KR100219382B1 - 다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드제작방법 및 판독장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드 제작방법 및 판독장치에 관한 것으로 특히 영상의주파수를 이용하여 개인정보 보호카드 패턴을 생성하고, 복소수함수를 위상과 진폭함수로 분리하여 각각의 패턴을 형성하여 카드를 구성하며, 컴퓨터 및 광학적 방법으로 카드를 판독함으로써 영상 주파수 카드 기술 응용분야에 적합하도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 홀로그램 이론을 이용하여 입력된 다중영상과 키신호를 공간주파수로 변환하여 복소수함수로 구현하고 복소수함수를 위상과 진폭함수로 분리하여 식(3)의 기본함수를 얻고 각각의 패턴을 형성하여 위상과 진폭카드로 분리하여 1차원 및 2차원으로 사용이 가능하도록 제작함을 특징으로 하는 다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드 제작 방법과, 지문, 도장, 서명, 문자, 사진 및 기타 부호코드 영상의 주파수 함수를 이용하여 신용카드, 신분증, 열쇠등 보안카드를 광학적 또는 컴퓨터적으로 시스템 운영 자용과 고객용으로 분리 구성하고, 상기 카드의 정보로부터 숨겨진 영상을 복원하여 카드를 판독함을 특징으로 하는 다중영상 주파수변환에 의한 개인정보 보호카드 판독장치로 이루어진 것이다.
Description
본 발명은 다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드 제작방법 및 판독장치에 관한 것으로 특히 영상의 주파수를 이용하여 개인정보 보호카드 패턴을 생성하고, 복소수함수를 위상과 진폭함수로 분리하여 각각의 패턴을 형성하여 카드를 구성하며, 컴퓨터 및 광학적 방법으로 카드를 판독함으로써 영상 주파수 카드 기술 응용분야에 적합하도록 한 것이다.
정보화 사회의 발달에 따라 개인 정보 관리에 대한 관심이 급속히 증가하고, 자동화 장치나 보안을 목적으로 하는 많은 분야에서 전기전자적인 장치를 이용하여 개인 식별을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 개인 인증 시스템에서 개인을 식별하는 방법은 선천적인 신체정보, 서명과 같이 습관화되어 재현성의 정확도가 증가한 정보, 그리고 인위적으로 구성한 개인정보를 들 수 있다.
효과면에서는 선천적 정보를 이용하는 것이 타당하나, 자연계에 다양한 형태로 존재하고 있으므로 데이터 구축 및 판별이 대단히 어렵다.
반면에 인위적인 개인 정보는 정확한 판별력을 부여할 수 있으나, 훼손, 도난, 위조 등으로 관리가 어렵다. 따라서, 높은 정확성과 함께 훼손이 불가능하고, 도난시 타인이 이용할 수 없으며, 위조가 불가능한 개인정보 보호시스템의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
현재 이용되는 인위적 정보중 상용화된 가장 간단한 정보인 1차원의 바코드는 지나친 단순성으로 인하여 정보 기록량이 적고 복제가 용이하여 비밀보호 수단으로도 적합하지 않다. 복제가 어려운 정보로는 신용카드에 부착된 3차원 홀로그램(hologram)등을 들 수 있다.
그러나, 이것 역시 정보 자체가 외부로 노출되어 있으므로 복제가 가능하고, 고가의 제작비로 인하여 개인 정보로는 이용이 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 바코드의 단순성과 홀로그램의 특성을 동시에 지니면서도 해독이 난해한 주파수카드를 이용한다.
영상을 공간주파수로 변환하여 기준빔과의 간섭패턴을 기록한 것을 홀로그램이라 하는데 복소수 값을 지니고 있기 때문에 기록을 위해서는 최소 마이크로 필름 수준 이상의 고해상도 필름이 요구되며, 프린터로는 출력을 나타낼 수 없기 때문에 상용화하는 경우 제작비가 고가인 문제점이 있었다.
주파수 영역의 또 다른 특성은 두 영상의 닮음 정도를 측정하는 상관기가 있다.
