JPH07182522A - 線対称な物体領域を高速に検出する画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明においては線対称な物体領域を高速に
検出する画像処理装置を提供する。 【構成】 本発明による画像処理装置は、被検出用の物
体領域を含む画像データを入力する画像入力手段と、前
記画像入力手段によって入力された画像データに基いて
エッジ画像データを生成するエッジ画像生成手段と、前
記エッジ画像生成手段によって生成されたエッジ画像デ
ータに基いて前記物体領域内の所定の幅を有する帯状領
域内で概略対称軸を検出する概略対称軸検出手段と、前
記概略対称軸検出手段によって検出された概略対称軸で
二分割される一方の物体領域に対応する前記エッジ画像
データに基いて前記物体領域の頭頂部の位置を検出する
頭頂部位置検出手段とを具備し、線対称な物体領域を高
速に検出可能に構成されたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば入退室管理システ
ムに適用可能な画像処理装置に係り、特に線対称な物体
領域を高速に検出する画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、入退室管理システムは種々のもの
が開発されており、その中の一つとして人物画像を認識
処理する入退室管理システムが提案されている。このよ
うな人物画像を認識処理する入退室管理システムを実現
するために、人物が線対称性を有していることを利用し
て画像データを処理することが考えられる。

【０００３】このように線対称な物体の一つである人物
の頭部領域を画像中から検出する手法として、例えば図
８に示すものが知られている。これは人物頭部が写って
いる人物画像１１と人物の背景だけが写っている背景画
像１２を用いて、画像全体の対応する各画素値について
差分演算と絶対値演算１３を行いシルエット画像１４を
作成する。

【０００４】そして、このシルエット画像についてしき
い値処理１５を行いしきい値Ｔｈより値が大きい画素部
分を頭部領域１６とするものである。また、次のような
ものも知られている。

【０００５】人物頭部が写っている原画像、あるいは原
画像の各画素値の演算によって得られる画像に対して、
しきい値処理、領域分割などの手法を用いて頭部領域を
求める手法である。

【０００６】このほか、上記の画像に対して画像の座標
軸の方向に画素値の投影を求め、投影波形中の特徴点を
検出することによって頭部領域の位置を求める手法もあ
る。ところで、上記の各手法は、一般に画像の全範囲に
わたる画素演算処理を伴う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記のよう
な従来技術では、いずれも画像の全範囲にわたる画素演
算を伴う。しかるに、画像処理では一般に扱うデータ量
が大きいため、画像全範囲にわたる処理は多くの時間を
必要とする。

【０００８】このため、上記のような従来技術では処理
に要する時間が長いことが問題であった。そこで、この
発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、線対称
な物体領域を高速に検出する画像処理装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によると上記課題
を解決するために、被検出用の物体領域を含む画像デー
タを入力する画像入力手段と、前記画像入力手段によっ
て入力された画像データに基いてエッジ画像データを生
成するエッジ画像生成手段と、前記エッジ画像生成手段
によって生成されたエッジ画像データに基いて前記物体
領域内の所定の幅を有する帯状領域内で概略対称軸を検
出する概略対称軸検出手段と、前記概略対称軸検出手段
によって検出された概略対称軸で二分割される一方の物
体領域に対応する前記エッジ画像データに基いて前記物
体領域の頭頂部の位置を検出する頭頂部位置検出手段と
を具備し、線対称な物体領域を高速に検出可能に構成さ
れたことを特徴とする画像処理装置が提供される。

