JP2024080541A - Method, program, and computer system for face authentication - Google Patents

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JP2024080541A JP2022193842A JP2022193842A JP2024080541A JP 2024080541 A JP2024080541 A JP 2024080541A JP 2022193842 A JP2022193842 A JP 2022193842A JP 2022193842 A JP2022193842 A JP 2022193842A JP 2024080541 A JP2024080541 A JP 2024080541A
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Manabu Kamimura
隆典 小林
Takanori Kobayashi
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Tigereye
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Abstract

To provide a method, program and computer system for face authentication, which do not use the step of instructing a user to make a facial expression, and offer high accuracy, less burden on authentication targets and highly real-time performance.SOLUTION: A computer-implemented face authentication method is provided, comprising a first authentication step of computing a degree of similarity based on feature point extraction, a second authentication step of computing a degree of similarity based on expression parameter extraction, and a step of making an authentication determination based on both the degree of similarity computed in the first authentication step and the degree of similarity computed in the second authentication step.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本願は、広くは人間の顔画像に基づく認証の方法、プログラム、および装置に関し、より詳細には、精度が高く、かつ、認証対象者の負担を軽減した顔認証の方法、プログラム、および、コンピューター・システムに関する。
に関する。
The present application relates generally to a method, program, and device for authentication based on a human face image, and more particularly to a method, program, and computer system for face authentication that is highly accurate and reduces the burden on the person to be authenticated.
Regarding.

人間の顔画像に基づいて、当該人物を識別することによる認証方法が一般化している。たとえば、携帯情報端末のサインイン時のユーザーの認証、建築物の入口におけるセキュリティ等に広く使用されている。顔認証は、パスワードを記憶したりトークンなどの専用器具を携帯したりすること等が不要なことから利用者の負担が小さく、なりすましが比較的困難であり、利用者の心理的抵抗が比較的小さいという優位性がある。 Authentication methods that identify a person based on a human facial image are becoming common. For example, it is widely used to authenticate users when signing in to a mobile information terminal, and for security at building entrances. Facial recognition has the advantage of placing a small burden on users as it does not require them to remember passwords or carry special devices such as tokens, making impersonation relatively difficult, and relatively little psychological resistance on the part of users.

一般に、顔認証技術においては、利用者の顔の画像から特徴量を抽出し、その特徴量を事前に保存された特徴量と比較することで、その利用者が本人であるか否かの判断、あるいは、複数の人物のうちの誰に相当するかを判断する。ここで、顔の一致の判断の閾値をどう定めるかが問題となる。閾値を大きくしすぎると、他人を本人として認識してしまう誤認識(false positive)の確率が増し、閾値を小さくしすぎると本人が本人として認識されないという別の誤認識(false negative)の確率が増すという課題があった。 Generally, facial recognition technology extracts features from an image of a user's face and compares them with previously saved features to determine whether the user is the person in question, or to which of multiple people the user corresponds. Here, the issue is how to determine the threshold for determining whether the face matches. If the threshold is set too high, the probability of a false positive, in which a different person is recognized as the person in question, increases, while if the threshold is set too low, the probability of a false negative, in which the person in question is not recognized as the person in question, increases.

このような課題に対応する方法として、利用者の表情を使用する顔認証技術がある。たとえば、人の表情の度合いを数値化できる技術(たとえば、特許文献1)を応用し、利用者に笑顔を作ってもらうことで、顔認証の精度を高める技術が開示されている(たとえば、特許文献2)。しかし、このような方法では、認証対象者に負担をかける(特に、建築物の入口での認証などにおいて衆人環境で表情を作ることは抵抗があるであろう)、認証に時間を要する(特に、通過する人物をリアルタイムで認証するケースに適用することは困難である)といった課題があった。 One method to address these issues is face recognition technology that uses the user's facial expressions. For example, a technology that can quantify the degree of a person's facial expression (e.g., Patent Document 1) has been disclosed that improves the accuracy of face recognition by having the user smile (e.g., Patent Document 2). However, such a method has issues such as placing a burden on the person to be authenticated (particularly, people may be reluctant to make facial expressions in a public environment, such as when authenticating at the entrance to a building), and requiring a long time for authentication (particularly, it is difficult to apply it to cases where passing people need to be authenticated in real time).

本願発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、精度が高く(認識率が高く、誤認識率が低い)、ユーザーの負担が小さく、リアルタイムの認証にも応用可能である顔認証の方法、プログラム、および、コンピューター・システムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in consideration of these problems, and aims to provide a face recognition method, program, and computer system that is highly accurate (high recognition rate and low false recognition rate), places a small burden on the user, and can be applied to real-time authentication.

公開特許公報 特開2014-206903Published Patent Application JP2014-206903 公開特許公報 特開2016-009453Published Patent Application JP2016-009453

精度が高く、認証対象者の負担が小さく、リアルタイム性が高い顔認証の方法、プログラム、および、コンピューター・システムを提供する。 To provide a face authentication method, program, and computer system that is highly accurate, places a small burden on the person being authenticated, and is highly real-time.