상관기는 두 영상이 동일한 경우에 한해서 첨두치(Peak)를 발생시키는 시스템으로 영상 복원은 불가능하다. 본 발명은 이 두 가지 특성과 바코드와 같이 단순 기록 특성을 동시에 지니고 있다. 외적으로 드러나 있는 신호는 상관값을 나타내고 있으므로 외부에서는 영상을 복원시켜 볼 수 없다. 그러나, 키 신호(key signal)를 입력시키는 경우에는 홀로그램으로 동작하게 되어 영상을 복원시켜 볼 수 있으며, 판독시에 입력 영상과 키 신호의 스펙트럼중 필요한 영상에 대한 진폭 성분만 존재하도록 제작시에 카드를 구성함으로써 해상도 조정이 가능하다. 주파수영역에서 입력 영상과 키 신호의 스펙트럼의 분포에 의해 복원되기 때문에 키 신호에서 다른 신호가 입력되면 영상은 복원되지 않는다.
본 발명에 따른 다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드의 특징은 정보보호를 위하여 기존의 수치암호코드를 사용하는 코드기반 방법과는 달리 암호영상을 이용하는 영상기반코드(image-based code)를 사용하고 있다.
그럼에도 불구하고, 1차원 데이터를 1차원 영상으로 해석하게 되면, 바코드와 같이 1차원 표현도 가능하다.
따라서, 본 발명의 보호카드를 개인정보 보호시스템에 적용하게 되면, 은행카드를 비롯한 각종 신용카드, 어음, 수표, 증권과 같은 각종 증서, 계약문서, 초청장과 같은 단기적 출입증을 비롯한 장기적인 업무용 출입증, 도서 및 상품관리, 비밀이 요구되는 문서발송 등에 특수 영상으로 기록되는 도장 및 서명과 같이 특수한 2차원 영상정보를 개인별, 품목별로 정보관리가 가능하다.
1차원으로 사용하는 경우에는 바코드에 암호코드를 할당하여 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 개별적인 정보에 대하여 영상상태로 보호관리가 요구되는 분야에 응용이 가능하도록 함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 판독장치는 지문, 도장, 서명, 문자, 사진 및 기타 부호코드 영상의 주파수 함수를 이용하여 신용카드, 신분증, 열쇠등 보안카드를 광학적 또는 컴퓨터적으로 시스템 운영 자용과 고객용으로 분리 구성하고, 상기 카드의 정보로부터 숨겨진 영상을 복원하여 카드를 판독함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 보호카드 제작방법은 복소수함수를 위상과 진폭함수로 분리하여 기본함수를 얻고 각각의 패턴을 형성하여 위상과 진폭카드로 분리하며 1차원 및 2차원으로 사용이 가능하도록 제작함을 특징으로 한다.
다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드를 구성하는데 있어서, 가장 중요한 성분은 다중 영상에 대한 공간주파수의 위상 값을 얻는데 있다.
입력은 1차원 및 2차원으로 이루어지며 다중 분리하여 구성하게 되는데, 분리하는 방법은 전체입력 신호영역을 분할하여 구성하거나 분할된 별개의 신호영역을 중첩하여 이용한다.
모든 분할의 경우와 1차원 데이터 및 2차원 영상데이터에 대한 경우의 수에 대한 예를 들기 어려우므로 편의상 두개의 2차원 신호영역인 2차원 영상 평면을 구성하고 시스템 카드 구성법을 기술하면 다음과 같다.
영상 함수는 주파수 공간에서 위상화 진폭성분을 지닌 복소수 값으로 나타난다.
이를 기록하기 위해서는 홀로그래피라는 특수한 방법을 이용하며, 기록매질은 마이크로 필름(625 line/㎜), 홀로그램 필름(1000∼5000 line/㎜)등 고해상도 필름을 이용한다. 따라서, 상용화를 위해서는 제작시간 비용면에서 고가장비를 이용할 수 밖에 없다.
