KR101280439B1 - Method for recognizability assessment of facial images acquired by cameras on automated teller machines - Google Patents

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KR101280439B1 KR1020120030077A KR20120030077A KR101280439B1 KR 101280439 B1 KR101280439 B1 KR 101280439B1 KR 1020120030077 A KR1020120030077 A KR 1020120030077A KR 20120030077 A KR20120030077 A KR 20120030077A KR 101280439 B1 KR101280439 B1 KR 101280439B1
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Abstract

본 발명에 따른 얼굴 영상의 인식 가능성 판단 방법에서는, 사용자의 얼굴이 인식 가능한 경우에만 거래를 허용하는 현금인출기 조작 상황에서, 얼굴에 대한 다양한 부분 가려짐과 얼굴 자세 변화의 상황에서 얼굴의 인식 가능성을 판단하기 위해서 눈 하나와 입 하나가 보이는 얼굴이면 인식 가능한 얼굴이라고 정의하여 금융 거래를 허용한다.In the method of determining the recognition possibility of the face image according to the present invention, in a cash machine operation situation in which a transaction is allowed only when the user's face is recognizable, the recognition possibility of the face in various situations of face masking and face posture change is determined. In order to judge, a face with one eye and one mouth is defined as a recognizable face to allow financial transactions.

Figure R1020120030077
Figure R1020120030077

Description

현금인출기 카메라에서 취득된 얼굴 영상에 대한 얼굴 인식 가능성 판단 방법{Method for recognizability assessment of facial images acquired by cameras on automated teller machines}Method for recognizability assessment of facial images acquired by cameras on automated teller machines}

본 발명은, 현금인출기를 얼굴을 가린 채 부당하게 사용하고자 하는 상황을 거부하기 위하여, 현금인출기의 카메라에서 취득된 영상에 인식 가능한 얼굴이 존재하는가를 판단하기 위한 얼굴 인식 가능성 판단 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a face recognition possibility determination method for determining whether there is a recognizable face in an image acquired by a camera of an ATM, in order to reject a situation in which the ATM is unjustly used while covering the face.

최근 자동화된 현금인출기의 사용이 증가함에 따라, 이를 사용한 현금 강탈 또는 불법 자금 이체 등의 범죄 또한 증가하고 있다. 현금인출기를 부당하게 이용하고자 하는 범죄자들은 본인의 신분을 숨기기 위하여 얼굴을 가리게 된다. 따라서 사용자에 대한 인식이 불가하도록 얼굴을 가린 사람이 현금인출기를 사용하는 것을 막기 위하여 얼굴 가림을 검출하거나 얼굴의 인식 가능성을 판단하는 기술이 화두가 되고 있으며, 이러한 필요에 따라 다양한 방법들이 발명되어 왔다.Recently, as the use of automated cash machines increases, crimes such as cash extortion or illegal money transfer using them also increase. Criminals who want to use ATM machines unfairly cover their faces to hide their identity. Therefore, in order to prevent a person who covers a face from using a cash dispenser so that the recognition of a user is impossible, a technique of detecting a face occlusion or determining a face's recognition possibility has become a hot topic, and various methods have been invented according to such a need. .

하지만 종래의 방법들은 얼굴의 어느 일부가 가려지더라도 사용을 차단하고 있으므로, 실제 상황에서 빈번하게 발생하는 모발 또는 악세사리 등에 의한 자연스러운 일부 가려짐과 다양한 얼굴 자세에 대해서도, 부당 거래로 판정하고 있다는 문제점을 갖고 있다. However, since the conventional methods block the use of any part of the face, it is judged as an unfair dealing with natural facial obstruction and various facial postures caused by hair or accessories frequently occurring in actual situations. Have

일본특원 평성4-76690호는 센서를 사용하여 사용자가 정상 거리에 있으면 영상을 촬영하여 사용자 얼굴의 정상 여부를 판단하는 방법을 기술하고 있다. 여기서는, 사람 얼굴을 범죄자 리스트와 비교하거나, 마스크, 선글라스 등을 이용한 얼굴 가림을 판단하거나, 손으로 카메라를 가리는 것을 판단하여 정상 인식 가능한 얼굴인지를 결정한다. Japanese Patent Application No. 4-76690 describes a method of determining whether a user's face is normal by taking an image when the user is at a normal distance using a sensor. Here, it is determined whether the face is normally recognizable by comparing a human face with a list of criminals, determining whether the face is masked using a mask or sunglasses, or covering the camera with a hand.

일본특원 평성5-35992호는 사용자의 얼굴 영상을 취득하여 눈, 입, 귀, 코 등의 특징을 추출하고, 추출된 검출 정도에 따라 가중치를 주어 의심 인물일 정도를 판단하는 기술을 개시하고 있다. Japanese Patent Application No. Pyeongseong 5-35992 discloses a technique of determining the degree of suspicion by taking a face image of a user, extracting features of eyes, mouth, ears, nose, etc., and weighting them according to the extracted detection degree. .

한국특허출원 1998-0082154호는 현금인출기에 부착된 감시카메라로부터 촬영된 사용자의 얼굴 영상에서 눈, 코, 입 등의 특징점을 추출하기 위하여 살색 정보와 배경 영상 정보를 적절히 사용하는 구체적인 방법에 대한 내용을 설명하고 있다. Korean Patent Application No. 1998-0082154 describes a specific method of properly using flesh color information and background image information to extract feature points such as eyes, nose, and mouth from a face image of a user photographed from a surveillance camera attached to an ATM. It explains.

한국특허 10-0293897호는 현금인출기에서 촬영된 얼굴 영상에서 얻어진 컬러 정보를 이진화하여 얼굴 존재 가림 여부를 판단하는 방법을 설명하고 있다.Korean Patent No. 10-0293897 describes a method of determining whether a face is covered by binarizing color information obtained from a face image photographed by an ATM.

한국특허 10-0473598호는 현금인출기에서 촬영된 영상에서 얼굴이 검출된 경우 이를 상하의 두 영역으로 나누고 주성분 분석 기법과 서포트벡터머신을 사용하여 얼굴 가림을 검출하는 방법을 설명하고 있다. Korean Patent No. 10-0473598 describes a method for detecting face occlusion using a principal component analysis technique and a support vector machine when a face is detected in an image taken by an ATM.

한국특허 10-0564372호는 정면 얼굴을 획득하였는지 확인하고 이로부터 얼굴 암호를 생성하는 방법을 설명하고 있다. Korean Patent No. 10-0564372 describes a method of confirming that a front face is obtained and generating a face code from it.

한국특허 10-0825689호는 정면 얼굴에서 후보 영역을 구분한 후, 각 영역에서만 눈과 입을 검출하여 이의 존재 여부를 확인하는 방법을 설명하고 있다.Korean Patent No. 10-0825689 describes a method for identifying the presence of the eyes and the mouth only in each area after distinguishing the candidate areas from the front face.

하지만, 이와 같은 종래의 발명들은, 다음과 같은 2가지 문제점을 내포한다.첫째, 종래의 발명들은 암묵적으로 사용자가 카메라를 정면으로 바라보고 있는 경우를 가정하기 때문에 정면이 아닌 방향을 바라보고 있거나 얼굴 표정의 변화 등 다양한 자세의 얼굴이 입력된 경우에는 얼굴을 인식하지 못하는 오류를 발생시키게 된다. 둘째, 종래의 발명들은 얼굴에 가림이 전혀 존재하지 않는 경우에만 인식 가능하다고 판단하기 때문에, 머리카락이 흘러내려 눈 한쪽이 가려지거나 질병 등에 의하여 안대를 착용한 경우와 같은 범죄의 의도가 없는 자연스러운 부분 가려짐이 발생한 사용자의 거래를 부당한 사용으로 판정하는 오류를 범하게 된다. However, these conventional inventions involve two problems as follows. First, the conventional inventions implicitly assume a case in which the user is looking directly at the camera, so that the user is looking at the direction rather than the front or face. When faces of various postures, such as a change of expression, are input, an error of not recognizing a face is generated. Secondly, since the conventional inventions can be recognized only when there is no cover at all on the face, the natural part without the intention of crime, such as when the hair flows down and one side of the eye is covered or the eye patch is worn due to a disease, etc. The offense of judging the user's transaction that the baggage originated as improper use is committed.

이러한 2가지 문제점들로 인하여 종래의 발명들이 효과적으로 사용되기 위해서는, 사용자의 정면 얼굴을 가려짐이 없는 상태로 촬영하기 위하여, 사용자에게 카메라를 응시해 달라는 강압적인 요청을 해야만 하므로, 사용자의 불편함을 초래하게 된다. Due to these two problems, in order to use the conventional inventions effectively, in order to photograph the front face of the user without obscuring, the user must make a compulsive request to stare at the camera, thereby preventing user inconvenience. Will result.

따라서 본 발명은, 실제 상황에서 빈번하게 발생하는 자연스러운 부분 가려짐에 대하여 유연하게 대처할 수 있는 얼굴 인식 가능성 판단 방법을 제공하고자 하는 것이다. Accordingly, an aspect of the present invention is to provide a method for determining a facial recognition possibility that can flexibly cope with natural partial occlusion that frequently occurs in actual situations.

