JP4430866B2 - 近赤外線偽装検出 - Google Patents

Description

【０００１】
関連出願の参照
本出願は、１９９９年９月３日に出願された米国特許出願第０９／３８９，９２５号の一部継続出願であり、２０００年６月８日に出願された米国仮出願第６０／２１０，２８０号の特典を主張する。そのような文献を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
発明の背景
本発明は、検出システムおよび方法に関する。より具体的には、本発明は、偽装人物などを検出するために、近赤外線スペクトルを使用する検出システムおよび方法に関する。
【０００３】
ある状況では、偽装検出は、非常に重要である。例えば、偽装したテロリストが、施設を見張っているかを知る必要がある大使館の境界の監視など、最高度のセキュリティの応用分野などでは、偽装検出が必要である。今後のセキュリティ・システムとして、ある距離で人物を早期に検出し、かつ識別するための洗練されたなシステムを開発し、実装することが必要である。
【０００４】
高度なテロリストは、識別されることを回避するために、自然（暗さ、天気、背景への溶込みなど）および人工（厚化粧、人工的な顔の部分、付け毛など）の策略と、偽装技術とを使用する。現在、ある個人が、顔の偽装をしているかを決定することができるシステムは、存在していない。したがって、特定の人間の顔を識別する能力を有する顔識別プロセスおよびシステムは、創始することさえできず、または、そのようなプロセスが創始された場合でも、プロセスは、その個人が使用している可能性のある偽装を認識しない。したがって、顔識別プロセスは、容易に無効になる。したがって、外辺部で偽装した人物を単に検出することは、治安部隊にとって、非常に価値のあるものである。
【０００５】
１９８２年５月バージニア州のＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ、Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｍａｇｅｓ ｉｎ Ｌａｗ Ｅｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ＩＩ、Ａ．Ｓ．Ｈｅｃｈｔ、Ｅｄ．、Ａｒｌｉｎｇｔｏｎ、２７〜３１ぺージ、Ｆ．Ｊ．Ｐｒｏｋｏｓｋｉによる「赤外イメージを使用する偽装検出および識別（Ｄｉｓｇｕｉｓｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｅｒｙ）」という名称の一文献には、偽装検出のためと既知の人物の能動的識別とに熱赤外線スペクトルの顔サーモグラムを使用する偽装検出システムが記載されている。しかし、熱赤外線放射は、例えば車内の偽装を検出することを見込むようには、ガラスを効果的に透過しない。
【０００６】
スペクトルの他の部分も、偽装検出に使用するには、無効である。例えば、可視スペクトルを人物の撮像と検出に使用した場合でも、そのような可視スペクトル・システムまたは方法は、偽装検出には有効でない。偽装は、可視帯域では検出することができないが、その理由は、そもそも、そのような偽装は、人間の眼、および同じ波長で動作する他のセンサをだますことを意図しているからである。すなわち、可視スペクトルでは、人物を偽装させる人工材料は、検出可能ではない。
【０００７】
さらに、例えば、電磁スペクトルのより短い部分は、ガンマ線、Ｘ線、および紫外線領域の放射からなる。そのような波長の放射は、有害である。したがって、医療への応用など、通常制御された方式で有用であるそのような放射は、一般に、偽装検出に使用することはできない。
【０００８】
電磁スペクトルの遠端には、マイクロ波と電波放射が存在する。スペクトルのこの領域は、最近、撮像のために利用されてきた。センサは、能動モードまたは受動モードで動作する。そのようなより長い波長の主な利点は、雲、霧、および雨を通過することができ、天候に依存しない撮像結果を生成することである。しかし、そのような波長に対する技術は、新しく、非常に高価である。また、この領域の放射の検出に使用可能なセンサは、極めて大きく、分解能が、非常に低い。
【０００９】
例えば、道路の建設計画に使用することができる、占有率の高い車線の統計を収集するためなど、車両の乗員を検出する分野の他者による関係した努力には、近赤外線カメラ（すなわち、０．５５から０．９０ミクロンの領域）と、同じ領域の波長の近赤外線照明源との使用を必要としていた。近赤外線感知を使用する１つの理由は、夜間に非散逸性の照明を使用することができるからである。夜間の照明は、画像の質を向上させる。しかし、この波長範囲選択は、可視スペクトルに近いために適切ではない。実験では、人間の眼は、近赤外線波長のこの範囲に対し、ある程度感度を有していることが示されたが、それは小さい。この手法の他の理由は、車両のガラスからのグレアなど、日中の太陽光によって生じる問題を回避することであった。それにも関わらず、特にスペクトルのこの領域では（すなわち、０．５５から０．９ミクロン）、太陽光は、依然として相当なものであり、関連するグレアは、偏光フィルタを使用することを通してのみ、低減することができる。
【００１０】
さらに、より一般的に、上述したような可視スペクトル・カメラの使用を通常採用する撮像を含む関係技術のプロジェクトは、偽装検出には無効である。可視スペクトルの１つの重要な特徴は、関連する撮像センサが、非常に高性能であり、同時に非常に経済的なことである。可視スペクトル・カメラは、速さの点で、特に有利であり、これは、例えば、車両が２９ｍ／ｓ（６５ｍｐｈ）の速度で移動している車両の乗員を検出する場合に、重要な考察事項である。これらのカメラは、非常に高い解像度をも有し、結果的に、様々な条件下で、非常に鮮明な画像をもたらす。しかし、残念ながら、偽装した人物を検出しないことに加えて、可視スペクトルの手法には、他に深刻な問題が存在する。例えば、いくつかの車両は、太陽光からのグレアを低減するために、非常に濃く色付けされたウィンドウ・ガラスを有する。このガラスは、可視スペクトル・カメラには、ほぼ不透明である。また、可視スペクトル・カメラは、夜間の動作能力を有していない。
【００１１】
可視スペクトルまたは至近赤外線による車両乗員の検出は、ほとんどの条件下で、あまり成功していない。車両のウィンドウを通してなど、太陽光によって生じるグレアと他の問題は、車両乗員を効果的に検出することを妨害した。また、天気などの環境の条件も、検出をあいまいにする。検出されている人物の特徴と、意図的または偶発的な照明の入射角度および強度とに応じて、人物は、より暗い顔、またはより明るい顔を有するように見える。
【００１２】
発明の概要
本発明の様々な実施形態は、検出システムおよび方法、具板的には偽装検出システムおよび方法に関して存在する１つまたは複数の問題に対し、解決法を提供する。そのような実施形態は、以下の利点の１つまたは複数を提供することが可能である。例えば、ウィンドウ・ガラスを通して、車内の偽装した顔を検出することが可能である。さらに、本発明は、優れた偽装検出結果を送達することができる簡単な閾値化システムを提供する。その他に、偽装のために使用された特有の材料が存在することを識別することが可能である。
【００１３】
本発明は、近赤外線スペクトルの上方帯域における自然な人間の皮膚および／または自然な人間の毛に固有で普遍的な特性を利用する。本発明による方法のいくつかの実施形態には、以下の１つまたは複数が含まれる：近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部（例えば、近赤外線スペクトルの上方帯域における１．４μｍ以上の領域内の少なくとも一部）における人体の頭部の少なくとも１つの部分から反射を検出する；検出された反射に基づいて、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在を決定する；人体の頭部の少なくとも皮膚の部分から反射を検出する；人体の頭部の少なくとも毛の部分から反射を検出する；検出された反射の表現をユーザに表示することによって、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在を決定する；検出された反射を表すデータを生成し、かつ、データを少なくとも１つの閾値基準反射レベルと比較することによって、頭部に関連付けられた人工材料の存在を決定する；頭部に関連付けられた１つまたは複数の人工材料を識別する；閾値基準反射レベルは、人体の自然な皮膚の反射レベル、人体の自然な毛の反射レベル、または１つまたは複数の人工材料の反射レベルに基づく；人体の頭部を照明するために、検出された近赤外線スペクトルの上方帯域に整合した照明源を使用する；人体の頭部に対し、望ましい照明レベルを維持するために、検出された照明レベルに基づいて、照明源を制御する。
