JP4459788B2 - 顔特徴照合装置、顔特徴照合方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
そこで、上記点を改善する方法として、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。即ち、これは、複数の位置にカメラを設置しておき、旋回可能な複数のカメラの中から監視員が指示する位置に最も近いカメラを自動的に選択して表示させる、という構成のものである。
この構成により、複数の撮像手段により監視対象の人物を撮影するため、監視員が見たい人物を選択すると、撮影可能な撮像手段による様々な角度からの映像を見ることができる。また、ある撮像手段により撮像した画像が照合に適さないと判定されれば、照合に適した画像へと合成することによって、1台の撮像手段では照合に失敗していた場合でも、照合の精度を向上させることができる。
この構成により、複数の撮像手段により監視対象の人物を連続的に撮影するため、監視員が見たい人物を外部装置で選択すると、撮影可能な撮像手段による様々な角度からの映像を連続的に見ることができる。
この構成により、複数の撮像手段により監視対象の人物を連続的に撮影するため、監視員が見たい人物を選択すると撮影可能な撮像手段による様々な角度からの映像を連続的に見ることができる。しかも、ある撮像手段により撮像した画像が照合に適さないと判定されれば、照合に適した画像へと合成することによって、1台の撮像手段では照合に失敗していた場合でも、照合の精度を向上させることができる。
また、本発明の顔特徴照合方法は、複数の撮像手段と、前記複数の撮像手段を制御する撮像制御手段と、前記複数の撮像手段によって撮像した画像を表示する表示手段と、前記撮像した画像とあらかじめ登録されている画像データとを照合する照合手段と、用い、前記撮像した画像中から人物を検出し、前記検出した人物の撮像画像から顔領域を検出し、前記検出した顔領域から顔特徴を抽出し、前記検出した顔領域の向きを判定し、前記抽出した顔特徴を保持し、前記保持した顔特徴から前記判定した顔向きと逆方向の顔特徴を探し出し、該逆方向の顔特徴と前記抽出した顔特徴を合成し、前記合成した顔特徴とあらかじめ登録されている顔特徴データベースの顔特徴とを照合し、前記顔特徴を合成する際、前記検出した顔領域に正面顔がないと判定されたとき、前記抽出した顔特徴と前記保持した顔特徴とは逆向きの顔特徴とを合成することを特徴としている。
この方法により、ある撮像手段により撮像した画像が照合に適さないと判定されれば、照合に適した画像へと合成することによって、1台の撮像手段では照合に失敗していた場合でも、照合の精度を向上させることができる。
この構成により、複数の顔特徴を合成する顔画像合成方法をコンピュータに実現するためのプログラムを格納した記録媒体とすると、あらゆる機器に組み込み可能となる。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の顔特徴照合装置のシステム構成を示すものであり、複数の撮像手段1と、この撮像手段1を制御する撮像制御手段2と、撮像手段1によって撮影されている画像を表示する表示手段3と、撮像した画像中から人物を検出し、この人物の顔領域を判定して顔画像を抽出し、抽出した複数の顔画像から顔特徴を抽出を行いそれら複数の顔特徴を合成して、あらかじめ顔画像データベース5に登録されている顔特徴との照合を行う照合手段4とを備える。
監視員は、コントローラ等の外部装置6を用いて表示手段3に表示されている監視対象の中で人物を選択すると、外部I/F21に画像座標が出力され、次に、画像座標が座標変換部22に出力され、画像座標からワールド座標に変換する処理が行われる。なお、このワールド座標とは、例えば、カメラの位置を原点(0,0,0)として空間内を座標表現するときの座標のことをいう。
正面を向いている場合は、次に照合部47に出力され、あらかじめ顔画像データベース5に登録してある顔画像と照合する。照合の方法は、例えば、目、鼻、口、眉、顔の輪郭といった顔部位の位置関係、太さ、長さといった情報や顔の濃淡情報といった特徴とのマッチングによって行う。照合した結果、一致度合いの高い、すなわち、一定以上のマッチング度が出た登録画像を、外部I/F部21に出力する。その後、表示手段3に結果を表示する。
