KR101314293B1 - Face recognition system robust to illumination change - Google Patents

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KR101314293B1
KR101314293B1 KR1020120093895A KR20120093895A KR101314293B1 KR 101314293 B1 KR101314293 B1 KR 101314293B1 KR 1020120093895 A KR1020120093895 A KR 1020120093895A KR 20120093895 A KR20120093895 A KR 20120093895A KR 101314293 B1 KR101314293 B1 KR 101314293B1
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KR
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face
pixel
image
binary pattern
face recognition
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KR1020120093895A
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김동주
이상헌
손명규
김병민
김현덕
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

PURPOSE: A face recognition system is provided to control misrecognition rates generated in an illumination change environment by applying a characteristic extracting technology based on image covariance. CONSTITUTION: A face database (DB) (150) stores face images and identification information for the face image. A face area detecting unit (110) extracts the face image from the inputted image, and a pre-processing unit (120) changes the pixel values of pixels constructing the face area into a binary pattern. A characteristic extraction unit (130) extracts characteristic information from the face image changed into the binary pattern. A face recognition unit (140) recognizes a face by using the characteristic information for the face images stored in the characteristic information and the face DB. [Reference numerals] (100) Image input unit; (110) Face area detecting unit; (120) Face area pre-processing unit; (130) Characteristic extraction unit; (140) Face recognition unit; (150) Face database

Description

조명변화에 강인한 얼굴인식 시스템{Face recognition system robust to illumination change}Face recognition system robust to illumination change

본 발명은 이진패턴을 이용한 얼굴인식 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부 조명변화에 강인한 이진패턴 기술자 생성 방법과 이를 이용한 얼굴인식 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a face recognition system and method using a binary pattern, and more particularly, to a method for generating a binary pattern descriptor that is robust to external lighting changes and a face recognition system and method using the same.

정보사회의 발전과 더불어 인간과 컴퓨터사이의 인터페이스 기술이 점점 부각되면서 생체인식 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 더불어, 개인 정보의 중요성이 대두되면서 정보의 보안 및 관리, 개인의 신분 증명을 위한 방법으로 인간의 얼굴, 음성, 홍채, 지문, 서명, 정맥과 같은 생체 정보를 이용하는 기술이 연구되고 있다. 생체인식 기술들 중에서도 얼굴 인식은 생체 정보를 비접촉식으로 획득할 수 있고, 카메라를 이용하여 획득한 영상을 처리하기 때문에 사용자들에게 보다 많은 편의성을 제공할 수 있는 장점을 갖는다. With the development of the information society, as the interface technology between humans and computers has been highlighted, research on biometrics technology is being actively conducted. In addition, as the importance of personal information emerges, technologies for using biometric information such as a human face, voice, iris, fingerprint, signature, and vein have been studied as a method for security and management of information and identification of an individual. Among biometric technologies, face recognition has an advantage of providing biometric information in a non-contact manner and providing more convenience to users because the image is processed using a camera.

하지만, 얼굴인식은 동일한 사람의 얼굴이라도 외부 조명 변화에 따라 매우 다른 영상으로 표현되기 때문에 인식 성능 저하의 문제점으로 나타난다. However, face recognition appears as a problem of deterioration in recognition performance even though the face of the same person is expressed as a very different image according to the change in external lighting.

이에 본 특허는 향상된 이진패턴 기술자와 이미지 공분산(covariance) 기반의 특징추출 기술을 통하여 얼굴인식 시스템을 구성하고, 이를 이용하여 위와 같은 문제점을 해결하고자 한다. In this regard, this patent constructs a face recognition system through an improved binary pattern descriptor and image covariance-based feature extraction technology, and attempts to solve the above problems by using the same.

미국특허공개공보 US 2011/0293189A1United States Patent Application Publication US 2011 / 0293189A1 한국공개특허공보 KR 10-2012-0042101호Korean Patent Publication No. KR 10-2012-0042101 한국등록특허공보 KR 10-0345245 호Korea Patent Registration KR 10-0345245 미국특허공개공보 US 2010/0150452United States Patent Application Publication US 2010/0150452

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 조명 변화 환경에서 얼굴 인식시 발생할 수 있는 오인식률을 억제하고 인식률을 향상시킬 수 있는 얼굴 인식 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a face recognition system and method that can suppress the recognition rate and may improve the recognition rate that may occur when face recognition in a lighting change environment.

본 발명의 다른 목적은 조명 변화 환경에서도 인식률을 향상시키면서도 얼굴 인식에 소요되는 연산량을 줄일 수 있는 얼굴 인식 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a face recognition system and method capable of reducing the amount of computation required for face recognition while improving the recognition rate even in a light changing environment.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 얼굴 인식 시스템은, 다수 개의 얼굴 영상 및 각 얼굴 영상에 대한 식별 정보를 저장한 얼굴 데이터베이스; 외부로부터 입력된 영상으로부터 얼굴 영역을 추출하는 얼굴 영역 검출부; 상기 검출된 얼굴 영역을 구성하는 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환하는 전처리부; 이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상으로부터 특징 정보를 추출하는 특징 추출부; 상기 추출된 특징 정보와 상기 얼굴 데이터베이스에 저장된 얼굴 영상들에 대한 특징 정보들을 이용하여 얼굴 인식을 수행하는 얼굴 인식부;를 구비하고,According to an aspect of the present invention, there is provided a face recognition system, including: a face database storing a plurality of face images and identification information for each face image; A face region detector extracting a face region from an image input from the outside; A preprocessing unit converting pixel values of each pixel constituting the detected face region into a binary pattern; A feature extractor which extracts feature information from a face image converted into a binary pattern; And a face recognition unit configured to perform face recognition using the extracted feature information and feature information on face images stored in the face database.

상기 전처리부는 아래의 수학식을 이용하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환한다. The preprocessor converts the pixel value of each pixel into a binary pattern using the following equation.