本願発明は、特徴点抽出に基づいて、登録された顔情報との類似度算出を行う第1の認証のステップと、表情パラメーター抽出に基づいて、登録された表情パラメーターとの類似度算出を行う第2の認証のステップと、前記第1の認証のステップで算出された第1の類似度と前記第2の認証のステップで算出された第2の類似度の両方に基づいて認証の判定を行うステップとを含み、利用者に対して表情を作ることを指示するステップを含まない、コンピューターにより実行される顔認証方法を提供することで上記課題を解決する。 The present invention solves the above problems by providing a face recognition method executed by a computer, which includes a first authentication step of calculating a similarity with registered face information based on feature point extraction, a second authentication step of calculating a similarity with registered facial information based on facial expression parameter extraction, and a step of determining authentication based on both the first similarity calculated in the first authentication step and the second similarity calculated in the second authentication step, and does not include a step of instructing a user to make a facial expression.

また、本願発明は、前記認証の判定を行うステップでは、前記第1の類似度が所定の第1の閾値以上であり、前記第2の類似度が所定の第2の閾値以上である場合のみに認証が成功したと判定する、段落0008に記載の顔認証方法を提供することで上記課題を解決する。 The present invention also solves the above problem by providing the face recognition method described in paragraph 0008, in which, in the step of determining whether or not authentication has been successful, it is determined that the first similarity is equal to or greater than a predetermined first threshold and the second similarity is equal to or greater than a predetermined second threshold.

また、本願発明は、前記第2の認証のステップでは、所定の時間内における前記利用者の顔の動画画像から抽出した表情パラメーターの代表値を使用した類似判定を行う、段落0008に記載の顔認証方法を提供することで上記課題を解決する。 The present invention also solves the above problem by providing the face recognition method described in paragraph 0008, in which in the second authentication step, a similarity determination is made using representative values of facial expression parameters extracted from a video image of the user's face within a predetermined time period.

また、本願発明は、前記第2の認証のステップでは、怒りと、悲しみと、驚きと、喜びの表情パラメーターを使用し、嫌悪と、恐怖と、無表情の表情パラメーターを使用しない、段落0008に記載の顔認証方法を提供することで上記課題を解決する。 The present invention also solves the above problem by providing the face recognition method described in paragraph 0008, in which the second authentication step uses facial expression parameters of anger, sadness, surprise, and happiness, and does not use facial expression parameters of disgust, fear, and neutral.

また、本願発明は、特徴点抽出に基づく類似度算出を行う第1の命令群と、表情パラメーター抽出に基づく類似度算出を行う第2の認証命令群と、前記第1の認証の命令群により算出された第1の類似度と前記第2の認証の命令群により算出された第2の類似度の両方に基づいて認証の判定を行う命令群とをコンピューターに実行させ、利用者に対して表情を作ることを指示する命令群を含まない、顔認証プログラムを提供することで上記課題を解決する。 The present invention also solves the above problem by providing a face recognition program that causes a computer to execute a first set of instructions for calculating a similarity based on feature point extraction, a second set of authentication instructions for calculating a similarity based on facial expression parameter extraction, and a set of instructions for making an authentication decision based on both the first similarity calculated by the first set of authentication instructions and the second similarity calculated by the second set of authentication instructions, and does not include a set of instructions that instruct a user to make a facial expression.

また、本願発明は、前記認証の判定を行う命令群は、前記第1の類似度が所定の第1の閾値以上であり、前記第2の類似度が所定の第2の閾値以上である場合のみに認証が成功したと判定する命令群を含む、段落0012に記載の顔認証プログラムを提供することで上記課題を解決する。 The present invention also solves the above problem by providing the face recognition program described in paragraph 0012, in which the set of instructions for determining whether or not authentication has been successful includes a set of instructions for determining that authentication has been successful only if the first similarity is equal to or greater than a predetermined first threshold and the second similarity is equal to or greater than a predetermined second threshold.

また、本願発明は、前記第2の認証命令群は、所定の時間内における前記利用者の顔の動画画像から抽出した表情パラメーターの代表値を使用した類似判定を行う命令群を含む、段落0012に記載の顔認証プログラムを提供することで上記課題を解決する。 The present invention also solves the above problem by providing the face recognition program described in paragraph 0012, in which the second group of authentication commands includes a group of commands for performing a similarity determination using representative values of facial expression parameters extracted from a video image of the user's face within a predetermined time period.

また、本願発明は、前記第2の認証命令群では、怒りと、悲しみと、驚きと、喜びの表情パラメーターを使用し、嫌悪と、恐怖と、無表情の表情パラメーターを使用しない、段落0012に記載の顔認証プログラムを提供することで上記課題を解決する。 The present invention also solves the above problem by providing the face recognition program described in paragraph 0012, in which the second group of authentication commands uses facial expression parameters of anger, sadness, surprise, and happiness, but does not use facial expression parameters of disgust, fear, and neutral.

また、本願発明は、段落0012から段落0015のいずれか1つに記載のプログラムを実行するよう構成されたコンピューター・システムを提供することで上記課題を解決する。 The present invention also solves the above problem by providing a computer system configured to execute the program described in any one of paragraphs 0012 to 0015.

精度が高く、認証対象者の負担が小さく、リアルタイム性が高い顔認証の方法、プログラム、および、コンピューター・システムが提供される。 A method, program, and computer system for face authentication that is highly accurate, places a small burden on the person being authenticated, and is highly real-time is provided.

