KR102324589B1 - 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버 및 방법이 개시된다. 본 발명의 인증 서버는 적어도 하나의 사용자 단말과의 통신을 수행하는 서버 통신부 및 사용자 단말의 얼굴 등록 어플리케이션으로부터 얼굴 영상이 수신되면 얼굴 영상의 특징점을 검출하고, 검출된 특징점이 포함된 얼굴 영상을 사용자 단말의 사용자 정보와 매핑하여 등록하는 서버 제어부를 포함한다.

Description

얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버 및 방법{Authentication server and method for supporting service based on face authentication}
본 발명은 얼굴 인증 기술을 이용한 서비스를 제공에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 별도의 얼굴 등록 단말기 없이 사용자 단말에 저장된 얼굴 등록 어플리케이션으로 얼굴 등록을 수행하고, 등록된 얼굴을 기반으로 얼굴을 인증한 후, 다양한 서비스를 제공하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 얼굴 인증 기술은 인증 대상자의 얼굴로 개인인증을 행하는 것을 의미하며, 건물이나, 건물 내의 특정한 장소에 입장할 때에 본인 확인을 위해 사용되는 있는 추세이다.
최근에 사용되는 있는 얼굴 인증은 인증 대상의 얼굴을 촬영하여 인증 대상을 특정할 수 있는 얼굴의 특징점을 등록 데이터로 등록하고, 인증 시에 인증 대상자의 얼굴을 재차 촬영하여 얼굴의 특징점 데이터를 추출한 후, 등록 데이터와 비교하여 일치 여부를 판정하는 방식을 채택하고 있다.
그러나 이러한 방식의 얼굴 인증은 얼굴 등록을 위한 고가의 전용 등록 단말기가 필요하다.
또한 리더기 기반의 얼굴 인증하는 경우 한정적인 H/W 리소스로 인해 인증 가능 인원에 제약을 있고, 각각의 제품별 상이한 동작 방식으로 인해 호환에 문제를 가지고 있는 실정이다.
한국공개특허공보 제10-2010-0118363호(2010.11.05)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 별도의 얼굴 등록 단말기 없이 얼굴 등록을 수행하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 인증 가능 인원에 대한 제약을 받지 않으면서 다양한 제품들 간의 호환을 지원하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 등록된 사용자의 나이에 따른 얼굴 외형 변화를 인지하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버는 적어도 하나의 사용자 단말과의 통신을 수행하는 서버 통신부 및 상기 사용자 단말의 얼굴 등록 어플리케이션으로부터 얼굴 영상이 수신되면 상기 얼굴 영상의 특징점을 검출하고, 상기 검출된 특징점이 포함된 얼굴 영상을 상기 사용자 단말의 사용자 정보와 매핑하여 등록하는 서버 제어부를 포함한다.
또한 상기 서버 통신부는, 상기 사용자 정보를 상기 사용자 단말 또는 서비스 제공 서버로부터 수신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버는 서비스 처리 장치 및 서비스 제공 서버와 통신을 수행하는 서버 통신부, 사용자별 얼굴의 특징점을 포함하고, 해당 사용자 정보가 매핑된 기준 얼굴 영상들이 등록되는 서버 저장부 및 상기 서비스 처리 장치로부터 얼굴 영상을 수신하면 상기 얼굴 영상의 특징점을 검출하고, 상기 기준 얼굴 영상들의 특징점과 상기 얼굴 영상의 특징점을 비교 분석하여 인증 절차를 수행하며, 상기 기준 얼굴 영상들 중 어느 하나와 상기 얼굴 영상이 동일 얼굴로 판단되면 상기 서비스 제공 서버로 상기 인증 결과 및 상기 인증된 사용자 정보를 상기 서비스 제공 서버로 전송시켜 상기 서비스 제공 서버가 상기 서비스 처리 장치로 서비스 허가를 승인하도록 제어하는 서버 제어부를 포함한다.