Figure 112012068946684-pat00001
Figure 112012068946684-pat00001

본 발명의 제2 특징에 따른 얼굴 인식 시스템은, 다수 개의 얼굴 영상 및 각 얼굴 영상에 대한 식별 정보를 저장한 얼굴 데이터베이스; 외부로부터 입력된 영상으로부터 얼굴 영역을 추출하는 얼굴 영역 검출부; 상기 검출된 얼굴 영역을 구성하는 각 화소에 대하여 이웃 화소들의 에지 성분을 계산하고, 중심 화소와 에지 성분들과의 값을 비교하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환하는 전처리부; 이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상으로부터 특징 정보를 추출하는 특징 추출부; 상기 추출된 특징 정보와 상기 얼굴 데이터베이스의 얼굴 영상들에 대한 특징 정보들을 이용하여 얼굴 인식을 수행하는 얼굴 인식부; 를 구비하고, 상기 전처리부는 아래의 수학식을 이용하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환한다. A face recognition system according to a second aspect of the present invention includes a face database storing a plurality of face images and identification information for each face image; A face region detector extracting a face region from an image input from the outside; A preprocessor configured to calculate edge components of neighboring pixels for each pixel constituting the detected face region, and convert pixel values of each pixel into a binary pattern by comparing values between the center pixel and the edge components; A feature extractor which extracts feature information from a face image converted into a binary pattern; A face recognition unit performing face recognition using the extracted feature information and feature information on face images of the face database; The preprocessor converts the pixel value of each pixel into a binary pattern by using the following equation.

Figure 112012068946684-pat00002
Figure 112012068946684-pat00002

본 발명의 제3 특징에 따른 얼굴 인식 시스템은, 다수 개의 얼굴 영상 및 각 얼굴 영상에 대한 식별 정보를 저장한 얼굴 데이터베이스; 외부로부터 입력된 영상으로부터 얼굴 영역을 추출하는 얼굴 영역 검출부; 상기 검출된 얼굴 영역을 구성하는 각 화소의 화소값을 제1 이진 패턴으로 변환하는 제1 전처리부; 상기 검출된 얼굴 영역을 구성하는 각 화소에 대하여 이웃 화소들의 에지 성분을 계산하고, 중심 화소와 에지 성분들과의 값을 비교하여 각 화소의 화소값을 제2 이진 패턴으로 변환하는 제2 전처리부; 제1 이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상과 제2 이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상을 화소 단위로 AND 연산하여 제3 이진 패턴으로 변환시키는 제3 전처리부; 제3 이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상으로부터 특징 정보를 추출하는 특징 추출부; 상기 추출된 특징 정보와 상기 얼굴 데이터베이스의 얼굴 영상들에 대한 특징 정보들을 이용하여 얼굴 인식을 수행하는 얼굴 인식부;를 구비한다. A face recognition system according to a third aspect of the present invention includes a face database storing a plurality of face images and identification information for each face image; A face region detector extracting a face region from an image input from the outside; A first preprocessing unit converting pixel values of each pixel constituting the detected face region into a first binary pattern; A second preprocessor configured to calculate edge components of neighboring pixels for each pixel constituting the detected face region, and compare pixel values of the center pixels with edge components to convert pixel values of the respective pixels into a second binary pattern; ; A third preprocessor configured to perform an AND operation on a pixel basis to convert the face image converted into the first binary pattern and the face image converted into the second binary pattern into a third binary pattern; A feature extractor configured to extract feature information from a face image converted into a third binary pattern; And a face recognition unit configured to perform face recognition using the extracted feature information and feature information on face images of the face database.

제3 특징에 따른 얼굴 인식 시스템에 있어서, 상기 제1 전처리부는 아래의 수학식을 이용하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환하며,In the face recognition system according to the third aspect, the first preprocessor converts the pixel value of each pixel into a binary pattern by using the following equation,

Figure 112012068946684-pat00003
Figure 112012068946684-pat00003

상기 제2 전처리부는 아래의 수학식을 이용하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환한다. The second preprocessor converts the pixel value of each pixel into a binary pattern by using the following equation.

Figure 112012068946684-pat00004
Figure 112012068946684-pat00004

전술한 제1 내지 제3 특징에 따른 얼굴 인식 시스템에 있어서, 상기 특징 추출부는 2D-PCA, A2D-PCA, (2D)2PCA 중 하나의 알고리즘에 따라 상기 데이터베이스에 저장된 학습 얼굴 영상들의 이미지 공분산 행렬들을 구하고, 상기 이미지 공분산 행렬들을 이용하여 투영 행렬을 검출하고, 상기 투영 행렬을 이용하여 상기 변환 영상으로부터 특징 벡터를 추출하는 것이 바람직하다.
In the face recognition system according to the first to third features described above, the feature extracting unit is an image covariance matrix of learning face images stored in the database according to an algorithm of 2D-PCA, A2D-PCA, and (2D) 2 PCA. It is preferable to obtain the image information, detect the projection matrix using the image covariance matrices, and extract the feature vector from the transform image using the projection matrix.

본 발명에 따른 얼굴 인식 시스템은 얼굴영상에 MCS-LBP, MLDP, CGP등의 이진패턴 변환을 통한 전처리를 수행하고 이미지 공분산 기반으로 한 특징 추출 기술을 적용함으로써, 조명변화 환경에서 얼굴인식시 발생할 수 있는 오인식률을 억제하고 인식률을 향상시킬 수 있다. The face recognition system according to the present invention performs preprocessing through the conversion of binary patterns such as MCS-LBP, MLDP, and CGP to face images, and applies feature extraction techniques based on image covariance, which can occur during face recognition in a lighting change environment. It can suppress the false recognition rate and improve the recognition rate.

