JP5033014B2 - Face recognition device - Google Patents
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Description
本発明は、予め登録されたテンプレートと認証のために撮像された顔画像とを用いて人物を認証する顔認証装置に関し、特に、認証用の顔画像として光変調画像を用いる顔認証装置に関するものである。 The present invention relates to a face authentication apparatus that authenticates a person using a pre-registered template and a face image captured for authentication, and more particularly to a face authentication apparatus that uses a light modulation image as a face image for authentication. It is.
本出願人は、環境光(例えば、太陽光)の影響を受けない安定した濃淡画像を取得することにより、屋外の太陽光下であっても高い認証精度が確保できる顔認証装置を既に提案している(例えば、特許文献1参照)。この従来装置では、発光ダイオードが発する赤外光を高速変調した変調光を人物の顔に照射し、CCDからなる撮像素子で受光する当該変調光の反射光成分と周囲光の反射光成分とを区別して変調光だけの顔画像(光変調画像)を取得する。さらに当該従来装置では、光変調画像から人物の顔の特徴量を抽出し、当該特徴量を予め登録されているテンプレートと照合することにより、テンプレートに対応した人物の顔を認証する。
しかしながら、上述のように発光ダイオードが発する変調光の反射光成分には、例えば、眼鏡で正反射した反射光成分も含まれており、このように眼鏡に正反射した反射光成分によって顔器官(特に目)の特徴量を抽出することが非常に困難になってしまい、その結果、眼鏡をかけている人物の認証精度が著しく低下する虞がある。 However, as described above, the reflected light component of the modulated light emitted from the light emitting diode includes, for example, the reflected light component that is specularly reflected by the spectacles, and thus the facial organ ( In particular, it is very difficult to extract the feature amount of the eye), and as a result, there is a possibility that the authentication accuracy of the person wearing the glasses is significantly lowered.
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、眼鏡などに正反射した反射光成分が存在する場合でも認証精度の低下を抑えることができる顔認証装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a face authentication apparatus that can suppress a decrease in authentication accuracy even when a reflected light component that is specularly reflected by glasses or the like is present. is there.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、対象空間に変調光を照射する変調光照射手段と、当該対象空間より入射する光を受光する撮像素子と、撮像素子の各画素から出力される信号を処理することで変調光の反射光成分のみを画素値とする光変調画像を生成する光変調画像生成手段と、光変調画像生成手段で生成された光変調画像に基づいて対象空間に存在する人物の顔の特徴量を抽出し、当該特徴量を予め登録されているテンプレートと照合することでテンプレートに対応した人物の顔を認証する認証手段と、光変調画像において画素値が所定のしきい値以上となる正反射部分を検出する正反射検出手段とを備え、変調光照射手段は、対象空間に照射する変調光のパターンが可変であって、認証手段は、同一の人物が互いに異なる変調光のパターンで撮像された複数枚の光変調画像のうちで、正反射検出手段によって検出される正反射部分の大きさが最小となる光変調画像に対して、正反射検出手段で検出される正反射部分の影響を抑えるように認証処理を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 outputs modulated light irradiation means for irradiating the target space with modulated light, an image sensor for receiving light incident from the target space, and each pixel of the image sensor. A light modulation image generation unit that generates a light modulation image using only the reflected light component of the modulated light as a pixel value by processing the processed signal, and a target space based on the light modulation image generated by the light modulation image generation unit A feature value of a person's face existing in the image, and comparing the feature value with a pre-registered template to authenticate the person's face corresponding to the template; Specular reflection detection means for detecting a specular reflection portion that is equal to or greater than the threshold value, the modulated light irradiating means has a variable pattern of modulated light that irradiates the target space, and the authentication means is the same person. Different from each other Of a plurality of light modulation image captured by the pattern of the dimmer, with respect to the light modulation image size of the specular reflection portion to be detected by the specular reflection detecting means becomes minimum, it is detected by the regular reflection detecting means The authentication processing is performed so as to suppress the influence of the regular reflection portion.
請求項1の発明によれば、光変調画像において画素値が所定のしきい値以上となる正反射部分を正反射検出手段によって検出し、当該正反射部分の影響を抑えるように認証手段が認証処理を行うので、眼鏡などに正反射した反射光成分が存在する場合でも認証精度の低下を抑えることができる。さらに、正反射検出手段によって検出される正反射部分の大きさが最小となる光変調画像に対して認証処理を行うことで人物の顔の特徴量を容易且つ正確に抽出することが可能となり、その結果、認証精度を向上することができる。 According to the first aspect of the present invention, the regular reflection detection means detects the regular reflection portion where the pixel value is equal to or greater than the predetermined threshold in the light modulation image, and the authentication means authenticates so as to suppress the influence of the regular reflection portion. Since the process is performed, it is possible to suppress a decrease in authentication accuracy even when there is a reflected light component that is specularly reflected on glasses or the like. Furthermore, it is possible to easily and accurately extract a human face feature amount by performing an authentication process on a light modulation image in which the size of the regular reflection portion detected by the regular reflection detection means is minimized, As a result, authentication accuracy can be improved.
