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JP2008027273A - Rotation angle detection device and rotation angle detection method - Google Patents

Rotation angle detection device and rotation angle detection method Download PDF

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JP2008027273A
JP2008027273A JP2006200350A JP2006200350A JP2008027273A JP 2008027273 A JP2008027273 A JP 2008027273A JP 2006200350 A JP2006200350 A JP 2006200350A JP 2006200350 A JP2006200350 A JP 2006200350A JP 2008027273 A JP2008027273 A JP 2008027273A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotation angle
angle detection
face
detection device
periodic
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006200350A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshinori Nagahashi
敏則 長橋
Takashi Hiuga
崇 日向
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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  • Image Analysis (AREA)

Abstract

【課題】例えば人物の顔等のオブジェクトの、基準姿勢からの傾き、即ち、オブジェクト画像の画像平面内での回転角度を簡便且つ迅速に検出することのできる回転角度検出装置および回転角度検出方法を提供する。
【解決手段】オブジェクトを所定経路Rで走査して検出される輝度レベルの変化に係る周期関数(正弦関数および余弦関数)を得る周波数変換手段201と、周波数変換手段201によって得た周期関数のパワースペクトルの比から求められる位相に基づいて、当該オブジェクトの基準姿勢に対する回転角度を検出する回転角度変換手段204と、を含んで構成されている。
【選択図】図2
A rotation angle detection device and a rotation angle detection method capable of easily and quickly detecting an inclination of an object such as a human face from a reference posture, that is, a rotation angle of an object image in an image plane. provide.
Frequency conversion means 201 for obtaining a periodic function (sine function and cosine function) related to a change in luminance level detected by scanning an object along a predetermined path R, and power of the periodic function obtained by the frequency conversion means 201 And a rotation angle conversion unit 204 that detects a rotation angle with respect to a reference posture of the object based on a phase obtained from a spectrum ratio.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、例えば人物の顔などのオブジェクトの、基準姿勢に対する傾きの角度である回転角度を検出する、回転角度検出装置および回転角度検出方法に関する。   The present invention relates to a rotation angle detection device and a rotation angle detection method for detecting a rotation angle that is an angle of inclination of an object such as a human face with respect to a reference posture.

顔の検出は様々なアプリケーションを想定して行われている。例えば、証明写真や顔認識により入退出管理等が行われている。証明写真の場合では、写真中の顔の位置、サイズ、顔の方向等が厳密に規定される。顔検出、顔認識に関しては、既に様々な技術が提案されているが、いずれも顔の方向が直立であることを前提としている。このため、顔の方向を検出し、直立に補正する技術を確立することは、顔検出と顔認識の精度を向上させ、アプリケーションの広がりを進展させることについて大きく影響を与えることになる。   Face detection is performed assuming various applications. For example, entrance / exit management and the like are performed by ID photos and face recognition. In the case of an ID photo, the position, size, face direction, etc. of the face in the photo are strictly defined. Various techniques have already been proposed for face detection and face recognition, but all assume that the face direction is upright. For this reason, establishing a technique for detecting the direction of the face and correcting it upright has a great impact on improving the accuracy of face detection and face recognition and improving the spread of applications.

従来、カメラを用いて顔の向きを検出するために、顔の特徴点である両目の目尻および口にマーカを貼り付け、両目間の距離および目と口との距離の実測値を検出装置に登録しておき、該登録された値を用いて顔の傾きを検出するといった技術提案に対し、顔にマーカを貼り付けたり、両目間の距離および目と口との距離を実測したりする繁雑さを解消することを技術課題とした提案もなされている。   Conventionally, in order to detect the orientation of a face using a camera, markers are pasted on the corners and mouths of both eyes, which are feature points of the face, and the measured values of the distance between the eyes and the distance between the eyes and the mouth are used as a detection device. In contrast to technical proposals for registering and detecting the tilt of a face using the registered values, it is complicated to attach a marker to the face and to measure the distance between eyes and the distance between eyes and mouth Proposals have been made with the technical challenge of eliminating this problem.

この提案は、予め顔の肌色領域の重心点と顔の特徴点とから参照パラメータを生成し、該参照パラメータから推定された回転位置を中心として予め定めた3軸方向の回転幅とピッチに基づいて座標位置情報を生成し、肌色領域の重心点と顔の特徴点との相対位置関係の基準となる情報を記憶し、撮影した顔画像から肌色領域の重心点と顔の特徴点との相対位置関係の情報を算出し、該算出した情報と基準となる情報とに基づいて顔の傾きを検出するといったものである(特許文献1参照)。
また一方、顔が傾いたり、向きが違っているような非正面顔であっても、高効率に検出可能な顔検出装置および顔検出方法の提案も既になされている。
In this proposal, reference parameters are generated in advance from the barycentric points and facial feature points of the skin color area of the face, and based on the rotation width and pitch in the three-axis directions determined in advance centered on the rotation position estimated from the reference parameters. Coordinate position information is generated, information serving as a reference for the relative positional relationship between the barycentric point of the skin color area and the facial feature point is stored, and the relative point between the barycentric point of the skin color area and the facial feature point is recorded from the captured face image The positional relationship information is calculated, and the inclination of the face is detected based on the calculated information and reference information (see Patent Document 1).
On the other hand, proposals have already been made for a face detection apparatus and a face detection method that can detect even a non-front face whose face is tilted or has a different orientation.