【００１４】
偽装人物検出システムのいくつかの実施形態には、以下の特徴の１つまたは複数が含まれる：近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部で、人体の頭部の少なくとも１つの部分から反射を検出するように動作可能な検出器装置；検出された反射に基づいて、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在に関する情報をユーザに提供するように動作可能な表示装置（例えば、表示装置は、検出された反射の表現を提供するように動作可能なディスプレイを備え、および／または表示装置は、検出された反射を表す情報を、１つまたは複数の人工材料、人体の自然な皮膚、人体の自然な毛などの反射レベルに基づくことが可能である１つまたは複数の閾値基準反射レベルと比較するように動作可能な回路を備えることが可能である）；近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部に整合され、かつ人体の頭部の少なくとも１つの部分を照明するように配置された照明源；望ましい照明レベルを維持することができるように、検出された照明レベルに基づいて、照明源を制御するように動作可能な回路に情報を提供するように、頭部に近接した照明レベルを検出するように動作可能である検出器。
【００１５】
さらに、本発明の他の実施形態では、検出方法は、近赤外線スペクトルの少なくとも１つの帯域の少なくとも一部で、シーンから反射を検出し、その後、シーンにおける人体の頭部の存在を決定することを含むことが可能である。したがって、上述した偽装検出方法および／またはシステムの特徴は、検出された頭部に関連付けられた人工材料の存在を決定するために使用することが可能である。
【００１６】
本発明の上記の概要は、本発明の各実施形態または各実施を記述することを意図していない。利点、ならびに本発明のより完全な理解は、添付の図面に関連して取り入れた以下の詳細な記述と請求項とを参照することによって、明らかになり、理解されるであろう。
【００１７】
実施形態の詳細な説明
図１は、人物を検出するための近赤外線融合システム１０の基本的なレイアウトを示す。これは、二重帯域撮像システムである。２つの相互重ね合わせされたカメラ１１および１２が、人間の顔１３などの像を感知する。カメラ１１は、０．８から１．４ミクロンのスペクトル感度を有する。カメラ１２は、１．４から２２ミクロンのスペクトル感度を有する。わずかにより短い領域またはより長い領域も、許容可能な検出結果をもたらすことができる。スペクトル感度の２つの帯域間における１．４ミクロンの閾値点は、二重帯域システム１０にとって好ましい分界点であるが、他の値も適切である可能性がある。カメラの感度帯域の領域のそれぞれは、システム１０の人物検出能力を損なわずに、１．４ミクロンの波長をいくらか超えることができる。
【００１８】
カメラ１１および１２からの撮像システムの質は、曇った日中や、夜間でさえ、依然として高いが、その理由は、カメラ１１および１２が走査しているシーンを、眼に安全な近赤外線照明装置１４で照明することができるからである。眼は、近赤外線スペクトルに対し感度がないので、システム１０は、検出モードにあるかないかに関わらず、常時ステルスにすることができる。理想的には、下方帯域領域（０．８から１．４ミクロン）のカメラは、イメージ増倍管であるべきである。したがって、照明装置のスペクトル放出仕様は、上方帯域領域（１．４から２．２ミクロン）とのみ整合する必要がある。上方帯域領域は、可視スペクトルから非常に遠く、これらの波長の照明は、ハイウエイの応用に対しても安全である。近赤外線カメラ１１および１２は、かすんだ状況などの悪天の状況でさえ、鮮明な撮像信号を提供する。検出および照明のこれらの特定の赤外線帯域は、ウィンドシールド、サイド・ウィンドウ、霧、および暗闇を通る十分な光の透過に備える。これにより、夜間および悪天の際に、車中の人物を適切に検出することが可能になる。
【００１９】
カメラ１１および１２の画像出力１５および１６は、それぞれ、２つのカメラの画像の強度の加重減算を実施することによって出力を融合する、加重差分ソフトウエア・プロセス１７または特有のハードウエアに進む。この加重差ソフトウエアまたはハードウエアは、ヒューザと呼ぶことも可能である。そのようなカメラ出力の融合は、結果的な融合画像の顔１３および他の露光された人間の皮膚のシルエットを増強する。また、カメラによって網羅されているシーンの背景を削除することを特徴とする。融合画像における人物と背景のこの増強された対照性により、ソフトウエア・プロセス１８または特有のハードウエアによる閾値化による、本質的に完全な画像分割が可能になる。この閾値化ソフトウエアまたはハードウエアは、スレショルダと呼ぶことが可能である。スレショルダ１８の出力は、ディスプレイ１９、プリンタ、または後プロセスあるいは特有のハードウエアに進むことが可能である。
【００２０】
最終的な処理画像は、図１に示したように、２進ブラブ１３’として、顔１３など、露光された皮膚の部分を示す。感知された顔１３の背景２０は、ディスプレイ１９では、空白の背景２０’によって示したように、削除される。このクリーンカットな２進画像により、顔１３’の画像によって示された人物を識別するパターン認識アルゴリズムの確実で迅速な動作が保証される。
【００２１】
図２Ａは、カメラ１１と１２の相互重ね合わせを示す。空間および時間の位置合わせが、２つのカメラの間に存在する。カメラは、同じ造りおよび同じモデルとすることができる。カメラの間に必要な相違は、光帯域幅フィルタ４８および４９であり、これらは、それぞれ、カメラ１１の感知アレイ４６とカメラ・レンズ５８の間、およびカメラ１２の感知アレイ４７とカメラ・レンズ５９の間に配置される。フィルタ４８は、カメラ１１において、アレイ４６の０．８から１．４ミクロンのスペクトル感度を決定し、フィルタ４９は、カメラ１２において、アレイ４７の１．４から２．２ミクロンのスペクトル感度を決定する。偏光子を、カメラ１１のレンズ５８の前面、およびカメラ１２のレンズ５９の前面に挿入することが可能である。または、代わりに、偏光子を、カメラ１１のレンズ５８とアレイ４６の間、およびカメラ１２のレンズ５９とアレイ４７の間に挿入することが可能である。カメラの感知アレイ４６および４７は、例えば、ガリウム砒素基板の５１２かける５１２画素など、同じサイズである。通常、視野は、各アレイに対して同じである。例えば、３つの画素５１、５２、および５３が、空間相互重ね合わせのために選択される。３つの画素のそれぞれは、カメラ１１および１２が見る画像２０の対応する部分５１’、５２’、および５３’の上に、それぞれ集束する。これは、アレイが、スペクトル感度が異なる場合でも、画素ごとに、同じ画像を有することを意味する。すなわち、画素の行と列は、画素ごとに、物理的な世界シーンと重ね合わせされる。空間的に相互重ね合わせされた後は、カメラ１１および１２は、物理的な世界に対して、静止して維持される。
【００２２】
カメラの時間相互重ね合わせは、カメラが、信号の観点から、互いに同期していることを意味する。２つの対応する画素のそれぞれに対する信号は、同時に、フレーム・バッファに進む。各画素に対する光の保持は、マイクロ秒の領域にある。通常のフレーム時間は、約３３ミリ秒であり、これは、１秒あたり３０フレームである。画素データの転送は、線ごとに平行して、または画素ごとに連続して、あるいは他のあらゆる情報転送スタイルとすることが可能である。カメラ１１および１２が、時間相互重ね合わせを開始および維持する同期信号が存在する。
【００２３】
