JP4141090B2 - Image recognition apparatus, shadow removal apparatus, shadow removal method, and recording medium - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、個人認証等に使用される画像認識装置、陰影除去装置及び陰影除去方法等に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば個人認証の技術として、人間の生体特徴を用いて個人を特定するバイオメトリック個人認証技術が知られている。この個人認証技術の一つとして、顔の画像を用いて個人を認識する顔画像認識技術がある。
この顔画像認識技術を用いた認証処理では、カメラで人物の顔を撮影して顔画像を取得し、顔画像について位置、大きさの正規化等の所定の前処理を行った後、特徴抽出を行い、予め登録していた顔画像のパターンとのマッチングを行い、人物の特定を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような顔画像認識技術を用いた認証装置では、撮影時の照明の変化による認識性能の低下が大きな問題の一つとなっている。
この問題を解決するために、撮影時に顔に陰影が生じないように、強力な照明光を正面から当てたり、又は、カメラと人物を証明写真撮影機のようなボックスで覆うことにより、安定した照明のもとで撮影を行うようにした手法等がある。しかし、この場合、強力な照明機器やボックス等を用いるため、システム構成が大掛かりなものとなり、設置場所も限定されてしまう。
【0004】
また、この場合、人物の顔の撮影画像だけでなく、一般的な物体の撮影画像の認識処理においても同様の問題が発生しうる。
【0005】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、撮影画像による物体の認識において、撮影時の照明の変化に対応可能な画像認識装置等を提供することを目的とする。
また、本発明は、撮影画像から物体を認識する物体認識装置に好適な、撮影画像における陰影を除去することができる陰影除去装置等を提供することを他の目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る画像認識装置は、
画像の認識を行う画像認識装置において、
複数の物体の3次元形状の測定結果に基づいて予め生成された、所定位置と物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像を記憶する手段と、
物体の撮影画像を入力する入力手段と、
前記距離画像から取得された物体の表面の形状を表す物体表面形状モデルの3次元形状パラメータと、照明方向パラメータと、をそれぞれ変化させた合成画像を生成し、入力画像との類似度が最も高い合成画像の3次元形状パラメータと照明方向パラメータとを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された合成画像の各画素の輝度値で、入力画像の対応する各画素の輝度値を割ることにより輝度補正を行う輝度補正手段と、
前記輝度補正された入力画像について所定の認識処理を行う手段と、
を備えることを特徴とする。
【0007】
このような構成によれば、所定位置と人物の顔等の物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像から生成された、物体の表面の形状を表すモデルを用いて、入力画像における物体の表面の3次元形状と照明の方向を推定し、それをもとに入力画像の輝度の補正を行って、陰影を除去することができる。これにより、照明の変化により陰影が生じた顔画像についても、その認識を可能とする。また、陰影を発生させないように特殊な装置を用いることなく、簡易なシステム構成で、各顔画像の認識を可能とする。
【0008】
また、陰影がない複数の画像の平均画像をさらに記憶してもよく、
前記入力手段により入力された入力画像と前記平均画像との類似度を算出し、所定値より低い場合に、前記選択手段と前記輝度補正手段による各処理を行ってもよい。
【0009】
また、本発明の第2の観点に係る陰影除去装置は、
物体の撮影画像について陰影の除去を行う陰影除去装置であって、
複数の物体の3次元形状の測定結果に基づいて予め生成された、所定位置と物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像を記憶する手段と、
物体の撮影画像を入力する入力手段と、
前記距離画像から取得された物体の表面の形状を表す物体表面形状モデルの3次元形状パラメータと、照明方向パラメータと、をそれぞれ変化させた合成画像を生成し、入力画像との類似度が最も高い合成画像の3次元形状パラメータと照明方向パラメータとを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された合成画像の各画素の輝度値で、入力画像の対応する各画素の輝度値を割ることにより輝度補正を行い、入力画像の陰影を除去する手段と、
を備えることを特徴とする。
【0010】
