KR100323603B1 - 바이오메트릭영상수용성보증시스템및방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 컴퓨터 시스템 및 방법에서는, 바이오메트릭(biometric) 특징의 영상을 획득하는 중에 인가되는 힘 및/또는 토크(force and/or torque)를 판단하여, 압력이 매우 높거나 낮은 경우 또는 전단 토크(shear torque)가 큰 경우에는 그 영상을 거부하고 사용자/조작자에게 통지하여 영상을 재획득한다. 이와는 달리, 대상체(subject)에 의한 압력 및/또는 토크의 인가를 기계적으로 제한하여 압력 및/또는 토크가 허용 범위내에 있을 때에만 영상을 획득하도록 한다.

Description

바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DISTORTION CONTROL IN LIVE-SCAN INKLESS FINGERPRINT IMAGES}
본 발명은 대상체(subject)가 접촉 감지(touch sensing) 수단을 통하여 신체 일부에 대한 표식(impression)을 제공하는 자동화된 바이오메트릭스(automated biometrics) 분야에 관한 것이다. 이는 가능하다면 네트워크를 통해서 대상체를 인증 또는 식별(authenticating or identifying)하기 위해 행해진다. 특히, 본 발명은 무잉크 방식의 라이브 스캔 지문 영상(live-scan inkless fingerprint images) 에서 왜곡을 제어하고, 왜곡력이 큰 상태에서 얻어진 지문 영상을 거부하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
자동화된 바이오메트릭스 분야는 대상체(일반적으로 인간)가 갖고 있는 특징에 기초하여 대상체의 신원(identity of subject)을 설정 또는 인증하는 것과 관련된다. 이러한 과정은 네트워크를 통해 원격(remotely)으로 수행될 수 있다. 다양한 모든 바이오메트릭 식별 및 인증 특징들에 관한 전반적인 스펙트럼은 생물학적으로 인간(및 다른 생명체)과 관련되는데, 이들 특징의 표현 능력에 따라(depending on the expressive power of the characteristic) 다소 독특한 방식으로 대상체를 다른 대상체와 구별한다. 이러한 타입의 특징들의 셋(set)은 피부 패턴(pattern) 및/또는 신체 부분들의 형태(form)를 기반으로 한다. 이들 바이오메트릭 식별자의 예로서는, 지문(finger prints), 장문(palm prints), 손무늬(hand prints)를 들 수 있으며, 보다 특수한 바이오메트릭 식별자들의 예로서는 발가락 무늬(toe prints), 귀 무늬(ear prints), 혀 무늬(tongue prints) 등이 있다. 이러한 타입의 특징을 획득하는 수단은 일종의 접촉 감지에 의한다. 그러나, 이러한 접촉 감지 방법은 본질적으로(inherently) 바이오메트릭 특징에 영향을 주어, 실제로 특징을 왜곡시키고 변질(corrupt)시킨다.
인간의 지문을 이용하여 자동적으로 개인(대상체)을 확인 또는 식별하는 시스템이 존재한다. 개인의 지문은 독특하고 고유한 등마루 패턴 구조(ridge pattern structure)를 갖는다. 식별의 목적상, 등마루 패턴 구조를 각 등마루의 종단점(ending) 및 분기점(bifurcation)으로 특징지울 수 있다. 이들 특징은 미세 부분(minutiae)으로서 알려져 있다.
예로서 도 1a에 지문의 일부가 도시되어 있다. 도 1b에서는 도 1a에 도시한 지문의 미세 부분을 박스(box)내에 도시했다. 예컨대, 도 1b의 박스(101B)는 도 1a의 분기된 등마루(101A)의 분기점 미세 부분을 나타내고, 도 1b의 박스(103B)는 도 1a의 등마루(103A)의 등마루 종단점 미세 부분을 나타낸다. 주목해야 할 것은 지문의 등마루상의 미세 부분들이 그들과 관련된 방향(또는 방위)(도 1b의 105)을 가지고 있다는 것이다. 구체적으로, 등마루 종단점 미세 부분(103B)의 방향은 등마루 종단부가 가리키는 방향(113B)이며, 한편, 분기점 미세 부분(101B)의 방향은 분기된 등마루가 가리키는 방향(111B)이다. 미세 부분들은 또한 위치를 갖는데, 이들 위치는 어떤 좌표계(도시하지 않음)에서 지문상의 미세 부분의 위치이다.
대부분의 지문 식별 및 확인 방법은 이러한 미세 부분 특징에 의거한다. 미세 부분 특징을 이용하는 식별/인증 시스템에서는, 사람의 신원을 효과적으로 판단하고 확인하기 위해 지문 영상을 처리하여 정확하고도 신뢰성이 있는 미세 부분 특징을 얻을 필요가 있다.
