KR101443354B1 - 홍채 이미지 취득 장치 - Google Patents

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KR101443354B1
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치는, 홍채 이미지 취득 장치에 있어서, 렌즈 및 이미지 센서를 포함하고, 움직임이 가능한 카메라 모듈; 상기 이미지 센서에서 획득된 이미지로부터 홍채 패턴을 추출하여 디지털 신호로 변환하는 이미지 처리부; 획득된 홍채 이미지 정보가 저장되는 메모리; 및 상기 이미지 센서에서 획득된 이미지의 홍채 패턴 정보와 상기 메모리에 저장된 홍채 패턴 정보를 비교 분석하는 제어부를 포함하고, 상기 이미지 센서는, 상기 렌즈의 중심을 통과하는 광축에 직교하는 수직면에 대하여 전방 또는 후방으로 경사지게 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

홍채 이미지 취득 장치{Apparatus for capturing iris image}
본 발명은 홍채 이미지 취득 장치에 관한 것이다.
홍채 인식 장치 또는 시스템은, 사람마다 고유한 눈동자의 망막 혈관과 홍채 패턴을 구별하여 신분을 확인하는 장치 또는 시스템이다. 개인 식별 및 보안 분야에서는, 신체 일부를 이용하는 생체 인식 방법들 중에서 홍채 인식 방법의 정확도가 가장 우수한 것으로 인정받고 있다.
개인 식별을 할 수 있는 특징점이 지문의 경우 약 40여개인 반면, 홍채 패턴은 홍채 패턴은 평생동안 변하지 않으며 좌우측도 서로 다르고, 일란성 쌍둥이 일지라도 다르다. 또한, 홍채 이미지는 살아있는 눈만 가능하기 때문에 과학적인 방법으로도 위조가 불가능하다.
또한, 홍채 인식은 망막과 달리 눈의 동공 주변에 위치한 홍채의 무늬 패턴을 이용하는 것으로, 안구 내 질병에 영향을 받지 않으며, 눈의 충혈과도 상관이 없기 때문에 사용상 편리한 장점이 있다.
홍채 인식을 통하여 개인 신분을 식별하는 일반적인 방법은, 먼저 카메라에구비된 CCD 또는 CMOS와 같은 이미지 센서에서 눈 영상을 획득하고, 획득한 영상으로부터 홍채 영역을 검출하며, 검출된 정보로부터 홍채 패턴을 추출한다. 그리고, 추출된 홍채 패턴의 특징을 추출하여 코드화(encoding)한 뒤, 데이터 베이스에 저장된 홍채 패턴과의 유사도를 계산하는 정합 과정을 거쳐 그 사람이 누구인지 식별하게 된다.
정확한 홍채 패턴 인식을 위해서는 고화질의 홍채 이미지를 취득하는 것이 가장 중요하며, 이를 위해서는 정확한 초점 맞춤이 중요하다. 카메라의 초점이 맺히는 지점에 정확하게 사용자의 눈이 위치하면 고화질의 홍채 이미지 취득이 가능하지만, 카메라 렌즈의 피사계 심도(depth of field) 때문에 캡쳐하고자 하는 거리 범위가 매우 제한적이다. 즉, 일반적인 홍채 인식 시스템에 적용되는 카메라 렌즈의 피사계 심도는 ±10 ~ 15mm에 불과하다. 따라서, 사용자의 눈이 상기 피사계 심도 범위 내에 들어오도록 하기 위해서, 전후 방향으로 반복적으로 이동하여야 하는 불편함이 있다.
일례로서, 홍채 인식 장치의 전면에 LED 조명부를 설치하고, 사용자가 상기 피사계 심도 범위보다 더 멀리 있을 경우와, 피사계 심도 범위보다 더 가까이 있을 경우 및 피사계 심도 범위 내에 있을 경우로 구분하여 각각의 경우 해당하는 특정 색상의 불빛이 조사되도록 하고 있다. 따라서, 사용자는 피사계 심도 범위 내에 해당하는 색깔의 조명이 발광될 때까지 전후 방향으로 이동하는 동작을 반복적으로 수행하여야 한다.
그러나, 상기 피사계 심도 범위가 매우 짧기 때문에, 사용자는 전후 방향으로 이동하는 동작을 여러 번 반복해야 하는 불편함이 있다. 이는, 이미지 센서가 수직하게 배치되므로, 센서 면에 초점이 맞는 위치가 단일 영역으로 한정되어 있기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로서, 피사계 심도를 늘이는 방법이 다양하게 연구되어 왔다. 여러 가지 방법들 중 하나로서, 카메라 렌즈의 조리개를 조여서 피사계 심도를 늘이는 방법이 있다. 조리개를 조이는 팬포커싱(pan focusing)을 하면 피사계 심도가 깊어지는 장점은 있으나, 화면이 어두워지기 때문에 더 많은 적외선 조명이 필요하고, 그에 따라 조명부 선택에 따른 제조 비용 증가와 방열 문제가 발생하는 단점이 있다.
뿐만 아니라, 조리개를 과도하게 좁힐 경우 빛의 회절 현상으로 인하여 이미지 센서에 맺히는 이미지의 정교함이 저하되는 단점이 있다.
