JP2008182360A - 皮膚領域検出撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】近赤外光によって照明された被写体の撮像画像から人体の皮膚領域を検出する皮膚領域検出撮像装置において、短時間のうちに皮膚領域を検出する。
【解決手段】皮膚領域検出撮像装置1は、被写体からの光を集光し固体撮像素子2上に2つの個眼像A、Bを形成する2つの光学レンズ8と、2つの個眼像を順に読出すローリングシャッタ装置と、近赤外線領域における異なった波長(850nm、940nm)の光を発する2つのLED5a、5bとを備える。LED5a、5bは、マイクロプロセッサ24によって、個眼像Aが読出されるときにLED5aが点灯し、個眼像Bが読出されるときにLED5bが点灯するように制御される。読出された個眼像A、Bは、近赤外光の各種波長に対する反射率の相違によって皮膚領域が異なった明るさで表され、マイクロプロセッサ24は、個眼像A、Bを比較して明るさの差が所定値以上である領域を皮膚領域として検出する。
【選択図】図1
【解決手段】皮膚領域検出撮像装置1は、被写体からの光を集光し固体撮像素子2上に2つの個眼像A、Bを形成する2つの光学レンズ8と、2つの個眼像を順に読出すローリングシャッタ装置と、近赤外線領域における異なった波長(850nm、940nm)の光を発する2つのLED5a、5bとを備える。LED5a、5bは、マイクロプロセッサ24によって、個眼像Aが読出されるときにLED5aが点灯し、個眼像Bが読出されるときにLED5bが点灯するように制御される。読出された個眼像A、Bは、近赤外光の各種波長に対する反射率の相違によって皮膚領域が異なった明るさで表され、マイクロプロセッサ24は、個眼像A、Bを比較して明るさの差が所定値以上である領域を皮膚領域として検出する。
【選択図】図1
Description
本発明は、皮膚領域検出撮像装置に関し、詳しくは、近赤外線領域の光によって照明された被写体の撮像画像から人体の皮膚領域を検出する皮膚領域検出撮像装置に関する。
人体の皮膚領域は、近赤外線領域の光によって照明されるときに、異なった波長に対して異なった反射率を有している(例えば850nmの光に対しては約45%、950nmの光に対しては約40%)。従来より、この性質を利用して監視カメラ等における人体検出が行われている。例えば、2種類の異なった波長の近赤外光を発する2種類の発光ダイオードを搭載し、この2種類の発光ダイオードを順に発光させたときに撮像した2種類の被写体画像から画素値の大小関係を抽出し、抽出した大小関係が皮膚領域の反射率特性に一致するか否かによって皮膚領域を検出する人体検出装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、赤外光を照射したときに得られる主要被写体候補エリアの反射率と、予め実験によって取得した肌部分の反射率とを比較して肌部エリアを検出するカメラが知られている(例えば、特許文献2参照)。
一方、CCDイメージセンサが長期間の使用によって劣化するのを防止するセキュリティ装置としての複眼撮影装置(例えば、特許文献3参照)や、複数方向の撮像が可能な携帯電話機の撮像装置(例えば、特許文献4参照)が知られている。
特開2006−47067号公報
特開平5−196989号公報
特開2006−254089号公報
特許第3819733号公報
ところで、特許文献1に記載された人体検出装置では、被写体画像の撮像のためのレンズ光学系と撮像素子が一組であるので、比較するための2種類の画像を取得するにあたって、まず1種類目の発光ダイオードを発光・消灯してその発光ダイオードから発せられる1種類目の波長の光によって照明された被写体の画像を取得し、次に2種類目の発光ダイオードを発光・消灯してその発光ダイオードから発せられる2種類目の波長の光によって照明された被写体の画像を取得するといった工程が必要であり、短時間で皮膚領域の検出を行うことが困難であった。
なお、特許文献2に記載されたカメラにおける肌部検出のための構成は、光源部から発せられる赤外光によって順に照射される複数の測光エリアからの反射光の反射率に基づいて各測光エリアごとに肌部エリアであるか否かの判定を行うものであって、肌部エリアの具体的な形状を検出するものではない。