この提案は、入力画像と平均的な顔画像を示す所定サイズのテンプレート画像との相関を相関算出手段で求め、該求めた相関に基づいて入力画像に顔画像が含まれているか否かを判定し、入力画像に顔画像が含まれていないと判定されたときには、当該テンプレート画像を画面に垂直な軸の周りに所定角度回転させたテンプレート画像を適用して当該入力画像との相関を求め、入力画像に顔画像が含まれていると判定されたときには、当初のテンプレートを適用して次の入力画像との相関を求めるというものである。   In this proposal, a correlation between the input image and a template image having a predetermined size representing an average face image is obtained by the correlation calculation means, and it is determined whether the face image is included in the input image based on the obtained correlation. When it is determined that the face image is not included in the input image, a template image obtained by rotating the template image by a predetermined angle around an axis perpendicular to the screen is applied to obtain a correlation with the input image. When it is determined that a face image is included in the input image, an initial template is applied to obtain a correlation with the next input image.

入力画像に含まれる顔画像が正面顔ではない場合においても正面顔のテンプレート画像を用いて検出処理を行うことができると共に、マッチングの処理速度が向上するとされている(特許文献2参照)。
更にまた、従来用いられている顔画像切り出し方法では、平均的な顔を用いて一般画像中の顔の位置や大きさの正規化を行うが、実際には、平均的な顔とは目鼻の位置がずれていることが多く、且つ、一定の方向を向いていないため正確な検出が困難であり、更に、テンプレートを利用する方法では、眼、鼻などのテンプレートは小さな画像となるため背景の雑多な対象と混乱しやすいという問題が払拭できなかったことに対処して、従来よりも高精度な認識を行えるようにしようとする提案もある。
Even when the face image included in the input image is not a front face, detection processing can be performed using a front face template image, and matching processing speed is improved (see Patent Document 2).
Furthermore, in the conventional face image segmentation method, the average face is used to normalize the position and size of the face in the general image. The position is often shifted and it is difficult to detect accurately because it is not oriented in a certain direction. Furthermore, in the method using the template, the template of the eye, nose, etc. becomes a small image, so that the background There is also a proposal to deal with the problem of being confused with miscellaneous objects and to make it possible to perform recognition with higher accuracy than before.

この提案では、最初に、顔を撮影したグレースケール顔画像を入力し、一方、予想される全ての変形を考慮したアフィン変換に基づく多数の変形パラメータを予め用意しておき、それらの変形パラメータをそれぞれ用いて入力画像から顔パターンを切り出し、切り出した顔パターンを逆変換し、正方形の正規化パターンにする。次に、この各逆変換で得た正規化された顔パターンから特徴ベクトルを抽出し、予め用意した種々の個人の参照特徴ベクトルと比較して類似度を計算し、識別結果を出力する。   In this proposal, first, a grayscale face image obtained by photographing a face is input. On the other hand, a large number of deformation parameters based on an affine transformation taking into account all the expected deformations are prepared in advance. Using each of them, a face pattern is cut out from the input image, and the cut out face pattern is inversely transformed into a square normalized pattern. Next, feature vectors are extracted from the normalized face patterns obtained by the respective inverse transformations, compared with reference feature vectors of various individuals prepared in advance, similarity is calculated, and an identification result is output.

更に、各識別器から出力される類似度に、対応する各逆変換で除去した変形の発生頻度に基づく重み係数を乗算して、最終的な認識精度を高める。
各変形毎の逆変換と識別と乗算とは、同時並行的に実行し、最後に、これらの識別結果を集めて、総合的な結果として特定の個人か否かを決定する(特許文献3参照)。
特許3454726号公報(段落0002〜段落0007、図1) 特開2004−133637号公報(段落0008〜段落0010、図1) 特開2000−90191号公報(段落0004〜段落0006、段落0019、図1)
In addition, the similarity output from each discriminator is multiplied by a weighting factor based on the frequency of occurrence of the deformation removed by each corresponding inverse transform to increase the final recognition accuracy.
Inverse transformation, identification, and multiplication for each deformation are executed in parallel, and finally, these identification results are collected to determine whether or not a specific individual is a comprehensive result (see Patent Document 3). ).
Japanese Patent No. 3454726 (paragraphs 0002 to 0007, FIG. 1) Japanese Patent Laying-Open No. 2004-133637 (paragraphs 0008 to 0010, FIG. 1) JP 2000-90191 A (paragraphs 0004 to 0006, paragraph 0019, FIG. 1)

