KR101496852B1 - 지정맥 인증 시스템 - Google Patents

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KR101496852B1
KR101496852B1 KR20130142674A KR20130142674A KR101496852B1 KR 101496852 B1 KR101496852 B1 KR 101496852B1 KR 20130142674 A KR20130142674 A KR 20130142674A KR 20130142674 A KR20130142674 A KR 20130142674A KR 101496852 B1 KR101496852 B1 KR 101496852B1
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level set
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finger vein
set curvature
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박봉준
박철준
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(주)코리센
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Abstract

본 발명은 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 분석하는 방식에 의하여 저용량/고속으로 사용자의 지정맥 패턴을 인식, 대조 및 판별하는 지정맥 인증 시스템에 관한 것이다.
이를 실현하기 위해 본 발명의 일 형태는 근적외선 광을 방출하도록 이루어진 광원부와, 상기 광원부로부터 입사된 광 중에서 특정 파장의 광만을 투과시키도록 구성된 광학 필터부와, 사용자의 손가락이 포함된 화상을 촬상한 후 그 촬상된 화상을 전기적 신호로 변환하도록 구성된 CCD 카메라부와, 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 이용하여 상기 손가락이 포함된 화상 중에서 손가락 정맥 패턴을 추출하는 연산을 수행하는 레벨 세트 곡률 프로그램을 저장하는 메모리부와, 상기 레벨 세트 곡률 프로그램을 구동하는 제어부를 포함하는 지정맥 인증 시스템으로서, 상기 레벨 세트 곡률 프로그램은, 상기 제어부로 하여금, (a) 상기 CCD 카메라부에서 취득된 상기 손가락이 포함된 화상에서 노이즈를 제거하고; (b) 노이즈가 제거된 상기 손가락이 포함된 화상 중에서 주변 부분을 제거함으로써 상기 손가락 부분만의 화상을 분리해 내고; (c) 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 이용하여 상기 손가락 부분만의 화상 중에서 손가락 정맥 패턴을 추출하고; (d) 상기 추출된 손가락 정맥 패턴을 2진화 처리하고; (e) 상기 2진화된 처리된 손가락 정맥 패턴을 세선화(thinning) 처리하도록 지시하는 것을 특징으로 하는 지정맥 인증 시스템을 제공한다.

Description

지정맥 인증 시스템{FINGER VEIN AUTHENTICATION SYSTEM}
본 발명은 지정맥 인증 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 분석하는 방식에 의하여 저용량/고속으로 사용자의 지정맥 패턴을 인식, 대조 및 판별하는 지정맥 인증 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 바이오 인식(bio-metrics)이란 인간의 생리학적 혹은 행동학적 특징을 이용하여 개인을 인식하는 방법이다. 대표적인 바이오 인식 기술로는 지문, 얼굴, 홍채, 지정맥, 서명, 화자 인식 등이 있다. 이러한 바이오 인식 방법 중 지문인식과 지정맥 인식은 높은 인식 성능을 가지며, 사용자의 거부감과 불편함이 적고 인식시간이 빠르다는 장점을 가지고 있다.
인간의 지문을 이용하여 본인 여부를 판별할 수 있다는 개념은 오래전부터 범죄자를 찾는 목적으로 널리 사용되었으며, 사람마다 지문의 모양이 다르다는 것은 이미 널리 알려진 사실이다. 하지만, 지문의 해당 손가락의 외상이 있을 경우, 또는 건조하거나 젖은 손가락에서는 일반 지문 스캐너를 통해 표피 지문의 패턴을 취득하기 곤란한 단점이 있다.
이를 해결하고자, “Lumidigm" 사에서는 가시광선을 손가락에 투과시켜서, 손가락의 진피 지문을 취득하고, 이를 인식에 이용하는 방법을 제안하였다. 진피 지문은 손가락에 심한 상처를 입지 않는 이상 어떠한 조건에서도 취득될 수 있다는 장점을 가지고 있다.
