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KR100936334B1 - 얼굴 검출 시스템 - Google Patents

얼굴 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 얼굴 검출 시스템은 운전자의 얼굴의 우측 및 좌측을 향해 적외선을 조사하는 제1조명부 및 제2조명부와, 상기 제1조명부 및 제2조명부로부터 적외선이 조사된 운전자의 얼굴을 각각 촬영하는 영상 촬영부와, 상기 영상 촬영부로부터 얼굴의 좌우 영상을 획득하고, 획득된 좌우 영상의 차영상을 획득하여 운전자의 전방주시태만 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기와 같은 발명은 근적외선 영상을 사용하여 얼굴의 전방주시태만 상태를 검출함으로써, 외부 광환경에 상관없이 전방주시태만 상태의 검출 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 근적외선에 의한 얼굴 반사광에 의해서만 얼굴의 전방주시태만 상태를 검출함으로써, 전방주시태만 상태의 연산량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
영상 촬영부, 근적외선 발광소자, 제어부, 미러 영상, 차영상

Description

얼굴 검출 시스템{FACE DETECTION SYSTEM}
본 발명은 얼굴 검출 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 얼굴의 전방주시태만을 판단하는 연산량을 줄이면서 검출 성능을 높이기 위한 얼굴 검출 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 얼굴 검출 시스템이 마련되어 있으며, 이러한 얼굴 검출 시스템은 졸음 운전의 판별 또는 차선의 변경 의지를 판단하기 위한 요소로 사용되고 있다.
종래 얼굴 검출 시스템은 얼굴을 촬영하는 영상 카메라와, 영상 카메라로부터 촬영된 얼굴을 분석하여 전방 주시 태만을 판단하는 제어부로 구성되어 있다.
영상 카메라로부터 얼굴이 촬영되어 제어부로 촬영된 영상이 입력되면, 제어부는 입력된 영상을 이진화하여 얼굴 영역을 검출하고, 얼굴의 윤곽 등의 에지 형상을 검출한다. 이후, 에지 영상으로부터 얼굴의 세부 요소인 눈, 코, 입 등을 검출하여 얼굴의 방향각을 산출하여 전방주시태만 상태를 판단하게 된다.
하지만, 눈, 코, 입 등을 검출하기 위해서는 보다 적은 영역에서 치밀하게 검출되어야 하기 때문에 외부의 다양한 광 환경의 변화에 민감할 수밖에 없고, 이 에 의해 요소별 검출 성능이 떨어져 전방감시태만 상태의 검출을 성능이 저하되는 문제점을 야기시킨다.
또한, 종래 얼굴 검출 시스템은 얼굴 영역 검출, 에지 영상 추출 및 각 요소별 검출을 통해 얼굴의 방향각을 산출하여 전방주시태만의 상태를 검출하기 때문에 그 과정에 소요되는 연산량이 매우 많아 임베디드 시스템에 실시간 구현이 어렵고, 이를 구현하기 위해서는 고클럭-고가의 CPU를 필요로 하여 얼굴 검출을 위한 비용이 상승하는 문제점이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 외부의 광변화에 따른 전방주시태만 상태의 검출 성능이 떨어지는 것을 방지하기 위한 얼굴 검출 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전방주시태만 검출의 연산량을 줄이면서 검출 성능을 향상시키기 위한 얼굴 검출 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 얼굴 검출 시스템은 운전자의 얼굴의 우측 및 좌측을 향해 적외선을 조사하는 제1조명부 및 제2조명부와, 상기 제1조명부 및 제2조명부로부터 적외선이 조사된 운전자의 얼굴을 각각 촬영하는 영상 촬영부와, 상기 영상 촬영부로부터 얼굴의 좌우 영상을 획득하고, 획득된 좌우 영상의 차영상을 획득하여 운전자의 전방주시태만 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 획득된 좌우 영상을 이진화하여 이진화 영상을 획득하고, 이진화 영상으로부터 차영상을 획득할 수 있다.
상기 제어부는 이진화되어진 좌우 영상 중 하나를 미러링하여 미러링 영상을 획득하고, 획득된 미러링 영상과 이진화 영상을 감산하여 차영상을 획득할 수 있다.
상기 제1조명부 및 제2조명부는 순차적으로 동작될 수 있다.
상기 제1조명부 및 제2조명부는 근적외선 발광소자이고, 운전석의 전방 또는 운전석의 상부에 설치될 수 있다.
상기 제1조명부 및 제2조명부는 운전자의 정면으로부터 서로 대칭되도록 설치될 수 있다.
상기 영상 촬영부는 적외선 통과필터가 장착된 CCD 카메라일 수 있다.
본 발명은 근적외선 영상을 사용하여 얼굴의 전방주시태만 상태를 검출함으로써, 외부 광환경에 상관없이 전방주시태만 상태의 검출 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 근적외선에 의한 얼굴 반사광에 의해서만 얼굴의 전방주시태만 상태를 검출함으로써, 전방주시태만 상태의 연산량을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템을 나타낸 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템의 조명부가 설치된 위치를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템의 동작을 나타낸 블럭도이고, 도 4는 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템의 동작에 따른 모습을 나타낸 도면이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템의 시뮬레이션을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템은 운전자의 얼굴(10)을 향해 적외선을 조사하는 조명부(100)와, 상기 조명부(100)로부터 적외선이 조사된 운전자의 얼굴(10)을 촬영하는 영상 촬영부(200)와, 상기 영상 촬영부(200)로부터 획득된 영상을 이미지 처리하여 운전자의 전방주시태만 상태를 판단하는 제어부(300)를 포함한다.
조명부(100)는 운전자의 전방의 구조물에 설치되며, 운전자의 얼굴(10)을 향해 적외선 예컨데, 근적외선을 조사하는 역할을 한다. 이러한 조명부(200)는 운전자의 얼굴(10)의 우측을 향해 적외선을 조사하는 제1조명부(110)와, 운전자의 얼굴(10)의 좌측을 향해 적외선을 조사하는 제2조명부(120)를 포함한다.
