KR20050065195A - 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홍채 영상 획득 시 발생하는 기하학적 왜곡과 잡음을 제거한 홍채 영상 추출을 통해 홍채 인식 또는 인증 과정에서 사용되는 홍채 표현 코드의 정합도를 증진시킬 수 있는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명의 홍채 영상 추출 장치는, 입력되는 눈 영상으로부터 홍채 영역만을 추출하는 홍채 영역 추출부; 상기 추출된 홍채 영역에 대한 극좌표 변환 영상을 생성하는 극좌표 변환부; 상기 극좌표 변환 영상을 대역통과 필터링하여 이진화시키는 이진화부; 및 등록 홍채영역 템플릿과 상기 이진화부로부터 입력되는 이진화 템플릿간의 비교를 통해 기하 왜곡 보정을 함으로써 정확한 홍채 영역을 추출하는 템플릿 정합부;로 구성된다.

Description

확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법 및 그 장치{Method and Apparatus for Extracting Iris Image using of Extended Template Matching}

본 발명은 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출에 관한 것이며, 보다 상세히는 생체 인식 시스템에 있어 인간의 홍채를 이용한 인식 시스템상에서 광학 기기를 통하여 입력된 눈(eye) 영상에서 홍채 영상을 추출하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 광학 기기를 통해 인간의 눈(eye) 영상을 획득함에 있어 정밀한 영상을 획득하기 위해서는 눈(eye)과 광학 기기의 수신단과의 거리가 짧아야 하며 적외선 조명을 사용해야 한다. 이러한 조건하에서 영상을 획득할 경우 사람의 움직임에 따라 획득되는 눈(eye) 영상이 변화함에 따라 추출되어지는 홍채 영상은 회전(rotation), 이동(translation)등의 기하학적인 왜곡을 가지고 있으며, 또한 적외선 조명하에서의 촬영 시에 발생하는 조명에 의한 잡음의 발생으로 정확한 홍채 코드의 생성 혹은 홍채 패턴의 정합을 어렵게 만든다.

이러한 잡음 및 기하학적 왜곡을 보정하기 위하여, 종래 홍채 영상 추출 방법은 홍채 코드를 생성한 뒤 홍채 코드와는 별도로 마스크 코드를 생성하여 코드 정합 시 이용하거나 입력 영상에 대하여 영상 등록(image registration) 방법을 이용한다.

하지만, 상기 마스크 코드를 생성하는 방법은 코드 생성시의 정보 손실로 기하학적 왜곡 보상에 단점을 가지고 있으며, 상기 영상 등록 방법은 회색조 영상을 이용함으로써 많은 계산량을 요구하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 홍채 영상 획득 시 발생하는 기하학적 왜곡과 잡음을 제거한 홍채 영상 추출을 통해 홍채 인식 또는 인증 과정에서 사용되는 홍채 표현 코드의 정합도를 증진시킬 수 있는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법은, 입력되는 눈 영상으로부터 홍채 영역만을 추출하는 단계; 상기 추출된 홍채 영역에 대한 극좌표 변환 영상을 생성하는 단계; 상기 극좌표 변환 영상을 대역통과 필터링하여 이진화시키는 단계; 및 등록 홍채영역 템플릿과 상기 이진화부로부터 입력되는 이진화 템플릿간의 비교에 의한 템플릿 정합을 통해 기하 왜곡 보정을 함으로써 정확한 홍채 영역을 추출하는 단계;로 이루어진다.

또한, 상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 장치는, 입력되는 눈 영상으로부터 홍채 영역만을 추출하는 홍채 영역 추출부; 상기 추출된 홍채 영역에 대한 극좌표 변환 영상을 생성하는 극좌표 변환부; 상기 극좌표 변환 영상을 대역통과 필터링하여 이진화시키는 이진화부; 및 등록 홍채영역 템플릿과 상기 이진화부로부터 입력되는 이진화 템플릿간의 비교를 통해 기하 왜곡 보정을 함으로써 정확한 홍채 영역을 추출하는 템플릿 정합부;로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 홍채 영상 추출 장치에 대한 개략적인 블록 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 홍채 영상 추출 장치는, 홍채 영역 추출부(110), 극좌표 변환부(120), 이진화부(130), 및 템플릿 정합부(140) 등으로 구성된다.

상기 홍채 영역 추출부(110)는, 입력되는 눈(eye) 영상으로부터 홍채 영역만을 추출한다.

