KR102596462B1 - Access control authentication system and method capable of measuring heart rate using multi-modal sensor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템은, 얼굴 인식이 필요한 각 사용자를 대상으로 악세서리를 착용한 상태와 미착용한 상태에 대한 얼굴 영상을 획득할 수 있으며, 인증서버로 해당 영상들을 전송하여 인증에 이용될 수 있도록 제공하는 영상획득수단; 및 통신망을 통하여 영상획득수단으로부터 얼굴 인식이 필요한 개인의 영상을 악세서리를 착용한 상태와 미착용 상태에 대해 모두 제공받아 영상 내 얼굴 부위에서 얼굴 인증에 필요한 인식요소를 추출하고, 추출된 인식요소를 기반으로 인증을 수행하는 인증서버를 포함하되, 악세서리 미착용 상태에 대해서는 얼굴 측면 영상을 추가로 촬영하여 제공받아 상기 인식요소를 추출함으로써 얼굴 인증에 활용하며, 출입자와 근거리에 위치한 레이더 센서를 이용하여 출입자의 호흡을 인식하고, 심박수를 추정할 수 있는 것을 특징으로 한다.The access control authentication system capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention is capable of acquiring facial images for each user requiring facial recognition in the state of wearing and not wearing the accessory, , video acquisition means that transmits the corresponding videos to the authentication server so that they can be used for authentication; And through a communication network, images of individuals requiring face recognition are provided from image acquisition means in both the state of wearing and not wearing accessories, the recognition elements necessary for face authentication are extracted from the facial area in the image, and based on the extracted recognition elements It includes an authentication server that performs authentication, but in the case where accessories are not worn, an additional face side image is taken and provided, and the recognition elements are extracted and used for face authentication, and a radar sensor located in close proximity to the entrant is used to identify the entrant. It is characterized by being able to recognize breathing and estimate heart rate.

Description

멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템 및 방법{Access control authentication system and method capable of measuring heart rate using multi-modal sensor}Access control authentication system and method capable of measuring heart rate using multi-modal sensor}

본 발명은 출입 통제 인증 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 악세서리를 착용한 상태에서도 얼굴의 제한된 영역에 대해 인식요소를 추출하여 인식 및 출입 인증시킬 수 있으며, 출입자 건강 상태를 체크할 수 있도록 심박수 측정이 가능한 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an access control authentication system and method, and more specifically, to enable recognition and access authentication by extracting recognition elements for a limited area of the face even while wearing accessories, and to check the health status of the entrant. This relates to an access control authentication system and method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor capable of measuring heart rate.

일반적으로 건물이나 건물 내 사무실 등에서 접근자의 통제가 요구되는 출입통제는 출입 관리인, 출입카드판독, 지문이나 홍채 등의 생체 인식을 통해 이루어지고 있으며, 출입 관리인에 의한 출입통제 방식은 방문자들이 일일이 출입 정보를 기록해야 하므로 매우 번거로운 문제점이 있다.In general, access control that requires control of access in buildings or offices within buildings is achieved through access managers, access card reading, and biometrics such as fingerprints or iris. The access control method by access managers requires visitors to individually collect access information. There is a very cumbersome problem because it has to be recorded.

사람은 사진 또는 비디오를 볼 때 인물, 물체, 장면 및 시각적 세부 사항을 쉽게 알아챌 수 있다. 객체 인식 기술의 목표는 이미지에 포함된 사항을 이해하는 수준의 능력과 같이 사람이라면 당연히 할 수 있는 일을 컴퓨터도 할 수 있도록 학습시키는 것이다.When people look at photos or videos, they can easily recognize people, objects, scenes, and visual details. The goal of object recognition technology is to teach computers to do things that humans can naturally do, such as the ability to understand what is contained in an image.

즉, 사람이 가장 많은 정보를 받아들이는 시각 정보를 컴퓨터가 대신하여 분석하고 해석할 수 있도록 하는 객체 인식은 이미지 또는 비디오 상의 객체를 식별하는 컴퓨터 비전 기술로서, 딥러닝과 같은 머신러닝 알고리즘을 통해 산출되는 핵심 기술이다.In other words, object recognition, which allows computers to analyze and interpret visual information on behalf of humans, which receives the most information, is a computer vision technology that identifies objects in images or videos, and is calculated through machine learning algorithms such as deep learning. It is a core technology that becomes

특히 최근 머신러닝 알고리즘을 활용한 객체 인식은 영상감시, 얼굴인식, 로봇제어, 사물인터넷(IoT), 자율주행, 제조업, 보안 등 다양한 분야에 활용되고 있는 기술이다.In particular, object recognition using recent machine learning algorithms is a technology that is being used in various fields such as video surveillance, facial recognition, robot control, Internet of Things (IoT), autonomous driving, manufacturing, and security.

그러나 대부분의 얼굴 인식 기술은 얼굴의 눈, 코, 입 등의 특징점을 추출하고, 추출된 특징점을 기반으로 얼굴 인식을 수행하는데, 최근 코로나 바이러스 확산 등과 같이 감염병이 유행하는 경우에 악세서리 착용이 의무화되는데, 이러한 악세서리 착용시 얼굴 인식에 어려움이 있어 기존의 악세서리 미착용시의 얼굴 데이터를 이용한 얼굴 인식 기술이 무용지물이 되고 있다.However, most facial recognition technologies extract feature points such as the eyes, nose, and mouth of the face and perform facial recognition based on the extracted feature points. In cases where infectious diseases are prevalent, such as the recent spread of the coronavirus, wearing accessories is mandatory. , Face recognition is difficult when wearing such accessories, making existing facial recognition technology using facial data when not wearing accessories useless.

한편, 출입자는 출입자 인증이 필요함과 아울러, 건강 상태를 추정할 수 있다면, 출입자에 대한 안전을 보장할 수 있다. 이를 위해 각종 센서를 이용한 심박수 추정 알고리즘이 적용된다면, 건강 상태를 출입 때마다 확인할 수 있는 이점이 생기며, 최근 인터넷 환경에서 센서 정보 등 다양한 입력 요소를 통해 상호간 통신하는 인간 중심형 인터페이스 기술인 멀티 모달(Multi Modal) 기술의 발달로 그 활용할 가치가 커지고 있다.On the other hand, if the visitor requires authentication and can estimate the health status of the visitor, the safety of the visitor can be guaranteed. For this purpose, if a heart rate estimation algorithm using various sensors is applied, there will be an advantage of being able to check the health status every time one enters and exits, and in recent Internet environments, multi-modal (Multi-modal), a human-centered interface technology that communicates with each other through various input elements such as sensor information, will be used. Modal) With the development of technology, its value is increasing.

따라서, 전술한 문제를 해결하기 위하여 악세서리를 착용한 상태에서도 얼굴 인식이 용이하도록 귀, 이마 등의 인식요소 및 특징점을 추가로 추출하고, 측면/정면 영상 합성 등의 기술을 활용하여 얼굴 인식이 용이하고 안전한 출입 인증이 가능한 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템 및 방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, additional recognition elements and feature points such as ears and forehead are extracted to facilitate face recognition even while wearing accessories, and technologies such as side/front image synthesis are used to facilitate face recognition. There is a need for research on an access control authentication system and method that can measure heart rate using a multi-modal sensor that enables safe access authentication.

대한민국 등록 특허 제10-1946756호(2019년01월31일 등록)Republic of Korea Patent No. 10-1946756 (registered on January 31, 2019)

본 발명의 목적은 악세서리를 착용한 상태에서도 얼굴 인식이 용이하도록 귀, 이마 등의 인식요소를 추출하고, 추출된 인식요소에 기초로 얼굴 인식 및 출입 인증을 수행할 수 있는 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to extract recognition elements such as ears and forehead to facilitate face recognition even while wearing accessories, and to measure heart rate using a multi-modal sensor that can perform face recognition and access authentication based on the extracted recognition elements. The goal is to provide a measurable access control authentication system and method.

