운전자와의 교감을 완성하다, GV60 생체 인식 시스템
얼굴 인식과 지문 인증 시스템을 완성한 연구원들과 GV60를 살펴봤다
미래 커넥티드 카를 구현할 핵심 기술 중 하나인 생체 인식 시스템이 제네시스 브랜드 최초의 전용 전기차 GV60에 적용됐다. 자동차가 운전자의 얼굴을 인식해 잠금 장치를 열고, 지문 인증만으로 전원(시동)을 켜는 것이 가능해진 것이다. 차 키나 스마트폰 없이도 주행이 가능한, 사람과 자동차가 교감하는 시대의 시작을 알리는 GV60의 생체 인식 시스템은 어떻게 구현됐을까?
국내 최초로 도입된 ‘페이스 커넥트’
제네시스 GV60의 페이스 커넥트 시스템은 국내 최초로 적용된 기술로, 자동차가 운전자의 얼굴을 인식해 차 키나 스마트폰 없이도 차량 도어를 잠금 및 해제할 수 있는 기능이다. 최대 2명까지 등록할 수 있으며, 도어 핸들 터치 후 B 필러에 위치한 카메라에 운전자 얼굴을 인식시키면 잠금 장치가 열린다. 그렇다면 페이스 커넥트 시스템은 어떤 방식으로 작동되며, 운전자가 누릴 편익은 무엇이 있을까? GV60 페이스 커넥트 시스템 개발을 담당한 전자편의제어개발팀 소속 김현상, 안윤섭 책임연구원에게 자세히 들어봤다.
Q. 자동차에는 이미 스마트키나 디지털키와 같은 편리한 출입 시스템이 마련되어있다. GV60의 페이스 커넥트가 기존 기술과 다른 점은 무엇이며, 운전자는 해당 기술을 통해 어떤 편의를 누릴 수 있나?
김현상 책임연구원┃ GV60의 페이스 커넥트는 자동차 키 개념을 없애 고객 편의성을 개선하겠다는 목표 하에 개발을 시작한 기술이다. 물리적인 차량 출입 인증 수단인 키를 소지하는 것으로부터 자유로워진다는 점이 페이스 커넥트가 가진 가장 큰 편의성이라고 본다. 스마트키나 디지털키 등의 등장으로 자동차 문을 열고 시동을 거는 일이 과거에 비해 수월해진 것은 사실이다. 하지만 일상의 다양한 상황들을 떠올려 보면 주머니에 자동차 키를 넣는 것조차 어려운 상황들이 있다. 가령 야외 액티비티를 하기 위해 자동차 키를 비롯한 소지품을 자동차 실내에 보관해야 하는 경우나 가벼운 옷차림으로 인해 자동차 키를 소지하기 불편한 순간, 또는 자동차 키를 분실할 염려가 있는 상황 등이다. 개인적인으로도 외출을 위해 주차장에 있는 차 앞에 도착했지만 집에 키를 놓고 와서 불편했던 적이 몇 번 있다. 이런 상황에 얼굴 인식을 통한 자동차 출입이 가능한 페이스 커넥트와 지문 인증 시동 시스템이 있다면 소위 맨몸으로도 차량을 충분히 제어할 수 있는 편리함이 생긴다.
이외에도 페이스 커넥트는 개인화 시스템을 지원한다. 얼굴 인식을 통해 차량에 출입한 후 지문 정보로 시동을 걸면 이미 등록되어있는 운전자 프로필 중 어떤 프로필인지를 판단해 차량 내부 여러 전장 시스템들이 별도의 조작 없이 해당 프로필의 운전자가 미리 입력한 정보들로 세팅되기 때문에 바로 최적화된 운전 경험을 느낄 수 있다. 이렇듯 ‘자동차가 나를 알아봐 주는 일’은 운전자 관점에서 자동차와 서로 교감하는 듯한 신선한 경험일 수 있다.
전자편의제어개발팀 김현상 책임연구원Q. 얼굴 인식 기술은 스마트폰 등에서 어렵지 않게 접할 수 있는 기술이다. 반면에 자동차에 적용된 사례는 드물다. 이유는 무엇인가?
김현상 책임연구원┃ 얼굴 인식 기술은 컴퓨터 비전 및 딥러닝 분야에서 예전부터 현재까지 활발하게 연구되고 있다. 이론적 연구뿐만 아니라 실제 산업과의 연계를 통해 우리 실생활에 도입된 지도 꽤 오래됐다. 가령 모바일 분야의 핀테크나 보안, 사무실 근태 처리용 임직원 얼굴 인식 기술, 주거 공간 출입을 위한 도어락 개폐 기술 등에서 얼굴 인식 기술을 직접 경험할 수 있다.
