KR20110054180A - 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 얼굴 검출 이전에, 입력 영상 내의 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단함으로써, 피부색 영역으로 구분된 영역만을 얼굴 후보 영역으로 간주할 수 있어, 불필요한 얼굴 검출 시간 및 과정을 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입력된 영상의 각 화소의 컬러 값을 사용하여 각 화소의 피부색 정도를 측정하여 수치화하는 피부색 수치화부; 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로, 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 피부색 검출부; 및 입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행하는 얼굴 검출부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

얼굴 검출, 피부색 검출, 적분 영상

Description

피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DETECTING FACE USING SKIN REGION DETECTION AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 한 장의 입력 영상으로부터 사람의 얼굴을 검출하기 위하여 피부색 영역을 검출할 때, 기존 방식과의 비교하여 수행시간이 단축되고, 검출률의 감소없이 오검출률을 감소시킬 수 있는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 보안 분야에 대한 관심이 커지면서 인간의 외적 특성 혹은 움직임 특징을 이용하여 개인을 인식하는 보안장비의 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 이러한 생체인식을 이용한 지능화된 화상 감시 시스템에서 인간의 얼굴 인식을 이용하고 있으며, 얼굴 검출은 이러한 응용 영역에서 시스템의 첫 번째 단계로 구성되는 중요한 연구 분야이다. 현재까지 얼굴 영상에서 나타나는 컬러, 밝기, 기하학적 분포 등의 특징을 이용한 여러 가지 방법이 활발히 연구되고 있다.

그러나, 얼굴 검출에는 몇 가지 어려움이 따른다. 영상 내 얼굴의 위치, 크기, 회전, 방향, 조명 환경 등에 따른 변화로 인해 얼굴의 구성요소가 모두 드러나지 않는 제한적인 상황이 자주 발생한다. 이러한 상황에서도 얼굴을 검출하기 위한 방안이 다양하게 연구된 바 있다.

일반적으로 한 장의 영상으로부터 얼굴을 검출하는 방법은 지식 기반 방법(Knowledge-based method), 특징 기반 방법(feature-based method), 템플릿 정합 기법(template matching method), 영상(외양)기반 방법(Image-based method) 등으로 나눌 수 있다.

먼저, 지식 기반 방법은 얼굴에 나타나는 특징들과 그들 사이의 관계에 근거한 간단한 규칙들로 얼굴인지 아닌지를 판단한다. 예를 들어, 얼굴에서 두 개의 눈과 코, 입이 좌우 대칭으로 나타난다. 이러한 특징 사이의 상관관계는 상대적인 거리, 위치로 나타낸다. 그러나 규칙들이 너무 일반적인 경우 오검출 발생 확률이 높아지며, 영상에서 얼굴이 나타나는 모든 상황을 감안하여 규칙을 만들기 힘들기 때문에 영상 내 얼굴의 자세가 다른 경우 검출하기 어렵다.

또한, 특징 기반 방법에서는 영상 내 얼굴의 다양한 자세, 혹은 조명 환경의 변화에 강인한 특징을 찾아서 얼굴 검출에 이용한다. 일반적으로 눈썹, 눈, 코, 입, 머리카락 등의 부분적인 얼굴 특징을 에지(Edge)검출기를 이용하여 추출한다. 이러한 방법은 얼굴 자세나 방향에는 강인하지만 조명이나 잡음에 의한 부분 손실에 약하다는 단점이 있다.

또한, 템플릿 정합 기법에서는 학습과정 없이 얼굴의 부분영역이나 외곽선을 이용하여 미리 표준 얼굴에 대한 정보를 만든다. 주어진 얼굴 후보에 대하여 이러한 표준 얼굴과의 유사성을 판단하여 얼굴과 비얼굴을 구분한다. 이러한 방법은 비교적 간단하게 이용할 수 있지만 다양한 얼굴 자세에서 템플릿을 정의하기 힘들다 는 단점이 있다.

