JP3860811B2

JP3860811B2 - 画像特徴の識別信号作成方法

Info

Publication number: JP3860811B2
Application number: JP2003550148A
Authority: JP
Inventors: 浩近藤
Original assignee: 株式会社グローバル・セキュリティ・デザイン; 浩近藤
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: AU2002336313A1; US7336842B2; CA2449049A1; CN1531709A; KR20040058117A; EP1450301A4; WO2003049028A1; HK1069912A1; JPWO2003049028A1; US20040234131A1; CN1327391C; EP1450301A1

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像特徴の識別信号作成方法に関し、詳しくは画像を含む任意の信号のＤＣＴ符号の性質を利用して、画像を低容量化することのできる画像特徴の識別信号作成方法、顔写真と共にバーコードを表示し偽造が困難な新しいパスポート、クレジットカード、免許証、身分証明書に適用でき、総合的なセキュリティシステムに大きく貢献できる画像特徴の識別信号作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物などにおいて不審者の進入を防ぐため、あるいは、パスポートの利用者が真正な所持者であるかを確認するため等、様々な場面で人の顔による識別は行われてきた。
【０００３】
このような顔の識別は、データベース登録や写真貼付などの方法で予め登録した顔画像と本人の顔とを比較することによって、その人の認証がされてきた。予め登録した顔画像と本人の顔との比較は、認証したい人の顔画像を読み込んで予め登録された顔画像とをコンピュータアルゴリズムにより比較する。このように、比較はコンピュータ演算によるので、扱うデータの容量がコンピュータシステム上少なければ少ないほど演算の速度は速くなり、データベースに登録するための容量が少なくて済む。
【０００４】
しかし、従来の画像データはイメージデータであるため、その容量はとても大きいものとなり、比較判定するために時間がかかるという問題があり、また、予め登録するためのデータベースは容量の大きいものが要求されるという問題点があった。
【０００５】
そこで、ＪＰＥＧ（静止画像世界標準符号化方式）やＧＩＦ等の従来の画像圧縮手法により画像を圧縮する方法が考えられるが、このような従来の圧縮手法を適用しても、多少の容量の減少は期待できるが、結局は画像データであることは変わらずその容量は依然大きいままである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、画像を含む任意の信号のＤＣＴ符号の性質を利用して、低容量で画像特徴の識別信号が作成できる画像特徴の識別信号作成方法を提供することを課題とする。
【０００７】
また本発明は、顔写真とともにバーコードを表示し偽造が困難な新しいパスポート、クレジットカード、免許証、身分証明書に適用でき、総合的なセキュリティシステムに大きく貢献できる画像特徴の識別信号作成方法及びこの方法により作成されたパスポート、クレジットカード、免許証、身分証明書を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、以下の発明によって解決される。
【０００９】
（請求項１）
画像入力部で多数の顔画像を入力し、
入力された多数の顔画像から、ＤＣＴ変換部で、２次元のＤＣＴ（離散的コサイン）変換してＤＣＴ振幅とＤＣＴ符号からなるＤＣＴ係数を得て、
ＤＣＴ符号抽出情報提供部で、変換されて得られたそれぞれのＤＣＴ振幅を平均してＤＣＴ平均振幅を求めると共に、前記ＤＣＴ平均振幅の大きい位置を決定し、前記決定された位置を事前にＤＣＴ符号抽出情報として記憶しておき、
登録の際に、画像入力部で、登録する顔画像を入力し、
入力された顔画像をＤＣＴ変換部で、２次元のＤＣＴ変換してＤＣＴ係数を得、
抽出部で、前記ＤＣＴ符号抽出位置情報提供部から事前に決定された前記ＤＣＴ符号抽出情報を呼び出し、該呼び出された事前に決定された前記ＤＣＴ符号抽出情報に基づいて、前記ＤＣＴ係数から該当するＤＣＴ符号のみを抽出し、
２値１次元信号構成部で、該抽出されたＤＣＴ符号に基づいて２値１次元信号を構成すること特徴とする画像特徴の識別信号作成方法。
【００１０】
（請求項２）
前記２値１次元信号をバーコード化することを特徴とする請求項１記載の画像特徴の識別信号作成方法。
【００１１】
（請求項３）
顔写真と共に、又は独立して、請求項２に記載の画像特徴の識別信号作成方法によって得られたバーコードを表示してなることを特徴とするパスポート。
【００１２】
（請求項４）
顔写真と共に、又は独立して、請求項２に記載の画像特徴の識別信号作成方法によって得られたバーコードを表示してなることを特徴とするクレジットカード。
【００１３】
（請求項５）
顔写真と共に、又は独立して、請求項２に記載の画像特徴の識別信号作成方法によって得られたバーコードを表示してなることを特徴とする免許証。
【００１４】
（請求項６）
顔写真と共に、又は独立して、請求項２に記載の画像特徴の識別信号作成方法によって得られたバーコードを表示してなることを特徴とする身分証明書。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
本発明の画像特徴の識別信号作成方法の一例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の画像特徴の識別信号作成方法の一例を示すブロック図であり、１は画像入力部、２は入力画像データを２次元の離散的コサイン変換（ＤＣＴ）するＤＣＴ変換部、３はＤＣＴ符号抽出情報提供部４から提供される情報に基づき前記画像データの特徴点を抽出する抽出部、５は該抽出されたデータのＤＣＴ符号から２値１次元信号を構成する２値１次元信号構成部である。
【００１７】
画像入力部１の詳細について図２に基づいて説明する。図２において、画像入力部１は、被写体を撮像する撮像手段１００と、必要な部分を取り込む画像取り込み処理部１０１と、画素数設定部１０２からなる。撮像手段１００は例えばデジタルカメラを用いることができる。デジタルカメラは人物の顔や顔写真のような被写体を撮像レンズを介して撮影し、ＣＣＤ（撮像素子）の撮像面上に結像し、ＣＣＤにより結像された光学像を画素単位で光量に応じた信号電荷に光電変換する。光電変換された信号は画像処理部に入力され、ノイズ低減処理、また利得調整処理等が施され、更にＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換される。
【００１８】
また図２に示す態様では、デジタルカメラに代えてスキャナ読み込み部１０３を用いることも出来る。読み込まれたデータは多値化デジタルデータである。
【００１９】
デジタルカメラ１００又はスキャナ読み込み部１０３によって得られた多値化デジタルデータは、必要な部分を取り込む画像取り込み処理部１０１に送られ、人物像で言えば、顔（肩の部分が含まれてもよい）の画像のみ取り込まれることが好ましい。
【００２０】
画素数設定部１０２はＮ×Ｎ画素のように画素数が設定される。Ｎは対象によって異なり、３２，６４，１２８，２５６，５１２のうちのいずれかとする。
【００２１】
次に、ＤＣＴ変換部（２次元ＤＣＴ部）２では、入力画像データを２次元の離散的コサイン変換（ＤＣＴ）する。
【００２２】
ＤＣＴ（離散的コサイン変換）は画像の圧縮に非常に有用である。これは偶関数による実数展開の性質に起因するものである。
【００２３】
２次元ＤＣＴは、次式で定義される。但し、信号ｆ_mnはｍ=0・・・M-1,ｎ=0・・・N-1 である。
【００２４】
【式１】

