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JP4577771B2 - Face image recognition device - Google Patents
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JP4577771B2 - Face image recognition device - Google Patents

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Description

本発明は、顔画像認識装置に関し、特に、人間の主観的な判断結果に近い顔画像認識ができ、類似顔画像の人物の検索などに利用することができる顔画像認識装置に関する。   The present invention relates to a face image recognition device, and more particularly to a face image recognition device that can recognize a face image close to a human subjective judgment result and can be used for searching for a person with a similar face image.

近年、コンピュータによる顔画像認識の研究開発が盛んに行われている。従来、顔画像による個人認証についてはいくつかの認識技術が提案されている。本件発明の発明者は、精度の高い個人認証を行うことができる画像認識装置を下記特許文献(先願)1,2で提案した。これでは部分空間法による認識技術を用いており、あらかじめ顔辞書を登録する際に、各人の顔画像を複数枚撮影し、その複数枚撮影された顔画像の共通成分を抽出し、辞書データとして用いることで、顔の傾きによる姿勢変動や環境の違いにより生じる照明変動の影響を吸収している。   In recent years, research and development of face image recognition by computers has been actively conducted. Conventionally, several recognition techniques have been proposed for personal authentication using face images. The inventor of the present invention has proposed an image recognition apparatus capable of performing high-precision personal authentication in the following patent documents (prior application) 1 and 2. This uses recognition technology based on the subspace method. When registering a face dictionary in advance, a plurality of face images of each person are captured, common components of the captured face images are extracted, and dictionary data is extracted. As a result, it is possible to absorb the effects of fluctuations in posture caused by the inclination of the face and lighting fluctuations caused by environmental differences.

図7は、下記特許文献(先願)1,2で提案した従来の画像認識装置のブロック構成図である。この画像認識装置は、ある人物の顔を提影して得られる画像から、その人物が本人であるか否かを照合もしくはその人物が誰であるかを識別するものであり、機能で大別すると、あらかじめ辞書データを登録する辞書登録部71と入力画像から人物を照合および識別する認識処理部72とから構成される。   FIG. 7 is a block diagram of a conventional image recognition apparatus proposed in the following patent documents (prior application) 1 and 2. This image recognition device is used to verify whether a person is the person from the image obtained by projecting a person's face or to identify who the person is, Then, it is comprised from the dictionary registration part 71 which registers dictionary data previously, and the recognition process part 72 which collates and identifies a person from an input image.

辞書登録部71ではデータベース73へ登録するための辞書データを作成する。辞書データの作成に際しては、まず、識別情報IDを持った1名の人物を撮影し、該人物の撮影画像を入力する。正規化処理部74は、入力された画像を位置、領域、大きさ、輝度レベルなどに関して正規化した正規化画像xIDを出力する。このような正規化画像xIDを同一人物に対して複数枚作成する。 The dictionary registration unit 71 creates dictionary data for registration in the database 73. In creating the dictionary data, first, one person having the identification information ID is photographed, and a photographed image of the person is input. The normalization processing unit 74 outputs a normalized image x ID obtained by normalizing the input image with respect to position, area, size, luminance level, and the like. Such normalized image x ID creating plural for the same person.

辞書データ作成部75は、入力された複数枚の正規化画像xIDから自己相関行列を求め、その固有ベクトルを抽出し、それらによって張られる部分空間ΦIDを作成する。部分空間ΦIDに該人物の識別情報IDを添えて辞書データAとする。 データベース73は、辞書データ作成部75で作成された辞書データAを蓄積する。データべース73は、同様にして作成された他の人物の辞書データB,C,・・・も蓄積する。 The dictionary data creation unit 75 obtains an autocorrelation matrix from a plurality of input normalized images x ID , extracts its eigenvectors, and creates a subspace Φ ID spanned by them. The dictionary data A is obtained by adding the identification information ID of the person to the partial space Φ ID . The database 73 stores the dictionary data A created by the dictionary data creation unit 75. The database 73 also stores other person's dictionary data B, C,.