제1조명부(110) 및 제2조명부(120)는 운전자의 정면으로부터 소정 각도 예컨데, 30 내지 60도 사이를 가지는 위치에 설치될 수 있으며, 운전자 얼굴(10)의 정면으로부터 45도의 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 이때, 제1조명부(110) 및 제2조명부(120)는 운전자의 우측 및 좌측 얼굴에 균일하게 적외선을 조사할 수 있도록 운전자의 정면으로부터 대칭되도록 설치되는 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 운전자의 얼굴(10)을 향해 적외선을 조사하는 조명부(100)로서, 적외선 발광소자(IR LED)가 사용될 수 있다.
조명부(100)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 운전석 전방의 클러스터 하단의 양쪽에 설치될 수 있으며, 도 2b에 도시된 바와 같이, 운전석 에어컨 양쪽 송풍구 상단 또는 하단에 설치될 수 있다.
또한, 조명부(100)는 도 2c에 도시된 바와 같이, 클러스트 상단 대쉬보드의 양쪽에 설치될 수 있으며, 도 2d에 도시된 바와 같이, 운전석 상단 햇빛 가리개 양쪽 또는 A-pillar와 룸미러의 좌측에 설치될 수 있다. 여기서, 조명부(100)의 개수는 한정되지 않으며, 3개 이상으로 설치되어도 무방하다.
제1조명부(110) 및 제2조명부(120)는 운전자의 얼굴(10)을 향해 순차적으로 적외선을 조사하며, 이에 의해 운전자의 좌측 얼굴 및 운전자의 우측 얼굴을 중심으로 적외선이 조사된다.
영상 촬영부(200)는 운전자의 얼굴(10)의 정면을 촬영할 수 있도록 운전석의 전방에 설치되며, 제1조명부(110) 및 제2조명부(120)로부터 적외선이 조사된 운전자의 얼굴을 각각 촬영하는 역할을 한다.
이러한 영상 촬영부(200)는 CCD 카메라에 근적외선 통과필터(210)가 장착하여 구성한 것으로서, 차량 외부로부터 유입되는 태양빛 및 기타 외부 조명빛을 차단하고 근적외선 영상만을 획득하며, 근적외선 발광 소자와 같은 조명부(100)가 없다면 아무런 영상이 얻어지지 않는다.
제어부(Electronic Controll Unit, ECU, 300)는 영상 촬영부(200)와 연결되며, 영상 촬영부(200)로부터 획득된 영상을 이미지 처리하여 운전자의 전방주시태만 상태를 판단하는 역할을 한다.
즉, 제어부(300)는 상기 영상 촬영부(200)로 획득된 각각의 적외선 영상을 이진화하여 이진화 영상을 획득하고, 이진화 영상 중 하나를 미러링하여 미러링 영상을 획득하며, 상기 미러링 영상과 이진화 영상을 감산하여 차영상을 획득하고, 획득된 차영상의 평균값을 계산하여 전방주시태만 상태를 판단하는 역할을 한다.
또한, 이와 더불어 제어부(300)는 조명부(100)와 연결될 수 있으며, 이로 인해 운전자의 얼굴(10)을 향해 순차적으로 적외선을 조사하도록 제어할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템의 동작을 살펴본다.
먼저, 제어부(300)로부터 제1조명부(110)를 온하는 단계(S10)를 수행한다. 이때, 제1조명부(110)는 운전자의 우측 얼굴을 향해 근적외선을 조사하고, 영상 촬영부(200)는 근적외선이 조사된 운전자의 얼굴을 촬영하여 제1영상(400)을 획득하는 단계(S20)를 수행한다.
이어서, 제2조명부(120)를 온하는 단계(S30)를 수행하여 운전자의 좌측 얼굴을 향해 근적외선을 조사하고, 영상 촬영부(200)는 근적외선이 조사된 얼굴을 촬영하여 제2영상(500)을 획득하는 단계(S40)를 수행한다. 이때, 제2조명부(120)가 온되는 동안 제1조명부(110)는 오프되어진다.
이어서, 제어부(300)에 제1영상(400) 및 제2영상(500)이 입력되면 제1영상(400) 및 제2영상(500)을 운전자 얼굴의 밝은 부분을 추출하도록 각 픽셀에 대한 이진화(Binarize)하는 단계(S50)를 수행하고, 이에 의해 제어부(300)는 제1영상(400) 및 제2영상(500)으로부터 이진화된 이진화 영상(410, 510)을 획득한다.
이어서, 제1영상의 이진화 영상(410)과 제2영상의 이진화 영상(510)을 동일한 방향의 얼굴을 검출하도록 제1영상의 이진화 영상(410) 또는 제2영상의 이진화 영상(510) 중 하나를 미러링(mirror) 처리하는 단계(S60)를 수행하고, 이에 의해 제1영상의 이진화 영상(410) 또는 제2영상 이진화 영상(510) 중 어느 하나가 미러 링된 미러 영상(420)을 획득하게 된다. 상기에서는 제1영상의 이진화 영상(410)이 미러링되는 것을 일실시예로 설명한다.
이어서, 미러 영상(420)과 이진화 영상(520)에 대한 픽셀들의 값을 감산 처리하는 단계(S70)를 수행하고, 이에 의해 제어부(300)는 두 영상의 차이를 나타내는 차영상(600)을 획득한다.
이어서, 차영상(600)의 픽셀의 평균값을 계산하고, 이에 의해 운전자의 얼굴 방향을 산출하게 된다.
이어서, 산출된 운전자의 얼굴 방향에 따라 전방주시태만 상태를 판단하게 되어 얼굴 검출 시스템의 동작을 마치게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 얼굴 각도가 0도인 경우에서 실험해 본 결과, 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템에 의해 평균값은 15.39가 측정되었으며, 이로 인해 운전자의 얼굴은 거의 정면을 주시하고 있다고 판단할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 얼굴 각도가 좌측으로 20도로 기울어진 경우에서 실험해 본 결과, 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템에 의해 평균값은 20.15가 측정되었으며, 이로 인해 운전자의 얼굴은 좌측으로 약 20도 기울어졌다고 판단할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 얼굴 각도가 좌측으로 40도로 기울어진 경우에서 실험해 본 결과, 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템에 의해 평균값은 47.49가 측정되었으며, 이로 인해 운전자의 얼굴은 좌측으로 약 40도 기울어졌다고 판단할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템 및 방법은 얼굴 검출을 위한 연산량을 줄이면서 얼굴 검출 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템의 조명부가 설치된 위치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템의 동작을 나타낸 블럭도.
도 4는 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템의 동작에 따른 모습을 나타낸 도면.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 얼굴 검출 시스템의 시뮬레이션을 나타낸 도면.
< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 조명부 110: 제1조명부
120: 제2조명부 200: 영상 촬영부
210: 적외선 통과필터 300: 제어부

