KR101202448B1 - 홍채 인식 장치 및 홍채 인식 방법 - Google Patents

홍채 인식 장치 및 홍채 인식 방법 Download PDF

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김영곤
신광용
이의철
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한국기초과학지원연구원
동국대학교 산학협력단
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Abstract

홍채 인식 장치는 얼굴 영상을 생성하는 얼굴 영상 생성부, 사용자의 양 눈에 대한 홍채 영상을 생성하는 홍채 영상 생성부, 얼굴 영상의 양 눈에 대한 좌표에 따른 회전 각도를 산출하는 얼굴 영상 분석부, 홍채 영상에서 홍채 인식 영역을 검출하는 홍채 검출부, 홍채 인식 영역에서 수신 코드를 추출하는 홍채 코드 추출부, 등록 코드를 저장하는 저장부 및 수신 코드를 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅(bit shifting)하여 보정하고, 보정된 수신 코드와 등록 코드의 매칭 여부를 출력하는 매칭부를 포함한다.

Description

홍채 인식 장치 및 홍채 인식 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECOGNIZING IRIS}
본 발명은 홍채 인식에 관한 기술에 관한 것으로, 별도의 얼굴 영상을 참조한 회전 각도를 이용한 홍채 인식에 관한 기술에 관한 것이다.
본 발명의 배경기술로써는 "How Iris Recognition Works, IEEE Transactions on circuits and systems for video technology, vol.14, no.1, January 2004, John Daugman"가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 회전 각도를 고려하여 홍채를 인식하는 홍채 인식 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 촬영 거리에 따른 홍채의 크기를 고려하여 홍채 영역을 검출하는 홍채 인식 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 얼굴 영상을 생성하는 얼굴 영상 생성부; 사용자의 양 눈에 대한 홍채 영상을 생성하는 홍채 영상 생성부; 상기 얼굴 영상의 양 눈에 대한 좌표에 따른 회전 각도를 산출하는 얼굴 영상 분석부; 상기 홍채 영상에서 홍채 인식 영역을 검출하는 홍채 검출부; 상기 홍채 인식 영역에서 수신 코드를 추출하는 홍채 코드 추출부; 등록 코드를 저장하는 저장부; 및 상기 수신 코드를 상기 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅(bit shifting)하여 보정하고, 보정된 상기 수신 코드와 상기 등록 코드의 매칭 여부를 출력하는 매칭부를 포함하는 홍채 인식 장치가 제공된다.
상기 홍채 검출부는 상기 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출하고, 상기 홍채 영상에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출하고, 상기 홍채 영역에서 상기 눈꺼풀 영역 및 상기 속눈썹 영역 중 하나 이상을 제거하여 상기 홍채 인식 영역을 검출할 수 있다.
상기 얼굴 영상 분석부는 상기 얼굴 영상에 포함된 사용자의 얼굴의 폭, 양 눈 간의 거리 및 촬영 홍채 크기 중 하나 이상에 따라 촬영 거리를 산출하고, 상기 촬영 거리에 상응하는 기준 홍채 크기를 선정하고, 상기 홍채 검출부는 상기 기준 홍채 크기에 따라 홍채 영역을 검출하는 원형 검출기(Circular Edge Detector)를 포함할 수 있다.
상기 원형 검출기는 상기 기준 홍채 크기와 차가 미리 지정된 수치 이하인 반지름을 가지는 원에 상응하는 상기 홍채 영상에 대한 에지값을 산출하고, 상기 에지값 중 최대값에 상응하는 원의 영역을 상기 홍채 영역으로 검출할 수 있다.
사용자의 홍채 등록을 요청하는 입력을 받는 입력부를 더 포함하되, 상기 홍채 코드 추출부는 상기 요청에 따라 상기 홍채 인식 영역으로부터 상기 등록 코드를 추출하고, 상기 저장부에 상기 등록 코드를 저장할 수 있다.
상기 홍채 검출부는 상기 회전 각도를 참조하여 상기 홍채 영상의 픽셀 중 둘 이상의 픽셀을 선정하고, 선정된 픽셀 간의 차이값에 따라 상기 눈꺼풀 영역 및 상기 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출할 수 있다.
상기 매칭부는 상기 회전 각도와 미리 지정된 상수를 곱에 따른 수치를 산출하고, 상기 수치만큼 상기 수신 코드를 비트 쉬프팅할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 홍채 인식 장치가 홍채를 인식하는 방법에 있어서, (a)얼굴 영상을 생성하는 단계; (b)사용자의 양 눈에 대한 홍채 영상을 생성하는 단계; (c)상기 얼굴 영상의 양 눈에 대한 좌표에 따른 회전 각도를 산출하는 단계; (d)상기 홍채 영상에서 홍채 인식 영역을 검출하는 단계; (e)상기 홍채 인식 영역에서 수신 코드를 추출하는 단계; 및 (f)상기 수신 코드를 상기 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅(bit shifting)하여 보정하고, 보정된 상기 수신 코드와 미리 저장된 등록 코드의 매칭 여부를 출력하는 단계를 포함하는 홍채 인식 방법이 제공된다.
