KR100652148B1 - Apparatus and method for compensating for fingerprint image quality in fingerprint acquisition apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지문인식 장치에 있어서 영상센서에 의해 취득되는 지문영상의 화질을 균일하게 유지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 지문취득부에 화질에 영향을 주는 환경요인을 감지하는 센서를 설치하고 이 센서에서 출력되는 신호를 기초로 하여 지문취득 장치의 광원의 밝기를 조절하거나 영상센서의 콘트롤값을 조절하여 영상센서에서 출력되는 지문영상의 화질을 보상하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for uniformly maintaining the image quality of a fingerprint image acquired by an image sensor in a fingerprint recognition device. More specifically, the present invention installs a sensor for detecting environmental factors affecting the image quality in the fingerprint acquisition unit and adjusts the brightness of the light source of the fingerprint acquisition device or adjusts the control value of the image sensor based on the signal output from the sensor. The present invention relates to a device and a method for compensating image quality of a fingerprint image output from an image sensor.
지문인식, 지문영상, 화질, 환경, 온도, 습도, 영상센서 Fingerprint recognition, fingerprint image, image quality, environment, temperature, humidity, image sensor
Description
도1은 습도에 따라 변화되는 지문영상을 나타내는 영상도.1 is an image diagram showing a fingerprint image that changes with humidity.
도2는 본 발명에 따른 장치의 두 가지 실시예의 구성도.2 is a schematic diagram of two embodiments of a device according to the present invention;
도3은 본 발명에 따른 방법의 두 가지 실시예의 흐름도.3 is a flow chart of two embodiments of a method according to the present invention.
도4는 본 발명에 따라 화질이 보상되어 취득된 지문영상도.4 is a fingerprint image obtained by compensating for image quality according to the present invention;
본 발명은 지문인식 장치에 있어서 영상센서에 의해 취득되는 지문영상의 화질을 보상하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 지문취득부에 화질에 영향을 주는 환경요인값을 측정하는 센서를 설치하고 이 센서에서 출력되는 신호를 기초로 하여 지문취득 장치의 광원의 밝기를 조절하거나 영상센서의 콘트롤값을 조절하여 영상센서에서 출력되는 지문영상의 화질을 보상하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for compensating for the image quality of a fingerprint image acquired by an image sensor in a fingerprint recognition apparatus. More specifically, the present invention is to install a sensor for measuring the environmental factors affecting the image quality in the fingerprint acquisition unit and adjust the brightness of the light source of the fingerprint acquisition device based on the signal output from the sensor or control value of the image sensor The present invention relates to an apparatus and method for compensating for the image quality of a fingerprint image output from an image sensor.
생체정보에 의한 인증 방법의 하나인 지문인식 기술은 사람마다 고유의 특성 차이를 나타내는 지문을 영상처리 방법으로 인식하여, 등록되어 있는 본인인지 여부를 판단하는 기술이다. 인증을 필요로 하는 사람의 지문을 인식하기 위해서는 사전에 지문을 데이터로서 등록해 놓고 이 등록지문과 새로 입력된 지문의 특징데이터를 비교하여 매칭 여부에 따라 지문인식을 수행하고 있다. Fingerprint recognition technology, which is one of biometric information authentication methods, is a technology that determines whether a person is a registered person by recognizing a fingerprint representing a unique characteristic difference for each person as an image processing method. In order to recognize the fingerprint of the person who needs authentication, the fingerprint is registered as data in advance, and the fingerprint is recognized according to the match by comparing the registered fingerprint with the feature data of the newly input fingerprint.
지문인식 장치에 있어서의 오인식률을 줄이기 위하여는 정교한 지문인증 알고리즘과 하드웨어의 개발이 중요하지만, 이와 더불어 피인증자로부터 고화질의 지문영상을 취득할 수 있는 지문취득 장치도 매우 중요한 요소가 된다. In order to reduce the false recognition rate of the fingerprint recognition device, it is important to develop sophisticated fingerprint authentication algorithms and hardware, but also a fingerprint acquisition device capable of acquiring a high quality fingerprint image from the subject is very important.