【００２５】
【式２】

【００２６】
ここで、ｆ_mnは画像信号、Ｆ_uvはＤＣＴ変換係数であり、Ｃ(k)は次式で示すような正規化定数である。
【００２７】
【式３】

【００２８】
Ｆ_uvは実数であるから、その振幅部と符号部との分離可能関数(Separable function)
【００２９】
【式４】

【００３０】
として記述できる。ただし、
【００３１】
【式５】

【００３２】
である。
【００３３】
このようにして画像入力部１から取り込まれた画像は、２次元のＤＣＴ変換部２において、上記のように２次元の離散的コサイン変換（ＤＣＴ）が行われることによって、例えば図３に示すような画像（８×８画素）が図４に示すようなＤＣＴ係数の振幅と位置の関係として表される。尚、説明の便宜上８×８画素の画像について説明するが、画素数は特に限定されない。
【００３４】
ここで、ＤＣＴ係数の符号と振幅について以下のようなことを本発明者が見出している。
【００３５】
ＤＣＴ符号処理の基本となるＤＣＴ振幅について
ＤＣＴ（係数）振幅は各成分（周波数）位置でのパワーを表すものであり、いいかえれば原信号の中に含まれているその成分の大きさ（寄与率）を表すものである。従って、原信号を再構成する際、２乗誤差的観点から、何個まで係数を取れば目的のＳ／Ｎ比が得られるか等に対しては、一般に振幅情報が必要となる。一言で言えばＤＣＴ振幅は原信号のエネルギーに関した情報を担っているといえる。
【００３６】
ＤＣＴ符号について
ＤＣＴ符号は信号に関する非常に重要な情報を担っている。同じ振幅でも符号が異なれば明らかに異なった信号となる。例えば図５（ａ），（ｂ）に示したそれぞれの原画の２次元ＤＣＴをとり、ＤＣＴ符号を交換した画像が図６（ａ），（ｂ）である。即ち、図６（ａ）はドームのＤＣＴ振幅に女性のＤＣＴ符号を組み合わせたものである。また図６（ｂ）は逆に女性のＤＣＴ振幅にドームのＤＣＴ符号を組み合わせたものである。
【００３７】
図６（ａ）は明らかに女性の写真であることがわかる。ドームの面影は全く見当たらない。同様に図６（ｂ）はドームの写真が写っていることが明確に認識できる。この図にはもはや女性の面影はない。
【００３８】
このようにＤＣＴ符号は、信号の構成に際してその信号の骨格となる情報を有しているといえる。ＤＣＴ符号は再構成信号に対して、支配的な役割を果たしている。
【００３９】
Sign-only synthesisについて
さらにＤＣＴ符号の特徴的性質を示す符号のみの逆変換であるsign-Only synthesis （ＳＯＳともいう）について説明する。
【００４０】
Sign-Only synthesisは前記式２、式４より、次式の式６で定義される。
【００４１】
【式６】

