KR101286454B1

KR101286454B1 - 눈 영상의 특성을 이용한 모조얼굴 식별장치 및 방법

Info

Publication number: KR101286454B1
Application number: KR1020120021305A
Authority: KR
Inventors: 이기덕; 박보건; 신호철; 송봉섭; 이재원
Original assignee: 주식회사 슈프리마
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-07-16
Also published as: CN103294993A; US9245173B2; US20130223681A1; CN103294993B

Abstract

눈 영상의 특성을 이용한 모조얼굴 식별장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모조얼굴 식별장치는, 적외선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 적외선 눈(eye) 영상을 획득하는 적외선 눈 영상 획득부와, 가시광선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 가시광선 눈 영상을 획득하는 가시광선 눈 영상 획득부와, 적외선 눈 영상 획득부와 가시광선 눈 영상 획득부를 통한 촬영 시에 적외선 광과 가시광선 광을 동시에 조사하여 가시광선 눈 영상과 적외선 눈 영상을 획득하고, 획득된 각 영상 간 홍채와 공막의 명도 차를 계산하며, 명도 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독하는 제어부를 포함한다.

Description

눈 영상의 특성을 이용한 모조얼굴 식별장치 및 방법 {Fake face identification apparatus and method using characteristic of eye image}

본 발명의 일 양상은 보안 인증 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 얼굴인식 기술에 관한 것이다.

출입통제, 근태관리, 빌딩통합시스템, 금융자동화기기, 컴퓨터보안 분야, 전자상거래 인증, 공항정보 시스템 등에 있어서, 지문인식기술에 이어 생체인식기술이 제안되고 있다. 그 중 사용자의 얼굴을 인식하여 개인을 인증하는 기술이 있다. 그런데, 일반적인 얼굴인식 기술은 제3자가 위조를 목적으로 의안을 장착하거나, 실제 눈을 복사한 사진이나 인쇄물을 이용하여 본인 행세를 하는 경우 등 모조얼굴을 사용하는 경우 모조얼굴을 인식할 수가 없다.

일 양상에 따라, 모조얼굴을 식별하여 보안 인증률을 높이기 위해 눈 영상의 특성을 이용한 모조얼굴 식별장치 및 방법을 제안한다.

일 양상에 따른 모조얼굴 식별장치는, 적외선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 적외선 눈(eye) 영상을 획득하는 적외선 눈 영상 획득부와, 가시광선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 가시광선 눈 영상을 획득하는 가시광선 눈 영상 획득부와, 적외선 눈 영상 획득부와 가시광선 눈 영상 획득부를 통한 촬영 시에 적외선 광과 가시광선 광을 동시에 조사하여 가시광선 눈 영상과 적외선 눈 영상을 획득하고, 획득된 각 영상 간 홍채와 공막의 명도 차를 계산하며, 명도 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독하는 제어부를 포함한다.

다른 양상에 따른 모조얼굴 식별장치는, 적외선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 적외선 눈 영상을 획득하는 적외선 눈 영상 획득부와, 가시광선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 가시광선 눈 영상을 획득하는 가시광선 눈 영상 획득부와, 적외선 눈 영상 획득부와 가시광선 눈 영상 획득부를 통한 촬영 시에 적외선 광과 가시광선 광을 동시에 조사하여 가시광선 눈 영상과 적외선 눈 영상을 획득하고, 획득된 각 영상 간 홍채와 공막의 명도 변화를 공간 주파수로 변환하고, 각 영역 간의 공간 주파수 차를 계산하며, 공간 주파수 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독하는 제어부를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 의안, 사진 상의 눈, 인쇄물 상의 눈, 마네킹의 눈 또는 동영상 플레이어를 통해 재생되는 영상 내 눈 등을 갖은 모조얼굴을 통해 접근하고자 하는 악의적인 사용자를 식별하고, 얼굴위조 여부를 판별하여 보안을 강화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모조얼굴 식별장치의 구성도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 모조얼굴 식별장치의 식별 대상이 되는 위조 눈과 실제 눈의 차이를 보여주는 참조도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 모조얼굴 식별장치가 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상으로부터 추출하는 영역을 도시한 참조도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위조 눈과 실제 눈 별로 가시광선 눈 영상과 적외선 눈 영상의 차이를 보여주는 참조도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모조얼굴 식별장치의 구성도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 개인 식별방법을 도시한 흐름도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모조얼굴 식별장치(1a)의 구성도이다.