도 2는 전형적인 종래 기술의 시스템(200)에 의해서 일반적으로 수행되는 단계들을 도시한 흐름도이다. 단계(210)에서 영상이 획득된다. 영상은 CCD 카메라 및 프레임그레버(framegrabber) 인터페이스를 통하여 획득되거나 주 컴퓨터 장치와 통신하는 문서 스캐너(document scanner)를 통하여 획득된다. 전형적으로 이 영상은 어떤 접촉 감지 수단을 통하여 얻어진다. 영상이 컴퓨터 메모리 또는 디스크내에 저장된 후 미세 부분의 관련 특징이 추출된다(220). 이렇게 추출된 모든 특징이 신뢰성이 있는 것은 아니다. 신뢰성 없는 특징들은 선택적으로 제거된다(단계 230)(예컨대, 수동적으로 편집된다). 결과의 신뢰성있는 특징들만이 두 개의 지문 영상을 정합시키는데, 즉, 현재 획득 지문 영상을 저장된 이전 획득 지문의 미세 부분 표현과 정합시키는데 사용된다.(240)
다음의 참조 문헌, 즉,
1995년 11월에 발간된 “Pattern Recognition(vol. 28, no. 11)”의 1657쪽 내지 1672쪽에 게재된 엔.케이. 라타(N.K Ratha), 에스. 첸(S. Chen) 및 에이.케이.자인(A.K.Jain)의 논문“Adaptive flow orientation texture extraction in fingerprint images".
에서는 종래 기술 상태의 예를 더 상세히 설명하고 있다. 이 참조 문헌은 본 명세서에 참조로서 인용된다.
무잉크 방식의 지문 영상 획득 방법을 이용하는 것이 종종 바람직하다. 이러한 시스템에서는, 지문을 프리즘 표면(prism surface)에 위치시켜야 하고, 감쇄 내부 반사 방법(frustrated internal reflection method)을 이용하여 비디오 카메라로 지문 영상을 획득한다. 예컨대, 피쉬빈(Fishbine) 등의 미국 특허 제 5,467,403 호는 라이브 스캔 지문 영상 획득 수단 및 방법을 개시한다. 이러한 영상 획득 방법은 또한 라이브 스캔 방법으로서 알려져 있다.
바이오메트릭 특징 패턴(pattern)을 얻는데 접촉 감지법을 사용하는 경우, 본질적으로 감지에 따른 패턴 왜곡의 문제점이 수반된다. 대상체는 원한다면 의도적으로 패턴을 왜곡시킬 수 있는데, 이는 원격 네트워크 인증 및 식별의 경우에 특히 그러하다. 왜곡 원인의 일례로서는 영상 획득시에 대상체가 압력 및 힘을 가할 수 있다는 것이다. 드팔마(DePalma) 및 킹(King)의 미국 특허 제 4,120,585 호에는, 유연한 광학적 프리즘(pliable optical prism)으로 감쇄 내부 반사를 이용하는 지문 영상 획득 장치가 개시되고 있다. 손가락과의 접촉면을 크게 하기 위해서 프리즘이 변형될 것이고, 대상체는 소정 크기의 압력을 가해야만 한다.
라이브 스캔식 지문 영상 획득 방법에서는, 대상체가 상이한 유형의 압력 및 힘을 가한다. 피부는 탄력적이기 때문에 힘이 가해지면 변형된다. 이들 압력 및 힘(즉, 과도한 힘 및 토크(torque))으로 인해서 발생된 영상 왜곡은 자동 지문 식별/인증 시스템의 정합 부시스템(matching subsystem)에 매우 부정적인 영향을 준다. 지문의 작은 변동을 수용하기 위해서, 정합기(matcher)는 지문 특징의 변이에 대한 허용오차를 제공한다. 큰 왜곡에 대해서는 큰 허용 오차가 요구될 것인데, 이는 시스템의 정확성을 떨어뜨리고, 잘못된 승인율 및 거부율을 증가시킨다. 영상을 획득하는 동안 가해진 압력 및 힘이 알맞은 경우라도, 전단 토크(a shear torque)로 인해, 획득된 바이오메트릭 특징은 특징 패턴의 여러 부분에서 불규칙적으로 왜곡될 수 있다. 그 결과, 바이오메트릭 특징의 영상은 그의 바이오메트릭 패턴이 불균일하고도 비선형적으로 된다.
지문 왜곡에 관련된 문제점들을 도 3 내지 4에 도시했다. 도 3a는 높은 압력하에서 얻어지는 지문을 도시하고, 도 3b는 높은 토크하에서 얻어진 동일한 지문을 도시한다. 도 3c는 왜곡되지 않은 지문을 도시한다. 박스(305, 306, 307)내의 각 영상들을 보면, 등마루간 거리(301, 302, 303) 면에서 등마루 구조에 상당한 변화가 있음을 알 수 있다. 도 4a는 그레이 스케일 영상(gray scale image)을 세선화(thinning)한 후 두 영상의 가장 양호한 정합 오버랩(best matching overlap)을 도시한다. 도 4a의 박스(410)내 있는 오버랩 영상 부분을 도 4b에서는, 힘/토크 변동으로 인한 등마루의 변화를 명확히 볼 수 있도록 확대 도시했다. 등마루는 박스(430)내에서는 완전히 오버랩되나, 박스(420)내에서는 왜곡으로 인해 분리되기 시작한다. 이러한 왜곡을 수용하기 위해서는, 지문 정합기가 미세 부분을 정합함에 있어 큰 허용오차를 구비해야 하는데, 이는 바이오메트릭 인증 및 식별 시스템의 인식 정확도에 부정적 영향을 미친다.