しかしながら、上述した特許文献1に提案の技術では、人種の違いや照明の状態といった条件の違いによって、見かけ上の色の範囲、即ち肌色の範囲は大きく変化するものであり、このような条件の違いに影響されずに十分な精度で顔の傾き、即ち、オブジェクトの回転角度を検出することは実際には極めて困難である。
また、特許文献2に提案の技術では、顔の形状と向きに応じて極めて多数のテンプレートを用意することが必要であり、且つ、テンプレートマッチングは計算量が厖大なものとなるため、迅速な検出を行うには余り適さない。
However, in the technique proposed in Patent Document 1 described above, the apparent color range, that is, the skin color range, varies greatly depending on differences in conditions such as race differences and lighting conditions. In practice, it is extremely difficult to detect the tilt of the face, that is, the rotation angle of the object with sufficient accuracy without being affected by the difference.
Further, in the technique proposed in Patent Document 2, it is necessary to prepare an extremely large number of templates according to the shape and orientation of the face, and the template matching requires a large amount of calculation. Not very suitable for doing.

更に、特許文献3に提案の技術では、予想される全ての変形を考慮したアフィン変換に基づく多数の変形パラメータを予め用意することは、既にそれ自体で負担が大きく、簡便に且つ迅速にオブジェクトの回転角度の違いに対処するといったことが難しい。
本発明は上記の状況に鑑み、例えば人物の顔等のオブジェクトの、基準姿勢からの傾き、即ち、オブジェクト画像の画像平面内での回転角度を簡便且つ迅速に検出することのできる回転角度検出装置および回転角度検出方法を提供することを目的とする。
Furthermore, in the technique proposed in Patent Document 3, preparing in advance a large number of deformation parameters based on affine transformations that take into account all possible deformations is already a burden on itself, and it is easy and quick for objects. It is difficult to deal with the difference in rotation angle.
In view of the above situation, the present invention provides a rotation angle detection device that can easily and quickly detect an inclination of an object such as a human face from a reference posture, that is, a rotation angle of an object image in an image plane. It is another object of the present invention to provide a rotation angle detection method.

上記課題を解決するべく、本願では次に列記するような技術を提案する。
(1)オブジェクトを所定経路で走査して検出される輝度レベルの変化に係る周期関数を得る周波数変換手段と、前記周波数変換手段によって得た周期関数の位相に基づいて当該オブジェクトの基準姿勢に対する回転角度を検出する回転角度変換手段と、を含んで構成されていることを特徴とする回転角度検出装置。
In order to solve the above problems, the present application proposes the following technologies.
(1) Frequency conversion means for obtaining a periodic function related to a change in luminance level detected by scanning an object along a predetermined path, and rotation of the object relative to a reference posture based on the phase of the periodic function obtained by the frequency conversion means And a rotation angle conversion means for detecting the angle.

上記(1)の回転角度検出装置では、周波数変換手段によって、オブジェクトを所定経路で走査して検出される輝度レベルの変化に係る周期関数を得る。該得た周期関数の位相に基づいて、回転角度変換手段によって、当該オブジェクトの基準姿勢に対する回転角度を検出する。
比較的簡易な演算によって、例えば人物の顔等のオブジェクトの、基準姿勢に対する回転角度を検出することができる。
In the rotation angle detection device of (1) above, a periodic function related to a change in luminance level detected by scanning the object along a predetermined path is obtained by the frequency conversion means. Based on the phase of the obtained periodic function, the rotation angle conversion means detects the rotation angle with respect to the reference posture of the object.
With a relatively simple calculation, for example, the rotation angle of an object such as a human face with respect to a reference posture can be detected.

(2)前記周波数変換手段は、初期位相の異なる複数通りの周期関数を生成するように構成され、前記回転角度変換手段は前記周波数変換手段により生成された初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比に基づいて前記回転角度を検出するように構成されていることを特徴とする(1)の回転角度検出装置。
上記(2)の回転角度検出装置では、(1)の回転角度検出装置に関して特に、周波数変換手段は、例えば、正弦関数と余弦関数のような初期位相の異なる複数通りの周期関数を生成し、回転角度変換手段はこれら初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比に基づいて当該回転角度を検出する。
比較的簡易な演算によって、例えば人物の顔等のオブジェクトの、基準姿勢に対する回転角度を的確に検出することができる。
(2) The frequency converting unit is configured to generate a plurality of periodic functions having different initial phases, and the rotation angle converting unit is configured to generate a plurality of periodic functions having different initial phases generated by the frequency converting unit. The rotation angle detection device according to (1), wherein the rotation angle is detected based on a power spectrum ratio.
In the rotation angle detection device of (2) above, in particular with respect to the rotation angle detection device of (1), the frequency conversion means generates a plurality of periodic functions having different initial phases such as a sine function and a cosine function, for example, The rotation angle conversion means detects the rotation angle based on the ratio of power spectra of a plurality of periodic functions having different initial phases.
By a relatively simple calculation, for example, the rotation angle of an object such as a human face with respect to a reference posture can be accurately detected.

