KR102518061B1 - 얼굴 윤곽 추정을 통한 마스크 착용 여부 확인 방법 및 장치 - Google Patents

얼굴 윤곽 추정을 통한 마스크 착용 여부 확인 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

얼굴 윤곽 추정을 통한 마스크 착용 여부 확인 방법 및 장치가 제공된다. 상기 방법에서, 확인 장치가, 출입자 얼굴 이미지를 획득하고, 획득된 얼굴 이미지로부터 얼굴 윤곽을 추정하고, 얼굴 이미지로부터 특징점을 추출하며, 얼굴 이미지의 마스크 영역내에 특징점이 존재하는지를 판단한다. 상기 확인 장치는, 마스크 영역에 특징점이 존재하지 않으면, 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하고, 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한 경우, 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되면 출입자가 마스크를 착용한 것으로 판단한다.

Description

얼굴 윤곽 추정을 통한 마스크 착용 여부 확인 방법 및 장치{Method and apparatus for checking whether mask is worn through facial contour estimation}
본 발명은 얼굴 인식에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 얼굴 윤곽 추정을 통한 마스크 착용 여부 확인 방법 및 장치에 관한 것이다.
얼굴 인식 기술이 발전하면서, 시설물 출입통제 기기, 비디오 모니터링 솔루션, 보안용 카메라 등 얼굴인식 기술을 활용한 솔루션이 급증하고 있다. 지금까지 얼굴 인식 솔루션은 단순히 촬영된 사람의 얼굴을 인식하고 신원을 확인하는 수단으로, 인식성능을 보다 정확하게 향상하는 방향으로 발전하였다.
그러나 최근 얼굴 인식 기술이 비약적으로 발전하면서 얼굴 전체가 아닌 일부분만의 영상을 활용하면서도 신원을 확인하는 것이 가능해지면서, 얼굴 인식 기술을 응용한 다양한 수요가 발생하고 있다. 특히 최근 코로나 사태로 인해, 인원 밀집 지역 출입자의 마스크 착용 여부를 확인하고자 하는 수요가 발생하고 있으며, 또한 은행 ATM 기에서도 마스크 착용 인원을 확인하여 범죄를 예방하고자 하는 수요가 꾸준히 제기되고 있다.
출입자의 얼굴에서 마스크 착용 여부를 확인하는 기존 기술은 마스크를 착용하였을 때 가려지는 얼굴 부분이 인식되는지에 여부에 따라 판단하는 방법이 있다. 얼굴에서 마스크를 착용했을 때 가려지는 부분은 코와 입 주변을 생각할 수 있다. 출입자의 얼굴에서 코와 입이 인식된다면 마스크를 착용하지 않았다고 판단하고, 반대의 경우 마스크를 착용했다고 판단하는 것이다.
그러나 단순히 코와 입 주변이 보이지 않는다고 마스크를 착용하였다고 단정할 수는 없다. 예를 들어, 마스크를 착용하지 않았지만, 마스크가 아닌 다른 물건으로 얼굴을 일부 가리는 경우를 구분할 수 없기 때문이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 얼굴 윤곽 추정을 통해 마스크 착용시 가려지는 얼굴 부위의 존재 유무를 확인하여 마스크 착용 여부를 확인하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 출입자의 마스크 착용 여부를 확인하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 확인 장치가, 출입자 얼굴 이미지를 획득하고, 획득된 얼굴 이미지로부터 얼굴 윤곽을 추정하는 단계; 상기 확인 장치가, 상기 얼굴 이미지로부터 특징점을 추출하는 단계; 상기 확인 장치가, 상기 얼굴 이미지의 마스크 영역내에 특징점이 존재하는지를 판단하는 단계; 상기 확인 장치가, 상기 마스크 영역에 특징점이 존재하지 않으면, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하는 단계; 상기 확인 장치가, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한 경우, 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되는지를 판단하는 단계; 및 상기 확인 장치가, 상기 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되는 경우, 출입자가 마스크를 착용한 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
일 구현 예에서, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하는 단계는, 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균의 차분을 기반으로, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단할 수 있다.