다음의 문헌들은 본 명세서에 참조로서 인용된다.
1. “Method for optical comparison of skin friction-ridge pattern”이란 명칭을 가진 1962년 1월 29일자로 특허된 더블유. 화이트(W. White)의 미국 특허 제 3,200,701 호.
2. “Fingerprint Identification System Using a Pliable Prism”이란 명칭을 가진 1978년 10월에 특허된 브이.에이. 드팔마(V.A. DePalma) 및 알.더블유. 킹(R.W. King)의 미국 특허 제 4,120,585 호.
3. “Portable Fingerprint Scanning Apparatus For Identification Verification”이란 명칭을 가진 1995년 11월에 특허된 지.엠. 피쉬빈(G.M. Fishbine) 등의 미국 특허 제 5,467,403 호.
본 발명의 목적은 순수한(true) 바이오메트릭 패턴의 왜곡을 최소화하면서 바이오메트릭 특징의 접촉 감지를 확실히 행할 수 있게 하는 개선된 압력 및 힘 감지 메카니즘을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 영상 획득중에 과도한 힘 및 토크가 인가되는 것을 검출할 수 있는 정확하고도 신뢰성있는 지문 획득 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 영상 획득중에 인가되는 힘 및 토크가 허용 범위에 있도록 제한하는 정확하고도 신뢰성있는 지문 획득 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 가능하게는 원격 무인 시스템에서 영상 획득중에 인가되는 힘 및 토크가 허용 범위에 있도록 제한하고, 잘 알려진 기술을 이용하여 네트워크를 통해 서버(server)와 통신을 행하는 정확하고도 신뢰성있는 지문 획득 시스템을 제공하는데 있다.
도 1a은 전형적인 바이오메트릭 특징, 즉, 지문에 대한 종래 기술의 도면.
도 1b는 도 1a에 도시한 지문의 미세 부분에 대한 종래 기술의 도면.
도 2는 전형적인 종래 기술의 시스템에서 수행되는 방법 단계들을 도시한 흐름도.
도 3a는 과도한 압력으로 인해서 왜곡이 발생한 전형적인 왜곡 지문에 대한 종래 기술의 도면.
도 3b는 전단 토크로 인해서 왜곡이 발생한 전형적인 왜곡된 지문에 대한 종래 기술의 도면.
도 3c는 전형적인 왜곡되지 않은 지문에 대한 종래 기술의 도면.
도 4a는 도 3a 및 도 3b에 도시한 일반적 지문들의 오버랩을 강조한 도면.
도 4b는 도 3a 및 도 3b에 도시한 지문들간의 차이를 상세히 도시한 도면.
도 5는 바이오메트릭 영상 획득 시스템의 힘 및 토크를 표현하기 위해 본 발명에서 사용하는 좌표계를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 네트워크 실시예를 포함하여, 본 발명의 힘 센서를 갖는대상체 식별/인증 시스템의 바람직한 실시예에 대한 블럭도.
도 7은 바이오메트릭 영상 획득 시스템에서 힘 센서의 다른 구현예에 대한 블럭도.
도 8은 측정 위치에 대해 수직방향의 힘이 사전설정된 범위내에 확실하게 있도록 하는 기계적 장치를 도시한 블럭도.
도 9는 x 방향의 힘 및 y 방향의 토크를 제한하는데 사용될 수 있는 기계적 억제기를 도시한 도면,
도 10는 본 발명의 힘/토크 측정 방법에 의하여 수행되는 단계들을 도시한 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
600 : 영상 획득 및 처리 장치 610 : 컴퓨터
615 : 중앙 처리 유닛 620 : RAM
625 : 입출력 어댑터 627 : 키보드
630 : 하드 디스크 유닛 640 : ROM
666 : 네트워크
본 발명은 바이오메트릭 특징의 영상 획득 단계중에 인가되는 힘 및 토크를 판단하는 컴퓨터 시스템 및 방법이다. 본 발명은 특히 바이오메트릭 특징으로서지문과 관련되지만, 접촉을 통하여 측정되는 다른 특징들에도 적용될 수 있다.
하나의 바람직한 실시예에서는, 바이오메트릭 영상을 선택적으로 디스플레이하면서 대상체가 가하는 힘 및 토크를 컴퓨터로 계속하여 감시한다. (사용자의 선택에 따라)영상이 획득되는 순간, 힘 및 토크가 컴퓨터에 의하여 분석된다. 압력이 매우 높거나 낮은 경우 또는 전단 토크가 큰 영상은 거부된다. 사용자/조작자에게 통보하여 영상을 재획득할 수 있다.
다른 실시예에서는, 대상체에 의한 압력 및/또는 토크의 인가를 기계적으로 제한하여 압력 및/또는 토크가 허용 범위내에 있을 때에 가장 양호한 영상을 획득하도록 한다.
