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[국내논문] 홍채 인식을 위한 포물 허프 변환 기반 눈꺼풀 영역 검출 알고리즘
Eyelid Detection Algorithm Based on Parabolic Hough Transform for Iris Recognition 원문보기

電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SP, 신호처리, v.44 no.1 = no.313, 2007년, pp.94 - 104  

장영균 (상명대학교 소프트웨어학부) ,  강병준 (상명대학교 일반대학원 컴퓨터과학과) ,  박강령 (상명대학교 디지털 미디어학부)

초록
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홍채 인식은 홍채 패턴 정보를 이용하여 사람의 신원을 확인하는 생체 인식 기술이다. 일반적인 홍채 인식 시스템에서 취득된 홍채 영상에는 홍채 패턴 정보를 가리는 눈꺼풀이 포함된다. 이러한 눈꺼풀은 홍채 인식의 성능을 저하시키는 요소이다. 따라서 본 논문에서는 홍채인식의 정확성을 향상시키기 위해 눈꺼풀 검출 알고리즘을 제안한다. 본 연구는 기존의 방법에 비해 다음과 같은 세 가지 차별성과 장점을 가지고 있다. 첫 번째, 눈꺼풀 검출에 문제가 되는 속눈썹과 조명 반사광(specular reflection)을 기존의 방법에 의해 검출한 후에, 선형 보간법(interpolation)을 이용하여 제거하는 방법을 제안함으로써 눈꺼풀 추출의 정확도를 향상하였다. 두 번째, 기존의 알고리즘은 눈꺼풀 후보점을 추출하기 위해 홍채의 넓은 부분을 탐색하므로 영상잡음이나 홍채 패턴 등에 의해 눈꺼풀을 잘못 추출하는 경우가 많았다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 검출된 홍채의 외곽경계 정보에 의해 초기 눈꺼풀 탐색 영역을 결정하고, 마스크 기법을 이용하여 눈꺼풀 후보점들을 추출함으로써 눈꺼풀 추출 에러를 감소시켰다. 세 번째, 기존의 알고리즘들은 포물선 방정식에 의해 눈꺼풀 영역을 검출하지만, 사용자의 눈의 회전을 고려하지 않았기 때문에 많은 에러가 발생되었다. 따라서 제안하는 알고리즘은 눈의 회전을 고려한 회전된 포물선 방정식을 이용한 허프 변환(Hough transform)을 통해 눈꺼풀을 검출함으로써 이러한 에러 발생을 감소시켰다. CASIA 데이터베이스의 홍채 영상을 사용하여 제안하는 눈꺼풀 검출 알고리즘을 실험한 결과, 위 눈꺼풀의 검출 정확도는 90.82%, 아래 눈꺼풀의 검출 정확도는 96.47%였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Iris recognition is biometric technology which uses a unique iris pattern of user in order to identify person. In the captured iris image by conventional iris recognition camera, it is often the case with eyelid occlusion, which covers iris information. The eyelids are unnecessary information that c...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 마스크 정합 방법의 특성상 눈꺼플이 아니더라도 마스크의 정합 값을 높게 만드는 홍채 패턴이 존재하기 때문에 전체 홍채 영역에 대한 눈꺼풀 후보점 추출은 잘못된 결과를 얻을 수 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 홍채 패턴에 의한 눈꺼풀 검출의 에러를 감소시키기 위해 그림 5와 같은 눈꺼풀 탐색 영역을 검출한 후에 눈꺼풀 후보점을 추출하였다.
  • 또한 속눈썹이나 조명 반사광(specular reflection)과 같이 눈꺼풀 경계 검출을 방해하는 요소들에 의해 영향을 받는다는 문제점도 가지고 있다. 따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 본 논문에서는 눈꺼풀 경계 검출을 방해하는 속눈썹이나 조명 반사광을 검출하여 선형 보간 (linear interpolation)함으로써 제거하고, 눈의 회전을 고려하여 눈꺼풀 영역을 검출하는 알고리즘을 제안한다.
  • 본 논문에서는 눈꺼풀 추출의 정확도를 홍채 영역 안에서 제안하는 알고리즘에 의해 검출된 포물선이 입력 영상에서 손으로 직접 표시한 눈꺼풀 라인으로부터 위, 아래로 7 pixel의 영역 안에 포함되었는지의 여부를 이용하여 판단하였다. 즉, 그림 8의 Ri과 같이 검출된 포물선이 홍채 영역 안에서 실제 눈꺼풀 라인으로부터 위, 아래로 7 pixel의 영역 안에 포함된 경우에는 정확히 검출한 눈꺼풀로, 그림 8의 R2와 같이 영역에서 벗어난 경우에는 잘못 검출한 눈꺼풀로 판단하여 식 (10) 과 같이 검출정확도를 측정하였다.
  • 본 논문에서는 홍채 인식 실험을 통해 제안하는 눈꺼풀 검출 알고리즘의 성능을 측정하였다. 홍채 인식 실험을 위해 25의 커널 크기와 1/20의 주파수를 가지는가버 웨이블릿(Gabor wavelet) 기반의 홍채 인식 알고리즘闾을 사용하였다.
  • 하지만 이는 비단 속눈썹뿐만 아니라 뚜렷한 눈꺼풀의 경계 역시 흐리게 만들기 때문에 눈꺼풀 검출에 악영향을 끼친다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 눈꺼풀 검출에 문제가 되는 속눈썹 (eyelash)과 조명 반사광 (specular reflection)을 기존의 방법에 의해 검출한 후에, 선형 보간법 (interpolation)을 이용하여 제거하는 새로운 방법을 제안함으로써 눈꺼풀 추출의 정확도를 향상하였다. 이는 눈꺼풀 경계는 뚜렷하게 유지하면서 눈꺼풀 검출을 방해하는 요소를 없애는 효과를 갖는다.

