JPH05197793A - 顔画像特徴点抽出装置 - Google Patents

顔画像特徴点抽出装置

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JPH05197793A
JPH05197793A JP4009753A JP975392A JPH05197793A JP H05197793 A JPH05197793 A JP H05197793A JP 4009753 A JP4009753 A JP 4009753A JP 975392 A JP975392 A JP 975392A JP H05197793 A JPH05197793 A JP H05197793A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 二値化されたエッジ画像を用い、顔の構成部
品の形状データ並びに形状データ変更部を有することに
より、光源の状態が変化しても安定して顔の特徴点を抽
出する。 【構成】 顔画像の入力を行なう画像入力部1と、画像
に対しエッジ処理を行なうエッジ抽出部2と、エッジ処
理された画像に対して、顔部品の候補領域ごとに二値化
処理を行なう二値化部3と、顔の特定部の形状を記憶し
た形状データベース部4と、形状データベース部内のデ
ータの変更を行なう形状データ変更部6と、二値化され
た画像と形状データベース部内のデータとの一致度を算
出する画像演算部5を有し、前記一致度と形状データを
基に画像の特徴点を抽出する出力部7とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は顔画像通信のための表
情認識装置をはじめ、顔を用いた個人識別装置の特徴点
抽出部に関する。
【0002】
【従来の技術】従来,顔画像から特徴点もしくは特徴量
を抽出する方法は、例えば特開昭61−208185号
公報、特開昭63−223974号公報に記載されるも
のがあった。前者は画像入力部により入力された顔画像
を画像記憶部に一旦蓄え、二値化部により適当な閾値θ
で二値化し、二値画像から顔の特徴部分を、特徴パラメ
ータ(面積・周囲長・重心座標等)により抽出するもの
である。後者は画像記憶部に蓄えられた顔画像に色相変
換を施し、得られた肌色領域をマスクパターンとして顔
の特徴部分を抽出するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て、二値画像を用いる場合、閾値θの値が変化すると得
られる特徴領域の面積が変化し、特徴点がずれてしまう
という欠点があった。また同一の顔であっても、画像入
力時に光源の位置が異なると顔表面上の輝度分布が異な
り、閾値θで二値化した場合、特徴領域の面積が変化し
てしまう。そのため、同一の顔に対して、違った抽出結
果を出力することになる。
【0004】色相を用いる場合には、太陽光、蛍光灯な
ど光源の種類によって肌色領域を含め、各領域のの色相
が変化してしまうという問題があった。そのため、従来
の技術においては、光源の位置、色などをある程度固定
させる必要があった。また、色相を用いる場合、画像入
力部としてテレビカメラを用いると、入力信号をAD変
換して画像記憶部に蓄える際、強いエッジのある部分で
色相が不安定となり、特徴点の正確な抽出が不可能にな
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、光源の状態が変化しても比較的安定し
ているエッジ画像を用いて特徴点を抽出する。そのため
入力画像からエッジ画像を生成するエッジ抽出部を有
し、エッジ画像の雑音を除去するために二値化部を有す
る。また口、眉などの顔の特徴領域を形状として捕らえ
るために、これらの形状を記録した形状データベース部
を有している。さらに、顔の個人差を吸収し、入力され
た顔画像に形状データを合わせるために形状データを変
更する形状データ変更部を具備したものである。
【0006】
【作用】本発明では、画像入力部より入力された顔画像
データに対し、エッジ抽出部によりエッジ画像を生成す
る。エッジ画像には髭、皺などによる微少な雑音が多く
含まれるので、この画像中の探索領域に対して二値化部
により、二値画像を生成する。得られた二値画像の探索
領域内から形状データベース部内の形状データに近い領
域を、画像演算部により得られる形状データとの一致度
を基に選択する。選択された領域付近の形状に合うよう
に形状データ変更部により形状データを変更し、画像演
算部により出力される一致度がある値以上になると変形
された形状データを基に、出力部より求める特徴点を出
力するものである。
【0007】
【実施例】図1にこの発明の一実施例の構成図を示す。
1はテレビカメラ等の顔画像の入力を行なう画像入力部
であり、2は入力画像に対してエッジ処理を行なうエッ
ジ抽出部である。3はエッジ処理された画像に対して、
顔部品の候補領域ごとに二値化処理を行なう二値化部で
ある。4は虹彩、鼻、口、眉などの顔部品の形状を記憶
した形状データベース部であり、5は3により二値化さ
れた画像と4の形状データとの一致度を算出する画像演
算部である。6は得られた一致度を基に4の内容を変更
する形状データ変更部である。7は4の形状データと5
により得られる一致度から画像の特徴点を抽出する出力
部である。
【0008】以下具体的に特徴点を抽出する方法につい
て説明する。まず画像入力部1から顔画像を取り込み、
エッジ抽出部2により入力画像からエッジ画像を生成す
る。この場合、例えばSobelオペレータ(D.H.
