얼굴 인식

얼굴 인식 기술의 개요

  지난 911테러 이후, 공공 건물의 보안에 대한 요구가 증대하고 있으며, 특히 영상 분석을 통하여 얼굴을 인식하는 얼굴 인식 기술은 이미 널리 설치되어 있는 CCD 카메라에 소프트웨어적인 인식 모듈만 추가하면 쉽게 사용할 수 있다는 점에서 각광 받고 있는 기술이며 다음과 같은 장점을 가지고 있다.

  - 도난, 분실, 망각 등의 우려가 없이 안전하게 사용할 수 있는 보안 수단

  - 홍채, 지문 등과 같이 별도로 제작된 센서가 아닌 이미 설치되어 있는 카메라를 이용하여 쉽게 이용 가능

   - 대부분의 신분증이 사진 데이터를 가지고 있으므로 대량의 데이터를 쉽게 이용 가능

   - 얼굴은 사람이 사람을 식별하는 수단이므로, 추후 관리자가 결과를 확인할 수 있음

   - 접촉식이 아니므로 대규모 공공 시설에서 감시 수단으로 쉽게 적용될 수 있는 기술

얼굴 인식의 주요 기술

  영상 내 얼굴 영역 추출 및 추적 기술

   - 에지, 색상, 얼굴 구성요소(눈, 코, 입)의 기하학적 구성 관계 등을 이용한 얼굴 영역 추출 및 추적

  변별력이 뛰어난 얼굴 특징 벡터 추출 기술

   - 서로 다른 사람의 미묘한 차이를 구별할 수 있는 특징 벡터 추출

     . EigenFace : 실시간 적용을 위하여 데이터의 차원을 감소시키면서 변별력을 증가시킬 수 있음

     . SVM을 이용한 방법 : 얼굴의 국부적인 구성 요소를 추출하고 이를 특징 벡터로 사용

  최적의 분류기 구성 (SVM)

   - 특징 벡터를 정확하게 분류함으로써 검증(1:1) 및 검색(1:N)을 정확하게 수행

  다양한 환경 변화를 고려한 대용량의 얼굴 데이터베이스 구축

   - 필요성 : 얼굴 인식 시스템의 성능 개선 및 평가를 위해 필수적임

   - 고려 상황 : 조명의 색과 방향, 다양한 표정, 다양한 각도(포즈), 악세서리

다양한 환경 변화를 고려하여 촬영하기 위한 지능형 스튜디오 설계

구축된 얼굴 DB KUDB의 예
　

  임베디드 시스템 구현 및 하드웨어 제어 기술

   - 출입통제, ATM 보안 등 얼굴 인식 시스템의 보급화를 위해서는 저전력화, 소형화하기 위한 필수 기술임

얼굴 인식 시스템의 예

  얼굴 영역 추출 및 추적
  얼굴 특징 벡터 추출
  SVM 분류기를 통한 검증(1:1)과 검색(1:N)

실시간 얼굴 검출 및 인식(인증) 시스템의 예

응용 분야

(1) 공공 기관의 무인 감시 : 미리 설치되어 있는 카메라를 이용한 공공 기관의 감시에 사용

(2) 사무실, 주택 등의 출입 통제 : 망각의 우려가 있는 비밀번호, 도난 또는 분실의 우려가 있는 열쇠와 신분증이 필요 없이 얼굴 인식 기술로 출입통제에 적용 가능

(3) 전자금융 서비스의 보안 수준을 높임 : 얼굴 정보를 이용한 신용카드 및 스마트카드 보안 수준 증진할 수 있음. ATM 및 인터넷 뱅킹의 개인 인증 솔루션 제공

(4) 기업, 공공기관 보안 네트워크 : 기업 네트워크 내 PC 및 서버 보안 솔루션

(5) 웹 및 이동통신 기반 솔루션 : 휴대폰, PDA와 같은 이동통신 기기를 통한 개인 인증 및 전자상거래, 이동통신을 이용한 전자금융 및 전자학습을 위한 원격지 개인 인증

