KR20020065248A - 비접촉식 홍채인식을 위한 영상의 정규화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체인식 기술의 한 분야인 홍채인식에 관한 발명이다. 본 발명의 동기는 기존 신원확인 수단의 문제점을 해결함과 동시에 보다 고신뢰도의 생체인식 기술을 기반으로 더욱 안전하고 간편하게 신원확인을 할 수 있도록 하기 위함이다. 본 발명을 통해서 비접촉식 홍채인식 시스템에서 나타나는 문제점인 영상의 크기변화, 기울어짐, 이동에 대한 문제를 해결함으로써 더욱 정확한 홍채 영상 데이터를 특징 추출 과정에 사용할 수 있도록 함을 그 목적으로 한다.

적외선 조명을 이용한 영상획득 장비를 통하여 홍채영상을 획득하고, 입력되는 홍채 영상에 대해서 내부와 외부의 경계를 검출하여 그 중심을 각각 설정하고, 경계 사이의 홍채패턴만을 검출한 뒤, 극좌표 변환 과정을 거쳐 일정크기의 영상으로 정규화한다. 또, 홍채 영상 정보 배열의 픽셀들을 이동하면서 비교하여 회전된 영상에 대한 보정을 실시하는 과정으로 구성된다.

Description

비접촉식 홍채인식을 위한 영상의 정규화 방법{Preprocessing of Human Iris Verification}

비접촉식 홍채인식 시스템의 경우, 눈과 카메라의 거리가 동일하지 않음으로 인해 영상의 크기가 달라지거나, 사람 머리의 기울어짐, 혹은 움직임 때문에 홍채 영상이 회전, 혹은 이동되는 현상이 발생한다. 따라서 정확한 홍채 영상 내/외부 경계 및 중심 설정과 영상의 정규화, 회전 영상의 보정을 통하여 보다 정교하고 최적화된 홍채 영상처리를 본 발명의 목적으로 한다.

본 발명이 속하는 기술분야는 패턴인식과 영상처리를 이용한 생체인식 기술분야이며, 세부기술 분야는 정확한 홍채 영상의 정규화와 회전 영상의 보정이다. 기존의 홍채인식 분야에서는 영상의 정규화 과정을 거치지 않거나 회전 영상에 대한 보정을 고려하지 않음으로 인하여 동일인의 홍채 영상이라 할지라도 크기가 다르거나 회전, 혹은 이동되었을 경우 타인의 홍채 영상으로 잘못 인식하는 경우가 많았다. 또 홍채 내부와 외부의 중심을 같게 설정함으로 인하여 영상이 틀어졌을 경우 정확한 경계를 검출하지 못하였고, 따라서 부정확한 홍채 패턴이 검출될 수밖에 없었다. 영상의 정규화 혹은 회전 영상의 보정을 고려하는 경우도 시간 공간 상에서의 신속하고 정확한 방법이 제시되어 있지 않아 홍채인식에 보다 적합한 홍채 영상 데이터를 처리하는데 있어 불충분하였다.

본 발명은 비접촉식 홍채인식 시스템에서 홍채 영상이 이동, 혹은 회전되거나, 카메라와 눈 사이의 거리에 따라 영상의 크기가 달라지는 것을 보정하는 방법으로 보다 정확한 홍채 영상 데이터를 처리할 수 있도록 제안되었다. 눈이 카메라에 대해 좌, 우, 상, 하로 비스듬하게 위치하여 영상이 틀어지는 경우 홍채의 내부와 외부의 중심을 각각 설정하여 정확한 경계를 검출함으로써 이를 해결하였다. 또한 내부 경계와 외부 경계 사이의 홍채패턴을 검출하여 이를 일정한 크기로 정규화 시킴으로써 거리에 따른 영상의 크기 변화에도 대처할 수 있도록 하였다. 그리고 머리의 기울어짐으로 인한 영상의 회전도 홍채 영상 정보 배열을 비교하고 이동함으로써 그 영향을 최소화하였다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 첫 번째로 적외선 조명을 이용하여 최적의 홍채 입력영상을 획득할 수 있는 영상획득 장비를 구현하는 것이다.

두 번째로는 최적의 홍채 입력 영상을 획득하는 시스템의 영상이 좌, 우, 상, 하로 틀어졌을 경우에 내부와 외부의 중심을 각각 설정하여 정확한 경계를 검출하는 방법의 제공이다.