한편, 일부 제품에서는 짧은 피사계 심도 조건 하에서 고화질의 홍채 이미지 취득을 위하여 오토 포커스(auto-focus) 기능을 채용하였지만, 제조 비용이 증가하고 이미지 취득 시간이 길어져서 편의성이 저하되는 단점을 안고 있다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 단초점 렌즈를 사용하면서도 피사계 심도를 늘여서 인식 가능 영역이 넓어지는 홍채 이미지 취득 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치는, 렌즈 및 이미지 센서를 포함하고, 상하 방향으로 틸팅 가능한 카메라 모듈; 상기 이미지 센서에서 획득된 이미지로부터 홍채 패턴을 추출하여 디지털 신호로 변환하는 이미지 처리부; 획득된 홍채 이미지 정보가 저장되는 메모리; 및 상기 이미지 센서에서 획득된 이미지의 홍채 패턴 정보와 상기 메모리에 저장된 홍채 패턴 정보를 비교 분석하는 제어부를 포함하고, 상기 이미지 센서는, 상기 렌즈의 중심을 통과하는 광축에 직교하는 수직면에 대하여 전방 또는 후방으로 경사지게 설치되며, 상기 카메라 모듈은, 제 1 카메라 모듈과, 상기 제 1 카메라 모듈로부터 가로 방향으로 소정 거리 이격된 지점에 배치되는 제 2 카메라 모듈을 포함하고, 상기 제 1 카메라 모듈의 화각과 상기 제 2 카메라 모듈의 화각 중 어느 하나는 다른 하나보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 홍채 이미지 취득 장치는, 상기 카메라 모듈의 일측에 연결되어, 상기 카메라 모듈을 틸팅시키는 회전력을 제공하며, 정역회전이 가능한 구동 모터를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 카메라 모듈과 상기 제 2 카메라 모듈은 상기 구동 모터에 의하여 한 몸으로 틸팅되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 카메라 모듈의 이미지 센서와 상기 제 2 카메라 모듈의 이미지 센서 중 어느 하나는 상기 수직면에 대하여 후방으로 경사지게 배치되고, 다른 하나는 상기 수직면에 대하여 전방으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 카메라 모듈의 홍채 인식 가능 영역과 상기 제 2 카메라 모듈의 홍채 인식 가능 영역 중 어느 하나는 다른 하나의 전방에 형성되고, 적어도 일부분이 상호 중첩되는 것을 특징으로 한다.
상기 카메라 모듈은 수직 방향으로 상승 또는 하강 가능하게 제공되는 것을 특징으로 한다.
상기 홍채 이미지 취득 장치는, 상기 카메라 모듈을 수직 방향으로 상승 또는 하강 가능하게 하는 구동 수단 및 가이드 수단을 더 포함할 수 있다.
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상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치에 의하면, 이미지 센서면을 경사지게 배치시킴으로써, 단초점 렌즈를 사용하면서도 피사계 심도가 종래보다 길어져서 고화질의 홍채 이미지를 취득할 수 있는 동작 영역이 넓어지는 장점이 있다. 다시 말하면, 이미지 센서면을 경사지게 배치시킴으로써, 이미지 센서의 위 아래 부분에 따라 초점이 맞는 피사체의 위치, 즉 사용자의 위치가 달라지기 때문에, 홍채 인식 가능한 동작 영역이 홍채 인식 장치를 기준으로 전후 방향으로 길어지는 장점이 있다.
동작 영역이 넓어짐으로써, 사용자의 눈을 카메라의 초점 영역, 즉 홍채 인식 가능 범위가 확장되어, 사용자가 초점 영역에 눈동자를 맞추기 위하여 전후 방향으로 여러 번 이동하여야 하는 번거로움이 해소되는 장점이 있다.
또한, 피사계 심도를 깊게 하기 위하여 조리개를 좁힐 필요가 없기 때문에,저가의 조명부를 사용할 수 있어 제조 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 오토 포커스를 사용하지 않더라도 오토 포커스 기능이 구현되므로, 이미지 취득 시간이 길어지는 단점을 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치의 개략적인 구성을 보여주는 평면 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치를 구성하는 카메라 모듈을 보여주는 측단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 홍채 인식 가능 영역을 보여주는 측면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치의 홍채 인식을 위한 초점 맞춤 동작을 보여주는 작동 상태도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치를 보여주는 평면 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치에 설치되는 렌즈들의 화각 차이에 따른 홍채 인식 영역의 차이를 보여주는 평면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 홍채 이미지 취득 장치에 설치되는 카메라 모듈별 화각과 홍채 인식 영역을 비교하여 보여주는 측면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치가 사용자의 홍채를 인식하기 위하여 구동하는 모습을 보여주는 측면도.
