音声認識と顔認証

安心・便利を守る
キカイの目と耳
最近のデジタルカメラは、人に向けるだけで顔にピントを合わせてくれるから、とっても便利！ ケータイやカーナビだって、声で操作できるものがある。キカイには目も耳もないのに、どうやって人間の顔や声を認識しているのでしょうか。そのしくみを見てみましょう。

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音声認識のしくみ
声は空気の振動なので、マイクを使って電気信号に変換します。得られた電気信号は波の形をしています。波の高さ（振幅）が音の大きさを、一定時間あたりの波の数（周波数）が音の高さを表しています。コンピュータは、この波の形をあらかじめ登録されている単語などの音の見本『音響モデル』と比較し、音声認識とは単語の並びに変換していき、人間の言葉を認識しています。
このとき、単純に波形が似ている単語に変換するだけではなく、文法的な単語同士のつながりやすさも考慮しています。例えば、“ 物 ” を意味する単語の次には「は」や「が」並びやすい、といった統計のルールを集めた『言語モデル』によって、変換の精度を高めています。

認識範囲を広げる技術
中原区に中央研究所がある日本電気（NEC）は、1960 年代から音声認識の研究に取り組んできました。最初は “ あ ” “ い ” “ う ” などの単音の認識から研究を始め、単語、定型文、自由文、そ木構造音響モデルして話し言葉へと、認識できる範囲を広げてきました。現在では、あらかじめ登録した人の声だけでなく、不特定の人の声を認識できるまでになりました。
さらに、音響モデルと言語モデルにき加えて、『木構造音響モデル』を利用した計算処理により高い認識を実現しています。また、音響モデルや言語モデルをコンパクト化し翻訳技術と組み合わせることでことで、携帯電話機で使える日英・英日双方向の旅行会話自動通訳ソフトを 2009 年に開発しました。

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Let’s Research

さまざまな用途で使われる音声認識
音声認識技術は、社会のさまざまな場面で使われています。例えば、重要な会議では、誰がどのような発言をしたかを記録して残す必要があります。従来

マイクが音声を電気信号にするしくみを調べてみよう。

は速記者と呼ばれる人が特殊なキーボードなどを使って文字を入力していまし
たが、現在ではコンピュータを使った音声認識で議事録を作ることができます。
また、魚市場で競り売りをしているときは伝票を書いている暇がないため、声によるやり取りから自動的に伝票を入力するシステムが実用化されています。従来はメモをもとに競りが終わってから伝票を作っていましたが、その手間がなくなりました。身近なところでは、電話の自動応答システムや、携帯電話機の声によるアドレス帳の検索などにも使われています。

音声認識の応用例
自動翻訳

カーナビゲーション

議事録作成

lo!

Hel
携帯電話
（アドレス検索）

コンニチ
ハ
目的地さん
カワサキ

開会します

を料金 いた
知り
サン
マ２
ヤマ

電話応答

インタビュー

データ入力

コミュニケーションの手助けのために音声による会話は人と人とのコミュニケーションの基 本です。音声技術はそれをよりいっそう豊かにしてくれるはずです。世界中にはたくさんの言語があって、それぞれ独自の言葉を使っています。そこで多くの国の人と自由に話 せる自動 翻 訳 機 の開 発も進 めています。学生時代から情 報 処 理の研究をしていましたが、今はそのために言語学の勉強もしています。

NEC
情報・メディア
プロセッシング研究所主任研究員
花沢 健さん

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Let’s Research
さまざまな『認証』の例と、 その 特 徴を調べてみよう。

アメリカでも評価された顔認証技術
顔認証は、あらかじめ登録した顔画像と認証させたい顔画像を比較することで、本人かどうかを判定する技術です。人の顔という生体情報を使っているので、印鑑やパスワードのように、なくしたり忘れたりする心配がありません。

Let’s Research
音声認証や顔認証がどこで役立っているのか 調 べ てみよう。 また、 どんな場面で利用できそうなのか考えて話し合ってみよう。

NEC の顔認証技術では、２枚の顔画像の似ている部分に着目して比較するため、笑顔になったりメガネをかけたりひげが生えても、その影響を受けにくい特徴があります。また、1 枚の画像から作成した顔の３次元データを利用して、照明や顔向きが変わっても正しく認識できます。
この顔認証技術は、2010 年にアメリカの国立標準技術研究所で実施された評価テストにおいて、最も高い性能であると評価されました。