또한, “Yanagawa"의 연구에 의해 인간의 지정맥으로도 본인 여부를 판별할 수 있다는 개념이 입증되었다. 상기 ”Yanagawa"의 연구에 따르면 각 개인마다 열손가락의 지정맥 패턴이 모두 다르면 하나의 지정맥 패턴은 신뢰도가 매우 높은 홍채 패턴과 유사한 자유도로써 개인 인증에 적합하다고 기술하고 있다.
이처럼, 손가락의 진피 지문의 취득 및 손가락 정맥을 취득하여 개인인증을 사용함으로써, 표피 지문의 패턴이 잘 취득되지 않는 단점을 해소하기 위한 연구들이 진행되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점들을 감안하여 안출된 것으로서, 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 분석하는 방식에 의하여 저용량/고속으로 사용자의 지정맥 패턴을 인식, 대조 및 판별할 수 있는 지정맥 인증 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 형태는, 근적외선 광을 방출하도록 이루어진 광원부와, 상기 광원부로부터 입사된 광 중에서 특정 파장의 광만을 투과시키도록 구성된 광학 필터부와, 사용자의 손가락이 포함된 화상을 촬상한 후 그 촬상된 화상을 전기적 신호로 변환하도록 구성된 CCD 카메라부와, 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 이용하여 상기 손가락이 포함된 화상 중에서 손가락 정맥 패턴을 추출하는 연산을 수행하는 레벨 세트 곡률 프로그램을 저장하는 메모리부와, 상기 레벨 세트 곡률 프로그램을 구동하는 제어부를 포함하는 지정맥 인증 시스템으로서, 상기 레벨 세트 곡률 프로그램은, 상기 제어부로 하여금, (a) 상기 CCD 카메라부에서 취득된 상기 손가락이 포함된 화상에서 노이즈를 제거하고; (b) 노이즈가 제거된 상기 손가락이 포함된 화상 중에서 주변 부분을 제거함으로써 상기 손가락 부분만의 화상을 분리해 내고; (c) 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 이용하여 상기 손가락 부분만의 화상 중에서 손가락 정맥 패턴을 추출하고; (d) 상기 추출된 손가락 정맥 패턴을 2진화 처리하고; (e) 상기 2진화된 처리된 손가락 정맥 패턴을 세선화(thinning) 처리하도록 지시하는 것을 특징으로 하는 지정맥 인증 시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 (c)에서의 상기 레벨 세트 곡률을 이용하여 상기 손가락 정맥 패턴을 추출하는 것은, (c1) 상기 손가락 부분만의 화상을 구성하는 모든 픽셀들의 각각에 대한 픽셀 강도를 규정하는 제 1 연산과, (c2) 상기 모든 픽셀들 중에서 동일한 픽셀 강도를 갖는 픽셀들을 서로 연결시켜 생성한 폐곡선인 등고선(level set)을 하나 이상 생성하는 제 2 연산과, (c3) 상기 하나 이상의 등고선을 등고선 세트로 규정하는 제 3 연산과, (c4) 상기 등고선 세트의 바깥쪽을 기준으로 곡률이 최소가 되는, 상기 하나 이상의 등고선 각각의 지점들을 연결한 선을 하나 이상 생성하는 제 4 연산과, (c5) 상기 하나 이상의 선을 지정맥 패턴으로 인식하여 추출하는 제 5 연산에 의해 수행될 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 (c4) 에서의 상기 곡률은,
Figure 112013106372030-pat00001
의 식에 의해 구해질 수 있으며, 여기서
Figure 112013106372030-pat00002
는 상기 곡률이며, w는 상기 등고선 세트의 그래디언트 벡터(gradient vector)이다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 광학 필터부는 근적외선 대역 통과 필터(NIR Pass Filter)일 수 있으며, 사용자의 손가락의 정맥에 포함된 헤모글로빈 중의 옥시헤모글로빈(HbO2)과 디옥시헤모글로빈(Hb)의 감지에 적합한 630~1,000nm 파장의 광만을 투과시키도록 구성될 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 지정맥 인증 시스템은 숫자, 문자, 기호를 포함하는 다수 개의 키들로 구성되어 사용자가 선택한 키에 대응하는 키신호를 출력하는 키입력부를 더 포함할 수도 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 지정맥 인증 시스템의 외관을 보여주는 사시도.
