KR20220096778A - 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 에지 디바이스 및 이를 포함한 얼굴인증 시스템 - Google Patents

클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 에지 디바이스 및 이를 포함한 얼굴인증 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템은 복수의 사용자 이미지들을 얼굴인증모델에 입력하여 복수개의 사용자 특징벡터들을 추출하는 사용자 얼굴 인식부, K개의 클러스터들 각각에 대한 중심값을 기초로 복수개의 사용자 특징벡터들을 군집화하는 특징벡터 클러스터링부, 타겟 얼굴 이미지를 얼굴인증모델에 입력하여 타겟 특징벡터를 추출하는 타켓 얼굴 인식부, 및 타겟 특징벡터를 K개의 클러스터들 중 하나에 속한 사용자 특징벡터들과 비교하여 정당 사용자 여부를 인증하는 인증부를 포함한다.

Description

클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 에지 디바이스 및 이를 포함한 얼굴인증 시스템{EDGE DEVICE COMPARING FACE IMAGES USING CLUSTERING TECHNIQUE AND FACE AUTHENTICATION SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 에지 디바이스 및 이를 포함한 얼굴인증 시스템에 관한 것이다.
얼굴인증(face authentication) 기술이란 생체인식(Biometrics) 분야 중의 하나로써 사람마다 얼굴에 담겨있는 고유한 특징 정보를 이용하여 기계가 자동으로 사람을 식별하고 인증하는 기술을 의미하는 것으로서, 비밀번호 등에 의한 기존의 인증방식에 비해 보안성이 뛰어나 최근 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다.
일반적인 얼굴인증 시스템은 출입 게이트 등에 설치된 디바이스에서 촬영된 얼굴이미지를 서버로 전송하고, 서버가 얼굴인식 및 얼굴인식에 따른 사용자 인증을 수행하고 인증결과를 디바이스로 전송함으로써 출입 게이트의 개방여부를 결정한다.
일반적인 얼굴인증 시스템은 미리 등록된 기준 이미지와 디바이스에서 촬영된 타겟 사용자 이미지와 비교하여 해당 타겟 사용자에 대한 인증을 수행하게 된다. 이때, 미리 등록된 기준 이미지의 수가 증가할수록, 타겟 사용자 이미지와 비교하는 기준 이미지가 기하급수적으로 많아지므로, 인증 처리 속도가 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인증 처리 속도를 향상시킬 수 있는 에지 디바이스 및 이를 포함하는 얼굴인증 시스템을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템은 복수의 사용자 이미지들을 얼굴인증모델에 입력하여 복수개의 사용자 특징벡터들을 추출하는 사용자 얼굴 인식부, K개의 클러스터들 각각에 대한 중심값을 기초로 복수개의 사용자 특징벡터들을 군집화하는 특징벡터 클러스터링부, 타겟 얼굴 이미지를 얼굴인증모델에 입력하여 타겟 특징벡터를 추출하는 타켓 얼굴 인식부, 및 타겟 특징벡터를 K개의 클러스터들 중 하나에 속한 사용자 특징벡터들과 비교하여 정당 사용자 여부를 인증하는 인증부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 에지 디바이스는 인증대상이 되는 타겟 사용자의 촬영 이미지를 획득하는 촬영부, 촬영 이미지를 기초로 생성된 입력 이미지를 얼굴인증모델에 입력하여 타겟 특징벡터들을 추출하는 타겟 얼굴인식부, 및 타겟 특징벡터를 복수의 사용자들 각각의 얼굴이미지로부터 추출된 특징벡터들, 각 특징벡터의 클러스터 식별정보, 및 각 사용자의 식별정보를 갖는 복수개의 어레이로 구성된 어레이 파일과 비교하여 상기 타겟 사용자를 인증하는 인증부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 사용자 특징벡터들을 복수의 클러스터들로 군집화하고, 타겟 특징벡터를 유사도가 높은 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들과만 비교할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 비교 횟수가 크게 감소하여 인증처리 속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인증 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 서버의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 특징벡터 클러스터링부의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 디바이스의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템에서 사용자 특징벡터들을 군집화하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템에서 타겟 사용자를 인증하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인증 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 서버의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이며, 도 3은 도 2의 특징벡터 클러스터링부의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인증 시스템(100)은 얼굴인식 서버(110) 및 복수개의 에지 디바이스(120)들을 포함한다.
얼굴인식 서버(110)는 얼굴인식모델을 생성하고, 생성된 얼굴인식모델을 이용하여 사용자 단말기(130)로부터 입력되는 사용자의 얼굴정보로부터 추출된 특징벡터를 이용하여 타겟 사용자의 인증을 위한 어레이 파일(Array File)을 생성한다. 그리고, 얼굴인식 서버(110)는 생성된 어레이 파일을 에지 디바이스(120)로 전송함으로써 에지 디바이스(120)가 타겟 사용자를 인증할 수 있도록 한다.
이를 위해, 얼굴인식 서버(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 에지 디바이스 관리부(210), 사용자 등록부(220), 사용자 데이터 베이스(222), 입력 이미지 생성부(225), 사용자 얼굴 인식부(230), 얼굴인식모델(235), 특징벡터 클러스터링부(240), 어레이 파일 생성부(245), 출입권한정보 관리부(250), 인터페이스부(270), 얼굴인식모델 트레이닝부(280)를 포함할 수 있다.
에지 디바이스 관리부(210)는 각 장소에 설치되어 있는 복수개의 에지 디바이스(120)들의 정보를 에지 디바이스 데이터베이스(219)에 등록한다. 일 실시예에 있어서, 에지 디바이스 관리부(210)는 각 에지 디바이스(120)의 식별정보를 각 에지 디바이스가 설치된 장소와 매핑시켜 에지 디바이스 데이터베이스(219)에 저장할 수 있다. 여기서 에지 디바이스(120)의 식별정보는 제조사 및 시리얼 번호 등을 포함할 수 있다.
한편, 에지 디바이스 관리부(210)는 인터페이스부(270)를 통해 미리 정해진 기간마다 에지 디바이스(120)로부터 인증기록을 수신하고, 수신된 출입기록을 에지 디바이스 정보 데이터베이스(242)에 저장할 수 있다.
사용자 등록부(220)는 등록을 희망하는 사용자의 사용자 단말기(130)로부터 하나 이상의 사용자 이미지를 수신한다. 사용자 등록부(220)는 사용자 이미지가 수신되면 해당 사용자가 사용자 이미지와 동일인인지 여부를 확인하고, 동일인인 것으로 판단되면 해당 사용자에게 부여되어 있는 출입권한정보를 획득하여 사용자 이미지와 함께 사용자 데이터 베이스(222)에 등록한다.
입력 이미지 생성부(225)는 사용자 등록부(220)에 의해 입력된 사용자 이미지로부터 얼굴인식에 이용될 입력 이미지를 생성한다. 입력 이미지 생성부(225)는 각각의 사용자 이미지에 대해, 사용자 이미지 상에서 미리 정해진 픽셀크기의 윈도우를 이동시켜가면서 획득되는 복수개의 이미지를 입력 이미지로 생성할 수 있다. 입력 이미지 생성부(225)는 생성된 복수개의 입력 이미지를 얼굴인식부(230)로 입력할 수 있다.
사용자 얼굴 인식부(230)는 얼굴인식모델 트레이닝부(280)에 의해 트레이닝된 얼굴인식모델(235)에 입력 이미지 생성부(225)에 의해 생성된 복수개의 입력 이미지를 입력함으로써 얼굴영역이 포함된 사용자 얼굴이미지를 획득한다. 사용자 얼굴 인식부(230)는 획득된 사용자 얼굴이미지로부터 사용자 특징벡터를 추출한다.
일 실시예에 있어서 얼굴인식모델(230)은 입력 이미지로부터 얼굴이미지를 추출하는 얼굴이미지 추출부(237), 및 얼굴이미지로부터 특징벡터를 추출하는 특징벡터 추출부(239)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 얼굴이미지 추출부(237)는 컨벌루션 신경망(Convolutional Neural Network: CNN)을 기반으로 구성되어 입력 이미지로부터 얼굴영역이 포함된 얼굴이미지를 추출한다. 이러한 얼굴이미지 추출부(237)는 제1 얼굴탐지부, 제2 얼굴탐지부, 제3 얼굴탐지부, 및 얼굴 이미지 정렬부를 포함할 수 있다.
제1 얼굴탐지부는 얼굴인식부(230)에 의해 입력되는 입력 이미지에 컨벌루션 연산을 적용함으로써 각 입력 이미지들의 피쳐를 추출하고, 추출된 피쳐를 기초로 해당 입력 이미지 상에서 얼굴영역을 1차적으로 추출할 수 있다. 이를 위해, 제1 얼굴탐지부는 n개의 컨벌루션 연산부, 샘플링부, 제1 및 제2 차원감소부, 및 제1 확률값 연산부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 얼굴탐지부는 3개의 컨벌루션 연산부를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 제1 얼굴탐지부가 3개의 컨벌루션 연산부를 포함하는 것으로 설명하지만, 이는 하나의 예일 뿐 제1 얼굴탐지부는 4개 이상의 컨벌루션 연산부를 포함하거나 1개 또는 2개의 컨벌루션 연산부를 포함할 수도 있을 것이다.
n개의 컨벌루션 연산부 각각은 입력되는 이미지에 컨벌루션 필터를 적용하여 피쳐맵을 생성하고, 생성된 피쳐맵에 활성화 함수를 적용함으로써 피쳐맵에 비선형적 특성을 반영한다. 이때, 제1 내지 제3 컨벌루션 연산부에 적용되는 컨벌루션 필터는 서로 상이한 필터일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 내지 제3 컨벌루션 연산부에서 이용되는 활성화함수는 피쳐맵의 픽셀값들 중 양의 값은 그대로 출력하고 음의 값은 미리 정해진 크기만큼 감소된 값으로 출력하는 활성화 함수일 수 있다. 여기서, 활성화 함수란 복수의 입력정보에 가중치를 부여하여 결합해 완성된 결과값을 출력하는 함수를 의미한다.
