KR100816553B1 - 지문의 주기성 및 방향성을 고려한 모조지문 판별방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지문인식에 있어서 생체지문과 모조지문을 판별하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 생체지문과 모조지문에 있어서의 광의 투과 및 감쇠 특성 차이를 이용하여 모조지문을 판별하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 모조지문이 지문입력창의 접촉한계선으로부터 떨어져 접촉된 경우에 발생하는 식별상의 오류를 해소하기 위하여, 모조지문의 그레이레벨 분포와 생체지문의 그레이레벨 분포를 비교하되, 일단 모조지문 위에 생체지문이 포개져 놓여서 접촉한계선으로부터 옵셋된 위치(즉, 옵셋영역)에서부터 지문이 존재하는 것처럼 하는 부정행위를 감지하는 경우를 고려한 모조지문 식별방법에 관한 것이다.

모조지문, 생체지문

Description

지문의 주기성 및 방향성을 고려한 모조지문 판별방법{Method and apparatus for distinguishing fingerprint replica using fingerprint periodicity and directiveness}

도 1은 본 출원인의 선등록 모조지문 판별장치의 구성도.

도 2, 도 3은 도 1의 장치의 작용을 설명하기 위한 것으로서, 도 2는 생체지문의 이미지 및 그레이레벨 분포도, 도 3은 모조지문의 이미지 및 그레이레벨 분포도.

도 4는 손가락 등의 접촉체가 지문입력창에서 d만큼 떨어져 접촉된 경우를 설명하기 위한 도면.

도 5는 도 4의 경우에 취득된 모조지문의 그레이레벨 분포.

도 6은 도 4의 경우에 취득된 생체지문의 그레이레벨 분포.

도 7a와 도 7b는 모조지문의 예상 사용방식을 나타내는 도면.

도 8a와 도 8b는 도 7a 및 도 7b의 경우의 지문영상의 융선의 모식도.

도 9는 본 발명에 따른 모조지문 판별방법의 프로세스 흐름도.

도 10은 본 발명의 모조지문 판별방법의 작용을 설명하기 위한 그레이레벨 분포도.

도 11은 본 발명에 포함되는 모조지문 여부 식별단계의 작용을 설명하기 위 한 흐름도.

본 발명은 지문인식에 있어서 생체지문과 모조지문을 판별하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 생체지문과 모조지문에 있어서의 광의 투과 및 감쇠 특성 차이를 이용하여 모조지문을 판별하는 방법에 관한 것이다.

지문인식장치가 접근인증, 결제 등의 개인인증 분야에 폭넓게 보급되면서 고도의 보안을 요구하는 분야에서 지문입력장치의 모조지문 판별기능이 요구되고 있다. 현재까지 다양한 모조지문 판별기술이 개발되어 있으나, 그에 따라 모조지문 기술도 갈수록 교묘해지고 있다.

한편, 본 출원인은 생체지문과 모조지문을 구별하는 장치와 방법에 대해서 특허등록을 받은 바 있다(특허제442583호, 2004. 7. 22. 등록). 도 1을 참조하면, 이 모조지문 판별장치는, 지문입력창(50)에 접촉되어 있는 손락락(51)의 생체지문 또는 모조지문(이하, "접촉체(52)")의 표면에 인접한 내부면을 따라서 광이 투과하도록 적외선을 조사하는 광원(54)을 온오프 제어하는 발광제어부(53); 상기 광원(54)로부터 입사된 광이 접촉체(52)의 내부를 투과한 후 접촉체(52) 외부로 출사되는 광을 영상센서(55)로 검출하여 접촉체(52)의 표면영상을 취득하는 접촉체 표면영상 취득부(56); 상기 접촉체 표면영상 취득부(56)에서 취득된 영상을 분석하는 영상분석부(57); 영상분석부의 영상분석 결과에 따라 접촉체(52)에서 취득된 지문 이 생체지문인지 모조지문인지 판별하는 모조지문 판별부(58)로 구성된다.

