JP7480708B2 - 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム - Google Patents

情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本開示は、情報処理装置、情報処理方法、及びプログラムに関する。
画像処理技術の発展に伴い、デジタルカメラ(換言すると、イメージセンサ)等の撮像部により撮像された画像を解析することで、当該画像中に撮像された被写体を認識したり、当該撮像部の周囲の環境を認識する等のような、撮像画像を利用した認識技術が各種提案されている。また、近年では、上記のような画像解析の技術(例えば、認識技術)を応用することで、所定の被写体の撮像結果に応じた画像を、ユーザの識別や認証に利用可能とする技術も各種提案されている。例えば、特許文献1には、ユーザの手の甲が撮像された画像を解析することで静脈パターンを抽出し、当該静脈パターンを当該ユーザの認証に利用する技術の一例が開示されている。
特許第5377580号公報
一方で、撮像画像の解析結果に基づき抽出される情報(例えば、所定の対象の識別に利用される情報)は、被写体の状態や撮像環境(即ち、画像の撮像時の周囲の環境)の変化等のような外的要因(外乱)の影響により、その時々で少なくとも一部に変化が生じる場合がある。換言すると、その時々の状況に応じて、撮像画像から抽出される被写体の情報の同一性を担保することが困難となる場合がある。これにより、例えば、撮像画像から抽出された被写体の情報に基づき所定の対象を識別するような状況下において、撮像画像中に上記外的要因の影響が顕在化することで当該対象の識別の精度や確度が低下し、ひいては当該対象の識別が困難となる場合も想定され得る。
そこで、本開示では、撮像時の状況の変化に関わらず、撮像画像から被写体に固有の情報をより好適な態様で抽出可能とする技術を提案する。
本開示によれば、複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得する取得部と、前記マルチスペクトル画像に対して、複数の色素の吸光スペクトルの特性に応じた係数に基づく演算処理を施すことで特徴量を抽出する抽出部と、を備え、前記複数の色素は、少なくとも一部に1以上の肌色素を含み、前記抽出部は、前記マルチスペクトル画像に対して、前記演算処理として、重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出し、前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像に対する、前記複数の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトル特性に応じた吸光度の時間方向における変化量に応じた前記係数に基づく重み付け処理を含み、前記吸光度の時間方向における変化量は、現在の前記マルチスペクトル画像と、過去の前記マルチスペクトル画像とを用いて算出される動きベクトルに基づき抽出され、前記重み付け処理は、前記複数の色素の吸光スペクトルのうち、第1の波長における第1のヘモグロビンの吸光係数と第2の波長における第2のヘモグロビンの吸光係数の比率から決定される重み付け係数に基づいて行われる、情報処理装置が提供される。
また、本開示によれば、コンピュータが、複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得することと、前記マルチスペクトル画像に対して、複数の色素の吸光スペクトルの特性に応じた係数に基づく演算処理を施すことで特徴量を抽出することと、を含み、前記複数の色素は、少なくとも一部に1以上の肌色素を含み、前記特徴量を抽出することでは、前記マルチスペクトル画像に対して、前記演算処理として、重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出し、前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像に対する、前記複数の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトル特性に応じた吸光度の時間方向における変化量に応じた前記係数に基づく重み付け処理を含み、前記吸光度の時間方向における変化量は、現在の前記マルチスペクトル画像と、過去の前記マルチスペクトル画像とを用いて算出される動きベクトルに基づき抽出され、前記重み付け処理は、前記複数の色素の吸光スペクトルのうち、第1の波長における第1のヘモグロビンの吸光係数と第2の波長における第2のヘモグロビンの吸光係数の比率から決定される重み付け係数に基づいて行われる、情報処理方法が提供される。
また、本開示によれば、コンピュータに、複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得することと、前記マルチスペクトル画像に対して、複数の色素の吸光スペクトルの特性に応じた係数に基づく演算処理を施すことで特徴量を抽出することと、を実行させ、前記複数の色素は、少なくとも一部に1以上の肌色素を含み、前記特徴量を抽出することでは、前記マルチスペクトル画像に対して、前記演算処理として、重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出し、前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像に対する、前記複数の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトル特性に応じた吸光度の時間方向における変化量に応じた前記係数に基づく重み付け処理を含み、前記吸光度の時間方向における変化量は、現在の前記マルチスペクトル画像と、過去の前記マルチスペクトル画像とを用いて算出される動きベクトルに基づき抽出され、前記重み付け処理は、前記複数の色素の吸光スペクトルのうち、第1の波長における第1のヘモグロビンの吸光係数と第2の波長における第2のヘモグロビンの吸光係数の比率から決定される重み付け係数に基づいて行われる、プログラムが提供される。
本開示の一実施形態に係る技術が適用される装置の概略的な構成の一例について説明するための説明図である。 本開示の第1の実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例を示したブロック図である。 同実施形態に係る情報処理システムの一連の処理の流れの一例を示したフローチャートである。 肌領域の検出結果の一例について示した図である。 肌色素の吸光係数スペクトル特性の一例について示した図である。 同実施形態に係る特徴量の算出に係る機能構成の一例を示したブロック図である。 第1の候補特徴量の抽出結果の一例を示した図である。 第3の候補特徴量の抽出結果の一例を示した図である。 同実施形態に係る情報処理装置の機能構成の他の一例について示したブロック図である。 第1の候補特徴量と第4の候補特徴量とを利用する場合の一例について概要を示した図である。 本開示の第2の実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例を示したブロック図である。 同実施形態の実施例に係る情報処理システムの一連の処理の流れの一例を示したフローチャートである。 同実施形態の実施例に係る情報処理システムによる特徴量の抽出に係る処理の一例を示したフローチャートである。 本開示の第3の実施形態に係る装置の概略的な構成の一例について説明するための説明図である。 同実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例を示したブロック図である。 本開示の一実施形態に係る情報処理システムを構成する情報処理装置のハードウェア構成の一構成例を示す機能ブロック図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.概略構成
2.技術的課題
3.技術的特徴
3.1.基本思想
3.2.第1の実施形態
3.2.1.機能構成
3.2.2.処理
3.2.3.特徴量の具体例
3.3.第2の実施形態
3.3.1.機能構成
3.3.2.特徴量の詳細
3.3.3.実施例
3.4.第3の実施形態
3.4.1.概略構成
3.4.2.機能構成
3.4.3.光源からの照射光の制御例
4.ハードウェア構成
5.むすび
<<1.概略構成>>
まず、図1を参照して、本開示の一実施形態に係る技術が適用される装置の概略的な構成の一例について説明する。図1は、本開示の一実施形態に係る技術が適用される装置の概略的な構成の一例について説明するための説明図であり、所定の投影面に対して映像を投影することで情報を提示する表示装置の構成の一例について示している。
図1に示すように、表示装置100は、センサボックス120と、表示情報を提示するための出力部130と、表示装置100の各種動作を制御する制御部が設けられた本体110とを含む。
表示装置100は、例えば、テーブル140等の上方に、当該テーブル140の天面側を向くように設置される。表示装置100は、テーブル140の天面を投影面として、出力部130に表示情報を投影させることで、ユーザに対して当該表示情報を提示し、投影された表示情報に対する、表示装置100を使用するユーザからの操作を受け付ける。なお、参照符号M160は、出力部130により情報(即ち、表示情報)が投影される領域(即ち、投影面)を示している。
また、センサボックス120には、所謂センサのように、各種情報を検知する検知部121が設けられている。検知部121は、表示装置100を使用するユーザの操作内容や、テーブル140に置かれている物体の形状や模様などを認識する。例えば、図1に示す例では、検知部121は、テーブル140の上方から当該テーブル140の天面上に向けて検知範囲が形成されるように設置される。すなわち、検知部121は、情報が表示される対象となるテーブル140とは離隔して設けられる。
具体的な一例として、検知部121は、所謂測距センサにより構成され得る。また、他の一例として、検知部121は、例えば1つの撮像光学系(例えば、一連のレンズ群)でテーブル140を撮像するカメラや、複数の撮像光学系(例えば、2つの撮像光学系)でテーブル140を撮像して奥行き方向の情報を記録することが可能なステレオカメラにより構成されてもよい。なお、本説明では、検知部121は、所謂ステレオカメラとして構成されているものとして説明する。
検知部121としてステレオカメラが用いられる場合には、そのステレオカメラには、例えば可視光カメラや赤外線カメラ等が適用され得る。検知部121としてステレオカメラが用いられることで、検知部121は、深度情報を取得することが可能となる。検知部121が、深度情報を取得することで、表示装置100は、例えばテーブル140の上に置かれた手や物体等の実オブジェクトを検出することが可能となる。また検知部121が、深度情報を取得することで、表示装置100は、テーブル140へのユーザの手のような操作体の接触及び近接や、テーブル140からの操作体の離脱を検出することが可能となる。
このような構成により、表示装置100は、テーブル140の天面上の領域M160に投影された表示情報に対して、ユーザが手等の操作体による操作を認識し、当該操作の内容に応じて各種機能を実行することが可能となる。
また、センサボックス120は、テーブル140の天面上の領域M160の画像を撮像するための撮像部123が設けられている。図1に示す表示装置100は、当該撮像部123により撮像された画像に対して画像解析を施すことで、画像中に撮像された被写体を認識し、当該認識結果を利用して各種処理を実行する。具体的な一例として、表示装置100は、撮像部123の撮像結果に応じた画像中から、被写体として撮像されたユーザの手U1を抽出し、当該手U1の画像に基づき、当該ユーザの識別や認証を行ってもよい。なお、上記画像の解析や、当該画像の解析結果に基づく各種処理の実行については、例えば、本体110に設けられた制御部により制御されてもよい。また、撮像部123が、検知部121の役割を担ってもよい。即ち、撮像部123の撮像結果に応じた画像の解析結果に応じて、ユーザの手等の操作体による操作が認識されてもよい。この場合には、検知部121が別途設けられていなくてもよい。
なお、上述した表示装置100の構成はあくまで一例であり、上述した各機能を実現することが可能であれば、表示装置100の構成は必ずしも図1に示す例には限定されない。具体的な一例として、センサボックス120や出力部130の動作を制御する制御部が、表示装置100とは異なる他の装置に設けられていてもよい。この場合には、当該制御部は、ネットワークを介した表示装置100(例えば、本体110)との通信に基づき、センサボックス120や出力部130の動作を制御してもよい。また、センサボックス120、出力部130、及び本体110が一体的に構成されていなくてもよい。具体的な一例として、センサボックス120と出力部130とのうちのいずれかが、本体110とネットワークを介して接続された他の装置に設けられていてもよい。即ち、図1に示す表示装置100が、ネットワークを介して接続された複数の装置が連携して動作するシステムとして構成されていてもよい。
以上、図1を参照して、本開示の一実施形態に係る技術が適用される装置の概略的な構成の一例について説明した。
<<2.技術的課題>>