또한, 본 발명에 따른 얼굴 인식 시스템은 특징 벡터를 추출함에 있어서, 2D-PCA, A2D-PCA, (2D)2PCA 등이 이미지 공분산 특징추출 기술을 사용함으로써, 얼굴인식에 소요되는 연산량을 줄일 수 있는 효과를 갖는다.In addition, in the facial recognition system according to the present invention, 2D-PCA, A2D-PCA, (2D) 2 PCA, and the like use image covariance feature extraction techniques to reduce the amount of computation required for face recognition. Has the effect.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 얼굴 인식 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 이진패턴 변환 방법인 LBP 를 설명하기 위하여 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 얼굴 인식 시스템에 있어서, 전처리부에서 사용되는 이진 패턴 변환 방법인 MCS-LBP를 설명하기 위하여 도시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 얼굴 인식 시스템에 있어서, 얼굴영역 전처리부의 일 실시형태인 MLDP 연산을 위한 kirsch 마스크를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 얼굴 인식 시스템의 얼굴 영역 전처리부에서 사용된 다양한 이진패턴 변환 방법을 사용하여 전처리된 영상들을 예시적으로 도시한 것들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 얼굴인식 시스템의 성능을 도시한 그래프이다.
1 is a block diagram schematically showing the structure of a face recognition system according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating LBP, which is a binary pattern conversion method according to the related art.
FIG. 3 is a diagram illustrating MCS-LBP, which is a binary pattern conversion method used in a preprocessor, in a face recognition system according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 illustrates a kirsch mask for MLDP calculation, which is an embodiment of the face region preprocessor in the face recognition system according to the preferred embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating images preprocessed using various binary pattern conversion methods used in a face region preprocessor of a face recognition system according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the performance of the face recognition system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 외부 조명 변화에 강인한 얼굴 인식 시스템 및 얼굴 인식 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the face recognition system and face recognition method that is robust to external lighting changes according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 얼굴 인식 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 얼굴 인식 시스템(10)은 영상 입력부(100), 얼굴영역 검출부(110), 얼굴영역 전처리부(120), 특징추출부(130), 얼굴 인식부(140) 및 얼굴 데이터베이스(150)를 구비한다. 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 얼굴 인식 시스템은 얼굴영역 전처리부가 이진 패턴 변환 방법을 이용하여 얼굴영역을 전처리하는 것을 특징으로 하며, 또한 특징 추출부는 이미지 공분산 기반의 알고리즘을 이용하여 특징 벡터를 추출하는 것을 특징으로 한다. 이하, 본 발명에 따른 얼굴 인식 시스템을 구성하는 각 구성 요소들에 대하여 구체적으로 설명한다. 1 is a block diagram schematically showing the structure of a face recognition system according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the face recognition system 10 according to the present invention includes an image input unit 100, a face region detector 110, a face region preprocessor 120, a feature extractor 130, and a face recognizer 140. ) And facial database 150. In the face recognition system according to the present invention having the above-described configuration, the face region preprocessing unit preprocesses the face region using a binary pattern conversion method, and the feature extractor extracts the feature vector using an image covariance based algorithm. Characterized in that. Hereinafter, each component of the face recognition system according to the present invention will be described in detail.

상기 영상 입력부(100)는 외부로부터 얼굴을 포함한 영상을 획득한다. 획득한 영상은 조명변화가 거의 없는 영상뿐만 아니라, 다양한 조명변화를 갖는 영상도 포함할 수 있다. The image input unit 100 obtains an image including a face from the outside. The acquired image may include not only an image having almost no light change, but also an image having various light changes.

상기 얼굴영역 검출부(110)는 상기 영상 입력부를 통해 획득된 영상으로부터 얼굴 영역을 검출한다. 상기 얼굴영역 검출부가 얼굴 영역을 검출하는 얼굴 검출 방법은 지식 기반 방법, 특징 기반 방법, 템플릿 매칭 방법, 외형 기반 방법으로 구분할 수 있으며, 본 발명에서는 특정한 얼굴 검출 기술에 한정하지 않는다. 다만, 본 발명의 실시예에서는 Haar-like 특징 기반의 Adaboost 알고리즘을 이용하여 입력영상으로부터 얼굴영역을 검출한다. AdaBoost 학습 알고리즘은 여러 개의 약한 분류기들의 선형적인 결합을 통하여 최종적으로 높은 검출 성능을 가지는 강한 분류기를 그룹화하는 분류기법이다. The face region detector 110 detects a face region from an image acquired through the image input unit. The face detection method for detecting the face area by the face area detection unit may be classified into a knowledge based method, a feature based method, a template matching method, and an appearance based method. The present invention is not limited to a specific face detection technique. However, in the exemplary embodiment of the present invention, the face region is detected from the input image by using the Haar-like feature based Adaboost algorithm. The AdaBoost learning algorithm is a classification method that groups strong classifiers with high detection performance through the linear combination of several weak classifiers.

상기 얼굴영역 전처리부(120)는 상기 얼굴영역 검출부에 의해 획득된 얼굴 영역들의 각 화소들에 대하여 이진 패턴으로 변환시키는 전처리를 수행한다. 상기 이진패턴 변환 방법에는 MCS-LBP(Modified Center Symmetric Local Binary Pattern), MLDP(Modified Local Directional Pattern), CGP(Centralized Gradient Pattern) 중 하나가 사용될 수 있다. The face region preprocessor 120 performs preprocessing to convert each pixel of the face regions acquired by the face region detector into a binary pattern. The binary pattern conversion method may use one of a Modified Center Symmetric Local Binary Pattern (MCS-LBP), a Modified Local Directional Pattern (MLDP), and a Centralized Gradient Pattern (CGP).

기존의 이진 패턴 변환 방법인 LBP는 높은 식별력과 조명의 변화에 대한 내구성과 간단한 연산 때문에 영상 복구, 생체 이미지 분석, 얼굴 영상 분석 및 인식 등 다양한 분야에 적용되고 있는 대표적인 이진패턴 변환 방법이다. LBP는 수학식 1로 표현되며, 현재 위치의 화소값과 이웃 화소값의 차이를 0과 1의 값으로 나타낸다. 도 2는 종래의 이진 패턴 변환 방법인 LBP의 연산을 설명하기 위하여 도시한 그림이다. 도 2를 참조하면, LBP는 시계방향으로 중앙 픽셀값과 비교하여 크면 1, 그렇지 않으면 0의 값으로 변환하는 방법으로, 8개의 인접한 픽셀들과 비교하여 구성되기 때문에 8비트로 표현된다. 수학식 1에서, PR 은 각각 인접 화소의 수와 원의 반지름을 의미하며, g c g p 는 중심 화소의 화소값 및 이웃 화소의 화소값을 각각 의미하며, LBP(P,R)은 중심 화소에 대하여 LBP 변환된 값을 의미한다. LBP, a conventional binary pattern conversion method, is a representative binary pattern conversion method that is applied to various fields such as image restoration, biometric image analysis, face image analysis and recognition because of its high discrimination ability and durability against simple lighting changes. LBP is represented by Equation 1, and represents the difference between the pixel value of the current position and the neighboring pixel value as values of 0 and 1. FIG. 2 is a diagram illustrating a calculation of LBP, which is a conventional binary pattern conversion method. Referring to FIG. 2, the LBP is represented by 8 bits because the LBP is configured to be compared with eight adjacent pixels by a method of converting the value to 1 if the value is larger than the central pixel value in the clockwise direction, or to 0 otherwise. In Equation 1, P and R respectively mean the number of adjacent pixels and the radius of the circle, g c and g p mean the pixel value of the center pixel and the pixel value of the neighboring pixel, respectively, LBP (P, R) Denotes an LBP transformed value with respect to the center pixel.

