KR20130031712A - 얼굴인식형 운전자 인증 장치 및 방법 - Google Patents

얼굴인식형 운전자 인증 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 얼굴인식형 운전자 인증 장치 및 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 운전자 인증 장치는, 운전석 등받이의 각도 및 핸들 축의 각도를 측정하는 측정부; 운전자의 얼굴을 촬영하고, 얼굴 영상을 출력하는 촬영부; 및 상기 등받이 및 상기 핸들 축의 각도를 고려하여 산출된 보상용 각도만큼 상기 얼굴 영상을 회전 보상하고, 보상한 상기 얼굴 영상을 상기 운전자에 대해 기학습된 기준 영상과 비교하여 운전자를 인증하고, 상기 운전자에 의해 기등록된 설정으로 차량 설정을 변경하도록 차량 ECU(Electronic Control Unit)에 지시하는 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

얼굴인식형 운전자 인증 장치 및 방법{Apparatus and Method for certifying Driver by recognition face}
본 발명은 운전자 인증 장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 운전자의 얼굴 영상을 이용하여 운전자를 인증할 수 있는 운전자 인증 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 다양한 사용자의 수요에 따라 다양한 기능을 제공하는 장치를 차량에 추가하고 있다.
그중, 운전자 인증 장치는 운전자의 얼굴을 인식하여 운전자별로 차량 설정을 자동 설정해 줄 수 있어, 하나의 차량을 복수의 운전자가 이용할 경우에 특히 편리하다.
종래의 적외선 카메라를 이용하는 운전자 인증 장치는 운전자에 반사되어 돌아오는 적외선 신호를 이용하여 운전자의 얼굴 영상을 획득하고, 운전자의 얼굴 영상을 해석함에 따라 각 운전자를 인증하였다.
그런데, 종래의 운전자 인증 장치의 적외선 카메라는 핸들 후방에 설치되어, 운전자의 얼굴을 아래쪽에서 촬영하였다.
따라서, 핸들 축이나 등받이의 각도 등의 차량 여건에 따라 운전자의 얼굴이 더 숙여지면, 운전자 인증의 정확도가 낮아지는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 핸들 축 및 등받이의 각도에 대응하도록 보상된 운전자의 얼굴 영상을 이용하여 운전자 인증 및 모니터링을 수행할 수 있는 운전자 인증 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 운전자 인증 장치는, 운전석 등받이의 각도 및 핸들 축의 각도를 측정하는 측정부; 운전자의 얼굴을 촬영하고, 얼굴 영상을 출력하는 촬영부; 및 상기 등받이 및 상기 핸들 축의 각도를 고려하여 산출된 보상용 각도만큼 상기 얼굴 영상을 회전 보상하고, 보상한 상기 얼굴 영상을 상기 운전자에 대해 기학습된 기준 영상과 비교하여 운전자를 인증하고, 상기 운전자에 의해 기등록된 설정으로 차량 설정을 변경하도록 차량 ECU(Electronic Control Unit)에 지시하는 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 운전자 인증 장치에 의한 운전자 인증 방법은, 측정된 운전석 등받이의 각도 및 핸들 축의 각도로부터 보상용 각도를 산출하는 단계; 촬영된 운전자의 얼굴 영상을 상기 보상용 각도만큼 회전 보상하여 보상한 상기 얼굴 영상을 생성하는 단계; 상기 보상한 얼굴 영상을 상기 운전자에 대해 기학습된 기준 영상과 비교하여 상기 운전자를 인증하는 단계; 및 상기 운전자에 의해 기등록된 설정으로 차량 설정을 변경하도록 차량 ECU(Electronic Control Unit)에 지시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 핸들 축이나 등받이의 각도를 고려하여 정면에서 촬영한 영상에 더 가까운 보상한 운전자의 얼굴 영상을 생성하고, 보상한 얼굴 영상을 이용하여 운전자 인증 및 상태 파악을 수행함에 따라 인증 및 모니터링의 정확도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 인증 장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 인증 장치를 설명하기 위한 참조도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 운전석의 측면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 인증 방법을 도시한 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운전자 인증 장치를 도시한 구성도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 인증 장치를 설명하기 위한 참조도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 운전자 인증 장치(10)는 측정부(120), 촬영부(110), 판별부(140), 경고부(150), 입력부(130) 및 통신부(160)를 포함한다.
측정부(120)는 핸들 축의 각도 및 운전석 등받이의 각도를 측정한다.
예컨대, 측정부(120)는 핸들 축 및 등받이에 각기 구비되어, 기준면에 대비한 핸들 축의 특정 부위의 높이나, 등받이의 높이 등을 이용하여 각도를 측정할 수 있다.
