KR100716743B1 - 등록된 지문 수에 따라 비교 인증 기준값을 자동으로조정하는 지문 인증 시스템 및 그 운용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 지문 인증 시스템은 사용자의 지문을 입력하여 인식하는 지문 인식 센서와, 지문 인식 센서로 입력된 지문의 등록 및 인증을 수행하며, 등록 지문 수에 따라 자동으로 개별 지문에 대한 인증 통과 기준인 비교 인증 기준 값을 산출하여 재설정하는 지문 인증 제어부와, 등록된 지문 정보와 비교 인증 기준값 중 하나 이상을 저장하는 메모리부와, 상기 지문 인증 제어부의 인증 결과를 수신하여 출입 또는 접근 제어 동작을 수행하는 출입 제한 장치를 포함하여 구성된다.

이와 같이, 사용자가 지문을 새로이 등록할 때마다 자동으로 비교 인증 기준 값을 재조정해서, 등록된 지문의 수에 관계없이 전체 시스템이 항상 일정한 수준의 오인식율(FAR)이 유지되도록 할 수 있다. 따라서, 등록된 지문의 수를 고려하여 오인식율을 필요 이상으로 높게 설정하지 않아도 되기 때문에, 오거부율(FRR) 상승에 따르는 잦은 인증 실패로 지문 재입력을 시도하여야 하는 등의 불편을 겪지 않아도 되는 효과가 있다.

지문 인식, 생체 인식, 오인식율, 오거부율

Description

등록된 지문 수에 따라 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템 및 그 운용 방법{Fingerprint Authentication System And Method Capable of Adjusting Authentication Reference Level Based on The Number Of Enrolled Fingerprint}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등록된 지문 수에 따라 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템의 구성을 도시한 블록도,

도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등록된 지문 수에 따라 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템의 지문 인증 제어부의 블록도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등록된 지문 수에 따라 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템의 사용자의 지문을 등록하는 과정을 도시한 흐름도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등록된 지문 수에 따라 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 출입 시스템의 오인식율 및 오거부율과 인증 기준과의 관계를 보여주는 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

110 : 표시부 120 : 지문 인식 센서

130 : 출입 제한 장치 제어부 140 : 지문 인증 제어부

150 : 메모리부 160 : 전원부

170 : 출입 제한 장치 210 : 지문 처리 제어부

220 : 지문 센서 제어부 230 : 지문 대조부

240 : 화상 재구성부

본 발명은 등록된 지문 수에 따라 허용 가능한 오인식율값(FAR) 또는 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 출입 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 사용자가 지문을 새로이 등록할 때마다 자동으로 비교 인증 기준값을 재조정해서, 등록된 지문의 수에 관계없이 전체 시스템은 항상 일정한 수준의 오인식율(FAR)이 유지되도록 할 수 있는, 등록된 지문 수에 따라 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.

정보화 시대에 있어서 개인의 인증 기술에 대한 요구가 날로 증가되고 있으며, 자신이 갖고 있는 정보나 기타 시설물 등에 대한 보안의 중요성이 높이 부각되고 있는 상황이다. 이를 위한 개인 인증 방식으로 열쇠나 비밀번호, 카드와 같은 것이 실제로 사용되고 있으나, 사람의 망각 또는 분실 등으로 인한 신뢰도와 안전 도 그리고 사용 편리도면에서 문제점이 존재하고 있다. 따라서 이와 같은 위험성과 불편함을 해소하고자 사용하게 된 인증 방식이, 복제가 불가능하고 각 개인별로 그 정보가 상이한 인간의 신체 특징을 이용하여 개체 식별을 하는 생체 측정(Biometrics) 시스템이다.

생체 측정(Biometrics) 시스템은 본질적으로 사용자가 가지고 있는 특정 생리학적 또는 행동상 특징의 확실성을 결정함으로써 개인을 인식하는 패턴 인식(Pattern Recognition) 시스템이다. 생체 측정 시스템에서 이용하는 생체 정보로는 지문(Fingerprint), 홍채(Iris), 망막(Retina), DNA 패턴 등의 생리학적 특징과 음성(Voice), 서명(Signature), 타이핑(Typing) 등의 행동상 특징이 있다. 생리학적 특징은 상대적으로 안정적이고, 개인 내 변화가 작으나, 여러 사람이 연속적으로 접촉한 곳에 자신의 눈이나 손가락 등을 접촉하는 것으로 인해 사용자에게 거부감을 줄 수 있다. 그리고 행동상 특징은 신체적 특징의 영향이 없고, 장치가 단순하며 저렴하고, 사용자에게 거부감을 주지 않으나, 심리 상태에 따라 변화할 수 있고, 개인 내 변화가 크다.

이러한 생체 정보 중에서도 지문 인식 기술은 정확도, 수행 속도, 구현 비용 등 모든 평가 항목에서 가장 현실성 있는 수단으로 주목을 받고 있다. 현재 시스템의 접근 제어, 자동화된 금융 기기의 응용(Automated Teller Machine, ATM), 범죄 수사, 자동차의 열쇠를 대체하거나 타인에 의한 이동 전화 사용 방지, 전자상거래(e-Business)에 이르기까지 다양한 응용 분야로 확산되고 있는 실정이다.

