KR102241406B1 - 얼굴 인증 장치 및 얼굴 인증 방법 - Google Patents

얼굴 인증 장치 및 얼굴 인증 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴 인증 장치는, 카메라를 포함하며, 상기 카메라에 접근한 사용자의 얼굴을 촬영한 영상으로부터 얼굴정보를 생성하는 얼굴촬영부; 상기 영상을 분석하여 상기 사용자의 키와 관련있는 높이비를 계산하는 높이비 계산부; 이미 인증완료된 등록자로부터 획득된 얼굴정보인 등록얼굴정보와 상기 등록자의 높이비인 등록높이비를 서로 관련지어 저장하는 데이터저장부; 및 인증을 시도하는 인증시도자로부터 시도얼굴정보와 시도높이비를 획득하고, 상기 시도얼굴정보 및 상기 시도높이비를 상기 데이터저장부의 상기 등록얼굴정보 및 상기 등록높이비와 비교하여 사용자인증을 처리하는 인증처리부;를 포함할 수 있다.

Description

얼굴 인증 장치 및 얼굴 인증 방법{FACIAL RECOGNITION APPARATUS AND FACIAL RECOGNITION METHOD}
본 발명은 얼굴 인증 장치 및 얼굴 인증 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 사용자 인증에 있어서 얼굴과 키의 조합으로 사용자인증의 속도와 정확도를 향상시키고 처리 부하를 감소시킨 얼굴 인증 장치 및 얼굴 인증 방법에 관한 것이다.
출입 통제, 근태 관리, 빌딩 통합 보안 시스템, 금융 자동화기기, 컴퓨터 보안 분야, 전자 상거래 인증, 공항 보안 시스템 등에 있어서, 얼굴 형태의 특징을 이용하는 얼굴 인식 기술이 적용되고 있다.
일반적인 얼굴 인식 장치는, 장치에 대해 허용된 사용자(이하, '등록자'라 함)의 얼굴을 촬영하여 생성한 얼굴 정보(이하, '등록얼굴정보'라 함)를 미리 저장하여 두고, 이를 이용하여 사용자 인증을 처리하게 된다.
즉, 얼굴 인식 장치에 인증을 요청하는 사용자(이하, '인증시도자'라 함)가 접근하게 되면, 얼굴 인증 장치는 상기 인증시도자의 얼굴을 촬영하여 얼굴 정보를 생성하고(이하, '시도얼굴정보'라 함), 생성한 상기 시도얼굴정보와 미리저장된 상기 등록얼굴정보를 비교한다. 만일, 시도얼굴정보와 일치하는 정도(이하, '유사도'라 함)가 미리설정된 기준값 이상이 되는 등록얼굴정보가 존재하는 경우, 얼굴 인증 장치는 인증시도자를 상기 등록자라고 인식하여 인증 성공으로 판정하게 된다.
한편, 얼굴 인증 장치는 해당 장치에 등록된 등록자의 수가 많아질수록, 또는 단일의 등록자에 대하여 복수의 등록얼굴정보를 저장하는 시스템일수록 등록얼굴정보의 개수가 많아져서, 사용자 인증을 처리하는 부하가 높아지고 처리 시간이 길어질 수 있다. 특히, 등록얼굴정보가 많아질수록, 비슷한 얼굴정보가 존재할 가능성이 높아지므로, 오인증하게 되는 경우가 발생할 수 있다.
이처럼, 복수의 등록얼굴정보를 이용하는 경우에 있어서, 장치의 처리 부하를 낮추고 사용자 오인증을 줄이기 위한 방안으로서, 복수의 등록얼굴정보를 그룹화하고 시도얼굴정보를 어느 하나의 선택된 그룹에 포함된 등록얼굴정보들과 비교함으로써, 비교해야 할 등록얼굴정보의 개수를 줄이는 방식이 제안되었다.
등록특허 제10-1389980호(명칭: 사용자 그룹핑을 통해 사용자를 관리하는 얼굴 인식장치와 시스템 및 그 방법)(이하, '종래기술'이라 함)는 상기한 방식의 예시이다.
상기 종래기술에서는, 인식된 사용자들의 얼굴정보를 복수의 그룹으로 구분하여 저장하되, 각 얼굴정보 간 유사도를 계산하고, 계산된 유사도를 이용하여 유사한 얼굴정보를 갖는 사용자들을 서로 다른 그룹으로 분리하여 그룹화하는 방식을 개시한다.
이러한 종래기술에 따른 방식에 의하면, 소정 그룹 단위로 등록얼굴정보를 비교하여 사용자 인증을 처리할 수 있으므로, 인증의 처리 속도를 높일 수 있게 된다.
하지만, 상기 종래기술은, 등록자의 등록얼굴정보를 그룹화하기 위해서는 등록얼굴정보 사이의 유사도를 계산해야 한다는 전처리 과정을 필요로 한다. 특히, 상기 종래기술은, 시도자의 시도얼굴정보을 이용하여 사용자 인증을 처리하는 데에 있어서, 장치의 처리 부하를 줄이거나 처리 시간을 줄이는 것에 대해서는 어떠한 이점도 제공하지 않는다. 시도자의 시도얼굴정보은, 실제적으로는, 모든 그룹의 모든 등록얼굴정보들과 비교되어야 할 것이므로, 종래기술에 의해서는 사용자 인증의 처리 부하 및 처리 시간을 줄일 수 있다고 볼 수 없다.
본 발명은, 얼굴 영상을 이용한 사용자 인증에 있어서, 얼굴 영상으로부터 획득할 수 있는 또 하나의 팩터를 이용하여 사용자 인증의 정확도를 향상시키고자 한다.
