센서로 시작해 센서로 끝나는 세상 ①

아이폰X의 안면인식 기술이 불러일으킨 관심
  • 2017년 10월호
  • 김영학 기자, yhk@elec4.co.kr


애플은 2017년 9월 12일 아이폰X에 페이스ID를 통해 3D로 안면을 인식할 수 있는 생체인증 방식을 채택했다고 발표했다.

많은 이들이 아이폰X의 페이스 ID에 대해 기대와 우려의 목소리를 내고 있다. 우려의 목소리는 지문의 경우 한 손가락이 해킹되더라도 다른 손가락으로 변경이 가능하지만 안면의 경우 대체불가하며, 과거의 안면인식 기술의 경우 사용자의 사진 등을 스마트폰에 가져다대면 잠금이 해제되는 현상이 나타났었기 때문이다.

반면 애플의 페이스 ID가 과거 등장했던 삼성전자나 LG전자의 2D 안면인식 기술과는 달리 얼굴 깊이까지 인식이 가능한 3D 방식을 채용해 보안적 측면을 한층 개선했다는 점에서 기대의 목소리를 내는 이들도 많다. 이애 대해 애플은 “터치 ID가 타인에 의해 잠금해제될 확률이 5만 분의 1인데 비해 페이스 ID는 100만 분의 1”임을 강조했다.

또한 안면 이미지 유출에 대한 부분도 우려하고 있는 사항이다. 이에 대해 팀 쿡 애플 CEO는“ 아이폰X에 적용된 페이스 ID가 사생활을 침해하지 않을 것”이라고 강조하며 “애플은 아이폰에 저장된 고객의 안면 이미지를 소유하지 않을 것”이라고 말했다.


 

 

한편, 앱 로그인 기술과 관련해 기존에 터치 ID로 로그인이 가능했던 아마존, 체이스, 피델리티와 같은 기업들은 아이폰X의 출시에 맞춰 페이스 ID 로그인 방식을 추가해야 하는 상황에 직면했다. 만약 페이스 ID적용이 실패하면, 앱 사용자들은 패스워드를 입력해야 하는데, 이는 사용자 편의성 측면에서 위험성 요인으로 작용할 수 있다. 이애 대해 애플은 개발 관점에서 기본적으로 페이스 ID는 터치 ID와 똑같이 동작한다고 발표했다. 즉 터치 ID와 페이스 ID의 API가 동일하다는 것이다.

애플의 페이스 ID는 트루뎁스(TrueDepth) 카메라 시스템을 활용해 안면인식을 위해 3만 개의 점을 분사하는데, 이를 통해 눈, 코, 입 등 안면을 입체적으로 인식하며, 적외선(IR) 센싱 기술이 적용되어 있어 어두운 곳에서도 안면인식이 가능하다. 이 3만 개 중 일정 비율 이상이 일치해야만 동일한 얼굴로 인식하게 되는데, 업계에서는 이 비율의 최소 기준을 70% 정도로 추정하고 있다.

 

최근 기업들은 이중인증이나 다중인증을 채용하는 추세가 증가하고 있다. 이는 모바일 기기에 탑재된 인식기능 이외에도 로그인을 위한 비밀번호나 임시번호 입력 등 다른 방식의 정보도 입력해야 함을 의미한다. 그런데 근래에 벌어진 소니 등 개인정보 유출에 대한 사고는 대부분 로그인 데이터 유출도 포함되어 있다. 이미 세상은 비밀번호 관리를 아무리 잘해봐야 완벽히 보호할 수 없게 됐다.

이미 알려진 대로 기존의 비밀번호 입력 방식에 비해 생체인식 방식이 보안 측면에서 더 뛰어나다. 물론 기술적인 완전성 측면에서는 더욱더 노력이 필요하지만, 기본의 방식에서 새로운 방식으로의 이동은 막을 수 없는 흐름처럼 보인다.


2019년, 모든 스마트폰에 생체인식 기술 탑재

미국 시장조사업체 이마케터(eMarketer)에 따르면 생체인식을 탑재한 스마트폰 신제품 비율은 2017년 63.5%에서 2018년 80.8%로 높아지며, 2019년에는 100%에 도달할 전망이다. 또한 웨어러블 기기나 태블릿PC도 2020년까지 모든 제품에 생체인식이 탑재될 것으로 보인다.

