专利名称：脸部监视系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种监视系统及方法，尤指一种脸部监视系统及方法。
背景技术：
一套完整的安全系统必须能针对事件发生“之前”、“当时”及“之后”作妥善的设计；亦即兼顾“预防”、“遏止”及“补救”，使类似事件不再发生。
监视系统(surveillance system)的功能即在于提供事件发生之前及之后所需的警示及资讯。银行的自动柜员机(ATM)附近便常设此类监视系统，包括入口处的警卫，及安装于自动柜员机内部或附近的录影监视系统。监视系统除了录影机之外，尚可设立一监视站，由安全人员负责。至于犯罪事件发生当时，则可借助门禁管制系统(accesscontrol system)及时加以遏止；例如银行的自动柜员机便可使用生物测定装置(biometric means)改善传统的认证方式，例如指纹比对或瞳孔虹膜(iris)扫描便较单纯的密码(password)或个人识别码(personal identification number；PIN)来得安全。
然而，目前使用的录影监视系统不仅安装及操作成本甚高，所录得的影像也往往模糊不堪辨认。一般闭路电视(CCTV)所用的规格为NTSC(national television standards committee)或PAL(phasealteration line)，其解析度在物体距离数公尺远时，更是低到无法辨认的程度。电视新闻中便常可看到此类模糊画面，不然就是戴着口罩、墨镜或头盔的嫌犯。因此，传统的监视系统徒具形式却功效不彰。
习知的门禁管制或称使用者认证，是使用密码或个人认别码，其缺点在于维护费用高、容易遗忘、遗失、被破解、损毁等等。因此，现今许多金融交易及处理高度保密事务时，将改用生物认证。然而，生物认证亦不能绝对安全；主要原因在于其通常具有大约0.1至3％的错误接受率(false acceptance rate)及错误拒绝率(false rejectionrate)，对金融业来说，其比例显然过高。目前解决上述问题的技术有许多种，其中之一是根据每个客户过去的交易纪录作判断，此法对于纪录少的客户或新客户显然不适用或不公平。至于改善录影监视系统的方法，则是只回报未被授权者的影像资料；通过预设或具有学习功能的程式资料库，来判断来者是否已被授权。然而，这类系统的错误率仍较高，容易造成无谓的困扰或漏洞。另一种已开发的技术是借助特定事件(例如开门)来触发录影监视系统(event-triggered videorecording system)。其最大缺点为得到的影像资料往往无用或无效。至于生物测定技术，尽管将各种环境条件列为设计参数可改善其精确度，其错误率依然令人无法接受。
脸部侦测(face detection)及脸部辨认(face recognition)为目前被积极开发研究的技术。脸部侦测的结果只有两种脸部及非脸部。脸部辨认则可具有M种结果，分别表示可由一至M个人中找到该人。显然地，前者较后者简易许多。此外，影音脸部辨认的变数甚为复杂，包括光线、视点、动作、表情等等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脸部监视系统及方法，其可以以较低成本及较少人力达到可有效预防犯罪案件发生的目的。
为达到上述的目的，本发明的技术解决方案是一种脸部监视系统，其包括影像处理装置，用以处理一影像，以找出其中的脸部区；脸部特征侦测装置，用以侦测该脸部区是否包含复数个脸部特征；异常特征侦测装置，用以侦测该脸部区是否包含至少一个异常特征；决策装置，是根据该脸部特征侦测装置及/或该异常特征侦测装置的侦测结果，判断所获得的是有效还是无效的脸部影像。
所述脸部监视系统的影像处理装置通过类神经网路分析找出该脸部区。
所述脸部监视系统的影像处理装置通过主要元素分析或特征范本找出该脸部区。
所述脸部监视系统的异常特征侦测装置用以侦测一物体，且该物体至少遮盖了该脸部特征之一。
所述脸部监视系统的异常特征侦测装置用以侦测戴在该脸部区的墨镜、口罩及头罩之一。
所述脸部监视系统还包括一讯号接收装置，其用以接收该决策装置发出的决策讯号。
所述脸部监视系统的讯号接收装置为门禁管制装置。
所述脸部监视系统的讯号接收装置为资料储存装置。
所述脸部监视系统的讯号接收装置为列印装置。
一种脸部监视方法，其包括下列步骤a)处理一影像，以找出其中的脸部区；b)判断该脸部区是否包含复数个脸部特征，若是，则继续步骤c)，若否，则跳至步骤d)；c)判断该脸部区是否包含至少一个异常特征；d)根据上述步骤b)及/或步骤c)的结果，输出一讯号。
所述脸部监视方法的步骤a)通过类神经网路分析来完成。
所述脸部监视方法的步骤a)通过主要元素分析或特征范本来完成。
所述脸部监视方法的步骤b)通过类神经网路分析来完成。
所述脸部监视方法的步骤b)通过主要元素分析或特征范本来完成。
所述脸部监视方法的步骤c)是侦测一物体，该物体至少遮住了该脸部特征之一。
所述脸部监视方法的步骤c)是侦测墨镜、口罩及头罩之一。
所述脸部监视方法的步骤c)通过类神经网路分析来完成。