마지막으로, 영상 기반 방법에서는 훈련 영상들부터 얼굴과 비얼굴을 구분하기에 용이한 통계적 정보를 획득하고, 획득된 통계적 정보에 기반을 두어 얼굴과 비얼굴을 구분하는 식별기(Classifier)를 구성한다. 다른 방법에 비해 많은 예제들이 필요하며 식별기를 구성하기 위한 시간 소모가 많지만 패턴인식 알고리즘을 이용함으로서 정확도가 높으며 얼굴 자세에 비교적 강인하다. 현재 이러한 접근 방법으로 분류될 수 있는 다양한 학습 알고리즘이 얼굴 검출에 용이하게 사용되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로 본 발명의 제 1 목적은, 얼굴 검출 이전에, 입력 영상 내의 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단함으로써, 피부색 영역으로 구분된 영역만을 얼굴 후보 영역으로 간주할 수 있어, 불필요한 얼굴 검출 시간 및 과정을 줄일 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 있다.

그리고 본 발명의 제 2 목적은, 얼굴 검출기만을 사용하여 얼굴을 검출하는 기존과 비교하여, 피부색 영역만을 얼굴 후보 영역으로 포함하였기에 고정된 검출률 대비 낮은 오검출률을 확보할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에도 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치에 관한 것으로서, 입력된 영상의 각 화소의 컬러 값을 사용하여 각 화소의 피부색 정도를 측정하여 수치화하는 피부색 수치화부; 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로, 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 피부색 검출부; 및 입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행하는 얼굴 검출부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 피부색 수치화부는, 입력 영상 내 다수의 컬러 값을 분석하여, 피 부색으로 분류된 컬러들의 집합을 모델링하고, 모델링과 컬러들의 집합과 비교하여, 각 화소의 피부색 정도를 수치화하거나, 인접한 화소들의 컬러 분포와 기 설정된 얼굴 영역이 가지는 컬러 분포와의 유사도를 통해 각 화소의 피부색 정도를 수치화하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 피부색 검출부는, 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상의 각 화소를 산출하는 화소 산출모듈; 특정 영역

의 피부색 수치 값을 산출하는 피부색 수치값 산출모듈; 및 피부색 수치 값 산출을 통해 각 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 피부색 영역 판단모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 피부색 영역 판단모듈은, 특정 영역의 피부색 수치값이 소정 범위 이내의 값인지 여부를 판단하며, 판단결과, 특정 영역의 피부색 수치 값이 소정 범위 이내의 값일 경우, 해당 영역을 피부색 영역으로 구분하고, 소정 범위 이상의 값일 경우, 해당 영역을 피부색 영역이 아닌 것으로 구분하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 방법에 관한 것으로서, (a) 피부색 수치화부가 다양한 컬러 값을 분석하여, 피부색으로 분류된 컬러들의 집합을 모델링한 후, 모델링된 컬러들의 집합과 비교하여 각 화소의 피부색 정도를 수치화하거나, 인접한 화소들의 컬러 분포와 기 설정된 얼굴 영역이 가지는 컬러 분포와의 유사도를 통해 각 화소의 피부색 정도를 수치화하는 과정; (b) 피부색 검출부가 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 과정; 및 (c) 얼굴 검출부가 입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 (b) 과정은, (b-1) 상기 피부색 검출부가 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상의 화소를 산출하는 단계; (b-2) 상기 피부색 검출부가 특정 영역

의 피부색 수치 값을 산출하는 단계; (b-3) 상기 피부색 검출부가 피부색 수치 값 산출을 통해 각 영역이 피부색 영역인지 판단하기 위하여, 피부색 수치값이 소정 범위 이내의 값인지 여부를 판단하는 단계; 및 (b-4) 상기 (b-3) 단계의 판단결과, 특정 영역의 피부색 수치 값이 소정 범위 이내의 값일 경우, 상기 피부색 검출부가 해당 영역을 피부색 영역으로 구분하고, 소정 범위 이상의 값일 경우, 해당 영역을 피부색 영역이 아닌 것으로 구분하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 영상 내 피부색을 가지지 않는 비얼굴 영역을 조기에 걸러내고, 입력 영상 내부에서 피부색 영역으로 판단된 부분만 얼굴 검출을 수행함으로써 얼굴 검출 수행 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 얼굴 검출기만을 사용하여 얼굴을 검출하는 기존과 비교하여, 피부색 영역만을 얼굴 후보 영역으로 포함하였기에 고정된 검출률 대비 낮은 오검출률을 확보할 수 있는 효과도 있다.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명 으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치 및 그 방법에 관하여 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치(100)를 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 피부색 수치화부(110), 피부색 검출부(120) 및 얼굴 검출부(130)를 포함하여 이루어진다.