Claims (7)

  1. 운전자의 얼굴의 좌측 및 우측을 향해 적외선을 조사하는 제1조명부(110) 및 제2조명부(120)와, 상기 제1조명부(110) 및 제2조명부(120)로부터 적외선이 조사된 운전자의 얼굴을 각각 촬영하는 영상 촬영부(200)와, 상기 영상 촬영부(200)로부터 얼굴의 좌우 영상을 획득하고, 획득된 좌우 영상의 차영상을 획득하여 운전자의 전방주시태만 상태를 판단하는 제어부(300)를 포함하고,
    상기 제어부(300)는 획득된 좌우 영상을 이진화하여 이진화 영상을 획득하고, 이진화되어진 좌우 영상 중 하나를 미러링하여 미러링 영상을 획득하며, 획득된 미러링 영상과 이진화 영상을 감산하여 차영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 얼굴 검출 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1조명부(110) 및 제2조명부(120)는 순차적으로 동작되는 얼굴 검출 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1조명부(110) 및 제2조명부(120)는 근적외선 발광 소자이고, 운전석의 전방 또는 운전석의 상부에 설치되는 얼굴 검출 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1조명부(110) 및 제2조명부(120)는 운전자의 정면으로부터 서로 대칭되도록 설치되는 얼굴 검출 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 영상 촬영부(200)는 적외선 통과필터(210)가 장착된 CCD 카메라인 얼굴 검출 시스템.
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