本発明は、近赤外線領域の光によって照明された被写体の撮像画像から人体の皮膚領域を検出する皮膚領域検出撮像装置において、短時間のうちに皮膚領域を検出することができる皮膚領域検出撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、近赤外線領域の光によって照明された被写体の撮像画像から人体の皮膚領域を検出する皮膚領域検出撮像装置において、被写体からの光を集光する複数の光学レンズと、前記光学レンズによって形成される像を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子上に前記光学レンズによってそれぞれ形成される複数の像を順に読出すシャッタ手段と、近赤外線領域における異なった2種類の波長の光(以下、異波長光という)が時間的に切替わって発光して被写体を照明するフラッシュ光源と、前記フラッシュ光源の異波長光の切替わりタイミングを、前記シャッタ手段が読出す像を切替えるタイミングに合わせて制御する切替え制御手段と、前記切替え制御手段によって切替えられる異波長光のそれぞれによって照明された2種類の像を画像として記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された2種類の画像を比較して明るさの差が所定値以上である領域を皮膚領域として検出する皮膚領域検出手段と、を備え、前記シャッタ手段の1回のシャッタ動作によって得られる2種類の画像に基づいて短時間のうちに皮膚領域を検出することを特徴とする。
請求項2の発明は、近赤外線領域の光によって照明された被写体の撮像画像から人体の皮膚領域を検出する皮膚領域検出撮像装置において、被写体からの光を集光する複数の光学レンズと、前記光学レンズによって形成される像を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子上に前記光学レンズによってそれぞれ形成される複数の像を順に読出すシャッタ手段と、近赤外線領域を含む広域の波長の光が被写体を照明するフラッシュ光源と、前記複数の光学レンズによる集光路に配置され、前記各集光路ごとに近赤外線領域における異なった2種類の波長の光を選択的に透過する2種類のバンドパスフィルタと、前記2種類のバンドパスフィルタによって選択的に透過された2種類の波長の光による2種類の像を画像として記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された2種類の画像を比較して明るさの差が所定値以上である領域を皮膚領域として検出する皮膚領域検出手段と、を備え、前記シャッタ手段の1回のシャッタ動作によって得られる2種類の画像に基づいて短時間のうちに皮膚領域を検出することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記2種類のバンドパスフィルタは、それぞれ近赤外線領域における異なった波長の光を選択的に透過すると共に、可視光領域の光を透過することを特徴とする。
請求項4の発明は、近赤外線領域の光によって照明された被写体の撮像画像から人体の皮膚領域を検出する皮膚領域検出撮像装置において、被写体からの光を集光する複数の光学レンズと、前記光学レンズによって形成される像を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子上に前記光学レンズによってそれぞれ形成される複数の像を順に読出すシャッタ手段と、前記固体撮像素子上の複数の像を、近赤外線領域における異なった2種類の波長の光によって皮膚領域の明るさが異なるように形成する異種類像形成手段と、前記異種類像形成手段によって前記固体撮像素子上に形成され、前記シャッタ手段によって読出された2種類の像を画像として記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された2種類の画像を比較して明るさの差が所定値以上である領域を皮膚領域として検出する皮膚領域検出手段と、を備え、前記シャッタ手段の1回のシャッタ動作によって得られる2種類の画像に基づいて短時間のうちに皮膚領域を検出することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、複数の光学レンズによって固体撮像素子上に複数の像が形成され、それら複数の像は、近赤外線領域における異なった2種類の波長の光がシャッタ手段の読出しタイミングに合わせて切替えられて照明されて2種類の画像として読出され、読出された2種類の画像が比較されて皮膚領域が検出されるので、短時間のうちに皮膚領域が検出できる。