続いて、本開示の一実施形態に係る情報処理装置(または情報処理システム)の技術的課題について以下に説明する。具体的には、撮像画像の解析結果を利用したユーザの識別及び認証の一例について概要を説明したうえで、撮像画像からユーザの識別や認証に利用可能な当該ユーザに固有の情報を抽出する場合の技術的課題について概要を説明する。
デジタルカメラ(換言すると、イメージセンサ)等の撮像部による撮像画像を利用してユーザの識別や認証を行う技術の一例として、所謂静脈認証と称される技術が挙げられる。例えば、特許第5377580号公報には、静脈認証に関する技術の一例が開示されている。静脈認証では、例えば、赤外線帯域の光を利用したユーザの手の甲の撮像結果に応じた画像(例えば、赤外線画像)に対して画像解析を施すことで、静脈の線のカーブや分岐等のような静脈パターンの特徴的な部分が特徴量として抽出され、当該特徴量に基づきユーザの識別や認証が行われる。このような特性から、静脈認証は、認証の精度、認証に利用する情報の偽造のしにくさ、及び認証に利用する情報の経年変化に対する耐性の面で優れている。
一方で、静脈認証を行うためには、静脈パターンを比較的高い解像度でセンシング可能であることが要求される傾向にある。換言すると、静脈認証は、撮像画像の解像度の不足に伴い、ユーザの認識や認証に係る精度や確度が低下し、ひいては当該認識や当該認証が困難となる場合もある。そのため、例えば、図1に示す表示装置100のように、テーブル140のような比較的広い領域を認証に利用する情報(例えば、ユーザの手等)の検出対象としているような状況下では、当該領域の広さに比例して、撮像部としてより高解像度のデバイスが必要となる。また、静脈認証は、ユーザの手(ひいては静脈パターン)の姿勢の変化の影響も受けやすい傾向にあり、例えば、撮像部に対する手の傾きが比較的大きいと、ユーザの認識や認証に係る精度や確度が低下する場合がある。そのため、図1に示す表示装置100において静脈認証を利用したユーザの識別や認証の実現を想定した場合には、ユーザの識別や認証に際し、静脈パターンが検出可能となるように手を所定の姿勢に保持する等のような煩雑な操作が必要となる状況も想定され得る。
また、他の一例として、所定の部位を利用した一連の動作(例えば、手を利用したグー、チョキ、パー等の動作)をユーザに行わせ、当該動作の撮像結果を、あらかじめ撮像した当該ユーザによる当該動作の撮像結果と照合することで、当該ユーザの識別や認証を行う技術が挙げられる。同技術の一例については、例えば、特開2002-150296号公報に開示されている。しかしながら、当該技術を利用する場合においても、上述した一連の動作を実行する等のような煩雑な操作が必要となる。
また、他の一例として、ユーザの毛髪を対象として近赤外吸収スペクトルを測定し、当該測定の結果に応じたスペクトルデータに対して所定の統計的処理を施すことで得られる指標を利用して、ユーザの識別や認証を行う技術が挙げられる。同技術の一例については、例えば、特開2005-300241号公報に開示されている。しかしながら、図1に示す例のように、ユーザの手等のように2次元的な広がりを有する領域を情報抽出の対象とする場合には、空間的に反射スペクトルが揺らぎ、抽出される情報の同一性の担保が困難となる場合がある。具体的には、ユーザの手のうち、識別や認証に利用する部分にずれが生じると、異なる情報が抽出される場合もある。このような特性から、情報の抽出対象となる領域のずれが生じないように、例えば、手を所定の姿勢に一定時間保持する等のような操作が必要となり、ユーザの負担となる物理的制約が比較的大きくなることが予想される。
上述したように、撮像画像の解析結果に基づき抽出される情報(例えば、所定の対象の識別に利用される情報)は、被写体の状態や撮像環境(即ち、画像の撮像時の周囲の環境)の変化等のような外的要因(外乱)の影響により、その時々で少なくとも一部に変化が生じる場合がある。即ち、同じ対象を被写体とした互いに異なる複数の撮像画像間においても、当該複数の撮像画像それぞれから抽出される当該被写体の情報(例えば、被写体に固有の特徴に関する情報)の同一性が、その時々の状況に応じて必ずしも担保されるとは限らない場合がある。このような場合には、例えば、上述した各例のように撮像画像から抽出された被写体の情報に基づき所定の対象(例えば、ユーザ)の識別を行うような状況下において、撮像画像中に上記外的要因の影響が顕在化することで当該対象の識別の精度や確度が低下し、ひいては当該対象の識別が困難となる場合も想定され得る。換言すると、その時々の状況に応じて、撮像画像から抽出される被写体の情報の同一性を担保することが困難となる場合がある。
以上のような状況を鑑み、本開示の一実施形態に係る情報処理装置(または情報処理システム)では、手等のようなユーザの部位を被写体とした撮像画像を利用した当該ユーザの識別や認証を、より簡便な操作により実現可能とする技術を提案する。換言すると、本開示では、撮像時の状況の変化に関わらず、撮像画像から被写体に固有の情報をより好適な態様で抽出可能とする技術を提案する。
<<3.技術的特徴>>
続いて、本開示の一実施形態に係る情報処理システムの技術的特徴について説明する。なお、以降では、説明をよりわかりやすくするために、ユーザの所定の部位(例えば、ユーザの手)を被写体とした撮像画像に基づき、当該ユーザの識別や認証を行う場合に着目して、本実施形態に係る情報処理システムの技術的特徴について説明する。具体的には、ユーザの肌を被写体とした撮像画像から、当該肌に関する情報(以下、「肌情報」とも称する)のうち当該ユーザに固有の情報を特徴量として抽出し、当該特徴量をユーザの識別や認証に利用する場合に着目して、本実施形態に係る情報処理システムの技術的特徴について説明する。
<3.1.基本思想>
まず、肌情報の特性の一例について概要を説明したうえで、本開示の一実施形態に係る情報処理システムが、撮像画像から肌情報をユーザに固有の情報として抽出し、当該ユーザの識別や認証に利用可能とする技術の基本思想について概要を説明する。
例えば、以下に示す文献1において提案されている肌の光学モデルによると、正常な皮膚において、入射光の約5%の表面反射と、約10%の表皮での乱反射と、を除けば、皮膚の色は、真皮での散乱と、表皮でのメラニンと表皮直下血管網の血液とにおける光の吸収と、により決定されることがわかっている。
・文献1:R. R. Anderson, J. A. Parrish, “The optics of Human Skin”, The Journal of Investigative Dermatology, Vol.77, pp. 13-19, 1981.
また、以下に示す文献2では、光学デバイスを用いた、年齢、性別、及びスキンタイプが異なる149名の顔の肌の表面下散乱反射特性の測定の結果が開示されている。この測定の結果によれば、肌の表面化散乱における光の吸収と散乱のスペクトル特性が、個人(即ち、年齢、性別、及びスキンタイプ)によって異なることがわかっている。
・文献2:T. Weyrich, W. Matusik, H. Pfister, B. Bickel, C. Donner, C. Tu, J. McAndless, J. Lee, A. Ngan, H. W. Jensen, and M. Gross, “Analysis of human faces using a measurement-based skin reflectance model,” ACM Trans. on Graphics (Proc. SIGGRAPH 2006), vol. 25, no. 3, pp. 1013-1024, 2006.
また、以下に示す文献3では、スキンタイプが異なる18名の肌の光学スペクトル特性を測定し、測定値から酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、メラニン等の肌の色素濃度を推定する方法について述べられている。当該文献においても、肌の光学スペクトル特性(または色素濃度)が個人で異なることが述べられている。
・文献3:Sheng-Hao Tseng, Paulo Bargo, Anthony Durkin, and Nikiforos Kollias, “Chromophore concentrations, absorption and scattering properties of human skin in-vivo,” Opt. Express 17, 14599-14617 (2009)
また、以下に示す文献4では、手の平の近赤外線画像による静脈認証において、還元ヘモグロビンの、波長760nmにおける光の吸収特性を利用する例が開示されている。当該波長においては、光の散乱及び反射が少ないため、例えば、当該波長の光を利用して静脈パターンの画像を取得することで、当該波長の光を吸収する領域(即ち、還元ヘモグロビンが分布する領域)において光の強度が抑制された2次元画像(即ち、インテンシティが下がった2次元画像)を得ることが可能となる。
・文献4:Masaki Watanabe, “Palm vein authentication,” Advances in Biometrics pp 75-88, 2008
以上の内容を鑑みると、真皮での光の散乱と、表皮中のメラニンと表皮直下血管網の血液とにおける光の吸収と、により主に肌の色が決定され、この肌の表面下における光の吸収及び散乱のスペクトル特性は個人を識別するユニークな特徴量となり得ると考えられる。
そこで、本開示では、ユーザの肌の色素(例えば、メラニンやヘモグロビン)のスペクトル特性(特に、吸光スペクトルの特性)を利用し、該肌の撮像画像からユーザの識別や認証に利用可能な、当該ユーザに固有の情報(特徴量)を抽出可能とする技術を提案する。
具体的には、本開示の一実施形態に係る情報処理システムは、所謂マルチスペクトルカメラ等のように、複数の波長帯域に分光された光による被写体の画像(所謂マルチスペクトル画像)を撮像可能な撮像装置(以下、「スペクトル測定装置」とも称する)を利用して、ユーザの肌のスペクトル特性が反映された特徴量を、当該ユーザに固有の情報(即ち、ユーザの識別や認証に利用可能な情報)として抽出する。より具体的には、スペクトラル装置により肌の領域が撮像されたマルチスペクトル画像(以下、「2次元スペクトルデータ」とも称する)に対して、メラニン、ヘモグロビン等の肌の色を構成する色素の吸光スペクトル特性に応じた解析処理を施すことで、より精度の高いユーザの識別や認証を実現可能な当該ユーザに固有の情報(特徴量)を抽出する。
例えば、ヘモグロビンは血中に存在するため、肌の領域中のある一部の位置に注目した場合においても、当該ヘモグロビンの濃度は時々刻々と変化するため、肌の色もその時々で変化することとなる。このような場合には、例えば、既知のヘモグロビンの吸光スペクトル特性を利用することで、スペクトル測定装置により取得された肌の2次元スペクトルデータに対して当該ヘモグロビンの影響を抑制する(例えば、キャンセルする)処理を施すことで特徴量を抽出してもよい。このような特徴量を、例えば、機械学習の入力データとして、当該特徴量とユーザとの間の関係を認識機に学習させ、当該認識機を肌の撮像画像を利用したユーザの識別や認証に利用することで、ヘモグロビンの濃度の時間変動にロバストでより精度の高い個人認識を実現することも可能となる。
また、メラニンは日焼けなどにより濃度が増加し、結果的に肌の色が変化する場合がある。このような場合には、既知のメラニンの吸光スペクトル特性を利用することで、スペクトル測定装置により取得された肌の2次元スペクトルデータに対して当該メラニンの影響を抑制する(例えば、キャンセルする)処理を施すことで特徴量を抽出してもよい。このような特徴量を、例えば、機械学習の入力データとして、当該特徴量とユーザとの間の関係を認識機に学習させ、当該認識機を肌の撮像画像を利用したユーザの識別や認証に利用することで、日焼けによる肌の色の変動にロバストでより精度の高い個人認識を実現することも可能となる。
また、本開示に係る技術に依れば、上述したような特性から、必ずしも手等の部位の形状が観測可能である必要がなく、肌の一部のみが観測可能な状況下においても個人を識別することが可能となる。
以上、本開示の一実施形態に係る情報処理システムが、撮像画像から肌情報をユーザに固有の情報として抽出し、当該ユーザの識別や認証に利用可能とする技術の基本思想について概要を説明した。
<3.2.第1の実施形態>
続いて、本開示の第1の実施形態として、マルチスペクトル画像を撮像可能な撮像部(スペクトル測定装置)による肌の撮像画像からユーザに固有の情報(特徴量)を抽出し、当該ユーザの識別や認証を行う情報処理システムの一例について説明する。
<3.2.1.機能構成>
まず、図2を参照して、本実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例について説明する。図2は、本実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例を示したブロック図である。
図2に示すように、本実施形態に係る情報処理システム1は、撮像部123と、情報処理装置200と、データベース291とを含む。
撮像部123は、被写体のマルチスペクトル画像(換言すると、2次元スペクトルデータ)を撮像可能に構成されている。例えば、撮像部123は、マルチスペクトルカメラとして構成され得る。また、撮像部123は、図1に示す表示装置100において、センサボックス120に設けられた撮像部123に相当し得る。撮像部123は、被写体(例えば、ユーザの所定の部位)の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を情報処理装置200に出力する。