촬영부(110)는 운전석에 앉는 운전자의 얼굴이 위치할 영역을 촬영함에 따라 운전자의 얼굴을 촬영한다.
도 2와 같이, 촬영부(110)는 핸들의 후방에 고정 설치된 카메라일 수 있다.
판별부(140)는 시동이 켜짐에 따라 동작하면, 핸들 축의 각도 및 등받이의 각도에서 기학습된 기준 영상이 존재하는지를 확인한다.
판별부(140)는 기학습된 기준 영상이 없으면, 촬영부(110)에 의해 촬영된 운전자의 얼굴 영상을 수신하고, 특징패턴을 추출하여 운전자의 얼굴 영상을 학습한다.
그리고, 판별부(140)는 아핀 변환(Affine Tranform)을 이용하여 학습된 얼굴 영상을 핸들 축의 각도 및 등받이의 각도로부터 산출한 보상용 각도만큼 회전시킴에 따라 기준 영상을 생성한다. 이때, 운전자는 입력부(130)를 통해 차량 설정의 등록을 요청하고, 차량 설정을 등록할 수 있다. 여기서, 차량 설정은 멀티미디어 장치의 오디오 볼륨, 라디오 채널 설정, 사이드미러 설정, 룸미러 설정, 내비게이션 설정 및 운전석 등받이의 각도 중 적어도 하나를 포함한다.
판별부(140)는 기학습된 기준 영상이 있으면, 촬영부(110)로부터 운전자의 얼굴 영상을 수신하여 운전자의 얼굴 영상을 모델링하고, 아핀 변환을 이용하여 모델링된 얼굴 영상을 보상용 각도만큼 회전시킴에 따라 정면에서 촬영된 얼굴 영상에 더 가깝게 보상된 얼굴 영상을 생성한다.
판별부(140)는 보상된 얼굴 영상이 기학습된 기준 영상과 일치하는지를 비교하여 운전자를 인증하고, 통신부(160)를 통해 해당 운전자가 기등록한 설정에 대응하는 차량 ECU(Electronic Control Unit)에 기등록한 설정으로의 설정변경을 지시한다. 이때, 판별부(140)는 등받이의 각도 및 핸들 축의 각도가 동일한 상태에서 학습된 기준 영상을 이용하여 운전자를 인증할 수 있다.
여기서, ECU는 멀티미디어 장치, 내비게이션이나, 사이드미러, 룸미러, 등받이의 각도를 제어하는 ECU 등일 수 있으며, 운전자 인증 장치(10)와는 차량 네트워크를 통해 연결될 수 있다.
판별부(140)는 운전자를 인증하지 못하거나 기설정된 차량 설정이 없으면, 운전자에게 운전자 등록 과정이나, 차량 설정 등록을 수행할 것을 유도할 수 있다.
이후, 판별부(140)는 보상된 얼굴 영상을 이용하여 운전자 눈과 고개 방향을 확인하고, 운전자가 기설정된 임계시간 이상 눈을 감거나, 임계시간 이상 차량의 전방 이외 방향으로 고개를 돌리면, 경고부(150)를 통해 위험을 경고할 수 있다.
경고부(150)는 판별부(140)의 지시에 따라 경고음을 출력하여 위험을 경고하는 스피커일 수 있다.
통신부(160)는 예컨대, CAN 트랜시버로서, 판별부(140)로부터 차량 설정을 지시받으면, 판별부(140)의 데이터를 차량 네트워크용 프로토콜로 변환하여 차량 네트워크로 송신한다.
한편, 판별부(140)는 핸들 축의 각도 및 등받이의 각도에 변화가 발생하면, 보상용 각도를 재산출하고, 재산출된 보상용 각도를 이용하여 운전자의 얼굴 영상을 보상할 수 있다.
한편, 판별부(140)는 운전자에게 얼굴을 아래로 숙여 일정시간 동안 유지하도록 안내하여 그 상태에서 촬영한 영상을 기준 영상으로 결정할 수도 있다. 따라서 판별부(140)는 운전자의 얼굴 윤곽, 눈동자 크기, 입 크기, 코 형상 등의 특징패턴을 더 정확히 파악하고, 얼굴 영상을 보상할 때 이를 이용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 판별부(140)는 촬영된 운전자의 얼굴 영상을 회전 보상하여 정면에서 촬영한 영상에 더 가깝게 변환하여 운전자 인증에 이용함에 따라 종래보다 정확히 운전자를 인증 및 모니터링할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 판별부에 의한 보상용 각도 연산 방법에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 운전석의 측면도이다.