세 번째로는 눈과 카메라 사이의 거리가 달라짐에 따라 홍채 영상의 크기가 달라지는 경우 내부 경계와 외부 경계 사이의 홍채패턴을 검출한 뒤 이를 극좌표로 변환하여, 일정한 크기로 정규화시키는 기술적 방법의 제공이다.

네 번째로는 머리의 기울어짐으로 인하여 홍채 영상이 회전되는 경우에 홍채 영상 정보의 픽셀들을 비교하고 이를 이동하여 보정함으로써 이를 해결하는 기술적 방법의 제공이다.

제 1 도는 본 발명에 따른 홍채인식을 위한 영상의 정규화 과정의 전체 흐름도

제 2 도는 홍채 영상의 외부 경계 검출

제 3 도는 내부 중심과 외부 중심의 설정 및 외부 경계의 반지름 계산

제 4 도는 본 발명에 따른 홍채 영상의 정규화 과정

제 5 도는 머리의 기울어짐으로 인한 영상의 회전

제 6 도는 회전 영상의 보정을 위한 홍채 영상 정보 배열의 픽셀 이동과 각 이동된 배열의 특징값과 등록데이터와의 비교

제 1 도는 본 발명에 따른 홍채 영상의 정규화 과정의 전체 흐름도이며, 다음의 세부 과정을 수행한다.

1) 적외선 조명을 이용한 영상획득 장비를 통해 홍채영상을 획득, 제공한다. 적외선 조명은

눈의 동공 부분에 반사광이 나타나도록 배치한다.

2) 제공된 입력영상에 대하여 홍채의 내/외부 경계를 검출하고, 내/외부의 중심을 찾는다.

3) 내부 경계로부터 외부 경계까지의 거리의 일정 부분의 홍채패턴만을 검출해낸다.

4) 검출된 홍채패턴을 극좌표로 변환한다.

5) 극좌표로 변환된 홍채패턴을 가로, 세로가 일정한 크기를 가진 영상으로 정규화한다.

6) 회전된 영상의 보정을 위하여 홍채 영상 정보 배열의 픽셀을 이동하고, 비교한다.

제 2 도는 본 발명에 따른 홍채 영상의 외부 경계를 검출하는 과정을 나타내는 도면이며, 다음의 세부과정을 수행한다.

1) 제공된 입력 영상에 대하여 경계 검출 필터링을 하여 동공과 홍채영역의 경계를 찾는다.

2) 1)에서 검출된 홍채영역의 내부 경계로부터 동공의 중심을 구한다.

3) 검출된 내부경계로부터 전후 양방향으로 진행하며 픽셀값의 차이를 확인하여 그 차이가 최대가 되는 지점을 찾아 외부 경계를 검출한다.

제 3 도는 본 발명에 따른 홍채 영상의 좌, 우, 상, 하 틀어짐 보정을 위한 내, 외부 경계의 중심 설정 과정을 나타내는 도면이며, 다음의 세부 과정을 수행한다.

1) 내부 경계로부터 좌측 외부 경계까지의 거리 R_L, 우측 외부 경계까지의거리 R_R, 위쪽 외부 경계까지의 거리를R _U ,아래쪽 외부 경계까지의 거리를R _D ,내부 경계의 반지름 R₁를 구한다.

2) 1)에서 구한 R_L, R_R,R _U , R _D ,R₁를 이용하여 외부 경계의 반지름과 중심을 구한다.

3) 이때 R_L과, R_R,R _U 와,R _D 가 각각 같은 크기가 아니므로 홍채 외부 경계의 중심은 동공의 중심과는 다르다. 홍채영역을 추출하는 과정에 있어서 내외부 경계의 중심을 각각 구함으로써 시선이 좌우로 쏠리거나 거리의 이동에 따른 동공의 크기 및 위치의 변화에 따라서 항상 일정한 홍채영역만을 잘라낼 수 있게 된다.

제 4 도는 본 발명에 따른 거리에 따른 홍채 영상 크기 변화 보정을 위한 영상의 정규화 과정의 흐름도이며, 다음의 세부 과정을 수행한다.