지문 인식 시스템은, 사용자의 지문 영상을 획득한 후 이를 템플릿(Templet) 으로 변환하여 하나 이상의 참조 템플릿을 저장하는 등록 절차와, 메모리에 등록되어 있는 템플릿과 신원 식별 및 인증 시 생성된 템플릿을 비교하고 일치 여부를 결정하는 식별 및 인증 절차로 구성된 자동화된 시스템을 말한다.

지문 인식 시스템의 경우, 지문은 땀샘이 융기되어 일정한 흐름을 형성한 것으로 그 형태가 개개인마다 서로 다르고 태어날 때의 모습 그대로 평생동안 변하지 않는 고유한 특성 때문에 식별 성능에 대한 높은 신뢰도와 안정도로 효율적인 개인 인증 방법으로 이용되고 있다.

지문의 장점은 수용성, 편의성 및 신뢰성에 있는 것으로, 개인 인증 수단으로서의 지문은 모든 생체 인식 기술 중에서 침입 문제가 가장 적게 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한, 인증 수단으로서의 지문은, 사용자들이 지문 인식 기술을 사용할 때 다른 다양한 생체 인식 수단과 비교하여 많은 문제점을 나타내지 않으며, 사용자의 거부감이 적고, 매우 적은 공간과 저가의 지문 인식 장비를 요구한다는 장점이 있다. 따라서 지문 인식 기술이란 개인마다 각기 다른 지문 패턴을 분석하고, 그 정보를 바탕으로 개인의 신원을 인식하는 기술이라 할 수 있다.

지문에는 정확한 방향성을 띤 지문 융선으로 이루어진 정상영역 이외에 다수의 특징영역이 존재한다. 이러한 특징부분에 있어서 융선이 진행하다가 끊어지는 점을 단점, 융선이 갈라지는 점을 분기점이라고 지칭하며, 이들을 통칭하여 지문의 특징점이라고 한다.

일반적으로 한 손가락에는 100-150개 정도의 특징점이 분포하며, 사람마다 그 종류와 위치 및 방향이 다르다. 따라서 이러한 특징점의 위치와 방향은 각 지문 의 판별수단으로 사용될 수 있고, 일반적으로 50-60% 이상 특징점이 일치하면 동일한 지문으로 판단하나, 실제에 있어서는 이보다 낮은 경우에도 중요한 특징점이 일치하면 동일한 지문으로 처리하는 것도 가능하다.

특징점을 이용한 지문 인식 알고리즘은 지문 인식 센서로 획득한 지문 이미지에서 특징점을 추출하여 특징량을 정의하는 추출 과정(Feature Extraction)과 정의된 특징량으로 두 지문 이미지를 비교하여 유사도를 판정하는 정합 과정(Minutiae Matching)으로 이루어진다.

특징량은 지문 화상에 존재하는 특징점의 정보들로 이루어지는데 대부분의 경우 사용되는 특징점의 정보는 분기점과 단점 중 어떤 것인지를 나타내는 특징점의 종류, 지문 이미지 내에서의 위치, 특징점이 위치한 융선의 방향에 대한 정보가 있다.

일반적인 특징점 추출 과정(Feature Extraction)은 지문 이미지를 세선화(細線化)하는 전처리 과정, 세선화된 이미지에서 후보 특징점을 추출하는 과정, 추출한 특징점에서 가짜 특징점을 제거하는 후처리 과정으로 이루어진다.

전처리 과정에서 지문 이미지는 블록 방향성 이미지, 이진화 이미지, 세선화 이미지로의 변환과정을 거치게 된다. 지문 이미지를 일정 크기의 블록으로 나누고 각 블록별로 융선의 흐름을 나타내는 방향을 결정하여 블록별 방향 이미지로 변환한다. 이렇게 구해진 블록별 융선 방향 정보는 이진화, 평활화 과정에 사용된다. 이진화 과정에서 이미지는 검은색과 흰색으로만 표현되는 이진 이미지로 바뀌고, 다시 이진 이미지는 잡음을 제거하고 융선을 강조하는 평활화 처리를 거침으로써 융선의 연결성을 향상시키고 융선을 일 화소 굵기의 선으로 표현하여 세선화 이미지로 변환된다.

후보 특징점 추출과정에서는 세선화 이미지로부터 융선의 흐름에 변화가 발생하는 단점과 분기점 정보를 저장한다. 후보 특징점 추출과정에서는 세선화 이미지의 융선 정보로부터 의사 특징점을 포함한 후보 특징점을 추출한다. 의사 특징점이란 지문 획득시의 잡음으로 인해 세선화 과정 중 발생하는 가짜 특징점을 말한다. 의사 특징점은 무의미한 계산량을 증가시키고 에러를 증가시켜 시스템의 성능을 저하시키는 요인이 된다.

후처리 과정에서는 의사 특징점의 발생원인이 되는 융선 부분을 수정하여 의사 특징점을 제거하고 누락된 특징점을 추가하여 최종적인 특징점을 추출한다.

특징점을 이용한 지문 인식 방법의 정합(Minutiae Matching) 알고리즘에서는 추출 알고리즘에 의해 추출된 특징점 정보로부터 정의된 특징량을 사용하여 두 지문 이미지간의 유사도를 결정한다. 정합 알고리즘은 정렬, 정합, 스코어링(Scoring)의 세 단계로 구분된다.

