JP2005242432A - 顔認証システム及びその処理方法及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】画像処理によって特徴処理済み登録顔画像と、訪問者の撮像顔画像からの特徴処理した顔画像と、を照合させることによってパターンマッチング処理を簡易にした顔認証システムにある。
【解決手段】顔画像の大きさを正規化して顔画像から輪郭線を検出し、輪郭線が閉じた閉領域からなる一般特徴と、輪郭線が開端になる線分及び孤立した点からなる固有特徴と、を検出し、登録された特徴処理済み顔画像ファイルをパターンマッチングで照合し本人認証する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、訪問者を認証する顔認証システムに関し、特に、顔の特徴を目や口などの顔部品を指す一般特徴と、顔のしわや疵やほくろなどを指す固有特徴と、によって、特徴処理済み顔画像をパターンマッチングよって、照合して認証する顔認証システム及びその処理方法及びそのプログラムに関する。

従来の顔認証システムでは、顔特徴を抽出する仕方をさまざまに工夫している。例えば、顔から検出されるエッジを連結してなる領域の一つを特徴点とする発明がある。顔の目、鼻孔、耳などから一つ以上を選択して特徴点とし、拡大処理して特徴抽出を容易化する処理を施している。そして、絶対長、パターン幅、パターン方向、重心などパラメータ化して特徴とする。この仕方によれば、顔全体の輪郭や頭髪や単一のほくろやしわや疵といった、人が一見したときの印象を決めるような特徴点が欠落している。しかも画像処理を複雑にしている（例えば、特許文献１）。

更に、他の個人認証方式では、入門カードに個人の部分的特徴、例えば、口や目といった特徴を記憶させておき、入門に際して、顔画像の該当部分とカードに記憶されている該当部の部分特徴とを比較して、本人認証に利用している。部分特徴では本人認証できないとき、センターの顔画像ファイルとで、顔全体の比較によって認証している。この仕方では、顔全体の比較が人の目視によることになり、自動化としては不十分である（例えば、特許文献２）。

特開平１０−２８３４７２号公報（段落番号００１６乃至００１９） 特開昭６２−２１２７８１号公報（３ページ目の上段左及び右の記述）。

従来の顔画像認証システムでは、運用する人間（以下、システム運用者）が訪問者を視認したとき、一見して印象付ける個人に固有な特徴を顔照合に利用していない。そのため、システム運用者が行うシステムによる顔照合結果の認証判断を難しいものにしている問題がある。また、その顔照合精度においては、照明やカメラの設置などの環境条件に左右されることも多く、システム運用者が求める高精度な顔照合システムの提供を難しくしている。

顔照合結果の正誤を判断し易くするために、目や鼻孔や口といった顔部品による一般特徴に限らず、個人を一目で印象付けるしわや疵やほくろなどの個人の固有特徴を利用して、人が一見したときに印象づけられる特徴を顔画像認証に利用する。

更に、登録する顔画像を予めシステム撮像条件で撮像し、同じ特徴抽出処理により、一般特徴と固有特徴とを顔画像に重ね書きしておく。この特徴処理済み顔画像を訪問者の特徴で検索することによって、パターンマッチングによる検索照合を容易にする。つまり、顔検出・顔照合を行う際の特徴を一般特徴と固有特徴とによって増やし、登録画像と訪問者画像の特徴を揃えることになる。

この発明の目的は、訪問者の認証を自動化する顔認証システムを簡易に実現することにある。

更に、顔部品による一般特徴の他に顔のしわや疵やほくろといった固有特徴を加えることによって、パターンマッチングの対象特徴を増やすことにある。

そのため、この発明の、訪問者の顔を撮像した顔画像を画像処理して特徴を抽出し、前記特徴によって、登録済みの顔画像を検索照合して個人認証するシステムにおいて、顔画像の大きさを正規化して輪郭線を検出し、前記輪郭線が閉じた閉領域からなる一般特徴と、前記輪郭線が開端になる線分及び孤立した点からなる固有特徴と、を検出する画像処理部と、登録者の顔画像に前記一般特徴及び固有特徴を重ね書きして登録する特徴処理済み顔画像ファイルと、前記特徴処理済み画像ファイルを前記一般特徴及び固有特徴でパターンマッチングで照合して訪問者を認証する検索部と、を有することを特徴とする。

更に、前記正規化は、前記顔画像のＹ方向の長さを所定の長さに合わせて、顔画像全体を縮小あるいは拡大することを特徴とする。

更に、前記パターンマッチングは、登録顔画像に重ね書きした前記一般特徴及び固有特徴を前記顔画像処理部が出力した一般特徴で検索し、検索された顔画像を前記固有特徴で検索し、前記一般特徴及び固有特徴が一致する顔画像を検出することを特徴とする。

