JP5955057B2 - 顔画像認証装置 - Google Patents
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Description
ウォークスルー型の顔画像認証装置では、同一人物のものと思われる顔領域画像を追跡して認証判定を行うが、人物が下を向いたり横を向いたりすると顔領域画像が抽出できずに追跡が途切れる場合がある。その場合、追跡が途切れる前後で別の人物として認証判定がされるため、追跡が途切れる前は登録者と判定されていなかったが、追跡再開後に登録者と判定されたり、またはその逆の判定がなされることがある。そのため、登録者と判定された人物と未登録者と判定された人物の両方がほとんど同時に存在しても必ずしも共連れ進入が発生しているとは限られない。
本発明を適用した顔画像認証装置は、監視領域を撮影した監視画像に写っている人物が予め登録された登録者であるか、あるいは登録者でない未登録者であるかを判定し、登録者である場合には建物、部屋等の入室が制限される制限領域への入口を通行可能にする。また、顔画像認証装置は、特定の人物を登録者と判定した時刻の前後の所定期間に監視領域に進入した他の人物を未登録者と判定した場合、その登録者と判定した人物と未登録者と判定した人物が同一人物か否かを判定する。そして、同一人物でない場合に限り、未登録者が登録者に随行して制限領域へ進入した、いわゆる共連れ進入があったと判定する。これにより、顔画像認証装置は、共連れ進入の有無を適切に判定する。
あるいは、共連れ進入を企てる多くの未登録者は、人物261のように、登録者である人物260のすぐ近く(特に、すぐ後ろ)をついて歩くことにより、人物260が扉253を開けたときに入口251を通行しようとする。ウォークスルー型の顔画像認証装置では、例えば人物が撮像部100の近くに移動するまでうつむいていた場合、他人の背後にいて監視画像に顔の一部しか写っていない場合等、登録者と判定されるのに時間を要する場合がある。そのため、人物260が監視領域255に進入した直後に登録者と判定されるとは限られず、人物261の方が先に未登録者と判定される可能性がある。このように、人物260が登録者と判定される前に未登録者と判定された人物261についても共連れ進入が可能となる。これを以下では「入れ替わり」と称する。
なお、登録者である人物260が下を向いたり横を向いたりしながら歩行していた場合等、人物260が登録者と判定されないまま監視領域255を通過し、その後、後ずさりをして監視領域255に戻り、登録者と判定される場合もある。このような場合、人物260が監視領域255を通過したときは未登録者と判定され、その直後に再度監視領域255に現れて登録者と判定される。このように、短期間の間に登録者と判定された人物と未登録者と判定された人物とが存在しても、共連れ進入ではなく、同一人物である場合もある。このような状況を以下では「追跡途切れ」と称する。
撮像部100は、監視領域内を通行する人物の顔を順次撮影できるように人物の通行方向の略正面に設置される。そして撮像部100は、監視領域を撮影した監視画像を、所定の時間間隔(例えば、200msec)ごとに取得する。撮像部100は、画像処理部300と接続され、取得した監視画像を画像処理部300へ渡す。
顔領域を検出するために、顔検出手段322は、例えばフレーム間差分処理または背景差分処理を利用して、撮像部100によって生成される複数の監視画像において輝度値の時間的な変化のある変化領域を抽出する。そして顔検出手段322は、抽出した変化領域のうち、その変化領域の大きさ等の特徴量から人物らしいと考えられる変化領域を人物を表す人物領域として抽出する。そして顔検出手段322は、抽出した人物領域に対してSobelフィルタなどを用いて輝度変化の傾き方向が分かるようにエッジ画素抽出を行う。そして顔検出手段322は、抽出したエッジ画素から、所定の大きさをもつ、頭部の輪郭形状を近似した楕円形状のエッジ分布を検出し、そのエッジ分布に囲まれた領域を、顔領域として抽出する。この場合において、顔検出手段322は、例えば、一般化ハフ変換を用いて、楕円形状のエッジ分布を検出することができる。