모조얼굴 식별장치(1a)는 적외선 눈 영상 획득부(10), 가시광선 눈 영상 획득부(12), 제어부(14), 조작부(16), 출력부(17) 및 저장부(18)를 포함한다.

모조얼굴 식별장치(1a)는 사람 간의 얼굴을 식별하기 위한 장치로, 출입통제, 근태관리, 빌딩통합시스템, 금융자동화기기, 컴퓨터보안 분야, 전자상거래 인증, 공항정보 시스템 등 그 적용 범위가 다양하다. 본 발명의 모조얼굴 식별장치(1a)는 모조얼굴을 식별하기 위한 장치이다. 이때, 눈 인식을 이용하는 모조얼굴 식별장치(1a)는 지문인식을 보조수단으로 가질 수 있다. 이하, 모조얼굴 식별장치(1a)의 구성에 대해 상세히 후술한다.

도 1에 도시된 모조얼굴 식별장치(1a)의 구성은 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 필요한 구성 요소만을 개략적으로 도시한 것이다. 따라서 모조얼굴 식별장치(1a)의 동작을 위하여 필수적인 다른 기능을 수행하기 위한 구성 요소들이 추가로 모조얼굴 식별장치(1a)에 포함될 수도 있다. 이때, 추가되는 구성 요소들은 모조얼굴 식별장치(1a)의 종류나 기능 등에 따라서 달라질 수 있다.

적외선 눈 영상 획득부(10)와 가시광선 눈 영상 획득부(12)는 피촬영자의 눈(eye) 영상을 획득하는데, 예를 들면 카메라일 수 있다. 적외선 눈 영상 획득부(10)는 적외선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 적외선 눈 영상을 획득한다. 적외선 눈 영상 획득부(10)는 적외선 광을 조사하기 위해서 적외선 광 조사부(10a)를 포함한다. 적외선 광 조사부(10a)는 도 1에 도시된 바와 같이 적외선 눈 영상 획득부(10) 외부에 위치할 수 있으나 내부에 내장될 수도 있다. 적외선 조명은 여러 형태의 조명이 사용될 수 있는데, 700∼800nm 파장 정도의 단파장 적외선 조명 혹은 800∼900nm 파장 정도의 장파장 적외선 조명을 방출하는 할로겐 램프나 제논 플레쉬 램프(Xenon Flash Lamp)를 사용할 수 있다. 이때, 할로겐 램프나 제논 플레쉬 램프는 적외선 눈 영상 획득부(10)에 의해 촬영되는 피촬영자의 눈보다 적외선 눈 영상 획득부(10)에 더 근접하여 배치될 수 있다.

가시광선 눈 영상 획득부(12)는 가시광선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 가시광선 눈 영상을 획득한다. 가시광선 눈 영상 획득부(12)는 가시광선 광을 조사하기 위해서 가시광선 광 조사부(12a)를 포함한다. 가시광선 광 조사부(12a)는 도 1에서 도시된 바와 같이 가시광선 눈 영상 획득부(12) 외부에 위치할 수 있으나 내부에 내장될 수도 있다. 가시광선 조명은 여러 형태의 조명이 사용될 수 있으며, 대표적으로는 녹색발광소자(LED), 흰색발광소자 및 기타 모든 가시광선 파장대의 발광소자 등이 사용될 수 있다. 이외에도 할로겐 램프나 백열등 및 제논 플레쉬 램프 등도 사용될 수 있다.

