JP2008257321A - 顔検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】用途に応じて所望の検出結果を得られる顔検出装置を提供すること。
【解決手段】段階的に検出すべき顔の大きさを変えながら、入力画像に含まれる複数の異なる大きさの顔を検出する装置であって、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を開始する顔の大きさと、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を終了する顔の大きさを設定し、検出を開始する顔の大きさから、検出を終了する顔の大きさまで、順次、顔の大きさを段階的に設定し、設定したそれぞれの大きさの顔に対して、顔検出を行う。顔検出範囲を限定することにより、消費電力や検出速度などが要件として与えられたときに、用途に応じてより柔軟に所望の検出結果を得ることができる。
【選択図】図3
【解決手段】段階的に検出すべき顔の大きさを変えながら、入力画像に含まれる複数の異なる大きさの顔を検出する装置であって、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を開始する顔の大きさと、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を終了する顔の大きさを設定し、検出を開始する顔の大きさから、検出を終了する顔の大きさまで、順次、顔の大きさを段階的に設定し、設定したそれぞれの大きさの顔に対して、顔検出を行う。顔検出範囲を限定することにより、消費電力や検出速度などが要件として与えられたときに、用途に応じてより柔軟に所望の検出結果を得ることができる。
【選択図】図3
Description
本発明は、画像データに含まれる顔領域を検出する技術に関する。
予め用意しておいた顔テンプレートに対するマッチング処理により顔を検出する方法において、検出対象となる画像データに異なる大きさの複数の顔が存在する場合、入力画像、または、予め用意した顔テンプレートの解像度を段階的に変更して検出する方法が提案されている(特許文献1)。
従来技術の顔検出装置を図9に示す。入力画像を所定の縮小率で段階的に縮小することで、入力画像に対してそれぞれ異なる解像度を持つ画像を得る。縮小率が最も大きい画像から、縮小率が小さい画像へ向かって、検出対象となる解像度画像を選択し(S91)、各解像度画像上で、画像の一部を切り出し、予め用意しておいた顔テンプレートをマッチングさせる(S92)ことで、異なる大きさの顔を検出している。
従来技術では、サイズが小さい(解像度が粗い)画像から処理を開始し、段階的にサイズが大きな画像へ向かって検出処理を行っているため、検出すべき顔の大きさを大から小へ変えながら順次検出処理をしていることと等価である。
サイズが最も大きな画像(入力画像)における検出処理が終了すると、顔検出処理全体が終了し、異なる顔の大きさが複数含まれた検出結果を得る。
特開2006−301847号公報(図8、図9)
しかしながら、従来の構成では、複数段階の全ての縮小画像に対して、テンプレート・マッチング処理が必要なため、計算量が多い。そのため、限られたハードウェア資源でアルゴリズムをハードウェア実装すると、途中で計算の打ち切りが行われ、所望の検出結果が得られないという問題があった。さらに、従来技術では、大きな顔の検出から処理を開始することが前提となっているため、小さい顔を優先的に検出するといった柔軟性に欠けていた。
そこで、本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、用途に応じて、所望の検出結果を得ることができる顔検出装置を提供することを目的とする。
第1の発明に係る顔検出装置は、段階的に検出すべき顔の大きさを変えながら、入力画像に含まれる複数の異なる大きさの顔を検出する装置であって、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を開始する顔の大きさを決定する開始解像度決定手段と、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を終了する顔の大きさを決定する終了解像度決定手段と、開始解像度決定手段で決定した大きさの顔から、終了解像度決定手段で決定した顔の大きさまで、順次、顔の大きさを設定する、解像度設定手段と、解像度設定手段で決定した大きさの顔に対して、顔検出を行う顔検出手段とを備える。