請求項2の発明は、上記目的を達成するために、対象空間に変調光を照射する変調光照射手段と、当該対象空間より入射する光を受光する撮像素子と、撮像素子の各画素から出力される信号を処理することで変調光の反射光成分のみを画素値とする光変調画像を生成する光変調画像生成手段と、光変調画像生成手段で生成された光変調画像に基づいて対象空間に存在する人物の顔の特徴量を抽出し、当該特徴量を予め登録されているテンプレートと照合することでテンプレートに対応した人物の顔を認証する認証手段と、光変調画像において画素値が所定のしきい値以上となる正反射部分を検出する正反射検出手段とを備え、変調光照射手段は、対象空間に照射する変調光のパターンが可変であって、認証手段は、同一の人物が互いに異なる変調光のパターンで撮像された複数枚の光変調画像のうちで、人物の顔を含む領域の画素値が最も大きくなる光変調画像に対して、正反射検出手段で検出される正反射部分の影響を抑えるように認証処理を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object , a second aspect of the invention provides modulated light irradiation means for irradiating a target space with modulated light, an image sensor for receiving light incident from the target space, and an output from each pixel of the image sensor. A light modulation image generation unit that generates a light modulation image using only the reflected light component of the modulated light as a pixel value by processing the processed signal, and a target space based on the light modulation image generated by the light modulation image generation unit A feature value of a person's face existing in the image, and comparing the feature value with a pre-registered template to authenticate the person's face corresponding to the template; Specular reflection detection means for detecting a specular reflection portion that is equal to or greater than the threshold value, the modulated light irradiating means has a variable pattern of modulated light that irradiates the target space, and the authentication means is the same person. Different from each other Of a plurality of light modulation image captured by the pattern of the dimmer, the pixel value of the region including the face of a person with respect to the largest becomes the light modulation image, the specular reflection portion to be detected by the regular reflection detecting means The authentication process is performed so as to suppress the influence .
請求項2の発明によれば、光変調画像において画素値が所定のしきい値以上となる正反射部分を正反射検出手段によって検出し、当該正反射部分の影響を抑えるように認証手段が認証処理を行うので、眼鏡などに正反射した反射光成分が存在する場合でも認証精度の低下を抑えることができる。さらに、複数枚の光変調画像のなかから最も信号対ノイズ比が高いと思われる光変調画像を選択して認証処理を行うことで認証精度が向上する。
According to the invention of
請求項3の発明は、上記目的を達成するために、対象空間に変調光を照射する変調光照射手段と、当該対象空間より入射する光を受光する撮像素子と、撮像素子の各画素から出力される信号を処理することで変調光の反射光成分のみを画素値とする光変調画像を生成する光変調画像生成手段と、光変調画像生成手段で生成された光変調画像に基づいて対象空間に存在する人物の顔の特徴量を抽出し、当該特徴量を予め登録されているテンプレートと照合することでテンプレートに対応した人物の顔を認証する認証手段と、光変調画像において画素値が所定のしきい値以上となる正反射部分を検出する正反射検出手段とを備え、変調光照射手段は、対象空間に照射する変調光のパターンが可変であって、認証手段は、同一の人物が互いに異なる変調光のパターンで撮像された複数枚の光変調画像のうちで、撮像素子から出力される変調光の反射光成分を含まない画像の画素値の平均値が所定値以下のときは、正反射検出手段によって検出される正反射部分の大きさが最小となる光変調画像を選択して、正反射検出手段で検出される正反射部分の影響を抑えるように認証処理を行い、前記変調光の反射光成分を含まない画像の画素値の平均値が所定値を超えているときは、人物の顔を含む領域の画素値が最も大きくなる光変調画像を選択して、正反射検出手段で検出される正反射部分の影響を抑えるように認証処理を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object , a third aspect of the present invention provides a modulated light irradiating unit that irradiates a target space with modulated light, an image sensor that receives light incident from the target space, and an output from each pixel of the image sensor. A light modulation image generation unit that generates a light modulation image using only the reflected light component of the modulated light as a pixel value by processing the processed signal, and a target space based on the light modulation image generated by the light modulation image generation unit A feature value of a person's face existing in the image, and comparing the feature value with a pre-registered template to authenticate the person's face corresponding to the template; Specular reflection detection means for detecting a specular reflection portion that is equal to or greater than the threshold value, the modulated light irradiating means has a variable pattern of modulated light that irradiates the target space, and the authentication means is the same person. Different from each other When the average value of the pixel values of the image that does not include the reflected light component of the modulated light output from the imaging device is less than or equal to a predetermined value among the plurality of light modulation images captured with the dimming pattern, regular reflection The light modulation image that minimizes the size of the specular reflection portion detected by the detection means is selected , and authentication processing is performed so as to suppress the influence of the specular reflection portion detected by the specular reflection detection means . If the average pixel value of the image that does not contain the reflected light component exceeds the specified value, select the light modulation image that has the largest pixel value in the area that includes the human face, and detect it with the regular reflection detection means. The authentication process is performed so as to suppress the influence of the regular reflection portion .
