JP2007249298A - 顔認証装置および顔認証方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】認証対象が複数でしかも移動している場合でも各認証対象に対し顔認証を行なうことができる顔認証装置および顔認証方法を提供する。
【解決手段】複数の認証対象を含む全体画像を取得する第1のカメラと、第1のカメラで取得した全体画像から認証対象として選択した1人の認証対象をズームして顔認証を行なう第2のカメラの2つを使用することで、複数の認証対象の顔認証を順次行なう。
【選択図】 図2

Description

本発明は、たとえば、セキュリティを必要とする部屋や施設等の入退場対象エリアに対する入退場を管理する入退場管理装置等において、移動する複数の人物(たとえば、歩行者)を認証対象とし、当該複数の人物から取得した各顔画像をあらかじめ登録された顔画像と順次照合することにより当該複数の人物はあらかじめ登録された人物であるかを判定する顔認証装置および顔認証方法に関する。
一般に、この種の顔認証装置は、ビデオカメラなどのカメラを有していて、認証対象となる人物がカメラの前に立ち止まり、カメラのレンズに顔を向けることで、人物の顔画像をカメラが撮像して入力し、この入力した顔画像から得られる当該人物固有の顔の特徴情報をあらかじめ登録されている辞書情報と照合することにより当該人物はあらかじめ登録された人物であるかを判定し、あらかじめ登録された人物である場合、入退場対象エリア(部屋や施設等)のドアを開放するなどの制御を行なう(たとえば、特許文献1参照)。
このように、従来の顔認証装置にあっては、認証する人物がカメラの前に立ち止まることで、当該人物の顔を撮像するようになっているため、認証対象が歩行者(移動する人物)であって、当該歩行者が特定の位置に接近するまでに顔認証を行なう目的に使用する場合、このような歩行する人物の顔を撮像することはできない。
特開2001−266152号公報
従来の公知技術で、認証対象(人物)が複数でしかも移動しているとき、1台のカメラで顔認証を行なおうとすると、まず認証対象である複数の人物を広角視野でとらえておき、その中の1つを選択してズームすることで顔認証を行なうという動作を繰り返す必要がある。これでは、1つの認証対象(顔)をズームして認証している間に、次に認証する認証対象を見失ってしまう危険性がある。
また、この方法では、認証している間に認証対象の位置関係が変化すると、既に認証が終わった認証対象と、これから認証すべき認証対象との区別がつかなくなるという問題もある。
そこで、本発明は、認証対象が複数でしかも移動している場合でも各認証対象に対し顔認証を行なうことができる顔認証装置および顔認証方法を提供することを目的とする。
本発明の顔認証装置は、移動する複数の人物の顔をそれぞれ認証する顔認証装置であって、前記移動する複数の人物を含む全体画像を撮像する第1の撮像手段と、この第1の撮像手段により撮像された画像内の各人物の位置情報をそれぞれ検出する位置検出手段と、前記第1の撮像手段により撮像された画像内から認証対象とする1人の人物を選択し、この選択した人物の位置情報を前記位置検出手段から取得する認証対象選択手段と、この認証対象選択手段により選択された人物の位置情報に基づき動作し、前記移動する複数の人物内の当該位置情報に対応する人物に対し視野を合わせて当該人物の少なくとも顔を含む画像を撮像する第2の撮像手段と、この第2の撮像手段により撮像された顔画像をあらかじめ登録された顔画像と照合することにより当該人物はあらかじめ登録された人物であるかを判定する認証手段と、この認証手段による認証処理が終了すると、次の認証対象者を認証するために、前記認証対象選択手段からの動作を再度行なうよう制御する制御手段と移動する複数の人物の顔をそれぞれ認証する顔認証装置であって、前記移動する複数の人物を含む全体画像を撮像する第1の撮像手段と、この第1の撮像手段により撮像された画像内の各人物の位置情報をそれぞれ検出する位置検出手段と、前記第1の撮像