상기와 같은 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치의 개략적인 구성을 보여주는 평면 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치를 구성하는 카메라 모듈을 보여주는 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치(10)는, 외형을 이루는 케이스(11)와, 상기 케이스(11) 내부에 설치되어 사용자의 홍채 이미지를 촬영하는 카메라 모듈(13)과, 상기 카메라 모듈(13)을 지지하는 브라켓(14)과, 상기 브라켓(14)에 연결되어 상기 브라켓(14)을 상하 방향으로 틸팅시키는 구동 모터(12) 및 사용자가 설정 영역 내에 들어오면 빛을 조사하는 조명부(15)를 포함한다. 이하에서는, 상기 카메라 모듈(13)이 사용자의 홍채를 촬영하여 인식할 수 있는 영역, 즉 렌즈의 피사계 심도 범위를 "홍채 인식 가능 영역"이라고 정의한다.
상세히, 상기 구동 모터(12)의 모터축(121)은 상기 브라켓(14)의 측면에 연결되어, 상기 모터축(121)이 정방향 또는 역방향으로 회전하면, 상기 브라켓(14)에 고정된 상기 카메라 모듈(13)이 상향 또는 하향 틸팅하게 된다.
또한, 상기 카메라 모듈(13)은, 피사체의 상을 만들어 내기 위한 렌즈(131)와, 상기 렌즈(131)의 초점 거리 지점에 배치되어 상기 피사체의 상을 취득하는 이미지 센서(132)를 포함한다. 상기 렌즈(131)는 단초점 렌즈일 수 있다. 그리고, 상기 이미지 센서(132)는 CCD 센서 또는 CMOS 센서일 수 있다. 그리고, 상기 조명부(15)는 LED 조명일 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 센서(132)는, 상기 렌즈(131)를 통과하는 광축(X)에 수직한 선(L1)을 기준으로 후방 또는 전방으로 소정 각도(θ) 경사진 선(L2)과 평행하게 배치된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(132)는 수직선에 대하여 전방 또는 후방으로 경사지게 배치됨으로써, 상기 렌즈(131)의 초점이 맞는 위치가 다르게 설정되도록 하는 것을 특징으로 한다. 종래의 카메라 모듈에 장착되는 이미지 센서는 렌즈의 광축에 대하여 수직하게 배치되므로, 렌즈의 초점이 맞는 위치가 이미지 센서의 정 중앙에 고정된다. 따라서, 이미지 센서에 상이 맺힐 수 있는 홍채 인식 가능 범위가 한 개로 고정되어 있었다. 그러나, 본 발명의 경우 상기 이미지 센서(132)가 수직면으로부터 전방 또는 후방으로 경사지게 장착되므로, 초점이 렌즈의 어느 지점에 맺히느냐에 따라 홍채 인식 가능 범위 위치가 달라지게 된다. 이에 대해서는 아래에서 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치(10)에는, 종래의 홍채 인식 장치에 구비되는 홍채 인식을 위한 구성, 즉 상기 이미지 센서(132)에서 촬영된 아날로그 신호를 디지털화 하는 프레임 그래버(frame grabber), 홍채 이미지 정보를 저장하는 데이터 베이스에 해당하는 메모리, 촬상된 홍채 이미지 정보와 데이터 베이스에 저장된 이미지 정보를 비교 분석하는 제어부 및 사용자가 홍채 인식 가능 영역 내에 들어왔는지를 판단하는 위치 센서 또는 거리 측정 센서 등이 모두 구비됨을 밝혀 두며, 이들 구성에 대해서는 별도의 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 홍채 인식 가능 영역을 보여주는 측면도이다.
도 3을 참조하면, 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈(13)의 이미지 센서(132)가 렌즈(131)의 광축에 수직한 면으로부터 소정 각도 경사지게 장착된다. 본 실시예에서는 상기 이미지 센서(132)가 후방으로 경사지는 것으로 도시되어 있다.
상세히, 상기 이미지 센서(132)가 경사지게 장착됨으로써, 센서 면의 위 아래 부분에서 초점이 맞는 위치가 달라진다. 그리고, 초점이 맞는 위치가 달라짐에 따라서, 피사체가 선명하게 취득되는 피사계 심도 범위, 즉 홍채 인식 가능 영역도 달라지게 된다.
도시된 바와 같이, 상기 이미지 센서(132)의 하측으로부터 상측으로 갈수록 초점이 맞는 지점이 상기 렌즈(131)의 후면으로부터 멀어지면, 각각의 초점에 대응하는 렌즈의 홍채 인식 가능 영역은 상기 렌즈(131)의 전면에 가까워진다. 그리고, 상기 이미지 센서(132)의 기울어짐 정도에 따라 홍채 인식 가능 영역 내에서 초점이 맞는 영역(f)이 결정된다.
구체적으로 보면, 이미지 센서(132)의 하단부 근처 지점(C)에 맺히는 초점에 대응하는 홍채 인식 가능 영역은 상기 렌즈(131)로부터 가장 원거리에 있는 c 구간이고, 이미지 센서(132)의 중앙(B)에 맺히는 초점에 대응하는 홍채 인식 가능 영역은 상기 c 영역의 전방에 해당하는 b 구간이며, 이미지 센서(132)의 상단부 근처 지점(A)에 맺히는 초점에 대응하는 홍채 인식 가능 영역은 상기 렌즈(131)로부터 가장 근거리에 있는 a 구간이다. 그리고, 각 구간에서 초점이 맞는 지점이 결정되고, 이러한 초점이 맞는 지점을 연결하면 하나의 연속된 가상의 선으로 표시될 수 있고, 상기 연속된 선이 바로 홍채 인식 가능 영역 내에서 초점이 맞는 영역(f)(이하에서는 "초점 일치 선"으로 정의한다)이라 할 수 있다. 즉, 상기 초점 일치 선에 사용자의 눈동자가 위치하면, 상기 이미지 센서(132)의 어느 지점에 상기 눈동자의 이미지가 가장 선명하게 맺히게 된다.