1) 내부 경계와 외부 경계 사이의 거리의X% 부분의 홍채패턴만을 취한다. 사용자의 움직임에 따라 상하좌우의 홍채영역이 일정치 않은데 내부 경계와 외부 경계 사이의 홍채 영역 중 일정 부분(X%)를 취하는 방식으로 영역을 추출해내기 때문에 어떠한 경우에도 각 방향에 대해 동일한 부분만을 취할 수 있게 된다. (b)는 이를 극좌표로 변환한 모습이다.

2) 동공을 중심으로 홍채영역의 각 방향에 따라 항상 일정 영역만을 추출해내게 되면 불규칙한 모습의 홍채 패턴(b)을 얻게 되는데 이를 동일한 입력 정보로 활용하기 위해 가로 M 픽셀, 세로 N 픽셀의 일정 크기의 영상으로 정규화 시키게 된다(c).

제 5 도는 머리의 기울어짐으로 인한 영상의 회전 효과를 보인 것이다. 홍채 영상을 획득시 사용자의 머리가 좌우로 약간씩 기울어질 수 있는데, 이러한 상태로 입력영상을 획득하게 되면 그림(a)와 같이 회전된 영상을 얻게 된다. 이러한 회전 효과는 홍채 영역만을 추출해 낸 경우 그림(b)와 같이 좌우로 이동이 된 상태로 나타나게 된다.

제 6 도는 검증 단계에서 회전 영상을 보정하기 위한 방법을 나타낸 것으로 다음과 같은 과정을 수행한다.

1) 얼굴의 좌우 기울임으로 인한 영상의 회전 효과는 제 5 도의 그림(a)와 같고 입력 정보로 활용되는 극좌표계로 변환된 홍채영역에 대해서는 제 5도의 (b)와 같이 좌우로 이동되는 효과가 나타난다.

2) 좌우로 이동이 된 상태를 고려하여 (a)와 같이 입력된 홍채영역의 이미지에 대해 좌우로 한 컬럼씩 이동된, 즉 회전된 상태의 영상 정보 Array(n)을 각각 임시로 생성하도록 한다.

3) 이동된 입력영상 정보 Array(n)에 대해 그림(b)와 같이 각각 변환을 수행하여 특징벡터f _T (n)을 생성하도록 한다.

4) 각 각도별로 이동된 경우의 특징벡터f _T (n)을 등록 데이터f _R 과 비교하여 각각에 대해 일치율(S _n )을 구하게 된다.

5)S _n 중 최대값으로 나타나는 것을 회전효과가 보정된 결과값으로 본다.

본 발명의 결과로 획득 가능한 효과는, 다양한 변형을 가진 홍채 영상을 보다 정확한 정규화된 홍채 영상 데이터 형태로 가공하여 홍채 영상 데이터의 특징을 추출할 때 이용할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 의해서 비접촉식 홍채인식 시스템에서 나타날 수 있는 영상의 회전, 이동, 크기에 따른 문제점을 해결하여 이에 대한 영향을 최소화시키는 것이다.

Claims (6)

1. 홍채영상 획득시 적외선 조명과 가시광선 차단필터를 사용하여 홍채영상을 획득하도록 하고, 이때 반사광이 홍채영역이 아닌 동공부분에 맺히도록 하여 홍채정보의 손실이 없도록 하여 양질의 홍채영상을 획득하는 영상획득 시스템.
2. 홍채 영상의 내부 경계로부터 전후 양방향으로 픽셀값의 차이를 이용하여 홍채 영상의 외부 경계를 검출하는 방법.
3. 좌, 우, 상, 하로 불균형한 홍채영상에 대해 내부 경계와 외부 경계를 구하고, 내부 경계와 외부 경계로부터 외부 경계 중심과 반지름을 취하는 단계를 포함하는 홍채 영상 획득 방법.
4. 조명의 간섭을 없앰과 동시에 많은 양의 홍채 패턴을 취할 수 있도록 내부 경계와 외부 경계 사이의 거리의 소정의 백분률 부분의 홍채 패턴만을 취하는 단계를 포함하는 홍채 영상 획득 방법.
5. 제3항에서 검출된 불규칙한 홍채 패턴 영상을 일정한 가로, 세로 픽셀 크기의 영상으로 정규화하는 단계를 포함하는 홍채 영상 획득 방법.
6. 머리의 기울어짐으로 인해 회전된 홍채 영상에 대해서 홍채 영상 정보 배열을 비교하고 이동하여 보정하는 단계를 포함하는 홍채 영상 획득 방법.