請求項3の発明によれば、光変調画像において画素値が所定のしきい値以上となる正反射部分を正反射検出手段によって検出し、当該正反射部分の影響を抑えるように認証手段が認証処理を行うので、眼鏡などに正反射した反射光成分が存在する場合でも認証精度の低下を抑えることができる。さらに、正反射検出手段によって検出される正反射部分の大きさが最小となる光変調画像に対して認証処理を行うか、あるいは、複数枚の光変調画像のなかから最も信号対ノイズ比が高いと思われる光変調画像を選択して認証処理を行うことにより、光変調画像の特性に応じて認証精度を向上することができる。
According to the invention of
請求項4の発明は、請求項1〜3の何れか1項の発明において、変調光照射手段は、対象空間に照射する変調光のパターンが可変であって、正反射検出手段は、同一の人物が互いに異なる変調光のパターンで撮像された複数枚の光変調画像の差分画像を求め、当該差分画像から正反射部分を抽出することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the modulated light irradiating means has a variable pattern of the modulated light irradiated to the target space, and the regular reflection detecting means is the same. It is characterized in that a difference image of a plurality of light modulation images obtained by capturing different modulated light patterns of a person is obtained, and a regular reflection portion is extracted from the difference image .
請求項4の発明によれば、正反射部分が精度よく検出できる。 According to the invention of claim 4 , the specular reflection portion can be detected with high accuracy.
本発明によれば、眼鏡などに正反射した反射光成分が存在する場合でも認証精度の低下を抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in authentication accuracy even when there is a reflected light component that is regularly reflected by glasses or the like.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図4は、本実施形態の顔認証装置Aを含む集合住宅用セキュリティシステムのシステム構成例を示している。この集合住宅用セキュリティシステムは、マンションなどの集合住宅に設置されるものであって、顔認証装置Aの他に、ロビーインターホンB、警報監視盤C、電気錠制御装置D、エレベータ制御盤E、宅配ボックス制御盤F、システム制御盤G、テンキー装置H、各住戸に設置される住宅情報盤(図示せず)などで構成されている。 FIG. 4 shows an example of the system configuration of a security system for an apartment house including the face authentication device A of the present embodiment. This apartment house security system is installed in an apartment house such as a condominium. In addition to the face authentication device A, the lobby intercom B, the alarm monitoring panel C, the electric lock control device D, the elevator control panel E, It includes a delivery box control panel F, a system control panel G, a numeric keypad device H, a housing information panel (not shown) installed in each dwelling unit, and the like.
ロビーインターホンBは、来訪者を撮像するカメラ、警報監視盤Cや住宅情報盤との間で通話するための通話装置、来訪者が訪問先の住戸の住戸番号などを入力するためのテンキーなどを備え、集合住宅の共同玄関Jの外に設置されている。来訪者がロビーインターホンBのテンキーを操作して訪問先の住戸の住戸番号を入力すると、当該住戸番号の住戸に設置されている住宅情報盤に対し、ロビーインターホンBから警報監視盤Cを経由して、呼出信号並びにロビーインターホンBのカメラで撮像された訪問者の映像が伝送される。そして、呼出信号を受け取った住宅情報盤においては、ロビーインターホンBから受け取る映像をディスプレイに表示するとともにスピーカから呼出音を鳴動させる。当該住戸の住人が住宅情報盤の応答釦を押操作すれば、住宅情報盤とロビーインターホンBとの間に通話路が形成され、来訪者と住人とがそれぞれロビーインターホンB及び住宅情報盤を用いて通話することができる。尚、この種のロビーインターホンB、警報監視盤C、住宅情報盤については従来周知であるから詳細な構成についての図示並びに説明は省略する。 The lobby intercom B is equipped with a camera for imaging visitors, a telephone device for making calls with the alarm monitoring panel C and the housing information panel, and a numeric keypad for the visitors to enter the dwelling unit number of the visited unit. It is installed outside the common entrance J of the apartment house. When a visitor operates the numeric keypad of the lobby intercom B and inputs the dwelling unit number of the visited residence unit, the lobby intercom B passes through the alarm monitoring panel C to the housing information panel installed in the dwelling unit of that dwelling unit number. Thus, a call signal and a visitor image captured by the camera of the lobby intercom B are transmitted. And in the house information board which received the calling signal, the image received from the lobby intercom B is displayed on the display and the calling sound is emitted from the speaker. When the resident of the dwelling unit presses the response button on the housing information board, a communication path is formed between the housing information board and the lobby intercom B, and the visitor and the resident use the lobby intercom B and the housing information board, respectively. You can make a call. Since this type of lobby interphone B, alarm monitoring panel C, and house information panel are well known in the art, detailed illustration and description thereof will be omitted.