도 1b는 도 1a의 상기 지정맥 인증 시스템 중의 화상 처리장치의 내부 구조를 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1a의 상기 지정맥 인증 시스템의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 3은 도 1a의 상기 지정맥 인증 시스템이 레벨 세트 곡률 프로그램의 명령에 따라 정맥 패턴을 추출하는 과정을 나타내는 알고리즘 흐름도.
도 4는 레벨 세트 곡률 프로그램에 따라, 노이즈가 제거된 손가락에 관한 화상을 노이즈 제거전의 화상과 비교하여 나타낸 도면.
도 5는 레벨 세트 곡률 프로그램에 따라, 전체 화상 중에서 손가락 부분만의 화상을 분리한 결과 화면을 보여주는 도면.
도 6a는 레벨 세트 곡률 프로그램에 따라 손가락 화상이 등고선 형태로 변환된 모습을 보여 주는 도면.
도 6b는 레벨 세트 곡률 프로그램이 상기 도 6a의 등고선을 이용하여 손가락 정맥 패턴을 판별하는 방식을 나타내는 도면.
도 7은 레벨 세트 곡률
Figure 112013106372030-pat00003
값을 8비트 그레이 레벨로 정규화하여 나타낸 도면.
도 8은 레벨 세트 곡률 프로그램에 따라 추출된 정맥 화상을 기존의 방식들에 따른 정맥 화상과 비교하여 나타낸 도면.
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 설명을 생략하도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 지정맥 인증 시스템(1)의 외관을 보여주는 사시도이고, 도 1b는 지정맥 인증 시스템(1) 중의 지정맥 화상 처리장치(10)의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 상기 지정맥 인증 시스템(1)의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명에 따른 지정맥 인증 시스템(1)은 근적외선 광을 사용자의 손가락에 조사한 화상을 CCD 카메라를 통해 디지털 화상으로 획득한 이후에, 상기 획득된 화상 중에서 지정맥 패턴의 특징을 레벨 세트 곡률 프로그램을 이용하여 추출하고, 그 추출된 패턴 특징을 미리 등록되어 있는 사용자 정보와 비교하는 방식으로 개개인을 식별하는 시스템이다.
예를 들어, 지정맥 인증 시스템(1)은 출입문 옆의 벽면에 설치될 수 있으며, 사용자는 출입 인증을 위해 지정맥 화상 처리장치(10)의 손가락 안착부(S)에 손가락(20)을 간단히 삽입(안착)하는 동작만으로 출입 인증을 완료할 수 있다. 이때, 사용자의 정맥 패턴이 시스템(1)에 등록되어 있는 정맥 패턴과 일치하지 않는 경우에는 출입 인증이 거부된다.
한편, 이하의 설명에서는 사용자가 정맥 패턴 인식만으로 인증을 완료하는 실시예를 상정하여, 본 시스템(1)을 설명하겠지만, 다른 실시예에서는, 사용자가 정맥 패턴을 인증한 전후에, 키입력부(210)를 통하여 비밀번호를 입력하는 방식으로 보안을 강화할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 비밀번호를 키입력부(210)에 입력한 이후에, 한번 더 지정맥 패턴을 확인시키는 방식으로 인증을 받을 수도 있다.