또한, 본 발명은, 사용자의 고유한 특징과 관련있는 또 하나의 팩터로 등록얼굴정보들을 그룹화하고, 사용자 인증을 처리할 때, 상기 팩터에 의해 등록얼굴정보의 그룹을 1차 선별하고, 1차 선별된 그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 실체적인 사용자 인증을 처리함으로써, 사용자 인증의 처리 부하 및 처리 시간을 실질적으로 줄일 수 있는 얼굴 인증 장치 및 얼굴 인증 방법을 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴 인증 장치는, 카메라를 포함하며, 상기 카메라에 접근한 사용자의 얼굴을 촬영한 영상으로부터 얼굴정보를 생성하는 얼굴촬영부; 상기 영상을 분석하여 상기 사용자의 키와 관련있는 높이비를 계산하는 높이비 계산부; 이미 인증완료된 등록자로부터 획득된 얼굴정보인 등록얼굴정보와 상기 등록자의 높이비인 등록높이비를 서로 관련지어 저장하는 데이터저장부; 및 인증을 시도하는 인증시도자로부터 시도얼굴정보와 시도높이비를 획득하고, 상기 시도얼굴정보 및 상기 시도높이비를 상기 데이터저장부의 상기 등록얼굴정보 및 상기 등록높이비와 비교하여 사용자인증을 처리하는 인증처리부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 얼굴 인증 장치는, 카메라를 포함하며, 상기 카메라에 접근한 사용자의 얼굴을 촬영한 영상으로부터 얼굴정보를 생성하는 얼굴촬영부; 상기 영상을 분석하여 상기 사용자의 키와 관련있는 높이비를 계산하는 높이비계산부; 이미 인증완료된 복수의 등록자들 각자로부터 획득된 얼굴정보인 등록얼굴정보를 저장하는 데이터저장부; 및 상기 복수의 등록얼굴정보 각각을 상기 높이비에 근거하여 구분된 복수의 그룹들 중 적어도 하나에 저장하여 두고, 이후에, 인증을 시도하는 인증시도자로부터 시도얼굴정보와 시도높이비가 획득되면, 상기 시도높이비에 근거하여 상기 복수의 그룹들 중 적어도 하나를 선택하고, 상기 시도얼굴정보를 상기 선택된 그룹에 포함된 등록얼굴정보와 비교하여 사용자인증을 처리하는 인증처리부;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 카메라는 임의의 높이(H1)에 화각중심선이 수평이 되도록 설치되고, 상기 높이비계산부는, 상기 영상을 분석하여, 양쪽 눈 사이의 거리(ΔH1)와, 상기 화각중심선으로부터 적어도 하나의 눈까지의 수직높이(H3)를 획득하고, H3/ΔH1의 값을 상기 사용자의 높이비로서 결정할 수 있다.
또한, 상기 ΔH1는, 상기 영상으로부터 획득되는, 상기 사용자의 적어도 하나의 눈과 입 사이의 거리일 수 있다.
또한, 상기 카메라는 상기 사용자가 서있는 바닥면으로부터 임의의 높이(H1)에 화각중심선이 수평이 되도록 설치되고, 상기 높이비계산부는, 상기 영상을 분석하여, 상기 사용자의 양쪽 눈의 연결선과 입까지의 수직거리(ΔH2)와, 상기 화각중심선으로부터 상기 연결선까지의 수직높이(H3)를 획득하고, H3/ΔH2의 값을 상기 사용자의 높이비로서 결정할 수 있다.
특히, 상기 얼굴 인증 장치는, 상기 화각중심선을 수평으로 조정하기 위해 사용되는 중력 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 인증처리부는, 상기 시도얼굴정보와 상기 시도높이비를 획득하면, 상기 시도높이비의 높이비를 포함하는 포함그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 1차 사용자인증을 처리하고, 상기 1차 사용자인증이 실패한 경우에, 상기 포함그룹과 높이비가 인접한 유사그룹을 추가로 선택하고, 상기 선택된 유사그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 2차 사용자인증을 처리하되, 상기 유사그룹의 등록얼굴정보를 이용하는 경우에는, 상기 1차 사용자인증에 비해 유사도 기준값을 상향시켜 사용자인증을 처리할 수 있다.
또한, 상기 1차 사용자인증에 비해 유사도 기준값을 상향시켜 처리한 상기 2차 사용자인증에서 인증성공한 등록얼굴정보를 상기 시도높이비와 관련지어 갱신할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이미 인증완료된 등록자의 얼굴을 촬영한 영상으로부터 등록얼굴정보를 생성하고, 상기 영상을 분석하여 상기 등록자의 키와 관련있는 등록높이비를 생성하는 단계; 복수의 등록자들 각자로부터 획득된 복수의 등록얼굴정보들을 각자의 상기 등록높이비와 관련지어 저장하는 단계; 인증을 시도하는 인증시도자로부터, 시도얼굴정보와 상기 인증시도자의 높이비와 관련있는 시도높이비를 획득하는 단계; 상기 시도얼굴정보 및 상기 시도높이비를 상기 등록얼굴정보 및 상기 등록높이와 비교하여 사용자인증을 처리하는 단계;를 포함하는, 얼굴 인증 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 이미 인증완료된 등록자의 얼굴을 촬영한 영상으로부터 등록얼굴정보를 생성하고, 상기 영상을 분석하여 상기 등록자의 키와 관련있는 등록높이비를 생성하는 단계; 복수의 등록자들로부터 획득된 복수의 등록얼굴정보들을, 상기 등록높이비에 근거하여 구분된 복수의 그룹들 중 적어도 하나에 저장하는 단계; 인증을 시도하는 인증시도자로부터 시도얼굴정보와 시도높이비를 획득하는 단계; 상기 시도높이비에 근거하여 상기 복수의 그룹들 중 적어도 하나를 선택하는 단계; 및 상기 시도얼굴정보를 상기 선택된 그룹에 포함된 상기 등록얼굴정보와 비교하여 사용자인증을 처리하는 단계;를 포함하는, 얼굴 인증 방법이 제공된다.