情報処理装置200は、対象領域検出部201と、特徴量抽出部203と、認識処理部205とを含む。情報処理装置200は、例えば、図1に示す表示装置100において、本体110の少なくとも一部として構成され得る。
対象領域検出部201は、撮像部123から被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得し、当該マルチスペクトル画像に対して所定の解析処理(例えば、画像解析)を施すことで、当該マルチスペクトル画像から所定の条件を満たす領域を対象領域として検出(抽出)する。具体的な一例として、対象領域検出部201は、マルチスペクトル画像に対して画像解析を施すことで、当該マルチスペクトル画像からユーザの肌に相当する領域(以下、「肌領域」とも称する)を検出する。なお、マルチスペクトル画像中から肌領域を検出(抽出)することが可能であればその方法については特に限定されず、既存の手法が利用されてもよい。具体的な一例として、分光データをHSV色空間に変換し、当該変換結果に対して閾値処理を施すことで肌の色を示す領域が検出されてもよい。また、カメラの位置や姿勢が固定されているような条件下では、背景差分情報を用いた肌領域の検出が行われてもよい。
また、以下に示す文献5には、肌領域をより正確に抽出する手法の一例が開示されている。同手法では、分光カメラにより、870nmを中心波長とする帯域と、970nmを中心波長とする帯域と、のそれぞれについてデータを取得し、これらの差分により肌領域の抽出が行われる。また、同文献では、さらに1050nmを中心波長とする帯域についてもデータを取得し、870nmのデータと970nmのデータとの差分と、970nmのデータと1050nmのデータとの差分と、の積集合に基づき、より精緻に肌領域の抽出を行う手法についても開示されている。
・文献5:Kanazawa et al “Human Skin Detection by Visible and Near-Infrared Imaging,” MVA2011 IAPR Conference on Machine Vision Applications, June 13-15, 2011
例えば、図4は、肌領域の検出結果の一例について示した図である。具体的には、図4に示す例では、ユーザの手を被写体として撮像したマルチスペクトル画像を対象として、肌領域を検出した場合の一例について示している。図4において、R(x)は、マルチスペクトル画像として情報を取得する波長帯域(チャネル)を「k」とした場合に、マルチスペクトル画像中の位置「x」における画素値(即ち、チャネルkの分光成分の検出結果)を示している。
以上のようにして、対象領域検出部201は、取得したマルチスペクトル画像から所定の条件を満たす対象領域(例えば、肌領域)を検出し、当該対象領域に関する情報を特徴量抽出部203に出力する。
特徴量抽出部203は、撮像部123による撮像結果に応じたマルチスペクトル画像から検出された対象領域(例えば、肌領域)に関する情報を、対象領域検出部201から取得する。特徴量抽出部203は、上記マルチスペクトル画像から検出された対象領域に対して、所定の色素のスペクトル特性に応じた解析処理を施すことで特徴量を抽出する。具体的な一例として、特徴量抽出部203は、上記マルチスペクトル画像から検出された肌領域(即ち、対象領域)に対して、メラニンやヘモグロビン等のような肌色素の吸収スペクトルの特性に応じた解析処理を施すことで、特徴量を抽出してもよい。なお、肌領域を対象とした肌色素の吸収スペクトルの特性に応じた解析処理により抽出される特徴量の具体例については、当該特徴量の抽出方法の詳細(即ち、解析処理の詳細)とあわせて別途後述する。
以上のようにして、特徴量抽出部203は、上記マルチスペクトル画像から検出された対象領域から特徴量を抽出し、当該特徴量に関する情報を認識処理部205に出力する。
認識処理部205は、特徴量抽出部203から特徴量に関する情報を取得し、当該特徴量に基づき所定の対象の認識、識別、及び認証等に係る処理を実行する。具体的な一例として、認識処理部205は、肌領域から抽出された特徴量に基づき、ユーザの識別や認証を行ってもよい。
また、認識処理部205は、上記特徴量に基づく所定の対象の認識、識別、及び認証等に係る処理の実行に、当該特徴量を入力とした機械学習により学習が行われた認識機が利用されてもよい。この場合には、認識処理部205は、特徴量抽出部203から取得した特徴量を、所定の記憶領域(例えば、データベース291)にあらかじめ記憶されたデータ(即ち、従前に取得された特徴量に基づくデータ)と照合することで、所定の対象の認識、識別、及び認証等を行ってもよい。具体的な一例として、認識処理部205は、特徴量抽出部203から取得した特徴量を、上記記憶領域にあらかじめユーザごとに記憶されたデータ(即ち、機械学習による学習結果に応じたデータ)と照合することで、上記マルチスペクトル画像に撮像された肌がどのユーザの肌であるかを特定してもよい。これにより、認識処理部205は、取得した特徴量に基づき、ユーザの識別や認証を行うことが可能となる。
そして、認識処理部205は、取得した特徴量に基づく所定の対象の認識、識別、及び認証等に係る処理の結果に応じた情報を、所定の出力先に出力する。具体的な一例として、認識処理部205は、肌領域から抽出された特徴量に基づくユーザの識別や認証の結果に応じて、当該ユーザに関する情報(例えば、ユーザID)を所定の出力先に出力してもよい。
データベース291は、各種データを読み出し可能に一時的または恒久的に記憶する。具体的な一例として、データベース291は、従前に取得された上記特徴量を入力データとした機械学習の結果に応じたデータ(換言すると、新たに取得された上記特徴量と照合されるデータ)が記憶されていてもよい。
なお、上述した構成はあくまで一例であり、必ずしも情報処理システム1の構成を図2に示す例に限定するものではない。具体的な一例として、撮像部123及びデータベース291の少なくともいずれかと、情報処理装置200と、が一体的に構成されていてもよい。また、他の一例として、情報処理装置200の一部の機能が、当該情報処理装置200の外部に設けられていてもよい。具体的な一例として、認識処理部205に相当する部分が、情報処理装置200の外部に設けられていてもよい。また、情報処理装置200の少なくとも一部の機能が、複数の装置が連携して動作することで実現されてもよい。なお、情報処理装置200のうち、特徴量の抽出の対象となるマルチスペクトル画像(例えば、撮像部123の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像)を取得する部分が、「取得部」の一例に相当する。
以上、図2を参照して、本実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例について説明した。
<3.2.2.処理>
続いて、図3を参照して、本実施形態に係る情報処理システムの一連の処理の流れの一例について説明する。図3は、本実施形態に係る情報処理システムの一連の処理の流れの一例を示したフローチャートである。なお、以降では、マルチスペクトルカメラとして構成された撮像部による肌のマルチスペクトル画像の撮像結果に基づき、当該肌に固有の特徴量を抽出し、当該特徴量に基づきユーザを識別する場合の例について説明する。
図3に示すように、情報処理装置200は、撮像部123から被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得する(S101)。情報処理装置200(対象領域検出部201)は、取得したマルチスペクトル画像に対して画像解析を施すことで、当該マルチスペクトル画像から肌領域を検出する(S103)。
次いで、情報処理装置200(特徴量抽出部203)は、上記マルチスペクトル画像から検出された肌領域に対して、所定の肌色素(例えば、メラニンやヘモグロビン)のスペクトル特性に応じた解析処理を施すことで特徴量を抽出する(S105)。なお、当該特徴量の詳細については、抽出方法とあわせて別途後述する。
次いで、情報処理装置200(認識処理部205)は、上記マルチスペクトル画像から抽出した特徴量を、所定の記憶領域(例えば、データベース291)にあらかじめ記憶されたデータと照合することで、ユーザの識別や認証を行う(S107)。そして、情報処理装置200(認識処理部205)は、ユーザの識別や認証の結果に応じて、当該ユーザに関する情報(例えば、ユーザID等)を所定の出力先に出力する(S109)。
以上、図3を参照して、本実施形態に係る情報処理システムの一連の処理の流れの一例について説明した。
<3.2.3.特徴量の具体例>
続いて、本開示の一実施形態に係る情報処理システムが被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像から抽出する特徴量の具体的な一例について以下に説明する。なお、本説明では、特に、ユーザの肌を被写体とした撮像画像から、肌色素の吸収スペクトルの特性に応じて抽出される特徴量の一例について、抽出方法の詳細とあわせて説明する。
(第1の候補特徴量)
まず、第1の候補特徴量として、マルチスペクトル画像中に顕在化した一部の肌色素の影響を抑制することで抽出される、被写体(即ち、撮像された肌)に特徴的な情報の一例について、その抽出方法とあわせて説明する。
例えば、以下に示す文献6には、可視光領域において、肌の表面下においては、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、及びメラニンが、光を吸収する主な色素であり、これらの色素による肌の吸光度はBeer-Lambertの法則を用いてモデル化可能であることが開示されている。なお、以降の説明では、説明をわかりやすくするために、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンを1つのヘモグロビンとして扱う場合がある。即ち、単に「ヘモグロビン」と記載した場合には、特に説明が無い限りは、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの双方が含まれ得るものとする。
文献6:ERIK HAGGBLAD, “IN VIVO DIFFUSE REFLECTANCE SPECTROSCOPY OF HUMAN TISSUE FROM POINT MEASUREMENTS TO IMAGIN”, 2008
Beer-Lambertの法則より、メラニンとヘモグロビンによる、波長λ、空間位置xにおける吸光度は、以下に(式1)として示す関係式で表すことが可能である。
Figure 0007480708000001
上記(式1)において、C_M(x)及びC_H(x)は、それぞれメラニン及びヘモグロビンの空間位置xにおける濃度を示している。また、A_M(λ)及びA_H(λ)は、それぞれメラニン及びヘモグロビンの波長λにおける吸光係数を示している。なお、メラニン及びヘモグロビンそれぞれの吸光係数の特性については、例えば、前述した文献3に開示されている。また、O(x,λ)は、メラニン及びヘモグロビン以外の他の色素による吸光を及び散乱による影響を考慮したオフセット項を示している。
また、スペクトル測定装置(例えば、マルチスペクトルカメラ)により取得される測定値(例えば、マルチスペクトル画像の画素値)をP(x,λ)とすると、見かけ上の吸光度は以下に(式2)として示す関係式で表される。
Figure 0007480708000002
よって、(式1)及び(式2)に基づき、スペクトルの測定値とメラニン及びヘモグロビンの色素濃度との間の関係は、以下に(式3)として示す関係式で表される。
Figure 0007480708000003
上記(式3)から、メラニン及びヘモグロビンの空間上での濃度の分布(C_M(x)及びC_H(x))の違いによって、個人差(即ち、個々人における肌の色のムラの違い)が生じることがわかる。しかしながら、ヘモグロビンは血中に存在するため、濃度分布が時々刻々と変化し、肌の撮像画像から個人の認識や識別に利用可能な固有の情報を抽出する場合にはノイズとなり得る。
そこで、既知である肌色素の吸光係数スペクトルの特性を利用し、マルチスペクトル画像として取得した複数のスペクトルバンドデータを入力とした演算処理により、当該肌色素の影響を抑制する(理想的には、取り除く)方法の一例について、特に、ヘモグロビンの影響を取り除く場合に着目して以下に説明する。例えば、図5は、肌色素の吸光係数スペクトル特性の一例について示した図である。図5において、横軸は波長(nm)を示している。また、縦軸は、吸光係数(x10-1cm-1)を示している。また、図5では、メラニン(Melanin)、酸化ヘモグロビン(Oxy-hemoglobin)、及び還元ヘモグロビン(Deoxy-hemoglobin)のそれぞれについて吸光係数スペクトルの特性が示されている。
図5において、波長λ1におけるヘモグロビンの吸光係数A_H(λ1)と、波長λ2におけるヘモグロビンの吸光係数A_H(λ2)と、の比率を1:1/Xとする。このとき、波長λ1における測定吸光度-log10(P(x,λ1))から、波長λ2における測定吸光度-log10(P(x,λ2))をX倍したものを減算することを考えると、以下に示す計算式で表される。即ち、以下に示す計算式は、上記比率に応じた重み付け係数Xに基づく、波長λ1及びλ2間におけるヘモグロビンの吸光係数の重み付け演算(重み付け処理)に相当する。また、波長λ1及びλ2のうち、一方が「第1の波長」の一例に相当し、他方が「第2の波長」の一例に相当する。