정렬과정에서는 두 지문 이미지의 특징점이 가장 많이 겹쳐지는 회전 천이량을 산출하여 이미지의 정렬 기준점을 선정한다. 이어서 정렬 기준점에 맞추어지도록 특징점의 좌표를 변환한 후 대응되는 특징점 쌍을 결정한다. 이 때 이상적인 회전 천이량을 찾기 위해서는 가능한 많은 후보 정렬을 수행해야 한다. 이는 많은 시간과 메모리 공간을 필요로 하며 주어진 두 이미지가 다를 경우에는 소모적이고 무의미한 작업이 된다. 따라서 특징점 기반의 정합 알고리즘에서는 이상적인 회전 천 이량을 찾기 위한 후보 정렬시도 수를 줄여나가는 것이 알고리즘 개발의 주안점이라고 할 수 있겠다.

정합과정에서는 정렬과정에서 결정된 대응 특징점 쌍의 좌표, 종류, 각도 정보를 이용하여 유사도를 계산한다. 대응 특징점 쌍의 유사도를 사실적으로 반영하기 위해서는 유사도 결정방법에 있어 다양한 통계적 기법으로 여러 각도에서 고려되어야 한다.

스코어링(Scoring)과정에서는 대응 특징점 쌍의 유사도로부터 두 지문 이미지의 일치하는 정도를 점수로 표현하게 된다. 정합과정과 마찬가지로 이미지의 일치하는 정도를 정확히 반영하기 위해서는 스코어(Score)계산 규칙의 선정에 통계적인 근거와 수학적인 모델링을 필요로 한다.

상술한 바와 같은 지문 인식 알고리즘을 이용한 생체 측정 시스템의 성능은 일반적으로 오인식률(FAR : False Acceptance Rate)과 오거부율(FRR : False Rejection Rate)이라는 두 가지 요소로 평가된다.

오인식률(FAR)은 등록되지 않은 불법 사용자들을 등록된 정당한 사용자로 잘못 인식해 인증할 수 있는 경우의 확률이며, 오거부율(FRR)은 등록된 정당한 사용자를 등록되지 않은 불법 사용자로 인식해 접근을 거부할 수 있는 경우의 확률이다.

따라서, 오인식율 및 오거부율이 낮을수록 우수한 지문 인증 장치라 할 수 있으며, 이러한 오인식율 및 오거부율이 소정치 이상 되는 경우에는 잘못된 인증(즉, 정당한 사용자임에도 인증 안되는 비율과, 부당한 사용자가 인증되는 비율)이 많아지게 되어 신뢰성이 감소한다.

그러나, 오인식율과 오거부율 사이에는 서로 반비례하는 관계가 형성되어 있는 바, 인증 통과 기준인 비교 인증 기준값을 높게 설정(즉, 인증에 필요한 두 지문 사이의 매칭 정도인 스코어링값, 유사도 등의 정도를 높게 설정)하면 오인식율은 감소하게 되지만, 정당한 사용자의 지문임에도 거부하는 오거부율은 증가하게 된다. 오거부율이 증가하면, 정당한 사용자도 여러 번 지문 인증을 시도하여야 하므로 불편하게 된다.

반대로, 인증통과 기준인 비교 인증 기준값을 낮게 설정하면(즉, 두 지문 사이의 매칭 정도를 나타내는 스코어링값, 유사도 등이 낮아도 인증된 것으로 간주함), 정당한 사용자의 인증을 거부하는 오거부율이 감소하므로 사용에는 편리하지만, 부당한 지문을 인증된 것으로 간주하는 오인식율이 증가하므로 보안성에 문제가 발생한다.

이와 같이, 생체 측정 시스템에서 불법 사용자를 허용하는 오인식율(FAR)과 등록된 정당한 사용자를 거절하는 오거부율(FRR) 사이에는, 서로 양자의 균형을 맞추어야 하는 보상관계(트레이드 오프; Trade-Off)가 있게 되는 것이다.

그러므로, 불법 사용자들을 허락하지 않는 것이 더욱 중요한지 혹은 등록된 정당한 사용자를 거절하지 않는 것이 더 중요한지에 따라 생체 측정 기술의 형태가 결정되게 되며, 불법 사용자들을 허락하지 않는 것이 더 중요한 시스템에서는 오인식률(FAR)을 줄이도록 필요한 비교 인증 기준값(인증된 것으로 간주되는 두 지문의 매칭 비율 또는 스코어링값)을 높게 설정하고, 등록된 정당한 사용자를 거절하지 않음으로써 사용의 편리성을 추구하는 것이 더 중요한 시스템에서는 오거부률(FRR)을 줄이도록 비교 인증 기준값을 낮게 설정하여야 한다.

한편, 통상적으로 하나의 지문 인증 시스템에는 여러 사람의 지문 정보가 등록되어 사용되는데, 개별 등록 지문에 대하여 오인식이 발생하는 이벤트는 각각 독립적이며, 따라서 여러 개의 개별 등록 지문이 등록되어 있는 시스템 전체의 실제 오인식율은 등록된 개별 등록 지문에 대한 오인식율의 단순합으로 계산된다.