일반적으로 지문취득 장치는 광원을 생체지문에 조사하여 반사 내지는 산란되는 광을 프리즘 및 렌즈를 통해 또는 직접 영상센서로 독취하는 방식을 채택하고 있다. 이 때에 프리즘 표면과 지문의 밀착상태에 따라 지문영상이 크게 영향을 받는다. 그리고 이 밀착상태는 주변의 환경요인값(이하, "환경량"이라 함)에 직접적으로 관련되어 있다. In general, a fingerprint acquisition device adopts a method of irradiating a light source to a bio fingerprint to read reflected or scattered light through a prism and a lens or directly with an image sensor. At this time, the fingerprint image is greatly affected by the adhesion state between the prism surface and the fingerprint. This close state is directly related to the environmental factor value (hereinafter, referred to as "environmental quantity").
가령, 주변의 습도가 너무 낮아서 지문이 건조한 상태에서는 손가락이 프리즘 표면에 완전히 밀착되지 않는 상태가 되어 그 사이에 미세한 공간이 생기게 되어 이로 인해 산란되는 광량이 감소하거나 융선이 선명하게 나타나지 않고 끊기는 현상이 발생한다(도1의 (a) 참조). 반면, 주변의 습도가 높아서 지문이 습하게 된 상태에서는 융선과 융선 사이의 골에 수분이 채워지게 되므로 지문에서 산란되는 광량이 과다하여 융선과 융선이 붙어서 촬영되는 문제가 발생한다(도1의 (b) 참조). 이러한 현상은 지문영상 취득시에 매우 민감하게 발생하는 문제로서, 심지어는 계절에 따라서도 지문영상의 화질이 변화하고 있다. 위에서는 습도의 예만 들었지 만, 지문영상은 온도에 의해서도 영향을 받고, 특히 습도와 온도 모두에 의해서 크게 영향을 받는다. For example, if the ambient humidity is too low and the fingerprint is dry, the fingers will not be in close contact with the surface of the prism, and there will be a small space between them, resulting in a decrease in the amount of light scattered or ridges without sharpening. Occurs (see Fig. 1 (a)). On the other hand, when the fingerprint is humid due to high ambient humidity, the bone between the ridge and the ridge is filled with moisture, so the amount of light scattered from the fingerprint is excessive, resulting in a problem in which the ridge and the ridge are photographed (FIG. 1 ( b)). This phenomenon is a problem that occurs very sensitively when acquiring a fingerprint image, and even the season is changing the image quality of the fingerprint image. Although only an example of humidity is shown above, the fingerprint image is also affected by temperature, especially by both humidity and temperature.
종래에 이러한 지문영상 화질의 균일화를 위해, 영상센서의 감도를 수동으로 조절하여 화질보상을 하는 기술이 개발되어 있다. 이는 영상센서를 제어하는 콘트롤값을 임의로 조절할 수 있게 하여 지문영상의 게인(gain), 밝기(brightness), 대비(contrast) 등을 조정한다. In order to uniformize the image quality of the fingerprint image, a technique for compensating image quality by manually adjusting the sensitivity of the image sensor has been developed. This allows to arbitrarily adjust the control value for controlling the image sensor to adjust the gain, brightness, contrast, etc. of the fingerprint image.
본 발명은 종래의 수동식 영상센서 제어방식을 개량하여 자동으로 지문영상의 화질을 일정하게 유지하기 위하여 고안된 것으로서, 지문취득 장치에 주변의 습도나 온도 등의 환경량을 측정하는 센서를 설치하고, 이에 의해 측정된 환경량을 기초로 하여 최적의 상태로 영상센서를 콘트롤하는 방법 및 장치를 제공함을 목적으로 한다.The present invention is designed to automatically maintain a constant image quality of a fingerprint image by improving a conventional manual image sensor control method, and installs a sensor for measuring an environmental quantity such as humidity or temperature in a fingerprint acquisition device. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for controlling an image sensor in an optimal state based on the measured environmental quantity.
본 발명의 다른 목적은 상기 환경량을 측정하여 이 환경량의 변화에 따라 영상센서에 조사되는 광원의 밝기를 제어함으로써 화질을 보상하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for compensating image quality by measuring the environmental quantity and controlling the brightness of the light source irradiated to the image sensor according to the change of the environmental quantity.