Figure 112012068946684-pat00005
Figure 112012068946684-pat00005

여기서, p는 중심 화소에 대한 이웃 화소의 한 지점을 기준으로 하여 시계 방향 또는 반시계방향으로 돌아가며 순차적으로 1씩 증가한다.Here, p is sequentially rotated clockwise or counterclockwise with respect to one point of the neighboring pixel with respect to the center pixel and increases by 1 sequentially.

MCS-LBP는 수학식 2로 표현되는 기존의 CS-LBP에 대각 성분의 그레디언트 성분을 강조한 이진패턴 변환방법으로 수학식 3과 같이 표현된다. 도 3은 본 발명에 따른 이진 패턴 변환 방법인 MCS-LBP를 설명하기 위하여 중심화소와 이를 둘러싼 이웃 화소들을 도시한 그림이다. MCS-LBP is a binary pattern conversion method that emphasizes the gradient component of the diagonal component in the existing CS-LBP represented by Equation 2 is expressed as Equation 3. 3 is a diagram illustrating a center pixel and neighboring pixels surrounding the pixel to explain MCS-LBP, which is a binary pattern conversion method according to the present invention.

Figure 112012068946684-pat00006
Figure 112012068946684-pat00006

Figure 112012068946684-pat00007
Figure 112012068946684-pat00007

여기서, MCS - LBP 는 각 화소에 대하여 MCS-LBP 변환된 이진패턴값을 나타내며, gC는 중심 화소의 화소값이며, g0,g1,g2,g3,g4,g5,g6,g7 은 중심화소를 기준으로 하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 순차적으로 배치된 이웃 화소들의 화소값이며, g0,g2,g4,g6는 중심화소와 수평 또는 수직인 위치에 배치된 이웃 화소들의 화소값이며, g1,g3,g5,g7 은 중심화소를 중심으로 하여 대각 위치에 배치된 이웃 화소들의 화소값이다. here, MCS - LBP represents a binary pattern value converted by MCS - LBP for each pixel, g C is a pixel value of the center pixel, and g 0 , g 1 , g 2 , g 3 , g 4 , g 5 , g 6 , g 7 is a pixel value of neighboring pixels sequentially arranged in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the center pixel, and g 0 , g 2 , g 4 , and g 6 are arranged at positions horizontal or vertical to the center pixel. The pixel values of neighboring pixels, and g 1 , g 3 , g 5 , and g 7 are pixel values of neighboring pixels disposed at diagonal positions with respect to the center pixel.

MLDP는, 그레이레벨의 픽셀값만을 고려하여 이진패턴을 생성하는 LBP나 MCS-LBP와는 달리, 주변픽셀의 에지 성분을 계산하고, 중심픽셀과 에지성분들과의 값을 비교하여 8비트의 이진패턴 값을 생성하는 방법이다. 에지성분을 구하기 위한 다양한 필터 마스크 중에서, 본 발명에 따른 실시예에서는 도 4로 표현되는 Kirsch 마스크를 이용하였다. Kirsch 마스크로 필터링된 에지성분들을 중심화소값과 비교하여, 8비트의 이진패턴을 생성한다. 즉, 필터링된 주변의 에지성분을 m p 라 할 때, MLDP의 연산은 수학식 4와 같이 표현된다. Unlike LBP or MCS-LBP, which generates binary patterns by considering only gray-level pixel values, MLDP calculates edge components of surrounding pixels and compares the values of the center pixel and edge components. How to create a value. Among various filter masks for obtaining the edge components, in the embodiment of the present invention, the Kirsch mask represented by FIG. 4 was used. The edge components filtered with the Kirsch mask are compared with the center pixel values to produce an 8-bit binary pattern. That is, assuming that the filtered peripheral edge component is m p , the operation of MLDP is expressed as in Equation 4 below.

Figure 112012068946684-pat00008
Figure 112012068946684-pat00008

여기서, MLDP는 각 화소에 대하여 MLDP 변환된 이진패턴값을 나타낸다. Here, MLDP represents a binary pattern value converted by MLDP for each pixel.

CGP는 전술한 MCS-LBP에 의해 변환된 영상과 MLDP 에 의해 변환 영상을 픽셀 레벨의 AND 연산을 통하여 계산되며, 얼굴영상에 내포된 잡음의 영향을 경감하기 위하여 고안되었다. The CGP is calculated through the pixel level AND operation of the image converted by the MCS-LBP and the MLDP described above, and designed to reduce the influence of noise contained in the face image.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 얼굴 인식 시스템의 얼굴 영역 전처리부에서 사용된 다양한 이진패턴 변환 방법들을 사용하여 전처리된 영상들을 예시적으로 도시한 것들이다. 도 5를 참조하면, 서로 다른 조명 환경에서 촬상된 3개의 원본 영상들과 각 원본 영상에 대하여 LBP, MCS-LBP, MLDP, CGP 변환된 영상들을 순차적으로 예시하고 있다. 5 is a diagram illustrating images preprocessed using various binary pattern conversion methods used in a face region preprocessor of a face recognition system according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, three original images captured in different lighting environments and LBP, MCS-LBP, MLDP, and CGP converted images are sequentially illustrated for each original image.