복수 개의 등록지문이 사용되는 시스템의 경우에는 개별 지문에 대한 오인식율보다는 시스템 전체의 오인식율을 제어하는 것이 필요하다. 즉, 전체 시스템의 허용 오인식율이 정해져 있는 경우에는, 등록 지문의 수가 많아지면 개별 등록 지문에 대한 오인식율 허용값을 더 낮게 조정해야 한다. 즉, 개별 등록 지문에 대한 비교인증 기준값을 더 높게(엄격하게) 설정해야 한다.

그러나, 종래의 지문 인증 시스템에서는 각 개별 지문에 대한 허용 오인식율을 기초로 비교 인증 기준값을 정하게 되어 있을 뿐이었다. 따라서, 등록 지문수가 변화함에 따라 전체 시스템의 오인식율(보안성)이 변화하는 문제점이 발생하였으며, 이를 해결하기 위해서는 여러 지문이 등록/사용되는 시스템 전체의 오인식율을 제어하기 위해서는 별도로 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값을 일일이 계산하여 재설정해 주어야 한다는 문제점이 있었다.

이해가 용이하도록, 이하에서는 개별 지문에 대하여 인증된 것으로 간주하는 두 지문의 매칭 정도, 즉 인증된 것으로 간주하는 두 지문 사이의 정합 정도, 유사도 또는 스코어링값을 비교 인증 기준값으로 정의하고, 그 비교 인증 기준값에 대 응되는 오인식율을 허용가능한 오인식율값으로 정의한다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 등록 지문 개수의 변화에 따라 자동으로 개별 지문에 대한 허용가능한 오인식율값 또는 비교 인증 기준값을 재조정해서, 등록된 지문의 수에 관계없이 전체 지문 인증 시스템이 항상 일정한 수준의 오인식율(FAR)이 유지되도록 할 수 있는 지문 인증 시스템 및 그 운용방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 지문 인증 시스템은 사용자의 지문을 입력하여 인식하는 지문 인식 센서와, 지문 인식 센서로 입력된 지문의 등록 및 인증을 수행하며, 등록 지문 수에 따라 자동으로 개별 지문에 대한 인증 통과 기준인 비교 인증 기준 값을 산출하여 재설정하는 지문 인증 제어부와, 등록된 지문 정보와 비교 인증 기준값 중 하나 이상을 저장하는 메모리부와, 상기 지문 인증 제어부의 인증 결과를 수신하여 출입 또는 접근 제어 동작을 수행하는 출입 제한 장치를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 의한 지문 인증 시스템 운용방법은 복수개의 지문을 등록하고, 인증시 입력된 지문과 등록된 지문 사이의 매칭 정도가 정해진 비교 기준값을 초과하는 경우 인증된 것으로 판정하여 출입 또는 접근을 허용하는 지문 인증 시스템의 운용방법으로서, 상기 지문 인증 시스템의 제어부는, 새로운 등록을 위한 지문 정보가 입력되는 경우 등록 지문 개수를 하나 증가시키는 제1단계와, 상기 등록 지문 개수에 따라 상기 비교 인증 기준값을 새로이 산출하여 재설정하는 제2단계와, 등록 지문 중 인증을 위하여 입력된 지문과의 매칭 정도가 상기 제2단계에서 재설정된 비교 인증 기준값을 초과하는 경우에 한하여 인증된 것으로 판정하는 제3단계와, 제3단계에서 인증된 것으로 판정된 경우에 한하여 출입 또는 접근 제어 신호를 생성하여 작동시키는 제4단계를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 비교 인증 기준값 재설정은 등록된 지문 수에 관계없이 지문 인증 시스템 전체의 허용가능 오인식율을 유지할 수 있도록, 오인식율과 비교 인증 기준값과의 관계를 기초로 시스템 전체의 허용가능 오인식율을 등록 지문 수로 나눈 오인식율에 대응되는 비교 인증 기준값을 최종 비교 인증 기준값으로 설정하도록 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등록된 지문 수에 따라 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값 또는 허용 가능한 오인식율값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템은, 사용자가 지문을 새로이 등록할 때마다 자동으로 개별 지문에 대한 비교 인증 기준 값을 재조정해서, 등록된 지문의 수에 관계없이 지문 인증 시스템 전체 가 항상 일정한 수준의 오인식율(FAR)이 유지되도록 할 수 있다. 또한, 이러한 지문 등록에 따른 오인식율 자동 조정 기능으로 인해, 향후 등록될 총 지문의 수를 고려하여 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값을 필요 이상으로 높게 설정하지 않아도 되기 때문에, 오거부율(FRR) 상승에 따르는 잦은 인증 실패로 지문 재입력을 시도하여야 하는 등의 불편을 겪지 않아도 되는 장점이 있다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등록된 지문 수에 따라 FAR 설정값이 자동으로 조정되는 지문 인증 시스템의 구성을 설명하면 다음과 같다.

지문 인식 기술은 인증 방식에 따라 일-대-일 인증 방식과 일-대-다수 인증 방식으로 나눌 수 있다.

일-대-일 인증 방식은, 사용자가 제공한 신원 주장 식별자(Identification, ID), 예를 들면 사원번호 등을 식별한 후, 이를 기반으로 사용자가 제공한 지문 정보와 해당 사용자의 등록된 지문 정보를 일-대-일 비교하여 정합(Matching) 여부를 결정함으로써, 사용자 신원을 인증하는 방식이다.