더욱, 본 발명은, 카메라를 정면으로 바라보지 않는 다양한 얼굴 자세에 강인하여, 사용자에게 강압적으로 카메라를 응시하도록 지시하지 않도록 함으로써 사용 편의성을 향상시킨 얼굴 인식 가능성 판단 방법을 제공하고자 한다.Further, the present invention is to provide a face recognition possibility determination method that is enhanced by the user's ease of use by not being instructed to force the user to stare at the camera by being robust to various face postures that do not look directly at the camera.

본 발명에 따른 얼굴 인식 가능성 판단 방법은, 사용자의 편리성을 최대화하는 동시에 자연스러운 부분 가려짐과 다양한 얼굴 자세에 강인하도록 하기 위하여, 하나의 눈과 하나의 입이 확인되어 얼굴 요소 중 절반 이상이 확보된 경우에 인식 가능한 얼굴이 존재한다고 정의하고, 얼굴 요소 기반 얼굴 후보 검출 및 검증 기법을 통해 촬영된 영상 내에서 인식 가능한 얼굴의 존재 여부를 판단한다. 또한, 얼굴 인식 가능성 판단 방법을 구현하는 시스템의 효율성 및 완성도를 높이기 위해 관심 영역 탐색과 전체영역 탐색으로 구분하는 구조와 예외적인 상황을 처리해주는 구조를 조합하도록 하고 있다. In the face recognition possibility determination method according to the present invention, one eye and one mouth are identified to secure more than half of the face elements in order to maximize the convenience of the user and to be robust to natural part obstruction and various face postures. In this case, it is defined that a recognizable face exists, and it is determined whether a recognizable face exists in the captured image through face element based face candidate detection and verification technique. In addition, in order to increase the efficiency and completeness of a system for implementing a face recognition possibility determination method, a structure that separates an ROI search and an entire area search and a structure for handling exceptional situations is combined.

이를 위하여, 본 발명에서는 사용자의 편의성과 인식 가능성 판단 성능을 동시에 높이기 위하여 다음과 같은 수단을 이용한다. To this end, the present invention uses the following means to increase the user's convenience and recognizability determination performance at the same time.

첫째, 인식 가능한 얼굴을 눈 하나와 입 하나가 확보된 얼굴이라고 정의한다. 이와 같은 정의를 내린 이유는 눈 하나와 입 하나를 확보할 수 있다면 얼굴 요소의 절반 이상이 확보된 것이고, 눈이 하나만 확보되었더라도 얼굴의 좌우 대칭성을 기반으로 다른쪽 눈도 어느 정도 복원할 수 있기 때문에 영상에 나타난 사람의 신원을 확인하기 용이하게 된다. 이로써, 안대, 머리카락 등에 의한 자연스러운 얼굴 가림을 허용할 수 있게 되어 사용자의 편리성을 도모할 수 있다. 이때, 카메라에 대한 얼굴의 다양한 자세에 대하여 강인하게 대응할 수 있도록, 얼굴의 자세, 특히 숙인 얼굴을 판정하고, 그에 대응하는 얼굴 요소를 판정하는 기능을 추가하였다. First, a recognizable face is defined as a face with one eye and one mouth. The reason for this definition is that if one eye and one mouth can be secured, more than half of the face elements are secured. Even if only one eye is secured, the other eye can be restored to some extent based on the symmetry of the face. It is easy to identify the person who is shown in the video. As a result, natural face covering by eye patch, hair, or the like can be allowed, and user convenience can be achieved. In this case, a function of determining the posture of the face, in particular, the lean face, and a corresponding face element is added so as to robustly respond to various postures of the face with respect to the camera.

둘째, 얼굴 요소를 기반으로 얼굴 후보를 검출 및 검증하는 방법을 사용하였다. 특히, 전체 얼굴 영역을 사용하여 얼굴의 전체적인 인식 가능성을 판단하는 것이 아니라, 얼굴 인식에 유효한 특징을 포함하는 몇개의 얼굴 요소들만을 사용하여 인식 가능성을 판단함으로써 휴대전화, 반창고 등으로 인하여 볼, 턱, 이마 등에 나타나는 자연스러운 부분 가려짐에 강인하게 된다. Second, we used a method of detecting and verifying face candidates based on face elements. In particular, instead of using the entire face area to determine the overall recognition possibility of the face, it is possible to determine the recognition possibility using only a few face elements including features that are effective for face recognition. It is also resistant to natural parts of the forehead that appear on the forehead.

셋째, 얼굴 검출기를 사용하여 얼굴의 일부에 관심 영역을 설정하고, 관심 영역에 인식 가능한 얼굴 요소가 발견되는 즉시 거래를 허용하도록 하고 있다. 이러한 구성으로 얼굴 인식 가능성 판단의 처리 속도를 획기적으로 향상시킴으로써 시스템의 효율성을 높여 준다. Third, a face detector is used to set a region of interest on a part of the face, and allow a transaction as soon as a recognizable face element is found in the region of interest. This configuration greatly improves the efficiency of the system by dramatically improving the processing speed of face recognition possibility judgment.

넷째, 두꺼운 안경테로 인하여 눈이 가려지는 상황 혹은 선글라스에 반사된 빛을 눈으로 오인하는 상황 등의 오류를 줄이면서 시스템의 성능을 향상시키기 위해 안경, 선글라스 등과 같이 빈번하게 발생하는 예외적인 상황에 대응하는 예외 처리 방식을 추가하였다.
Fourth, to reduce the errors such as the blindfold due to thick frames or misunderstanding the light reflected from the sunglasses, the system is able to cope with exceptional situations such as glasses and sunglasses to improve the performance of the system. Added exception handling.

본 발명은, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 현금인출기 카메라에서 취득된 얼굴 영상의 인식 가능성 판단 방법으로서, 다음과 같은 구성을 포함한다. 먼저, 현금인출기와 연동하는 시스템의 얼굴 인식 가능성 판단 방법으로서: 현금인출기에 대한 사용자의 접근 또는 조작의 개시를 확인하는 단계; 사용자의 얼굴을 촬영하여 N개의 영상을 획득하는 단계; N개의 영상 중 어느 하나를 선택하고, 선택된 영상에서 사용자의 얼굴에 대한 얼굴 요소를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 얼굴 요소가 적어도 하나의 눈과 하나의 입인 경우 상기 사용자의 이어지는 조작을 허용하고, 그렇지 않은 경우 조작을 차단하는 단계를 포함한다. The present invention is a method for determining the recognition possibility of a face image acquired by an ATM machine for achieving the above object, and includes the following configuration. First, a method of determining a face recognition possibility of a system interworking with an ATM, comprising: confirming a user's approach to or access to an ATM; Photographing a user's face to obtain N images; Selecting any one of N images and extracting face elements of a user's face from the selected images; And if the extracted facial element is at least one eye and one mouth, allowing subsequent manipulation of the user; otherwise, blocking the manipulation.

또한, 상기 얼굴 요소를 추출하는 단계는, 상기 선택된 영상에서 적어도 2개의 후보 얼굴 요소를 추출하는 단계; 상기 추출된 후보 얼굴 요소의 각각에 관심 영역을 설정하는 단계; 상기 설정된 관심 영역들을 연결하여 역삼각 형태를 구성하는 단계; 및 상기 구성된 역삼각 형태가 정상 얼굴 비례에 따른 역삼각 형태인 경우 상기 설정된 관심 영역의 각각의 내부에서 얼굴 요소를 추출하는 단계를 더 포함한다.The extracting of the facial elements may include extracting at least two candidate facial elements from the selected image; Setting a region of interest in each of the extracted candidate face elements; Connecting the set regions of interest to form an inverted triangular shape; And extracting a face element from each inside of the set ROI when the configured inverted triangle shape is an inverted triangle shape according to a normal face proportion.

또한, 상기 설정된 상기 관심 영역의 각각에서 추출된 얼굴 요소가 어느 하나의 눈과 입이 아닌 경우, 상기 관심 영역을 제거하고, 상기 추출된 영상의 전체에서 임의의 얼굴 요소를 재추출하는 단계; 및 상기 재추출된 얼굴 요소 중 어느 하나의 눈과 입이 추출되었는지 확인하는 단계를 더 수행한다.The method may further include removing the region of interest and re-extracting an arbitrary face element from the entirety of the extracted image when the facial element extracted from each of the set regions of interest is not any one of eyes and mouths; And checking whether the eye and the mouth of the re-extracted facial elements are extracted.

또한, 상기 선택된 얼굴 영상으로터 적어도 하나의 눈과 하나의 입을 검출하지 못한 경우, 상기 N개 중 또다른 하나의 얼굴 영상을 선택하고, 상기 또다른 하나의 얼굴 영상으로부터 상기 얼굴 요소를 추출하는 단계를 반복하는 단계를 더 수행한다.In addition, when at least one eye and one mouth are not detected from the selected face image, selecting another face image of the N pieces and extracting the face elements from the another face image. Repeat the step further.

또한, 상기 얼굴 요소를 추출하는 단계는, 상기 추출된 얼굴 요소(적어도 하나의 눈과 하나의 입)의 오검출을 검증하기 위하여, 상기 추출된 얼굴 요소의 영상에 주성분 분석 방식 또는 로컬바이너리패턴을 이용하여 특징 벡터를 추출하고, 상기 추출된 특징 벡터를 서포트벡터머신 분류기에 적용하는 단계를 더 포함한다.The extracting of the facial elements may include applying a principal component analysis method or a local binary pattern to an image of the extracted facial elements to verify false detection of the extracted facial elements (at least one eye and one mouth). The method may further include extracting the feature vector using the extracted feature vector and applying the extracted feature vector to a support vector machine classifier.