일 구현 예에서, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하는 단계는, 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균을 구하는 단계; 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균의 차분을 구하고, 상기 얼굴 이미지의 화소값 최대값과 화소값 최소값의 차이값을 구하는 단계; 상기 차분이 상기 차이값의 설정 비율 이내이면, 상기 마스크 영역의 색상과 상기 노출 영역의 색상이 유사한 것으로 판단하는 단계; 및 상기 차분이 상기 차이값의 설정 비율을 벗어나면, 상기 마스크 영역의 색상과 상기 노출 영역의 색상이 상이한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현 예에서, 상기 얼굴 윤곽을 추정하는 단계는, 상기 획득된 얼굴 이미지로부터 눈을 검출하고, 검출된 눈의 위치 정보를 기반으로 얼굴 윤곽을 추정하며, 상기 특징점을 추출하는 단계는, 상기 눈의 위치 정보를 기반으로 상기 얼굴 이미지에서 코와 입의 위치를 검출하고, 상기 눈과 코와 입의 위치와 상기 추정된 얼굴 윤곽을 기반으로 얼굴 영역의 특징점을 추출할 수 있다.
일 구현 예에서, 상기 마스크 영역내에 특징점이 존재하는지를 판단하는 단계는, 상기 획득된 얼굴 이미지에서 검출된 코의 위치보다 높은 영역을 노출 영역으로 설정하고, 상기 코의 위치보다 낮은 영역을 마스크 영역으로 설정할 수 있다.
일 구현 예에서, 상기 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되는지를 판단하는 단계는, 상기 추정된 얼굴 윤곽의 정보로부터 코의 위치보다 낮은 영역인 마스크 영역에 대응하는 윤곽을 획득할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 출입자의 마스크 착용 여부를 확인하는 장치가 제공되며, 상기 장치는, 얼굴 이미지에 관련된 데이터를 입력받도록 구성된 인터페이스 장치; 및 상기 인터페이스 장치에 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 인터페이스 장치를 통해 출입자의 얼굴 이미지를 획득하고, 획득된 얼굴 이미지로부터 얼굴 윤곽을 추정하도록 구성된 얼굴 윤곽 추정부; 및 상기 추정된 얼굴 윤곽을 기반으로 상기 출입자의 마스크 착용 여부를 확인하도록 구성된 판단부를 포함하고, 상기 판단부는 상기 출입자의 얼굴 이미지로부터 특징점을 추출하도록 구성된 특징점 추출부; 상기 출입자의 얼굴 이미지의 마스크 영역내에 특징점이 존재하는지를 판단하도록 구성된 특징점 확인부; 상기 마스크 영역에 특징점이 존재하지 않으면, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하고, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한 경우, 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되는지를 판단하며, 상기 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되는 경우, 출입자가 마스크를 착용한 것으로 판단하도록 구성된 비교부를 포함한다.
일 구현 예에서, 상기 비교부는, 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균의 차분을 기반으로, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 비교부는 구체적으로, 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균을 구하고, 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균의 차분을 구하며, 상기 얼굴 이미지의 화소값 최대값과 화소값 최소값의 차이값을 구하고, 상기 차분이 상기 차이값의 설정 비율 이내이면, 상기 마스크 영역의 색상과 상기 노출 영역의 색상이 유사한 것으로 판단하며, 그리고 상기 차분이 상기 차이값의 설정 비율을 벗어나면, 상기 마스크 영역의 색상과 상기 노출 영역의 색상이 상이한 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
일 구현 예에서, 상기 얼굴 윤곽 추정부는 상기 출입자의 얼굴 이미지로부터 눈을 검출하고, 검출된 눈의 위치 정보를 기반으로 얼굴 윤곽을 추정하도록 구성되며, 상기 특징점 추출부는, 상기 눈의 위치 정보를 기반으로 상기 얼굴 이미지에서 코와 입의 위치를 검출하고, 상기 눈과 코와 입의 위치와 상기 추정된 얼굴 윤곽을 기반으로 얼굴 영역의 특징점을 추출하도록 구성될 수 있다.
일 구현 예에서, 상기 특징점 확인부는, 상기 획득된 얼굴 이미지에서 검출된 코의 위치보다 높은 영역을 노출 영역으로 설정하고, 상기 코의 위치보다 낮은 영역을 마스크 영역으로 설정하도록 구성될 수 있다.
일 구현 예에서, 상기 프로세서는 출입이 허용되는 이용자의 얼굴 이미지로부터 눈과 코와 입의 위치를 검출하고 얼굴의 특징점을 추출하여 저장하도록 구성된 얼굴 등록부를 더 포함할 수 있으며, 상기 특징점 확인부는 추가적으로, 상기 출입자의 얼굴 이미지로부터 추출된 특징점과 상기 얼굴 등록부에 저장된 특징점을 비교하여 상기 출입자의 신원을 확인하도록 구성될 수 있다.