또한 상기 서버 제어부는, 상기 얼굴 영상으로부터 얼굴의 특징점별 패치 영상 벡터를 추출하고, 상기 추출된 각 특징점별 패치 영상 벡터에 대한 FFPD(Facial Feature Point Descriptor) 학습을 수행하여 랜덤 포레스트를 생성하며, 상기 생성된 랜덤 포레스트의 각 분기 노드에서 사용되는 한 쌍의 두 점을 찾고, 각 잎-노드에서의 확률 값을 산정하여 저장시키며, 상기 랜덤 포레스트를 반복 순행하여 도달한 각 잎-노드의 값을 이용하여 서술자를 서술벡터 형태로 생성하여 특징점을 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 서버 제어부는, 상기 서버 저장부에 등록된 기준 얼굴 영상들의 등록 일자가 기 설정된 기간을 경과하면 자가 학습을 통해 시간에 따라 변화하는 외형이 반영되도록 상기 기준 얼굴 영상들을 갱신하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 서비스 처리 장치는, 결제와 관련된 장치, 출입과 관련된 장치 및 정보 접근과 관련된 장치 중 적어도 하나의 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 방법은 인증 서버가 사용자 단말의 얼굴 등록 어플리케이션으로부터 얼굴 영상을 수신하는 단계, 상기 인증 서버가 상기 얼굴 영상의 특징점을 검출하는 단계 및 상기 인증 서버가 상기 검출된 특징점이 포함된 얼굴 영상을 상기 사용자 단말의 사용자 정보와 매핑하여 등록하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 방법은 인증 서버가 사용자별 얼굴의 특징점을 포함하고, 해당 사용자 정보가 매핑된 기준 얼굴 영상들을 등록하는 단계, 상기 인증 서버가 서비스 처리 장치로부터 얼굴 영상을 수신하는 단계, 상기 인증 서버가 상기 얼굴 영상의 특징점을 검출하는 단계, 상기 인증 서버가 상기 기준 얼굴 영상들의 특징점과 상기 얼굴 영상의 특징점을 비교 분석하여 인증 절차를 수행하는 단계 및 상기 인증 서버가 상기 기준 얼굴 영상들 중 어느 하나와 상기 얼굴 영상이 동일 인물로 판단되면 상기 서비스 제공 서버로 상기 인증 결과 및 상기 인증된 사용자 정보를 상기 서비스 제공 서버로 전송시켜 상기 서비스 제공 서버가 상기 서비스 처리 장치로 서비스 허가를 승인하도록 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버 및 방법은 사용자 단말에 저장된 얼굴 등록 어플리케이션을 이용하여 별도의 얼굴 등록 단말기 없이도 얼굴 등록함으로써, 고가의 얼굴 등록 단말기를 구입하는 비용을 절감할 수 있다.
또한 서버 기반의 플랫폼을 지원하여 인증 가능 인원에 대한 제약을 받지 않고, 제품별 상이한 동작 방식으로 발생되는 호환 문제를 해결할 수 있다.
또한 등록된 얼굴 관련 정보가 일정 시간이 지나면 자동으로 학습되어 사용자의 나이에 따른 얼굴 외형 변화를 인지함으로써, 추가적인 얼굴 등록 없이 인증이 가능하다.
또한 한번 얼굴 등록이 되면 인증을 통해 결제, 출입, 데이터 접근 등을 원스탑으로 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 제공 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인증 서버를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서비스 처리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서비스 제공을 위한 얼굴 등록과 관련된 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 특징점 검출을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 제공을 위한 얼굴 인증 및 서비스 처리와 관련된 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 제공을 위한 정보 학습과 관련된 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 제공 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 서비스 제공 시스템(500)은 별도의 얼굴 등록 단말기 없이 얼굴 등록을 수행하고, 인증 가능 인원에 대한 제약을 받지 않으면서 다양한 제품들 간의 호환을 지원하며 서비스를 제공한다. 서비스 제공 시스템(500)은 등록된 사용자의 나이에 따른 얼굴 외형 변화를 자동으로 인지하여 추가적인 등록 절차 없이도 인증이 원활히 이루어지도록 지원한다. 또한 서비스 제공 시스템(500)은 한번 얼굴 등록이 되면 인증을 통해 결제, 출입, 데이터 접근 등을 원스탑으로 활용할 수 있다.
서비스 제공 시스템(500)은 사용자 단말(100), 인증 서버(200), 서비스 처리 장치(300) 및 서비스 제공 서버(400)를 포함한다.
사용자 단말(100)은 사용자가 사용하는 단말로써, 적어도 하나를 포함한다. 사용자 단말(100)은 인증 서버(200)와 통신을 수행한다. 사용자 단말(100)은 인증 서버(200)와 연동이 되는 얼굴 등록 어플리케이션이 설치되고, 얼굴 등록 어플리케이션을 통해 사용자의 얼굴을 촬영하며, 촬영된 얼굴 영상을 인증 서버(200)로 전송한다. 상술된 기능을 수행하기 위해 사용자 단말(100)은 랩톱, 데스크톱, 태블릿 PC, 핸드헬드 컴퓨터 등과 같은 촬영 기능이 있고, 외부 장치와의 통신이 가능한 모든 장치를 포함할 수 있다.
