KR100443674B1 - 홍채 인식 시스템의 거리 측정방법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화상 회의 겸용 홍채 인식 시스템에서 화상 회의용 카메라로 촬영된 사용자 얼굴 영상내의 거리 측정용 포인터를 실시간 영상 처리 기법을 이용해서 분석하여 카메라와 사용자와의 거리를 측정(계산)할 수 있도록 한 홍채인식 시스템의 거리 측정방법과 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정하기 위하여 적외선 스폿(spot) 이미지를 사용자의 얼굴에 투사하고, 상기 적외선 스폿 이미지가 투사된 사용자의 얼굴 영상을 화상회의용 카메라로 촬영하여 그 이미지를 획득한다. 그리고, 화상회의용 카메라로 촬영한 이미지를 실시간 분석하여 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정한다. 이를 위하여 상기 획득한 상기 적외선 스폿 이미지가 사용자의 얼굴 이미지에서 어떤 위치에 놓이는가를 이용해서 사용자와 카메라 사이의 거리를 계산한다.

Description

홍채 인식 시스템의 거리 측정방법과 장치{DISTANCE MEASURING METHOD AND APPARATUS OF IRIS RECOGNITION SYSTEM}

본 발명은 단촛점 렌즈를 사용한 홍채 인식 시스템에서 사용자 편의성을 증대시킴과 동시에 홍채 영상을 정확하게 구하기 위하여 카메라의 촛점을 맞추기 위하여 카메라와 사용자(얼굴)와의 거리를 측정하는 방법에 관한 것으로서 특히, 본 발명은 화상 회의 겸용 홍채 인식 시스템에서 화상 회의용 카메라로 촬영된 사용자 얼굴 영상내의 거리 측정용 포인터를 실시간 영상 처리 기법을 이용해서 분석하여 카메라와 사용자와의 거리를 측정(계산)할 수 있도록 한 홍채인식 시스템의 거리측정방법과 그 장치에 관한 것이다.

알려진 바와같이 보안이나 방범, 신분 인증을 위한 시스템으로 기존의 접촉식 혹은 비접촉식 카드 시스템에서 더 나아가 사람의 지문을 인식하거나, 또는 홍채인식을 통해서 신분을 인증하고 특정 장소의 출입이나 특정 정보에의 접근 등을 허용하거나 거부하는 시스템이 보급되어 왔다.

이 중에서 홍채인식 시스템은 지문인식에 비해서 인식률이 높고, 보다 정확한 인식이 가능하다는 장점이 있다. 홍채 인식 시스템은 비디오 카메라로 촬영한 홍채 영상에서 홍채의 특징적인 패턴을 이미지 처리 기술을 이용해서 데이터화한 후, 사전에 등록되어 있는 홍채 데이터와 대조하여 개인을 인증하는 시스템이다.

도1은 일반적인 홍채 인식 시스템의 구성을 나타낸 도면으로서, 도1을 참조하여 홍채 인식 시스템의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

사용자가 홍채 인식 시스템에 접근하면, 거리 측정 센서(109)가 사용자와의 거리를 측정하고, 이렇게 구한 거리 측정값을 드라이버(107)를 통해 제어장치(105)가 받아들여서 상기 거리 측정값이 동작 범위 안에 있는가를 판단한다.

사용자가 동작 범위 안에 있는 경우에 드라이버(107)로 제어신호를 보내서 홍채 이미지를 추출할 준비를 하도록 한다. 드라이버(107)는 외부 지시기(108)에 액티브 신호를 보내서 사용자에게 시스템이 동작함을 알리고, 이에 따라 사용자가 광학 윈도우(101)를 통하여 카메라(103)의 광축에 눈을 위치시키면, 콜드 미러(102)가 가시광선은 차단하고 적외선을 통과시킨다. 그리고 홍채가 위치해야 할 부분을 표시해 주어 사용자가 카메라(103)의 광축에 눈이 위치하는지의 여부를확인할 수 있도록 해준다.