【００４２】
ここに、θ_uvは式５で定義されるものである。即ち、式４全ての振幅|Ｆ_uv|を１とおいた逆変換式２に等しい。
【００４３】
図７に、sign-Only synthesisの例を示す。
【００４４】
図７(ａ),(ｂ),(ｃ)はそれぞれドーム、人物顔、植物の葉の原画であり、図７(ａ'), (ｂ'),(ｃ') はそれぞれに対応したＳＯＳ画像である。これらからＳＯＳ画像は画像認識の観点から原画と１：１対応であることが明確に分かる。
【００４５】
これに対して振幅のみの逆変換 Amplitude-only synthesis（ＡＯＳ）は、Wiener-Khinchineの定理より原画の自己相関関数と関係したものとなり画像としての意味はなさない。図８は、人物顔図７（ｂ）のＡＯＳを示す。真っ黒であり、画像としてはほとんど意味をなさない。
【００４６】
ＤＣＴ符号信号について
正負のＤＣＴ符号のみから、図７に示したような輪郭線画が得られたことから正負の符号の配置パターンが重要な意味を持っているといえる。
【００４７】
図９は、ＤＣＴ符号が各原画像に依存してユニークなパターンとなることを示している。
【００４８】
画像を含む任意の信号のＤＣＴ符号は、原信号と実質的に１対１対応をなし、その逆変換（Sign-Only synthesis）はちょうど２階差分値のようなものになり、信号が画像である場合には、そのSign-Only synthesisは明確にその画像の輪郭線を表し、原画像の認識に対してはSign−Only Synthesisは原信号と等価として扱える。すなわちこれは原画像とＤＣＴ符号（プラス又はマイナスの１ビット）は等価として扱えることを意味する。
【００４９】
これらの符号パターンは明らかに異なっており、この正・負の符号の配置が画像を決定付けるものとなっていることが分かる。
【００５０】
従って、ＤＣＴ符号のプラスとマイナスの配置がその信号を決定しているといえる。このプラスとマイナスの配置で原信号が識別できることになる。
【００５１】
本発明のＤＣＴ変換部２は、例えば、図３に示すような画像をＤＣＴ変換して図４に示すようなＤＣＴ変換係数が得られた場合、図１０に示すようにその正・負の符号（図中、白丸が正の符号、黒丸が負の符号を表している）を決定する。即ち正・負の符号と量を持っている図４に示すＤＣＴ変換係数から、正・負の符号のみを抽出することによって図１０に示すような正・負の符号の分布を得ることが出来る。
【００５２】
このように、ＤＣＴ変換部２によると、画像のＤＣＴ符号を求めた後、その正・負の符号を決定することによって、少ない情報量で画像の特徴を表すことが出来る。
【００５３】
さらに本発明では、抽出部３でＤＣＴ符号抽出情報提供部４から提供される情報（ＤＣＴ符号抽出情報）に基づき、後述するような方法で特徴を表すのに有効な部分が抽出されるので、更に少ない情報量で画像の特徴を表すことが出来る。
【００５４】
ＤＣＴ符号抽出情報は、多くの対象画像のＤＣＴ平均振幅の大きさから求められた情報である。即ち、ＤＣＴ符号抽出情報提供部４は、多くの対象画像のフルピクチャーＤＣＴ平均振幅の大きさから求められた情報を提供する。
【００５５】
多くの対象画像のＤＣＴ平均振幅の大きさから求められた情報とは、本発明の装置をそれぞれ作る前に以下のような方法によって事前に決定される情報である。例えば、５０〜１００人の顔画像を取り込み、その各々の顔画像をＤＣＴ変換してから重要な情報を持っているところ、即ち、振幅の大きいところを抽出して、それらの平均から符号を抽出する位置を決めて、この位置をＤＣＴ符号抽出情報提供部４から提供される情報とする。または、識別対象となる人が比較的少ない場合は、各個人個人の顔画像をＤＣＴ変換してから重要な情報を持っているところ、即ち、振幅の大きいところを抽出して、それらの平均から符号を抽出する位置を決めて、この位置をＤＣＴ符号抽出情報提供部４から提供される情報とする。
【００５６】
識別対象となる人が比較的少ないマンションのセキュリティ等の場合には後者の方法により決定された情報がＤＣＴ符号抽出情報提供部４により提供されることが好ましい。
【００５７】
このように決定された情報は、ＤＣＴ変換した符号のどの位置の符号、即ちどの周波数を抽出し、どの位置の符号、即ちどの周波数を抽出しないかという情報を提供している。
【００５８】