상기 특징 추출부(130)는 얼굴 영역 전처리부에 의해 전처리되어 변환된 영상으로부터 2D-PCA (Two-Dimensional Principal Component Analysis), Alternative 2D-PCA (A2D-PCA), (2D)2PCA 등의 이미지 공분산 기반 알고리즘을 적용하여 특징 벡터를 추출한다. 일반적으로, 기존의 PCA (Principal Component Analysis) 알고리즘은 2차원 영상을 1차원 벡터로 변환하여 공분산 행렬을 구하기 때문에 공분산 행렬의 차원이 매우 높게 되고, 이에 따라 고유 벡터를 계산하는데 많은 연산량이 요구된다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명에 따른 얼굴 인식 시스템의 특징 추출부는 공분산 행렬을 1차원 벡터로 변환하는 과정없이 2차원 영상을 직접 사용하는 2D-PCA, A2D-PCA, (2D)2PCA 중 하나의 방법을 사용한다. 더불어, 이미지 공분산 기반의 특징추출 알고리즘들은 PCA보다 공분산 행렬의 크기가 매우 작으므로 관련된 고유벡터를 계산하는데 연산량 측면에서 매우 효율적이고, PCA보다 얼굴인식 성능이 향상된다. The feature extractor 130 is an image such as 2D-PCA (Two-Dimensional Principal Component Analysis), Alternative 2D-PCA (A2D-PCA), (2D) 2 PCA, etc. Feature vectors are extracted by applying a covariance based algorithm. In general, the conventional PCA (Principal Component Analysis) algorithm obtains a covariance matrix by converting a two-dimensional image into a one-dimensional vector, so the dimension of the covariance matrix becomes very high, and thus a large amount of computation is required to calculate the eigenvector. In order to overcome this problem, the feature extraction unit of the face recognition system according to the present invention is a 2D-PCA, A2D-PCA, (2D) 2 PCA that directly uses a two-dimensional image without converting the covariance matrix into a one-dimensional vector Use one method. In addition, image covariance-based feature extraction algorithms have much smaller covariance matrices than PCA, which is very efficient in computing the eigenvectors and improves face recognition performance over PCA.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 2D-PCA, A2D-PCA, (2D)2PCA의 계산 과정을 구체적으로 설명한다. 얼굴영상 크기가 m×n인 이미지 행렬을 A라 하고, 행들이 서로 정규직교하는 행렬을

Figure 112012068946684-pat00009
라 하자. 이미지 행렬 AX 축에 투영된다면, d 의 행렬은 Y= AX 로 계산된다. Hereinafter, a calculation process of 2D-PCA, A2D-PCA, and (2D) 2 PCA according to an embodiment of the present invention will be described in detail. An image matrix having a face image size of m × n is called A , and a matrix whose rows are orthogonal to each other.
Figure 112012068946684-pat00009
Let's say. If the image matrix A is projected on the X axis, then the matrix of m × d is calculated as Y = AX .

이때, 2D-PCA의 계산 방법을 설명한다. 2D-PCA에 있어서, 최적의 투영 행렬 X 를 결정하기 위하여, 이미지 행렬 샘플의 분산을 사용한다. N 개의 학습 얼굴 영들을

Figure 112012068946684-pat00010
라 하고, 학습 얼굴 영상들의 평균이미지를
Figure 112012068946684-pat00011
라 하자. 학습 얼굴 영상들의 이미지 공분산 행렬 G 는 수학식 5로 계산된다. At this time, a calculation method of 2D-PCA will be described. In 2D-PCA, the variance of the image matrix samples is used to determine the optimal projection matrix X. N learning face spirits
Figure 112012068946684-pat00010
The average image of the learning face images
Figure 112012068946684-pat00011
Let's say. The image covariance matrix G of the learning face images is calculated by Equation 5.

Figure 112012068946684-pat00012
Figure 112012068946684-pat00012

이때, 최적의 투영 행렬 X 는 최대 고유치를 갖는 공분산 행렬 G의 d개의 고유벡터로서, X= [ X 1 , X 2 , ... , X d ]로 구성된다. 공분산 행렬 G 는 단지 n 의 크기를 가지므로 고유벡터인 투영 행렬 X 는 매우 효율적으로 계산될 수 있다. 투영 행렬 X n×d 차원의 행렬이므로, 주어진 얼굴 영상인 이미지 행렬 A(m×n)의 특징벡터 Y k (m×d)는 다음 수학식 6과 같이 고유벡터인 투영행렬 X 의 축에 투영함으로써 계산된다. Here, the optimal projection matrix X is d eigenvectors of the covariance matrix G having the maximum eigenvalues, where X = [ X 1 , X 2 , ..., X d ] . Since the covariance matrix G has only n × n , the eigenvector projection matrix X can be computed very efficiently. Since the projection matrix X is a matrix of n × d dimension, the feature vector Y k (m × d ) of the image matrix A (m × n ), which is a given face image, is a projection matrix that is an eigenvector as shown in Equation 6 below. Calculated by projecting onto the axis of X.

Figure 112012068946684-pat00013
Figure 112012068946684-pat00013

이하, A2D-PCA의 계산과정을 설명한다. A2D-PCA는 2D-PCA와 유사한 과정으로 처리된다. 단, A2D-PCA에서 공분산 행렬 G'는 수학식 7을 이용하여 계산된다. 이때, 최적의 투영 행렬 Z는 최대 고유치를 갖는 공분산 행렬 G'의 d' 개의 고유벡터로서, Z = [ Z 1 , Z 2 ,..., Z d' ]인 m × d' 차원의 행렬로 구성된다. Hereinafter, the calculation process of A2D-PCA will be described. A2D-PCA is treated in a similar process as 2D-PCA. However, in A2D-PCA, the covariance matrix G ' is calculated using Equation 7. In this case, the optimal projection matrix Z is the d 'eigenvectors of the covariance matrix G' having the maximum eigenvalues, which are m x d 'matrices where Z = [ Z 1 , Z 2 , ..., Z d' ]. It is composed.

투영 행렬 Z d' 차원의 행렬이므로, 주어진 얼굴 영상인 이미지 행렬 A(m×n)의 특징벡터 Y k '( d')는 수학식 8과 같이 고유벡터인 투영행렬 Z의 축에 투영함으로써 계산된다. Since the projection matrix Z is a matrix of m × d ' dimension, the feature vector Y k ' ( n × d ' ) of the image matrix A (m × n ), which is a given face image, is the eigenvector of the projection matrix Z as shown in Equation 8. Calculated by projecting on the axis.

Figure 112012068946684-pat00014
Figure 112012068946684-pat00014

Figure 112012068946684-pat00015
Figure 112012068946684-pat00015

이하, (2D)2PCA의 계산 방법을 설명한다. (2D)2PCA는 2D-PCA와 A2D-PCA를 결합한 형태로, 특징벡터 C 는 수학식 9로 계산된다. Hereinafter, the calculation method of (2D) 2 PCA is demonstrated. (2D) 2 PCA is a combination of 2D-PCA and A2D-PCA, the feature vector C is calculated by the equation (9).