그리고, 제어장치(105)가 거리 측정 센서(109)로부터 사용자 까지의 거리 측정값을 받아들이고, 이 거리 측정값을 이용해서 카메라(103)의 줌 및 포커스 값을 산출하여 줌인/줌아웃 및 포커싱 제어를 수행한다. 이후에 제어장치(105)는 거리 측정값에 따라 드라이버(107)를 통해 조명장치(106)의 세기를 조절한 후, 카메라(103)를 통해 홍채 이미지를 촬영하도록 하며, 촬영된 홍채 이미지는 프레임 그레버(104)에서 홍채 이미지 분석에 맞게 신호처리되고, 처리된 홍채 이미지 정보를 가지고 제어장치(105)에서 홍채 인식을 수행하여 사용자의 인증 여부를 결정하게 되는 것이다.

이와같은 홍채 인식 시스템에서는 얼마나 빠른 시간안에, 얼마나 정확하게 홍채 인식을 해내는가의 여부가 그 성능을 좌우하게 된다.

종래의 홍채 이미지 추출 기술로는 사용자가 직접 화면을 보고 일정한 거리로 움직여서 촛점을 맞춰주는 기술, 또는 여러 대의 카메라를 이용해서 얼굴 및 눈의 위치를 파악하고 홍채 영상을 촬영하는 기술, 또는 거리 측정 센서를 이용해서 사용자와의 거리를 측정하여 자동적으로 카메라 촛점을 맞추고 홍채 영상을 얻는 기술 등이 제안되고 있다.

먼저, 사용자가 직접 화면을 보고 일정한 거리로 움직여서 촛점을 맞춰주는 경우는 사용상 불편함이 따르고, 또한 이 기술에서는 단일 광원을 사용하기 때문에 사용자가 안경을 착용하였을 경우에는 안경에 의한 반사 이미지가 홍채 영상의 정확한 촬영에 방해를 주게되는 문제점을 갖고 있다. 따라서 이 기술에서는 사용자가화면을 직접 보면서 반사가 생기지 않도록 움직여 주어야 하므로 불편함은 더욱 가중될 뿐이다.

한편, 여러 대의 카메라를 이용해서 촛점을 맞추고 홍채 이미지를 구하는 기술은 상기한 불편함을 해소할 수는 있지만, 기구적으로 매우 복잡하고 정교한 제어가 요구되는 단점이 있다. 즉, 2대의 카메라를 사용해서 사용자의 얼굴 및 눈의 위치를 파악하고, 다른 1대의 카메라로 홍채 영상을 취득하는 방식인데, 이러한 방식은 사용자가 홍채 인식을 위해 눈을 맞출 필요없이 시스템 스스로가 자동으로 촛점을 맞추고 홍채 영상을 취득하기 때문에 편리하지만, 여러 대의 카메라를 구비해야 하고 각각의 카메라를 기구적, 전기적으로 구동시켜야 하기 때문에 시스템 구성이 복잡해 진다.

그리고, 거리 측정 센서를 이용해서 자동적으로 카메라의 촛점을 맞추고 홍채를 촬영하는 기술의 경우에는, 거리 측정 센서를 사용해서 사람의 근접 여부를 파악하고, 이 때 취득하고 있는 입력 영상 및 카메라에서 출력되는 촛점값들을 이용해서 촛점을 맞추는 방법을 사용했다.

또한 이 기술에서는, 단일 광원만을 사용하는 경우 안경에 의한 반사 문제가 발생할 수 있기 때문에 이 문제를 해소하기 위해서 좌측,우측,상측의 3개의 LED 조명을 이용해서 안경에 의한 2차 반사를 회피할 수 있도록 조명의 위치를 바꿔가면서 영상을 취득하는 방법을 사용하였다.

도2는 거리 측정 센서를 이용한 자동 촛점 조절장치의 구성을 나타낸 블록도이며, 도3은 카메라와 3개의 조명용 LED를 보여주고 있다.