顔検出のしくみ
顔認証を行なうには、画像の中から顔がどこにあるか見つけることが必要です。この技術が顔検出です。
まず画像の中の目の候補となる位置を探します。具体的には、中心が黒くてその周りが白い、人間の目に似た場所が候補になります。それら目の候補の点の組み合わせで決まる領域の中で、もっと顔検出技術

も顔らしい場所を特定することで顔の位置を判断します。

++ +++ ++++++

しかしこれだけだと、偶然顔のように見える模様などを誤って人間の顔と判断してしまう可能性があります。そこで、人間の顔を表すデータをあらかじめ用意しておき、このデータと比較することで、検出の精度を高める工夫

最初に眼の位置を検出して、顔の位置を判断します。

コラム

なりすましを防ぐ生体認証

銀行に預けたお金や携帯電話に入ったアドレス帳などの、大切なものや情報は、暗証番号やパスワードでをしています。

パスワードを長くすれば推測されにくくなりますが、覚えるのが大変です。また印鑑は、落としたり盗まれたりするかもしれません。そこで、人間の身体の特徴を認証に使う生体認証が考えだされました。

守られています。そのような、あらかじめ登録してお人間の身 体は一人ひとり違っていて、全く同じ人間いた、本人しか知らない数字や文などを利用して、本は二人と存在しません。指紋や顔、声、瞳の虹彩など人であることを確認するしくみが『認証』です。の特徴が、他人にはまねのできないパスワードになる生年月日などの覚えやすい数字をパスワードにしていると、他 人に推 測されてしまう可能 性 があります。

50のです。生体認証ならば、複雑なパスワードを覚えたり、いくつも鍵を持ち歩く必要もなくなります。

登録画像

顔向き生成画像

NEC の顔認証技術の特徴①

登録画像

NEC の顔認証技術の特徴②

入力画像

画像を分割して、似ている部分を探します。

登録画像

顔向き生成画像

1 枚の画像から 3 次元のデータを作り出して認証に利用します。

実用化が進む顔認証技術
大阪にあるユニバーサル・スタジオ・ジャパン では、年間スタジオ ･ パスの所有者を確認するためにこの顔認証技術が使われています。また、香顔認証技術の例

登録画像

入力画像

港の入国管理局では、過去に偽造パスポートで入国したことがないかを調べるために使われています。
顔認証技術が組み込まれている携帯電話では、他人が拾ったとしても本人の顔でないと使えないといったセキュリティ機能として活かされています。現在の顔認証技術は 160 万人の中から1 人を特定できたり、年齢を重ねて多少顔立ちが変わっても正しく本人と認識できたりするほどの精度が実現されています。

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インタビュー

世界一の技術を目指して子どもの頃から数学やパズルが好きで、大学ではさまざまな物理的な 現 象を数学的に説明付ける統 計 物理を勉強しました。この経験が今、顔認識技術の研究開発に役立っています。なかなか成果が出ないときはつらいのですが、世界一だと評価されたり、開発した技術が空港の入出国管理ゲートや携帯電話機に使われているのをみたりすると、やっぱりうれしいですね。

NEC
情報・メディア
プロセッシング研究所
主任研究員
今岡 仁さん51

NEC 中央研究所
場所：〒 211-8666 川崎市中原区下沼部 1753

http://www.nec.co.jp/rd/
問い合わせ先： 044-431-7044

More Information
音声認識技術のしくみ（NEC）

http://www.nec.co.jp/vsol/overview.html
映像理解技術（NEC）

http://www.nec.co.jp/rd/media/image.html
NEC の指紋認証技術（NEC）

http://www.nec.co.jp/pid/technology/index.html
やさしい技術講座（富士通研究所）

http://jp.fujitsu.com/labs/techinfo/techguide/
手のひら静脈認証や手書きの文字の認識、指紋認証技術など、さまざまな技術を解説しています。
バイオメトリクス（社団法人 日本自動認識システム協会）

http://www.jaisa.jp/action/group/bio/shoukai.html
虹彩認証や DNA 認証など、いろいろな生体認証について調べてみよう。
てくのろじぃ解体新書 音声合成技術（東芝）

http://kagakukan.toshiba.co.jp/manabu/sci_tech/kaitai/voice_j.pdf
音声合成技術について調べてみよう。

Keywords
次のキーワードを組み合わせて，インターネットの検索エンジンで調べてみよう。
パスワード、暗号化、生体認証（バイオメトリクス）、パターン認識、アルゴリズム、いきち

A/D 変換、閾値52