일 구현 예에서, 상기 특징점 확인부는 상기 얼굴 등록부에 저장된 이용자의 얼굴 이미지 중에서 코보다 높은 위치인 노출 영역에 포함되는 특징점과 상기 출입자의 얼굴 이미지 중에서 코보다 높은 위치인 노출 영역에 포함되는 특징점을 비교하여, 상기 출입자가 상기 얼굴 등록부에 등록된 이용자인지를 확인하도록 구성될 수 있다.
실시 예들에 따르면, 출입자의 마스크 착용 여부를 정확하게 판단할 수 있으며, 특히 마스크가 아닌 다른 물건으로 얼굴을 일부 가리는 경우를 구분하여 마스크 착용 여부를 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 방법 및 장치는 범죄 예방 또는 질병 예방을 위해 인원 밀집 지역의 출입자 마스크 착용 여부 판단을 위한 다양한 솔루션에 적용될 수 있다.
도 1은 마스크 착용 예를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 마스크 착용 여부를 확인하는 장치의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 얼굴 등록부의 구조를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 판단부의 구조를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 마스크 착용 여부 확인 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 마스크 착용 여부 확인 방법을 구현하기 위한 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 구조도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 얼굴 윤곽 추정을 통한 마스크 착용 여부 확인 방법 및 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 마스크 착용 예를 나타낸 도이다.
일반적으로 마스크 착용시 사용자의 입과 코 주변이 마스크에 의해 가려지며(도 1의 (a)), 마스크 미착용시에는 얼굴의 어느 부위도 가려지지 않으며(도 1의 (b)), 마스크를 불량으로 착용하는 경우에는 얼굴의 일부가 마스크에 가려지지만 코나 입이 노출된다(도 1의 (c)). 이러한 마스크 착용 상태를 기반으로 얼굴 인식시에 얼굴의 코나 입부분이 가려진 것으로 판단되면 마스크를 착용한 것으로 판단하는 방법들이 사용되고 있으나, 도 1의 (d)에 예시된 바와 같이, 마스크가 아닌 다른 수단을 이용하여 얼굴을 가리는 경우에도 마스크를 착용한 것으로 잘못 판단하게 되는 경우가 발생한다.
본 발명의 실시 예에서는 얼굴 인식시에 마스크 착용 여부를 보다 정확하게 확인하기 위하여, 얼굴 윤곽 추정을 통해 마스크 착용 여부를 확인한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 마스크 착용 여부를 확인하는 장치의 구조도이다.
본 발명의 실시 예에서는 출입시 얼굴을 인식하고, 인식된 얼굴에서 마스크를 인식하여 마스크 착용여부를 확인한다. 또한, 사전에 이용자의 얼굴을 등록하고, 등록된 이용자의 얼굴 관련 정보와 출입자의 얼굴 관련 정보를 기반으로 신원 확인을 수행할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 마스크 착용 여부를 확인하는 장치(이하, 설명의 편의를 위해, 마스크 착용 확인 장치라고 명명함)(1)는, 도 2에서와 같이, 얼굴 등록부(10), 눈 검출부(20), 얼굴 윤곽 추정부(30), 판단부(40)를 포함한다.
얼굴 등록부(10)는 사전에 이용자의 얼굴을 등록하도록 구성된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 얼굴 등록부의 구조를 나타낸 도이다.
얼굴 등록부(10)는 도 3에서와 같이, 눈/코/입 검출부(11), 윤곽 검출부(12), 특징점 추출부(13) 및 저장부(14)를 포함한다.
눈/코/입 검출부(11)는 이용자의 얼굴에 대한 이미지를 획득하며, 얼굴 이미지에서 눈/코/입을 검출하고, 검출된 눈/코/입의 위치 정보를 획득하도록 구성된다. 얼굴 이미지는 카메라에 의해 획득된 이미지 또는 사진 등일 수 있다.
눈/코/입 검출부(11)는 얼굴 이미지에서 특징점을 추출하여 눈을 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 화소들의 밝기 차이 값으로부터 특징점을 추출하는 HFED(Haar-like Feature based Eye Detector) 알고리즘과 3×3 크기의 커널에서 이웃하는 화소들의 상대적 밝기 값을 기준으로 특징점을 추출하는 MFED(MCT Feature based Eye Detector) 방법 등 다양한 방법을 사용하여 추출된 특징점을 기반으로 얼굴 이미지에서 눈을 검출할 수 있다. 본 발명은 이러한 방법에 한정되지 않는다.
눈/코/입 검출부(11)는 눈을 검출한 다음에, 검출된 눈의 위치를 기반으로 코와 입을 검출한다. 예를 들어, 검출된 두 눈의 좌표의 중간 지점을 기준으로 아래 방향으로 얼굴 특징을 검색하여 코와 입 위치를 검출한다. 눈/코/입 검출부(11)는 검출된 눈/코/입에 대한 위치 정보를 윤곽 검출부(12)로 제공한다.