電気錠制御盤Dは、共同玄関Jに設けられた電気錠(図示せず)の施錠・解錠を制御する。エレベータ制御盤Eは、集合住宅に設置されているエレベータ(図示せず)の運転を制御する。宅配ボックス制御盤Fは、集合住宅に設置されている宅配ボックスの施錠・解錠などを制御する。システム制御盤Gは、住宅情報盤から伝送される制御指令や顔認証装置Aの認証結果に応じて、電気錠制御盤Dに電気錠を解錠させたり、エレベータ制御盤Eにエレベータを運転させたり、宅配ボックス制御盤Fに宅配ボックスを解錠させるといったことを行わせるものである。すなわち、何れかの住戸の住人がテンキー装置Hを操作して当該住人に割り当てられているID番号を入力すると、顔認証装置Aでは、テンキー装置Hから受け取ったID番号に対応するテンプレートを用いて当該住人の顔認証を行い、認証できればシステム制御盤Gに認証可の情報を伝送する。そしてシステム制御盤Gは、顔認証装置Aから認証可の情報を受け取ると電気錠制御盤Dに電気錠を解錠させたり、エレベータ制御盤Eにエレベータを運転させたり、宅配ボックス制御盤Fに宅配ボックスを解錠させる。一方、顔認証装置Aによる認証が不可であった場合、システム制御盤Gでは、顔認証装置Aから認証不可の情報を受け取ると電気錠制御盤Dに電気錠を解錠させず、エレベータ制御盤Eにエレベータの運転を行わせず、且つ宅配ボックス制御盤Fに宅配ボックスを解錠させない。尚、電気錠制御装置D、エレベータ制御盤E、宅配ボックス制御盤Fは従来周知のものであるから、詳細な構成の図示並びに説明は省略する。 The electric lock control panel D controls locking / unlocking of an electric lock (not shown) provided at the common entrance J. The elevator control panel E controls the operation of an elevator (not shown) installed in the apartment house. The delivery box control panel F controls locking / unlocking of delivery boxes installed in the apartment house. The system control panel G causes the electric lock control panel D to unlock the electric lock or causes the elevator control panel E to operate the elevator according to the control command transmitted from the house information panel and the authentication result of the face authentication device A. Or let the delivery box control panel F unlock the delivery box. That is, when a resident of any dwelling unit operates the numeric keypad H and inputs an ID number assigned to the resident, the face authentication apparatus A uses a template corresponding to the ID number received from the numeric keypad H. The face authentication of the resident is performed, and if authentication is possible, authenticable information is transmitted to the system control panel G. When the system control panel G receives the authentication enable information from the face authentication device A, the system control panel G causes the electric lock control panel D to unlock the electric lock, causes the elevator control panel E to operate the elevator, or causes the delivery box control panel F to Unlock the delivery box. On the other hand, when the authentication by the face authentication device A is impossible, the system control panel G receives the information indicating that the authentication is impossible from the face authentication device A, so that the electric lock control panel D does not unlock the electric lock, and the elevator control panel E does not operate the elevator, and the delivery box control panel F does not unlock the delivery box. Since the electric lock control device D, the elevator control panel E, and the delivery box control panel F are well known in the art, detailed illustration and description thereof are omitted.