이로부터, 상기 이미지 센서(132)에서 홍채를 선명하게 인식할 수 있는 피사계 심도, 즉 홍채 인식 가능 영역은 D 영역이 된다. 이미지 센서가 수직하게 배치되는 종래의 카메라 모듈에서는 초점이 항상 이미지 센서의 중앙에 맺히도록 하는 피사계 심도 영역(d) 내에 사용자의 눈이 위치해야만 하였기 때문에, 사용자가 전후 방으로 다수 회 이동하여야 했다. 그러나, 본 발명의 경우 상기 홍채 인식 가능 영역이 종래의 d 영역보다 더 확장되므로, 사용자가 전후 방향으로 이동해야 하는 횟수가 현저히 줄어들어, 인식에 걸리는 시간이 단축된다.
뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치(10)에 구비되는 카메라 모듈(13)은 상하 방향으로 틸팅이 가능하므로, 사용자가 D 영역 내에만 들어오면, 상기 카메라 모듈(13)이 상하 방향으로 틸팅하면서 초점이 맞는 영역에 사용자의 눈이 위치하도록 자동으로 조절한다. 따라서, 사용자가 상기 홍채 인식 가능 영역(D)에 들어온 상태에서는 더 이상 전후 방향으로 이동하지 않아도, 오토 포커싱(auto-focusing)이 이루어진다. 즉, 렌즈의 이동이나 조리개의 조정이 없이 카메라 모듈의 틸팅 만으로 오토 포커싱과 동일한 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 홍채 인식 가능 영역(D)은, 상기 카메라 모듈(13)의 회전 중심(K)을 기준으로 상기 카메라 모듈(13)이 틸팅할 때, 상기 초점 일치 선(f)이 지나가는 영역이 된다. 따라서, 상기 초점 일치 선(f)이 지나가는 영역 내에 사용자의 눈동자가 들어오면 홍채 인식이 이루어진다.
여기서, 상기 이미지 센서(132)의 해상도(resolution)가 충분히 크고, 상기 이미지 센서(132)에 의하여 촬영(또는 캡쳐)되는 상의 크기는 상기 이미지 센서(132)의 면적보다 충분히 작을 것을 전제 조건으로 한다. 다시 말하면, 피사체의 상이 상기 이미지 센서(132)의 가장자리 영역에 맺히더라도 상이 잘리지 않고 완전한 상태로 캡쳐될 수 있어야 한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치의 홍채 인식을 위한 초점 맞춤 동작을 보여주는 작동 상태도이다.
도 4는, 사용자의 눈동자(e)가 홍채 인식 가능 영역 내에 들어와 있고, 상기 카메라 모듈(13)에 의하여 형성되는 초점 일치 선(f)의 상측에 위치하였을 때, 사용자의 눈동자 상이 상기 이미지 센서(132)에 정확하게 맺히도록 하기 위한 카메라 모듈의 틸팅 동작을 보여준다.
상세히, 사용자가 홍채 인식 가능 영역 내에 서 있더라도, 사용자의 눈동자(e)가 상기 초점 일치 선(f) 상에 위치하지 않을 경우, 상기 이미지 센서(132)에 눈동자의 상이 정확하게 맺히지 않는다. 따라서, 초점을 정확하게 맞추기 위해서 사용자가 전후 방향으로 이동하여, 눈동자(e)가 상기 초점 일치선(f)에 위치하도록 하거나, 상기 카메라 모듈(13)이 상하 방향으로 틸팅하여 초점을 맞추는 동작을 수행하여야 한다. 전자의 방법이 종래의 홍채 인식 장치에 적용되는 방법이고, 본 발명은 후자의 방법을 채용하는 것을 특징으로 한다.
다시 말하면, 도 4의 (a)에서 보이는 바와 같이, 사용자는 상기 홍채 인식 가능 영역 내에서 정지한 상태서, 눈동자(e)가 상기 초점 일치 선(f)의 상측에 위치하는 경우, 도 4의 (b)에서 보이는 바와 같이, 상기 카메라 모듈(13)이 상측으로 틸팅되도록 하여, 사용자의 눈동자(e)가 상기 초점 일치 선(f) 상에 놓이도록 한다. 도면 상에서는 상기 사용자의 눈동자(e)가 상기 초점 일치 선(f)의 하단부에서 겹쳐지므로, 상기 눈동자(e)의 상은 상기 이미지 센서(132)의 상단부 근처 영역에 맺히게 될 것이다. 이 상태에서 촬상이 이루어지면, 초점이 맞는 선명한 상이 취득된다.