인증 서버(200)는 적어도 하나의 사용자 단말(100)과의 통신을 통해 사용자별 얼굴을 등록하고, 등록된 얼굴과 관련된 정보를 분산 관리를 한다. 이때 인증 서버(200)는 사용자별로 정보를 분산 관리할 수 있다. 또한 인증 서버(200)는 서비스 처리 장치(300) 및 서비스 제공 서버(400)와의 통신을 통해 얼굴 인증을 수행하고, 인증이 되면 서비스 제공 서버(400)로 인증 결과 및 인증된 사용자 정보를 전송하여 서비스 처리 장치(300)로 서비스 허가를 승인하도록 한다. 상술된 기능을 수행하기 위해 인증 서버(200)는 랩톱, 데스크톱, 서버 컴퓨터, 클러스터 컴퓨터 등과 같은 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
서비스 처리 장치(300)는 인증 서버(200) 및 서비스 제공 서버(400)와의 통신을 통해 서비스를 사용자에게 제공한다. 서비스 처리 장치(300)는 임의의 사용자가 서비스를 요청하면 해당 사용자의 얼굴을 촬영하고, 촬영된 얼굴 영상을 인증 서버(200)로 전송한 다음, 인증 서버(200)에서 사용자에 대한 인증 절차가 완료되어 서비스 제공 서버(400)로부터 서비스 허가 승인을 수신하면 사용자에게 해당 서비스를 제공한다. 여기서 서비스는 결재 관련 서비스, 출입 관련 서비스 및 정보 접근 서비스 중 적어도 하나일 수 있다. 상술된 기능을 포함하기 위해 결재용 포스(point-of-sale, POS), 출입용 리더기, 스피드게이트 등과 같은 장치를 포함할 수 있다.
서비스 제공 서버(400)는 인증 서버(200) 및 서비스 처리 장치(300)와의 통신을 통해 서비스 허가 승인을 한다. 서비스 제공 서버(400)는 인증 서버(200)로부터 인증 결과 및 인증된 사용자 정보를 수신하면 해당 사용자가 요청한 서비스에 대한 허가 승인을 서비스 처리 장치(300)로 전송한다. 상술된 기능을 수행하기 위해 서비스 제공 서버(400)는 랩톱, 데스크톱, 서버 컴퓨터, 클러스터 컴퓨터 등과 같은 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
또한 서비스 제공 시스템(500)은 사용자 단말(100), 인증 서버(200), 서비스 처리 장치(300) 및 서비스 제공 서버(400) 사이에 통신을 수행되도록 통신망(550)을 포함한다. 통신망(550)은 백본망과 가입자망으로 구성될 수 있다. 백본망은 X.25 망, Frame Relay 망, ATM망, MPLS(Multi Protocol Label Switching) 망 및 GMPLS(Generalized Multi Protocol Label Switching) 망 중 하나 또는 복수의 통합된 망으로 구성될 수 있다. 가입자망은 FTTH(Fiber To The Home), ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line), 케이블망, 지그비(zigbee), 블루투스(bluetooth), Wireless LAN(IEEE 802.11b, IEEE 802.11a, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n), Wireless Hart(ISO/IEC62591-1), ISA100.11a(ISO/IEC 62734), COAP(Constrained Application Protocol), MQTT(Multi-Client Publish/Subscribe Messaging), WIBro(Wireless Broadband), Wimax, 3G, HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), 4G 및 5G일 수 있다. 일부 실시예로, 통신망(550)은 인터넷망일 수 있고, 이동 통신망일 수 있다.
한편 서비스 제공 시스템은 결재 관련 시스템, 출입 관련 시스템 및 정보 접근 관련 시스템 중 적어도 하나에 적용되어 구축될 수 있다.
서비스 제공 시스템(500)이 결재 관련 시스템인 경우, 서비스 제공 시스템(500)은 편의점, 카페, 워터파크, 대학교, 식당 등 다양한 결제 분야에 적용이 될 수 있다. 또한 서비스 제공 시스템(500)은 현재 상용화된 간편 결제 서비스(A사 페이, S사 페이, K사 페이 등) 대비 결제 소요 시간을 절반 이상으로 단축시킬 수 있다. 또한 서비스 제공 시스템(500)이 출입 관련 시스템 또는 정보 접근 시스템인 경우, 서비스 제공 시스템(500)은 기존의 출입 장치 및 보안 프로그램과의 호환을 통해 최소의 커스터마이징 개발로 비용을 절감하며 시스템을 재구축할 수 있으며, 신규 시스템 구축 시에도 별도의 얼굴 등록 단말기가 필요 없이 시스템 구축 비용을 절감할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 사용자 단말(100)은 단말 통신부(110), 단말 카메라부(120), 단말 마이크(130), 단말 저장부(140), 단말 출력부(150) 및 단말 제어부(160)를 포함한다.
단말 통신부(110)는 인증 서버(200)와의 통신을 수행한다. 단말 통신부(110)는 유무선 통신을 지원하며, 인증 서버(200)로 사용자의 얼굴 영상 및 해당 사용자의 사용자 정보를 전송한다. 또한 단말 통신부(110)는 인증 서버(200) 또는 어플리케이션 스토어로부터 인증 서버(200)와 연동되는 얼굴 등록 어플리케이션(145)의 설치 파일을 수신한다.
단말 카메라부(120)는 적어도 하나의 카메라를 포함하고, 사용자의 얼굴을 촬영한다. 바람직하게는 단말 카메라부(120)는 사용자의 얼굴을 자동 인식하여 사용자의 얼굴에 포커싱이 되도록 할 수 있다.
단말 마이크(130)는 음성 신호를 입력받는다. 단말 마이크(130)는 음성 신호를 디지털화하여 음성 데이터로 변환한다. 여기서 단말 마이크(130)는 사용자 단말의 종류에 따라 생략될 수 있다.