다른 목적은 얼굴 측면/정면 영상 또는 악세서리 착용 유무에 따른 영상 합성 등의 기술을 활용하여 얼굴 인식을 수행하고, 출입 인증할 수 있으며, 레이더 센서의 전파에 의한 송수신신호를 수집하여 호흡을 인식하고 심박수 측정이 가능한 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.Other purposes are to perform face recognition and authenticate entry and exit by using technologies such as side/frontal images of the face or image synthesis according to whether or not accessories are worn, and to recognize breathing and heart rate by collecting transmission and reception signals using radio waves from a radar sensor. The aim is to provide an access control authentication system and method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor capable of measurement.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템은, 얼굴 인식이 필요한 각 사용자를 대상으로 악세서리를 착용한 상태와 미착용한 상태에 대한 얼굴 영상을 획득할 수 있으며, 인증서버로 해당 영상들을 전송하여, 인증에 이용될 수 있도록 제공하는 영상획득수단; 통신망을 통하여 영상획득수단으로부터 얼굴 인식이 필요한 개인의 영상을 악세서리를 착용한 상태와 미착용 상태에 대해 모두 제공받아 얼굴 인증에 필요한 인식요소를 추출하고, 추출된 인식요소를 기반으로 인증을 수행하는 인증서버를 포함하되, 상기 인증서버는 상기 얼굴 영상 획득시 추가로 획득되는 얼굴 측면 영상을 제공받아 인식 요소를 추출함으로써, 얼굴 인증에 활용하며, 출입자와 근거리에 위치한 레이더 센서를 이용하여 출입자의 호흡을 인식하고, 심박수를 추정할 수 있는 것을 특징으로 한다.The access control authentication system capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention is capable of acquiring facial images for each user requiring facial recognition in the state of wearing and not wearing the accessory, , an image acquisition means that transmits the corresponding images to the authentication server and provides them so that they can be used for authentication; Authentication that receives images of individuals requiring face recognition from an image acquisition means through a communication network, both wearing and not wearing accessories, extracts the recognition elements necessary for face authentication, and performs authentication based on the extracted recognition elements. Including a server, the authentication server receives the face side image that is additionally acquired when acquiring the face image, extracts recognition elements, and uses it for face authentication, and monitors the visitor's breathing using a radar sensor located close to the visitor. It is characterized by being able to recognize and estimate heart rate.

상기 인증서버는 상기 영상획득수단으로부터 제공받은 개인 영상으로부터 얼굴 인식 및 인증에 필요한 상기 인식요소를 추출하는 기능을 수행하는 추출부; 상기 추출부에서 추출된 인식요소 및 얼굴 영상을 인식을 위하여 데이터베이스에 기저장된 데이터를 이용하여 개인의 얼굴 인증을 수행하는 인증부; 및 출입 사용자 인증에 사용할 인식요소를 포함한 얼굴 데이터를 개인별로 저장하고, 상기 인증부에서 인증을 위해 요청시 제공하는 데이터베이스를 더 포함한다.The authentication server includes an extraction unit that extracts the recognition elements necessary for face recognition and authentication from the personal image provided from the image acquisition means; An authentication unit that performs face authentication of an individual using data previously stored in a database to recognize the recognition elements and face images extracted from the extraction unit; And it further includes a database that stores face data including recognition elements to be used for authentication of access users for each individual, and provides the authentication unit upon request for authentication.

상기 인식요소는 얼굴 부위의 특징점이나 고유 특징요소, 부위간 거리에 대한 요소를 포함하는 것이며, 눈과 코의 거리, 입의 크기 및 모양, 귀의 고유 특징요소, 이마의 고유 특징요소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.The recognition element includes features of facial parts, unique features, and distances between parts, and is at least one of the distance between the eyes and nose, the size and shape of the mouth, the unique features of the ears, and the unique features of the forehead. It is characterized by including.

상기 추출부는 악세서리를 착용한 상태의 얼굴 영상 내 인식요소 추출시, 얼굴 측면 영상과 얼굴 정면 영상으로부터 인식요소를 추가로 추출하며, 추가 인식요소 추출시, 눈과 귀의 거리, 귀의 크기, 귓볼, 귀 모양, 이마 주름 상태, 이마 크기, 이마 모양 중 적어도 어느 하나에 대해서 추가로 추출하는 것을 특징으로 한다.When extracting recognition elements from a face image while wearing an accessory, the extraction unit extracts additional recognition elements from the face side image and the front face image. When extracting additional recognition elements, the distance between the eyes and ears, ear size, earlobe, and ear are extracted. It is characterized by additional extraction of at least one of shape, forehead wrinkle condition, forehead size, and forehead shape.

상기 인증서버는 상기 영상획득수단으로부터 획득된 개인별 얼굴 영상 중 개인 얼굴 영상의 측면과 정면 영상을 합성하여 인증에 활용하거나, 개인별로 악세서리를 착용한 상태의 얼굴 영상과 악세서리 미착용한 상태의 얼굴 영상을 합성하여 인증에 활용하는 합성부; 및 개인별 획득된 얼굴 데이터를 기반으로 머신러닝 알고리즘을 활용하여 개인 인증시 인식율 향상을 위해 학습을 수행하는 학습부를 포함한다.The authentication server synthesizes the side and front images of the individual's face image among the individual face images obtained from the image acquisition means and uses them for authentication, or combines the face image with the individual wearing the accessory and the face image without the accessory. A synthesis unit that synthesizes and uses it for authentication; and a learning unit that performs learning to improve the recognition rate when authenticating an individual by using a machine learning algorithm based on face data obtained for each individual.

상기에 있어서, 상기 레이더 센서는 연속파 기반 레이더 센서를 이용하며, 상기 연속파 기반 레이더 센서는 연속파를 송수신하여 생체신호에 의한 인체 움직임 변화를 인식하고, 송수신신호를 수집하여 주파수, 시간, 위상 차이를 이용하여 생체 정보인 호흡을 인식하여 심박수를 추정할 수 있는 것을 특징으로 한다.In the above, the radar sensor uses a continuous wave-based radar sensor, and the continuous wave-based radar sensor transmits and receives continuous waves to recognize changes in human body movement due to biological signals, collects the transmitted and received signals, and uses frequency, time, and phase differences. It is characterized by being able to estimate heart rate by recognizing breathing, which is biometric information.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 인증서버를 이용한 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 방법에 있어서, 상기 영상획득수단은 각 개인마다 악세서리 착용 및 악세서리 미착용시의 얼굴 영상을 촬영하여 획득하는 단계; 상기 인증서버는 상기 영상획득수단으로부터 수신된 악세서리 착용 및 악세서리 미착용시의 얼굴 영상으로부터 인식요소를 추출하는 단계; 추출된 인식요소를 포함한 각 개인별 얼굴 데이터 영상을 데이터베이스에 저장하여 등록하는 단계; 및 상기 데이터베이스에 저장되어 등록된 얼굴 데이터 영상을 새로 획득되는 영상과 매칭하여 개인 인증을 수행하는 단계를 포함한다.In the access control authentication method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor using the authentication server according to an embodiment of the present invention, the image acquisition means is obtained by taking a facial image for each individual when wearing an accessory and when not wearing an accessory. steps; The authentication server extracts recognition elements from facial images received from the image acquisition means when wearing an accessory and when not wearing an accessory; Storing and registering face data images for each individual, including extracted recognition elements, in a database; and performing personal authentication by matching the facial data image stored and registered in the database with the newly acquired image.

상기 인증서버는 상기 영상획득수단으로부터 악세서리 착용시 얼굴 영상을 정면과 측면에서 각각 획득함에 따라 정면과 측면 영상에 대해서 합성 알고리즘을 이용하여 합성을 수행하는 단계; 합성된 영상 데이터는 데이터베이스에 등록되어 해당 얼굴을 갖는 사용자의 출입 인증을 수행하는 단계; 및 출입 인증시 상기 출입 인증에 의한 1차 얼굴 인증 후, 추가 2차 인증을 수행하는 단계를 더 포함한다.The authentication server acquires facial images from the front and side when the accessory is worn from the image acquisition means, respectively, and performs synthesis of the front and side images using a synthesis algorithm; registering the synthesized image data in a database to perform access authentication of a user with the corresponding face; And upon access authentication, it further includes performing additional secondary authentication after primary face authentication by the access authentication.