以上のようにしてデータベース73に辞書データA,B,C,・・を蓄積した後、不特定の人物の顔が撮影され、これにより得られた1枚の画像が認識処理部72に入力されると、正規化処理部76は、辞書登録時と同様に、入力画像を位置、領域、大きさ、輝度などに関して正規化して正規化画像xを出力する。この正規化画像xを相関値計算部77に入力する。   After the dictionary data A, B, C,... Are accumulated in the database 73 as described above, the face of an unspecified person is photographed, and one image obtained thereby is input to the recognition processing unit 72. Then, the normalization processing unit 76 normalizes the input image with respect to position, area, size, brightness, and the like, and outputs a normalized image x, as in dictionary registration. The normalized image x is input to the correlation value calculation unit 77.

相関値計算部77は、正規化処理部76から入力された正規化画像xとデータベース73に蓄積されている辞書データA,B,C,・・・内の登録画像とを比較して類似度(相関値)Sを計算する。   The correlation value calculation unit 77 compares the normalized image x input from the normalization processing unit 76 with the registered images in the dictionary data A, B, C,. (Correlation value) S is calculated.

照合処理の場合には、照合を行ないたい人物の識別情報IDを指定し、正規化処理部76から入力された正規化画像xとデータベース73に蓄積されている識別情報IDの人物の辞書データとを比較して類似度Sを求める。また、識別処理の場合には、正規化処理部76から入力された正規化画像xとデータベース73に蓄積されている各人物の辞書データA,B,C,・・・内の登録画像とを比較し、最大の類似度Sを示す人物の識別情報IDを求める。 In the case of the collation process, the identification information ID S of the person to be collated is designated, and the normalized image x input from the normalization processing unit 76 and the dictionary of the person of the identification information ID S stored in the database 73 The similarity S is obtained by comparing with the data. In the case of the identification process, the normalized image x input from the normalization processing unit 76 and the registered images in the dictionary data A, B, C,... By comparison, the person identification information ID r indicating the maximum similarity S is obtained.

照合処理の場合には、類似度Sをしきい値判定部78に入力し、類似度Sが閾値T以上であるか否かによって入力画像の人物は識別情報IDの人物であるか否か(OKorNG)を判定する。また、識別処理の場合には、最大の類似度Sを示す人物の識別情報ID、さらに必要ならばその類似度Sを出力する。
特願2004−235281号(先願) 特願2004−337465号(先願)
In the case of collation processing, the similarity S is input to the threshold value determination unit 78, and whether or not the person in the input image is the person with the identification information ID S depending on whether or not the similarity S is greater than or equal to the threshold T (OKorNG) is determined. In the case of the identification process, the person identification information ID r indicating the maximum similarity S, and the similarity S if necessary are output.
Japanese Patent Application No. 2004-235281 (prior application) Japanese Patent Application No. 2004-337465 (prior application)

人間は人の顔が似ているか否かを判断するときに、必ずしも顔全体に注目しているのではなく、目、鼻、口などの特定部分に注目していると考えられる。例えば、目、鼻、口などの全ての部位が類似していなくても目だけが非常に似ている、あるいは鼻だけが非常に似ていて他の部位が多少異なっているといった場合などには、両者の顔は類似しているという判断を主観的に下すことが多い。   When determining whether or not a person's face is similar, it is considered that a human is not necessarily paying attention to the whole face but paying attention to specific parts such as eyes, nose and mouth. For example, if all parts of the eyes, nose, mouth, etc. are not similar, only the eyes are very similar, or only the nose is very similar and other parts are slightly different Often, the subjective judgment is that both faces are similar.

しかしながら、個人認証の分野で用いられる認識技術では、顔画像の全体を対象とした空間での距離を用いて人物が類似しているか否かを客観的に判定しているため、これを類似顔画像の検索などに用いる場合、人間が主観的に判断した結果と異なることが生じる。   However, the recognition technology used in the field of personal authentication objectively determines whether or not people are similar using the distance in the space for the entire face image. When used for image retrieval or the like, the result may be different from a result subjectively determined by a human.

顔画像認識は、顔画像によるバイオメトリクス認証への応用の他、カメラに映った人物が誰に似ているか、また、どの程度似ているかなどを自動判別するエンターテイメントへの応用などが考えられるが、どのような応用にせよ、顔画像認識の結果を人間の主観的な判断結果に近づけることにより、画像認識装置の認識結果に信頼性を与えることができる。   Facial image recognition can be applied to biometrics authentication using facial images, as well as to entertainment that automatically determines who is the person on the camera, and how much the person is similar. In any application, the recognition result of the image recognition apparatus can be given reliability by bringing the result of face image recognition closer to the human subjective determination result.