請求項2の発明によれば、複数の光学レンズによって固体撮像素子上に複数の像が形成され、それら複数の像は、近赤外線領域における異なった2種類の波長の光を透過するバンドパスフィルタによって選択的に透過された2種類の波長の光による2種類の像として形成されて読出され、読出された2種類の画像が比較されて皮膚領域が検出されるので、短時間のうちに皮膚領域が検出できる。
請求項3の発明によれば、請求項2の効果に加えて、色彩等が正常な通常の被写体画像を容易に得ることができる。
請求項4の発明によれば、複数の光学レンズによって固体撮像素子上に複数の像が形成され、それら複数の像は、近赤外線領域における異なった2種類の波長の光によって皮膚領域の明るさが異なる2種類の像として形成されて読み出され、読出された2種類の画像が比較されて皮膚領域が検出されるので、短時間のうちに皮膚領域が検出できる。
以下、本発明の第1の実施形態に係る皮膚領域検出撮像装置について、図1乃至図7を参照して説明する。本実施形態の皮膚領域検出撮像装置1は、図1乃至図3に示されるように、被写体からの光を集光して焦点位置にある固体撮像素子2上に上下2個の像(以下、個眼像という)A、Bを形成するレンズ光学系3と、固体撮像素子2上に形成された2個の個眼像A、Bを電子的に処理して皮膚領域の検出を行う電子回路4と、電子回路4からのタイミング信号a、bによって近赤外線領域における異なった2種類の波長を中心波長として持つ2つのLED5a、5bが交代的に発光するフラッシュ光源5と、電子回路4が検出した皮膚領域の画像等を表示する液晶パネル等から構成される表示装置6と、制御データの入力や画像データの取込み等を行うパソコン等の外部装置7と、を備えている。
本実施形態における2つのLED5a、5bは、一方が850nmの中心波長の近赤外線を発光するLED5aであり、他方が940nmの中心波長の近赤外線を発光するLED5bである。
レンズ光学系3は、図1及び図2に示されるように、光軸Lが互いに平行になるように上下に配置された2個の光学レンズ8と、光学レンズ8の支持フレーム9に形成された絞り開口11と、光学レンズ8と固体撮像素子2の間に、各光学レンズ8から固体撮像素子2へ向けてそれぞれ出射される光同士が干渉しないように配置された隔壁12と、固体撮像素子2の前方に配置された光学フィルタ13とを備えている。光学フィルタ13は、近赤外線領域の光を透過するフィルタである。
固体撮像素子2は、基板14上に形成されたCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサから構成され、行列方向(図3及び図4のX、Y方向)に多数の単位画素15を有している。
各光学レンズ8によって固体撮像素子2上に集光されて形成される個眼像A、Bが、図3において、それぞれ円形で表わされる。各個眼像A、Bは、固体撮像素子2によってアナログの画像情報(画素に蓄積される電荷電圧)に変換され後述するローリングシャッタ装置によって個眼像A、個眼像Bの順に読出される。
固体撮像素子2と同一の基板14上には、固体撮像素子2の垂直走査回路16と水平走査回路17にタイミング信号cを出力するタイミングジェネレータ18が備えられ、該タイミング信号cに基づいて固体撮像素子2の単位画素15が後に詳述する所定の順序で読出され、個眼像A、個眼像Bが、この順に読出される。タイミングジェネレータ18と垂直走査回路16と水平走査回路17によってローリングシャッタ装置19が構成されている。
次に、電子回路4について、図1を参照して説明する。電子回路4は、固体撮像素子2から出力されるアナログの画像情報をADコンバータ21を介してディジタル信号として取込む画像処理用プロセッサ22と、画像処理用プロセッサ22に取込まれた画像情報を一時的に記憶するRAM(記憶手段)23と、画像処理用プロセッサ22に取込まれた画像情報を後述の処理手順に従って処理して皮膚領域を検出するマイクロプロセッサ(切替え制御手段、皮膚領域検出手段)24と、検出した皮膚領域の画像情報を一時的に記憶するRAM25と、を備える。
