定は、以下の式、
として定義される第1の肌色マスクであり、Piは肌色
分類器I,IIからの中間肌色マスクであり、2つ以上
の分類器が使用される場合も同様である。この第1の肌
色マスクPは、肌色領域マスキング段階42において使
用される。
結果が満足のいくものであれば、P Iは、続く肌色領域
マスキング段階42において第1の肌色マスクとして直
接使用される。満足のいくものでなければ、処理は例え
ば第2の分類器44といった他の分類器へ分岐し、新し
い結果と主分類器(第1の分類器38)からの結果の両
方の結果が評価され、良い方(又は最も良いもの)をマ
スキング段階42へ送信されるべき第1の肌色マスクと
して選択する。
して帰還路39及び41がある。これらの帰還路は、検
出結果自体を評価のために分類器へ与える。評価処理と
は、画像サイズに対する検出された肌画素の数の比率を
計算することである。比率が所定の閾値よりも小さけれ
ば、より多くの色を含むよう分類器楕円は例えば30%
又は40%以上だけ拡張される。
力が発生する。1つは、マスクされたgRGB画像であ
り、もう1つは、肌色マスクP自体である。これらの2
つの出力は、以下説明する続く任意の金髪色画素除去に
おいて使用される。
肌の色の画素71の大部分が存在するのと同じ領域であ
るが、金髪を有する人々の肌色領域70に隣接して生ず
ることがわかる。最も最近の既存の肌検出アルゴリズム
は、金髪の色の画素を考慮に入れていない。これは、例
えば分類された肌色領域の実際のサイズの検出に依存す
る赤目検出アルゴリズムといった、肌色の領域のサイズ
に敏感な画像理解適応において問題となりうる。金髪の
色の画素の除去の技術は、本願に参照として組み入れら
れ、以下詳述する、「Method of Blond-Hair-Pixel Rem
oval in ImageSkin-Color Detection」なる名称の上述
の継続中の出願番号[出願人整理番号No.81321
DMW]の明細書に記載されている。
り扱うことが困難であることが分かっている。これらの
場合、従来の肌色検出処理は、赤目検出手順に役立つよ
うな満足のいく又は所望の結果を生じさせることができ
ない。上述された段階において得られたマスクされた肌
色画像から金髪色画素を除去することが望ましい。
けうるように、(c1,c2)空間68中で金髪色領域7
2及び肌色領域70といった副領域をパラメータ化する
のは簡単な作業ではない。空間の次元が1次元まで下が
れば、肌色画素から金髪色画素を分離するのはかなり容
易となる。この次元の更なる低下は、色相画像へ変換す
る段階54において、マスクされた一般化されたRGB
画像
よって行われる。典型的な色相変換は、
n)が肌画素であるか金髪画素であるかを判定するため
に所定の区分パラメータTH=15が用いられる。第2
のマスク
る要素は
て、真の肌色画素が除去あされることがあり、結果とし
て得られる第2の肌色マスクは使用不可能な小さい領域
にまで縮小する。従って、第1の肌色マスクPが呼び戻
され、第2の肌色マスク
色検出段階51に続く評価及び選択段階50において行
われる。第2の肌色画像マスクが第1の肌色マスクより
も所定の量だけ小さければ、第1の肌色画像マスクが選
択され、そうでなければ第2の肌色画像マスクが選択さ
れる。マスクされたRGB色画像
RGBのAND演算の結果として得られる。この演算は、
肌色領域マスキング段階48において行われる。
収集のために、異なる源からの1000以上の画像を含
む大きい画像プール74が準備される。準備された全て
の画像から肌パッチを収集する必要はない。一組のラン
ダムに選択された画像は、理論上及び実際上も、画像プ
ール全体を代表するのに十分なはずである。画像プール
から画像を取り出し、一組のランダムに選択された画像
76を形成するために、一組の均一に分布された指標が
使用される。サンプル肌色パッチ78は、取り出された
画像から手動で収集される。収集された肌色パッチは、
上述の式(5)を用いてRGB空間からgRGB空間8
0へ変換される。gRGB画像のgRGBデータは、g
RG平面84、即ち上述の(c1,c2)空間中でその分
布密度82に関して評価される。実際上は、分布密度
は、gRGデータのヒストグラムを用いて近似される。
分布密度ピークの5%未満の長さの要素を除去した後、
分布密度は(c1,c2)空間へ投射される。投射された
クラスタ88は、gRG平面86上に楕円領域を近似的
に形成する。楕円分類器学習の最後の段階は、楕円領域
についてのパラメータを見つけることである。gRG平
面90上で最もよく一致する楕円92はモーメントに基
づいて計算される。楕円は、中心(o1,o2)、向き
θ、短軸a、及び長軸b(図4参照)により定義され
る。楕円領域の中心は、以下の式、 o1=m10/m00 o2=m01/m00 (11) により計算され、モーメントは、以下の式、
ある。向きθは、最小の慣性モーメント、即ち、
式、
の式、
b,o1,o2,θ]94の最初の組を与える。実際上
は、最終的な楕円をgRGデータクラスタ88に最もよ
く当てはめるために、手動の調整が必要である。
関するものであり、これは、ディジタル画像を認識し、
それにより人間が理解可能な対象、属性、又は条件に対
して有用な意味を割り当て、得られた結果をディジタル
画像の更なる処理に使用するために、ディジタル画像を
ディジタル式に処理する技術を意味すると理解される。
調整されていない場合でもうまく動作し、更に種々の肌
色についてもうまく動作することである。
を示す概略図である。
る。
ーチャートである。
る。
域を有する2次元色空間を示す図である。
を示す図である。
めに使用される処理を示す概略図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 RGB色空間に画素を有するディジタル
画像中で肌色を検出する方法であって、 (a)平均RGB色値を決定するためにディジタルカラ
ー画像の統計的な解析を行う段階と、 (b)上記色のうちのいずれかの平均値が所定の閾値未
満である場合は、画像中の肌の色を上記色空間の所定の
領域へ向かって動かすために上記ディジタル画像に変換
を適用する段階と、 (c)上記ディジタルカラー画像中の上記肌色画素の位
置を見つけるために上記変換された空間を使用する段階
とを含む方法。 - 【請求項2】 上記段階(c)は、 gRGBディジタル画像を生成するために、RGB空間
からの上記変換されたディジタル画像を一般化されたR
GB空間へ変換する段階と、 上記gRGBディジタル画像中の肌色画素を検出する段
階と、 上記検出された肌色画素に基づいて第1の肌色画像マス
クを作成する段階と、 上記ディジタルカラー画像中で上記肌色画素の位置を見
つけるために上記第1の肌色画像マスクを使用する段階
とを更に含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 上記段階(c)は、 上記検出された肌色画素に基づいて第2の肌色画像マス
クを作成する段階と、 所定の規準に基づいて、上記第1の肌色画像マスク又は
上記第2の肌色画像マスクを選択する段階と、 上記ディジタルカラー画像中で上記肌色画素の位置を見
つけるために上記選択された肌色画像マスクを使用する
段階とを更に含む、請求項2記載の方法。
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