画像出力または画素信号１５および１６は、画素のそれぞれにある加重を提供し、かつカメラ１１および１２からの対応する画素の対を、それぞれ、信号画素に融合するソフトウエア・プロセスまたは特有のハードウエア１７に進む。加重差分は、画素ごとに実施される。各結果は、２つの加重差分した画素の融合画素である。そのような融合の加重差分の式は、次のようになる。
【００２４】
Ｐ（ｉ，ｊ）_fused＝Ｐ（ｉ，ｊ）_{lower band}−Ｃ^*Ｐ（ｉ，ｊ）_{upper band}
上式で、Ｐは、スペクトル・パワーである。それぞれの画像における各画素の位置または場所は、行（すなわち「ｉ」）および列（すなわち「ｊ」）によって識別される。カメラ１１および１２の画像の画素の行および列は、互いに一致する。下方帯域画素は、カメラ１１からのものであり、上方帯域画素は、カメラ１２からのものである。ｉ，ｊにおける各画素のスペクトル・パワー「Ｐ」は、例えば、８ビットの分解能に対し、０から２５５の輝度の数値尺度によって識別される。「０」は、完全な空白または暗い（すなわち、スペクトル・パワーなし）であり、「２５５」は、完全な白または明るい（すなわち、フル・スペクトル・パワー）である。０と２５５の間の数値表示は、当然、グレー、輝度、またはスペクトル・パワーの様々な諧調を表す。式の「Ｃ」は、定数（すなわち、加重ファクタ）であり、これは、背景またはシーン２０と被写体または顔１３の照明により決定される。日中の照明条件に対する「Ｃ」は、最適な結果では約３である。夜間の「Ｃ」は、人工的な照明装置１４のスペクトル分布と特性に依存する。
【００２５】
下方帯域（画像４６）の通常画素の輝度またはスペクトル・パワーは、５５である可能性があり、上方帯域（画像４７）の対応する通常画素の輝度またはスペクトル・パワーは、１０である可能性がある。これらの上方帯域および下方帯域の画素の値は、対応する帯域における皮膚を表す。日中の行ｉおよび列ｊの位置における、日中の視認での結果的な通常融合画素のスペクトル・パワーは、以下の計算で決定される。
【００２６】
Ｐ（ｉ，ｊ）_fused＝５５−３^*１０
Ｐ（ｉ，ｊ）_fused＝５５−３０＝２５
融合画素信号は、融合画素の閾値化により画像を分割するために、ソフトウエア・プロセスまたは特有のハードウエア１７から、ソフトウエア・プロセスまたは特有のハードウエア１８に進む。プロセスまたは特有のハードウエア１８は、ある閾値（Ｔ）より下の各融合画素に、０の値（Ｖ₁）が割り当てられ、ある閾値より上の各融合画素に、２５５の値（Ｖ₂）が割り当てられるという点で、コンパレータのような回路と同様である。
【００２７】
図３は、融合画素の画像フレームのヒストグラムを示す。各スペクトル・パワー値に対する画素の数は、所与の感知画像の曲線５４と５５によって示される。曲線５４の画素は、背景２０を表し、曲線５５の画素は、人間の皮膚１３を表す。曲線５４と５５は、閾値化に適切な値と見なされる５６において交差する。曲線５４と５５が交差しない場合、閾値５６は、曲線５４と５５の中心に位置する。閾値は、フレームごとに変化するという点で動的であり、それぞれのフレームのヒストグラムに従って、各画像フレームに対して決定される。閾値化のスペクトル値が２０である場合、２０より下の値を有する融合画素は、０の値にあり、２０より上の値を有する融合画素は、２５５の値にある。ディスプレイ１９の結果的な画像は、背景２０’に対し、白い画素を有し、顔１３’に対し、黒い画素を有する。この画像は、背景２０’が黒い画素を有し、顔１３’が白い画素を有するように、プロセスまたは特有のハードウエア１８によって反転することが可能である。
【００２８】
図２Ｂは、カメラ１１および１２の相互重ね合わせに対する代替実施形態を示す。図示したように、ビームスプリッタおよび／またはフィルタ装置などの光学装置５７を使用して、カメラの相互重ね合わせを提供する。セットアップは、図２Ａに示したものと本質的に同じであるが、フィルタ４７、４８が、カメラ１１および１２を備えていない点が異なる。代わりに、ろ過は、光学装置５７によって提供される。
【００２９】
図２Ｂに示したように、光は、光５１〜５３の点によって表したように、環境からビームスプリッタ／フィルタ光学装置５７を通って、２つの近赤外線カメラ１１および１２に入る。ビームスプリッタ／フィルタ光学装置５７は、特定の角度で最適に実施されるコーティングを有する光学装置である。ビームスプリッタ／フィルタ光学装置５７は、１．４ミクロンより下の波長（すなわち下方帯域）を有する光を、カメラ１１に向け、１．４ミクロンより上の波長を有する光（すなわち上方帯域）を、他のカメラ１２に向ける。カメラ１１、１２は、ビデオの情報を処理するために、コンピュータに接続されることが好ましい。しかし、他の電子装置または人間のオペレータを、コンピュータ装置の代替として、またはコンピュータ装置の他に、使用することが可能である。下方帯域および上方帯域は、ビームスプリッタ／フィルタ光学装置５７の感度、またはカメラ１１、１２の感度によって、制限される。下方帯域は、０．８ミクロンから１．４ミクロン、上方帯域は、１．４ミクロンから２．４ミクロンであることが好ましい。しかし、他のいくらか異なる領域も、同様に機能する可能性がある。
【００３０】
ビームスプリッタ／フィルタ光学装置５７は、時間の各点において、システムのハードウエア・レベルにおける上方帯域および下方帯域の２つの相互重ね合わせされたフレームを提供する。したがって、図２Ｂに関して上述した実施形態の場合と同様に、時間を浪費せず、かつ一般に複雑な、時間重ね合わせを実施するソフトウエアが必要である。
【００３１】
さらに、常時シーンの最適な照明レベルを維持するために、コンピュータによって制御された近赤外線照明源をシステムに追加することが可能である。例えば、光度計を使用して、シーンの照明を感知し、照明源をコンピュータ調節する要求を開始させる信号を提供することが可能である。
【００３２】
ここで留意することができるように、本発明の主な応用は、車中の人物検出である。しかし、人物検出は、セキュリティ・ポイント、警告エリアなどにおいて使用することができる。システム１０の改良版は、実際に人物を識別するために、使用することが可能である。
【００３３】
カメラ１１および１２が機能するスペクトルは、ＥＭスペクトルを示す図４の反射された赤外線部分２１の範囲内にある。可視スペクトル２２は、従来のカメラのスペクトル感度である。残念ながら、可視光カメラは、悪天、夜間、および直射日光など、劣悪な環境条件中に増大する雑音レベルを有する。夜間の視程など、いくつかの問題は、カメラの可視スペクトルに整合した人工的な光で克服することが可能であるが、これは、車両乗員の検出では、運転車にとって、深刻な注意散漫となる。他の欠点は、注目している被写体である人間の顔１３が、可視領域内では、一貫した質を有さないことである。車両乗員の顔は、乗員の生理的な特徴と、照明の強度および入射角度とに応じて、暗くまたは明るく見える。
【００３４】
熱赤外線帯域２３（３．０から５．０および８．０から１４ミクロン）は、材料の熱特性に関連する。人間の身体は、摂氏３７度の温度にある。これは、人間の顔が、様々な顔の色にも関わらず、可視撮像とは対照的に、熱赤外線撮像では、一貫した淡色を有することを意味する。
【００３５】
身体の熱特性は、そっくりなダミーからの明確な微分器を提供する。熱赤外線センサは、外部照明装置なしで、夜間に機能することができる。乗員検出に熱赤外線帯域２３を使用する１つの欠点は、車両のウィンドシールド・ガラスが、２．８ミクロン以上で、赤外光の透過を非常に減衰させることである。
【００３６】
図５は、きれいなウィンドシールド（曲線２４）と汚いウィンドシールド（曲線２５）に対する、０．４と２．８ミクロンの間における赤外光の透過特性を示す。２．８ミクロンの熱赤外線帯域２３を超えると、ウィンドシールド・ガラスの放射透過特性は、ほぼゼロである。車両の淡色サイド・ウィンドウの透過率は、図６の曲線２６によって示したように、０．３から最高で２．８ミクロンまで、良好である（５０から８５％）。２．８と４．３ミクロンの間では、放射特性は、サイド車両ウィンドウに対して、約２０パーセントである。４．３ミクロンを超えると、透過率は、ほぼゼロまで降下する。しかし、サイド・ウィンドウのスペクトル挙動により、ある熱放射の透過が可能になる。
【００３７】