윤곽 검출부(12)는 눈/코/입 검출부(11)에서 전달받은 눈/코/입의 위치 정보와 주변 화소 정보를 참조하여 얼굴 윤곽을 검출하도록 구성된다. 얼굴 윤곽을 검출하는 방법은 당업계에 공지된 기술을 사용할 수 있으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 윤곽 검출부(12)는 검출된 얼굴 윤곽 정보를 특징점 추출부(13)로 전달한다.
특징점 추출부(13)는 얼굴 윤곽 검출부(12)로부터 전달받은 얼굴 윤곽 정보를 기반으로 얼굴 영역의 특징점을 추출하도록 구성된다. 이용자의 얼굴 윤곽 정보에 대응하는 특징점을 추출하여, 저장부(14)로 전달한다.
저장부(14)는 특징점 추출부(13)로 전달받은 얼굴 영역의 특징점을 저장하도록 구성된다. 예를 들어, 이용자에게 부여된 식별 정보에 대응하여 얼굴 윤곽 정보에 대응하는 얼굴 영역의 특징점을 저장할 수 있다. 얼굴 영역의 특징점은 얼굴 윤곽을 나타내는 특징점, 눈/코/입에 대응하는 특징점들과 이들 특징점에 대응하는 좌표들을 포함할 수 있다.
한편, 눈 검출부(20)는 출입자의 얼굴에서 눈을 검출하도록 구성된다. 눈 검출부(20)는 출입자의 얼굴 이미지를 획득하고, 획득된 출입자의 얼굴 이미지에서 눈을 검출한다. 눈 검출시, 위에 기술된 바와 같은 HFED 또는 MFED 방법을 이용하여 눈을 검출할 수 있다. 눈 검출부(20)는 검출된 출입자의 눈에 대응하는 위치 정보를 얼굴 윤곽 추정부(30)로 전달한다.
얼굴 윤곽 추정부(30)는 눈검출부(20)로부터 전달받은 눈의 위치 정보를 기반으로 얼굴 윤곽을 추정하도록 구성된다. 얼굴 윤곽 추정부(30)는 검출된 두 눈의 좌표를 기준으로 주변 화소의 색상 정보를 참조하여 얼굴 윤곽을 추정하고, 추정된 얼굴 윤곽 정보와 두 눈의 좌표를 판단부(40)로 전달한다.
판단부(40)는 얼굴 윤곽 추정부(30)에서 전달받은 얼굴 윤곽 정보를 기반으로 얼굴에 마스크가 있는지의 여부를 확인하도록 구성된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 판단부의 구조를 나타낸 도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 판단부(40)는 도 4에서와 같이, 코/입 검출부(41), 특징점 추출부(42), 특징점 확인부(43) 및 비교부(44)를 포함한다.
코/입 검출부(41)는 얼굴 윤곽 추정부(30)로부터 전달받은 두 눈의 좌표를 기반으로 코와 입을 검출하도록 구성된다. 코/입 검출부(41)는 예를 들어, 얼굴 이미지에서 두 눈의 좌표의 중간 지점을 기준으로 아래 방향으로 얼굴 특징점을 검색하여 코와 입의 위치를 검출한다. 코/입 검출부(41)는 얼굴 윤곽 추정부(30)로부터 전달받은 추정된 얼굴 윤곽 정보와 두 눈의 좌표 그리고 자신이 검출한 코/입의 좌표를 특징점 추출부(42)와 비교부(44)로 전달한다.
특징점 추출부(42)는 코/입 검출부(41)로부터 전달받은 눈/코/입의 좌표와 얼굴 윤곽 정보를 기반으로, 눈/코/입 위치의 특징과 그 외 얼굴 영역의 특징점을 추출하도록 구성된다. 여기서, 눈/코/입 위치의 특징과 그 외 얼굴 영역의 특징점은 얼굴 윤곽을 나타내는 특징점, 눈/코/입에 대응하는 특징점들과 이들 특징점에 대응하는 좌표들을 포함할 수 있다. 특징점 추출부(42)는 눈/코/입 위치의 특징과 그 외 얼굴 영역의 특징점을 특징점 확인부(43)로 전달한다.