제어부(14)는 모조얼굴 식별장치(1a)의 동작에 필요한 전반적인 관리 및 제어기능을 수행한다. 제어부(14)는 적외선 눈 영상 획득부(10)와 가시광선 눈 영상 획득부(12)를 제어하여, 촬영 시에 적외선 광과 가시광선 광을 동시에 조사하여 각각 가시광선 눈 영상과 적외선 눈 영상을 획득한다. 그리고, 획득된 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상 간 홍채(iris)와 공막(sclera)의 명도 차를 계산하고, 명도 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독한다. 홍채는 사람 눈의 검은자에 가까운 영역이고, 공막은 사람 눈의 흰자에 가까운 영역이다. 홍채와 공막에 대한 상세한 설명은 도 3에서 후술한다. 홍채와 공막을 포함한 눈 영역 추출은 각 영역마다의 명도 차이를 이용하여 수행될 수 있다. 여기서, 명도는 눈의 밝기의 정도를 말한다.

일 실시예에 따르면, 제어부(14)는 눈 영역 추출부(140), 명도 계산부(142) 및 판독부(144)를 포함한다.

눈 영역 추출부(140)는 적외선 눈 영상 획득부(10)와 가시광선 눈 영상 획득부(12)로부터 획득된 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상으로부터 홍채 영역과 공막 영역을 추출한다.

명도 계산부(142)는 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상 별로 홍채 영역과 공막 영역의 명도 값을 계산하고, 계산된 명도 값으로부터 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상을 대상으로 각 홍채 간의 명도 차 및 각 공막 간의 명도 차를 계산한다. 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상을 대상으로 각 홍채 간의 명도 차와 각 공막 간의 명도 차를 계산하는 이유는, 영상 획득 시에 주변 환경 등의 영향으로 눈 화상의 명도에 차이가 있을 수 있기 때문이다. 즉, 적외선 눈 영상 획득부(10)와 가시광선 눈 영상 획득부(12)를 통해 눈 영상을 획득할 때, 주변 환경의 영향 없이 획득된 눈 영상의 각 영역 간 명도 차를 계산하여 그 정확도를 높일 수 있다.

판독부(144)는 명도 계산부(142)의 명도 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독한다. 의안은 실리콘 등으로 구성되어 적외선 광이 조사되면 특유의 반사율 및 흡수율을 나타내므로, 눈 영상에 있어서 홍채 영역과 공막 영역의 명도가 일반적인 사람의 눈 영상과 다르다. 또한, 사진이나 인쇄물 상의 눈은 적외선 광이 조사되면 사진이나 인쇄물 등의 매체나 잉크 등에 따라서 반사율이 다르기 때문에, 의안과 마찬가지로 홍채 영역과 공막 영역의 명도가 사람의 눈 영상과 다르다. 따라서, 판독부(144)는 가시광선 광과 적외선 광을 조사하여 촬영된 영상 간의 반사율 차이를 이용하여, 모조얼굴 여부를 판별할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 판독부(144)는 가시광선 눈 영상에 비하여 적외선 눈 영상의 홍채 및 공막의 명도 차 비가 유지되거나 증가하면 모조얼굴로 판단하고, 적외선 눈 영상의 홍채와 공막의 명도 차 비가 감소하면 실제 눈으로 판단한다. 즉, 판독부(144)는 적외선 눈 영상의 홍채가 가시광선 눈 영상의 홍채보다 밝아지고, 적외선 눈 영상의 공막이 가시광선 눈 영상의 공막보다 어두워지는 경우 실제얼굴로 판독한다.

예를 들면, 흰색의 명도를 0, 검정색의 명도를 10이라고 가정하면, 가시광선 눈 영상에 있어서 검은자인 홍채의 명도는 10이고, 흰자인 공막의 명도는 0이므로 홍채와 공막 간의 명도 차는 10이다. 그런데, 적외선 눈 영상에 있어서, 홍채는 밝아져서 명도가 1이 되고, 공막의 명도는 어두워져 9가 된다. 따라서 적외선 눈 영상에 있어서 홍채와 공막 간의 명도 차는 8이 되어서, 가시광선 눈 영상에서의 명도차 10보다 줄어들게 된다. 홍채와 공막 간의 명도 차가 줄어들면 명 판독부(144)는 실제얼굴로 판독하게 된다. 한편, 전술한 명도 등급의 크기 및 범위는 본 발명의 이해를 돕기 위해 일반화한 것으로, 정확한 값들은 다를 수 있다.