이 선행기술의 원리는, 생체지문의 경우에는 그 내부의 광감쇠 정도가 크기 때문에 내부에서 광이 진행하면서 급격히 감쇠하다가 소멸하지만, 모조지문에서는 광감쇠 정도가 적어 대부분의 광을 투과시키므로 입사광량과 투과광량간에 차이가 적은 현상을 이용한 것이다. 즉, 생체지문의 경우에는 접촉체 내부로 입사된 광이 급격하게 감쇠하여 투과되므로 외부에서 취득한 접촉체 표면영상의 그레이레벨이 광원으로부터 멀어질수록 점차 감소된다(도 2의 영상 및 그레이레벨 분포도 참조). 반면에, 접촉체가 모조지문인 경우에는 접촉체 내부로 입사된 광이 모조지문 내에서 일정한 광도로 투과될 수 있으므로 외부에서 취득한 접촉체 표면영상의 그레이레벨이 어느 곳에서도 거의 일정한 상태가 된다(도 3 참조). 이러한 접촉체 표면영상의 그레이레벨 분포의 차이를 분석하여 접촉체가 생체지문인지 모조지문인지 판별할 수 있는 것이다.

예를 들면, 도 2의 (나)에서와 같이, 광이 접촉체에 입사되는 지점에서 멀어질수록 각 구간마다의 그레이레벨의 최대값이 작아진다는 사실을 이용하여, 접촉체(52)에 광이 입사되는 점(O)으로부터 x축 방향으로 소정의 구간을 설정한다(여기서 x축은 광이 접촉체에 입사되는 방향으로 연장되는 축인 것으로 전제한다. 도 2의 (나) 참조). 그리고 각 구간에서의 그레이레벨의 최대값 P1, P2, P3, ..., Pn 을 산출하고, 산출된 그레이레벨의 최대값 간에 P1>P2>...>Pn의 관계가 성립하면 생체지문으로 판별하고 그렇지 않으면 모조지문으로 판별할 수 있다. 이와 같이, 취득된 접촉체의 영상의 그레이레벨을 분석하여 생체지문과 모조지문의 그레이레벨 차이를 가려내는 것은 당업자가 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

그런데 모조지문 중에는 전체적으로 광투과가 잘 되지 않는 재료가 있다. 이러한 재질의 모조지문의 경우에는, 특히 도 4에서와 같이, 지문입력창(50)의 평면창의 지문영상 접촉한계선(62)으로부터 d의 거리만큼 광원(54)으로부터 떨어져서 접촉체(51)가 접촉되는 경우에 문제가 된다. 이러한 상태에서 취득되는 지문영상의 그레이레벨 분포는 도 5와 같다. 도 5에 나타낸 바와 같이, "광투과가 잘 되지 않는 특성의 모조지문이 지문입력창에서 일정 거리 치우쳐 접촉된 경우에" 취득된 영상의 그레이레벨 분포는, 도 2에 나타낸 "생체지문이 지문입력창의 접촉한계선에 일치하여 접촉된 경우에" 취득된 영상의 그레이레벨 분포로 오인식될 가능성이 있다.

즉, 도 5의 그레이레벨 분포가 도 2 (나)의 것과 전체적인 윤곽(envelope)이 유사하게 생성될 수 있기 때문에, 본 출원인의 선등록 특허방식에 의해서 그레이레벨의 x축에 설정된 다수 구간에서의 최대값의 크기를 비교하는 알고리즘에 의할 경우에는 모조지문이 생체지문으로 판별될 가능성이 크게 높아진다.

본 출원인은 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법을 이미 선출하여서 현재 심사를 받고 있다.

즉, 도 4를 참조하여 언급한 것과 같이 지문입력창(50)의 지문영상 접촉한계선(62)으로부터 d의 거리만큼 광원(54)으로부터 떨어져서 생체지문 손가락(51)이 접촉되는 경우의 생체지문 영상의 그레이레벨 분포는 도 6과 같이 된다. 도 6에서, 접촉한계선(62)으로부터 d의 거리 동안에는 입사광이 그대로 통과되어 그레이레벨 의 변화가 없는 구간(72)이 있고, 그 이후 구간부터는 도 2에서와 같은 정상적인 레벨 분포(74)가 일어난다. 반면에, 도 5를 참조하면 모조지문의 경우에는 앞에서 살펴보았던 것과 같이 광이 그대로 통과되는 구간(64)이 지나자마자 광이 투과하지 못하고 그레이레벨이 뚝 떨어지게 된다(66 구간).