단말 저장부(140)는 단말 카메라부(120)를 통해 촬영된 영상, 사용자 정보, 연락처 등 다양한 데이터가 저장된다. 또한 단말 저장부(140)는 인증 서버(200)에 얼굴이 등록되도록 하는 얼굴 등록 어플리케이션(145)이 저장된다. 여기서 얼굴 등록 어플리케이션(145)은 사용자 단말(100)에 설치된 복수의 어플리케이션 중 하나일 수 있으며, 다른 어플리케이션과 독립적으로 동작할 수 있다. 단말 저장부(140)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
단말 출력부(150)는 단말 제어부(160)로부터 제어된 내용을 출력한다. 단말 출력부(150)는 디스플레이 출력, 음성 출력 등을 할 수 있다. 단말 출력부(150)는 액정, 터치 스크린, 스피커 등이 포함할 수 있다. 여기서 단말 출력부(150)가 터치 스크린인 경우, 사용자 단말(100)은 사용자 입력을 별도의 단말 입력부(미도시) 없이 입력받을 수 있으며, 만약 단말 출력부(150)가 터치 스크린이 아닌 경우, 사용자 단말(100)은 사용자 입력을 입력받을 수 있는 별도의 단말 입력부를 더 포함할 수 있다.
단말 제어부(160)는 사용자 단말(100)의 전반적인 제어를 수행한다. 단말 제어부(160)는 단말 저장부(140)에 저장된 얼굴 등록 어플리케이션(145)을 실행시키라는 사용자 입력이 입력되면 얼굴 등록 어플리케이션(145)을 실행한 후, 단말 카메라부(120)를 통해 사용자의 얼굴을 촬영하여 촬영된 영상에서 얼굴을 검출한다. 단말 제어부(160)는 검출된 얼굴을 기반으로 얼굴 영상을 생성한다. 단말 제어부(160)는 얼굴 등록 어플리케이션(145)을 통해 얼굴 영상 및 사용자 정보를 인증 서버(200)로 전송한다. 여기서 사용자 정보는 사용자의 개인정보를 의미하며, 이름, 나이, 회사, 직급, 사원ID, 카드ID 등을 포함할 수 있다. 한편 단말 제어부(160)는 상술된 바와 같이 사용자의 얼굴을 촬영하여 얼굴 영상을 생성하는 형태가 아닌 기존에 생성된 얼굴 영상을 사용자로부터 입력받아 해당 얼굴 영상을 인증 서버(200)로 전송하는 형태로 구현될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인증 서버를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 인증 서버(200)는 서버 통신부(210), 서버 제어부(220) 및 서버 저장부(230)를 포함한다.
서버 통신부(210)는 적어도 하나의 사용자 단말(100), 서비스 처리 장치(300) 및 서비스 제공 서버(400)와의 통신을 수행한다. 서버 통신부(210)는 유무선 통신을 지원하며, 사용자 단말(100)로부터 얼굴 영상 및 사용자 정보를 수신하고, 서비스 처리 장치(300)로부터 얼굴 영상을 수신하며, 서비스 제공 장치(400)로 인증 결과 및 인증된 사용자 정보를 전송한다. 여기서 서버 통신부(210)는 서비스 제공 장치(400)로부터 사용자 정보를 수신할 수 있다.
서버 저장부(220)는 사용자별 얼굴의 특징점을 포함하고, 해당 사용자 정보가 매핑된 기준 얼굴 영상들이 등록되어 저장된다. 여기서 기준 얼굴 영상들은 적어도 하나의 사용자 단말(100)로부터 수신된 사용자들의 데이터를 의미한다. 서버 저장부(220)는 서버 제어부(230)의 제어로 생성된 데이터가 저장된다. 또한 서버 저장부(220)는 사용자 단말(100)에 설치된 얼굴 등록 어플리케이션과 연동이 가능한 프로그램 또는 어플리케이션이 저장된다. 서버 저장부(220)는 플래시 메모리 타입, 하드디스크 타입, 미디어 카드 마이크로 타입, 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램, SRAM, 롬, EEPROM, PROM, 자기메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
서버 제어부(230)는 인증 서버(200)의 전반적인 제어를 수행하며, 얼굴 등록 모듈(231) 및 얼굴 인증 모듈(233)을 포함한다.
얼굴 등록 모듈(231)은 사용자 단말(100)으로부터 얼굴 영상이 수신되면 얼굴 영상의 특징점을 검출한다. 상세하게는 얼굴 등록 모델(231)은 수신된 얼굴 영상으로부터 얼굴의 특징점별 패치 영상 벡터를 추출하고, 추출된 각 특징점별 패치 영상 벡터에 대한 FFPD(Facial Feature Point Descriptor) 학습을 수행하여 랜덤 포레스트(Random Forest)를 생성한다. 여기서 랜덤 포레스트는 머신러닝의 모델 중 하나로써, 의사 결정 트리를 합친 것으로 복수의 의사 결정 트리의 결과값을 평균하여 결과값으로 출력하는 모델이다. 얼굴 등록 모델(231)은 생성된 랜덤 포레스트의 각 분기 노드에서 사용되는 한 쌍의 두 점을 찾고, 각 잎-노드에서의 확률 값을 선정하여 저장시킨다. 얼굴 등록 모델(231)는 랜덤 포레스트를 반복 순행하여 도달한 잎-노드의 값들(출력 값)을 이용하여 서술 벡터를 생성하여 특징점을 검출한다.