특히, 사용자의 얼굴을 촬영하기 위한 카메라가 임의의 높이(H1)에 화각중심선이 수평이 되도록 설치되고, 상기 높이비는: 촬영된 영상을 분석하여, 양쪽 눈 사이의 거리(ΔH1) 또는 양쪽 눈의 연결선과 입까지의 수직거리(ΔH2)를 획득하고, 상기 화각 중심선으로부터 적어도 하나의 눈까지의 수직높이(H3)를 획득하고, 상기 H3/ΔH1 또는 상기 H3/ΔH2의 값으로서 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사용자인증을 처리하는 단계는, 상기 시도높이비의 높이비를 포함하는 포함그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 1차 사용자인증을 처리하고, 상기 1차 사용자인증이 실패한 경우에, 상기 포함그룹과 높이비가 인접한 유사그룹을 추가로 선택하고, 상기 선택된 유사그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 2차 사용자인증을 처리하되, 상기 유사그룹의 등록얼굴정보를 이용하는 경우에는, 상기 1차 사용자인증에 비해 유사도 기준값을 상향시켜 사용자인증을 처리하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 얼굴 영상으로부터 획득할 수 있는 또 하나의 팩터인, 키 또는 눈높이와 관련있는 높이비를 이용하여 사용자 인증을 처리함에 따라, 인증의 정확도를 향상시킬 수 있다.
더욱, 본 발명에 의하면, 높이비를 또 하나의 팩터로 사용하여 등록얼굴정보를 그룹화하여 저장하고, 인증시도자에 대한 사용자 인증을 처리할 때에는 상기 인증시도자로부터 계산되는 높이비에 근거하여 특정 그룹을 1차로 선택하고, 선택된 그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 실체적으로 사용자 인증을 시도하게 됨으로써, 시도얼굴정보에 비교할 등록얼굴정보의 수를 최소화할 수 있으므로, 사용자 인증을 처리하기 위한 장치의 부하와 처리 시간을 실질적으로 줄일 수 있게 된다.
도 1은, 본 발명에 따른 얼굴 인증 장치의 개략적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는, 본 발명에서 사용하는 각 팩터를 설명하는 개념도이다.
도 3은, 사용자의 키에 따라 다르게 촬영되는 얼굴 영상 및 그로부터 획득되는 각 팩터의 예시를 보여주는 도면이다
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴 인증 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 얼굴 인증 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 얼굴 인증 장치 및 얼굴 인증 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 계산하고 한정하여 이해해서는 안될 것이다.
더욱, 이하에서 설명되어질 본 발명의 다양한 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여주기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 보호 범위는 첨부 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형을 설계할 수 있을 것이므로, 본 발명의 권리범위는 본 발명과 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상을 포괄하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴 인증 장치의 개략적인 구성부 및 그의 기능을 설명한다. 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴 인증 장치(100)는, 얼굴촬영부(110)와 높이비계산부(120)와 데이터저장부(130)와 인증처리부(140)를 포함할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 얼굴 인증 장치(100)는, 출입이 제한되는 보안 시설의 출입문 주변의 벽면에, 또는, 특정 장비나 관련 시스템을 조작하기 위해 거쳐야 하는 보안 인증을 수행하기 위해서 상기 장비나 시스템의 벽면 또는 그 주변에 설치될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 얼굴 인증 장치(100)는, 임의의 높이에 설치되되 카메라(115)의 화각중심선이 수평방향을 향하도록 설치되어야 한다.
얼굴촬영부(110)는, 카메라(115)를 포함하며, 카메라(115)에 접근한 사용자의 얼굴을 촬영하고, 촬영한 영상으로부터 얼굴정보를 생성한다. 얼굴정보는, 미리정의된 화소 크기의 프레임에 얼굴만을 가득채운 템플릿 영상이거나, 얼굴 내에서 설정되는 복수의 특징점들의 위치관계를 나타내는 정보일 수 있다.
얼굴촬영부(110)는, 슬립 모드로 유지되는 카메라를 주기적으로 동작시켜 전방에 사용자가 접근하였는지 감지하거나, 전방을 상시 촬영하는 카메라로부터 실시간으로 전송되는 영상을 분석하여 사용자의 얼굴을 감지하거나, 별도의 물체 접근 감지용 센서를 구비하여 전방에 사용자의 접근을 감지할 수 있다. 촬영된 영상은 인증처리부로 전송될 수 있다.
본 발명에서, 얼굴촬영부(110)(특히, 카메라)는, 임의의 높이(H1)에서 수평 방향을 향하도록 설치되어 있을 것이므로, 촬영된 영상의 프레임 내에 나타나는 사용자의 얼굴은, (사용자가 허리나 다리를 굽히거나 굽이 높은 신발을 신었거나 까치발을 서는 등으로 키를 조작하지 않는다면), 사용자의 키에 따라 프레임 내에서 위쪽으로 또는 아래쪽으로 높이가 서로 다르게 나타날 것이다(도 3 참조).
따라서, 사용자는 상기 카메라 앞에서는 바르게 선 자세에서 얼굴을 전, 후 좌, 우로 기울이지 않는 것이 바람직하다
여기서, 카메라(115)가 설치되는 높이(H1)는, 특정한 값으로 지정되어야 하는 것은 아니다. 다만, 본 발명에서는, 등록 사용자를 키를 기준으로 등록얼굴정보들을 그룹화하는 것으로 설명하고 있기 때문에, 사용자의 키를 역산하기 위하여, 예시로서, H1을 특정의 높이(예를 들어, 150cm)로 설정하였다.
높이비계산부(120)는, 얼굴촬영부(110)에 의해 촬영된 영상을 분석하여 사용자의 고유의 특징으로서 사용될 수 있는 높이비를 계산한다. 높이비는, 사용자의 키와 관련있는 정보이다. 여기서, 본 발명에서는, 바닥으로부터 사용자의 어느 한쪽 눈까지의 높이를 사용자의 키(H2)로서 정의할 수 있다. 다른 방식으로는, 바닥으로부터 머리끝까지의 키 또는 바닥으로부터 입까지의 높이 등이 키로서 사용될 수 있다.