【００１０】また、本発明によると、被検出用の物体領
域を含む画像データを入力する画像入力手段と、前記画
像入力手段によって入力された画像データに基いてエッ
ジ画像データを生成するエッジ画像生成手段と、前記エ
ッジ画像生成手段によって生成されたエッジ画像データ
に基いて前記物体領域内の所定の幅を有する帯状領域内
で概略対称軸を検出する概略対称軸検出手段と、前記概
略対称軸検出手段によって検出された概略対称軸で二分
割される一方の物体領域に対応する前記エッジ画像デー
タに基いて前記物体領域の頭頂部の位置を検出する頭頂
部位置検出手段と、前記頭頂部位置検出手段によって検
出された前記物体領域の頭頂部の位置に基いて前記物体
領域の頭部領域が入る矩形領域を処理領域として設定出
力する検出結果出力手段とを具備し、線対称な物体領域
を高速に検出可能に構成されたことを特徴とする画像処
理装置が提供される。

【００１１】また、本発明によると、前記概略対称軸検
出手段は前記所定の幅を有する帯状領域内の投影波形を
求めると共に、該投影波形における２つの極大値座標の
中間値から前記概略対称軸を求めることを特徴とする画
像処理装置が提供される。

【００１２】さらに本発明によると、前記検出結果出力
手段は前記矩形領域内で求められた投影波形における二
つの極大値座標を出力する手段を含むことを特徴とする
画像処理装置が提供される。

【００１３】

【作用】あらかじめ定められた帯状の狭い領域内の画素
について処理を行い、画像全体を処理対象にする場合に
比べて短時間でほぼ線対称な物体の概略対称軸を求め、
画像中の物体領域の概略対称軸の片側の領域内に処理対
象領域を限定し、処理に要する計算量を画像全体を処理
対象とする場合に比べて低減することによって、処理の
高速化を計る。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
き説明する。図１は本発明の一実施例として、ほぼ線対
称な形状である人物頭部領域を画像中から検出し、その
位置を表示するシステムのブロック図を示す。

【００１５】処理の高速化を目指す場合、画像全体では
なく必要最小限の領域に処理領域を限定することによっ
て、計算量をへらすことができる。人物の頭部のように
物体の形状がほぼ線対称である場合には、対称軸の片側
部分だけの処理を行うことで、対象物体の位置を検出す
ることができ、画像全体についての処理を行うことは、
必要以上の作業である。

【００１６】そこで、本発明では概略の対称軸を求め、
この対称軸の片側の領域に処理領域を限定することによ
って処理時間を短縮する。図１のシステムはＣＣＤカメ
ラを用いて均一な背景の下で人物の上半身を撮影し、撮
影した画像中の人物頭部領域に外接する矩形の位置を自
動的に検出する装置である。

【００１７】本実施例では、頭部領域検出の際に参照す
る画像は原画像にエッジ抽出フィルタの一つであるＳｏ
ｂｅｌフィルタを作用させたエッジ画像を用い、位置検
出法としては前記エッジ画像の座標軸の方向への投影波
形から特徴点を検出する手法を用いた。

【００１８】すなわち、図１において画像入力用のＣＣ
Ｄカメラ２２で撮影されたアナログ画像信号はＡ／Ｄ変
換部２３でディジタル信号に変換された後、画像蓄積手
段２４に蓄積される。

【００１９】次に、蓄積された原画像からエッジ画像作
成部２５でエッジ画像を作成し、画像蓄積手段２４に蓄
積する。概略対称軸検出部２６では、入力画像中の人物
の概略の対称軸を検出する。

【００２０】頭頂部位置検出部２７では、概略対称軸検
出部２６で検出された概略の対称軸の片側部分の処理の
みで頭頂部の位置を検出する。頭部左右位置検出部２８
では、頭部外接矩形の左右位置を検出する。

【００２１】検出結果出力部２９では、原画像に重ねて
頭部に外接する矩形を表示する。処理制御ユニット２１
はこれらシステム全体の処理の流れを制御する。次に、
各処理の詳細について説明する。

【００２２】ＣＣＤカメラで撮影された後Ａ／Ｄ変換さ
れた、ある時刻の人物上半身の画像はディジタル画像で
あり、各画素は被写体の明るさに比例して２５６段階の
階調値を持つ。