도2를 참조하면, 거리 측정 센서(201)를 사용해서 거리 측정부(202)가 설정된 일정한 시간 마다 카메라(205)와 사용자 사이의 거리를 측정하여 연속적인 거리 정보를 출력하고, 거리 처리부(203)는 상기 거리 정보를 이용해서 사용자의 동작 특성을 판단한다. 즉, 연속적인 거리 정보를 근거로 해서 사용자의 동작 속도를 측정하여, 속도가 양수(+)이면 접근중인 것으로 판단하고, 음수(-)이면 멀어지고 있는 것으로 판단하고, 절대속도가 주어진 허용값 이내인 경우에는 정지해 있는 것으로 판단한다.

카메라 동작 제어부(204)는 거리 처리부(203)로부터 제공되는 거리와 속도, 가속도 등의 정보를 이용해서 사용자가 정지해 있을 때 카메라(205)의 동작을 제어한다. 이 때 사용자의 동작이 안정화되지 않은 상태에서도 미리 사용자가 멈출 위치를 추정하여 그 위치로 카메라(205)의 렌즈를 구동시켜 줌으로써 촛점을 맞추는데 필요한 시간을 줄여준다.

이와같이 하여 사용자의 동작이 안정화 되었을 때, 측정된 거리값을 근거로 해서 카메라 동작 제어부(204)를 통해 카메라(205)의 줌 및 포커스를 조정한다. 이 때 사용자가 어느 정도 계속 움직이고 있는 상태이고, 측정된 거리 값도 실제 눈 까지의 거리가 아니기 때문에 어느 정도의 측정 오차가 존재한다. 따라서, 미세 조정을 수행하는데, 카메라 동작 제어부(204)는 이미지 처리부(206)로부터 연속적으로 입력되는 홍채 이미지를 분석하여 포커스 정도를 구해내고, 포커스 정도가 확인을 수행하기에 알맞을 때 까지 줌 및 포커스 렌즈를 이동시키면서 최대값이 나오는 방향으로 추적을 계속하여 촛점을 맞춘다.

그런데, 사용자가 안경을 착용한 경우에는 안경과 조명부(208)에 구비되어 있는 LED(208a,208b,208c)와의 각도에 따라서 홍채 이미지에 반사가 일어날 수 있다. 그러므로 이미지 처리부(206)는 포커스 정도를 계산하기 전에 미리 반사 정도를 검출하여 그에 따른 안경 반사 정보를 조명 제어부(207)측으로 출력한다.

조명 제어부(207)는 안경의 반사를 피할 수 있도록 안경 반사 정보를 근거로 해서 조명용 LED(208a,208b,208c)의 점등 여부를 제어하고, 이에 따라서 안경에서 반사되는 위치도 바뀌게 된다. 이렇게 해서 안경에 의한 반사를 회피하고, 카메라(205)에서 얻은 홍채 이미지를 분석하여 인식을 수행하는 것이다.

그러나, 이 시스템의 경우에는 카메라 촛점을 맞추기 위해서 렌즈를 움직일 때 렌즈의 움직임 방향 및 거리를 대부분 거리 측정 센서에 의존하고 있다. 따라서, 거리 측정 센서가 사용자 눈 까지의 정확한 거리 정보를 주지 못하는 경우가 종종 발생하며, 이러한 경우에는 렌즈의 움직임 방향이 잘못 지정되어 촛점을 맞추는 시간이 증가하게 되는 문제점이 초래될 수 있고, 사용자가 홍채 인식 시스템에서 허용하는 범위 내로 접근해야 하므로 불편하다.

한편, 화상 회의용 카메라와 홍채 인식 카메라를 하나의 시스템으로 통합하여 PC시스템 등에서 홍채 인식이 가능하도록 한 화상회의 겸용 홍채 인식 카메라 장치가 제안되고 있다.