샘플링부는 제1 컨벌루션 연산부로부터 출력되는 피쳐맵에 샘플링 필터를 적용하여 피쳐맵으로부터 특징값을 추출한다. 일 실시예에 있어서, 샘플링부는 피쳐맵 상에서 샘플링 필터에 상응하는 영역에 포함된 픽셀값들 중 최대값을 피쳐맵의 특징값으로 추출할 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 샘플링부는 맥스 풀링(Max Pooling) 레이어로 구현될 수 있고, 맥스 풀링 레이어를 통해 피쳐맵의 차원이 감소된다. 샘플링부는 차원이 감소된 피쳐맵을 제2 컨벌루션 연산부로 입력한다.
제1 차원감소부는 제3 컨벌루션 연산부에서 출력되는 피쳐맵에 제1 차원감소 필터를 적용함으로써 제3 컨벌루션 연산부에서 출력되는 피쳐맵의 차원을 감소시킨다. 일 실시예에 있어서 제1 차원감소 필터는 피쳐맵을 2차원으로 감소시킬 수 있는 필터로 설정될 수 있다.
제1 확률값 연산부는 제1 차원감소부에 의해서 출력되는 2차원의 출력 데이터에 미리 정해진 분류함수를 적용함으로써 해당 입력 이미지에 얼굴영역이 포함되어 있는지 여부에 대한 제1 확률값을 계산한다. 일 실시예에 있어서, 제1 확률값 연산부는 산출된 제1 확률값이 제1 문턱값 이상이면 입력 이미지에 얼굴영역이 포함되어 있는 것으로 판단할 수 있다.
제2 차원감소부는 제1 확률값 연산부에 의해 산출된 제1 확률값이 제1 문턱값 이상인 경우 제3 컨벌루션 연산부에서 출력되는 피쳐맵에 제2 차원감소 필터를 적용함으로써 제3 컨벌루션 연산부에서 출력되는 피쳐맵의 차원을 감소시킨다. 일 실시예에 있어서 제2 차원감소 필터는 피쳐맵을 4차원으로 감소시킬 수 있는 필터로 설정될 수 있고, 제2 차원 감소부는 4차원으로 출력되는 4개의 값을 해당 입력 이미지 상에서의 얼굴영역 좌표로 결정한다. 이때, 얼굴영역의 좌표는 얼굴이 포함된 영역을 사각형 형태의 바운딩 박스(Bounding Box)로 표시하였을 때 좌측 상단 꼭지점의 좌표와 우측 하단 꼭지점의 좌표로 정의되거나, 우측상단 꼭지점의 좌표와 좌측 하단 꼭지점의 좌표로 정의될 수 있다.
제2 얼굴탐지부는 제1 얼굴탐지부에 의해 얼굴영역이 포함된 것으로 판단된 입력 이미지들 및 해당 입력 이미지들 상에서의 얼굴영역의 좌표를 입력 받고, 해당 입력 이미지들 상에서 얼굴영역의 좌표에 해당하는 제1 서브 입력 이미지들에 컨벌루션 연산을 적용함으로써 제1 서브 입력 이미지들의 피쳐를 추출하고, 추출된 피쳐를 기초로 제1 서브 입력 이미지들 상에서 얼굴영역을 2차적으로 추출한다.
이를 위해, 제2 얼굴탐지부는 n개의 컨벌루션 연산부, 제2 내지 제3 샘플링부, 제1 차원증가부, 제3 및 제4 차원감소부, 및 제2 확률값 연산부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 제2 얼굴탐지부는 3개의 컨벌루션 연산부를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 제2 얼굴탐지부가 3개의 컨벌루션 연산부를 포함하는 것으로 설명하지만, 이는 하나의 예일 뿐 제2 얼굴탐지부는 제1 얼굴탐지부에 포함된 컨벌루션 연산부의 개수 이상의 컨벌루션 연산부를 포함할 수 있다.
제4 내지 제6 컨벌루션 연산부 각각은 입력되는 이미지에 컨벌루션 필터를 적용하여 피쳐맵을 생성하고, 생성된 피쳐맵에 활성화 함수를 적용함으로써 피쳐맵에 비선형적 특성을 반영한다. 일 실시예에 있어서, 제4 내지 제6 컨벌루션 연산부가 이용하는 활성화 함수는 피쳐맵의 픽셀값들 중 양의 값은 그대로 출력하고 음의 값은 미리 정해진 크기만큼 감소된 값으로 출력하는 활성화 함수일 수 있다.
제2 샘플링부는 제4 컨벌루션 연산부로부터 출력되는 피쳐맵에 샘플링 필터를 적용하여 해당 피쳐맵에서 특징값을 추출하고, 제3 샘플링부는 제5 컨벌루션 연산부로부터 출력되는 피쳐맵에 샘플링 필터를 적용하여 해당 피쳐맵에서 특징값을 추출한다. 일 실시예에 있어서, 제2 및 제3 샘플링부는 각각의 피쳐맵 상에서 샘플링 필터에 상응하는 영역에 포함된 픽셀값들 중 최대값을 피쳐맵의 특징값으로 추출할 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 제2 및 제3 샘플링부는 맥스풀링 레이어로 구현될 수 있고, 맥스풀링 레이어를 통해 각 피쳐맵의 차원이 감소된다.
제1 차원증가부는 제6 컨벌루션 연산부에서 출력되는 피쳐맵이 미리 정해진 크기의 차원을 갖도록 복수개의 노드들을 이용하여 피쳐맵의 차원을 증가시킨다. 일 실시예에 있어서, 제1 차원증가부는 제6 컨벌루션 연산부에서 출력되는 피쳐맵이 128*128의 크기를 갖거나 256*256의 크기를 갖도록 차원을 증가시킬 수 있다.
제1 차원 증가부는 차원이 증가된 피쳐맵에 활성화 함수를 적용함으로써 차원이 증가된 피쳐맵에 비선형적 특정을 반영한다. 일 실시예에 있어서, 제1 차원 증가부는 피쳐맵의 픽셀값들 중 양의 값은 그대로 출력하고 음의 값은 미리 정해진 크기만큼 감소된 값으로 출력하는 활성화함수를 적용하여 피쳐맵에 비선형적 특성을 반영할 수 있다.
제3 차원감소부는 제1 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵에 제3 차원감소 필터를 적용함으로써 제1 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵의 차원을 감소시킨다. 일 실시예에 있어서 제3 차원감소 필터는 피쳐맵을 2차원으로 감소시킬 수 있는 필터로 설정될 수 있다.
제2 확률값 연산부는 제3 차원 감소부에 의해서 출력되는 2차원의 출력 데이터에 미리 정해진 분류함수를 적용함으로써 해당 제1 서브 입력 이미지에 얼굴영역이 포함되어 있는지 여부에 대한 제2 확률값을 계산한다. 일 실시예에 있어서, 제2 확률값 연산부는 산출된 제2 확률값이 제1 문턱값보다 큰 제2 문턱값 이상이면 해당 제1 서브 입력이미지에 얼굴영역이 포함된 것으로 판단할 수 있다.
제4 차원 감소부는 제2 확률값 연산부에 의해 산출된 제2 확률값이 제2 문턱값 이상인 경우 제1 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵에 제4 차원감소 필터를 적용함으로써 제1 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵의 차원을 감소시킨다. 일 실시예에 있어서 제4 차원감소 필터는 피쳐맵을 4차원으로 감소시킬 수 있는 필터로 설정될 수 있고, 제4 차원 감소부는 4차원으로 출력되는 4개의 값을 해당 제1 서브 입력 이미지 상에서의 얼굴영역 좌표로 결정한다. 이때, 얼굴영역의 좌표는 얼굴이 포함된 영역을 사각형 형태의 바운딩 박스로 표시하였을 때 좌측 상단 꼭지점의 좌표와 우측 하단 꼭지점의 좌표로 정의되거나, 우측상단 꼭지점의 좌표와 좌측 하단 꼭지점의 좌표로 정의될 수 있다.
제3 얼굴탐지부는 제2 얼굴탐지부에 의해 얼굴영역이 포함된 것으로 판단된 제1 서브 입력 이미지들 및 해당 제1 서브 입력 이미지들 상에서의 얼굴영역의 좌표를 입력 받고, 해당 제1 서브 입력 이미지들 상에서 얼굴영역의 좌표에 해당하는 제2 서브 입력 이미지들에 컨벌루션 연산을 적용함으로써 제2 서브 입력 이미지들의 피쳐를 추출하고, 추출된 피쳐를 기초로 제2 서브 입력 이미지들 상에서 얼굴영역을 3차적으로 추출한다.
이를 위해, 제3 얼굴탐지부는 n+1개의 컨벌루션 연산부, 제4 내지 제6 샘플링부, 제2 차원증가부, 제5 내지 제6 차원감소부, 및 제3 확률값 연산부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 제3 얼굴탐지부는 4개의 컨벌루션 연산부를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 제3 얼굴탐지부가 4개의 컨벌루션 연산부를 포함하는 것으로 설명하지만, 이는 하나의 예일 뿐 제3 얼굴탐지부는 제2 얼굴탐지부에 포함된 컨벌루션 연산부의 개수 이상의 컨벌루션 연산부를 포함한다면 그 개수에는 제한이 없을 수 있다.
제7 내지 제10 컨벌루션 연산부 각각은 입력되는 이미지에 컨벌루션 필터를 적용하여 피쳐맵을 생성하고, 생성된 피쳐맵에 활성화 함수를 적용함으로써 피쳐맵에 비선형적 특성을 반영한다. 일 실시예에 있어서, 제7 내지 제10 컨벌루션 연산부가 이용하는 활성화 함수는 피쳐맵의 픽셀값들 중 양의 값은 그대로 출력하고 음의 값은 미리 정해진 크기만큼 감소된 값으로 출력하는 활성화 함수일 수 있다.