본 발명은 악세서리를 착용한 상태에서도 얼굴 인식이 용이하도록 귀, 이마 등의 인식요소를 추가로 추출하고, 측면/정면 영상 합성 등의 기술을 활용하여 마스크와 같은 악세서리를 쓰지 않은 경우에도 얼굴 인식이 용이하도록 하며, 감염병 확산을 방지함과 아울러, 보안 강화에도 도움을 줄 수 있는 장점이 있다.The present invention additionally extracts recognition elements such as ears and forehead to facilitate face recognition even when wearing accessories, and utilizes technologies such as side/front image synthesis to enable face recognition even when accessories such as masks are not worn. It has the advantage of preventing the spread of infectious diseases and helping to strengthen security.

또한, 영상 합성 알고리즘을 이용하여 얼굴 측면/정면 영상 또는 악세서리 착용 유무에 따른 영상을 개인별로 합성하여 악세서리 착용 유무에 관계없이 개인 식별 및 인식이 용이하도록 하고, 나아가 안전한 출입 인증이 가능하도록 하는 장점이 있다.In addition, the image synthesis algorithm is used to synthesize facial side/frontal images or images according to the presence or absence of accessories for each individual, making it easy to identify and recognize individuals regardless of whether they are wearing accessories, and furthermore, enabling safe access authentication. there is.

또한 합성 영상을 데이터베이스에 저장하여 관리함에 따라 개인별 인식에 필요한 얼굴 데이터수를 줄여 데이터 저장공간을 확보하고 적은 용량으로도 DB 관리가 용이한 장점이 있다.In addition, as synthetic images are stored and managed in a database, the number of face data required for individual recognition is reduced, data storage space is secured, and DB management is easy even with a small capacity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템의 구성을 보인 블록도이다.
도 2는 도 1의 인증서버의 내부 구성을 세부적으로 보인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 방법의 얼굴 영상의 인식요소 추출 및 인증 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 방법의 얼굴 영상의 인증을 위한 영상 합성 및 추가 인증 과정을 나타낸 순서도이다.
Figure 1 is a block diagram showing the configuration of an access control authentication system capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the authentication server of FIG. 1 in detail.
Figure 3 is a flowchart showing the extraction and authentication process of recognition elements from a face image in an access control authentication method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flowchart showing an image synthesis and additional authentication process for authentication of a face image in an access control authentication method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, or delete other components within the scope of the same spirit, or create other degenerative inventions or this invention. Other embodiments that are included within the scope of the invention can be easily proposed, but this will also be said to be included within the scope of the invention of the present application. In addition, components having the same function within the scope of the same idea shown in the drawings of each embodiment will be described using the same reference numerals.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템의 구성을 보인 블록도이며, 도 2는 도 1의 인증서버의 내부 구성을 세부적으로 보인 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing the configuration of an access control authentication system capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a block diagram showing the internal structure of the authentication server of Figure 1 in detail. .

본 발명의 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 영상획득수단(100) 및 출입통제장치(400)와 통신망(200)을 통하여 연결되는 인증서버(300)를 포함한다.As shown in Figure 1, the access control authentication system capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor of the present invention includes an authentication server (connected to an image acquisition means 100 and an access control device 400 and a communication network 200) 300).

영상획득수단(100)은 얼굴 인식이 필요한 각 사용자를 대상으로 악세서리를 착용한 상태와 미착용한 상태에 대한 얼굴 영상을 획득할 수 있으며, 인증서버(300)로 해당 영상들을 전송하여, 인증에 이용될 수 있도록 제공된다.The image acquisition means 100 can acquire facial images for each user requiring face recognition in a state of wearing and not wearing an accessory, and transmit the corresponding images to the authentication server 300 to use them for authentication. It is provided so that it can be done.

여기서 악세사리는 예컨대 마스크를 비롯하여, 안경, 선글라스, 각종 장신구, 안면보호대 등을 포함할 수 있다.Here, accessories may include, for example, masks, glasses, sunglasses, various accessories, face shields, etc.

또한 영상획득수단(100)은 구체적으로 객체인식 알고리즘이 내장된 카메라가 될 수 있다. 나아가, 영상획득수단(100)은 인증서버(300)를 대신하여 인증을 위한 사용자별 영상을 저장하기 위한 데이터베이스(360)를 구축하며, 영상으로부터 개인 식별을 위한 인식요소를 추출하고, 인식요소를 기반으로 얼굴 인증을 수행하는 전 과정을 수행할 수도 있다.Additionally, the image acquisition means 100 may be a camera with a built-in object recognition algorithm. Furthermore, the image acquisition means 100 builds a database 360 to store images for each user for authentication on behalf of the authentication server 300, extracts recognition elements for personal identification from the images, and Based on this, the entire process of face authentication can also be performed.

또한 영상획득수단(100)은 카메라로 촬영시 인식율을 높이기 위해 에이다부스트(AdaBoost), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine: SVM), 선형판별식 해석(Linear Disciminant Analysis: LDA), 주성분 분석(Principal Component Analusis: PCA) 등의 알고리즘이 내장될 수도 있다.In addition, the image acquisition means 100 uses AdaBoost, Support Vector Machine (SVM), Linear Disciminant Analysis (LDA), and Principal Component Analysis to increase the recognition rate when shooting with a camera. Algorithms such as Analusis (PCA) may be built-in.

이러한 알고리즘 기법들은 모두 외형에 기반하여 인식대상 영역을 식별하는 것으로, 트레이닝에 사용될 촬상 이미지들의 집합에 의해 트레이닝된 모델을 이용해서 얼굴 주위의 영역을 검출하며, 여러 주변의 제약 조건들이 트레이닝을 통해 극복되어지기 때문에 결과적으로 얼굴 인식 정확도와 신뢰도를 높일 수 있으며, 인증서버(300)를 통해 더욱 인식요소를 잘 추출하고, 이를 기초로 인증에 활용할 수 있도록 보조한다.These algorithmic techniques all identify the recognition target area based on appearance, detect the area around the face using a model trained by a set of captured images to be used for training, and overcome various surrounding constraints through training. As a result, face recognition accuracy and reliability can be increased, and recognition elements can be better extracted through the authentication server 300 and used for authentication based on this.

출입통제장치(400)는 인증서버(300)로부터 얼굴 인증 수행 후 인증된 사용자에 한해 출입을 허가하기 위한 장치로, 영상획득수단(100)을 포함하도록 마련될 수도 있으며, 출입통제용 게이트 등이 포함될 수도 있다.The access control device 400 is a device for allowing access only to authenticated users after performing face authentication from the authentication server 300. It may be provided to include an image acquisition means 100, and may be equipped with a gate for access control, etc. may be included.

인증서버(300)는 통신망(200)을 통하여 영상획득수단(100)으로부터 얼굴 인식이 필요한 개인의 영상을 악세서리를 착용한 상태와 미착용 상태 모두 제공받아 얼굴 인증에 필요한 인식요소 데이터를 추출하고, 추출된 인식요소를 기반으로 인증을 수행하며, 인증 수행 결과를 출입통제장치(400)로 전송하여 출입 허가 여부를 결정할 수 있도록 제공한다.The authentication server 300 receives images of individuals requiring face recognition from the image acquisition means 100 through the communication network 200 in both states wearing and without accessories, extracts and extracts recognition element data required for face authentication. Authentication is performed based on the recognized recognition elements, and the authentication results are transmitted to the access control device 400 so that access can be determined.

특히 인증서버(300)는 악세서리 미착용한 상태에서도 일굴 인식 및 인증이 용이하도록 악세서리를 덮지 않는 얼굴 부위 중 귀와 이마 위주로 인식요소를 추가로 추출하며, 얼굴 측면 영상에 대해서도 제공받아 인식율을 증가시킬 수 있으며, 사용자 인증을 보다 안전하게 수행할 수 있도록 한다.In particular, the authentication server 300 extracts additional recognition elements mainly from the ears and forehead among the parts of the face that do not cover the accessories to facilitate recognition and authentication even when no accessories are worn, and can also receive side images of the face to increase the recognition rate. , Enables user authentication to be performed more safely.

이를 위해 인증서버(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 통신부(310), 추출부(320), 인증부(330), 합성부(340), 학습부(350) 및 데이터베이스(360)를 더 포함한다.To this end, as shown in FIG. 2, the authentication server 300 includes a communication unit 310, an extraction unit 320, an authentication unit 330, a synthesis unit 340, a learning unit 350, and a database 360. Includes more.