이러한 홍채 영역 추출부(110)는 일정한 크기의 마스크(저역 필터)를 영상에 적용하여 마스크 내의 화소값들의 평균을 마스크 중심점의 값으로 대치한다. 그리고, 대치된 평균값들로 이루어진 영상내에서 검은 색으로 이루어진 영상의 중심 부근에 위치한 영역의 중심 위치를 홍채의 중심점으로 대치한다. 중심점은 눈(eye)의 생물학적 특징인 수정체가 검은색으로 이루어졌으며, 눈의 중심 부근에 위치하고 있다는 사실에 기반한 것이다.

그리고, 상기 추출된 중심점에 대해 허프 변환(Hough Transform)을 수행하여 홍채 영역의 내부 경계선(inner boundary)과 외부 경계선(outer boundary)을 추출한다. 도 3은 이와 같이 추출된 홍채 영역의 내부/외부 경계선을 도시하고 있으며, 내부 경계선은 흰 선으로, 외부 경계선은 검정 선으로 각각 표시하고 있다.

그리고, 상기 추출된 내부/외부 경계선내의 영역을 추출함으로써 홍채 영역 영상을 추출하게 된다.

한편, 상기 홍채 영역의 추출에 있어 홍채 영역의 내부/외부 경계선은 동일한 중심을 가지나 지름이 다른 동심원으로 이루어져있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 일반적인 눈(eye) 영상의 상부 및 하부 영역에는 눈썹과 같은 잡음이 있기 때문에 정확한 홍채 패턴을 추출하는데 어려움이 존재한다.

따라서, 상기 외부/내부 경계선내의 홍채 영역 중에서 상부 및 하부의 일정 부분을 제외한 영역을 홍채 영역 추출의 결과 영상으로 출력하는 것이 바람직하다.

상기 극좌표 변환부(120)는 이를 위하여 상기 추출된 홍채 영상을 정사 영상으로 변환하게 된다.

극좌표 변환은, 도 4와 같이 홍채 영상의 구성이 일반적인 정사 영상으로 이루어지지 않으나 후술하는 템플릿 영상의 구성을 위해서는 정사 영상으로의 변환이 필요하다.

상기 극좌표 변환부(120)는, 극좌표 영상으로 변환된 홍채 영상으로부터 최종적으로 영상 높이의 상위 및 하위 10%의 크기를 가지는 부분을 제거한 영상을 출력한다.

이와 같이 상위 및 하위의 일부분을 제거하는 이유는 홍채 부분의 내부/외부 경계선 근처에서 발생하는 잡음의 제거 및 홍채 영역 외의 영역이 상기 홍채 영상내에 포함되는 것을 방지하기 위한 것이다.

도 5는 상기 도 4에 도시된 바와 같이 추출된 홍채 영상에 대해 극좌표 변환을 거친 정사 영상을 도시하고 있다.

이와 같은 정사 영상은 도 4에 표시된 좌측 및 우측 홍채 영역을 연결하여 이루어진 영상으로, 이진화부(130)의 입력으로 사용된다.

상기 이진화부(130)는 홍채 영상에 대하여 밴드 패스(band-pass) 필터를 이용하여 이진화 과정을 실시한다. 홍채 영상에 나타나는 잡음의 대부분은 눈썹이나 조명에 의한 반사에 의해서 발생하게 되며 이러한 잡음은 일반적인 회색조 영상으로 구성된 홍채 영상에서 0 혹은 255에 가까운 화소값으로 나타난다.

이러한 잡음을 제거하기 위하여 상기 이진화부(130)는, 홍채 영상내의 화소값들의 분포를 분석하여 화소값 분포도상의 하위 문턱값(Low threshold)및 상위 문턱값(High threshold)을 설정하고, 상기 하위 및 상위 문턱값 사이에 존재하는 화소값들은 1의 값으로, 하위 문턱값보다 낮은 화소값 또는 상위 문턱값보다 높은 화소값들은 0의 값으로 치환한다.

도 6은 이와 같은 상기 이진화부(130)의 밴드 패스(band-pass) 필터링 과정 통해 나온 결과를 도시하고 있다.

한편, 상기 템플릿 정합부(140)는 이진화부(130)에 의한 결과물을 입력받아 정확한 홍채 영역을 추출하게 된다.