画像処理用プロセッサ22は、固体撮像素子2へ制御信号を出力して露光調整やゲイン調整等の制御を行い、取込んだ画像情報にガンマ補正やホワイトバランス補正等の画像処理も行う。
マイクロプロセッサ24は、タイミングジェネレータ18に接続され、タイミングジェネレータ18が出力する水平同期信号dに基づいて所定のタイミングでフラッシュ光源5へタイミング信号a、bを出力するように構成されている。
以下、ローリングシャッタ装置19による固体撮像素子2上の個眼像A、Bの読出し手順と、フラッシュ光源5の2つのLED5a、5bの発光の切替わりタイミングについて、図4を参照して説明する。
まず、固体撮像素子2上の個眼像A、Bの読出し手順について説明すると、単位画素15の配列された行列方向の原点Sを起点にして行方向(X方向)に沿って1列目の単位画素15を読出した後、列方向(Y方向)において原点Sから遠ざかった次の列を順次繰り返して読出すことによって、最終的に全ての単位画素15が読出され、個眼像A、Bがこの順で読出される。図4において、単位画素15が読出される順序が矢印Ra、Rb、Rc、・・によって模式的に示される。
そして、上記の読出し順序(タイミング)を制御するタイミングジェネレータ18は、各列の読出しが終了する度にマイクロプロセッサ24へ水平同期信号dを出力し、マイクロプロセッサ24は、水平同期信号dをカウントすることによって個眼像Aの読出しの開始と終了、及び個眼像Bの読出しの開始と終了のタイミングを認識し、個眼像Aの読出しの開始と終了に合わせてLED5aへ点灯指令信号と消灯指令信号を出力し、個眼像Bの読出しの開始と終了に合わせてLED5bへ点灯指令信号と消灯指令信号を出力する。
図4において、LED5aの点灯・消灯のタイミングとLED5bの点灯・消灯のタイミングが、それぞれ上方から下方へ向かうパルス波形Pa、Pbとして示される。このパルス波形Pa、Pbにおいて、単位画素15の原点Sから読出しが開始された時点をt=0とし、最後の単位画素15が読出された時点をt=Tとすると、個眼像Aの読出しが開始された時点(t1)でLED5aが点灯され、個眼像Aの読出しが終了された時点(t2)でLED5aが消灯され、個眼像Bの読出しが開始された時点(t3)でLED5bが点灯され、個眼像Bの読出しが終了された時点(t4)でLED5bが消灯される。
次に、本実施形態の皮膚領域検出撮像装置1における皮膚領域の検出手順について、図5のフローチャートを参照して説明する。
撮像が開始されると、ローリングシャッタ装置19が動作して固体撮像素子2上に形成された個眼像A、Bが順に読出され、画像処理用プロセッサ22は個眼像A、Bの画像情報を取得し(S1)、各画像情報を所定の長方形状に切出す(S2)。
このとき、個眼像Aは、LED5aが発光することによって850nmを中心波長とする近赤外光により照明された被写体の像であり、個眼像Bは、LED5bが発光することによって940nmを中心波長とする近赤外光により照明された被写体の像である。
個眼像Aと個眼像Bの具体的な例が図6(a)、図6(b)に示される。被写体中の人物Jの顔等の皮膚領域Jaについては、LED5aで照明された個眼像A(図6(a))の方がLED5bで照明された個眼像B(図6(b))よりも明るく表示されるが、人物Jの髪や衣服等の皮膚以外の領域Jbについては、近赤外線に対する反射率がほぼ同等であるのでLED5aで照明された個眼像A(図6(a))とLED5bで照明された個眼像B(図6(b))との間に大きな差が生じない。
図7に近赤外線領域の各波長の光に対する皮膚領域の反射率特性を示す。波長が850nmの近赤外光に対する反射率は約45%であり、波長が940nmの近赤外光に対する反射率は約40%である。なお、波長が850nmよりも短い領域は可視光の赤色の領域であり、波長が940nmよりも長い領域では固体撮像素子2の感度が急激に低下する。
次に、マイクロプロセッサ24は、個眼像Aと個眼像Bについて全領域における明るさの比較を行い(S3)、明るさの差が所定値よりも大きい領域を皮膚領域と判定する(S4)。
上記の例であれば、人物Jの顔と衣服から露出している手部分とが皮膚領域Jaとして判定される。マイクロプロセッサ24は、皮膚領域Jaと判定した画像を表示装置6に表示する(S5)。表示装置6に表示される画像の例が図6(c)に示される。