하지만 자동차 분야에서는 얼굴 인식 기술 적용 사례가 드물다. 자동차라는 고가의 제품을 사용하기 위한 인증 수단으로 운전자의 생체 정보(얼굴이나 지문 등)를 활용하는 것이 각 나라의 문화에 따라 수용하는 관점의 차이가 존재하기 때문이다. 예컨대 유럽처럼 사생활 보호에 대한 기준이나 생각이 엄격한 문화권에서는 생체 인증 기술 적용에 대해 개인정보보호 등을 이유로 보수적인 관점을 유지하고 있다. 중국의 경우에는 소비자들이 여러 신기술을 사용하고 경험하는 것에 적극적이기 때문에 몇몇 자동차 회사에서 얼굴 인식 시스템을 개발 중인 것으로 안다. 얼굴 인식 기술이 아직 글로벌 자동차 시장에 본격 도입되지 않은 이유는 바로 이러한 문화적 차이 때문이다.
잘 알려져 있다시피, 미래 커넥티드 카 분야에서도 생체 인식 시스템은 핵심 기술이며 많은 자동차 기업들이 이를 양산하기 위해 노력하고 있다. 따라서 얼굴 인식 기술과 같은 생체 인식 시스템의 도입은 점차 확산될 것으로 전망한다.
Q. GV60의 페이스 커넥트 시스템은 어떻게 작동하나?
김현상 책임연구원┃ GV60의 페이스 커넥트는 카메라를 기반으로 취득한 영상 이미지를 분석하는 것을 기본으로 작동한다. 영상 이미지 취득, 이미지 내 얼굴 영역 찾기, 정면이 아닌 일부 틀어진 얼굴일 경우 정렬하기, 초기 등록된 얼굴 정보와 특징점 비교 및 매칭하기, 동일인 여부 판단하기 등의 과정을 거쳐 운전자가 얼굴 인식만으로 자동차 문을 열 수 있도록 인증한다. 자동차 문을 열고자 하는 사람이 실제 자동차에 등록한 운전자인지 특징점을 비교, 매칭하는 과정에는 딥러닝 기술이 사용됐고, 빠른 정보 처리를 위해 개발 과정에서 새로운 반도체를 적용하기도 했다. 페이스 커넥트 제어기 내부 로직으로 위와 같은 정보 처리 과정이 진행되고, 인식 결과는 암호화 통신을 통해 유관제어기로 송출된다. 유관제어기인 통합인증제어기(IAU)와 동일한 암호화 키를 분배받아 사전에 공유된 법칙에 따라 인식 결과를 주고받고, 결과가 일치하면 도어 감금장치의 개폐를 관장하는 편의제어기(IBU)가 잠금장치 개폐를 수행한다.
전자편의제어개발팀 안윤섭 책임연구원Q. 미등록자를 인식해 차 문이 열린다거나 차 내 시스템에 저장된 운전자의 생체 정보가 유출되는 등 보안상의 문제는 없나?
안윤섭 책임연구원┃ 페이스 커넥트는 차량 출입 기술이다 보니 어떠한 환경에서도 운전자임을 인식하고 차량 출입을 가능하게 해줘야 하는 편의성과 운전자가 아닌 타인의 출입 시도를 막아야 하는 보안성 모두를 확보해야 한다. 보안성 관련 이슈의 첫 번째는 미등록자를 잘못 인식해 차량 출입을 허용하는 경우인데, 이는 얼굴 인식 성능 수치 중 하나인 타인수락률(FAR, False Acceptance Rate)을 최대한 타이트하게 세팅해 오작동이 일어나지 않도록 대비했다. 두 번째로 제어기 내 저장된 등록 얼굴 정보 유출은 카메라를 통해 수집한 얼굴 정보를 차량 내 시스템에서만 처리하며, 수식화된 포맷으로 저장하는 것으로 대비했다. 페이스 커넥트 제어기에서 얼굴 정보를 등록할 때 단순히 카메라로부터 취득한 이미지 파일을 메모리에 저장하는 것이 아니라 얼굴의 특징을 뽑아내고, 그 특징점들간의 관계 등을 수식화해 저장하는 방식이다. 즉, 해킹 등의 악의적 시도를 통해 저장된 얼굴 정보가 유출되더라도 수치화된 데이터이기 때문에 이를 특정 이미지로 복원하는 것 자체가 불가능한 것이다.