반면에 본 발명에서 채용되는 방식은 홀로그래피와 같이 제작과정에서 주파수 특성을 이용하여 복소함수로 처리되고 있으나, 결과적으로 얻는 출력은 두개의 실수 값이다. 사용자에게 제공되는 주파수 카드는 이진패턴으로 기록된 주파수의 위상값이며, 해상도 증가를 위하여 제공자는 주파수의 진폭패턴을 갖는다.
이러한 두개의 함수로 표현하기 위해서는 합성푸리에 변환(joint fouriertransform)의 입력평면을 이단으로 분리(편의상 상하단 분리)하여 상단을 시스템 키(system key)평면, 하단을 입력키(input key)평면으로 정의한다.
이들 두 키 영상간에는 간격이(δX, δY)만큼 이격되어 있다고 가정하면 각각의 평면에 포함된 영상은 다음 식(1)과 식(2)로서 나타낼 수 있다. 만일 다단분리를 시도하기 위해서는 식(1)과 식(2)에 포함된 키 영상을 여러 개로 설정하며, 1차원인 경우에는 x-y평면을 x평면으로 대치하는 것만으로 동일한 해석이 가능하다.
pS(x,y) = k1(x,y) (1)
pI(x,y) = k2(x-δx,y-δy) (2)
여기서, k1(x, y)는 시스템키 평면 pS(x, y)내에 포함된 영상을 나타내고 있으며, 식(2)의 k2(x-δx,y-δy)는 k2(x,y)가 k1(x, y)과 (δX, δY)만큼 분리되어 입력키 pI(x,y)에 존재하는 것을 나타낸다.
이와 같이 구성된 영상을 푸리에 변환하여 얻는 간섭세기분포는 각 평면의 푸리에 변환 합의 제곱으로 나타낼 수 있다. 여기서, 시스템 구성에 불필요한 성분을 제거하면 다음 식(3)이 된다.
ESYSTEM(u, v) = 2｜K1(u,v)｜｜K2(u,v)｜cos{øK1(u,v)-øK2(u,v)-uδx-vδy} (3)
여기서, u, v는 공간주파수 축, ｜K1(u,v)｜와 ｜K2(u,v)｜는 공간주파수 영역에서 k1(x,y)와 k2(x,y)의 진폭성분이며, 코사인(cosine)은 두 영상과 영상의 거리 차를 나타내는 위상성분이다.
이것이 본 발명에서 위상과 진폭함수를 구성하기 위한 기본 원리이다.
실시예를 구성하는 방법은 다음 두 가지 세부 방법으로 처리될 수 있다.
도1은 다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드 제작을 위한 디지털 시스템 구성도.
도2는 다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드 제작을 위한 광전자시스템 구성도.
도3은 개인정보 보호카드를 판독하기 위한 디지털 시스템 구성도.
도4는 개인정보 보호카드를 판독하기 위한 투과형 광전자 시스템 구성도.
도5는 개인정보 보호카드를 판독하기 위한 투과형 광전자 시스템 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
FT lens : 푸리에 변환 렌즈 BS : 광 분할기(Beam splitter)
Stopper : 영상 차단막 Monitor : 모니터
CCD : 전하결합 소자 LCD : 액정 표시 소자
이하, 본 발명의 1 실시예를 첨부한 도면에 의하여 상술한다.
(실시예1) 파워스펙트럼을 이용하여 구성하는 방법
실시예1은 하나의 평면을 분할하여 이용하는데 적합한 방법으로 도1에 도시한 바와 같이 디지털 시스템 및 도2에 도시한 바와 같이 광전자 시스템으로 구현이 가능하다.
첫 번째 과정은 상기 식(1)과 식(2)에 의하여 주어지는 영상은 합성푸리에 변환하여 입력평면 전체에 대한 간섭세기분포를 다음 식(4)로서 얻고, 각각 평면을 각각 푸리에 변환하여 간섭세기분포를 다음 식(5)과 식(6)으로 얻는다.