このような構成によれば、所定位置と人物の顔等の物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像から生成された、物体の表面の形状を表すモデルを用いて、入力画像における物体の表面の3次元形状と照明の方向を推定し、それをもとに入力画像の輝度の補正を行って、陰影を除去することができる。
【0011】
また、本発明の第3の観点に係る陰影除去方法は、
物体の撮影画像について陰影の除去を行う陰影除去方法であって、
複数の物体の3次元形状の測定結果に基づいて、所定位置と物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像を予め生成するステップと、
物体の撮影画像を入力するステップと、
前記距離画像から取得された物体の表面の形状を表す物体表面形状モデルの3次元形状パラメータと、照明方向パラメータと、をそれぞれ変化させた合成画像を生成し、入力画像との類似度が最も高い合成画像の3次元形状パラメータと照明方向パラメータとを選択する選択ステップと、
前記選択ステップにおいて選択された合成画像の各画素の輝度値で、入力画像の対応する各画素の輝度値を割ることにより輝度補正を行い、入力画像の陰影を除去するステップと、
を備えることを特徴とする。
【0012】
このような構成によれば、所定位置と人物の顔等の物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像から生成された、物体の表面の形状を表すモデルを用いて、入力画像における物体の表面の3次元形状と照明の方向を推定し、それをもとに入力画像の輝度の補正を行って、陰影を除去することができる。
【0013】
また、本発明の第4の観点に係る記録媒体は、
コンピュータを、画像の認識を行う画像認識装置として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
該コンピュータを、
複数の物体の3次元形状の測定結果に基づいて予め生成された、所定位置と物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像を記憶する手段、
物体の撮影画像を入力する入力手段、
前記距離画像から取得された物体の表面の形状を表す物体表面形状モデルの3次元形状パラメータと、照明方向パラメータと、をそれぞれ変化させた合成画像を生成し、入力画像との類似度が最も高い合成画像の3次元形状パラメータと照明方向パラメータとを選択する選択手段、
前記選択手段により選択された合成画像の各画素の輝度値で、入力画像の対応する各画素の輝度値を割ることにより輝度補正を行う輝度補正手段、
前記輝度補正された入力画像について所定の認識処理を行う手段、
として機能させるためのプログラムを記録する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る顔画像認識装置を図面を参照して説明する。
本発明の実施の形態に係る顔画像認識装置1は、図1に示すように、記憶部11と、画像取込部13と、陰影除去部15と、認識部17と、を備え、認識対象の人物の顔を撮影するためのカメラ2が接続されている。
【0015】
記憶部11は、予め例えば数百人程度の人物について、顔に陰が生じない状態で正面向きでカメラ撮影して得た顔画像と、撮影された顔画像の各画素について輝度を平均して得た平均画像(平均顔画像)と、を記憶する。
また、記憶部11は、顔面距離画像、平均顔面距離画像等の情報を記憶する。これらの情報は、上記の数百人の人物について、予め、非接触3次元形状入力装置を用いて顔面の3次元形状の測定を行い、測定結果を所定のコンピュータに入力し、所定の計算処理を行って得た情報である。
【0016】
顔面距離画像は、測定装置(3次元形状入力装置)と顔表面の距離値を画素値とする2次元画像への変換処理により生成された画像である。顔面距離画像は、各画素値により顔面の凹凸、すなわち、顔面形状を表現する。この顔面距離画像に、照明方向に関するパラメータ(照明方向パラメータ)を与えて画像合成することにより、任意の方向から照明を受けて陰影が生じた顔画像を合成できる。
【0017】
また、平均顔面距離画像は、例えば、各顔面距離画像の画素値の平均値を算出して得た顔面距離画像の平均画像である。この平均顔面距離画像は、人間の平均的な顔面形状を表す。
【0018】
また、上記の数百人分の顔面距離画像に対してそれぞれラスタ走査を行い、画像中の画素値を1次元配列とした画像ベクトルを取得する。そして、取得した数百人分の画像ベクトルについて主成分分析を行い、主成分分析の結果、寄与率の高い固有ベクトルを数個選択し、これを記憶部11に記憶しておく。この選択された数個の固有ベクトルの線形結合によって、任意の人物の顔面距離画像を近似表現することができる。ここで、選択された固有ベクトルの数をn個とすると、人物の顔面形状は、固有ベクトルの結合係数(A1、A2、・・・、An)によりそれぞれほぼ再現することができる。本システムでは、この固有ベクトルの結合係数(A1、A2、・・・、An)をパラメータ(以下、3次元パラメータ)として用い、人物の顔面形状を構築するために使用する。