更に、前記輪郭線は、前記顔画像面の濃淡差がある境界を結んだ線であることを特徴とする。

更に、前記一般特徴は、顔輪郭、頭髪、眉毛、目、鼻孔、口唇、などの顔部品を示す輪郭線であることを特徴とする。

更に、前記固有特徴は、顔の凹凸によるしわ、疵などを示す線分及びほくろなどの点からなること特徴とする。

この発明の効果は、顔認証システムが簡易で、精度高く実現できることである。その理由は、顔部品の一般特徴と、個人の顔を印象づける固有特徴と、によって、特徴処理済みの登録顔画像と、を照合するからである。

この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。この実施の形態の構成を示す図１を参照すると、顔認証システム１は、訪問者の顔画像を撮像するカメラなどの撮像部１０と、撮像された顔画像を画像処理して特徴を検出する画像処理部２０と、登録者の顔画像を画像処理した特徴処理済み顔画像を記録する特徴処理済み顔画像ファイル３０と、画像処理部２０の特徴出力によって、特徴処理済み顔画面ファイル３０を検索し、対象者を認証する検索部４０と、を備える。

画像処理部２０の構成を示す図２を参照すると、撮像部１０の顔画像を入力する画像受信部２１と、顔画像の大きさを顔のＹ方向の長さが所定の大きさに揃えるように全体を縮小あるいは拡大する正規化部２２と、正規化された顔画像の濃淡差が鮮明な境界でなる輪郭線を抽出する輪郭検出部２３と、輪郭線が閉領域を形成する領域の顔部品による一般特徴を出力する閉領域検出部２４と、輪郭線が開端である線分及び輪郭線が孤立した点でなる固有特徴を出力する開端線分及び点検出部２５と、を備える。一般特徴は、顔、頭髪、目、眉、鼻孔、口の輪郭線を指し、固有特徴は、顔の凹凸によって生じるしわ、疵、ほくろなどを指す。一般特徴及び固有特徴は、正規化された２次元顔画像に重ね書きされる。

特徴処理済み顔画像ファイル３０は、認証対象者の顔を撮像し、顔認証システム１によって画像処理が施されて、一般特徴及び固有特徴を重ね書きしてなる顔画像をファイルする。

検索部４０の構成を示す図３を参照すると、特徴処理済み顔画像ファイル３０の顔画像と一般特徴とをパターンマッチングする。パターンマッチングで、必要ならば正規化部２２と同様な縮小拡大処理し、一般特徴が一致する顔画像を検索する一般特徴マッチング処理部４１と、一般特徴マッチング処理部４１から出力した一つ以上の顔画像を固有特徴でパターンマッチングし、対象者画像を出力する固有特徴マッチング検索部４２と、対象者画像が一人出力されたとき認証し、対象者が一人もいない、あるいは二人以上の時、認証しない認証部４３と、を備える。

次に、この実施の形態が実行する方法を示すフローチャートの図４を参照すると、対象者の顔を撮像して顔画像を取得する（図４のステップ１０１）。顔画像の大きさを所定の大きさに合わせるため、拡大あるいは縮小する正規化処理する（ステップ１０２）。正規化した顔画像の濃淡差を示す境界線でなる輪郭線を検出する（ステップ１０３）。輪郭線が閉曲線をなす閉領域を検出して一般特徴を重ね書きした画像を出力する（ステップ１０４）。輪郭線が開端である線分及び孤立した点を検出して固有特徴を重ね書きした画像を出力する（ステップ１０５）。特徴処理済み画像ファイル３０の顔画像を一般特徴でパターンマッチングで検索し、一人以上の顔画像を出力する（ステップ１０６）。一人以上の顔画像を固有特徴によって、パターンマッチングして（ステップ１０７）、一人の対象者画像が出力するとき、対象者を認証出力し、一人もいない、あるいは二人以上の対象者の画像があるとき、認証出力しない（ステップ１０８）。

以上のステップを実行することによって、顔画像認証システムの処理方法が実行される。

この顔認証システム１を玄関に設置した応用例を図５を参照して、説明する。Ａさんが帰宅する（図５のステップ２０１）。玄関のモニターに顔を映し、撮影する（ステップ２０２）。モニターは、顔認証システム１に接続しており、顔画像認証システム１は、撮影画像から顔検出して大きさを正規化する（ステップ２０３）。正規化した顔画像から一般特徴及び固有特徴を検出する（ステップ２０４）。一般特徴及び固有特徴で、登録されているＡさんの特徴処理済み顔画像と照合する（ステップ２０５）。登録画像と一致を検出する（ステップ２０６）。本人確認し認証出力する（ステップ２０７）。認証出力によって玄関ドアの施錠を外す（ステップ２０８）。Ａさんは、玄関のドアを開けて、家の中に入ることができる（ステップ２０９）。

以上の説明において、顔画像認証システム１の処理方法の各ステップを実行するプログラムは、図示しないシステムファイルから図示しない処理装置にロードされて実行されることは明らかである。

家庭内や貸金庫などの制限エリアに立ち入る手続きを行う際に、登録者以外を排除する分野に適用する。

この発明を実施する形態の一実施例を示す図である。 図１の画像処理部の構成を示す図である。 図１の検索部の構成を示す図である。 この実施例の方法を実行するフローチャートを示す図である。 この実施例を、玄関のドアの解錠及び施錠制御に応用した例を示す図である。