似ている有名人の顔画像を検索して提示するなどのエンターテイメントへの応用を考えた場合、主観的な判断の結果に近い認識結果が得られるか否かによって興味を持つ度合いが異なると考えられるので、顔画像認識の結果を人間の主観的な判断結果に近づけることは特に好ましい。   When considering application to entertainment such as searching and presenting facial images of similar celebrities, the degree of interest may differ depending on whether or not a recognition result close to the result of subjective judgment is obtained. Therefore, it is particularly preferable that the result of facial image recognition be close to the human subjective judgment result.

本発明の目的は、顔画像認識結果を人間の主観的な判断結果に近づけることができる顔画像認識装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a face image recognition apparatus capable of bringing a face image recognition result close to a human subjective determination result.

上記課題を解決するために、本発明は、予め用意された主観的に類似した顔画像ペアの差分画像を求め、該差分画像を主成分分析して固有ベクトルを導出する差分空間作成部と、登録顔画像を前記差分空間作成部により導出された固有ベクトルが張る差分空間に投射し、該登録画像と該登録画像が差分空間に投射された成分とのベクトル差である補間空間上のベクトルを導出する登録顔画像作成部と、入力顔画像を前記差分空間作成部により導出された固有ベクトルが張る差分空間に投射し該入力顔画像と該入力顔画像が差分空間に投射された成分とのベクトル差である補間空間上のベクトルを導出するとともに、該補間空間上のベクトルと前記登録顔画像作成部により導出された補間空間上のベクトルを利用して登録顔画像と入力顔画像の類似度を求める認証処理部を具備した点に第1の特徴がある。 In order to solve the above problems, the present invention obtains a difference image of a pair of subjectively similar face images prepared in advance, calculates a principal component analysis of the difference image, and derives an eigenvector, and a registration Kaoga projected image to the difference space spanned is derived eigenvectors by pre Symbol differential space creating unit and the vector on the interpolation space the registered image and the registered image is a vector difference between the projected component in the difference space a registered face image creation unit that derives a projection and the input face image and input face image input face image image difference space spanned by eigenvectors derived by pre Symbol differential space creating unit is projected to the difference spatial components along with deriving a vector of the interpolation space is the vector difference of the registered face image and the input face image by using the vector of the interpolation space derived by the vector and the registered face image creation unit in the interpolation space There is a first feature in that provided an authentication processing unit for obtaining the similarity score.

また、本発明は、前記認証処理部が、入力顔画像と該入力顔画像が差分空間に投射された成分とのベクトル差である補間空間上のベクトルと前記登録顔画像作成部により導出された補間空間上のベクトルの類似度を測定することにより登録顔画像と入力顔画像の類似度を求める点に第2の特徴がある。 Further, in the present invention, the authentication processing unit is derived by a vector on an interpolation space that is a vector difference between an input face image and a component of the input face image projected on the difference space, and the registered face image creation unit. The second feature is that the similarity between the registered face image and the input face image is obtained by measuring the similarity between vectors on the interpolation space.

さらに、本発明は、前記登録顔画像作成部が、1人の人物の複数の登録顔画像各々について補間空間上のベクトルを導出し、前記認証処理部は、前記登録顔画像作成部により導出された補間空間上のベクトルが張る主成分空間と前記登録顔画像作成部により導出された補間空間上のベクトルの類似度を測定することにより登録顔画像と入力顔画像の類似度を求める点に第3の特徴がある。   Further, in the present invention, the registered face image creation unit derives a vector on an interpolation space for each of a plurality of registered face images of one person, and the authentication processing unit is derived by the registered face image creation unit. The similarity between the registered face image and the input face image is obtained by measuring the similarity between the principal component space spanned by the vector on the interpolation space and the vector on the interpolation space derived by the registered face image creation unit. There are three features.