제4 샘플링부는 제7 컨벌루션 연산부로부터 출력되는 피쳐맵에 샘플링 필터를 적용하여 해당 피쳐맵에서 특징값을 추출하고, 제5 샘플링부는 제8 컨벌루션 연산부로부터 출력되는 피쳐맵에 샘플링 필터를 적용하여 해당 피쳐맵에서 특징값을 추출하며, 제6 샘플링부는 제9 컨벌루션 연산부로부터 출력되는 피쳐맵에 샘플링 필터를 적용하여 해당 피쳐맵에서 특징값을 추출한다. 일 실시예에 있어서, 제4 내지 제6 샘플링부는 각각의 피쳐맵 상에서 샘플링 필터에 상응하는 영역에 포함된 픽셀값들 중 최대값을 피쳐맵의 특징값으로 추출할 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 제4 내지 제6 샘플링부는 맥스풀링 레이어로 구현될 수 있고, 맥스풀링 레이어를 통해 각 피쳐맵의 차원이 감소된다.
제2 차원 증가부는 제10 컨벌루션 연산부에서 출력되는 피쳐맵이 미리 정해진 크기의 차원을 갖도록 복수개의 노드들을 이용하여 피쳐맵의 차원을 증가시킨다. 일 실시예에 있어서, 제2 차원 증가부는 제10 컨벌루션 연산부에서 출력되는 피쳐맵이 128*128의 크기를 갖거나 256*256의 크기를 갖도록 차원을 증가시킬 수 있다.
제2 차원 증가부는 차원이 증가된 피쳐맵에 활성화 함수를 적용함으로써 차원이 증가된 피쳐맵에 비선형적 특정을 반영한다. 일 실시예에 있어서, 제2 차원 증가부는 피쳐맵의 픽셀값들 중 양의 값은 그대로 출력하고 음의 값은 미리 정해진 크기만큼 감소된 값으로 출력하는 활성화 함수를 적용하여 피쳐맵에 비선형적 특성을 반영할 수 있다.
제5 차원 감소부는 제2 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵에 제5 차원감소 필터를 적용함으로써 제2 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵의 차원을 감소시킨다. 일 실시예에 있어서 제5 차원감소 필터는 피쳐맵을 2차원으로 감소시킬 수 있는 필터로 설정될 수 있다.
제3 확률값 연산부는 제5 차원 감소부에 의해서 출력되는 2차원의 출력 데이터에 미리 정해진 분류함수를 적용함으로써 해당 제2 서브 입력 이미지에 얼굴영역이 포함되어 있는지 여부에 대한 제3 확률값을 계산한다. 일 실시예에 있어서, 제3 확률값 연산부는 산출된 제3 확률값이 제2 문턱값보다 큰 제3 문턱값 이상이면 해당 제2 서브 입력이미지에 얼굴영역이 포함된 것으로 판단한다.
제6 차원 감소부는 제3 확률값 연산부에 의해 산출된 제3 확률값이 제3 문턱값 이상인 경우 제2 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵에 제6 차원감소 필터를 적용함으로써 제2 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵의 차원을 감소시킨다. 일 실시예에 있어서 제6 차원감소 필터는 피쳐맵을 4차원으로 감소시킬 수 있는 필터로 설정될 수 있고, 제6 차원 감소부는 4차원으로 출력되는 4개의 값을 해당 제2 서브 입력 이미지 상에서의 얼굴영역 좌표로 결정한다. 이때, 얼굴영역의 좌표는 얼굴이 포함된 영역을 사각형 형태의 바운딩 박스로 표시하였을 때 좌측 상단 꼭지점의 좌표와 우측 하단 꼭지점의 좌표로 정의되거나, 우측상단 꼭지점의 좌표와 좌측 하단 꼭지점의 좌표로 정의될 수 있다.
제6 차원 감소부는 산출된 얼굴영역 좌표를 이용하여 얼굴영역이 포함된 것으로 판단된 제2 서브 입력 이미지 상에서 얼굴 이미지를 추출한다.
제7 차원 감소부는 제3 확률값 연산부에 의해 산출된 제3 확률값이 제3 문턱값 이상인 경우 제2 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵에 제7 차원감소 필터를 적용함으로써 제2 차원 증가부에서 출력되는 피쳐맵의 차원을 감소시킨다. 일 실시예에 있어서 제7 차원감소 필터는 피쳐맵을 10차원으로 감소시킬 수 있는 필터로 설정될 수 있고, 제7 차원 감소부는 10차원으로 출력되는 10개의 값을 해당 제2 서브 입력 이미지 상에서의 랜드마크 좌표로 결정한다. 이때, 랜드마크 좌표는 제2 서브 입력 이미지 상에서의 2개의 눈의 좌표, 코의 좌표, 2개의 입의 좌표를 의미하고, 2개의 입의 좌표는 입의 좌측 꼬리에 대한 좌표 및 입의 우측 꼬리에 대한 좌표를 의미한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 얼굴이미지 추출부(237)가 제1 내지 제3 얼굴탐지부로 구현되고, 제1 얼굴탐지부는 제2 얼굴탐지부에 비해 얕은(Shallow) 뎁스의 네트워크로 구성되고, 제2 얼굴탐지부는 제3 얼굴탐지부에 비해 얕은 뎁스의 네트워크로 구성됨으로써 얼굴이미지 추출부가 전체적으로 Shallow-to-Deep구조로 단계적인 형태로 형성되도록 한다. 이를 통해, 얼굴이미지 추출의 정확도를 향상시킴과 동시에 복잡도를 감소시킴으로써 얼굴인식 속도 측면에서 이득을 취할 수 있게 된다.
얼굴 이미지 정렬부는 제3 얼굴탐지부에서 출력된 랜드마크 좌표를 이용하여 얼굴이미지를 정렬한다. 구체적으로, 얼굴 이미지 정렬부는 추출된 얼굴이미지에 대한 랜드마크 좌표를 이용하여 얼굴이미지에 대해 회전, 평행이동, 확대 및 축소 중 적어도 하나를 수행하여 얼굴이미지를 정렬한다.
본 발명에서 얼굴 이미지 정렬부를 이용하여 얼굴이미지를 정렬하는 이유는 특징벡터 추출부(239)에 입력으로 제공될 얼굴이미지에 일관성을 부여함으로써 얼굴인식 성능을 향상시키기 위함이다.
일 실시예에 있어서, 얼굴 이미지 정렬부는 제3 얼굴탐지부에 의해 추출된 얼굴이미지를 특징벡터 추출부(239)에서 이용되는 얼굴이미지와 동일한 해상도로 리사이징(Resizing)할 수 있다. 그리고, 얼굴 이미지 정렬부는 특징벡터 추출부(239)에서 이용되는 해상도의 얼굴이미지에 대한 기준 랜드마크 좌표를 기준으로 제3 얼굴탐지부에 의해 산출된 랜드마크 좌표를 이동시킴으로써 얼굴이미지를 회전, 평행이동, 확대 또는 축소시킬 수 있다.
특징벡터 추출부(239)는 얼굴이미지 추출부(237)로부터 얼굴이미지가 입력되면, 해당 얼굴이미지에 포함된 얼굴로부터 특징벡터를 추출한다. 이를 위하여, 특징벡터 추출부(239)는 복수개의 얼굴이미지 처리부 및 특징벡터 생성부를 포함한다.
복수개의 얼굴이미지 처리부는 입력 데이터를 영상 처리하여 출력 데이터를 생성한다. 이때, 복수개의 얼굴이미지 처리부 중 1 번째 얼굴이미지 처리부에는 입력 이미지로써 얼굴이미지 추출부(237)로부터 출력되는 얼굴이미지가 입력되고, g+1번째 얼굴이미지 처리부에는 입력 이미지로써 g번재 얼굴이미지 처리부의 출력 데이터가 입력된다.
복수개의 얼굴이미지 처리부의 기능 및 세부구성은 동일하므로 이하에서는 복수개의 얼굴이미지 처리부들 중 하나의 얼굴이미지 처리부에 대해 예시적으로 설명한다.
얼굴이미지 처리부는 입력 데이터(얼굴이미지 또는 이전 얼굴이미지 처리부의 출력 데이터임)에 대해 컨벌루션 연산을 수행하여 피쳐맵을 생성하는 제1 유닛, 제1 유닛에 의해 생성된 피쳐맵에 가중치를 부여하는 제2 유닛, 및 연산부으로 구성된다.
제1 유닛은 정규화부, 제1 컨벌루션 연산부 및 비선형화부를 포함한다.
정규화부는 얼굴이미지 추출부로부터 입력되는 얼굴이미지들을 배치(Batch)단위로 정규화한다. 배치란 한번에 처리할 얼굴이미지들의 개수단위를 의미한다. 정규화부가 배치단위로 정규화를 수행하는 이유는 배치 단위로 정규화를 수행하게 되면 각 얼굴 이미지에 대한 평균 및 분산이 배치 전체에 대한 평균 및 분산과 다를 수 있는데 이러한 특징이 일종의 노이즈로 작용하게 되어 전체적인 성능이 향상될 수 있기 때문이다.
또한, 배치 정규화를 통해 네트워크의 각 층마다 입력의 분포(Distribution)가 일관성 없이 바뀌는 내부 공분산 이동(Internal Covariance Shift) 현상에 의해 학습의 복잡성이 증가하고 그라디언트 소멸 또는 폭발(Gradient Vanishing or Exploding)이 일어나는 것을 방지할 수 있게 되기 때문이다.
제1 컨벌루션 연산부는 정규화부에 의해 정규화된 얼굴이미지에 대해 제1 컨벌루션 필터를 적용하여 제1 피쳐맵을 생성한다. 일 실시예에 있어서, 제1 컨벌루션 연산부는 3*3 픽셀크기를 갖고 스트라이드(Stride)의 값이 1인 제1 컨벌루션 필터를 얼굴이미지에 적용하여 제1 피쳐맵을 생성할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 제1 컨벌루션 연산부는 3*3 픽셀크기를 갖고 스트라이드 값이 1인 제1 컨벌루션 필터를 얼굴이미지에 적용하기 때문에 제1 피쳐맵의 해상도를 높게 보존할 수 있게 된다.