(6) 엔터테인먼트 : 얼굴 자료 및 얼굴 인식 기술을 이용한 얼굴형태 검색 서비스로 궁합 중매, 관상, 인적 자원 관리 등에 사용될 수 있음

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3차원 얼굴 영상 복원

  개인용 컴퓨터의 성능이 급격히 발전함에 따라 기존의 2차원 영상의 분석 및 활용 기술에서 좀더 복잡하고 정교한 3차원 영상에 대한 처리 기술의 요구가 증가하고 있다. 그 중에서도 특히 3차원 얼굴 영상 복원 기술은 3차원 비디오 게임, 가상 현실, 원격 비디오 회의 등에 핵심 기술로서 전세계적으로 이에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

  기존의 3차원 얼굴 영상 복원 기술은 주로 부스 형태의 스튜디오를 설치하고 여러대의 카메라를 설치하여 동시에 촬영된 얼굴 영상들을 분석하여 얼굴의 3차원 구조를 복원하거나, 레이저 스캐너를 이용한 방법 등이 사용되어 왔다. 본 연구에서는 이러한 복잡한 장비를 사용하지 않고 이미 널리 설치되어 있는 CCD 카메라로 촬영된 2차원 얼굴 영상에서 3차원 얼굴의 통계 모형을 사용하여 정교한 3차원 얼굴 영상을 복원하는 것을 목표로 하고 있다. 본 연구의 기술적인 특징과 장점은 다음과 같다.

   - 복잡한 부스 형태의 스튜디오나 레이저 스캐너와 같은 고가의 장비를 사용하지 않음

   - 일반 CCD 카메라로 촬영된 정면 얼굴 영상을 기반으로 3차원 얼굴 영상을 복원

   - 여러 사람들로부터 얻어진 3차원 얼굴 정보를 분석하여 3차원 얼굴 통계 모형을 구성

   - 간단하고 빠른 처리 시간으로 사용자가 직접 자신의 3차원 얼굴 영상을 복원 가능

주요 기술

  얼굴 정보의 복원을 위한 3차원 얼굴 통계 모형 구축

   - 레이저 스캐너로 얻어진 3차원 영상들을 질감(Texture) 정보와 깊이(Depth) 정보로 분리

   - Optical Flow를 사용하여 모든 영상간의 1:1 Correspondence를 구축

   - PCA (Principal Component Analysis)를 사용하여 선형 중첩 통계 모형 구축

  통계 정보를 이용한 정면 얼굴 영상으로부터의 3차원 얼굴 영상 복원

   -  2차원 입력 영상과 3차원 얼굴의 통계 모형을 사용하여 입력 영상의 3차원 정보를 복원

응용 분야

(1) 3차원 비디오 게임 : 사용자 자신의 3차원 얼굴 영상을 게임내에 직접 입력하여 더욱더 실감나고 현장감 있는 비디오 게임의 개발

(2) 얼굴 인식 및 얼굴 영상 분석 : 복원된 얼굴의 3차원 정보를 이용하여 기존의 2차원 정면 얼굴 영상에서 사용할 수 없었던 3차원 정보(예: 코의 높이, 얼굴 선의 굴곡 등)를 이용한 얼굴 인식 기술의 개발

(3) 가상 현실 : 정교한 3차원 얼굴 모형을 통한 더욱더 실감나는 가상 현실의 체험

(4) 원격 비디오 회의 : 얼굴 3차원 모형을 사용한 모델 기반 부호화(Model Based Coding)방법을 사용하여 저속의 네트웍 환경이나, 모바일 환경에서의 비디오 회의

(5) 엔터테인먼트 : 3차원 얼굴 영상 정보를 이용한 얼굴형태 검색 서비스로 궁합 중매, 관상, 인적 자원 관리 등에 사용될 수 있음