抽出部３では、例えば、図１０に示すような正・負の符号が決定された画像の抽出において、ＤＣＴ符号抽出情報提供部４から図１１に示すような情報が提供される。図１１はＤＣＴ符号抽出情報提供部から提供される情報であり、白枠の位置は符号を抽出すべき位置を示し、黒枠の位置は符号を抽出しない位置を示している。このＤＣＴ符号抽出情報提供部４から提供された情報を図１２に示すように比較することにより、ＤＣＴ符号抽出情報提供部４から提供された情報に基づいて符号の抽出を行う。抽出は例えば、図１２の左上の枠位置から右に向かって各行を順にスキャンすることによって得られた信号を２値１次元信号の列として構成すればよい。尚、スキャンの順序は左枠位置から各行をスキャンする態様に限らず、右枠位置から各行をスキャンしてもよいし、各列毎にスキャンを行ってもよいし、本発明の装置のそれぞれによって予め決められた順序によってスキャンすればよく、特に限定されない。
【００５９】
尚、ＤＣＴ符号抽出情報提供部４から提供される情報の形態は、図１１に示すような形態に限らず、抽出すべき周波数位置を示した数列でもよく、抽出すべき周波数位置を示す情報であればその形態は限定されない。
【００６０】
このように抽出された符号に基づいて、２値１次元信号構成部５において２値１次元情報が作成される。
【００６１】
図１において、ＤＣＴ符号抽出情報提供部４から提供される情報に基づき前記画像データの特徴点を抽出する抽出部３で、その信号を特徴付ける部分のみの符号を取り出して、あらかじめ決められた順番（たとえばスキャン）により１次元信号として２値１次元信号構成部５で再構成すると、画像をごく簡単な短い２値の一次元信号として構成できる。
【００６２】
２値１次元情報は、２値１次元信号構成部５において、抽出された正・負の符号を例えば、正を１とし、負を０とした「０」、「１」の２値の１次元信号とすることによって得ることができる。
【００６３】
このように、２値の１次元信号とすることによって、電子化された場合に取り扱いが簡単になる。
【００６４】
また、２値１次元信号構成部で得られた情報をさらに、バーコード化するバーコード化手段を有することが好ましい。
【００６５】
バーコード化すると、画像の違いやパターンマッチング等が高速に行えるなど大きなメリットが生まれてくる。
【００６６】
本発明の画像特徴の識別信号作成方法によって得られたバーコードを、顔写真と共に、又は独立して表示してパスポート、クレジットカード、免許証、身分証明書を作成することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば画像を含む任意の信号のＤＣＴ符号の性質を利用して、画像を低容量化する画像特徴の識別信号作成方法、顔写真とともにバーコードを表示し偽造が困難な新しいパスポート、クレジットカード、免許証、身分証明書等に適用でき、総合的なセキュリティシステムに大きく貢献できる画像特徴の識別信号作成方法を提供することができる。
【００６８】
更に警察庁、空港などでの人物顔同定に貢献でき、多くの人物顔の中に対象としている顔が存在するか否かを短時間に決定することは警察庁などの特殊な職場では非常に重要である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の画像特徴の識別信号作成方法の一例を示すブロック図
【図２】画像入力部の一例の詳細ブロック図
【図３】８×８画素の画像を示す図
【図４】図３のＤＣＴ変換した後の係数の振幅と位置の関係を表す立体図
【図５】原画を示す図。
【図６】図５（ａ），（ｂ）に示した原画の２次元ＤＣＴをとり、ＤＣＴ符号を交換した画像で、図６（ａ）はドームのＤＣＴ振幅に女性のＤＣＴ符号を組み合わせたもの、図６（ｂ）は逆に女性のＤＣＴ振幅にドームのＤＣＴ符号を組み合わせたもの
【図７】図７（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれドーム、人物顔、植物の葉の原画を示し、図７（ａ’），（ｂ’），（ｃ’）はそれぞれに対応したＳＯＳ画像を示す図
【図８】人物顔図７（ｂ）のＡＯＳを示す図
【図９】ＤＣＴ符号が各原画像に依存してユニークなパターンとなることを示す図
【図１０】図４の真上から射影した図で、黒丸のところは“−”符号、白丸のところは“＋”符号を示す
【図１１】多人数の顔画像のＤＣＴ変換振幅平均値から作った符号を取り出すためのマップ
【図１２】図１１のマップを図１０の上に覆い、符号を取り出すべき位置をバックを白枠にして示す図
【符号の説明】
【００７０】
１：画像入力部
１００：撮像手段
１０１：画像取り込み処理部
１０２：画素数設定部
１０３：スキャナ読み取り部
２：ＤＣＴ変換部
３：抽出部
４：ＤＣＴ符号抽出情報提供部
５：２値１次元信号構成部