本願発明に係る方法が実行される情報システムの実施例である。1 is an embodiment of an information system in which the method according to the present invention is implemented; 本願発明に係る認証装置の実施例の機能構造である。2 illustrates a functional structure of an embodiment of an authentication device according to the present invention. 本願発明に係る実施例の第1認証部で行われる処理のフローチャートである。11 is a flowchart of a process performed by a first authentication unit according to an embodiment of the present invention. 利用者の平常時における表情の度合いを表す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the degree of facial expression of a user in normal times. 本願発明に係る実施例の第2認証部で行われる処理のフローチャートである。13 is a flowchart of a process performed by a second authentication unit in the embodiment of the present invention. 本願発明に係る他の実施例を表す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating another embodiment of the present invention.

以下に図を参照しながら本願発明の実施例について説明する。図1に、本願発明に係る方法が実行される情報システムの実施例を示す。本実施例は、建築物のゲートのセキュリティを想定したものであるが、本願発明の実施例はそれに限定されるものではなく、たとえば、携帯情報端末のユーザー認証、街頭における不特定多数の通行人からの不審者特定等にも応用可能である。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Figure 1 shows an embodiment of an information system in which the method according to the present invention is executed. This embodiment is intended for security at the gates of buildings, but the present invention is not limited to this and can also be applied to, for example, user authentication of mobile information terminals, and identification of suspicious people from an unspecified number of passersby on the street.

カメラ(100)は利用者の顔を撮影するための手段であり、所定のフレームレートで動画像を取得できることが望ましい。認証装置(101)は、カメラ(100)が取得した、利用者の顔画像を処理し、顔認証を行うためのコンピューター装置である。企業等の組織が管理する、その施設内に設置されたコンピューター装置に限定されず、その機能の少なくとも一部が、組織外部に設置され、クラウド・サービス等によって管理されるコンピューター装置であってもよい。利用者(102)は、顔認証の対象となるユーザーである。出力装置(103)は、認証の結果を出力するための装置であり、人間が目で確認するための表示装置(ディスプレイ、モニター)であってもよいし、音声アラーム等の信号を発生する装置であってもよいし、ゲートの開閉機構を操作するためのインターフェース装置であってもよいし、他のプログラムに認証結果を送るための中継プログラムであってもよい。 The camera (100) is a means for capturing an image of the user's face, and it is desirable that the camera (100) can capture moving images at a predetermined frame rate. The authentication device (101) is a computer device for processing the image of the user's face captured by the camera (100) and performing facial authentication. The authentication device is not limited to a computer device installed within a facility managed by an organization such as a company, but may be a computer device with at least a part of its functions installed outside the organization and managed by a cloud service or the like. The user (102) is a user who is the subject of facial authentication. The output device (103) is a device for outputting the result of authentication, and may be a display device (display, monitor) for human visual confirmation, a device that generates a signal such as an audio alarm, an interface device for operating the gate opening and closing mechanism, or a relay program for sending the authentication result to another program.

図2に本願発明の一実施例に係る認証装置(101)の機能構造を示す。顔画像取得部(201)は、カメラ(100)が取得した画像から、顔認証の対象とする画像を取得する手段であり、本願発明では、当該画像から表情パラメーターを読み取る必要性があることから、静止画像ではなく、数秒程度の長さの動画像であることが望ましい。利用者(103)の顔の全体を含み、ピントが合っている画像をプログラムにより判定して、自動的に選択できるように構成されていることが望ましい。利用者(103)の顔が適切に撮影できるように、メッセージや音声等で利用者(103)に指示を出せるようにプログラムが構成されていてもよい。 Figure 2 shows the functional structure of an authentication device (101) according to one embodiment of the present invention. The face image acquisition unit (201) is a means for acquiring an image to be the subject of face authentication from images acquired by the camera (100). In the present invention, since it is necessary to read facial expression parameters from the image, it is preferable that the image is not a still image but a moving image of about a few seconds in length. It is preferable that the program is configured to determine which image includes the entire face of the user (103) and is in focus, and automatically select it. The program may be configured to give instructions to the user (103) by message, voice, etc., so that the face of the user (103) can be photographed appropriately.