높이비계산부(120)는, 촬영된 영상의 화각중심선으로부터 눈까지의 높이(H3)를 획득할 수 있는데, 이것은, 바닥으로부터 사용자의 눈까지의 높이로서 정의되는 사용자의 키(H2)에서 바닥으로부터 카메라(115)까지의 높이(H1)를 뺀 것과 같다. 따라서, H3=H2-H1의 관계가 성립될 수 있다. 사용자의 키(또는, 눈까지의 높이)는, 사용자마다의 고유한 특징일 수 있으므로, 상기 H2 및 H3 역시 사용자마다 고유하게 나타난다. 비록, 동일한 또는 비슷한 키의 사용자가 다수 존재할 수 있기 때문에 키가 사용자를 구별할 수 있는 완전히 고유한 특징이라고는 할 수 없지만, 다수의 사용자들을 개략적으로 구분지을 수 있는 팩터로서는 활용 가치가 있다.
이어서, 높이비계산부(120)는, 카메라에 의해 촬영된 영상으로부터, 바람직하게는, 촬영된 영상 내의 사용자의 신체 부위로부터, 더욱 바람직하게는, 촬영된 사용자의 얼굴로부터, 모든 사용자들에 걸쳐 동일하다고 또는 유사하다고 또는 일정한 크기 범위 내에 있다고 인정될 수 있는 공통의 팩터(ΔH)를 결정한다. 그 팩터는, 예를 들면, 사용자의 얼굴 영상으로부터 획득되는 눈과 눈 사이의 거리(IPD)로서 결정되거나(ΔH1) 또는 어느 하나의 눈으로부터 입까지의 거리 또는 양쪽 눈의 연결선으로부터 입까지의 수직 거리(ΔH2)로서 결정될 수 있다.
다음으로 높이비계산부(120)는, 사용자의 키와 관련된 팩터(H3)를 상기 팩터(ΔH)로 나누어서 "높이비"를 계산한다. 이렇게 계산된 높이비는 사용자의 절대적인 키에 비례하는 크기를 가지게 될 것인데, 특히, 사용자와 카메라(115) 사이의 거리와 관계없이 해당 사용자에 대해서 고유하게 계산될 수 있다.
카메라(115)에 의해 촬영된 사용자의 영상만을 이용하여 사용자의 키를 분석하는 경우에, 예를 들어, 사용자가 카메라(115)에 가까이 접근한 상태에서 촬영되면 프레임 내에서 사용자의 얼굴이 위쪽에 위치하게 될 것이므로, 사용자는 키가 큰 것으로 인식될 수 있다(도 3의 (a) 참조). 한편, 사용자가 카메라에서 멀리 떨어진 상태로 촬영되면 촬영된 영상의 사용자의 얼굴이 프레임 내에서 중간 또는 아래쪽에 위치하게 될 것이므로, 사용자는 키가 작다고 인식될 수 있을 것이다.
또한, 사용자가 카메라(115)에 가까이 접근한 상태에서 촬영되면 프레임 내에서 사용자의 얼굴이 크게 촬영될 것이고, 반대로 사용자가 카메라에서 멀리 떨어진 상태로 촬영되면 프레임 내에서 사용자의 얼굴이 작게 촬영될 것이다.
이처럼 사용자와 카메라(115) 사이의 거리에 따라 사용자의 키가 다르게 인식되고 심지어 사용자의 얼굴 크기가 다르게 인식된다면, 사용자의 키와 관련된 팩터를 사용자 인증에 활용하고자 하는 본 발명의 기술적 특징은 구현될 수 없다.
따라서, 사용자가 카메라(115)에 가까이 있거나 멀리 있을 때에도, 카메라(115)와 사용자와의 거리를 반영할 수 있는 팩터가 필요하게 되는데, 그것이 ΔH(ΔH1, ΔH2)로서 정의된, 상기한 사용자의 얼굴 영상으로부터 획득되는 눈과 눈 사이의 거리(IPD), 또는 어느 하나의 눈으로부터 입까지의 거리 또는 양쪽 눈의 연결선으로부터 입까지의 수직 거리인 것이다.
따라서, 촬영된 영상에서 측정되는 ΔH1 또는 ΔH2의 크기에 근거하여, 카메라(115)로부터 사용자까지의 거리를 대략적으로 예측할 수 있게 된다. 특히, 카메라의 화각중심선을 사용자가 서있는 바닥에 대해 평행으로(수평으로) 설정하면, ΔH1 또는 ΔH2의 크기에 근거하여, 사용자의 얼굴의 높이(예를 들면, 키)를 대략적으로 예측할 수 있게 된다.
본 발명에서는, 사용자의 키와 관련있는 H3를 ΔH1 또는 ΔH2로 나눔으로써, 각 사용자의 키를 반영할 수 있는 높이비를 결정한다.
데이터저장부(130)는, 본 얼굴 인증 장치 또는 본 얼굴 인증 장치에 의해 접근이 차단/허용되는 또 하나의 시스템에 이미 인증이 완료된 복수의 등록자들의 각자로부터 생성되어 획득된 얼굴정보인 등록얼굴정보를 저장한다. 이때, 복수의 등록얼굴정보들은 해당 등록자로부터 획득된 높이비인 등록높이비와 쌍으로 함께 저장될 수 있다.
인증처리부(140)는, 본 발명에 따른 얼굴 인증 장치(100)에서 구현되는 사용자 촬영 동작, 얼굴 분석 동작, 높이비 계산 동작, 얼굴정보 저장 동작, 사용자 인증 동작, 인증결과의 출력 동작 등의 전반적인 기능을 제어할 수 있다.