이 장치에서는 사용자의 홍채를 인식하기 위해서 사용자가 홍채 인식 카메라 렌즈 속의 거리 및 촛점 조절용 이미지(두개의 점을 이용한다)가 서로 일치되어 보이는 위치로 눈을 맞추게 되어 있어서, 카메라 속의 두개의 점이 일치하는 위치에사용자의 시선이 놓이게 되면 홍채 인식을 시작하게 된다. 이 경우에는 사용자가 두 점의 위치를 맞출 때 홍채 인식용 카메라의 촛점이 맞는 경우에는 사용자가 두 점의 위치를 맞추기가 용이하지만, 단촛점 렌즈를 사용하기 때문에 사용자가 카메라의 촛점을 맞춰주어야 하는 단점이 있다. 그러므로 홍채 인식용 카메라의 촛점이 맞지 않는 경우에는 홍채 인식용 카메라와 사용자간의 거리를 사용자가 스스로 조절해 가면서 카메라 속의 두 점의 위치를 맞춰야 하므로 사용하기가 불편하다.

즉, 사용자가 카메라 렌즈를 주시하면서 작은 렌즈 속의 두 점이 일치하는 위치로 움직여야 하므로 불편함이 따르는 것이다.

따라서, 화상 회의 겸용 홍채 인식 장치에서 사용자와 카메라 사이의 거리를 보다 정확하게, 보다 용이하게, 보다 빠르게 측정하여 카메라 촛점을 자동적으로 맞춰줄 수 있는 수단이 요구된다.

본 발명은 홍채 인식 시스템에서 홍채 이미지를 얻기 위한 카메라와 사용자와의 거리를 자동적으로 계산해 주는 방법과 그 장치를 제안한다.

본 발명은 특히, 화상 회의 겸용 홍채 인식장치에서 화상 회의용 카메라로 촬영된 사용자의 얼굴 영상을 실시간 이미지 처리하여 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정할 수 있도록 한 화상회의 겸용 홍채 인식 시스템의 거리 측정방법과 그 장치를 제안한다.

본 발명은 화상 회의 겸용 홍채 인식장치에서, 사용자의 얼굴에 사용자에게는 보이지 않는 소정의 거리 측정을 위한 포인터 이미지를 투사하고, 이 포인터 이미지를 화상 회의용 카메라에서 취득하여 실시간 이미지 분석을 통해 사용자와 카메라 사이의 거리를 자동적으로 측정해 줄 수 있도록 한 화상회의 겸용 홍채 인식 시스템의 거리 측정방법과 그 장치를 제안한다.

도1은 일반적인 홍채 인식 시스템의 구성을 나타낸 블록도

도2는 홍채 인식 시스템의 촛점 자동 조절장치의 구성을 나타낸 블록도

도3은 화상 회의 겸용 홍채 인식 시스템의 개략적인 구조를 나타낸 도면

도4는 화상 회의 겸용 홍채 인식 시스템의 구성을 나타낸 블록도

도5는 본 발명에서 카메라와 사용자와의 거리를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면

본 발명은 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정하기 위하여 소정의 이미지를 사용자에게 투사하는 단계, 상기 투사된 소정 이미지가 포함된 사용자 영상을 취득하는 단계, 상기 취득된 사용자 영상에서 상기 투사된 소정 이미지를 추출하고, 그 이미지가 사용자의 얼굴 이미지에 놓이는 위치를 기반으로 변화를 분석하여 사용자와의 거리를 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상회의 겸용 홍채 인식 시스템의 거리 측정방법이다.

본 발명은 화상 회의를 위한 사용자 영상을 취득하기 위한 화상 회의용 카메라 수단과, 홍채 인식을 위한 사용자 눈 영상을 취득하기 위한 홍채 인식용 카메라 수단과, 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정하기 위하여 사용자에게 거리 감지용 특정 이미지를 투사하기 위한 거리 감지 포인터 수단과, 상기 화상 회의용 카메라 수단에 의해서 구해진 상기 거리 감지 포인터 수단이 투사된 사용자 영상을 이미지 분석하여 상기 포인터 이미지의 변화로부터 사용자와의 거리를 계산하는 거리 계산수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 회의 겸용 홍채 인식 시스템의 거리 측정장치이다.