도 5는, 사용자의 눈동자(e)가 홍채 인식 가능 영역 내에 들어와 있고, 상기 카메라 모듈(13)에 의하여 형성되는 초점 일치 선(f)의 하측에 위치하였을 때, 사용자의 눈동자(e) 상이 상기 이미지 센서(132)에 정확하게 맺히도록 하기 위한 카메라 모듈의 틸팅 동작을 보여준다.
상세히, 도 5의 (a)에서 보이는 바와 같이, 사용자는 상기 홍채 인식 가능 영역 내에서 정지한 상태서, 눈동자(e)가 상기 초점 일치 선(f)의 하측에 위치하는 경우, 도 5의 (b)에서 보이는 바와 같이, 상기 카메라 모듈(13)이 하측으로 틸팅되도록 하여, 사용자의 눈동자(e)가 상기 초점 일치 선(f)상에 놓이도록 한다. 도면 상에서는 상기 사용자의 눈동자(e)가 상기 초점 일치 선(f)의 상단부에서 겹쳐지므로, 상기 눈동자(e)의 상은 상기 이미지 센서(132)의 하단부 근처 영역에 맺히게 될 것이다. 이 상태에서 촬상이 이루어지면, 초점이 맞는 선명한 상이 취득된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치를 보여주는 평면 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치(40)는 화각(angle of view)이 다른 두 개의 카메라 모듈이 장착되어, 홍채 인식 가능 범위를 이전 실시예보다 더 확장시킨 것을 특징으로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치(40)는, 케이스(41)와, 상기 케이스(41) 내부에 제공되는 구동 모터(42)와, 상기 구동 모터(42)의 모터축(421)에 연결되어 회동하는 브라켓(44)과, 상기 브라켓(44)에 장착되는 제 1 인식 모듈(43) 및 제 2 인식 모듈(45)을 포함한다.
상세히, 상기 제 1 인식 모듈(43)은, 제 1 렌즈(431)와 제 1 이미지 센서(432)를 포함하는 제 1 카메라 모듈(433)과, 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 일측에 설치되는 제 1 조명부(434)를 포함한다.
그리고, 상기 제 2 인식 모듈(45)은, 제 1 렌즈(451)와 제 2 이미지 센서(452)를 포함하는 제 2 카메라 모듈(453)과, 상기 제 2 카메라 모듈(453)의 일측에 설치되는 제 2 조명부(454)를 포함한다.
상기 제 1 렌즈(431)와 제 2 렌즈(451)는 화각이 서로 다른 단초점 렌즈들이다. 구체적으로, 상기 제 1 렌즈(431)의 화각은 상기 제 2 렌즈(451)의 화각보다 클 수 있다. 그리고, 상기 제 1 렌즈(431)의 화각이 상기 제 2 렌즈(451)의 화각보다 크면, 상기 제 1 렌즈(431)의 초점 거리는 제 2 렌즈(451)의 초점 거리보다 상대적으로 짧기 때문에, 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 촬영 면적이 제 2 카메라 모듈(453)의 촬영 면적보다 넓다. 그리고, 상기 홍채 이미지 취득 장치(40)로부터 가까운 거리에 있는 피사체는 상기 제 1 카메라 모듈(433)에 의하여 촬영되고, 먼 거리에 있는 피사체는 상기 제 2 카메라 모듈(433)에 의하여 촬영되므로, 실질적으로 두 개의 카메라 모듈에 의하여 촬영되는 이미지의 크기는 유사하다. 다시 말하면, 두 개의 렌즈의 화각이 다르더라도 유사한 넓이를 캡쳐할 수 있는 것이다.
따라서, 렌즈(431)의 피사계 심도, 즉 홍채 인식 가능 영역이 제 2 렌즈(451)의 홍채 인식 가능 영역보다 상대적으로 깊다고 할 수 있다. 이는, 상기 제 1 렌즈(431)의 촬영 영역
여기서, 초점 거리가 짧다는 것은, 피사체와 렌즈 간의 거리 값은 고정되는 조건에서 렌즈와 초점 간의 거리가 짧아진다는 것을 의미하므로, 상대적인 개념에서 볼 때, 초점이 맺히는 이미지 센서의 위치를 고정시킨 조건에서는 렌즈와 피사체 간의 거리가 짧아지는 것을 의미한다.
본 발명의 경우는 렌즈와 이미지 센서간의 거리값은 고정된 값이므로, 초점 거리가 고정된 조건이다. 따라서, 고정된 위치에 설치된 이미지 센서에 상이 맺히도록 하기 위해서는, 화각이 달라짐에 따라 이미지 센서에 상이 선명하게 맺히도록 하기 위한 렌즈와 피사체 간의 거리가 달라져야 할 것이다.