GV60의 경우 차량 출입은 페이스 커넥트를 적용하고 시동은 지문 인식 기능을 적용하는 등 2중 보안성을 확보했기 때문에 미등록 운전자가 생체인식 시스템을 이용해 GV60를 운행하는 것은 사실상 불가능하다.
Q. 그렇다면 반대로 등록된 운전자가 시스템 오작동으로 인해 문을 못 여는 경우가 발생할 염려는 없을까?
안윤섭 책임연구원┃ 운전자가 차량을 주정차하는 장소들의 특징은 매우 다양하다. 주차장과 같은 실내의 경우 태양광이 아닌 인조광의 영향을 받고 실외의 경우 시간과 장소에 따라 태양광의 세기가 달라져 얼굴에 드리워지는 그림자 영역이 다를 수 있다. 그렇기 때문에 동일한 사람이라 하더라도 어떤 외부 환경에 있느냐에 따라 미등록자로 오인식되거나 영상 이미지에서 얼굴 영역을 찾아내지 못해 인식에 실패하는 경우가 간헐적으로 발생할 수 있다.
GV60의 페이스 커넥트는 이를 해결하기 위해 다이내믹 업데이트(Dynamic Update) 기술을 적용했다. 최초 등록된 얼굴 정보를 계속 가지고 있는 상태에서 운전자가 여러 환경에서 인식 시도를 할 때 등록된 얼굴과 일부 다른 이미지가 입력될 경우 내부 로직을 통해 판단 기준에 따라 실시간으로 운전자의 얼굴을 추가로 등록해 점점 그 운전자의 얼굴 인식률을 향상시켜 다양한 환경에서도 운전자를 올바르게 인식할 수 있도록 하는 것이다. 아울러 이런 외부 요인뿐만 아니라 운전자의 헤어스타일 변화나 안경과 같은 액세서리 착용으로 인한 변수 역시 데이터베이스 딥러닝을 통해 얼굴 인식 알고리즘이 꾸준히 학습하여 오인식되는 일이 없도록 개발했다.
운전석 방향 B 필러에 위치한 페이스 커넥트용 카메라Q. 기존 스마트폰에서 볼 수 있던 얼굴 인식 시스템과 GV60의 페이스 커넥트가 다른 점은 무엇인가?
안윤섭 책임연구원┃ 얼굴 인식을 위한 핵심 알고리즘은 컴퓨터 비전 기술과 딥러닝 기술을 활용해 사람 얼굴의 특징점을 찾고, 그 특징점을 등록된 얼굴 정보와 비교 매칭해 동일인 여부를 판단하는 것으로, 큰 틀에서 차이점은 없다. 하지만 시스템 동작 측면에서 보면 스마트폰은 항상 전원이 들어와 있는 상태지만 자동차의 경우 시동을 끈 후 일정 시간이 지나면 대부분의 전장시스템들은 전원이 꺼진 상태가 된다. 즉, 스마트폰은 별도 과정 없이 얼굴 인식 시스템을 사용할 수 있지만, 자동차는 얼굴 인식 시스템을 사용하기 위해 전원을 켜는 과정이 추가로 필요한 것이다. GV60 페이스 커넥트는 RTOS(Real Time Operating System) 기반의 얼굴 인식용 반도체의 빠른 부팅을 위한 로직을 적용해 사용자가 이용에 불편함이 없도록 개발했다. 도어 핸들 터치를 통해 전원이 활성화되고 운전자의 얼굴을 인식 하는 데 걸리는 평균 소요 시간은 약 2초 내외다.
이외에도 앞서 언급했던 것처럼 자동차가 놓여진 외부 환경은 매우 다양하기 때문에 스마트폰 대비 얼굴 인식 성능을 강화하는 데 공을 들였다. 특히, 근적외선 카메라 방식을 적용해 야간에도 우수한 인식 성능을 확보했으며, 앞서 설명했듯이 운전자의 액세서리 착용이나 화장, 헤어스타일, 수염 등 외모 변화에도 적응하여 인식할 수 있는 기술이 적용됐다.