手段により撮像された画像内から認証対象とする1人の人物を選択し、この選択した人物の位置情報を前記位置検出手段から取得する認証対象選択手段と、この認証対象選択手段により選択された人物の位置情報に基づき動作し、前記移動する複数の人物内の当該位置情報に対応する人物に対し視野を合わせて当該人物の少なくとも顔を含む画像を撮像する第2の撮像手段と、この第2の撮像手段により撮像された顔画像をあらかじめ登録された顔画像と照合することにより当該人物はあらかじめ登録された人物であるかを判定する認証手段と、この認証手段による認証処理が終了すると、次の認証対象者を認証するために、前記認証対象選択手段からの動作を再度行なうよう制御する制御手段とを具備している。
また、本発明の顔認証方法は、移動する複数の人物の顔をそれぞれ認証する顔認証方法であって、前記移動する複数の人物を含む全体画像を第1の撮像手段により撮像する第1の撮像ステップと、この第1の撮像ステップにより撮像された画像内の各人物の位置情報を位置検出手段によりそれぞれ検出する位置検出ステップと、前記第1の撮像ステップにより撮像された画像内から認証対象とする1人の人物を認証対象選択手段により選択し、この選択した人物の位置情報を前記位置検出ステップにより検出された位置情報から取得する認証対象選択ステップと、この認証対象選択ステップにより選択された人物の位置情報に基づき動作する第2の撮像手段により、前記移動する複数の人物内の当該位置情報に対応する人物に対し視野を合わせて当該人物の少なくとも顔を含む画像を撮像する第2の撮像ステップと、認証手段により前記第2の撮像ステップにより撮像された顔画像をあらかじめ登録された顔画像と照合することにより当該人物はあらかじめ登録された人物であるかを判定する認証ステップと、この認証ステップによる認証処理が終了すると、次の認証対象者を認証するために、制御手段により前記認証対象選択ステップからの動作を再度行なうよう制御する制御ステップとを具備している。
本発明によれば、認証対象が複数でしかも移動している場合でも各認証対象に対し顔認証を行なうことができる顔認証装置および顔認証方法を提供できる。
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における画像取得用カメラ(撮像手段)の配置状態を模式的に示すものである。図1において、通路11は、たとえば、複数の認証対象(以下、歩行者、人物ともいう)M1,M2,M3が図示矢印a方向に通行(移動)するものとする。
通路11の一方の側部には、移動する複数の認証対象M1,M2,M3を含む全体画像の視野Eを撮像する第1の撮像手段として第1のカメラ12(カメラ1)が設置されている。第1のカメラ12は、図示しないレール上を通路11に沿って図示矢印b方向に移動可能に設置されており、これにより複数の認証対象M1,M2,M3の移動に合わせて当該認証対象の移動方向に所定の範囲移動するようになっている。
通路11の他方の側部には、移動する複数の認証対象M1,M2,M3の中の選択された1人の認証対象に対しズームすることで、当該認証対象者の少なくとも顔の特徴情報を含む画像(以降、顔画像と称す)を撮像する第2の撮像手段として第2のカメラ13(カメラ2)が設置されている。第2のカメラ13は、図示しないレール上を通路11に沿って図示矢印c方向に移動可能に設置されており、これにより複数の認証対象M1,M2,M3の移動に合わせて当該認証対象の移動方向に所定の範囲移動するようになっている。
第1、第2のカメラ12,13は、たとえば、CCDセンサなどの撮像素子を用いたテレビジョンカメラから構成されている。
通路11の側部で、第1、第2のカメラ12,13よりも手前の特定位置には、認証対象の到来を検知する人間検知器14が設置されている。人間検知器14は、たとえば、赤外線センサなどにより構成されている。