符号の説明

１ 顔認証システム
１０ 撮像部
２０ 画像処理部
３０ 特徴処理済み顔画像ファイル
４０ 検索部

Claims (13)

1. 訪問者の顔を撮像した顔画像を画像処理して特徴を抽出し、前記特徴によって、登録済みの顔画像を検索照合して個人認証するシステムにおいて、
   顔画像の大きさを正規化して輪郭線を検出し、前記輪郭線が閉じた閉領域からなる一般特徴と、前記輪郭線が開端になる線分及び孤立した点からなる固有特徴と、を検出する画像処理部と、登録者の顔画像に前記一般特徴及び固有特徴を重ね書きして登録する特徴処理済み顔画像ファイルと、前記特徴処理済み画像ファイルを前記一般特徴及び固有特徴でパターンマッチングで照合して訪問者を認証する検索部と、を有することを特徴とする顔認証システム。
2. 前記正規化は、
   前記顔画像のＹ方向の長さを所定の長さに合わせて、顔画像全体を縮小あるいは拡大することを特徴とする請求項１記載の顔認証システム。
3. 前記パターンマッチングは、
   登録顔画像に重ね書きした前記一般特徴及び固有特徴を前記顔画像処理部が出力した一般特徴で検索し、検索された顔画像を前記固有特徴で検索し、前記一般特徴及び固有特徴が一致する顔画像を検出することを特徴とする請求項１記載の顔認証システム。
4. 前記輪郭線は、
   前記顔画像面の濃淡差がある境界を結んだ線であることを特徴とする請求項１記載の顔認証システム。
5. 前記一般特徴は、
   顔輪郭、頭髪、眉毛、目、鼻孔、口唇、などの顔部品を示す輪郭線であることを特徴とする請求項１記載の顔認証システム。
6. 前記固有特徴は、
   顔の凹凸によるしわ、疵などを示す線分及びほくろなどの点からなること特徴とする請求項１記載の顔認証システム。
7. 訪問者の顔を撮像した顔画像を画像処理して特徴を抽出し、前記特徴によって、登録済みの顔画像を検索照合して個人認証するシステムの処理方法において、
   訪問者の顔を撮像し、顔画像を得るステップと、
   前記顔画像を所定の大きさに正規化するするステップと、
   正規化した顔画像から輪郭線を検出するステップと、
   輪郭線が閉領域をなす一般特徴を抽出した画像を得るステップと、
   前記輪郭線が開端をなす線分及び孤立した点でなる固有特徴を抽出した画像を得るステップと、
   前記一般特徴によって、登録されている特徴処理済み顔画像をパターンマッチングによって検索するステップと、
   前記一般特徴で検出した一つ以上の前記顔画像を固有特徴でパターンマッチングして類似性の高い順に顔画像を並べるステップと、
   前記顔画像が一つであるとき、前記顔画像の訪問者を認証するステップと、
   前記顔画像が一つでないとき、前記訪問者を不認証にするステップと、
   を実行することを特徴とする顔認証システムの処理方法。
8. 前記正規化は、
   前記顔画像のＹ方向の長さを所定の長さに合わせて、顔画像全体を縮小あるいは拡大することを特徴とする請求項７記載の顔認証システムの処理方法。
9. 前記パターンマッチングは、
   登録顔画像に重ね書きした前記一般特徴及び固有特徴を前記顔画像処理部が出力した一般特徴で検索し、検索された顔画像を前記固有特徴で検索し、前記一般特徴及び固有特徴が一致する顔画像を検出することを特徴とする請求項７記載の顔認証システムの処理方法。
10. 前記輪郭線は、
    前記顔画像面の濃淡差がある境界を結んだ線であることを特徴とする請求項７記載の顔認証システムの処理方法。
11. 前記一般特徴は、
    顔輪郭、頭髪、眉毛、目、鼻孔、口唇、などの顔部品を示す輪郭線であることを特徴とする請求項７記載の顔認証システムの処理方法。
12. 前記固有特徴は、
    顔の凹凸によるしわ、疵などを示す線分及びほくろなどの点からなること特徴とする請求項７記載の顔認証システムの処理方法。
13. 訪問者の顔を撮像し、顔画像を得るステップと、
    顔画像を所定の大きさに正規化するするステップと、
    正規化した顔画像から輪郭線を検出するステップと、
    前記輪郭線が閉領域をなす一般特徴を抽出した画像を得るステップと、
    前記輪郭線が開端をなす線分及び孤立した点でなる固有特徴を抽出した画像を得るステップと、
    前記一般特徴によって、登録されている特徴処理済み顔画像をパターンマッチングによって検索するステップと、
    前記一般特徴で検出した一つ以上の顔画像を固有特徴でパターンマッチングして類似性の高い順に顔画像を並べるステップと、
    前記顔画像が一つであるとき、前記顔画像の訪問者を認証するステップと、
    前記顔画像が一つでないとき、前記訪問者を不認証にするステップと、
    を実行させるプログラム。
    

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