ESYSTEM(u, v) = ｜K1(u,v)｜2＋｜K2(u,v)｜2＋2｜K1(u,v)｜｜K2(u,v)｜cos{øK1(u,v)-øK2(u,v)-uδx-vδy} (4)
ESYSTEM(u, v) = ｜K1(u,v)｜2(5)
ESYSTEM(u, v) = ｜K2(u,v)｜2(6)
두번째 과정은 상기 식(4)에서 식(5)과 식(6)을 소거하여 식(3)의 결과를 얻는다.
다단 분리된 경우에는 전체 영상을 푸리에 변환하여 간섭세기분포를 얻고, 분할한 다수를 각각 조합(combination)하며 합성푸리에 변환하고 각각 평면을 푸리에 변환하여 간섭세기분포를 얻는다.
그리고, 여러 단 중에서 원하는 몇 개의 주파수 관련 사항만을 제외하고 나머지 항을 모두 제거하게 되는데 이것은 식(4)과 식(5), 식(6)을 이용하여 식(3)을 이루는 것과 동일한 원리이다.
(실시예2) 복소수를 이용하여 구성하는 방법
실시예2는 디지털적으로 구현이 가능한 시스템(제1도 구성)으로서 상기 식(1)과 식(2)을 푸리에 변환하고 곱하여 식(7)의 결과를 얻는다.
ESYSTEM(u, v) = ｜K1(u,v)＋K2(u,v)｜2=K* 2(u,v)K2(u,v)＋K1(u,v)K* 2(u,v)=｜｜K1(u,v)｜｜K2(u,v)｜exp{jøK1(u,v)-jøK2(u,v)-uδx-vδy} (7)
실수함수만으로 이루어지는 실시예 1과는 달리 상기 식(7)은 복소수 함수이다. 다라서, 식(7)은 식(8)과 같이 실수부와 허수부로 표현할 수 있다.
ESYSTEM4(u,v)=REAL(ESYSTEM4(u,v))＋IMAGE(ESYSTEM4(u,v)) (8)
이때 실수부만을 취하면 식(3)이 되며, 허수부만을 취하면 식(3)에서 코사인이 사인(sine)으로 변한다. 이러한 값들은 푸리에 변환 후 실수부와 허수부만을 취하거나 두 가지를 합성하여 이용할 수도 있으나, 코사인 변환(cosine transform), 사인변환(sine transform), 하트리 변환(Hartly transform)을 통해서 직접 얻을 수도 있다.
상기 실시예1과 실시예2에 의하여 구성된 함수에서, 사용자 카드인 위상 카드를 제작하기 위해서는 코사인 값을 취하여 이용할 수 있다.
그러나, 코사인 값은 연속준위를 지니고 있으므로 영상카드에 적용하기 위해서는 양자화하여 이용하여야 한다.
그중 2개 준위로 양자화하는 것이 가장 효과적이다. 특히, 2준위로 양자화하는 것은 다음 식(9)에 따라 그 값을 양극화할 수 있는데 이것을 양극성 위상추출(bipolar phase extraction)이라 명명하며, 분리한 단수에 무관하다.
상기 식(9)에 나타난 값은 수치적으로는 양극성 값이지만, -1을 0으로 처리하여도 시스템 구성에 따라 동일한 결과를 얻을 수 있다.
먼저, 도1과 같이 디지털 시스템을 이용하는 경우에는 식(9)을 평면상에 검정색과 흰색의 두 가지 색상으로 기록하되 읽어들이는 과정에서 한가지 색상에는 1을, 그리고 또 다른 색상에는 -1을 할당할 수 있다.
도2와 같이 광학시스템을 이용하는 경우에는 입력 전압 값에 따른 액정 표시 소자(LCD)의 위상변조의 특성을 이용하여 1에 해당하는 부분이 -1에 해당하는 경우보다 상대적으로 180°위상이 지연되도록 구성하면 된다.
해상도 증가를 위하여 진폭성분은 판독시에 필요한 영상에 대한 진폭성분만이 존재하도록 구성한다. 이단으로 분리한 경우에는 다음 식(10)의 방법에 따라 구성한다.