図2は、本実施の形態に係る顔認証装置の構成を概略的に示すものである。この顔認証装置は、図1で説明した第1、第2のカメラ12,13、人間検知器14、位置検出手段としての位置検出部21、認証対象選択手段としての認証対象選択部22、カメラ位置制御部23、顔検出手段としての顔領域検出部24、顔特徴抽出手段としての顔特徴抽出部25、辞書記憶手段としての顔照合辞書部26、顔照合手段としての顔照合部27、および、全体的な制御を司る制御手段としての認証制御部28を有して構成されている。
以下、各構成要素について詳細に説明する。
位置検出部21は、第1のカメラ12により撮像された画像から、たとえば、後述する顔領域検出部24と同様な手法で、視野E内に存在する複数の認証対象M1,M2,M3の頭部領域をそれぞれ検出することにより、当該頭部領域の座標値をそれぞれ求め、この求めた各座標値を複数の認証対象M1,M2,M3の位置情報として出力する。
認証対象選択部22は、第1のカメラ12により撮像された画像から、たとえば、後で詳細を説明する優先順位にしたがい認証対象とする1人の人物を選択し、この選択した人物の位置情報を位置検出部21から取得して認証制御部28へ出力する。
カメラ位置制御部23は、認証制御部28からの位置制御信号に基づき第1、第2のカメラ12,13を移動させることにより、第1、第2のカメラ12,13の位置を所定の位置に制御する。これにより、第1、第2のカメラ12,13は、複数の認証対象M1,M2,M3の移動に合わせて当該認証対象の移動方向に所定の範囲移動されるようになっている。
顔領域検出部24は、入力画像選択部21から送られた画像から認証対象者Mの顔領域を検出する。これは、たとえば、文献(福井,山口.”形状抽出とパターン照合の組合せによる顔特徴点抽出”,信学論,(D),vol.J80−D−H,No.8,pp.2170−2177,1997)に記載されている方法などを用いることで、精度の高い顔領域の検出が実現可能である。
顔領域検出部24で検出された顔領域情報は、顔特徴抽出部25に送られる。顔特徴抽出部25は、照合時に利用する特徴量を抽出するもので、たとえば、顔領域検出部24により得られる顔領域情報から、顔の特徴点を基準に一定の大きさ、形状に切り出し、その濃淡情報を特徴量として用いる。ここでは、mピクセル×nピクセルの領域の濃淡値をそのまま情報として用い、m×n次元の情報を特徴ベクトルとして用いる。これらのデータから特徴ベクトルの相関行列を求め、周知のK−L展開による正規直交ベクトルを求めることにより、部分空間を計算する。部分空間の計算法は、特徴ベクトルの相関行列(または共分散行列)を求め、そのK−L展開による正規直交ベクトル(固有ベクトル)を求めることにより、部分空間を計算する。部分空間は、固有値に対応する固有ベクトルを固有値の大きな順にk個選び、その固有ベクトル集合を用いて表現する。本実施の形態では、相関行列Cdを特徴ベクトルから求め、相関行列
Figure 2007249298
と対角化して、固有ベクトルの行列Φを求める。この部分空間は、人物の同定を行なうための顔特徴情報として利用する。この情報をあらかじめ登録しておいて、それを辞書として登録しておけばよい。また、後で述べるように、識別を行なうための顔特徴情報として部分空間自身を利用してもよい。算出した顔特徴情報は顔照合部27に送られる。
顔照合辞書部26は、あらかじめ認識対象とする人物から得られた顔の特徴情報を辞書情報として保持していて、認証対象者との類似度を計算できるようにしている。保持された顔特徴情報は必要に応じて顔照合部27に出力される。
顔照合部27は、顔特徴抽出部25で抽出された認証対象者の顔特徴情報と顔照合辞書部26に記憶されている顔特徴情報(辞書情報)との類似度を求め、求めた類似度があらかじめ設定された判定用閾値以上である場合、当該認証対象者はあらかじめ登録された人物であると判定し、求めた類似度が判定用閾値以上でない場合、たとえば、当該認証対象者はあらかじめ登録された人物でないので、認証失敗(NG)と判定する。この顔照合処理には、たとえば、文献(山口.福井.前田,”動画像を用いた顔認識システム”,信学技報PRMU97−50,pp.17−23,1997−06)に記載されている相互部分空間法を用いることで実現可能である。