本構成によれば、検出する範囲を指定できることによって、所望の結果をより少ない演算量で得ることができる。
第2の発明に係る顔検出装置は、大きい顔優先、小さい顔優先の2つの優先度モードを備え、大きい顔優先を指定した場合は、終了解像度決定手段で決定する顔の大きさを、開始解像度決定手段で決定する顔の大きさより小さくし、小さい顔優先を指定した場合は、終了解像度決定手段で決定する顔の大きさを、開始解像度決定手段で決定する顔の大きさより大きくする。
本発明によれば、優先的に検出する顔の大きさを指定できるため、用途に応じて必要な大きさの顔を柔軟に得ることができる。
第3の発明に係る顔検出装置では、優先度モードは、複数の設定モードから1つを選択する第1の選択手段と、第1の選択手段において、設定モードが優先する顔の大きさを選択するモードであるときに、さらに、大きい顔優先か小さい顔優先かを選択する第2の選択手段とにより決定する。
この構成によれば、ユーザが液晶画面を見ながら、モード設定をすることができる。
第4の発明に係る顔検出装置では、開始解像度決定手段は、入力画像を互いに異なる複数の解像度を持つ画像群に変換する解像度変換手段と、画像群に対して、テンプレート・マッチングを行い、顔らしさを評価する顔評価手段と、顔らしさの評価結果を入力し、最大の評価結果を持つ解像度を選択し、検出を開始する顔の大きさとして出力する判定手段と有する。
この構成によれば、最も顔らしい画像を含むIDから検出を開始することができるため、高速に、かつ、低消費電力に検出結果を得ることができる。
第5の発明に係る顔検出装置では、判定手段は、重み係数を用いて、評価結果を重み付け大小比較する。
この構成によれば、顔の大きさの優先度を重み付けで実現することができるため、所望の検出開始解像度の設定が容易に実現できる。
第6の発明に係る顔検出装置では、優先度モードのうち、指定した優先度モードに応じて、判定手段に入力する重み係数を決定する。
この構成によれば、顔の大きさの優先度を重み付けで実現することができるため、モードに応じた検出開始解像度の設定が容易に実現できる。
第7の発明に係る顔検出装置は、撮影モードを入力として、所定のテーブルを参照して開始解像度決定手段で決定する顔の大きさと、終了解像度決定手段で決定する顔の大きさとを決定する。
この構成によれば、ディジタルスチールカメラ等でユーザが通常設定する撮影モードから優先度を判定して、検出範囲を絞り込むため、所望の検出結果を、より高速に、かつ、低消費電力に得ることができる。
第8の発明に係る顔検出装置は、段階的に検出すべき顔の大きさを変えながら、入力画像に含まれる複数の異なる大きさの顔を検出する装置であって、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を開始する顔の大きさを決定する開始解像度決定手段と、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を終了する顔の大きさを決定する終了解像度決定手段と、開始解像度決定手段で決定した大きさの顔から、終了解像度決定手段で決定した顔の大きさまで、順次、顔の大きさを設定する、解像度設定手段と、解像度設定手段で決定した大きさの顔に対して、顔検出を行う顔検出手段とを備え、顔検出手段で検出された顔数が所定以上である場合には処理を終了し、顔検出手段で検出された顔数が所定より小さい場合には、開始解像度決定手段と終了解像度決定手段の少なくとも一方の顔の大きさを変えて、解像度設定手段で段階的に設定した大きさの顔に対して、顔検出手段で顔検出を行う。
この構成によれば、顔数により探索の打ち切りが可能であるため、所望の検出結果を低消費電力、かつ、高速に得ることができる。
第9の発明に係る顔検出装置は、段階的に検出すべき顔の大きさを変えながら、入力画像に含まれる複数の異なる大きさの顔を検出する方法であって、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を開始する顔の大きさを決定する開始解像度決定ステップと、複数の異なる大きさの顔のうち、検出を終了する顔の大きさを決定する終了解像度決定ステップと、開始解像度決定手段で決定した大きさの顔から、終了解像度決定手段で決定した顔の大きさまで、順次、顔の大きさを設定する、解像度設定ステップと、解像度設定ステップで決定した大きさの顔に対して、顔検出を行う顔検出ステップとを備える。