비선형화부는 제1 피쳐맵에 활성화 함수를 적용함으로써 제1 피쳐맵에 비선형적 특성을 부여한다. 일 실시예에 있어서, 비선형화부는 제1 피쳐맵의 픽셀값들 중 양의 픽셀값을 동일하게 출력하고 음의 픽셀값은 그 크기를 감소시켜 출력하는 활성화 함수를 제1 피쳐맵에 적용함으로써 제1 피쳐맵에 비선형적 특성을 부여할 수 있다.
비선형화부가 제1 컨벌루션 연산부에 의해 생성된 제1 피쳐맵에 비선형적 특성을 부여하는 것으로 설명하였다. 하지만, 변형된 실시예에 있어서 정규화부는 제1 컨벌루션 연산부에 의해 생성된 제1 피쳐맵들을 배치단위로 추가로 정규화할 수도 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 정규화부는 정규화된 제1 피쳐맵을 비선형화부로 제공하고, 비선형화부는 정규화된 제1 피쳐맵에 활성화 함수를 적용함으로써 정규화된 제1 피쳐맵에 비선형적 특성을 부여할 수 있다.
한편, 상술한 실시예에 있어서 제1 유닛은 제1 컨벌루션 연산부만을 포함하는 것으로 설명하였다. 하지만, 변형된 실시예에 있어서 제1 유닛은 제2 컨벌루션 연산부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 제2 컨벌루션 연산부는 비선형화부에 의해 비선형적 특성이 부여된 제1 피쳐맵에 제2 컨벌루션 필터를 적용하여 제2 피쳐맵을 생성한다. 일 실시예에 있어서, 제2 컨벌루션 필터는 제1 컨벌루션 필터와 다른 필터일 수 있다. 제2 컨벌루션 필터는 제1 컨벌루션 필터의 크기는 동일하지만 다른 스트라이드 값을 갖는 필터일 수 있다. 일 예로, 제2 컨벌루션 필터는 3*3 픽셀크기를 갖고 스트라이드(Stride)의 값이 2인 필터일 수 있다.
이러한 실시예에 따르는 경우 정규화부는 제2 컨벌루션 연산부에 의해 생성된 제2 피쳐맵들을 배치단위로 추가로 정규화할 수도 있을 것이다.
한편, 제1 유닛은 사전정규화부를 더 포함할 수 있다. 사전정규화부는 얼굴이미지 추출부(237)로부터 입력되는 얼굴이미지에 포함된 각 픽셀들의 픽셀값을 정규화할 수 있다. 일 예로, 사전정규화부는 얼굴이미지의 각 픽셀값에서 127.5를 감산한 후, 감산 결과값을 128로 제산함으로써 얼굴이미지를 정규화할 수 있다. 사전정규화부는 사전 정규화된 입력 얼굴이미지를 정규화부로 제공할 수 있다.
제2 유닛은 제1 유닛에 의해 생성된 제2 피쳐맵에 가중치를 부여한다. 본 발명에서 제2 유닛을 통해 제2 피쳐맵에 가중치를 부여하는 이유는 컨벌루션 연산의 경우 입력 이미지의 모든 채널을 컨벌루션 필터와 곱한 후 합산하는 과정에서 중요한 채널과 중요하지 않은 채널들이 모두 얽히게 되므로 데이터의 민감도(Sensitivity)가 저하되므로, 제2 피쳐맵에 각 채널 별로 그 중요도에 따라 가중치를 부여하기 위한 것이다.
제2 유닛은 샘플링부, 가중치 반영부, 및 업스케일링부를 포함한다.
먼저, 샘플링부는 제1 유닛으로부터 입력되는 제2 피쳐맵을 서브 샘플링하여 차원을 감소시킨다. 일 실시예에 있어서, 샘플링부는 제2 피쳐맵에 글로벌 풀링(Global Pooling) 필터를 적용함으로써 제2 피쳐맵의 차원을 감소시킬 수 있다. 일 예로, 제2 피쳐맵의 차원이 H*W*C인 경우 샘플링부는 제2 피쳐맵의 서브 샘플링을 통해 제2 피쳐맵의 차원을 1*1*C로 감소시킬 수 있다.
가중치 반영부는 샘플링부에 의해 차원이 감소된 제2 피쳐맵에 가중치를 부여한다. 이를 위해, 가중치 반영부는 차원 감소부, 제1 비선형화부, 차원 증가부, 및 제2 비선형화부를 포함할 수 있다.
차원 감소부는 서브 샘플링된 제2 피쳐맵을 하나의 레이어로 연결함으로써 서브 샘플링된 제2 피쳐맵의 차원을 감소시킨다. 일 예로, 샘플링부로부터 출력되는 제2 피쳐맵의 차원이 1*1*C인 경우 차원 감소부는 제2 피쳐맵의 차원을 1*1*C/r로 감소시킨다. 여기서, r은 감소율을 의미하는 것으로서, 추출하기 원하는 특징벡터의 개수에 따라 결정될 수 있다.
제1 비선형화부는 차원 감소부에 의해 차원이 감소된 제2 피쳐맵에 제1 활성화함수를 적용함으로써 차원이 감소된 제2 피쳐맵에 비선형적 특성을 부여한다. 일 실시예에 있어서, 제1 비선형화부는 제2 피쳐맵의 픽셀값들 중 양의 픽셀값은 그대로 출력하고 음의 픽셀값은 0으로 출력하는 제1 활성화함수를 적용함으로써 차원이 감소된 제2 피쳐맵에 비선형적 특성을 부여할 수 있다.
차원 증가부는 제1 비선형화부에 의해 비선형적 특성이 부여된 제2 피쳐맵의 차원을 증가시킨다. 일 예로, 비선형적 특성이 부여된 제2 피쳐맵의 차원이 1*1*c/r인 경우 차원 증가부는 제2 피쳐맵의 차원을 다시 1*1*C로 증가시킨다.
제2 비선형화부는 차원 증가부에 의해 차원이 증가된 제2 피쳐맵에 제2 활성화함수를 적용함으로써 차원이 증가된 제2 피쳐맵에 비선형적 특성을 다시 부여한다. 일 실시예에 있어서, 제2 활성화함수는 제1 활성화함수와 다른 함수일 수 있다. 예컨대, 제2 비선형화부는 차원이 증가된 제2 피쳐맵의 픽셀값들 중 양의 픽셀값은 미리 정해진 값으로 수렴하도록 하고 음의 픽셀값은 0으로 출력하는 제2 활성화함수를 적용함으로써 차원이 증가된 제2 피쳐맵에 비선형적 특성을 부여할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 가중치 반영부는 차원감소부, 제1 비선형화부, 차원증가부, 및 제2 비선형화부를 통해 제2 피쳐맵에 가중치를 부여하고, 차원감소부와 차원증가부를 통해 병목구간을 만들어 게이팅 메커니즘을 한정함으로써 모델 복잡도를 제한하고 일반화를 지원할 수 있게 된다.
업스케일링부는 가중치 반영부에 의해 가중치가 부여된 제2 피쳐맵을 제2 유닛에 입력된 얼굴이미지와 동일한 차원으로 업스케일링한다. 일 실시예에 있어서, 제2 유닛에 입력된 얼굴이미지의 차원이 H*W*C인 경우 업스케일링부는 가중치가 부여된 제2 피쳐맵의 차원을 H*W*C로 업스케일링한다.
연산부는 제2 유닛을 통해 출력되는 업스케일링된 제2 피쳐맵을 제1 유닛에 입력된 얼굴이미지와 합산한다. 본 발명에서 연산부를 통해 제2 유닛에서 출력된 업스케일링된 제2 피쳐맵을 제1 유닛에 입력된 얼굴이미지와 합산하는 이유는 컨벌루션 신경망에서 깊이가 깊어지는 경우 특징이 흐려지는 문제(Vanish Problem)를 방지하기 위한 것이다.
특징벡터 생성부는 복수개의 얼굴이미지 처리부들 중 마지막 얼굴 이미지 처리부로부터 출력되는 피쳐맵을 하나의 레이어로 병합하여 차원을 감소시킴으로써 미리 정해진 개수의 특징벡터를 생성한다. 일 실시예에 있어서, 특징벡터 생성부는 얼굴이미지 처리부로부터 출력되는 피쳐맵으로부터 128개 이상의 특징벡터를 출력할 수 있다. 예컨대, 특징벡터 생성부는 얼굴 이미지 처리부로부터 출력되는 피쳐맵으로부터 512개의 특징벡터를 출력할 수 있다.
특징벡터 클러스터링부(240)는 사용자 얼굴인식부(230)에 의해 추출된 복수개의 사용자 특징벡터들을 K개의 클러스터들로 군집화한다. 이를 위하여, 특징벡터 클러스터링부(240)는 도 3에 도시된 바와 같이 초기 중심값 선택부(241), 군집화부(242), 중심값 갱신부(243) 및 재군집화 결정부(244)를 포함한다.
초기 중심값 선택부(241)는 K개의 클러스터들 각각에 대한 초기 중심값을 선택한다. 클러스터들의 개수는 관리자에 의하여 미리 설정될 수 있다. 초기 중심값은 미리 정한 범위 내에서 무작위로 선택될 수 있다. 즉, 초기 중심값 선택부(241)는 미리 정한 범위 내에서 K개의 중심값을 무작위로 선택할 수 있다.
군집화부(242)는 사용자 얼굴인식부(230)에 의해 추출된 복수개의 사용자 특징벡터들을 K개의 클러스터들 각각의 중심값을 기초로 군집화한다. 구체적으로, 군집화부(242)는 복수개의 사용자 특징벡터들 각각에 대하여 가장 가까운 또는 가장 유사도가 높은 클러스터를 탐색한다. 이를 위하여, 군집화부(242)는 K개의 클러스터들의 중심값들 각각과 사용자 특징벡터 간의 유사도를 산출한다.
일 실시예에 있어서, 군집화부(242)는 K개의 클러스터들의 중심값들 각각과 사용자 특징벡터 간의 코사인 거리(cosine distance)를 이용하여 유사도를 산출할 수 있다. 코사인 거리는 아래 수학식 1을 통해 산출될 수 있다.
