JP2008304979A - Face authentication device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はカメラで撮影された顔画像中の人物と登録された顔画像データベース中の顔画像の人物との照合技術である画像認識に関するものである。 The present invention relates to image recognition that is a technique for collating a person in a face image photographed by a camera with a person in a face image in a registered face image database.
単眼のカメラで撮影された顔画像と事前に登録された顔画像データベース中の顔画像との照合においては、撮影された顔画像と登録画像中の顔画像との顔向きの違いの大きさが認証性能を悪化させる原因となる。このような問題を解決するための手法としては、撮影された顔画像もしくは特徴量と登録された顔画像もしくは特徴量とに補正を加え、擬似的に同じ向きの顔画像同士の照合として扱う方法がある。 In the collation of a face image taken with a monocular camera and a face image in a pre-registered face image database, the difference in face orientation between the photographed face image and the face image in the registered image is large. This will cause the authentication performance to deteriorate. As a method for solving such a problem, a method of correcting a photographed face image or feature amount and a registered face image or feature amount and treating them as face-to-face matching in the same direction. There is.
例えば、登録顔画像とワイヤフレームの基準モデルを用いてカメラの撮影方向から見た場合の擬似的な登録顔画像を合成するものがある(特許文献1)。また、顔画像から抽出される特徴量に対して補正を行い、撮影された顔画像から得られる特徴量を、登録顔画像と同じ向きから見た場合の特徴量に補正するものがある(特許文献2)。 For example, there is a technique of synthesizing a pseudo registered face image when viewed from the shooting direction of a camera using a registered face image and a wire frame reference model (Patent Document 1). Further, there is a technique that corrects a feature amount extracted from a face image and corrects a feature amount obtained from a captured face image to a feature amount when viewed from the same direction as a registered face image (patent) Reference 2).
上述したように、登録された顔画像もしくは特徴量を、カメラで撮影された顔向きの顔画像もしくは特徴量に補正する方法の場合、補正の伴う誤差が発生すること、また、もともとの登録された顔画像もしくは照合画像では見えて無かった顔の部分の画像もしくは特徴量については、補正で作り出すことは難しいという問題があること、また、単眼のカメラかつ単一の顔モデルの場合、様々な人の顔向きの違いを正確に補正することは難しいという問題がある。つまるところ、補正が不要な正面顔画像を適切に得ることができなかったと云う課題である。 As described above, in the case of a method for correcting a registered face image or feature value to a face image or feature value of a face direction photographed by a camera, an error accompanying the correction occurs, and the original registered image The face image or feature that was not visible in the face image or collation image has a problem that it is difficult to create by correction, and in the case of a monocular camera and a single face model, there are various There is a problem that it is difficult to accurately correct the difference in human face orientation. In other words, the problem is that a front face image that does not require correction could not be properly obtained.
この発明に係る顔認証装置は、人物の顔を登録した登録画像から特徴量を抽出する登録画像特徴量抽出部と、人物の顔画像を撮り登録画像と同じ顔向きとなる正面顔であるか否かを検出し、正面顔の場合には照合画像特徴量抽出部へ顔画像を出力する登録ポーズ顔検出部と、照合画像特徴量抽出部から抽出した特徴量と登録画像特徴量抽出部から抽出した特徴量とを照合する照合部とを備えたことを特徴とするものである。 The face authentication device according to the present invention includes a registered image feature amount extraction unit that extracts a feature amount from a registered image in which a person's face is registered, and a front face that takes the person's face image and has the same face orientation as the registered image. In the case of a front face, a registered pose face detection unit that outputs a face image to the collation image feature amount extraction unit, a feature amount extracted from the collation image feature amount extraction unit, and a registered image feature amount extraction unit The present invention is characterized in that a collation unit for collating the extracted feature amount is provided.
この発明に係る顔認証装置によれば、人物の顔を登録した登録画像から特徴量を抽出する登録画像特徴量抽出部と、人物の顔画像を撮り登録画像と同じ顔向きとなる正面顔であるか否かを検出し、正面顔の場合には照合画像特徴量抽出部へ顔画像を出力する登録ポーズ顔検出部と、照合画像特徴量抽出部から抽出した特徴量と登録画像特徴量抽出部から抽出した特徴量とを照合する照合部とを備えたので、正面顔画像を適切に得ることができる。 According to the face authentication device of the present invention, a registered image feature amount extraction unit that extracts a feature amount from a registered image in which a person's face is registered, and a front face that takes the person's face image and has the same face orientation as the registered image. In the case of a front face, a registered pose face detection unit that outputs a face image to the collation image feature amount extraction unit, a feature amount extracted from the collation image feature amount extraction unit, and a registered image feature amount extraction Since the collation part which collates with the feature-value extracted from the part is provided, a front face image can be obtained appropriately.
