“자, 웃으세요~ 찰칵!” 이제는 사진을 찍어주는 사람이 없어도 얼마든지 혼자 예쁜 사진을 찍을 수 있게 됐다. 최근 소니, 올림푸스 등의 디지털카메라 업계에서 ‘웃으면 찍힌다’는 슬로건을 걸고 얼굴인식기능을 담은 똑똑한 디지털카메라를 출시했기 때문이다. 얼굴인식 기능은 피사체가 웃으면, 자동으로 셔터가 눌리는 기능이다. 카메라가 어떻게 사람의 웃는 얼굴을 알아볼까.

눈코입에 찍은 점으로 얼굴 분석해

얼굴인식(Face detection)은 이미지에 담긴 얼굴의 위치와 크기를 감지하는 컴퓨터 기술을 말한다. 다시 말해 사람의 몸이나 주변 경관 등을 제외하고 사람의 얼굴만 찾아내는 것이다. 얼굴인식은 사진 속 물체의 위치와 크기를 찾아내는 물체인식기술의 한 분야로, 사람의 얼굴만 인식하는 경우에 해당한다.

얼굴인식기술에는 다양한 방식이 있다. 가장 먼저 개발된 것은 평면으로 보이는 사람의 얼굴을 분석하는 2D 얼굴인식이다. 이 때 눈ㆍ코ㆍ입 등에 점을 찍어 그 점들 사이의 거리ㆍ위치ㆍ크기를 *기하학적으로 분석하는 방법(Geometrical feature analysis)이 많이 쓰인다. 또 동그란 얼굴, 까만 눈 등 얼굴의 기본요소에 대해 분석하거나, 프로그램이 가지고 있는 얼굴 표본과 비교해 이에 따른 상관관계를 분석하기도 한다.

최근에는 통계적 분석을 기반으로 **신경망의 학습 및 인식기능을 이용하는 방식(Neural network mapping approach)이 활발하게 연구되고 있다. 그러나 이러한 2D 방식은 환경에 따라 인식률이 달라진다는 단점이 있어 가시광선이 아닌 열적외선을 투사하는 방식으로 보완 할 수 있다. 열적외선 방식은 얼굴 혈관에서 발생하는 열을 적외선 카메라로 촬영한 후 사람마다 다른 열 분포를 분석해 얼굴로 인식하는 방식이다. 이 방식을 사용하면 조명의 양, 상처, 수염 등의 변화가 있어도 얼굴을 인식할 수 있다.

최근에는 얼굴인식에 3D 영상을 이용하는 기술이 나왔다. 3D 방식은 얼굴을 평면으로 인식하는 2D 방식에 수직축을 도입한 것이다. 때문에 정면은 물론 다른 각도에서 찍은 얼굴도 알아볼 수 있다. 또한 성형 수술 등으로 얼굴이 달라지지 않는 한 얼굴을 정확히 인식할 수 있으며, 일란성 쌍둥이까지도 구분할 수 있다. 일란성 쌍둥이라고 해도 피부의 미세한 주름 등이 다르기 때문이다. 하지만 3D 방식은 방대한 자료를 수집 한 후 판별해야 하기 때문에 계산시간이 오래 걸린다는 단점을 갖고 있다.

이처럼 각각 장단점을 갖고 있는 2D, 3D, 열적외선 방식을 함께 이용하면 짧은 시간에 정확한 얼굴을 인식할 수 있다. 다양한 각도의 얼굴을 인식하지 못하는 2D 방식의 단점과 처리시간이 긴 3D 방식의 단점을 서로 보완할 수 있기 때문이다. 이 때는 먼저 3D 방식을 이용해 얼굴 방향을 정면으로 교정한 뒤, 이를 2D로 변환하는 방식으로 처리된다. 또한, 열적외선 영상과 가시광선 영상을 조합하면 조명에 취약한 기존 2D 방식의 문제점을 보완할 수 있다.

생활 속에 스며드는 얼굴인식기술

이러한 얼굴인식기술이 최근 들어 알고리즘과 하드웨어기술의 발전에 따라 본격적인 대중화의 길에 접어들었다. 그러나 아직 상용기술에는 한계가 있다. 올림푸스의 ‘스마일샷’의 경우 입이 귀에 걸릴 정도의 완벽한 웃음이나 박장대소가 아니면 제대로 인식을 하지 못하며, 후지필름의 ‘얼짱나비 2.0’의 경우 얼굴주변에 다른 물체나 손바닥이 있을 경우 때때로 얼굴을 제대로 검출해내지 못한다.

위의 예처럼 디지털카메라의 얼굴인식 기능이 촬영환경에 따라 사용자의 기대에 부응하지 못할 때도 있다. 디지털카메라에 적용되는 얼굴인식기술은 환경에 따라서 인식의 정확도가 크게 차이가 나는 2D방식을 이용하기 때문이다. 또 프레임 내에 알고리즘 모델과 유사한 형태의 피사체가 있으면 얼굴로 인식하고, 실제 사람의 얼굴이어도 알고리즘과 조금이라도 다르면 인식하지 못하기 때문에 인식률이 낮아진다.

이와 같은 문제 때문에 얼굴인식 기술은 편의성과 보안성이 함께 요구되는 프로그램과 접목돼 우리 생활 곳곳에 적용할 수 있다. 그 예로 최근 일본에서 등장한 자판기를 들 수 있는데, 미성년자들에게 유해한 담배 등의 물건을 파는 자판기에 얼굴인식기술을 도입했다. 고객들이 ‘성인 인증’ 버튼을 누르면 내장된 카메라가 얼굴을 찍고, 컴퓨터가 얼굴의 특정 부위를 분석한 다음 성인인지 여부를 판별하는 방식이다. 또 얼굴인식 기술과 다른 보안 기술을 접목시킬 수도 있다. 내년에 우리나라에서 출시되는 얼굴인식 ATM기가 그것이다. 얼굴인식 ATM기는 고객이 모자, 마스크를 쓰면 현금인출이 되지 않는다. 때문에 절도범이 훔친 카드로 ATM기에서 돈을 빼내기가 어려워져 억울한 피해사고가 줄어들 전망이다. 이 외에도 주인만 영상통화를 할 수 있는 휴대폰, 꼬마주인을 알아보는 곰인형, 식당에서 고객을 알아보는 웨이터 로봇 등 얼굴인식기술을 이용할 수 있는 곳은 무한하다.

*기하학적 방식 : 도형 및 공간의 성질을 바탕으로 분석하는 방식.
**신경망(Neural network) : 인간의 뇌 기능을 모방한 네트워크. 무언가를 보고 인식해 필요에 다라 행동을 취하는 인간의 사고방식을 컴퓨터에 학습시키는 것을 말한다.
도움주신 분 : 유상현(KISTI 과학향기 과학칼럼니스트)