本発明によれば、検出する範囲を指定できることによって、所望の結果をより少ない演算量で得ることができる。
本発明の顔検出装置によれば、顔検出範囲を限定することにより、消費電力や検出速度などが要件として与えられたときに、用途に応じてより柔軟に所望の検出結果を得ることができる。逆に、所望の検出結果を、低消費電力、かつ、高速に得ることができる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1に顔検出処理の概念図を示す。QVGA解像度の輝度データを入力画像として顔検出をする。異なる大きさの顔を複数検出するために、入力画像を複数の解像度に変換し、それぞれの解像度に対して検出処理を行う。
図1に顔検出処理の概念図を示す。QVGA解像度の輝度データを入力画像として顔検出をする。異なる大きさの顔を複数検出するために、入力画像を複数の解像度に変換し、それぞれの解像度に対して検出処理を行う。
検出の対象となる各解像度は、例えば、入力となるQVGA解像度画像(横320ピクセル×縦240ピクセル)から、次の数式で生成される。
ここで、nは縮小の段階を示すID値であり、IDが大きければ大きいほど縮小率が高くなる。例えば、ID=1の解像度では、QVGA解像度の1.25分の1、つまり、80%の縮小率を持つ画像(横256ピクセル×縦196ピクセル)となる。ID=2の解像度では、QVGA解像度の64%の縮小率をもつ画像(横204ピクセル×縦153ピクセル)となる。
図2に別の解像度変換の例として、段階的に22%ずつ縮小した場合のIDと解像度画像の縦と横のピクセル数の関係を示す。この例では、全部で12段階の解像度画像を生成している。最小の解像度は顔のテンプレートサイズから決まる。例えば、横24ピクセル、縦24ピクセルを顔のテンプレートとして用いる場合、図2に示すように最小の解像度は横33ピクセル、縦25ピクセルとなる。これ以上縮小すると、テンプレートとのマッチングができない。
なお、縮小率と顔テンプレートサイズは本発明を限定するものではなく、任意の値を用いても良い。また、検出の対象画像としては、縮小画像ではなく、拡大画像を用いてもよい。
このようにして、用意された複数段階の解像度画像に対して、ある一定の大きさを持つ顔のテンプレートをマッチングさせて顔を検出する。顔のテンプレートの大きさは一定であるため、縮小率が大きい解像度画像では、画面全体に対して大きい顔を、縮小率が小さい解像度画像では、画面全体に対して小さい顔を検出していることと等価になる。
なお、本形態は顔のテンプレートの大きさを一定として、マッチングの対象となる画像の方を縮小したが、逆に、マッチング対象となる画像の大きさを一定にして、顔のテンプレートを縮小(または拡大)しても良い。
説明の簡単化のため、本形態では、顔のテンプレートサイズを一定にする方法で以降の説明を行う。
図3に、本実施例のフローチャートを示す。S10でQVGA解像度の画像を入力する。図2の開始解像度、終了解像度決定では、前述した複数の解像度画像のうち検出を開始する解像度と検出を終了する解像度をそれぞれ選択する。例えば、検出を開始する解像度が最大の解像度(図2のID=0)であり、検出を終了する解像度が最小の解像度(図2のID=11)である場合、ID=0、ID=1,ID=2,…、ID=11という順に段階的に顔検出を行う。
図4に、開始解像度決定のフローチャートを示す。より効率的な探索を行うために、互いに異なる縮小IDの中で、最も顔らしいものを含んでいる縮小IDから探索を開始する。S20、S22において、解像度変換を行い、互いに異なる縮小IDを生成する。例えば、S20ではID=0,S22ではID=11を生成する。
さらに、そのそれぞれの縮小IDに対して、S21、S23で顔検出処理を行い、顔らしさを評価する。前述したように、それぞれの縮小IDにおいて、縦24ピクセル、横24ピクセルの大きさを持つ顔のテンプレートを用いて、各縮小画像の左上端から右下向かってラスタスキャン順にパタンマッチを行い、顔らしさを評価する。このとき、全探索ポイントにおいてマッチングを行っても良いが、演算量削減のため、横方向にn画素(nは1より大きい自然数)毎に、縦方向にmライン(mは1より大きい自然数)毎に探索ポイントを間引くことも可能である。