통신부(310)는 통신망(200)을 통하여 영상획득수단(100) 또는 출입통제장치(400)와 데이터 송수신을 위해 호환 가능한 통신 프로토콜을 제공한다.The communication unit 310 provides a compatible communication protocol for transmitting and receiving data with the image acquisition means 100 or the access control device 400 through the communication network 200.

추출부(320)는 영상획득수단(100)으로부터 제공받은 개인 영상으로부터 얼굴 인식 및 인증에 필요한 복수의 인식요소를 추출하는 기능을 수행한다.The extraction unit 320 performs a function of extracting a plurality of recognition elements necessary for face recognition and authentication from the personal image provided by the image acquisition means 100.

여기서 인식요소는 얼굴 부위의 특징점이나 고유 특징요소, 부위간 거리 등이 될 수 있다. 예컨대, 눈과 코의 거리, 입의 크기 및 모양, 귀의 크기, 귀의 고유 특징요소, 이마의 고유 특징요소 등이 될 수 있으며, 각 요소마다 복수 개를 추출하여 추출 수가 많을수록 개인 인식율이 향상될 수 있다. Here, the recognition element may be a feature point of a facial part, a unique characteristic element, or the distance between parts. For example, the distance between the eyes and nose, the size and shape of the mouth, the size of the ears, the unique characteristics of the ears, the unique characteristics of the forehead, etc. Multiple elements can be extracted for each element, and the more the number of extractions, the better the individual recognition rate. there is.

또한 악세서리를 착용한 상태에서는 얼굴 인식요소가 제한적이고, 노출부위가 한정적인데, 귀와 이마는 항상 노출 상태이므로, 귀와 이마 위주로 특징점과 고유 특징요소를 추가로 추출하여 인식 및 인증에 활용할 수 있다. 예컨대 인식요소는 눈과 귀의 거리, 귀의 크기, 귀의 고유 특징요소(귓볼, 귀 모양 등), 이마의 고유 특징요소(이마 주름 상태, 이마 크기, 이마 모양 등)에 대해서 추가로 추출할 수 있도록 한다.In addition, when wearing accessories, face recognition elements are limited and the exposed area is limited, but the ears and forehead are always exposed, so feature points and unique feature elements centered on the ears and forehead can be additionally extracted and used for recognition and authentication. For example, recognition elements allow additional extraction of the distance between the eyes and ears, the size of the ears, the unique features of the ears (ear lobes, ear shape, etc.), and the unique features of the forehead (state of forehead wrinkles, forehead size, forehead shape, etc.) .

나아가 추출부(320)는 얼굴 정면 영상과 얼굴 측면 영상 외에도 필요시 다각도로 촬영된 영상을 제공받을 수 있으며, 해당 영상으로부터 특정 각도에서 잘 인식되는 특정 부위에 대해 추가 인식요소를 추출할 수도 있으며, 결과적으로 이러한 추출할 인식요소가 많을수록 개인 인식 및 식별이 용이하게 된다.Furthermore, the extraction unit 320 can receive images taken from multiple angles when necessary, in addition to the frontal face image and the face side image, and can extract additional recognition elements for a specific part that is well recognized at a specific angle from the image. As a result, the more recognition elements to extract, the easier individual recognition and identification becomes.

인증부(330)는 추출된 인식요소 및 얼굴 영상 데이터로부터 개인 인식을 위하여 데이터베이스(360)에 기저장된 데이터를 이용하여 개인의 얼굴 인증을 수행할 수 있다.The authentication unit 330 may perform face authentication of an individual using data previously stored in the database 360 for individual recognition from the extracted recognition elements and face image data.

구체적으로 예컨대 기저장된 인식요소를 포함한 얼굴 데이터와 출입시 영상획득수단(100)으로부터 새로 촬영된 얼굴 데이터를 제공받아 상호 매칭에 의해 기설정된 얼굴 일치값 초과 여부에 따라 개인 인증을 수행할 수 있다.Specifically, for example, face data including pre-stored recognition elements and face data newly captured from the image acquisition means 100 upon entry may be provided, and personal authentication may be performed based on whether a preset face match value is exceeded through mutual matching.

나아가 인증부(330)는 악세서리 미착용 상태 또는 착용한 상태의 얼굴 인증을 더욱 안전하게 진행하기 위한 생체 정보를 활용한 추가 인증을 수행할 수도 있다.Furthermore, the authentication unit 330 may perform additional authentication using biometric information to more safely perform facial authentication without or wearing an accessory.

예컨대, 얼굴 표정 인식 결과의 변화와 얼굴 및 손의 특징점 사이의 변화를 추가로 인식하여 출입 인증을 수행할 수 있다.For example, access authentication can be performed by additionally recognizing changes in facial expression recognition results and changes between facial and hand feature points.

아울러, 부가적으로 얼굴 영상으로부터 출입자의 건강 상태까지도 추정할 수 있다.Additionally, the health status of the visitor can be estimated from the face image.

구체적으로, 상기 영상획득수단(100)은 이미지 센서, 레이더 센서, 심박센서, 온도 센서 등을 활용한 멀티 모달 센서를 이용하여 촬영된 영상으로부터 심박수를 추출 및 체크하여 출입자의 상태를 확인할 수 있으며, 인증서버(300)는 추출된 심박수를 유무선 통신을 통하여 제공받아 예컨대 이미지 센서로부터 획득된 얼굴 이미지에 있는 분노, 경멸, 혐오, 공포, 행복, 무표정, 슬픔, 놀람 같은 일련의 감정 파악을 할 수도 있다.Specifically, the image acquisition means 100 extracts and checks the heart rate from the image captured using a multi-modal sensor using an image sensor, a radar sensor, a heart rate sensor, a temperature sensor, etc., and can check the status of the person entering the room, The authentication server 300 may receive the extracted heart rate through wired or wireless communication and identify a series of emotions such as anger, contempt, disgust, fear, happiness, expressionless expression, sadness, and surprise in the face image obtained from the image sensor. .

구체적인 예로, 근거리에 위치한 연속파(continuous-wave) 기반 레이더 센서를 이용하여 출입자의 호흡과 심장 박동수를 인식하고, 심박수를 추정할 수 있으며, 이를 이용하여 출입자 건강 상태를 추정할 수 있다.As a specific example, using a continuous-wave based radar sensor located nearby, the breathing and heart rate of the visitor can be recognized, the heart rate can be estimated, and the health status of the visitor can be estimated using this.

여기서 레이다 센서는 원거리에 위치한 대상체에 의해 발생하는 송수신 신호의 주파수, 시간, 위상, 거리 등 차이를 인식하여 생체정보를 획득할 수 있다.Here, the radar sensor can acquire biometric information by recognizing differences in frequency, time, phase, and distance of transmitted and received signals generated by distant objects.

즉, 연속파 기반 레이더 센서는 연속파를 송수신하여 생체신호에 의한 인체 움직임 변화를 인식하고, 송수신신호를 수집하여 주파수, 시간, 위상 등 차이를 이용하여 생체 정보인 호흡수와 심장 박동수를 인식하여 심박수를 추정할 수 있는 것이다.In other words, a continuous wave-based radar sensor transmits and receives continuous waves to recognize changes in human body movement due to biological signals, and collects transmitted and received signals to recognize breathing rate and heart rate, which are biometric information, using differences in frequency, time, phase, etc., and detects heart rate. It can be estimated.

이때 생체신호 움직임 방향에 의한 영향을 최소화하기 위해 원형편파 안테나를 사용하였으며, 전력소모 감소와 간단한 시스템 구성을 위해 전압제어발진기에서 생성된 신호를 주파수 혼합기에서 비교하는 구성이 추가될 수도 있다.At this time, a circularly polarized antenna was used to minimize the influence of the direction of movement of bio-signals, and a configuration that compares the signal generated by the voltage-controlled oscillator in the frequency mixer may be added to reduce power consumption and simplify system configuration.