図1(a)に本実施形態の顔認証装置Aのブロック図を示す。本実施形態の顔認証装置Aは、発光部1、発光制御部2、撮像部3、演算処理部4、テンプレートマッチング処理部5、メモリ部6を備えている。発光部1は、図1(b)に示すように同一平面上で縦横に配置された複数個の発光ダイオード1aと、これら複数の発光ダイオード1aを個別、あるいは数個ずつに分けたグループ毎に点灯させる駆動回路(図示せず)とを有している。尚、発光ダイオード1aは赤外光を発光するものである。発光制御部2は、駆動回路を制御し、非常に高い周波数(例えば、10メガヘルツ)で発光ダイオード1aを駆動させることによって、人物のいる対象空間に変調光を照射させる。すなわち、本実施形態では発光部1と発光制御部2とが変調光照射手段に相当する。
FIG. 1A shows a block diagram of the face authentication apparatus A of the present embodiment. The face authentication apparatus A according to the present embodiment includes a light emitting unit 1, a light
撮像部3は、赤外光に感度を有する撮像素子(例えば、CCD<電荷結合素子>)と、発光制御部2から出力されるタイミング信号に基づき、発光部1の発光周期に同期して、発光時の画素信号と非発光時の画素信号とを個別に出力する信号処理回路とを有するとともに、撮像素子の受光面に赤外光を集光するレンズや、レンズと撮像素子の間に配置される絞りなども有している。演算処理部4は、信号処理回路から出力する発光時の画素信号と非発光時の画素信号とを各々ディジタル信号に変換した後、両者の差分を画素値とする光変調画像を生成する光変調画像生成処理と、光変調画像から特定の特徴を有した領域(人物の顔の領域)を抽出する領域抽出処理と、顔領域から人物の顔の特徴量(例えば、目、鼻、口などの顔器官形状の特徴に対応した情報)を抽出する特徴量抽出処理とを行うものであって、例えば、汎用のマイクロコンピュータに、上記光変調画像生成処理、領域抽出処理、特徴量抽出処理を行わせるプログラムを搭載して実現される。但し、光変調画像生成処理及び領域抽出処理については、特許文献1にも記載されているように既に周知技術であるから詳細な説明は省略する。
The
テンプレートマッチング処理部5は、演算処理部4の特徴量抽出処理によって抽出された特徴量と、メモリ部6に予め登録(記憶)されているテンプレートとを照合することにより、対象空間に居る人物が予め登録されている人物(本実施形態では集合住宅の住人)か否かを判断する。そして、テンプレートマッチング処理部5による処理結果、すなわち、認証結果(認証可又は認証不可)がシステム制御盤Gに伝送される。つまり、本実施形態では演算処理部4とテンプレートマッチング処理部5とで認証手段が構成されている。
The template matching processing unit 5 collates the feature amount extracted by the feature amount extraction process of the arithmetic processing unit 4 with the template registered (stored) in the
システム制御盤Gは、顔認証装置Aから受け取った認証結果が認証可であれば、電気錠制御盤Dに電気錠を解錠させるとともにエレベータ制御盤Eにエレベータを運転させ、さらに宅配ボックス制御盤Fに宅配ボックスを解錠させる。一方、顔認証装置Aから受け取った認証結果が認証不可であれば、システム制御盤Gは電気錠制御盤D、エレベータ制御盤E、宅配ボックス制御盤Fに対して何の制御も行わない。よって、予め登録されていない人物(集合住宅の住人以外の人物)が勝手に集合住宅内に侵入することを阻止できる。 If the authentication result received from the face authentication device A is authentic, the system control panel G causes the electric lock control panel D to unlock the electric lock, causes the elevator control panel E to operate the elevator, and further delivers the delivery box control panel. Let F unlock the delivery box. On the other hand, if the authentication result received from the face authentication device A cannot be authenticated, the system control panel G does not perform any control on the electric lock control panel D, the elevator control panel E, and the delivery box control panel F. Therefore, it is possible to prevent an unregistered person (a person other than the resident of the apartment house) from entering the apartment house without permission.
ところで、発光時画像と非発光時画像の差分を画素値とする光変調画像では、撮像素子における光ショットノイズの影響が相対的に大きくなる。光ショットノイズは、ポアソン分布で記述できる揺らぎを伴い、その標準偏差は光子数の平方根に比例する。故に、光ショットノイズに対する光変調画像の信号対ノイズ比(S/N比)は、光変調画像の画素値(輝度レベル)を発光時画像の画素値と非発光時画像の画素値の和の平方根で除算することによって求めることができる。 By the way, in the light modulation image in which the difference between the light emission image and the non-light emission image is a pixel value, the influence of light shot noise in the image sensor is relatively large. Optical shot noise involves fluctuations that can be described by a Poisson distribution, and its standard deviation is proportional to the square root of the number of photons. Therefore, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) of the light modulation image with respect to the light shot noise is the sum of the pixel value (luminance level) of the light modulation image and the pixel value of the image when emitting light and the pixel value of the image when not emitting light. It can be determined by dividing by the square root.