도 3과 같이, 촬영부(110)는 b점에 위치하며, 핸들 축의 각도가 θ1, 운전석의 각도가 θ2일 때, 촬영부(110)는 z축 방향으로 운전자의 얼굴을 아래쪽에서 촬영한다. 즉, 판별부(140)는 지나치게 아래쪽에서 촬영되어, 눈 상태 및 고개 방향의 판별이 다소 어려운 운전자의 얼굴 영상을 수신한다.
따라서, 판별부(140)는 핸들 축의 각도 및 운전석의 각도로부터 보상용 각도(θ3＋θ4)를 산출하고, 보상용 각도만큼 얼굴 영상을 아래쪽을 회전시켜 정면에서 촬영한 얼굴 영상에 더 가깝게 보상된 얼굴 영상을 생성한다.
이때, 판별부(140)는 하기의 수학식 1에 의하여 보상용 각도를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
구체적으로, θ3은 ∠cad의 동위각으로 △abd 및 △acd에 의하여 θ1과 동일하고, ef선과 gh선은 평행하므로 θ4는 θ2-90°이므로, 보상용 각도는 상기의 수학식 1과 같다.
여기서, 핸들 축 각도 θ1은 ∠abd이고, 등받이의 각도 θ2는 ∠ghf이며, b점은 촬영부(110)의 렌즈의 중심이고, z축은 촬영부(110)의 렌즈에서 출발한 렌즈에 수직 하는 선이다. 그리고, g점은 운전석 등받이 상의 점이고, f는 운전석 좌석 상의 점이고, h점은 gh선과 fh선이 만나는 운전석의 힌지점이며, gh선은 운전석 등받이 선이며, fh는 운전석 좌석 선이다. d점은 b점에서 시작된 수평선이 운전석 등받이에 닿는 점이고, a점은 z축에 수직 하며, d점을 지나는 y축이 z축과 만나는 점이고, c점은 a점을 지나며 h점과 만나는 ah선이 bd선과 만나는 점이며, e점은 af선으로부터 연장된 선 상의 점이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 운전자 인증 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 인증 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 운전자 인증 장치(10)는 시동이 켜져서 구동되면, 핸들 축의 각도 및 운전석 등받이의 각도를 측정한다(S410)
운전자 인증 장치(10)는 카메라를 동작시켜 운전석에 앉는 운전자의 얼굴을 촬영한다(S420).
운전자 인증 장치(10)는 핸들 축의 각도 및 운전석 등받이의 각도로부터 보상용 각도를 산출한다(S430).
운전자 인증 장치(10)는 핸들 축의 각도 및 운전석 등받이의 각도에서 기학습된 기준 영상이 있는지를 확인한다(S440).
운전자 인증 장치(10)는 기학습된 기준 영상이 있으면, 아핀 변환을 이용하여 운전자의 얼굴 영상을 보상용 각도만큼 회전시킴에 따라 보상된 얼굴 영상을 생성한다(S450).
운전자 인증 장치(10)는 보상된 얼굴 영상을 기준 영상과 비교하여 일치하면, 운전자를 인증한다(S460).
운전자 인증 장치(10)는 운전자를 인증하면, 인증한 운전자에 의해 기등록된 차량 설정을 불러와, 기등록된 설정으로 차량 설정을 변경할 것을 해당 ECU에 지시한다(S470).
운전자 인증 장치(10)는 보상된 얼굴 영상을 이용하여 운전자가 부주의 행동을 하는지를 확인한다(S480).
이때, 운전자 인증 장치(10)는 운전자가 기설정된 임계시간 이상 눈을 감거나, 임계시간 이상 차량의 전방 이외 방향으로 고개를 돌리면, 운전자가 부주의 행동을 하고 있다고 판단한다.
운전자 인증 장치(10)는 운전자가 부주의 행동을 하면, 경고음으로 위험을 경고한다(S480).
한편, 운전자 인증 장치(10)는 기학습된 기준 영상이 없으면, 운전자의 얼굴 영상으로부터 특징패턴을 추출하여 운전자의 얼굴 영상을 학습하고, 아핀 변환(Affine Tranform)을 이용하여 학습된 얼굴 영상을 보상용 각도만큼 회전시킴에 따라 기준 영상을 생성한다(S500).
또한, 운전자 인증 장치(10)는 운전자를 인증하지 못하면, 등록 과정을 통해서 운전자 및 차량 설정에 대한 등록을 수행하고, (S480)단계를 실행할 수 있다(S510).