そして顔検出手段322は、検出した顔領域を監視画像から切り出して顔領域画像を作成し、その顔領域画像及び監視画像における顔領域の座標情報を顔追跡手段323に出力する。
例えば、顔追跡手段323は、最新の監視画像から検出された顔領域(以降、現フレームの顔領域と称する)の重心位置と、1フレーム前の監視画像から検出された顔領域(以降、前フレームの顔領域と称する)の重心位置の距離を求めて、その距離が所定の閾値以下である場合に、その顔領域を同一人物によるものとして対応付ける。なお、人物が撮像部100から離れているときに一定の距離を移動した場合と撮像部100の近くにいるときに同じ距離を移動した場合とでは、その移動の前後において監視画像における顔領域の位置の差は異なる。そのため、例えば所定の閾値を顔領域の大きさとすることにより、監視領域内の人物の位置にかかわらず、現フレームの顔領域と前フレームの顔領域が同一人物によるものか否かを適切に評価することができる。複数の顔領域が抽出されている場合には、重心位置の距離が最も近い顔領域どうしが対応づくか否かを調べる。
追跡フラグ352は、その人物に対する追跡が継続しているか否かをあらわすフラグであり、顔追跡手段323がその人物の追跡を開始するとONになり、追跡を終了するとOFFになる。
顔画像データ353は、顔検出手段322によって抽出された顔領域画像であって、顔追跡手段323による追跡処理で同一人物のものとして対応付けられた系列データに記憶される。
追跡位置情報354は、顔追跡手段323による追跡処理でその人物のものとして対応付けられた顔領域の監視画像内の座標情報と、計時手段321により記録された、その監視画像を取得した時刻を示す時刻情報を顔領域画像と対応付けて記憶したものである。
そして、算出した類似度のうちの最も高い類似度が認証閾値を越えている場合、その系列データの各顔領域画像に写っている人物を登録者と判定する。この認証閾値は、顔領域画像に含まれる顔が登録者の顔であるか否かを認証するための基準である。なお、各顔領域画像について算出した、特定の登録顔画像との類似度のうち、所定数(例えば3つ)以上の類似度が認証閾値を越えた場合にその人物を登録者と判定してもよい。
このように、認証判定手段324は、登録者と判定されていない人物について、判定保留期間が経過するまでは登録者でも未登録者でもない未確定の状態を維持し、判定保留期間が経過したときに未登録者との判定を確定する。
類似度356は、認証候補人物355を特定することになった照合スコアである。
認証結果357は、人物が登録者であるか、又は未登録者であるかを表す。人物の追跡が始まったばかりの状態のように、認証判定手段324によって人物が登録者であるか未登録者であるかが判定されていない未確定の場合にはブランクがセットされ、登録者と判定された場合には「登録者」と記録され、未登録者と判定された場合には「未登録者」と記録される。
認証時刻358は、認証判定手段324が人物を登録者又は未登録者と判定した時刻を表す。
共連れ番号360は、共連れ進入があったと判定された、登録者と未登録者の系列データの組合せに割り当てられる番号であり、他の共連れ進入があったと判定された系列データの組合せと識別可能な番号である。共連れ判定手段326は、同時に入口251を通行できると判定した登録者の系列データと未登録者の系列データにそれぞれ同一の番号を割り当てる。例えば、共連れ番号360は、運用開始を起点に1から順にカウントアップさせた番号とする。あるいは、現在時刻に基づいて乱数を発生させて得た番号を重複しないように用いてもよい。
通報フラグ361は、共連れ進入があったと判定された系列データについて、その旨が外部に通報されたか否かを表すフラグである。通報フラグ361の初期値はOFFであり、共連れ判定手段326により共連れフラグ359がONに設定され、通報処理がされると、ONに設定される。つまり、通報フラグ361がONであるということは既に通報処理がされたことを示す。