또한, 상기 관심 영역은, 안경/선글라스 영역을 포함하고, 상기 안경/선글라스 영역에서 안경이 검출된 경우에는 하나의 눈이 검출된 것으로 간주하고, 상기 안경/선글라스 영역에서 선글라스가 검출된 경우에는 눈이 발견되지 않은 것으로 간주하는 단계를 더 포함한다.In addition, the ROI includes a glasses / sunglasses region, and when glasses are detected in the glasses / sunglasses region, one eye is considered to be detected, and when sunglasses are detected in the glasses / sunglasses region, It further includes the step of deemed not found.

또한, 상기 얼굴 요소를 추출하는 단계는, 상기 선택된 얼굴 영상에서 눈, 코, 입 중 어느 하나의 얼굴 요소에 해당하는 후보 얼굴 요소를 적어도 2개 추출하는 단계; 상기 추출된 후보 얼굴 요소를 포함하는 관심 영역을 설정하는 단계; 상기 관심 영역들을 연결하여 삼각뿔 형태를 구성하는 단계; 및 상기 삼각뿔 형태가 정상 얼굴 비례에 따른 삼각뿔 형태인 경우, 상기 삼각뿔 형태를 이용하여 상기 사용자의 얼굴이 바라보는 방향을 판정하는 단계를 더 포함한다.The extracting of facial elements may include extracting at least two candidate face elements corresponding to any one of eye, nose and mouth from the selected face image; Setting a region of interest including the extracted candidate face elements; Connecting the regions of interest to form a triangular pyramid shape; And when the triangular pyramid shape is a triangular pyramid shape according to a normal face proportion, determining the direction of the face of the user using the triangular pyramid shape.

본 발명은 인식 가능한 얼굴을 적어도 눈 하나와 입 하나가 존재하는 얼굴이라고 정의한 후 얼굴 요소 기반 얼굴 검출과 검증 방법을 통해 얼굴의 인식 가능성을 평가하기 때문에 실제 상황에서 발생할 수 있는 자연스러운 부분 가려짐에 강인하게 된다. 또한, 얼굴 전체를 이용하여 인식 가능성을 검증하는 것이 아니라, 얼굴 요소를 기반으로 검출 및 검증하기 때문에, 얼굴을 숙이거나 다른 곳을 바라보는 다양한 자세에 대해서도 얼굴 인식 가능성을 평가할 수 있다. 이러한 특징은 사용자의 편리성을 향상시키는 동시에 시스템 성능을 높여주게 된다. According to the present invention, the recognition face is defined as a face having at least one eye and one mouth, and then the facial element-based face detection and verification method is used to evaluate the recognition possibility of the face. Done. In addition, instead of verifying the recognition possibility using the entire face, the detection and verification is performed based on the face elements, so that the face recognition possibility may be evaluated for various postures where the face is bowed down or the other face is viewed. This feature enhances the user's convenience and increases system performance.

또한 얼굴 요소 기반 얼굴 검출 및 검증 방법을 전체 영상에 적용하기 전에 현금인출기 조작 상황에서 빈번하게 발생하는 자세의 얼굴의 검출할 수 있는 전체 얼굴 검출기로 관심 영역을 설정한 후 관심 영역 내에서만 이 방법을 적용하는 방식과, 다수의 영상을 순차적으로 처리하는 중에 인식 가능하다고 판단되는 영상이 나타나는 즉시 판정을 종료하는 방식으로 이루어진 시스템 구조를 사용함으로써, 평균 처리 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다. In addition, before applying the face element-based face detection and verification method to the entire image, set the region of interest with the entire face detector that can detect the face of the posture that occurs frequently in the ATM operation, and then apply this method only within the region of interest. By using the system structure of the application method and the method of terminating the determination as soon as the image judged to be recognizable while the plurality of images are sequentially processed, the average processing speed can be significantly improved.

더욱, 얼굴 요소 기반 인식 가능성 판단 방법의 취약점인 테가 굵은 안경테로 인해 눈을 찾지 못하거나 선글라스에 나타난 반사광을 눈으로 오검출하는 오류들에 대응하기 위해서, 안경 및 선글라스 검출기를 구성하고 이를 이용하는 예외 처리 방법을 사용함으로써 시스템의 완성도를 높일 수 있다.Moreover, the exception of constructing and using the glasses and sunglasses detectors to cope with errors that cannot find the eyes due to the thick frame of the frame, or the false detection of the reflected light reflected on the sunglasses by the eye, a weakness of the facial element based recognition possibility determination method. By using the treatment method, the completeness of the system can be improved.

도 1은 본 발명에서 사용하는 인식 가능한 얼굴의 정의를 기준으로 분류한 인식 불가능한 얼굴과 인식 가능한 얼굴의 예를 보여주는 도면이다. 여기에서, (a)는 인식 불가능한 얼굴 영상들을 보여주며, (b)는 인식 가능한 얼굴 영상들을 보여준다.
도 2는 인식에 필요한 얼굴 요소들을 포함하는 얼굴 후보를 검출하는 방법을 보여주는 도면이다. (a)는 얼굴 후보를 정의하는데 사용되는 평균 얼굴을 보여준다. (b)는 왼쪽 눈, 오른쪽 눈, 입의 검출 예를 보여준다. (c) 내지 (h)는, (b)의 검출 예로부터 얻어질 수 있는 얼굴 요소들의 다양한 예를 보여준다.
도 3은 도 2의 (c) 내지 (h)에서 검출된 얼굴 후보 중 얼굴 요소들의 배치가 기하학적 조건을 만족하는 얼굴 후보들을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 얼굴 요소 기반 인식 가능성 판단 방법의 처리 흐름을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 예외 처리 방법을 보여주는 도면이다. 좌측은 얼굴 검출 및 검증 방법이 안경과 선글라스에 의해 실패한 경우를 보여주며, 우측은 동일한 얼굴 영상에 본 발명에 따른 예외 처리 방법을 적용하여 최종적으로 얼굴 후보로 판정된 것을 보여준다.
도 6은 본 발명에서 설명된 방법을 현금인출기 조작 상황에 적용하였을 때 처리되는 다양한 예들을 보여준다. 첫 번째, 두 번째, 세 번째 행들은 인식 가능하다고 판단된 얼굴 영상들의 예를 보여준다. 마지막 행 좌측 두 개는 각각 눈을 검출하지는 못하였지만 안경 검출기에 의해 인식 가능하다고 판단된 얼굴들이다. 마지막 행 우측 두 개는, 눈을 오검출하였지만 선글라스 검출기에 의해 선글라스를 착용하고 있는 것으로 인식되어 가림이 존재한다고 판단된 얼굴들의 예들을 보여준다.
1 is a view showing an example of an unrecognizable face and a recognizable face classified based on the definition of a recognizable face used in the present invention. Here, (a) shows unrecognizable face images, and (b) shows recognizable face images.
2 illustrates a method of detecting a face candidate including face elements required for recognition. (a) shows the average face used to define the face candidate. (b) shows an example of detection of the left eye, right eye, and mouth. (c) to (h) show various examples of facial elements that can be obtained from the detection example of (b).
3 is a diagram illustrating face candidates in which arrangement of face elements among face candidates detected in FIGS. 2C to 2H satisfy geometrical conditions.
4 is a flowchart illustrating a processing flow of a facial element-based recognition possibility determination method according to the present invention.
5 is a diagram illustrating an exception handling method proposed by the present invention. The left side shows a case where the face detection and verification method fails by glasses and sunglasses, and the right side shows that the face candidate is finally determined by applying the exception processing method according to the present invention to the same face image.
6 shows various examples of processing when the method described in the present invention is applied to an ATM operation situation. The first, second, and third rows show examples of face images determined to be recognizable. The left two of the last row are the faces that were not detected by the eye but were judged to be recognizable by the spectacle detector. The last two right rows show examples of faces that incorrectly detected eyes but were judged to be wearing sunglasses by the sunglasses detector and found to have occlusion.

본 발명은 현금인출기에서 촬영된 얼굴 영상의 인식 가능성을 판단하는 방법(또는, 얼굴 요소 기반 얼굴 후보 검출 및 검증 방법)에 관한 것으로서, 크게 다음과 같은 다섯 가지의 특징을 갖는다. The present invention relates to a method (or face element based face candidate detection and verification method) of determining a recognition possibility of a face image photographed by an ATM, and has five characteristics as follows.

첫 번째는, 얼굴 인식에 관한 다양한 연구들과 범죄자들의 얼굴 가림을 분석한 결과에 근거하여, 인식 가능한 얼굴의 조건을 하나의 눈과 하나의 입이 존재하는 얼굴이라고 정의하고, 현금인출기를 사용하고자 하는 사용자의 얼굴 영상으로부터 적어도 하나의 눈과 입이 존재하는 경우, 얼굴 가림이 없이 정당하게 현금인출기를 사용하고자 하는 것으로 간주한다. First, based on the results of various studies on face recognition and analyzing face masks of criminals, we want to define a face condition that can be recognized as a face with one eye and one mouth, and use an ATM machine. If there is at least one eye and mouth from the face image of the user, it is assumed that the ATM is intended to be used without covering the face.