本発明の第1の特徴によれば、差分画像を主成分分析して導出した固有ベクトルが張る差分空間上の成分、つまり人間が主観的に類似判定を行う際に使われていないを成分を取り除き、その補間空間上の成分、つまり人間が主観的に類似判断を行う際に重視する成分を多く含んだ成分を利用して登録顔画像と入力顔画像の類似度を求めるので、顔の類似度の算出や類似した顔画像の検索の結果などを人間の主観的な判断結果に近づけることができる。したがって、顔画像を用いて人物の認証や検索を行う画像認識装置における認識結果に信頼性を与えることができる。また、エンターテインメントに効果的に応用できる。   According to the first feature of the present invention, a component on a difference space spanned by an eigenvector derived by principal component analysis of a difference image, that is, a component that is not used when humans subjectively perform similarity determination is removed. Since the similarity between the registered face image and the input face image is obtained using the component in the interpolation space, that is, the component that contains a lot of components that are important when humans subjectively judge the similarity. It is possible to bring the result of the calculation of the image and the search result of the similar face image close to the human subjective judgment result. Therefore, it is possible to give reliability to a recognition result in an image recognition apparatus that performs authentication and search of a person using a face image. In addition, it can be effectively applied to entertainment.

また、第2の特徴によれば、登録顔画像作成処理で1つの登録顔画像についての補間空間上のベクトルを導出すればよいので、辞書データの登録が容易になる。   Further, according to the second feature, it is only necessary to derive a vector on the interpolation space for one registered face image in the registered face image creation process, so that dictionary data can be easily registered.

さらに、第3の特徴によれば、1人の人物の複数の登録顔画像各々について導出された補間空間上のベクトルが張る主成分空間を使用するので、登録顔画像作成の際に照明変動や顔の動きなどがあってもそれらに影響されることなく、登録顔画像と入力顔画像の類似度を正確に求めることができる。   Furthermore, according to the third feature, since a principal component space spanned by a vector on an interpolation space derived for each of a plurality of registered face images of one person is used, illumination variation or Even if there is a face movement or the like, the similarity between the registered face image and the input face image can be accurately obtained without being affected by them.

以下、図面を参照して本発明を説明する。図1は、本発明に係る顔画像認識装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。本実施形態の顔画像認識装置は、機能で大別すると、差分空間作成部1と登録顔画像作成部2と認証処理部3とから構成される。   The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a face image recognition apparatus according to the present invention. The face image recognition device according to the present embodiment is roughly composed of a difference space creation unit 1, a registered face image creation unit 2, and an authentication processing unit 3 when roughly classified by function.

まず、差分空間作成部1について説明する。ここでは、主観的に類似している人物の類似顔画像ペアg とg 、g とg 、・・・、g NNとg NNを用意する。この類似顔画像ペアは1つ以上あればよい。差分画像作成部1−1は、各ペア間の差分画像を導出し、式(1)で表される画像空間上の差分画像(ベクトル)dを作成する。 First, the difference space creation unit 1 will be described. Here, similar face image pairs g a 1 and g b 1 , g a 2 and g b 2 ,..., G a NN and g b NN of persons who are subjectively similar are prepared. There may be one or more similar face image pairs. The difference image creation unit 1-1 derives a difference image between each pair, and creates a difference image (vector) d i on the image space represented by Expression (1).

Figure 0004577771
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次に、差分画像集合に対して主成分分析を施し、それらの共通成分を抽出することにより固有ベクトルe,e,・・・,eMMを導出する。具体的には、まず、差分画像作成部1−1で作成した差分画像dを自己相関行列作成部1−2に入力して自己相関行列Rを式(2)により作成する。なお、式(2)中のTは転置を表す。 Next, principal component analysis is performed on the difference image set, and eigenvectors e 1 , e 2 ,..., E MM are derived by extracting those common components. Specifically, first, the difference image d i created by the difference image creation unit 1-1 is input to the autocorrelation matrix creation unit 1-2, and the autocorrelation matrix R is created by Expression (2). In the formula (2), T represents transposition.

Figure 0004577771
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次に、自己相関行列Rを固有ベクトル導出部1−3に入力してその固有ベクトルe,e,・・・,eMMを導出する。式(3)で表される固有ベクトルe,e,・・・,eMMは差分画像の主成分空間(差分空間と称す)Ψを張る。 Next, the autocorrelation matrix R is input to the eigenvector deriving unit 1-3 to derive eigenvectors e 1 , e 2 ,..., E MM . The eigenvectors e 1 , e 2 ,..., E MM represented by the expression (3) span the principal component space (referred to as difference space) Ψ of the difference image.