따라서 생체지문을 지문입력창의 접촉한계선으로부터 떨어뜨려서 접촉한 경우의 그레이레벨 분포와, 모조지문이 지문입력창의 접촉한계선으로부터 떨어져 접촉된 경우의 그레이레벨 분포는 확연히 차이가 난다. 이러한 차이를 이용하여 모조지문을 식별하기 위하여 본 출원인의 선행출원에서는, 앞서 설명한 구간별 그레이레벨의 최대값을 비교하는 과정의 시작 위치를, 도 2에서와 같이 접촉한계선(즉, 도 2 그래프에서의 원점)이 아니라 x축으로 소정 거리 떨어진 위치(이하, "옵셋거리(Lo)")로부터 시작하도록 설정하고 있다.

이와 같이, 지문입력창에 접촉된 물체(생체지문인지 모조지문인지는 모름)의 그레이레벨 분포에 대해서 x축으로의 구간별 그레이레벨의 분포를 비교할 때에, 접촉한계선으로부터 Lo만큼 떨어진 위치로부터 이 비교절차를 시작하게 되면, 도 5와 같은 모조지문 그레이레벨 분포를 도 6과 같은 생체지문 그레이레벨 분포와 비교하게 되므로, 앞에서 설명한 것과 같이 일부 모조지문의 경우에 식별 오류가 발생하던 문제를 일단은 해결할 수 있다.

그러나 이 경우에도 여전히 모조지문을 식별하지 못할 상황은 발생한다. 가령, 부정 인증을 받으려고 하는 자가 상기 식별방식의 동작을 교란시키기 위하여 모조지문을 접촉한계선으로부터 떨어져 위치시키고 그 위에 자신의 손가락(즉 생체 지문)을 접촉한계선에 맞게 포개어 접촉시킬 경우에는(즉, 상기 옵셋거리(Lo)만큼 떨어져 모조지문이 위치하지만, 옵셋거리 영역 내에는 생체지문이 일부 위치하게 된다), 적외선에 의한 광감쇠 분석을 하더라도 옵셋거리 영역에 위치하는 생체지문에 의해서 일단 생체지문인 것으로 인식되고 그 이후의 지문인증은 접촉되어 있는 모조지문에 의해서 이루어지게 되므로 모조지문을 식별할 수 없게 된다.

본 발명자들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 새로운 방식의 모조지문 식별방법을 개발하게 되었다.

본 발명의 목적은 모조지문이 지문입력창의 접촉한계선으로부터 떨어져 접촉된 경우에 발생하는 식별상의 오류를 해소하기 위하여, 모조지문의 그레이레벨 분포와 생체지문의 그레이레벨 분포를 비교하되, 일단 모조지문 위에 생체지문이 포개져 놓여서 접촉한계선으로부터 옵셋된 위치(즉, 옵셋영역)에서부터 지문이 존재하는 것처럼 하는 부정행위를 감지하는 경우를 고려한 모조지문 식별방법을 제공하는 것이다.

<발명의 개요>

상기 목적을 달성하여 완벽하게 모조지문을 식별하기 위하여 본 발명에서는 지문 융선이 기본적으로 갖고 있는 주기성 및 방향성을 고려하여 인증을 수행한다. 여기서, 지문 융선의 주기성은 도 2 및 도 3의 지문영상에서 보듯이 일정한 간격으로 반복하여 형성되어 있는 성질을 의미하고, 지문 융선의 방향성은 모든 융선이 대체적으로 동일한 방향의 곡률을 갖고 있음을 의미한다(지문 융선의 방향성은 지문 템플릿 생성 알고리즘에서 특징점 추출시에 이용하는 중요한 성질임).

이러한 상황은 도 7a,b에서와 같이 크게 두 가지 경우로 발생할 수 있다. 도 7a의 경우는 모조지문(82)을 지문입력창(80)에 접촉한계선(81)으로부터 옵셋거리(Lo)만큼 떨어뜨려서 접촉하고 그 위에 같은 방향으로 생체지문(84)을 포개어 접촉하고 있는 상태의 도면이다. 여기서 참조번호 86은 광원(도 1 및 도 4 참조)을 나타낸다. 한편, 도 7b는 모조지문의 방향과 반대방향으로 생체지문을 접촉하고 있는 상태의 도면이다.