Figure 0007480708000004
そのため、特徴量F1は、例えば、以下に(式4)として示す関係式で表される。
Figure 0007480708000005
また、図6は、本開示の一実施形態に係る特徴量の算出に係る機能構成の一例を示したブロック図であり、上述した特徴量F1を抽出する場合における、図2に示す情報処理装置200における特徴量抽出部203のより詳細な構成の一例を示した図である。図6に示すように、特徴量抽出部203は、ブロック分割部2031と、重み付け演算部2033とを含む。
ブロック分割部2031は、マルチスペクトル画像からの肌領域の検出結果に応じたデータ(以降では、「肌領域マップ」とも称する)を取得する。また、ブロック分割部2031は、マルチスペクトル画像として取得した複数のスペクトルバンドデータのうち、波長λ1に対応するスペクトルバンドデータ(画像)と、波長λ2に対応するスペクトルバンドデータ(画像)と、を取得する。ブロック分割部2031は、肌領域マップに基づき、波長λ1及びλ2に対応するスペクトルバンドデータそれぞれのうち肌領域に対応する部分を、所定サイズのブロックに分割する。
そして、ブロック分割部2031は、波長λ1及びλ2に対応するスペクトルバンドデータそれぞれから分割された各ブロックのデータを、重み付け演算部2033に出力する。具体的な一例として、1ブロックのサイズを8×8(単位はピクセル)とした場合には、波長λ1及び波長λ2のそれぞれについて、8×8のデータが肌領域の分割個数分だけ、重み付け演算部2033に出力されることとなる。なお、上述した1ブロックのサイズはあくまで一例であり、必ずしも上述した例には限定されない。
重み付け演算部2033は、波長λ1及びλ2に対応するスペクトルバンドデータそれぞれから分割された各ブロックのデータを、ブロック分割部2031から取得する。重み付け演算部2033は、ブロックごとに、波長λ1に対応するデータと、波長λ2に対応するデータと、を入力として、対応するピクセルごとに上記(式4)に基づく重み付け演算(重み付け処理)を行う。これにより、8×8のピクセルそれぞれについて特徴量F1の算出結果がマッピングされた特徴量データが生成される。以上のようにして、重み付け演算部2033は、肌領域が分割されたブロックそれぞれについて特徴量データを生成し、当該特徴量データを後段(例えば、図2に示す認識処理部205)に出力する。即ち、上述した例の場合には、8×8の特徴量データが、肌領域の分割個数分だけ出力されることとなる。
以上のように、既知であるヘモグロビンの吸光係数スペクトルの特性を利用し、マルチスペクトル画像として取得した複数のスペクトルバンドデータを入力とした演算処理により、ノイズとして成り得るヘモグロビンの影響を取り除くことが可能となる。即ち、識別器にとってはノイズとなり得る肌色素の影響がキャンセルされるため、識別や認証に係る精度や確度をより向上させる効果が期待できる。
例えば、図7は、第1の候補特徴量の抽出結果の一例を示した図であり、ユーザの手を被写体とした場合における、上述した(式4)に基づく特徴量の抽出結果の一例を示している。具体的には、図5に示す例では、λ1=510nm、λ2=570nmとするとき、重み付け係数X≒2である場合を想定している。図6は、このような条件下で、ヘモグロビンの影響を配した肌領域の各部における特徴量F1の算出結果を対応する空間位置に応じて2次元的に配列したデータ(以降では、「特徴量マップ」とも称する)の一例を示している。図7に示す特徴量マップは、主にメラニンの影響が支配的となっており、定性的には肌の「しみ」や「あかみ」等の特徴が表れたマップとなっている。
同様に、既知であるメラニンの吸光係数スペクトルの特性を利用し、マルチスペクトル画像として取得した複数のスペクトルバンドデータを入力とした演算処理により、メラニンの影響を取り除くことも可能である。具体的には、メラニンの分布は肌の日焼けの度合いに応じて変化し、肌の撮像画像から個人の認識や識別に利用可能な固有の情報を抽出する場合には、ノイズとなる場合もある。このような場合においても、例えば、上述した演算処理によりメラニンの影響を排することで、識別器にとってはノイズとなり得る、比や系に伴う肌の色の変化の影響がキャンセルされるため、識別や認証に係る精度や確度をより向上させる効果が期待できる。
以上、第1の候補特徴量として、マルチスペクトル画像中に顕在化した一部の肌色素の影響を抑制することで抽出される、被写体(即ち、撮像された肌)に特徴的な情報の一例について、その抽出方法とあわせて説明した。
(第2の候補特徴量)
続いて、第2の候補特徴量について、その抽出方法とあわせて説明する。上述した第1の候補特徴量では、肌のマルチスペクトル画像(2次元スペクトルデータ)のうち、一部の波長帯域におけるスペクトルバンドデータと、別の波長帯域におけるスペクトルバンドデータと、を入力とした重み付け演算(重み付け処理)に基づき、1つの色素の影響を抑制していた。これに対して、第2の候補特徴量は、2以上の色素の影響を抑制(キャンセル)することで抽出される。具体的には、第2の候補特徴量は、マルチスペクトル画像(2次元スペクトルデータ)のうち、N+1以上の波長帯域のスペクトルバンドデータを利用することで、N種類の色素の影響を抑制することで抽出される。より具体的な一例として、3つ以上の波長帯域のスペクトルバンドデータを利用することで、2種類の色素の影響を抑制することが可能となる。
例えば、ヘモグロビンを酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとに分けて考えた場合においても、3つ以上の波長帯域のスペクトルバンドデータを利用することで、メラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンのうち一部の色素の影響のみを特徴量として抽出することが可能である。具体的な一例として、メラニンに注目した第2の候補特徴量は、3つ以上の波長帯域のスペクトルバンドデータを利用して、メラニンの項を残し、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンそれぞれの項を消去することで抽出することが可能である。また、同様の思想に基づき、酸化ヘモグロビンに注目した第2の候補特徴量や、還元ヘモグロビンに注目した第2の候補特徴量を抽出することも可能である。
具体的には、Beer-Lambertの法則より、波長λ、空間位置xにおける吸光度は、以下に(式5)として示す関係式で表される。
Figure 0007480708000006
上記(式5)において、C_M(x)、C_Ho(x)、及びC_Hr(x)は、それぞれメラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンの空間位置xにおける濃度を示している。また、A_M(λ)、A_Ho(λ)、及びA_Hr(λ)はそれぞれメラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンの波長λにおける吸光係数を表わしている。なお、メラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンそれぞれの吸光係数の特性については、例えば、前述した文献3に開示されている。また、O(x,λ)は、メラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビン以外の他の色素による吸光を及び散乱による影響を考慮したオフセット項を示している。
また、上記(式5)を、前述した(式2)と組み合わることで、スペクトルの測定値とメラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンの色素濃度との間の関係は、以下に(式6)として示す関係式で表される。
Figure 0007480708000007
上記(式6)から、メラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンの空間上での濃度の分布(C_M(x)、C_Ho(x)及びC_Hr(x))の違いによって、個人差(即ち、個々人における肌の色のムラの違い)が生じることがわかる。
また、マルチスペクトル画像として取得した複数のスペクトルバンドデータのうち3つ以上のバンドデータと、上記(式6)と、に基づき、メラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンのうち一部の色素の影響を抑制する(理想的には、取り除く)ための計算式を導出する。例えば、波長λ1、λ2、及びλ3のスペクトルバンドデータを利用することで、以下に示す計算式が導出される。
Figure 0007480708000008
上述した計算式と、メラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンのうち一部の色素の既知である吸光スペクトル特性(例えば、図5参照)と、を利用することで、当該一部の色素の影響が抑制された(理想的には、取り除かれた)特徴量マップを抽出することが可能となる。
具体的な一例として、A_Ho(λ1)、A_Ho(λ2)、及びA_Ho(λ3)間の比率と、A_Hr(λ1)、A_Hr(λ2)、及びA_Hr(λ3)間の比率とを、図5に示す酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの既知の吸光スペクトル特性に基づき導出する。そして、上記比率の導出結果に応じた重み付け係数に基づく、波長λ1、λ2、及びλ3間における酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンそれぞれの吸光係数の重み付け演算(重み付け処理)により、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの影響が抑制された(理想的には、取り除かれた)、メラニンの特徴量マップを抽出することが可能となる。
また、上記と同様の思想に基づき、メラニン及び還元ヘモグロビンの影響が抑制された酸化ヘモグロビンの特徴量マップや、メラニン及び酸化ヘモグロビンの影響が抑制された還元ヘモグロビンの特徴量マップを抽出することも可能である。また、メラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンに注目する場合には、例えば、λ1、λ2、及びλ3として、470nm、530nm、及び560nmのそれぞれ(もしくはその近傍)にピークを有するスペクトルバンドを利用するとよい。
以上、第2の候補特徴量として、2以上の色素の影響を抑制(キャンセル)することで抽出される、被写体(即ち、撮像された肌)に特徴的な情報の一例について、その抽出方法とあわせて説明した。
(第3の候補特徴量)
続いて、第3の候補特徴量として、前述した第2の候補特徴量のように、複数の色素のうち一部の色素に着目した、被写体(即ち、撮像された肌)に特徴的な情報の他の一例について、特にその抽出方法に着目して説明する。
第2の候補特徴量において、メラニン、酸化ヘモグロビン、及び還元ヘモグロビンのうち、還元ヘモグロビンの影響をのみを残した特徴量マップ(即ち、メラニン及び酸化ヘモグロビンの影響を抑制した特徴量マップ)を抽出可能であることを説明した。第3の候補特徴量は、この第2の候補特徴量に類似した特徴量として、当該第2の候補特徴量の抽出方法よりもシンプルな方法により抽出することが可能である。
具体的には、前述した文献4に開示されているように、還元ヘモグロビンは、近赤外線帯域(特に、波長760nm近傍の波長帯域)において吸光度が高く、光の散乱や反射が少ないという特性(スペクトル特性)を有する。このような特性を利用して、例えば、マルチスペクトル画像として取得した複数のスペクトルバンドデータのうち、760nm近傍のスペクトルバンドデータを利用することで、第3の候補特徴量として、還元ヘモグロビンの特徴量を抽出することが可能である。例えば、還元ヘモグロビンに注目した場合の第3の候補特徴量F3は、以下に(式7)として示す関係式に基づき抽出することが可能である。
Figure 0007480708000009
例えば、図8は、第3の候補特徴量の抽出結果の一例を示した図であり、ユーザの手を被写体とした場合における、上述した(式7)に基づく特徴量の抽出結果の一例を示している。
なお、上記では、還元ヘモグロビンに着目した場合について説明したが、他の色素についても同様の思想に基づく手法を利用することで第3の候補特徴量を抽出することが可能となる場合がある。具体的意は、対象となる色素が特徴的なスペクトル特性を示す波長帯域のデータ、即ち、吸光度が高く、光の散乱や反射が少ない波長帯域のスペクトルバンドデータを利用することで、当該色素に注目した第3の候補特徴量を抽出することが可能となり得る。
以上、第3の候補特徴量として、前述した第2の候補特徴量のように、複数の色素のうち一部の色素に着目した、被写体(即ち、撮像された肌)に特徴的な情報の他の一例について、特にその抽出方法に着目して説明した。
(第4の候補特徴量)
続いて、第4の候補特徴量について説明する。前述した第1の候補特徴量~第3の候補特徴量は、ある空間位置に注目して特徴量を抽出したものである。これに対して、第4の候補特徴量は、空間方向の吸光度の変化量に着目して抽出される特徴量であり、光源の変動に対してより高いロバスト性を有するという特性を有している。そこで、以下に第4の後方特徴量について、特にその抽出方法に着目して説明する。