상기 단계 (d)는 상기 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출하는 단계; 상기 홍채 영상에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출하는 단계; 상기 홍채 영역에서 상기 눈꺼풀 영역 및 상기 속눈썹 영역 중 하나 이상을 제거하여 상기 홍채 인식 영역을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출하는 단계는 상기 얼굴 영상에 포함된 사용자의 얼굴의 폭, 양 눈 간의 거리 및 촬영 홍채 크기 중 하나 이상에 따라 촬영 거리를 산출하고, 상기 촬영 거리에 상응하는 기준 홍채 크기를 선정하는 단계; 및 원형 검출기(Circular Edge Detector)를 통해 상기 기준 홍채 크기에 따라 홍채 영역을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 원형 검출기는 상기 기준 홍채 크기와 차가 미리 지정된 수치 이하인 반지름을 가지는 원에 상응하는 상기 홍채 영상에 대한 에지값을 산출하고, 상기 에지값 중 최대값에 상응하는 원의 영역을 상기 홍채 영역으로 검출할 수 있다.
상기 홍채 인식 방법은사용자의 홍채 등록을 요청하는 입력을 받는 단계; 상기 요청에 따라 상기 홍채 인식 영역으로부터 상기 등록 코드를 추출하는 단계; 및 상기 등록 코드를 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상기 홍채 영상에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출하는 단계는 상기 회전 각도를 참조하여 상기 홍채 영상의 픽셀 중 둘 이상의 픽셀을 선정하고, 선정된 픽셀 간의 차이값에 따라 상기 눈꺼풀 영역 및 상기 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출하는 단계일 수 있다.
상기 단계 (f)는 상기 회전 각도 미리 지정된 상수를 곱에 따른 수치를 산출하는 단계; 상기 수치만큼 상기 수신 코드를 비트 쉬프팅하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 얼굴 영상을 생성하는 얼굴 영상 생성부; 사용자의 양 눈에 대한 홍채 영상을 생성하는 홍채 영상 생성부; 상기 얼굴 영상의 양 눈에 대한 좌표에 따른 회전 각도를 산출하는 얼굴 영상 분석부; 상기 홍채 영상을 상기 회전 각도에 따라 회전한 회전 영상에서 홍채 인식 영역을 검출하는 홍채 검출부; 상기 홍채 인식 영역에서 수신 코드를 추출하는 홍채 코드 추출부; 하나 이상의 사용자의 홍채 코드인 등록 코드를 저장하는 저장부; 및 상기 수신 코드와 상기 등록 코드의 매칭 여부를 출력하는 매칭부를 포함하는 홍채 인식 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 홍채 인식 장치가 홍채를 인식하는 방법에 있어서, (a)얼굴 영상을 생성하는 단계; (b)사용자의 양 눈에 대한 홍채 영상을 생성하는 단계; (c)상기 얼굴 영상의 양 눈에 대한 좌표에 따른 회전 각도를 산출하는 단계; (d) 상기 홍채 영상을 상기 회전 각도에 따라 회전한 회전 영상에서 홍채 인식 영역을 검출하는 단계; (e)상기 홍채 인식 영역에서 수신 코드를 추출하는 단계; 및 (f)상기 수신 코드와 미리 저장된 등록 코드의 매칭 여부를 출력하는 단계를 포함하는 홍채 인식 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전 각도를 이용한 홍채 영역 검출 과정을 통해 홍채 영역 검출의 정확성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전 각도를 반영하여 홍채 홍채 코드를 매칭함으로써, 타인을 등록된 사람으로 잘못 판단하는 것을 나타내는 FAR(False Acceptance Rate)와 등록된 사람을 등록되지 않은 사람으로 잘못 판단하는 것을 나타내는 FRR(False Reject Rate)를 낮출 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기준 홍채 크기를 얼굴 영상을 통해 산출하여, 홍채 영역 검출에 따른 계산 복잡도를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치를 간략히 예시한 블록도.
도 2는 얼굴 영상에서 양 눈의 위치와 그에 따른 회전 각도를 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 홍채 인식 영역에서 홍채 코드를 추출하는 과정을 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 홍채를 등록하는 과정을 예시한 순서도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 사용자의 홍채를 인식하는 과정을 예시한 순서도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 홍채를 등록하는 과정을 예시한 순서도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 사용자의 홍채를 인식하는 과정을 예시한 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소로 신호를 “전송한다”로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되어 신호를 전송할 수 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 신호를 전송할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
1.1 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치를 간략히 예시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 홍채 인식 장치는 홍채 영상 생성부(110), 얼굴 영상 생성부(120), 얼굴 영상 분석부(130), 홍채 검출부(140), 홍채 코드 추출부(150), 저장부(160) 및 매칭부(170)를 포함한다.