図2の(A)のように、左に傾いた顔画像の場合、前記の顔特徴抽出方法で抽出された顔部位の端点を検出する(図2(B)の×印)。この方法は、例えば、前記抽出した顔部位の輪郭線を抽出してその両端を端点とするような方法で行う。そして、左に傾いた画像であれば、その逆方向である右に傾いた画像があるかどうかを顔特徴保持部45に問い合わせる。逆方向の特徴が抽出されていれば、次に両画像を合成する。
まず、図3の(A)、(B)のように、お互いに逆方向を向いた顔画像2枚が同じ倍率となるように拡大、縮小を行う。その後、両画像の対応する右目、左目、右鼻、左鼻、右口、左口等の特徴端点が重なるように変換、及び、平行移動を行い、合成する。この変換、平行移動は、例えば、周知のアフィン変換等により行う。ここで、アフィン変換とは、元の図形で直線上に並ぶ点は変換後も直線上に並び、平行線は変換後も平行線であるなど、幾何学的性質が保たれる変換方式の一種である。
u=ax+by+c ・・・(2)
v=dx+ey+f ・・・(3)
すなわち、(2)、(3)式で示される係数、a、b、c、d、e、fを求めることにより、各座標(u,v)に対応する座標(x、y)を算出し、これにより、図3(B)の画像を座標変換すればよい。なお、ここでは、アフィン変換等の線形変換の例を示したが、これに限定するものではなく、他の線形変換や非線形変換でもよい。
図4は、撮像制御手段2の動作を説明するフローである。まず、外部装置6であるコントローラ等により表示手段3に表示されている人物を選択すると、画像座標が入力されてくる。この画像座標を全ての撮像手段1に共通なワールド座標に変換する(ステップS11)。この変換処理は、先に説明した(1)式で示される係数、R11、R12、R13、R21、R22、R23、R31、R32、R33、tx、ty、tzをあらかじめ求めておき、ワールド座標に変換すればよい。続いてステップS12からステップS15のループ処理において、撮像手段1である各カメラ1A〜1Eの台数分の処理を行う。まず、各撮像手段1が指定されたワールド座標を撮影できるかどうかを判定する(ステップS13)。これは、あらかじめ各カメラ1A〜1Eが撮影できる範囲をプリセットで設定しておくことにより判定できる。続いて、各カメラ1A〜1Eが撮影できると判定されれば、各カメラ1A〜1Eが指定されたワールド座標を撮影するように各カメラ1A〜1E毎の旋回角を計算する。各カメラ1A〜1Eが撮影できないと判定されれば、次の撮像手段1の処理を行うためにステップS12に戻る。
図5は、照合手段4の動作を説明するフローである。まず、各カメラ1A〜1Eから映像が入力される。入力されてくる映像に対して、人物を検出する処理を行う(ステップS21)。ここで、人物の検出は、例えば、撮像手段で撮影される最小単位である1フレーム毎の映像の動き変化を捉え、その動き変化の上部に楕円形の物体があることで人物と判定する。続いて、検出された人物の中から顔領域を検出する(ステップS22)。ここで、顔検出は、例えば、あらかじめ顔画像を複数登録して学習させておき平均顔を作成し、その平均顔の濃淡画像と似ている領域があるかどうか(相関度が高いかどうか)で判定する。
次に、検出された顔領域から顔の特徴となる目、鼻、口といった顔特徴を抽出する(ステップS23)。この顔特徴の抽出は、例えば、あらかじめ右目、左目、鼻、口等の顔の特徴を複数登録して学習させておき平均特徴を作成し、その平均特徴の濃淡画像と似ている領域があるかどうか(相関度が高いかどうか)で判定する。
次に、本発明の第2の実施の形態の顔特徴照合システムについて図6を用いて説明する。なお、この実施形態において、第1の実施形態と同一部分には、同一符号を付して重複説明を避ける。
図6は、本発明の第2の実施形態に係る顔特徴照合装置のシステム構成を説明するものである。本実施形態の顔特徴照合手段が図1に示す第1の実施形態に係る顔特徴照合手段と異なる点は、人物検出部42と座標変換部22の間の照合手段4に、撮像手段選択部48を有する点である。
