KR20140060081A - 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 장치는, 영상을 수집하고, 스피드 게이트를 개폐하는 출입통제부, 상기 수집된 영상에서 차영상을 도출하여 움직임을 탐지하고, 움직임이 있는 블롭(Blob)의 얼굴 영상을 수집하는 영상부 및 상기 블롭(Blob)의 얼굴 영상과 미리 등록된 얼굴 영상을 비교하여 인증된 사용자인지 여부를 판단하는 보안부를 포함하고, 상기 출입통제부는 상기 수집된 영상을 상기 영상부에 연속적으로 공급하고, 상기 영상부는 연속적으로 공급되는 영상정보에서, 연속적으로 얼굴 영상을 수집하고, 상기 보안부는 연속적으로 수집된 각각의 얼굴 영상을 상기 미리 등록된 얼굴 영상과 비교하여 유사한 사용자로 분류된 후보군 중 가장 많은 득표를 얻은 사람에 대해 인증된 사용자로 분류한다.

Description

원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR SPEED GATE BASED ON FACE RECOGNITION AT A DISTANCE}

본 발명은 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트의 통제 방법 및 장치에 관한 것으로, 비제약적 사용자 친화형 출입통제를 위한 원거리 얼굴 획득 기술과 얼굴 인식 기반 사용자 인증 기술을 통해 스피드 게이트를 제어하는 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트의 통제 방법 및 장치에 관한 것이다.

보안상의 이유로, 출입의 제한을 요하는 장소에서, 인가된 출입자만 출입할 수 있도록 할 목적으로 무인 출입통제 시스템이 사용되어 왔다.

종래의 출입통제 시스템은 사용자의 토큰 또는 ID 카드를 이용하여, 제한된 공간 또는 지역에 권한을 가진 사람들만 출입할 수 있도록 하는 시스템이 주를 이루고 있다.

그러나 사용자의 토큰 또는 ID 카드를 이용한 출입통제 시스템의 경우 사용자의 토큰 또는 ID 카드를 분실한 상황에서 토큰 또는 ID 카드를 취득한 비인가자의 출입을 통제할 방법이 없어 보안상의 취약점을 내포하고 있다.

상기의 문제를 해결하기 위하여, 개인별 불변의 특징이며 또한 분실위험이 없는 지문, 홍채, 얼굴 등과 같은 개인의 생체 정보를 이용한 출입통제 시스템이 사용되고 있으며, 특히 비제약적, 비강압적 특성을 갖는 얼굴인식 기반의 출입통제 시스템에 대한 수요가 증가하고 있다.

일반적인 출입통제 시스템의 경우 인가된 사용자를 위하여 개방된 출입문을 통하여, 인가자가 출입한 후 출입문이 폐쇄되기 전 비인가자가 출입하는 것을 시스템적으로 막을 방법이 없어 보안상의 취약점을 내포하고 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 토큰 또는 ID 카드 소지한 인가자를 한명씩 인증하고 출입을 허용하기 위하여 스피드 게이트를 도입하여, 개표구, 공공기관 및 산업체 등의 출입통제에 사용하고 있다.

최근, 전술한 생체인식 및 스피드 게이트의 장점을 고려한, 얼굴인식 기반의 스피드 게이트들이 개발되어 상용화에 이르고 있다.

그러나 스피드 게이트를 포함하는 종래의 얼굴인식 기반 출입통제 방법들은 근거리 얼굴인식 방법에 의존하고 있어, 출입통제 단말에 설치되어 있는 카메라에 얼굴을 위치시키고 얼굴영상이 특정 영역에 오도록 자세를 보정하고, 인증이 될 때까지 기다린 후 인증이 완료된 후에 출입을 하게 되어있다.

따라서 근거리 얼굴인식 기반 출입통제 시스템의 경우, 설치되어 있는 카메라의 위치와 인증 받으려는 사용자의 신장이 맞지 않을 경우 인증하는데 불편함을 느끼게 되며, 인증시간을 많이 소비하게 된다.