(3)前記周波数変換手段は、当該走査を行う所定経路に並ぶ画素に対して各隣接する画素の輝度の平均値に基づいて当該周期関数を生成するように構成されていることを特徴とする(1)の回転角度検出装置。
上記(3)の回転角度検出装置では、(1)の回転角度検出装置に関して特に、周波数変換手段は、当該走査を行う所定経路に並ぶ画素に対して各隣接する画素の輝度の平均値に基づいて当該周期関数を生成するため、種々のノイズに対してロバストにオブジェクトの回転角度の検出を行うことができる。
(3) The frequency conversion unit is configured to generate the periodic function based on an average value of luminances of adjacent pixels with respect to pixels arranged in a predetermined path for performing the scanning. (1) The rotation angle detection apparatus.
In the rotation angle detection device of (3) above, the frequency conversion means is based on the average value of the luminance of each adjacent pixel with respect to the pixels arranged in a predetermined path for performing the scanning, particularly with respect to the rotation angle detection device of (1). Since the periodic function is generated, the rotation angle of the object can be detected robustly against various noises.

(4)当該オブジェクトとして人物の顔が選択されたときには、前記周波数変換手段は、当該人物の顔の輪郭より内側であってその顔の眼を通る走査経路を選択するように構成されていることを特徴とする(1)の回転角度検出装置。
上記(4)の回転角度検出装置では、(1)の回転角度検出装置に関して特に、当該オブジェクトとして人物の顔が選択されたときには、前記周波数変換手段は、当該人物の顔の輪郭より内側であってその顔の眼を通る走査経路を選択するため、顔検出に関して顕著な、乃至は、支配的な特徴部位である少なくともその顔の眼(片眼両眼いずれも可とする)のデータが考慮され、照明光その他様々な変動にロバストにオブジェクトの回転角度の検出を行うことができる。
(4) When a person's face is selected as the object, the frequency conversion means is configured to select a scanning path that is inside the outline of the person's face and passes through the eyes of the face. (1) The rotation angle detection apparatus characterized by these.
In the rotation angle detection device of (4) above, particularly when a person's face is selected as the object, the frequency conversion means is located inside the contour of the person's face, with respect to the rotation angle detection device of (1). In order to select the scanning path that passes through the eyes of the face, at least the data of the eyes of the face (both one eye and both eyes are acceptable), which is a prominent or dominant feature part of the face detection, are considered In addition, the rotation angle of the object can be detected robustly against illumination light and other various variations.

(5)前記回転角度変換手段は前記周波数変換手段により生成された初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比と前記回転角度との対応関係を表わすデータを参照データとして予め記憶手段に保持し、前記周波数変換手段により生成された初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比と前記記憶手段に保持された参照データとを対照して前記回転角度を検出するように構成されていることを特徴とする(2)の回転角度検出装置。 (5) The rotation angle conversion means stores, in advance as reference data, data representing a correspondence relationship between a power spectrum ratio of a plurality of periodic functions having different initial phases generated by the frequency conversion means and the rotation angle. The rotation angle is detected by comparing the ratio of the power spectrum of the plurality of periodic functions having different initial phases generated by the frequency conversion means and the reference data held in the storage means. (2) The rotation angle detection apparatus characterized by the above-mentioned.

上記(5)の回転角度検出装置では(2)の回転角度検出装置に関して特に、回転角度変換手段は周波数変換手段により生成された初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比と回転角度との対応関係を表わすデータを参照データとして予め記憶手段に保持し、周波数変換手段により生成された初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比と記憶手段に保持された参照データとを対照して回転角度を検出するため、簡便且つ的確にオブジェクトの回転角度を検出することができる。   In the rotation angle detection device of (5) above, in particular with respect to the rotation angle detection device of (2), the rotation angle conversion means is the ratio of the power spectrum of the various periodic functions generated by the frequency conversion means and the rotation angle. Is stored in advance as reference data in the storage means, and the ratio of the power spectra of the plurality of periodic functions having different initial phases generated by the frequency conversion means and the reference data held in the storage means In contrast, since the rotation angle is detected, the rotation angle of the object can be detected easily and accurately.

(6)前記周波数変換手段は、複数通りの周期関数として正弦関数および余弦関数を生成するように構成されていることを特徴とする(2)の回転角度検出装置。
上記上記(6)の回転角度検出装置では(2)の回転角度検出装置に関して特に、周波数変換手段は、複数通りの周期関数として正弦関数および余弦関数を生成するため、回転角度検出のための演算が簡素なものなり、迅速にオブジェクトの回転角度を検出することができる。
(6) The rotation angle detection device according to (2), wherein the frequency conversion means is configured to generate a sine function and a cosine function as a plurality of types of periodic functions.
In the rotation angle detection device of the above (6), the frequency conversion means generates a sine function and a cosine function as a plurality of periodic functions, particularly with respect to the rotation angle detection device of (2). Becomes simple, and the rotation angle of the object can be detected quickly.