以上のように、本実施形態の皮膚領域検出撮像装置1では、ローリングシャッタ装置19による1回の撮像動作によって皮膚領域Jaの明るさが所定程度よりも大きい2種類の画像(個眼像A、B)が得られるので短時間のうちに皮膚領域の検出ができる。
次に、第2の実施形態について、図8乃至図10を参照して説明する。第2の実施形態の皮膚領域検出撮像装置1は、第1の実施形態の皮膚領域検出撮像装置1とほぼ同一の構造であり、相違するところは、フラッシュ光源5を構成する2つのLED5a、5bが、近赤外線領域を含む広域の波長の光を発する1つのハロゲンランプ5cに代えられた点と、光学フィルタ13が、2つの光学レンズ8によってそれぞれ形成される集光路30a、30bごとに近赤外線領域における異なった2種類の波長の光を選択的に透過するバンドパスフィルタ31a、31bに代えられた点である。以下、各相違点について詳細に説明する。
ハロゲンランプ5cは、近赤外線領域と可視光領域を含む広域の波長の光を発する光源であり、点灯・消灯が所定のタイミングで切替えられるLED5a、5bとは異なり、被写体の撮像が行われている間中継続して発光される。なお、ハロゲンランプ5cに代えて広域の波長の光を発する1つのLEDであってもよい。
バンドパスフィルタ31a、31bは、それぞれ2つの光学レンズ8に固有の集光路30a、30bに配置され、バンドパスフィルタ31aは、中心波長が850nm付近の近赤外光を透過するフィルタであり、バンドパスフィルタ31bは、中心波長が940nm付近の近赤外光を透過するフィルタである。図9にバンドパスフィルタ31aの透過率特性が示され、図10にバンドパスフィルタ31bの透過率特性が示される。
バンドパスフィルタ31aによって選択的に透過される近赤外光によって形成される個眼像Aは、第1の実施形態と同様に、皮膚領域Jaが比較的明るく表された画像(図6(a))になり、バンドパスフィルタ31bによって選択的に透過される近赤外光によって形成される個眼像Bは、第1の実施形態と同様に、皮膚領域Jaが比較的暗く表された画像(図6(b))になる。
第2の実施形態における皮膚領域の検出手順も、第1の実施形態と同様に、画像情報の取得、所定形状の画像への切り出し、個眼像A、B間の比較、皮膚領域の検出、画像の表示の順で行われ、皮膚領域Jaの検出及び画像表示が行われる。
第2の実施形態の皮膚領域検出撮像装置1においても、ローリングシャッタ装置19による1回の撮像動作によって皮膚領域Jaの明るさが所定程度よりも大きい2種類の画像(個眼像A、B)が得られるので短時間のうちに皮膚領域の検出ができる。
この第2の実施形態におけるバンドパスフィルタ31a、31bは、光透過領域として可視光領域を含むものに代えられてもよく、その場合の変形例について、図11と図12を参照して説明する。
具体的には、バンドパスフィルタ31aは、その透過率特性が図11に示されるような、中心波長が850nm付近の近赤外光と360〜660nmの可視光領域の光をともに透過するものに代えられ、バンドパスフィルタ31bは、その透過率特性が図12に示されるような、中心波長が940nm付近の近赤外光と360〜660nmの可視光領域の光をともに透過するものに代えられてもよい。
この場合には、各バンドパスフィルタ31a、31bが可視光領域の光も透過するので、個眼像A、B自体を色彩等が正常な通常の被写体画像として得ることができる。また、ユーザは、得られる画像を表示装置6に表示して見ることができ、本皮膚領域検出撮像装置1を監視カメラ装置として利用することができる。
1 皮膚領域検出撮像装置
2 固体撮像素子
5 フラッシュ光源
5a、5b LED(異種類像形成手段)
5c ハロゲンランプ
8 光学レンズ
19 ローリングシャッタ装置(シャッタ手段)
23 RAM(記憶手段)
24 マイクロプロセッサ(切替え制御手段、皮膚領域検出手段)
30a、30b 集光路
31a、31b バンドパスフィルタ(異種類像形成手段)
A、B 個眼像(2種類の画像)
Ja 皮膚領域
2 固体撮像素子
5 フラッシュ光源
5a、5b LED(異種類像形成手段)
5c ハロゲンランプ
8 光学レンズ
19 ローリングシャッタ装置(シャッタ手段)
23 RAM(記憶手段)
24 マイクロプロセッサ(切替え制御手段、皮膚領域検出手段)
30a、30b 集光路