Figure 112012068946684-pat00016
Figure 112012068946684-pat00016

여기서, X(n×d) 와 Z(m×d')는 각각 2D-PCA 와 A2D-PCA의 투영 행렬을 의미하며, 얼굴 영상의 이미지 행렬 A가 m×n의 크기일때, 특징 벡터 C는 d'×d 의 차원을 갖는다. (2D)2PCA 의 특징 벡터는 2D-PCA 또는 A2D-PCA의 특징벡터 차원보다 더 작은 d'×d 의 차원을 가지므로, 얼굴 인식시에 보다 더 효율적인 특징 기술자임을 알 수 있다. Here, X (n × d) and Z (m × d ') represent projection matrices of 2D-PCA and A2D-PCA, respectively, and when the image matrix A of the face image is the size of m × n, the feature vector C is It has a dimension of d '× d. It can be seen that the feature vector of the (2D) 2 PCA has a dimension of d '× d smaller than the feature vector dimension of the 2D-PCA or A2D-PCA, so that it is a more efficient feature descriptor at face recognition.

상기 얼굴 인식부(140)는 특징 추출부(130)에 의해 추출된 2차원 행렬 형태의 얼굴 특징벡터들을 이용하여, 얼굴 데이터베이스에 저장된 얼굴 영상들에 대한 특징 정보들을 구하고, 인식하고자 하는 얼굴 영상에 대한 특징 정보와 비교하여 얼굴 인식을 수행하게 된다. 상기 얼굴 인식부는 인식하고자 하는 테스트 영상에 대한 특징 정보와 학습 영상에 대한 특징 정보들에 대하여, 유클리언 거리 척도와 NN(Nearest Neighbor) 분류기를 적용하여 얼굴인식을 수행한다. 상기 유클리언 거리 척도는 수학식 10으로 표현된다. The face recognition unit 140 obtains feature information about face images stored in a face database by using face feature vectors in the form of a 2D matrix extracted by the feature extractor 130, and applies the face image to a face image to be recognized. The face recognition is performed by comparing the feature information. The face recognition unit performs face recognition on the feature information of the test image to be recognized and the feature information of the training image by applying a Euclidean distance scale and a Nearest Neighbor (NN) classifier. The Euclidean distance scale is represented by Equation 10.

Figure 112012068946684-pat00017
Figure 112012068946684-pat00017

여기서,

Figure 112012068946684-pat00018
Figure 112012068946684-pat00019
는 각각 학습 및 테스트에 사용되는 2D-PCA, A2D-PCA, 또는 (2D)2PCA의 특징 벡터를 의미한다. 더불어, 얼굴인식을 위하여 본 발명은 NN 분류기에 국한하지 않으며, Bayesian classifier, Fisher classifier, support vector machine (SVM) classifier, K-NN(k-Nearest Neighbor), Random forest 등의 일반적인 분류 알고리즘을 적용할 수 있다. here,
Figure 112012068946684-pat00018
and
Figure 112012068946684-pat00019
Denotes a feature vector of 2D-PCA, A2D-PCA, or (2D) 2 PCA used for learning and testing, respectively. In addition, the present invention is not limited to the NN classifier for face recognition, and general classification algorithms such as Bayesian classifier, Fisher classifier, support vector machine (SVM) classifier, K-NN ( k- Nearest Neighbor), Random forest, etc. may be applied. Can be.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 얼굴인식 시스템의 성능을 도시한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 MCS-LBP, MLDP, CGP등의 전처리 영상과 2D-PCA, A2D-PCA를 결합한 얼굴인식 방법이 종래의 PCA 방법, LBP와 2D-PCA를 결합한 방법보다 더 나은 인식 성능 향상을 보여주고 있음을 알 수 있다. 6 is a graph showing the performance of the face recognition system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the face recognition method combining 2D-PCA and A2D-PCA with pre-processed images of MCS-LBP, MLDP, CGP, etc. of the present invention is better than the conventional PCA method, LBP and 2D-PCA. It can be seen that the recognition performance is improved.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

본 발명에 따른 얼굴 인식 시스템은 보안 시스템, 개인 식별 시스템 등에 널리 사용될 수 있다. The face recognition system according to the present invention can be widely used for security systems, personal identification systems, and the like.

10 : 얼굴 인식 시스템
100 : 영상 입력부
110 : 얼굴영역 검출부
120 : 얼굴영역 전처리부
130 : 특징추출부
140 : 얼굴 인식부
10: face recognition system
100: video input unit
110: face area detection unit
120: face region preprocessor
130: feature extraction unit
140: face recognition unit

Claims (9)

다수 개의 얼굴 영상 및 각 얼굴 영상에 대한 식별 정보를 저장한 얼굴 데이터베이스;
외부로부터 입력된 영상으로부터 얼굴 영역을 추출하는 얼굴 영역 검출부;
상기 검출된 얼굴 영역을 구성하는 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환하는 전처리부;
이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상으로부터 특징 정보를 추출하는 특징 추출부;
상기 추출된 특징 정보와 상기 얼굴 데이터베이스에 저장된 얼굴 영상들에 대한 특징 정보들을 이용하여 얼굴 인식을 수행하는 얼굴 인식부;를 구비하고,
상기 전처리부는 아래의 수학식을 이용하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환하는 것을 특징으로 하는 조명 변화에 강인한 얼굴 인식 시스템.
Figure 112012068946684-pat00020

여기서, MCS-LBP는 각 화소의 이진 패턴 변환된 값을 나타내며, gC는 중심 화소의 화소값이며, g0,g1,g2,g3,g4,g5,g6,g7 은 중심화소를 중심으로 하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 순차적으로 배치된 이웃 화소들의 화소값이며, g0,g2,g4,g6는 중심화소와 수평 또는 수직인 위치에 배치된 이웃 화소들의 화소값이며, g1,g3,g5,g7 은 중심화소를 중심으로 하여 대각 위치에 배치된 이웃 화소들의 화소값임.
A face database storing a plurality of face images and identification information for each face image;
A face region detector extracting a face region from an image input from the outside;
A preprocessing unit converting pixel values of each pixel constituting the detected face region into a binary pattern;
A feature extractor which extracts feature information from a face image converted into a binary pattern;
And a face recognition unit configured to perform face recognition using the extracted feature information and feature information on face images stored in the face database.
The preprocessing unit is a face recognition system robust to changes in illumination, characterized in that for converting the pixel value of each pixel into a binary pattern using the following equation.
Figure 112012068946684-pat00020