또한, 카메라에 대한 얼굴의 다양한 자세에 대하여 강인하게 대응할 수 있도록 한다. 특히, 사용자가 현금인출기의 입력 자판을 바라보는 상태를 촬영한 숙인 자세의 얼굴에서도 각 얼굴 요소를 판정할 수 있도록 한다. In addition, it is possible to robustly respond to various postures of the face to the camera. In particular, each face element can be determined even in the face of the bowing posture in which the user looks at the input keyboard of the ATM.

두 번째는, 얼굴 요소 기반으로 얼굴을 검출 및 검증하는 것이다. 이 과정에서는 비올라-존스 검출기를 사용하여 얼굴 요소로서 눈과 입을 검출한 후, 눈 하나와 입 하나를 사용하여 기하학적인 조건을 기반으로 얼굴 후보를 설정한다. The second is to detect and verify the face based on the face elements. In this process, a viola-jones detector is used to detect eyes and mouths as face elements, and then face candidates are set based on geometric conditions using one eye and one mouth.

세 번째는, 위 과정에서 검출된 얼굴 요소가 오검출된 얼굴 요소인지를 다시 확인하기 위해서, 주성분 분석 방법, 로컬바이너리패턴, 서포트벡터머신을 사용하여 눈과 입의 영역을 검증한다.Third, in order to reconfirm whether the face element detected in the above process is a misdetected face element, the eye and mouth regions are verified using a principal component analysis method, a local binary pattern, and a support vector machine.

네 번째는, 연산량의 효율화를 위하여, 먼저 전체 얼굴 검출기로 관심 영역을 설정하고, 설정된 관심 영역에 대하여 요소 기반 얼굴 요소 검출 및 검증 방식을 적용하여 얼굴 요소를 검색한다. 그리고, 설정된 관심 영역에서 인식 가능한 얼굴 요소를 찾지 못하였을 경우에는, 전체 얼굴에 대하여 얼굴 요소를 재검색한다. Fourthly, in order to improve the amount of computation, the region of interest is first set by the entire face detector, and the face-based elements are searched by applying the element-based facial element detection and verification scheme to the set region of interest. If the face element that is not recognizable in the set ROI is not found, the face element is searched for the entire face.

다섯 번째는, 안경 등으로 생기는 미검출 혹은 오검출 오류를 줄이기 위해서 특수 예외 처리를 실행한다.Fifth, special exception processing is executed to reduce undetected or false detection errors caused by glasses and the like.

이와 같은 절차를 적용하는 본 발명은, 실제 상황에서 일어날 수 있는 다양한 가림, 얼굴 자세, 조명 변화에 강인한 동시에 적은 연산량을 요구한다는 특징을 가지므로 실제 현금인출기 조작 상황에 효과적으로 대응 가능하다.The present invention, which applies such a procedure, is robust against various occlusions, facial postures, and lighting changes that may occur in real situations, and at the same time requires a small amount of computation, thereby effectively coping with an actual ATM operation situation.

한편, 여기에서, 얼굴 후보를 설정한다는 것은, 복수의 얼굴 영상 중에서, 인식 가능한 얼굴로 판정될 어느 하나 또는 복수의 얼굴 영상을 선출한다는 의미이다.
On the other hand, here, setting the face candidate means selecting one or a plurality of face images to be determined as a recognizable face among the plurality of face images.

상술한 기술 내용에 대하여, 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명한다. The above technical content will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서는 인식 가능한 얼굴을 눈 하나와 입 하나가 확보된 얼굴이라고 정의하였다. 이와 같은 정의를 내린 이유는 다음과 같다. 현금 인출기를 부당하게 이용하고자 하는 범죄자(부당한 사용자)의 행동을 분석한 결과 자신의 얼굴 요소 중 코만을 가리는 경우는 거의 존재하지 않고, 일반적으로, 입을 가리는 경우에 코를 동시에 가리기 때문에 입이 확보된 경우에는 코 또한 확보되었다고 가정할 수 있다(도 1(a) 참조). 또한, 하나의 눈이 확보되면, 다른 쪽 눈은 확보된 하나의 눈을 대칭시키면, 실제의 양쪽 눈에 거의 근사하게 된다. 따라서, 눈 하나와 입 하나를 확보하면 얼굴의 절반 이상이 확보됨으로써 사람 얼굴의 좌우 대칭성을 기반으로 영상에 나타난 사람의 신원을 확인하기 용이하게 된다. 또한 이와 같은 정의를 사용하게 되면, 사용자가 안대, 머리카락 흘러내림, 얼굴이 카메라를 바라보지 않고 있는 자세, 주변 조명에 의한 그림자 등에 의해서 발생할 수 있는 자연스러운 가려짐을 악의적인 얼굴 가림으로 인식하지 않게 된다. 따라서, 악의적으로 의도하지 않음에도 발생할 수 있는 자연스러운 얼굴 가림을 유연하게 허용할 수 있음으로써 사용의 편리성을 도모할 수 있게 된다.In the present invention, the recognizable face is defined as a face having one eye and one mouth. The reason for this definition is as follows. Analyzes of the behavior of criminals (unfair users) who want to use ATM machines unfairly show that almost no one of their face elements covers their nose, and in general, their mouth is secured because they cover their nose at the same time. In this case, it can be assumed that the nose is also secured (see Fig. 1 (a)). Also, if one eye is secured, the other eye is almost approximated to both real eyes by symmetrical of the secured one eye. Therefore, if one eye and one mouth are secured, more than half of the face is secured, thereby making it easy to check the identity of the person in the image based on the symmetry of the human face. In addition, by using such a definition, the user does not recognize as a malicious face obstruction a natural obstruction that may be caused by eye patch, hair falling, a posture where the face is not looking at the camera, and shadows caused by ambient light. Therefore, it is possible to flexibly allow natural face covering that may occur even if it is not intended to be intentionally intended, thereby enabling convenience of use.

현금인출기 카메라로부터 획득된 영상에 위와 같이 정의된 인식 가능한 얼굴이 존재하는가를 판단하기 위해서, 본 발명에서는 얼굴 요소 기반 얼굴 검출 방식을 사용한다. 이 방식은 적어도 눈 하나와 입 하나를 비올라-존스(Viola-Jones) 검출기로 찾은 후에 이들의 위치 조합을 생성하고 이 조합들 중 얼굴의 기하학적 조건을 만족하는 후보들만을 선택하는 방법이다. In order to determine whether the recognizable face defined above exists in the image acquired from the ATM camera, the face element-based face detection method is used in the present invention. This method finds at least one eye and one mouth with a Viola-Jones detector and then generates their position combinations and selects only those candidates that satisfy the geometrical conditions of the face.

도 2는 얼굴 요소 기반 얼굴 검출 단계를 보여준다. 먼저, 도 2의 (a)는, 다양한 사람의 얼굴 형태를 사용하여 평균 얼굴 형상을 생성한 것을 보여준다. 또한, 이 평균 얼굴 형상으로부터 얼굴 윤곽과 두 개의 눈 그리고 입을 연결한 역삼각 형태의 기하학적 위치 관계를 설정한 것을 볼 수 있다. 2 shows a face element based face detection step. First, FIG. 2 (a) shows that the average face shape is generated by using various human face shapes. In addition, it can be seen that the geometric positional relationship of the inverted triangular shape connecting the face contour, the two eyes and the mouth is set from the average face shape.

현금인출기의 카메라에서 사용자를 N번 촬영하여 N장의 영상을 획득하면, 획득된 N개의 영상 중 어느 하나의 영상을 선택하고, 선택된 영상에 비올라-존스 검출기를 사용하여 왼쪽 눈(LE), 오른쪽 눈(RE), 입(M)이 될 수 있는 가능성이 있는 후보 얼굴 요소들을 검출한다. 도 2의 (b)는 이렇게 검출된 후보 얼굴 요소의 예를 보여준다. If a user of the ATM machine photographs N times and acquires N images, one of the N images is selected, and the left eye (LE) and the right eye are selected using a viola-jones detector on the selected image. (RE), it detects candidate face elements that are likely to be mouths (M). 2B shows an example of the candidate face elements thus detected.

후보 얼굴 요소에는 관심 영역이 설정된다. 본 발명에서는, 어느 하나의 얼굴 요소일 수 있는 후보 얼굴 요소를 검출하고, 이 검출 요소가 실제 얼굴 요소가 맞는지 검증하는 절차(후술함)를 미리 수행하지 않고, 단지 관심 영역으로 설정해둔다. 그리고, 설정된 관심 영역에 포함된 후보 얼굴 요소가 해당 얼굴 요소가 맞다고 판정된 경우에 각 후보 얼굴 요소의 형태를 정확하게 분석하여 다시 한 번 해당 얼굴 요소가 맞는지 검증한다. The region of interest is set for the candidate face element. In the present invention, the candidate face element, which may be any one of the face elements, is detected, and the procedure of verifying that the detection element is the actual face element (described later) is not performed in advance, but is simply set as the region of interest. When the candidate face element included in the set ROI is determined to be the face element, the candidate face element is accurately analyzed to verify whether the face element is correct.