시동부터 카페이 결제까지, 지문 인증 시스템
GV60에 적용된 지문 인증 시스템은 차량 내 간편 결제나 발레 모드 해제 시 필요한 인증 기능을 수행하는 것은 물론 지문 인식만으로 차량의 시동과 주행이 가능하게 만드는 기술이다. 페이스 커넥트와 함께 적용됨으로써 GV60가 차 키나 스마트폰 없이도 차량의 출입부터 운행까지 가능하도록 만든 핵심 기술인 것이다. 해당 시스템 적용을 담당한 인포테인먼트설계3팀 이용석 연구원과 인포테인먼트플랫폼개발2팀 한의성 연구원에게 GV60의 지문 인증 시스템의 작동 과정과 활용도에 대한 이야기를 들어봤다.
인포테인먼트설계3팀 이용석 연구원Q. 지문 인식 기술은 생체 인식 기술 중에서도 가장 많은 분야에 사용 중인 기술이다. GV60에 적용된 지문 인식 기술과 다른 스마트 디바이스에 적용된 지문 인식 기술의 차이점은 무엇인가?
이용석 연구원┃ 지문 인식 기술은 정전 용량 방식과 광학 방식, 초음파 방식 등이 있다. 각 기술은 장단점이 있는데, GV60는 기존의 GV70에 적용된 것과 동일한 정전 용량 방식 기반의 지문 인식 기술을 적용했다. 지문 굴곡의 전하량 차이를 측정하여 비교하는 방식으로, 현재 세 가지 방식 중 가장 완성도가 높다. 최근에 스마트폰 디스플레이 내 지문센서 탑재를 위해 다른 방식도 사용되기도 하지만 정전용량 방식이 지문 인식 속도가 가장 빠르며 인식 성능도 우수하다.
Q. GV60의 지문 인증 시스템으로 인해 운전자는 어떤 편의를 누릴 수 있나?
한의성 연구원┃ GV60에 적용된 지문 인증 시스템은 크게 두 가지 편의성을 제공한다. 첫 번째는 스마트키와 같은 물리적인 키 없이도 자동차 시동을 걸 수 있다는 점이다. 이는 앞서 소개한 페이스 커넥트와 함께 자동차 출입부터 시동, 운행까지 생체 인증 시스템만으로 자동차를 활용하는 편의성을 제공한다.
두 번째는 차량 내 인포테인먼트 시스템과 연동을 통한 활용도다. 인포테인먼트 시스템의 사용자 프로필 선택, 카페이 결제 승인, 발레 모드 해제 등의 기능을 지문 인증 한 번으로 손쉽게 사용할 수 있다는 장점이 있다.
Q. 운전자가 지문으로 시동을 거는 과정은?
이용석 연구원┃ 지문 인증 시스템을 사용하기 위해서는 먼저 지문 등록을 하는 과정이 필요하다. 인포테인먼트 화면의 프로필 메뉴를 통해 지문을 등록할 수 있으며, 보안을 위해 등록 과정에 스마트키 2개를 모두 소지하고 있어야 한다. 발레파킹 등 스마트키를 타인에게 맡겼을 때 임의적인 지문 등록을 방지하기 위함으로, 이는 페이스 커넥트를 등록할 때도 적용되는 사항이다. 지문을 등록했다면 키 없이도 시동을 걸 수 있다. 페이스 커넥트 및 다른 인증 수단으로 차량에 진입하게 되면 미리 등록된 지문이 있는 경우 지문 센서 주변에 조명이 들어온다. 사용자가 지문 인증에 성공하고 시동 버튼을 누르면 시동 및 주행이 가능하다.
지문을 인식하는 센서가 시동 버튼이 아닌 센터 콘솔에 위치한 이유는 지문 인증이 시동을 위해서만 사용하는 시스템이 아니라 전자결제 및 개인화 프로필 등 다양하게 활용되기 때문에 범용적으로 사용하기 편리한 위치를 선정했다.
인포테인먼트플랫폼개발2팀 한의성 연구원Q. 인포테인먼트 시스템과 연동한 지문 인증 시스템이 운전자에게 어떤 편의성을 제공하나?