홍채 영상 생성부(110)는 사용자의 좌안 및 우안에 대한 적외선 영역대의 영상인 홍채 영상을 생성한다. 홍채 영상 생성부(110)는 적외선 조명 및 적외선 카메라를 구비하여, 적외선 조명을 통해 투사된 적외선이 사용자의 얼굴로부터 반사된 광을 적외선 카메라로 촬영하여 홍채 영상을 생성한다. 이 때, 홍채 영상 생성부(110)는 2대의 적외선 카메라를 구비할 수 있고, 각 적외선 카메라는 사용자의 좌안 또는 우안을 각각 촬영할 수 있다.
얼굴 영상 생성부(120)는 사용자의 얼굴을 촬영하여 얼굴 영상을 생성한다. 얼굴 영상 생성부(120)는 카메라를 구비할 수 있다.
얼굴 영상 분석부(130)는 얼굴 영상을 회전 각도를 산출한다. 예를 들어, 얼굴 영상 분석부(130)는 얼굴 영상에서 양 눈의 위치를 나타내는 정보(이하 눈 위치 정보라 지칭)를 산출한다. 이 때, 얼굴 영상 분석부(130)는 눈 위치 정보를 산출하기 위해 공지의 Adaboost, AAM(Active Appearance Model), SURF(Speeded Up Robust Features), Camshift, 이진화, 라벨링 등의 기법을 이용할 수 있다.
이후, 얼굴 영상 분석부(130)는 눈 위치 정보에 따른 회전 각도를 산출한다.
이하 도 2를 참조하여, 얼굴 영상 분석부(130)가 회전 각도를 산출하는 과정을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 얼굴 영상에서 양 눈의 위치와 그에 따른 회전 각도를 예시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 얼굴 영상 분석부(130)가 얼굴 영상을 참조하여 산출한 눈 위치 정보는 좌안 좌표(XfL, YfL) 및 우안 좌표(XfR, YfR)를 포함한다. 얼굴 영상 분석부(130)는 눈 위치 정보에 따른 양 눈의 위치 및 하기의 수학식 1에 따라 회전 각도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112011062724007-pat00001

이 때, θ는 회전 각도이다.
다시 도 1을 참조하면, 얼굴 영상 분석부(130)는 얼굴 영상에 상응하는 회전 각도를 홍채 검출부(140)로 전송한다.
홍채 검출부(140)는 홍채 영상에서 홍채에 해당하는 영역(이하 홍채 영역이라 지칭)을 검출한다. 이 때, 홍채 검출부(140)는 원형 검출기(Circular Edge Detector)를 포함하고, 원형 검출기를 통해 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출한다. 예를 들어, 홍채 검출부(140)는 얼굴 영상 분석부(130)로부터 수신한 기준 홍채 크기에 따른 원형 검출기의 동작시켜 홍채 영역을 검출한다. 이 때, 홍채 검출부(140)는 홍채 영상에서 회전 각도에 따른 눈꺼풀이 분포한 영역(이하 눈꺼풀 영역이라 지칭)을 검출한다. 일반적으로 눈꺼풀 영역을 검출하기 위해 홍채 영상에서 수직 방향으로 인접하게 위치한 픽셀의 차이값이 지정된 수치 이상이면 해당 픽셀이 눈꺼풀의 경계선 상에 위치한 픽셀로 판단하고, 해당 경계선을 기준으로 눈꺼풀 영역을 검출한다. 하지만 홍채 영상을 촬영할 때, 사용자가 얼굴을 한쪽으로 기울일 경우, 수직 방향으로 인접한 픽셀의 차이값을 확인하여 눈꺼풀 영역을 검출하면 그 정확도가 떨어지는 문제가 있다. 홍채 검출부(140)는 수직 방향에서 회전 각도만큼 회전한 축에 따라 인접한 픽셀의 차이값을 산출하고, 산출한 차이값이 지정된 수치 이상이면 해당 픽셀이 눈꺼풀의 경계선 상에 위치한 픽셀로 판단한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채 인식 장치의 홍채 검출부(140)는 사용자의 기울인 얼굴에 따라 촬영된 홍채 영상에서 눈꺼풀 영역을 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 홍채 검출부(140)는 회전 각도에 따른 속눈썹의 방향을 산출하고, 속눈썹의 방향을 이용하여 속눈썹에 해당하는 영역(이하 속눈썹 영역이라 지칭)을 검출한다. 일반적으로 사람의 속눈썹은 방향성을 갖는다. 즉, 사람을 정면으로 보았을 때, 사람의 속눈썹은 수직방향으로 위치한 것으로 보인다. 이에 따라 일반적으로 수평 방향으로 인접하게 위치한 픽셀의 차이값에 따라 홍채 영상에서 속눈썹 영역을 검출할 수 있다. 하지만, 사람의 얼굴이 기울어진 상황에서 홍채 영상이 촬영된 경우, 수평방향으로 인접하게 위치한 픽셀의 차이값을 이용하는 경우, 속눈썹 영역의 검출에 대한 정확성이 떨어지는 문제가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채 인식 장치의 홍채 검출부(140)는 수평 방향에서 회전 각도만큼 회전한 축에 따라 인접한 픽셀의 차이값을 산출하고, 산출한 차이값이 지정된 수치 이상이면 해당 픽셀이 속눈썹의 경계선 상에 위치한 픽셀로 판단한다. 따라서, 홍채 검출부(140)는 사용자의 기울인 얼굴에 따라 촬영된 홍채 영상에서 속눈썹 영역을 회전 각도를 고려하여 검출함으로써, 속눈썹 영역 검출의 정확성을 높일 수 있다.
