KR20150070802A - 동공 검출 장치 및 동공 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 동공 검출 장치는, 눈이 포함된 이미지를 밝기값에 따라 이진화하여 동공 영역을 검출하는 제1 검출부, 눈이 포함된 이미지에서 엣지를 검출하고 검출된 엣지를 이용하여 동공 경계 영역을 검출하는 제2 검출부 및 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 최종 동공 영역을 결정하는 동공 검출부를 포함할 수 있다.

Description

동공 검출 장치 및 동공 검출 방법{PUPIL DETECTING APPARATUS AND PUPIL DETECTING METHOD}
본 발명은 눈이 포함된 이미지에서 동공을 검출하는 동공 검출 장치 및 동공 검출 방법에 관한 것이다.
전자 기술이 발전함에 따라 다양한 전자 장치가 일상 생활에서 사용되는 가운데 인간-컴퓨터 상호 작용(HCI:Human Computer Interaction)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히, 사용자의 눈동자 움직임을 이용하는 HCI는 편리성과 높은 입력 속도를 제공하는 장점을 가진다. 이에 따라, 전자 장치를 조작하거나 사용자의 심리적 상태를 분석하기 위해 사용자의 시선을 추적하는 기술도 개발되고 있다.
사용자의 시선을 추적하기 위해서는 사용자를 촬상한 이미지에서 얼굴 영역을 검출한 후 눈 영역을 검출하며, 검출된 눈 영역에서 동공을 검출하는 과정이 필요하다. 눈 영역은 이미지 전체에서 매우 작은 영역에 해당하므로 눈 영역 자체의 해상도는 떨어지게 된다. 이에 따라, 최초 이미지의 해상도가 높지 않은 경우 동공 영역 및 동공의 중심을 정확하게 검출하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 저해상도 이미지에서도 동공을 정확하게 검출할 수 있는 동공 검출 장치 및 동공 검출 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 동공 검출 장치는, 눈이 포함된 이미지를 밝기값에 따라 이진화하여 동공 영역을 검출하는 제1 검출부, 상기 눈이 포함된 이미지에서 엣지를 검출하고 검출된 엣지를 이용하여 동공 경계 영역을 검출하는 제2 검출부 및 상기 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 최종 동공 영역을 결정하는 동공 검출부를 포함한다.
여기서, 상기 동공 검출부는, 상기 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 동공 후보점을 검출하는 동공 후보점 검출부 및 상기 동공 후보점에 대하여 RANSAC(RANdom Sample Consensus)을 이용한 타원 근사법(ellipse fitting)을 적용하여 동공 영역을 결정하는 동공 영역 결정부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 동공 후보점 검출부는, 상기 동공 경계 영역 중 상기 동공 영역과 중복되는 영역을 상기 동공 후보점으로 검출할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 동공 검출 방법은, 눈이 포함된 이미지를 밝기값에 따라 이진화하여 동공 영역을 검출하는 단계, 상기 눈이 포함된 이미지에서 엣지를 검출하고 검출된 엣지를 이용하여 동공 경계 영역을 검출하는 단계 및 상기 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 최종 동공 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 최종 동공 영역을 결정하는 단계는, 상기 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 동공 후보점을 검출하는 단계 및 상기 동공 후보점에 대하여 RANSAC(RANdom Sample Consensus)을 이용한 타원 근사법(ellipse fitting)을 적용하여 동공 영역을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 동공 후보점을 검출하는 단계는, 상기 동공 경계 영역 중 상기 동공 영역과 중복되는 영역을 상기 동공 후보점으로 검출할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 외부 조명의 변화 또는 낮은 해상도에 의해 홍채 및 동공의 경계가 뚜렷하지 않은 경우에도 입력되는 눈 영상에서 동공 영역을 정확하게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동공 검출 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동공 검출부의 구체적인 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 검출된 동공 영역을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 검출된 동공 중심점을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동공 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 동공 검출 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 1을 참조하면 동공 검출 장치(100)는 제1 검출부(110), 제2 검출부(120) 및 동공 검출부(130)를 포함한다.
제1 검출부(110)는 눈(eye)이 포함된 이미지에서 동공을 검출한다. 구체적으로, 제1 검출부(110)는 눈이 포함된 이미지를 밝기값에 따라 이진화하여 동공 영역을 검출할 수 있다.
제1 검출부(110)는 기 설정된 임계값에 따라 눈이 포함된 이미지를 이진화할 수 있다. 즉, 제1 검출부(110)는 이미지에 포함된 픽셀들을 임계값 이상의 밝기값을 가지는 그룹과 임계값 미만의 밝기값을 가지는 그룹으로 구분할 수 있다. 동공은 눈 주위에서 가장 어둡게 나타나는 영역이므로 이러한 특징을 고려하여 임계값을 설정함으로써 동공 영역을 검출할 수 있다.