試行番号351が「12」と「13」の系列データは、図3Aにおいて試行番号351が「12」の系列データの人物が登録者と判定され、図4において試行番号351が「13」の系列データの人物が未登録者と判定されて、駆け込みによる共連れ進入があったと判定された例を示す。試行番号351が「24」と「25」の系列データは、図3Bにおいて試行番号351が「24」の系列データの人物が登録者と判定され、図4において試行番号351が「25」の系列データの人物が未登録者と判定されて、駆け込みによる共連れ進入があったと判定された例を示す。試行番号351が「36」と「37」の系列データは、図3Cにおいて試行番号351が「36」の系列データの人物が登録者と判定され、図4において試行番号351が「37」の系列データの人物が未登録者と判定されて、入れ替わりによる共連れ進入があったと判定された例を示す。また、試行番号351が「48」と「49」の系列データは、図3Dにおいて試行番号351が「48」の系列データの人物が未登録者と判定され、図4において試行番号351が「49」の系列データの人物が登録者と判定されたが、追跡途切れによるものであり共連れ進入でないと判定された例を示す。
認証判定手段324は、その人物について追跡を開始してから判定保留期間が経過しているか否かを判定する(ステップS513)。判定保留期間が経過している場合、認証判定手段324は、その人物を未登録者であると判定して、その系列データの認証結果357に未登録者と記録し、認証時刻358に現在時刻を記録する(ステップS514)。一方、まだ判定保留期間が経過していない場合、その人物についての認証結果357を未確定のままとして、特に処理はしない。
そして、認証判定手段324は、追跡フラグ352がON、かつ認証結果357が登録者となっていない系列データがまだあるならばステップS509へ処理を移行し、ないならばステップS515へ処理を移行する。
共連れ進入があったことを示す信号が出力部200に出力された場合、出力部200を介して不図示の警報ランプの点灯、不図示のブザーの鳴動等が行われる。あるいは、出力部200を介して、その共連れ進入があったことを示す信号が不図示の監視センタ装置へ出力される。これにより監視センタ装置は、共連れ進入があったことを管理者に通知し、またその履歴を記録することができる。
まず、共連れ判定手段326は、履歴テーブル350から、最近の所定期間(例えば10分)内に追跡がされていた系列データ、即ち追跡位置情報354の最新時刻が最近の所定期間内である系列データのうち、共連れフラグ359がOFF、かつ通報フラグ361がOFFである系列データを取得する(ステップS601)。
なお、本実施の形態では、認証判定手段324は、顔追跡手段323が追跡している途中(追跡フラグ352がON)に判定保留期間が経過しても判定結果が未確定の状態の人物、および顔追跡手段323が追跡を終了した際(追跡フラグ352がOFF)に未確定の状態の人物を未登録者と判定している。この人物は、少なくとも登録者であるとの判定を受けていない人物であること意味している。つまり、ステップS603にて抽出する他の系列データは、登録者であるとの判定を受けていない人物に関する系列データを意図したものである。したがって、本実施の形態のように未登録者であると判定された人物でなく、単に登録者であると判定されていない人物に関する系列データを抽出してもよい。
次に、共連れ判定手段326は、抽出した系列データの追跡位置情報354の追跡開始時刻がステップS602で抽出した系列データの認証時刻358の前後の所定期間内であるか否かにより、抽出した系列データが登録者の認証成功の前後の所定期間内の系列データであるか否かを判定する(ステップS604)。なお、この認証成功の前後の所定期間は、前述した認証成功前期間及び認証成功後期間である。そして、抽出した系列データが登録者の認証成功の前後の所定期間内の系列データである場合、共連れ判定手段326は、共連れ進入があったと判定し、ステップS602で抽出した登録者についての系列データとステップS603で抽出した未登録者についての系列データの共連れフラグ359をONに設定するとともに、共連れ番号360に同一の識別番号を記録する(ステップS605)。一方、抽出した系列データが登録者の認証成功の前後の所定期間内の系列データでない場合、特に処理はしない。