実施の形態1.
図1は実施の形態1による物体認識装置を示すブロック図である。また、図2は実施の形態1による登録顔画像の一例を説明するための図である。さらに、図3は、実施の形態1による汎用顔検出器が検出する顔に関する説明図である。図4は、実施の形態1による登録ポーズ顔検出器が検出する顔に関する説明図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an object recognition apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a registered face image according to the first embodiment. Furthermore, FIG. 3 is explanatory drawing regarding the face which the general purpose face detector by
登録画像データベース記憶部6では、図2の登録画像データベースの画像のように、正面方向から撮影した顔画像(正面顔)を一定の大きさに切り出した正規化顔画像を記憶している。画像の大きさ並びに目、鼻及び口等の特徴点の位置を固定して、正規化顔画像を記憶している。 The registered image database storage unit 6 stores a normalized face image obtained by cutting a face image (front face) taken from the front direction into a certain size, like the image of the registered image database in FIG. A normalized face image is stored with the size of the image and the positions of feature points such as eyes, nose and mouth fixed.
画像入力部1は、単眼カメラで撮影された顔画像を入力し、汎用顔検出部2に顔画像を送る。汎用顔検出部2は、画像中から正面顔を含む顔のポーズ変化の大きな顔領域を検出し、登録ポーズ顔検出部3に送る(図3参照)。登録ポーズ顔検出部3は、汎用顔検出部2から送られた顔領域から登録ポーズと同じ顔向きとなる画像、すなわち、正面顔を検出する(図4参照)。図3を例にすると、左から3番目、3番目の顔画像が正面顔となる。
The
また、登録ポーズ顔検出部3は、汎用顔検出部2から送られた顔領域が登録画像データベースと同じ正面顔かそうでないかの結果を表示装置4に送る。さらに、登録ポーズ顔検出部3は、正面顔の場合には、正面顔と判断された顔領域を照合画像特徴量抽出部5に送る。よって、照合画像特徴量抽出部5では、正面顔の特徴点を抽出することになる。
Also, the registered pose
表示装置4は汎用顔検出部2と登録ポーズ顔検出部3とからの出力結果を用いて、(a)顔を非検出、(b)登録ポーズとは異なる向きの顔(=非正面顔)を検出、または(c)登録ポーズと同じ向きの正面顔を検出の3つの状態のいずれの状態であるかをユーザに提示する。表示装置4に正面顔が検出/非検出の2つの状態だけでなく、(a)顔が未検出、(b)顔は検出されたが非正面顔、(c)正面顔が検出という中間状態を持つ3つの状態をユーザに提示することで、ユーザとのインタラクションによる正面顔の検出を可能とする。
The display device 4 uses the output results from the general-purpose
よって、登録画像中の顔領域について、登録画像との顔向きの適合度合いを検出することで、認証に対してより望ましい顔画像を照合用に選択することができることになる。なお、ここでは、汎用顔検出部2と登録ポーズ顔検出部3とを区別しているが、両者を一体にしても同じことである。また、(c)の正面顔を検出した場合には、ユーザへの表示部である表示装置4にその旨の信号を出力することなく、照合をすることも当然できる。
Therefore, by detecting the degree of matching of the face orientation with the registered image for the face area in the registered image, a more desirable face image for authentication can be selected for verification. Here, the general-purpose
登録ポーズ顔検出部3が正面顔を検出した場合には、照合画像特徴量抽出部5は、登録ポーズ顔検出部3から送られた正面顔領域から照合に必要な特徴量の抽出を行う。登録画像入力部9は登録画像データベース記憶部6から登録画像を取り出し、登録画像特徴量抽出部8は、取り出した登録画像から特徴量抽出を行う。照合部7は、照合画像の特徴量と登録画像の特徴量とを用いて照合を行い、登録画像と画像入力部1から入力された顔画像中の人物が同一人物か異なる人物かという照合結果を出力する。
When the registered pose
図5は実施の形態1による顔認証装置の動作を示すフローチャートである。図6及び図7は、実施の形態1による画像走査方式の一例である。ステップST10において、画像入力部1は顔画像を入力し、ステップST11において、図6に示すように基本走査領域20を拡大、移動させることで画像21中の部分領域22を走査していく。なお、走査方法としては、図7に示すように、基本走査領域20の大きさは固定したまま、画像21の大きさを縮小し、固定した大きさの基本走査領域20を移動させることで走査していく方法もある。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the face authentication apparatus according to the first embodiment. 6 and 7 show an example of the image scanning method according to the first embodiment. In step ST10, the