도 2는 상기 템플릿 정합부(140)에 대한 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 템플릿 정합부(140)는 기등록된 홍채 템플릿(141)을 제 1메모리부(142)에 저장하고, 상기 이진화부(130)로부터 입력되는 이진화 템플릿(143)을 제 2 메모리부(144)에 저장한다. 이때, 제 1메모리부(142)에 저장되는 등록 홍채 템플릿(141)의 크기는 제 2메모리부(143)에 저장되는 입력 이진화 템플릿(143)의 크기보다 작다.

템플릿 정합 모듈(145)은 제 1메모리부(142)와 제 2메모리부(144)에 저장된 두 개의 템플릿간의 정합도를 계산한다.

이러한 정합도의 계산은 등록 홍채 템플릿과 입력 이진화 템플릿중의 등록 홍채 템플릿과 동일한 크기를 가지는 부분 영역을 대상으로 겹치는 부분의 화소값을 비교하여 동일한 값을 가졌을 경우 정합값을 +1 증가하는 방식으로 정합값 계산을 행한다.

그리고, 상기 계산된 정합값과 상기 입력 이진화 템플릿의 부분 영역의 위치를 정합값 및 정합 위치 메모리부(146)에 저장한다.

또한, 상기 템플릿 정합 모듈(145)은 상기 메모리부(146)에 정합값 및 정합 위치를 저장한 후, 정합 위치 이동 모듈(147)에 다음 단계에서 선택할 입력 이진화 템플릿 상의 등록 홍채 템플릿과 동일한 크기를 가지는 부분 영역의 위치를 전송한다.

이에 따라 상기 정합 위치 이동 모듈(147)에서는 상기 전송된 위치 정보를 저장한 후, 다음 템플릿 정합 단계에서 상기 템플릿 정합 모듈(145)로 전송하여 선택한 부분 영역의 위치를 지정한다.

상기 절차는 입력 이진화 템플릿 상에서 선택할 수 있는 모든 부분 영역에 대하여 실시하며 각 단계에서의 정합값 및 정합 위치는 메모리부(146)에 저장된다.

상기 절차를 모두 완료한 뒤 정합값 및 정합 위치 메모리부(146)에 있는 값들 중에서 가장 높은 정합값을 선택한 뒤 그 정합값에 대응하는 정합 위치를 선택하여 제 2메모리부(144)에 전송한다.

상기 전송된 정합 위치를 대상으로 제 2메모리부(144)에 저장되어 있는 입력 이진화 템플릿 영상중에서 부분 영역을 추출하여 보정 홍채 영상 (148)으로 출력한다.

이와 같이 보정된 홍채 영상(148)은 발생할 수 있는 기하학적 왜곡 및 영상 획득 시 발생하는 잡음을 제거하여 정확한 홍채 인식을 실행할 수 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 일반적인 홍채 인식 시스템에 적용될 수 있으며, 본 발명은 회로 또는 컴퓨터를 동작시키기 위한 소프트웨어, 또는 홍채 인식 시스템을 위한 여러 기기들을 이용하여 구현될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 이러한 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있도록 프로그램 및 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록매체를 포함하는 것으로, 그 예로는, 롬(Read Only Memory), 램(Random Access Memory), CD(Compact Disk)-Rom, DVD(Digital Video Disk)-Rom, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 이러한 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법 및 그 장치는, 홍채 영상 획득 시 발생하는 기하학적 왜곡과 잡음을 효과적으로 제거함으로써, 홍채 인식 또는 인증 과정에서 사용되는 홍채 표현 코드의 정합도를 증진시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법 및 그 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 홍채 영상 추출 시스템의 블록 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 템플릿 정합부에 대한 블록 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 분리된 홍채 영역에 대한 예시도.

도 4는 본 발명에 따른 부분 홍채 영역의 추출에 대한 예시도.

도 5는 본 발명에 따른 부분 홍채 영역에 대한 예시도.