図７の曲線２７と２８は、それぞれ、明るいおよび暗い顔色の白人男性に対する赤外光の反射率の割合を示す。反射率は、０．６と１．４ミクロンの間で良好である。１．４ミクロンを超えると、反射率は、著しく減少する。しかし、明るい顔色と暗い顔色の反射率の差は、最小限である。
【００３８】
図８では、曲線２９と３０は、それぞれ、アジア人男性の明るい顔色と暗い顔色の皮膚の反射率を示す。図９の曲線３１と３２は、黒人男性の明るい顔色と暗い顔色の皮膚の反射率を示す。明るい顔色の反射率は、暗い顔色の反射率より高いが、図７〜９の曲線２７、２８、２９、３０、３１、および３２は、それぞれ、同様の形状を有し、それらはすべて、約１．４ミクロンで降下する。これらの反射率は、０．６と１．４ミクロンの間で、白人、アジア人、および黒人の男性のすべての顔色に対し、ある程度の変動を示す。
【００３９】
図１０の曲線３３と３４は、それぞれ、明るい皮膚と暗い皮膚のより極端な相違に対する反射率を示す。明るい皮膚と暗い皮膚の反射率は、１．４ミクロンまで著しい。１．４ミクロンを超えると、明るい皮膚と暗い皮膚に対する反射率曲線３３と３４は、それぞれ、ほぼ一定になり、結果的な反射率は、２０パーセントより下に降下する。したがって、１．４ミクロン以上の近赤外線帯域では、あらゆる種類の皮膚の陰影について検出された人間の反射率は、１．４ミクロンより長い波長では、ほぼ同じである。
【００４０】
図１１では、曲線３５、３６、および３７は、それぞれ、０．６と１．４ミクロンの間だけではなく、１．４ミクロンを超えても著しい、綿、木材、およびポリアミドの反射率を示す。１．４ミクロンの閾値点を超えた後の反射率の些少な降下は、人間の顔と、背景であり、かつ１．４から２．２ミクロンの領域で、人間の顔を容易に検出することに供える、車両の座席カバー、ダッシュボード、および布地など、無生物の物体との間の反射率の大きな対照性を示す基礎である。
【００４１】
その結果、１．４と２．２ミクロンの間の領域で動作するカメラからの、白人男性の画像の反射率と、ダミーの頭部の画像の反射率には、大きな対照性が存在する。ダミーの画像は、反射的であり、かなり明るく見えるが、男性の人物の画像は、暗く、したがって、結果的な２つの画像の対照性は、かなり明確である。この人物検出方式は、可視光撮像方式は、同じ色の白人の頭部とダミーの頭部の対照性をほとんどまたは全く明らかにしないので、可視光撮像方式よりはるかに優れている。要するに、１．４から２．２ミクロンの領域の画像では、人間の頭部の画像をダミーの頭部の画像から識別することは容易であるが、０．８から１．４ミクロンの領域の画像では、互いからそれぞれの頭部の画像を区別するのは容易でない。
【００４２】
１．４から２．２ミクロンのスペクトル領域に対し、人間の皮膚反射率がより低いことは、図１２の曲線３８によって示した蒸留水のスペクトル反射率によって説明される。約１．４ミクロンにおいて、反射率は、著しく降下する。１．４ミクロンを超えると、水は、かなりの量の赤外線放射を吸収し、画像には、暗い体として出現する。人間の身体の組成は、本来７０パーセントの水からなるので、スペクトル応答は、水のスペクトル応答と同様である。したがって、１．４から２．２ミクロンの領域で動作するカメラ１２は、この固有の人体の微分器を捕らえる。カメラ１２の動作領域で、顔１３の感知画像の質を向上させるために、夜間、整合近赤外線照明源１４を安全に使用することができる。この光は、車両の運転車など人間に見えないだけでなく、照明装置１４の波長は、安全な閾値である１．４ミクロンより長いので、人間の眼には無害である。
【００４３】
また、システム１０のカメラ１１および１２は、中間赤外線帯域より下の帯域で動作するので、ガラスの通過は問題でなく、カメラ１１および１２は、車両の前面ウィンドシールドを通して、容易に検出することができる。したがって、カメラ１１および１２に対する速度要件は、より制約的でない。実際のハイウエイの場所では、ズーム・レンズが使用される。
【００４４】
図１３は、人物検出器の速度特性を決定するための近赤外線システム４０のレイアウトを示す。車両４１は、ベクトル４２によって示したように、速度ｖでハイウエイを走行しており、線４３によって示したように、距離ｄにおいて、および線４４によって示したように、高度ｈから、近赤外線カメラ１１または１２で前面の様子を観測していると想定することが可能である。カメラ１１および１２の一方のみが、この評価に必要であるが、それは、それらのいずれか１つとすることが可能である。カメラ１１、１２は、望遠レンズ、１．４からｘミクロン（ｘ＞１．４ミクロン）の領域の帯域通過フィルタ、および日中の太陽光からのグレア降下を低減する偏光フィルタを備えたＳｅｎｓｏｒｓ Ｕｎｌｉｍｉｔｅｄ Ｉｎｃ．のＳＵ３２０とすることが可能である。
【００４５】
日中、システム４０は、太陽の照明を使用する。目的は、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）比とカメラの速度が、不利な条件下でも、許容可能なレベルに維持されるように、カメラ１１、１２に適切な幾何学的構成が存在するかを決定することである。許容可能な（Ｓ／Ｎ）比は、３５より上と考えられる。速度の質は、画像のスミアリングが、１つの画素の幅を超えないとき、許容可能であると見なされる。
【００４６】
放射計算の第１ステップは、車両４１の乗員など、注目している被写体を照射する放射量を決定することである。考慮したスペクトル帯域は、１．４ミクロンの閾値点を超える。実際の実験に使用されたカメラＳＵ−３２０の量子効率による制約のために、スペクトル帯域は、１．４から１．７ミクロンの領域に制限される。わずかに修正したものが、１．４から２．２ミクロンの拡大領域に対して、有効である。海面における晴天日の太陽（照明源）のスペクトル放射照度は、１．４から１．７ミクロンの帯域領域において、約Ｉ_sunny＝０．００８ワット／ｃｍ²である。しかし、この計算では、曇った日の最悪の場合のシナリオを考慮する。曇った日では、放射照度の値は、１０^-3分の１になり、したがって、車両４１では、ほぼ次式の放射照度が与えられる。
【００４７】
Ｉ_overcast＝１０^-3*Ｉ_sunny
＝１０^-3*０．００８
＝８μワット／ｃｍ²
車両４１のウィンドシールド４５のこのスペクトル領域における透過率は、約０．４であり、したがって、車両の乗員に対する放射照度は、以下のようになる。
【００４８】
Ｉ_occupant＝０．４^*Ｉ_overcast
＝０．４・８
＝３．２μワット／ｃｍ²
放射計算の第２ステップは、注目している被写体に対する入射放射が、どれだけセンサ（すなわち近赤外線カメラ１１、１２）に後方反射されたかを決定することである。０．４の再放射を想定した半球内への放射輝度は、以下のようになる。
【００４９】
Ｒ_occupant＝０．４^*Ｉ_ocuupant／π
＝０．４^*３．２／π
＝０．４μワット／ｃｍ²−ステラジアン
これは、乗員照射の反射された一部を表す。乗員の身体は、残りを吸収する。反射された放射は、カメラ１１、１２の近赤外線センサ・アレイに到達するために、ウィンドシールド４５とカメラ１１、１２のレンズを通過しなければならない。０．４のウィンドシールドの透過率と、０．８の透過率を有するｆ／２のカメラ・レンズ（すなわち、１４．３２°の円錐角）と、０．４の透過率を有する偏光子と、０．６の透過率を有する帯域通過フィルタとを想定する。したがって、カメラ１１、１２のセンサ・アレイにおける放射照度は、以下のようになる。
【００５０】
Ｉ_camera＝０．４^*０．８^*０．４^*０．６^*π^*Ｒ_occupant ^*ｓｉｎ²（１４．３２°）
＝０．４^*０．８^*０．４^*０．６^*π^*０．４^*ｓｉｎ²（１４．３２°）
＝０．００６μワット／ｃｍ²
カメラ１１、１２は、３７．５^*１０^-4の側面または領域を備える方形画素を有する。
【００５１】
Ａ＝３７．５^*１０^-4*３７．５^*１０^-4
＝１．４０^*１０^-5ｃｍ²
したがって、カメラ１１、１２の画素に対する放射パワーは、以下のようになる。
【００５２】
Ｐ_pixel＝Ａ^*Ｉ_camera
＝１．４^*１０^-5*０．００６
＝０．０８４^*１０^-12ワット