カメラ(換言すると、イメージセンサ)等の撮像部により観察されるスペクトルデータRは、一般的には、光源から照射される光の分光分布E、被写体の分光反射率S、及びカメラ(マルチスペクトルカメラ)の分光感度特性Qによって決定される。具体的には、上記スペクトルデータRは、以下に(式8)として示す関係式で表される。
Figure 0007480708000010
上記(式8)において、σはスケーリングファクタを表している。また、λは光の波長を表し、kは撮像部による画像の撮像に係るカラーチャネル数を表している。
上記(式8)を参照するとわかるように、光源から照射される光の分光分布Eに揺らぎがあると、被写体が同一の分光反射率Sを有していたとしても、撮像部により観測される値が変化する場合がある。即ち、当該観測結果に応じたスペクトルデータRとして異なるデータが取得される場合がある。第4の候補特徴量は、このように光源から照射される光の分光分布Eに揺らぎがあるような状況下においても、抽出結果の同一性をより好適な態様で担保することが可能となる。
以下に、第4の候補特徴量の抽出方法についてより詳しく説明する。波長λに着目した場合の、空間位置x1における吸光度と、当該空間位置x1とは異なる空間位置x2における吸光度と、の間の空間的変化量は、上述した(式3)に基づき以下に示す関係式で表される。
Figure 0007480708000011
このとき、各座標xにおける特徴量を1点の基準点xcからの差分として表すと、第4の候補特徴量F4は、以下に(式9)として示す関係式で表される。
Figure 0007480708000012
ここで、図9を参照して、本実施形態に係る情報処理装置の機能構成の一例について説明する。図9は、本実施形態に係る情報処理装置の機能構成の他の一例について示したブロック図である。なお、以降の説明では、図9に示す情報処理システムについては、図2を参照して説明した情報処理システム1と区別するために、「情報処理システム1a」と称する場合がある。また、これらを特に区別しない場合には、単に「情報処理システム1」と称する場合がある。
図9に示すように、情報処理システム1aは、撮像部123と、情報処理装置210と、データベース291とを含む。また、情報処理装置210は、対象領域検出部201と、基準画素設定部211と、特徴量抽出部213と、認識処理部205とを含む。なお、撮像部123、データベース291、対象領域検出部201、及び認識処理部205については、図2に示す撮像部123、データベース291、対象領域検出部201、及び認識処理部205と実質的に同様のため詳細な説明は省略する。
基準画素設定部211は、撮像部123による撮像結果に応じたマルチスペクトル画像から検出された対象領域(例えば、肌領域)のうち一部のピクセルを基準点xcとして設定する。そして、基準画素設定部211は、基準点xcが設定された当該対象領域に関する情報を、特徴量抽出部213に出力する。
特徴量抽出部213は、基準画素設定部211から基準点xcが設定された対象領域に関する情報を取得し、当該対象領域に対して、所定の色素のスペクトル特性に応じた解析処理を施すことで特徴量を抽出する。具体的には、特徴量抽出部213は、上記対象領域の各部分について、前述した(式9)に基づき、基準点wcからの差分として特徴量を抽出する。以上のようにして、特徴量抽出部213は、上記マルチスペクトル画像から特徴量を抽出し、当該特徴量に関する情報(例えば、特徴量マップ等)を認識処理部205に出力する。なお、以降の処理については、図2を参照して説明した情報処理システム1と同様のため、詳細な説明は省略する。
以上、図9を参照して、本実施形態に係る情報処理装置の機能構成の一例について説明した。
なお、第4の候補特徴量については、前述した第1の候補特徴量~第3の候補特徴量のそれぞれと組み合わせて利用することも可能である。具体的な一例として、空間方向における吸光度の変化量(第4の候補特徴量)を抽出した後に、互いに異なる複数のスペクトルバンドデータを入力した演算処理に基づき、所定の色素の影響を抑制した特徴量(例えば、第1の候補特徴量)の抽出が行われてもよい。例えば、図10は、第1の候補特徴量と第4の候補特徴量とを利用する場合の一例について概要を示した図である。また、上述した(式4)及び(式9)から以下に示す関係式が導出される。
Figure 0007480708000013
上記関係式において、A_H(λ1)=X*A_H(λ2)の条件を満たす重み付け係数Xを選択することで、以下に(式10)として示す関係式が導出される。
Figure 0007480708000014
以上のようにして特徴量を抽出することで、例えば、ヘモグロビンの影響を抑制する(理想的には、排除する)ことが可能となり、さらにマルチスペクトル画像の撮像時における光源から照射される光の分光分布の揺らぎに依存しない特徴量を抽出することが可能となる。即ち、以上のような特徴量を利用して個人の識別を行うことで、ヘモグロビンの影響に伴う特徴量の時間変動と、光源から照射される光の分光分布の時間変動と、のそれぞれに対してより高いロバスト性を有する個人認識を実現することが可能となる。
以上、第4の候補特徴量として、空間方向の吸光度の変化量に着目して抽出される特徴量の一例について、特にその抽出方法に着目して説明した。
<3.3.第2の実施形態>
続いて、本開示の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係る情報処理システムは、過去に取得された画像(マルチスペクトル画像)と現在の画像との間の相関に基づき、当該画像中の領域の動きベクトルを算出することで、時間方向での吸光スペクトル特性の変化量を抽出して特徴量として利用する。なお、以降の説明では、当該特徴量を、前述した他の特徴量と区別するために便宜上「第5の候補特徴量」とも称する。
<3.3.1.機能構成>
まず、図11を参照して、本開示の第2の実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例について説明する。図11は、本実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例を示したブロック図である。なお、以降の説明では、図11に示す情報処理システムについては、前述した他の実施形態に係る情報処理システムと区別するために、「情報処理システム1b」と称する場合がある。また、これらを特に区別しない場合には、単に「情報処理システム1」と称する場合がある。
図11に示すように、情報処理システム1bは、撮像部123と、情報処理装置220と、データベース291と、過去画像記憶部293とを含む。また、情報処理装置220は、対象領域検出部201と、基準画素設定部211と、動領域追跡部221と、特徴量抽出部223と、認識処理部205とを含む。なお、撮像部123、データベース291、対象領域検出部201、基準画素設定部211、及び認識処理部205については、図9に示す撮像部123、データベース291、対象領域検出部201、基準画素設定部211、及び認識処理部205と実質的に同様のため詳細な説明は省略する。
動領域追跡部221は、過去に取得された画像(マルチスペクトル画像)と、撮像部123による撮像結果に応じた現在の画像(マルチスペクトル画像)と、の間で画像中の領域ごとに相関を算出する。動領域追跡部221は、当該相関の算出結果に基づき、過去に取得された画像中の領域と最も相関の高い領域を現在の画像から探索することで、当該領域の動きのベクトルが2次元的にマッピングされたデータ(以下、「動きベクトルマップ」とも称する)を生成する。そして、動領域追跡部221は、生成した動きベクトルマップを、特徴量抽出部223に出力する。
特徴量抽出部223は、肌領域の検出結果に応じた肌領域マップが分割されたブロックごとに動きベクトルを算出し、当該動きベクトルの算出結果に基づき特徴量(第5の候補特徴量)を抽出する。例えば、特徴量抽出部223は、一般的なオプティカルフロー(optical flow)を、上記動きベクトルとして算出してもよい。なお、当該動きベクトルは、特に、ブロック間のスペクトル変化に対して頑健であることが望ましく、例えば、空間エッジを抽出してからの処理や評価指標に対して、NCC(Normalized Cross Correlation)やZNCC(Zero means Normalized Cross Correlation)が適用されるとよい。なお、対応するブロック間のスペクトルの変化(換言すると、あるブロックについての互いに異なる時刻間におけるスペクトルの変化)を算出することは、時間方向での吸光スペクトル特性の変化量の算出と同義である。具体的には、特徴量抽出部223は、動領域追跡部221により生成された動きベクトルマップに基づき、異なるタイミングで取得された画像間において対応するブロック(例えば、肌領域中のある一部に対応するブロック)を特定するとよい。即ち、特徴量抽出部223は、上記動きベクトルマップに基づき、互いに異なるタイミングで取得された画像間において対応するブロックを特定する。そして、特徴量抽出部223は、当該画像間において対応するブロック間の吸光スペクトル特性を比較することで、時間方向での吸光スペクトル特性の変化量を特徴量(第5の候補特徴量)として抽出すればよい。なお、当該特徴量の算出方法のより詳細については別途後述する。以上のようにして、特徴量抽出部213は、マルチスペクトル画像から特徴量を抽出し、当該特徴量に関する情報(例えば、特徴量マップ等)を認識処理部205に出力する。なお、以降の処理については、図2を参照して説明した情報処理システム1と同様のため、詳細な説明は省略する。
以上、図11を参照して、本開示の第2の実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例について説明した。
<3.3.2.特徴量の詳細>
続いて、第5の候補特徴量について、抽出方法とあわせて詳細を以下に説明する。
例えば、前述した(式3)に対して時間変数tを取り入れると以下に(式11)として示す関係式で表される。
Figure 0007480708000015
なお、上記(式11)では、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとを分けて考えている。具体的には、上記(式11)において、C_OH及びA_OHは、それぞれ酸化ヘモグロビンの濃度及び吸光係数を示している。また、C_DOH及びA_DOHは、それぞれ還元ヘモグロビンの濃度及び吸光係数を示している。
波長λ、空間位置xについての、時刻t1における吸光度と、時刻t2における吸光度と、の間の変化量は、以下に示す関係式で表される。
Figure 0007480708000016
ここで、空間位置xにおいて短時間ではヘモグロビン以外の濃度はほぼ変動しないものと仮定すると、以下の関係式が成り立つものとみなすことが可能である。
Figure 0007480708000017
これにより、以下に示す関係式が成り立つ。
Figure 0007480708000018
このとき、例えば、図5に示す肌色素の吸光係数スペクトル特性に基づき、570nm近傍の波長λでは、以下に示す関係が成り立つものとみなすことが可能である。
Figure 0007480708000019
これにより、第5の候補特徴量F5は、以下に(式12)として示す関係式で表される。
Figure 0007480708000020
以上のようにして算出される、酸化ヘモグロビンの濃度と、還元ヘモグロビンの濃度と、の時間的変動差に応じた特徴量(第5の候補特徴量)が、例えば、個人の識別や認証に利用されてもよい。
また、ヘモグロビンの時間変動については、当該ヘモグロビンの吸光度が高い領域(即ち、マルチスペクトル画像中の領域)では、より検出がしやすくなる。そのため、例えば、マルチスペクトル画像として取得されるスペクトルバンドデータとして、425nm近傍の周波数を中心周波数とする波長帯域のデータが追加されることで、特徴的な部分がより強調された特徴量を得ることも可能となる。即ち、上記(式12)において、波長λ=425nmとして第5の候補特徴量F5を算出することで、特徴的な部分がより強調された特徴量を得ることも可能となる。
<3.3.3.実施例>
続いて、本実施形態に係る情報処理システムの実施例について説明する。本実施例では、ユーザの肌が被写体として撮像されたマルチスペクトル画像から抽出される第1、第3、及び第5の候補特徴量に対して、第4の候補特徴量を組み合わせ、これらの特徴量を利用してユーザの識別や認証を行う場合の処理の一例について説明する。例えば、図12は、本実施形態の実施例に係る情報処理システムの一連の処理の流れの一例を示したフローチャートである。
本実施例では、撮像部123は、マルチスペクトル画像として、中心波長がそれぞれ425nm、510nm、570nm、760nm、870nm、及び970nmと略等しい6つの波長帯域に対応するスペクトルバンドデータを取得可能に構成されている。このような構成の基で、本実施例に係る情報処理装置220は、上記撮像部123から被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得する(S201)。
次いで、情報処理装置220(対象領域検出部201)は、取得したマルチスペクトル画像に対して画像解析を施すことで、当該マルチスペクトル画像から肌領域を検出する(S203)。