상세하게는 얼굴 등록 모듈(231)는 랜덤 포레스트(K개의 트리로 이루어지고, K는 임의의 상수임)에서 각 트리의 내부 노드에서 패치 영상이 한 쌍의 두 점(a, b)을 임의로 선택하고, a-b가 양수인지 음수인지를 판별하여 패치 영상 벡터의 분기 방향(오른쪽 또는 왼쪽)을 결정하도록 하는 것을 반복한다. 얼굴 등록 모듈(231)은 이러한 반복을 하면서 엔트로피(E)가 가장 낮은 한 쌍을 선택하는 방식으로 랜덤 포레스트를 순행할 수 있으며, 엔트로피는 [수학식 1]과 같이 산출될 수 있다.
Figure 112020035828855-pat00001
여기서 c는 오른쪽(R)과 왼쪽(L)을 의미하고, P(n,c)는 n번째 특징점이 오른쪽(또는 왼쪽)에서 나타날 확률을 의미하는 것으로 이는 오른쪽(또는 왼쪽)으로 분류된 n번째 특징점의 개수를 오른쪽(또는 왼쪽)으로 분류된 전체 데이터수로 나눈 값이다.
또한 랜덤 포레스트를 순행하여 얻은 출력값은 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020035828855-pat00002
여기서 R은 랜덤 포레스트 모델을 의미하고, Rk는 각 트리를 의미하며, fn는 특정점 일련번호를 의미하고, Ix는 입력된 패치 영상을 의미하며, K는 램덤포레스트의 트리 개수를 의미하고, n(≤N)은 특징점의 개수를 의미한다.
마지막으로 서술 벡터는 [수학식 3]과 같이 정의될 수 있다. [수학식 3]은 각 트리의 잎-노드의 값이 N개의 특징점에 대한 확률 분포를 의미하는 것으로 모든 특징점의 확률값을 얻기 위해서 복수의 연산을 수행할 필요 없이 한 번에 얻을 수 있음을 나타내고 있다.
Figure 112020035828855-pat00003
얼굴 등록 모듈(231)은 검출된 특징점이 포함된 얼굴 영상을 사용자 단말(100)의 사용자 정보와 매핑하여 기준 얼굴 영상을 생성한 후, 기준 얼굴 영상이 등록되도록 서버 저장부(220)에 저장한다. 얼굴 등록 모듈(231)은 사용자의 얼굴에 사용자의 이름, 나이, 회사, 직급, 사원ID, 카드ID 등을 매핑하여 기준 얼굴 영상을 생성한 후 등록할 수 있으며, 바람직하게는 기준 얼굴 영상이 등록된 일자도 기준 얼굴 영상에 포함되도록 할 수 있다.
얼굴 인증 모듈(233)은 서비스 처리 장치(300)로부터 얼굴 영상을 수신하면 얼굴 영상의 특징점을 검출한다. 이때 얼굴 인증 모듈(233)은 얼굴 등록 모듈(231)에서 수행된 얼굴 영상의 특징점 검출 방법과 동일한 방법으로 얼굴 영상의 특징점을 검출할 수 있다. 얼굴 영상의 특징점이 검출되면 얼굴 인증 모듈(233)은 검출된 얼굴 영상의 특징점과 서버 저장부(300)에 저장된 기준 얼굴 영상들을 비교 분석하여 인증 절차를 수행한다. 이때 얼굴 인증 모듈(233)은 검출된 얼굴 영상의 특징점과 기준 얼굴 영상들 중 어느 하나의 특징점에 대한 일치율이 기 설정된 기준보다 높으면 동일 얼굴로 판단하여 인증을 한다. 또한 얼굴 인증 모듈(233)은 검출된 얼굴 영상의 특징점과 기준 얼굴 영상들의 특징점에 대한 일치율이 기 설정된 기준보다 낮으면 서로 다른 얼굴로 판단하여 미인증한다. 여기서 기 설정된 기준은 85% 내지 95%일 수 있으며, 바람직하게는 90%일 수 있다. 얼굴 인증 모듈(233)은 서비스 제공 서버(400)로 인증 결과 및 인증/미인증된 사용자 정보를 서비스 제공 서버(400)로 전송시킨다. 이를 통해 얼굴 인증 모듈(233)은 서비스 제공 서버(400)가 서비스 처리 장치(300)로 서비스 허가를 승인/미승인하도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서비스 처리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 서비스 처리 장치(300)는 장치 통신부(310), 장치 카메라부(320), 장치 저장부(330), 장치 출력부(340) 및 장치 제어부(350)를 포함한다.