認証制御部28は、本装置全体の制御を行なうもので、その主たる制御内容としては、人間検知器14が認証対象者を検知すると第1、第2のカメラ12,13の動作を開始する制御(すなわち、認証処理を開始する制御)、位置検出部21からの複数の認証対象M1,M2,M3の位置情報に基づきカメラ位置制御信号を生成してカメラ位置制御部2へ送る処理、認証対象選択部22からの選択した人物の位置情報に基づき第2のカメラ13の位置および撮像視野を制御することにより、第2のカメラ13の撮像視野が選択された認証対象にズームさせる制御などがある。
次に、上記のような構成において、図3に示すフローチャートおよび図4に示す認証処理の流れ図を参照して全体的な動作を説明する。
人間検知器14が認証対象者を検知すると、その検知信号を受けた認証制御部28は認証処理を開始する(ステップS1)。認証動作が開始されると、まず、第1のカメラ12は、移動する複数(この例では3人とする)の認証対象M1,M2,M3を含む全体画像の視野Eを撮像し(ステップS2)、撮像した全体画像を位置検出部21へ送る。
位置検出部21は、第1のカメラ12により撮像された全体画像から、当該全体画像内に存在する複数の認証対象M1,M2,M3の頭部領域をそれぞれ検出することにより、当該頭部領域の座標値をそれぞれ求め、この求めた各座標値を複数の認証対象M1,M2,M3の位置情報として認証制御部28へ出力する。
次に、認証対象選択部22は、第1のカメラ12により撮像された全体画像から、以下に説明する優先順位に基づき認証対象とする1人の人物を選択し、この選択した人物の位置情報を位置検出部21から取得して認証制御部28へ出力する(ステップS3)。
ここで、認証対象の優先順位の決定方法について図5に示すフローチャートを参照して説明する。まず、第1のカメラ12により撮像された全体画像内に存在する複数の認証対象M1,M2,M3に対し、それぞれ顔認証(顔照合)に適しているか(顔の向きや明るさ等)などの認証条件(照合条件)を調べる(ステップS11)。
次に、調べた認証条件を加点して、合計の認証条件ポイントテーブルを作成する(ステップS12)。たとえば、認証対象M1は認証条件ポイントが「80」、認証対象M2は認証条件ポイントが「40」、認証対象M3は認証条件ポイントが「60」、というように作成する。
次に、作成した認証条件ポイントの一番高いものからテーブルをソートすることで、認証対象M1(認証条件ポイントが「80」)を「優先順位1」、認証対象M3(認証条件ポイントが「60」)を「優先順位2」、認証対象M2(認証条件ポイントが「40」)を「優先順位3」、とする(ステップS13)。
次に、このようにして優先順位を決定すると、まず、「優先順位1」の認証対象M1を選択し、この選択した認証対象M1の位置情報を位置検出部21から取得して認証制御部28へ出力する。「優先順位1」の認証対象M1に対する処理が終了すると、次に、「優先順位2」の認証対象M3を選択し、「優先順位2」の認証対象M3に対する処理が終了すると、次に、「優先順位3」の認証対象M2を選択するものである。
認証制御部28は、認証対象選択部22から選択した認証対象M1の位置情報を受取ると、当該位置情報に基づき第2のカメラ13の位置および撮像視野を制御することにより、第2のカメラ13の撮像視野を選択された「優先順位1」の認証対象M1の顔部分にズームさせ、認証対象M1の顔画像を撮像して顔領域検出部24へ送る(ステップS4)。
次に、顔照合処理(顔認証処理)を行なう(ステップS5,6)。すなわち、まず、顔領域検出部24は、第2のカメラ13から送られた画像から認証対象M1の顔領域を検出する。次に、顔特徴抽出部25は、顔領域検出部24により得られる顔領域情報から、照合時に利用する特徴量を抽出する。次に、顔照合部27は、顔特徴抽出部25で抽出された認証対象M1の顔特徴情報と顔照合辞書部26に記憶されている顔特徴情報(辞書情報)との類似度を求め、求めた類似度があらかじめ設定された判定用閾値以上である場合、当該認証対象M1はあらかじめ登録された人物であると判定し、求めた類似度が判定用閾値以上でない場合、当該認証対象M1はあらかじめ登録された人物でないので、認証失敗と判定し、その判定結果を認証制御部28へ送る。