Figure 0004577771
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図2は、本発明における差分画像導出の説明図である。主観的に類似していると判断した人物の類似顔画像ペアg とg 、g とg 、・・・、g NNとg NNを用意し、これらの類似顔画像ペア間の差分画像を導出する。これにより導出された差分画像g −g は、人間が主観的に類似判定を行う際に使われていない成分といえる。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the differential image derivation in the present invention. Similar face image pairs g a 1 and g b 1 , g a 2 and g b 2 ,..., G a NN and g b NN of a person judged to be subjectively similar are prepared, and their similarities A difference image between the face image pairs is derived. The difference image g a i -g b i derived in this way can be said to be a component that is not used when a human subjectively makes a similarity determination.

図3は、本発明における固有ベクトルe,e,・・・,eMMの導出および差分空間の説明図である。各ペア間の差分画像g −g は画像空間上で表される。自己相関行列作成部1−2と固有ベクトル導出部1−3は、差分画像集合に対して主成分分析を施し、それらの共通成分を抽出して固有ベクトルe,e,・・・,eMMを導出する。固有ベクトルe,e,・・・,eMMは、差分空間Ψを張る。 FIG. 3 is an explanatory diagram of derivation of eigenvectors e 1 , e 2 ,..., E MM and difference space in the present invention. The difference image g a i -g b i between each pair is represented in the image space. The autocorrelation matrix creating unit 1-2 and the eigenvector deriving unit 1-3 perform principal component analysis on the difference image set, extract common components thereof, and perform eigenvectors e 1 , e 2 ,. Is derived. The eigenvectors e 1 , e 2 ,..., E MM span a difference space Ψ.

次に、登録顔画像作成部2について説明する。登録顔画像作成部2には複数の登録顔画像x(j=1,2,・・・,L)を入力する。これらの登録顔画像xは、各々の人物の顔領域画像を正規化した画像である。 Next, the registered face image creation unit 2 will be described. The registration face image creation section 2 a plurality of registered face images x j (j = 1,2, ··· , L) inputs a. These registered face images xj are images obtained by normalizing the face area images of each person.

登録顔画像作成部2の差分空間投射部2−1は、入力された登録顔画像xを差分空間作成部1で作成された差分空間Ψに投射し、差分空間上のベクトルx′を導出する。 The difference space projection unit 2-1 of the registered face image creating unit 2 projects the input registered face image x j onto the difference space Ψ created by the difference space creating unit 1, and the vector x j ′ on the difference space is projected. To derive.

補空間ベクトル作成部2−2は、登録顔画像xから差分空間上のベクトルx′を差し引いて補空間上のベクトルΔxを作成する。データベース(DB)4は、補空間ベクトル作成部2−2で作成された補空間上のベクトルΔxを辞書データとして蓄積する。データベース4に蓄積する辞書データとして、補空間上のベクトルΔxにリンクしてその人物の顔画像や名前を蓄積するのが好ましい。 Complement the space vector generation unit 2-2, to create a vector Δx j on the complementary space by subtracting the vector x j 'in the difference space from the registered face image x j. The database (DB) 4 stores the vector Δx j on the complementary space created by the complementary space vector creating unit 2-2 as dictionary data. As dictionary data to be stored in the database 4, preferably storing face images and names of the person linked to the vector [Delta] x j on complement.

図4は、本発明における補空間上のベクトル作成の説明図である。顔画像をxとすると、まず、顔画像xを差分空間Ψに投射して差分空間Ψ上のベクトルx′を導出する。次に、顔画像xからベクトルx′を差し引いて補空間上のベクトルΔxを作成する。 FIG. 4 is an explanatory diagram of vector creation on the complementary space in the present invention. If the face image is x, first, the face image x is projected onto the difference space Ψ to derive a vector x ′ on the difference space Ψ. Next, a vector Δx j on the complementary space is created by subtracting the vector x ′ from the face image x.