특징점 확인부(43)는 특징점 추출부(42)로부터 전달받은 얼굴 영역의 특징점과 사전에 저장된 이용자의 특징점을 비교하여 마스크 착용 여부를 판단하도록 구성된다. 도 1의 마스크 착용 이미지를 참조하면, 마스크 착용시(도 1의 (a)) 노출되는 얼굴 부위와 가려지는 얼굴 부외를 코를 중심으로 구분할 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 얼굴에서 코 보다 높은 위치에 포함되는 노출 영역의 특징점을 참조하여 출입자 신원을 확인하고, 출입자 얼굴 이미지에서 이용자의 코 보다 낮은 위치의 영역(이를 마스크 영역이라고 명명함)에 해당하는 특징점이 존재하는지 여부에 따라 마스크 착용을 확인한다. 여기서, 마스크 영역은 검출된 코의 상하의 전체 길이 중 중간 지점을 코의 위치로 한 경우, 이 중간 지점보다 낮은 위치의 영역일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다.
구체적으로, 특징점 확인부(43)는 출입자의 얼굴 이미지 즉, 출입자 이미지에서 검출된 코의 위치보다 높은 영역을 노출 영역으로 설정하고, 얼굴 등록부(10)의 저장부(14)에 저장되어 있는 이용자들의 특징점을 참조하여 노출 영역에 대응하는 특징점을 획득한다. 그리고 출입자 이미지의 노출 영역의 특징점과 저장부(14)로부터 획득된 이용자들의 노출 영역의 특징점을 비교하여, 출입자 이미지에 매칭되는 등록된 이용자가 있는지를 확인한다. 이러한 과정을 통해 출입자의 신원을 확인할 수 있다. 그리고, 특징점 확인부(43)는 출입자 이미지에서 코의 위치보다 낮은 영역을 마스크 영역으로 설정하고, 마스크 영역내에 특징점이 존재하는지를 판단하고, 마스크 영역에 특징점이 있으면 마스크를 착용하지 않은 것으로 판단하고, 마스크 영역에 특징점이 없으면 마스크를 착용한 것으로 판단한다.
한편, 비교부(44)는 눈/코/입의 좌표와 얼굴 윤곽 정보를 기반으로 마스크 착용 여부를 판단하도록 구성된다. 비교부(44)는 눈/코/입의 좌표와 얼굴 윤곽 정보를 코/입 검출부(41)로부터 바로 제공받거나 또는 특징점 추출부(42), 특징점 확인부(43)를 통해 전달받을 수도 있다.
도 1의 마스크 착용 이미지를 참조하면, 마스크 착용시(도 1의 (a)) 얼굴에서 코보다 낮은 영역(마스크 영역)이 가려지기 때문에, 해당 영역의 색상이 피부 색상과 다름을 알 수 있다. 또한 마스크를 착용한 경우는 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 위치함을 알 수 있다. 이를 고려하여, 본 발명의 실시 예에서는 코의 위치보다 낮은 영역(마스크 영역)의 색상과 코의 위치보다 높은 영역(노출 영역)의 색상이 유사한지의 여부와, 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽과 유사한지의 여부에 따라 마스크 착용 여부를 판단한다.
비교부(44)는 마스크 영역의 색상과 노출 영역의 색상이 유사한지 여부를 판단하기 위해 각 영역의 화소값 평균을 획득하고, 다음의 조건을 만족하는지의 여부에 따라 색상의 유사 여부를 판단한다.
Figure 112020118974679-pat00001
여기서, FACECOLOR는 노출 영역의 화소값 평균을 나타내며, MASKCOLOR는 마스크 영역의 화소값 평균을 나타낸다. FACEMAX는 얼굴 영역의 화소값 최대값을 나타내며, FACEMIN은 얼굴 영역의 화소값 최소값을 나타낸다.
노출 영역의 화소값 평균과 마스크 영역의 화소값 평균의 차분이 얼굴 영역 화소값 최대값과 최소값의 차이값의 설정 비율(예: 30%) 이내인 경우, 노출 영역의 색상과 마스크 영역의 색상이 유사한 것으로 판단하여 마스크를 착용하지 않은 것으로 판단한다. 반면, 노출 영역의 화소값 평균과 마스크 영역의 화소값 평균의 차분이 얼굴 영역 화소값 최대값과 최소값의 차이값의 설정 비율보다 큰 경우에는 노출 영역의 색상과 마스크 영역의 색상이 상이한 것으로 판단하여 마스크를 착용한 것으로 판단한다.
본 발명의 실시 예에서는 마스크 영역과 노출 영역의 색상이 상이한 것으로 판단되는 경우에도, 마스크가 아닌 다른 물건으로 얼굴을 가렸는지 여부를 판단하기 위해, 얼굴 윤곽 정보를 이용하여 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽과 유사한지의 여부에 따라 마스크 착용 여부를 최종적으로 판단한다.