자동화된 바이오메트릭스(automated biometrics)를 기반으로 하는 개인 식별/인증(person identification/authentication)에서, 지문(finger prints), 장문(palm prints), 손무늬(hand prints)와 같은 일반적인 바이오메트릭스의 영상화(imaging)는 접촉 감지(contact sensing)를 포함한다. 다른 특수한 바이오메트릭스의 예로서는 발가락 무늬(toe prints), 귀 무늬(ear prints), 혀 무늬(tongue prints) 등이 있는데, 여기서도 접촉 감지 기반 결상(contact sensing-based imaging)이 관련될 수 있다. 접촉 감지 기반 결상에서, 접촉중에 인가되는 힘 및 토크(force and/or torque)는 자동화 처리를 위해 감지한 영상의 화질에서 중요한 역할을 한다. 본 발명은 접촉중에 인가되는 힘 및/또는 토크를 허용 범위내에 확실히 있게 함으로써 고화질의 영상이 생성되도록 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 접촉중의 힘 및 토크를 감시하여 소정 범위내의 힘 및/또는 토크를 가진 영상을 취한다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 영상의 획득중에 인가된 힘 및/또는 토크를 제한한다.
이제 도면, 특히 도 5를 참조하면, 도 5에는 본 발명에서 사용되는 바람직한 좌표계가 도시된다. 도 5에는 라이브 스캔 장치(660)에 대해 수직한 힘의 방향(530), 수직 방향의 힘(530)을 중심으로 한 토크 방향(540), 그리고 힘의 직교 방향 x(510) 및 z(520)이 또한 도시되어 있다. 이들 좌표계는 잘 알려진 것으로서, 이와 등가적인 어떠한 것도 사용될 수 있다.
도 6은 지문을 식별 또는 인증하는 일반적인 영상 획득 및 처리 시스템(600)의 블럭도이다. 이 블럭도는 프로세싱에 사용되는 일반적인 하드웨어 환경을 도시한다. 컴퓨터(610)의 일례로서는, 퍼스널 컴퓨터 계열인 IBM(International Business Machines Corporation) 퍼스널 시스템(PS/2), RISC 시스템/6000 또는 파워 병렬 시스템(Power Parallel System)(SP/x) 또는 등가물을 들 수 있다. 시스템(600)은 하나 이상의 중앙 처리 유닛(central processing units)(CPU)(615)을 구비하는데, 이 중앙 처리 유닛(615)은 임의의 일반적인 컴퓨터 구조(architecture)(예컨대, 인텔 펜티엄(Intel Pentium) 또는 축소 명령 세트 마이크로프로세서(reduced instruction set microprocessor))일 수도 있다. CPU(615)는 시스템 버스(도시 안함)에 연결되어 있고, 시스템 버스에는 하나 이상의 캐쉬 메모리를 구비할 수 있는 판독/기록 및/또는 랜덤 억세스 메모리(random access memor)(RAM)(620), 판독 전용 메모리(read only memory)(ROM)(640) 및 입출력 어댑터(inpu/output adapter)(625)가 연결되어 있다. RAM(620)은 일반적으로코드 및/또는 데이터를 포함하는 하나 이상의 응용 프로그램 프로세스에 임시 기억 공간(temporary storage)을 제공하는 반면에, ROM(640)은 일반적으로 기본적인 입출력 시스템(basic input/output system)(BIOS) 코드를 포함한다. 본 명세서에서 하드 디스크 드라이브(630)로 표현한 직접 접근 기억 장치(Direct Access Storage Devices:DASDs)도 적절한 어댑터(도시 안함)에 의하여 CPU(615)에 연결되어 있다. 하드 디스크 드라이브(630)는 IBM의 OS/2 운영 체제(operating system)와 같은 컴퓨터 운영 체제(OS), 여러 응용 프로그램과, 데이터 및/또는 데이터 베이스를 저장한다. 이들 데이터 베이스는 중간 결과 및 지문 영상 데이터(635)를 포함한다. 선택적으로, 이들 저장 유닛(630)은 원격 설치하고, 잘 알려진 기술을 사용하여 선택적인 네트워크(optional)(666)에 연결할 수 있다. 이 네트워크의 실시예에서, 원격 서버(remote server)(690)는 (610)과 유사한 컴퓨터이다. 원격 서버는 LAN, WAN 전화기, 무선 링크(radio link) 또는 다른 잘 알려진 표준 통신 네트워크(666)를 사용하는 국부 호스트/클라이언트(local host/client)와 통신한다. 전형적으로, 입출력 어댑터(625)는 키보드(627), 마우스(628) 및/또는 다른 사용자 인터페이스 장치(도시 안함)와 연결되어 있다.
시스템(600)은 또한 디스플레이 장치(638)를 포함할 수 있으며, 본 명세서에서는 디스플레이 장치를 음극선관(cathode ray tube ; CRT)으로 표현하고 있으나, 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display ; LCD) 또는 다른 적절한 디스플레이 장치 및/또는 그래픽 사용자 인터페이스(grapic user interface ; GUI)(638)로 할 수도 있다. 디스플레이 장치(638)는 디스플레이 어댑터(도시되지 않음)를 통하여 시스템 버스에 연결된다.
컴퓨터(610)는 또한 프레임 그레버(650) 및 영상 획득 장치, 예컨대 라이브 스캔 장치(660)와 인터페이스되어 있으며, 영상 획득 장치는 지문 영상을 컴퓨터 메모리/디스크(630)내에 저장하기 위해 카메라(670) 및 결상 부시스템(imaging subsystem)(680) 구성을 포함한다.