한국공개특허 제2011-0094947호는 입력되는 영상으로부터 얼굴을 인식하여 패턴을 분석하고, 분석된 패턴에 기초하여 출입문의 개폐를 제어하는 기술을 개시할 뿐, 사용자의 신장 등 신체조건에 구애 받지 않고, 원거리에서 얼굴인식이 불가능하다는 한계가 있다.

본 발명은 원거리에서 사용자를 인증할 수 있는 얼굴 영상을 획득하고, 획득된 영상으로부터 사용자를 인증하는 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 장치는, 영상을 수집하고, 스피드 게이트를 개폐하는 출입통제부, 상기 수집된 영상에서 차영상을 도출하여 움직임을 탐지하고, 움직임이 있는 블롭(Blob)의 얼굴 영상을 수집하는 영상부 및 상기 블롭(Blob)의 얼굴 영상과 미리 등록된 얼굴 영상을 비교하여 인증된 사용자인지 여부를 판단하는 보안부를 포함하고, 상기 출입통제부는 상기 수집된 영상을 상기 영상부에 연속적으로 공급하고, 상기 영상부는 연속적으로 공급되는 영상정보에서, 연속적으로 얼굴 영상을 수집하고, 상기 보안부는 연속적으로 수집된 각각의 얼굴 영상을 상기 미리 등록된 얼굴 영상과 비교하여 유사한 사용자로 분류된 후보군 중 가장 많은 득표를 얻은 사람에 대해 인증된 사용자로 분류할 수 있다.

본 발명에 따르면, 원거리 얼굴 인식을 기반으로 인증 요청자의 신장 등 신체 조건에 구애 받지 않는 비제약적 사용자 친화형 출입 통제 서비스를 제공할 수 있다.

또한, 스피드 게이트 뿐만 아니라 현관 출입 통제기, 도어폰 등 다양한 출입통제 시스템에 사용자 친화형 인증 방법을 적용할 수 있다.

또한, 줌 기능을 갖는 고해상도 카메라로부터 원거리에서 연속으로 얼굴을 탐지하고, 인식을 가능하게 함으로써, 인증뿐만 아니라 원거리 얼굴 검색 응용으로 사용할 수 있다.

또한, 지능형 영상보안 분야 및 원거리 사람 검색을 이용하는 용의자/수배자 및 위험인물 검색, 미아 찾기 등 다양한 응용 분야에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차영상에서 블롭(Blob) 영역을 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 방법을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 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 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 장치(1000)는 출입통제부(1100), 영상부(1200) 및 보안부(1300)를 포함하여 구성된다.

출입통제부(1100)는 영상수집부(1110), 게이트부(1120) 및 근접센서부(1130)를 포함하여 구성된다.

영상수집부(1110)는 줌 기능을 가지고, 일정 영역에 대하여 고해상도의 영상을 수집할 수 있다.

게이트부(1120)는 차단장치를 개폐하여 인증이 완료된 사용자만 지나가도록 할 수 있다.

이 때, 게이트부(1120)는 스피드 게이트 형태로 적용되는 것이 바람직하다.

근접센서부(1130)는 인증을 요청한 사람이 게이트부(1120)에 접근하는지 여부를 감지할 수 있다.

영상부(1200)는 탐지제어부(1210), 얼굴탐지부(1220) 및 자세추정부(1230)를 포함하여 구성된다.

탐지제어부(1210)는 영상수집부(1110)로부터 입력된 영상에서 움직임을 탐지하고, 움직임이 있는 블롭(Blob)의 크기를 계산한 후, 블롭의 크기가 미리 정해놓은 일정 크기가 되도록 영상수집부(1110)의 줌기능을 줌 인 또는 줌 아웃이 되도록 제어한다.

이 때, 입력된 영상에서 움직임을 탐지하기 위하여, 동일한 줌 값을 갖는 현재의 영상과 이전 영상의 차영상을 (수식 1)을 통해 구할 수 있다.