한편, 시장조사 전문기업 마켓앤마켓(Marketsand Markets)은 소프트웨어 툴(2D, 3D, 열), 교육 및 컨설팅 서비스, 클라우드 기반 안면인식 서비스를 포함한 안면 인식 시장 규모가 2016년 35억 달러에서 연평균 15.3% 성장하며 2021년에는 68억 4,000달러를 기록할 것이라고 전망했다.

한편, LED인사이드(Inside)에서 발표한 ‘적외선 LED/적외선 레이저 및 광센서 시장 보고서’에 따르면, 홍채/안면인식에 사용되는 적외선(IR: Infrared Ray) LED와 적외선 레이저의 세계 시장 규모는 2017년 1억 4,500만 달러에서 연평균 성장률 24%를 기록하며 2025년에는 8억 2,700만 달러에 달할 전망이다. 이는 3D 센싱 및 홍체인식 기술이 차세대 스마트폰인 아이폰X과 갤럭시S8에 장착된 광학센서에 사용되는 IR LED에 새로운 수요의 물결로 작용하고 있어서다.

IR LED의 가장 큰 시장은 역시 스마트폰과 자동차 분야다. 이 분야 외에도 다양한 분야에 활용되고 있는데, 예를 들어, 보안감시, 홍채/안면인식, 광용적맥파(Photo Plethysmography), ToF(Time of Flight) 3D 스캐닝, 패턴투영 3D 스캐닝, ADAS 관련 기술 등이 있다. 특히 스마트폰과 같은 휴대용 기기에는 거래 및 결제, 본인 확인용도로 활용되고 있는 상황이다.

 

LED인사이드의 어시스턴트 리서치 매니저인 조앤 우(Joanne Wu)는 “홍채 패턴은 약 2,000개의 데이터 점인 반면, 지문은 100개 정도로, 홍채 패턴이 지문보다 훨씬 정확하게 봉인 확인이 가능하다”고 말했다.

삼성 갤럭시S8의 홍채인식 스캐너는 근적외선(NIR) LED 카메라, CCD 이미지 센서, 생체 인식 솔루션 등으로 구성되어 있다. 카메라에 사용되는 IR LED의 파장은 700~900 nm다. 갤럭시S8은 근적외선 LED 카메라를 통해 미리 생체 데이터베이스에 홍채 사진을 등록해야 하며, 등록 완료 후 홍채인식 기능을 활용할 수 있다. 홍채인식용 애플리케이션을 위한 IR LED를 공급하고 있는 기업은 오스람 옵토 세미컨덕터(OSRAM Opto Semiconductor), 에피스타(Epistar), 에필즈(Epileds), 하이 파워 라이트닝(High Power Lighting), 브라이트텍 옵토일렉트로닉스(Brightek Optoelectronics) 등이 있다.

한편, IR 레이저는 핸즈헬드 분야에서 IR LED를 빠르게 대체해 나가고 있다. IR 레이저는 근접 감지, 자동 초점, 동작인식, 노이즈 제거(Noise Canceling) 등 많은 영역에서 뛰어난 정확도를 보여주고 있다. 이에 대해 조앤 우 매니저는 “IR 레이저는 3D 영상의 여러 분야에서 필수적인 기술로 자리잡고 있다‘며 ”3D 스캐닝 카메라는 ToF 3D 스캐닝 및 패턴투영 기반 솔루션을 활용하고 있다. 이 솔루션은 기존의 2D 이미징 기술에 비해 정확도가 뛰어난 3D 매핑 기술”이라고 말했다.

IR 레이저를 주로 공급하는 기업은 루멘텀(Lumentum), 피니사(Finisr), HLI 테크놀로지(HLJ Technology), 오스람 옵토 세미컨덕터 등이 있다. 이들 기업이 제공하고 있는 IR 레이저는 IC 기업에서 센서 모듈과 결합되어 휴대용 기기에 탑재되고 있다. 오스람은 자동차 및 스마트폰 애플리케이션 분야로 IR 레이저 제품 제조 능력을 확대해 나아가고 있다.