(7)前記周波数変換手段により走査対象とされるオブジェクトを含む画像を一定の大きさにリサイズするリサイズ手段を更に有することを特徴とする(1)〜(6)の何れか一の回転角度検出装置。
上記(7)の回転角度検出装置では、(1)〜(6)の何れか一の回転角度検出装置に関して特に、周波数変換手段により走査対象とされるオブジェクトを含む画像を一定の大きさにリサイズするリサイズ手段を更に有するため、検出対象とされる各オブジェクトに対して検出のための基準の適用に関して画一性が維持された的確な回転角度の検出が行われ得る。
(7) The rotation angle detection according to any one of (1) to (6), further comprising resizing means for resizing an image including an object to be scanned by the frequency converting means to a certain size. apparatus.
In the rotation angle detection device according to (7) above, in particular with respect to the rotation angle detection device according to any one of (1) to (6), the image including the object to be scanned by the frequency conversion means is resized to a certain size. In addition, since the resizing means is further provided, it is possible to detect an accurate rotation angle in which uniformity is maintained with respect to application of a reference for detection to each object to be detected.

(8)オブジェクトを所定経路で走査して検出される輝度レベルの変化に係る周期関数を得て、該得られた周期関数の位相に基づいて当該オブジェクトの基準姿勢に対する回転角度を検出することを特徴とする回転角度検出方法。
上記(8)の回転角度検出方法では、比較的簡易な演算によって、例えば人物の顔等のオブジェクトの、基準姿勢に対する回転角度を検出することができる。
(8) Obtaining a periodic function related to a change in luminance level detected by scanning the object along a predetermined path, and detecting a rotation angle with respect to the reference posture of the object based on the phase of the obtained periodic function A feature of a rotation angle detection method.
In the above rotation angle detection method (8), the rotation angle of an object such as a human face with respect to a reference posture can be detected by a relatively simple calculation.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。尚、以下に参照する図においては、便宜上、説明の主題となる要部は適宜誇張し、要部以外については適宜簡略化し乃至省略されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings to be referred to below, for the sake of convenience, the main part that is the subject of the description is exaggerated as appropriate, and other than the main part is appropriately simplified or omitted.

図1は、本発明の実施の形態の技術を表す概念図である。図1(a)は、顔の正中線が画像を左右対称に二分する線に沿った正規の(基準となる)姿勢にある状態を表し、図1(b)は、顔の正中線が画像を左右対称に二分する線に対し上方が左に傾斜した(即ち、画像平面内で左回転した)姿勢にある状態を表し、図1(c)は、顔の正中線が画像を左右対称に二分する線に対し上方が右に傾斜した(即ち、画像平面内で右回転した)姿勢にある状態を表している。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing a technique according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a state in which the midline of the face is in a normal (reference) posture along a line that bisects the image symmetrically, and FIG. 1B shows that the midline of the face is an image. Represents a state in which the upper side is inclined to the left with respect to a line that bisects the image bilaterally (that is, rotated counterclockwise in the image plane), and FIG. This represents a state in which the upper side is inclined to the right with respect to the bisecting line (that is, rotated right in the image plane).

本例では、何れの場合も、画像100は走査対象とされるオブジェクト(人物の顔)を含む画像を一定の大きさにリサイズするリサイズ手段を通して、一定の大きさの画像が切り出される(抽出される)。
本実施の形態では、オブジェクトとしての人物の顔の画像(顔の部分画像)100を短い矢線の連なりで図示された所定の経路Rに沿って走査して、サンプリング対象とされる画素P1,P2,P3,P4,P5,…Pn−2,Pn−1,Pn毎に検出される輝度レベルの変化に係る周期関数を得て、該得られた周期関数の位相に基づいて当該オブジェクトの基準姿勢に対する回転角度を検出する。
In this example, in any case, the image 100 is extracted (extracted) through resizing means for resizing the image including the object (person's face) to be scanned to a certain size. )
In the present embodiment, an image of a person's face (face partial image) 100 as an object is scanned along a predetermined path R shown by a series of short arrows, and the pixels P1 and P1 to be sampled are scanned. P2, P3, P4, P5,... Pn-2, Pn-1, and a periodic function related to a change in luminance level detected for Pn are obtained, and a reference of the object is obtained based on the phase of the obtained periodic function. The rotation angle with respect to the posture is detected.

本実施の形態では、上述の周期関数として、正弦関数と余弦関数、即ち、初期位相の異なる複数通り(この場合は2通り)の周期関数を生成し、回転角度変換手段によってこれら初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比に基づいて当該回転角度を検出する。
画素P1,P2,P3,P4,P5,…Pn−2,Pn−1,Pn毎に検出される輝度レベルの変化に係る周期関数としての正弦関数はフーリエ変換によって次の数式1で表わされるようなパワースペクトルを有し、また、余弦関数はフーリエ変換によって次の数式2で表わされるようなパワースペクトルを有する。そして、これらに基づいて、数式3の演算を実行して回転角度を算出する。
In the present embodiment, a sine function and a cosine function, that is, a plurality of (two in this case) periodic functions having different initial phases are generated as the above-described periodic functions, and these initial phases differ by the rotation angle conversion means. The rotation angle is detected based on the ratio of power spectra of a plurality of periodic functions.
A sine function as a periodic function related to a change in luminance level detected for each of the pixels P1, P2, P3, P4, P5,... Pn-2, Pn-1, and Pn is expressed by the following formula 1 by Fourier transform. In addition, the cosine function has a power spectrum represented by the following Equation 2 by Fourier transform. And based on these, the calculation of Formula 3 is executed to calculate the rotation angle.