힘 검출 장치(665)는 지문 영상 획득 시스템에 제공되는 힘 및/또는 토크를 감지한다. 도 6에 도시된 시스템은 터치메이트(TouchMate)사의 힘 센서를 사용하는데, 이 센서는 그의 중심에 기초를 둔 좌표계에 관한 디지털 형태의 힘 및 토크를 제공한다. 전형적인 종래 기술의 좌표계는 도 5에 도시되어 있다. 이러한 구성에서, 라이브 스캔 지문 결상 장치(660)는 힘 센서(665)의 상부에 (부착 또는 비부착 상태로) 위치한다(도 6에 도시 안함). 이러한 식으로, 결상 장치(660)에 인가된 힘/토크는 힘 센서(665)에 제공되어 측정된다. 힘 센서는 힘 데이터 스트림을 발생시키며 컴퓨터는 적절한 인터페이스의 도움으로 힘 및 토크 데이터 스트림을 판독한다.
퍼스널 시스템/2(personal system/2), PS/2, OS/2, RISC 시스템/6000(RISC system/6000), 파워 병렬 시스템(Power Parallel System), SP/x, 및 IBM은 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션(International Busniess Machines Corporation)의 상표명이다. 인텔 펜티엄(Intel Pentium)은 인텔 코포레이션(Intel Corporation)의 상표명이며, 터치메이트(TouchMate)는 마이크로 터치 시스템 인코포레이션(Micro Touch System Inc)의 상표명이다.
전형적인 무잉크 방식의 지문 스캐너는 프리즘 및 전체 감쇄 내부 반사 기술(total frustrated internal reflection technique)을 이용하여 프리즘 표면에 접촉하는 손가락을 영상화한다(예컨대, 더블유. 화이트(W. White)의 미국 특허 제 3,200,701 호 및 피쉬빈(Fishbine) 등의 미국 특허 제 5,467,403 호를 참조하기 바람). 본 발명에서는, 인가되는 힘을 측정하기 위해 여러 유형의 힘/토크 감지 및/또는 제한 기술을 채용한다. 도 6에 도시한 외부 힘 센서(665)는 그 위에 무잉크 방식의 스캐너(660)가 배치되는 센서로서, 이 센서는 지문 영상 획득 중에 인가되고 있는 힘 및 토크를 측정한다. 이 센서(665)는 도 5에 도시된 좌표계(500)에 관해 대상체 지문을 접촉 감지하는 동안 대상체로부터 가해지는 힘을 측정한다. 프리즘 표면에 수직하게 인가되는 힘은 음의 y-방향(530)의 힘(Fy)으로서 표현되며, 프리즘에 평행한 힘(510,520)은 Fx 및 Fz로서 표현된다. 토크(Ty)(540)는 y축(530) 둘레의 길이 단위와 힘을 승산한 것(force times unit of length around the y-axis)이다. 영상 획득중의 힘 및 토크의 측정/제어 과정은 도 10에 도시되어 있다.
도 6은 지문 영상 획득 장치에 적용할 수 있는 본 발명의 바람직한 일실시예를 도시하고 있으나, 본 발명은 어떠한 일반적인 바이오메트릭 획득 시스템에도 사용될 수 있다.
도 7은 힘 센서(710)에 의하여 사용되는 영상 획득 장치(660)용의 프리즘(700)을 도시한다. 바람직한 실시예에서, 프리즘(700)의 (바이오메트릭 특징 예컨대 손가락 끝의 압력에 대해) 노출되지 않는 면들의 중심에는 5개의 힘센서(711, 712, 713, 714, 715)가 존재한다. (720)으로 도시한 정면도에서는 센서(712, 711, 713)를 볼 수 있고; (730)으로 도시한 측면도에서는 센서(714, 711, 715)를 볼 수 있다. 프리즘 홀더(740)는 이 프리즘과 5개 센서의 조립체를 지지한다. 프리즘 표면(750)은 접촉 결상 감지면이며, (760)은 센서 지지 프레임이다. 각 힘 센서의 일면에는 프리즘 홀더(740)가 부착되어 있고, 각 힘 센서의 다른 일면에는 센서 지지 프레임(760)이 부착되어 있다. Fy는 힘 센서(711)에 의하여 제공되며, Fx는 힘 센서(712) 및 (713)에 의하여 제공되고, Fz은 힘 센서(714) 및 (715)에 의하여 제공된다. 당업자라면 알 수 있듯이, Ty(540)는 힘의 로컬라이제이션(localization)을 측정하는 부가적인 센서(도시 안함)들을 부가하므로써 얻을 수 있다. 다른 구성의 힘 센서도 또한 고려된다.