第1認証部(202)は、ユーザーの顔画像の特徴点に基づいて利用者(103)の顔と登録された顔情報の類似度を算出する手段である。その処理内容については後述する。第2認証部(203)は、表情パラメーターに基づいて利用者(103)の顔と登録された顔情報の類似度を算出するを行う手段である。その処理内容については後述する。認証判定部(204)は、第1認証部(202)が算出した類似度と第2認証部(203)が算出した類似度に基づいて、最終的な判定(認証が成功したか否か、利用者の顔が登録されたものと一致するか、登録された複数の顔情報から利用者の顔に最も近いものはどれか等)の結果を返す手段である。顔情報データベース(205)は、一人または複数の利用者(102)の顔画像の比較対象者のデータを保存するための手段であり、事前に利用者(102)の顔画像を撮影し、処理することで顔情報データがセットアップされていることが望ましい。顔情報データベース(205)には、第1認証部(202)で使用される顔画像の特徴量、および、第2認証部(203)で使用される表情パラメーターを、認証実行時と同一の取得方法で求めたものが予め保存されていることが望ましい。顔情報データベース(205)の各レコードは、各比較対象者を一位に識別する識別子(キー)を含むことが望ましい。また、各レコードには(あるいはレコードの識別子によりアクセスされる別の保存手段には)、比較対象者の属性情報(識別番号、氏名、年齢、性別等)が含まれていてもよい。スマートフォンやパソコンへのサインイン時の顔認証処理に本願発明を適用する場合には、顔情報データベース(205)は複数人ではなく1人またはごく少数の人数の顔情報を含むだけでよい。 The first authentication unit (202) is a means for calculating the similarity between the face of the user (103) and the registered face information based on the feature points of the user's face image. The processing details will be described later. The second authentication unit (203) is a means for calculating the similarity between the face of the user (103) and the registered face information based on the expression parameters. The processing details will be described later. The authentication judgment unit (204) is a means for returning the result of the final judgment (whether or not the authentication was successful, whether the user's face matches the registered one, which of the multiple registered face information is closest to the user's face, etc.) based on the similarity calculated by the first authentication unit (202) and the similarity calculated by the second authentication unit (203). The face information database (205) is a means for storing data of a person to be compared with the face image of one or more users (102), and it is desirable that the face information data is set up in advance by photographing and processing the face image of the user (102). It is preferable that the facial information database (205) stores in advance the facial image feature values used in the first authentication unit (202) and the facial expression parameters used in the second authentication unit (203) obtained by the same acquisition method as when authentication is performed. It is preferable that each record in the facial information database (205) includes an identifier (key) that uniquely identifies each person to be compared. In addition, each record (or another storage means accessed by the record identifier) may include attribute information of the person to be compared (identification number, name, age, gender, etc.). When the present invention is applied to face recognition processing when signing in to a smartphone or a personal computer, the facial information database (205) only needs to include face information of one person or a very small number of people, not multiple people.

上記各機能はコンピューター・ハードウェアと専用プログラム(ソフトウェア)の協調処理によって実現されてよいが、上記機能のそれぞれが1つのプログラムに対応している必要はない。たとえば、第1認証部(202)と第2認証部(203)とが1つのプログラムによって実装されていてもよい。前述のとおり、これらの機能は、企業が管理するコンピューターに限らず、たとえば、その一部が、クラウド・サービスによって組織外部で稼働し、あるいは、管理されるコンピューターによって実現されてもよい。カメラやスマートフォン等に搭載されたハードウェアによって実現されてもよい。 The above functions may be realized by cooperative processing between computer hardware and a dedicated program (software), but each of the above functions does not have to correspond to one program. For example, the first authentication unit (202) and the second authentication unit (203) may be implemented by one program. As mentioned above, these functions are not limited to computers managed by a company, and some of them may be realized by computers operated or managed outside the organization by a cloud service, for example. They may also be realized by hardware installed in a camera, smartphone, etc.

図3に、本願発明に係る実施例の第1認証部(202)で行われる処理のフローチャートを示す。本実施例は、顔情報データベース(205)内に利用者(103)の顔と十分に似た(類似度が所定の閾値範囲内に収まる)顔情報があるかを判定するケース(たとえば、建物のゲートにおけるセキュリティ)を想定しているが、たとえば、既に対象となる顔情報が決定しており、利用者(103)が本人であるかどうかを判定するケース(たとえば、スマホのサインイン時におけるセキュリティ)でも、顔の特徴量に基づいた類似度を結果として返す点は同様である。 Figure 3 shows a flowchart of the process performed by the first authentication unit (202) in an embodiment of the present invention. This embodiment assumes a case where it is determined whether there is facial information in the facial information database (205) that is sufficiently similar to the face of the user (103) (the similarity falls within a predetermined threshold range) (for example, security at the gate of a building), but even in a case where the target facial information has already been determined and it is determined whether the user (103) is the person in question (for example, security when signing in to a smartphone), the similarity based on the facial features is returned as a result.