顔画像xを差分空間Ψに投射することにより導出される差分空間Ψ上のベクトルx′は、顔画像x内で人間が主観的に類似判断を行う際に使っていない成分である。従って、補空間上のベクトルΔxは、この成分が吸収され、人間が主観的に類似判断を行う際に重視する成分を多く含んだベクトルになる。   A vector x ′ on the difference space Ψ derived by projecting the face image x onto the difference space Ψ is a component that is not used when a human subjectively makes a similarity determination in the face image x. Therefore, the vector Δx on the complementary space is a vector that includes a large amount of components that are important when humans subjectively make similarity determinations when this component is absorbed.

次に、認証処理部3について説明する。登録顔画像xについての補空間上のベクトルΔxをデータベース4に蓄積した後、認識対象の人物の顔画像yを認識処理部3に入力する。入力顔画像yは、認識対象の人物の顔領域画像を正規化した画像である。 Next, the authentication processing unit 3 will be described. After the vector Δx j in the complementary space for the registered face image x j is accumulated in the database 4, the face image y of the person to be recognized is input to the recognition processing unit 3. The input face image y is an image obtained by normalizing the face area image of the person to be recognized.

差分空間投射部3−1は、入力顔画像yについての差分空間Ψ上のベクトルy′を導出する。また、補間ベクトル作成部3−2は、補空間上のベクトルΔyを作成する。これらは登録顔画像作成部2における差分空間投射部2−1および補空間ベクトル作成部2−2と同様である。差分空間Ψ上のベクトルy′は式(4)で表され、補空間上のベクトルΔyは、式(5)で表される。   The difference space projection unit 3-1 derives a vector y ′ on the difference space Ψ for the input face image y. In addition, the interpolation vector creation unit 3-2 creates a vector Δy on the complementary space. These are the same as the difference space projection unit 2-1 and the complementary space vector creation unit 2-2 in the registered face image creation unit 2. A vector y ′ on the difference space Ψ is expressed by Expression (4), and a vector Δy on the complementary space is expressed by Expression (5).

Figure 0004577771
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Figure 0004577771
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類似度測定部3−3は、補間ベクトル作成部3−2から入力された補空間上のベクトルΔyとデータベース4に蓄積されている補空間上のベクトルΔxとを比較して類似度Sを測定する。 The similarity measuring unit 3-3 compares the vector Δy on the complementary space input from the interpolation vector creating unit 3-2 with the vector Δx j on the complementary space stored in the database 4, and compares the similarity S j Measure.

類似度順位決定部3−4は、類似度Sを降順にソートし、類似度Sが最も大きい人物、あるいは類似度Sが大きい順に数人の人物の顔画像や名前をデータベース4から取り出して類似顔画像検索結果として送出する。 Similarity ranking determining unit 3-4, sorts the similarities S j in descending order, the largest person similarity S j, or similarity S j is the face image and name of few persons in descending order from the database 4 Extracted and sent out as a similar face image search result.

類似度測定は、種々の方法で行うことができる。上記実施形態では、ベクトルΔxとベクトルΔyの類似度Sを測定する第1の方法によって類似度を測定している。この方法は、図5に示すように、ベクトルΔxとΔy間とがなす角度をθとしたとき、類似度Sとしてcosθを求めことで実現でき、cosθは、式(6)で表されるように、ベクトルΔxとΔyの内積を分子とし、ベクトルΔx、Δyそれぞれの大きさの積を分子とする計算式で求めることができる。この場合、類似度Sは、−1≦S≦1となり、1に近いほど類似し、−1に近いほど非類似となる。 Similarity measurement can be performed by various methods. In the above embodiment, the measurement of similarity by the first method of measuring the similarity S j of the vector [Delta] x j and the vector [Delta] y. As shown in FIG. 5, this method can be realized by obtaining cos θ as the similarity S j where θ is the angle formed between the vectors Δx j and Δy, and cos θ is expressed by equation (6). in so that, as the molecular inner product of the vector [Delta] x j and [Delta] y, it can be determined by calculation that the product of the vector [Delta] x j, the [Delta] y respectively sized and molecules. In this case, the similarity S j is −1 ≦ S j ≦ 1, so that the similarity is closer to 1, and the similarity is closer to −1.