Figure pat00001
상기 dcos는 x과 y의 코사인 거리를 나타내며, x는 사용자 특징벡터를 나타내고, y는 클러스터의 중심값을 나타낸다.
군집화부(242)는 K개의 클러스터들 중 가장 유사도가 높은 클러스터를 결정하고, 결정된 클러스터에 사용자 특징벡터가 속하도록 할 수 있다. 군집화부(242)는 가장 유사도가 높은 중심값을 가진 클러스터를 유사도가 높은 클러스터로 결정할 수 있다. 일 예로, 군집화부(242)는 사용자 특징벡터에 결정된 클러스터에 상응하는 클러스터 식별정보를 할당할 수 있다.
중심값 갱신부(243)는 군집화부(242)에 의하여 군집화된 K개의 클러스터들 각각에 대한 중심값을 갱신한다. 구체적으로, 중심값 갱신부(243)는 군집화된 K개의 클러스터들 각각에 속한 사용자 특징벡터들을 기초로 중심값을 갱신할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 중심값 갱신부(243)는 해당 클러스터에 속한 사용자 특징벡터들의 중심점을 해당 클러스터의 중심값으로 갱신할 수 있다.
재군집화 결정부(244)는 기존 클러스터들과 새로 군집화된 클러스터들을 비교하여, 재군집화 여부를 결정한다. 재군집화 결정부(244)는 기존 클러스터들과 새로 군집화된 클러스터들이 상이하면, 군집화부(242)에 의하여 다시 군집화가 수행되도록 한다. 이에, 군집화부(242)는 복수개의 사용자 특징벡터들을 K개의 클러스터들 각각의 갱신된 중심값을 기초로 재군집한다.
반면, 재군집화 결정부(244)는 기존 클러스터들과 새로 군집화된 클러스터들이 동일하면, 군집화를 중지한다.
본 발명에 따른 특징벡터 클러스터링부(240)는 각 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들의 평균 벡터와 분산이 최소가 될 때까지 군집화를 반복 수행할 수 있다. 특징벡터 클러스터링부(240)는 기존 클러스터들과 새로 군집화된 클러스터들이 동일하면, 각 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들의 평균 벡터와 분산이 최소라고 판단하고, 군집화를 정지할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 어레이 파일 생성부(245)는 사용자 얼굴인식부(230)에 의하여 복수의 사용자들 각각의 얼굴이미지로부터 추출된 사용자 특징벡터들 및 각 사용자 특징벡터의 클러스터 식별정보를 이용하여 각 사용자 별로 어레이(Array)를 생성하고, 생성된 어레이들을 하나의 파일로 머지하여 어레이 파일을 생성한다. 여기서, 클러스터 식별정보는 특징벡터 클러스터링부(240)에 의하여 군집화된 최종 클러스터들에 대한 정보일 수 있다. 구체적으로, 클러스터 식별정보는 K개의 클러스터들 중 해당 사용자 특징벡터와 유사한 사용자 특징벡터들로 이루어진 클러스터에 대한 식별값을 포함할 수 있다.
어레이 파일 생성부(245)는 생성된 어레이 파일을 어레이 파일 데이터베이스(미도시)에 저장할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 어레이 파일 생성부(245)에 의해 생성되는 어레이는 각 사용자의 얼굴이미지로부터 획득된 복수개의 사용자 특징벡터들, 각 사용자 특징벡터의 클러스터 식별정보와 각 사용자의 키(Key)값으로 구성될 수 있다. 이때, 사용자의 키 값은 각 사용자의 식별정보 및 각 사용자의 출입권한정보를 포함한다. 각 사용자의 식별정보는 상술한 바와 같이 각 사용자의 아이다, 성명, 전화번호, 또는 직원번호 등으로 정의될 수 있고, 각 사용자의 출입권한정보는 각 사용자가 출입할 수 있는 각 층에 대한 정보를 포함할 수 있다.
출입권한정보 관리부(250)는 각 사용자 별로 부여되어 있는 출입권한정보를 변경하거나 새로운 출입권한정보를 추가한다. 일 실시예에 있어서, 출입권한 정보 관리부(250)는 각 사용자 별로 출입권한정보를 별개로 부여하거나 각 사용자가 속한 조직 단위로 출입권한정보를 부여할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식서버(110)는 스케쥴러(260)를 더 포함할 수 있다. 스케쥴러(260)는 미리 정해진 기간이 도래하거나 미리 정해진 이벤트가 발생할 때마다 일괄적으로 신규 사용자를 등록하는 기능을 수행한다. 예컨대, 사용자 등록부(210)가 사용자로부터 등록요청이 발생하는 경우 신규 사용자의 등록절차를 수행하는 것으로 설명하였지만, 얼굴인식서버(110)가 스케쥴러(260)를 포함하는 경우 미리 정해진 시간 단위로 또는 미리 정해진 이벤트가 발생하면 스케쥴러(260)가 사용자 등록부(220), 입력 이미지 생성부(225), 및 사용자 얼굴인식부(230)의 동작을 개시시킴으로써 신규 사용자 등록절차가 자동으로 수행되도록 할 수 있다.
인터페이스부(270)는 얼굴인식모델, 어레이 파일 및 클러스터 정보를 미리 정해진 방식으로 암호화하여 각 에지 디바이스(120)로 전송한다. 여기서, 클러스터 정보는 K개의 최종 클러스터들 각각에 대한 중심값 정보를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 인터페이스부(270)는 공개키 기반의 암호화 알고리즘을 이용하여 얼굴인식모델, 어레이 파일 및 클러스터 정보를 암호화하여 각 에지 디바이스(120)로 전송할 수 있다.
한편, 인터페이스부(270)는 암호화된 어레이 파일을 에지 디바이스(120)와 약속된 프로토콜에 따라 에지 디바이스(120)로 전송할 수 있다. 또한, 인터페이스부(270)는 각 에지 디바이스(120)로부터 미리 정해진 기간 마다 인증기록을 수신하여 에지 디바이스(120)로 제공할 수 있다.
얼굴인식모델 트레이닝부(280)는 컨벌루션 신경망을 기초로 얼굴인식모델(235)을 생성하고, 생성된 얼굴인식모델(235)을 트레이닝시킨다. 구체적으로, 얼굴인식모델 트레이닝부(280)는 얼굴인식모델(235)을 구성하는 컨벌루션 신경망을 지속적으로 트레이닝시킴으로써 최적의 얼굴인식모델을 생성한다.
이를 위해, 얼굴인식모델 트레이닝부(280)는 얼굴이미지 추출부(237)를 트레이닝시키는 얼굴이미지 추출 트레이닝부(282), 특징벡터 추출부(239)를 트레이닝시키는 특징벡터 추출 트레이닝부(284), 및 특징벡터 추출부(239)의 오차를 감소시키는 오차감소부(286)를 포함한다.
얼굴이미지 추출 트레이닝부(282)는 얼굴이미지 추출부(237)를 학습 이미지를 이용하여 트레이닝시킨다. 특징벡터 추출 트레이닝부(284)는 특징벡터 추출부(239)를 학습 이미지를 이용하여 트레이닝시킨다.
얼굴이미지 추출 트레이닝부(282)는 얼굴이미지 추출부(237)를 구성하는 제1 내지 제3 얼굴탐지부를 학습 이미지를 이용하여 트레이닝시킨다. 구체적으로, 얼굴이미지 추출 트레이닝부(282)는 제1 내지 제3 얼굴탐지부에 미리 정해진 크기를 갖는 복수개의 학습 이미지를 입력하여 학습 이미지에서 얼굴영역이 포함될 확률값 및 얼굴영역 좌표를 산출하고, 산출된 확률값 및 얼굴영역 좌표를 역전파(Back Propagation) 알고리즘에 따라 제1 내지 제3 얼굴탐지부에 피드백함으로써 제1 내지 제3 얼굴탐지부에 적용된 컨벌루션 필터들의 필터계수 및 가중치를 갱신한다.
특징벡터 추출 트레이닝부(284)는 특징벡터 추출부(239)를 학습 이미지를 이용하여 트레이닝시킨다. 구체적으로, 특징벡터 추출 트레이닝부(505)는 특징벡터 추출부(239)에 복수개의 학습 이미지를 미리 정해진 배치단위로 입력함으로써 각 학습이미지로부터 특징벡터를 추출한다.
특징벡터 추출 트레이닝부(284)는 추출된 특징벡터들을 미리 정해진 분류함수에 적용함으로써 해당 학습 이미지가 특정 클래스에 포함될 확률값을 예측하고, 예측된 확률값(이하, '예측값'이라 함)과 실제값간의 오차를 연산하여 그 결과를 역전파 알고리즘을 이용하여 특징벡터 추출부(284)에 피드백함으로써 특징벡터 추출부(239)에 적용된 컨벌루션 필터들의 필터계수 및 가중치를 갱신한다.
오차감소부(286)는 특징벡터 추출 트레이닝부(284)가 특징벡터 추출부(239)를 트레이닝시키는 과정에서 특징벡터 추출부(239)를 통해 추출된 특징벡터들에 기초한 예측값과 실제값간의 오차를 감소시킨다. 구체적으로, 오차감소부(286)는 특징벡터 추출부(239)가 학습 이미지로부터 추출한 특징벡터들을 기초로 예측값과 실제값간의 오차를 계산하고, 오차가 감소될 수 있도록 각 학습 이미지를 2차원 각도 평면상에 배치하고 배치결과에 따른 확률값을 이용하여 특징벡터 추출 트레이닝부(284)가 특징벡터 추출부(239)를 트레이닝시킬 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 얼굴인식모델 트레이닝부(280)가 오차감소부(286)를 통해 오차감소가 되도록 특징벡터 추출부(239)를 학습시키는 이유는 동일인임에도 불구하고 얼굴이 촬영된 조명이나 환경이 변화하는 경우 동일인임을 구분해 내지 못하는 것과 같은 오차가 발생하기 때문에, 이러한 오차감소부(286)를 통해 얼굴인식의 오차가 감소될 수 있는 특징벡터가 추출되도록 특징벡터 추출부(239)를 트레이닝 시키기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오차감소부(286)는 얼굴이미지 배치부(287) 및 확률산출부(289)를 포함한다.