즉, 인증처리부(140)는, 본 얼굴 인증 장치에 인증을 시도하는 사용자의 접근이 감지되면(예를 들면, 얼굴촬영부에서 감지할 수 있음), 인증시도자를 촬영한 영상으로부터 생성된 시도얼굴정보와 시도높이비를 획득할 수 있다.
그러면, 제공된 시도얼굴정보 및 시도높이비를, 데이터저장부(130)에 저장된 등록얼굴정보 및 등록높이비와 비교함으로써, 사용자 인증을 처리한다.
사용자 인증 절차는, 예를 들면, 시도얼굴정보의 얼굴 특징점의 위치관계를 복수의 등록얼굴정보의 얼굴 특징점의 위치관계와 각각 비교하여 각각의 유사도를 계산하고, 계산된 유사도가 가장 높은 것이 미리설정된 기준값을 넘어서는지를 검사하고, 기준값이 넘는 등록얼굴정보가 있으면, 해당 등록얼굴정보에 관련된 등록키높이와 시도키높이를 비교하고, 등록키높이와 시도키높이가 서로 일치할 때 또는 미리결정된 범위 내에서 일치할 때, 최종으로 인증시도자를 해당 등록얼굴정보의 등록자인 것으로 간주하여 "인증 성공"으로 판정할 수 있다. 만일, 얼굴정보의 비교에서 기준값을 넘는 등록얼굴정보가 없으면 또는 키높이의 차이가 상기 범위를 초과하는 경우에는, 인증시도자를 "인증 실패"로 판정할 수 있다.
이처럼, 얼굴 영상을 이용한 사용자 인증에서, 사용자의 키와 관련있는 키높이를 추가적인 팩터로 이용하게 되므로, 사용자 인증의 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예로서, 인증처리부(140)는, 본 얼굴 인증 장치에 이미 인증완료된 사용자인 등록자로부터 얼굴정보(즉, 등록얼굴정보)와 높이비(즉, 등록높이비)가 획득되면, 등록얼굴정보를 등록높이비에 근거하여 분류된 복수의 그룹들 중 하나에 저장한다. 복수의 그룹은, 예를 들면, 키(바닥으로부터 사용자의 정수리까지의 높이 또는 눈까지의 높이)가 150cm 미만인 등록자 그룹, 키가 150~160cm인 등록자 그룹, 키가 160~170cm인 등록자 그룹, 키가 170~180cm인 등록자 그룹, 키가 180cm 이상인 등록자 그룹과 같이 구분지어질 수 있다.
그룹화된 등록얼굴정보가 유지되고 있는 상태에서, 새로운 사용자의 접근이 감지되면(예를 들면, 얼굴촬영부에서 감지할 수 있음), 즉, 시스템에 인증을 시도하는 인증시도자가 감지되면, 인증처리부(140)는 시도얼굴정보와 시도높이비를 획득하고, 획득된 시도높이비를 포함하는 높이비의 어느 하나의 그룹(이하, 포함 그룹으로 지칭함)을 선택하고, 시도얼굴정보를 선택된 포함 그룹 내의 등록얼굴정보들과 비교하는 사용자인증 절차를 수행한다.
이처럼, 등록얼굴정보를 각 등록자의 키(즉, 높이비)에 근거하여 그룹지어 두고, 사용자 인증시에는, 인증시도자와 키가 유사한 그룹을 선택하고, 거기에 포함된 등록얼굴정보만을 대상으로 유사도를 계산하게 되므로, 하나의 시도얼굴정보와 하나씩 비교하여 유사도를 계산할 등록얼굴정보의 개수가 적어지게 되므로, 사용자 인증을 실행하는 처리 부하가 감소하고, 사용자 인증의 처리 시간도 감소하게 된다.
한편, 본 실시예의 변형에서는, 포함 그룹의 등록얼굴정보를 이용한 사용자 인증(이하, '1차 사용자 인증'이라 함)에서 인증 실패로 판정된 경우에, 앞서 선택된 그룹의 주변에 있는 적어도 하나의 다른 그룹(이하, 유사 그룹으로 지칭함)을 다시 선택하고, 선택된 유사 그룹 내의 등록얼굴정보를 이용하여 사용자 인증을 다시 처리하게 된다(이하, '2차 사용자 인증'이라 함).
하지만, 이렇게 다시 시도되는 사용자 인증에서도 다시 인증 실패로 판정되면, 인접한 다른 그룹을 하나씩 선택하여 사용자 인증을 계속 실행할 수 있는데(3차... N차 사용자인증), 모든 그룹들을 이용한 사용자 인증을 거친 이후에도 일치하는 등록자가 탐색되지 않은 경우에, 최종적으로 인증 실패를 확정할 수 있다.
한편, 본 실시예의 또 다른 변형에서는, 사용자 인증을 2차, 3차 등에 걸쳐 재시도하는 경우에 있어서는, 인증 성공/실패를 판정하기 위한 유사도의 값을 변경할 수 있다.
예를 들면, 시도높이비를 통해 인증시도자의 키가 177cm으로 예측되었다면, 등록자의 키가 170~180cm인 그룹을 가장 먼저 선택하게 될 것이다(즉, 포함 그룹). 이 포함 그룹에 있는 복수의 등록얼굴정보들을 하나씩 시도얼굴정보와 비교하여 유사도들을 계산할 것이다. 여기서, 이러한 1차 사용자 인증의 유사도는 예를 들어 80%로 설정될 수 있다.
만일, 1차 사용자 인증에서 계산되는 유사도의 값들이 모두 80% 미만으로 나타나면, 그 다음으로 인증시도자의 키와 유사한 그룹인, 등록자의 키가 180cm 이상인 그룹을 선택하고(즉, 유사 그룹), 선택된 유사 그룹의 등록얼굴정보들과 시도얼굴정보 사이의 유사도들을 계산한다. 이러한 2차 사용자 인증의 유사도의 기준값은, 예를 들어 85%로 상향 변경함으로써, 인증 기준을 더욱 강화할 수 있을 것이다.