한편, 상기 제 1 인식 모듈(43)은 상기 케이스(41)의 좌측에 설치되고, 상기 제 2 인식 모듈(43)은 상기 케이스(41)의 우측에 장착되며, 상기 제 1 렌즈(431) 및 제 2 렌즈(451)가 피사체, 즉 촬영 대상이 되는 사용자를 향하도록, 서로 마주보는 방향으로 상호 대칭되게 비스듬히 설치될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 렌즈(431,451) 각각으로부터 이미지를 취득하기 위하여 상기 제 1 이미지 센서(432)와 제 2 이미지 센서(452)는 각각 상기 제 1 및 제 2 카메라 모듈(433,453) 내부에서 측방으로 치우치는 지점에 장착될 수 있다. 구체적으로는, 상기 제 1 및 제 2 이미지 센서(432,452)가 서로 멀어지는 방향으로 치우치게 형성될 수 있다. 즉, 도면 상에서 볼 때, 상기 제 1 이미지 센서(432)는 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 내부에서 좌측으로 치우치는 지점에 장착되고, 상기 제 2 이미지 센서(452)는 상기 제 2 카메라 모듈(453)의 내부에서 우측으로 치우치는 지점에 장착될 수 있다. 그러면, 상기 제 1 카메라 모듈(433)과 상기 제 2 카메라 모듈(453) 각각이 사용자의 눈동자를 촬상할 수 있는 상태가 된다.
한편, 상기 제 1 인식 모듈(43)과 제 2 인식 모듈(45)은 상기 브라켓(44)에 고정되므로, 상기 구동 모터(42)가 구동하면 상기 제 1 인식 모듈(43)과 제 2 인식 모듈(45)은 한 몸으로 상하 방향으로 틸팅된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치에 설치되는 렌즈들의 화각 차이에 따른 홍채 인식 영역의 차이를 보여주는 평면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 홍채 이미지 취득 장치에 설치되는 카메라 모듈별 화각과 홍채 인식 영역을 비교하여 보여주는 측면도이다.
도 7을 참조하면, 위에서 설명한 바와 같이, 제 1 렌즈(431) 및 제 2 렌즈(452) 모두 사용자에게 집중되도록 배치되므로, 각각의 렌즈의 피사계 심도 범위 내에 사용자가 서 있으면, 두 개의 이미지 센서 중 적어도 어느 하나에는 상이 맺히게 된다.
상세히, 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 화각(V1)이 상기 제 2 카메라 모듈(453)의 화각(V2)보다 상대적으로 크므로, 상술한 바와 같이, 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 렌즈와 피사체 간 거리가 제 2 카메라 모듈(453)의 렌즈와 피사체 간 거리보다 가깝게 설정된다. 따라서, 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 홍채 인식 가능 영역은 상기 제 2 카메라 모듈(453)의 홍채 인식 가능 영역보다 앞쪽에 설정된다. 그리고, 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 홍채 인식 가능 영역의 후단부와 상기 제 2 카메라 모듈(453)의 홍채 인식 가능 영역의 전단부는 일부 겹치도록 하여, 상기 카메라 모듈(433,453)이 어느 한 방향으로 틸팅될 때, 홍채 인식 가능 영역이 전후 방향으로 연속적으로 이어지도록 할 수 있다.
도시된 바와 같이, 화각이 다른 두 개의 카메라 모듈이 좌측과 우측에 설치되어 한 몸으로 틸팅되는 홍채 이미지 취득 장치(40)의 홍채 인식 가능 영역(D3)은, 제 1 카메라 모듈(433)의 홍채 인식 가능 영역(D1)과 제 2 카메라 모듈(453)의 홍채 인식 가능 영역(D2)의 합과 동일하거나 그보다 약간 작은 깊이(또는 길이)로 형성된다고 할 수 있다.
도 8의 (a)를 참조하면, 제 1 카메라 모듈(433)의 이미지 센서(432)는 상기 제 1 렌즈(431)의 광축에 직교하는 수직면에 대하여 전방으로 경사지게 장착된다. 따라서, 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 홍채 인식 가능 영역(D1)에 형성되는 제 1 초점 일치 선(f1)은 상기 제 1 이미지 센서(432)의 기울어진 방향과 반대되는 방향으로 경사지게 형성된다. 즉, 상기 제 1 초점 일치선(f1)의 전단부가 후단부보다 높은 지점에 위치하도록 경사지게 연장된다.
도 8의 (b)를 참조하면, 제 2 카메라 모듈(453)의 이미지 센서(452)는 상기 제 1 이미지 센서(432)에 대하여 대칭되는 방향으로 경사지게 장착된다. 즉, 상기 제 2 카메라 모듈(453)의 이미지 센서(452)는 수직면에 대하여 후방으로 경사지게 장착된다. 따라서, 상기 제 2 카메라 모듈(453)의 홍채 인식 가능 영역(D2)에 형성되는 제 2 초점 일치 선(f2)은 상기 제 1 초점 일치선(f1)과 반대되는 방향으로 경사지게 형성된다. 즉, 상기 제 2 초점 일치 선(f1)의 전단부가 후단부보다 낮은 지점에 위치하도록 경사지게 연장된다.
또한, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 렌즈(431)의 화각이 상기 제 2 렌즈(451)의 화각보다 크다. 따라서, 제 1 이미지 센서(432)에 상이 맺히기 위한 상기 제 1 렌즈(431)와 피사체의 거리는, 상기 제 2 이미지 센서(452)에 상이 맺히기 위한 상기 제 2 렌즈(451)와 피사체의 거리보다 짧다. 따라서, 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 홍채 인식 가능 영역(D1)은 상기 제 2 카메라 모듈(453)의 홍채 인식 가능 영역(D2)의 전방에 형성된다.
