KR101087250B1 - Apparatus for detecting face using skin region detection - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치에 관한 것으로서, 얼굴 검출 이전에, 입력 영상 내의 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단함으로써, 피부색 영역으로 구분된 영역만을 얼굴 후보 영역으로 간주할 수 있어, 불필요한 얼굴 검출 시간 및 과정을 줄일 수 있는 장치를 제공함에 있다. The present invention relates to a face detection apparatus using skin color region detection. Before face detection, an integrated image is generated based on information in which the skin color level of each pixel in the input image is digitized, and a specific region is colored using an integrated image. By determining whether the area is an area, only an area divided into a skin color area may be regarded as a face candidate area, and thus an apparatus capable of reducing unnecessary face detection time and process is provided.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력된 영상의 각 화소의 컬러 값을 사용하여 각 화소의 피부색 정도를 측정하여 수치화하는 피부색 수치화부; 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 피부색 검출부; 및 입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행하는 얼굴 검출부; 를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a skin color digitizing unit configured to measure and quantify the skin color level of each pixel using color values of pixels of an input image; A skin color detector configured to generate an integrated image based on information in which the skin color level of each pixel is digitized, and determine whether a specific region is a skin color region using the integrated image; And a face detection unit configured to perform face detection only on an area divided into skin color areas in the input image. It includes.
얼굴 검출, 피부색 검출, 적분 영상 Face detection, skin color detection, integral image
Description
본 발명은 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 한 장의 입력 영상으로부터 사람의 얼굴을 검출하기 위하여 피부색 영역을 검출할 때, 기존 방식과의 비교하여 수행시간이 단축되고, 검출률의 감소없이 오검출률을 감소시킬 수 있는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a face detection apparatus using skin color region detection, and more particularly, when detecting a skin color region to detect a human face from a single input image, the execution time is shortened compared to the conventional method. The present invention relates to an apparatus capable of reducing the false detection rate without reducing the detection rate.
최근 보안 분야에 대한 관심이 커지면서 인간의 외적 특성 혹은 움직임 특징을 이용하여 개인을 인식하는 보안장비의 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 이러한 생체인식을 이용한 지능화된 화상 감시 시스템에서 인간의 얼굴 인식을 이용하고 있으며, 얼굴 검출은 이러한 응용 영역에서 시스템의 첫 번째 단계로 구성되는 중요한 연구 분야이다. 현재까지 얼굴 영상에서 나타나는 컬러, 밝기, 기하학적 분포 등의 특징을 이용한 여러 가지 방법이 활발히 연구되고 있다. Recently, with the growing interest in the security field, the development of security equipment that recognizes individuals by using external characteristics or movement characteristics of humans is actively progressing. In particular, the intelligent image surveillance system using biometrics is using human face recognition, and face detection is an important research field that is composed of the first stage of the system in this application area. Until now, various methods using the features such as color, brightness, and geometric distribution appearing in face images have been actively studied.
그러나, 얼굴 검출에는 몇 가지 어려움이 따른다. 영상 내 얼굴의 위치, 크기, 회전, 방향, 조명 환경 등에 따른 변화로 인해 얼굴의 구성요소가 모두 드러나지 않는 제한적인 상황이 자주 발생한다. 이러한 상황에서도 얼굴을 검출하기 위한 방안이 다양하게 연구된 바 있다.However, face detection involves some difficulties. Due to changes in the position, size, rotation, direction, lighting environment, etc. of the face, a limited situation often occurs in which all components of the face are not exposed. In this situation, various methods for detecting a face have been studied.
일반적으로 한 장의 영상으로부터 얼굴을 검출하는 방법은 지식 기반 방법(Knowledge-based method), 특징 기반 방법(feature-based method), 템플릿 정합 기법(template matching method), 영상(외양)기반 방법(Image-based method) 등으로 나눌 수 있다. In general, the method of detecting a face from a single image includes a knowledge-based method, a feature-based method, a template matching method, and an image-based method. based method).