계속되는 인증 실패시에는, 등록자의 키가 150~160cm인 그룹이 선택될 수 있을 것이며, 이때의 유사도 기준값은 85%의 상태를 유지하거나 90%로 더욱 상향될 수 있다.
한편, 상기 인증 처리부(140)는, 2차 이상의 사용자 인증을 시도하는 동안 유사도의 기준값을 상향시켜 사용자인증을 처리하였을 때 인증성공으로 판정되었다면, 그 시도얼굴정보를 해당 등록얼굴정보로 갱신할 수 있다. 특히, 이 경우, 갱신된 등록얼굴정보는 시도높이비의 포함 그룹으로 이동될 수 있다.
즉, 강화된 인증 조건을 통과한 인증시도자의 얼굴 모습 및 키는, 동일인으로 판정된 등록자의 최신 얼굴 및 키를 반영한다고 간주할 수 있으므로, 금번에 촬영된 시도얼굴영상 및 시도높이비를 해당 등록자의 등록얼굴영상 및 등록높이비로 재등록하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 등록자로부터의 등록얼굴정보를 등록자의 키와 관련있는 높이비에 근거하여 그룹화하고, 인증시도자의 시도얼굴정보과 높이비가 유사한 그룹을 선택하여 1:N 방식으로 유사도를 계산하게 되면, 하나의 시도얼굴정보에 대해 비교할 등록얼굴정보들의 개수(N)를 상당히 감소시킬 수 있다. 따라서, 사용자 인증의 처리 부하 및 시간을 감소시킬 수 있게 된다.
도 2는, 본 발명에서 사용되는 각 팩터들을 예시적으로 보여주는 도면이다. 본 발명에서는, 얼굴 인증 장치(100)의 카메라(115)가 임의의 높이(H1)에 설치되되, 특히, 바닥에 대해 평행이 되도록, 예를 들면, 수평 방향을 바라보도록 설치되어야 한다.
또한, 본 발명에서는, 신체 부위로부터 얻어지는 팩터로서, 모든 등록자/인증시도자에 걸쳐 동일하다고 또는 유사하다고 또는 일정한 크기 범위 내에 있다고 인정될 수 있는 공통의 팩터(ΔH)를 사용하는데, 이는, 얼굴 내 특정 기관의 크기, 눈과 눈 사이의 거리, 또는 어느 한쪽 눈으로부터 입의 특정 부위까지의 거리, 양쪽눈의 연결선으로부터 입의 특정 부위까지의 수직거리일 수 있다.
이로써, 수평인 화각중심선과, 임의의 고정된 값인 H1과, 사용자들에게는 절대적이지만 촬영된 영상에서는 얼굴 크기와 동일한 비율로 크게 보이거나 작게 보이는 상대적인 값인 ΔH1을 정의하고 이용함으로써, 촬영된 영상으로부터 사용자의 키를 예측할 수 있게 된다. 더욱, 예측된 키를, 사용자를 개략적으로 구분할 수 있는 팩터로서 및 사용자 인증 절차를 개선하는 팩터로서 활용할 수 있는 것이다.
도 3은, 사용자의 키에 따라 다르게 촬영될 수 있는 영상의 예를 보여준다. (a)는, 화각중심선의 높이(즉, H1일 수 있음)보다 키가 훨씬 커서 눈높이가 화각중심선보다 높게 촬영된 영상을 보여준다. 여기서의 H3는 양수(+)로 및 비교적 큰 값으로 나타난다. 따라서, 계산되는 높이비 역시 양수이며 비교적 큰 값이 된다.
(b)는, 화각중심선보다 키가 별로 크지 않아서 눈이 화각중심선의 아래에 촬영된 영상을 보여준다. 이 경우에는, H3는, 음수(-)로 나타날 수 있으며, 비교적 작은 값으로 나타날 수 있다.
도 4는, 본 발명 일 실시예에 따른 얼굴영상과 등록 높이비에 근거하여 사용자 인증을 처리하는 얼굴 인증 방법을 설명하는 흐름도이다. 최초에, 얼굴 인증 장치(100)는, 임의의 고정된 높이(H1)에 설치되어야 하며, 화각중심선은 수평으로 조정되어야 한다.
먼저, 등록자의 등록얼굴정보를 저장하는 절차를 수행하기 위하여, 얼굴 인증 장치(100)는, 등록자를 촬영하여 등록얼굴정보를 생성하고, 해당 등록자의 높이비를 계산할 수 있다(S110). 생성된 등록얼굴정보는 높이비와 함께 쌍으로 저장될 수 있다(S120).
이어서, 인증시도자의 접근에 의해 개시되는 사용자 인증 절차를 행하기 위하여, 얼굴 인증 장치(100)는, 인증시도자를 촬영하여 시도얼굴정보를 생성하고, 해당 인증시도자의 높이비를 계산한다(S130). 계산된 인증시도자의 시도얼굴정보와 시도높이비는, 저장된 등록얼굴정보와 등록높이비와 각각 비교된다(S140).
시도얼굴정보와 저장된 등록얼굴정보 중 하나와 일치하는 것(또는, 유사도가 미리설정된 기준값 이상으로 나타나는 경우)으로 판정될 때 또한, 시도높이비가 상기 일치하는 것으로 판정된 등록얼굴정보와 함께 저장된 등록높이비와 일치하는 것(또는, 양자간의 차이가 미리설정된 범위 내에 있을 경우)으로 판정될 때, 인증 성공으로 판정한다(S150).
여기서, 얼굴정보를 먼저 비교한 후에 관련된 높이비를 비교하는 것으로 설명하였으나, 순서를 바꾸어, 시도높이비와 일치하는 등록높이비를 결정하고, 결정된 등록높이비에 관련된 등록얼굴정보를 시도얼굴정보와 비교하는 것 또한 가능하다.