具体的な一例として、情報処理装置220は、425nm、510nm、及び570nmの波長それぞれに対応するスペクトルバンドデータを利用したHSV変換により、マルチスペクトル画像に撮像された肌色の領域を抽出する。当該抽出の結果を便宜上、第1の抽出結果とも称する。また、情報処理装置220は、870nm及び970nmそれぞれのスペクトルバンドデータの差分に基づき、当該マルチスペクトル画像に撮像された肌色の領域を抽出する。当該抽出の結果を便宜上、第2の抽出結果とも称する。そして、情報処理装置220は、上記第1の抽出結果と上記第2の抽出結果とをマージすることで、上記マルチスペクトル画像から肌領域を検出する。具体的な一例として、情報処理装置220は、上記第1の抽出結果と上記第2の抽出結果との積集合により特定されるマルチスペクトル画像中の領域を肌領域として検出してもよい。
次いで、情報処理装置220(動領域追跡部221)は、肌領域が分割されたブロックの動きベクトルを抽出する(S205)。そして、情報処理装置220(特徴量抽出部223)は、上記マルチスペクトル画像から検出された肌領域に対して、所定の肌色素(例えば、メラニンやヘモグロビン)のスペクトル特性に応じた解析処理を施すことで特徴量を抽出する(S207)。
ここで、図13を参照して、マルチスペクトル画像から検出された肌領域から、所定の肌色素のスペクトル特性に応じて特徴量を抽出する処理の一例について説明する。図13は、本実施形態の実施例に係る情報処理システムによる特徴量の抽出に係る処理の一例を示したフローチャートである。
図13に示すように、情報処理装置220は、マルチスペクトル画像から検出された肌領域中の一部のピクセルを基準点として設定する。そして、情報処理装置220は、当該肌領域から、425nm、510nm、570nm、760nm、870nm、及び970nmの波長それぞれについて第4の候補特徴量を抽出し、当該抽出結果に基づき特徴量マップF4を生成する。具体的には、情報処理装置220は、肌領域の各部分について、前述した(式9)に基づき、基準点wcからの差分として第4の候補特徴量を抽出し、当該抽出結果に基づき特徴量マップF4を生成する(S221)。
次いで、情報処理装置220は、510nm及び570nmの波長それぞれについて生成した特徴量マップF4を、前述した(式4)に基づき更新する(S223)。即ち、当該更新後の特徴量マップF4は、メラニンの影響が支配的な第1の候補特徴量に相当する。なお、以降の説明では、当該更新後の特徴量マップF4を、便宜上「特徴量マップF14」とも称する。
また、情報処理装置220は、760nmの波長について生成した特徴量マップF4を、前述した(式7)に基づき更新する(S225)。即ち、当該更新後の特徴量マップF4は、還元ヘモグロビンの影響に着目した第3の候補特徴量に相当する。なお、なお、以降の説明では、当該更新後の特徴量マップF4を、便宜上「特徴量マップF34」とも称する。
また、情報処理装置220は、425nmの波長について生成した特徴量マップF4を、前述した(式12)に基づき更新する(S225)。即ち、当該更新後の特徴量マップF4は、ヘモグロビン濃度の時間的変動に着目した第5の候補特徴量に相当する。なお、なお、以降の説明では、当該更新後の特徴量マップF4を、便宜上「特徴量マップF54」とも称する。
次いで、図12に示すように、情報処理装置220(認識処理部205)は、上述した各特徴量(即ち、特徴量マップF14、F34、及びF54)を、所定の記憶領域(例えば、データベース291)にあらかじめ記憶されたデータと照合することで、ユーザの識別や認証を行う(S209)。具体的な一例として、抽出された上記各特徴量が、機械学習に基づき当該各特徴量とユーザとの間の関係を学習した認識機に入力されることで、ユーザの識別や認証が行われてもよい。そして、情報処理装置220(認識処理部205)は、ユーザの識別や認証の結果に応じて、当該ユーザに関する情報(例えば、ユーザID等)を所定の出力先に出力する(S211)。
以上、実施例として、ユーザの肌が被写体として撮像されたマルチスペクトル画像から抽出される第1、第3、及び第5の候補特徴量に対して、第4の候補特徴量を組み合わせ、これらの特徴量を利用してユーザの識別や認証を行う場合の処理の一例について説明した。
<3.4.第3の実施形態>
続いて、本開示の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態に係る情報処理システムは、マルチスペクトル画像の撮像対象となる撮像領域(実空間の領域)に対して照射する光の波長を選択的に切り替えることで、当該マルチスペクトル画像からの特徴量の抽出をより好適な態様で実現可能とする。
<3.4.1.概略構成>
まず、図14を参照して、本開示の第3の実施形態に係る技術が適用される装置の概略的な構成の一例について説明する。図14は、本実施形態に係る装置の概略的な構成の一例について説明するための説明図であり、所定の投影面に対して映像を投影することで情報を提示する表示装置の構成の一例について示している。なお、図14において、図1と同様の符号は、図1に示す例と同様の対象を示すものとする。
図14を図1と比較するとわかるように、図14に示す表示装置100は、光源170を備える点で、図1に示す表示装置100と異なる。そのため、本項では、主に光源170の構成と、当該光源170の制御に係る部分と、に着目して説明し、その他の部分(即ち、図1に示す表示装置100と実質的に同様の部分)については詳細な説明は省略する。
光源170は、所謂アクティブ光源として構成されている。具体的には、光源170は、マルチスペクトル画像の撮像対象となる領域M160に対して光を照射可能に構成された光源であり、照射する光の波長帯域を、当該領域M160の部分ごと(換言すると、領域M160が分割された部分領域ごと)に制御可能に構成されている。このような構成により、例えば、領域M160のうち、ユーザの手U1が位置する部分領域M161aと、当該部分領域M161a以外の領域のうち表示情報が投影される部分領域M161bと、のそれぞれに対して互いに異なる波長帯域の光を照射することも可能となる。具体的な一例として、光源170は、ユーザの手U1が存在する部分領域M161a(即ち、肌領域の検出対象となる部分領域)に対して、肌色素のスペクトル特性に応じた特徴量がより検出しやすくなるような波長帯域の光が照射されるように制御されてもよい。また、光源170は、表示情報が投影される部分領域M161bに対して、当該表示情報の視認性がより向上するような波長帯域の光が照射されるように制御されてもよい。
なお、光源170の動作を制御する制御部に相当する構成については、例えば、本体110に設けられていてもよい。また、領域M160に対して映像を投影する出力部130が、光源170としての役割を担ってもよい。この場合には、出力部130は、領域M160に対して投影する映像を、当該領域M160が分割された部分領域ごとに制御することで、部分領域ごとに照射される光の波長帯域を制御してもよい。
以上、図14を参照して、本開示の第3の実施形態に係る技術が適用される装置の概略的な構成の一例について説明した。
<3.4.2.機能構成>
続いて、図15を参照して、本開示の第3の実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例について説明する。図15は、本実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例を示したブロック図である。なお、以降の説明では、図15に示す情報処理システムについては、前述した他の実施形態に係る情報処理システムと区別するために、「情報処理システム1c」と称する場合がある。また、これらを特に区別しない場合には、単に「情報処理システム1」と称する場合がある。
図15に示すように、情報処理システム1cは、撮像部123と、情報処理装置230と、データベース291と、光源170とを含む。また、情報処理装置230は、対象領域検出部201と、基準画素設定部211と、特徴量抽出部213と、認識処理部205とを含む。なお、撮像部123、データベース291、対象領域検出部201、基準画素設定部211、特徴量抽出部213、及び認識処理部205については、図9に示す撮像部123、データベース291、対象領域検出部201、基準画素設定部211、特徴量抽出部213、及び認識処理部205と実質的に同様のため詳細な説明は省略する。また、光源170は、図14に示す光源170に相当する。
光源制御部231は、光源170の動作を制御することで、当該光源170から照射される光の波長帯域を制御する。このとき、光源制御部231は、光源170から光が照射される領域中の部分領域ごとに、照射される光の波長帯域を制御してもよい。具体的な一例として、光源制御部231は、対象領域検出部201から対象領域(例えば、肌領域)の検出結果に関する情報を取得し、当該対象領域に対して照射される光の波長帯域を、当該対象領域から特徴量がより抽出しやすくなるように光源170の動作を制御してもよい。より具体的には、光源制御部231は、当該対象領域に対して照射される光の波長帯域を、当該対象領域からの特徴量の抽出に利用する色素のスペクトル特性に応じて制御してもよい。
なお、図15に示す例は、図9に示す情報処理システム1aに対して、光源170及び光源制御部231を追加した構成となっているが、必ずしも本実施形態に係る情報処理システムの機能構成を限定するものではない。例えば、図2や図11に示す情報処理システムに対して、図15に示す例と同様に光源170及び光源制御部231が追加されることで、本実施形態に係る情報処理システム1が構成されてもよい。
以上、図15を参照して、本開示の第3の実施形態に係る情報処理システムの機能構成の一例について説明した。
<3.4.3.光源からの照射光の制御例>
続いて、光源170から照射される光の制御の一例についてより詳細に説明する。
マルチスペクトルカメラで得られる分光データ(換言すると、マルチスペクトル画像)は、(式8)に基づき説明したように、光源から照射される光の分光分布E、被写体の分光反射率S、及び当該マルチスペクトルカメラの分光感度特性Qの乗算に基づき決定される。そのため、マルチスペクトル画像から所定の色素のスペクトル特性に応じた特徴量の抽出に際し、より有用な波長に対応する分光データを得るためには、光源から照射される光の分光分布Eにも当該波長の成分が含まれていることが望ましい。
具体的な一例として、特徴量の抽出に有用な情報(特徴)が波長λ近傍に存在し、かつマルチスペクトルカメラの波長λにおける分光感度Q(λ)についても十分であるものとする。一方で、光源の波長λにおける分光分布E(λ)=0である場合には、マルチスペクトルカメラから得られる分光データRには、波長λにおける分光成分が含まれないこととなる。
よって、特徴量の抽出に有用な波長が既知の場合には、照射される光の分光分布Eに当該波長の成分が含まれる光源が使用されることが望ましい。一方で、特徴量の抽出に有用な波長が特定されていない場合には、照射される光の分光分布Eに想定され得る全ての波長帯域の成分(理想的には全ての波長帯域の成分)が含まれる光源が使用されるとよい。
以上、光源170から照射される光の制御の一例についてより詳細に説明した。
<<4.ハードウェア構成>>
続いて、図16を参照しながら、本開示の一実施形態に係る情報処理システムにおいて、各種処理を実行する情報処理装置(例えば、図2に示す情報処理装置200)のハードウェア構成の一例について、詳細に説明する。図16は、本開示の一実施形態に係る情報処理システムを構成する情報処理装置のハードウェア構成の一構成例を示す機能ブロック図である。
本実施形態に係る情報処理システムを構成する情報処理装置900は、主に、CPU901と、ROM(読み出し専用メモリ;Read Only Memory)903と、RAM(Radom Access Memory)905と、を備える。また、情報処理装置900は、更に、ホストバス907と、ブリッジ909と、外部バス911と、インタフェース913と、入力装置915と、出力装置917と、ストレージ装置919と、ドライブ921と、接続ポート923と、通信装置925とを備える。
CPU901は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ROM902、RAM903、ストレージ装置919又はリムーバブル記録媒体927に記録された各種プログラムに従って、情報処理装置900内の動作全般又はその一部を制御する。ROM902は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM903は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるホストバス907により相互に接続されている。なお、図2に示す対象領域検出部201、特徴量抽出部203、及び認識処理部205は、CPU901による実現され得る。
ホストバス907は、ブリッジ909を介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バス911に接続されている。また、外部バス911には、インタフェース913を介して、入力装置915、出力装置917、ストレージ装置919、ドライブ921、接続ポート923及び通信装置925が接続される。