なお、上記の固有ベクトルの線形結合及び3次元パラメータで表現される顔面形状モデルは、主成分分析の対象となる顔面距離画像の数を十分に増やすことにより、統計的に、他の全ての人物にも適用可能となり、より一般的な人物の顔面形状モデルとすることができる。
【0019】
また、顔面距離画像と顔画像については、例えば各人物の顔の両目の眼球の中心点を基準にして撮影を行う等して、顔の向き・サイズ等を統一する。
【0020】
画像取込部13は、カメラ2からの入力画像(顔画像)を取得し、記憶部11に記憶されている平均顔画像との類似度を測定して、入力画像である顔画像の陰影の有無を判定する。具体的には、類似度が所定値より低ければ陰影が有ると判別し、類似度が所定値以上であれば陰影が無いと判別する。陰影が有ると判定した場合には、陰影除去部15に陰影の除去を要求する。また、陰影が無いと判定した場合には、認識部17に入力画像の認識を要求する。
【0021】
陰影除去部15は、画像取込部13からの要求に応じて、入力画像における照明方向パラメータを大まかに求める。ここで照明パラメータとは、顔に対してどの方向から照明が当たっているかを示すものであり、所定の位置(例えば、顔の重心等)に原点を取り、X軸、Y軸、Z軸の各座標軸を設定した場合における、光源の位置の座標値(α、β、γ)である。陰影除去部15は、記憶部11に記憶されている平均顔面距離画像について、照明方向パラメータ(α、β、γ)を変化させ、陰が発生した顔画像を合成する。そして、各合成画像と入力画像との類似度を測り、最も類似度が高いときの照明方向パラメータ(α0、β0、γ0)を求める。
【0022】
次に、陰影除去部15は、先に求めた照明方向パラメータ(α0、β0、γ0)を基準として、照明方向パラメータ(α、β、γ)と、3次元形状パラメータ(A1、A2、・・・、An)と、を少しずつ変化させて、それぞれの合成画像を生成する。そして、合成画像と入力画像との類似度を測り、最も類似度が高いときの最適照明方向パラメータ(α’、β’、γ’)と、最適3次元形状パラメータ(A1’、A2’、・・・、An’)を求める。
【0023】
次に、陰影除去部15は、先に求めた最適照明方向パラメータ(α’、β’、γ’)と最適3次元形状パラメータ(A1’、A2’、・・・、An’)を用いて、入力画像の輝度補正を行って、陰の除去を行う。具体的には、最適照明方向パラメータと最適3次元形状パラメータで合成される顔画像の各画素の輝度値で、入力画像の対応する画素の輝度値を割ることにより、入力画像を陰のない画像に補正する。陰影除去部15は、陰を除去した入力画像についての認識を認識部17に要求する。
【0024】
認識部17は、画像取込部13からの入力画像又は陰影除去部15により陰が除去された入力画像について、例えば公知の顔認識手法(例えば、固有顔法等)を用いて、入力画像について特徴抽出、マッチング等の所定の認識処理を行い、認識結果を出力する。なお、認識部17への入力画像は陰が除去されているため、ここでの認識手法は、照明の影響に対応していない認識手法を用いることができる。
【0025】
次に、本実施形態に係る顔画像認識装置1の動作について図2のフローチャートを参照して説明する。
まず、顔画像認識装置1に接続されているカメラ2で認証対象の人物の顔画像を撮影し、撮影画像が画像取込部13に入力される(ステップS1)。
画像取込部13は、入力画像について、記憶部11に記憶されている平均顔画像との類似度を測定し(ステップS2)、測定結果に基づいて入力画像に陰が発生しているか否かを判別する(ステップS3)。例えば、測定された類似度が所定値より低い場合には、入力画像に陰が発生していると判別し、陰影除去部15に陰影の除去を要求する。
【0026】
陰影の除去の要求に応じて、陰影除去部15は、入力画像の陰影を除去するための陰影除去処理を行う(ステップS4)。この陰影除去処理では、例えば図3に示すように、まず、平均顔面距離画像について、照明方向パラメータ(α、β、γ)を変化させて、各パラメータ値での合成画像を作成し(ステップS11)、各合成画像と入力画像との類似度を測定し、類似度が最も高くなるときの照明方向パラメータ(α0、β0、γ0)を算出する(ステップS12)。
【0027】
次に、陰影除去部15は、ステップS12で求めた照明方向パラメータ(α0、β0、γ0)に基づいて、照明方向パラメータ(α、β、γ)と、3次元形状パラメータ(A1、A2、・・・、An)と、を少しずつ変化させて、各パラメータ値における合成画像を生成し(ステップS13)、合成画像と入力画像との類似度を測り、類似度が最も高くなる最適照明方向パラメータ(α’、β’、γ’)と、最適3次元形状パラメータ(A1’、A2’、・・・、An’)を求める(ステップS14)。
【0028】
次に、陰影除去部15は、最適照明方向パラメータ(α’、β’、γ’)と最適3次元形状パラメータ(A1’、A2’、・・・、An’)で合成される顔画像の各画素の輝度値で、入力画像において対応する画素の輝度値を割ることにより、入力画像の陰影を除去し(ステップS15)、入力画像の認識を認識部17に要求してメインフローに戻る。
【0029】