Figure 0004577771
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類似度は、以下に示す第2の方法によっても測定できる。この方法は、1人の人物についての複数Nの補空間上のベクトルΔxjk(k=1,2,・・・,N)から作成される主成分空間とベクトルΔyの類似度Sを測定する方法であり、図6に示すように、ベクトルΔxjkの主成分空間とΔy間とがなす角度をθとしたとき、類似度Sは、式(7)で表されるcosθを求めることで実現できる。この場合、類似度Sは、0≦S≦1となり、1に近いほど類似し、0に近いほど非類似となる。 The degree of similarity can also be measured by the second method shown below. This method measures a similarity S j between a principal component space created from a vector Δx jk (k = 1, 2,..., N) on a plurality of N complementary spaces and a vector Δy for one person. As shown in FIG. 6, when the angle formed between the principal component space of the vector Δx jk and Δy is θ, the similarity S j is expressed as cos 2 θ expressed by the equation (7). It can be realized by seeking. In this case, the similarity S j is 0 ≦ S j ≦ 1, and the closer to 1, the more similar, and the closer to 0, the dissimilar.

Figure 0004577771
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この方法は、各人物についての補空間上のベクトルΔxjk(k=1,2,・・・,N)をす成分分析し、その主成分空間の生成を必要とする。各人物についての補空間上のベクトルΔxjkの主成分空間は、各人物の顔をN枚撮影して得られる顔画像xjp(p=1,2,,N)から各人物についての補空間上のベクトルΔxjkを算出し、これらのベクトルΔxjkから自己相関行列R(または共分散行列C)を算出し、算出された行列の固有ベクトルを導出し、固有値が大きい順にM個(M≦N)の固有ベクトルu,u,・・・,uを取り出し、この固有ベクトルu,u,・・・,uにより張られる空間を求めることにより生成できる。 This method requires component analysis of a vector Δx jk (k = 1, 2,..., N) on the complementary space for each person and generation of the principal component space. The principal component space of the vector Δx jk on the complementary space for each person is the complementary space for each person from face images x jp (p = 1, 2, N) obtained by photographing N faces of each person. The above vector Δx jk is calculated, an autocorrelation matrix R (or covariance matrix C) is calculated from these vectors Δx jk , eigenvectors of the calculated matrix are derived, and M (M ≦ N eigenvectors u 1, u 2) of, ..., removed u M, the eigenvectors u 1, u 2, ..., can be generated by obtaining the space spanned by u M.

本発明は、人間の主観的な判断に近い顔画像認識結果を提供するので、エンターテインメントに効果的に応用できる。例えば、エンターテインメントを提供する施設にカメラやディスプレイとともに本発明による顔画像認識装置を備えておき、入場者の顔をカメラで撮影し、その人物が似ている有名人の顔画像をデータベースから取り出してディスプレイに表示したり、どの程度似ているかなどを提示したりすることができる。また、、顔画像の領域ごとの類似度を測定すれば、領域ごとの類似度を何%などといった表現で提示できる。さらに、両者の顔画像や合成顔画像をディスプレイに表示させたりプリンタで出力させることもできる。   Since the present invention provides a face image recognition result close to human subjective judgment, it can be effectively applied to entertainment. For example, a facility that provides entertainment is equipped with a face image recognition device according to the present invention together with a camera and a display, the face of a visitor is photographed with the camera, and a face image of a celebrity who is similar to the person is taken out of the database and displayed. Or how much they are similar. Moreover, if the similarity for each region of the face image is measured, the similarity for each region can be presented in an expression such as what percentage. Furthermore, both face images and composite face images can be displayed on a display or output by a printer.