도 1a, 1b 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 지정맥 인증 시스템(1)은 크게 손가락 화상을 획득하는 지정맥 화상 처리장치(10)와 상기 획득된 화상으로부터 지정맥 패턴을 추출하여 사용자 인증 처리를 수행하는 인증 처리장치(20)로 구성된다. 또한, 지정맥 화상 처리장치(10)는 근적외선 광을 방출하도록 이루어진 광원부(110)와, 입사된 광 중에서 특정 파장의 광만을 투과시키도록 구성된 광학 필터부(120)와, 손가락 화상을 촬상한 후 그 촬상된 화상을 전기적 신호로 변환하는 동작을 수행하도록 구성된 CCD 카메라부(130)로 구성된다. 또한, 인증 처리장치(20)는 숫자, 문자, 기호 등의 다수 개의 키들로 구성되어 사용자가 선택한 키에 대응하는 키신호를 출력하는 키입력부(210)와, 사용자 인증에 관한 각종 입력 화면 및 결과 화면을 외부에 표시하는 디스플레이부(220)와, 레벨 세트 곡률 프로그램을 저장하는 메모리부(230)와, 상기 레벨 세트 곡률 프로그램을 구동하는 제어부(240)로 구성된다.
구체적으로, 지정맥 화상 처리장치(10)에는 손가락이 삽입되는 구조로 형성된 절개된 원통 형상의 손가락 안착부(S)가 형성되어 있으며, 손가락 안착부(S)의 상부의 본체면에는 광원부(110)가 설치되어 있고, 또한 손가락 안착부(S)의 하부에는 본체면에는 광학 필터부(120) 및 CCD 카메라부(130)가 설치되어 있다.
예를 들어, 사용자 인증을 위해 사용자가 손가락 안착부(S)에 손가락을 안착시킨 경우에는, 광원부(110)로부터 방사된 근적외선 광이 손가락 안착부(S) 상의 손가락을 투과한 이후에 광학 필터부(120)를 통과한 후 CCD 카메라부(130)에 도달하는 방식으로 손가락 화상이 촬상된다. 그 후에, CCD 카메라부(130)에서 촬상된 손가락 화상은 인증 처리장치(20)의 제어부(240)의 제어에 따라 메모리부(230)에 저장된다. 또한, 그 후에, 제어부(240)는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)의 명령에 따라 상기 손가락 화상 중의 지정맥 패턴이 기존에 미리 등록되어 있는 상기 사용자의 지정맥 패턴과 일치하는지의 여부를 판별하는 처리 동작을 수행한다.
광원부(110)는 예를 들어, 630~1,000nm 파장의 근적외선 광을 방출하는 구조의 하나 또는 복수의 LED 또는 레이져 다이오드로 구성할 수 있다. 바람직한 실시예에 따라, 광원부(110)의 후면에는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 재질로 구성된 광도파로(Light Wave Guide)를 부착할 수 있으며, 이에 따라 광이 옆으로 번지지 않고 손가락을 향해 입사될 수 있도록 할 수 있다.
광학 필터부(120)는 예를 들어, 근적외선 대역 통과 필터(NIR Pass Filter)로 구성할 수 있다. 광학 필터부(120)는 사용자의 손가락이 가시광선에 노출된 상황에서도 손가락 정맥 화상만 촬상될 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 바람직한 실시예에 따라, 광학 필터부는 헤모글로빈 중의 옥시헤모글로빈(HbO2)과 디옥시헤모글로빈(Hb)의 감지에 적합한 630~1,000nm 파장의 광만을 투과시키도록 구성할 수 있다.
CCD 카메라부(130)는 광원부(110)로부터 방사된 근적외선 광에 의하여 촬상된 손가락(F)에 관한 화상을 전기적 신호로 변환하는 동작을 수행한다. 또한, CCD 카메라부(130)에 의해 취득된 손가락(F)에 관한 전기적 신호 화상은 제어부(240)의 제어에 따라 메모리부(230)에 저장된다.