各縮小画像で探索を終了すると、その画像に顔らしい部分が含まれていたか否かという結果を出力する。もし、顔らしい部分が含まれていた場合、検出した顔の座標、顔の向きを出力する。顔の座標は、顔と判定された24ピクセル×24ピクセルの領域の左上端のピクセルの座標でも良いし、顔の中心座標でも良い。顔の向きは、予め用意しておいたテンプレートに含まれる顔の向きであり、正面、左向き、右向き、左傾き、右傾き、下向き、上向き等がある。正面以外の向きについては、さらに、角度が定義される場合がある。
最終的に、複数の顔らしい領域の結果を統合する。顔らしい領域が近傍に複数ある場合のみ、それらを統合し最終的な検出結果として、統合顔の座標、統合顔の向き、顔らしさを出力する。統合顔の座標は、統合される各領域の座標の平均値として算出する。また、統合顔の向きとして、統合される領域の中で最も多く含まれている顔の向きを出力する。顔らしさは、その統合顔に統合された24ピクセル×24ピクセル領域の数である。
2つの異なるIDに対する検出結果を元にS24で判定処理を行う。図4では、S21、S23から出力される検出結果のうち、顔らしさの出力値をそれぞれ、H1,H2とする。H1、H2、ならびに、それぞれに対応した重み値W1、W2を入力として、以下の式で判定処理を行う。
ここで、MAXVALには、H1*W1,H2*W2のうち、最大値が代入され、最大評価値を持つ縮小IDが特定される。選択された縮小IDから探索を開始する。W1、W2はユーザが自由に決定しても良いし、所定の値を用いても良い。
なお、本実施例では、S21、S23から出力される顔らしい領域はそれぞれ一つであるが、複数の結果が出力される場合も同様に重み付け加算で判定可能である。
なお、本実施例では、2つの縮小IDの候補から1つの縮小IDを選択したが、IDの候補数が、3個以上の場合も同様な方法で選択が可能である。ただし、候補数を増やせば増やすほど、全探索に近くなり、計算量削減の効果が小さくなってしまう。
終了解像度は、大きい顔から探索するか、小さい顔から探索するかに応じて決定する。
図5は、ディジタルカメラの背面液晶を示した図である。液晶部50に、顔検出のモード設定画面を示す。ユーザは、複数の設定モードの中から、設定ボタン51を操作することで、顔優先モードを選択する。さらに、同じく、設定ボタン51を操作することで、大きい顔優先か、小さい顔優先かを選択する。例えば、開始解像度がID=5の場合で、かつ、小さい顔優先の場合は、終了解像度がID=11となる。一方、大きい顔優先の場合は、終了解像度がID=0となる。
なお、所定の優先度を決定しておき、大きい顔優先であれば終了解像度ID=0、小さい顔優先であれば終了解像度ID=11を事前に決定しておいてもよい。
なお、顔の大きさの優先度とともに、検出する解像度の数を入力とすることで、探索する解像度の数を削減することも可能である。
なお、顔の大きさの優先度に従って、W1、W2の重みを変更してもよい。大きい顔優先の場合は、W1=0,W2=1とすることで、開始IDを強制的にID=11とすることができる。また、小さい顔優先の場合は、W1=1、W2=0とすることで、開始IDを強制的にID=0とすることができる。
図6に顔の優先度を決める別の実施方法を示す。図6のモード設定ダイヤル60は、ポートレートやAUTO等のモードを備えており、その選択をユーザが実施するために設けているダイヤルである。一般的なディジタルスチールカメラは、ほとんど、このモード設定ダイヤルを備えている。たとえば、モード設定において、ポートレートモードを選択する場合、比較的大きな顔を被写体とするケースが多いという類推の元で、大きい顔優先にする。逆に風景モードの場合は、被写界深度が深いため、複数人を撮影する場合に向いている。この場合は、小さい顔優先にするのが望ましい。これらを予めテーブルに保持しておき、モード設定に応じてテーブルを参照することで、顔の大きさの優先度を得ることができる。