Figure 2008027273
Figure 2008027273

Figure 2008027273
Figure 2008027273

Figure 2008027273
Figure 2008027273

尚、数式1および数式2の生成に用いる画素は、上述のようにP1,P2,P3,P4,P5,…Pn−2,Pn−1,Pnと経路Rに沿った各個の画素を逐一サンプリングするようにして生成してもよいが、これに限らず、当該走査を行う所定経路に並ぶ画素に対して各隣接する画素の輝度の平均値に基づいて当該周期関数を生成するようにしてもよい。 It should be noted that the pixels used to generate Equations 1 and 2 are sampled one by one for each pixel along P1, P2, P3, P4, P5,... Pn-2, Pn-1, Pn and path R as described above. However, the present invention is not limited to this, and the periodic function may be generated based on the average value of the brightness of each adjacent pixel with respect to the pixels arranged in a predetermined path for performing the scanning. Good.

この平均のとり方は種々のものであってよいが、例えば、図1における上述の各画素P1,P2,P3,P4,P5,…Pn−2,Pn−1,Pnに対し、(P1+P2)/2,(P3+P4)/2,…,(Pn−1+Pn)/2のように平均をとる対象となる画素が重複しないように選択してもよく、或いはまた、(P1+P2)/2,(P2+P3)/2,(P3+P4)/2,…,(Pn−2+Pn−1)/2,(Pn−1+Pn)/2のように平均をとる対象となる画素が1つずつ重複するように選択してもよく、更にまた、(P1+P2+P3)/3,(P2+P3+P4)/3,(P3+P4+P5)/3,…,(Pn−2+Pn−1+Pn)/3のように一部を重複しつつ複数個(この例では3つ)の平均をとるようにしてもよい。何れの場合も、種々のノイズに対してよりロバストな検出(安定した生成)を行うことが可能になる。   There are various ways of taking this average. For example, for each of the above-described pixels P1, P2, P3, P4, P5,... Pn-2, Pn-1, and Pn in FIG. 2, (P3 + P4) / 2,..., (Pn-1 + Pn) / 2 may be selected so that pixels to be averaged do not overlap, or (P1 + P2) / 2, (P2 + P3) / 2, (P3 + P4) / 2,..., (Pn-2 + Pn-1) / 2, (Pn-1 + Pn) / 2, even if the pixels to be averaged are selected so as to overlap one by one Well, moreover, (P1 + P2 + P3) / 3, (P2 + P3 + P4) / 3, (P3 + P4 + P5) / 3,. Average) There. In either case, it is possible to perform more robust detection (stable generation) against various noises.

図2は、本発明の回転角度検出装置200の構成を表すブロック図である。図中、周波数変換手段201は、初期位相の異なる複数通りの周期関数として、上述のように、正弦関数と余弦関数、即ち、初期位相の異なる複数通り(この場合は2通り)の周期関数を生成する。
これらの周期関数の生成は、P1,P2,P3,P4,P5,…Pn−2,Pn−1,Pnのように、選択された経路Rに沿った各個の画素をサンプリングするようにして生成してもよいが、平均輝度算出手段202によって、既述のとおり、隣接する画素の輝度の平均値に基づいて当該周期関数を生成するようにしてもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the rotation angle detection device 200 of the present invention. In the figure, the frequency conversion unit 201 converts a sine function and a cosine function as a plurality of periodic functions having different initial phases, that is, a plurality of periodic functions having different initial phases (in this case, two types). Generate.
These periodic functions are generated by sampling each pixel along the selected path R, such as P1, P2, P3, P4, P5,... Pn-2, Pn-1, and Pn. However, as described above, the periodic function may be generated by the average luminance calculation unit 202 based on the average value of the luminance of adjacent pixels.

尚、経路Rの選択については、顔の特徴をよりよく反映し、回転に応じて特徴が大きく変わる画素であることが望ましい。オブジェクト画像が人物の顔である場合には、両眼101,102(図1)は顔の特徴を良く表している。即ち、一定の画素以上の部分が周囲の個所より輝度が低くなるのが一般的である。しかも、対称軸(正中線)をはさんで存在するため、回転角度の検出に有効な特徴であることが推測される。
一方、個人または撮影の条件により、変動が大きい個所は望ましくないことになる。例えば、髭、マスクなどの有無による影響が考えられるため、口唇103の付近は避けることが望ましい。以上の条件を満足するように選択した画素の並びが図1において短い矢線の連なりで図示された部分(即ち、経路R)である。
It should be noted that the selection of the path R is desirably a pixel that better reflects the facial features and changes greatly according to the rotation. When the object image is a person's face, both eyes 101 and 102 (FIG. 1) well represent facial features. That is, in general, the luminance of a portion above a certain pixel is lower than that of surrounding portions. Moreover, since it exists across the axis of symmetry (midline), it is presumed that this is an effective feature for detecting the rotation angle.
On the other hand, locations with large fluctuations are undesirable depending on the individual or shooting conditions. For example, it is desirable to avoid the vicinity of the lip 103 because of the influence of the presence or absence of wrinkles, a mask, or the like. The arrangement of the pixels selected so as to satisfy the above conditions is a portion (that is, a path R) shown by a series of short arrows in FIG.