ステップST12において、汎用顔検出部2は画像中の部分領域が顔か非顔かを判断し、非顔の場合には、その判断結果(非顔であること)は、表示装置4に送られる。ここで顔検出の方法としては、一般的な手法でよく、例えば、Neural Networkを用いる方法、Boostingを用いる方法等を用いることができる。なお、Neural Networkについては、H. Rowley, S. Baluja, and T. Kanade. Neural network-based face detection. In IEEE Patt. Anal. Mach. Intell., volume 20, pages 2238, 1998に記載があり、Boostingについては、Paul Viola and Michael Jones, Robust real-time object detection, International Journal of Computer Vision, 2002に記載がある。
In step ST <b> 12, the general-purpose
ステップST13において、登録ポーズ顔検出部3はステップST12において汎用顔検出部2が検出した画像中の部分領域(=顔領域)が正面顔であるか非正面顔であるかを判断し、その判断結果を表示装置4に送り、表示装置4はステップST12による判断結果と合わせて、非顔、非正面顔、正面顔の3つの状態を例えば、赤、黄色、緑の色でユーザに提示し、ユーザは表示装置4の色を見ながら、緑が点灯(=正面顔)するように顔向きを変化させる。
In step ST13, the registered pose
緑が点灯し、正面顔が検出された場合には、ステップST14において、照合画像特徴量抽出部5は、検出された画像中の部分領域から目鼻口等の特徴点の位置を検出し、それぞれの位置が図2に示すように、ある幅と高さを持った画像中の特定の位置に来るように、画像に対してアフィン変換を適用して正規化顔画像を生成する。ここで、目鼻口等の特徴点位置検出手法としては、汎用顔検出部2において顔検出に用いた手法と同じを用いることができる。
When green is turned on and a front face is detected, in step ST14, the collation image feature
ステップST15において、照合画像特徴量抽出部5は、正規化顔画像から照合用の特徴量を抽出する。ここで、特徴量の抽出方法としては、一般的な特徴量抽出手法でよく、例えば、Gabor Waveletを用いる手法、PCAを用いる手法等を用いることができる。なお、Gabor Waveletについては、WISKOTT, L., FELLOUS, J.-M., AND VON DER MALSBURG, C. 1997. Face recognition by elastic bunch graph matching. IEEE Trans. Patt. Anal. Mach. Intell.19, 775779.に記載がり、PCAについては、TURK, M. AND PENTLAND, A. 1991. Eigenfaces for recognition. J. Cogn. Neurosci. 3, 7286.に記載がある。
In step ST15, the collation image feature
ステップST17において、登録画像入力部9は登録画像データベース記憶部6から登録画像を抜き出す。
In step ST <b> 17, the registered
ステップST18において、登録画像特徴量抽出部8は、登録画像から照合用の特徴量を抽出する。ここで、特徴量の抽出方法としては、照合画像特徴量抽出部5と同様に一般的な特徴量抽出手法でよい。このため、照合画像特徴量抽出部5で用いた手法と同じ方法を用いることができる。
In step ST18, the registered image feature
ステップST19において、照合部7は照合画像の特徴量と登録画像の特徴量とを用いて、入力された顔画像と登録画像とが同一人物かどうかの判定を行う。ここで、特徴量の照合方法は一般的な照合手法でよい。例えば、Gabor Waveletを用いた手法の場合は、Wavelet係数の正規化相互相関係数で判断することができる。また、PCAを用いた手法の場合は、PCAで得られた各基底ベクトルの係数を特徴量ベクトルとして、特徴量ベクトル間のユークリッド距離を閾値処理する方法等がある。 In step ST19, the collation unit 7 determines whether or not the input face image and the registered image are the same person using the feature amount of the collated image and the feature amount of the registered image. Here, a general collation method may be used as the feature amount collation method. For example, in the case of the technique using Gabor Wavelet, it can be determined by the normalized cross-correlation coefficient of the Wavelet coefficient. In the case of a technique using PCA, there is a method of thresholding the Euclidean distance between feature quantity vectors using the coefficient of each base vector obtained by PCA as a feature quantity vector.