まず、第1認証部(202)は、顔画像取得部(201)から顔認証の対象となる利用者(102)の顔画像を取得する(S301)。この画像は静止画像であってもよいが、短い(数秒程度の)動画像であってもよい。顔画像取得部(201)の機能により、利用者(102)の顔が明確に写っているように選択され、かつ、明るさの正規化やエッジ強調などの適切な前処理を施された画像が提供されることが望ましい。次に、第1認証部(202)は、当該顔画像から特徴量を抽出する(S302)。Haar-like特徴などの既知の特徴量を使用してよい。次に、第1認証部(202)は、顔情報データベース(205)に登録されている顔情報の特徴量を読み出し、利用者(102)の顔画像の特徴量と比較して、類似度(照合スコア)を算出する(S303)。類似度の算出は顔認証技術分野における既知の方法を使用してよい。代替方法として、機械学習ソフトウェアまたはニューラルネットに、訓練データによって学習を行わせることで類似度を出力させるようにしてよい。加えて、特徴点の検出ステップ(S302)もニューラルネット)(典型的にはCNN(畳み込みニューラルネット)の畳み込み層)に行わせるようにしてもよい。この場合において、顔情報データベース(205)に含まれる、年齢や性別等の属性情報を類似度判定の入力パラメーターとしてよい(発明者の実験により、こうすることで顔認証の精度を一層向上できることが明らかになっている)。最後に、第1認証部(202)は、最も類似度が大きい顔情報データベース(205)中の顔情報の識別子と類似度を返す(S304)。 First, the first authentication unit (202) acquires a face image of the user (102) to be subjected to face authentication from the face image acquisition unit (201) (S301). This image may be a still image, or may be a short (several seconds) moving image. It is desirable that the face image acquisition unit (201) provides an image that is selected so that the face of the user (102) is clearly shown, and that has been subjected to appropriate pre-processing such as brightness normalization and edge enhancement. Next, the first authentication unit (202) extracts features from the face image (S302). Known features such as Haar-like features may be used. Next, the first authentication unit (202) reads out the features of the face information registered in the face information database (205), compares them with the features of the face image of the user (102), and calculates a similarity (matching score) (S303). The calculation of the similarity may use a known method in the field of face authentication technology. Alternatively, the similarity may be output by having machine learning software or a neural network learn from training data. In addition, the feature point detection step (S302) may also be performed by a neural network (typically the convolutional layer of a CNN (convolutional neural network)). In this case, attribute information such as age and gender contained in the face information database (205) may be used as input parameters for determining the degree of similarity (the inventor's experiments have shown that doing so can further improve the accuracy of face recognition). Finally, the first authentication unit (202) returns the identifier of the face information in the face information database (205) with the highest degree of similarity and the degree of similarity (S304).

図4に示すように、発明者の実験により、利用者が表情を作っていると意識していない場合でも、その顔画像の表情パラメーターにはその利用者固有の数値が顕れていることが判明している。顔の特徴点情報だけでは確定的な類似判定が困難な場合でも、加えて、表情パラメーターの相違を使用することで、精度の高い人物の識別が可能である。従来型の顔認証では、類似判定における類似度の閾値を小さくすると、対象人物を別の人物と判定してしまう(false negative)可能性が増し、類似判定における類似度の閾値を大きくすると、他の人物を当該人物であると判定してしまう(false positive)可能性が増すというトレードオフがあったが、表情を作っていない時でも利用者の顔に無意識に顕れる表情パラメーターに基づいた認証を追加的に行うことで、false negativeとfalse positiveの両方の可能性を削減できる。 As shown in FIG. 4, the inventor's experiments have revealed that even when a user is not consciously making a facial expression, the facial expression parameters of the facial image show values unique to that user. Even when it is difficult to make a definitive similarity judgment using facial feature point information alone, it is possible to identify people with high accuracy by additionally using differences in facial expression parameters. In conventional face recognition, there is a trade-off in that a smaller similarity threshold in similarity judgment increases the possibility of judging a target person as a different person (false negative), and a larger similarity threshold in similarity judgment increases the possibility of judging a different person as the target person (false positive). However, by additionally performing authentication based on facial expression parameters that are unconsciously visible on the user's face even when not making a facial expression, the possibility of both false negatives and false positives can be reduced.

図5に、本願発明に係る実施例の第2認証部(203)で行われる処理のフローチャートを示す。第2認証部(203)は、利用者の表情パラメーターに基づいた類似度の算出を行う。ここで、表情とは、利用者が(たとえば、「笑ってください」といった指示をされることにより)意図的に表情を作っていない通常の(無意識の)状態における表情である。まず、第2認証部(203)は、顔画像取得部(201)から顔認証との対象となる利用者(102)の顔画像を取得する(S501)。この画像は短い(数秒程度の)動画像であることが好ましい。次に、第2認証部(203)は、当該顔画像から表情パラメーターの抽出を行う(S502)。表情パラメーターの抽出は、たとえば特許文献1に開示されているような方法で行ってよいが、動画像内の複数フレームにおける表情パラメーターの複数の値から平均値等の代表値を算出し、それを認証処理に使用することが好ましい。次に、第2認証部(203)は、第1認証部(202)が出力した識別子に相当する、顔情報データベース(205)のレコードから表情パラメーターを読み出す(S503)。最後に、第2認証部(203)は、利用者(102)の顔画像から得た表情パラメーターと顔情報データベース(205)の上記レコードの表情パラメーターを比較し、類似度を算定する(S504)。 5 shows a flowchart of the process performed by the second authentication unit (203) in the embodiment of the present invention. The second authentication unit (203) calculates the similarity based on the facial expression parameters of the user. Here, the facial expression is a facial expression in a normal (unconscious) state in which the user is not intentionally making a facial expression (for example, by being instructed to "smile"). First, the second authentication unit (203) acquires a facial image of the user (102) to be subjected to facial authentication from the facial image acquisition unit (201) (S501). This image is preferably a short (several seconds) moving image. Next, the second authentication unit (203) extracts facial expression parameters from the facial image (S502). The extraction of the facial expression parameters may be performed by a method such as that disclosed in Patent Document 1, for example, but it is preferable to calculate a representative value such as an average value from multiple values of the facial expression parameters in multiple frames in the moving image and use the calculated representative value in the authentication process. Next, the second authentication unit (203) reads out facial expression parameters from a record in the face information database (205) that corresponds to the identifier output by the first authentication unit (202) (S503). Finally, the second authentication unit (203) compares the facial expression parameters obtained from the face image of the user (102) with the facial expression parameters of the above record in the face information database (205) and calculates the degree of similarity (S504).