認識部17は、陰影除去部15からの認識要求に応じて、上記陰影除去処理によって陰影が除去された入力画像について、例えば固有顔法等の一般的な認識手法により、顔画像の認識を行って、例えば記憶部11に登録されている顔画像から人物の特定等を行い(ステップS5)、認識結果を出力する(ステップS6)。
【0030】
また、ステップS3において、入力画像と平均顔画像との類似度の測定値が所定値以上である場合、画像取込部13は、入力画像に陰影が発生していないと判別し、そのまま認識部17に入力画像の認識を要求する。
【0031】
このようにして、人間の統計的な3次元モデルを構築し、認識対象の顔画像に陰影が生じている場合には、3次元モデルから顔面の3次元形状と照明の方向を推定し、それをもとに顔画像の輝度の補正を行って、画像の陰影を除去することができる。これにより、照明の変化により陰影が生じた顔画像についても、その認識を可能とする。また、陰影を発生させないように特殊な装置を用いることなく、簡易なシステム構成で、各顔画像の認識を可能とする。
【0032】
また、顔の3次元形状の測定結果に基づいて生成された顔面距離画像から取得された3次元モデルを用いることにより、例えば複数の2次元画像から3次元モデルを推定し、その推定結果を用いてするような処理等と比して計算量が少ないため、高性能なコンピュータを用いる必要がなく、標準的なコンピュータで実現可能である。
【0033】
また、大まかな照明方向パラメータを求めずに、直接又は他の間接的な手段を用いて最適3次元形状パラメータと最適照明方向パラメータを求めるようにしてもよい。
また、陰影の有無を判定せずに全ての入力画像を陰影除去処理の対象としてもよい。
【0034】
また、顔画像認識装置1が、記憶部11に記憶される各顔面距離画像、平均顔面距離画像、平均顔画像等のデータを生成し、記憶部11に記憶するようにしてもよい。
なお、本装置で使用される画像は、濃淡を階調的に表すグレースケール画像でもよく、カラー画像等でもよい。
【0035】
また、照明パラメータは、上記の座標値(α、β、γ)に限定されず、顔に対してどの方向から照明が当たっているかを示すものであればよく、その内容や表示形式は任意である。
【0036】
また、3次元形状モデルは、顔面距離画像の各画素値を主成分分析して選択した固有ベクトルの線形結合に限定されず、顔面の形状を表しうる他のモデルを用いてもよい。
【0037】
また、平均顔画像は、顔画像の平均画像に限定されず、他の方法により取得された標準的な顔画像を用いてもよい。例えば、複数の撮影画像から平均的な顔画像を選択し、それを平均顔画像として用いてもよい。
【0038】
また、記憶部11と画像取込部13と陰影除去部15を備え、陰影を除去した画像を認識装置に供給する陰影除去装置を実現してもよい。
【0039】
なお、この発明のシステムは、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、コンピュータに上述の動作を実行するためのプログラムを格納した媒体(フロッピーディスク、CD−ROM等)から該プログラムをインストールすることにより、上述の処理を実行する顔画像認識装置等を構成することができる。なお、上述の機能を、OSが分担又はOSとアプリケーションの共同により実現する場合等には、OS以外の部分のみを媒体に格納してもよい。
【0040】
なお、搬送波にプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。例えば、通信ネットワークの掲示板(BBS)に該プログラムを掲示し、これをネットワークを介して配信してもよい。
そして、このプログラムを起動し、OSの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行させることにより、上述の処理を実行することができる。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定位置から人物の顔等の物体の表面までの距離値を画素値とする複数の距離画像から生成された、物体の表面の形状を表すモデルを用いて、入力画像における物体の表面の3次元形状と照明の方向を推定し、それをもとに入力画像の輝度の補正を行って、陰影を除去することができる。これにより、照明の変化により陰影が生じた顔画像についても、その認識を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る顔画像認識装置のシステム構成図である。
【図2】図1の顔画像認識装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図3】陰影除去処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1 顔画像認識装置
11 記憶部
13 画像取込部
15 陰影除去部
17 認識部
2 カメラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image recognition apparatus, a shadow removal apparatus, a shadow removal method, and the like used for personal authentication.