도 5는, 본 발명 또 하나의 실시예에 따른 등록얼굴영상을 높이비에 근거하여 그룹화하는 얼굴 인증 방법을 설명하는 흐름도이다. 최초에, 얼굴 인증 장치(100)는, 임의의 고정된 높이(H1)에 설치되어야 하며, 화각중심선은 수평으로 조정되어야 한다.
먼저, 등록자의 등록얼굴정보를 저장하는 절차를 수행하기 위하여, 얼굴 인증 장치(100)는, 등록자를 촬영하여 등록얼굴정보를 생성하고, 해당 등록자의 높이비를 계산할 수 있다(S210). 생성된 등록얼굴정보는 높이비에 의해 구분된 어느 하나의 그룹에 저장될 수 있다(S220).
등록얼굴정보가 생성될 수 있는 등록자는 복수 명일 수 있으며, 각 등록자들로부터의 복수의 등록얼굴정보들이 획득될 것인데, 이들은 높이비에 의해 구분된 복수의 그룹들에 각각 구분되어 저장될 수 있다.
이어서, 인증시도자의 접근에 의해 개시되는 사용자 인증 절차를 행하기 위하여, 얼굴 인증 장치(100)는, 인증시도자를 촬영하여 시도얼굴정보를 생성하고, 해당 인증시도자의 높이비를 계산한다(S230). 계산된 인증시도자의 시도높이비를 참고하여, 인증시도자의 시도높이비를 포함하는 범위의 어느 하나의 그룹(포함 그룹)을 선택한다(S240). 인증시도자의 시도얼굴정보는 선택된 포함 그룹내의 등록얼굴정보들과 비교될 수 있다(S250).
시도얼굴정보와 비교하여 유사도가 기준값 이상인 등록얼굴정보가 존재하는 경우에는, 인증 성공으로 판정되고, 그렇지 않은 경우에는 인증 실패로 판정된다(S260). 인증 성공인 경우에는, 얼굴 인증 장치(100)는 관련된 시스템으로 인증 성공을 표시하는 신호를 전송할 수 있다.
본 실시예의 변형에서, 상기 비교에 의해 인증이 성공할 경우, 상기 성공한 시도얼굴정보를 새로운 등록얼굴정보로 갱신하하여 저장할 수 있다. 이때, 새로운 등록얼굴정보는 시도높이비에 의한 포함 그룹에 저장될 수 있다.
본 실시예의 다른 변형에서, 상기 비교에 의해 인증아 실패한 경우에는, 상기 포함 그룹에 인접한 또 하나의 그룹(유사 그룹)을 선택하고(S270), 선택된 유사 그룹내의 등록얼굴정보들을 시도얼굴정보와 비교할 수 있다. 이러한 사용자 인증의 재실행은, 등록얼굴정보의 그룹들이 하나씩 차례로 모두 선택될 때까지 반복될 수 있다. 여기서, 유사 그룹을 선택하여 인증을 재실행하는 경우에는, 유사도의 기준값을 일정량 또는 비율로 상향시킬 수 있다.
얼굴 인증 장치(100)는, 모든 그룹들 내의 모든 등록얼굴정보와의 비교가 완료된 후에도 기준값 이상의 유사도가 계산되지 않은 경우에, 최종으로 인증 실패를 확정할 수 있으며, 최종 인증 실패를 표시하는 신호를 관련된 시스템으로 전송할 수 있다.
본 실시예의 또 다른 변형에서, 얼굴 인증 장치(100)는, 유사도의 기준값을 상향시켜 사용자인증을 처리한 이후에 인증성공으로 판정된 경우(예를 들면, 2차 이상의 재실행된 사용자 인증의 경우), 그 시도얼굴정보를 해당 등록자의 최신 얼굴정보라고 간주하고 새로운 등록얼굴정보로서 갱신저장할 수 있다. 특히, 이 경우, 갱신된 등록얼굴정보는 시도높이비를 포함하는 포함 그룹으로 이동될 수 있다.

Claims (12)

  1. 카메라를 포함하며, 상기 카메라에 접근한 사용자의 얼굴을 촬영한 영상으로부터 얼굴정보를 생성하는 얼굴촬영부;
    상기 영상을 분석하여 상기 사용자의 절대적인 키를 반영하는 높이비를 계산하는 높이비 계산부;
    이미 인증완료된 등록자로부터 획득된 얼굴정보인 등록얼굴정보와 상기 등록자의 높이비인 등록높이비를 서로 관련지어 저장하는 데이터저장부; 및
    인증을 시도하는 인증시도자로부터 시도얼굴정보와 시도높이비를 획득하고, 상기 시도얼굴정보 및 상기 시도높이비를 상기 데이터저장부의 상기 등록얼굴정보 및 상기 등록높이비와 비교하여 사용자인증을 처리하는 인증처리부를 포함하는 얼굴 인증 장치로서,

    상기 카메라는 임의의 높이(H1)에 화각중심선이 수평이 되도록 설치되고,
    상기 높이비계산부는,
    상기 영상을 분석하여, 양쪽 눈 사이의 거리(ΔH1)와, 상기 화각중심선으로부터 적어도 하나의 눈까지의 수직높이(H3)를 획득하고,
    H3/ΔH1의 값을 상기 높이비로서 결정하는 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 장치.