이어서, 검출된 후보 얼굴 요소를 포함하는 관심 영역을 연결하여 눈 하나와 입 하나로 구성된 다양한 조합을 생성하고, 도 2의 (a)에서 정의된 각 얼굴 요소의 위치 관계 및 대칭 관계를 사용하여 가상의 역삼각 형태를 구성하고, 구성된 가상의 역삼각 형태에 맞추어 얼굴 윤곽을 포함할 수 있는 가상의 후보 얼굴 영역을 설정한다. 도 2의 (c) 내지 (h)들은 이러한 방법으로 생성된 후보 얼굴 요소들과 이들의 위치 관계에 의한 후보 얼굴 영역들을 보여준다. 도면들에서는, 각 얼굴 요소일 가능성이 있는 후보 얼굴 요소를 이용하여 다양한 조합의 후보 얼굴 영역을 설정하고 있으므로, 실제 얼굴 영역에 합당하게 설정된 경우와 잘못 설정된 경우가 혼재되어 있다. Subsequently, a region of interest including the detected candidate face elements is connected to generate various combinations of one eye and one mouth, and virtually using positional and symmetrical relationships of each face element defined in FIG. An inverted triangular shape is configured, and a virtual candidate face area including a face outline is set according to the configured inverted triangular shape. 2 (c) to (h) show candidate face elements generated by this method and candidate face regions by their positional relationship. In the drawings, candidate face regions of various combinations are set using candidate face elements that may be face elements, and therefore, a case that is appropriately set to an actual face area and a case that is incorrectly set are mixed.

이후, 도 2의 (a)를 사용하여 계산된 얼굴과 눈의 크기 비율, 얼굴과 입의 크기 비율, 눈과 입 사이의 위치 관계, 그리고 현금인출기 조작 상황에서 촬영될 수 있는 얼굴의 최소 크기와 최대 크기 등의 기하학적 제한 조건을 사용하여, 설정된 후보 얼굴 영역 중 합당하지 않은 후보를 제거한다. 이 과정에서, 도 2의 (d), (f), (g), (h)는 제거되고, (c) 및 (e)가 합당한 얼굴 영역을 갖는 얼굴 영상으로서 선택된다. 즉, 입이 눈보다 위에 위치하는 경우, 후보 얼굴 영역이 얼굴 영상의 범위를 벗어나는 경우 등이 제거된다.Then, the size ratio of the face and the eye, the ratio of the size of the face and the mouth, the positional relationship between the eyes and the mouth, and the minimum size of the face that can be photographed in the ATM machine operation state are calculated using (a) of FIG. Geometrical constraints such as maximum size are used to remove candidates that are not valid among the set candidate face regions. In this process, (d), (f), (g), and (h) of FIG. 2 are removed, and (c) and (e) are selected as face images having a reasonable face area. That is, when the mouth is positioned above the eyes, the case where the candidate face area is out of the range of the face image is removed.

한편, 최종적으로 선택된 얼굴 영역들이 복수인 경우, 이들이 서로 합쳐질 수 있는지를 판단하고, 서로 합쳐질 수 있는 경우에는 각 얼굴 요소들을 조합함으로써 눈 두 개와 입 하나를 추가적으로 검출할 수도 있다.
On the other hand, if there are a plurality of finally selected face regions, it may be determined whether they can be merged with each other, and if they can be combined with each other, two eyes and one mouth may be additionally detected by combining the respective facial elements.

도 3은 얼굴 요소 기반 얼굴 검출기에 의해서 최종적으로 생성된 후보 얼굴들을 보여준다. 도 3의 (a)는 눈 두 개와 입 하나로 이루어진 후보이고, 도 3의 (b)와 (c)는 왼쪽 눈 혹은 오른쪽 눈 하나씩과 입 하나로 구성된 후보이다.3 shows candidate faces finally generated by the face element based face detector. (A) of FIG. 3 is a candidate consisting of two eyes and one mouth, and FIGS. 3 (b) and (c) are candidates consisting of one left eye or one right eye and one mouth.

얼굴 요소 기반 얼굴 검출 방법으로 얼굴 영역과 그 내부의 눈과 입에 대한 관심 영역이 설정된 후에는, 이렇게 추출된 관심 영역에 포함된 후보 얼굴 요소의 진위 여부를 최종적으로 확인한다. After the face region and the region of interest for the eyes and mouth therein are set by the face element-based face detection method, the authenticity of the candidate face elements included in the extracted region of interest is finally confirmed.

이를 위하여 눈과 입인 것으로 간주하여 설정된 관심 영역의 영상에서 주성분 분석 기법(Principal Component Analysis)과 로컬바이너리패턴(Local Binary Pattern)을 사용하여 특징 벡터를 추출한 후 이들을 서포트벡터머신(Support Vector Machine) 분류기를 사용하여 '눈'과 '눈이 아닌 물체', '입'과 '입이 아닌 물체'로 분류한다. 이에 따라 추출된 눈과 입이 모두 실제 눈과 입으로 판정된 경우에만 해당 얼굴 후보가 인식 가능하다고 최종 판단하게 된다. To do this, we extract feature vectors using principal component analysis and local binary patterns from images of the ROI that are considered to be eyes and mouths, and then use them as a support vector machine classifier. Classify as 'eye' and 'non-eye', 'mouth' and 'non-mouth'. Accordingly, the face candidate is finally determined to be recognizable only when both the extracted eyes and the mouth are determined to be the actual eyes and the mouth.

이와 같은 얼굴 요소 기반 얼굴 검출 및 검증 방법은 각 얼굴 요소를 얼굴 전체로부터 분리하여 이용하고 있기 때문에, 얼굴 전체가 완전하게 인식 가능해야만 최종으로 인식 가능한 것으로 판단했던 기존 방법들에 비하여, 실제 상황에서 빈번하게 발생하는 다양한 얼굴 자세와 자연스러운 부분 가려짐에 강인하게 얼굴의 인식 가능성을 판단할 수 있다는 장점을 갖는다.Since the face element-based face detection and verification method is used separately from each face, the face element-based face detection and verification method is frequently used in real situations, compared to the existing methods that the entire face must be completely recognizable. Various facial postures and natural partial occlusions can be strongly judged, and thus the possibility of face recognition can be determined.

한편, 본 발명에 따른 얼굴 요소 기반 얼굴 검출 및 검증 방법은, 얼굴이 향하는 다양한 방향을 인식하여 얼굴 영역을 정확하게 검출할 수 있는 얼굴 검출 수단을 사용한다. 그리고 검출된 얼굴 영역 내에 임의의 관심 영역을 설정한 후 그 관심 영역 내에서만 얼굴 요소 기반 얼굴 검출 및 검증 방법을 적용하는 방식으로 연산량이 적은 처리를 먼저 실시하도록 한다. 그리고, 이 처리에서 인식 가능한 얼굴을 찾지 못한 경우에만, 전체 영상을 정밀하게 검색하여 각 얼굴 요소를 탐색하는 방법(전체 영역 검색)을 이용할 수도 있다. Meanwhile, the face element-based face detection and verification method according to the present invention uses face detection means capable of accurately detecting a face region by recognizing various directions to which the face faces. After setting an arbitrary region of interest in the detected face region, processing with a small amount of computation is performed first by applying a face element-based face detection and verification method only within the region of interest. And only when the face which can be recognized by this process is not found, the method (full area search) which searches each face element by searching the whole image precisely can also be used.

본 발명에서는 전체 얼굴의 얼굴 영역을 검출하기 위하여, 정면 얼굴 검출기와 숙인 얼굴 검출기(후술함)를 동시에 사용한다. 만일 해당 영상에서 인식 가능한 얼굴이 존재한다는 판단이 내려지게 되면 본 방법은 모든 처리를 종료하고 사용자에게 금융 거래를 허용하게 된다. 하지만 인식 가능한 얼굴이 존재하지 않는다는 판단이 내려지게 되면, 본 방법은 촬영된 또다른 영상을 이용하여 상술한 얼굴 요소 검출을 반복하게 된다. In the present invention, the front face detector and the bowed face detector (to be described later) are used simultaneously to detect the face area of the entire face. If it is determined that there is a recognizable face in the video, the method terminates all processing and allows the financial transaction to the user. However, when it is determined that there is no recognizable face, the method repeats the aforementioned face element detection using another captured image.

즉, 미리 정해진 N장의 영상을 하나씩 모두 검색하여도 인식 가능한 얼굴을 찾지 못한 경우에는, 다시 N장의 영상의 각각에 대하여 전체 영역 검색을 실행하게 된다. 전체 영역 검색 단계에서는 특정 영역에서만이 아니라 영상의 모든 영역에서 상술한 요소 기반 얼굴 후보 생성 및 검증 절차를 수행하여 얼굴이 인식 가능한지를 판단하게 된다. That is, if a face that is recognizable is not found even though all of the predetermined N images are searched one by one, the entire area search is performed for each of the N images again. In the full region search step, the element-based face candidate generation and verification procedure described above is performed not only in a specific region but in all regions of the image to determine whether a face can be recognized.

이러한 절차를 수행하여 인식 가능한 얼굴이 존재한다는 판단이 내려지게 되면 시스템은 즉시 모든 처리를 중단하고 사용자에게 금융 거래를 허용하게 된다. 반대로, N장의 모든 영상에서 인식 가능한 얼굴을 하나도 발견하지 못했다면 시스템은 사용자가 얼굴을 숨기거나 가리고 있다고 최종 판단하고 금융 거래를 거부하거나 가림을 제거하고 조작을 다시 시도할 것을 요청하게 된다.
If this procedure determines that a recognizable face exists, the system immediately stops all processing and allows the user to finance. Conversely, if no face is found in all the N images, the system finally determines that the user is hiding or hiding the face, and asks the user to reject the financial transaction or remove the occlusion and retry the operation.