バラード(BALLARD)、C.M.ブラウン(BR
OWN)著、副村晃夫訳:"コンピュータビジョン"、日
本コンピュータ協会、1987、P98)のようなエッジの大
きさだけでなく方向の得られる演算子を用いる。以降、
このエッジのことを大きさと向きを持っているのでエッ
ジベクトルとも言う。図2に入力画像の例と各部品の探
索領域を示す。以下、虹彩を例に特徴点を抽出する場合
を示す。まず、図2に示す虹彩の探索領域中のエッジの
強度を閾値θで0か1に二値化する。この処理は3の二
値化部で行なわれる。エッジの強度mは画像を撮影する
際の光源の状態によって変化するので、閾値θは強度m
の度数分布から決定される。例えば強度の大きい方から
20%のエッジを大きさ1に、残りの80%を大きさ0
に二値化するように閾値θを決定する。図3及び図4に
形状データベース部4に記憶されている内容の一例を示
す。図3は虹彩の形状データであり、虹彩は内部が黒の
円形をしているため図中の勾配ベクトルはすべて円の中
心に向かう単位ベクトルとなっている。図4は顔部品の
形状の一例である。次にエッジ画面の探索領域を探索
し、画像演算部6で一致度φを計算する。一致度φはエ
ッジ、形状データ共にベクトルで表現されているので、
例えばベクトルの内積計算によって計算される。
【0009】エッジ画像中のエッジベクトルを ui,j=(ux,uy) (i,j:画像のx,y座標、u
x 2+uy 2=1) とし、形状データを 要素データ pk=(lk,mk) (lk,mk:要素の
x,y座標) 勾配ベクトル vk=(vx,vy) (vx 2+vy 2=1) 但し1≦k≦n(nは要素数) とすると、エッジ画像中の座標(i,j)における形状
データとの一致度φは φ=(Σui+lk,j+mk・vk)/n (1≦k≦n) 但し、ui+lk,j+mk・vk=ux×vx+uy×vy となる。このようにして探索領域の各座標に対する形状
データとの一致度が算出される。このうち、一致度φの
大きい複数の座標値をこの顔部品の候補領域とする。
【0010】次に各々の候補領域において、形状データ
変更部6により形状データを変更し、再び一致度φを求
める。変更の方法は例えばデータの要素を勾配ベクトル
の方向に±1づつ移動する。移動後、勾配ベクトルの方
向も形状データに会うように変更を行なう。このように
して、一致度φが向上するように形状データを順次変更
してゆき、一致度φが向上しなくなったり、またφがあ
る値s以上になると、形状データの変更を中止する。
【0011】その後、変更された形状データにしたがっ
て出力部7から特徴点を出力する。出力の方法は、例え
ば一致度φの最終値がある値t(s>t)未満の場合、
一致度φが最大の候補領域並びにそこでの形状データを
目的とする顔部品として、必要な特徴点だけ出力する。
またある値t以上のものが複数ある場合、統計的手法な
どにより候補領域を決定し、そこに近いもの全てを正し
い形状データとし、全ての形状データの要素の平均をと
って新たな形状データを作成する。得られた形状データ
を目的とする顔部品として、必要な特徴点だけ出力す
る。例えば虹彩の場合、全ての形状データの要素の平均
をとって中心部の点を、y座標の最大の点と最小の点を
虹彩の上下の点として出力する。
【0012】なお、虹彩は二つあるため、距離d以上離
れた一致度φの大きい2カ所を虹彩として出力する必要
がある。
【0013】同様にして口、鼻、眉、頬の各特徴点を抽
出する事ができる。例えば口なら上下左右並びに中心の
5点、眉なら上下左右の4点を抽出する。
【0014】また図5に請求項2に記載した発明の一実
施例の構成図を示す。図2において、例えば虹彩の範囲
のみ探索領域を固定しておき、後の部品の探索領域は抽
出された虹彩の特徴点をもとに領域決定部8により決定
すれば、より少ない演算量で残りの特徴点の抽出が可能
となる。例えば、鼻は口と目の間にあり、眉は目の少し
上にある等の知識により探索領域を決定する。
【0015】さらに、二つの虹彩の座標が決定されれ
ば、入力された顔画像の傾き角が得られるので、これを
基に形状データ変更部6により形状データベース部4内
の形状データを得られた傾き角だけ回転させることによ
り、傾いた顔画像に対しても特徴点の抽出が可能であ
る。
【0016】図6に請求項4に記載した発明の一実施例
の構成図を示す。眉は生え際がなめらかなので他の顔部
品と違って強いエッジ成分が得られない。そのため、眉
の特徴点を抽出する場合、眉の探索領域を二値化部11
によって予め二値化しておくことにより、強いエッジ成
分を得ることが可能である。この処理は、処理選択部1
0によって選択される。なお本発明は眉に限らず、例え
ば髭などエッジ成分がなめらかな場合に有効である。ま
た、特に眉の特徴点を抽出する場合、眉は左右に長く、
両端での輝度分布は大きく違う。そのため探索領域を一