また、オブジェクト(人物の顔)の回転角度検出の対象となる各画像は、オブジェクトを含む画像を一定の大きさにリサイズするリサイズ手段203を通して、一定の大きさの画像として切り出される(抽出される)。
このリサイズには、バイキュービック法やバイリニア法などの技術が適用される。
回転角度変換手段204は、数式1および数式2の2通りの周期関数のパワースペクトルを得て、数式3によって当該周期関数のパワースペクトルの比に基づいて当該回転角度を検出する。
In addition, each image that is a target for detecting the rotation angle of the object (person's face) is cut out (extracted) as an image having a certain size through resizing means 203 that resizes the image including the object to a certain size. ).
For this resizing, techniques such as the bicubic method and the bilinear method are applied.
The rotation angle conversion unit 204 obtains power spectra of two periodic functions of Equation 1 and Equation 2, and detects the rotation angle based on the ratio of the power spectrum of the periodic function by Equation 3.

図3は、位相角とオブジェクトの角度(回転角)との対応関係を表すデータ(参照データ)を表わす線図である。本発明の実施の形態では、この線図におけるような参照データ(位相角−傾き角度の特性)を、予め、このような位相角(初期位相の異なる2通りの周期関数のパワースペクトルの比に相当する)とオブジェクトの傾き角度(回転角)との対応関係を表すデータとして、回転角度変換手段204内の、或いは、該手段の外部の適宜のメモリ(記憶手段)に保持しておく。   FIG. 3 is a diagram showing data (reference data) representing the correspondence between the phase angle and the angle (rotation angle) of the object. In the embodiment of the present invention, reference data (phase angle-tilt angle characteristics) as shown in this diagram is preliminarily converted into the ratio of power spectra of two kinds of periodic functions having different initial phases. Data corresponding to the inclination angle (rotation angle) of the object and stored in an appropriate memory (storage means) in the rotation angle conversion means 204 or outside the means.

そして、周波数変換手段201により生成された初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比と上記のメモリに保持された参照データとを対照して前記回転角度を検出する。
に基づいて傾き角度(回転角)を求める。
Then, the rotation angle is detected by comparing the ratio of the power spectra of a plurality of periodic functions having different initial phases generated by the frequency conversion means 201 with the reference data held in the memory.
The tilt angle (rotation angle) is obtained based on

図4は、本発明の実施の形態における回転角度検出のための処理を表すフローチャートである。
動作が開始すると、先ず、リサイズ手段203によって、傾きの角度(回転角)を検出する対象とするオブジェクトを含む領域を一定の大きさにリサイズする(ステップS401)。
次いで、ステップS401でリサイズした領域から、傾きの角度(回転角)を算出する計算に適用する画素を選択する(ステップS402)。これは、例えば、図1を参照して説明したように行われる。
FIG. 4 is a flowchart showing a process for detecting the rotation angle in the embodiment of the present invention.
When the operation starts, first, the resizing means 203 resizes the area including the object whose tilt angle (rotation angle) is to be detected to a certain size (step S401).
Next, a pixel to be applied to calculation for calculating an inclination angle (rotation angle) is selected from the area resized in step S401 (step S402). This is performed, for example, as described with reference to FIG.

更に、平均輝度算出手段202によって、既述のように、ステップS402で選択した画素とその隣接画素との輝度値の平均値を求める(ステップS403)。
次いで、周波数変換手段201により得た周期関数から、数式1および数式2に従って、2つの周期関数のパワースペクトルを求める(ステップS404)。
ステップS404で得た周期関数のパワースペクトルの比(数式3)から、当該周期関数の位相を算出する(ステップS405)。
Further, as described above, the average luminance calculation unit 202 obtains the average value of the luminance values of the pixel selected in step S402 and its adjacent pixels (step S403).
Next, the power spectra of the two periodic functions are obtained from the periodic function obtained by the frequency conversion means 201 according to Equation 1 and Equation 2 (step S404).
The phase of the periodic function is calculated from the ratio (formula 3) of the power spectrum of the periodic function obtained in step S404 (step S405).

ステップS405で得た位相から、既述のメモリに保持された図3の線図で表わされる参照データを対照して回転角度を求める(ステップS406)。
以上説明した技術思想は、オブジェクトを所定経路Rで走査して検出される輝度レベルの変化に係る周期関数(正弦関数および余弦関数)を得て、該得られた周期関数の位相に基づいて当該オブジェクトの基準姿勢に対する回転角度を検出する(数式3)ことを特徴とする回転角度検出方法であるとも見ることができる。
From the phase obtained in step S405, the rotation angle is obtained by comparing the reference data represented by the diagram of FIG. 3 held in the above-described memory (step S406).
The technical idea described above obtains a periodic function (sine function and cosine function) related to a change in luminance level detected by scanning an object along a predetermined path R, and based on the phase of the obtained periodic function. It can also be seen as a rotation angle detection method characterized by detecting the rotation angle with respect to the reference posture of the object (Equation 3).