다만, 밝기값에 따라 이진화하여 동공 영역을 검출하는 경우 임계값에 따라 실제 동공 영역과 상이하게 검출될 수 있다. 예를 들어, 임계값이 작게 설정되면 실제 동공 영역보다 작은 동공 영역이 검출되거나 임계값이 크게 설정되면 실제 동공 영역보다 큰 동공 영역이 검출될 수 있다.
또한, 눈에 아이라인이 그려져 눈 경계 등이 동공 영역과 비슷한 밝기값을 가지거나 이미지가 어두운 환경에서 촬상되어 전체적으로 밝기값이 낮은 경우에는 동공 이외의 영역이 동공 영역으로 검출될 수 있다.
제2 검출부(120)는 눈이 포함된 이미지에서 동공을 검출한다. 구체적으로, 제2 검출부(120)는 눈이 포함된 이미지에서 엣지를 검출하고 검출된 엣지를 이용하여 동공 경계 영역을 검출할 수 있다.
제2 검출부(120)는 동공이 홍채와 비교하여 어둡게 나타나므로 밝기 차이를 이용하여 동공의 경계 영역을 검출할 수 있다. 제2 검출부(120)는 눈이 포함된 이미지에서 밝기값이 기 설정된 값 이상 변하는 엣지를 검출할 수 있다. 그리고, 검출된 엣지 중 원 또는 타원 모양의 엣지를 동공의 경계 영역으로 검출할 수 있다.
한편, 제1 검출부(110) 및 제2 검출부(120)에 입력되는 눈이 포함된 영상은 적외선 카메라로 촬상될 수 있다.
동공 검출부(130)는 제1 검출부(110) 및 제2 검출부(120)에서 검출된 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 최종 동공 영역을 결정할 수 있다. 동공 검출부(130)에 대해 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동공 검출부의 구체적인 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2를 참조하면 동공 검출부(130)는 동공 후보점 검출부(131) 및 동공 영역 결정부(132) 포함한다.
동공 후보점 검출부(131)는 제1 검출부(110) 및 제2 검출부(120)에서 검출된 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 동공 후보점을 검출할 수 있다. 동공 후보점 검출부(131)는 제2 검출부(120)에서 검출된 동공 경계 영역 중 제1 검출부(110)에서 검출된 동공 영역과 중복되는 영역을 동공 후보점을 검출할 수 있다. 즉, 동공 후보점 검출부(131)는 제1 검출부(110) 및 제2 검출부(120)에서 동시에 검출된 픽셀들이 동공 후보점으로 검출될 수 있다.
동공 영역 결정부(132)는 동공 후보점 검출부(131)에서 검출된 동공 후보점을 이용하여 최종 동공 영역을 결정할 수 있다. 동공 영역 결정부(132)는 동공 후보점 검출부(131)에서 검출된 동공 후보점에 대하여 RANSAC(RANdom Sample Consensus)을 이용한 타원 근사법(ellipse fitting)을 적용하여 동공 영역을 결정할 수 있다.
동공 후보점 검출부(131)에서 검출된 동공 후보점들은 정확히 폐곡선으로 이루어지는 원 또는 타원 모양으로 검출되지 않고 일부 영역이 불연속적이거나 동공 이외의 영역이 검출되는 경우가 발생할 수 있다. 동공 영역 결정부(132)는 잘못 검출된 동공 후보점들을 제외하고 폐곡선으로 이루어진 원 또는 타원 모양의 동공 영역을 검출하기 위해 RANSAC(RANdom Sample Consensus) 및 타원 근사법(ellipse fitting) 알고리즘을 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 검출된 동공 영역을 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는 단순히 밝기값에 따라 이진화하여 검출된 동공 영역을 나타내며, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 검출된 동공 영역을 나타낸다. 도 3을 참조하면 도 3의 (a)는 검출된 동공 영역이 실제 동공 영역보다 크게 검출되어 오차가 많이 발생하였으나 도 3의 (b)는 검출된 동공 영역이 실제 동공 영역과 유사하게 검출되었음을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면 외부 조명의 변화 또는 낮은 해상도에 의해 홍채 및 동공의 경계가 뚜렷하지 않은 경우에도 동공 영역을 정확하게 검출할 수 있다.