반면, 일-대-다수 인증 방식은, 편의성을 위해 신원 주장 식별자와 같은 별도의 보조 신원 확인 수단이 없이 오직 지문만으로 인증을 수행하는 방식으로, 사용자가 제공한 지문 정보와 지문 인증 시스템에 등록된 모든 사용자의 지문 정보를 일-대-일 비교하여 정합(Matching) 여부를 결정함으로써, 사용자 신원을 인증하는 방식이다.

일-대-일 인증 방식의 경우에는, 인증을 위하여 항상 개별 지문이 이용되기 때문에 등록 지문의 수에 따라 오인식율(FAR) 또는 비교 인증 기준값을 변동시킬 필요성이 없으므로, 본 발명이 적용될 여지가 없다. 따라서, 본 발명에 의한 지문 인증 시스템은, 상기의 지문 인증 방식 중 일-대-다수 인증 방식을 채택하고 있는 경우로 한정한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지문 인증 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지문 인증 시스템은, 지문 인식 센서(120), 지문 인증 제어부(140), 메모리부(150), 출입 제한 장치 제어부(130), 출입 제한 장치(170) 및 전원부(160)를 포함하며, 필요에 따라 각종 정보를 출력하기 위한 표시부(110)를 추가로 포함할 수 있다.

지문 인식 센서(120)는, 외부에서 사용자가 출입 제한 시스템을 사용하기 위해 지문을 입력하는 수단으로서, 광학식과 반도체 방식의 두 가지가 있다.

광학식 지문 센서는, 강한 빛을 플래튼(Platen)에 쏘아 플래튼에 얹혀진 손가락의 지문을 반사하면, 반사된 지문의 이미지가 고굴절 렌즈를 통과해 CCD(Charge Coupled Device) 카메라에 입력되는 방식이다.

반도체 방식의 지문 센서는, 피부의 전기 전도 특성을 이용해 실리콘 칩 표면에 직접 손가락을 접촉시키면 칩 표면에 접촉된 지문의 특수한 모양을 전기 신호로 읽어 들이는 방식이다. 또한 반도체 방식의 지문 센서 중에는, 슬라이드 방향의 센서의 길이를 짧게하고, 스위핑(Sweeping) 기술을 이용하는 방식의 스윕식 지문 센서가 있으며, 이는 개인 정보 단말기 등과 같은 다양한 소형 기기에 적용되고 있다.

표시부(110)에는, 각 실행 모드에서의 명령 및 에러 메시지(Error Message)와 사용자의 등록 및 인증 여부 등을 사용자가 식별할 수 있도록, 음성이나 음향 또는 문자로 지문 인증 시스템의 상태가 출력될 수 있다.

지문 인증 제어부(140)는 등록된 지문을 메모리부(130)에 저장/등록하는 기능과, 인증시 정해진 비교 인증 기준값을 적용하여 입력 지문의 인증 여부를 판단하고 인증된 경우에 한하여 출입 제한 장치 제어부(130)를 제어하여 출입 제한 장치(170)를 개방 또는 해제하는 기능 등 전체적인 제어 기능을 수행하는 모듈이다.

또한, 지문 인증 제어부는 등록된 지문 개수에 따라 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값을 산출/재설정하는 가장 중요한 기능도 수행하는 바, 이에 대해서는 도 2 및 도 4를 참고로 더 상세하게 설명한다.

출입 제한 장치(170)는 지문 인증을 이용하여 출입 또는 접근 제한을 할 수 있는 한 그 어떠한 것이라도 가능하다. 예를 들면, 지문 인증 도어락 등과 같은 출입 제한 시스템이나, 지문 인증 방식이 적용되는 전자적 소스에 대한 접근 제한 장치 등이 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 본 발명은 지문 인증이 적용되는 모든 형태의 장치에 동일하게 적용될 수 있다.

출입 제한 장치 제어부(130)는 지문 인증 제어부(140)의 제어에 따라 출입 제한 장치(130)의 동작, 즉 도어를 개방하거나, 데이터로의 접근을 허용하는 등의 제어를 수행한다.

도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등록된 지문 수에 따라 FAR 설정 값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템의 지문 인증 제어부의 블록도이다.

지문 인증 제어부(140)는 지문 처리 제어부(210), 지문 센서 제어부(220) 및 지문 대조부(230)를 포함하여 이루어진다.

지문 인증 제어부(140)는, 인증 알고리즘(Algorithm)을 탑재하고 있는 마이크로 프로세서(Micro Processor Unit)로 구성되며, 지문 인식 센서(120)로부터 지문 인증 제어부(140)에 전송된 지문의 이미지 데이터를 이용하여, 지문 처리 제어부(210), 지문 센서 제어부(220), 지문 대조부(230)에 의해 사용자의 인증 여부를 결정하는 역할을 수행하다.

지문 처리 제어부(210)는 지문 센서 제어부(220), 지문 대조부(230) 및 메모리부(150)를 제어하여, 인증 처리를 실행시키도록 지시한다. 또한 출입 제한 장치 제어부(130)는, 지문 센서 제어부(220), 지문 대조부(230) 및 메모리부(150)에 의해 실행된 인증 처리의 결과를 이용하여, 출입 제한 장치를 작동시키는 과정 등의 일련의 처리 과정을 실행한다.