Here, MCS-LBP represents a binary pattern converted value of each pixel, g C is a pixel value of the center pixel, and g 0 , g 1 , g 2 , g 3 , g 4 , g 5 , g 6 , g 7 Is a pixel value of neighboring pixels sequentially arranged in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the center pixel, and g 0 , g 2 , g 4 , g 6 are neighboring pixels arranged in a horizontal or vertical position with respect to the center pixel. Are pixel values, and g 1 , g 3 , g 5 , and g 7 are pixel values of neighboring pixels disposed at diagonal positions with respect to the center pixel.
다수 개의 얼굴 영상 및 각 얼굴 영상에 대한 식별 정보를 저장한 얼굴 데이터베이스;
외부로부터 입력된 영상으로부터 얼굴 영역을 추출하는 얼굴 영역 검출부;
상기 검출된 얼굴 영역을 구성하는 각 화소에 대하여 이웃 화소들의 에지 성분을 계산하고, 중심 화소와 에지 성분들과의 값을 비교하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환하는 전처리부;
이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상으로부터 특징 정보를 추출하는 특징 추출부;
상기 추출된 특징 정보와 상기 얼굴 데이터베이스의 얼굴 영상들에 대한 특징 정보들을 이용하여 얼굴 인식을 수행하는 얼굴 인식부;
를 구비하고, 상기 전처리부는 아래의 수학식을 이용하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환하는 것을 특징으로 하는 조명 변화에 강인한 얼굴 인식 시스템.
Figure 112012068946684-pat00021

여기서, MLDP는 각 화소의 이진 패턴으로 변환된 값을 나타내며, gC는 중심 화소의 화소값이며, mp는 이웃 화소들의 에지 성분을 나타내며, p는 이웃 화소의 번호를 나타냄.
A face database storing a plurality of face images and identification information for each face image;
A face region detector extracting a face region from an image input from the outside;
A preprocessor configured to calculate edge components of neighboring pixels for each pixel constituting the detected face region, and convert pixel values of each pixel into a binary pattern by comparing values between the center pixel and the edge components;
A feature extractor which extracts feature information from a face image converted into a binary pattern;
A face recognition unit performing face recognition using the extracted feature information and feature information on face images of the face database;
And the preprocessing unit converts the pixel value of each pixel into a binary pattern by using the following equation.
Figure 112012068946684-pat00021

Here, MLDP represents a value converted into a binary pattern of each pixel, g C represents a pixel value of the center pixel, m p represents an edge component of neighboring pixels, and p represents a number of neighboring pixels.
다수 개의 얼굴 영상 및 각 얼굴 영상에 대한 식별 정보를 저장한 얼굴 데이터베이스;
외부로부터 입력된 영상으로부터 얼굴 영역을 추출하는 얼굴 영역 검출부;
상기 검출된 얼굴 영역을 구성하는 각 화소의 화소값을 제1 이진 패턴으로 변환하는 제1 전처리부;
상기 검출된 얼굴 영역을 구성하는 각 화소에 대하여 이웃 화소들의 에지 성분을 계산하고, 중심 화소와 에지 성분들과의 값을 비교하여 각 화소의 화소값을 제2 이진 패턴으로 변환하는 제2 전처리부;
제1 이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상과 제2 이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상을 화소 단위로 AND 연산하여 제3 이진 패턴으로 변환시키는 제3 전처리부;
제3 이진 패턴으로 변환된 얼굴 영상으로부터 특징 정보를 추출하는 특징 추출부;
상기 추출된 특징 정보와 상기 얼굴 데이터베이스의 얼굴 영상들에 대한 특징 정보들을 이용하여 얼굴 인식을 수행하는 얼굴 인식부;
를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 변화에 강인한 얼굴 인식 시스템.
A face database storing a plurality of face images and identification information for each face image;
A face region detector extracting a face region from an image input from the outside;
A first preprocessing unit converting pixel values of each pixel constituting the detected face region into a first binary pattern;
A second preprocessor configured to calculate edge components of neighboring pixels for each pixel constituting the detected face region, and compare pixel values of the center pixels with edge components to convert pixel values of the respective pixels into a second binary pattern; ;
A third preprocessor configured to perform an AND operation on a pixel basis to convert the face image converted into the first binary pattern and the face image converted into the second binary pattern into a third binary pattern;
A feature extractor configured to extract feature information from a face image converted into a third binary pattern;
A face recognition unit performing face recognition using the extracted feature information and feature information on face images of the face database;
Face recognition system robust to changes in illumination, characterized in that it comprises a.
제3항에 있어서, 상기 제1 전처리부는 아래의 수학식을 이용하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환하는 것을 특징으로 하는 조명 변화에 강인한 얼굴 인식 시스템.
Figure 112012068946684-pat00022

여기서, MCS - LBP는 각 화소의 이진 패턴 변환된 값을 나타내며, gC는 중심 화소의 화소값이며, g0,g1,g2,g3,g4,g5,g6,g7 은 중심 화소를 중심으로 하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 순차적으로 배치된 이웃 화소들의 화소값이며, g0,g2,g4,g6는 중심 화소와 수평 또는 수직인 위치에 배치된 이웃 화소들의 화소값이며, g1,g3,g5,g7 은 중심화소를 중심으로 하여 대각 위치에 배치된 이웃 화소들의 화소값임.
4. The face recognition system of claim 3, wherein the first preprocessor converts the pixel values of each pixel into a binary pattern by using the following equation.
Figure 112012068946684-pat00022