본 발명은 기본적으로, 습도나 온도 등 주변의 환경량에 따라 영상센서에서 출력되는 지문영상의 화질을 보상하기 위한 것이다. 화질보상을 위해 영상센서의 특성을 변화시킬 수 있다. 지문취득 장치에 사용되는 영상센서로는 CCD 등의 영상센서와, CMOS센서가 사용된다. CMOS센서는 특히 콘트롤값에 의해 영상의 게인, 밝 기, 대비 등을 용이하게 조절가능한 소자이다. 물론, CCD의 경우에도 감도 조절이 가능하다. 이 밖에도 영상센서는 외부의 콘트롤값(가령, 바이어스 전압, 전류 조절 등)에 의해 용이하게 감도조절이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 영상센서 특성을 제어하는 것 이외에도 주변의 환경량에 따라 지문취득 장치의 광원의 밝기를 조절함으로써 지문영상의 화질을 보상할 수 있다. The present invention is basically to compensate for the image quality of the fingerprint image output from the image sensor according to the amount of surrounding environment, such as humidity or temperature. The characteristics of the image sensor can be changed to compensate for image quality. As an image sensor used in a fingerprint acquisition device, an image sensor such as a CCD and a CMOS sensor are used. CMOS sensor is a device that can easily adjust the gain, brightness, contrast, etc. of the image by the control value. Of course, the sensitivity can be adjusted in the case of CCD. In addition, the image sensor can be easily adjusted by external control values (eg, bias voltage, current control, etc.). In addition, according to the present invention, in addition to controlling the characteristics of the image sensor, it is possible to compensate for the image quality of the fingerprint image by adjusting the brightness of the light source of the fingerprint acquisition device according to the amount of surrounding environment.
구체적인 실시예를 통해 본 발명의 기술 사상을 설명하고자 한다. 실시예의 설명에서는 환경량을 습도값으로 구체화하여 설명하고 있지만, 본 발명의 기술적 범위가 습도에만 한정되는 것은 아니다. 이에 대해서는 차후에 설명한다. The technical spirit of the present invention will be described through specific embodiments. In the description of the embodiment, the environmental amount is concretely described by the humidity value, but the technical scope of the present invention is not limited only to the humidity. This will be described later.
도2의 (a)에서와 같이, 지문취득 장치의 지문취득부에 습도센서(20)를 설치한다. 이 습도센서(20)에서 출력되는 신호는 신호처리부(30)에서 가령 파형정형이나 A-D변환 등의 신호처리를 하여 비교부(40)에서 기준값과 비교하고, 비교 결과 신호에 따라 영상센서 제어부(50)는 영상센서(60)의 감도를 조절한다. 영상센서(60)로서 CMOS센서가 사용된다면 콘트롤값을 제어하여 센서의 게인, 밝기, 대비 특성을 자동으로 제어가능하다. 게인, 밝기, 대비 등의 제어량은 습도의 변화에 따른 영상센서의 동작 특성에 따라 당업자에 의해 다양하게 설정 가능하다. 한편 다른 실시예로서, 도2의 (b)에서와 같이 광원의 밝기를 제어하기 광원제어부(50')에 의해 광원(55)의 밝기를 제어함으로써 영상센서(60)에서 취득되는 지문영상의 화질을 보상하는 것이 가능하다. As shown in Fig. 2A, the
환경요인에 따른 센서 제어값은 아래 표1에 예시한 것가 같이 제어값을 참조 표(lookup table)로 만들어 적용할 수도 있고, 또는 실시간으로 연속적으로 처리할 수도 있다. 이는 당업자가 용이하게 실시할 수 있다.Sensor control values according to environmental factors may be applied by making control values into a lookup table as illustrated in Table 1 below, or may be processed continuously in real time. This can be easily carried out by those skilled in the art.
습도센서(20)의 위치는 지문취득부에 인접하여 설치하는 것이 바람직한데, 도2에서는 보다 정확한 측정을 위하여 프리즘(10) 표면에 설치한 것을 나타내고 있다.The position of the
반복하지만, 상기 실시예에서는 환경량 측정 센서로서 습도센서를 예시하였지만, 본 발명의 목적달성을 위해서는 다른 종류의 센서도 사용가능하다. 예를 들어, 온도변화에 따른 화질의 변화 특성을 파악할 수 있다면 온도센서를 이용하여 지문취득부 주위의 온도를 측정하여 이 온도값에 따라 영상센서의 콘트롤값을 자동으로 제어할 수 있다. Repeatedly, in the above embodiment, the humidity sensor is exemplified as the environmental quantity measurement sensor, but other types of sensors may be used to achieve the object of the present invention. For example, if the characteristics of the change in image quality due to temperature change can be grasped, the temperature around the fingerprint acquisition unit may be measured using a temperature sensor, and the control value of the image sensor may be automatically controlled according to the temperature value.