도 3은 제어부(240)가 레벨 세트 곡률 프로그램(231)의 명령에 따라, 상기 CCD 카메라부(130)로부터 수신한 손가락(F)에 관한 화상 중에서 정맥 패턴을 추출하는 과정을 나타내는 알고리즘 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 인증 처리장치(20)의 제어부(240)는 메모리부(230)에 저장되어 있는 “레벨 세트 곡률(level set curvature) 프로그램(231)”을 구동하여 (a) CCD 카메라부(130)로부터 취득된 손가락에 관한 화상에서 노이즈를 제거하는 처리 동작(S301)과, (b) 노이즈가 제거된 상기 손가락에 관한 화상 중에서 주변 부분을 제거하여 손가락 부분만의 화상을 분리해내는 처리 동작(S302)과, (c) 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 이용하여 상기 손가락 부분만의 화상 중에서 손가락 정맥 패턴을 추출하는 처리 동작(S303)과, (d) 상기 추출된 손가락 정맥 패턴을 2진화 하는 처리 동작(S304)과, (d) 2진화된 손가락 정맥 패턴을 세선화(thinning)하는 처리 동작(S305)을 수행한다.
이후에, 제어부(240)는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)의 명령에 따라, 상기 세선화가 이루어진 손가락 정맥 패턴이 상기 사용자에 관하여 기존에 등록된 손가락 정맥 패턴과 일치하는지의 여부를 판단할 수도 있음은 물론이다.
이러한 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 예를 들어, 플렉시블 디스크, 하드디스크, 광디스크, 광자기디스크, CD-ROM, CD-R, 자기테이프, 불휘발성의 메모리 카드, ROM 등과 같은 외부의 기억 매체를 이용하여 지정맥 인증 시스템(1)에 공급될 수도 있다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 레벨 세트 곡률(level set curvature) 프로그램(231)이 제공하는 지정맥 추출 알고리즘을 상세히 설명하도록 한다.
[노이즈 제거 처리(S301)]
본 발명에 따른 지정맥 인증 시스템(1)에 적용되는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 예를 들어, 가우시안 필터링 방식(gaussian filtering)을 사용하여, 손가락에 관한 화상 중에서 노이즈를 제거하는 연산을 수행한다.
예를 들어, 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 손가락에 관한 화상을 소정 크기, 예컨대 M라인 x N픽셀 크기의 블럭으로 분할하는 연산 과정과, 상기 분할된 각 블럭에 관한 화소값에 대한 표준편차를 산출하는 연산 과정과, 이중에서 가장 작은 표준편차를 선택하여 이를 정수값으로 양자화된 최소표준편차(σmin )를 산출하는 연산 과정과, 상기 최소표준편차(σmin )와 소정범위내의 표준편차를 갖는 블록(
Figure 112013106372030-pat00004
)을 선택하는 연산 과정을 수행할 수 있다.
이때, 블록(
Figure 112013106372030-pat00005
)은 다음의 수학식 1을 사용하여 도출가능하다.
[수학식 1]
Figure 112013106372030-pat00006
여기서,
Figure 112013106372030-pat00007
는 상기 선택된 블럭을 나타내며,
Figure 112013106372030-pat00008
는 FLOOR함수로서, 주어진 값보다 작거나 같은 최대 정수값을 구하는 함수를 말한다.
그 후에, 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 선택된 블럭(
Figure 112013106372030-pat00009
)들에 대해서 가우시안(Gaussian) 필터링을 하기 위한 필터계수를 산출하며, 이때, 필터계수는 양자화된 최소표준값차(σmin )로부터 다음의 수학식 2에 의해 산출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112013106372030-pat00010
이어서, 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 상기 산출된 필터계수에 따라, 상기 선택된 블럭(σmin ) 들에 대한 필터링을 수행한다.
이어서, 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 선택된 블록들과, 그 선택된 블럭들을 가우시안 필터링한 값의 차의 표준편차를 노이즈측정값(
Figure 112013106372030-pat00011
)으로 산출하며, 이것은 다음의 수학식 3과 같이 나타난다.