한의성 연구원┃ GV60의 지문 인증 시스템은 인포테인먼트 시스템에서 조작하는 개인화 프로필, 카페이, 발레 모드 등 다양한 기능을 손쉽게 수행하도록 돕는다. 사용자 프로필을 선택하고 인증할 필요 없이 지문을 통해 자동으로 운전자를 인식하여 미리 설정된 개인화 시스템을 사용할 수 있다. 카페이의 경우 GV70와 동일하게 GV60에도 FIDO(Fast IDentity Online) 기술이 적용되어 다소 번거로울 수 있는 결제 인증번호 입력 대신 지문 인증만으로 차 내에서 결제, 적립, 할인까지 모두 이용할 수 있다. 가령 전기차인 GV60가 당사와 제휴된 전기충전소를 이용할 경우 지문인식 연동 카페이 기능으로 전기 충전 요금 결제를 손쉽게 할 수 있다. 충전소 서비스 가입 여부와 관계없이 G-CARPAY 앱을 통해 결제가 이뤄지며 서비스 가입자는 회원 가격으로 결제할 수도 있다.
발레 모드는 대리 주차를 맡길 때 타인으로부터 사생활 침해를 방지하기 위해 비밀번호 4자리를 설정해 인포테인먼트 시스템 이용을 제한하는 기능이다. 운전자가 발레 모드를 설정한 이후 인포테인먼트 시스템을 다시 이용하려면 발레 모드를 해제해야 하는데 지문 인증 시스템을 이용하면 별도의 조작 없이 간편하게 해제할 수 있다.
센터 콘솔에 위치한 지문 인증 센서Q. 사람의 지문은 고유하지만, 환경에 따라 변형될 가능성이 있다. 이로 인한 오인식 문제는 없나? 반대로 미등록 지문을 인식하는 경우도 있을 것 같은데. 보안에 문제가 없나?
이용석 연구원┃ 지문은 환경이나 습관에 따라 조금씩 마모되거나 상처가 나서 변형될 수 있다. 이러한 점을 해결하기 위해 지문 인증이 성공할 때마다 기존에 등록된 지문 데이터를 기반으로 성공한 지문 데이터를 지속적으로 업데이트하는 기능을 적용했다. 사용자 지문이 조금씩 변하더라도 디바이스가 이를 감지해서 인식 퍼포먼스를 유지하는 것이다.
현재 GV60에 적용된 지문 인증 시스템에서 미등록 지문이 등록된 지문으로 오인될 확률은 사실상 불가능하다. 기술적으로는 수만명의 서로 다른 사람이 번갈아 가며 인증을 시도할 때 한번 성공할 수 있는 확률이지만, 인증에 지속적으로 실패할 경우 시도를 못하도록 제한을 두었고, 억지로 다른 차량의 부품을 임의로 갈아 끼우더라도 지문 인증 모듈이 차량 내 여러 유관 제어기와 미리 약속된 암호화 정보가 서로 일치하지 않으면 동작하지 않도록 설계했다. 따라서 등록되지 않은 사용자가 인증에 성공하는 것은 사실상 불가능하다. 영화나 드라마 같은 미디어에서 묘사되는 것처럼 지문을 복제하는 것 역시 현실적으로 불가능에 가까울 뿐만 아니라 GV60의 경우 다른 페이스 커넥트와 같은 다른 인증 수단도 존재하기 때문에 생체 인식 시스템을 통한 보안은 매우 안전한 수준이라고 판단하고 있다.
Q. 마지막으로 페이스 커넥트, 지문 인증 시스템과 같이 향후 자동차에 적용될 새로운 생체 인식 기술로 어떤 것이 있을까? 그리고 그 기술들은 미래 카라이프를 어떻게 변화시킬 것으로 예상하나?
김현상 책임연구원┃ 자동차 분야뿐만 아니라 생체 인식 기술의 큰 흐름을 보면 얼굴과 지문을 시작으로 홍채, 정맥 등의 생체 정보 등 사용자를 식별할 수 있는 고유의 생체 정보를 인식하는 기술이 개발되고, 실생활에 적용되고 있다. 이러한 생체 인식 기술을 어떤 차량 애플리케이션과 연결시킬 수 있을지를 생각해보면, 차량 인증 수단으로서의 활용, 개인 맞춤형 기능의 활용이 가장 큰 부분을 차지한다고 생각한다. 현재는 자동차 출입이나 시동 등의 기능에 국한되어 있지만, 커넥티드 카, 자율주행차 등이 상용화되는 미래에는 이러한 개인화 기능은 나를 알아봐 주는 자동차, 내가 원하는 시스템과 정보를 제공하는 자동차로 진화하는 데 크게 기여할 것으로 예상된다. 이러한 활용 가치는 고객이 원하는 것이 무엇인지 끊임없이 고민하고 지속적으로 함께 찾아나가야 할 과제라고 생각한다.
사진. 최대일
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