얼굴이미지 배치부(287)는 학습 이미지에 대해 특징벡터 추출부(239)가 추출한 복수개의 특징벡터들을 기초로 각 학습 이미지들을 2차원 각도 평면 상에 배치한다. 구체적으로, 얼굴이미지 배치부(287)는 서로 다른 클래스에 포함되는 학습 이미지들간의 코사인 유사도를 산출하고, 코사인 유사도에 따라 각 학습 이미지들 간의 이격각도인 기준각도를 산출함으로써 학습 이미지들을 2차원 각도 평면상에 배치하게 된다.
본 발명에서 얼굴이미지 배치부(287)가 각 학습 이미지들의 특징벡터를 기초로 산출되는 각 학습 이미지들 간의 거리에 따라 학습 이미지를 벡터공간에 배치하게 되면 각 학습 이미지들 간에 중첩되는 영역이 발생할 수 밖에 없어, 학습시 동일인과 타인을 명확하게 구분하기가 어렵다는 한계가 있다.
따라서, 본 발명에서는 얼굴이미지 배치부(287)가 서로 다른 클래스에 포함되는 학습 이미지들 사이의 각도를 코사인 유사도를 통해 산출하고, 산출된 각도를 기초로 각 학습 이미지를 2차원 각도 평면상에 배치하는 것이다.
확률 산출부(289)는, 2차원 각도 평면 상에서 얼굴이미지 배치부(287)에 의해 산출된 기준각도에 가산될 마진각도를 가변시키고, 가변되는 마진각도 별로 각 학습 이미지들이 해당 클래스에 포함될 확률을 산출한다.
구체적으로, 확률 산출부(525)는 각 학습 이미지 간의 기준각도(θ1, θ2)에 가산되는 마진각도(P1, P2)를 가변시키면서 서로 중첩되는 특성을 갖는 학습 이미지들이 2차원 각도 평면 상에서 이격되도록 한다. 일 실시예에 있어서, 마진각도(P1, P2)는 0보다 크고 90도 보다 작은 범위 내에서 학습률(Learning Rate)에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 학습률이 증가하면 마진각도도 그에 따라 증가하고 학습률이 감소하면 마진각도도 그에 따라 감소하도록 설정될 수 있다. 이때, 확률 산출부(525)는 마진각도를 미리 정해진 기준 단위만큼 가변시킬 수 있다.
확률산출부(289)에 의해 마진각도가 기준각도에 가산되면 벡터공간 내에서 서로 중첩되는 특징을 가졌던 학습 이미지들이 서로 이격되도록 배치된다는 것을 알 수 있다.
확률산출부(289)는 기준각도에 가산되는 마진각도 별로 각 학습 이미지들이 해당 클래스에 포함될 확률을 산출하고, 산출된 확률값을 특징벡터 추출 트레이닝부(284)로 제공함으로써 특징벡터 추출 트레이닝부(284)가 확률산출부(289)에 의해 산출된 확률값을 기초로 특징벡터 추출부(239)를 학습시킬 수 있도록 한다. 즉, 특징벡터 추출 트레이닝부(284)는 확률산출부(289)에 의해 산출된 확률값을 기초로 특징벡터 추출부(239)에 적용된 컨벌루션 필터들의 계수 및 가중치 중 적어도 하나를 갱신함으로써 특징벡터 추출부(239)를 학습시키게 된다.
일 실시예에 있어서, 확률 산출부(289)는 아래의 수학식 2를 이용하여 각 마진각도별로 각 학습 이미지들이 해당 클래스에 포함될 확률을 산출할 수 있다.
Figure pat00002
수학식 2에서 x는 기준각도를 나타내고 p는 상기 마진각도를 나타내며, n은 클래스의 개수를 나타낸다.
일 실시예에 있어서, 확률 산출부(289)는 확률 산출부(289)에 의해 산출된 확률값을 기초로 특징벡터 추출 트레이닝부(284)에 의해 트레이닝된 특징벡터 추출부(239)에 미리 정해진 테스트 얼굴이미지를 적용했을 때 예측값과 실제값간의 오차가 기준치 이하가 될 때까지 마진각도를 계속하여 가변시킬 수 있다.
즉, 확률 산출부(289)는 트레이닝된 특징벡터 추출부(239)에 미리 정해진 테스트 얼굴이미지를 적용했을 때 산출되는 예측값과 실제값간의 오차가 기준치 이하가 되는 시점의 마진각도를 최종 마진각도로 결정한다. 이때, 예측값과 실제값간의 오차는 크로스 엔트로피(Cross Entropy) 함수를 이용하여 산출할 수 있다.
상술한 바와 같은 오차감소부(286)를 통해 오차감소가 수행되면 서로 다른 환경이나 다른 조명에서 촬영된 경우라 하더라도 동일인을 정확하게 분류해 낼 수 있게 된다.
상술한 실시예에 있어서, 얼굴인식모델 트레이닝부(280)는 알고리즘 형태의 소프트웨어로 구현되어 얼굴인식서버(110)에 탑재될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 에지 디바이스(120)는 특정 장소 마다 배치되어 얼굴인식서버(110)에 의해 배포되는 얼굴인식모델(235)을 이용하여 해당 장소로의 출입을 희망하는 타겟 사용자의 얼굴을 인식하고, 인식결과를 기초로 타겟 사용자의 출입을 인증하는 기능을 수행한다.
본 발명에서, 얼굴인식서버(110)가 타겟 사용자의 얼굴인식 및 인증을 수행하지 않고 에지 디바이스(120)가 타겟 사용자의 얼굴인식 및 인증을 수행하도록 한 이유는 타겟 사용자의 얼굴인식 및 인증을 얼굴인식서버(110)에서 수행하는 경우 얼굴인식서버(110) 또는 네트워크에서 장애가 발생되면 얼굴인식 및 인증이 수행될 수 없을 뿐만 아니라 사용자의 수가 증가함에 따라 고가의 얼굴인식서버(110)의 증설이 요구되기 때문이다.
이에 따라 본 발명은 에지 컴퓨팅(Edge Computing) 방식을 적용하여 에지 디바이스(120)에서 타겟 사용자의 얼굴인식 및 인증을 수행하도록 함으로써 안면인식서버(110) 또는 네트워크에 장애가 발생하더라도 정상적으로 얼굴인식 서비스를 제공할 수 있어 서비스 제공 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 사용자의 수가 증가하더라도 고가의 얼굴인식서버(110)를 증설할 필요가 없어 얼굴인식시스템(100) 구축비용을 절감할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 따른 에지 디바이스(120)의 구성을 도 4을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 디바이스의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 디바이스(120)는 촬영부(1210), 입력 이미지 생성부(1250), 타겟 얼굴인식부(1300), 인증부(1310), 얼굴인식모델(1320), 업데이트부(1330), 메모리(1340), 및 인터페이스부(1350)를 포함한다.
촬영부(1210)는 인증대상이 되는 타겟 사용자가 접근하면, 타겟 사용자를 촬영하여 촬영 이미지를 생성한다. 촬영부(1210)는 생성된 촬영이미지를 입력 이미지 생성부(1250)로 전송한다.
입력 이미지 생성부(1250)는 촬영부(1210)로부터 전송된 타겟 사용자의 촬영 이미지로부터 얼굴인식에 이용될 입력 이미지를 생성한다. 구체적으로 입력 이미지 생성부(1250)는 하나의 타겟 사용자의 촬영이미지를 미리 정해진 단계까지 다운샘플링하거나 업샘플링함으로써 하나의 타겟 사용자의 촬영이미지로부터 해상도가 서로 다른 복수개의 타겟 사용자의 이미지들을 생성한다.
해상도가 서로 다른 복수개의 타겟 사용자 이미지가 생성되면, 입력 이미지 생성부(1250)는 각각의 타겟 사용자 이미지에 대해, 타겟 사용자 이미지 상에서 미리 정해진 픽셀크기의 윈도우를 이동시켜가면서 획득되는 복수개의 이미지를 입력 이미지로 생성한다. 입력 이미지 생성부(1250)는 생성된 입력 이미지를 타겟 얼굴인식부(1300)로 입력한다.
타겟 얼굴인식부(1300)는 입력 이미지 생성부(1250)로부터 타겟 사용자의 입력 이미지가 수신되면 수신된 타겟 사용자의 입력 이미지를 얼굴인식서버(110)로부터 배포된 얼굴인식모델(1320)에 입력하여 타겟 얼굴이미지를 추출하고, 추출된 타겟 얼굴이미지로부터 타겟 특징벡터를 추출한다.
또한, 얼굴인식모델(1320)은 미리 정해진 주기마다 업데이트될 수 있다. 일 예로, 에지 디바이스(120)는 얼굴인식서버(110)에 의해 얼굴인식모델(1320)이 업데이트될 때마다 얼굴인식서버(110)로부터 새로운 얼굴인식모델(1320)을 배포받음으로써 기 배포된 얼굴인식모델(1320)을 새로운 얼굴인식모델(1320)로 업데이트할 수 있다.
인증부(1310)는 타겟 얼굴인식부(1300)에 의해 획득된 타겟 특징벡터와 얼굴인식서버(110)로부터 수신된 어레이 파일을 비교하여 타겟 사용자를 인증한다. 구체적으로, 인증부(1310)는 타겟 특징벡터를 복수의 사용자들 각각의 얼굴이미지로부터 추출된 사용자 특징벡터들, 각 사용자 특징벡터의 클러스터 식별정보, 및 각 사용자의 식별정보를 갖는 복수개의 어레이로 구성된 어레이 파일과 비교하여 타겟 사용자를 인증할 수 있다.
인증부(1310)는 K개의 클러스터들 중 타겟 특징벡터와 가장 가까운 또는 유사도가 높은 클러스터를 탐색한다. 이를 위하여, 인증부(1310)는 K개의 클러스터들의 중심값들 각각과 타겟 특징벡터 간의 거리를 산출한다.