또한, 상기 제 1 카메라 모듈(433)의 홍채 인식 가능 영역(D1)의 후단은 상기 제 2 카메라 모듈(433)의 홍채 인식 가능 영역(D2)의 전단부와 어느 정도 중첩되도록 형성된다.
따라서, 상기 홍채 이미지 취득 장치(40)의 홍채 인식 가능 영역(D3)은 각각의 카메라 모듈이 가지는 홍채 인식 영역들 보다는 더 깊되, 이들의 합(D1+D2)보다는 약간 작은 깊이(또는 길이)로 확장되는 효과가 있다.
그리고, 두 개의 이미지 센서(432,452)가 서로 반대 방향으로 경사지게 장착되고, 두 개의 홍채 인식 영역들의 경계 부분이 일부분 중첩되므로, 초점 일치 선의 연속성이 유지될 수 있다. 다시 말하면, 사용자가 상기 홍채 인식 가능 영역(D3) 내에 들어오기만 하면, 두 개의 카메라 모듈 중 적어도 어느 하나에 의하여 사용자의 눈이 인식되고, 중첩 영역에 서 있을 경우는 두 개의 카메라 모듈 모두에 의하여 인식될 수 있다. 따라서, 상기 홍채 인식 가능 영역(D3) 내에서는 사용자의 눈동자가 인식되지 못하는 현상이 발생하지 않는다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치가 사용자의 홍채를 인식하기 위하여 구동하는 모습을 보여주는 측면도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치(40)는 두 개의 카메라 모듈이 좌측과 우측에 장착된 상태에서 하나의 피사체를 촬상하게 된다.
상세히, 피사체에 해당하는 사용자가 상기 홍채 이미지 취득 장치(40)의 홍채 인식 가능 영역(D3) 내에 위치하면, 상하 방향으로 틸팅을 하여 사용자의 눈동자가 초점 일치 선(f1 또는 f2) 상에 놓이도록 한다. 그리고, 사용자의 눈동자가 제 1 초점 일치선(f1) 또는 제 2 초점 일치선(f2) 상에 놓이게 되면, 해당 카메라 모듈의 이미지 센서를 통하여 눈동자 이미지가 촬상되고, 촬상된 이미지를 이용하여 사용자 일치 여부 분석 과정이 수행된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 이미지 센서가 경사지게 장착된 카메라 모듈을 틸팅시켜서 선명한 홍채 이미지를 촬상하는 방법 외에 상기 카메라 모듈을 상하 방향으로 승강시키면서 사용자의 눈동자가 초점 일치 선 상에 놓이도록 조정하는 것도 가능할 것이다. 즉, 상기 홍채 이미지 취득 장치(40)가 수직 방향으로 상승 또는 하강하면서 사용자의 눈을 인식하게 되고, 그러면 홍채 인식 가능 영역이 도 9에서 보이는 바와 같이 두 개의 원호 사이의 영역으로 정의되는 것이 아니라, 상하 방향으로 평행한 두 개의 직선 사이의 영역으로 정의될 것이다.
또한, 상기 카메라 모듈이 어느 지점까지 상승 또는 하강한 상태에서 틸팅하면서 홍채 이미지의 초점을 맞추도록 하는 것도 가능할 것이다. 예컨대, 홍채 인식 가능 영역 내에 들어온 사용자의 신장이 카메라 모듈의 최대 상승 높이 보다 클 경우, 카메라 모듈이 최대 높이까지 상승하도록 하고, 그 상태에서 상기 카메라 모듈이 구동 모터에 의하여 상하 방향으로 틸팅하도록 하여 사용자의 눈동자 이미지를 취득하도록 하는 것도 가능할 것이다. 또는, 기본 상태, 즉 홍채 인식 동작이 수행되지 않는 상태에서는, 항상 상기 카메라 모듈이 최하점에서 정지한 상태를 유지하도록 하고, 사람이 접근하면, 어느 높이까지 상승하도록 하고, 그 이후에는 틸팅 동작이 이루어지도록 하는 것도 가능할 것이다. 여기서, 상기 카메라 모듈이 상하 방향으로 승하강 한다는 것은, 상기 홍채 이미지 취득 장치 자체가 상하 방향으로 슬라이딩 이동하는 것을 의미한다. 그리고, 상기 홍채 이미지 취득 장치를 상하 방향으로 이동시키기 위한 구동 모터와, 상기 홍채 이미지 취득 장치의 슬라이딩 이동을 안내하는 가이드 부재가 필요할 것이고, 상기 구동 모터와 가이드 부재도 상기 홍채 이미지 취득 장치에 포함되는 구성 요소임을 밝혀 둔다. 그리고, 상기 가이드 부재는, 일예로서 수직하게 세워져서 상기 홍채 이미지 취득 장치의 양 측면을 잡아주는 슬라이딩 레일이 가능하다. 다른 방법으로서, 슬라이딩 레일의 내측면에 랙기어가 형성되고, 상기 홍채 이미지 취득 장치의 양 측면에 피니언이 각각 구비되어, 상기 구동 모터가 상기 피니언을 회전시키면, 상기 피니언이 상기 랙기어를 타고 상승 또는 하강하는 구조도 가능할 것이다. 그 외에도, 상기 홍채 이미지 취득 장치의 승하강 이동을 가능하게 하는 모든 구성이 본 발명의 실시예에 포함됨을 밝혀 둔다.