以上のように、人物の顔を登録した登録画像から特徴量を抽出する登録画像特徴量抽出部と、人物の顔画像を撮り登録画像と同じ顔向きとなる正面顔であるか否かを検出し、正面顔の場合には照合画像特徴量抽出部へ顔画像を出力する登録ポーズ顔検出部と、照合画像特徴量抽出部から抽出した特徴量と登録画像特徴量抽出部から抽出した特徴量とを照合する照合部とを備えたので、正面顔画像を適切に得ることができる。 As described above, a registered image feature amount extraction unit that extracts a feature amount from a registered image in which a person's face is registered, and detects whether or not the face is the same face as the registered image by taking a person's face image In the case of a front face, a registered pose face detection unit that outputs a face image to the collation image feature amount extraction unit, a feature amount extracted from the collation image feature amount extraction unit, and a feature amount extracted from the registration image feature amount extraction unit And a collation unit that collates the front face image can be obtained appropriately.
また、登録ポーズ顔検出部は、正面顔を検出できなかった場合及び顔を検出できなかった場合には、表示部に信号を出力し、表示部は、信号に基づいた表示をするので、ユーザを補正のいらない適切な正面顔に誘導することができる。 The registered pose face detection unit outputs a signal to the display unit when the front face cannot be detected or when the face cannot be detected, and the display unit performs display based on the signal. Can be guided to an appropriate front face that does not require correction.
これによって、容易に登録画像と同じ向きの顔画像の検出を可能とし、登録画像と照合画像との顔向きの違いに起因する認証性能の低下を防ぐことで、高性能な顔認証装置を実現することができる。また、上下方向の顔向き変化についてもより登録画像との顔向きの違いの少ない顔画像の検出を可能とし、さらに高性能な顔認証装置を実現することができる。 This makes it possible to easily detect a face image in the same direction as the registered image, and to realize a high-performance face authentication device by preventing a decline in authentication performance due to the difference in face orientation between the registered image and the collation image can do. Further, it is possible to detect a face image with a smaller difference in face direction from the registered image with respect to a change in face direction in the vertical direction, and it is possible to realize a higher-performance face authentication device.
実施の形態2.
実施の形態2を説明する。図8は実施の形態2による物体認識装置を示すブロック図である。実施の形態1とくらべた場合、表示装置4の代わりに、カメラと一体化したカメラ一体型表示装置10があり、また、複数のカメラに対応して、カメラ一体型表示装置11、画像入力部12、汎用顔検出部13、登録ポーズ顔検出部14、カメラ選択部15がある点が異なっている。なお、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
カメラ一体型表示装置10から画像入力部1、汎用顔検出部2、登録ポーズ顔検出部3までは、実施の形態1と同様であり、カメラ一体型表示装置11についても、カメラと表示装置4とが一体になった以外は、カメラ一体型表示装置10と同様である。
The process from the camera-integrated
カメラ一体型表示装置10,11が複数台あることで、例えば、カメラ一体型表示装置10とカメラ一体型表示装置11とを高さ方向に並べて配置することで、またカメラ選択部15は、カメラ一体型表示装置10又はカメラ一体型表示装置11の選択を行い、一方にのみ顔検出部の結果を表示し、かつ照合画像特徴量抽出部5に送る顔領域をカメラ一体型表示装置10又はカメラ一体型表示装置11のどちらかを選択することができる。
Since there are a plurality of camera-integrated
図9は実施の形態2による物体認識装置を示すフローチャートである。実施の形態2における顔認証装置の動作は、実施の形態1とほぼ同様である。ステップST10からステップST13までの顔検出を行う部分は、実施の形態1と同様であり、カメラが2台あるため、同様なステップST20からST23が存在する。 FIG. 9 is a flowchart showing the object recognition apparatus according to the second embodiment. The operation of the face authentication apparatus in the second embodiment is almost the same as that in the first embodiment. The part for performing face detection from step ST10 to step ST13 is the same as that in the first embodiment, and there are two cameras, and therefore similar steps ST20 to ST23 exist.