홍채 검출부(140)는 홍채 영역에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역을 제외하여 홍채 인식 영역을 검출한다. 홍채 검출부(140)는 홍채 인식 영역을 홍채 코드 추출부(150)로 전송한다.
홍채 코드 추출부(150)는 홍채 인식 영역에서 홍채 코드(Iris code)를 추출한다. 홍채 코드는 홍채 인식 영역 상의 원형으로 분포되어 있는 각 픽셀을 평형으로 분포하도록 변형하고 이를 미리 지정된 알고리즘에 따라 비트로 표현한 코드이다. 이하 홍태 코드의 생성 과정을 도 3을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 홍채 인식 영역에서 홍채 코드를 추출하는 과정을 예시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 홍채 코드 추출부(150)는 홍채 인식 영역에 포함된 각 픽셀을 평형으로 배열한다. 즉, 홍채 코드 추출부(150)는 선 310에 해당하는 픽셀을 선 320 상으로 배열하고, 선 330에 해당하는 픽셀을 선 340 상으로 재배열할 수 있다. 홍채 코드 추출부(150)는 상술한 방법으로 재배열된 픽셀들에 대해 미리 지정된 알고리즘에 따라 홍채 코드를 생성한다. 따라서, 홍채 인식 영역 상에서 중심점에서 연장된 임의의 선분을 기준으로 해당 픽셀에 해당하는 각도에 따라 홍채 코드에서 해당 픽셀을 나타내는 코드의 위치가 결정된다.
다시 도 1을 참조하면, 홍채 코드 추출부(150)는 홍채 코드를 저장부(160) 또는 매칭부(170)로 전송한다. 이 때, 홍채 코드 추출부(150)는 미리 사용자로부터 입력부(미도시)를 통해 홍채 코드의 등록을 요청하는 입력을 받을 수 있다. 홍채 코드 추출부(150)는 홍채 코드 등록을 요청하는 입력 후 수신되는 홍채 인식 영역의 홍채 코드를 저장부(160)로 전송할 수 있다. 또한, 홍채 코드 추출부(150)는 홍채 코드 등록을 요청하는 입력이 없는 상태에서 홍채 인식 영역을 수신하는 경우, 홍채 코드를 매칭부(170)로 전송할 수 있다.
저장부(160)는 홍채 코드 추출부(150)로부터 수신한 홍채 코드(이하 등록 코드라 지칭)를 저장한다. 저장부(160)는 매칭부(170)의 요청에 따라 저장한 등록 코드를 매칭부(170)로 전송한다. 또한, 저장부(160)는 등록 코드 별 매칭되는 신원 정보를 부가적으로 저장할 수 있다.
매칭부(170)는 홍채 코드 추출부(150)로부터 수신한 홍채 코드(이하 수신 코드라 지칭)와 저장부(160)에 저장된 홍채 코드(이하 등록 코드라 지칭)를 매칭하여, 매칭되는 홍채 코드의 존재 여부를 판단한다. 매칭부(170)는 수신 코드에 매칭되는 등록 코드의 존재 여부를 나타내는 정보 및 해당 등록 코드에 상응하는 신원 정보 중 하나 이상을 외부로 출력한다.
