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스마트폰 암호도 정했으니 이제 스마트폰만의 장점인 재밌는 애플리케이션도 하나 내려받아 보지요. 다양한 애플리케이션이 많지만, 그 중에서 닮은 연예인을 찾아주는 애플리케이션을 내려받았습니다. 얼굴인식에도 수학의 원리가 있거든요.


얼굴인식, 수학적 알고리즘으로 만든다

얼마 전 인터넷에서 연예인 길이 자신과 개리의 얼굴을 합성한 사진으로 닮은 연예인을 찾은 결과 82% 원빈이 나왔다는 글을 자신의 트위터에 올렸다. 기계의 오류일까? 기계가 어떻게 닮은 얼굴을 인식하는지 알면 그 이유를 알 수 있다.

사람과 기계는 얼굴을 인식하는 방법이 다르다. 사람은 계산으로 얼굴을 인식하지 않는다. 그러나 기계가 사람의 얼굴을 인식하려면 기준이 필요하다. 그리고 그 기준을 바탕으로 계산한 값을 비교해 판단한다. 이렇게 어떤 문제를 해결하기 위해 만든 식이나 방법을 수학적인 용어로‘알고리즘’이라고 한다. 정확한 결과를 얻으려면 알고리즘을 잘 만드는 것이 중요하다.

닮은 연예인을 찾아 주는 애플리케이션에는‘얼굴인식’이라는 기술이 쓰인다. 얼굴인식이란 얼굴의 특징을 수로 나타낸 다음, 그 값을 비교해 얼굴을 가려내는 기술이다.

얼굴인식 기술은 크게 2가지로 나눌 수 있다. 2차원 사진으로 얼굴을 비교하는 2D 방법과, 3차원 입체 얼굴에서 정보를 추출해 비교하는 3D 방법이다. 3D 방법은 얼굴을 옆으로 돌려도 인식할 수 있고,얼굴의 미세한 주름이나 굴곡까지 알 수 있어 2D 방법보다 정확도가 높다. 그러나 3D 방법은 얼굴을 정보화한 정보의 양이 무척 많아 결과를 내기까지 시간이 오래 걸린다. 또 장비도 매우 비싸다. 따라서 카메라나 휴대전화에는 모두 2D 방법을 쓴다.


얼굴인식 기술에 수학은 기본

❶ 위치를 나타내는 것은 좌표와 행렬

얼굴을 비교하려면 얼굴의 눈, 코, 입과 같은 부위의 위치를 기계가 알 수 있는 방법으로 표현해야 한다. 이 때 수학의 좌표나 행렬을 사용한다. 좌표에는 2차원 평면좌표와 3차원 공간좌표가 있다. 또행렬은 가로와 세로에 숫자나 문자를 표시할 수 있다. 예를 들어 사진에 좌표평면을 도입하면 콧등의 위치가 (4,4)인 것을 알 수 있다.
 

❷ 기하학적인 특징 비교

얼굴 역시 넓은 개념에서 보면 입체도형이다. 따라서 도형의 위치, 거리, 넓이와 같은 기하학적인 특징을 비교하는 것은 기본이다. 예를 들어 2D방법에서 눈, 코, 입의 위치를 비교하거나 눈과 눈 사이의 거리, 입술의 모양을 비교한다. 3D 방법에서는 얼굴의 볼록한 정도까지 나타낼 수 있는데, 이때는곡선의 굽은 정도를 나타내는‘곡률’개념을 이용한다.
 

❸ 많은 자료 중에서 알짜를 고르는 통계

실제로 얼굴인식 알고리즘은 매우 복잡하다. 또 복잡한 식을 통해 계산한 값의 개수도 많다. 정확한 얼굴인식을 위해 계산한 값을 모두 비교하면 좋겠지만, 엄청난 양을 모두 비교하려면 시간이 너무 오래 걸린다. 따라서 불필요한 자료는 최대한 버리고, 의미 있는 자료만 고르는 일이 중요하다. 이런 일을 하는 과정이 통계다. 얼굴의 특징은 식을 통해 구한 값을 무수히 많은 점으로 나타낸 다음, 가장 많이 몰려 있는 부분을 선으로 나타낸다. 수학의 상관도를 응용한 것이다.
 

얼굴인식으로 쌍둥이도 가려낼 수 있을까?

얼굴인식 기술은 어디까지 발전했을까? 사람의 눈으로도 쉽게 구분하기 힘든 쌍둥이도 구별할 수 있을까? 일란성 쌍둥이라 하더라도 3D 얼굴인식으로는 구별이 가능하다. 아무리 비슷한 얼굴이더라도 피부의 미세한 주름과 같이 다른 점이 있기 때문이다. 그러나 아직은 한정된 상황에서 가능한 일이다.모든 경우에 쌍둥이를 가려내려면 기술이 더 발전해야 한다.


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