Here, MCS - LBP represents a binary pattern converted value of each pixel, g C is a pixel value of the center pixel, and g 0 , g 1 , g 2 , g 3 , g 4 , g 5 , g 6 , g 7 Is a pixel value of neighboring pixels sequentially arranged in a clockwise or counterclockwise direction with respect to the center pixel, and g 0 , g 2 , g 4 , g 6 are neighboring pixels arranged at a position horizontal or perpendicular to the center pixel. Are pixel values, and g 1 , g 3 , g 5 , and g 7 are pixel values of neighboring pixels disposed at diagonal positions with respect to the center pixel.
제3항에 있어서, 상기 제2 전처리부는 아래의 수학식을 이용하여 각 화소의 화소값을 이진 패턴으로 변환하는 것을 특징으로 하는 조명 변화에 강인한 얼굴 인식 시스템.
Figure 112012068946684-pat00023

여기서, MLDP는 각 화소의 이진 패턴으로 변환된 값을 나타내며, gC는 중심 화소의 화소값이며, mp는 이웃 화소들의 에지 성분을 나타내며, p는 이웃 화소의 번호를 나타냄.
4. The face recognition system of claim 3, wherein the second preprocessor converts the pixel value of each pixel into a binary pattern by using the following equation.
Figure 112012068946684-pat00023

Here, MLDP represents a value converted into a binary pattern of each pixel, g C represents a pixel value of the center pixel, m p represents an edge component of neighboring pixels, and p represents a number of neighboring pixels.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특징 추출부는 상기 데이터베이스에 저장된 학습 얼굴 영상들의 이미지 공분산 행렬을 구하고, 상기 이미지 공분산 행렬을 이용하여 투영 행렬을 검출하고, 상기 투영 행렬을 이용하여 상기 변환 영상으로부터 특징 벡터를 추출하여 특징 정보로 제공하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 시스템. The method of claim 1, wherein the feature extractor obtains an image covariance matrix of learning face images stored in the database, detects a projection matrix using the image covariance matrix, and uses the projection matrix. And extract a feature vector from the transformed image and provide the feature vector as feature information. 제6항에 있어서, 상기 이미지 공분산 행렬(G)은 아래의 수학식에 의해 구하여지며, 상기 투영 행렬(X)는 최대 고유치를 갖는 이미지 공분산 행렬의 d개의 고유벡터들(X 1 , X 2 , ..., X d )로 구성되며, 상기 변환 영상(A)의 특징 벡터(Y k )는 아래의 수학식에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 시스템.
Figure 112012068946684-pat00024

Figure 112012068946684-pat00025

여기서, A k 는 N개의 학습 얼굴 영상들로서
Figure 112012068946684-pat00026
이며, 학습얼굴영상들의 평균 이미지는
Figure 112012068946684-pat00027
임.
The method of claim 6, wherein the image covariance matrix ( G ) is obtained by the following equation, and the projection matrix ( X ) is d eigenvectors ( X 1 , X 2 , ..., X d And a feature vector ( Y k ) of the transformed image ( A) is obtained by the following equation.
Figure 112012068946684-pat00024

Figure 112012068946684-pat00025

here, A k is N learning face images
Figure 112012068946684-pat00026
The average image of the learning face images is
Figure 112012068946684-pat00027
being.
제6항에 있어서, 상기 이미지 공분산 행렬(G')은 아래의 수학식에 의해 구하여지며, 상기 투영 행렬(Z)는 최대 고유치를 갖는 이미지 공분산 행렬의 d'개의 고유벡터들(Z 1 , Z 2 , ..., Z d' )로 구성되며, 상기 변환 영상(A)의 특징 벡터(Y k ')는 아래의 수학식에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 시스템.
Figure 112012068946684-pat00028

Figure 112012068946684-pat00029

여기서, A k 는 N개의 학습 얼굴 영상들로서
Figure 112012068946684-pat00030
이며, 학습얼굴영상들의 평균 이미지는
Figure 112012068946684-pat00031
임.
The method of claim 6, wherein the image covariance matrix G ' is obtained by the following equation, and the projection matrix Z is d' eigenvectors Z 1 , Z of the image covariance matrix having a maximum eigenvalue. 2 , ..., Z d ' And a feature vector ( Y k ') of the transformed image ( A) is obtained by the following equation.
Figure 112012068946684-pat00028

Figure 112012068946684-pat00029

here, A k is N learning face images
Figure 112012068946684-pat00030
The average image of the learning face images is
Figure 112012068946684-pat00031
being.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특징 추출부는
상기 데이터베이스에 저장된 학습 얼굴 영상들의 제1 이미지 공분산 행렬(G)을 아래의 수학식에 따라 구하고, 최대 고유치를 갖는 제1 이미지 공분산 행렬의 d개의 고유벡터들(X 1 , X 2 , ..., X d )로 구성되는 제1 투영 행렬(X)을 구하고,
상기 데이터베이스에 저장된 학습 얼굴 영상들의 제2 이미지 공분산 행렬(G')을 아래의 수학식에 따라 구하고, 최대 고유치를 갖는 제2 이미지 공분산 행렬의 d'개의 고유벡터들(Z 1 , Z 2 , ..., Z d' )로 구성되는 제2 투영 행렬(Z)을 구하고,
상기 제1 및 제2 투영 행렬들(X,Z)을 이용하여 상기 변환 영상(A)으로부터 특징 벡터(C)를 아래의 수학식에 따라 구하여 특징 정보로 제공하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인식 시스템.
Figure 112012068946684-pat00032

Figure 112012068946684-pat00033

Figure 112012068946684-pat00034

여기서, A k 는 N개의 학습 얼굴 영상들로서
Figure 112012068946684-pat00035
이며, 학습얼굴영상들의 평균 이미지는
Figure 112012068946684-pat00036
임.



The feature extractor of any one of claims 1 to 5, wherein the feature extraction unit
The first image covariance matrix G of the learning face images stored in the database is obtained according to the following equation, and the d eigenvectors X 1 , X 2 , ... , X d Find the first projection matrix X composed of
'Obtained according to the equation below, the second image covariance matrix of d having the maximum eigenvalue second image covariance matrix (G), of the learning face images stored in the database, the eigenvectors (Z 1, Z 2,. .., Z d ' Find the second projection matrix Z composed of
And a feature vector ( C ) is obtained from the transformed image ( A ) using the first and second projection matrices ( X, Z ) according to the following equation and provided as feature information.
Figure 112012068946684-pat00032

Figure 112012068946684-pat00033

Figure 112012068946684-pat00034

here, A k is N learning face images
Figure 112012068946684-pat00035
The average image of the learning face images is
Figure 112012068946684-pat00036
being.



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