이 때, 매칭부(170)는 회전 각도와 미리 지정된 상수의 곱에 따른 수치만큼 수신 코드를 비트 쉬프팅(Bit Shifting)한 쉬프트 코드를 생성한다. 매칭부(170)는 쉬프트 코드를 각 등록 코드와 비교하여 매칭 여부를 판단한다. 예를 들어, 매칭부(170)는 쉬프트 코드와 등록 코드를 비교하여 일치하는 비트의 수가 미리 지정된 수 이상인 경우, 해당 쉬프트 코드와 등록 코드가 매칭되는 것으로 판단한다. 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이 홍채 코드는 홍채 인식 영역 상에서 각 픽셀이 위치한 지점의 각도에 따라 해당 픽셀에 대한 코드의 위치가 결정된다. 따라서, 일반적으로 정방향으로 촬영하여 산출된 등록 코드와 얼굴을 기울여 촬영된 홍채 영상에 따라 생성된 수신 코드를 비교하는 경우, 그 매칭 여부를 확인하기 위해서는 수신 코드를 복수의 수치에 따라 비트 쉬프팅을 반복 수행하여야 한다. 즉, 일반적으로 수신 코드를 0도 내지 359도에 상응하도록 비트 쉬프팅을 반복 수행하면서 등록 코드와 비교함으로써, 기울어진 얼굴에 따른 수신 코드를 등록 코드와 매칭될 수 있도록 할 수 있다. 하지만, 1도 단위로 비트 쉬프팅을 하여 매칭을 수행하는 경우, 수신 코드의 비트 쉬프팅을 359회가 수행되며, 수신 코드와 등록 코드의 매칭 과정은 360회 수행되어야 한다. 따라서, 일반적인 수신 코드와 등록 코드의 매칭 과정은 계산 복잡도가 높다. 또한, 일반적인 수신 코드와 등록 코드의 매칭 과정은 모든 각도에 대한 비트 쉬프팅 및 매칭 과정이 수행되기 때문에 FAR 및 FRR이 높아지는 문제가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 홍채 인식 장치의 매칭부(170)는 얼굴 영상을 통해 획득된 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅을 수행하기 때문에 반복적으로 비트 쉬프팅 및 매칭 과정을 수행하지 않아 계산 복잡도가 낮다. 또한, 매칭부(170)는 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅된 수신 코드에 대해서만 매칭 과정을 수행하기 때문에 FAR 및 FRR을 낮출 수 있다.
1.2 촬영 거리를 이용한 홍채 영역 검출 과정
이하 상술한 홍채 인식 장치가 홍채 영역을 검출하는 과정을 상세히 설명하도록 한다.
얼굴 영상 분석부(130)는 입력부(미도시)로부터 사용자의 홍채 인식을 위한 등록을 요청하는 입력에 따른 홍채 등록 요청을 수신하는 경우, 상술한 회전 각도 산출 과정 이외 별도의 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 얼굴 영상 분석부(130)는 얼굴 영상에 포함된 사용자의 얼굴의 폭, 양 눈간의 거리, 얼굴 영상 상에서 홍채 크기를 검출한다. 얼굴 영상 분석부(130)는 얼굴의 폭, 양 눈간의 거리 및 얼굴 영상 상에서 홍채 크기(이하 촬영 홍채 크기)를 이용하여 홍채와 카메라 간의 거리(이하 촬영 거리라 지칭)를 산출한다. 예를 들어, 얼굴 영상 분석부(130)는 얼굴의 폭, 양 눈 간의 거리 및 촬영 홍채 크기 중 하나 이상에 상응하는 촬영 거리를 미리 저장할 수 있다. 얼굴 영상 분석부(130)는 미리 저장된 촬영 거리를 참조하여, 얼굴 영상으로부터 산출한 얼굴의 폭, 양 눈 간의 거리 및 촬영 홍채 크기 중 하나 이상에 따라 촬영 거리를 추정할 수 있다. 이 때, 얼굴 영상 분석부(130)는 촬영 거리에 상응하는 기준 홍채 크기를 미리 저장할 수 있다. 얼굴 영상 분석부(130)는 촬영 거리에 상응하는 기준 홍채 크기를 검출한다. 이후, 얼굴 영상 분석부(130)는 회전 각도 이외 기준 홍채 크기를 홍채 검출부(140)로 전송할 수 있다.
홍채 검출부(140)는 기준 홍채 크기에 따라 홍채 영상에서 홍채 영역을 추출할 수 있다. 즉, 홍채 검출부(140)는 기준 홍채 크기 및 원형 검출기를 통해 홍채 영역을 검출한다. 원형 검출기는 홍채 영상 상에 원을 위치시키고, 해당 원의 경계선에 해당하는 픽셀과 해당 픽셀에 인접한 픽셀 간의 차이값(이하 에지값이라 지칭)을 산출한다. 원형 검출기는 원의 중심점 좌표와 크기를 변경하여 에지값을 반복 산출한다. 원형 검출기는 반복하여 산출한 에지값 중 최대값에 상응하는 원에 해당하는 영역을 홍채 영역으로 판단한다. 하지만, 상술한 원형 검출기는 원의 크기(반지름의 크기)를 변경하여 에지값을 산출하는 과정을 반복하여야 하기 때문에 계산 복잡도가 크다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 검출부(140)는 기준 홍채 크기에서 미리 지정된 범위 내의 반지름을 가지는 원을 이용하여 에지값을 산출하는 원형 검출기를 포함할 수 있다. 즉, 홍채 검출부(140)는 기준 홍채 크기와의 차이가 미리 지정된 값 이하인 반지름을 가지는 원을 이용하여 에지값을 산출하고, 산출된 에지값 중 최대값에 상응하는 원에 해당하는 영역을 홍채 영역으로 검출한다. 따라서, 홍채 검출부(140)는 원형 검출기에서 원의 크기를 변경하는 범위를 기준 홍채 크기를 이용하여 한정함으로써, 홍채 영역을 검출하기 위한 계산 복잡도를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치의 홍채 검출부(140)는 회전 각도에 따라 홍채 영상에서 눈꺼풀 영역, 속눈썹 영역을 산출하고, 매칭부(170)는 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅한 수신 코드를 등록 코드와 비교하는 것으로 설명하였다. 하지만 구현 방법에 따라 홍채 검출부(140) 및 매칭부(170)가 수행하는 과정이 달리 변경될 수 있다. 이하 본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치를 설명하도록 한다.