【００２３】この原画像は画像蓄積手段２４に保存され
る。また、この原画像からエッジ画像作成部２５ではエ
ッジ抽出用のＳｏｂｅｌフィルタを作用させてエッジ画
像を作成し、画像蓄積手段２４に蓄積する。

【００２４】ここで、Ｓｏｂｌｅフィルタについては参
考文献［１］に紹介さているエッジ検出法が一つの有効
な手段である。 参考文献［１］谷内田 正彦：ロボットビジョン 人口
知能シリーズ１１，ｐｐ５２−５５，昭晃堂。（１９９
０） 図２は図１中の概略対称軸検出部２６の処理のフローチ
ャートである。

【００２５】帯状領域内投影計算３１では、あらかじめ
定められた図３中の４１で示される帯状領域の画素につ
いて人物の頭から足に向かう方向、すなわち図３中４２
に示される縦方向に、同じ列に存在する画素の持つ画素
値の和を求める。

【００２６】ここで求まる投影波形は図３中４３で示す
ようなものになる。帯状領域４１の位置は画像中の頭部
の位置が上下した場合でも４３に示す投影波形に顔と背
景の境界を示すピークが得られるように、画像の上下方
向で適当な位置にあらかじめ設定しておく。

【００２７】概略の対称軸を求めることが目的であるの
で、帯状領域４１は頭部を横切っていれば良いので、あ
らかじめ設定した位置で問題ない。帯状領域４１の幅は
投影波形４３でピークが識別できる範囲でできるだけ狭
い幅とした。

【００２８】これは、できるだけ短時間で処理を行うた
めである。次に、投影波形４３に適当スケールの平滑化
処理３２を行ったあと、極大値検出処理３３で波形の極
大値の大きいもの２つを求め、各極大値を与えるｘ座標
ｘ１およびｘ２を求める。

【００２９】平滑化処理３２は帯状領域内の画像のノイ
ズや肌のきめに起因する波形の細かい凹凸を鈍らせ、顔
と背景の境界に起因する特徴を検出し易くするために行
う。最後にｘ１とｘ２の中点の座標（ｘ１＋ｘ２）／２
を概略対称軸のｘ座標とする。

【００３０】次に、概略対称軸で分割された左右２つの
領域のうちの片側の画像を用いて、人物の頭頂部を求め
る処理について述べる。図４はこの処理のフローチャー
トを示す。

【００３１】図５は原画像中で頭頂部を求める処理が行
われる領域を示す図であり、図中６１が概略対称軸、６
２で示す矩形領域が処理対象の部分である。処理対象の
領域は概略対称軸で分割される左右のいずれの領域にも
頭部の半分が含まれているためどちらでもよいが、処理
時間を短くするため面積の小さいほうの領域とする。

【００３２】まず、６２で示される領域内の画素につい
て６３で示す横方向への投影波形を求めると６４のよう
になる。この投影波形に適当なスケールの平滑化を行っ
た後で極大値を与えるｙ座標を求める。

【００３３】求まったｙ座標のうちの最小値を頭頂部の
ｙ座標Ｙtop として出力する。上記のように矩形領域６
２に処理対象領域を限定することによって、処理に要す
る計算量が低減されることを以下に示す。

【００３４】原画像の大きさが横ｗ画素で縦ｈ画素、ま
た、一画素あたりの参照回数がｍ回であるとする。この
場合、画像全体を処理対象とする総参照回数Ｎtotal は
式（１）で示される。

【００３５】

【数１】

【００３６】本実施例のように概略対称軸の片側の面積
の小さいほうの矩形領域に処理領域を制限する場合の総
参照回数Ｎhalfは式（２）で示される。

【００３７】

【数２】

【００３８】Ｎtotal とＮhalfの比は式３のようにな
る。

【００３９】

【数３】

【００４０】処理に要する計算時間は画素の参照回数に
ほぼ比例するので、上記のように処理対象領域を制限す
ることによって処理時間を半分以下にすることができ
る。次に、人物頭部領域に外接する矩形の左右の位置を
求める手法について述べる。