일 실시예에 있어서, 인증부(1310)는 K개의 클러스터들의 중심값들 각각과 타겟 특징벡터 간의 코사인 거리(cosine distance)를 산출할 수 있다. 코사인 거리는 상기 수학식 1을 통해 산출될 수 있다.
인증부(1310)는 K개의 클러스터들 중 가장 유사도가 높은 클러스터를 결정한다. 인증부(1310)는 가장 유사도가 높은 중심값을 가진 클러스터를 유사도가 높은 클러스터로 결정할 수 있다.
인증부(1310)는 복수의 어레이들 중 유사도가 높은 클러스터에 상응하는 식별정보를 포함하는 어레이들과 타겟 특징벡터를 비교하여 타겟 사용자를 인증할 수 있다. 즉, 인증부(1310)는 타겟 특징벡터를 타겟 특징벡터와 가장 가까운 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들과 비교하여 타겟 사용자를 인증할 수 있다.
인증부(1310)는 타겟 특징벡터와 어레이들 각각에 포함된 사용자 특징벡터들을 비교하여 유사도를 산출하고, 산출된 유사도가 기준 임계값과 비교하여 타겟 사용자가 해당 장소에 출입이 가능한 등록 사용자인지 여부를 인증한다. 일 실시예에 있어서, 인증부(1310)는 타겟 특징벡터, 및 타겟 특징벡터와 가장 가까운 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들을 내적 연산하여 유사도를 산출할 수 있다. 인증부(1310)는 산출된 유사도가 기준 임계값 이상이면 타겟 사용자를 해당 장소에 출입이 가능한 등록 사용자로 인증할 수 있다.
한편, 인증부(1310)는 가장 큰 유사도를 가진 클러스터에 매핑되어 있는 사용자를 타겟 사용자와 가장 유사한 사용자로 결정할 수 있다. 인증부(1310)는 가장 큰 유사도가 기준 임계값 이상이면, 타겟 사용자를 해당 클러스터에 매핑되어 있는 사용자로 최종 인증한다.
얼굴인식모델(1320)은 얼굴인식서버(110)에 의해 생성되어 배포된 것으로서, 얼굴인식모델(1320)은 얼굴인식서버(110)에 의해 얼굴인식모델(235)이 트레이닝되어 갱신될 때마다 갱신된 얼굴인식모델(235)로 대체된다. 이때, 얼굴인식모델(1320)은 인터페이스부(1350)를 통해 얼굴인식서버(110)로부터 수신될 수 있다.
업데이트부(1330)는 미리 정해진 업데이트 주기마다 최적 기준이미지로부터 추출된 특징벡터들을 포함하는 복수개의 어레이로 구성된 신규 어레이 파일을 얼굴인식서버(110)로부터 수신하고, 기존 어레이 파일을 신규 어레이 파일로 변경한다.
업데이트부(1330)는 인터페이스부(1350)를 통해 얼굴인식서버(110)로부터 최적 기준이미지를 포함하는 어레이 파일 또는 기준 임계값이 수신되면 이를 제1 메모리(1342)에 업로드하여 인증부(1310)가 이를 이용하여 타겟 사용자를 인증할 수 있도록 한다. 특히, 본 발명에 따른 업데이트부(1330)는 어레이 파일 또는 기준 임계값을 동적으로 로딩할 수 있다.
구체적으로, 어레이 파일 업데이트부(1330)는 제1 메모리(1342)에 어레이 파일이 로딩되어 있을 때, 얼굴인식서버(110)로부터 신규 어레이 파일이 수신되는 경우 신규 어레이 파일을 제2 메모리(1344)에 로딩하고, 제2 메모리(1344)에 신규 레이 파일의 로딩이 완료되면 제1 메모리(1342)에 로딩되어 있는 어레이 파일을 제2 메모리(1344)에 로딩되어 있는 신규 어레이 파일로 대체한다.
업데이트부(1330)가 상술한 바와 같이 어레이 파일을 동적 로딩하는 이유는 인증부(1310)가 타겟 사용자에 대한 인증처리를 수행함과 동시에 업데이트부(1330)가 신규 어레이 파일을 업데이트할 수 있도록 함으로써 에지 디바이스(120)가 새롭게 업데이트된 어레이 파일을 기초로 실시간으로 얼굴인식이 수행될 수 있도록 하기 위함이다.
제1 메모리(1342)에는 인증부(1310)에 의해 이용되는 어레이 파일이 로딩되고, 제2 메모리(1344)에는 새롭게 수신된 신규 어레이 파일이 로딩된다. 제2 메모리(1344)에 신규 어레이 파일의 로딩이 완료되면 어레이 파일 업데이트부(1330)에 의해 제1 메모리(1342)에 기록된 어레이 파일이 신규 어레이 파일로 대체되게 된다.
인터페이스부(1350)는 에지 디바이스(120)와 얼굴인식서버(110)간의 데이터 송수신을 매개한다. 구체적으로, 인터페이스부(1350)는 얼굴인식서버(110)로부터 얼굴인식모델(1320)을 수신한다. 인터페이스부(1350)는 얼굴인식서버(110)로부터 어레이 파일을 수신하여 어레이 파일 업데이트부(1330)를 통해 제1 메모리(1342) 또는 제2 메모리(1344)에 로딩한다. 또한, 인터페이스부(1350)는 인증부(1330)에 의한 인증기록을 얼굴인식서버(110)로 주기적으로 전송한다.
일 실시예에 있어서, 어레이 파일, 얼굴인식모델(1320), 및 클러스터 정보는 인터페이스부(1350)를 통해 미리 정해진 주기마다 업데이트될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 에지 디바이스(120)에는 얼굴인식을 위한 얼굴인식모델(1320), 어레이 파일, 기준임계치만 저장될 뿐 사용자의 얼굴이미지나 개인정보가 저장되지 않기 때문에 에지 디바이스(120)가 해킹되더라도 사용자의 개인정보가 유출될 염려가 없어 보안이 강화된다.
다시 도 1을 참조하면, 사용자 단말기(130)는 사용자를 신규 등록하기 위한 사용자 이미지를 사용자의 식별정보와 함께 얼굴인식서버(110)로 전송한다. 일 실시예에 있어서, 사용자 단말기(130)에는 얼굴인식서버(110)와 연동할 수 있는 얼굴등록 에이전트(미도시)가 탑재되어 있고, 사용자는 사용자 단말기(130) 상에서 얼굴등록 에이전트를 실행시킴으로써 사용자의 얼굴을 촬영한 이미지나 기 촬영된 이미지를 사용자 식별정보와 함께 얼굴인식서버(110)로 전송할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 사용자 단말기(130)는 각 사용자 별로 복수개의 사용자 이미지를 등록하도록 요청할 수 있다. 이때, 각 사용자 별로 등록 요청되는 복수개의 이미지는 서로 다른 환경에서 촬영된 사진이거나 서로 다른 조명하에서 촬영된 사진일 수 있다.
사용자 단말기(130)는 얼굴인식서버(110)로 사용자 이미지를 전송하여 사용자 등록을 요청할 수 있는 것이라면 그 종류에 제한 없이 어떤 것이든 이용 가능하다. 예컨대, 사용자 단말기(130)는 스마트폰, 노트북, 데스크탑 또는 테플릿 PC등으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 특징벡터를 복수개의 클러스터들 중 하나에 속하는 사용자 특징벡터들과 비교하여 정당 사용자 여부를 인증하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 복수의 사용자 얼굴이미지로부터 추출된 사용자 특징벡터들을 유사한 사용자 특징벡터들끼리 군집화한다. 이때, 동일한 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들은 서로 유사하고, 상이한 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들은 이질적이라고 볼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 복수의 클러스터들 각각의 중심값을 중심으로 군집화를 수행하고, 각 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들의 평균 벡터와 분산이 최소가 될 때까지 중심값을 갱신하면서 군집화를 반복 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 사용자 특징벡터들을 복수의 클러스터들 중 하나에 할당할 때 코사인 거리를 이용하여 사용자 특징벡터들 각각과 유사도가 높은 클러스터를 찾아갈 수 있도록 한다. 이때, 유사도는 코사인 거리를 통해 산출될 수 있다. 코사인 거리는 유클리드 거리와 비교하여 연산 속도가 빠르므로, 사용자 특징벡터들을 빠르게 군집화할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 특징벡터를 모든 사용자 특징벡터들과 비교하지 않고, 유사도가 높은 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들과만 비교할 수 있다. 기존의 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 특징벡터를 모든 사용자 특징벡터들과 비교하여 타겟 사용자를 인증한다. 기존의 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 특징벡터의 수와 사용자 특징벡터의 수가 증가하면, 비교 횟수가 급격하게 늘어나 인증처리 속도가 떨어질 수 있다. 예컨대, 타겟 특징벡터의 수가 M개이고, 사용자 특징벡터의 수가 N개이면, 기존의 얼굴인식 시스템(100)은 비교 횟수가 M*N이 되어, 인증처리에 따른 시간 복잡도가 O(M*N)이 된다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 특징벡터와 유사도가 높은 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들을 한번의 내적 연산을 통해 유사도를 산출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 먼저 타겟 특징벡터와 K개의 클러스터들 각각의 중심값과 비교하여 가장 유사도가 높은 클러스터를 결정하고, 결정된 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들과 타겟 특징벡터를 한번의 내적 연산하여 유사도를 산출할 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 비교 횟수가 K+M/K이 되어, 인증처리에 따른 시간 복잡도가 O(K+M/K)이 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 기존 얼굴인식 시스템과 비교하여 시간 복잡도가 크게 감소하므로, 인증처리 속도가 크게 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템에서 사용자 특징벡터들을 군집화하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 복수의 사용자 이미지들 각각으로부터 사용자 특징벡터를 추출한다(S501).