S11で開始解像度と終了解像度が決定したら、S12で、複数の解像度画像を順次生成し、1フレームの縮小画像生成が終了する都度、その縮小画像に対して、顔検出処理を行う(S13)。S14で、解像度のIDが終了解像度のIDと一致したら、検出を終了して、S15の後処理を行う。一致しない場合は、S12、S13、S14の処理を繰り返し実施する。
S15の後処理では、前述したように、複数の顔らしい結果を統合して、最終的な顔の検出結果を出力する。最終的な検出結果として、統合顔の座標、統合顔の向き、顔らしさを出力する。
このように、本形態の顔検出装置は、処理を開始する顔の大きさと、処理を終了する顔の大きさを任意に設定できるため、消費電力や検出速度などが要件として与えられたときに、用途に応じてより柔軟に所望の検出結果を得ることができる。逆に、所望の検出結果を、低消費電力、かつ、高速に得ることができる。
(実施の形態2)
図7に、実施の形態2のフローチャートを示す。S70でQVGA解像度の画像を入力する。S71の開始解像度をID=11、終了解像度をID=6とする。S72で、ID=11の解像度画像を生成し、S73でID=11について顔検出処理を行う。S74において、ID=11は最後の縮小画像ではないため、S72に戻り、次の縮小画像(ID=10)を生成する。ID=9、8、7、6の順でS72からS74を繰り返す。ID=6のときに、終了解像度と同じIDとなり、検出が終了するため、S75の後処理に遷移する。ここで、統合された最終の顔数が10人以上であれば、顔検出処理を中止する。10人よりすくなければ、今度は開始解像度をID=5、終了解像度をID=0として、S72からS74を繰り返す。最後に、S76でID=0のため、10人検出する、しないに関わらず、処理を終了する。
図7に、実施の形態2のフローチャートを示す。S70でQVGA解像度の画像を入力する。S71の開始解像度をID=11、終了解像度をID=6とする。S72で、ID=11の解像度画像を生成し、S73でID=11について顔検出処理を行う。S74において、ID=11は最後の縮小画像ではないため、S72に戻り、次の縮小画像(ID=10)を生成する。ID=9、8、7、6の順でS72からS74を繰り返す。ID=6のときに、終了解像度と同じIDとなり、検出が終了するため、S75の後処理に遷移する。ここで、統合された最終の顔数が10人以上であれば、顔検出処理を中止する。10人よりすくなければ、今度は開始解像度をID=5、終了解像度をID=0として、S72からS74を繰り返す。最後に、S76でID=0のため、10人検出する、しないに関わらず、処理を終了する。
図7のフローチャートによれば、ID=11からID=6までの間に、所定の人数が検出された段階で処理を終了するため、消費電力の削減、または、検出速度向上の効果が期待できる。
なお、図7は12段階のIDを2つのグループに分割したが、ID=11からID=8、ID=7からID=4、ID=3からID=0のように3グループにさらに細かく分割しても良いし、それ以上分割しても良い。
なお、図7は大きい顔優先での顔検出であるが、ID=0から開始する小さい顔優先モードでも同様なフローが実現できる。
図8に、図3と図7のフローチャートを実現する、ハードウェアの例を示す。画像メモリ83に顔検出の入力となるQVGAの解像度画像を蓄積する。解像度変換により生成される各縮小(拡大)画像は、同様に画像メモリ83に格納しても良いし、解像度変換回路82、または、顔検出回路81の内部メモリ(図示せず)に保持しても良い。顔検出回路81は、図3のS13、図4のS21とS23、図7のS73の顔検出処理を実行する。なお、S15やS75の後処理を実施しても良い。解像度変換回路82は図3のS12、図4のS20とS22、図7のS72の縮小画像生成を実行する。開始解像度と終了解像度の決定、検出顔数のチェックなどのチューニングが必要な部分は、プロセッサ80で実施する方が望ましい。
このように、本形態の顔検出装置は、顔数により探索の打ち切りが可能であるため、所望の検出結果を低消費電力、かつ、高速に得ることができる。
本発明にかかる顔検出装置は、ディジタルスチールカメラ、ディジタルビデオカメラ、監視カメラ等、要件が異なる機器に対して、柔軟に所望の検出結果を得る技術として有用である。さらに、所望の検出結果を、より低消費電力、かつ、高速に得る技術として有用である。
50 液晶部
51 設定ボタン