(10)
식(10)으로 구성되는 데이터는 이진 값으로 기록되지 않는다.
따라서, 시스템에 적용하기 위해서는 별도의 시스템 메모리 혹은 메모리가 가능한 카드를 이용하게되며 다음 식(11)에 따라 두개의 카드를 구성한다.
ECARD(u,v)=CARD(ECUSTOM(u,v)EAMP1(u,v))CARD(EAMP2(u,v)) (11)
여기서, EAMP(u,v)=EAMP1(u,v)EAMP2(u,v)이며, CARD[·]는 카드를 기록하는 함수이다.
첫번째 카드는 해상도가 지원하는 범위에서 EAMP2(u,v)성분을 흡수하게 된다.
첫번째 카드(EAMP(u,v)=EAMP1(u,v))는 고객에게 주어지는 입력키 카드이며, 두번째 카드(EAMP(u,v)=EAMP2(u,v))는 시스템 운영자의 시스템 카드이다.
이상의 두 카드를 이용하여 완성된 값에 외부에서 판독을 위하여 시스템 관리자가 지니는 판독 카드의 영상인 k1(x,y)를 입력시키고 주파수적으로 곱하면 다음 식(12)의 결과를 얻는다.
식(12)에서 첫번째 항은 k2(x,y)를 복원할 수 있는 성분이며, 두 번째 항은 파손된 k1(x,y)과 형태가 원점 대칭된 k2(x,y)의 위상이 주파수적으로 곱해진 성분으로 영상으로 복원시 영상의 형태를 이루지 못하는 성분이 된다.
특히 이들 두 항은 이격된 위치 성분을 지니고 있으므로 복원시에도 중첩되지 않는 특성을 지닌다.
따라서, 식(12)을 도3 및 도4에 따라 역푸리에 변환하여 영상을 복원시키면, 식(13) 과 같은 복원 결과를 나타낸다.
PIMAGE(x,y)=k2(x-δx,y-δy)k1(-x,-y)k1(x,y)＋k2(-x,-y)k1(x,y)k1(x,y)δ(x,y＋δx-2δy) (13)
여기서,는 콘볼루션(convolution)을 나타낸다. 영상 복원 평면을 나타내는 식(13)은 k2(x,y)가 거리 (δx,δy)를 이동한 후 복원된 것을 나타내고 있다.
영상을 주파수 변환에 암호코드를 생성하여 이용하고 있는 개인정보 보호카드는 입출력 데이터를 1차원 및 2차원 영상으로 하고 있으며, 디지털 및 광전자 장치를 이용하여 입출력 시스템을 구성하고 있다.
따라서, 1차원데이터 및 2차원 영상 데이터를 입력받아야 하며 시스템에 적합한 입력소자를 이용하여야 한다.
다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드 제작을 위한 디지털 시스템(도1)과 개인정보 보호카드를 판독하기 위한 광전자 시스템(도3)의 입력 데이터는 문자 바코드와 같은 이진영상 및 사진과 같은 연속준위 영상으로 스캐너 및 전하결합 소자(CCD)등과 같이 일반적인 영상입력 데이터 입력장치를 이용한다.
도2와 도4의 광전자 시스템에서 광학장치는 투과형태로 입력을 처리하고 있으므로 필름등 광투과형 소자를 사용하며, 도1과 같은 입력장치를 이용하는 경우는 전기적 영상신호를 디스플레이 할 수 있는 투과형 및 반사형 액정소자를 이용한다.
도5는 도4에 나타난 광 투과형 카드 판독 장치를 반사형 카드판독 장치로 개조한 것인데, 이러한 형태를 취하므로서 개인정보 보호카드의 일부 또는 전부를 투과형으로 제작할 필요가 없게 되므로 ID카드, 신용카드, 문서, 지폐, 수표 등 정보 보호가 요구되는 대상의 기존 형태를 그대로 유지하면서도 개인정보 보호카드를 접착 또는 사식할 수 있는 장점이 있다.