마스크 착용시 마스크의 윤곽이 얼굴 영역 내에 포함되는 것을 고려하여, 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되는지 또는 얼굴 윤곽을 벗어나는지를 판단한다. 구체적으로 비교부(44)는 전달받은 얼굴 윤곽 정보로부터 코의 위치보다 낮은 영역인 마스크 영역에 대응하는 윤곽을 획득하고, 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 영역 내에 포함(얼굴 윤곽 내부에 포함)되는지를 판단한다. 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 영역 내에 포함되는 경우에는 마스크를 착용한 것으로 판단하고, 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 영역을 벗어나는 경우에는 마스크를 착용하지 않은 것으로 판단한다.
다음에는 이러한 구조를 기반으로 본 발명의 실시 예에 따른 마스크 착용 여부 확인 방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 마스크 착용 여부 확인 방법의 흐름도이다.
본 발명의 실시 예에서, 출입하는 사용자들에 대해 마스크 착용 여부를 확인하며, 이용자들에 대한 얼굴을 미리 등록하여 출입자의 신원 여부를 판단할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다.
첨부한 도 5에서와 같이, 마스크 착용 확인 장치(1)는 출입자가 접근할 때 출입자 얼굴 이미지를 획득하고, 획득된 얼굴 이미지로부터 눈을 검출하고, 검출된 눈의 위치 정보를 기반으로 얼굴 윤곽을 추정한다(S100, S110).
마스크 착용 확인 장치(1)는 특징점을 추출한다(S120). 구체적으로, 눈의 위치 정보를 기반으로 얼굴 이미지에서 코와 입을 검출하고, 검출된 눈/코/입의 좌표와 얼굴 윤곽 정보를 기반으로, 눈/코/입 위치의 특징과 그 외 얼굴 영역의 특징점을 추출한다.
다음, 마스크 착용 확인 장치(1)는 마스크 영역내에 특징점이 존재하는지를 판단한다(S130). 구체적으로, 출입자의 얼굴 이미지에서 검출된 코의 위치보다 높은 영역을 노출 영역으로 설정하고, 코의 위치보다 낮은 영역을 마스크 영역으로 설정한다. 그리고 마스크 영역에 특징점이 존재하는지를 판단한다.
마스크 영역에 특징점이 존재하지 않으면, 마스크 착용 확인 장치(1)는 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단한다(S140). 구체적으로, 노출 영역의 화소값 평균과 마스크 영역의 화소값 평균을 구하고, 노출 영역의 화소값 평균과 마스크 영역의 화소값 평균의 차분이 얼굴 영역 화소값 최대값과 최소값의 차이값의 설정 비율 이내이면, 마스크 영역의 색상과 노출 영역의 색상이 유사한 것으로 판단하고, 노출 영역의 화소값 평균과 마스크 영역의 화소값 평균의 차분이 얼굴 영역 화소값 최대값과 최소값의 차이값의 설정 비율보다 크면, 마스크 영역의 색상과 노출 영역의 색상이 상이한 것으로 판단한다.
마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한 경우, 마스크 착용 확인 장치(1)는 추가적으로 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되는지를 판단한다(S150). 구체적으로, 얼굴 윤곽 정보를 이용하여 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되는지를 판단한다.
이후, 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되는 경우, 마스크 착용 확인 장치(1)는 최종적으로 출입자가 마스크를 착용한 것으로 판단한다(S160).
한편, 단계(S130)에서 마스크 영역에 특징점이 존재하는 경우, 또는 단계(S140)에서 마스크 영역의 색상과 노출 영역의 색상이 유사한 경우, 또는 단계(S150)에서 마스크 영역의 윤곽이 얼굴 윤곽 내부에 포함되지 않는 경우, 마스크 착용 확인 장치(1)는 출입자가 마스크를 착용하지 않은 것으로 판단한다(S170).
이러한 실시 예에 따르면, 출입자의 마스크 착용 여부를 정확하게 판단할 수 있다. 또한, 본 발명은 범죄 예방 또는 질병 예방을 위해 인원 밀집 지역의 출입자 마스크 착용 여부 판단을 위한 다양한 솔루션에 적용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 마스크 착용 여부 확인 방법을 구현하기 위한 컴퓨팅 장치를 설명하기 위한 구조도이다.
첨부한 도 6에 도시되어 있듯이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크 착용 여부 확인 방법은 컴퓨팅 장치(100)를 이용하여 구현될 수 있다.
컴퓨팅 장치(100)는 프로세서(110), 메모리(120), 입력 인터페이스 장치(130), 출력 인터페이스 장치(140), 저장 장치(160) 및 네트워크 인터페이스 장치(150) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 각각의 구성 요소들은 버스(bus)(170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다. 또한, 각각의 구성 요소들은 공통 버스(170)가 아니라, 프로세서(110)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수도 있다.