또한, 상기 카메라 모듈이 케이스 내에서 승강하는 것도 가능함을 밝혀 둔다. 즉, 홍채 이미지 취득 장치의 케이스 전면에 설치되는 윈도우의 크기를 크게 하거나, 윈도우를 상하 방향으로 길게 형성되도록 하고, 카메라 모듈 자체가 케이스 내에서 상하로 이동할 수 있도록 하는 구동 수단과 가이드 수단이 제공될 수 있다. 가장 쉬운 방법으로서, 카메라 모듈이 장착된 상기 브라켓이 상기 케이스의 내벽을 따라 승강하도록 하는 구동 및 가이드 수단, 즉 구동 모터 및 랙/피니언 구조가 적용될 수 있을 것이다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 홍채 이미지 취득 장치에 의하면, 이미지 센서가 수직면으로부터 전방 또는 후방으로 기울어지게 장착하고, 카메라 모듈이 상하 방향으로 틸팅하는 동작을 수행하도록 함으로써, 홍채 인식 가능 범위를 종래보다 확장시키는 장점 및 오토 포커싱 기능을 구현 가능하게 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 화각이 다르고, 경사 방향이 다른 두 개의 카메라 모듈을 가로 방향으로 소정 간격 이격시켜 장착하고, 이들 두 개의 카메라 모듈이 한 몸으로 틸팅되도록 함으로써, 하나의 카메라 모듈을 사용하는 경우에 비하여 피사계 심도, 즉 홍채 인식 가능 영역을 더 확장시킬 수 있는 장점이 있다. 그 결과, 사용자는 홍채 인식 가능 영역 내에서 전후 방향으로 이동하여 초점을 맞추어야 하는 번거로움이 해소되는 장점이 있다.
또한, 카메라 모듈을 틸팅시키는 방법 외에 카메라 모듈을 승하강시키는 방법을 선택적으로 사용하거나, 이들 두 가지 방법이 복합적으로 수행되도록 함으로써, 홍채 인식 가능한 대상자 범위가 사용자의 신장에 의하여 제한되지 않는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 홍채 이미지 취득 장치에 있어서,
    렌즈 및 이미지 센서를 포함하고, 상하 방향으로 틸팅 가능한 카메라 모듈;
    상기 이미지 센서에서 획득된 이미지로부터 홍채 패턴을 추출하여 디지털 신호로 변환하는 이미지 처리부;
    획득된 홍채 이미지 정보가 저장되는 메모리; 및
    상기 이미지 센서에서 획득된 이미지의 홍채 패턴 정보와 상기 메모리에 저장된 홍채 패턴 정보를 비교 분석하는 제어부를 포함하고,
    상기 이미지 센서는, 상기 렌즈의 중심을 통과하는 광축에 직교하는 수직면에 대하여 전방 또는 후방으로 경사지게 설치되며,
    상기 카메라 모듈은,
    제 1 카메라 모듈과,
    상기 제 1 카메라 모듈로부터 가로 방향으로 소정 거리 이격된 지점에 배치되는 제 2 카메라 모듈을 포함하고,
    상기 제 1 카메라 모듈의 화각과 상기 제 2 카메라 모듈의 화각 중 어느 하나는 다른 하나보다 큰 것을 특징으로 하는 홍채 이미지 취득 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라 모듈의 일측에 연결되어, 상기 카메라 모듈을 틸팅시키는 회전력을 제공하며, 정역회전이 가능한 구동 모터를 더 포함하는 홍채 이미지 취득 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 카메라 모듈과 상기 제 2 카메라 모듈은 상기 구동 모터에 의하여 한 몸으로 틸팅되는 것을 특징으로 하는 홍채 치미지 취득 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서
    상기 제 1 카메라 모듈의 이미지 센서와 상기 제 2 카메라 모듈의 이미지 센서 중 어느 하나는 상기 수직면에 대하여 후방으로 경사지게 배치되고, 다른 하나는 상기 수직면에 대하여 전방으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 홍채 이미지 취득 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 카메라 모듈의 홍채 인식 가능 영역과 상기 제 2 카메라 모듈의 홍채 인식 가능 영역 중 어느 하나는 다른 하나의 전방에 형성되고, 적어도 일부분이 상호 중첩되는 것을 특징으로 하는 홍채 이미지 취득 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은 수직 방향으로 상승 또는 하강 가능하게 제공되는 것을 특징으로 하는 홍채 이미지 취득 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 카메라 모듈을 수직 방향으로 상승 또는 하강 가능하게 하는 구동 수단 및 가이드 수단을 더 포함하는 홍채 이미지 취득 장치.
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