ここで、図2(a)に示すように発光時画像の画素値(画素信号の振幅レベル)Y1が大きく、非発光時画像の画素値Y2が小さいときは両者の差分である光変調画像の画素値Y3(=Y1−Y2)も相当に大きくなり、発光時画像並びに非発光時画像に含まれる光ショットノイズのノイズ成分N1,N2との差も大きくなるため、S/N比は充分に大きい値となる。しかしながら、図2(b)に示すように発光時画像の画素値Y1が小さいか、あるいは図2(c)に示すように非発光時画像の画素値Y2が大きいために両者の差が小さい場合、両者の差分である光変調画像の画素値Y3も相当に小さくなり、発光時画像並びに非発光時画像に含まれる光ショットノイズのノイズ成分N1,N2との差も小さくなるため、S/N比が相当に小さい値となってしまう。つまり、図2(d)に示すように、環境光に対して変調光が強く(光量が大きく)なるほど、S/N比が高くなることになる。しかも、S/N比が高いほど特徴量の抽出が容易且つ正確に行えるから、結果的に、環境光に対して変調光が強く(光量が大きく)なるほど、認証精度も向上することになる。 Here, as shown in FIG. 2A, when the pixel value (amplitude level of the pixel signal) Y1 of the image at the time of light emission is large and the pixel value Y2 of the image at the time of non-light emission is small, the difference between the two Since the pixel value Y3 (= Y1-Y2) also becomes considerably large and the difference between the noise components N1 and N2 of the light shot noise included in the light emitting image and the non-light emitting image becomes large, the S / N ratio is sufficiently high. Larger value. However, when the pixel value Y1 of the image at the time of light emission is small as shown in FIG. 2B, or the difference between the two is small because the pixel value Y2 of the image at the time of non-light emission is large as shown in FIG. The pixel value Y3 of the light modulation image, which is the difference between the two, is also considerably small, and the difference between the noise components N1 and N2 of the light shot noise included in the light emitting image and the non-light emitting image is also small. The ratio becomes a considerably small value. That is, as shown in FIG. 2D, the S / N ratio becomes higher as the modulated light becomes stronger (the light quantity is larger) than the ambient light. In addition, the higher the S / N ratio, the easier and more accurately the feature amount can be extracted. As a result, the stronger the modulated light (the larger the amount of light) with respect to the ambient light, the better the authentication accuracy.
一方、人物が装着している眼鏡に変調光が正反射する場合、変調光が強く(光量が大きく)なるほどに正反射成分も増大する。その結果、光変調画像においては、図3(a)に示すように人物Hが装着している眼鏡Gに正反射した反射光成分を含む部分(以下、「正反射部分」と呼ぶ。)X11,X12,X21,X22が変調光の光量に応じて大きくなって顔器官(特に目や鼻)と重なってしまい、当該顔器官の特徴量を抽出することが困難になる虞がある。 On the other hand, when the modulated light is specularly reflected on spectacles worn by a person, the specular reflection component increases as the modulated light becomes stronger (the amount of light increases). As a result, in the light modulation image, as shown in FIG. 3A, a portion including a reflected light component that is regularly reflected by the glasses G worn by the person H (hereinafter referred to as “regular reflection portion”) X11. , X12, X21, and X22 increase in accordance with the amount of modulated light and overlap with the facial organs (especially the eyes and nose), and it may be difficult to extract the feature values of the facial organs.
そこで本実施形態では、対象空間に照射する変調光のパターン(照射方向)を複数通りに切り換えるとともに、各々のパターンで生成され且つ同一人物を撮像した複数枚の光変調画像について、画素値が所定のしきい値以上となる正反射部分X11,…を検出する正反射検出処理を演算処理部4で実行する。例えば、発光部1が有する全ての発光ダイオード1aを明滅させるパターンで生成された光変調画像が図3(a)に示すようなものであり、一部の発光ダイオード1aのみを明滅させる別のパターンで生成された光変調画像が図3(b)に示すようなものであり、他の一部の発光ダイオード1aのみを明滅させる別のパターンで生成された光変調画像が図3(c)に示すようなものであったとすれば、正反射検出処理で検出される正反射部分X11,…の大きさは、図3(b)に示した光変調画像において最も小さくなる。そして、同一の人物が互いに異なる変調光のパターンで撮像された複数枚の光変調画像のうちで、正反射検出処理によって検出される正反射部分X11,…の大きさが最小となる光変調画像(図3(b)に示した光変調画像)に対して、演算処理部4が特徴量抽出処理を実行して特徴量を抽出するとともに、当該特徴量とテンプレートとを照合する照合処理をテンプレートマッチング処理部5で行えば、人物の顔の特徴量を容易且つ正確に抽出することが可能となり、その結果、眼鏡などに正反射した反射光成分が存在する場合でも認証精度の低下を抑えることができる。
Therefore, in the present embodiment, the pattern (irradiation direction) of the modulated light that irradiates the target space is switched to a plurality of ways, and pixel values are determined for a plurality of light-modulated images that are generated in each pattern and image the same person. A regular reflection detection process for detecting regular reflection portions X11,... For example, the light modulation image generated in a pattern that blinks all the
ここで、上述したように環境光が強いために光変調画像のS/N比が低下するような撮像環境においては(図2(c)参照)、変調光のパターンを複数通りに切り換えて生成された複数枚の光変調画像のうちで、人物の顔を含む領域の画素値が最も大きくなる光変調画像、すなわち、S/N比が最も高いと考えられる光変調画像に対して認証処理(特徴量抽出処理及び照合処理)を行うことにより、上述のような撮像環境下における認証精度を向上することができる。 Here, in the imaging environment in which the S / N ratio of the light modulation image is lowered due to strong ambient light as described above (see FIG. 2C), the modulation light pattern is generated by switching between a plurality of patterns. Among the plurality of light-modulated images, authentication processing is performed on the light-modulated image having the largest pixel value in the region including the human face, that is, the light-modulated image considered to have the highest S / N ratio ( By performing the feature amount extraction process and the collation process), it is possible to improve the authentication accuracy in the imaging environment as described above.