피부색 수치화부(110)는 입력된 영상의 각 화소의 컬러 값을 사용하여 각 화소의 피부색 정도를 측정하여 수치화하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 피부색 수치화부(110)는 입력 영상 내 다수의 컬러 값을 분석하여, 피부색으로 분류된 컬러들의 집합을 모델링하고, 모델링과 컬러들의 집합과 비교하여, 각 화소의 피부색 정도를 수치화한다.

또한, 피부색 수치화부(110)는 인접한 화소들의 컬러 분포와 기 설정된 얼굴 영역이 가지는 컬러 분포와의 유사도를 통해 각 화소의 피부색 정도를 수치화할 수 있다.

피부색 검출부(120)는 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 1 에 도시된 바와 같이 화소 산출모 듈(121), 피부색 수치값 산출모듈(122) 및 피부색 영역 판단모듈(123)을 포함한다.

적분영상을 통한 피부색 검사는 계산량이 적어 빠를 뿐 아니라, 영역의 크기에 관계없이 그 계산량이 일정하다는 장점이 있다. 따라서, 적분영상을 사용하여 피부색 검사를 수행하면 특정 영역의 피부색 검출을 빠르게 수행할 수 있다.

따라서, 화소 산출모듈(121)은 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로, 적분영상을 생성하고, 적분영상의 각 화소를 다음의 [수식 1] 을 통해 산출한다.

[수식 1]

여기서,

: 각 화소에 대한 피부색 검출 수치 값

본 발명에서는 입력 영상 내부의 특정 영역이 항상 정사각형으로 정의될 수 있다. 따라서, 피부색 수치값 산출모듈(122)은 특정 영역

의 피부색 수치 값을 다음의 [수식 2] 를 통해 산출한다.

[수식 2]

여기서, S: 특정 영역의 넓이,

: 시작점

이러한 특정 영역의 피부색 수치 값 산출을 통해, 각 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단할 수 있을 것이다.

따라서, 피부색 영역 판단모듈(123)은 피부색 수치 값 산출을 통해 각 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 피부색 영역 판단모듈(123)은 특정 영역의 피부색 수치 값이 소정 범위 이내의 값인지 여부를 판단한다. 판단결과, 특정 영역의 피부색 수치 값이 소정 범위 이내의 값일 경우, 해당 영역을 피부색 영역으로 구분하고, 소정 범위 이상의 값일 경우, 해당 영역을 피부색 영역이 아닌 것으로 구분한다.

이는 얼굴 검출 이전에, 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단함으로써, 피부색 영역으로 구분된 영역만을 얼굴 후보 영역으로 간주할 수 있어, 불필요한 얼굴 검출 과정을 줄일 수 있는 효과가 있다.

얼굴 검출부(130)는 입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행한다.

이하에서는, 상술한 구성을 갖는 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치(100)를 이용한 얼굴 검출 방법에 관하여 도 2 내지 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 피부색 수치화부(110)가 입력 영상 내 다수의 컬러 값을 분석하여, 피부색으로 분류된 컬러들의 집합을 모델링한 후, 모델링된 컬러들의 집합과 비교하여 각 화소의 피부색 정도를 수치화하거나, 인접한 화소들의 컬러 분포와 기 설정된 얼굴 영역이 가지는 컬러 분포와의 유사도를 통해 각 화소의 피부색 정도를 수치화하는 제 1 과정(S100), 피부색 검출부(120)가 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 제 2 과정(S200) 및 얼굴 검출부(130)가 입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행하는 제 3 과정(S300)을 포함하여 이루어진다.

도 3 은 본 발명에 따른 피부색 검출부(200)가 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 제 2 과정(S200)의 세부 흐름도이다.

도 3 에 도시된 바와 같이 화소 산출모듈(121)은 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상의 화소를 상기 [수식 1] 을 통해 산출한다(S210).

이후, 피부색 수치값 산출모듈(122)은 특정 영역

의 피부색 수치 값을 상기 [수식 2] 를 통해 산출하며(S220), 피부색 영역 판단모듈(123)은 피부색 수치 값 산출을 통해 각 영역이 피부색 영역인지 판단하기 위하여, 피부색 수치값이 소정 범위 이내의 값인지 여부를 판단한다(S230).