(수식 1)

카메라로부터 입력된 두 영상의 차영상은, 사람의 얼굴 영역이 움직임으로 인해 블롭을 구성하게 된다.

한편, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차영상에서 블롭(Blob) 영역을 추출하는 과정을 나타낸 도면이다.

차영상으로부터 블롭을 검출하는 방법을 자세하게 설명하기 위하여 도 2를 참고하면, (a)는 이전 프레임에 해당하고, (b)는 현재 프레임에 해당한다.

이때, 사람이 앞으로 걸어오는 경우는 영상이 커지거나 약간의 움직임을 갖기 때문에, 동일한 줌 상태에서, (a)의 얼굴 영상보다 (b)의 얼굴 영상이 더 크다.

이후, (c)와 같은 차영상을 도출하기 위하여 (수식 1)에 따라 현재 프레임에서 이전 프레임을 차감한 부분을 찾는다.

이 때, (c)와 같이, 외곽선만 남고 안쪽은 빈 경우가 발생할 수 있다.

따라서, 차영상을 (d)와 (e)처럼, 각각 가로축과 세로축으로 투영하여, (f)와 같이 서로 연결된 블롭(Blob)의 영역을 검출한다.

블롭의 영역이 검출되면 블롭의 영역 크기가 미리 정해놓은 크기 범위와 일치하는지 확인하고 일치하지 않을 경우는 카메라의 줌을 제어하여 크기 범위 내에 오도록 한다.

이는 일정한 크기의 얼굴을 탐지하기 위한 전처리에 해당한다.

다시 도 1을 참고하면, 얼굴 탐지부(1220)는 연속적으로 들어오는 영상정보에서, 상기에서 기술한 영상의 블롭영역으로부터 연속적으로 얼굴 영역을 탐지한다

이 때, 얼굴 영역을 탐지하는 방법은 아다부스팅 방법, 캐스캐이딩 방법, 오메가 쉐입 모델 등을 사용할 수 있으며, 다만 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

자세 추정부(1230)는 얼굴 탐지부(1220)로부터 입력된 얼굴의 자세를 추정할 수 있다.

입력된 얼굴의 자세를 추정한 후, 얼굴인식에 적합하지 않은 얼굴영상은 폐기함으로써, 전반적인 얼굴 인식 성능을 높일 수 있다.

이 때, 얼굴의 자세 중 얼굴인식을 위한 좌우 또는 상하 회전 범위를 사전에 정하여 둔다.

얼굴 추정 기능은 2차원 영상에서 얼굴의 특징 점들을 입력으로 회귀 분석을 통한 얼굴 자세를 추정한다.

얼굴의 회전은 단순한 선형 변형으로 보정이 가능하기 때문에 별도의 회귀분석 모델을 만들지 않는다.

얼굴의 포즈 중 상하 포즈를 측정할 수 있는 회귀분석 모델과 좌우 포즈를 측정할 수 있는 회귀분석 모델을 만든다.

하나의 실시 예를 보자면, 얼굴의 특징 점 추출은 아다부스트를 이용한 눈, 코, 입술 검출, 스케치 오퍼레이터를 이용한 얼굴 윤곽선 검출 등을 이용할 수 있으며, 회귀분석 모델은 Neural Network, 비선형 회귀분석 모델 등을 이용할 수 있다.

다만, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

보안부(1300)는 인증부(1310) 및 게이트 제어부(1320)를 포함하여 구성된다.

인증부(1310)는 영상부(1200)를 통해 획득된 얼굴 영상을 입력으로 사용자 인증을 수행할 수 있다.

연속으로 입력되는 각각의 얼굴 영상을 등록되어 있는 얼굴 영상들과 비교하여 가장 유사한 사용자로 분류를 수행한다.

사용자가 근접센서부(1130)에 접근하게 되면, (수식 2)에 따라 분류된 사람 중 가장 많은 득표를 얻은 사람으로 최종 분류를 수행한다.