도 8에는, 음의 y-방향(530)의 힘(Fy)을 단지 기계적으로 제한하는 본 발명의 실시예를 힘 조정 메카니즘으로서 도시했다. 충분한 힘(Fy)이 인가된 경우에만 프리즘(700)에 의해 포토-검출기(phto-detector)(812)가 작동된다. 스프링(820)에 의하여 프리즘(700)은 상판(830)에 대해 가압된다. 포토 에미터(photo-emitter)(816), 포토 검출기(812) 및 광학적 차단기(optical stop)(814)로 구성된 움직임(motion) 센서(810)는 프리즘(700)의 수직 방향 변위를 검출하는데, 이 수직 방향 변위는 손가락 끝부분에 대한 개구(840)를 통해 대상체의 손가락 힘으로부터 발생된다. 포토 에미터(816)와 포토 검출기(812)사이에서 전송되는 광을 광학적 차단기(814)가 차단할 때에 움직임이 검출된다. 이 변위는 스프링 상수 및 인가된 힘(Fy)에 의하여 제어된다. 프리즘 가이드는 도시하지 않았다. 다른 움직임 및/또는 위치 검출기도 고려된다.
명료성을 위하여, 프리즘을 적당한 방향을 유지하면서 이동할 수 있게 하는 저마찰 슬라이드 메카니즘은 생략하였다(도 8). 도 8에 도시된 광전자 결합기(opto-electronic coulper)와 같은 컴퓨터 감지 장치(810)는 변위를 검출한다. 이러한 식으로, 힘의 레벨이 최적의 상태 또는 최적에 근접한 상태에서 영상을 획득할 수 있다.
다른 실시예에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 손바닥(925)으로 손바닥 레스트(palm rest)(920)에 충분한 힘을 가한 경우 손바닥용의 억제기(restrainer)(900)가 영상 센서를 작동시킨다. 손바닥으로 가한 힘은 장력 센서(930)에 의해서 측정된다. 이 실시예의 기술사상은 손바닥이 충분한 힘을 가하는 경우 대상체가 특히 영상을 취하는 손가락 끝부분에서 토크(Ty)(540)를 발휘하는 것이 어렵다는 것이다. 손가락(910)의 지문은 지문 윈도우(840)를 통하여 얻어진다. 이러한 감지 기술의 변형은 여러가지로 가능한데, 당업자라면 이러한 변형을 생각할 수 있을 것이다. 이 도면에는, y방향(530)의 힘(Fy)이 인가되는 것을 방지하기 위한 다른 손가락들에 대해 사용되는 선택사양적인 슬로트형 지지수단(slotted support)을 도시하지 않았다. 당연하듯이, 손바닥 지지수단, 손가락 지지수단 및 프리즘의 크기 및 위치설정은 한 번에 하나의 손가락을 사용하는지 또는 여러 손가락을 사용하는지에 따라 좌우될 것이다.
여러 방법으로 허용 기준을 설정할 수 있다. 예컨대, 도 9에 도시된 손바닥 억제기에서는, 순수하게 수직 방향 성분의 힘(Fy)을 기초로 하여 영상을 거부할 수있을 것인데, 이는 다른 성분의 힘(Fx 및 Fz)과 토크(Ty)를 손바닥 힘 센서에 의해서 제어할 수 있기 때문이다. 이와 유사하게, 도 8에 도시한 자가-조정(self-adjusting) 힘 장치에서는 예컨대 도 6의 토크 측정 장치를 사용하여 토크에 기초해서 영상을 거부할 수 있다. 억제기(도 9)를 사용하는 경우에는, 수직 방향 힘 성분(Fy)이 결정적인 역할을 한다. 일반적인 경우에는, 수직축(y 축 (530))에 관한 토크(Ty) 및 3개의 힘 성분(Fx,Fy,Fz) 모두를 고려해야 한다.
또다른 실시예에 있어서, 협동적 대상체(cooperative subject)에 또한 적용되는 지문 센서를 수직 방향의 힘(Fy)만을 측정할 수 있게 설치한 간단한 플랫폼(platform)상에 장착한다. 예컨대, 손바닥 힘을 검출하는데 사용되는 도 9의 (930)과 같은 구성을 전체 센서 유닛을 지지하고 Fy를 측정하는데 사용할 수 있다. 영상은 힘이 사전설정된 값에 이를 때 획득된다.
도 10은 라이브 스캔 장치에 의해 지문 영상을 획득하는 중에 힘/토크 센서를 기반으로 해서 왜곡을 감시/제어하는 단계들을 도시한 흐름도(1000)이다. 이 프로세스중의 제 1 단계(1010)는 대상체의 손가락이 없는 상태에서 기준(baseline) 힘 및 토크를 얻고자 하는 단계이다. 기준 힘 및 토크는 사용되는 장착 메카니즘(mounting mechanism) 및 무잉크 방식 사용 스캔 장치에 따라 다를 수 있다. 힘 및 토크는 짧은 시간내에 센서로부터 판독되어 평균화된다. 기준 데이터의 결정 후, 대상체는 영상화될 손가락을 결상 장치에 위치시킨다. 시스템 조작자 또는 대상체에 의해 결정되거나 또는 자동적으로 결정(판정 박스(1030) 및 판정결과(1032, 1034)로 나타냄)되는 영상 획득 시점(1020)에서, 특정 프레임을 얻고(도 10에서는 “포착(Grab)?”으로 나타냄)(1030), 그 순간으로부터 짧은 시간 동안 힘 및/또는 토크를 측정한다(필요하면 평균화한다.)(1040). 이 결과, 힘 및/또는 토크 성분이 경험적으로 결정되는 임계값들을 초과하면(1060)(｜F｜＞= Th1 또는 ｜T｜＞= Th2), 그 사실을 사용자/조작자에게 통지하고(1080) 영상을 거부한다. 다른 한편, 결과적으로 힘 및/또는 토크 성분이 경험적으로 결정되는 임계값들 내에 있으면(1070)(｜F｜＜ Th1 또는 ｜T｜＜ Th2), 영상을 허용하여(1090) 저장 장치(630)(도 6)에 저장한다. 여기서 ｜F｜ 및 ｜T｜은 각각 힘 및 토크의 허용 범위를 의미한다.