먼저, 지식 기반 방법은 얼굴에 나타나는 특징들과 그들 사이의 관계에 근거한 간단한 규칙들로 얼굴인지 아닌지를 판단한다. 예를 들어, 얼굴에서 두 개의 눈과 코, 입이 좌우 대칭으로 나타난다. 이러한 특징 사이의 상관관계는 상대적인 거리, 위치로 나타낸다. 그러나 규칙들이 너무 일반적인 경우 오검출 발생 확률이 높아지며, 영상에서 얼굴이 나타나는 모든 상황을 감안하여 규칙을 만들기 힘들기 때문에 영상 내 얼굴의 자세가 다른 경우 검출하기 어렵다.First, the knowledge-based method determines whether or not a face is based on simple rules based on the features that appear on the face and the relationship between them. For example, two eyes, nose, and mouth appear symmetrically on the face. The correlation between these features is represented by relative distance, location. However, if the rules are too general, the probability of false detection increases, and it is difficult to detect a different pose of the face in the image because it is difficult to create a rule in consideration of all situations in which the face appears in the image.
또한, 특징 기반 방법에서는 영상 내 얼굴의 다양한 자세, 혹은 조명 환경의 변화에 강인한 특징을 찾아서 얼굴 검출에 이용한다. 일반적으로 눈썹, 눈, 코, 입, 머리카락 등의 부분적인 얼굴 특징을 에지(Edge)검출기를 이용하여 추출한다. 이러한 방법은 얼굴 자세나 방향에는 강인하지만 조명이나 잡음에 의한 부분 손실에 약하다는 단점이 있다.In addition, the feature-based method finds features that are robust to changes in various postures or lighting environments of faces in the image and uses them for face detection. In general, partial facial features such as eyebrows, eyes, nose, mouth, and hair are extracted using an edge detector. This method is robust to face posture and orientation, but has a disadvantage in that it is weak in partial loss caused by lighting or noise.
또한, 템플릿 정합 기법에서는 학습과정 없이 얼굴의 부분영역이나 외곽선을 이용하여 미리 표준 얼굴에 대한 정보를 만든다. 주어진 얼굴 후보에 대하여 이러한 표준 얼굴과의 유사성을 판단하여 얼굴과 비얼굴을 구분한다. 이러한 방법은 비교적 간단하게 이용할 수 있지만 다양한 얼굴 자세에서 템플릿을 정의하기 힘들다 는 단점이 있다. In addition, in the template matching technique, information about a standard face is generated in advance by using a partial region or an outline of a face without a learning process. For a given face candidate, the similarity with the standard face is judged to distinguish the face from the non-face. This method is relatively simple to use, but has a disadvantage in that it is difficult to define templates in various face postures.
마지막으로, 영상 기반 방법에서는 훈련 영상들부터 얼굴과 비얼굴을 구분하기에 용이한 통계적 정보를 획득하고, 획득된 통계적 정보에 기반을 두어 얼굴과 비얼굴을 구분하는 식별기(Classifier)를 구성한다. 다른 방법에 비해 많은 예제들이 필요하며 식별기를 구성하기 위한 시간 소모가 많지만 패턴인식 알고리즘을 이용함으로서 정확도가 높으며 얼굴 자세에 비교적 강인하다. 현재 이러한 접근 방법으로 분류될 수 있는 다양한 학습 알고리즘이 얼굴 검출에 용이하게 사용되고 있다.Lastly, in the image-based method, statistical information which is easy to distinguish the face and the non-face from the training images is obtained, and a classifier is configured to distinguish the face and the non-face based on the obtained statistical information. Compared with other methods, many examples are required and time consuming to construct an identifier, but using pattern recognition algorithm, the accuracy is high and the face posture is relatively strong. Currently, various learning algorithms that can be classified by this approach are easily used for face detection.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로 본 발명의 제 1 목적은, 얼굴 검출 이전에, 입력 영상 내의 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단함으로써, 피부색 영역으로 구분된 영역만을 얼굴 후보 영역으로 간주할 수 있어, 불필요한 얼굴 검출 시간 및 과정을 줄일 수 있는 장치를 제공함에 있다. The present invention has been made in view of the above problems, and a first object of the present invention is to generate an integrated image based on information in which the skin color level of each pixel in the input image is digitized before face detection. By determining whether or not a specific region is a skin color region, only an area classified as a skin color region can be regarded as a face candidate region, thereby providing an apparatus for reducing unnecessary face detection time and process.