(수식 2)

(δi는 i번째 사람으로 분류된 경우의 수)

분류된 사람이 i' 번째 사람일 경우, 실제 인증을 요청한 사람이 i' 번째 사람과 동일인임을 최종 확인하는 과정을 수행한다.

사용자 인증은 출입통제부(1100)에서 전자태그를 이용하여 얼굴과 이중으로 보안 체크를 하는 경우 또는 단순히 얼굴만을 이용하여 사용자 인증을 하는 경우와 같이 두 가지 경우를 고려하여 수행할 수 있다.

전자태그와 얼굴을 동시에 이용하는 경우는, i' 번째로 분류된 사람과 전자태그에 등록된 사람이 동일인 여부를 확인할 수 있다.

만약 전자태그에 등록된 사람이 i' 번째 사람이 아닌 경우, 인증은 실패하게 된다.

전자태그에 등록된 사람과 i' 번째 사람이 동일인인 경우, 전체 얼굴 영상 중 i' 번째 사람으로 분류된 비율을 계산하여, 일정한 값 이하가 되면 인증은 실패하게 된다.

해당 단계를 통과하였을 경우, i' 번째 사람으로 분류된 영상들의 유사도 값의 평균을 계산하여 일정한 값 이상이 되면 최종 인증을 하게 된다.

얼굴만을 이용하는 경우는, 전체 얼굴 영상 중 i' 번째 사람으로 분류된 비율을 계산하여, 일정한 값 이하가 되면 인증은 실패하게 된다.

해당 단계를 통과하였을 경우, i' 번째 사람으로 분류된 영상들의 유사도 값의 평균을 계산하여 일정한 값 이상이 되면 최종 인증을 하게 된다. 얼굴 인증 과정에 대한 내용은 도 4를 통해 상세하게 후술한다.

게이트 제어부(1320)는 근접 센서부(1130)에 사람이 접근했을 때, 얼굴 인증 부(1310)의 인증 결과에 따라 게이트의 개폐를 제어할 수 있다.

게이트 제어 부(1320)는 인증을 요청한 사람이 근접 센서부(1130)에 접근했을 때, 인증부(1310)의 사용자 인증 결과에 따라 출입문 제어를 수행할 수 있다.

만약 인증이 거부된 경우는 알람을 출력하고, 인증된 경우는 게이트부(1120)를 개방하도록 제어할 수 있다.

만약 인증된 사용자가 게이트부(1120)를 통과하지 않은 상태에서, 근접 센서부(1130)로부터 멀어지는 것과 같이 사용자 인증 후 출입을 하지 않고 되돌아 가는 경우 게이트부(1120)를 개방하지 않고 사용자 인증을 새롭게 진행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 방법을 나타낸 도면이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 방법은 우선, 영상수집부를 통해 현재의 영상을 획득한다(S310).

이후, 획득한 현재 영상과 이전 영상과의 차영상을 계산한다(S320)

이 때, 차영상을 도출하는 계산식은 (수식 1)을 적용할 수 있다.

이후, 도출된 차영상을 각각 가로축과 세로축으로 투영하여 서로 연결된 블롭(Blob)의 영역을 계산한다(S330).

블롭의 영역이 검출되면 블롭의 영역 크기가 미리 정해놓은 크기 범위와 일치하는지 확인하고 일치하지 않을 경우는 객체의 조정이 필요하다는 판단을 하여(S340), 카메라의 줌을 제어하여 크기 범위 내에 오도록 한다(S350).

이후, 조정된 현재 영상을 획득하여 이전 영상으로 저장하고, 새로운 현재 영상의 획득을 위해 S310 단계를 반복한다.

한편, S340 단계에서 객체 조정이 필요하지 않다는 판단이 있는 경우에는, 별도의 카메라 조정 없이 현재 영상을 이전 영상으로 저장하고, 새로운 현재 영상의 획득을 위해 S310 단계를 반복한다.