본 발명에 따른 얼굴 요소 기반 얼굴 검출 및 검증 방법은 앞에서 언급한 여러 장점을 갖지만 도 4의 좌상단 그림과 같이 테가 굵은 안경에 의해 눈이 가려져서 검출기가 눈을 검출하지 못하거나, 좌하단 그림과 같이 선글라스에 맺힌 반사광을 눈으로 오검출하게 되어, 얼굴 인식 가능성 판단의 오류를 발생할 가능성이 있다. The face element-based face detection and verification method according to the present invention has several advantages mentioned above, but the eye is blocked by the thick glasses as shown in the upper left of FIG. 4, and the detector does not detect the eyes, or as shown in the lower left. There is a possibility that the reflected light on the sunglasses is misdetected by the eye, which may cause an error in the judgment of the face recognition possibility.

따라서, 이와 같은 상황에 대응하기 위해서 예외 처리 절차를 도입한다. 예외 처리 절차에서는 빈번하게 발생가능한 안경과 선글라스를 검출할 수 있는 안경/선글라스 검출기를 처리중인 영상에 적용하여 눈과 입의 조합뿐만 아니라, 도 4의 우측 영상들과 같이 안경 영역과 입 영역, 또는 선글라스 영역과 입 영역의 조합을 사용하여서 얼굴 후보를 생성할 수 있다. Therefore, an exception handling procedure is introduced to cope with such a situation. In the exception handling procedure, the glasses / sunglass detector which detects frequently occurring glasses and sunglasses is applied to the image being processed, as well as the eye and mouth combinations, as shown in the right images of FIG. Facial candidates can be generated using a combination of sunglasses and mouth regions.

이때, 얼굴 영상에서 안경과 입이 검출되었다면 인식 가능한 얼굴이라고 판단하여 사용자의 거래를 허용하고, 선글라스와 입이 검출된 경우에는 얼굴 가려짐이 존재한다고 판단하여 거래를 거부하게 된다.
In this case, if the glasses and the mouth are detected in the face image, it is determined that the face is recognizable, and if the sunglasses and the mouth are detected, the transaction is rejected by determining that the face is covered.

도 5 내지 도 8은, 본 발명에서 제안하는 숙인 얼굴 검출기 및 이를 이용하여 숙인 얼굴로부터 각 얼굴 요소를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 5 to 8 are diagrams for explaining the bowed face detector proposed in the present invention and a method for detecting each face element from the bowed face using the bowed face detector.

먼저, 도 5는 동일한 영상에 대하여 기존의 정면 얼굴만을 검출할 수 있는 정면 얼굴 검출기와 본 발명의 숙인 얼굴 검출기를 이용하여 얼굴 영역을 검출한 결과를 각각 보여주는 도면이다. 도 5의 (a)에서는, 종래의 정면 얼굴 검출기가, 고개를 숙인 상태로 촬영된 영상에서 대해서는 얼굴을 대부분 인식하지 못하고 있는 상태를 보여준다. 반면에, 도 5의 (b)에서는, 본 발명에 따른 숙인 얼굴 검출기를 이용함으로써, 사용자가 고개를 숙이고 있어도, 얼굴 영역을 거의 정확하게 추출하고 있는 것을 보여주고 있다. First, FIG. 5 is a diagram illustrating a result of detecting a face region using a front face detector capable of detecting only an existing front face and a bowed face detector according to the present invention with respect to the same image. In FIG. 5A, a conventional front face detector shows a state in which most faces are not recognized in an image photographed with a bowed head down. On the other hand, FIG. 5B shows that by using the bow face detector according to the present invention, even when the user is bowed down, the face area is extracted almost accurately.

도 6은 숙인 얼굴 검출기를 이용하여 정면을 바라보고 있지않은 얼굴 영상으로부터 얼굴이 향하는 방향 및 얼굴 영역을 검출하는 방법을 설명하는 도면이다. 먼저, (a)에서와 같이, 평균 얼굴로부터 두 개의 눈과 하나의 코 및 하나의 입의 기하학적 위치관계가 설정된다. 양쪽 눈과 입의 위치를 연결하여 역삼각 형태를 구성하고, 코의 위치는 구성된 역삼각 형태의 내부에 위치된다. 이러한 형태는 삼각뿔 형태를 평면화한 형태로 보여진다. FIG. 6 is a diagram illustrating a method of detecting a direction in which a face faces and a region of a face from an image of a face not looking at the front using a bowed face detector. First, as in (a), the geometric positional relationship of two eyes, one nose and one mouth is established from the average face. The position of both eyes and mouth is connected to form an inverted triangle shape, and the position of the nose is located inside the configured inverted triangle shape. This form is shown as a flattened form of triangular pyramid.

도 6(b)은 어느 하나의 영상으로부터 얼굴 요소가 될 수 있는 다양한 후보 얼굴 요소가 설정된 결과를 보여준다. 도면에서 녹색 영역은 눈의 후보 영역이며, 파란색 영역은 입의 후보 영역이고, 노란색 영역은 코의 후보 영역이다. 6 (b) shows a result of setting various candidate face elements that may be face elements from one image. In the drawing, the green area is a candidate area of the eye, the blue area is a candidate area of the mouth, and the yellow area is a candidate area of the nose.

다음, 눈 후보 영역과 코 후보 영역, 또는 눈 후보 영역과 입 후보 영역을 연결하고(도 6(c) 참조), 연결된 선분을 도 6(a)의 삼각뿔 형태에 적용하여 얼굴 형태를 생성한 후 각 얼굴 요소의 위치 관계를 이용하면, 도 6(d)과 같이, 촬영된 얼굴의 바라보는 방향을 판정할 수 있다. Next, the eye candidate region and the nose candidate region, or the eye candidate region and the mouth candidate region are connected (see FIG. 6 (c)), and the connected line segments are applied to the triangular pyramid shape of FIG. 6 (a) to generate a face shape. By using the positional relationship of each facial element, it is possible to determine the viewing direction of the photographed face as shown in FIG.

도 6(e)은 동일한 영상에 대하여 다양하게 설정된 후보 영역을 이용하여 얼굴 형태가 설정되는 것을 보여주고 있다. 도면 중 파란 굵은선으로 둘러싸인 사각형의 그림은, 도 6(d)에 해당하며, 올바르게 얼굴 형태가 설정된 것을 보여준다. FIG. 6 (e) shows that a face shape is set using various candidate areas set for the same image. The figure of the rectangle enclosed by the bold blue line in the figure corresponds to FIG. 6 (d) and shows that the face shape is correctly set.

도 7은, 본 발명에 따른 얼굴 요소 기반 얼굴 후보 검출 및 검증 방법에 의하여 다양한 영상에 대하여 얼굴 인식 가능성을 판단한 결과를 보여주는 도면이다. 도면 중 위쪽 3행까지는, 정면을 바라보고 있지 않거나, 안대를 착용하고 있거나, 안경을 착용하고 있거나, 모자의 창에 의해 얼굴의 일부가 가려졌거나, 손으로 얼굴의 일부를 만지고 있거나, 머리카락으로 얼굴이 가려져 있는 등, 자연스러운 얼굴 가림에 대해서도 어느 하나의 눈과 하나의 입이 검출되어 얼굴 인식 가능성 판단이 성공한 경우를 보여준다. FIG. 7 is a diagram illustrating a result of determining the possibility of face recognition with respect to various images by a face element based face candidate detection and verification method according to the present invention. Up to the top three lines of the drawing, you are not facing the front, are wearing eyeglasses, are wearing glasses, part of your face is covered by a hat's window, you are touching part of your face with your hands, or your face with your hair In this case, any one eye and one mouth are detected for natural face obstruction, such that the face recognition possibility is successful.

도면의 가장 아래쪽 행에서, 좌측 2개의 영상은 하나의 안경 영역과 하나의 입 영역이 검출되어 얼굴 인식 가능성이 유효 판정된 경우를 보여주고 있으며, 우측 2개 영상은 선글라스 영역과 하나의 입 영역이 검출된 경우를 보여주고 있는데 이 경우에는 얼굴 인식 가능성이 무효로 판정된다.
In the bottom row of the drawing, two images on the left show a case in which one eyeglass region and one mouth region are detected and the possibility of face recognition is determined to be effective. The two images on the right show that the sunglasses region and one mouth region In this case, the possibility of face recognition is determined to be invalid.

이와 같이, 본 발명에 따른 얼굴 영상의 인식 가능성 판단 방법에서는, 사용자의 얼굴이 인식 가능한 경우에만 거래를 허용하는 현금인출기 조작 상황에서, 얼굴에 대한 다양한 부분 가려짐과 얼굴을 숙이는 등의 얼굴 자세 변화의 상황에서 얼굴의 인식 가능성을 유연하게 판단할 수 있도록, 눈 하나와 입 하나가 보이는 얼굴이면 인식 가능한 얼굴이라고 정의하여 금융 거래를 허용한다.As described above, in the method of determining the recognition possibility of the face image according to the present invention, in a cash machine operation situation in which a transaction is allowed only when the user's face is recognizable, various postures of the face are changed and face posture changes such as bowing the face. In order to be able to flexibly judge the recognition possibility of a face in the situation, a face with one eye and a mouth is visible and is defined as a face that allows financial transactions.

