고해상도 비행시간 측정 센서를 사용한 원거리 3차원 얼굴 인식 시스템

Abstract

얼굴 인식 기술은 개인 인증과 보안시설 접근, 서비스 로봇 등 보안이 중요한 장소에서 필요성이 증대되고 있다. 가장 대표적인 RGB 이미지 기반의 얼굴 인식 방식은 현재 널리 상용화되어 있지만, 실제 사람의 얼굴과 사진을 구분하지 못하고 조명에 따라 인식이 어렵다는 한계가 존재한다. 이를 극복하기 위해 거리 측정 센서의 발전에 따라 3차원 정보 기반 얼굴 인식 기술이 연구되는 추세이다. 다만 현재는 상용 거리 측정 센서가 취득할 수 있는 3차원 이미지의 해상도가 매우 낮기에 기존의 3차원 정보 기반 얼굴 인식 시스템으로는 1.5 m 이내의 가까운 거리에서만 활용이 가능하다. 따라서, 본 논문에서는 자체 개발한 비행시간 측정 (Time-of-Flight) 방식의 스캐닝 기반 센서를 사용한 원거리 3차원 얼굴 인식 시스템을 제안한다. 비행시간 측정 방식을 사용하여 외부 조명에 관계없이 3 m 이상의 거리를 측정하며, 스캐닝 방식으로 자유로운 시야각을 가지는 고해상도의 3차원 정보 취득이 가능하다는 장점이 있다. 이 시스템은 우선 광원에서 물체로부터 반사되어 포토 다이오드 센서로 받은 빛의 세기 (IR Amplitude) 이미지를 사용하여 근거리부터 4 m 원거리까지 실제 사람의 얼굴을 검출한다. 이후 검출한 얼굴 영역에 대해 스캐닝 방식으로 고해상도의 3차원 얼굴 데이터와 IR amplitude 이미지를 취득한 뒤 딥러닝 기반 특징을 추출한다. 추출한 개인별 특징에 따라 사전에 등록된 사용자인지 식별을 진행한다. 제안된 3차원 얼굴 인식 알고리즘 및 시스템을 검증하기 위해 공공 데이터셋과 직접 촬영한 얼굴 데이터를 사용하였고, 기존의 거리 측정 센서 기반의 얼굴 인식 시스템과 거리 별 인식률 비교를 진행하였다. 이 연구는 추후 공공장소에서의 다중 원거리 얼굴 인식 시스템으로 출입 관리, 신원 확인 등에 활용될 수 있을 것이라 예상한다.