  2. 카메라를 포함하며, 상기 카메라에 접근한 사용자의 얼굴을 촬영한 영상으로부터 얼굴정보를 생성하는 얼굴촬영부;
    상기 영상을 분석하여 상기 사용자의 절대적인 키를 반영하는 높이비를 계산하는 높이비계산부;
    이미 인증완료된 복수의 등록자들 각자로부터 획득된 얼굴정보인 등록얼굴정보를 저장하는 데이터저장부; 및
    상기 복수의 등록얼굴정보 각각을 상기 높이비에 근거하여 구분된 복수의 그룹들 중 적어도 하나에 저장하여 두고, 이후에, 인증을 시도하는 인증시도자로부터 시도얼굴정보와 시도높이비가 획득되면, 상기 시도높이비에 근거하여 상기 복수의 그룹들 중 적어도 하나를 선택하고, 상기 시도얼굴정보를 상기 선택된 그룹에 포함된 등록얼굴정보와 비교하여 사용자인증을 처리하는 인증처리부를 포함하는 얼굴 인증 장치로서,

    상기 카메라는 임의의 높이(H1)에 화각중심선이 수평이 되도록 설치되고,
    상기 높이비계산부는,
    상기 영상을 분석하여, 양쪽 눈 사이의 거리(ΔH1)와, 상기 화각중심선으로부터 적어도 하나의 눈까지의 수직높이(H3)를 획득하고,
    H3/ΔH1의 값을 상기 높이비로서 결정하는 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 ΔH1는,
    상기 영상으로부터 획득되는, 상기 사용자의 적어도 하나의 눈과 입 사이의 거리인 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 사용자가 서있는 바닥면으로부터 임의의 높이(H1)에 화각중심선이 수평이 되도록 설치되고,
    상기 높이비계산부는,
    상기 영상을 분석하여, 상기 사용자의 양쪽 눈의 연결선과 입까지의 수직거리(ΔH2)와, 상기 화각중심선으로부터 상기 연결선까지의 수직높이(H3)를 획득하고,
    H3/ΔH2의 값을 상기 사용자의 높이비로서 결정하는 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화각중심선을 수평으로 조정하기 위해 사용되는 중력 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 인증처리부는,
    상기 시도얼굴정보와 상기 시도높이비를 획득하면,
    상기 시도높이비의 높이비를 포함하는 포함그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 1차 사용자인증을 처리하고,
    상기 1차 사용자인증이 실패한 경우에, 상기 포함그룹과 높이비가 인접한 유사그룹을 추가로 선택하고,
    상기 선택된 유사그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 2차 사용자인증을 처리하되,
    상기 유사그룹의 등록얼굴정보를 이용하는 경우에는, 상기 1차 사용자인증에 비해 유사도 기준값을 상향시켜 사용자인증을 처리하는 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 1차 사용자인증에 비해 유사도 기준값을 상향시켜 처리한 상기 2차 사용자인증에서 인증성공한 등록얼굴정보를 상기 시도높이비와 관련지어 갱신하는 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 장치.
  9. 이미 인증완료된 등록자의 얼굴을 촬영한 영상으로부터 등록얼굴정보를 생성하고, 상기 영상을 분석하여 상기 등록자의 절대적인 키를 반영하는 등록높이비를 생성하는 단계;
    복수의 등록자들 각자로부터 획득된 복수의 등록얼굴정보들을 각자의 상기 등록높이비와 관련지어 저장하는 단계;
    인증을 시도하는 인증시도자로부터, 시도얼굴정보와 상기 인증시도자의 절대적인 키를 반영하는 시도높이비를 획득하는 단계;
    상기 시도얼굴정보 및 상기 시도높이비를 상기 등록얼굴정보 및 상기 등록높이와 비교하여 사용자인증을 처리하는 단계를 포함하는 얼굴 인증 방법으로서,

    사용자의 얼굴을 촬영하기 위한 카메라는, 임의의 높이(H1)에 화각중심선이 수평이 되도록 설치되고,
    상기 높이비는:
    촬영된 영상을 분석하여, 양쪽 눈 사이의 거리(ΔH1) 또는 양쪽 눈의 연결선과 입까지의 수직거리(ΔH2)를 획득하고,
    상기 화각 중심선으로부터 적어도 하나의 눈까지의 수직높이(H3)를 획득하고,
    상기 H3/ΔH1 또는 상기 H3/ΔH2의 값을 계산함으로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 방법.
  10. 이미 인증완료된 등록자의 얼굴을 촬영한 영상으로부터 등록얼굴정보를 생성하고, 상기 영상을 분석하여 상기 등록자의 절대적인 키를 반영하는 등록높이비를 생성하는 단계;
    복수의 등록자들로부터 획득된 복수의 등록얼굴정보들을, 상기 등록높이비에 근거하여 구분된 복수의 그룹들 중 적어도 하나에 저장하는 단계;
    인증을 시도하는 인증시도자로부터 시도얼굴정보와 상기 인증시도자의 절대적인 키를 반영하는 시도높이비를 획득하는 단계;
    상기 시도높이비에 근거하여 상기 복수의 그룹들 중 적어도 하나를 선택하는 단계; 및
    상기 시도얼굴정보를 상기 선택된 그룹에 포함된 상기 등록얼굴정보와 비교하여 사용자인증을 처리하는 단계를 포함하는 얼굴 인증 방법으로서,

    사용자의 얼굴을 촬영하기 위한 카메라는, 임의의 높이(H1)에 화각중심선이 수평이 되도록 설치되고,
    상기 높이비는:
    촬영된 영상을 분석하여, 양쪽 눈 사이의 거리(ΔH1) 또는 양쪽 눈의 연결선과 입까지의 수직거리(ΔH2)를 획득하고,
    상기 화각 중심선으로부터 적어도 하나의 눈까지의 수직높이(H3)를 획득하고,
    상기 H3/ΔH1 또는 상기 H3/ΔH2의 값을 계산함으로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 사용자인증을 처리하는 단계는,
    상기 시도높이비의 높이비를 포함하는 포함그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 1차 사용자인증을 처리하고,
    상기 1차 사용자인증이 실패한 경우에, 상기 포함그룹과 높이비가 인접한 유사그룹을 추가로 선택하고,
    상기 선택된 유사그룹의 등록얼굴정보를 이용하여 2차 사용자인증을 처리하되,
    상기 유사그룹의 등록얼굴정보를 이용하는 경우에는, 상기 1차 사용자인증에 비해 유사도 기준값을 상향시켜 사용자인증을 처리하는 것을 특징으로 하는, 얼굴 인증 방법.
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