저장부(18)는 개인별로 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상에 대한 눈 영역별 명도 값과 판독부(144)를 통한 판독 결과를 저장한다. 조작부(16)는 사용자로부터 조작 명령을 입력받고, 출력부(17)는 판독부(144)를 통한 판독결과를 화면에 디스플레이한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 모조얼굴 식별장치(1a)의 식별 대상이 되는 위조 눈과 실제 눈의 차이를 보여주는 참조도이다.

모조얼굴의 눈은 의안, 사진 상의 눈, 인쇄물 상의 눈, 마네킹의 눈 또는 동영상 플레이어를 통해 재생되는 영상 내 눈일 수 있다. 도 2a는 사람의 실제 눈 영상이고, 도 2b는 모조 홍채가 프린트되어 있는 콘택트 렌즈를 착용한 사람의 눈 영상이다. 본 발명의 목적은 도 2b에 도시된 모조 홍채 등을 포함한 모조얼굴을 통해 접근하고자 하는 악의적인 사용자를 식별하여 위조 여부를 판별하고 보안을 강화하는 데에 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 모조얼굴 식별장치(1a)가 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상으로부터 추출하는 영역을 도시한 참조도이다.

도 3을 참조하면, 공막(sclera) 영역(22)은 안구의 대부분을 싸고 있는 흰색의 막으로 눈의 흰자위에 해당하는 영역이다. 홍채(iris) 영역(21)은 동공 주위에 있는 도넛 모양의 영역으로서, 수축과 이완을 통해 동공의 크기를 조절하여 안구로 들어오는 빛의 양을 조절한다. 동공(pupil) 영역(20)은 홍채 안쪽 중앙의 비어 있는 영역으로서, 동공의 크기에 의해 안구로 들어오는 빛의 양이 결정된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위조 눈과 실제 눈 별로 가시광선 눈 영상과 적외선 눈 영상의 차이를 보여주는 참조도이다.

위조 눈은 가시광선 눈 영상(400)과 비교할 때, 적외선 눈 영상(410)의 홍채 및 공막의 명도 차 비가 유지되거나 증가한다. 이에 비해, 실제 눈은 가시광선 눈 영상(420)과 비교할 때, 적외선 눈 영상(430)의 홍채와 공막의 명도 차 비가 감소한다. 즉, 실제 눈일 경우, 적외선 눈 영상(430)의 홍채가 가시광선 눈 영상(420)의 홍채보다 밝아지고, 적외선 눈 영상(430)의 공막이 가시광선 눈 영상(420)의 공막보다 어두워진다. 본 발명은 전술한 특징을 이용하여 모조얼굴을 판별한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모조얼굴 식별장치(1b)의 구성도이다.

도 1을 참조로 설명한 모조얼굴 식별장치(1a)와 도 5에 도시된 모조얼굴 식별장치(1b)의 차이는, 제어부(14)가 명도 계산부(142) 대신에 공간 주파수 추출부(146)를 포함하는 것이다.

공간 주파수 추출부(146)는 적외선 눈 영상 획득부(10)와 가시광선 눈 영상 획득부(12)를 통해 획득된 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상 간 홍채와 공막의 명도 변화를 공간 주파수로 변환하고, 각 영역 간의 공간 주파수 차를 계산한다. 그러면, 판독부(144)는 공간 주파수 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독한다. 공간 주파수(spatial frequency)는 눈 영상에서 밝기 변화 정도를 나타내는 값이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 개인 식별방법을 도시한 흐름도이다.

모조얼굴 식별장치(1a)는 적외선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 적외선 눈 영상을 획득하고, 동시에 가시광선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 가시광선 눈 영상을 획득한다(6000,6010). 그리고, 획득된 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상으로부터 홍채 영역과 공막 영역을 추출한다(6020).