本発明に係る顔画像認識装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows one Embodiment of the face image recognition apparatus which concerns on this invention. 本発明における差分画像導出の説明図である。It is explanatory drawing of the difference image derivation in this invention. 本発明における固有ベクトルの導出および差分空間の説明図である。It is explanatory drawing of derivation | leading-out of the eigenvector and difference space in this invention. 本発明における補空間上のベクトル作成の説明図である。It is explanatory drawing of the vector creation on the complement space in this invention. 本発明における類似度測定の説明図である。It is explanatory drawing of the similarity measurement in this invention. 本発明における類似度測定の他の説明図である。It is other explanatory drawing of the similarity measurement in this invention. 従来の画像認識装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the conventional image recognition apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・差分空間作成部、1−1・・・差分画像作成部、1−2・・・自己相関行列作成部、1−3・・・固有ベクトル算出部、2・・・登録顔画像作成部、2−1,3−1・・・差分空間投射部、2−2,3−2・・・補空間ベクトル作成部、3・・・認証処理部、3−3・・・類似度測定部、3−4・・・類似順位決定部、4,73・・・データベース、71・・・辞書登録部、72・・・認識処理部、74,76・・・正規化処理部、75・・・辞書データ作成部、77・・・相関値計算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Difference space creation part, 1-1 ... Difference image creation part, 1-2 ... Auto correlation matrix creation part, 1-3 ... Eigen vector calculation part, 2 ... Registration face image creation Units, 2-1, 3-1 ... difference space projection unit, 2-2, 3-2 ... complementary space vector creation unit, 3 ... authentication processing unit, 3-3 ... similarity measurement 3-4... Similarity determining unit 4, 73... Database 71. Dictionary registration unit 72. Recognition processing unit 74.76 Normalization processing unit 75. ..Dictionary data creation unit, 77 ... Correlation value calculation unit

Claims (3)

予め用意された主観的に類似した顔画像ペアの差分画像を求め、該差分画像を主成分分析して固有ベクトルを導出する差分空間作成部と、
登録顔画像を前記差分空間作成部により導出された固有ベクトルが張る差分空間に投射し、該登録画像と該登録画像が差分空間に投射された成分とのベクトル差である補間空間上のベクトルを導出する登録顔画像作成部と、
入力顔画像を前記差分空間作成部により導出された固有ベクトルが張る差分空間に投射し該入力顔画像と該入力顔画像が差分空間に投射された成分とのベクトル差である補間空間上のベクトルを導出するとともに、該補間空間上のベクトルと前記登録顔画像作成部により導出された補間空間上のベクトルを利用して登録顔画像と入力顔画像の類似度を求める認証処理部を具備したことを特徴とする顔画像認識装置。
A difference space creation unit that obtains a differential image of a pair of subjectively similar facial images prepared in advance and derives an eigenvector by performing principal component analysis on the differential image;
Projecting the difference space eigenvectors derived registration Kaoga image by pre Symbol differential space creating unit spanned, vectors on the interpolation space the registered image and the registered image is a vector difference between the projected component in the difference space A registered face image creation unit for deriving
The projected input face image and input face image input face image image difference space spanned by eigenvectors derived by pre Symbol differential space creating unit is a vector difference between the projected component to the difference space on the interpolation space An authentication processing unit is provided that derives a vector and obtains a similarity between the registered face image and the input face image using the vector on the interpolation space and the vector on the interpolation space derived by the registered face image creation unit. A facial image recognition apparatus characterized by the above.
前記認証処理部は、入力顔画像と該入力顔画像が差分空間に投射された成分とのベクトル差である補間空間上のベクトルと前記登録顔画像作成部により導出された補間空間上のベクトルの類似度を測定することにより登録顔画像と入力顔画像の類似度を求めることを特徴とする請求項1に記載の顔画像認識装置。 The authentication processing unit includes a vector on an interpolation space that is a vector difference between an input face image and a component of the input face image projected on the difference space, and a vector on the interpolation space derived by the registered face image creation unit. The face image recognition apparatus according to claim 1, wherein the similarity between the registered face image and the input face image is obtained by measuring the similarity. 前記登録顔画像作成部は、1人の人物の複数の登録顔画像各々について補間空間上のベクトルを導出し、
前記認証処理部は、前記登録顔画像作成部により導出された補間空間上のベクトルが張る主成分空間と前記登録顔画像作成部により導出された補間空間上のベクトルの類似度を測定することにより登録顔画像と入力顔画像の類似度を求めることを特徴とする請求項1に記載の顔画像認識装置。
The registered face image creation unit derives a vector on an interpolation space for each of a plurality of registered face images of one person,
The authentication processing unit measures a similarity between a principal component space spanned by a vector on the interpolation space derived by the registered face image creation unit and a vector on the interpolation space derived by the registered face image creation unit. The face image recognition apparatus according to claim 1, wherein a similarity between the registered face image and the input face image is obtained.
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