한편 다른 실시예로서, 상기 습도센서와 온도센서를 모두 사용하여, 습도와 온도값을 조합함으로써 주변환경 요인의 변화에 보다 더 민활하게 대응하도록 할 수 있다. 가령, 습도나 온도가 높을 경우(예: 고온다습한 장마철)와 저온건조할 경우를 습도센서와 온도센서를 이용하여 검출하고, 이 때에 영상센서를 자동으로 제어함으로써 본 발명의 효과를 극대화할 수 있을 것이다. 참고로, 고온다습한 경우에는 제어값 중에 게인과 밝기를 감소시키는 것이 바람직하고, 반대로 저온건조할 경우에는 게인과 밝기를 증가시키는 것이 선명한 지문영상을 취득하는 데에 바람직하다. On the other hand, by using both the humidity sensor and the temperature sensor, by combining the humidity and the temperature value it can be more smoothly to respond to changes in the environmental factors. For example, when humidity or temperature is high (eg, hot and humid rainy season) and when low temperature drying is detected using a humidity sensor and a temperature sensor, the image sensor is automatically controlled at this time to maximize the effect of the present invention. There will be. For reference, in the case of high temperature and high humidity, it is preferable to reduce the gain and brightness in the control value, and in contrast, in the case of low temperature drying, increasing the gain and brightness is preferable for acquiring a clear fingerprint image.
도3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 3 (a) and 3 (b) are flowcharts for explaining the method according to the present invention;
지문취득장치의 주변에 설치된 환경량(습도 또는 온도 또는 이들 모두) 측정 센서로부터 환경량을 측정하는 단계[100], Measuring an environmental quantity from an environmental quantity (humidity or temperature or both) sensor installed in the vicinity of the fingerprint acquisition device [100],
상기 환경량 측정 센서에서 출력되는 신호를 처리(파형정형, AD 변환 등)하는 단계[200], Processing a signal output from the environmental measurement sensor (waveform shaping, AD conversion, etc.) [200],
상기 처리된 신호와 미리 설정되어 있는 기준값을 비교하는 단계[300],Comparing the processed signal with a preset reference value [300],
상기 비교결과에 따라 영상센서의 제어값을 변경함으로써 영상센서에서 취득되는 지문영상의 화질을 보상하는 단계[400]로 구성된다. 여기서, 본 발명은, 화질 보상을 위하여 도3의 (b)와 같이, 비교결과에 따라 광원의 밝기를 변경하여 화질을 보상하는 단계[400']로도 구현될 수 있다. Compensating the image quality of the fingerprint image obtained by the image sensor by changing the control value of the image sensor according to the comparison result [400]. Here, the present invention may be implemented as a step [400 '] of compensating for the image quality by changing the brightness of the light source according to the comparison result as shown in FIG. 3 (b).
도3에 나타낸 방법의 구체적 작용 및 변형실시예는 앞에서 설명한 도2의 장치의 작용과 같은 맥락이므로 별도의 구체적 설명은 생략한다.Specific operation and modification of the method shown in FIG. 3 are in the same context as the operation of the apparatus of FIG.
본 발명에 따르면, 지문취득시에 지문취득부 주위의 환경량에 상응하여 지문영상에서 취득하는 지문영상의 화질을 자동으로 보상할 수 있기 때문에 지문영상으로부터 항상 일정한 수준의 특징데이터를 생성할 수 있기 때문에 지문인증에 있어서의 오인식률을 줄일 수 있다. 참고로, 본 발명이 적용된 지문취득 장치를 이용하 여 화질이 보상된 상태로 취득된 지문영상의 예를 도4에 나타내었다. 도4의 (a)는 저온건조한 상태의 도1 (a)의 지문이 본 발명에 따라 보상된 후의 영상이고, 도4의 (b)는 고온다습한 상태의 도1 (b)의 지문이 본 발명에 따라 보상된 후의 영상이다. According to the present invention, since the image quality of the fingerprint image acquired from the fingerprint image can be automatically compensated according to the amount of environment around the fingerprint acquisition unit at the time of fingerprint acquisition, it is possible to always generate a certain level of characteristic data from the fingerprint image. Therefore, the false recognition rate in fingerprint authentication can be reduced. For reference, FIG. 4 shows an example of a fingerprint image acquired with the image quality compensated using the fingerprint acquisition device to which the present invention is applied. Figure 4 (a) is an image after the fingerprint of Figure 1 (a) in a low temperature dry state is compensated according to the present invention, Figure 4 (b) is a fingerprint of Figure 1 (b) seen in a high temperature and humid state The image after it is compensated according to the invention.
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