2. 본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치
본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치의 홍채 영상 생성부(110), 얼굴 영상 생성부(120), 얼굴 영상 분석부(130), 홍채 코드 추출부(150) 및 저장부(160)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치의 각 기능부와 동일한 기능을 수행하므로 그 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치의 홍채 검출부(140)는 얼굴 영상 분석부(130)로부터 수신한 회전 각도에 따라 홍채 영상을 회전한 홍채 영상인 회전 영상을 생성한다. 홍채 검출부(140)는 회전 영상에서 홍채 영역, 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역을 추출한다. 홍채 검출부(140)는 홍채 영역에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역을 제거하여 홍채 인식 영역을 검출한다. 홍채 검출부(140)는 홍채 인식 영역을 홍채 코드 추출부(150)로 전송한다.
매칭부(170)는 홍채 코드 추출부(150)로부터 수신 코드를 수신하고, 수신 코드와 저장부(160)에 저장된 등록 코드를 매칭한다. 매칭부(170)는 수신 코드에 매칭되는 등록 코드의 존재 여부를 나타내는 정보 및 해당 등록 코드에 상응하는 신원 정보 중 하나 이상을 외부로 출력한다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치는 홍채 영상을 회전 각도에 따라 회전하는 보정을 수행 후, 회전 영상에 대하여 홍채 인식 영역을 검출할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치는 회전 각도에 따른 홍채 인식 영역 검출 및 수신 코드의 매칭을 별도로 수행할 필요가 없다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 홍채를 등록하는 과정을 예시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 단계 410에서 홍채 인식 장치는 얼굴 영상 및 홍채 영상을 생성한다.
단계 420에서 홍채 인식 장치는 얼굴 영상을 분석하여 눈 위치 정보를 산출한다. 이 때, 홍채 인식 장치는 눈 위치 정보를 산출하기 위해 공지의 Adaboost, AAM(Active Appearance Model), SURF(Speeded Up Robust Features), Camshift, 이진화, 라벨링 등의 기법을 이용할 수 있다.
단계 430에서 홍채 인식 장치는 눈 위치 정보에 따른 회전 각도를 산출한다. 회전 각도를 산출하는 과정은 도 2 및 수학식 1을 참조하여 상술하였다.
단계 450에서 홍채 인식 장치는 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출한다.
단계 470에서 홍채 인식 장치는 회전 각도를 참조하여 눈꺼풀 영역을 검출한다.
단계 480에서 홍채 인식 장치는 회전 각도를 참조하여 속눈썹 영역을 검출한다. 이 때, 상술한 단계 470 및 단계 480이 수행되는 순서는 변경되거나 병렬적으로 수행될 수 있다.
단계 490에서 홍채 인식 장치는 홍채 영역에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역을 제외한 홍채 인식 영역을 검출하고, 홍채 인식 영역에서 홍채 코드(등록 코드)를 추출한다. 홍채 인식 장치는 추출한 홍채 코드를 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅하여 저장한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 사용자의 홍채를 인식하는 과정을 예시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 단계 510에서 홍채 인식 장치는 얼굴 영상 및 홍채 영상을 생성한다.
단계 515에서 홍채 인식 장치는 회전 각도, 촬영 거리 및 기준 홍채 크기 산출한다.
단계 520에서 홍채 인식 장치는 촬영 거리가 지정된 범위 이내인지 판단한다.
단계 520에서 촬영 거리가 지정된 범위 이내에 있지 않은 경우, 단계 525에서 홍채 인식 장치는 사용자에게 이동을 요청한다. 이 때, 홍채 인식 장치는 사용자에게 이동을 요청하는 메시지를 출력하여 이동을 요청할 수 있다.
단계 520에서 촬영 거리가 지정된 범위 이내에 있는 경우, 단계 530에서 홍채 인식 장치는 회전 각도를 산출한다.
단계 545에서 홍채 인식 장치는 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출한다.
단계 550에서 홍채 인식 장치는 회전 각도를 참조하여 눈꺼풀 영역을 검출한다.
단계 560에서 홍채 인식 장치는 회전 각도를 참조하여 속눈썹 영역을 검출한다.