도 7a의 경우에는 취득된 영상으로부터 생체지문의 융선과 모조지문의 융선의 주기성의 단절여부를 검출함으로써 모조지문임을 판정할 수 있다. 즉, 지문영상에서 융선은 전체 지문면에 걸쳐서 일정한 주기성을 가져야 하지만, 도 7a의 경우에는 모조지문에 새겨진(또는 인쇄된) 융선(82')과 그 위에 포개진 생체지문의 융선(84')간에 주기성이 단절되는 지점이 있게 되는 것이다(도 8a 참조). 이러한 주기성 단절부(83)의 검출은 당업자에 의해 용이하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 취득된 지문영상의 그레이레벨을 분석하여 규칙적인 피치로 진행되던 융선패턴 중에 교란이 발생한 것을 검출할 수 있다.

한편, 도 7b의 경우에는 모조지문의 융선 방향과 그 위에 포개진 생체정보의 융선 방향이 서로 역방향으로 놓여 있다. 이 융선의 방향성의 차이(즉 방향성 역전) 여부를 검출하면 이때의 취득된 영상은 모조지문 영상임을 인식할 수 있게 된다. 여기서도 상기 주기성과 방향성의 검출은 당업자에 의해 용이하게 실시할 수 있다.

이상의 개념에 의해 창안된 본 발명에 따른 모조지문 판별방법은, 도 7a, b에 나타낸 것과 같이 지문입력창(80)에 접촉된 물체("접촉체")의 영상을 취득하여, 미리 등록해놓은 데이터와 비교하여 인증을 하는 지문인증 장치에서 이루어진다.

도 9는 본 발명에 따른 방법의 프로세스 흐름도이다. 상기 접촉체의 표면에 인접한 내측을 따라서 광이 투과하도록 광원(86)을 조사하는 단계(100)와; 접촉체에 조사된 광이 접촉체의 내부를 투과한 후 접촉체 외부로 출사되는 것을 검출하여 접촉체의 표면영상을 취득하는 단계(102)와; 상기 접촉체 표면영상 취득단계(102)에서 취득된 영상의 지문 융선의 주기성이 단절되는 부분 또는 방향성이 역전되는 부분이 있는지를 검사하여(104, 106), 주기성 단절부 또는 방향성 역전부가 검출되면 상기 접촉체는 모조지문인 것으로 판정하는 단계(108)와; 상기 주기성 단절부 또는 방향성 역전부가 검출되지 않으면, 상기 취득된 접촉체의 표면영상의 구간별 그레이레벨의 분포를 분석하여(110) 그 결과가 생체지문에 해당되는 그레이레벨 분포인지 여부를 검사하여 접촉체에서 취득된 영상이 생체지문인지 모조지문인지 여부를 판별하는 단계(112)로 구성된다.

도 10과 도 11은 상기 모조지문 여부 판별단계(112)의 구현을 위한 실시예를 설명하는 그림들이다. 여기서는 광이 접촉체에 입사되는 지점(즉, 접촉한계선(도 7의 81번)에서 멀어질수록 각 구간마다의 그레이레벨의 최대값이 작아진다는 사실을 확인하는 방법을 나타내고 있다.

도 10을 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 접촉체에 광이 입사되는 점(O)으로 부터 +x축 방향으로 소정의 구간이 설정되어 있음을 볼 수 있다. 그리고, 각 구간에서의 그레이레벨의 최대값 P₁, P₂, P₃, ..., P_n 이 존재함을 볼 수 있다.

또한, 도 11에서 본 발명에 따른 모조지문 판별단계(112)는, 취득된 접촉체 표면영상의 각 구간 1, 2, ..., n에서의 그레이레벨의 최대값 P₁, P₂, ..., P_n 을 검출하는 단계(114~118)와; 검출된 그레이레벨의 최대값 간에 P₁>P₂>...>P_n의 관계가 성립하는지 체크하는 단계(120)와; P₁>P₂>...>P_n의 관계가 성립하면 생체지문으로 판정하고(122) 그렇지 않으면 모조지문으로 판정하는 단계(124)로 구성된다.