表情パラメーターは、怒り(angry)、悲しみ(sad)、驚き(surprised)、喜び(happy)、嫌悪(disgust)、恐怖(fear)、無表情(neutral)から成っていてよく、それぞれ正規化された数値として表現されていてよい。利用者の顔画像から抽出した表情パラメーターと顔情報データベース(204)の項目中の表情パラメーター間の類似度は、表情パラメーター間のユークリッド距離を算出し、正規化することで算出してよいが、別の数式に基づいて算出してもよい。機械学習あるいはディープラーニングに学習させることで、類似度を算出するようにしてもよい。この場合において、顔情報データベース(205)に含まれる、年齢や性別等の属性情報を類似度判定の入力パラメーターとしてよい(発明者の実験により、こうすることで顔認証の精度を一層向上できることが明らかになっている)。 The facial expression parameters may consist of angry, sad, surprised, happy, disgust, fear, and neutral, each of which may be expressed as a normalized numerical value. The similarity between the facial expression parameters extracted from the user's face image and the facial expression parameters in the face information database (204) may be calculated by calculating the Euclidean distance between the facial expression parameters and normalizing it, or may be calculated based on another formula. The similarity may be calculated by learning using machine learning or deep learning. In this case, attribute information such as age and gender included in the face information database (205) may be used as an input parameter for determining the similarity (the inventor's experiments have revealed that doing so can further improve the accuracy of face recognition).

発明者の実験により、怒り(angry)、悲しみ(sad)、驚き(surprised)、喜び(happy)の表示パラメーターは個人差が比較的大きく、かつ、その人物に固有の値を取る傾向が強いのに対して、嫌悪(disgust)、恐怖(fear)、無表情(neutral)の表示パラメーターは個人間の差異が大きくないことが判明しているため、第2認証部(203)では、怒り(angry)、悲しみ(sad)、驚き(surprised)、喜び(happy)の表情パラメーターのみを使用した類似度を算出する、あるいは、怒り(angry)、悲しみ(sad)、驚き(surprised)、喜び(happy)の表情パラメーターの重み付けを相対的に大きくして類似度を算出してもよい。第1認証処理部(202)の処理と第2認証処理部(203)の処理は逐次的に実行されてもよいが、認証処理の高速化のために、同時並行的に実行してもよい。 The inventor's experiments have revealed that the display parameters of anger, sadness, surprise, and happiness vary relatively widely among individuals and tend to have values unique to each individual, whereas the display parameters of disgust, fear, and neutral do not vary significantly among individuals. Therefore, the second authentication unit (203) may calculate the similarity using only the facial expression parameters of anger, sadness, surprise, and happiness, or may calculate the similarity by relatively increasing the weighting of the facial expression parameters of anger, sadness, surprise, and happiness. The processing of the first authentication processing unit (202) and the processing of the second authentication processing unit (203) may be performed sequentially, or may be performed simultaneously in parallel to speed up the authentication processing.

認証判定部(204)は、第1認証処理部(202)が算出した類似度と第2認証処理部(203)が算出した類似度の両方に基づいて、最終的な認証判定(典型的には、利用者(102)の顔画像が顔情報データベース(204)に登録されている顔情報と同一人物のものであるか)を行う。たとえば、閾値A(厳しめの判定の閾値)と閾値B(緩めの判定の閾値)を設定しておき、第1認証処理部(202)が算定した類似度が閾値Aと閾値Bの間の値である場合(すなわち、同一人物である可能性が高いが確実ではない場合)に、第2認証処理部(203)が算定した類似度が閾値C(閾値Aや閾値Bとは別の所定の値)を超えるかどうかに基づき、同一人物であるかを判定するようにしてよい。また、第1認証処理部(202)と第2認証処理部(203)の両方で認証成功(利用者の顔と顔情報データベース(204)の項目の類似度が所定の閾値以上)した場合のみに、認証成功(利用者が顔情報データベース(204)に登録された人物と一致する)と判断するようにしてもよい。代替の方法として、第1認証処理部(202)が判定した類似度と第2認証処理部(203)が判定した類似度から、最終的な類似度を算出し、それに基づいて最終的な認証の判断を行うようにしてよい。最終的な類似度を第1認証処理部(202)が判定した類似度と第2認証処理部(203)が判定した類似度の重み付け平均に基づいて算出してもよいが、非線形の計算式を使用してもよい。第1認証処理部(202)が算出した類似度と第2認証処理部(203)が算出した類似度を入力とする機械学習あるいはディープラーニングに学習させることで、最終的な認証判定を行わせるようにしてもよい。 The authentication judgment unit (204) performs a final authentication judgment (typically, whether the face image of the user (102) is the same person as the face information registered in the face information database (204)) based on both the similarity calculated by the first authentication processing unit (202) and the similarity calculated by the second authentication processing unit (203). For example, a threshold A (a stricter judgment threshold) and a threshold B (a looser judgment threshold) may be set, and when the similarity calculated by the first authentication processing unit (202) is a value between the thresholds A and B (i.e., when it is highly likely that they are the same person but not certain), it may be determined whether they are the same person based on whether the similarity calculated by the second authentication processing unit (203) exceeds a threshold C (a predetermined value different from the thresholds A and B). Also, it may be determined that the authentication is successful (the user matches the person registered in the face information database (204)) only when both the first authentication processing unit (202) and the second authentication processing unit (203) are successful (the similarity between the user's face and the items in the face information database (204) is equal to or greater than a predetermined threshold). As an alternative method, a final similarity may be calculated from the similarity determined by the first authentication processing unit (202) and the similarity determined by the second authentication processing unit (203), and a final authentication decision may be made based on the calculated final similarity. The final similarity may be calculated based on a weighted average of the similarity determined by the first authentication processing unit (202) and the similarity determined by the second authentication processing unit (203), or a nonlinear calculation formula may be used. The final authentication decision may be made by having machine learning or deep learning learn using the similarity calculated by the first authentication processing unit (202) and the similarity calculated by the second authentication processing unit (203) as inputs.