ST30では、ステップST12及びステップST22の汎用顔検出結果で得られた画像中の高さ方向での顔位置を比較し、画像中の中心に近いカメラ一体型表示装置10あるいは11を選択し、非顔、非正面顔、正面顔の結果をカメラ一体型表示装置10(または11)に送る。選択されたカメラ一体型表示装置10(または11)では、顔検出結果に合わせて、赤(=非顔)、黄色(=非正面顔)、緑(=正面顔)という表示が行われるが、選択されなかったカメラ一体型表示装置11(または10)は、一切表示が行われないようにすることができる。これにより、ユーザは真正面に近いカメラを使って、ポーズをとることができ、顔検出を行うことができる。
In ST30, the face positions in the height direction in the images obtained from the general-purpose face detection results in steps ST12 and ST22 are compared, and the camera-integrated
ここでは、カメラ一体型表示装置が2台の場合を例として説明したが、2台に限らず人物の顔画像を撮るカメラと表示部とを一体化して鉛直方向に複数台設けてもよい。身長差にかかわらずに、より顔の正面に近いカメラとのインタラクションを可能とすることで、登録画像との顔向きの差がより少ない顔の撮影を可能とすることができる。また、この際、カメラ選択部15で選択されたカメラ一体型表示装置のみが、識別状態(非顔、非正面顔、正面顔)を表示するのではなく、他のカメラ一体型表示装置では、どのカメラ一体型表示装置が正面顔を識別しようとしているのかを「矢印マーク」や「カメラ番号」でユーザに知らせることもできる。 Here, the case where there are two camera-integrated display devices has been described as an example, but the number is not limited to two, and a camera that captures a human face image and a display unit may be integrated and provided in the vertical direction. Regardless of the height difference, by enabling interaction with the camera closer to the front of the face, it is possible to capture a face with a smaller difference in face orientation from the registered image. At this time, only the camera-integrated display device selected by the camera selection unit 15 does not display the identification state (non-face, non-front face, front face), but other camera-integrated display devices The user can be notified of which camera-integrated display device is trying to identify the front face with an “arrow mark” or “camera number”.
また、ステップST30において選択したカメラ一体型表示装置10(または11)の正面顔がステップST14の正規化に送られる。 The front face of the camera-integrated display device 10 (or 11) selected in step ST30 is sent to normalization in step ST14.
よって、高さ方向に並べた2台のカメラ一体型表示装置を使い、よりユーザに対して正対しているカメラ一体型表示装置を選択することで、顔の上下方向の向きの差についても、正面方向から撮影した登録画像と同じ向きの顔を検出することができる。 Therefore, by using two camera-integrated display devices arranged in the height direction and selecting a camera-integrated display device that is more directly facing the user, the difference in the vertical direction of the face is also A face in the same direction as the registered image taken from the front direction can be detected.
人物の顔画像を撮るカメラを鉛直方向に複数台設けたこと、さらには、人物の顔画像を撮るカメラと表示部とを一体化して鉛直方向に複数台設けたことにより、正面顔画像を適切に得ることができる。 Providing multiple front face images by providing multiple cameras in the vertical direction to capture human face images, and by integrating multiple cameras in the vertical direction and cameras that capture human face images. Can get to.
1 画像入力部、2 汎用顔検出部、3 登録ポーズ顔検出部、4 表示装置、5 照合画像特徴量抽出部、6 登録画像データベース記憶部、7 照合部、8 登録画像特徴量抽出部、9 登録画像入力部、10 カメラ一体型表示装置、11 カメラ一体型表示装置、12 画像入力部、13 汎用顔検出部、14 登録ポーズ顔検出部、15 カメラ選択部、20 基本操作領域、21 画像、22 部分領域。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記人物の顔画像を撮り前記登録画像と同じ顔向きとなる正面顔であるか否かを検出し、正面顔の場合には照合画像特徴量抽出部へ前記顔画像を出力する登録ポーズ顔検出部と、
前記照合画像特徴量抽出部から抽出した特徴量と前記登録画像特徴量抽出部から抽出した前記特徴量とを照合する照合部とを備えたことを特徴とする顔認証装置。 A registered image feature amount extraction unit that extracts a feature amount from a registered image in which a person's face is registered;
Registered pose face detection that takes a face image of the person and detects whether or not the face is the same face as the registered image, and outputs the face image to the collation image feature amount extraction unit in the case of the front face And
A face authentication apparatus comprising: a collation unit that collates the feature amount extracted from the collation image feature amount extraction unit and the feature amount extracted from the registered image feature amount extraction unit.
前記表示部は、前記信号に基づいた表示をすることを特徴とする請求項1に記載の顔認証装置。 The registered pose face detection unit outputs a signal to the display unit when the front face cannot be detected and when the face cannot be detected,
The face authentication apparatus according to claim 1, wherein the display unit performs display based on the signal.
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