그리고 본 발명의 제 2 목적은, 얼굴 검출기만을 사용하여 얼굴을 검출하는 기존과 비교하여, 피부색 영역만을 얼굴 후보 영역으로 포함하였기에 고정된 검출률 대비 낮은 오검출률을 확보할 수 있는 장치를 제공함에도 있다. A second object of the present invention is to provide a device capable of securing a lower false detection rate compared to a fixed detection rate because only the skin color area is included as a face candidate area, compared to the conventional detection of a face using only a face detector.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치에 관한 것으로서, 입력된 영상의 각 화소의 컬러 값을 사용하여 각 화소의 피부색 정도를 측정하여 수치화하는 피부색 수치화부; 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 피부색 검출부; 및 입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행하는 얼굴 검출부; 를 포함한다. The present invention for achieving the above technical problem relates to a face detection apparatus using the skin color area detection, the skin color digitizing unit for measuring and quantifying the skin color degree of each pixel using the color value of each pixel of the input image; A skin color detector configured to generate an integrated image based on information in which the skin color level of each pixel is digitized, and determine whether a specific region is a skin color region using the integrated image; And a face detection unit configured to perform face detection only on an area divided into skin color areas in the input image. It includes.
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상기와 같은 본 발명에 따르면, 영상 내 피부색을 가지지 않는 비얼굴 영역을 조기에 걸러내고, 입력 영상 내부에서 피부색 영역으로 판단된 부분만 얼굴 검출을 수행함으로써 얼굴 검출 수행 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, the non-face area that does not have a skin color in the image is filtered early, and the face detection time is reduced by performing the face detection only on the part determined as the skin color area in the input image. have.
그리고 본 발명에 따르면, 얼굴 검출기만을 사용하여 얼굴을 검출하는 기존과 비교하여, 피부색 영역만을 얼굴 후보 영역으로 포함하였기에 고정된 검출률 대비 낮은 오검출률을 확보할 수 있는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, since only the skin color region is included as the face candidate region, compared to the conventional face detection using only the face detector, there is an effect of securing a lower false detection rate compared to the fixed detection rate.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명 으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. In the meantime, when it is determined that the detailed description of the known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명에 따른 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치에 관하여 도 1 을 참조하여 설명하면 다음과 같다. A face detection apparatus using skin color region detection according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 as follows.
도 1 은 본 발명에 따른 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치(100)를 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 피부색 수치화부(110), 피부색 검출부(120) 및 얼굴 검출부(130)를 포함하여 이루어진다. 1 is an overall configuration diagram conceptually showing the face detection apparatus 100 using the skin color region detection according to the present invention, the skin color digitizing unit 110, skin color detection unit 120 and
피부색 수치화부(110)는 입력된 영상의 각 화소의 컬러 값을 사용하여 각 화소의 피부색 정도를 측정하여 수치화하는 기능을 수행한다. The skin color digitizer 110 measures and quantifies the skin color of each pixel using the color values of the pixels of the input image.
구체적으로, 피부색 수치화부(110)는 입력 영상 내 다수의 컬러 값을 분석하여, 피부색으로 분류된 컬러들의 집합을 모델링하고, 모델링된 결과 값을 이용하여 각 화소의 피부색 정도를 수치화한다. In detail, the skin color digitizer 110 analyzes a plurality of color values in the input image, models a set of colors classified as skin colors, and digitizes the skin color level of each pixel using the modeled result.