度に二値化すると正確な眉の形が現われない場合があ
る。そこで、請求項5に記載した発明のように、眉の探
索領域を垂直方向に分割し、各々の小領域内でj%の領
域を0に二値化するような閾値をそれぞれ決定する。j
は探索領域の面積などにより決定される。小領域ごとに
得られた閾値の平均、分散を求め、各小領域ごとに単独
に二値化する。その際、閾値が平均値より大きくはずれ
る場合には小領域中に眉が無い。小領域中に髪の毛が多
く存在する。のどちらかとみなし、該当小領域を全て0
か1に二値化するように処理を行なう。本発明は、光源
が顔の正面から左右にずれている場合に有効なばかりで
なく、眉領域に存在する髪の毛の影響を減少させるとい
う点でも有効である。
【0017】図7に請求項6に記載した発明の一実施例
の構成図を示す。請求項6の発明の場合、顔の部品ごと
に得られた候補領域を取捨選択部9に記録しておき、そ
れらを組み合わせて正しい顔形状となるものを求める。
そのための条件として例えば、二つの虹彩間の垂直二等
分線上に鼻並びに口が存在する。左右の眉、虹彩間の距
離がほぼ等しい。上記、垂直二等分線からほぼ等距離に
左右の頬が存在する。などである。このようにして顔の
各部品について最適な候補領域を求め、形状データを基
に目的とする特徴点を得る。
【0018】尚、本発明ではカラー画像を用いる必要が
なく、白黒写真であっても特徴点の抽出が可能である。
また、形状データも一つの顔部品に対して複数個のデー
タを用意することによって抽出精度を高めることができ
る。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明ではエッジ画像を
二値化して用いているため、光源の位置、色等、条件に
対する自由度が広い。また、形状データを持っているの
で眼鏡などによって生じる雑音に対しても誤動作が少な
い。さらに、形状データ変更部を有することにより顔の
個人差を吸収し抽出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の発明の1実施例を示す構成図
【図2】入力画像と顔部品の探索領域の例
【図3】形状データベース部内の形状データの例
【図4】顔の各構成要素の形状の例
【図5】請求項2に記載の発明の1実施例を示す構成図
【図6】請求項4に記載の発明の1実施例を示す構成図
【図7】請求項6に記載の発明の1実施例を示す構成図
【符号の説明】
1 画像入力部 2 エッジ抽出部 3 二値化部 4 形状データベース部 5 画像演算部 6 形状データ変更部 7 出力部 8 領域決定部 9 取捨選択部 10 処理選択部 11 二値化部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】顔画像の入力を行なう画像入力部と、画像
    に対しエッジ処理を行なうエッジ抽出部と、エッジ処理
    された画像に対して、顔部品の候補領域ごとに二値化処
    理を行なう二値化部と、顔部品の形状を記憶した形状デ
    ータベース部と、形状データベース部内のデータの変更
    を行なう形状データ変更部と、二値化された画像と形状
    データベース部内のデータとの一致度を算出する画像演
    算部を有し、前記一致度と形状データを基に画像の特徴
    点を抽出する出力部を有することを特徴とする顔画像特
    徴点抽出装置。
  2. 【請求項2】顔の特徴点抽出処理において、領域決定部
    を有し、最初に抽出する顔部品の探索領域は固定してお
    き、残りの顔部品の探索領域は予め抽出された顔部品の
    位置情報をもとに、領域決定部により決定されることを
    特徴とする請求項1記載の顔画像特徴点抽出装置。
  3. 【請求項3】顔の特徴点抽出処理において、虹彩の位置
    を最初に抽出することを特徴とする請求項2記載の顔画
    像特徴点抽出装置。
  4. 【請求項4】顔の特徴点抽出処理において、処理選択部
    を有し、特定の顔部品においてエッジ抽出の前に二値化
    処理を行なう二値化部を有することを特徴とする請求項
    2記載の顔画像特徴点抽出装置。
  5. 【請求項5】顔の特徴点抽出処理において、二値化すべ
    き候補領域を複数の小領域に分割し、各小領域ごとの二
    値化の閾値を小領域ごとの輝度分布から求めて二値化す
    る二値化部を有することを特徴とする請求項4記載の顔
    画像特徴点抽出装置。
  6. 【請求項6】顔の特徴点抽出処理において、取捨選択部
    を有し、顔部品の候補位置を全て求め、取捨選択部で誤
    抽出された要素を切り捨てることにより画像の特徴点を
    抽出することを特徴とする請求項1記載の顔画像特徴点
    抽出装置。
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