[수학식 3]
Figure 112013106372030-pat00012
이와 같은 과정에 의해, 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 손가락에 관한 화상 중에서 손가락 부분과 무관한 노이즈를 산출할 수 있으며, 이를 제거할 수 있게 된다.
도 4는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)에 따라, 노이즈가 제거된 손가락에 관한 화상을 노이즈 제거전의 화상과 비교하여 나타낸 것이다.
[손가락 부분만의 화상을 분리하는 처리(S302)]
본 발명에 따른 지정맥 인증 시스템(1)에 적용되는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 손가락에 관한 화상 중에서 손가락 부분만의 화상을 분리하는 연산을 수행한다.
CCD 카메라부(130)에 의해 촬상된 화상에는 손가락 부분에 대한 화상뿐만 아니라 주위 물체에 대한 화상도 함께 포함되어 있다.
바람직한 실시예에 따라, 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 그래디언트의 발산(divergence of gradient)을 이용한 가장자리 검출 함수(edge detect function)를 이용하여 전체 화상에서 손가락 부분만의 화상을 분리해내는 연산을 수행할 수 있다.
예를 들어, 그래디언트의 발산을 이용한 가장자리 검출 함수는 다음의 수학식 (4)를 이용할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112013106372030-pat00013
도 5는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)에 따라, 전체 화상 중에서 손가락 부분만의 화상을 분리한 결과 화면을 보여주고 있다.
[레벨 세트 곡률을 이용하여 손가락 정맥 패턴을 추출하는 처리(S303)]
본 발명에 따른 지정맥 인증 시스템(1)에 적용되는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 이용하여 손가락 부분의 화상에서 손가락 정맥 패턴을 추출하는 연산을 수행한다.
여기서, 레벨 세트(level set)란 화상의 각 픽셀 값을 강도 함수(intensity function)로 간주하였을 때, 같은 강도를 갖는 픽셀들의 집합을 지칭한다.
따라서, 만일 강도 함수가 연속함수라면 하나의 레벨 세트를 이루는 점들은 하나의 등고선을 형성하게 된다.
구체적으로, 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 (c1) 손가락 화상을 구성하는 모든 픽셀들의 각각에 대한 픽셀 강도를 규정하는 제 1 연산과, (c2) 상기 모든 픽셀들 중에서 동일한 픽셀 강도를 갖는 픽셀들을 서로 연결시켜 생성한 폐곡선인 등고선(level set)을 하나 이상 생성하는 제 2 연산과, (c3) 상기 하나 이상의 등고선을 등고선 세트로 규정하는 제 3 연산과, (c4) 상기 등고선 세트의 바깥쪽을 기준으로 곡률이 최소가 되는, 상기 하나 이상의 등고선 각각의 지점들을 연결한 선을 하나 이상 생성하는 제 4 연산과, (c5) 상기 하나 이상의 선을 지정맥 패턴으로 인식하여 추출하는 제 5 연산에 의해 수행되는 것에 의해 상기 손가락 화상 중에서 손가락 정맥 패턴을 추출하는 과정을 수행한다.
도 6a는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)에 따라 손가락 화상이 등고선 세트 형태로 변환된 모습을 보여 주고 있으며, 도 6b는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)이 상기 도 6a의 등고선 세트의 곡률을 이용하여 손가락 정맥 패턴을 판별하는 방식을 나타내고 있다.
먼저, 도 6a를 참조하면, 손가락 화상 중의 손가락 부분만의 화상을 구성하는 모든 픽셀들의 각각에 대한 픽셀 강도를 규정하는 연산과, 상기 모든 픽셀들 중에서 동일한 픽셀 강도를 갖는 픽셀들을 서로 연결시켜 생성한 폐곡선인 등고선(level set)을 하나 이상 생성하는 연산에 의해 등고선 세트가 만들어 진다.