이어서, 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상 별로 홍채 영역과 공막 영역의 명도 값을 계산하고, 계산된 명도 값으로부터 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상을 대상으로 각 홍채 간의 명도 차 및 각 공막 간의 명도 차를 계산한다(6030).

이어서, 명도 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독한다(6040). 일 실시예에 따르면, 가시광선 눈 영상에 비하여 적외선 눈 영상의 홍채 및 공막의 명도 차 비가 유지되거나 증가하면 모조얼굴로 판단하고, 적외선 눈 영상의 홍채와 공막의 명도 차 비가 감소하면 실제얼굴로 판단한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 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.

1a, 1b : 모조얼굴 식별장치 10 : 적외선 눈 영상 획득부
12 : 가시광선 눈 영상 획득부 14 : 제어부
16 : 조작부 17 : 출력부
18 : 저장부 140 : 눈 영역 추출부
142 : 명도 계산부 144 : 판독부
146 : 공간 주파수 추출부

Claims

적외선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 적외선 눈(eye) 영상을 획득하는 적외선 눈 영상 획득부;
가시광선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 가시광선 눈 영상을 획득하는 가시광선 눈 영상 획득부; 및
상기 적외선 눈 영상 획득부와 가시광선 눈 영상 획득부를 통한 촬영 시에 상기 적외선 광과 상기 가시광선 광을 동시에 조사하여 가시광선 눈 영상과 적외선 눈 영상을 획득하고, 상기 획득된 각 영상 간 홍채와 공막의 명도 차를 계산하며, 명도 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모조얼굴 식별장치.
제 1 항에 있어서,
상기 모조얼굴은 의안, 사진 상의 눈, 인쇄물 상의 눈, 마네킹의 눈 또는 동영상 플레이어를 통해 재생되는 영상 내 눈을 갖는 얼굴 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 모조얼굴 식별장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 획득된 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상으로부터 홍채 영역과 공막 영역을 추출하는 눈 영역 추출부;
적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상 별로 홍채 영역과 공막 영역의 명도 값을 계산하고, 상기 계산된 명도 값으로부터 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상을 대상으로 각 홍채 간의 명도 차 및 각 공막 간의 명도 차를 계산하는 명도 계산부; 및
상기 명도 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독하는 판독부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모조얼굴 식별장치.
제 3 항에 있어서, 상기 판독부는,
상기 가시광선 눈 영상에 비하여 상기 적외선 눈 영상의 홍채 및 공막의 명도 차 비가 유지되거나 증가하면 모조얼굴로 판단하고, 상기 적외선 눈 영상의 홍채와 공막의 명도 차 비가 감소하면 실제얼굴로 판단하는 것을 특징으로 하는 모조얼굴 식별장치.
제 4 항에 있어서, 상기 판독부는,
상기 적외선 눈 영상의 홍채가 상기 가시광선 눈 영상의 홍채보다 밝아지고, 상기 적외선 눈 영상의 공막이 상기 가시광선 눈 영상의 공막보다 어두워지는 경우 실제얼굴로 판독하는 것을 특징으로 하는 모조얼굴 식별장치.
제 1 항에 있어서,
개인별 적외선 눈 영상과 가시광선 눈 영상에 대한 눈 영역별 명도 값과 상기 제어부를 통한 판독 결과를 저장하는 저장부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모조얼굴 식별장치.
적외선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 적외선 눈 영상을 획득하는 적외선 눈 영상 획득부;
가시광선 광을 조사한 상태에서 피촬영자를 촬영하여 가시광선 눈 영상을 획득하는 가시광선 눈 영상 획득부; 및
상기 적외선 눈 영상 획득부와 가시광선 눈 영상 획득부를 통한 촬영 시에 상기 적외선 광과 상기 가시광선 광을 동시에 조사하여 가시광선 눈 영상과 적외선 눈 영상을 획득하고, 상기 획득된 각 영상 간 홍채와 공막의 명도 변화를 공간 주파수로 변환하고, 각 영역 간의 공간 주파수 차를 계산하며, 공간 주파수 차 계산결과에 기초하여 피촬영자의 모조얼굴 여부를 판독하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 모조얼굴 식별장치.