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 사용자 이미지로부터 얼굴인식에 이용될 입력 이미지를 생성하고, 생성된 복수개의 입력 이미지를 얼굴인식모델에 입력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 얼굴인식모델을 통해 얼굴영역이 포함된 얼굴이미지를 획득하고, 획득된 얼굴이미지로부터 사용자 특징벡터를 추출할 수 있다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들 각각에 대한 초기 중심값을 선택한다(S502). 일 실시예에 있어서, 초기 중심값 선택부(241)는 미리 정한 범위 내에서 K개의 중심값을 무작위로 선택할 수 있다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 복수개의 사용자 특징벡터들을 K개의 클러스터들 각각의 초기 중심값을 기초로 군집화한다(S503).
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 복수개의 사용자 특징벡터들 각각에 대하여 가장 가까운 또는 가장 유사도가 높은 클러스터를 탐색할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들의 초기 중심값들 각각과 사용자 특징벡터 간의 유사도를 산출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들의 초기 중심값들 각각과 사용자 특징벡터 간의 코사인 거리(cosine distance)를 이용하여 유사도를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들 중 가장 유사도가 높은 클러스터를 결정하고, 결정된 클러스터에 사용자 특징벡터가 속하도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 가장 유사도가 높은 중심값을 가진 클러스터를 유사도가 높은 클러스터로 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 사용자 특징벡터에 결정된 클러스터에 상응하는 클러스터 식별정보를 할당할 수 있다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들 각각의 초기 중심값을 갱신한다(S504).
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 군집화된 K개의 클러스터들 각각에 대한 초기 중심값을 갱신할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 군집화된 K개의 클러스터들 각각에 속한 사용자 특징벡터들을 기초로 초기 중심값을 갱신할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 해당 클러스터에 속한 사용자 특징벡터들의 중심점을 해당 클러스터의 중심값으로 갱신할 수 있다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 복수개의 사용자 특징벡터들을 K개의 클러스터들 각각의 갱신된 중심값을 기초로 다시 군집화한다(S505).
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들의 갱신된 중심값들 각각과 사용자 특징벡터 간의 유사도를 산출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들의 갱신된 중심값들 각각과 사용자 특징벡터 간의 코사인 거리(cosine distance)를 이용하여 유사도를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 가장 유사도가 높은 중심값을 가진 클러스터를 유사도가 높은 클러스터로 결정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 사용자 특징벡터에 결정된 클러스터에 상응하는 클러스터 식별정보를 다시 할당할 수 있다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 기존 클러스터들과 새로 군집화된 클러스터들을 비교하고(S506), 서로 상이하면, S504 및 S505를 다시 수행한다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 기존 클러스터들과 새로 군집화된 클러스터들이 동일하면, 군집화를 중지한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템에서 타겟 사용자를 인증하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 얼굴 이미지가 입력되면(S601), 타겟 얼굴 이미지로부터 타겟 특징벡터를 추출한다(S602).
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 얼굴 이미지로부터 입력 이미지를 생성하고, 생성된 입력 이미지를 얼굴인식모델에 입력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 얼굴인식모델을 통해 얼굴영역이 포함된 얼굴이미지를 획득하고, 획득된 얼굴이미지로부터 타겟 특징벡터를 추출할 수 있다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들 중 타겟 특징벡터와 유사한 클러스터를 결정한다(S603).
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들 중 타겟 특징벡터와 가장 가까운 또는 유사도가 높은 클러스터를 탐색한다. 이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들의 중심값들 각각과 타겟 특징벡터 간의 거리를 산출한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들의 중심값들 각각과 타겟 특징벡터 간의 코사인 거리(cosine distance)를 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 K개의 클러스터들 중 가장 유사도가 높은 클러스터를 결정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 가장 유사도가 높은 중심값을 가진 클러스터를 유사도가 높은 클러스터로 결정할 수 있다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 특징벡터를 유사도가 높은 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들과 비교한다(S604).
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 복수의 어레이들 중 유사도가 높은 클러스터에 상응하는 식별정보를 포함하는 어레이들과 타겟 특징벡터를 비교한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 특징벡터와 유사도가 높은 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들을 비교하여 유사도를 산출한다. 일 실시예에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 특징벡터와 사용자 특징벡터들 간의 유클리드 거리(Euclidean distance) 또는 코사인 거리(Cosine distance)를 통해 유사도를 산출할 수 있다.
다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 타겟 특징벡터와 사용자 특징벡터들 간의 유사도가 기준 임계값 이상이면(S605), 타겟 사용자를 정당 사용자로 인증한다(S606).
본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 가장 큰 유사도를 가진 사용자 특징벡터에 대응되는 사용자를 타겟 사용자와 가장 유사한 사용자로 결정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 가장 큰 유사도가 기준 임계값 이상이면, 타겟 사용자를 해당 사용자로 최종 인증한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 얼굴인식 시스템(100)은 가장 큰 유사도가 기준 임계값 미만이면, 타겟 사용자에 대한 인증을 거절한다(S607).
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
예컨대, 도 2에 도시된 얼굴인식서버의 구성 및 도 4에 도시된 에지 디바이스의 구성은 프로그램 형태로 구현될 수도 있을 것이다. 본 발명에 따른 얼굴인식서버의 구성 및 에지 디바이스의 구성이 프로그램으로 구현되는 경우, 도 2 및 도 4에 도시된 각 구성들이 코드로 구현되고, 특정 기능을 구현하기 위한 코드들이 하나의 프로그램으로 구현되거나, 복수개의 프로그램을 분할되어 구현될 수도 있을 것이다.
본 명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 얼굴인식 시스템 110: 얼굴인식서버
120: 에지 디바이스 130: 사용자 단말기
210: 에지디바이스 관리부 220: 사용자 등록부
225: 입력 이미지 생성부 230: 사용자 얼굴인식부
235: 얼굴인식모델 240: 특징벡터 클러스터링부
245: 어레이 파일 생성부 280: 얼굴인식모델 트레이닝부

Claims (13)

  1. 복수의 사용자 이미지들을 얼굴인증모델에 입력하여 복수개의 사용자 특징벡터들을 추출하는 사용자 얼굴 인식부;
    K개의 클러스터들 각각에 대한 중심값을 기초로 상기 복수개의 사용자 특징벡터들을 군집화하는 특징벡터 클러스터링부;
    타겟 얼굴 이미지를 상기 얼굴인증모델에 입력하여 타겟 특징벡터를 추출하는 타켓 얼굴 인식부; 및
    상기 타겟 특징벡터를 상기 K개의 클러스터들 중 하나에 속한 사용자 특징벡터들과 비교하여 정당 사용자 여부를 인증하는 인증부를 포함하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 특징벡터 클러스터링부는,
    상기 복수개의 사용자 특징벡터들을 상기 K개의 클러스터들 각각의 중심값을 기초로 군집화하는 군집화부; 및
    상기 군집화된 K개의 클러스터들 각각에 속한 사용자 특징벡터들을 이용하여 중심값을 갱신하는 중심값 갱신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 군집화부는 기존의 클러스터들과 새로 군집화된 클러스터들이 상이하면, 상기 복수개의 사용자 특징벡터들을 상기 K개의 클러스터들 각각의 갱신된 중심값을 기초로 재군집화하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 군집화부는 기존의 클러스터들과 새로 군집화된 클러스터들이 동일하면, 상기 군집화된 클러스터들을 상기 인증부에 전달하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 군집화부는 사용자 특징벡터와 상기 K개의 클러스터들 각각의 중심값들 간의 거리를 산출하고, 상기 사용자 특징벡터가 거리가 가장 작은 중심값을 가지는 클러스터에 속하도록 군집화하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 군집화부는 상기 K개의 클러스터들의 중심값들 각각과 상기 사용자 특징벡터 간의 코사인 거리(cosine distance)를 산출하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인증부는 상기 타겟 특징벡터와 상기 K개의 클러스터들 각각의 중심값들 간의 거리를 산출하고, 거리가 가장 작은 중심값을 가지는 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들과 상기 타겟 특징벡터를 비교하여 정당 사용자 여부를 인증하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인증부는 상기 타겟 특징벡터와 상기 K개의 클러스터들 각각의 중심값들 간의 코사인 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 인증부는 상기 K개의 클러스터들 중 상기 타겟 특징벡터와 유사한 사용자 특징벡터들을 포함하는 유사 클러스터를 결정하고, 상기 유사 클러스터에 속하는 사용자 특징벡터들 각각과 상기 타겟 특징벡터 간의 코사인 거리를 산출하며, 상기 산출된 값이 임계값 이상이면 정당 사용자로 인증하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 얼굴인증 시스템.
  10. 인증대상이 되는 타겟 사용자의 촬영 이미지를 획득하는 촬영부;
    상기 촬영 이미지를 기초로 생성된 입력 이미지를 얼굴인증모델에 입력하여 타겟 특징벡터들을 추출하는 타겟 얼굴인식부; 및
    상기 타겟 특징벡터를 복수의 사용자들 각각의 얼굴이미지로부터 추출된 사용자 특징벡터들, 각 사용자 특징벡터의 클러스터 식별정보, 및 각 사용자의 식별정보를 갖는 복수개의 어레이로 구성된 어레이 파일과 비교하여 상기 타겟 사용자를 인증하는 인증부를 포함하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 에지 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 클러스터 식별정보는 K개의 클러스터들 중 해당 사용자 특징벡터와 유사한 사용자 특징벡터들로 이루어진 클러스터에 대한 식별값을 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 에지 디바이스.
  12. 제10항에 있어서,
    얼굴인식 서버로부터 상기 어레이 파일, 상기 얼굴인식모델 및 K개의 클러스터들 각각의 중심값 정보를 수신하는 인터페이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 에지 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 인증부는 상기 타겟 특징벡터와 상기 K개의 클러스터들 각각의 중심값들 간의 거리를 산출하고, 상기 복수개의 어레이들 중 거리가 가장 작은 중심값을 가지는 클러스터에 상응하는 식별정보를 포함하는 적어도 하나의 어레이를 상기 타겟 특징벡터와 비교하여 상기 타겟 사용자를 인증하는 것을 특징으로 하는 클러스터링 기법을 이용하여 얼굴이미지를 비교하는 에지 디바이스.
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