장치 통신부(310)는 인증 서버(200) 및 서비스 제공 서버(400)와의 통신을 수행한다. 장치 통신부(310)는 유무선 통신을 지원하며, 인증 서버(200)로 촬영된 얼굴 영상을 전송하고, 서비스 제공 서버(400)로부터 서비스 허가에 대한 승인/미승인과 관련된 제어신호를 수신한다.
장치 카메라부(320)는 적어도 하나의 카메라를 포함하고, 사용자의 얼굴을 촬영한다. 바람직하게는 장치 카메라부(320)는 사용자의 얼굴을 자동 인식하여 사용자의 얼굴에 포커싱이 되도록 할 수 있다.
장치 저장부(330)는 장치 카메라부(320)를 통해 촬영된 영상, 로그 파일등 다양한 데이터가 저장된다. 장치 저장부(330)는 플래시 메모리 타입, 하드디스크 타입, 미디어 카드 마이크로 타입, 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램, SRAM, 롬, EEPROM, PROM, 자기메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
장치 출력부(340)는 장치 제어부(350)로부터 제어된 내용을 출력한다. 장치 출력부(340)는 디스플레이 출력, 출입 통제, 결제 통제, 정보 접근 통제 등을 할 수 있다. 여기서 장치 출력부(340)가 터치 스크린인 경우, 서비스 처리 장치(300)는 사용자 입력을 별도의 장치 입력부(미도시) 없이 입력받을 수 있으며, 만약 장치 출력부(340)가 터치 스크린이 아닌 경우, 서비스 처리 장치(300)는 사용자 입력을 입력받을 수 있는 별도의 장치 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 서비스 제공을 위한 얼굴 등록과 관련된 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 특징점 검출을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 서비스 제공 시스템은 서비스 제공 이전에 인증 서버(200)가 사용자에 대한 얼굴 등록을 수행할 수 있도록 지원한다.
사용자 단말(100)은 기 설치된 얼굴 등록 어플리케이션을 실행하고(S110), 얼굴 촬영을 한다(S120).
사용자 단말(100)은 촬영된 영상에서 얼굴을 검출하고(S130), 검출된 얼굴 영상 및 사용자의 정보를 인증 서버(200)로 전송한다. 이때 서비스 제공 서버(400)도 해당 사용자의 정보를 인증 서버(200)로 전송할 수 있다.
인증 서버(200)는 수신된 얼굴 영상에 대한 특징점을 검출한다(S150). 상세하게는 인증 서버(200)는 수신된 얼굴 영상으로부터 얼굴의 특징점별 패치 영상 벡터를 추출하고(S151), 추출된 각 특징점별 패치 영상 벡터에 대한 FFPD 학습을 수행하여 랜덤 포레스트를 생성한다(S153). 인증 서버(200)는 생성된 랜덤 포레스트의 각 분기 노드에서 사용되는 한 쌍의 두 점을 찾고, 각 잎-노드에서의 확률 값을 선정하여 저장시킨다(S155). 인증 서버(200)는 랜덤 포레스트를 반복 순행하여 도달한 잎-노드의 값들(출력 값)을 이용하여 서술 벡터를 생성하여 특징점을 검출한다(S157).
인증 서버(200)는 검출된 특징점을 포함하는 얼굴 영상을 사용자별로 저장한다(S160). 이때 인증 서버(200)는 검출된 특징점이 포함된 얼굴 영상을 해당 사용자 정보와 매핑하여 기준 얼굴 영상을 생성한 후, 기준 얼굴 영상이 등록할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 제공을 위한 얼굴 인증 및 서비스 처리와 관련된 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 서비스 제공 시스템은 인증 서버(200)의 인증이 완료되면 서비스 처리 장치(300)에서 서비스가 제공되도록 지원한다.
서비스 처리 장치(300)는 사용자로부터 서비스 요청을 입력받으면(S210) 얼굴 촬영을 한다(S220).
서비스 처리 장치(300)는 촬영된 영상에서 얼굴을 검출하고(S230), 검출된 얼굴 영상을 인증 서버(200)로 전송한다.
인증 서버(200)는 수신된 얼굴 영상에 대한 특징점을 검출하고(S240), 검출된 얼굴 영상의 특징점과 기준 얼굴 영상들의 특징점을 비교 분석한다(S250). 인증 서버(200)는 검출된 얼굴 영상의 특징점과 기준 얼굴 영상들 중 어느 하나의 특징점에 대한 일치율이 기 설정된 기준보다 높으면 동일 얼굴로 판단하고, 검출된 얼굴 영상의 특징점과 기준 얼굴 영상들의 특징점에 대한 일치율이 기 설정된 기준보다 낮으면 서로 다른 얼굴로 판단한다. 여기서 기 설정된 기준은 85% 내지 95%일 수 있으며, 바람직하게는 90%일 수 있다.