図6に本願発明に係る他の実施例を示す。図6a)は、本願発明に係る顔認証方法をスマートフォン(601)などの携帯情報機器やパーソナル・コンピューターのサインイン(ログイン)時のユーザー(602)の認証に適用した実施例である。この実施例では、認証装置(101)はスマートフォン(601)そのものであり(一部の処理をネットワークを介して別のコンピューター装置に行わせてもよい)、出力装置(103)は、スマートフォンのログイン処理を行うプログラムに認証結果を伝えるプログラムであってよい。この場合、顔情報データベース(205)に相当する要素は携帯情報機器に保存されたファイルであってよく、1人のユーザー(その携帯情報機器の正規のユーザー)の顔情報だけを保管する構成であってよい。この場合において、第1認証部(202)の結果は、サインインを行っているユーザー(602)と当該ファイル中の顔情報(特徴点)との類似度だけでよく、第2認証部(203)は、第1認証部(202)から識別子を得ることなく、顔情報データベース(205)(ファイル)中の表情パラメーターとの比較を行ってよい。 FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. FIG. 6a) shows an embodiment in which the face authentication method of the present invention is applied to the authentication of a user (602) when signing in (logging in) to a portable information device such as a smartphone (601) or a personal computer. In this embodiment, the authentication device (101) is the smartphone (601) itself (part of the processing may be performed by another computer device via a network), and the output device (103) may be a program that conveys the authentication result to a program that performs the login processing of the smartphone. In this case, the element corresponding to the face information database (205) may be a file stored in the portable information device, and may be configured to store only the face information of one user (the authorized user of the portable information device). In this case, the result of the first authentication unit (202) may be only the similarity between the user (602) who is signing in and the face information (feature points) in the file, and the second authentication unit (203) may compare it with the facial expression parameters in the face information database (205) (file) without obtaining an identifier from the first authentication unit (202).

図6b)は、本願発明に係る顔認証方法を、移動している複数の対象者(603)に適用した例である。カメラ(604)は固定設置されたものであっても、たとえば、ドローン等の移動体に搭載されたものであってもよい。この実施例での、認証装置(101)と出力装置(103)は、図1で説明したものと同等であってよい。この実施例では、画像取得部(201)は、顔認識を行うソフトウェアを実行し、撮影した動画像から人間の顔部分を抽出してから、それに対して必要な前処理を行い、第1認証処理部(202)および第2認証処理部(203)に渡すように構成されていることが望ましい。また、出力装置(103)の出力は、顔情報データベース(205)のレコードのうちで、複数の対象者(603)との類似度が所定の閾値以上であるレコードに含まれる属性情報(識別番号、氏名等)であってよい。図6の実施例のいずれにおいても、使用されるハードウェア(カメラ、コンピューター等)は、従来技術の顔認証に使用されるものと同等でよく、ソフトウェアの変更だけで本願発明を実施可能である。 FIG. 6b) is an example in which the face recognition method according to the present invention is applied to multiple moving subjects (603). The camera (604) may be a fixed camera or may be mounted on a moving object such as a drone. The authentication device (101) and the output device (103) in this embodiment may be the same as those described in FIG. 1. In this embodiment, it is preferable that the image acquisition unit (201) is configured to execute software for performing face recognition, extract a human face portion from a captured video image, perform necessary preprocessing on it, and pass it to the first authentication processing unit (202) and the second authentication processing unit (203). In addition, the output of the output device (103) may be attribute information (identification number, name, etc.) included in a record in the face information database (205) that has a similarity to the multiple subjects (603) equal to or greater than a predetermined threshold. In any of the embodiments in FIG. 6, the hardware (camera, computer, etc.) used may be the same as that used in face recognition in the prior art, and the present invention can be implemented by simply changing the software.