そして、共連れ判定手段326は、ステップS602で抽出した系列データ以外の、他の全ての系列データのうち、ステップS603で抽出されていない、認証結果357が未登録者である系列データがまだあるならばステップS603へ処理を移行する。一方、ない場合、ステップS601で取得した全ての系列データのうち、ステップS602で抽出されていない、認証結果357が登録者である系列データがまだあるならば、ステップS602へ処理を移行し、ないならばステップS606へ処理を移行する。
そして、共連れ判定手段326は、ステップS601で取得した系列データのうち、共連れフラグがOFFであり、かつ共連れ番号が同一である系列データについて、ステップS606〜S607の処理を実施していない系列データがまだあるならばステップS606へ処理を移行し、ないならば図6のフローチャートの処理を終了してステップS517へ処理を移行する。
図6のフローチャートのステップS601において、共連れ判定手段326は、最近の所定期間内に追跡がされていた系列データとして、図3Aの試行番号351が「12」と「13」の二つの系列データを取得したものとする。この場合、共連れ判定手段326は、ステップS602で認証結果357が登録者である系列データとして試行番号351が「12」の系列データを抽出するが、ステップS603では認証結果357が未登録者である系列データを抽出できず、処理を終了する。
一方、図4に示すように、その後、試行番号351が「13」の系列データの人物が監視領域255の外に出ると、図5のステップS506でその系列データの追跡フラグ352はOFFに設定され、ステップS515で認証結果357に未登録者と記録される。その後、図6のフローチャートの処理が実施されると、共連れ判定手段326は、ステップS602で認証結果357が登録者である系列データとして試行番号351が「12」の系列データを抽出し、ステップS603で認証結果357が未登録者である系列データとして試行番号351が「13」の系列データを抽出する。試行番号351が「13」の系列データの追跡位置情報354に記録されている最初の時刻(以下、追跡開始時刻と称する)「08:50:15」は、試行番号351が「12」の系列データの認証時刻358「08:50:12」より後であり認証成功後期間に含まれるため、ステップS605で試行番号351が「12」と「13」の系列データの共連れフラグ359はONに設定される。さらに、各系列データの共連れ番号360に「1」と記録される。試行番号351が「12」と「13」の系列データは認証候補人物355が異なるため、ステップS607で共連れフラグ359はOFFに設定されず、ステップS518で共連れ進入があったことを示す信号が出力されて、通報フラグ361はONに設定される。
図6のフローチャートのステップS601において、共連れ判定手段326は、最近の所定期間内に追跡がされていた系列データとして、図3Bの試行番号351が「24」と「25」の二つの系列データを取得したものとする。図3Aの場合と同様に、この場合、共連れ判定手段326は、ステップS603では認証結果357が未登録者である系列データを抽出できず、処理を終了する。
一方、図4に示すように、その後、試行番号351が「25」の系列データについて判定保留期間が経過すると、図5のステップS514で認証結果357に未登録者と記録される。共連れ判定手段326は、以降、試行番号351が「12」と「13」の系列データの場合と同様にして、試行番号351が「24」と「25」の系列データの更新を行う。
図6のフローチャートのステップS601において、共連れ判定手段326は、最近の所定期間内に追跡がされていた系列データとして、図3Cの試行番号351が「36」と「37」の二つの系列データを取得したものとする。この場合、共連れ判定手段326は、ステップS602で認証結果357が登録者である系列データを抽出できず、処理を終了する。