다른 방법으로 인증부(330)에서는 이미지 센서를 통해 획득되는 출입자 영상의 시계열 데이터 및 영상을 분석하여 출입자의 얼굴에 나타난 혈류량의 변화 등을 추정할 수 있고, 이로 인해 심박수에 대한 추정 또한 가능하게 된다.As another method, the authentication unit 330 can estimate changes in blood flow on the visitor's face by analyzing time series data and images of the visitor's image acquired through an image sensor, which also makes it possible to estimate the heart rate. .

나아가, 촬영된 영상의 픽셀값이나 HSV(Hue Saturation value)모델에서 Hue값을 기준으로 피부 영역을 결정하여 피부 영역을 추출할 수 있으며, 추출된 피부 영역의 RGB모델에서 G(Green)채널의 변화로부터 심박 신호를 검출할 수 있다.Furthermore, the skin area can be extracted by determining the skin area based on the Hue value in the pixel value of the captured image or the HSV (Hue Saturation value) model, and the change in G (Green) channel in the RGB model of the extracted skin area. The heart rate signal can be detected from.

여기서, HSV 모델은 영상을 Hue(색조), Saturation(채도), Value(명도)의 3가지 성분으로 색을 표현한 것을 의미한다.Here, the HSV model means expressing the color of an image with three components: Hue, Saturation, and Value.

또한, 촬영한 피부 영상이 RGB모델인 경우 HSV 모델로 변환할 수 있으며, 촬영한 피부 영상에서 피부 영역이 아닌 영역으로 마스크를 형성하고, 촬영한 피부 영상에 마스크 처리를 함으로써 피부 영역만을 추출할 수도 있다.Additionally, if the captured skin image is an RGB model, it can be converted to an HSV model, and only the skin area can be extracted by forming a mask with an area other than the skin area in the captured skin image and masking the captured skin image. there is.

피부 영역 1개의 프레임 전체에 대해 누적 평균을 취해, 특정 프레임의 하나의 값으로 심박 신호를 추출할 수 있다. 이때, 동영상의 프레임 수를 초당 30으로한 경우 심박 신호는 예컨대 30Hz의 신호로 추출될 수 있다.By taking the cumulative average for all frames of one skin area, the heart rate signal can be extracted as one value for a specific frame. At this time, if the number of frames of the video is set to 30 per second, the heart rate signal can be extracted as a 30Hz signal, for example.

또한 추출된 심박 신호에 포함된 잡음을 제거하기 위해 대역통과필터(band-pass filter, 특정 주파수 대역의 신호만 통과)사용, RLC회로로 구성할 수 있으며, 저역 필터 및 고역 필터의 조합으로 구성될 수도 있으며, 조명 변화와 움직임 잡음에 덜 민감하도록 적응 필터를 사용(칼만 필터)할 수도 있다.In addition, to remove noise contained in the extracted heart rate signal, a band-pass filter (only signals in a specific frequency band pass through) can be used, and it can be configured as an RLC circuit, and can be composed of a combination of a low-pass filter and a high-pass filter. Alternatively, an adaptive filter (Kalman filter) can be used to make it less sensitive to lighting changes and motion noise.

또한 출입자 건강상태로 앞서 추출된 심박수를 이용하여 스트레스와 집중도를 측정할 수도 있다.In addition, stress and concentration can be measured using the heart rate previously extracted based on the health status of the visitor.

또한 영상획득수단(100)이나 출입통제장치(400)에는 측정된 스트레스와 집중도가 설정된 수치보다 이상이면 출입자가 건강상태를 확인할 수 있도록 이상 발생을 알리는 알림부를 더 포함할 수도 있다.In addition, the image acquisition means 100 or the access control device 400 may further include a notification unit that notifies the occurrence of an abnormality so that the visitor can check the health status if the measured stress and concentration are higher than the set value.

또한 출입자 건강상태 추정에는 이미 알려진 딥러닝 신경망 알고리즘 등과 같은 방식이 추가적으로 사용될 수도 있다.In addition, methods such as already known deep learning neural network algorithms may be additionally used to estimate the health status of visitors.

나아가 건강 관리 알고리즘을 이용한 심박수 체크에 의해 상기 출입자에 대한 추가 인증을 수행할 수도 있다.Furthermore, additional authentication of the visitor may be performed by checking heart rate using a health management algorithm.

예컨대, 심박수 측정치가 기등록된 해당 출입자의 심박수와 일치하는지 여부에 따라 추가 인증을 수행할 수 있다.For example, additional authentication can be performed depending on whether the heart rate measurement matches the heart rate of the previously registered visitor.

이와 같은 추가 인증 방식에 의해 얼굴 인식요소에 의한 인증에 더해 인증이 이루어지므로, 얼굴 인식 오류 등에 덜 민감하게 되고, 더욱 보안상 강화되어 출입시 개인 인증을 안전하게 수행할 수 있는 것이다.Since authentication is performed in addition to authentication using facial recognition elements through this additional authentication method, it becomes less sensitive to facial recognition errors, etc., and security is further strengthened, allowing personal authentication to be performed safely upon entry.

합성부(340)는 획득된 개인별 얼굴 영상 중 개인 얼굴 영상의 측면과 정면 영상을 합성하여 인증에 활용할 수도 있다. 특히 악세서리를 착용한 상태의 경우 얼굴 정면 영상보다는 측면 영상에서 귀 부분의 인식요소를 더욱 잘 추출할 수 있으며, 이외에도 이마 곡률이나 귀의 형태 등은 측면을 통하여 인식요소 추출이 더욱 용이해질 수 있다. 따라서, 합성 알고리즘을 통해 개인 얼굴 영상의 측면과 정면 영상의 합성 영상 생성할 수 있으며, 생성된 합성 영상을 데이터베이스(360)에 저장하여 얼굴 인증시 매칭에 활용될 수 있도록 한다. The synthesis unit 340 may synthesize the side and front images of an individual's face image among the acquired individual face images and use them for authentication. In particular, when wearing accessories, recognition elements of the ear can be extracted better from a side image than from a frontal face image. In addition, recognition elements such as the curvature of the forehead or the shape of the ear can be more easily extracted through the side. Therefore, a composite image of the side and front images of an individual's face image can be generated through a synthesis algorithm, and the generated composite image is stored in the database 360 so that it can be used for matching during face authentication.

또한 악세서리 착용시 얼굴 데이터와 악세서리 미착용시의 얼굴 데이터를 합성하여 하나의 데이터로 저장하여 관리하고, 이를 인증에 사용할 수도 있으며, 결과적으로 개인별 데이터 관리가 용이해지는 장점이 있다.In addition, facial data when wearing an accessory and facial data when not wearing an accessory are combined, stored and managed as one data, and can be used for authentication, which has the advantage of making individual data management easier.

나아가, 합성부(340)는 복수의 얼굴 데이터를 추출하더라도, 카메라 성능의 한계나 카메라 오류 등으로 인하여 얼굴 인증에 필요한 얼굴 데이터 이미지가 선명하지 않는 경우의 이미지 복원이나, 얼굴 데이터 이미지 위조를 판별하기 위해서 신경망 학습 알고리즘이 활용될 수도 있다.Furthermore, even if a plurality of face data is extracted, the synthesis unit 340 is used to restore images in cases where the face data image required for face authentication is not clear due to limitations in camera performance or camera errors, or to determine forgery of face data images. For this purpose, a neural network learning algorithm may be used.

특히 생성적 적대 신경망(Generative Adversarial Networks)을 활용함으로써, 새로운 합성 이미지 또는 가짜 이미지 등을 생성 또는 재생성할 수 있으며, 이를 통해 합성 이미지를 이용한 얼굴 인증, 손상된 이미지 복원이나 가짜 이미지 학습에 활용될 수 있다.In particular, by utilizing generative adversarial networks, new synthetic images or fake images can be created or regenerated, which can be used for face authentication using synthetic images, damaged image restoration, or fake image learning. .