カメラの検出感度Ｄ・は、Ｄ・＝１０¹²ｃｍ√Ｈｚ／ワットである。雑音等価パワー（ＮＥＰ）は、下式によって、検出感度Ｄ^*、画素領域Ａ、および電子帯域幅Δｆに関係付けられる。
【００５３】
ＮＥＰ＝（Ａ／Δｆ）^1/2／Ｄ^*
帯域幅Δｆは、カメラ１１、１２の露光時間によって決定される。露光時間は、画像のスメアーが、１画素未満であるように、車両４１の速度４２、カメラの有効距離４０、およびカメラ１１、１２の視野に依存する。車両４１が、２９ｍ／ｓ（６５ｍｐｈ）の速度で、カメラ１１、１２から４０メートルの距離ｄ４３において、１．６ｍの視野で、走行していると想定すると、カメラ１１、１２の３２０×２４０の画素アレイは、１ｍｓの最大露光時間またはΔｆ＝１ｋＨｚの帯域幅を与える。ＮＥＰの式のＡ、Δｆ、およびＤ^*に値を代入すると、次式を得る。
【００５４】
ＮＥＰ＝１．１８^*１０^-13ワット
したがって、信号対雑音比Ｓ／Ｎは、次のようになる。
Ｓ／Ｎ＝（Ｐ_pixel／ＮＥＰ）＝０．７
結論として、最悪の場合のシナリオ（曇りの日、汚いウィンドシールド、暗い乗員の皮膚）を想定すると、ｆ／２のレンズ、１．４から１．７μｍのフィルタ、および偏光子を備えたカメラ１１、１２は、接近してくる車４１からｄ＝４０ｍの距離４３で、指定された距離４３においてｈ＝７ｍの高さ４４に配置された場合、１ｍｓの必要な露光時間が、カメラの速度能力の範囲内にあるので、１つの画素未満の許容可能なスミアを達成すると決定される。信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）は、０．７である。曇りの日のＳ／Ｎ比をより高い値にブーストするために、照明源１４を使用する必要がある。照明源１４も、夜間、有用である。可視スペクトルで動作した場合、複数乗車車両（ＨＯＶ）車線において照明装置を使用することは、禁物である。幸い、この場合、１．４から１．７ミクロンの波長帯域に対する照明装置１４のスペクトル・サインは、ＨＯＶ車線において、安全に使用することができる。
【００５５】
後処理には、自動車車両乗員検出を実施するニューラル・ネットワークが含まれる。車両乗員検出の手法は、ファジー・ニューラル・ネットワーク・アルゴリズムに基づく。上述した融合の手法によって提供された完全な２進画像は、高い訂正検出率を促進する。
【００５６】
さらに、いくつかの以前の図と、図１４〜２０をも参照して、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在の検出など、偽装検出に備えるために、近赤外線スペクトルの上方帯域における自然な人間の解剖学的構造の反射特性を使用する、偽装検出システムおよび方法を記述する。
【００５７】
人間の皮膚は、図７〜１０を参照して本明細書において前述したように近赤外線スペクトルの上方帯域において（すなわち、近赤外線スペクトルの１．４μｍ以上）、極度に低い反射率を有する。そのような図７〜１０は、人間の皮膚が、０．６と１．４ミクロンの間で、高い反射率を有することを示した。しかし、１．４ミクロンを超えると、反射率は、著しく減少する。通常のシーンのほとんどあらゆるものが、１．４μｍを超える近赤外線スペクトルの上方帯域において、より高い反射率を有するので、顔および首などの人間の皮膚と、背景の間には、鮮明な対照性が存在する。
【００５８】
さらに、図７〜１０によって示したように、皮膚の反射率の特性、すなわち近赤外線スペクトルの上方帯域における１．４ミクロンを超える人間の皮膚の反射率が、著しく減少することは、人類全体に普遍的であり、例えば、白人、アジア人、および黒人を比較するとき、近赤外線スペクトルの上方帯域における１．４ミクロンを超えるそのような反射率の特性には、ほとんど差がない。例えば、図７は、白人男性に対する１．４ミクロンまたはその付近における反射率の降下を示し、図８は、アジア人男性に対するそのような降下を示し、図９は、黒人男性に対するそのような降下を示し、図１０は、明るい皮膚と暗い皮膚の極度な相違に対する降下を示す。したがって、本明細書において前述したように、１．４以上の近赤外線帯域では、あらゆる種類の皮膚の陰影について検出された人間の自然な皮膚の反射率は、１．４ミクロンより長い波長では、ほぼ同じである。
【００５９】
自然な皮膚とは対照的に、人間の毛、すなわち自然な毛は、１．４を超える近赤外線スペクトルの上方帯域では、高度に反射的である。そのような反射率も、人類全体に普遍的な特性である。１．４ミクロンを超える近赤外線スペクトルの上方帯域において、人間の毛が高度に反射的である性質は、図１７に一般的に示されている。図１７には、近赤外線スペクトルの少なくとも一部で、自然な人間の毛の反射率の図が示されている。自然な人間の毛の試験片に関する３つの別々の反射率の測定は、図に示した高い反射率特性をもたらした。
【００６０】
自然な人間の毛の高い反射率と対比して、人間の毛のヘアピース（後に本明細書において定義するように、人工材料）の反射率の図を図１８に示す。図に示したように、近赤外線スペクトルの上方帯域では、反射率は、自然な毛よりはるかに低い。真の人間の毛を使用して、かつらに取り付けた場合でも、かつらを作成するのに使用された化学処理のために、反射率の特性は変更される。真の人間のヘアー・ウィッグを真の自然な人間の毛と比較したときの反射率の相違は、はるかにより小さいが、そのような反射率の相違は、依然として著しく、容易に捕らえることができる。
【００６１】
さらに、偽装に使用され、以下で一般的に定義されたものなど（厚化粧、人工的な顔の部分、付け毛など）、様々な人工材料の反射率は、一般に、１．４ミクロンを超えても大きい反射率を有する。例えば、図１１に示し、本明細書において前述したように、綿、木材、およびポリアミドの反射率特性は、１．４ミクロンの点を過ぎても、反射率は著しくは降下しない。したがって、近赤外線スペクトルの上方帯域では、自然な人間の皮膚と他の人工材料の間、および自然な人間の毛と人工材料の間にも、反射率特性の著しい対照性が存在する。
【００６２】
さらに、本明細書において前述したように、上方近赤外線帯域と下方近赤外線帯域の両方の放射は、車両のウィンドウ・ガラスを透過することができる。したがって、これは、可視スペクトルおよび熱赤外線スペクトルの両方と比較して、明らかな利点である。したがって、近赤外線スペクトルの上方帯域を使用する本発明は、車両内であっても、偽装した顔を検出することができる。車両のウィンドウ・ガラスを通る透過特性を、図５および６の図に示す。図に示し、かつ本明細書において前述したように、図５は、きれいな車両のウィンドシールド（曲線２４）と汚いウィンドシールド（曲線２５）に対する０．４と２．８ミクロンの間の赤外光の透過特性を示す。熱赤外線帯域幅の始まりである２．８ミクロンを超えると、ウィンドシールド・ガラスの放射透過特性は、ほぼゼロである。しかし、少なくとも２．４ミクロン未満の透過率は、非常に良好である。車両の淡色サイド・ウィンドウの透過率は、図６の曲線２６によって示したように、０．３から最高で２．８ミクロンまで、良好である（５０から８５％）。したがって、２．８ミクロンより下の近赤外線領域の上方帯域における透過率レベルは、非常に良好である。
【００６３】
本発明は、近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部を使用する。本明細書で使用するように、近赤外線スペクトルの上方帯域には、１．４ミクロンから２．８ミクロンの領域が含まれる。本明細書において前述したように、２．８ミクロンにおいて、熱エネルギーが出現し始める。本明細書において記述した偽装検出システムおよび方法によれば、１．４ミクロン以上の領域内にある近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部を使用することが好ましい。１．４ミクロンから２．４組論の領域内にある近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部を使用することがより好ましい。１．４ミクロンから１．７ミクロンの領域内にある近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部を使用することが、さらにより好ましい。
【００６４】