一方、図4に示すように、その後、試行番号351が「37」の系列データの人物が登録者と判定されると、図5のステップS511でその系列データの認証結果357に登録者と記録される。その後、図6のフローチャートの処理が実施されると、共連れ判定手段326は、ステップS602で認証結果357が登録者である系列データとして試行番号351が「37」の系列データを抽出し、ステップS603で認証結果357が未登録者である系列データとして試行番号351が「36」の系列データを抽出する。試行番号351が「36」の系列データの追跡位置情報354に記録されている追跡開始時刻「10:24:19」は、試行番号351が「37」の系列データの認証時刻358「10:24:24」より前であり認証成功前期間に含まれるため、以降、試行番号351が「12」と「13」の系列データの場合と同様にして、試行番号351が「36」と「37」の系列データが更新される。
図6のフローチャートのステップS601において、共連れ判定手段326は、最近の所定期間内に追跡がされていた系列データとして、図4の試行番号351が「48」と「49」の二つの系列データを取得したものとする。この場合、共連れ判定手段326は、ステップS602で認証結果357が登録者である系列データとして試行番号351が「49」の系列データを抽出し、ステップS603で認証結果357が未登録者である系列データとして試行番号351が「48」の系列データを抽出する。試行番号351が「48」の系列データの追跡位置情報354に記録されている追跡開始時刻「11:35:36」は、試行番号351が「49」の系列データの認証時刻358「11:35:42」より前であり認証成功前期間に含まれるため、ステップS605で共連れフラグ359はONに設定され、共連れ番号360に「4」が記録される。しかし、試行番号351が「48」の系列データは登録者と判定されていないが、登録されている登録顔画像のうち、自身の登録顔画像との類似度が最も高く、認証候補人物355は試行番号351が「48」の系列データと同一である。そのため、ステップS607で各系列データの共連れフラグ359は再度OFFに設定される。
例えば、記憶部に、一人の登録者ごとに少なくとも一つ以上の登録顔画像を記憶するときは、共連れ判定手段は、未登録者と判定された系列データの各顔領域画像について最も類似していた登録顔画像に写っている登録者が、登録者と判定された系列データの人物と一致する場合に、各系列データが類似し、両者が同一人物であると判定してもよい。これによっても、未登録者と判定された人物と、登録者と判定された人物が同一人物であるか否かを精度よく判定することができる。
あるいは、共連れ判定手段は、さらに、未登録者と判定された系列データについての最も高い類似度、すなわち履歴テーブルの類似度356に記憶された類似度が所定閾値以上である場合に限り、両者が同一人物であると判定してもよい。この所定閾値は、顔画像認証装置10の設置環境に応じて適宜設定される。なお、未登録者と判定された人物の各顔領域画像に写っている顔の向き、照明等の条件が顔照合に適したものでなかった場合には、同一人物と判定しやすくするように所定閾値を低くしてもよい。
例えば、顔の向きが正面方向から離れるほど所定閾値を低くする。なお、顔の向きは、公知の様々な手法で求めることができる。例えば、顔領域画像内の肌色と認められる画素の数をカウントし、顔領域画像内の全画素数に対する肌色画素数の比が大きいほど正面方向を向いており、小さいほど正面方向から離れていると判断できる。なお、肌色画素が顔領域画像内の右半分より左半分に多い場合には右を、左半分より右半分に多い場合には左を、上半分より下半分に多い場合には下を、下半分より上半分に多い場合には上を、それぞれ向いていると判断できる。
これにより、未登録者と判定された人物と、登録者と判定された人物が同一人物であるか否かをより精度よく判定することができる。
また、このように後ずさりして戻ってくる人物について、監視領域外に出たときの進行方向と監視領域に戻ってきたときの進行方向が反対方向になる可能性が高い。そこで、共s連れ判定手段は、顔領域画像が先に抽出された系列データの、最後の所定数の顔領域画像の監視画像内の位置からその進行方向を求めるとともに、顔領域画像が後に抽出された系列データの、最初の所定数の顔領域画像の監視画像内の位置からその進行方向を求める。そして、求めた二つの進行方向の差が略180°である場合に限り両者が同一人物であると判定してもよい。