認証制御部28は、ステップS5,6において、当該認証対象M1はあらかじめ登録された人物であると判定された場合、図示しない内部状態テーブルに「認証対象M1:認証OK」を記憶し(ステップS7)、認証失敗と判定された場合、図示しない内部状態テーブルに「認証対象M1:認証NG」を記憶する(ステップS8)。
次に、認証制御部28は、照合対象を1つ減算し(ステップS9)、その後、残りの照合対象が存在するか否かをチェックし(ステップS10)、この場合はまだ照合対象が存在するのでステップS3に戻って、次の「優先順位2」の認証対象M3を選択し、上記同様な動作を繰り返す。ステップS10におけるチェックの結果、照合対象が存在しなければ認証処理を全て終了する。
ところで、認証処理中に他の認証対象が移動する場合がある。その移動パターンとしては、認証対象の位置が入れ替わるパターンと、当初の位置座標からはみ出るパターンの2つが考えられる。そのとき、位置検出部21はそれぞれの認証対象の座標管理を行なうことにより、そのような場合でも次に認証する認証対象を区別できなくなったり、見失ってしまうことはない。以下、それについて説明する。
図6は、たとえば、認証対象M2を認証中に認証対象M1と認証対象M3とが位置が入れ替わった場合を説明する図である。位置検出部21は、第1のカメラ12の撮像視野Eに対し、たとえば、横方向に「1,2,3」と座標値を付与するとともに、縦方向に「A,B,C」と座標値を付与することで、検出した認証対象M1の座標値(位置情報)は「A2」、検出した認証対象M2の座標値(位置情報)は「B1」、検出した認証対象M3の座標値(位置情報)は「C3」、として座標管理を行なう。
図6(a)は認証対象M2の認証中を示している。この状態で、たとえば、図6(b)に示すように、認証対象M1と認証対象M3とが入れ替わった場合、位置検出部21は、その移動に合わせて座標管理の内容を更新する。これにより、認証対象M2の認証が終了した時点では図6(b)の状態となり、この例では認証対象M1の座標値が「C3」に、認証対象M3の座標値が「A2」に、それぞれ更新された場合を示している。
したがって、認証制御部28は、更新された座標値(位置情報)に基づき第2のカメラ13を制御することにより、図6(c)に示すように、次に認証すべき「認証未」の状態にある認証対象M3にズームして顔画像を取得し、顔認証を行なう。
なお、認証対象の服の色、髪型、身長などのさまざまな特徴を追尾に利用することで、たとえば、認証対象が重なった後に位置の変化があっても認証対象を区別可能となっている。
図7は、たとえば、認証対象M2を認証中に認証対象M3の位置が移動した場合を説明する図である。位置検出部21の座標管理は図6の場合と同様であるので説明は省略する。
図7(a)は認証対象M2の認証中を示している。この状態で、たとえば、図7(b)に示すように、認証対象M3の位置が移動した場合、位置検出部21は、その移動に合わせて座標管理の内容を更新する。これにより、認証対象M2の認証が終了した時点では図7(b)の状態となり、この例では座標値「C3」から「D4」に移動した場合を示している。
したがって、認証制御部28は、更新された座標値(位置情報)に基づき第2のカメラ13を制御することにより、図7(c)に示すように、次に認証すべき「認証未」の状態にある認証対象M3にズームして顔画像を取得し、顔認証を行なう。
なお、本実施の形態に係る顔認証装置を例えば入退場管理装置に応用した場合、認証対象が複数でかつ移動する場合、入場時に(入口で)認証OKのとき、出場時には(出口では)認証NGの認証対象のみ再認証すればよい。