[0002]
[Prior art]
For example, as a technique for personal authentication, a biometric personal authentication technique for identifying an individual using a human biometric feature is known. As one of the personal authentication techniques, there is a face image recognition technique for recognizing an individual using a face image.
In the authentication process using this face image recognition technology, a human face is captured by a camera to acquire a face image, and after performing predetermined preprocessing such as position and size normalization on the face image, feature extraction is performed. And matching with a face image pattern registered in advance to identify a person.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the authentication apparatus using the face image recognition technique as described above, one of the major problems is a deterioration in recognition performance due to a change in illumination during photographing.
In order to solve this problem, stable lighting can be achieved by applying strong illumination light from the front or covering the camera and person with a box such as an ID photo camera so that shadows do not appear on the face during shooting. There is a technique for taking a picture under illumination. However, in this case, since a powerful illumination device, a box, or the like is used, the system configuration becomes large and the installation location is limited.
[0004]
In this case, the same problem may occur in recognition processing of not only a photographed image of a person's face but also a photographed image of a general object.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide an image recognition device and the like that can cope with a change in illumination at the time of photographing in recognition of an object by a photographed image.
Another object of the present invention is to provide a shadow removal apparatus and the like that can remove a shadow in a captured image, which is suitable for an object recognition apparatus that recognizes an object from a captured image.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image recognition apparatus according to the first aspect of the present invention provides:
In an image recognition device that recognizes an image,
Means for storing a plurality of distance images generated in advance based on measurement results of the three-dimensional shapes of a plurality of objects and having a distance value between a predetermined position and the surface of the object as a pixel value;
An input means for inputting a captured image of the object;
A composite image is generated by changing the three-dimensional shape parameter of the object surface shape model representing the shape of the surface of the object acquired from the distance image and the illumination direction parameter, and has the highest similarity with the input image A selection means for selecting a three-dimensional shape parameter and an illumination direction parameter of the composite image;
Brightness correction means for performing brightness correction by dividing the brightness value of each corresponding pixel of the input image by the brightness value of each pixel of the composite image selected by the selection means;
Means for performing a predetermined recognition process on the input image whose luminance has been corrected;
It is characterized by providing.
[0007]
According to such a configuration, an input using a model representing the shape of the surface of the object, which is generated from a plurality of distance images having a pixel value as a distance value between the predetermined position and the surface of the object such as a human face. The three-dimensional shape of the surface of the object in the image and the direction of illumination can be estimated, and the luminance of the input image can be corrected based on the estimated shape to remove the shadow. As a result, it is possible to recognize a face image that is shaded by a change in illumination. In addition, each face image can be recognized with a simple system configuration without using a special device so as not to generate a shadow.
[0008]
Moreover, you may memorize | store further the average image of several images without a shadow,
The similarity between the input image input by the input unit and the average image may be calculated, and each process by the selection unit and the luminance correction unit may be performed when the similarity is lower than a predetermined value.
[0009]
A shadow removing apparatus according to the second aspect of the present invention provides:
A shadow removal apparatus that removes shadows from a captured image of an object,
Means for storing a plurality of distance images generated in advance based on measurement results of the three-dimensional shapes of a plurality of objects and having a distance value between a predetermined position and the surface of the object as a pixel value;
An input means for inputting a captured image of the object;
A composite image is generated by changing the three-dimensional shape parameter of the object surface shape model representing the shape of the surface of the object acquired from the distance image and the illumination direction parameter, and has the highest similarity with the input image A selection means for selecting a three-dimensional shape parameter and an illumination direction parameter of the composite image;
Means for correcting the luminance by dividing the luminance value of each corresponding pixel of the input image by the luminance value of each pixel of the composite image selected by the selecting means, and removing the shadow of the input image;
It is characterized by providing.
[0010]
According to such a configuration, an input using a model representing the shape of the surface of the object, which is generated from a plurality of distance images having a pixel value as a distance value between the predetermined position and the surface of the object such as a human face. The three-dimensional shape of the surface of the object in the image and the direction of illumination can be estimated, and the luminance of the input image can be corrected based on the estimated shape to remove the shadow.
[0011]
The shadow removal method according to the third aspect of the present invention is as follows.