60 モード設定ダイヤル
80 プロセッサ
81 顔検出回路
82 解像度変換回路
83 画像メモリ
51 設定ボタン
60 モード設定ダイヤル
80 プロセッサ
81 顔検出回路
82 解像度変換回路
83 画像メモリ
Claims (9)
- 段階的に検出すべき顔の大きさを変えながら、入力画像に含まれる複数の異なる大きさの顔を検出する装置であって、
前記複数の異なる大きさの顔のうち、検出を開始する顔の大きさを決定する開始解像度決定手段と、
前記複数の異なる大きさの顔のうち、検出を終了する顔の大きさを決定する終了解像度決定手段と、
前記開始解像度決定手段で決定した大きさの顔から、前記終了解像度決定手段で決定した顔の大きさまで、順次、顔の大きさを設定する、解像度設定手段と、
前記解像度設定手段で決定した大きさの顔に対して、顔検出を行う顔検出手段とを備えることを特徴とする顔検出装置。 - 大きい顔優先、小さい顔優先の2つの優先度モードを備え、
大きい顔優先を指定した場合は、前記終了解像度決定手段で決定する顔の大きさを、前記開始解像度決定手段で決定する顔の大きさより小さくし、
小さい顔優先を指定した場合は、前記終了解像度決定手段で決定する顔の大きさを、前記開始解像度決定手段で決定する顔の大きさより大きくする
ことを特徴とした請求項1記載の顔検出装置。 - 前記優先度モードは、
複数の設定モードから1つを選択する第1の選択手段と、
前記第1の選択手段において、前期設定モードが優先する顔の大きさを選択するモードであるときに、さらに、大きい顔優先か小さい顔優先かを選択する第2の選択手段とにより決定することを特徴とする請求項2記載の顔検出装置。 - 前記開始解像度決定手段は、
入力画像を互いに異なる複数の解像度を持つ画像群に変換する解像度変換手段と、
前記画像群に対して、テンプレート・マッチングを行い、顔らしさを評価する顔評価手段と、
前記顔らしさの評価結果を入力し、最大の評価結果を持つ解像度を選択し、前記検出を開始する顔の大きさとして出力する判定手段とをさらに持つ請求項2記載の顔検出装置。 - 前記判定手段は、重み係数を用いて、前記評価結果を重み付け大小比較することを特徴とした請求項4記載の顔検出装置。
- 前記優先度モードのうち、指定した優先度モードに応じて、前記判定手段に入力する重み係数を決定することを特徴とした請求項5記載の顔検出装置。
- 撮影モードを入力として、所定のテーブルを参照して前記開始解像度決定手段で決定する顔の大きさと、前記終了解像度決定手段で決定する顔の大きさとを決定する請求項1記載の顔検出装置。
- 段階的に検出すべき顔の大きさを変えながら、入力画像に含まれる複数の異なる大きさの顔を検出する装置であって、
前記複数の異なる大きさの顔のうち、検出を開始する顔の大きさを決定する開始解像度決定手段と、
前記複数の異なる大きさの顔のうち、検出を終了する顔の大きさを決定する終了解像度決定手段と、
前記開始解像度決定手段で決定した大きさの顔から、前記終了解像度決定手段で決定した顔の大きさまで、順次、顔の大きさを設定する、解像度設定手段と、
前記解像度設定手段で決定した大きさの顔に対して、顔検出を行う顔検出手段とを備え、
前記顔検出手段で検出された顔数が所定以上である場合には処理を終了し、
前記顔検出手段で検出された顔数が所定より小さい場合には、前記開始解像度決定手段と前記終了解像度決定手段の少なくとも一方の顔の大きさを変えて、前記解像度設定手段で段階的に設定した大きさの顔に対して、前記顔検出手段で顔検出を行うことを特徴とした顔検出装置。 - 段階的に検出すべき顔の大きさを変えながら、入力画像に含まれる複数の異なる大きさの顔を検出する方法であって、
前記複数の異なる大きさの顔のうち、検出を開始する顔の大きさを決定する開始解像度決定ステップと、
前記複数の異なる大きさの顔のうち、検出を終了する顔の大きさを決定する終了解像度決定ステップと、
前記開始解像度決定手段で決定した大きさの顔から、前記終了解像度決定手段で決定した顔の大きさまで、順次、顔の大きさを設定する、解像度設定ステップと、
前記解像度設定ステップで決定した大きさの顔に対して、顔検出を行う顔検出ステップとを備えることを特徴とする顔検出方法。
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