31a、31b バンドパスフィルタ(異種類像形成手段)
A、B 個眼像(2種類の画像)
Ja 皮膚領域
Claims (4)
- 近赤外線領域の光によって照明された被写体の撮像画像から人体の皮膚領域を検出する皮膚領域検出撮像装置において、
被写体からの光を集光する複数の光学レンズと、
前記光学レンズによって形成される像を撮像する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子上に前記光学レンズによってそれぞれ形成される複数の像を順に読出すシャッタ手段と、
近赤外線領域における異なった2種類の波長の光(以下、異波長光という)が時間的に切替わって発光して被写体を照明するフラッシュ光源と、
前記フラッシュ光源の異波長光の切替わりタイミングを、前記シャッタ手段が読出す像を切替えるタイミングに合わせて制御する切替え制御手段と、
前記切替え制御手段によって切替えられる異波長光のそれぞれによって照明された2種類の像を画像として記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された2種類の画像を比較して明るさの差が所定値以上である領域を皮膚領域として検出する皮膚領域検出手段と、を備え、
前記シャッタ手段の1回のシャッタ動作によって得られる2種類の画像に基づいて短時間のうちに皮膚領域を検出することを特徴とする皮膚領域検出撮像装置。 - 近赤外線領域の光によって照明された被写体の撮像画像から人体の皮膚領域を検出する皮膚領域検出撮像装置において、
被写体からの光を集光する複数の光学レンズと、
前記光学レンズによって形成される像を撮像する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子上に前記光学レンズによってそれぞれ形成される複数の像を順に読出すシャッタ手段と、
近赤外線領域を含む広域の波長の光が被写体を照明するフラッシュ光源と、
前記複数の光学レンズによる集光路に配置され、前記各集光路ごとに近赤外線領域における異なった2種類の波長の光を選択的に透過する2種類のバンドパスフィルタと、
前記2種類のバンドパスフィルタによって選択的に透過された2種類の波長の光による2種類の像を画像として記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された2種類の画像を比較して明るさの差が所定値以上である領域を皮膚領域として検出する皮膚領域検出手段と、を備え、
前記シャッタ手段の1回のシャッタ動作によって得られる2種類の画像に基づいて短時間のうちに皮膚領域を検出することを特徴とする皮膚領域検出撮像装置。 - 前記2種類のバンドパスフィルタは、それぞれ近赤外線領域における異なった波長の光を選択的に透過すると共に、可視光領域の光を透過することを特徴とする請求項2に記載の皮膚領域検出撮像装置。
- 近赤外線領域の光によって照明された被写体の撮像画像から人体の皮膚領域を検出する皮膚領域検出撮像装置において、
被写体からの光を集光する複数の光学レンズと、
前記光学レンズによって形成される像を撮像する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子上に前記光学レンズによってそれぞれ形成される複数の像を順に読出すシャッタ手段と、
前記固体撮像素子上の複数の像を、近赤外線領域における異なった2種類の波長の光によって皮膚領域の明るさが異なるように形成する異種類像形成手段と、
前記異種類像形成手段によって前記固体撮像素子上に形成され、前記シャッタ手段によって読出された2種類の像を画像として記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された2種類の画像を比較して明るさの差が所定値以上である領域を皮膚領域として検出する皮膚領域検出手段と、を備え、
前記シャッタ手段の1回のシャッタ動作によって得られる2種類の画像に基づいて短時間のうちに皮膚領域を検出することを特徴とする皮膚領域検出撮像装置。
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Cited By (11)
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