Claims

画像入力部で多数の顔画像を入力し、
入力された多数の顔画像から、ＤＣＴ変換部で、２次元のＤＣＴ（離散的コサイン）変換してＤＣＴ振幅とＤＣＴ符号からなるＤＣＴ係数を得て、
ＤＣＴ符号抽出情報提供部で、変換されて得られたそれぞれのＤＣＴ振幅を平均してＤＣＴ平均振幅を求めると共に、前記ＤＣＴ平均振幅の大きい位置を決定し、前記決定された位置を事前にＤＣＴ符号抽出情報として記憶しておき、
登録の際に、画像入力部で、登録する顔画像を入力し、
入力された顔画像をＤＣＴ変換部で、２次元のＤＣＴ変換してＤＣＴ係数を得、
抽出部で、前記ＤＣＴ符号抽出位置情報提供部から事前に決定された前記ＤＣＴ符号抽出情報を呼び出し、該呼び出された事前に決定された前記ＤＣＴ符号抽出情報に基づいて、前記ＤＣＴ係数から該当するＤＣＴ符号のみを抽出し、
２値１次元信号構成部で、該抽出されたＤＣＴ符号に基づいて２値１次元信号を構成すること特徴とする画像特徴の識別信号作成方法。
前記２値１次元信号をバーコード化することを特徴とする請求項１記載の画像特徴の識別信号作成方法。
顔写真と共に、又は独立して、請求項２に記載の画像特徴の識別信号作成方法によって得られたバーコードを表示してなることを特徴とするパスポート。
顔写真と共に、又は独立して、請求項２に記載の画像特徴の識別信号作成方法によって得られたバーコードを表示してなることを特徴とするクレジットカード。
顔写真と共に、又は独立して、請求項２に記載の画像特徴の識別信号作成方法によって得られたバーコードを表示してなることを特徴とする免許証。
顔写真と共に、又は独立して、請求項２に記載の画像特徴の識別信号作成方法によって得られたバーコードを表示してなることを特徴とする身分証明書。