아이폰X, 트루뎁스 카메라 분석

욜 디벨롭먼트(Yole Development)는 2017년 9월 14일, ‘애플 아이폰X: 혁명으로 다음 10년을 열다(Apple iPhone X: unlocking the next decade with a revolution)’라는 보고서를 발표했다. 해당 보고서는 트루뎁스 카메라에 대해 3D 카메라를 전면에 배치함으로써 상상했던 것보다 훨씬 복잡한 기술을 구현해 놓았다고 분석했다. 이는 일반적으로 생각한 ToF 어레이가 아니라 ToF 근접센서, 투광 일루미네이터(Flood Illuminator)나 도트 패턴 일루미네이션을 모두 사용할 수 있는 적외선 구조형 광 카메라의 조합으로 구성되어 있다.

구체적으로 살펴보면, 아이폰X 전면부 상단 좌측부터 적외선 카메라, 투광 일루미네이터, 근접센서, 주변광센서, 스피커, 마이크, 7 MP 카메라, 도트 프로젝터로 구성되어 있다.

기능 적용 측면에서 볼 때, 아이폰X은 적외선 카메라와 투광 일루미네이터를 결합해 스마트폰 전면부 앞에 위치한 사용자에 균일한 적외선을 투사한다. 그런 다음 이미지를 촬영할 수 있는 데, 이때 안면 탐지 알고리즘은 이미지가 누구인지를 검색하게 된다. 매번 작동하지 않게 하려면, 적외선 TF 근접센서에 연결되어 있을 것으로 확실시되는 근접 카메라는 적외선 카메라와는 다른 파장으로 아이폰X 앞에 있는 사람에 대한 반응을 살피게 된다.

그리고 아이폰X은 도트 프로젝터를 활성화해 얼굴을 촬영한 후 도트로 패턴화할 수 있다. 이렇게 일반 및 도트로 패턴화한 이미지는 소유자를 인식하도록 훈련된 뉴럴 네트워크를 통해 APU로 전송되고 아이폰X의 잠금해제 기능을 활성화하도록 한다.

애플은 트루뎁스 카메라를 통해 안면인식 및 생체인식 기능으로 보안을 강화했으며, 짧은 애니메이션화한 이모티콘으로 새로운 용어인 ‘애니모지(Animoji)’를 구현해냈다. 이는 가상 메시지와 유사한 목적으로 3D 마스크를 구현해 인간의 얼굴을 가상화할 수 있게 됐으며, 이 애니모지를 스냅챗(Snapchat)과 같은 SNS에 게재할 수도 있게 됐다.

잊지 말아야 할 것은 이 애니모지 역시 페이스 ID 기술로 구현됐다는 사실이다. 이러한 AR(Augmented Reality, 증강현실) 애플리케이션은 셀피(Selfie)와 같은 소프트웨어가 다른 3D 가상 배경을 추가할 수도 있다. 마지막으로, 3D 카메라를 사진에 적용할 수 있다. 특히 인물사진의 경우, 자동 사진편집 기능은 다양한 조명 구성을 적용할 수 있도록 한다.

욜 디벨롭먼트는 아이폰X의 트루뎁스 카메라에서 적외선 카메라, 근접 ToF 감지기, 투광 일루미네이터가 단일 블록 단위로 취급된 것 같다고 분석했다. 이 블록은 일루미네이터 서브시스템은 하이맥스(Himax)와 함께 ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics)에서 공급하고 있으며 적외선용 VCSEL은 필립스 포토닉스(Philips Photonics)와 피니사(Finisar)에서 공급하고 있다. 스피커 오른쪽에 위치한 전면부 카메라는 코웰(Cowell)에서, 센서 칩은 소니(Sony)에서 공급하고 있다. 오른쪽 끝에 있는 도트 프로젝터는 애플의 자회사인 헵타곤(Heptagon)에서 공급하고 있다.

가장 색다른 부품은 루멘텀이나 프린스톤 옵트로닉스(Prinston Optronics)의 VCSEL과 웨이퍼 수준의 렌즈와 DOE(Diffractive Optical Element, 회절광학소자)가 결합된 도트 프로젝터는 3만 개의 적외선 점을 투사할 수 있다. 참고로, 애플이 아이폰X를 발표하기 전인 8월 10일, 루프벤처스는 애플이 신형 아이폰에 탑재하기 위해 루멘텀의 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) 레이저 센서를 대량으로 구매했다고 연구보고서를 통해 밝힌 바 있다. VCSEL은 3D 센서의 주요 부품으로 상부 표면에 수직으로 레이저를 방출하는 반도체 레이저 다이오드의 일종이다.