인증 서버(200)는 검출된 얼굴 영상과 기준 얼굴 영상들 중 어느 하나가 동일 얼굴로 판단되면 인증을 하고, 서로 다른 얼굴로 판단되면 미인증을 한 후(S270), 인증 결과 및 해당 사용자의 사용자 정보를 서비스 제공 서버(400)로 전송한다(S280).
서비스 제공 서버(400)는 인증 서버(200)로부터 인증 결과를 수신하면 인증 결과에 따라 서비스 승인을 결정한다(S290). 서비스 제공 서버(400)는 인증 결과가 인증이면 서비스 허가를 승인하고, 미인증이면 서비스 허가를 미승인한다. 이때 서비스 제공 서버(400)는 수신된 사용자 정보를 더 이용하여 해당 사용자가 해당 서비스에 허용되는지 재확인한 후, 서비스 승인을 결정할 수 있다.
서비스 제공 서버(400)는 결정된 승인 결과를 서비스 처리 장치(300)로 전송한다(S300).
서비스 처리 장치(300)는 수신된 승인 결과에 따라 서비스 처리를 한다(S310). 즉 서비스 처리 장치(300)는 승인 결과가 승인이면 서비스를 제공하고, 미승인이면 서비스를 제공하지 않는다.
예를 들어 서비스 처리 장치(300)는 서비스가 결재 서비스이고, 승인 결과가 승인이면 결재를 처리하고 결재 완료 메시지를 출력하며, 미승인이면 결재를 처리가 않고, 결재 미완료 메시지를 출력할 수 있다.
또한 서비스 처리 장치(300)는 서비스가 출입 서비스이고, 승인 결과가 승인이면 출입이 가능하도록 게이트를 열어주고, 미승인이면 출입이 불가능하도록 게이트를 닫은 상태를 유지할 수 있다.
또한 서비스 처리 장치(300)는 서비스가 정보 접근 서비스이고, 승인 결과가 승인이면 정보를 열람할 수 있도록 파일에 걸린 암호를 풀어주고, 미인승이면 정보를 열람하지 못하도록 파일에 걸린 암호를 유지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 서비스 제공을 위한 정보 학습과 관련된 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 인증 서버(200)는 자가 학습을 통해 기준 얼굴 영상들을 사용자의 나이에 따른 외형 변화를 반영할 수 있다.
인증 서버(200)는 일정 기간마다 기준 얼굴 영상들의 등록 일자를 확인한다(S410). 여기서 일정 기간은 1년 또는 2년일 수 있으나, 이에 한정하지 않고 사용자에 의해 변경 가능하다.
인증 서버(200)는 기준 얼굴 영상들 중 확인된 등록 일자가 기 설정된 기간을 지난 기준 얼굴 영상이 있는지 판단한다(S420). 만약 등록 일자가 기 설정된 기간을 지난 기준 얼굴 영상이 있으면 S430단계를 수행하고, 등록 일자가 기 설정된 기간을 지난 기준 얼굴 영상이 없으면 동작을 종료한다. 여기서 기 설정된 기간은 5년 또는 10년일 수 있으나, 이에 한정하지 않고 사용자에 의해 변경 가능하다.
인증 서버(200)는 시간에 따라 변화하는 사용자의 외형이 반영되도록 해당 기준 얼굴 영상을 학습한다(S440). 인증 서버(200)는 다양한 학습 알고리즘을 이용하여 학습을 수행할 수 있다.
인증 서버(200)는 해당 기준 얼굴 영상을 학습된 정보로 갱신한다(S440). 이를 통해 인증 서버(200)는 시간에 따른 외형 변화로 발생되는 오인식을 미연에 방지할 뿐만 아니라, 사용자가 별도의 제어 없이도 자가 학습을 통한 기준 얼굴 영상들의 갱신하여 사용자의 편의성을 높일 수 있다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 장치에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 하드디스크, ROM, RAM, CD-ROM, 하드 디스크, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100: 사용자 단말
110: 단말 통신부
120: 단말 카메라부
130: 단말 마이크
140: 단말 저장부
145: 얼굴 등록 어플리케이션
150: 단말 출력부
160: 단말 제어부
200: 인증 서버
210: 서버 통신부
220: 서버 제어부
221: 얼굴 등록 모듈
223: 얼굴 인증 모듈
230: 서버 저장부
300: 서비스 처리 장치
310: 장치 통신부
320: 장치 카메라부
330: 장치 저장부
340: 장치 출력부
350: 장치 제어부
400: 서비스 제공 장치
550: 통신망

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 사용자 단말과의 통신을 수행하는 서버 통신부; 및
    상기 사용자 단말의 얼굴 등록 어플리케이션으로부터 얼굴 영상이 수신되면 상기 얼굴 영상의 특징점을 검출하고, 상기 검출된 특징점이 포함된 얼굴 영상을 상기 사용자 단말의 사용자 정보와 매핑하여 기준 얼굴 영상을 등록하는 서버 제어부;를 포함하되,
    상기 서버 제어부는,
    상기 등록된 기준 얼굴 영상들 중 등록 일자가 기 설정된 기간을 경과한 기준 얼굴 영상을 포함하면, 자가 학습을 통해 시간에 따라 변화되는 얼굴 외형을 반영하도록 해당 기준 얼굴 영상을 갱신하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서버 통신부는,
    상기 사용자 정보를 상기 사용자 단말 또는 서비스 제공 서버로부터 수신하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버.