当業者なら、わずかにより短いまたはより長い領域も、許容可能な検出結果をもたらすことができることを認識するであろう。例えば、上記で与えた領域に関して、許容可能な検出結果を作成することが可能であるような波長の値からの逸脱は、指定した領域内にあることが企図される。
【００６５】
さらに、本明細書において使用したように、人工材料には、偽装のために使用された品目または材料など、自然な皮膚および／または自然な毛以外のあらゆる材料が含まれる。例えば、１つまたは複数の人工材料、あるいはポリマ、ファイバなど無生物の物体から形成された、ウィッグ、化粧品、人工的な鼻ピースなども、本明細書では、人工材料と呼ばれる。さらに、人物の背後の車、人物の服など、背景の物体も、本明細書では、人工材料と呼ばれる。
【００６６】
一般に偽装の状況では、人は、偽の鼻、化粧、ウィッグ、人工まつげなどを追加／適用することにより、自分の顔の外見を変化させる。本職の俳優は、演じる役に必要なので、通例的にこの方法を使用する。この技術によってうまく行われた偽装は、可視スペクトルでは、検出することが非常に困難であるか、または不可能である。一般に、顔は、偽の鼻を滑らかに一体化させるために、化粧品で接触された。偽装は、通常非常に単純であるが、人の顔の外見は、著しく変化する。したがって、以前の知識なしでは、視覚的に欺瞞を検出する方法は存在しない。
【００６７】
本明細書に記述した検出システムおよび方法は、顔の皮膚または頭部皮など、人間の頭部に施されたあらゆる人工材料が、特に近赤外線スペクトルの上方帯域において、様々な検出可能な程度まで、そのような人間のそれぞれ独自の赤外線サインを変化させるということにより、偽装を検出することができる。したがって、偽装の構成は、可視スペクトルでは、容易に眼をだますことができるが、そのような偽装は、近赤外線スペクトルの上方帯域では、即座に明らかになる。
【００６８】
上述した様々な人工材料と、また人体の自然な毛および自然な皮膚の反射率特性は、図１４Ａ〜Ｂと図１５Ａ〜Ｂを参照して、以下でさらに示し、または記述するような反射率特性を通して、より明瞭に理解することができる。図１４Ａは、可視スペクトルにおける偽装していない人間の頭部１０２を示す。人間の頭部１０２には、自然な皮膚の顔部分１１４と、あごひげ、口ひげ、眉毛、および頭部髪を含んでいる自然な人間の毛１１２とが含まれる。
【００６９】
図１４Ｂは、シーンの反射率特性に基づく、近赤外線スペクトルの上方帯域における偽装していない人間の頭部１０２を示す。近赤外線スペクトルの上方帯域では、顔部分１１４の自然な人間の皮膚は、反射率特性が低いために、暗い外見を有する。一方、あごひげ、口ひげ、眉毛、および頭部髪を含んでいる顔の毛１１２は、近赤外線スペクトルの上方帯域では反射性が高いという性質のために、明るい外見を有する。したがって、偽装していない人物は、近赤外線スペクトルの上方帯域におけるその人物の自然な毛と自然な皮膚の反射率特性のために、固有の近赤外線サインを有する。本明細書において前述したように、そのような特性は、人類全体に普遍的である。
【００７０】
図１５Ａは、可視スペクトルにおける偽装した人間の頭部１０６を示す。偽装した人間の頭部１０６には、自然な皮膚を有するが、上にはめ込まれ、かつ化粧によって接触された偽の鼻１１７を有する顔部分１１６が含まれる。さらに、偽装した人間の頭部１０６には、人間の頭部の頭部皮を覆っているウィッグ１１８と、偽のあごひげ１０８とが含まれる。自然な毛の構成要素１１９には、眉毛と口ひげが含まれる。
【００７１】
そのような偽装は、図１５Ａに示したように、可視スペクトルでは検出可能でない。しかし、人工材料は、近赤外線スペクトルの上方帯域では、人物の頭部のサインを根本的に変化させる。その結果、顔の皮膚は、偽の鼻１１７の領域では、非常に明るく見え、図１５Ｂに示したように、上方近赤外線帯域では、明らか異常である。対照的に、人工的な毛のウィッグとあごひげは、近赤外線スペクトルの上方帯域では、自然な人間の毛より、はるかに低い反射率を有する。その結果、人間の頭部１０６の人工毛１０８、１１８は、反射率が低いために、画像では非常に暗く見え、自然な毛、すなわち口ひげと眉毛１１９は、明るく見える。
【００７２】
そのような異常性は、図１５Ｂからわかるように、容易に検出可能である。図１５Ｂでは、人間の頭部１０６は、頭部皮を覆っている異常な暗い頭部髪１１８と異常な暗いあごひげ１０８を示す。そのような毛が、自然な毛である場合、図１４Ｂに示したもの、および眉毛と口ひげを含んでいる自然な毛１１９などと同じ輝度を有する。同様に、さらに、偽の鼻１１７を形成するために使用された人工材料は、他の自然な皮膚の顔部分１１６と比較して、反射率が高いために、明らかに異常である。
【００７３】
上述したように、近赤外線スペクトルの上方帯域における反射率に基づく撮像システムは、有利な偽装検出能力を提供することがわかる。そのようなシステムおよび方法は、近赤外線スペクトルの上方帯域における様々な反射率特性に基づく。そのような特性には、少なくとも以下のことが含まれる：人間の皮膚は、近赤外線スペクトルの上方帯域において、非常に低い反射率を有し、常に、シーンの最も暗い物体の中で際立つ；顔の偽装材料など、人工材料は、近赤外線スペクトルの上方帯域において、高い反射率を特徴とし、常に、シーンの最も明るい物体の中で際だち、したがって、人間の頭部の自然な皮膚および毛に施されたとき、完全に現象を変化させ、人間の観測者または機械視覚システムによる画像における容易な検出を促進する；自然な人間の毛は、近赤外線スペクトルの上方帯域において、高い反射率を有し、常に、シーンの最も明るい物体の中で際立つ；さらに、人工的な毛または真の人間の毛によるウィッグでも、上方帯域において、低い反射率を特徴とし、常に、シーンの最も暗い物体の中で際立ち、したがって、人間の頭部の頭部皮または顔に施されたとき、予想された現象を完全に変化させ、人間の観測者または機械視覚システムによる画像における容易な検出を促進する。
【００７４】
図１６は、本発明による偽装検出システム１３０の１つの例示的な実施形態を示す。偽装検出システム１３０には、回路１３２、上方近赤外線カメラ１３４、光度計１４０、上方近赤外線照明装置１３６、およびコンピュータ制御電源１３８が含まれる。上方近赤外線カメラ１３４は、図１および２に関して本明細書において前述したようなカメラとすることが可能である。カメラは、近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部、好ましくは近赤外線スペクトルにおける上方帯域の１．４ミクロン以上の領域において、より好ましくは１．４ミクロンから２．４ミクロンの領域において、さらにより好ましくは１．４ミクロンから１．７ミクロンの領域に対して感度がある。そのようなカメラは、一般に、当業者には容易にわかるように、それによって捕らえた光に基づいて信号を提供する画素のアレイなどの感知アレイを有する。捕らえた光に基づいて画像を表す画素信号は、回路１３２に提供される。例えば、上方近赤外線カメラは、ＳＵ−３２０という商標名で、Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｕｎｌｉｍｉｔｅｄから入手可能なカメラとすることが可能である。
【００７５】
回路１３２には、近赤外線スペクトルの上方帯域における検出された反射に基づいて、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在に関する情報をユーザに提供するために、ソフトウエアを実行するように動作可能であるコンピュータ・システム１３３が含まれることが好ましい。回路１３２は、コンピュータ装置を使用して実行可能なソフトウエアを使用して実施することが可能であるが、他の専用ハードウエアも、偽装に関する情報など、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在に関する情報をユーザに提供するために必要な機能を提供することが可能である。したがって、本明細書において使用された回路という用語は、専用ハードウエアを含むだけでなく、様々なソフトウエア・プロセスを実行することができるプロセッサなどの回路をも含むことが可能である。
【００７６】