상기한 특징에 따른 본 발명의 거리 측정 방법 및 그 장치에 의한 카메라와 사용자와의 거리 측정은 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 도3은 본 발명이 적용되는 화상회의 겸용 홍채 인식 시스템의 구조를보여준다. 화상회의 겸용 홍채 인식장치(300)는 화상 회의용 카메라(301)와 홍채 인식용 카메라(302), 그리고 거리 감지 포인터(303)와 조명장치(304)를 구비한다. 화상회의용 카메라(301)는 화상회의를 위한 사용자의 영상(주로 얼굴 영상)을 촬영하여 취득하기 위한 것이다. 홍채 인식용 카메라(302)는 사용자의 홍채 인식을 위하여 사용자의 눈영상을 취득하기 위한 것이다. 거리 감지 포인터(303)는 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정하기 위하여 특정 이미지를 사용자(주로 얼굴)에게 투사하기 위한 것으로서, 예를 들면 사용자의 눈에는 보이지 않는 적외선 스폿(spot)을 투사한다. 조명장치(304)는 홍채 인식을 위한 촬영에 필요한 조명을 제공한다.

도4는 화상 회의 겸용 홍채 인식 시스템의 구성을 나타낸 블록도로서, 화상 회의용 카메라(401)와, 상기 화상회의용 카메라로 촬영된 사용자(얼굴) 영상(이미지)를 획득하기 위한 이미지 획득부(402), 그리고 상기 획득한 사용자 얼굴 이미지에서 상기 투사된 스폿(spot)형태의 특정 이미지를 추출하고 그 이미지의 실시간 분석을 통해서 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정하는 거리 측정부(403)를 포함하고 있다. 또한, 상기 거리 측정 정보는 홍채 인식을 위한 촛점 조절에 제공되므로, 홍채 인식 및 촛점 조절을 위하여 홍채 인식용 카메라(404)와 홍채 이미지 획득부(405) 및 홍채 인식부(406)를 포함하고 있다.

화상 회의용 카메라(401)는 통상 사용자의 얼굴 영상을 촬영하게 되는데, 이 촬영된 얼굴 영상에는 거리 측정을 위하여 포인터로부터 투사된 적외선 스폿 이미지가 포함되고 있다. 그러므로 이미지 획득부(402)에서 사용자의 얼굴 영상과 함께 그 얼굴 영상에 투사된 적외선 스폿 이미지를 획득하고, 이 획득된 적외선 스폿 이미지의 얼굴 내에서의 위치와 그 크기, 위치의 변화 등을 분석함으로써 거리 측정부(403)가 사용자와의 거리를 계산할 수 있게 된다.

여기서, 홍채 인식용 카메라(404)와 이미지 획득부(405) 및 홍채 인식부(406)에 의해서 이루어지는 사용자의 얼굴 이미지 획득, 얼굴 이미지에서 눈영상의 추출, 눈영상에서 홍채의 인식, 그리고 인식된 홍채패턴 정보를 분석해서 DB를 기반으로 하는 인식 등의 과정은 기존의 도1 및 도2에서 설명한 수단 및 방법에 따를 수 있다.

도5는 본 발명에 따른 거리 측정 방법을 예시적으로 보여준다.

사용자와의 거리 측정을 위하여 거리 감지 포인터(503)로부터 적외선 스폿 이미지(503a)가 사용자에게 투사된다. 이 스폿 이미지(503a)는 확률적으로 보아서 주로 사용자의 얼굴에 투사될 것이다.

거리 감지 포인터(503)로부터 스폿 이미지의 출사가 이루어진 다음, 화상 회의용 카메라(501)는 사용자의 얼굴 이미지를 촬영하여 획득한다.

이 때 사용자의 얼굴에 투사된 적외선 스폿 이미지(503a)도 함께 취득될 것이다. 그런데, 이 적외선 스폿 이미지(503a)는 사용자와 카메라 사이의 거리에 따라서 사용자의 얼굴 중에서 나타나는 위치와 크기가 변화된다.

