KR101610525B1 - 조도를 고려한 동공 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

조도를 고려한 동공 검출 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조도를 고려한 동공 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 룩업 테이블을 기반으로, 적응적(adaptive) 임계치 기반의 이진화 기법을 적용하여 영상에서 운전자의 동공을 검출함으로써, 동공의 검출 정확도를 높일 수 있는 조도를 고려한 동공 검출 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 조도를 고려한 동공 검출 장치에 있어서, 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 룩업 테이블; 얼굴 영상을 획득하는 영상 획득부; 상기 영상 획득부가 영상을 획득한 시점의 조도를 측정하는 조도 측정부; 상기 영상 획득부에 의해 획득된 영상의 눈 영역에 대해 임계치를 이용하여 이진 영상으로 변환하고, 상기 변환된 이진 영상에서 경계선을 추출한 후 원형 피팅(Circle fitting) 알고리즘을 적용하여 동공을 검출하는 동공 검출부; 및 상기 룩업 테이블을 기반으로, 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공의 유효성을 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

조도를 고려한 동공 검출 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR EXTRACTING A PUPIL CONSIDERING ILLUMINATION AND METHOD THEREOF}
본 발명은 조도를 고려한 동공 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 룩업 테이블을 기반으로 영상에서 동공을 검출하는 기술에 관한 것이다.
디지털 기술이 발전함에 따라 영상정보를 분석하여 특정 영역 또는 특정 부분으로 구분할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 이러한 분석 기술 중에 얼굴 인식 기술은 디지털 카메라뿐만 아니라, 보안 기술을 수행하는 장치 등에 접목되는 기술로서, 다 각도로 연구 및 개발되고 있다.
또한, 유전자 형질, 지문, 목소리, 정맥, 얼굴 생김새, 동공, 홍채 등의 생물학적 특징을 이용하여 개개인의 신원을 인증하는 시스템에 대하여 활발한 연구가 진행되고 있다. 이 중에서, 동공 인식 분야는 높은 인식률과 위조의 불가성, 데이터량이 많은 패턴 특성, 변화 요인이 없다는 점 등의 장점으로 인하여, 보안시스템에 있어서 향후 가장 많이 사용될 것으로 전망된다.
특히, 차량에서 운전자에게 각종 편의 기능(예를 들어, 졸음운전 방지, 운전자 시선 기반의 헤드라이트 방향 조절 등)을 제공하기 위해, 운전자의 시선을 추적하는 기술에 있어서도 운전자의 동공을 검출하는 기술은 핵심 요소이다.
종래의 동공 검출 기술은 영상 촬영시점의 조도를 고려하지 않은 채, 고정된 임계치(Threshold) 기반의 이진화 기법을 적용하여 영상에서 운전자의 동공을 검출하기 때문에 정확성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 룩업 테이블을 기반으로, 적응적(adaptive) 임계치 기반의 이진화 기법을 적용하여 영상에서 운전자의 동공을 검출함으로써, 동공의 검출 정확도를 높일 수 있는 조도를 고려한 동공 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 조도를 고려한 동공 검출 장치에 있어서, 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 룩업 테이블; 얼굴 영상을 획득하는 영상 획득부; 상기 영상 획득부가 영상을 획득한 시점의 조도를 측정하는 조도 측정부; 상기 영상 획득부에 의해 획득된 영상의 눈 영역에 대해 임계치를 이용하여 이진 영상으로 변환하고, 상기 변환된 이진 영상에서 경계선을 추출한 후 원형 피팅(Circle fitting) 알고리즘을 적용하여 동공을 검출하는 동공 검출부; 및 상기 룩업 테이블을 기반으로, 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공의 유효성을 판단하는 제어부를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 조도를 고려한 동공 검출 방법에 있어서, 영상 획득부가 얼굴 영상을 획득하는 단계; 조도 측정부가 영상 획득부가 영상을 획득한 시점의 조도를 측정하는 단계; 동공 검출부가 상기 획득된 얼굴 영상 내 눈 영역에 대해 임계치를 이용하여 이진 영상으로 변환하고, 상기 변환된 이진 영상에서 경계선을 추출한 후 원형 피팅(Circle fitting) 알고리즘을 적용하여 동공을 검출하는 단계; 및 제어부가 상기 룩업 테이블을 기반으로, 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공의 유효성을 검사하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 룩업 테이블(LUT : Look Up Table)을 기반으로, 적응적(adaptive) 임계치 기반의 이진화 기법을 적용하여 영상에서 운전자의 동공을 검출함으로써, 동공의 검출 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 조도를 고려한 동공 검출 장치의 일실시예 구성도,
도 2 는 본 발명에 따른 조도를 고려한 동공 검출 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 조도를 고려한 동공 검출 장치의 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조도를 고려한 동공 검출 장치는, 룩업 테이블(10), 영상 획득부(20), 조도 측정부(30), 동공 검출부(40), 및 제어부(50)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 룩업 테이블(10)은 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 테이블로서, 사전에 수차례에 걸친 실험을 통해 획득한 값이다. 여기서, 동공의 크기는 일례로 동공의 반지름을 포함한다.