또한, 현금인출기 조작 상황에서 다양한 부분 가려짐과 얼굴 자세에 강인하게 얼굴의 인식 가능성을 판단하기 위해서 영상에서 얼굴 요소를 먼저 찾고 발견된 얼굴 요소들의 위치 관계를 사용하여 얼굴을 검출하는 얼굴 요소 기반 얼굴 검출 방법과 얼굴 전체를 사용하여 가려짐을 판단하는 것이 아니라 찾아진 눈과 입 영역의 정보를 사용하여 얼굴 가려짐을 판단하는 얼굴 요소 기반 얼굴 검증 방법을 사용한다.In addition, face element-based face that detects face using the positional relationship of found face elements first in the image to determine the recognition possibility of the face robustly to various part occlusion and face posture in ATM machine operation situation Instead of using the detection method and the entire face to determine the occlusion, a face element-based face verification method is used to determine the occlusion of the face using information of the found eyes and mouth area.

얼굴 요소 기반 얼굴 후보 검출 및 검증 방법을 보다 효율적으로 사용하기 위해서 현금인출기 조작 상황에서 빈번하게 나타나는 얼굴 자세를 검출할 수 있는 전체 얼굴 검출기를 사용하여 관심 영역을 설정한 후 그 영역 내부에서만 얼굴 요소 기반 얼굴 후보 검출과 검증 방법을 적용하는 관심 영역 검색 단계를 먼저 진행한 후, 이에서 인식 가능한 얼굴을 찾지 못하였을 경우에만 전체 영상에 얼굴 요소 기반 얼굴 후보 검출 및 검증 방법을 적용하는 전체 영역 검색 단계를 진행하는 구조를 사용한다.In order to use the face element based face candidate detection and verification method more efficiently, after setting the region of interest using the entire face detector which can detect the face posture that appears frequently in the ATM operation situation, only the face element based After performing the ROI search step that applies the face candidate detection and verification method, and then, if the recognizable face is not found, the whole area search step that applies the face element-based face candidate detection and verification method to the entire image is performed. Use a structure to proceed.

또한, 얼굴 요소 기반 얼굴 후보 검출 및 검증 방법이 오류를 범할 수 있는 안경, 선글라스 등의 상황에 대응하기 위해서 예외 처리 방식을 사용한다. 예외 처리 방식이 포함된 시스템은 눈과 입뿐만 아니라 안경과 선글라스도 함께 검출하여 안경과 입, 선글라스와 입으로 구성된 얼굴 후보를 생성하여 두고, 안경과 입으로 구성된 얼굴이 검출된 경우에는 의도적인 가림이 없이 안경에 의하여 눈이 검출되지 않은 것이라고 판단하여 거래를 허용하고, 선글라스와 입으로 구성된 얼굴이 검출된 경우에는 의도적인 가림이 존재한다고 판단하여 거래를 거부하는 방식으로 동작하게 된다.
In addition, the face element-based face candidate detection and verification method uses an exception handling scheme in order to cope with a situation such as glasses, sunglasses, etc. that can make an error. The system including the exception handling method detects not only eyes and mouths but also glasses and sunglasses to generate face candidates composed of glasses and mouths, sunglasses and mouths, and intentionally obscurs when a face composed of glasses and mouths is detected. Without this, it is determined that the eye is not detected by the glasses, and the transaction is allowed. When the face composed of the sunglasses and the mouth is detected, it is determined that the intentional obstruction is present and the transaction is rejected.

다음, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른, 얼굴 인식 가능성 판단 방법(또는, 얼굴 요소 기반 얼굴 후보 검출 및 검증 방법)을 실시하기 위한 얼굴 인식 가능성 판단 시스템의 기본 구조 및 상기 방법의 처리 절차를 설명한다. Next, referring to FIGS. 8 and 9, the basic structure of the face recognition possibility determination system and the method for performing the face recognition possibility determination method (or face element-based face candidate detection and verification method) according to the present invention. Describe the procedure.

도 8은 본 발명에 따른 얼굴 인식 가능성 판단 시스템의 구조이다. 도면을 참조하면, 얼굴 인식 가능성 판단 시스템(100)은, 비올라-존스 얼굴 검출기(110)와, 얼굴 요소 기반 얼굴 검출기(120)와, 금융 거래 판정기(130)를 포함하여 이루어진다. 8 is a structure of a face recognition possibility determination system according to the present invention. Referring to the drawings, the face recognition possibility determination system 100 includes a viola-jones face detector 110, a face element based face detector 120, and a financial transaction determiner 130.

비올라-존스 얼굴 검출기(110)는, 외부(예를 들면, 카메라)로부터 입력된 영상을 비올라-존스 알고리즘에 의하여 분석함으로써, 얼굴 요소를 추출한다. 추출된 얼굴 요소는 각 얼굴 요소인 것으로 정확히 검증되기 전의 상태이므로, 후보 얼굴 요소가 된다. The viola-jones face detector 110 extracts face elements by analyzing images input from the outside (eg, a camera) by viola-jones algorithms. The extracted face element is a candidate face element since it is a state before it is correctly verified as being each face element.

얼굴 요소 기반 얼굴 검출기(120)는, 비올라-존스 얼굴 검출기(110)에서 추출된 후보 얼굴 요소(또는, 각 후보 얼굴 요소를 포함하도록 설정한 관심 영역)를 연결하여 기하학적 형태를 구성하고, 구성된 형태를 이용하여 각 후보 얼굴 요소가 어느 부위인지 판정한다. The face element based face detector 120 forms a geometric shape by connecting candidate face elements extracted from the viola-jones face detector 110 (or a region of interest set to include each candidate face element), and the configured shape. It is determined using which region each candidate face element is.

금융 거래 판정기(130)는, 얼굴 요소 기반 얼굴 검출기(120)에서 판정한 각 얼굴 요소가 적어도 하나의 눈과 하나의 입인 경우에는 가림이 없는 얼굴 영상인 것으로 간주하여 사용자가 현금인출기를 이용하여 금융 거래를 실행할 수 있도록 허용하고, 적어도 하나의 눈과 하나의 입이 검출되지 않은 경우에는 얼굴을 인위적으로 가린 것으로 간주하고 이어지는 금융 거래를 차단하도록 얼굴 인식 가능성 판단 결과를 출력한다. When each facial element determined by the facial element-based face detector 120 is at least one eye and one mouth, the financial transaction determiner 130 assumes that the face image is an unobstructed face and the user uses an ATM. If the financial transaction is allowed to be executed, and at least one eye and one mouth are not detected, the face is considered to be artificially covered, and the face recognition possibility judgment result is output to block the subsequent financial transaction.

다음, 도 9는 본 발명에 따른 얼굴 인식 가능성 판단 방법을 실행하는 절차를 설명하기 위한 흐름도이다. Next, FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure of executing a method for determining facial recognition possibility according to the present invention.

먼저, 카메라 등에 의해 촬영된 영상이 순차적으로 입력되면, 첫번째 영상에 후보 얼굴 요소를 위한 관심 영역을 설정하고, 설정된 관심 영역을 이용한 부분 영역 탐색을 실행한다. 이때, 정면 얼굴에 대해서 얼굴 영역을 설정할 수 있는 정면 얼굴 검출 방식과, 숙인 얼굴을 감지하고 숙인 자세에 따른 얼굴 영역을 설정할 수 있는 숙인 얼굴 검출 방식을 동시에 이용함으로써, 어떠한 얼굴 자세에 대해서도 얼굴 영역을 설정할 수 있도록 한다. First, when images photographed by a camera or the like are sequentially input, a region of interest for a candidate face element is set in the first image, and a partial region search using the set region of interest is performed. At this time, by using the front face detection method that can set the face area with respect to the front face and the lean face detection method that detects the lean face and set the face area according to the lean posture, To be set.

얼굴 영역이 설정되면, 설정된 얼굴 영역 내에서 얼굴 요소를 검출한다. 얼굴 요소가 검출되면, 각 얼굴 요소에 대한 기하학적 위치 관계, 각 얼굴 요소의 형태 분석에 의해 얼굴 요소를 검증한다. When the face region is set, face elements are detected within the set face region. When face elements are detected, the face elements are verified by the geometric positional relationship to each face element and the shape analysis of each face element.

얼굴 요소가 검증되었으면, 어느 얼굴 부위인지 확인하고, 적어도 하나의 눈이 검출되고 또한 하나의 입이 검출된 경우에는 얼굴 인식이 가능한 것으로 판정하고, 적어도 하나의 눈과 하나의 입이 검출되지 않은 경우에는 얼굴 인식이 불가능한 것으로 판정한다. If the face element is verified, it is determined which face part, and if at least one eye is detected and one mouth is detected, it is determined that face recognition is possible, and if at least one eye and one mouth are not detected It is determined that face recognition is not possible.

이 절차에서, 얼굴 인식이 가능한 것으로 판정되었다면(도면에서 "유효"), 이후의 판정 절차를 수행하지 않고, 즉시 판정 결과를 출력하여 금융 거래를 실행할 수 있도록 한다. 반면에, 얼굴 인식이 불가한 것으로 판정되었다면(도면에서 "무효"), 이어지는 절차로 진행하여, 얼굴 인식 가능성 판단을 계속한다. In this procedure, if it is determined that face recognition is possible (" valid " in the drawing), the result of the determination is immediately outputted so that the financial transaction can be executed without performing the subsequent determination procedure. On the other hand, if it is determined that face recognition is not possible (" invalid " in the figure), the flow proceeds to the following procedure to continue face recognition possibility determination.