本発明の実施の形態に係る顔認証装置における画像取得用カメラ(撮像手段)の配置状態を概略的に示す模式図。 本発明の実施の形態に係る顔認証装置の構成を概略的に示すブロック図。 全体的な動作を説明するフローチャート。 認証処理の流れを説明する流れ図。 認証対象の優先順位の決定方法を説明するフローチャート。 認証対象M2を認証中に認証対象M1と認証対象M3とが位置が入れ替わった場合を説明する図。 認証対象M2を認証中に認証対象M3の位置が移動した場合を説明する図。
符号の説明
M1,M2,M3…認証対象(人物)、11…通路、12…第1のカメラ(第1の撮像手段)、13…第2のカメラ(第2の撮像手段)、14…人間検知器、E…撮像視野、21…位置検出部(位置検出手段)、22…認証対象選択部(認証対象選択手段)、23…カメラ位置制御部、24…顔領域検出部(顔検出手段)、25…顔特徴抽出部(顔特徴抽出手段)、26…顔照合辞書部(辞書記憶手段)、27…顔照合部(顔照合手段)、28…認証制御部(制御手段)。

Claims (4)

  1. 移動する複数の人物の顔をそれぞれ認証する顔認証装置であって、
    前記移動する複数の人物を含む全体画像を撮像する第1の撮像手段と、
    この第1の撮像手段により撮像された画像内の各人物の位置情報をそれぞれ検出する位置検出手段と、
    前記第1の撮像手段により撮像された画像内から認証対象とする1人の人物を選択し、この選択した人物の位置情報を前記位置検出手段から取得する認証対象選択手段と、
    この認証対象選択手段により選択された人物の位置情報に基づき動作し、前記移動する複数の人物内の当該位置情報に対応する人物に対し視野を合わせて当該人物の少なくとも顔を含む画像を撮像する第2の撮像手段と、
    この第2の撮像手段により撮像された顔画像をあらかじめ登録された顔画像と照合することにより当該人物はあらかじめ登録された人物であるかを判定する認証手段と、
    この認証手段による認証処理が終了すると、次の認証対象者を認証するために、前記認証対象選択手段からの動作を再度行なうよう制御する制御手段と、
    を具備したことを特徴とする顔認証装置。
  2. 前記第1の撮像手段および第2の撮像手段は、前記複数の人物の移動に合わせて当該人物の移動方向に移動することを特徴とする請求項1記載の顔認証装置。
  3. 前記認証対象選択手段は、前記第1の撮像手段により撮像された画像内の各人物に対し認証処理に適しているかなどの認証条件を調べ、この調べた認証条件を加点して各人物ごとの合計ポイントを作成し、この作成した認証条件の合計ポイントの高いものから優先順位を付け、一番優先順位の高い人物から順次選択することを特徴とする請求項1記載の顔認証装置。
  4. 移動する複数の人物の顔をそれぞれ認証する顔認証方法であって、
    前記移動する複数の人物を含む全体画像を第1の撮像手段により撮像する第1の撮像ステップと、
    この第1の撮像ステップにより撮像された画像内の各人物の位置情報を位置検出手段によりそれぞれ検出する位置検出ステップと、
    前記第1の撮像ステップにより撮像された画像内から認証対象とする1人の人物を認証対象選択手段により選択し、この選択した人物の位置情報を前記位置検出ステップにより検出された位置情報から取得する認証対象選択ステップと、
    この認証対象選択ステップにより選択された人物の位置情報に基づき動作する第2の撮像手段により、前記移動する複数の人物内の当該位置情報に対応する人物に対し視野を合わせて当該人物の少なくとも顔を含む画像を撮像する第2の撮像ステップと、
    認証手段により前記第2の撮像ステップにより撮像された顔画像をあらかじめ登録された顔画像と照合することにより当該人物はあらかじめ登録された人物であるかを判定する認証ステップと、
    この認証ステップによる認証処理が終了すると、次の認証対象者を認証するために、制御手段により前記認証対象選択ステップからの動作を再度行なうよう制御する制御ステップと、
    を具備したことを特徴とする顔認証方法。
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