획득된 블롭 영역 내에 존재하는 얼굴 영상을 통해 인증을 수행하는 과정은 도 4를 통해 상세히 후술한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 방법을 나타낸 도면이다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 방법은 우선, 도 3에서 획득된 블롭 영역 내에 존재하는 얼굴 영상과 등록된 얼굴들의 유사도를 계산한다(S410).

이 때, 얼굴 영상은 지속적으로 촬영되어 제공될 수 있으며, 연속으로 입력되는 각각의 얼굴 영상을 등록되어 있는 얼굴 영상들과 비교하여 가장 유사한 사용자로 분류를 수행하게 된다.

이후, 사용자가 근접센서부에 접근하여 근접센서가 동작하는지를 판단하여, 동작하지 않는 경우 계속해서 S410 및 S420 단계를 반복한다.

근접 센서가 동작하는 경우, S420 단계에서 분류된 등록얼굴 중 가장 많은 득표를 얻은 i' 번째 사람으로 최종 분류를 수행한다(S440).

이후, 스피드 게이트에서 전자태그를 이용하여 얼굴과 이중으로 보안 체크를 하는 경우인지를 판단하여(S450), 전자 태그를 사용하여 보안 체크를 하는 경우, i' 번째로 분류된 사람과 전자태그에 등록된 사람이 동일인인지 여부를 확인한다(S460).

S460 단계에서 동일인이 아닌 것으로 판단되면, 인증은 실패한 것으로 처리하고, 게이트를 폐쇄하고 알람을 출력하는 제어를 통해 사용자의 출입을 차단한다(S465)

S460 단계에서 동일인인 것으로 판단되면, 전체 얼굴 영상 중 i' 번째 사람으로 분류된 비율을 계산한다(S470).

한편, S450 단계에서 전자태그를 사용하지 않는 것으로 분류되면, S460단계를 생략하고 전체 얼굴 영상 중 i' 번째 사람으로 분류된 비율을 계산이 이루어진다.

S470 단계에서 분류된 비율과 임계값을 비교하여(S480), 임계값 이하인 경우 인증이 실패한 것으로 처리한다(S485)

S470 단계에서 분류된 비율이 임계값 이상인 경우, i' 번째 사람으로 분류된 영상들의 유사도 값의 평균을 계산하여(S500), 유사도 평균이 임계값보다 낮은 경우 인증이 실패한 것으로 처리하고(S505), 유사도 평균이 임계값보다 큰 경우 인증이 성공한 것으로 처리한다(S510).

인증이 성공한 것으로 처리되면, 게이트를 개방하고 사용자의 출입을 허용한다.

이상, 본 발명의 구성에 대하여 바람직한 실시예을 참조하여 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 본 발명의 파티션 복구 방법을 실현하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체의 형태 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1100: 출입통제부 1110: 영상수집부
1120: 게이트부 1130: 근접센서부
1200: 영상부 1210: 탐지제어부
1220: 얼굴탐지부 1230: 자세추정부
1300: 보안부 1310: 인증부
1320: 게이트제어부

Claims (1)

1. 영상을 수집하고, 스피드 게이트를 개폐하는 출입통제부;
   상기 수집된 영상에서 차영상을 도출하여 움직임을 탐지하고, 움직임이 있는 블롭(Blob)의 얼굴 영상을 수집하는 영상부; 및
   상기 블롭(Blob)의 얼굴 영상과 미리 등록된 얼굴 영상을 비교하여 인증된 사용자인지 여부를 판단하는 보안부를 포함하고,
   상기 출입통제부는 상기 수집된 영상을 상기 영상부에 연속적으로 공급하고,
   상기 영상부는 연속적으로 공급되는 영상정보에서, 연속적으로 얼굴 영상을 수집하고,
   상기 보안부는 연속적으로 수집된 각각의 얼굴 영상을 상기 미리 등록된 얼굴 영상과 비교하여 유사한 사용자로 분류된 후보군 중 가장 많은 득표를 얻은 사람에 대해 인증된 사용자로 분류하는 것을 특징으로 하는 원거리 얼굴인식 기반 스피드 게이트 통제 장치.

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