(本願発明による技術的に顕著な効果)
顔認証方式は、利用者の負担が小さく、なりすましが比較的困難であり、利用者の心理的抵抗が比較的小さいという本質的優位性があるが、本願発明により、利用者の心理的抵抗を増したり、リアルタイム性を犠牲にすることなく、認証制度を向上することでさらなる優位性が得られる。また、カメラなどのハードウェア機器については、従来型の顔認証で使用されていたものを流用可能であり、ソフトウェアの変更だけで認証精度を向上できるのでコスト効果にも優れる。
(Technically significant effects of the present invention)
The face recognition method has the inherent advantages of being less burdensome to users, being relatively difficult to impersonate, and having relatively little psychological resistance on the part of users, but the present invention provides further advantages by improving the authentication system without increasing the psychological resistance of users or sacrificing real-time performance. In addition, the hardware devices such as cameras used in conventional face recognition can be reused, and the authentication accuracy can be improved simply by changing the software, making it cost-effective.

Claims (9)

特徴点抽出に基づいて、登録された顔情報との類似度算出を行う第1の認証のステップと、
表情パラメーター抽出に基づいて、登録された表情パラメーターとの類似度算出を行う第2の認証のステップと、
前記第1の認証のステップで算出された第1の類似度と前記第2の認証のステップで算出された第2の類似度の両方に基づいて認証の判定を行うステップとを含み、
利用者に対して表情を作ることを指示するステップを含まない、
コンピューターにより実行される顔認証方法。
A first authentication step of calculating a similarity between the extracted feature points and registered face information;
a second authentication step of calculating a similarity between the extracted facial expression parameters and registered facial expression parameters based on the extracted facial expression parameters;
performing authentication based on both the first similarity calculated in the first authentication step and the second similarity calculated in the second authentication step;
does not include a step of instructing a user to make a facial expression,
A computer implemented method for facial recognition.
前記認証の判定を行うステップでは、前記第1の類似度が所定の第1の閾値以上であり、前記第2の類似度が所定の第2の閾値以上である場合のみに認証が成功したと判定する、
請求項1に記載の顔認証方法。
In the step of determining whether or not the authentication is successful, the authentication is determined to be successful only when the first similarity is equal to or greater than a predetermined first threshold and the second similarity is equal to or greater than a predetermined second threshold.
The face authentication method according to claim 1 .
前記第2の認証のステップでは、所定の時間内における前記利用者の顔の動画画像から抽出した表情パラメーターの代表値を使用した類似判定を行う、
請求項1に記載の顔認証方法。
In the second authentication step, a similarity determination is performed using a representative value of a facial expression parameter extracted from a video image of the face of the user within a predetermined time period.
The face authentication method according to claim 1 .
前記第2の認証のステップでは、怒りと、悲しみと、驚きと、喜びの表情パラメーターを使用し、嫌悪と、恐怖と、無表情の表情パラメーターを使用しない、
請求項1に記載の顔認証方法。
In the second authentication step, facial expression parameters of anger, sadness, surprise, and happiness are used, and facial expression parameters of disgust, fear, and neutral are not used.
The face authentication method according to claim 1 .
特徴点抽出に基づく類似度算出を行う第1の命令群と、
表情パラメーター抽出に基づく類似度算出を行う第2の認証命令群と、
前記第1の認証の命令群により算出された第1の類似度と前記第2の認証の命令群により算出された第2の類似度の両方に基づいて認証の判定を行う命令群とをコンピューターに実行させ、
利用者に対して表情を作ることを指示する命令群を含まない、
顔認証プログラム。
A first set of instructions for calculating a similarity based on feature point extraction;
A second set of authentication commands for calculating a similarity based on extracted facial expression parameters;
a group of instructions for making an authentication decision based on both the first similarity calculated by the group of instructions for the first authentication and the second similarity calculated by the group of instructions for the second authentication;
Does not contain commands that instruct the user to make facial expressions;
Face recognition program.
前記認証の判定を行う命令群は、前記第1の類似度が所定の第1の閾値以上であり、前記第2の類似度が所定の第2の閾値以上である場合のみに認証が成功したと判定する命令群を含む、
請求項5に記載の顔認証プログラム。
the set of instructions for determining whether or not authentication is successful includes a set of instructions for determining that the authentication is successful only if the first similarity is equal to or greater than a predetermined first threshold and the second similarity is equal to or greater than a predetermined second threshold.
The face recognition program according to claim 5 .
前記第2の認証命令群は、所定の時間内における前記利用者の顔の動画画像から抽出した表情パラメーターの代表値を使用した類似判定を行う命令群を含む、
請求項5に記載の顔認証プログラム。
the second authentication command group includes a command group for performing a similarity determination using a representative value of a facial expression parameter extracted from a video image of the face of the user within a predetermined time period;
The face recognition program according to claim 5 .
前記第2の認証命令群では、怒りと、悲しみと、驚きと、喜びの表情パラメーターを使用し、嫌悪と、恐怖と、無表情の表情パラメーターを使用しない、
請求項5に記載の顔認証プログラム。
the second set of authentication instructions use facial expression parameters of anger, sadness, surprise, and happiness, and do not use facial expression parameters of disgust, fear, and neutral;
The face recognition program according to claim 5 .
請求項5から請求項8のいずれか1項に記載のプログラムを実行するよう構成されたコンピューター・システム。 A computer system configured to execute the program according to any one of claims 5 to 8.
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