이와 같은 생성적 적대 신경망은 기존의 딥러닝 네트워크와는 달리 여러 개의 심층 신경망으로 이루어진 구조로, 고해상도 이미지를 생성하기 위해 기존 심층 신경망 모델보다 수십 배 많은 연산량을 요구하지만, 이미지 생성, 복원 등에 탁월한 성능을 제공할 수 있다. 또한 생성적 적대 신경망은 생성기(Generator)와 판별기(Discriminator)로 두 네트워크를 적대적(Adversarial)으로 학습시키는 비지도 학습 기반 생성모델로서, 생성기에는 입력 데이터가 입력되어 실제 이미지와 유사한 가짜 이미지를 만들어내도록 학습될 수 있다. 입력 데이터는 노이즈 값이 입력될 수 있다. 노이즈 값은 어떤 확률 분포를 따를 수 있다. 예컨대, 제로 평균 가우시안(Zero-Mean Gaussian)으로 생성된 데이터일 수 있다.Unlike existing deep learning networks, this generative adversarial network is composed of multiple deep neural networks. Although it requires tens of times more computation than existing deep neural network models to generate high-resolution images, it has excellent performance in image creation and restoration. can be provided. In addition, the generative adversarial network is an unsupervised learning-based generative model that adversarially trains two networks with a generator and a discriminator. Input data is input to the generator to create fake images similar to real images. It can be learned to do so. The input data may be a noise value. Noise values may follow any probability distribution. For example, it may be data generated by Zero-Mean Gaussian.

판별기는 실제 이미지와 생성기가 생성한 가짜 이미지를 판별하도록 학습할 수 있다. 보다 구체적으로는, 실제 이미지를 입력하면 높은 확률이 나오도록, 가짜 이미지를 입력하면 확률이 낮아지도록 학습할 수 있다. 즉, 판별기는 실제 이미지와 가짜 이미지를 잘 판별하도록 점진적으로 학습할 수 있다.The discriminator can learn to distinguish between real images and fake images generated by the generator. More specifically, it can learn to have a high probability when inputting a real image, and to have a low probability when inputting a fake image. In other words, the discriminator can gradually learn to distinguish between real and fake images.

학습부(350)는 얼굴 데이터를 기반으로 머신러닝 알고리즘을 활용하여 더욱 잘 인식하고, 인식율 및 인증 속도 향상 등을 위해 학습을 수행할 수 있다.The learning unit 350 can use machine learning algorithms based on face data to better recognize the face and perform learning to improve recognition rate and authentication speed.

즉 머신러닝 알고리즘을 활용하면 얼굴 데이터들로부터 추출된 인식요소에 머신러닝 기법을 적용할 때, 인물들에 대한 데이터의 수가 증가하고 데이터들이 점점 더 축적될수록 머신러닝의 트레이닝 횟수가 증대되고, 결과적으로 트레이닝을 통해 획득한 모델링의 정확도가 점점 높아지게 된다. In other words, when using a machine learning algorithm, when applying machine learning techniques to recognition elements extracted from facial data, the number of data about people increases and as more data is accumulated, the number of machine learning training increases, and as a result, The accuracy of modeling obtained through training gradually increases.

이러한 특징은 특정한 수학이나 통계적 모델링을 통한 분석기법이 항상 일정한 정도의 예측오류율을 가지는 데에 비해, 트레이닝의 횟수가 증가할수록 동일 인물을 판별하는데 있어서 예측오류율이 점점 더 개선될 수 있다는 점은 머신 러닝 기법을 통한 모델링의 큰 장점이다. This characteristic is that, while analysis techniques through specific mathematics or statistical modeling always have a certain level of prediction error rate, machine learning can gradually improve the prediction error rate in identifying the same person as the number of training increases. This is a big advantage of modeling through techniques.

결과적으로 상술한 머신러닝 기법을 활용하여 장기간 얼굴 데이터를 누적 확보함으로써, 동일 인물을 판별 정확도를 향상시킬 수 있는데 활용될 수 있다. 이와 같은 머신러닝 알고리즘에는 잘 알려진 SVM, CNN, RNN 등의 신경망 학습 알고리즘이 적어도 하나 이상 활용될 수 있다.As a result, it can be used to improve the accuracy of identifying the same person by accumulating face data over a long period of time using the above-described machine learning technique. For such machine learning algorithms, at least one well-known neural network learning algorithm such as SVM, CNN, or RNN can be used.

나아가 학습부(350)는 생성적 적대 신경망 알고리즘에 의한 가짜 이미지 생성시 머신러닝 학습을 통해 이미지 위조 여부 판별에 활용할 수도 있다.Furthermore, the learning unit 350 can be used to determine whether the image is forged through machine learning when a fake image is generated by a generative adversarial network algorithm.

데이터베이스(360)는 출입 사용자 인증에 사용할 인식요소를 포함한 얼굴 데이터를 개인별로 저장하고, 인증부(330)에서 인증을 위해 요청시 제공한다. 또한, 데이터베이스(360)는 합성부(340)에서 생성되는 합성 영상 또는 이미지, 학습을 위한 가짜 이미지 등에 대해서도 저장하고 관리할 수 있다.The database 360 stores face data including recognition elements to be used for authentication of access users for each individual, and provides it to the authentication unit 330 upon request for authentication. Additionally, the database 360 can store and manage synthetic images or images generated by the synthesis unit 340, fake images for learning, etc.

나아가 데이터베이스(360)에서 관리되는 데이터는 보호를 위해 얼굴 데이터 및 각 단말 상호간에 송수신되는 데이터 등에 대해 암/복호화 기술을 적용할 수 있다. Furthermore, for protection of data managed in the database 360, encryption/decryption technology can be applied to face data and data transmitted and received between terminals.

보다 구체적으로, 각 단말에 해당하는 영상획득수단(100), 인증서버(300), 출입통제장치(400)에 각각 신분 증명이 가능한, 식별 정보(identification information)를 부여하여, 각 단말의 식별 정보를 사설 암호 키(private key)로 활용하는 경량 암호 알고리즘을 수행한다. More specifically, identification information capable of identification is given to the image acquisition means 100, the authentication server 300, and the access control device 400 corresponding to each terminal, respectively, so that the identification information of each terminal is provided. A lightweight encryption algorithm is performed using as a private key.

경량 암호 알고리즘에는 스마트 기기 등의 제한된 환경에서 구현하기 위해 설계된 암호 기술로서, 대칭키 암호 알고리즘인 HIGHT(HIGh security and light weigHT), LEA(Lightweight Encryption)와 해시함수인 LSH(Lightweight Secure Hash) 등을 활용할 수 있다. The lightweight encryption algorithm is an encryption technology designed to be implemented in restricted environments such as smart devices, and includes HIGHT (HIGh security and light weigHT), a symmetric key encryption algorithm, Lightweight Encryption (LEA), and LSH (Lightweight Secure Hash), a hash function. You can utilize it.

이러한 경량 암호 알고리즘을 활용하여 얼굴데이터, 송수신 데이터 등을 암/복호화 시킴으로써 해당 데이터의 외부 유출이나 외부 해킹으로 인한 불법적인 제어 등을 막을 수 있다. 경량 암호 알고리즘은 이러한 임베디드 컴퓨팅 환경에서 적합한 경량 해시 함수(lightweight hash function)를 사용하는 것이 바람직하다.By using this lightweight encryption algorithm to encrypt/decrypt face data, transmitted and received data, etc., external leakage of the data or illegal control due to external hacking can be prevented. It is desirable for the lightweight cryptographic algorithm to use a lightweight hash function suitable for this embedded computing environment.

경량 해시 함수란 SHA-3와 같은 표준적인 암호화 해시 알고리즘에서 일부 컴퓨팅 파워가 높게 소요되는 특징들을 제외하고도 송신 또는 수신되는 데이터의 무결성을 보장할 수 있도록 설계된 컴퓨팅 파워가 상대적으로 낮게 소모되는 해시 함수(일방향 함수)이다.A lightweight hash function is a hash function that consumes relatively low computing power and is designed to ensure the integrity of transmitted or received data, excluding some features that require high computing power in standard cryptographic hash algorithms such as SHA-3. (one-way function).

보다 구체적으로는 이러한 경량 해시함수 중에서도 키가 없이(unkeyed) 데이터의 치환(permutation)이 가능하도록 하는 스폰지(Sponge) 알고리즘을 사용하는 것이 바람직하다.More specifically, among these lightweight hash functions, it is desirable to use the Sponge algorithm, which allows permutation of data without a key.