なお、上記実施形態については画像を一定の大きさにリサイズすることを前提に説明してきたが、画像の大きさに応じて使用する画素の並びを変更するようにしても良い。
以上、本発明により、簡便且つ的確にオブジェクトの回転角度を検出することができる。
Although the above embodiment has been described on the assumption that the image is resized to a certain size, the arrangement of pixels to be used may be changed according to the size of the image.
As described above, according to the present invention, the rotation angle of the object can be detected easily and accurately.

本発明の実施の形態の技術を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the technique of embodiment of this invention. 本発明の回転角度検出装置の構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the rotation angle detection apparatus of this invention. 位相角とオブジェクトの角度(回転角)との対応関係を表すデータ(参照データ)を表わす線図である。It is a diagram showing the data (reference data) showing the correspondence between the phase angle and the angle (rotation angle) of the object. 本発明の実施の形態における回転角度検出のための処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the process for the rotation angle detection in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

200…回転角度検出装置 201…周波数変換手段 202…平均輝度算出手段 203…リサイズ手段 204…回転角度変換手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... Rotation angle detection apparatus 201 ... Frequency conversion means 202 ... Average brightness calculation means 203 ... Resizing means 204 ... Rotation angle conversion means

Claims (8)

オブジェクトを所定経路で走査して検出される輝度レベルの変化に係る周期関数を得る周波数変換手段と、前記周波数変換手段によって得た周期関数の位相に基づいて当該オブジェクトの基準姿勢に対する回転角度を検出する回転角度変換手段と、を含んで構成されていることを特徴とする回転角度検出装置。   Frequency conversion means for obtaining a periodic function related to a change in luminance level detected by scanning an object along a predetermined path, and detecting a rotation angle with respect to the reference posture of the object based on the phase of the periodic function obtained by the frequency conversion means And a rotation angle conversion means. A rotation angle detection device comprising: 前記周波数変換手段は、初期位相の異なる複数通りの周期関数を生成するように構成され、前記回転角度変換手段は前記周波数変換手段により生成された初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比に基づいて前記回転角度を検出するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。   The frequency converting unit is configured to generate a plurality of periodic functions having different initial phases, and the rotation angle converting unit is configured to generate power spectra of a plurality of periodic functions having different initial phases generated by the frequency converting unit. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle is detected based on a ratio. 前記周波数変換手段は、当該走査を行う所定経路に並ぶ画素に対して各隣接する画素の輝度の平均値に基づいて当該周期関数を生成するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。   2. The frequency conversion unit is configured to generate the periodic function based on an average value of luminance of each adjacent pixel with respect to pixels arranged in a predetermined path for performing the scanning. A rotation angle detection device according to claim 1. 当該オブジェクトとして人物の顔が選択されたときには、前記周波数変換手段は、当該人物の顔の輪郭より内側であってその顔の眼を通る走査経路を選択するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。   When a person's face is selected as the object, the frequency converting means is configured to select a scanning path that is inside the outline of the person's face and passes through the eyes of the face. The rotation angle detection device according to claim 1. 前記回転角度変換手段は前記周波数変換手段により生成された初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比と前記回転角度との対応関係を表わすデータを参照データとして予め記憶手段に保持し、前記周波数変換手段により生成された初期位相の異なる複数通りの周期関数のパワースペクトルの比と前記記憶手段に保持された参照データとを対照して前記回転角度を検出するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle conversion means holds data representing a correspondence relationship between the power spectrum ratios of a plurality of periodic functions with different initial phases generated by the frequency conversion means and the rotation angle in a storage means in advance, The rotation angle is detected by comparing a ratio of power spectra of a plurality of periodic functions having different initial phases generated by the frequency conversion means with reference data held in the storage means. The rotation angle detection device according to claim 2. 前記周波数変換手段は、複数通りの周期関数として正弦関数および余弦関数を生成するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 2, wherein the frequency conversion unit is configured to generate a sine function and a cosine function as a plurality of types of periodic functions. 前記周波数変換手段により走査対象とされるオブジェクトを含む画像を一定の大きさにリサイズするリサイズ手段を更に有することを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の回転角度検出装置。   The rotation angle detection apparatus according to claim 1, further comprising resizing means for resizing an image including an object to be scanned by the frequency converting means to a certain size. オブジェクトを所定経路で走査して検出される輝度レベルの変化に係る周期関数を得て、該得られた周期関数の位相に基づいて当該オブジェクトの基準姿勢に対する回転角度を検出することを特徴とする回転角度検出方法。   A periodic function related to a change in luminance level detected by scanning an object along a predetermined path is obtained, and a rotation angle with respect to a reference posture of the object is detected based on a phase of the obtained periodic function. Rotation angle detection method.
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