도 6은 본 발명에 따른 이진화 과정에 의한 템플릿 형성의 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 홍채 영역 추출부 120: 극좌표 변환부

130: 이진화부 140: 템플릿 정합부

142,144,146: 메모리부 145: 템플릿 정합모듈

147: 정합위치이동 모듈

Claims (11)

1. 입력되는 눈 영상으로부터 홍채 영역만을 추출하는 홍채 영역 추출부;

   상기 추출된 홍채 영역에 대한 극좌표 변환 영상을 생성하는 극좌표 변환부;

   상기 극좌표 변환 영상을 대역통과 필터링하여 이진화시키는 이진화부; 및

   등록 홍채영역 템플릿과 상기 이진화부로부터 입력되는 이진화 템플릿간의 비교를 통해 기하 왜곡 보정을 함으로써 정확한 홍채 영역을 추출하는 템플릿 정합부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 홍채 영역 추출부는,

   입력되는 눈 영상에서 저역 필터를 이용하여 홍채 중심점을 추출하고, 추출된 중심점에 대해 허프 변환을 수행하여 홍채 영역만을 추출하는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 극좌표 변환부는,

   상기 추출된 전체 홍채 영역 영상을 극좌표계로 변환한 후, 변환된 영상 높이의 상위 및 하위 일부분을 제거하여 극좌표계 기반 홍채 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 이진화부는,

   상기 극좌표 변환 영상내의 화소값들의 분포를 분석하여, 화소값 분포도상에 하위 문턱값 및 상위 문턱값안에 포함된 화소값들은 1의 값으로, 상기 문턱값 범위에 속하지 않는 화소값들은 0의 값으로 치환하여 이진화를 수행하는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 템플릿 정합부는,

   등록 홍채 템플릿과 상기 이진화부로부터 입력되는 이진화 템플릿상의 화소값을 상호 비교하여 정합값을 계산하고, 그 정합값이 가장 높은 영역을 추출하는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 템플릿 정합부는,

   등록 홍채 템플릿을 입력 이진화 템플릿 상에서 이동하면서, 현재 이동 위치 상에서의 등록 홍채 템플릿 크기와 동일한 크기의 입력 이진화 템플릿중의 부분 영역을 선택하고, 선택된 부분 영역과 등록 홍채 템플릿상의 모든 화소값을 상호 비교하여 동일한 값을 가질 때 정합값을 +1 증가함으로써 현재 위치에 대한 정합값을 계산하고,

   입력 이진화 템플릿상의 각 위치에서의 정합값을 비교하여 가장 높은 정합값을 갖는 위치를 좌상단 점으로 등록 홍채 템플릿 크기의 영상을 추출하는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 장치.
7. (a) 입력되는 눈 영상으로부터 홍채 영역만을 추출하는 단계;

   (b) 상기 추출된 홍채 영역에 대한 극좌표 변환 영상을 생성하는 단계;

   (c) 상기 극좌표 변환 영상을 대역통과 필터링하여 이진화시키는 단계; 및

   (d) 등록 홍채영역 템플릿과 상기 이진화부로부터 입력되는 이진화 템플릿간의 비교에 의한 템플릿 정합을 통해 기하 왜곡 보정을 함으로써 정확한 홍채 영역을 추출하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 (a)단계는,

   입력되는 눈 영상에서 저역 필터를 이용하여 홍채 중심점을 추출하고, 추출된 중심점에 대해 허프 변환을 수행하여 홍채 영역만을 추출하는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법.
9. 제 7항에 있어서, 상기 (b)단계는,

   상기 추출된 전체 홍채 영역 영상을 극좌표계로 변환한 후, 변환된 영상 높이의 상위 및 하위 일부분을 제거하여 극좌표계 기반 홍채 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법.
10. 제 7항에 있어서, 상기 (c)단계는,

    상기 극좌표 변환 영상내의 화소값들의 분포를 분석하여, 화소값 분포도상에 하위 문턱값 및 상위 문턱값안에 포함된 화소값들은 1의 값으로, 상기 문턱값 범위에 속하지 않는 화소값들은 0의 값으로 치환하여 이진화를 수행하는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법.
11. 제 7항에 있어서, 상기 (d)단계는,

    등록 홍채 템플릿을 입력 이진화 템플릿 상에서 이동하면서, 현재 이동 위치 상에서의 등록 홍채 템플릿 크기와 동일한 크기의 입력 이진화 템플릿중의 부분 영역을 선택하고, 선택된 부분 영역과 등록 홍채 템플릿상의 모든 화소값을 상호 비교하여 동일한 값을 가질 때 정합값을 +1 증가함으로써 현재 위치에 대한 정합값을 계산하고,

    입력 이진화 템플릿상의 각 위치에서의 정합값을 비교하여 가장 높은 정합값을 갖는 위치를 좌상단 점으로 등록 홍채 템플릿 크기의 영상을 추출하는 것을 특징으로 하는 확장 템플릿 정합을 이용한 홍채 영상 추출 방법.