이렇게 하나씩의 영상에 대하여 인식 가능성을 판단하는데, 카메라로부터 입력된 N개의 영상 모두에 대한 탐색에서도 얼굴이 인식 가능하게 촬영된 영상을 발견하지 못했다면, 이어지는 전체 영역 탐색 절차로 진행한다. In this way, the recognition possibility of each of the images is determined. If a search for all the N images input from the camera does not find an image in which the face is recognizable, the process proceeds to the next full area search.

그 전에, 부분 영역 탐색에 사용된 N개의 영상들을 화질 순서에 따라 배열하고, 가장 화질이 좋은 영상으로부터 이어지는 검증 절차를 실행하도록 할 수 있다. 이때, 화질 비교에 사용되는 요소는, 해상도, 밝기, 선명도, 조명 방향 등을 포함할 수 있다. Before that, the N images used for the partial region search may be arranged in the image quality order, and a verification procedure following the image having the highest image quality may be executed. In this case, the elements used for the image quality comparison may include resolution, brightness, sharpness, illumination direction, and the like.

전체 영역 탐색 절차에서는, 정면 얼굴 검출 및 숙인 얼굴 검출 절차를 거치지 않고, 입력된 영상의 전체에 대하여 얼굴 요소를 검출하고 추출된 얼굴 요소를 검증한 후 인식 가능성을 판단하는 절차를 수행한다. 이런 절차에 의해서는, 영상의 전체에 대하여 얼굴 요소를 추출하고 검증하고 있으므로, 처리 시간이 오래 걸리고 시스템의 처리량에 부하를 줄 수 있지만, 정확한 검출을 가능케한다. In the full region search procedure, a face element is detected for the entire input image, the extracted face element is verified, and a recognition possibility is determined without undergoing a front face detection and a bowed face detection procedure. This procedure extracts and verifies facial elements over the entire image, which can take a long time and put a heavy load on the system's throughput, but enables accurate detection.

이러한 전체 영역 탐색에서 적어도 하나의 눈과 하나의 입이 발견된 경우에는 얼굴 인식 가능성을 유효로 판정하고, 그렇지 않은 경우에는 다른 영상에 대하여 탐색 절차를 수행한다. If at least one eye and one mouth are found in the whole area search, the face recognition possibility is determined to be valid, and if not, the search procedure is performed on another image.

N개의 모든 영상에 대한 탐색에도 불구하고, 인식 가능한 얼굴이 발견되지 않은 경우에는, 최종으로 얼굴 인식 불가로 판정하여 금융 거래를 차단시키도록 한다. In spite of searching for all N images, if no recognizable face is found, it is determined that the face recognition is impossible and finally the financial transaction is blocked.

Claims (8)

현금인출기와 연동하는 시스템의 얼굴 인식 가능성 판단 방법으로서:
현금인출기에 대한 사용자의 접근 또는 조작의 개시를 확인하는 단계;
사용자의 얼굴을 촬영하여 N개의 영상을 획득하는 단계;
N개의 영상 중 어느 하나의 영상을 선택하고, 선택된 영상에서 사용자의 얼굴에 대한 적어도 2개의 후보 얼굴 요소를 추출하는 단계;
상기 추출된 후보 얼굴 요소의 각각에 관심 영역을 설정하는 단계;
상기 설정된 관심 영역들을 연결하여 역삼각 형태들을 구성하는 단계;
상기 구성된 역삼각 형태들 중 정상 얼굴 비례에 따른 역삼각 형태에 설정된 상기 관심 영역의 각각의 내부에서 얼굴 요소를 추출하는 단계; 및
상기 추출된 얼굴 요소가 적어도 하나의 눈과 하나의 입인 경우 상기 사용자의 이어지는 조작을 허용하고, 그렇지 않은 경우 조작을 차단하는 단계를 포함하는 얼굴 인식 가능성 판단 방법
As a method of determining the face recognition possibility of a system linked with an ATM machine:
Confirming the user's access to the atm machine or the commencement of the manipulation;
Photographing a user's face to obtain N images;
Selecting any one of the N images and extracting at least two candidate face elements of the user's face from the selected images;
Setting a region of interest in each of the extracted candidate face elements;
Connecting the set regions of interest to form inverse triangle shapes;
Extracting a face element from each inside of the ROI set in an inverted triangle shape according to a normal face proportion among the configured inverted triangle shapes; And
If the extracted face element is at least one eye and one mouth, allowing subsequent manipulation of the user; otherwise, blocking the manipulation.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 정상 얼굴 비례에 따른 역삼각 형태에 설정된 관심 영역들에서 추출된 얼굴 요소가 적어도 하나의 눈과 하나의 입을 포함하지 않는 경우,
상기 관심 영역을 제거하고, 상기 선택된 영상의 전체에서 임의의 얼굴 요소를 재추출하는 단계; 및
상기 재추출된 얼굴 요소 중 어느 하나의 눈과 입이 추출되었는지 확인하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 가능성 판단 방법.
The method of claim 1,
When the face element extracted from the ROIs set in the inverse triangle shape according to the normal face proportion does not include at least one eye and one mouth,
Removing the region of interest and re-extracting any facial elements from the entirety of the selected image; And
And determining whether any one of the re-extracted face elements is extracted with eyes and mouth.
제1항에 있어서,
상기 선택된 영상으로터 적어도 하나의 눈과 하나의 입을 추출하지 못한 경우, 상기 N개 중 또다른 하나의 영상을 선택하고, 상기 또다른 하나의 영상으로부터 상기 얼굴 요소를 추출하는 단계를 반복하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 가능성 판단 방법.
The method of claim 1,
If at least one eye and one mouth cannot be extracted from the selected image, selecting another one of the N images and repeating the step of extracting the face element from the another image. Face recognition possibility determination method, characterized in that further performing.
제1항에 있어서,
상기 얼굴 요소를 추출하는 단계는,
상기 추출된 얼굴 요소(적어도 하나의 눈과 하나의 입)의 오검출을 검증하기 위하여, 상기 추출된 얼굴 요소의 영상에 주성분 분석 방식 또는 로컬바이너리패턴을 이용하여 특징 벡터를 추출하고, 상기 추출된 특징 벡터를 서포트벡터머신 분류기에 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 가능성 판단 방법.
The method of claim 1,
Extracting the face element,
In order to verify false detection of the extracted face elements (at least one eye and one mouth), a feature vector is extracted using a principal component analysis method or a local binary pattern on the extracted face element image, and the extracted And applying the feature vector to the support vector machine classifier.
제1항에 있어서,
상기 관심 영역은, 안경/선글라스 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 가능성 판단 방법.
The method of claim 1,
The region of interest includes a glasses / sunglasses region.
제6항에 있어서,
상기 안경/선글라스 영역에서 안경이 추출된 경우에는 하나의 눈이 추출된 것으로 간주하고, 상기 안경/선글라스 영역에서 선글라스가 추출된 경우에는 눈이 추출되지 않은 것으로 간주하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 가능성 판단 방법.
The method according to claim 6,
And when the glasses are extracted from the glasses / sunglasses area, one eye is considered to be extracted, and when the sunglasses are extracted from the glasses / sunglasses area, the eyes are not extracted. To determine the likelihood of facial recognition.
현금인출기와 연동하는 시스템의 얼굴 인식 가능성 판단 방법으로서:
현금 인출기에 대한 사용자의 접근 또는 조작의 개시를 확인하는 단계;
사용자의 얼굴을 촬영하여 N개의 영상을 획득하는 단계;
상기 N개의 영상 중 어느 하나의 영상을 선택하고, 선택된 영상에서 눈, 코, 입의 얼굴 요소에 해당하는 후보 얼굴 요소를 적어도 2개 추출하는 단계;
상기 추출된 후보 얼굴 요소를 포함하는 관심 영역을 설정하는 단계;
상기 관심 영역들을 연결하여 삼각뿔 형태를 구성하는 단계;
상기 삼각뿔 형태가 정상 얼굴 비례에 따른 삼각뿔 형태인 경우, 상기 삼각뿔 형태를 이용하여 상기 사용자의 얼굴이 바라보는 방향을 판정하고, 상기 판정된 방향에 기초하여 상기 설정된 관심 영역의 내부에서 얼굴 요소를 추출하는 단계; 및
상기 추출된 얼굴 요소가 적어도 하나의 눈과 하나의 입인 경우 상기 사용자의 이어지는 조작을 허용하고, 그렇지 않은 경우 이어지는 조작을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 가능성 판단 방법.
As a method of determining the face recognition possibility of a system linked with an ATM machine:
Confirming the initiation of the user's access or manipulation of the atm machine;
Photographing a user's face to obtain N images;
Selecting one of the N images, and extracting at least two candidate face elements corresponding to face elements of eyes, nose, and mouth from the selected images;
Setting a region of interest including the extracted candidate face elements;
Connecting the regions of interest to form a triangular pyramid shape;
When the triangular pyramid shape is a triangular pyramid shape according to a normal face proportion, the triangular pyramid shape is used to determine a direction that the face of the user faces, and extracts a face element from the inside of the set ROI based on the determined direction. Doing; And
And allowing the subsequent operation of the user if the extracted face element is at least one eye and one mouth, and if not, blocking the subsequent operation.
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