안면인식 기술 문의 러시

사실 안면인식은 1960년대에 이미 개발된 기술이다. 이미 오래 전에 개발된 안면인식 기술을 실질적으로 컨수머 단계에서 상용화하려는 시도는 종종 목격할 수 있었다. 2017년의 경우, 아마존은 무인 마트인 아마존 고(Amazon Go)를 통해 안면인식 자동결제 서비스를 시작한 바 있지만, 그 외에는 딱히 대중화될 기미를 보이지 않았다.

하지만 애플이 아이폰X에 해당 기술을 탑재함으로써 그 효과는 벌써 스타트업 등 해당 기술을 개발한 기업들에게 나타나고 있다. 블룸버그에 따르면 센시블비전(SensibleVision)의 경우, 애플이 아이폰X을 발표한 이후 LG나 모토로라로부터 문의연락을 받았다. 스마트폰으로 오프라인매장에서 쇼핑이 가능한 페이스퍼스트(FaceFirst)를 개발한 스타트업 엔시노(Encino) 역시 관련 기술에 대한 문의가 증가했다고 밝혔다.

이뿐만 아니라 많은 기업들이 생체인식 기술에 관심을 보이고 있으며, 관련 기술을 개발하는 기업들 역시 증가하고 있다.

소니가 전액출자한 자회사인 소프트키네틱(SoftKinetic)은 2017년 6월 28일부터 7월 1일까지 상하이에서 열린 MWC(Mobile World Congress)에서 모바일 기기용 AR과 안면인식을 위한 최신 기술인 뎁스센스(DepthSense) ToF 기술을 선보였다. 현재의 HMD(Head Mounted Display)는 대체할 하드웨어가 등장하기 전까지는 주류로 시장에 남아있게 될 것이다.

따라서 모바일 제조업체들은 HMD와 결합할 모바일용 AR 경험을 완벽하게 구현할 필요가 있다. 지금까지 구현하지 못한 것은 자신의 손을 사용해 세상과 상호작용할 수 있는 기능이다. 최신 뎁스센스 카메라 모듈과 미들웨어는 이러한 격차를 해소해줄 것으로 전망된다. 즉, AR에서 자연스러운 손의 상호작용을 가능하게 해 사용자 경험을 완벽하고 자연스러운 대화 형태로 구현할 수 있다.

또한 모바일에서 생체인식을 통해 보안성 및 사용자 편의성을 향상시킬 수도 있다. 또 하나의 특징은 안면인식 전문기업인 키레몬(KeyLemon), 비지오 인제니(Visio Ingenii) 등과 협력해 전면 3D ToF 카메라를 개발, 셀카처럼 쉽게 3D 안면인식 기술을 이용해 사용자 인증을 할 수 있다.

한편, 오로라(Aurora)는 2107년 6월, 근적외선 기능을 광범위한 거리까지 확장하는 장거리 안면인식 센서인 페이스센티넬 LR(FaceSentinel LR)을 발표했다. 오로라는 이 센서가 대기열 관리(Queue Management), 감시, VIP 식별 등과 같은 애플리케이션에 적합하다고 밝혔다. 이 센서는 오로라의 딥러닝 기반의 안면 인식 엔진의 최신버전과 함께 작동되도록 설계됐다.

안면인식용 페이스센티넬 LR은 HDR 정지화상을 오로라의 안면인식 엔진까지 전달하기 위해 고속 글로벌 셔터 기술과 고선명도 근접 IR세라믹 플래시를 사용한다. 다이내믹 이미지 분석을 통해 다음 프레임에서 피사체의 안면 선명도를 최적화하기 위해 40 fps까지 반복 가능한 조명 조정 기능을 제공한다.

오로라의 영업 및 마케팅을 담당하고 있는 게리 제임스(Gary James)는 “페이스센티넬 LR이 가시광선 CCTV 이미지로 안면인식을 할 때 피사체가 카메라에 직업 얼굴이 나타나지 않는 상황에서 정확성을 크게 저해하는 것과 같은 문제를 해결했다”고 말했다.

게리 제임스는 “이 문제는 하나의 특수한 기기에 전문가용 조명과 이미징 부품을 통합해 극복했다”며 “센서는 강한 출력 및 뛰어난 처리능력에도 불구하고 매우 낮은 전력을 소모한다. 또한 적외선 안면인식 기능의 작동 범위를 기존 제품 대비 5배로 확장해 대기열 모니터링과 신분확인과 같은 많은 새로운 애플리케이션에서 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.  

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