所述脸部监视方法的步骤c)借助色彩分析、质地或纹理分析、形状分析来完成。
所述脸部监视方法的步骤d)将该讯号输出至一门禁管制装置。
所述脸部监视方法的步骤d)将该讯号输出至一资料储存装置。
所述脸部监视方法的步骤d)将该讯号输出至一列印装置。
采用上述方案后，由于本发明以不同于传统脸部监视系统的设计理念，借由简单的脸部侦测配合其他判断因子，来达到预防犯罪的效果。另外，由于本发明可仅输出有效脸的影像，因此在相片品质、有效性、存证及降低成本各方面皆较传统的监视系统有较大的进步。此外，资料储存装置所需的容量亦可大幅减少，甚至为传统监视系统的千分之一或更少，以目前一般价格的Compact Flash记忆体来说，便可储存至少一个月的脸部影像资料。
本发明亦可结合现有的门禁管制系统，例如采用生物认证方式者，除达到事前的预防警示效果外，储存的资料与纪录尚可作为事后的证据。
再者本发明的最大优点在于提供一功能“适中”的监视系统，对一般大众可出入的场所或使用的装置而言，传统的脸部辨认(recognition)系统过于复杂，红外线感应器及录影机需人力配合则太简陋，两者皆不符合经济有效的原则，反观本发明仅需侦测及判断脸部影像是否清晰及异常，便可达到事前预防及事后处理的效果。
图1是本发明脸部监视方法的一般流程；图2是本发明脸部监视系统的示意图。
具体实施例方式
图1是本发明脸部监视方法的一般流程。通常可先通过一感应装置在其侦测范围内出现目标时，进入步骤a1)，亦即触发启动一照相机，将该目标拍摄下来而产生一影像资料。接着，在步骤a2)中，本发明脸部监视系统的影像处理装置可借助类神经网路分析(neural networkanalysis)、主要元素分析(principal component analysis；PCA)或特征范本(eigentemplates)等影像处理技术，在该影像中定义出脸部区。上述的影像资料类型并无限制，可为数码图片(digitalpicture)、数码影像(digital video)、类比影像(analog video)、影像档(image files)等等。
当影像中的脸部区被定义出后，即进入步骤b1)通过脸部特征侦测装置找寻该脸部区的脸部特征，例如眼睛、鼻子、嘴巴、轮廊、肤色等等。步骤b2)是判断步骤b1)的侦测结果是否为“无效脸(invalidface)”；倘若侦测不到脸部特征或仅侦测到一个脸部特征，则判断为无效脸，并跳至步骤d1)。步骤d1)是根据步骤b2)的结果而产生一无效脸的讯号，该无效脸的讯号可用以触发一门禁管制装置，防止此人有进一步的动作。此讯号亦可视情况传送至打印机，以列印相关资料，包括判断结果、产生此结果的原因、影像、包含脸部区的全画面影像、时间戳记(timestamp)，得此结果所需时间、光线、系统参数等等。这些资料亦可储存于资料储存装置如预设路径的资料库或记忆体(memory)中。
反之，倘若步骤b1)中侦测得至少两个脸部特征，亦即，“可能”侦测到一“有效脸(valid face)”，则继续步骤c1)进行下一步的侦测。步骤c1)是通过异常特征侦测装置找寻异常特征，例如墨镜、口罩、面具、安全帽、头罩等等可遮盖脸部特征的物体。此外，为防止以他人照片作为挡箭牌，亦可插入一测试；此测试通常为互动性的，亦即需要受试者作出回应，例如眨眼等。步骤c2)是判断步骤c1)的侦测结果为“无效脸(invalid face)”或确定为“有效脸(valid face)”。倘若步骤c1)中侦测不到异常特征，则判断为有效脸，并于步骤d2)中产生一有效脸讯号。此讯号可进一步传送至门禁管制装置或其他机械，允许使用者进入或继续操作。打印机及资料储存装置亦可视情况列印或储存相关资料。相反地，倘若步骤c1)中侦测到异常特征，则判断为无效脸，并于步骤d1)中产生无效脸讯号。此讯号可类似步骤b2)的无效脸讯号用以致动相同的装置，然而，步骤c1)中若侦测到异常特征，则此人可能较具威肋性，因此亦可采取更积极的应变措施。
本发明的脸部特征侦测装置及异常特征侦测装置皆可由任何适用的技术设计完成，包括上述的类神经网路、特征范本分析、色彩分析、质地或纹理(texture)分析、形状分析等等。
再以本发明脸部监视系统及方法应用于自动柜员机为例对本发明进行说明该系统可在使用者插入金融卡后启动。若侦测结果为清晰无异状的脸部影像，则产生有效脸讯号，并允许该使用者继续操作。若侦测结果发现任何异常特征，则产生无效脸讯号，并输出一讯息说明其原因，再建议使用者除去该异常特征，借此达到预防犯罪及存证(不得否认)的功能。该有效脸/无效脸讯号还可输出一资料包括脸部影像、全画面影像、时间戳记、及其他环境条件等。
由于本发明可仅输出有效脸的影像，因此在相片品质、有效性、存证及降低成本各方面皆较传统的监视系统有较大进步。此外，资料储存装置所需的容量亦可大幅减少，甚至为传统监视系统的千分之一或更少。以目前一般价格的Compact Flash记忆体来说，便可储存至少一个月的脸部影像资料。
本发明亦可结合现有的门禁管制系统，例如采用生物认证方式者，除达到事前的预防警示效果外，储存的资料与纪录尚可作为事后的证据。