入力装置915は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ、レバー及びペダル等、ユーザが操作する操作手段である。また、入力装置915は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、情報処理装置900の操作に対応した携帯電話やPDA等の外部接続機器929であってもよい。さらに、入力装置915は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。情報処理装置900のユーザは、この入力装置915を操作することにより、情報処理装置900に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
出力装置917は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、液晶ディスプレイ装置、有機EL(Electro Luminescent)ディスプレイ装置、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、及びランプ等の表示装置や、スピーカ及びヘッドホン等の音声出力装置や、プリンタ装置等がある。出力装置917は、例えば、情報処理装置900が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、情報処理装置900が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
ストレージ装置919は、情報処理装置900の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置919は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置919は、CPU901が実行するプログラムや各種データ等を格納する。なお、図2に示すデータベース291は、RAM903、ストレージ装置919、及びリムーバブル記録媒体927の少なくともいずれかにより実現され得る。また、当該データベース291は、RAM903、ストレージ装置919、及びリムーバブル記録媒体927のうちの2以上が組み合わされることで実現されてもよい。
ドライブ921は、記録媒体用リーダライタであり、情報処理装置900に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ921は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体927に記録されている情報を読み出して、RAM903に出力する。また、ドライブ921は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体927に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体927は、例えば、DVDメディア、HD-DVDメディア又はBlu-ray(登録商標)メディア等である。また、リムーバブル記録媒体927は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CF:CompactFlash)、フラッシュメモリ又はSDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体927は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)又は電子機器等であってもよい。
接続ポート923は、情報処理装置900に直接接続するためのポートである。接続ポート923の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート等がある。接続ポート923の別の例として、RS-232Cポート、光オーディオ端子、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)ポート等がある。この接続ポート923に外部接続機器929を接続することで、情報処理装置900は、外部接続機器929から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器929に各種のデータを提供したりする。
通信装置925は、例えば、通信網(ネットワーク)931に接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。通信装置925は、例えば、有線若しくは無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)又はWUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置925は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ又は各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置925は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置925に接続される通信網931は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。
以上、本開示の実施形態に係る情報処理システムを構成する情報処理装置900の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。なお、図16では図示しないが、情報処理システムを構成する情報処理装置900に対応する各種の構成を当然備える。
なお、上述のような本実施形態に係る情報処理システムを構成する情報処理装置900の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。また、当該コンピュータプログラムを実行させるコンピュータの数は特に限定されない。例えば、当該コンピュータプログラムを、複数のコンピュータ(例えば、複数のサーバ等)が互いに連携して実行してもよい。
<<5.むすび>>
以上、説明したように、本開示の一実施形態に係る情報処理システムにおいて、情報処理装置は、マルチスペクトル画像を取得する取得部と、当該マルチスペクトル画像から特徴量を抽出する抽出部とを含む。具体的には、取得部は、複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得する。また、抽出部は、当該マルチスペクトル画像に対して、1以上の色素の吸光スペクトルの特性に応じた重み付け係数に基づき演算処理(例えば、重み付け処理)を施すことで特徴量を抽出する。
以上のような構成により、例えば、所定の被写体に含まれる複数の色素のうち一部の色素(例えば、状況に応じて顕在化する影響が変化しやすい色素)の影響を抑制し、状況の変化により高いロバスト性を有する当該被写体に固有の情報を特徴量として抽出することが可能となる。換言すると、上記のような構成に基づき被写体に固有の情報を特徴量として抽出することで、その時々の状況の変化に関わらず、当該特徴量の同一性を担保可能となる作用効果を期待することが可能となる。即ち、本開示の一実施形態に係る情報処理システムに依れば、画像(マルチスペクトル画像)の撮像時の状況の変化に関わらず、撮像画像から被写体に固有の情報をより好適な態様で抽出することが可能となる。
また、上述のような特徴量を、例えば、所定の対象(例えば、ユーザ)の識別や認証に利用することで、その時々の状況の変化に対してより高いロバスト性を有し、かつより精度の高い識別や認証を実現することも可能となる。
特に、本開示に係る技術を、ユーザの少なくとも一部の部位を利用した個人の識別や認証に利用することで、手等のように形状変化が起こりやすい部位を対象とした場合においても、煩雑な操作を伴わずに、より精度の高い個人の識別や認証を実現することが可能となる。また、日焼け等によりその時々で状態(特に、色等のような外見の状態)が変化するような場合においても、本開示に係る技術を利用することで、当該状態の変化に対してより高いロバスト性を有する個人の識別や認証を実現することが可能となる。また、本開示に係る技術を利用することで、煩雑な操作を伴わず速やかにユーザの識別や認証を行うことが可能となるため、例えば、当該識別や認証の結果に応じた情報をより短い遅延で提示することが可能となる(換言すると、タイムリーな当該情報の提示が可能となる)。また、本開示に係る技術を利用することで、例えば、対象となる部位の一部が他の物体等により遮蔽され、当該部位のうち一部しか肌が露出していないような状況下においても、安定的かつ高精度に、個人の識別や認証を行うことも可能となる。
なお、上記では、主にユーザの肌を被写体とした撮像画像(マルチスペクトル画像)から、肌色素のスペクトル特性に応じて特徴量を抽出する例に着目して説明したが、必ずしも本開示に係る技術の適用対象を限定するものではない。即ち、撮像画像中に影響が顕在化する色素の種類と、当該色素のスペクトル特性と、が既知であれば、本開示に係る技術を適用することで、当該撮像画像の被写体に固有の情報を特徴量として抽出することが可能となり得る。また、上記では、抽出された特徴量を、所定の対象(例えば、ユーザ)の識別や認証に利用する例に着目して説明したが、当該特徴量の用途についても特に限定はされず、例えば、所定の対象の劣化の度合いの判定等に利用することも可能である。
具体的な一例として、自動車、船舶、及び航空機等においては、多層コーティングや特殊塗料等により多層膜が形成される。このような多層膜の状態の解析(例えば、劣化の度合いの解析)に、本開示に係る技術に基づき抽出された特徴量を利用することも可能である。また、当該多層膜を被写体とした撮像画像から、本開示に係る技術に基づき抽出された特徴量を、当該多層膜を有する固体(例えば、自動車、船舶、及び航空機等)の識別に利用することも可能である。
また、医薬品においても、錠剤コーティングやジェルカプセル等が多層膜として形成されている場合があり、このような場合における当該多層膜の解析や、医薬品の固体の識別に、本開示に係る技術に基づき抽出された特徴量を利用することも可能である。
また、電子部品等に適用される機能性フィルム(即ち、絶縁、接着、粘着、防腐、位相差、偏光、AR等)は、人間の3錯体による検知では透明に見えるもの(即ち、視認が困難なもの)が多い。このような場合においても、当該機能性フィルを被写体とした撮像画像から、本開示に係る技術に基づき抽出される特徴量を利用することで、当該機能性フィルムの状態の把握や、当該機能性フィルムの個体識別等を行うことも可能となる。また、は導体パッケージにおける、酸化膜、窒化膜、レジスト(Resist)、DLC(Diamond-Like Carbon)コーティング、有機膜、封止剤、防錆剤、及び防曇剤等の状態からの固体の情報の取得にも、本開示に係る技術を応用することが可能である。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)
複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得する取得部と、
前記マルチスペクトル画像に対して、1以上の色素の吸光スペクトルの特性に応じた係数に基づく演算処理を施すことで特徴量を抽出する抽出部と、
を備える、情報処理装置。
(2)
前記1以上の色素は、少なくとも一部に1以上の肌色素を含む、前記(1)に記載の情報処理装置。
(3)
前記抽出部は、前記マルチスペクトル画像に対して、前記演算処理として、少なくともメラニンの吸光スペクトルの特性に応じた重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出する、前記(2)に記載の情報処理装置。
(4)
前記抽出部は、前記マルチスペクトル画像に対して、少なくとも、前記メラニンと、ヘモグロビンと、のそれぞれの吸光スペクトルの特性に応じた前記重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出する、前記(3)に記載の情報処理装置。
(5)
前記抽出部は、前記ヘモグロビンとして、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとを区別して、前記マルチスペクトル画像に対して前記重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出する、前記(4)に記載の情報処理装置。
(6)
前記複数の波長帯域は、中心波長がそれぞれ425nm、510nm、570nm、760nm、870nm、及び970nmと略等しい6つの波長帯域を含む、前記(5)に記載の情報処理装置。
(7)
前記抽出部は、前記1以上の色素の吸光スペクトルの特性に応じた前記係数に基づき、前記マルチスペクトル画像に顕在化した、当該1以上の色素のうち少なくとも一部の色素の影響を抑制することで前記特徴量を算出する、前記(1)~(6)のいずれか一項に記載の情報処理装置。
(8)
前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する空間位置における、前記1以上の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトルの特性に応じた、第1の波長における吸光度と、当該第1の波長とは異なる第2の波長における吸光度と、に基づく重み付け処理であり、
前記抽出部は、前記重み付け処理により、当該領域に顕在化した当該色素の影響を抑制することで、前記特徴量を抽出する、
前記(7)に記載の情報処理装置。
(9)
Nを1以上の整数とした場合に、
前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する空間位置における、N種類の色素それぞれの吸光スペクトルの特性に応じた、N以上の互いに異なる波長それぞれにおける吸光度に基づく重み付け処理であり、
