신뢰할 만한 얼굴 인식이 가능한 적외선 카메라

Gold eye G-032 SWIR 카메라

지문인식, 홍체인식 등 여러 가지 생체 보안 기술이 발달하고 있는 요즘, 독일의 Bonn-Rhein-Sieg 대학 응용과학 분야 연구팀이 안전하고 신뢰성이 높은 얼굴 식별 생체 인식 시스템을 지원하는 피부 검출 과정을 개발했다. 이 검출 과정은 사람의 얼굴 전체를 인식하며 그것이 진짜 사람의 피부가 맞는지도 함께 판단한다.
새로 개발된 시스템을 위해서는 적외선 범위의 측정이 필요한데, 이를 위해 과학자들은 Allied Vision의 Gold eye G-032 SWIR 카메라를 사용했다. 이글은 Allied Vision에서 제공하고 Allied Vision의 한국 파트너사인 디쌤이 번역한 자료이다.

공항과 같은 공공장소나 빌딩에서, 또는 데이터 센터와 같은 보안 관련 분야에서 생체 인식 시스템은 점점 더 많이 사용되고 있다. 이러한 시스템이 확산될수록 보다 안정적인 보안 시스템의 가능성이 해킹이나 범죄에 이용될 우려를 회피하거나 넘어서기 위해 개발된다.
기존의 이미징 시스템은 마스크 또는 다른 얼굴 재현의 도움으로 속일 수가 있었다. 카메라는 위조된 이미지와 참조 화상 간의 차이를 구별 할 수 없었기 때문이다. 그렇다면 보안 시스템은 실제 얼굴이 스캔되는지 여부를 어떻게 구분 할 수 있는가?
Bonn-Rhein-Sieg 대학 응용과학 분야의 프로젝트팀은 노버트 정 교수의 지시에 따라 답을 발견했다. 답은 멀티 스펙트럼 특징과 적외선 카메라로 구성되어 있다.

보안 유출 : 얼굴인가 가장인가?
올바른 해답을 찾기 위해서는 기존 보안 유출의 이유를 분석해야한다. 현재 기존의 이미징 시스템은 생체 얼굴 인식에 사용되고 있는데 서로의 이미지를 비교하는데 100% 보안을 제공하지 못한다는 하나의 큰 약점을 가지고 있다.
카메라는 사람의 이미지를 기록하고 소프트웨어는 여권 사진이나 얼굴 사진과 같은 템플릿을 생체 특징과 비교한다. 만약 촬영된 사람이 마스크를 착용했거나 얼굴 앞에 다른 사진을 들고 있다 하더라도 카메라는 마스크나 이미지를 그대로 기록하여 참조 이미지와 비교한다. 일반 카메라는 인간의 얼굴이 다른 어떤 사물과 함께 기록되었는지 구분할 수 없다. 따라서 신뢰할 수 있는 보안 시스템은 생체 특성을 확인하는 동시에 인간의 피부와 다른 물질을 구별 할 수 있어야한다.
가시광선 범위 내에서(약 380에서 780㎚) 피부는 수많은 미묘한 차이의 색상 톤을 포함하기 때문에 피부 타입의 차이점을 색상만으로 식별 할 수 없다. 또한, 카메라가 명확하게 색을 구별 할 수 없는 열악한 조명 조건은 분석 결과에 부정적인 영향을 미친다.
피부 인식은 심지어 표면의 알베도(입사광에너지에 대한 반사광에너지의 비율) 또는 반사 계수에도 완전히 의존 할 수 없다. 왜냐하면 물질들은 들어오는 빛을 다양한 강도로 반사하며 광의 다른 부분들은 채색된 물질에 흡수 되거나 분산되기 때문이다.
모든 재료는 다른 재료와 구별하는 데 도움이 되는 특정 값을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고, 여러 피부 타입의 값은 매우 다양하기 때문에 구분이 쉽지 않다. 또한 고기, 가죽, 나무와 같은 다른 물질들은 매우 유사한 알베도를 생성 할 수 있어 시각 범위에서 알베도는 피부 검출에 사용하기에 적절하지 않다.