일반적으로, 조도가 일정한 경우에 동공의 반지름은 변하지 않는다. 동공의 반지름은 조도에 의해 변하기 때문에 조도와 동공의 반지름의 상관관계를 분석하여 룩업 테이블을 생성한다.
다음으로, 영상 획득부(20)는 적외선 카메라를 구비할 수 있으며, 운전자의 얼굴 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 동공 검출부(40)로 전달한다. 이때, 적외선 카메라는 클러스터에 부착될 수 있다.
이러한 영상 획득부(20)는 적외선 필터(IR Filter)와 조명으로서 적외선 발광 다이오드(IR LED)를 구비할 수 있다.
다음으로, 조도 측정부(30)는 영상 획득부(20) 또는 운전자의 얼굴 주변에 위치하여, 영상 획득부(20)가 영상을 촬영한 시점의 조도를 측정한다.
다음으로, 동공 검출부(40)는 영상 획득부(20)에 의해 획득된 영상 내에서, ROI(Region Of Interest)인 눈 영역에 대해 임계치 기법(Threshold)을 적용하여 이진 영상(Binary image)으로 변환한다. 즉, 동공 검출부(40)는 눈 영역 내 각 픽셀의 화소값이 임계치 이상인지를 체크하여 임계치 이상인 픽셀은 "1"로 임계치 미만인 픽셀은 "0"으로 결정하여 이진 영상을 생성한다.
통상적으로 픽셀은 0~255의 화소값(intensity)을 가지게 되는데, 화소값이 0에 가까울수록 검정색에 가깝고 255에 가까울수록 흰색에 가깝게 된다. 예를 들어, 임계치가 150으로 설정된 경우, 눈 영역 내 픽셀들의 화소값이 150 이상이면 "1"로 화소값이 150 미만이면 "0"으로 결정되어 검정부분은 "0"이 되고 흰색 부분은 "1"이 된다.
이후, 동공 검출부(40)는 이진 영상에서 픽셀의 이진값이 0에서 1로 바뀌는 지점을 경계선으로 추출하고, 추출된 경계선에 대해 원형 피팅(Circle fitting) 알고리즘을 적용하여 경계선 중 가장 원에 가까운 경계선을 동공으로서 검출한다. 이때, 원형 피팅 알고리즘은 주지 관용의 기술로서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단하여 그 상세 설명은 생략한다.
한편, 동공 검출부(40)는 경계선 검출 방법 외에 중심부 좌표를 산출하여 동공을 검출할 수도 있다.
다음으로, 제어부(50)는 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 룩업 테이블(10)을 기반으로 동공 검출부(40)에 의해 검출된 동공의 유효성을 판단한다. 즉, 제어부(50)는 룩업 테이블(10)에서 조도 측정부(30)에 의해 측정된 조도에 상응하는 동공의 크기(이하, 제 1 반지름)를 검색한 후, 동공 검출부(40)에 의해 검출된 동공의 크기(이하, 제 2 반지름)와 비교하여 오차범위 내에 있는지 판단한다.
이후, 제어부(50)는 오차범위 내에 있으면 동공 검출부(40)에 의해 검출된 동공은 유효성이 있는 것으로 판단하고, 오차범위를 벗어나면 임계치를 조절한다. 즉, 동공 검출부(40)의 임계치를 새롭게 설정한다. 이때, 제 2 반지름과 제 1 반지름의 차이가 허용오차보다 크면 임계치를 증가시키고, 제 2 반지름과 제 1 반지름의 차이가 허용오차보다 작으면 임계치를 감소시킨다.