단계 570에서 홍채 인식 장치는 홍채 영역에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역을 제거하여 홍채 인식 영역을 검출하고, 홍채 인식 영역으로부터 수신 코드를 추출한다. 홍채 인식 장치는 수신 코드를 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅하고, 비트 쉬프팅된 수신 코드와 등록 코드를 매칭한다.
단계 580에서 홍채 인식 장치는 수신 코드와 등록 코드의 매칭 여부를 외부로 출력한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 홍채를 등록하는 과정을 예시한 순서도이다.
단계 610에서 홍채 인식 장치는 얼굴 영상 및 홍채 영상을 생성한다.
단계 620에서 홍채 인식 장치는 얼굴 영상을 분석하여 눈 위치 정보를 산출한다. 이 때, 홍채 인식 장치는 눈 위치 정보를 산출하기 위해 공지의 Adaboost, AAM(Active Appearance Model), SURF(Speeded Up Robust Features), Camshift, 이진화, 라벨링 등의 기법을 이용할 수 있다.
단계 630에서 홍채 인식 장치는 눈 위치 정보에 따른 회전 각도를 산출한다. 회전 각도를 산출하는 과정은 도 2 및 수학식 1을 참조하여 상술하였다.
단계 640에서 홍채 인식 장치는 회전 각도에 따라 홍채 영상을 회전하는 보정을 수행한다.
단계 650에서 홍채 인식 장치는 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출한다.
단계 660에서 홍채 인식 장치는 미리 지정된 방향의 인접한 픽셀 간의 차이값을 이용하여 눈꺼풀 영역을 검출한다.
단계 670에서 홍채 인식 장치는 미리 지정된 방향의 인접한 픽셀 간의 차이값을 이용하여 속눈썹 영역을 검출한다. 이 때, 상술한 단계 660 및 단계 670이 수행되는 순서는 변경되거나 병렬적으로 수행될 수 있다.
단계 680에서 홍채 인식 장치는 홍채 영역에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역을 제외한 홍채 인식 영역을 검출하고, 홍채 인식 영역에서 홍채 코드(등록 코드)를 추출한다. 홍채 인식 장치는 추출한 홍채 코드를 저장한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 홍채 인식 장치가 사용자의 홍채를 인식하는 과정을 예시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 단계 710에서 홍채 인식 장치는 얼굴 영상 및 홍채 영상을 생성한다.
단계 715에서 홍채 인식 장치는 회전 각도, 촬영 거리 및 기준 홍채 크기 산출한다.
단계 720에서 홍채 인식 장치는 촬영 거리가 지정된 범위 이내인지 판단한다.
단계 720에서 촬영 거리가 지정된 범위 이내에 있지 않은 경우, 단계 525에서 홍채 인식 장치는 사용자에게 이동을 요청한다. 이 때, 홍채 인식 장치는 사용자에게 이동을 요청하는 메시지를 출력하여 이동을 요청할 수 있다.
단계 720에서 촬영 거리가 지정된 범위 이내에 있는 경우, 단계 730에서 홍채 인식 장치는 회전 각도를 산출한다.
단계 740에서 홍채 인식 장치는 회전 각도에 따라 홍채 영상을 회전하는 보정을 수행한다.
단계 745에서 홍채 인식 장치는 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출한다.
단계 750에서 홍채 인식 장치는 미리 지정된 방향의 인접한 픽셀 간의 차이값을 이용하여 눈꺼풀 영역을 검출한다.
단계 760에서 홍채 인식 장치는 미리 지정된 방향의 인접한 픽셀 간의 차이값을 이용하여 속눈썹 영역을 검출한다.
단계 770에서 홍채 인식 장치는 홍채 영역에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역을 제거하여 홍채 인식 영역을 검출하고, 홍채 인식 영역으로부터 수신 코드를 추출한다. 홍채 인식 장치는 수신 코드와 등록 코드를 매칭한다.