また、このように後ずさりして戻ってくる人物は、監視領域に戻ってきたときに認証成功となるように、監視領域外に出たときの移動速度より監視領域に戻ってきたときの移動速度の方が遅い傾向にある。そこで、共連れ判定手段は、顔領域画像が先に抽出された系列データの、最後の所定数の顔領域画像の監視画像内の位置からその移動速度を求めるとともに、顔領域画像が後に抽出された系列データの、最初の所定数の顔領域画像の監視画像内の位置からその移動速度を求める。そして、顔領域画像が先に抽出された系列データについて求めた移動速度より、顔領域画像が後に抽出された系列データについて求めた移動速度の方が遅い場合に限り両者が同一人物であると判定してもよい。
また、時刻を比較するのではなく、例えば、各監視画像にフレーム番号を付与し、未登録者と判定された人物の追跡を開始した監視画像のフレーム番号と、登録者と判定された人物を判定した監視画像のフレーム番号とを比較して共連れ進入の有無を判定してもよい。あるいは、所定時間間隔でカウントアップするカウンタを用いて、未登録者と判定された人物の追跡を開始したときのカウンタ値と、登録者と判定された人物のその判定したときのカウンタ値とを比較して共連れ進入の有無を判定してもよい。
100 撮像部
200 出力部
300 画像処理部
310 記憶部
320 照合部
321 計時手段
322 顔検出手段
323 顔追跡手段
324 認証判定手段
325 扉制御手段
326 共連れ判定手段
Claims (5)
- 共連れ進入を判定する顔画像認証装置であって、
監視領域を撮影した監視画像を順次取得する撮像部と、
登録者の登録顔画像を記憶する記憶部と、
前記監視画像から人物の顔を含む顔領域画像を抽出する顔検出手段と、
連続して抽出された、同一人物の前記顔領域画像を追跡して系列化し、系列データを生成する顔追跡手段と、
前記系列データ毎に、当該系列データに含まれる前記顔領域画像と前記登録顔画像を比較して当該系列データの人物が登録者であるか未登録者であるかを判定する認証判定手段と、
特定の系列データの人物が登録者と判定された認証時刻の前後の所定期間に、未登録者と判定された他の系列データが存在する場合、前記特定の系列データと前記他の系列データが類似するか否かに基づいて、前記特定の系列データの人物と前記他の系列データの人物が同一人物であるか否かを判定し、同一人物でないと判定した場合は当該他の系列データの人物が当該特定の系列データの人物に随行する共連れ進入と判定し、同一人物と判定した場合は共連れ進入でないと判定する共連れ判定手段と、
を有することを特徴とする顔画像認証装置。 - 前記共連れ判定手段は、前記他の系列データの前記顔領域画像と前記登録顔画像との類似度のうち最高の類似度に対応する登録顔画像が、前記特定の系列データの人物の登録顔画像と一致する場合、前記特定の系列データと前記他の系列データが類似すると判定する、請求項1に記載の顔画像認証装置。
- 前記記憶部は、一人の登録者ごとに少なくとも一つ以上の登録顔画像を記憶し、
前記共連れ判定手段は、前記最高の類似度に対応する登録顔画像の前記登録者が、前記特定の系列データの人物と一致する場合、前記特定の系列データと前記他の系列データが類似すると判定する、請求項2に記載の顔画像認証装置。 - 前記共連れ判定手段は、前記特定の系列データの前記顔領域画像のそれぞれと前記他の系列データの前記顔領域画像のそれぞれとの類似度を算出し、当該算出した類似度のうちの少なくとも一つが所定の閾値を越えている場合、前記特定の系列データと前記他の系列データが類似すると判定する、請求項1に記載の顔画像認証装置。
- 前記共連れ判定手段は、前記特定の系列データと前記他の系列データのうち前記顔領域画像が先に抽出された系列データに含まれる顔領域画像のうち最後に抽出された顔領域画像の前記監視画像内の位置と、前記特定の系列データと前記他の系列データのうち前記顔領域画像が後に抽出された系列データに含まれる顔領域画像のうち最初に抽出された顔領域画像の前記監視画像内の位置とが略一致する場合、前記特定の系列データと前記他の系列データが類似すると判定する、請求項1に記載の顔画像認証装置。
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