다음으로, 도 6b를 참조하면, 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 상기 등고선 세트의 바깥쪽을 기준으로 곡률이 최소가 되는, 상기 하나 이상의 등고선 각각의 지점들을 연결한 선을 하나 이상 생성하는 연산과, 상기 하나 이상의 선을 지정맥 패턴으로 인식하여 추출하는 연산에 의해 손가락 화상 중에서 지정맥 패턴을 추출해 낸다.
이러한 등고선 세트의 바깥쪽을 기준으로 곡률이 최소가 되는 지점들을 연결한 선들은 지리학의 관점에서 봤을 때, 등고선 중의 계곡을 찾는 방식과 유사하다.
구체적으로, 본 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 손가락 화상에 포함된 등고선 세트를 구성하는 각 등고선에 있어서, 등고선 세트의 바깥쪽을 기준으로 계산하였을 때, 곡률이 최대가 되는 점들을 연결한 선이 능선(ridge)이 되고, 최소가 되는 점들을 연결한 선이 계곡(valley)이 되며, 또한 손가락 화상 중에서 정맥 혈관이 분포하는 곳은 등고선 세트 상에서 계곡의 패턴에 대응하게 된다는 원리에 기초한 것이다.
이러한 곡률이 최소가 되는 지점은, 다음의 수학식 5를 통해, 각각의 등고선에 있어서
Figure 112013106372030-pat00014
가 가장 작은 점들을 찾는 것에 의해 구할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112013106372030-pat00015
여기서
Figure 112013106372030-pat00016
는 곡률이고 w는 그래디언트 벡터이며, 손가락 정맥에 해당하는 부분은 뚜렷이 낮은
Figure 112013106372030-pat00017
값을 갖는다.
이와 같이, 레벨 세트 곡률은 정규화된 그래디언트(normalized gradient)의 발산(divergence)를 이용하여 구할 수 있으며, 이때 전술한 등고선 중의 능선 부분에서는 그래디언트 벡터가 모이고, 계곡 부분에서는 그래디언트 벡터가 발산하는 것을 직관적으로 확인할 수 있다.
도 7은
Figure 112013106372030-pat00018
값을 8비트 그레이 레벨로 정규화하여 나타낸 것이며, 정맥의 중심 라인에 해당하는 부분이 뚜렷이 작은 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.
[레벨 세트 곡률을 이진화하는 처리(S304) 및 세선화하는 처리(S305)]
본 발명에 따른 지정맥 인증 시스템(1)에 적용되는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 이용하여 추출된 손가락 정맥 패턴을 이진화하는 연산(S304)과, 그 이진화된 화상을 세선화(thinning)하는 연산(305)을 수행한다.
여기서, 레벨 세트 곡률 프로그램(231)이 수행하는 이진화 처리는 메모리부(230)의 용량을 고려하여 추출된 정맥의 저장 공간을 감소시키기 위한 것이며, 또한 후속 처리 과정인 매칭(matching) 시간을 감소시키기 위한 것이다.
또한, 레벨 세트 곡률 프로그램()이 수행하는 세선화는 두꺼운 정맥 표시를 얇은 정맥 표시로 변환하여, 더욱 많은 양의 정맥 정보를 왜곡 없이 저장할 수 있도록 하기 위한 것이다.
도 8은 레벨 세트 곡률 프로그램(231)에 따라, 손가락 화상 중에서 정맥 패턴을 추출하고, 그 추출된 패턴을 이진화 및 세선화한 최종 정맥 화상과 기존의 라인 트래킹(line tracking) 방식에 의한 제 1 정맥 화상 및 기존의 로컬 임계값(local threshold) 방식에 의한 제 2 정맥 화상과 비교하여 나타낸 도면이다.
도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 레벨 세트 곡률 프로그램(231)에 따라 얻어진 정맥 화상의 형태가 기존의 정맥 화상보다 훨씬 선명하며, 이에 따라 경계면에서의 오차가 적을 수 밖에 없다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따라 지정맥 인증 시스템(1)에 적용되는 레벨 세트 곡률 프로그램(231)은 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 기록될 수도 있다. 이러한 컴퓨터 판독가능한 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능한 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
또한, 이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다.