단계 780에서 홍채 인식 장치는 수신 코드와 등록 코드의 매칭 여부를 외부로 출력한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 전술한 실시 예 외의 많은 실시 예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 사용자의 얼굴을 촬영하여 얼굴 영상을 생성하는 얼굴 영상 생성부;
    상기 촬영과 별도로 상기 사용자의 양 눈을 촬영하여 홍채 영상을 생성하는 홍채 영상 생성부;
    상기 얼굴 영상의 양 눈에 대한 좌표에 따른 회전 각도를 산출하는 얼굴 영상 분석부;
    상기 홍채 영상에서 홍채 인식 영역을 검출하는 홍채 검출부;
    상기 홍채 인식 영역에서 수신 코드를 추출하는 홍채 코드 추출부;
    등록 코드를 저장하는 저장부; 및
    상기 수신 코드를 상기 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅(bit shifting)하여 보정하고, 보정된 상기 수신 코드와 상기 등록 코드의 매칭 여부를 출력하는 매칭부
    를 포함하는 홍채 인식 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 홍채 검출부는
    상기 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출하고,
    상기 홍채 영상에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출하고,
    상기 홍채 영역에서 상기 눈꺼풀 영역 및 상기 속눈썹 영역 중 하나 이상을 제거하여 상기 홍채 인식 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 얼굴 영상 분석부는 상기 얼굴 영상에 포함된 사용자의 얼굴의 폭, 양 눈 간의 거리 및 촬영 홍채 크기 중 하나 이상에 따라 촬영 거리를 산출하고, 상기 촬영 거리에 상응하는 기준 홍채 크기를 선정하고,
    상기 홍채 검출부는 상기 기준 홍채 크기에 따라 홍채 영역을 검출하는 원형 검출기(Circular Edge Detector)를 포함하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 원형 검출기는 상기 기준 홍채 크기와 차가 미리 지정된 수치 이하인 반지름을 가지는 원에 상응하는 상기 홍채 영상에 대한 에지값을 산출하고,
    상기 에지값 중 최대값에 상응하는 원의 영역을 상기 홍채 영역으로 검출하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    사용자의 홍채 등록을 요청하는 입력을 받는 입력부를 더 포함하되,
    상기 홍채 코드 추출부는 상기 요청에 따라 상기 홍채 인식 영역으로부터 상기 등록 코드를 추출하고, 상기 저장부에 상기 등록 코드를 저장하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 홍채 검출부는
    상기 회전 각도를 참조하여 상기 홍채 영상의 픽셀 중 둘 이상의 픽셀을 선정하고, 선정된 픽셀 간의 차이값에 따라 상기 눈꺼풀 영역 및 상기 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 매칭부는
    상기 회전 각도와 미리 지정된 상수를 곱에 따른 수치를 산출하고,
    상기 수치만큼 상기 수신 코드를 비트 쉬프팅하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 장치.
  8. 홍채 인식 장치가 홍채를 인식하는 방법에 있어서,
    (a)사용자의 얼굴을 촬영하여 얼굴 영상을 생성하는 단계;
    (b)상기 촬영과 별도로 상기 사용자의 양 눈을 촬영하여 홍채 영상을 생성하는 단계;
    (c)상기 얼굴 영상의 양 눈에 대한 좌표에 따른 회전 각도를 산출하는 단계;
    (d)상기 홍채 영상에서 홍채 인식 영역을 검출하는 단계;
    (e)상기 홍채 인식 영역에서 수신 코드를 추출하는 단계; 및
    (f)상기 수신 코드를 상기 회전 각도에 따라 비트 쉬프팅(bit shifting)하여 보정하고, 보정된 상기 수신 코드와 미리 저장된 등록 코드의 매칭 여부를 출력하는 단계
    를 포함하는 홍채 인식 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 단계 (d)는
    상기 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출하는 단계;
    상기 홍채 영상에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출하는 단계;
    상기 홍채 영역에서 상기 눈꺼풀 영역 및 상기 속눈썹 영역 중 하나 이상을 제거하여 상기 홍채 인식 영역을 검출하는 단계를 포함하는 홍채 인식 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 홍채 영상에서 홍채 영역을 검출하는 단계는
    상기 얼굴 영상에 포함된 사용자의 얼굴의 폭, 양 눈 간의 거리 및 촬영 홍채 크기 중 하나 이상에 따라 촬영 거리를 산출하고, 상기 촬영 거리에 상응하는 기준 홍채 크기를 선정하는 단계; 및
    원형 검출기(Circular Edge Detector)를 통해 상기 기준 홍채 크기에 따라 홍채 영역을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 원형 검출기는 상기 기준 홍채 크기와 차가 미리 지정된 수치 이하인 반지름을 가지는 원에 상응하는 상기 홍채 영상에 대한 에지값을 산출하고,
    상기 에지값 중 최대값에 상응하는 원의 영역을 상기 홍채 영역으로 검출하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    사용자의 홍채 등록을 요청하는 입력을 받는 단계;
    상기 요청에 따라 상기 홍채 인식 영역으로부터 상기 등록 코드를 추출하는 단계; 및
    상기 등록 코드를 저장하는 단계를 더 포함하는 홍채 인식 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 상기 홍채 영상에서 눈꺼풀 영역 및 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출하는 단계는
    상기 회전 각도를 참조하여 상기 홍채 영상의 픽셀 중 둘 이상의 픽셀을 선정하고, 선정된 픽셀 간의 차이값에 따라 상기 눈꺼풀 영역 및 상기 속눈썹 영역 중 하나 이상을 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는 홍채 인식 방법.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 단계 (f)는
    상기 회전 각도 미리 지정된 상수를 곱에 따른 수치를 산출하는 단계;
    상기 수치만큼 상기 수신 코드를 비트 쉬프팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 방법.
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  16. 삭제
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