도(1, 3, 4, 5)에서, t1(x,y), t2(x,y)는 시 영역의 영상신호, T1(u,v)는 주파수 영역의 스펙트럼을 나타낸다.
이상에서와 같이 본 발명은 개인정보 보호카드를 판독하기 위한 시스템에서 이용하기 적합한 형태로 판독 카드, 해상도 카드, 그리고 사용자 카드를 발생시키거나 판독하게 되는데, 디지털-디지털, 디지털-광전자, 광전자-디지털, 광전자-광전자간의 상호 입출력이 가능하므로 카드의 제작시 사용할 시스템에 적합한 출력을 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- 다중영상신호와 키 영상신호를 입력하는 입력단계와; 입력된 영상을 푸리에변환 홀로그램 이론을 이용하여 계산에 의해 복소수 함수로 구현하는 단계와; 복소수 함수를 위상과 진폭함수로 분리하여 표현한 식(3)의 기본함수를 얻어 메모리에 저장하는 단계와; 형성된 각각의 진폭 및 위상 패턴함수를 위상과 진폭카드로 분리하여 1차원 및 2차원으로 사용이 가능하도록 하는 단계와; 위상패턴은 식(9)에 의하여 양극화되고, 진폭패턴은 해상도 증가를 위하여 식(10)에 의해 구성되고 기록하는 단계와; 상기 위상패턴함수 및 진폭패턴함수를 식(11)에 적용하여 고객에게 주어지는 입력키 카드와 시스템 운영자의 시스템 카드로 분리 구성하여 완성하는 단계를 특징으로 하는 다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드를 제작 방법.
- 제1항에 있어서, 영상 주파수 카드는 신용카드, 예금통장, 화폐, 수표, 여권, 비자, 주민등록증, 운전면허증 및 기타 신분증, 각종 면허 및 증빙서류, 장단기 출입증, 물품대여, 고액채권, 증권, 외교행랑, 기밀서류, 마이크로필름, 사진 및 비디오 영상, 지문과 신체특징, 서명 및 도장, 문자 및 기타 이진 및 연속준위 부호코드에 사용함을 특징으로 하는 다중영상 주파수 변환에 의한 개인정보 보호카드 제작방법.
- 고객과 운영자 카드의 신호를 읽어 들이는 카드 판독수단과; 상기 판독된 데이터를 메모리에 저장하는 수단과; 상기 판독되어 저장된 데이터에 관리자의 카드함수를 입력시켜 식(12)에 의해 주파수적으로 곱하는 디지털 계산수단과; 상기 디지털 수단에 의해 얻어진 데이터를 역푸리에 변환를 행하여 상기 카드에 숨겨진 영상 정보를 복원하는 디지털 계산 수단과; 복원된 영상 데이터를 디지털 메모리에 저장하는 수단과; 상기 복원된 영상의 계산결과를 디스플레이 해주는 모니터 표시수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다중영상 주파수변환에 의한 개인정보 보호카드 판독장치.
- 제1항에 있어서, 푸리에 변환 홀로그램이론을 이용한 복소함수의 구현단계에서 광학계와 CCD소자를 사용하여 개인정보 보호카드를 제작하는 방법.
- 제3항에 있어서, 고객과 운영자 카드의 입력수단 및 영상 주파수 정보를 기록하는 수단에서, 필름등과 같이 투과형태로 입력을 처리하는 광학 투과형 소자를 사용하여 개인정보 보호카드를 제작하는 방법.
- 제3항에 있어서, 푸리에 변환하여 주파수적으로 곱하는 계산수단 및 역푸리에 변환 계산수단에서, 광학 렌즈를 사용하여 고속으로 공간적으로 주파수승산(곱셈)과 영상 복원을 행하여 개인정보 보호카드를 판독하는 장치.
- 제3항에 있어서, 복원영상을 기록하는 수단에서, CCD촬상 소자를 사용하여 디스플레이 될 복원영상을 기록하여 개인정보 보호카드를 제작하는 방법.
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