한편, 동공 검출 장치(100)는 동공 중심점 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 동공 중심점 검출부(미도시)는 동공 검출부(130)에 의해 검출된 동공 영역을 이용하여 동공 중심점을 검출할 수 있다. 동공 중심점 검출부(미도시)는 동공 검출부(130)에 의해 검출된 동공 영역의 중점 또는 무게 중심을 동공 중심점으로 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 검출된 동공 중심점을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 의해 검출된 동공 영역을 이용하여 검출된 동공 중심점이 표시되어 있다. 도 4에 표시된 두 동공 중심점을 비교하면 밝기값에 따라 이진화하여 검출된 동공 영역을 이용하여 동공 중심점을 검출하는 경우 실제 동공 중심과는 상이한 지점이 동공 중심점으로 검출될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 따라 검출된 동공 중심점은 실제 동공 중심과 유사한 지점이 동공 중심점으로 검출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 동공 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면 동공 검출 장치(100)는 눈(eye)이 포함된 이미지를 밝기값에 따라 이진화하여 동공 영역을 검출한다(S510). 이미지에 포함된 픽셀들을 임계값 이상의 밝기값을 가지는 그룹과 임계값 미만의 밝기값을 가지는 그룹으로 구분할 수 있다. 동공은 눈 주위에서 가장 어둡게 나타나는 영역이므로 이러한 특징을 고려하여 임계값을 설정함으로써 동공 영역을 검출할 수 있다.
그리고, 눈이 포함된 이미지에서 엣지를 검출하고, 검출된 엣지를 이용하여 동공 경계 영역을 검출한다(S520). 동공은 홍채에 비해 어둡게 나타나므로 동공과 홍채의 밝기 차이를 이용하여 동공의 경계 영역을 검출할 수 있다.
그리고, 검출된 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 최종 동공 영역을 결정한다(S530). 검출된 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 동공 후보점을 검출하고, 검출된 동공 후보점에 대하여 RANSAC(RANdom Sample Consensus)을 이용한 타원 근사법(ellipse fitting)을 적용하여 동공 영역을 결정할 수 있다.
동공 후보점을 검출할 때 단계 S520에서 검출된 동공 경계 영역 중 단계 S510에서 검출된 동공 영역과 중복되는 영역을 동공 후보점으로 검출할 수 있다.
한편, 도 5에서는 동공 영역을 검출한 후 동공 경계 영역을 검출하는 것으로 설명하였으나 단계 S510 및 단계 S520은 동시에 또는 선후에 관계없이 수행될 수 있다.
그리고, 최종 동공 영역이 검출되면 검출된 동공 영역을 이용하여 동공 중심점을 검출할 수 있다. 구체적으로, 검출된 동공 영역의 중점 또는 무게 중심을 동공 중심점으로 검출할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 동공 검출 방법은 전자 장치에서 실행 가능한 프로그램으로 구현될 수 있다. 그리고, 이러한 프로그램은 다양한 유형의 기록 매체에 저장되어 사용될 수 있다.
구체적으로는, 상술한 방법들을 수행하기 위한 코드는, 플레시메모리, ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electronically Erasable and Programmable ROM), 하드디스크, 리무버블 디스크, 메모리 카드, USB 메모리, CD-ROM 등과 같이, 다양한 유형의 비휘발성 기록 매체에 저장되어 있을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 동공 검출 장치 110 : 제1 검출부
120 : 제2 검출부 130 : 동공 검출부

Claims (7)

  1. 눈(eye)이 포함된 이미지를 밝기값에 따라 이진화하여 동공 영역을 검출하는 제1 검출부;
    상기 눈이 포함된 이미지에서 엣지를 검출하고 검출된 엣지를 이용하여 동공 경계 영역을 검출하는 제2 검출부; 및
    상기 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 최종 동공 영역을 결정하는 동공 검출부;를 포함하는 동공 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동공 검출부는,
    상기 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 동공 후보점을 검출하는 동공 후보점 검출부; 및
    상기 동공 후보점에 대하여 RANSAC(RANdom Sample Consensus)을 이용한 타원 근사법(ellipse fitting)을 적용하여 동공 영역을 결정하는 동공 영역 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동공 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 동공 후보점 검출부는,
    상기 동공 경계 영역 중 상기 동공 영역과 중복되는 영역을 상기 동공 후보점으로 검출하는 것을 특징으로 하는 동공 검출 장치.
  4. 눈(eye)이 포함된 이미지를 밝기값에 따라 이진화하여 동공 영역을 검출하는 단계;
    상기 눈이 포함된 이미지에서 엣지를 검출하고 검출된 엣지를 이용하여 동공 경계 영역을 검출하는 단계; 및
    상기 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 최종 동공 영역을 결정하는 단계;를 포함하는 동공 검출 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최종 동공 영역을 결정하는 단계는,
    상기 동공 영역 및 동공 경계 영역을 이용하여 동공 후보점을 검출하는 단계; 및
    상기 동공 후보점에 대하여 RANSAC(RANdom Sample Consensus)을 이용한 타원 근사법(ellipse fitting)을 적용하여 동공 영역을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동공 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 동공 후보점을 검출하는 단계는,
    상기 동공 경계 영역 중 상기 동공 영역과 중복되는 영역을 상기 동공 후보점으로 검출하는 것을 특징으로 하는 동공 검출 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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