즉, 카메라와 사용자 사이의 거리가 먼 경우(거리: Dx)와 가까운 경우(거리: Dy)에 스폿 이미지(503a)의 크기는 물론, 스폿 이미지(503a)가 사용자의 얼굴에 나타나는 위치가 달라진다. 만약 먼 거리(Dx)로부터 가까운 거리(Dy)로 근접했다면 스폿 이미지의 위치는 사용자의 얼굴에서 윗쪽으로 이동해 보일 것이고, 그 반대의경우라면 아래쪽으로 치우쳐 보일 것이다.

그러므로, 화상회의용 이미지 획득부 및 거리 측정부에서는 상기 특성을 분석함으로써 사용자와 카메라 사이의 거리(D)를 계산해 낼 수 있게 되고, 이렇게 계산된 거리 정보에 따라 사용자가 카메라의 촛점이 맞는 영역인 홍채인식 영역에 들어 왔는가를 확인하여 그 영역내에 들어 왔으면 홍채 인식부를 구동함으로써 단촛점 렌즈를 이용한 홍채 인식이 가능하게 된다.

또한, 상기 거리 측정을 위한 스폿 이미지는 적외선 영역에 둠으로써 사용자의 눈에는 이 스폿 이미지가 전혀 보이지 않게되고, 이러한 점은 사용상의 불편함이나 적외선 스폿 이미지가 자신의 얼굴 등에 투사될 때 나타날 수 있는 불안감 등을 배제할 수 있게 한다.

본 발명은 화상회의 겸용 홍채 인식 시스템에서 화상 회의용 카메라로 촬영된 사용자 이미지를 분석하여 카메라와 사용자 사이의 거리를 측정할 수 있다.

본 발명은 적외선 스폿 이미지를 투사하고 그 스폿 이미지가 사용자의 얼굴에서 어떤 위치에 놓이는가를 분석함으로써 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정할 수 있다. 본 발명은 별도의 거리 측정용 센서를 사용하지 않고, 저가의 간단한 적외선 포인터를 이용해서 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정할 수 있다.

본 발명은 사용자와 카메라 사이의 거리를 화상회의용 카메라로 촬영된 이미지 실시간 분석을 통해서 측정할 수 있고, 이 거리 정보를 이용해서 홍채 인식을 위한 카메라 촛점을 정확하게 자동조절해 줄 수 있다.

Claims (6)

1. 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정하기 위하여 소정의 이미지를 사용자에게 투사하는 단계, 상기 투사된 소정 이미지가 포함된 사용자 영상을 취득하는 단계, 상기 취득된 사용자 영상에서 상기 투사된 소정 이미지를 추출하고, 그 이미지가 사용자의 얼굴 이미지에 놓이는 위치를 기반으로 변화를 분석하여 사용자와의 거리를 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템의 거리 측정방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 거리 측정을 위한 이미지는 사용자의 눈에 의해서 인식되지 않는 파장의 광을 이용하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템의 거리 측정방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 거리 측정을 위한 이미지는 적외선 영역의 스폿 이미지인 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템의 거리 측정방법.
4. 삭제
5. 화상 회의를 위한 사용자 영상을 취득하기 위한 화상 회의용 카메라 수단과,홍채 인식을 위한 사용자 눈 영상을 취득하기 위한 홍채 인식용 카메라 수단과, 사용자와 카메라 사이의 거리를 측정하기 위하여 사용자에게 거리 감지용 특정 이미지를 투사하기 위한 거리 감지 포인터 수단과, 상기 화상 회의용 카메라 수단에 의해서 구해진 상기 거리 감지 포인터 수단이 투사된 사용자 영상을 이미지 분석하여 상기 포인터 이미지의 변화로부터 사용자와의 거리를 계산하는 거리 계산수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템의 거리 측정장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 거리 감지 포인터 수단이 적외선 발광수단인 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템의 거리 측정장치.