프로세서(110)는 AP(Application Processor), CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic　Processing　Unit) 등과 같은 다양한 종류들로 구현될 수 있으며, 메모리(120) 또는 저장 장치(160)에 저장된 명령을 실행하는 임의의 반도체 장치일 수 있다. 프로세서(110)는 메모리(120) 및 저장 장치(160) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 이러한 프로세서(110)는 위의 도 1 내지 도 5를 토대로 설명한 기능 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(110)는 얼굴 등록부, 눈 검출부, 얼굴 윤곽 추정부, 판단부의 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.
메모리(120) 및 저장 장치(160)는 다양한 형태의 휘발성 또는 비 휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 ROM(read-only memory)(121) 및 RAM(random access memory)(122)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 메모리(120)는 프로세서(110)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있고, 메모리(120)는 이미 알려진 다양한 수단을 통해 프로세서(110)와 연결될 수 있다.
입력 인터페이스 장치(130)는 데이터(예를 들어, 얼굴 이미지)를 프로세서(110)로 제공하도록 구성되며, 출력 인터페이스 장치(140)는 프로세서(110)로부터의 데이터를 출력하도록 구성된다.
네트워크 인터페이스 장치(150)는 유선 네트워크 또는 무선 네트워크를 통해 다른 개체와 신호를 송신 또는 수신할 수 있다.
이러한 구조로 이루어지는 컴퓨팅 장치(100)는 장치로 명명되어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크 착용 여부 확인 방법을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크 착용 여부 확인 방법 중 적어도 일부는 컴퓨팅 장치(100)에서 실행되는 프로그램 또는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 프로그램 또는 소프트웨어는 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 저장될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스크 착용 여부 확인 방법 중 적어도 일부는 컴퓨팅 장치(100)와 전기적으로 접속될 수 있는 하드웨어로 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (13)

  1. 출입자의 마스크 착용 여부를 확인하는 방법으로서,
    확인 장치가, 출입자 얼굴 이미지를 획득하고, 획득된 얼굴 이미지로부터 얼굴 윤곽을 추정하는 단계;
    상기 확인 장치가, 상기 얼굴 이미지로부터 코의 위치를 검출하고, 상기 코의 위치와 상기 추정된 얼굴 윤곽을 기반으로 얼굴 영역의 특징점을 추출하는 단계;
    상기 확인 장치가, 상기 획득된 얼굴 이미지에서 상기 코의 위치보다 높은 영역을 노출 영역으로 설정하고, 상기 획득된 얼굴 이미지에서 상기 코의 위치보다 낮은 영역을 마스크 영역으로 설정하는 단계;
    상기 확인 장치가, 상기 얼굴 이미지의 마스크 영역내에 특징점이 존재하는지를 판단하는 단계;
    상기 확인 장치가, 상기 마스크 영역에 특징점이 존재하지 않으면, 상기 마스크 영역의 색상이 상기 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하는 단계;
    상기 확인 장치가, 상기 마스크 영역의 색상이 상기 노출 영역의 색상과 상이한 경우, 상기 추정된 얼굴 윤곽 중에서 상기 코의 위치보다 낮은 영역에 대응하는 얼굴 윤곽을 획득하는 단계;
    상기 확인 장치가, 상기 마스크 영역의 윤곽이 상기 획득된 얼굴 윤곽의 내부에 포함되는지를 판단하는 단계; 및
    상기 확인 장치가, 상기 마스크 영역의 윤곽이 상기 획득된 얼굴 윤곽의 내부에 포함되는 경우, 출입자가 마스크를 착용한 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하는 단계는, 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균의 차분을 기반으로, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하는 단계는,
    상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균을 구하는 단계;
    상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균의 차분을 구하고, 상기 얼굴 이미지의 화소값 최대값과 화소값 최소값의 차이값을 구하는 단계;