바람직한 실시예에서(도 6), Fy는 300 내지 1500 단위의 범위내에 있어야 하고, Fx는 110 단위 미만으로 되어야 하며, Fz은 200 단위 미만으로 되어야 한다. 수직축(530) 둘레의 토크(Ty)(540)는 250 단위 미만이어야 한다. 여기서, 1파운드(pound)는 힘 단위의 700 단위와 동일하며, 1인치-파운드(inch-pound)는 토크 단위의 175 단위와 동일하다.
본 발명은 관심 대상의 바이오메트릭 영상을 원격으로 획득하는데에도 사용할 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 힘 및 토크 데이터는 네트워크(666)를 통해 영상과 함께 원격 호스트(host)에 전송된다. 사용자에게 영상 화질에 관한 정보가 시각적으로 피드백(feedback)된다. 그 결과, 더욱 신뢰성있는 바이오메트릭 영상을 얻을 수 있게 된다. 예컨대, 영상 획득 장치(660) 및 힘 센서(665)― 예컨대, 컴퓨터(610) 없는 시스템(600))을 이용하여 경찰차내에서 용의자의 지문 영상을 얻을 수 있다. 여기서, 네트워크(666)에는 무선 및/또는 전화(radio and/or phone) 접속이 포함될 수 있다. 영상 및 힘/토크 정보는 그후 경찰서내에 설치된 원격 서버에 전송된다. 원격 서버는 통신 네트워크(666)를 통해 경찰관에게 영상 화질에 대한 정보를 제공한다.
센서 신호에 시간적인 변동이 있다는 것은, 측정치가 생존 인간으로부터의 측정치이지 생존 인간의 지문의 전자적 영상 즉, 정적(static) 측정치(아마도 절도된 것임)가 아님을 의미한다. 이같은 특징은, 생존 인간으로부터의 측정치와 정적 측정치를 구별함으로써, 바이오메트릭 측정치가 생존 인간으로부터의 것인지를 검출하는데 사용될 수 있다. 바이오메트릭 측정치를 개인 신원의 인증 또는 식별을 위해서 원격 무인 센서로부터 네트워크(666)를 통하여 전송하는 때, 본 발명을 이용하여 바이오메트릭 측정치가 이전 기록된 유사 측정치로부터의 부정하게 나온 것이 아니라 생존 인간으로부터 나온 것임을 정확히 확인할 수 있다. 예컨대, 인터넷 상의 전자 트랜잭션에서는 트랜잭션의 인증에 사용하고 있는 바이오메트릭 측정치가 이전 기록된 정적 신호로부터 비롯된 것이 아님을 보장할 필요가 있다.
바이오메트릭 측정치가 생존 인간으로부터 획득된 것이라는 알기 위해서, 지문 영상에 부가하여 시변적인(time varying) 힘 및/또는 토크 신호를 네트워크를 통해 전송하는데, 이 시변적인(time varying) 힘 및/또는 토크 신호는 지문 저장 영상이 인증을 위해 저장해 놓은 지문 저장 영상이 아니라 지문 센서와 상호 작용하는 손가락으로부터 수집되는 지문 영상임을 나타내는 것이다. 이 실시예에서는, 바이오메트릭 및 힘/토크 데이터를 충분한 시간에 걸쳐서 취하여 둘 또는 셋 이상의 힘/토크 판독치를 제공한다. 바람직한 실시예에서는, 바이오메트릭 및 힘/토크데이터를 5 내지 10개 프레임사이에서(40개 프레임/초로) 취한다. 예컨대 임계값을 초과하는 힘/토크의 변동량은 바이오메트릭 영상이 동적(live) 영상임을 확인하는데 사용된다.
또한, 원격 방식으로 대상체를 인증 또는 식별할 때, 원격 시스템은 대상체에게 그의 손가락을 소정의 방향으로 이동할 것을 대화를 통해 요청한다. 본 실시예에서, 시스템은 여러 다른 힘/토크 측정치(및 선택사양적으로는 영상 획득 장치(660)에서 영상의 위치)를 이용하여 바이오메트릭 영상이 동적 영상인가를 확인한다. 이렇게 함으로써, 인증된 대상체의 이전 기록된 바이오메트릭 정보를 이용하여 비인증된 대상체가 시스템내로 침입하는 것이 더욱 어렵게 될 것이다.
긴장한 대상체는 떨림과 같은 스트레스 신호를 나타내므로, 측정된 힘의 변화를 관찰함으로써 긴장한 대상체를 검출해 낼 수 있다. 힘/토크의 변화가 상당히 크면, 영상은 바이오메트릭 특징을 제공하는 사람이 스트레스 상태에 있음을 나타낸다. 따라서, 대상체의 인증 또는 식별은 더욱 엄격한 상태로 수행된다.