가설 설정

  • Image : (a) Origins image (b) Iris image in which eyelash and specular reflection are removed.
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참고문헌 (18)

  1. http://www.sinobiometrics.com/ (accessed on 2006. 06. 21) 

  2. 박강령 '홍채 인식 기술' 멀티미디어학회지 제7권, 제2호, pp. 23-31, 2003 

  3. John G. Daugman, 'High Confidence Visual Recognition of Persons by a Test of Statistical Independence,' IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 15, no. 11, pp. 1148-1161, November 1993 

  4. John G. Daugman, 'Demodulation by Complexvalued Wavelets for Stochastic Pattern Recognition,' International Journal of Wavelets, Multi-resolution and Information Processing, vol. 1, no. 1, pp. 1-17, 2003 

  5. John G. Daugman, 'The importance of being random: statistical principles of iris recognition,' Pattern Recognition, vol. 36, no. 2, pp. 279-291, February 2003 

  6. John G. Daugman, 'How Iris Recognition Works,' IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 14, no. 1, pp. 21-29, January 2004 

  7. Kazuyuki Miyazawa, Koichi Ito, Takafumi Aoki, Koji Kobayashi and Hiroshi Nakajima, 'A Phase-Based Iris Recognition Algorithm,' Advances in Biometrics: International Conference, ICB 2006, pp. 356-365, Hong Kong, China, January 2006 

  8. Libor Masek, 'Recognition of Human Iris Patterns for Biometric Identification,' Bachelors Thesis, University of Western Australia, 2003 

  9. Xiaomei Liu, Kevin W. Bowyer and Patrick J. Flynn, 'Experiments with An Improved Iris Segmentation Algorithm,' Fourth IEEE Workshop on Automatic Identification Advanced Technologies (AutoID'05), pp. 118-123, New York, USA, October 2005 

  10. Topi Maenpaa, 'An Iterative Algorithm for Fast Iris Detection,' Advances in Biometric Person Authentication, International Wokshop on Biometric Recognition Systems, IWBRS 2005, pp. 127-134, Beijing, China, October 2005 

  11. Yi Chen, Sarat C. Dass and Anil K. Jain, 'Localized Iris Image Quality Using 2-D Wavelets,' Advances in Biometrics: International Conference, ICB 2006, pp. 373-381, Hong Kong, China, January 2006 

  12. Jiali Cui, Yunhong Wang, Tieniu Tan, Li Ma and Zhenan Sun, 'A Fast and Robust Iris Localization Method Based on Texture Segmentation,' SPIE Defense and Security Symposium, Vol. 5404, pp. 401-408, August 2004 

  13. 조달호, 박강령, 이대웅, '모바일 환경에서의 홍채 인식에 적합한 홍채 및 동공 영역 추출방법,' the 4th BERC Biometrics Workshop, pp. 99-102, 2006년 2월 

  14. Vladimir Vezhnevets and Anna Degtiareva, 'Robust and Accurate Eye Contour Extraction,' Proc. Graphicon-2003, pp. 81-84, Moscow, Russia, September 2003 

  15. 강병준, 박강령, '홍채 인식에서의 눈꺼풀 및 눈썹 추출 연구,' 한국멀미디어학회 논문지, 제 8 권. 제 7 호, pp. 898-905, 2005년7월 

  16. 박현애, 박강령 '각막의 조명반사광을 이용한 휴대폰에서의 고속 홍채검출에 관한 연구,' the 4th BERC Biometrics Workshop, pp. 95-98, 2006년 2월 

  17. Ramesh Jain, 'Machine Vision', McGraw-Hill International Edition, pp.44-47, 1995 

  18. Jun Yamada, Ayumu Kawamura, Yoshimasa Miura, Sadaki Takata, Katsuki Ogawa, 'Study on radiation transfer in human skin for cosmetics,' Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, vol. 93, pp.219-230, 2005 

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