또한, 피부색 수치화부(110)는 인접한 화소들의 컬러 분포와 기 설정된 얼굴 영역이 가지는 컬러 분포와의 유사도를 통해 각 화소의 피부색 정도를 수치화할 수 있다. In addition, the skin color digitizing unit 110 may quantify the skin color level of each pixel through a similarity between the color distribution of adjacent pixels and the color distribution of the preset face area.
피부색 검출부(120)는 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 1 에 도시된 바와 같이 적분영상 생성모듈(121), 피부색 수치값 산출모듈(122) 및 피부색 영역 판단모듈(123)을 포함한다. The skin color detection unit 120 generates an integrated image based on information in which the skin color level of each pixel is digitized, and determines whether a specific region is a skin color region using the integrated image, as shown in FIG. 1. As described above, the integrated
적분영상을 통한 피부색 검사는 계산량이 적어 빠를 뿐 아니라, 영역의 크기에 관계없이 그 계산량이 일정하다는 장점이 있다. 따라서, 적분영상을 사용하여 피부색 검사를 수행하면 특정 영역의 피부색 검출을 빠르게 수행할 수 있다. The skin color test through the integrated image has the advantage that the calculation amount is small and fast, and the calculation amount is constant regardless of the size of the region. Therefore, by performing the skin color test using the integrated image, it is possible to quickly detect the skin color of a specific area.
따라서, 적분영상 생성모듈(121)은 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성한다.Therefore, the integrated
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본 발명에서는 입력 영상 내부의 특정 영역이 항상 정사각형으로 정의될 수 있다. 따라서, 피부색 수치값 산출모듈(122)은 적분영상 내 특정 영역 I의 피부색 수치 값을 다음의 [수식 1] 을 통해 산출한다. In the present invention, a specific region inside the input image may always be defined as a square. Accordingly, the skin color value calculating module 122 calculates the skin color value of the specific region I in the integrated image through the following [Formula 1].
[수식 1][Equation 1]
여기서, S는 특정 영역의 넓이,
SI는 넓이 S를 가지는 적분영상 내의 특정 영역,
Where S is the width of a specific area,
SI is a specific area within an integrated image having an area S,
이러한 특정 영역의 피부색 수치 값 산출을 통해, 각 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단할 수 있을 것이다. By calculating the skin color value of the specific region, it may be determined whether each region is a skin color region.
따라서, 피부색 영역 판단모듈(123)은 피부색 수치 값 산출을 통해 각 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 기능을 수행한다. Accordingly, the skin color
구체적으로, 피부색 영역 판단모듈(123)은 특정 영역 I 의 피부색 수치 값이 기 설정된 피부색 수치범위에 포함되는지 여부를 판단하며, 판단결과, 특정 영역 I의 피부색 수치 값이 기 설정된 피부색 수치범위에 포함될 경우, 해당 영역을 피부색 영역으로 구분하고, 포함되지 않을 경우, 해당 영역을 피부색 영역이 아닌 것으로 구분한다.In detail, the skin color
이는 얼굴 검출 이전에, 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단함으로써, 피부색 영역으로 구분된 영역만을 얼굴 후보 영역으로 간주할 수 있어, 불필요한 얼굴 검출 과정을 줄일 수 있는 효과가 있다. By determining whether a specific region is a skin color region before face detection, only a region divided into skin color regions can be regarded as a face candidate region, thereby reducing an unnecessary face detection process.
얼굴 검출부(130)는 입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행한다. The
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이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
도 1 은 본 발명에 따른 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치를 개념적으로 도시한 전체 구성도. 1 is an overall configuration diagram conceptually showing a face detection apparatus using skin color region detection according to the present invention.
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** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
110: 피부색 수치화부 120: 피부색 검출부110: skin color digitizing unit 120: skin color detection unit
130: 얼굴 검출부 121: 적분영상 생성모듈130: face detection unit 121: integral image generation module
122: 피부색 수치값 산출모듈 123: 피부색 영역 판단모듈122: skin color value calculation module 123: skin color area determination module
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