본 명세서에서는 본 발명의 몇가지 바람직한 실시예를 제시하고 있으나, 당업자라면 다른 변형 실시예가 가능함을 알 수 있을 것인데, 이들 실시예는 당연히 본 발명의 범주에 포함되어야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 대상체에 의한 압력이 매우 높거나 낮은 경우 또는 전단 토크가 큰 경우에는 영상이 거부되고, 압력 및/또는 토크가 허용 범위내에 있을 때에만 영상이 획득된다.

Claims (17)

  1. 접촉력(force of contact)의 측정에 의해 바이오메트릭(biometric) 영상의 수용성(acceptability)을 보증하는 시스템에 있어서,
    ① 접촉에 의해 바이오메트릭 영상을 획득하여 하나 이상의 접촉력 성분(one or more components of the force of contact)을 수용하는 영상 획득 장치(image capturing device)와,
    ② 상기 성분들 중의 하나 이상의 성분이 사전 결정된 상한과 사전 결정된 하한을 갖는 개개의 힘 범위내에 있을 때에만 상기 바이오메트릭 영상을 수용하는 수용기(acceptor)와,
    ③ 일정 시간에 걸쳐 하나 이상의 힘 성분의 변동을 측정함으로써, 획득된 바이오메트릭 측정치의 동적성(liveliness)을 검출하는 수단
    을 포함하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오메트릭 영상은 지문 영상이고, 상기 영상 획득 장치는 손가락이 손가락 수용 표면에 위치할 때에 상기 지문 영상을 생성하며, 상기 손가락 수용 표면은 손가락에 의해서 상기 각 표면에 가해지는 하나 이상의 힘 성분에 응답하고, 상기 손가락 수용 표면은 상기 힘 성분들의 각각에 대해 상기 수용기에 의해 사용된 힘 신호를 생성할 수 있는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 손가락 수용 표면은 그에 대해 수직인 방향의 힘 성분에만 응답하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 힘의 범위는 0.42과 2.14 파운드 사이인 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 손가락 수용 표면은 전체 내부 반사(total internal reflection; TIR)를 이용하여 영상을 형성하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    수직 방향이 아닌 다른 하나 이상의 방향으로 손가락이 이동하는 것을 억제할 수 있는 억제기(restrainer)를 더 포함하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 억제기는 상기 손가락을 억제하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 억제기는 손목을 억제하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 억제기는 손가락을 억제하여 상기 수직 방향을 중심으로 하는 토크의 인가를 방지하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 손가락 수용 표면은 토크를 나타내는 토크 신호를 생성하며, 상기 수용기는 상기 토크 신호가 토크 범위내에 있을 때에만 바이오메트릭 영상을 수용하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 토크는 1.42 파운드 인치 미만인 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  12. 제 2 항에 있어서,
    3 개의 직교 힘 성분(three orthogonal components of the force)이 결정되는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    바이오메트릭 측정치는 사람의 신원을 결정하기 위하여 네트워크를 통하여 전송되는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 변동은 대상체가 스트레스 상태에 있음을 판단하는데 사용되는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
  15. 바이오메트릭 영상의 수용성을 보증하는 방법에 있어서,
    ① 바이오메트릭스 대상체의 바이오메트릭 영상을 획득하는 단계와,
    ② 상기 바이오메트릭스 대상체에 의해 사용되는 하나 이상의 힘 성분을 획득하여 상기 바이오메트릭 영상을 생성하는 단계와,
    ③ 상기 하나 이상의 힘 성분이 사전 결정된 상한과 사전 결정된 하한을 갖는 힘 범위 밖에 있으면, 상기 바이오메트릭 영상을 거부하는 단계와,
    ④ 일정 시간에 걸쳐 하나 이상의 힘 성분의 변동을 측정함으로써, 획득된 바이오메트릭 측정치의 동적성(liveliness)을 검출하는 단계
    를 포함하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 바이오메트릭스 대상체에 의해 사용되는 하나 이상의 토크 성분을 획득하여 상기 바이오메트릭 영상을 생성하는 단계와,
    상기 하나 이상의 토크 성분이 사전 결정된 상한과 사전 결정된 하한을 갖는 토크 범위 밖에 있으면, 상기 바이오메트릭 영상을 거부하는 단계를 더 포함하는바이오메트릭 영상 수용성 보증 방법.
  17. 접촉력을 측정하여 바이오메트릭 영상의 수용성을 보증하는 시스템에 있어서,
    ① 접촉에 의해 바이오메트릭 영상을 획득하고, 사람의 동적성(liveliness)을 나타내는 하나 이상의 접촉력 성분의 변동을 포함하는 상기 하나 이상의 접촉력 성분을 수용하는 영상 획득 수단과,
    ② 상기 하나 이상의 성분이 사전 결정된 힘의 범위 내에 있으면 상기 바이오메트릭 영상을 수용하고, 일정 시간에 걸쳐 상기 하나 이상의 힘 성분의 변동을 포함하는 상기 획득된 바이오메트릭 측정치로부터 사람의 신원 및 동적성(liveliness)을 판정하는 수용기를 포함하는 바이오메트릭 영상 수용성 보증 시스템.
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