A shadow removal method for removing shadows from a captured image of an object,
Based on the measurement results of the three-dimensional shape of a plurality of objects, generating a plurality of distance images having a distance value between a predetermined position and the surface of the object as pixel values;
Inputting a captured image of the object;
A composite image is generated by changing the three-dimensional shape parameter of the object surface shape model representing the shape of the surface of the object acquired from the distance image and the illumination direction parameter, and has the highest similarity with the input image A selection step of selecting a three-dimensional shape parameter and an illumination direction parameter of the composite image;
Performing luminance correction by dividing the luminance value of each corresponding pixel of the input image by the luminance value of each pixel of the composite image selected in the selection step, and removing the shadow of the input image;
It is characterized by providing.
[0012]
According to such a configuration, an input using a model representing the shape of the surface of the object, which is generated from a plurality of distance images having a pixel value as a distance value between the predetermined position and the surface of the object such as a human face. The three-dimensional shape of the surface of the object in the image and the direction of illumination can be estimated, and the luminance of the input image can be corrected based on the estimated shape to remove the shadow.
[0013]
A recording medium according to the fourth aspect of the present invention is
A computer-readable recording medium recording a program for causing a computer to function as an image recognition device for recognizing an image,
The computer
Means for storing a plurality of distance images generated in advance based on measurement results of the three-dimensional shapes of a plurality of objects and having a distance value between a predetermined position and the surface of the object as a pixel value;
An input means for inputting a photographed image of an object;
A composite image is generated by changing the three-dimensional shape parameter of the object surface shape model representing the shape of the surface of the object acquired from the distance image and the illumination direction parameter, and has the highest similarity with the input image Selection means for selecting a three-dimensional shape parameter and an illumination direction parameter of the composite image;
A luminance correction unit that performs luminance correction by dividing the luminance value of each corresponding pixel of the input image by the luminance value of each pixel of the composite image selected by the selection unit;
Means for performing a predetermined recognition process on the luminance-corrected input image;
Record the program to make it function as
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a face image recognition apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the face
[0015]
For example, the
Further, the
[0016]
The face distance image is an image generated by a conversion process into a two-dimensional image using a distance value between the measuring device (three-dimensional shape input device) and the face surface as a pixel value. The face distance image represents the unevenness of the face, that is, the face shape, by each pixel value. By applying a parameter related to the illumination direction (illumination direction parameter) to the face distance image and synthesizing the image, it is possible to synthesize a face image that is shaded by illumination from an arbitrary direction.
[0017]
The average face distance image is, for example, an average image of face distance images obtained by calculating an average value of pixel values of each face distance image. This average face distance image represents an average face shape of a human.
[0018]
Further, raster scanning is performed on each of the face distance images for several hundred people, and an image vector having pixel values in the image as a one-dimensional array is obtained. Then, the principal component analysis is performed on the acquired image vectors for several hundred people, and as a result of the principal component analysis, several eigenvectors having a high contribution ratio are selected and stored in the
Note that the facial shape model expressed by the linear combination of the eigenvectors and the three-dimensional parameters described above can be statistically applied to all other persons by sufficiently increasing the number of facial distance images to be subjected to principal component analysis. Can also be applied, and a more general human face shape model can be obtained.
[0019]
The face distance image and the face image are unified with respect to the face direction, size, etc., for example, by taking a picture based on the center point of the eyeballs of both eyes of each person's face.
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
Next, the
[0023]
Next, the
[0024]
The recognition unit 17 uses, for example, a known face recognition method (for example, eigenface method) for the input image from the
[0025]
Next, the operation of the face
First, a face image of a person to be authenticated is photographed by the
The
[0026]
In response to the shadow removal request, the
[0027]
Next, based on the illumination direction parameters (α0, β0, γ0) obtained in step S12, the
[0028]
Next, the
[0029]
In response to a recognition request from the
[0030]
In step S3, if the measured value of the similarity between the input image and the average face image is equal to or greater than a predetermined value, the
[0031]
In this way, when a human statistical three-dimensional model is constructed and a shadow is generated in the face image to be recognized, the three-dimensional shape of the face and the direction of illumination are estimated from the three-dimensional model. Based on the above, it is possible to correct the brightness of the face image and remove the shadow of the image. As a result, it is possible to recognize a face image that is shaded by a change in illumination. In addition, each face image can be recognized with a simple system configuration without using a special device so as not to generate a shadow.