    상기 차분이 상기 차이값의 설정 비율 이내이면, 상기 마스크 영역의 색상과 상기 노출 영역의 색상이 유사한 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 차분이 상기 차이값의 설정 비율을 벗어나면, 상기 마스크 영역의 색상과 상기 노출 영역의 색상이 상이한 것으로 판단하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 얼굴 윤곽을 추정하는 단계는,
    상기 획득된 얼굴 이미지로부터 눈을 검출하고, 검출된 눈의 위치 정보를 기반으로 얼굴 윤곽을 추정하며,
    상기 특징점을 추출하는 단계는,
    상기 눈의 위치 정보를 기반으로 상기 얼굴 이미지에서 코와 입의 위치를 검출하고, 상기 눈과 코와 입의 위치와 상기 추정된 얼굴 윤곽을 기반으로 얼굴 영역의 특징점을 추출하는, 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 출입자의 마스크 착용 여부를 확인하는 장치로서,
    얼굴 이미지에 관련된 데이터를 입력받도록 구성된 인터페이스 장치; 및
    상기 인터페이스 장치에 연결된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 인터페이스 장치를 통해 출입자의 얼굴 이미지를 획득하고, 획득된 얼굴 이미지로부터 얼굴 윤곽을 추정하도록 구성된 얼굴 윤곽 추정부; 및
    상기 추정된 얼굴 윤곽을 기반으로 상기 출입자의 마스크 착용 여부를 확인하도록 구성된 판단부
    를 포함하고,
    상기 판단부는
    상기 출입자의 얼굴 이미지로부터 코의 위치를 검출하고, 상기 코의 위치와 상기 추정된 얼굴 윤곽을 기반으로 얼굴 영역의 특징점을 추출하도록 구성된 특징점 추출부;
    상기 획득된 얼굴 이미지에서 상기 코의 위치보다 높은 영역을 노출 영역으로 설정하고, 상기 획득된 얼굴 이미지에서 상기 코의 위치보다 낮은 영역을 마스크 영역으로 설정하며, 상기 출입자의 얼굴 이미지의 마스크 영역내에 특징점이 존재하는지를 판단하도록 구성된 특징점 확인부;
    상기 마스크 영역에 특징점이 존재하지 않으면, 상기 마스크 영역의 색상이 상기 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하고, 상기 마스크 영역의 색상이 상기 노출 영역의 색상과 상이한 경우, 상기 추정된 얼굴 윤곽 중에서 상기 코의 위치보다 낮은 영역에 대응하는 얼굴 윤곽을 획득하고, 상기 마스크 영역의 윤곽이 상기 획득된 얼굴 윤곽의 내부에 포함되는지를 판단하며, 상기 마스크 영역의 윤곽이 상기 획득된 얼굴 윤곽의 내부에 포함되는 경우, 출입자가 마스크를 착용한 것으로 판단하도록 구성된 비교부
    를 포함하는, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비교부는, 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균의 차분을 기반으로, 상기 마스크 영역의 색상이 노출 영역의 색상과 상이한지를 판단하도록 구성되는, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비교부는 구체적으로, 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균을 구하고, 상기 노출 영역의 화소값 평균과 상기 마스크 영역의 화소값 평균의 차분을 구하며, 상기 얼굴 이미지의 화소값 최대값과 화소값 최소값의 차이값을 구하고, 상기 차분이 상기 차이값의 설정 비율 이내이면, 상기 마스크 영역의 색상과 상기 노출 영역의 색상이 유사한 것으로 판단하며, 그리고 상기 차분이 상기 차이값의 설정 비율을 벗어나면, 상기 마스크 영역의 색상과 상기 노출 영역의 색상이 상이한 것으로 판단하도록 구성되는, 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 얼굴 윤곽 추정부는 상기 출입자의 얼굴 이미지로부터 눈을 검출하고, 검출된 눈의 위치 정보를 기반으로 얼굴 윤곽을 추정하도록 구성되며,
    상기 특징점 추출부는, 상기 눈의 위치 정보를 기반으로 상기 얼굴 이미지에서 코와 입의 위치를 검출하고, 상기 눈과 코와 입의 위치와 상기 추정된 얼굴 윤곽을 기반으로 얼굴 영역의 특징점을 추출하도록 구성되는, 장치.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는
    출입이 허용되는 이용자의 얼굴 이미지로부터 눈과 코와 입의 위치를 검출하고 얼굴의 특징점을 추출하여 저장하도록 구성된 얼굴 등록부
    를 더 포함하고,
    상기 특징점 확인부는 추가적으로, 상기 출입자의 얼굴 이미지로부터 추출된 특징점과 상기 얼굴 등록부에 저장된 특징점을 비교하여 상기 출입자의 신원을 확인하도록 구성되는, 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 특징점 확인부는 상기 얼굴 등록부에 저장된 이용자의 얼굴 이미지 중에서 코보다 높은 위치인 노출 영역에 포함되는 특징점과 상기 출입자의 얼굴 이미지 중에서 코보다 높은 위치인 노출 영역에 포함되는 특징점을 비교하여, 상기 출입자가 상기 얼굴 등록부에 등록된 이용자인지를 확인하도록 구성되는, 장치.


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