예를 들면, 허용오차를 ±1mm 라고 할 때,
1) 제 1 반지름이 5mm이고, 제 2 반지름이 7mm이면 허용오차를 벗어나므로, 즉 제 2 반지름과 제 1 반지름의 차이(제 2 반지름 - 제 1 반지름 = 2mm)가 허용오차(1mm)보다 크기 때문에 임계치를 증가시킨다.
2) 제 1 반지름이 5mm이고, 제 2 반지름이 3mm이면 허용오차를 벗어나므로, 즉 제 2 반지름과 제 1 반지름의 차이(제 2 반지름 - 제 1 반지름 = -2mm)가 허용오차(-1mm)보다 작기 때문에 임계치를 감소시킨다.
3) 제 1 반지름이 5mm이고, 제 2 반지름이 6mm이면 허용오차 내에 포함되므로, 즉 제 2 반지름과 제 1 반지름의 차이(제 2 반지름 - 제 1 반지름 = 1mm)가 허용오차 내에 있으므로 유효성이 있는 것으로 판단한다.
4) 제 1 반지름이 5mm이고, 제 2 반지름이 4mm이면 허용오차 내에 포함되므로, 즉 제 2 반지름과 제 1 반지름의 차이(제 2 반지름 - 제 1 반지름 = -1mm)가 허용오차 내에 있으므로 유효성이 있는 것으로 판단한다.
5) 제 1 반지름이 5mm이고, 제 2 반지름이 5mm이면 당연히 유효성이 있는 것으로 판단한다.
또한, 제어부(50)는 동공 검출부(40)에 대한 임계치 조절 횟수를 설정하여 무한 반복이 일어나지 않도록 할 수도 있다. 즉, 제어부(50)는 임계치 조절 횟수가 기준치(예를 들어, 5회)를 초과하면 종료한다.
한편, 본 발명의 일실시예에서는 제어부(50)와 동공 검출부(40)를 구분하여 구현한 예를 설명하였지만, 제어부(50)가 동공 검출부(40)의 기능을 수행하는 형태로 구현할 수도 있다.
부가적으로, 본 발명은 상기 룩업 테이블에서 상기 조도 측정부에 의해 측정된 조도에 상응하는 동공의 크기(이하, 제 1 반지름)를 검색한 후, 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공의 크기(이하, 제 2 반지름)와 비교하여 오차범위를 벗어나면 상기 임계치를 조절하되, 상기 제 2 반지름에서 상기 제 1 반지름을 뺀 값이 허용오차보다 크면 임계치를 증가시키고, 상기 제 2 반지름에서 상기 제 1 반지름을 뺀 값이 허용오차보다 작으면 임계치를 감소시키는 제어부(50)를 포함한다.
도 2 는 본 발명에 따른 조도를 고려한 동공 검출 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 영상 획득부(20)가 운전자의 얼굴 영상을 획득하고, 조도 측정부(30)는 영상 획득부(20)가 영상을 획득하는 시점의 조도를 측정한다(201).
이후, 동공 검출부(40)는 영상 획득부(20)에 의해 획득된 얼굴 영상 내(內) 눈 영역에 대해 임계치 기법(Threshold)을 적용하여 이진 영상(Binary image)으로 변환한다(202).
이후, 동공 검출부(40)는 이진 영상에서 픽셀의 이진값이 0에서 1로 바뀌는 지점을 경계선으로 추출하고, 추출된 경계선에 대해 원형 피팅(Circle fitting) 알고리즘을 적용하여 경계선 중 가장 원에 가까운 경계선을 동공으로서 검출한다(203).
이후, 제어부(50)는 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 룩업 테이블(10)을 기반으로 동공 검출부(40)에 의해 검출된 동공의 유효성을 검사한다(204).
상기 검사결과(204), 유효성이 있으면 동공 검출부(40)에 의해 검출된 동공은 유효성이 있는 것으로 판단하여 종료한다.
상기 검사결과(204), 유효성이 없으면 동공 검출부(40)의 임계치를 조절한다(205). 이때, 임계치는 영상을 이진화하는데 사용되는 임계치를 의미한다.