まず、撮像手段1(の各カメラ1A〜1E)から撮影されている映像が映像入力部41に入力される。続いて、人物検出部42において、入力された映像中から人物を検出する。この人物検出は、先に説明したように、例えば、撮像手段1で撮影される最小単位である1フレーム毎の映像の動き変化を捉え、その動き変化の上部に楕円形の物体があることで人物と判定する。また、この時同時に人物の移動方向、人物が存在する画像座標も合わせて検出する。次ぎに、この人物検出の結果を撮像手段選択部48に出力する。この撮像手段選択部48は、入力された人物検出結果である画像座標から、撮像手段1の中から撮影可能な撮像手段1を選択する。また、同時に、人物検出を行った撮像手段1は、位置検出機能のみを行う撮像手段1とし、先に選択した撮影可能な撮像手段1のうちのその他を、自動追尾を行う撮像手段1とする。その指示を次の座標変換部22に出力して、自動追尾を行う撮像手段1に対して、画像座標からワールド座標に変換し、ワールド座標を次の撮像手段制御部23に出力する。その後、各撮像手段1に対してワールド座標を撮影するように旋回角を算出して、各撮像手段1を動作させる。
まず、コントローラ等の外部装置6を用いて表示手段3に表示されている監視対象の中で人物を選択すると、外部I/F部21に画像座標が出力される。次に、画像座標が座標変換部22に出力され、画像座標から顔特徴照合システム全体が分かるワールド座標に変換する処理が行われる。この変換方法については、先に説明した(1)式を用いて行う。続いて、撮像手段選択部48にて選択された人物の位置を表すワールド座標を撮影可能な撮像手段1を選び、その中から1台を位置検出機能の撮像手段とし、他の撮像手段1を自動追尾機能の撮像手段とする。その指示を次の座標変換部22に出力して、自動追尾を行う撮像手段1に対して、画像座標からワールド座標に変換し、ワールド座標を次の撮像手段制御部23に出力する。その後、各撮像手段1に対してワールド座標を撮影するように旋回角を算出して、各撮像手段1を動作させる。
以下、主に図4と異なる部分のみ説明する。まず、外部装置6であるコントローラ等により表示手段3に表示されている人物を選択すると、画像座標が入力されてくる。続いて、外部装置6であるコントローラ等から入力された画像座標を、図6の撮像手段選択部48へ出力する(ステップS1A)。その後、自動追尾を行う撮像手段1が選択されて戻ってくる。この動作に関する説明は、以下の照合手段4の動作フローの説明の中で行う。その後、外部装置6であるコントローラ等から入力された画像座標を自動追尾を行う撮像手段1に共通なワールド座標に変換する(ステップS11)。この変換処理は、先に説明した(1)式で示される係数、R11、R12、R13、R21、R22、R23、R31、R32、R33、tx、ty、tzをあらかじめ求めておき、ワールド座標に変換すればよい。以下、図4と同様の処理内容である。
本実施形態に係る照合手段4のフロー動作が、図5に示した照合手段4のフロー動作と異なる点は、撮像手段1の選択(ステップS2A)と座標変換依頼(ステップS2B)を有する点である。
まず、各撮像手段1からは映像が画像入力部41に入力される。人物検出部2では、画像入力部41から入力されてくる映像に対して、人物を検出する処理を行う(ステップS21)。ここで、この人物検出は、先に説明したように、例えば、撮像手段1で撮影される最小単位である1フレーム毎の映像の動き変化を捉え、その動き変化の上部に楕円形の物体があることで、人物と判定する。また、このとき同時に、人物の移動方向、人物が存在する画像座標も合わせて検出する。次に、撮像手段1の選択を行う(ステップS2A)。ここでは、入力された人物検出結果である画像座標から複数の撮像手段1の中から撮影可能な撮像手段を選択する。また、同時に、人物検出を行った撮像手段1は、位置検出機能のみを行う撮像手段とし、先に選択した撮影可能な撮像手段1のうちのその他を、自動追尾を行う撮像手段とする。次に、人物検出部42では、撮像手段選択部48を介して、座標変換依頼信号を座標変換部22へ出力する(ステップS2B)。この座標変換部22は、先に示した[数1]に従って座標変換を行う部分であり、自動追尾を行う撮像手段1に対して、画像座標からワールド座標に変換し、ワールド座標を次の撮像手段制御部23に出力する。その後、撮像手段制御部23は、各撮像手段1に対してワールド座標を撮影するように旋回角を算出して、各撮像手段1を動作させる。続く顔検出処理(ステップS22)以降は、図5と同様の処理内容である。
2 撮像制御手段
21 外部I/F部
22 座標変換部
23 撮像手段制御部
3 表示手段
4 照合手段
41 映像入力部
42 人物検出部
43 顔検出部
44 顔特徴抽出部
45 顔特徴保持部
46 顔特徴合成部
47 照合部
48 撮像手段選択部
5 顔画像データベース
6 外部装置