[0032]
In addition, by using a three-dimensional model acquired from a face distance image generated based on a measurement result of a three-dimensional shape of a face, for example, a three-dimensional model is estimated from a plurality of two-dimensional images, and the estimation result is used. Therefore, the amount of calculation is small compared to the processing to be performed, so that it is not necessary to use a high-performance computer and it can be realized by a standard computer.
[0033]
Further, the optimum three-dimensional shape parameter and the optimum illumination direction parameter may be obtained using direct or other indirect means without obtaining the rough illumination direction parameter.
Further, all input images may be subjected to the shadow removal process without determining the presence or absence of the shadow.
[0034]
The face
Note that the image used in the present apparatus may be a gray scale image representing gradation in gradation, or a color image or the like.
[0035]
Further, the illumination parameter is not limited to the above coordinate values (α, β, γ), and may be any as long as it indicates the direction from which the face is illuminated, and the content and display format are arbitrary. is there.
[0036]
The three-dimensional shape model is not limited to the linear combination of eigenvectors selected by principal component analysis of each pixel value of the facial distance image, and other models that can represent the facial shape may be used.
[0037]
Further, the average face image is not limited to the average image of the face image, and a standard face image obtained by another method may be used. For example, an average face image may be selected from a plurality of photographed images and used as the average face image.
[0038]
Further, a shadow removing device that includes the
[0039]
The system of the present invention can be realized using a normal computer system, not a dedicated system. For example, by installing the program from a medium (floppy disk, CD-ROM, etc.) that stores the program for executing the above-described operation in a computer, a face image recognition device that executes the above-described processing is configured. Can do. Note that when the OS realizes the above functions by sharing the OS or jointly of the OS and the application, only the part other than the OS may be stored in the medium.
[0040]
It is also possible to superimpose a program on a carrier wave and distribute it via a communication network. For example, the program may be posted on a bulletin board (BBS) of a communication network and distributed via the network.
The above-described processing can be executed by starting this program and executing it in the same manner as other application programs under the control of the OS.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a model representing the shape of the surface of an object, which is generated from a plurality of distance images having pixel values as distance values from a predetermined position to the surface of the object such as a human face. It is possible to estimate the three-dimensional shape of the surface of the object and the direction of illumination in the input image, and to correct the luminance of the input image based on that to remove the shadow. As a result, it is possible to recognize a face image that is shaded by a change in illumination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a face image recognition apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the face image recognition apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart for explaining shadow removal processing;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
複数の物体の3次元形状の測定結果に基づいて予め生成された、所定位置と物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像を記憶する手段と、
物体の撮影画像を入力する入力手段と、
前記距離画像から取得された物体の表面の形状を表す物体表面形状モデルの3次元形状パラメータと、照明方向パラメータと、をそれぞれ変化させた合成画像を生成し、入力画像との類似度が最も高い合成画像の3次元形状パラメータと照明方向パラメータとを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された合成画像の各画素の輝度値で、入力画像の対応する各画素の輝度値を割ることにより輝度補正を行う輝度補正手段と、
前記輝度補正された入力画像について所定の認識処理を行う手段と、
を備えることを特徴とする画像認識装置。In an image recognition device that recognizes an image,
Means for storing a plurality of distance images generated in advance based on measurement results of the three-dimensional shapes of a plurality of objects and having a distance value between a predetermined position and the surface of the object as a pixel value;
An input means for inputting a captured image of the object;
A composite image is generated by changing the three-dimensional shape parameter of the object surface shape model representing the shape of the surface of the object acquired from the distance image and the illumination direction parameter, and has the highest similarity with the input image A selection means for selecting a three-dimensional shape parameter and an illumination direction parameter of the composite image;
Brightness correction means for performing brightness correction by dividing the brightness value of each corresponding pixel of the input image by the brightness value of each pixel of the composite image selected by the selection means;
Means for performing a predetermined recognition process on the input image whose luminance has been corrected;
An image recognition apparatus comprising:
前記入力手段により入力された入力画像と前記平均画像との類似度を算出し、所定値より低い場合に、前記選択手段と前記輝度補正手段による各処理を行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像認識装置。Further memorize the average image of multiple images without shadows,
Calculating the degree of similarity between the input image input by the input means and the average image, and performing processing by the selection means and the luminance correction means when lower than a predetermined value;
The image recognition apparatus according to claim 1.