이상에서 설명한 본 발명의 방법은 실제로 프로그램 내지는 소프트웨어에 의해서도 구현될 수 있다. 따라서 이러한 프로그램이나 소프트웨어를 담고 있는 디스켓, CD, ODD, 램, 롬 등도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

본 발명에 따르면, 접촉체의 광특성을 검출하기 위해 별도의 수광소자를 필요로 하지 않고 기존의 지문취득용 영상센서를 사용함으로써 구조가 간단하고 가격이 저렴한 하드웨어로써 효율적인 모조지문 판별을 수행할 수 있다. 또한, 모조지문 판별알고리즘이 단순하다. 왜냐하면 접촉체 표면영상에서 융선의 주기성 또는 방향성을 검출하는 단계와, 표면영상의 전체적인 명암과 부분적인 구간별 명암의 변화(그레이레벨의 분포)를 검출하는 것으로 충분히 목적을 달성할 수 있기 때문이다. 또한, 별도의 부가 장비가 없으며, 광원으로서 적외선 등의 비가시광을 사용하고 외부에서 볼 수 없도록 은닉 설치되면 사용자가 본 모조지문 식별장치의 존재와 동작유무를 알기가 어렵기 때문에 보안성이 뛰어나다.

Claims (6)

1. 지문인증 시스템의 지문입력창에 접촉된 물체(이하, "접촉체")의 영상을 취득하여, 미리 등록해놓은 데이터와 비교하여 인증을 하는 지문인증 장치에서 이루어지는 모조지문 판별방법으로서,

   상기 접촉체의 표면에 인접한 내측을 따라서 광이 투과하도록 광원을 조사하는 단계,

   접촉체에 조사된 광이 접촉체의 내부를 투과한 후 접촉체 외부로 출사되는 것을 검출하여 접촉체의 표면영상을 취득하는 단계,

   상기 접촉체 표면영상 취득단계에서 취득된 영상의 지문 융선의 주기성이 단절되는 부분이 있는지를 검사하여, 주기성 단절부가 검출되면 상기 접촉체는 모조지문인 것으로 판정하는 단계,

   상기 주기성 단절부가 검출되지 않으면, 상기 취득된 접촉체의 표면영상의 구간별 그레이레벨의 분포를 분석하여(여기서, 구간은 접촉체에 광이 입사되는 시작점으로부터 연장되는 축 방향으로 소정 간격으로 설정되는 각 영역을 의미함), 그 결과가 생체지문에 해당되는 그레이레벨 분포인지 여부를 검사하여 접촉체에서 취득된 영상이 생체지문인지 모조지문인지 판별하는 단계를 포함하는 모조지문 판별방법.
2. 지문인증 시스템의 지문입력창에 접촉된 물체(이하, "접촉체")의 영상을 취득하여, 미리 등록해놓은 데이터와 비교하여 인증을 하는 지문인증 장치에서 이루어지는 모조지문 판별방법으로서,

   상기 접촉체의 표면에 인접한 내측을 따라서 광이 투과하도록 광원을 조사하는 단계,

   접촉체에 조사된 광이 접촉체의 내부를 투과한 후 접촉체 외부로 출사되는 것을 검출하여 접촉체의 표면영상을 취득하는 단계,

   상기 접촉체 표면영상 취득단계에서 취득된 영상의 지문 융선의 방향성이 역전되는 부분이 있는지를 검사하여, 방향성 역전부가 검출되면 상기 접촉체는 모조지문인 것으로 판정하는 단계,

   상기 방향성 역전부가 검출되지 않으면, 상기 취득된 접촉체의 표면영상의 구간별 그레이레벨의 분포를 분석하여(여기서, 구간은 접촉체에 광이 입사되는 시작점으로부터 연장되는 축 방향으로 소정 간격으로 설정되는 각 영역을 의미함), 그 결과가 생체지문에 해당되는 그레이레벨 분포인지 여부를 검사하여 접촉체에서 취득된 영상이 생체지문인지 모조지문인지 판별하는 단계를 포함하는 모조지문 판별방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 조사 단계에서의 광은 비가시광인 것을 특징으로 하는 모조지문 판별방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모조지문 판별단계는, 접촉체의 표면영상 취득단계에서 취득된 영상의 구간별 그레이레벨이 소정 범위안에 드는지를 판단하여 생체지문임을 판별하는 것을 특징으로 하는 모조지문 판별방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모조지문 판별단계는, 접촉체의 표면영상 취득단계에서 취득된 영상의 구간별 그레이레벨의 최대값이 접촉체에 광이 입사되는 지점에서 멀어질수록 점차 감소하는 경우에 생체지문임을 판별하는 것을 특징으 로 하는 모조지문 판별방법.
6. 제1항 또는 제2항에 기재된 모조지문 판별방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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