Claims (5)
- 複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段を制御する撮像制御手段と、
前記複数の撮像手段によって撮像した画像を表示する表示手段と、
前記撮像した画像と顔特徴データベースにあらかじめ登録されている画像データとを照合する照合手段と、
を備え、
前記照合手段は、
前記撮像した画像中から人物を検出する人物検出部と、
前記検出した人物の撮像画像から顔領域を検出する顔領域検出部と、
前記検出した顔領域から顔特徴を抽出する顔特徴抽出部と、
前記検出した顔領域の向きを判定する顔向き判定部と、
前記抽出した顔特徴を保持する顔特徴保持部と、
前記顔特徴保持部から、前記判定した画像の顔向きとは逆方向に傾いた画像についての顔特徴であって前記画像よりも前に撮像された画像についての顔特徴を探し出し、該逆方向に傾いた画像についての顔特徴と前記抽出した顔特徴とを合成する顔特徴合成部と、
前記合成した顔特徴と前記顔特徴データベースにあらかじめ登録されている顔特徴との照合を行う照合部と
を備え、
前記顔特徴合成部は、前記検出した顔領域に正面顔がないと判定されたとき、前記抽出した顔特徴と前記顔特徴保持部に保持されている前記顔特徴とは逆向きの顔特徴とを合成することを特徴とする顔特徴照合装置。 - 前記撮像制御手段は、
外部からの制御を行う外部装置とのインターフェースである外部I/F部と、
前記外部装置から入力される画像座標を所定のワールド座標に変換する座標変換部と、
前記撮像手段を動作させるための旋回角を算出する撮像装置制御部と
を有する請求項1に記載の顔特徴照合装置。 - 前記照合手段は、
前記複数の撮像手段のうち、前記検出した人物の位置検出を行う位置検出用の撮像手段と前記検出した人物の追尾を行う追尾用の撮像手段とを選択する撮像手段選択部と、
を有する請求項1又は2に記載の顔特徴照合装置。 - 複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段を制御する撮像制御手段と、
前記複数の撮像手段によって撮像した画像を表示する表示手段と、
前記撮像した画像と顔特徴データベースにあらかじめ登録されている画像データとを照合する照合手段と、
を用い、
前記撮像した画像中から人物を検出し、
前記検出した人物の撮像画像から顔領域を検出し、
前記検出した顔領域から顔特徴を抽出し、
前記検出した顔領域の向きを判定し、
前記抽出した顔特徴を保持し、
前記保持した顔特徴から、前記判定した画像の顔向きとは逆方向に傾いた画像についての顔特徴であって前記画像よりも前に撮像された画像についての顔特徴を探し出し、該逆方向に傾いた画像についての顔特徴と前記抽出した顔特徴とを合成し、
前記合成した顔特徴とあらかじめ登録されている前記顔特徴データベースの顔特徴とを照合し、
前記顔特徴を合成する際、前記検出した顔領域に正面顔がないと判定されたとき、前記抽出した顔特徴と前記保持した前記顔特徴とは逆向きの顔特徴とを合成することを特徴とする
顔特徴照合方法。 - 複数の撮像手段と、
前記複数の撮像手段を制御する撮像制御手段と、
前記複数の撮像手段によって撮像した画像を表示する表示手段と、
前記撮像した画像と顔特徴データベースにあらかじめ登録されている画像データとを照合する照合手段と、
を用い、
前記撮像した画像中から人物を検出するステップと、
前記検出した人物の撮像画像から顔領域を検出するステップと、
前記検出した顔領域から顔特徴を抽出するステップと、
前記検出した顔領域の向きを判定するステップと、
前記抽出した顔特徴を保持するステップと、
前記保持した顔特徴から、前記判定した画像の顔向きとは逆方向に傾いた画像についての顔特徴であって前記画像よりも前に撮像された画像についての顔特徴を探し出し、該逆方向に傾いた画像についての顔特徴と前記抽出した顔特徴とを合成する合成ステップと、
前記合成した顔特徴とあらかじめ登録されている前記顔特徴データベースの顔特徴との照合を行うステップと
をコンピュータに実行させるための顔特徴照合動作を行うプログラムであって、
前記合成ステップにおいて、前記検出した顔領域に正面顔がないと判定されたとき、前記抽出した顔特徴と前記保持した前記顔特徴とは逆向きの顔特徴とを合成することを特徴とするプログラム。
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