좀더 구체적으로 스폰지는 원본 메시지(여기서는 랜덤키의 원본 데이터)를 일정한 크기로 만든 뒤(padding), 이를 키의 생성자만 알 수 있는 특정한 기준 크기(예를 들어 특정 비트 사이즈로 분할된 원본 메시지)로 복수 개로 분할한 뒤, 복수 개로 분할된 데이터(분할된 원본 메시지)의 후단에 랜덤한 데이터들을 여러 업데이트 함수를 활용하여 교환하고, 반대편에서는 이미 알고 있는 기준 크기를 활용하여 복호화도록 구현된다.More specifically, the sponge creates the original message (here, the original data of the random key) to a certain size (padding) and then converts it into a specific standard size (e.g., the original message divided into a specific bit size) that only the creator of the key knows. After splitting into multiple pieces, random data is exchanged at the rear end of the split data (segmented original message) using several update functions, and on the other side, it is implemented to decrypt using an already known standard size.

즉, 이러한 경량 해시함수를 활용하여, 해시함수의 보안성을 확보하면서, 일반적인 해시함수의 사용보다 상대적으로 적은 컴퓨팅 파워가 필요하도록 하여 결과적으로 상기 단말들의 전력소모를 적게하고, 오래 사용하도록 할 수 있다.In other words, by using this lightweight hash function, the security of the hash function is secured while relatively less computing power is required than when using a general hash function, resulting in less power consumption of the terminals and longer use. there is.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 방법의 얼굴 영상의 인식요소 추출 및 인증 과정을 나타낸 순서도이다.Figure 3 is a flowchart showing the extraction and authentication process of recognition elements from a face image in an access control authentication method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.

먼저 영상획득수단(100)은 각 개인마다 악세서리 착용 및 악세서리 미착용시의 얼굴 영상을 촬영한다(S100).First, the image acquisition means 100 captures a face image of each individual when wearing an accessory and when not wearing an accessory (S100).

또한 악세서리 착용시에는 인식요소를 추가로 추출하기 위해 측면 영상을 촬영하여 획득할 수 있다.Additionally, when wearing an accessory, a side image can be captured to extract additional recognition elements.

영상획득수단(100)은 악세서리 착용 및 악세서리 미착용시의 얼굴 영상을 통신망(200)을 통하여 인증서버(300)로 전송한다.The image acquisition means 100 transmits facial images when wearing the accessory and when not wearing the accessory to the authentication server 300 through the communication network 200.

인증서버(300)는 악세서리 착용 및 악세서리 미착용시의 얼굴 영상으로부터 인식요소를 추출한다(S102, S104).The authentication server 300 extracts recognition elements from facial images when the accessory is worn and when the accessory is not worn (S102, S104).

추출된 인식요소를 포함한 각 개인별 얼굴 데이터 영상을 데이터베이스(360)에 저장하여 등록한다(S106).Each individual's face data image, including the extracted recognition elements, is stored and registered in the database 360 (S106).

저장되어 등록된 얼굴 데이터 영상을 새로 획득되는 영상과 매칭하여 개인 인증을 수행한다(S108).Personal authentication is performed by matching the stored and registered facial data image with the newly acquired image (S108).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 방법의 얼굴 영상의 인증을 위한 영상 합성 및 추가인증 과정을 나타낸 순서도이다.Figure 4 is a flowchart showing an image synthesis and additional authentication process for authentication of a face image in an access control authentication method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에서는 악세서리 착용시 얼굴 영상을 정면과 측면에서 각각 획득함에 따라 정면과 측면 영상에 대해서 상술한 생성적 적대 신경망 알고리즘을 이용하여 합성을 수행할 수 있다(S114).In one embodiment of the present invention, as facial images are obtained from the front and the side when wearing an accessory, synthesis can be performed using the generative adversarial network algorithm described above for the front and side images (S114).

합성된 영상 데이터는 데이터베이스(360)에 등록되어 해당 얼굴을 갖는 사용자의 출입 인증시 이용된다(S116, S118).The synthesized image data is registered in the database 360 and used when authenticating the access of a user with the corresponding face (S116, S118).

추가로 출입 인증시 보안성을 강화하기 위한 목적으로 1차 얼굴 인증에 실패하거나, 성공하더라도 인식 오류 등으로 인한 잘못된 인증에 강인하도록 하거나 보안성 강화의 목적으로 중복하여 추가 2차 인증을 수행할 수 있다(S120).Additionally, in order to strengthen security during access authentication, if the primary face authentication fails, or even if it succeeds, it can be robust against incorrect authentication due to recognition errors, or additional secondary authentication can be performed in duplicate for the purpose of strengthening security. There is (S120).

2차 인증은 개인의 생체정보(심박수)를 미리 등록하고, 해당 생체정보의 일치 여부에 따라 인증을 수행할 수 있으며, 해당 개인의 건강 상태를 체크할 수도 있어서, 다양한 용도로 활용될 수 있다.Secondary authentication can register an individual's biometric information (heart rate) in advance, perform authentication based on whether the biometric information matches, and check the individual's health status, so it can be used for various purposes.

본 명세서에서 ‘단말’은 휴대성 및 이동성이 보장된 무선 통신 장치일 수 있으며, 예를 들어 스마트폰, 태블릿 PC 또는 노트북 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치일 수 있다. 또한, ‘단말’은 네트워크를 통해 다른 단말 또는 서버 등에 접속할 수 있는 PC 등의 유선 통신 장치인 것도 가능하다. In this specification, a ‘terminal’ may be a wireless communication device that guarantees portability and mobility, and may be any type of handheld-based wireless communication device such as a smartphone, tablet PC, or laptop, for example. Additionally, the ‘terminal’ may be a wired communication device such as a PC that can connect to another terminal or server through a network.

또한, 통신망(200)은 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망(200) 등을 포함한다. In addition, the communication network 200 refers to a connection structure that allows information exchange between nodes such as terminals and servers, including a local area network (LAN), a wide area network (WAN), Includes the Internet (WWW: World Wide Web), wired and wireless data communication networks, telephone networks, and wired and wireless television communication networks (200).

무선 데이터 통신망(200)의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.Examples of the wireless data communication network 200 include 3G, 4G, 5G, 3rd Generation Partnership Project (3GPP), Long Term Evolution (LTE), World Interoperability for Microwave Access (WIMAX), Wi-Fi, Bluetooth communication, and infrared. It includes, but is not limited to, communication, ultrasonic communication, Visible Light Communication (VLC), LiFi, etc.

100 ; 영상획득수단
200 ; 통신망
300 ; 인증서버
310 ; 통신부
320 ; 추출부
330 ; 인증부
340 ; 합성부
350 ; 학습부
360 ; 데이터베이스
400 ; 출입통제장치
100 ; Video acquisition means
200 ; communications network
300 ; Authentication server
310 ; Ministry of Communications
320 ; extraction part
330 ; Certification Department
340 ; synthesis part
350 ; learning department
360 ; database
400 ; access control device

Claims (8)