前記抽出部は、前記重み付け処理により、当該領域に顕在化した前記N種類の色素のうちの一部の色素の影響を抑制することで、前記特徴量を抽出する、
前記(7)に記載の情報処理装置。
(10)
前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する空間方向における、前記1以上の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトルの特性に応じた吸光度の変化量に基づく重み付け処理であり、
前記抽出部は、前記重み付け処理により、当該領域に顕在化した当該一部の色素による影響を抽出することで、前記特徴量を抽出する、
前記(7)に記載の情報処理装置。
(11)
前記抽出部は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する空間位置における、前記1以上の色素のうちの少なくとも一部の色素の吸光スペクトルの特性に応じた波長における吸光度に基づく前記演算処理により、当該領域に顕在化した当該一部の色素による影響を抽出することで、前記特徴量を抽出する、前記(1)~(6)のいずれか一項に記載の情報処理装置。
(12)
前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像に対する、前記1以上の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトル特性に応じた吸光度の時間方向における変化量に応じた前記係数に基づく重み付け処理であり、
前記抽出部は、前記重み付け処理により、前記特徴量を抽出する、
前記(1)~(6)のいずれか一項に記載の情報処理装置。
(13)
前記抽出部は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する前記特徴量を、当該領域の部分ごとの前記特徴量が2次元的に配列されたデータとして抽出する、前記(1)~(12)のいずれか一項に記載の情報処理装置。
(14)
前記抽出部は、前記領域中の一部を基準点として規定し、当該領域中の各部分に対応する前記特徴量を、当該基準点における前記特徴量との差分として設定することで、当該領域に対応する前記特徴量を抽出する、前記(13)に記載の情報処理装置。
(15)
前記マルチスペクトル画像から抽出された前記特徴量と、事前に個人データとして登録された前記特徴量と、に基づき個人を識別する識別部を備える、前記(1)~(14)のいずれか一項に記載の情報処理装置。
(16)
前記マルチスペクトル画像から肌領域を検出する検出部と、
前記マルチスペクトル画像の撮像範囲に対応する実空間内の領域が分割された部分領域ごとに、当該部分領域に対して光源から照射される光の波長帯域を制御する制御部と、
備え、
前記制御部は、検出された前記肌領域に対応する前記部分領域に対して、前記1以上の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトルの特性に応じた波長帯域の光が照射されるように制御する、
前記(1)~(15)のいずれか一項に記載の情報処理装置。
(17)
コンピュータが、
複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得することと、
前記マルチスペクトル画像に対して、1以上の色素の吸光スペクトルの特性に応じた係数に基づく演算処理を施すことで特徴量を抽出することと、
を含む、情報処理方法。
(18)
コンピュータに、
複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得することと、
前記マルチスペクトル画像に対して、1以上の色素の吸光スペクトルの特性に応じた係数に基づく演算処理を施すことで特徴量を抽出することと、
を実行させる、プログラム。
1 情報処理システム
100 表示装置
110 本体
120 センサボックス
121 検知部
123 撮像部
130 出力部
170 光源
200、210、220、230 情報処理装置
201 対象領域検出部
203 特徴量抽出部
2031 ブロック分割部
2033 演算部
205 認識処理部
211 基準画素設定部
213 特徴量抽出部
221 動領域追跡部
223 特徴量抽出部
231 光源制御部
291 データベース
293 過去画像記憶部

Claims (15)

  1. 複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得する取得部と、
    前記マルチスペクトル画像に対して、複数の色素の吸光スペクトルの特性に応じた係数に基づく演算処理を施すことで特徴量を抽出する抽出部と、を備え、
    前記複数の色素は、少なくとも一部に1以上の肌色素を含み、
    前記抽出部は、前記マルチスペクトル画像に対して、前記演算処理として、重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出し、
    前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像に対する、前記複数の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトル特性に応じた吸光度の時間方向における変化量に応じた前記係数に基づく重み付け処理を含み、
    前記吸光度の時間方向における変化量は、現在の前記マルチスペクトル画像と、過去の前記マルチスペクトル画像とを用いて算出される動きベクトルに基づき抽出され、
    前記重み付け処理は、前記複数の色素の吸光スペクトルのうち、第1の波長における第1のヘモグロビンの吸光係数と第2の波長における第2のヘモグロビンの吸光係数の比率から決定される重み付け係数に基づいて行われる、
    情報処理装置。
  2. 前記抽出部は、前記マルチスペクトル画像に対して、少なくとも、メラニンと、ヘモグロビンと、のそれぞれの吸光スペクトルの特性に応じた前記重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出する、請求項1に記載の情報処理装置。
  3. 前記抽出部は、前記ヘモグロビンとして、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとを区別して、前記マルチスペクトル画像に対して前記重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出する、請求項に記載の情報処理装置。
  4. 前記複数の波長帯域は、中心波長がそれぞれ425nm、510nm、570nm、760nm、870nm、及び970nmである6つの波長帯域を含む、請求項に記載の情報処理装置。
  5. 前記抽出部は、前記複数の色素の吸光スペクトルの特性に応じた前記係数に基づき、前記マルチスペクトル画像に顕在化した、当該複数の色素のうち少なくとも一部の色素の影響を抑制することで前記特徴量を算出する、請求項1に記載の情報処理装置。
  6. 前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する空間位置における、前記複数の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトルの特性に応じた、第1の波長における吸光度と、当該第1の波長とは異なる第2の波長における吸光度と、に基づく重み付け処理であり、
    前記抽出部は、前記重み付け処理により、当該領域に顕在化した当該色素の影響を抑制することで、前記特徴量を抽出する、
    請求項に記載の情報処理装置。
  7. Nを1以上の整数とした場合に、
    前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する空間位置における、N種類の色素それぞれの吸光スペクトルの特性に応じた、N以上の互いに異なる波長それぞれにおける吸光度に基づく重み付け処理であり、
    前記抽出部は、前記重み付け処理により、当該領域に顕在化した前記N種類の色素のうちの一部の色素の影響を抑制することで、前記特徴量を抽出する、
    請求項に記載の情報処理装置。
  8. 前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する空間方向における、前記複数の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトルの特性に応じた吸光度の変化量に基づく重み付け処理であり、
    前記抽出部は、前記重み付け処理により、当該領域に顕在化した当該一部の色素による影響を抽出することで、前記特徴量を抽出する、
    請求項に記載の情報処理装置。
  9. 前記抽出部は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する空間位置における、前記複数の色素のうちの少なくとも一部の色素の吸光スペクトルの特性に応じた波長における吸光度に基づく前記演算処理により、当該領域に顕在化した当該一部の色素による影響を抽出することで、前記特徴量を抽出する、請求項1に記載の情報処理装置。
  10. 前記抽出部は、前記マルチスペクトル画像中の少なくとも一部の領域に対応する前記特徴量を、当該領域の部分ごとの前記特徴量が2次元的に配列されたデータとして抽出する、請求項1に記載の情報処理装置。
  11. 前記抽出部は、前記領域中の一部を基準点として規定し、当該領域中の各部分に対応する前記特徴量を、当該基準点における前記特徴量との差分として設定することで、当該領域に対応する前記特徴量を抽出する、請求項10に記載の情報処理装置。
  12. 前記マルチスペクトル画像から抽出された前記特徴量と、事前に個人データとして登録された前記特徴量と、に基づき個人を識別する識別部を備える、請求項1に記載の情報処理装置。
  13. 前記マルチスペクトル画像から肌領域を検出する検出部と、
    前記マルチスペクトル画像の撮像範囲に対応する実空間内の領域が分割された部分領域ごとに、当該部分領域に対して光源から照射される光の波長帯域を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、検出された前記肌領域に対応する前記部分領域に対して、前記複数の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトルの特性に応じた波長帯域の光が照射されるように制御する、
    請求項1に記載の情報処理装置。
  14. コンピュータが、
    複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得することと、
    前記マルチスペクトル画像に対して、複数の色素の吸光スペクトルの特性に応じた係数に基づく演算処理を施すことで特徴量を抽出することと、を含み、
    前記複数の色素は、少なくとも一部に1以上の肌色素を含み、
    前記特徴量を抽出することでは、前記マルチスペクトル画像に対して、前記演算処理として、重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出し、
    前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像に対する、前記複数の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトル特性に応じた吸光度の時間方向における変化量に応じた前記係数に基づく重み付け処理を含み、
    前記吸光度の時間方向における変化量は、現在の前記マルチスペクトル画像と、過去の前記マルチスペクトル画像とを用いて算出される動きベクトルに基づき抽出され、
    前記重み付け処理は、前記複数の色素の吸光スペクトルのうち、第1の波長における第1のヘモグロビンの吸光係数と第2の波長における第2のヘモグロビンの吸光係数の比率から決定される重み付け係数に基づいて行われる、
    情報処理方法。
  15. コンピュータに、
    複数の波長帯域に分光された光による被写体の撮像結果に応じたマルチスペクトル画像を取得することと、
    前記マルチスペクトル画像に対して、複数の色素の吸光スペクトルの特性に応じた係数に基づく演算処理を施すことで特徴量を抽出することと、を実行させ、
    前記複数の色素は、少なくとも一部に1以上の肌色素を含み、
    前記特徴量を抽出することでは、前記マルチスペクトル画像に対して、前記演算処理として、重み付け処理を施すことで、前記特徴量を抽出し、
    前記演算処理は、前記マルチスペクトル画像に対する、前記複数の色素のうち少なくとも一部の色素の吸光スペクトル特性に応じた吸光度の時間方向における変化量に応じた前記係数に基づく重み付け処理を含み、
    前記吸光度の時間方向における変化量は、現在の前記マルチスペクトル画像と、過去の前記マルチスペクトル画像とを用いて算出される動きベクトルに基づき抽出され、
    前記重み付け処理は、前記複数の色素の吸光スペクトルのうち、第1の波長における第1のヘモグロビンの吸光係数と第2の波長における第2のヘモグロビンの吸光係数の比率から決定される重み付け係数に基づいて行われる、
    プログラム。
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