例えば、コンピュータ・システム１３３は、パーソナル・コンピュータまたはミニコンピュータなど、あらゆる固定式または携帯式のコンピュータ・システムとすることが可能である。コンピュータ・システムの正確な構成は、限定的でなく、本発明によれば、適切な計算能力を提供することができるほとんどあらゆる装置を使用することが可能である。さらに、コンピュータ・ディスプレイ、マウス、キーボード、メモリ、プリンタなど、様々な周辺装置を、システムの処理装置と併用して使用することが企図される。
【００７７】
検出器または光度計１４０は、カメラ１３４によって捕らえられつつあるシーンにある、人体の頭部に近接した照明レベルを検出するように動作可能である。光度計１４０は、検出された照明レベルに基づいて、情報をコンピュータ・システム１３３に提供する。コンピュータ・システム１３３は、本発明による方法を実施するために使用された近赤外線スペクトルの上方帯域に整合された照明源である上方近赤外線照明装置１３６を制御するように動作可能である。上方近赤外線照明装置１３６は、人間の身体が配置されているシーンなど、人体の頭部の少なくとも１つの部分を照明するように配置される。コンピュータ・システム１３３などの回路１３２は、人間の身体が配置されているシーンの照明など、人体の頭部の望ましい照明レベルを維持するように、光度計１３６によって提供された検出された照明レベルに基づいて、上方近赤外線照明装置１３６を制御するように動作可能である。一実施形態では、コンピュータ・システム１３３のソフトウエアを使用して、常時、シーンの最適照明レベルを維持するために、上方帯域近赤外線照明装置１３６の照明レベルを自動的に調節することが可能である。照明レベルの調節は、光度計１４０の読みに基づき、電源１３８を介して実現することが可能である。
【００７８】
照明は、曇りの日や夜間でも、カメラ１３４から、高品質の撮像信号を作成する助けとなる。そのような照明は、そのような眼に安全な近赤外線照明装置で、シーンを安全に照明することができるので、使用することができる。また、眼は、近赤外線スペクトルに対し、感度がないので、システムは、常時ステルスである。あらゆる適切な光度計および照明装置を使用して、カメラ１３４によって捕らえられつつある人間の身体が配置されているシーンの適切な照明に備えることが可能である。
【００７９】
カメラ１３４と照明装置１３７の両方とも、より大きな視野が可能な可能性があるように、それぞれ矢印１３５および１３７によって表した適切な構造によって、移動させることが可能である。例えば、カメラ１３４は、１８０°の視野で画像を捕らえるために、移動式に取り付けることが可能であり、同様に、照明装置１３６も、偽装検出を実施するのに十分な品質のカメラ１３４からの撮像信号を達成するのに十分な照明を提供するように、移動させることが可能である。
【００８０】
例えば、図１６の偽装検出システム１３０などの検出システムを使用して、検出された反射に基づいて、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在を決定する様々な方法を実施することが可能である。そのような方法の２つの例示的な実施形態を、図１９と２０に示す。図１９に示した方法１５０は、図１４および１５に示した表示画像を見ることによってなど、人間の観測者による検出に備える。図２０は、例えば機械視覚システムを使用して提供することが可能である情報、または表示された画像の代わりの他の情報など、単に表示された画像以外の追加の情報をユーザに提供するために、データの追加の処理を含む方法１６０の例示的な実施形態を示す。
【００８１】
図１９に例示的に示した方法１５０を、図１５Ａと１５Ｂの表示画像を参照して記述する。方法１５０には、偽装検出システムの開始が含まれる（ブロック１５２）。偽装検出システムを開始した際に（ブロック１５２）、近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部で、反射を表す画像データが、カメラ１３４によって捕らえられる。画素信号データなど、カメラ１３４からの反射データは、コンピュータ・システム１３３などの回路１３２に提供され、回路は、閾値化プロセスを使用して（ブロック１５４）、データに作用し、データを操作して、ユーザが見るために表示される画像を提供する（ブロック１５６）ことが可能である。
【００８２】
当業者には容易にわかるように、様々な閾値化技術が使用されてきた。暗い領域と明るい領域の許容可能な分割に備えるあらゆる適切な閾値化プロセスを、本発明によれば、使用することが可能である。一般に、そのような閾値化プロセスは、反射を表すデータを１つまたは複数の閾値と比較する。そのような値は、自然な皮膚、自然な毛などの反射特性など、様々な因子に基づく可能性がある。例えば、１９７９年１月のＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｍａｎ Ａｎｄ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．ＳＭＣ−９、Ｎｏ．１のＯｔｓｕによる「グレイ・レベル・ホストグラムからの閾値選択方法（Ａ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｒｏｍ Ｇｒａｙ−Ｌｅｖｅｌ Ｈｉｓｔｏｇｒａｍｓ）」という名称の文献に記載された閾値化プロセスを、本発明によれば、使用することが可能である。閾値化プロセスには、一般に、パラメータによらず、かつ管理されていない閾値選択の方法が含まれる。最適な閾値は、グレイ・レベルにおける結果的なクラスの分離を最大にするように、選択される。アルゴリズムは、グレイ・レベル・ヒストグラムのゼロ次オーダと１次オーダの累積モーメントのみを使用する。システムの速度は、一部には閾値化プロセスのために、実時間の画像をユーザに提供することができる。
【００８３】
ユーザは、図１４Ｂおよび１５Ｂに示したような表示画像を提示されたとき（ブロック１５６）、図１５Ｂに示したように、偽の鼻を表す明るい鼻の特徴１１７、自然な毛と比べて異常に暗い、暗い顔の毛の特徴１０８および１１８など、画像のあらゆる異常な特性を見ることができる。ユーザがそのような異常性を検出した際に、適切な行動を取ることが可能である。そのような行動には、警告音声、偽装人物との直接接触などが含まれる可能性がある。
【００８４】
そのような方法１５０では、明るい特徴として示されている反射率の高いレベルなど、図１５Ｂに示したような特徴の反射率のレベルと輝度との間には、直接的な相関が存在する可能性がある。しかし、閾値化プロセスに関連する追加の処理を使用して、任意の差分方式で、検出された人工材料を表示することが可能である。例えば、皮膚１１６は、第１陰影として実際に表すことが可能であり、鼻は、ユーザによって容易に認識された異なる陰影として、異常に表すことが可能である。例えば、画像の一部の輝度は、偽の鼻が暗く、皮膚が偽の鼻より明るいなど、図１５に示したものから反転することが可能である。
【００８５】
図２０に例示的に示した方法１６０には、偽装検出システムの開始が含まれる（ブロック１６２）。データが、カメラ１３４によって捕らえられ、コンピュータ・システム１３３に提供された後、画素信号データなど、カメラ１３４からの反射率のデータは、分析される（ブロック１６４）。データは、１つまたは複数の異なる方式で、分析することが可能である。
【００８６】
一例示的な実施形態では、例えば、データを１つまたは複数の閾値レベルと比較することが可能である。反射データと比較するために提供された１つまたは複数の閾値レベル（ブロック１６６）は、単に、自然な皮膚および自然な毛の反射率特性に基づいた閾値レベルとすることが可能である。しかし、そのような閾値レベルも、偽装に使用された人工材料自体の複数の反射率特性に基づく可能性がある。したがって、いくつかの既知の偽装材料の反射率特性を、複数レベル閾値化アルゴリズムにマッピングすることができる。そのような複数レベル閾値化アルゴリズムを使用することで、偽装の検出が達成可能であり得るだけでなく、複数レベル閾値化アルゴリズムを使用する反射率の検出と比較によって、偽装に使用された特有の材料の検出および存在を獲得することが可能である。
【００８７】