이후, 제어부(50)는 임계치 조절 횟수가 기준치를 초과하는지 판단하여(206), 초과하지 않으면 상기 "201" 과정으로 진행하고, 초과하면 종료한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 룩업 테이블
20 : 영상 획득부
30 : 조도 측정부
40 : 동공 검출부
50 : 제어부

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 조도에 상응하는 동공의 크기가 기록된 룩업 테이블;
    얼굴 영상을 획득하는 영상 획득부;
    상기 영상 획득부가 영상을 획득한 시점의 조도를 측정하는 조도 측정부;
    상기 영상 획득부에 의해 획득된 영상의 눈 영역에 대해 임계치를 이용하여 이진 영상으로 변환하고, 상기 변환된 이진 영상에서 경계선을 추출한 후 원형 피팅(Circle fitting) 알고리즘을 적용하여 동공을 검출하는 동공 검출부; 및
    상기 룩업 테이블을 기반으로, 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공의 유효성을 판단하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 룩업 테이블에서 상기 조도 측정부에 의해 측정된 조도에 상응하는 동공의 크기(이하, 제 1 반지름)를 검색한 후, 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공의 크기(이하, 제 2 반지름)와 비교하여 오차범위 내에 있는지의 여부에 따라 유효성을 판단하는 것을 특징으로 하는 조도를 고려한 동공 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비교결과가 오차범위 내에 있으면 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공은 유효성이 있는 것으로 판단하고, 상기 비교결과가 오차범위를 벗어나면 상기 임계치를 조절하는 것을 특징으로 하는 조도를 고려한 동공 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 2 반지름에서 상기 제 1 반지름을 뺀 값이 허용오차보다 크면 임계치를 증가시키고, 상기 제 2 반지름에서 상기 제 1 반지름을 뺀 값이 허용오차보다 작으면 임계치를 감소시키는 것을 특징으로 하는 조도를 고려한 동공 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동공 검출부에 대한 임계치 조절 횟수를 설정하는 것을 특징으로 하는 조도를 고려한 동공 검출 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 동공 검출부는,
    상기 이진 영상에서 픽셀의 이진값이 0에서 1로 바뀌는 지점을 경계선으로 추출하는 것을 특징으로 하는 조도를 고려한 동공 검출 장치.
  7. 삭제
  8. 영상 획득부가 얼굴 영상을 획득하는 단계;
    조도 측정부가 영상 획득부가 영상을 획득한 시점의 조도를 측정하는 단계;
    동공 검출부가 상기 획득된 얼굴 영상 내 눈 영역에 대해 임계치를 이용하여 이진 영상으로 변환하고, 상기 변환된 이진 영상에서 경계선을 추출한 후 원형 피팅(Circle fitting) 알고리즘을 적용하여 동공을 검출하는 단계; 및
    제어부가 룩업 테이블을 기반으로, 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공의 유효성을 검사하는 단계를 포함하되,
    상기 유효성 검사 단계는,
    상기 룩업 테이블에서 상기 조도 측정부에 의해 측정된 조도에 상응하는 동공의 크기(이하, 제 1 반지름)를 검색하는 단계와, 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공의 크기(이하, 제 2 반지름)와 비교하여 오차범위 내에 있는지의 여부에 따라 유효성을 판단하는 단계를 포함하는 조도를 고려한 동공 검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유효성 판단 단계는,
    상기 비교결과가 오차범위 내에 있으면 상기 동공 검출부에 의해 검출된 동공은 유효성이 있는 것으로 판단하는 단계; 및
    상기 비교결과가 오차범위를 벗어나면 상기 임계치를 조절하는 단계
    를 포함하는 조도를 고려한 동공 검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 임계치 조절 단계는,
    상기 제 2 반지름에서 상기 제 1 반지름을 뺀 값이 허용오차보다 크면 임계치를 증가시키는 단계; 및
    상기 제 2 반지름에서 상기 제 1 반지름을 뺀 값이 허용오차보다 작으면 임계치를 감소시키는 단계
    를 포함하는 조도를 고려한 동공 검출 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 임계치 조절 단계는,
    기 설정된 임계치 조절 횟수 내에서 임계치를 조절하는 것을 특징으로 하는 조도를 고려한 동공 검출 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 동공 검출 단계는,
    상기 이진 영상에서 픽셀의 이진값이 0에서 1로 바뀌는 지점을 경계선으로 추출하는 것을 특징으로 하는 조도를 고려한 동공 검출 방법.
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