얼굴 인식이 필요한 각 사용자를 대상으로 악세서리를 착용한 상태와 미착용한 상태에 대한 얼굴 영상을 획득할 수 있으며, 인증서버로 획득된 해당 영상들을 전송하는 영상획득수단; 및
통신망을 통하여 상기 영상획득수단으로부터 얼굴 인식이 필요한 개인의 영상을 악세서리를 착용한 상태와 미착용 상태에 대해 모두 제공받아 영상 내 얼굴 부위에서 얼굴 인증에 필요한 인식요소를 추출하고, 추출된 인식요소를 기반으로 인증을 수행하는 상기 인증서버를 포함하되,
상기 인증서버는 얼굴 영상 획득시 추가로 획득되는 얼굴 측면 영상을 제공받아 상기 인식요소를 추출함으로써 얼굴 인증에 활용하며,
출입자와 근거리에 위치한 레이더 센서를 이용하여 출입자의 호흡을 인식하고, 심박수를 추정하며,
상기 인증서버는,
상기 영상획득수단으로부터 제공받은 개인 영상으로부터 얼굴 인식 및 인증에 필요한 상기 인식요소를 추출하는 기능을 수행하는 추출부;
상기 추출부에서 추출된 인식요소 및 얼굴 영상 인식을 위하여 데이터베이스에 기저장된 데이터를 이용하여 개인의 얼굴 인증을 수행하는 인증부; 및
출입 사용자 인증에 사용할 인식요소를 포함한 얼굴 데이터를 개인별로 저장하고, 상기 인증부에서 인증을 위해 요청시 제공하는 데이터베이스;를 포함하고,
상기 영상획득수단은,
카메라 촬영의 인식율을 높이기 위해 에이다부스트(AdaBoost), 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine: SVM), 선형판별식 해석(Linear Disciminant Analysis: LDA) 및 주성분 분석(Principal Component Analusis: PCA) 중 어느 하나의 알고리즘이 내장되어 외형에 기반하여 인식대상 영역을 식별하며,
상기 인증부는,
상기 악세서리 미착용 상태 또는 착용한 상태에 대한 상기 얼굴 인증을 더욱 안전하게 진행하기 위한 생체 정보를 활용한 추가 인증을 수행하되, 얼굴 표정 인식 결과의 변화와 얼굴 및 손의 특징점 사이의 변화를 추가로 인식하여 출입 인증을 수행하는
멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템.
An image acquisition means capable of acquiring facial images for each user requiring face recognition in a state of wearing and not wearing an accessory, and transmitting the acquired images to an authentication server; and
Through a communication network, images of individuals requiring face recognition are provided from the image acquisition means in both the state of wearing and not wearing the accessory, the recognition elements necessary for face authentication are extracted from the facial area in the image, and based on the extracted recognition elements Including the authentication server that performs authentication,
The authentication server receives the face side image that is additionally acquired when acquiring the face image, extracts the recognition element, and uses it for face authentication.
Using a radar sensor located close to the visitor, the visitor's breathing is recognized and the heart rate is estimated.
The authentication server is,
an extraction unit that performs the function of extracting the recognition elements necessary for face recognition and authentication from the personal image provided from the image acquisition means;
An authentication unit that performs face authentication of an individual using data previously stored in a database for facial image recognition and recognition elements extracted from the extraction unit; and
A database that stores face data including recognition elements to be used for authentication of access users for each individual, and provides the authentication unit upon request for authentication,
The image acquisition means is,
To increase the recognition rate of camera shots, use one of AdaBoost, Support Vector Machine (SVM), Linear Disciminant Analysis (LDA), and Principal Component Analysis (PCA) algorithms. It is built-in to identify the recognition target area based on its appearance.
The authentication department,
Additional authentication is performed using biometric information to more safely perform the facial authentication when the accessory is not worn or worn, and changes in facial expression recognition results and changes between facial and hand feature points are additionally recognized. Performing access authentication
Access control authentication system capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 인식요소는
얼굴 부위의 특징점이나 고유 특징요소, 얼굴 부위간 거리에 대한 요소를 포함하는 것이며, 눈과 코의 거리, 입의 크기 및 모양, 귀의 고유 특징요소, 이마의 고유 특징요소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템.
According to paragraph 1,
The recognition element is
It includes features about facial features, unique features, and distances between facial parts, and includes at least one of the distance between the eyes and nose, the size and shape of the mouth, the unique features of the ears, and the unique features of the forehead. An access control authentication system capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor.
제3항에 있어서,
상기 추출부는
악세서리를 착용한 상태의 얼굴 영상 내 인식요소 추출시, 얼굴 측면 영상과 얼굴 정면 영상으로부터 인식요소를 추가로 추출하며,
추가 인식요소 추출시, 눈과 귀의 거리, 귀의 크기, 귓볼, 귀 모양, 이마 주름 상태, 이마 크기, 이마 모양 중 적어도 어느 하나에 대해서 추가로 추출하는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템.
According to paragraph 3,
The extraction unit
When extracting recognition elements from a face image while wearing an accessory, recognition elements are additionally extracted from the face side image and the front face image.
When extracting additional recognition elements, heart rate is measured using a multi-modal sensor, which is characterized by additionally extracting at least one of the distance between the eyes and ears, ear size, earlobe, ear shape, forehead wrinkle condition, forehead size, and forehead shape. Possible access control authentication system.
제1항에 있어서,
상기 인증서버는,
상기 영상획득수단으로부터 획득된 개인별 얼굴 영상 중 개인 얼굴 영상의 얼굴 측면 영상과 얼굴 정면 영상을 합성하여 인증에 활용하거나, 개인별로 악세서리를 착용한 상태의 얼굴 영상과 악세서리를 미착용한 상태의 얼굴 영상을 합성하여 인증에 활용하는 합성부; 및
개인별 획득된 얼굴 데이터를 기반으로 머신러닝 알고리즘을 활용하여 개인 인증시 인식율 향상을 위해 학습을 수행하는 학습부를 포함하는 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템.
According to paragraph 1,
The authentication server is,
Among the individual face images obtained from the above image acquisition means, the face side image and the front face image of the individual face image are synthesized and used for authentication, or the face image with the individual wearing the accessory and the face image without the accessory are used for authentication. A synthesis unit that synthesizes and uses it for authentication; and
An access control authentication system capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor that includes a learning unit that uses machine learning algorithms based on facial data acquired for each individual to improve the recognition rate when authenticating an individual.
제1항에 있어서,
상기 레이더 센서는
연속파 기반 레이더 센서를 이용하며,
상기 연속파 기반 레이더 센서는 연속파를 송수신하여 생체신호에 의한 인체 움직임 변화를 인식하고, 송수신신호를 수집하여 주파수, 시간, 위상 차이를 이용하여 생체 정보인 호흡을 인식하여 심박수를 추정할 수 있는 것을 특징으로 하는 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 시스템.
According to paragraph 1,
The radar sensor is
It uses a continuous wave-based radar sensor,
The continuous wave-based radar sensor transmits and receives continuous waves to recognize changes in human body movement due to biological signals, collects transmitted and received signals, and recognizes breathing, which is biometric information, using frequency, time, and phase differences to estimate heart rate. An access control authentication system that can measure heart rate using a multi-modal sensor.
제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 인증서버를 이용한 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 방법에 있어서,
상기 영상획득수단은 각 개인마다 악세서리 착용 및 악세서리 미착용시의 얼굴 영상을 촬영하여 획득하는 단계;
상기 인증서버는 상기 영상획득수단으로부터 수신된 악세서리 착용 및 악세서리 미착용시의 얼굴 영상으로부터 인식요소를 추출하는 단계;
추출된 인식요소를 포함한 각 개인별 얼굴 데이터 영상을 데이터베이스에 저장하여 등록하는 단계; 및
상기 데이터베이스에 저장되어 등록된 얼굴 데이터 영상을 새로 획득되는 영상과 매칭하여 개인 인증을 수행하는 단계를 포함하는 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 방법.
In the access control authentication method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor using the authentication server of any one of claims 1, 3 to 6,
The image acquisition means includes the steps of capturing and acquiring facial images of each individual when wearing an accessory and when not wearing an accessory;
The authentication server extracts recognition elements from facial images received from the image acquisition means when wearing an accessory and when not wearing an accessory;
Storing and registering face data images for each individual, including extracted recognition elements, in a database; and
An access control authentication method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor, comprising the step of performing personal authentication by matching a facial data image stored and registered in the database with a newly acquired image.
제7항에 있어서,
상기 인증서버는 상기 영상획득수단으로부터 악세서리 착용시 얼굴 영상을 얼굴 정면과 얼굴 측면에서 각각 획득함에 따라 얼굴 정면 영상과 얼굴 측면 영상에 대해서 합성 알고리즘을 이용하여 합성을 수행하는 단계;
합성된 영상 데이터는 데이터베이스에 등록되어 해당 얼굴을 갖는 사용자의 출입 인증을 수행하는 단계; 및
출입 인증시 상기 출입 인증에 의한 1차 얼굴 인증 후, 추가 2차 인증을 수행하는 단계를 더 포함하는 멀티 모달 센서를 이용한 심박수 측정이 가능한 출입 통제 인증 방법.
In clause 7,
The authentication server acquires face images from the front of the face and the side of the face when the accessory is worn from the image acquisition means, respectively, and performs synthesis of the front and face images using a synthesis algorithm;
registering the synthesized image data in a database to perform access authentication of a user with the corresponding face; and
An access control authentication method capable of measuring heart rate using a multi-modal sensor, further comprising performing additional secondary authentication after primary face authentication by the access authentication.
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Citations (3)

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