尚、正反射検出処理によって検出される正反射部分X11,…の大きさが最小となる光変調画像に対して認証処理を行うか、あるいは、人物の顔を含む領域の画素値が最も大きくなる光変調画像に対して認証処理を行うか、の何れかを演算処理部4において選択するようにしても構わない。例えば、非発光時画像の画素値の平均値が所定値を超えているときはS/N比を優先して後者の光変調画像を選択し、非発光時画像の画素値の平均値が所定値以下のときは正反射部分X11,…の影響を抑えるように前者の光変調画像を選択すればよい。 It should be noted that the authentication process is performed on the light modulation image in which the size of the regular reflection portion X11,... Detected by the regular reflection detection process is minimum, or the pixel value of the region including the person's face is the largest. Either of the authentication processing for the light modulation image may be selected by the arithmetic processing unit 4. For example, when the average pixel value of the non-light emitting image exceeds a predetermined value, the latter light modulation image is selected with priority on the S / N ratio, and the average pixel value of the non-light emitting image is predetermined. When the value is less than the value, the former light-modulated image may be selected so as to suppress the influence of the regular reflection portions X11,.
ここで、正反射部分を検出する方法として、上述した画素値をしきい値と比較する方法以外に、一部の発光ダイオード1aのみを明滅させる別のパターンで生成された光変調画像(図3(b)参照)と、他の一部の発光ダイオード1aのみを明滅させる別のパターンで生成された光変調画像(図3(c)参照)との差分画像(同一位置の画素同士の画素値の差分を画素値とする画像)を求める方法がある。すなわち、互いに異なるパターンの変調光によって撮像された2枚の光変調画像の差分画像においては、正反射部分(例えば、眼鏡の部分)の画素値が他の部分に比べて極端に大きくなるから、差分画像の画素値が所定のしきい値を超えている部分を正反射部分として抽出することができる。この方法によれば、光変調画像の画素値をしきい値と比較する方法に比較して正反射部分の検出精度を高くできる。
Here, as a method for detecting the regular reflection portion, in addition to the above-described method for comparing the pixel value with the threshold value, a light modulation image generated with another pattern that causes only some of the
また、図3(b)に示す光変調画像と、図3(c)に示す光変調画像とを合成する画像処理を演算処理部4で実行すれば、図3(d)に示すように、それぞれの光変調画像に存在する正反射部分X11,X12,X21,X22を減少(削除)することができる。そして、このように正反射部分X11,X12,X21,X22を削除した光変調画像(合成画像)に対して認証処理を実行すれば、認証精度をさらに向上することができる。尚、上述のように2つの光変調画像を合成して正反射部分X11,X12,X21,X22を削除する画像処理については、従来周知であるから詳細な説明は省略する。 Further, if the arithmetic processing unit 4 executes image processing for combining the light modulation image shown in FIG. 3B and the light modulation image shown in FIG. 3C, as shown in FIG. Regular reflection portions X11, X12, X21, and X22 existing in each light modulation image can be reduced (deleted). And if an authentication process is performed with respect to the light modulation image (composite image) which deleted the regular reflection part X11, X12, X21, X22 in this way, an authentication precision can further be improved. Note that image processing for combining the two light modulation images and deleting the regular reflection portions X11, X12, X21, and X22 as described above is well known in the art and will not be described in detail.