또한, 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 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 지정맥 인증 시스템 10: 지정맥 화상 처리장치
20: 인증 처리장치 110: 광원부
120: 광원 필터부 130: CCD 카메라부
210: 키입력부 220: 디스플레이부
230: 메모리부 231: 레벨세트곡률 프로그램
240: 제어부

Claims (5)

  1. 근적외선 광을 방출하도록 이루어진 광원부와,
    상기 광원부로부터 입사된 광 중에서 특정 파장의 광만을 투과시키도록 구성된 광학 필터부와,
    사용자의 손가락이 포함된 화상을 촬상한 후 그 촬상된 화상을 전기적 신호로 변환하도록 구성된 CCD 카메라부와,
    레벨 세트 곡률(level set curvature)을 이용하여 상기 손가락이 포함된 화상 중에서 손가락 정맥 패턴을 추출하는 연산을 수행하는 레벨 세트 곡률 프로그램을 저장하는 메모리부와,
    상기 레벨 세트 곡률 프로그램을 구동하는 제어부를 포함하는 지정맥 인증 시스템으로서,
    상기 레벨 세트 곡률 프로그램은, 상기 제어부로 하여금,
    (a) 상기 CCD 카메라부에서 취득된 상기 손가락이 포함된 화상에서 노이즈를 제거하고;
    (b) 노이즈가 제거된 상기 손가락이 포함된 화상 중에서 주변 부분을 제거함으로써 상기 손가락 부분만의 화상을 분리해 내고;
    (c) 레벨 세트 곡률(level set curvature)을 이용하여 상기 손가락 부분만의 화상 중에서 손가락 정맥 패턴을 추출하고;
    (d) 상기 추출된 손가락 정맥 패턴을 2진화 처리하고;
    (e) 상기 2진화된 처리된 손가락 정맥 패턴을 세선화(thinning) 처리하도록 지시하되,
    상기 (c)에서의 상기 레벨 세트 곡률을 이용하여 상기 손가락 정맥 패턴을 추출하는 것은,
    (c1) 상기 손가락 부분만의 화상을 구성하는 모든 픽셀들의 각각에 대한 픽셀 강도를 규정하는 제 1 연산과,
    (c2) 상기 모든 픽셀들 중에서 동일한 픽셀 강도를 갖는 픽셀들을 서로 연결시켜 생성한 폐곡선인 등고선(level set)을 하나 이상 생성하는 제 2 연산과,
    (c3) 상기 하나 이상의 등고선을 등고선 세트로 규정하는 제 3 연산과,
    (c4) 상기 등고선 세트의 바깥쪽을 기준으로 곡률이 최소가 되는, 상기 하나 이상의 등고선 각각의 지점들을 연결한 선을 하나 이상 생성하는 제 4 연산과,
    (c5) 상기 하나 이상의 선을 지정맥 패턴으로 인식하여 추출하는 제 5 연산에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 지정맥 인증 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c4) 에서의 상기 곡률은,
    Figure 112014086961683-pat00019

    의 식에 의해 구해지며, 여기서
    Figure 112014086961683-pat00020
    는 상기 곡률이며, w는 상기 등고선 세트의 그래디언트 벡터(gradient vector)인 것을 특징으로 하는 지정맥 인증 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 필터부는 근적외선 대역 통과 필터(NIR Pass Filter)이며, 사용자의 손가락의 정맥에 포함된 헤모글로빈 중의 옥시헤모글로빈(HbO2)과 디옥시헤모글로빈(Hb)의 감지에 적합한 630~1,000nm 파장의 광만을 투과시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 지정맥 인증 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    숫자, 문자, 기호를 포함하는 다수 개의 키들로 구성되어 사용자가 선택한 키에 대응하는 키신호를 출력하는 키입력부를 더 포함하는 지정맥 인증 시스템.
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