  3. 서비스 처리 장치 및 서비스 제공 서버와 통신을 수행하는 서버 통신부;
    사용자별 얼굴의 특징점을 포함하고, 해당 사용자 정보가 매핑된 기준 얼굴 영상들이 등록되는 서버 저장부; 및
    상기 서비스 처리 장치로부터 얼굴 영상을 수신하면 상기 얼굴 영상의 특징점을 검출하고, 상기 기준 얼굴 영상들의 특징점과 상기 얼굴 영상의 특징점을 비교 분석하여 인증 절차를 수행하며, 상기 기준 얼굴 영상들 중 어느 하나와 상기 얼굴 영상이 동일 얼굴로 판단되면 상기 서비스 제공 서버로 인증 결과 및 상기 인증된 사용자 정보를 상기 서비스 제공 서버로 전송시켜 상기 서비스 제공 서버가 상기 서비스 처리 장치로 서비스 허가를 승인하도록 제어하는 서버 제어부;를 포함하되,
    상기 서버 제어부는,
    상기 등록된 기준 얼굴 영상들 중 등록 일자가 기 설정된 기간을 경과한 기준 얼굴 영상을 포함하면, 자가 학습을 통해 시간에 따라 변화되는 얼굴 외형을 반영하도록 해당 기준 얼굴 영상을 갱신하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 서버 제어부는,
    상기 얼굴 영상으로부터 얼굴의 특징점별 패치 영상 벡터를 추출하고, 상기 추출된 각 특징점별 패치 영상 벡터에 대한 FFPD(Facial Feature Point Descriptor) 학습을 수행하여 랜덤 포레스트를 생성하며, 상기 생성된 랜덤 포레스트의 각 분기 노드에서 사용되는 한 쌍의 두 점을 찾고, 각 잎-노드에서의 확률 값을 산정하여 저장시키며, 상기 랜덤 포레스트를 반복 순행하여 도달한 각 잎-노드의 값을 이용하여 서술자를 서술벡터 형태로 생성하여 특징점을 검출하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 서버.
  5. 삭제
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 서비스 처리 장치는,
    결제와 관련된 장치, 출입과 관련된 장치 및 정보 접근과 관련된 장치 중 적어도 하나의 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 인증 서버.
  7. 인증 서버가 사용자 단말의 얼굴 등록 어플리케이션으로부터 얼굴 영상을 수신하는 단계;
    상기 인증 서버가 상기 얼굴 영상의 특징점을 검출하는 단계; 및
    상기 인증 서버가 상기 검출된 특징점이 포함된 얼굴 영상을 상기 사용자 단말의 사용자 정보와 매핑하여 등록하는 단계;를 포함하되,
    상기 등록하는 단계는,
    상기 등록된 기준 얼굴 영상들 중 등록 일자가 기 설정된 기간을 경과한 기준 얼굴 영상을 포함하면, 자가 학습을 통해 시간에 따라 변화되는 얼굴 외형을 반영하도록 해당 기준 얼굴 영상을 갱신하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 방법.
  8. 인증 서버가 사용자별 얼굴의 특징점을 포함하고, 해당 사용자 정보가 매핑된 기준 얼굴 영상들을 등록하는 단계;
    상기 인증 서버가 서비스 처리 장치로부터 얼굴 영상을 수신하는 단계;
    상기 인증 서버가 상기 얼굴 영상의 특징점을 검출하는 단계;
    상기 인증 서버가 상기 기준 얼굴 영상들의 특징점과 상기 얼굴 영상의 특징점을 비교 분석하여 인증 절차를 수행하는 단계; 및
    상기 인증 서버가 상기 기준 얼굴 영상들 중 어느 하나와 상기 얼굴 영상이 동일 인물로 판단되면 상기 서비스 제공 서버로 상기 인증 결과 및 상기 인증된 사용자 정보를 상기 서비스 제공 서버로 전송시켜 상기 서비스 제공 서버가 상기 서비스 처리 장치로 서비스 허가를 승인하도록 제어하는 단계;를 포함하되,
    상기 등록하는 단계는,
    상기 등록된 기준 얼굴 영상들 중 등록 일자가 기 설정된 기간을 경과한 기준 얼굴 영상을 포함하면, 자가 학습을 통해 시간에 따라 변화되는 얼굴 외형을 반영하도록 해당 기준 얼굴 영상을 갱신하는 것을 특징으로 하는 얼굴 인증을 기반으로 서비스를 지원하는 인증 방법.
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