複数の物体の3次元形状の測定結果に基づいて予め生成された、所定位置と物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像を記憶する手段と、
物体の撮影画像を入力する入力手段と、
前記距離画像から取得された物体の表面の形状を表す物体表面形状モデルの3次元形状パラメータと、照明方向パラメータと、をそれぞれ変化させた合成画像を生成し、入力画像との類似度が最も高い合成画像の3次元形状パラメータと照明方向パラメータとを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された合成画像の各画素の輝度値で、入力画像の対応する各画素の輝度値を割ることにより輝度補正を行い、入力画像の陰影を除去する手段と、
を備えることを特徴とする陰影除去装置。A shadow removal apparatus that removes shadows from a captured image of an object,
Means for storing a plurality of distance images generated in advance based on measurement results of the three-dimensional shapes of a plurality of objects and having a distance value between a predetermined position and the surface of the object as a pixel value;
An input means for inputting a captured image of the object;
A composite image is generated by changing the three-dimensional shape parameter of the object surface shape model representing the shape of the surface of the object acquired from the distance image and the illumination direction parameter, and has the highest similarity with the input image A selection means for selecting a three-dimensional shape parameter and an illumination direction parameter of the composite image;
Means for correcting the luminance by dividing the luminance value of each corresponding pixel of the input image by the luminance value of each pixel of the composite image selected by the selecting means, and removing the shadow of the input image;
A shadow removing device comprising:
複数の物体の3次元形状の測定結果に基づいて、所定位置と物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像を予め生成するステップと、
物体の撮影画像を入力するステップと、
前記距離画像から取得された物体の表面の形状を表す物体表面形状モデルの3次元形状パラメータと、照明方向パラメータと、をそれぞれ変化させた合成画像を生成し、入力画像との類似度が最も高い合成画像の3次元形状パラメータと照明方向パラメータとを選択する選択ステップと、
前記選択ステップにおいて選択された合成画像の各画素の輝度値で、入力画像の対応する各画素の輝度値を割ることにより輝度補正を行い、入力画像の陰影を除去するステップと、
を備えることを特徴とする陰影除去方法。A shadow removal method for removing shadows from a captured image of an object,
Based on the measurement results of the three-dimensional shape of a plurality of objects, generating a plurality of distance images having a distance value between a predetermined position and the surface of the object as pixel values;
Inputting a captured image of the object;
A composite image is generated by changing the three-dimensional shape parameter of the object surface shape model representing the shape of the surface of the object acquired from the distance image and the illumination direction parameter, and has the highest similarity with the input image A selection step of selecting a three-dimensional shape parameter and an illumination direction parameter of the composite image;
Performing luminance correction by dividing the luminance value of each corresponding pixel of the input image by the luminance value of each pixel of the composite image selected in the selection step, and removing the shadow of the input image;
A shadow removal method comprising:
該コンピュータを、
複数の物体の3次元形状の測定結果に基づいて予め生成された、所定位置と物体の表面との距離値を画素値とする複数の距離画像を記憶する手段、
物体の撮影画像を入力する入力手段、
前記距離画像から取得された物体の表面の形状を表す物体表面形状モデルの3次元形状パラメータと、照明方向パラメータと、をそれぞれ変化させた合成画像を生成し、入力画像との類似度が最も高い合成画像の3次元形状パラメータと照明方向パラメータとを選択する選択手段、
前記選択手段により選択された合成画像の各画素の輝度値で、入力画像の対応する各画素の輝度値を割ることにより輝度補正を行う輝度補正手段、
前記輝度補正された入力画像について所定の認識処理を行う手段、
として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。A computer-readable recording medium recording a program for causing a computer to function as an image recognition device for recognizing an image,
The computer
Means for storing a plurality of distance images generated in advance based on measurement results of the three-dimensional shapes of a plurality of objects and having a distance value between a predetermined position and the surface of the object as a pixel value;
An input means for inputting a photographed image of an object;
A composite image is generated by changing the three-dimensional shape parameter of the object surface shape model representing the shape of the surface of the object acquired from the distance image and the illumination direction parameter, and has the highest similarity with the input image Selection means for selecting a three-dimensional shape parameter and an illumination direction parameter of the composite image;
A luminance correction unit that performs luminance correction by dividing the luminance value of each corresponding pixel of the input image by the luminance value of each pixel of the composite image selected by the selection unit;
Means for performing a predetermined recognition process on the luminance-corrected input image;
A computer-readable recording medium in which a program for functioning as a computer is recorded.
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