【００４１】この処理のフローチャートを図６に示し、
説明図を図７に示す。まず、図７中の処理領域８１を設
定する。この領域は概略対称軸と頭頂部の位置を基準に
決められ、上辺は頭頂部の位置、下辺は上辺からあらか
じめ定めてある一定長ｈだけ下に下がった所、左右の辺
は概略対称軸から両側に一定長ｗだけ離れたところであ
る。

【００４２】これらの定数ｗおよびｈは処理領域８１内
に十分頭部領域が入るような範囲で、できるだけ小さい
値をあらかじめ定めておく。次に、矩形領域内の画素に
ついて縦方向への投影波形を求める。

【００４３】得られる波形は図７中８３で示すようにな
る。この波形に適当なスケールの平滑化フィルタをかけ
た後、波形の極大値を波形の外側から内側に向かって、
すなわち８１の矩形領域で頭部の概略対称軸の両側から
探索する。

【００４４】極大値のうちで初めてしきい値Ｔｈを越え
た所のｘ座標を頭部と背景の境界のｘ座標ｘＬ，ｘＲと
する。しきい値Ｔｈは投影波形の平均値Ａｖｒに比例し
て変わるようになっている。

【００４５】これは、原画像の濃度のばらつきに対応す
るためである。次に、検出結果出力部２９について説明
する。検出結果出力部では前記の処理で得られた各特徴
の位置を基に、頭部領域に外接する矩形の位置と大きさ
を出力する。

【００４６】矩形の左右の辺はｘＬおよびｘＲであり、
上辺は頭頂部の位置Ｙtop である。下辺は上辺の位置Ｙ
top から矩形の幅（ｘＲ−ｘＬ）の定数倍だけ下方とし
た。

【００４７】この定数は頭部が矩形に入るようなあらか
じめ定められた値である。本実施例ではディスプレイ上
に入力原画像に重ねて当該矩形を表示する構成とした
が、原画像中の矩形の位置や大きさに応じて自動的にカ
メラ２２を移動したり、ズームの倍率を調節する構成に
することも勿論可能である。

【００４８】従来の技術では画像のほぼ対称な物体領域
を抽出するために、画像全域についての処理を行ってい
たので処理時間が長かった。この点本発明によれば、ま
ず、画像中の狭い帯状領域内の処理によって物体領域の
概略の対称軸を検出し、求めた概略の対称軸で分割され
る片側の領域内、すなわち対称な物体の領域を抽出する
ために必要なできるだけ狭い範囲で処理を行うので、処
理時間を従来よりも短くすることができる。

【００４９】処理時間短縮の効果は、たとえば次のよう
なものが考えられる。まず、他の処理を行う時間的余裕
が生まれる。対称な物体の位置を検出するという処理
は、大きなシステムを構成する一部分の処理であること
が多いため、処理時間はできるだけ短いほうが良く、本
発明によって生じる効果は大きい。

【００５０】また、一回の処理では所望の位置検出精度
が得られなかった場合に、繰り返し処理を行うことによ
って精度を高めることもできるようになる。さらに、本
発明は処理に用いる画像の種類、対称な物体の位置を検
出する方法を特に規定しないので、従来から存在する種
々の位置検出法に適用が可能であるという特徴を持つ。

【００５１】また、対称な物体として人物頭部に応用し
た場合には、検出した頭部領域の位置に応じてカメラの
位置、方向、ズームの倍率などを自動的に変化させるこ
とによって、画像中の所望の位置に所望の大きさで頭部
が来るように調節することが可能な証明写真撮影装置な
どへの応用が可能である。

【００５２】

【発明の効果】従って、以上詳述したように本発明によ
れば、線対称な物体領域を高速に検出する画像処理装置
を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例のシステム全体を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明による一実施例に用いる概略対称軸検出
部の動作を示すフローチャートである。