图2为本发明应用于商店的实施例示意图。现今许多商店皆装设可发出类似“叮咚”声的红外线侦测器来提醒店员有人靠近门口，并在门口架设监视用的录影机。本实施例的脸部监视系统50则可取代红外线侦测器及监视录影机，随时监视入口动静并找出有效影像。当一顾客52通过大门53时，通过照相机51取得一影像，该影像经由系统50侦测判断，若为一有效脸，除可视情况储存于资料储存装置54外，还产生一有效脸讯号55，以驱动扬声器发出“欢迎光临”的声音。反之，若该影像判断结果为无效脸，则产生一无效脸讯号55，并发出“叮咚”声提醒店员注意。如此一来，店员便不需时时刻刻紧张地看着门口，服务效率将可大为提高。
由上述说明及实施例可知，本发明最大优点在于提供一功能“适中”的监视系统。对一般大众可出入的场所或使用的装置而言，传统的脸部辨认(recognition)系统过于复杂，红外线感应器及录影机需人力配合则太简陋，两者皆不符合经济有效的原则。反观本发明仅需侦测及判断脸部影像是否清晰及异常，便可达到事前预防及事后处理的效果。
惟须注意的是，本发明的精神及范围并不限于上述实施例，而应以权利要求所主张的为准。任何依据本发明原则加以修改的方法或装置，皆属本发明的范围。
权利要求
1.一种脸部监视系统，其特征在于该系统包括影像处理装置，用以处理一影像，以找出其中的脸部区；脸部特征侦测装置，用以侦测该脸部区是否包含复数个脸部特征；异常特征侦测装置，用以侦测该脸部区是否包含至少一个异常特征；决策装置，是根据该脸部特征侦测装置及/或该异常特征侦测装置的侦测结果，判断所获得的是有效还是无效的脸部影像。
2.如权利要求1所述的脸部监视系统，其特征在于该影像处理装置通过类神经网路分析找出该脸部区。
3.如权利要求1所述的脸部监视系统，其特征在于该影像处理装置通过主要元素分析或特征范本找出该脸部区。
4.如权利要求1所述的脸部监视系统，其特征在于该异常特征侦测装置用以侦测一物体，且该物体至少遮盖了该脸部特征之一。
5.如权利要求1所述的脸部监视系统，其特征在于该异常特征侦测装置用以侦测戴在该脸部区的墨镜、口罩及头罩之一。
6.如权利要求1所述的脸部监视系统，其特征在于该系统还包括一讯号接收装置，其用以接收该决策装置发出的决策讯号。
7.如权利要求6所述的脸部监视系统，其特征在于该讯号接收装置为门禁管制装置。
8.如权利要求6所述的脸部监视系统，其特征在于该讯号接收装置为资料储存装置。
9.如权利要求6所述的脸部监视系统，其特征在于该讯号接收装置为列印装置。
10.一种脸部监视方法，其特征在于其包括下列步骤a)处理一影像，以找出其中的脸部区；b)判断该脸部区是否包含复数个脸部特征，若是，则继续步骤c)，若否，则跳至步骤d)；c)判断该脸部区是否包含至少一个异常特征；d)根据上述步骤b)及/或步骤c)的结果，输出一讯号。
11.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤a)通过类神经网路分析来完成。
12.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤a)通过主要元素分析或特征范本来完成。
13.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤b)通过类神经网路分析来完成。
14.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤b)通过主要元素分析或特征范本来完成。
15.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤c)是侦测一物体，该物体至少遮住了该脸部特征之一。
16.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤c)是侦测墨镜、口罩及头罩之一。
17.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤c)通过类神经网路分析来完成。
18.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤c)借助色彩分析、质地或纹理分析、形状分析来完成。
19.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤d)将该讯号输出至一门禁管制装置。
20.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤d)将该讯号输出至一资料储存装置。
21.如权利要求10所述的脸部监视方法，其特征在于该步骤d)将该讯号输出至一列印装置。
全文摘要
本发明公开了一种脸部监视系统及方法。在此系统及方法中，可先对一影像的脸部区进行侦测，判断是否包含复数个脸部特征，然后再进一步侦测是否有任何异常特征，例如口罩、墨镜或头罩等，再将侦测结果输出，据此，将可有效预防潜藏的犯罪行为。
文档编号A61B5/117GK1567344SQ0314674
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月23日 优先权日2003年6月23日
发明者张荣洲 申请人:威视科技股份有限公司