A 顔認証装置
1 発光部(変調光照射手段)
2 発光制御部(変調光照射手段)
3 撮像部
4 演算処理部(光変調画像生成手段、領域抽出手段、正反射検出手段、認証手段)
5 テンプレートマッチング処理部(認証手段)
A Face recognition device 1 Light emitting part (modulated light irradiation means)
2 Light emission control unit (modulated light irradiation means)
3 imaging unit 4 arithmetic processing unit (light modulation image generation unit, region extraction unit, regular reflection detection unit, authentication unit)
5 Template matching processing unit (authentication means)
Claims (4)
変調光照射手段は、対象空間に照射する変調光のパターンが可変であって、
認証手段は、同一の人物が互いに異なる変調光のパターンで撮像された複数枚の光変調画像のうちで、正反射検出手段によって検出される正反射部分の大きさが最小となる光変調画像に対して、正反射検出手段で検出される正反射部分の影響を抑えるように認証処理を行うことを特徴とする顔認証装置。 Modulated light irradiation means for irradiating the target space with modulated light, an image sensor that receives light incident from the target space, and a signal output from each pixel of the image sensor to process only the reflected light component of the modulated light A light modulation image generation unit that generates a light modulation image having a pixel value as a pixel value, a feature amount of a human face existing in the target space based on the light modulation image generated by the light modulation image generation unit, and the feature Authentication means for authenticating a person's face corresponding to the template by comparing the amount with a pre-registered template, and regular reflection for detecting a regular reflection portion where the pixel value is equal to or greater than a predetermined threshold in the light modulation image Detecting means,
The modulated light irradiating means has a variable pattern of modulated light that irradiates the target space,
The authentication means generates a light modulation image that minimizes the size of the specular reflection portion detected by the specular reflection detection means from among a plurality of light modulation images obtained by imaging the same person with different modulated light patterns. On the other hand , an authentication process is performed so as to suppress the influence of the regular reflection portion detected by the regular reflection detection means.
変調光照射手段は、対象空間に照射する変調光のパターンが可変であって、
認証手段は、同一の人物が互いに異なる変調光のパターンで撮像された複数枚の光変調画像のうちで、人物の顔を含む領域の画素値が最も大きくなる光変調画像に対して、正反射検出手段で検出される正反射部分の影響を抑えるように認証処理を行うことを特徴とする顔認証装置。 Modulated light irradiation means for irradiating the target space with modulated light, an image sensor that receives light incident from the target space, and a signal output from each pixel of the image sensor to process only the reflected light component of the modulated light A light modulation image generation unit that generates a light modulation image having a pixel value as a pixel value, a feature amount of a human face existing in the target space based on the light modulation image generated by the light modulation image generation unit, and the feature Authentication means for authenticating a person's face corresponding to the template by comparing the amount with a pre-registered template, and regular reflection for detecting a regular reflection portion where the pixel value is equal to or greater than a predetermined threshold in the light modulation image Detecting means,
The modulated light irradiating means has a variable pattern of modulated light that irradiates the target space,
The authentication means performs regular reflection on the light modulation image in which the pixel value of the region including the face of the person is the largest among the plurality of light modulation images obtained by imaging the same person with different modulation light patterns. face authentication apparatus you and performs an authentication process so as to suppress the influence of the specular reflection portion to be detected by the detection means.
変調光照射手段は、対象空間に照射する変調光のパターンが可変であって、
認証手段は、同一の人物が互いに異なる変調光のパターンで撮像された複数枚の光変調画像のうちで、撮像素子から出力される変調光の反射光成分を含まない画像の画素値の平均値が所定値以下のときは、正反射検出手段によって検出される正反射部分の大きさが最小となる光変調画像を選択して、正反射検出手段で検出される正反射部分の影響を抑えるように認証処理を行い、前記変調光の反射光成分を含まない画像の画素値の平均値が所定値を超えているときは、人物の顔を含む領域の画素値が最も大きくなる光変調画像を選択して、正反射検出手段で検出される正反射部分の影響を抑えるように認証処理を行うことを特徴とする顔認証装置。 Modulated light irradiation means for irradiating the target space with modulated light, an image sensor that receives light incident from the target space, and a signal output from each pixel of the image sensor to process only the reflected light component of the modulated light A light modulation image generation unit that generates a light modulation image having a pixel value as a pixel value, a feature amount of a human face existing in the target space based on the light modulation image generated by the light modulation image generation unit, and the feature Authentication means for authenticating a person's face corresponding to the template by comparing the amount with a pre-registered template, and regular reflection for detecting a regular reflection portion where the pixel value is equal to or greater than a predetermined threshold in the light modulation image Detecting means,
The modulated light irradiating means has a variable pattern of modulated light that irradiates the target space,
The authentication unit is an average value of pixel values of images that do not include the reflected light component of the modulated light output from the imaging element among a plurality of light-modulated images obtained by imaging the same person with different modulated light patterns. Is less than or equal to a predetermined value, a light modulation image that minimizes the size of the regular reflection portion detected by the regular reflection detection unit is selected to suppress the influence of the regular reflection portion detected by the regular reflection detection unit. When the average value of the pixel values of the image that does not include the reflected light component of the modulated light exceeds a predetermined value, the light modulated image in which the pixel value of the region including the person's face is the largest is obtained. select, face authentication apparatus and performing impact authentication process so as to suppress the specular reflection portion to be detected by the regular reflection detection means.
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