한편, 운전자 인증 장치(10)는 시동이 걸린 후 핸들 축의 각도 및 등받이의 각도에 변화가 발생하면, 보상용 각도를 재산출하고, 재산출된 보상용 각도를 이용하여 운전자의 얼굴 영상을 보상할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 핸들 축이나 등받이의 각도를 고려하여 정면에서 촬영한 영상에 더 가까운 보상한 운전자의 얼굴 영상을 생성하고, 보상한 얼굴 영상을 이용하여 운전자 인증 및 상태 파악을 수행함에 따라 인증 및 모니터링의 정확도를 높일 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 운전석 등받이의 각도 및 핸들 축의 각도를 측정하는 측정부;
    운전자의 얼굴을 촬영하고, 얼굴 영상을 출력하는 촬영부; 및
    상기 등받이 및 상기 핸들 축의 각도를 고려하여 산출된 보상용 각도만큼 상기 얼굴 영상을 회전 보상하고, 보상한 상기 얼굴 영상을 상기 운전자에 대해 기학습된 기준 영상과 비교하여 운전자를 인증하고, 상기 운전자에 의해 기등록된 설정으로 차량 설정을 변경하도록 차량 ECU(Electronic Control Unit)에 지시하는 판별부
    를 포함하는 운전자 인증 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판별부는,
    상기 보상된 얼굴 영상을 이용하여 상기 운전자가 기설정된 임계시간 이상 상기 차량의 전방 이외 방향으로 고개를 돌리거나, 눈을 감는 부주의한 상태인지를 확인하고, 상기 운전자가 부주의한 상태이면, 상기 운전자에게 위험을 경고음이나 경고문으로 경고하는 것인 운전자 인증 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 판별부는,
    상기 운전자에 의해 기등록된 설정이 없으면, 상기 차량 설정을 등록할 것을 안내하며,
    상기 운전자는 상기 차량 설정의 등록 과정에서 입력부를 통해 룸미러, 사이드미러, 등받이, 내비게이션, 멀티미디어 장치 중 적어도 하나에 대한 상기 차량 설정을 저장할 것을 요청하는 것인 운전자 인증 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 판별부는,
    상기 기학습된 운전자의 얼굴 영상이 없으면, 상기 운전자의 얼굴 영상의 특징벡터를 추출하여 상기 얼굴 영상을 학습하고, 학습된 상기 얼굴 영상을 이용하여 상기 등받이 및 상기 핸들 축의 각도에 대응하는 상기 기준 영상을 생성하는 것인 운전자 인증 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 판별부는,
    아핀 변환(Affine Tranform)을 통해서 상기 등받이의 각도 및 상기 핸들 축의 각도에서 90도를 뺀 상기 보상용 각도 만큼 상기 얼굴 영상을 회전 보상하여 정면에 촬영한 영상에 더 가까운 얼굴 영상으로 변환하는 것인 운전자 인증 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 판별부는,
    시동이 켜지거나, 상기 등받이의 각도 및 상기 핸들 축의 각도에 변화가 있으면, 상기 보상용 각도를 재산출하고, 재산출된 상기 보상용 각도를 이용하여 상기 얼굴 영상을 보상하는 것인 운전자 인증 장치.
  7. 운전자 인증 장치에 의한 운전자 인증 방법으로서,
    측정된 운전석 등받이의 각도 및 핸들 축의 각도로부터 보상용 각도를 산출하는 단계;
    촬영된 운전자의 얼굴 영상을 상기 보상용 각도만큼 회전 보상하여 보상한 상기 얼굴 영상을 생성하는 단계;
    상기 보상한 얼굴 영상을 상기 운전자에 대해 기학습된 기준 영상과 비교하여 상기 운전자를 인증하는 단계; 및
    상기 운전자에 의해 기등록된 설정으로 차량 설정을 변경하도록 차량 ECU(Electronic Control Unit)에 지시하는 단계
    를 포함하는 운전자 인증 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보상된 얼굴 영상을 이용하여 상기 운전자가 기설정된 임계시간 이상 차량의 전방 이외 방향으로 고개를 돌리거나, 눈을 감는 부주의한 상태인지를 확인하는 단계; 및
    상기 운전자가 상기 부주의한 상태이면, 상기 운전자에게 경고음이나 경고문으로 위험을 경고하는 단계
    를 더 포함하는 운전자 인증 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 지시하는 단계는,
    상기 운전자에 의해 기등록된 설정이 없으면, 상기 운전자에게 상기 차량 설정을 등록할 것을 안내하는 단계;
    상기 운전자가 상기 차량 설정의 등록 과정에서 룸미러, 사이드미러, 등받이, 내비게이션, 멀티미디어 장치 중 적어도 하나에 대한 상기 차량 설정을 저장할 것을 요청하면, 요청된 상기 차량 설정을 상기 운전자와 대응시켜 저장하는 단계
    를 더 포함하는 운전자 인증 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 산출하는 단계는,
    상기 등받이의 각도 및 상기 핸들 축의 각도를 합산한 각도에서 90도를 빼서 상기 보상용 각도를 산출하는 단계
    를 포함하는 것인 운전자 인증 방법.
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