【図３】本発明による一実施例に用いる帯状領域内投影
計算の説明図である。

【図４】本発明による一実施例に用いる頭頂部の位置検
出処理を示すフローチャートである。

【図５】本発明による一実施例に用いる頭頂部の位置検
出処理の説明図である。

【図６】本発明による一実施例に用いる頭部の左右位置
検出処理を示すフローチャートである。

【図７】本発明による一実施例に用いる頭部の左右位置
検出処理の説明図である。

【図８】従来の頭部領域検出手法の説明図である。

【符号の説明】

１１…人物画像、１２…背景画像、１３…差分、絶対値
演算、１４…シルエット画像、１５…しきい値処理、１
６…頭部領域抽出結果、２１…処理制御ユニット、２２
…ＣＣＤカメラ、２３…Ａ／Ｄ変換部、２４…画像蓄積
手段、２５…エッジ画像作成部、２６…概略対称軸検出
部、２７…頭頂部位置検出部、２８…頭部左右位置検出
部、２９…検出結果出力部、３１…帯状領域内投影計算
処理、３２…投影波形平滑化処理、３３…極大値検出処
理、３４…概略対称軸出力、４１…帯状領域、４２…縦
方向、４３…投影波形、４４…概略対称軸、５１…投影
波形計算処理、５２…投影波形平滑化処理、５３…極大
値検出処理、５４…頭頂部位置出力、６１…概略対称
軸、６２…処理対象領域、６３…横方向、６４…投影波
形、７１…投影波形計算処理、７２…投影波形平滑化処
理、７３…極大値検出処理、７４…頭部左右位置出力、
８１…処理対象領域、８２…概略対称軸、８３…投影波
形。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出用の物体領域を含む画像データを
   入力する画像入力手段と、 前記画像入力手段によって入力された画像データに基い
   てエッジ画像データを生成するエッジ画像生成手段と、 前記エッジ画像生成手段によって生成されたエッジ画像
   データに基いて前記物体領域内の所定の幅を有する帯状
   領域内で概略対称軸を検出する概略対称軸検出手段と、 前記概略対称軸検出手段によって検出された概略対称軸
   で二分割される一方の物体領域に対応する前記エッジ画
   像データに基いて前記物体領域の頭頂部の位置を検出す
   る頭頂部位置検出手段とを具備し、 線対称な物体領域を高速に検出可能に構成されたことを
   特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 被検出用の物体領域を含む画像データを
   入力する画像入力手段と、 前記画像入力手段によって入力された画像データに基い
   てエッジ画像データを生成するエッジ画像生成手段と、 前記エッジ画像生成手段によって生成されたエッジ画像
   データに基いて前記物体領域内の所定の幅を有する帯状
   領域内で概略対称軸を検出する概略対称軸検出手段と、 前記概略対称軸検出手段によって検出された概略対称軸
   で二分割される一方の物体領域に対応する前記エッジ画
   像データに基いて前記物体領域の頭頂部の位置を検出す
   る頭頂部位置検出手段と、 前記頭頂部位置検出手段によって検出された前記物体領
   域の頭頂部の位置に基いて前記物体領域の頭部領域が入
   る矩形領域を処理領域として設定出力する検出結果出力
   手段とを具備し、 線対称な物体領域を高速に検出可能に構成されたことを
   特徴とする画像処理装置。
3. 【請求項３】 前記概略対称軸検出手段は前記所定の幅
   を有する帯状領域内の投影波形を求めると共に、該投影
   波形における２つの極大値座標の中間値から前記概略対
   称軸を求めることを特徴とする請求項１または２に記載
   の画像処理装置。
4. 【請求項４】 前記検出結果出力手段は前記矩形領域内
   で求められた投影波形における二つの極大値座標を出力
   する手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の画像
   処理装置。