제S230 단계의 판단결과, 특정 영역의 피부색 수치 값이 소정 범위 이내의 값일 경우, 피부색 영역 판단모듈(230)은 해당 영역을 피부색 영역으로 구분하고(S240), 소정 범위 이상의 값일 경우, 해당 영역을 피부색 영역이 아닌 것으로 구분한다(S250).

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치를 개념적으로 도시한 전체 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 방법에 관한 전체 흐름도.

도 3 은 본 발명에 따른 피부색 검출부가 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 제 2 과정에 관한 세부 흐름도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110: 피부색 수치화부 120: 피부색 검출부

130: 얼굴 검출부 121: 화소 산출모듈

122: 피부색 수치값 산출모듈 123: 피부색 영역 판단모듈

Claims (6)

1. 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치에 있어서,

   입력된 영상의 각 화소의 컬러 값을 사용하여 각 화소의 피부색 정도를 측정하여 수치화하는 피부색 수치화부;

   각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 피부색 검출부; 및

   입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행하는 얼굴 검출부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피부색 수치화부는,

   입력 영상 내 다수의 컬러 값을 분석하여, 피부색으로 분류된 컬러들의 집합을 모델링하고, 모델링과 컬러들의 집합과 비교하여, 각 화소의 피부색 정도를 수치화하거나, 인접한 화소들의 컬러 분포와 기 설정된 얼굴 영역이 가지는 컬러 분포와의 유사도를 통해 각 화소의 피부색 정도를 수치화하는 것을 특징으로 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 피부색 검출부는,

   각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상의 각 화소를 [수식 1] 을 통해 산출하는 화소 산출모듈;

   특정 영역

   

   의 피부색 수치 값을 [수식 2] 를 통해 산출하는 피부색 수치값 산출모듈; 및

   피부색 수치 값 산출을 통해 각 영역이 피부색 영역인지 여부를 판단하는 피부색 영역 판단모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치.

   [수식 1]

   

   여기서,

   

   : 각 화소에 대한 피부색 검출 수치 값.

   [수식 2]

   

   여기서, S: 특정 영역의 넓이,

   

   : 시작점.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 피부색 영역 판단모듈은,

   특정 영역의 피부색 수치값이 소정 범위 이내의 값인지 여부를 판단하며, 판단결과, 특정 영역의 피부색 수치 값이 소정 범위 이내의 값일 경우, 해당 영역을 피부색 영역으로 구분하고, 소정 범위 이상의 값일 경우, 해당 영역을 피부색 영역이 아닌 것으로 구분하는 것을 특징으로 하는 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 장치.
5. 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 방법에 있어서,

   (a) 피부색 수치화부가 입력 영상 내 다수의 컬러 값을 분석하여, 피부색으로 분류된 컬러들의 집합을 모델링한 후, 모델링된 컬러들의 집합과 비교하여 각 화소의 피부색 정도를 수치화하거나, 인접한 화소들의 컬러 분포와 기 설정된 얼굴 영역이 가지는 컬러 분포와의 유사도를 통해 각 화소의 피부색 정도를 수치화하는 과정;

   (b) 피부색 검출부가 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상을 이용하여 특정 영역이 피부색 영역인지 여부를 판 단하는 과정; 및

   (c) 얼굴 검출부가 입력 영상 내에서 피부색 영역으로 구분된 영역에 대해서만 얼굴 검출을 수행하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 (b) 과정은,

   (b-1) 상기 피부색 검출부가 각 화소별 피부색 정도가 수치화된 정보를 바탕으로 적분영상을 생성하고, 적분영상의 화소를 산출하는 단계;

   (b-2) 상기 피부색 검출부가 특정 영역

   

   의 피부색 수치 값을 산출하는 단계;

   (b-3) 상기 피부색 검출부가 피부색 수치 값 산출을 통해 각 영역이 피부색 영역인지 판단하기 위하여, 피부색 수치값이 소정 범위 이내의 값인지 여부를 판단하는 단계; 및

   (b-4) 상기 (b-3) 단계의 판단결과, 특정 영역의 피부색 수치 값이 소정 범위 이내의 값일 경우, 상기 피부색 검출부가 해당 영역을 피부색 영역으로 구분하고, 소정 범위 이상의 값일 경우, 해당 영역을 피부색 영역이 아닌 것으로 구분하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 피부색 영역 검출을 이용한 얼굴 검출 방법.

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