또한, 지문 인증 제어부(140)는 시스템 전체의 허용 오인식율과 등록 지문 수에 따라 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값을 산출하여 재설정하는 기능을 수행한다. 이와 같이, 등록 지문 수에 따라 재설정된 비교 인증 기준값을 적용하여 입력 지문에 대한 인증을 수행한다. 등록 지문 수에 따른 비교 인증 기준값의 산출/재설정 과정은 도 3 및 도 4를 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.

지문 센서 제어부(220)는 지문 처리 제어부(210)로부터의 지시에 응답하여, 지문 인식 센서(120)의 동작 설정을 행하며, 지문 인식 센서(120)를 제어하고, 지 문 이미지 데이터를 판독하여 메모리부(150)에 저장한다.

지문 대조부(230)는 지문 이미지 데이터로부터 특징 정보를 추출하여, 사전에 메모리부(150)에 등록된 사용자의 지문의 특징 정보와 일치하는가를 비교 판별하여 사용자의 인증 여부를 결정한다. 이 때, 기설정되어 있는 비교 인증 기준값이 사용되는바, 입력된 지문과 기등록된 지문 사이의 매칭 정도(또는 매칭 점수)가 비교 인증 기준값을 초과하는 경우에 한하여 인증된 것으로 판정한다.

그리고, 지문 인식 센서(120)로 스윕식 지문 센서를 사용하는 경우에는, 지문 인증 제어부(140)에 화상 재구성부(240)가 추가로 포함되며, 화상 재구성부(240)는 스윕식 지문 센서로부터 순차적으로 수신되는 장방형의 스트립을 갖는 슬라이스 화상의 중첩되는 부분을 없애고, 복수의 슬라이스 화상을 결합함으로써 지문을 재구성 처리하는 역할을 수행한다.

메모리부(150)는, 지문 인증 제어부(140)에서 사용자의 인증 여부를 판단하기 위해서 검출 인증 정보와 비교 판단되는 저장 인증 정보 등을 저장한다.

출입 제한 장치 제어부(130)는, 지문 인증 제어부로(140)부터 인증 성공 신호를 전달받으면, 구동 성공 신호를 생성하여 표시부(110) 및 출입 제한 장치(170)로 전달하며, 지문 인증 제어부(140)로부터 인증 실패 신호를 전달받으면 구동 실패 신호를 생성하여 표시부(110)로 전달한다.

전원부(160)는 배터리를 사용하는 내부 전원 또는 상용(常用) 전원을 이용하는 외부 전원으로 구성된다. 전원부(160)는 전원을 출입 제한 장치 제어부(130)를 통해서 표시부(110), 지문 인증 제어부(140), 출입 제한 장치(170)로 공급하는 역 할을 수행한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등록된 지문 수에 따라 허용가능한 오인식율(FAR)값 또는 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템을 사용하기 위해서는 사용자의 지문을 등록해야 하는데, 이하에서는 사용자의 지문 등록 과정을 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 등록된 지문 수에 따라 허용가능한 오인식율(FAR)값 또는 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템의 사용자의 지문을 등록하는 과정을 도시한 흐름도이다.

사용자를 등록하기 위해서는, 지문 인증 제어부(140)는 지문 인식 센서(120)를 초기화하고, 출입 제한 장치 제어부(130)는 표시부(110)를 통해 음성이나 음향 또는 문자로 사용자 지문 등록 명령을 출력함으로써, 사용자는 자신의 지문을 지문 인식 센서(120)를 통해 입력할 수 있도록 한다. 물론, 사용자가 키패드와 같은 입력부(미도시)를 이용하여 지문 등록 명령을 입력한 후 자신의 지문을 입력할 수도 있다.

지문 인증 제어부(140)는, 본 발명에 따른 지문 인증 시스템의 최대 허용 사용자 수(N)와 등록되어 있는 사용자의 수(n)를 비교하여, 등록되어 있는 사용자의 수(n)가 최대 허용 사용자 수(N)와 동일하면 표시부(110)를 통해 에러 메시지를 출력하고, 등록되어 있는 사용자의 수가 최대 허용 사용자 수의 범위 내이면 사용자의 지문 입력을 위해 대기 상태에 있게 된다.

지문 입력 대기 상태에서, 사용자는 지문 인식 센서(120)의 지문 접촉 창에 자신의 입력할 손가락의 지문을 접촉한다. 지문 접촉 창에 지문이 접촉되면, CCD(Charge Coupled Device)와 같은 이미지 센서에서 지문을 스캔하고, 지문 인증 제어부(140)에서 인식할 수 있는 형태인 디지털 지문 이미지로 변환해서 지문 인증 제어부(140)로 전송한다. 상기 지문 입력 과정은 정확성을 기하기 위해 두 번 정도의 반복 과정을 거치도록 하는 것이 바람직하다.