例えば、近赤外線スペクトルの上方帯域における反射率の測定は、商用に使用されるすべての既知の可能な偽装材料について、収集することが可能である。様々な人工材料と、特定の反射率特性に対応する閾値レベルとの間の直接マッピングを実施することができる。同様に、様々な他の偽装状況をマッピングすることが可能である。例えば、偽の口ひげのみ、または厚化粧のみなど、単一の偽装品目のみを特徴とする顔の画像のリストをマッピングすることが可能である。理解されるように、マッピングすることが可能である偽装のリストは、限定されるが、あらゆる数の様々な偽装を識別するために使用することが可能である複数レベルの閾値化方式を開発することができる。したがって、複数レベル閾値化方式を使用することで、人体の頭部に関連付けられた１つまたは複数の人工材料の同一を識別することができ、そのような人工材料の存在について、ユーザに警告することができる（ブロック１６８）。例えば、カメラ１３４からの反射データを、コンピュータ・システム１３３を使用することで、そのような複数レベル閾値基準マップと比較した際に、頭部に関連付けられた人工材料の存在を示す警告を、ユーザに提示することが可能である（ブロック１６８）。次いで、ユーザは、適切な行動を取ることが可能である。
【００８８】
ユーザに、任意の数の方式で、警告することが可能である。例えば、情報を表示することが可能であり、無音警告、音声警告、触知警告などを使用することが可能である。そのような表示された情報には、警告機構、偽装人物に関する情報、使用されている偽装材料、および／または偽装人物に含まれているセキュリティの危険レベルなどが含まれる可能性がある。
【００８９】
本明細書に記述した様々な方法およびシステムは、組み合わせて使用することが可能であり、および／またはそのような方法およびシステムは、他の検出システムと組み合わせて使用することが可能であることを理解されたい。例えば、本発明によるそのような組み合わせたシステムの一例示的な実施形態では、近赤外線スペクトルの一帯域の少なくとも一部で、シーンから反射を検出することが可能である。シーンにおける人体の頭部の存在は、シーンの背景から頭部を分離するなど、近赤外線スペクトルの一帯域の一部で、検出された反射に基づいて決定することが可能である。その後、近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部で、人体の頭部の少なくとも１つの部分から反射を検出して、そのような反射に基づいて、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在を決定することが可能である。
【００９０】
例えば、そのような組合わせのシステムおよび方法は、本明細書において前述した２つのカメラのシステムを使用して、実施することが可能である。例えば、二重帯域近赤外線方法を、頭部の位置について顔を検出するために使用することが可能である。その後、偽装検出方法を使用して、人工材料の存在を決定することが可能である。
【００９１】
さらに、例えば、そのような組合わせシステムおよび方法の他の実施形態では、頭部は、近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部で、シーンから反射を検出することによって、存在すると決定することが可能である。例えば、１．４μｍから２．２μｍの領域内にある近赤外線スペクトルの上方帯域を使用して、本明細書において前述したように、人間の頭部の存在を決定することが可能であり、例えば、ダミーの頭部は人間の頭部から区別され、または人間の頭部は、背景から区別される。さらに、その後、本明細書において前述したように、やはり近赤外線スペクトルの上方帯域を使用して、人間の頭部が、偽装されているかを決定することが可能である。
【００９２】
そのような方法およびシステムは、熱赤外線検出を使用するシステムおよび方法など、他のシステムおよび方法と組み合わせて使用することが可能である。熱赤外線検出は、美容整形による偽装を検出するために使用することが可能である。そのような美容整形による偽装は、本明細書において前述したように、近赤外線スペクトルの上方帯域を使用する偽装検出プロセスによっては、検出可能でない可能性がある。同様に、可視スペクトル・システムは、検出能力を向上させるために、本明細書において前述した方法およびシステムと組み合わせて使用することが可能である。
【００９３】
本明細書において引用したすべての特許および参考文献は、それぞれが、別々に組み込まれたかのように、完全に本明細書に組み込まれている。具体的に好ましい実施形態を参照して、本発明を記述したが、当業者には容易にわかるように、請求項の意図した範囲内において、本発明の変形と修正を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 人物を検出するための近赤外線融合システムを示す図である。
【図２】 図２Ａは、２つのカメラの相互重ね合わせ方式を示す図である。
図２Ｂは、カメラの相互重ね合わせの代替実施形態を示す図である。
【図３】 画像フレームのスペクトル・パワーに対する画素数のヒストグラムである。
【図４】 電磁（ＥＭ）スペクトルのグラフである。
【図５】 自動車のウィンドシールドの赤外線透過特性を示す図である。
【図６】 自動車のサイド・ウィンドウの赤外線透過特性を示す図である。
【図７】 白人男性の明るい顔色と暗い顔色の反射率の割合を示すグラフである。
【図８】 アジア人男性の明るい顔色と暗い顔色の反射率の割合を示すグラフである。
【図９】 黒人男性の明るい顔色と暗い顔色の反射率の割合を示すグラフである。
【図１０】 明るい皮膚と暗い皮膚の反射率の比較を示すグラフである。
【図１１】 綿、木材、およびポリアミドの反射率のグラフである。
【図１２】 蒸留水の反射率のグラフである。
【図１３】 人物検出システムの速度特性を決定するためのレイアウトを示す図である。
【図１４】 図１４Ａは、可視スペクトルにおける、偽装していない人物の外見を示す図である。
図１４Ｂは、可近赤外線スペクトルの上方帯域における、偽装していない人物の外見を示す図である。
【図１５】 図１５Ａは、可視スペクトルにおける、偽装した人物の外見を示す図である。
図１５Ｂは、近赤外線スペクトルの上方帯域における、偽装した人物の外見を示す図である。
【図１６】 近赤外線スペクトルの上方帯域における、偽装した人物の外見を示す図である。
【図１７】 自然な人間の毛の反射率のグラフである。
【図１８】 真の人間の毛によるかつらの反射率のグラフである。
【図１９】 本発明による１つの偽装検出方法の例示的な実施形態を示す図である。
【図２０】 本発明による偽装検出方法の他の代替実施形態を示す図である。

Claims (3)

1. １つまたは複数の人工材料で偽装した人物の検出に使用する方法であって、
   近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部で、人体の頭部の少なくとも１つの部分から反射を検出するステップと、および
   検出された反射に基づいて、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在を決定するステップと、を含む方法。
2. 近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部で、人体の頭部の少なくとも１つの部分から反射を検出するように動作可能である検出器装置と、
   検出された反射に基づいて、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在に関する情報をユーザに提供するように動作可能である表示装置とを備える、偽装人物検出システム。
3. 近赤外線スペクトルの１つの帯域の少なくとも一部で、シーンから反射を検出するステップと、
   近赤外線スペクトルの一帯域の少なくとも一部で、検出された反射に基づいて、シーンにおける人体の頭部の存在を決定するステップと、
   人体の頭部の少なくとも１つの部分からの検出された反射に基づいて、人体の頭部に関連付けられた人工材料の存在を決定するために、近赤外線スペクトルの上方帯域の少なくとも一部で、人体の頭部の少なくとも１つの部分から反射を検出するステップと、
   を含む検出方法。

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