피부 범위의 특징
하지만 만약 하나의 반사광이 가시광선으로부터 벗어나 단파 적외선 파장 범위(780에서 1400㎚)로 들어간다면, 완전히 다른 상황이 펼쳐질 것이다. 피부의 높은 수분율과 알베도 때문에 단파 적외선 범위에서 확실히 다른 물질과 구별 될 수 있다. 피부 타입, 나이, 성별, 및 유사한 기준이 더 이상 역할을 하지 않는다.
이러한 연구 결과를 바탕으로 Bonn-Rhein-Sieg 대학의 응용과학분야 과학자들은 얼굴 생체 인식을 사용한 가짜 검출에 대한 연구 프로젝트의 틀 내에서 "범위 특징"방법을 개발했다.
이 방법에서 900에서 1500㎚ 사이의 파장 범위에서 피부의 알베도는 분석되었고 피부 특정 값 범위가 결정 되었다. 피부 타입과는 별개로 대략 1450㎚에서 피부의 특징적인 흡수 특성이 특히 크게 나타났다. 900㎚ 보다 큰 파장에서 피부 안료는 알베도에 중요한 영향을 미치지 않으므로 피부의 수분에 의한 흡수는 점점 영향력을 얻는다.
프로젝트는 LED 링의 중앙에 장착된 적외선 카메라에서 액티브 카메라 시스템을 사용하여 구현 되었다. LED의 세 열은 분석될 면의 한정된 범위 내에서 서로 다른 파장으로 빛을 전송하여 측정이 더욱 신뢰도를 높였고, 카메라는 반사된 단파 적외선을 기록했다. 데이터는 Allied Vision의 Vimba 소프트웨어 개발 키트를 사용하도록 연결된 컴퓨터에서 기록되었다.
분석은 실험실내에서 C++에서 작성된 소프트웨어로 진행되어졌으며, 라이브러리는 Open CV가 사용되었다. 분석된 결과는 유형 또는 색상에 관계없이 피부가 화면에 갈색으로 표시된되었다. 다른 재료들은 단단함에 따라 각각 검은 색 또는 흰색으로 나타나며 확연하게 피부와는 다르게 나타난다.

피부 감지를 사용하는 여러 보안시스템
얼굴 인식 시스템이 이런 카메라 시스템을 장착했을 때, 카메라 시스템은 사용자의 얼굴 특징이 일치하거나 피부로 인식될 경우에만 구분 한다. 그 결과, 보안률이 실질적으로 증가했다. LED의 사용은 시스템이 모든 조명 환경에서 독립적인 사용이 가능하도록 한다. 적외선 광은 사용자에게 보이지 않는 때문에, 사용자는 스캔할 때 어떠한 것도 인지하지 못한다. 따라서 스펙트럼의 특징은 전혀 불편함 없이 신속하고 신뢰할 수 있는 보안 감시를 제공한다.
Bonn-Rhein-Sieg 대학 응용과학 분야의 추가 연구 프로젝트는 높은 공정 자동화 수준을 갖춘 작업장에서 피부 검출을 위해 사용되어진다. 이 프로젝트는 종종 기계 및 로봇에 사용되어지고 있는데 이는 안전 조치 및 사고 예방을 위한 것이다.
이러한 기기에서 피부 검출은 이미지 캡쳐를 기반으로 물체와 피부를 식별하고, 물질을 구분하며, 위험 지역을 측정하는 역할을 한다. 이 시스템 덕분에 사용자의 손이 위험 지역을 통과하는 순간 로봇이나 기계는 감속 또는 정지할 수 있게 된다.

적외선 범위에서 모니터링이 가능한 Goldeye G-032 SWIR
Bonn-Rhein-Sieg 대학교 응용과학과는 두 프로젝트의 연구 및 개발을 위해 GigE-Vision 인터페이스가 탑재된 Allied Vision의 Gold eye G-032 SWIR 카메라를 사용 했다. 이유는 본 모델이 검출 과정에서 측정하고자 하는 스펙트럼 특성의 파장 범위에 가장 적합한 카메라이기 때문이다.
특히 보안 기술에서 카메라는 직접적으로 컴퓨터 또는 프로세싱 유닛에 연결되지 않는 것이 일반적이기 때문에  화상 데이터는 긴 거리를 커버해야한다. 이런 점에서 Goldeye PoE 방식 카메라 장착은 최선의 수단이다. 하나의 케이블로는 최대 100 미터까지 데이터를 전송할 수 있고 동시에 전력 공급이 가능하기 때문이다.
감시 기술에서 Allied Vision 카메라 사용의 또 다른 장점은 다재다능한 첨부·설치·연결 옵션을 포함하며, 사이즈가 매우 컴팩트하다. 이런 장점과 더불어 기술적 특성도 우수하기 때문에 프로젝트팀이 Goldeye 카메라를 선정하였다. 

자료제공 | Allied Vision(www.alliedvision.com)