지문 인증 제어부(140)는, 등록할 지문이 입력되지 않았을 경우에는, 지문 입력 대기 시간의 경과 여부에 따라, 지문 입력 대기 상태로 머물러 있든지, 아니면 표시부(110)를 통해 지문 입력 대기 시간이 경과했다는 에러 메시지를 출력한다. 그리고 상기와 같은 지문 입력 과정을 거쳐 지문 입력이 완료되면 입력된 지문정보를 메모리에 저장한 후 등록 지문의 수를 하나 증가시킨다.

지문 인증 제어부(140)는, 지문 등록을 위한 지문 입력 과정이 완료되면, 등록된 지문의 수를 기초로 전체 시스템이 항상 일정한 오인식율(FAR)을 유지할 수 있도록 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값(또는 허용가능한 오인식율값)을 재조정하게 된다.

일반적으로 한 손가락에는 100-150개 정도의 특징점이 분포하며, 대응되는 특징점 상의 유사도로부터 두 지문 이미지의 일치하는 정도가 매칭 점수로 산출된다. 그리고, 산출된 매칭 점수가 적정 인증 기준을 초과할 경우 이를 동일인으로 인식하게 되며, 본 발명에 따른 지문 인증 시스템은 이 매칭 점수의 수준 조절로 그 인증 기준을 결정하게 된다. 즉, 전술한 바와 같이, 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값이란 인증되는 것으로 처리되는 두 지문 사이의 매칭 점수의 기준값(또는 유사도, 스코어링값 등)을 의미한다.

도 4는 통상적인 오인식율(오거부율)과 비교 인증 기준값과의 관계 및 본 발명에 의한 비교 인증 기준값의 재설정 과정을 보여주는 그래프이다.

그래프에서 가로축은 허용가능 오인식율값 또는 비교 인증 기준값을 나타내는 것으로 오른쪽으로 갈수록 인증이 더 까다로와 지는 것, 즉 인증되는 것으로 간주되는 비교 인증 기준값(매칭 점수)이 높음을 의미한다. 또한, 세로축은 0에서 1 또는 0%에서 100% 까지의 확률을 나타내며, FAR은 오인식율, FRR을 오거부율을 의미한다.

그래프에서 알 수 있듯이, 인증 기준이 엄격해질수록, 즉 오른쪽으로 갈수록 오인식율은 감소하고 오거부율은 증가한다. 다시 말해, 부당한 사용자를 잘못 인증할 확률은 감소하는 반면, 정당한 사용자임에도 인증되지 않을 확률은 증가하는 것이다.

이러한 그래프는 개별 지문에 대한 것으로서, 전술한 바와 같이, 등록 지문수가 많아지면 시스템 전체의 오인식율 및 오거부율은 증가하게 된다. 시스템 전체의 오인식율이 낮아지면 보안에 문제가 있으므로 시스템 전체의 허용가능한 오인식율을 정해두는 것이 바람직하다. (예를 들면, 개별 지문에 대한 오인식율은 1/1000으로서 비교적 우수하더라도, 등록 지문 수가 100개가 되면 시스템 전체의 오인식율은 10%로 증가하여 문제가 된다.)

이를 위하여, 종래에는 등록 가능한 최대 허용 사용자 수를 기준으로 개별 지문에 대한 허용 오인식율값 또는 비교 인증 기준값을 정해두었다. 예를 들면, 시 스템의 전체 허용 오인식율이 1/1000이고, 최대 허용 사용자 수가 100명인 경우 개별 지문에 대한 오인식율 통과 기준값(개별 지문에 대한 허용가능 오인식율)을 1/(100000)으로 고정적으로 설정해 두는 것이다.

그러나, 이렇게 고정적으로 설정해 두는 경우에는 등록 지문이 1개뿐일 때에도 개별 지문에 대하여 너무 엄격한 비교 인증 기준값이 적용되어 오거부율이 증가하며, 따라서 정당한 사용자가 인증을 위하여 여러 번 인증을 시도하여야 하는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 이러한 경우 등록되는 지문 수에 따라 연동하여 개별 지문의 비교 인증 기준값 또는 허용 가능한 오인식율값을 산출하여 재설정함으로써, 전체 시스템의 허용 오인식율을 항상 같은 수준으로 유지시키면서도 사용의 편의성을 최대한 유지시키고자 하는 것이다.

본 발명에 의한 비교 인증 기준값 산출은, 개별 지문에 대한 오인식율과 비교 인증 기준값과의 관계를 기초로, 시스템 전체의 정해진 허용가능 오인식율을 현재 등록 지문 수로 나눈 오인식율에 대응되는 비교 인증 기준값을 최종 비교 인증 기준값으로 설정하도록 한다.

아래에서는, 도 4를 참고로 본 발명에 적용되는 등록 지문수에 따른 비교 인증 기준값의 재설정 원리를 예시하되, 전체 시스템의 허용 오인식율(FAR) 설정값이 1/1000, 시스템의 최대 허용 사용자 수가 N, 현재 등록된 사용자의 지문 수가 1개에서 2개로 증가하는 경우로 가정한다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 현재 등록된 사용자의 지문 수가 1개일 때 에는, 그 등록 지문에 대한 오인식율이 곧 전체 시스템의 오인식율이 되기 때문에, 개별 지문에 대한 허용가능한 최대 오인식율값 또한 1/1000이고, 따라서 개별 지문에 대한 비교 인증 기준값은 도 4와 같은 그래프에서 오인식율값 1/1000에 대응되는 비교 인증 기준값인 A로 설정된다.

이 상태에서, 등록 지문의 수가 하나 증가되어 등록 지문의 수가 2개가 되면, 시스템의 허용 오인식율(FAR)이 1/1000로 일정하게 유지되어야 하기 때문에, 각 등록된 사용자의 인증 여부 판단 시의 개별 등록 지문의 허용 가능 오인식율(FAR)은 1/(1000 X 2)가 되어야 하며, 이에 따라 개별 지문에 대한 비교 인증 기준 값은 오인식율 1/2000에 대응되는 B로 재설정되는 것이다. 이러한 과정은 등록 지문 개수가 변화할 때마다 이루어진다.

결과적으로, 지문이 한 개 등록되어 있을 때 개별 등록 지문의 오인식율(FAR)이 1/1000이 되는 비교 인증 기준 값 A를, 지문이 두 개 등록된 상황에서는, 개별 등록 지문의 오인식율(FAR)이 1/(1000 X 2)이 되는 비교 인증 기준 값인 B를 적용하여 사용자의 인증 여부를 판단하게 된다.

이러한 비교 인증 기준값의 산출 및 재설정은 전술한 지문 인증 제어부(140)가 담당하게 되며, 도 4와 같은 그래프를 직접 기준으로 하거나, 그 그래프로부터 도출되는 오인식율과 등록지문수 및 비교기준값 상호간의 비교 테이블 또는 수학식을 이용하여 수행될 수 있다.

개별 등록 지문의 허용가능 오인식율값(FAR) 또는 비교 인증 기준값의 자유로운 조정이 불가능한 종래의 지문 인증 시스템과 본 발명에 의한 지문 인증 시스 템을 비교하면, 종래 방식에서는 개별 지문에 대한 비교인증 기준값이 오인식율 1/(1000 X N)에 해당되는 엄격한 값으로 정해지므로 오거부율이 증가되고 따라서 여러 번 인증하여야 하는 불편함이 있는 반면, 본 발명의 경우에는 등록된 지문의 수에 따라 비교 인증 기준값이 실시간으로 재설정되기 때문에 보안성과 편리성을 모두 고려한 최적의 상태에서 동작하게 되는 것이다.

전술한 바와 같이, 전체 시스템의 허용 오인식율의 목표 값이 유지되도록 등록된 지문의 수에 따라 비교 인증 기준 값이 재설정된 상태에서, 지문 인증 제어부(140)는 특징점 추출 알고리즘을 이용해 사용자의 지문 이미지에서 단점 및 분기점 등과 같은 고유한 지문 특징점을 추출한 후, 지문 특징점 데이터를 바이너리화된 연산 함수값으로 변화하고, 메모리부(150)에 사용자로 등록을 한다.

그리고, 인증을 필요로 하는 사용자가 지문을 입력하는 경우 재설정된 비교인증 기준값을 적용하여, 등록된 지문 중 입력 지문과의 매칭 정도가 비교 인증 기준값보다 높은 대상이 있는 경우에 한하여 인증된 것으로 간주하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 사용자가 지문을 새로이 등록할 때마다 자동으로 비교 인증 기준 값을 재조정해서, 등록된 지문의 수에 관계없이 전체 시스템이 항상 일정한 수준의 오인식율(FAR)이 유지되도록 할 수 있으며, 이러한 지문 등록에 따른 오인식율 자동 조정 기능으로 인해, 등록된 지문의 수를 고려하여 오인식율을 필요 이상으로 높게 설정하지 않아도 되기 때문에, 오거부율(FRR) 상승에 따르는 잦은 인증 실패로 지문 재입력을 시도하여야 하는 등의 불편을 겪지 않아도 되는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 사용자의 지문을 입력하여 인식하는 지문 인식 센서(120);

   지문 인식 센서로 입력된 지문의 등록 및 인증을 수행하며, 등록 지문 수에 따라 자동으로 개별 지문에 대한 인증 통과 기준인 비교 인증 기준 값을 산출하여 재설정하는 지문 인증 제어부(140);

   등록된 지문 정보와 비교 인증 기준값 중 하나 이상을 저장하는 메모리부(150);

   상기 지문 인증 제어부의 인증 결과를 수신하여 출입 또는 접근 제어 동작을 수행하는 출입 제한 장치(170)를 포함하며,

   상기 지문 인증 제어부는 등록된 지문 수에 관계없이 지문 인증 시스템 전체의 허용가능 오인식율을 유지할 수 있도록, 오인식율과 비교 인증 기준값과의 관계를 기초로 시스템 전체의 허용가능 오인식율을 등록 지문 수로 나눈 오인식율에 대응되는 비교 인증 기준값을 최종 비교 인증 기준값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 등록된 지문 수에 따라 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 지문 인증 제어부는 등록 지문 수가 시스템의 최대 등록 가능 사용자 수를 비교하고, 등록 지문 수가 최대 등록 가능 사용자 수 이상이 되는 경우에는 지문 등록을 거부하는 것을 특징으로 하는 등록된 지문 수에 따라 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 출입 제한 장치는 디지털 도어락인 것을 특징으로 하는 등록된 지문 수에 따라 비교 인증 기준값을 자동으로 조정하는 지문 인증 시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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