KR101882895B1 - 출력 변환 회로 및 지문식별시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 출력 변환 회로 및 지문식별시스템에 관한 것으로, 상기 출력 변환 회로는, 상기 제1 출력신호를 수신하기 위한 제1 입력단과, 제2 입력단, 및 비교결과 출력신호를 생성하기 위한 출력단이 구비된 비교기; 상기 비교기의 출력단에 연결되어 상기 제2 출력신호를 생성하기 위한 카운터; 상기 제2 입력단에 연결되어 참조신호를 생성하고, 또한 상기 참조신호가 관련되는 랜덤수를 생성하기 위한 랜덤수 생성기가 구비된 참조신호생성기;를 포함하고, 상기 비교기는 상기 제1 출력신호 및 상기 참조신호에 따라 상기 비교결과 출력신호를 생성한다.

Description

출력 변환 회로 및 지문식별시스템{Output conversion circuit and fingerprint identification system}
본 발명은 출력 변환 회로 및 지문식별시스템에 관한 것으로, 특히 출력신호의 통계 비선형 오차를 개선할 수 있는 출력 변환 회로 및 지문식별시스템에 관한 것이다.
과학기술이 날이 갈수록 발전하면서 이동전화, 디지터카메라, 태블릿PC, 노트북 등 갈수록 많은 휴대형 전자기기가 사람들의 생활에서 필수 도구가 되고 있다. 휴대형 전자기기가 통상적으로 개인들이 사용하기 때문에 일정한 프라이버시가 필요하고 내부에 저장되는 전화번호부, 사진 및 개인 정보 등의 데이터는 개인이 소유하게 된다. 그러나 전자기기가 유실되면 이러한 데이터는 타인에 의해 이용되어 불필요한 손실을 입게 된다. 비록 지금은 비밀번호를 이용하여 보호를 하는 방식으로 전자기기가 타인에 의해 사용되는 것을 방지하고 있지만 비밀번호는 누설되거나 해킹되기 쉬워서 안전성이 낮다. 그리고 사용자는 비밀번호를 기억해야 전자기기를 사용할 수 있고 비밀번호를 잊으면 사용자에게 많은 불편을 주게 된다. 따라서, 현재는 사용자 지문식별시스템을 이용하는 방식으로 신분 인증을 하여 데이터의 안전성을 높이고 있다.
일반적으로, 지문식별시스템에서는 픽셀 어레이 회로를 이용해 손가락의 접촉을 받아들이고 픽셀 어레이 회로는 픽셀 어레이 회로와 손가락 사이의 정전 용량을 픽셀 출력신호로 변환 시키는데, 픽셀 출력신호는 노이즈의 영향을 받아서 우수한 통계 비선형 오차를 구비하지 않아 후단의 이미지 처리에 불리하다. 따라서, 지문식별시스템의 출력신호의 통계 비선형 오차를 개선하는 것은 업계에서 노력해야 할 목표가 되었다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 출력신호의 통계 비선형 오차를 개선하는 출력 변환 회로 및 지문식별시스템을 제공하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 출력 변환 회로를 개시하고, 상기 출력 변환 회로는, 상기 제1 출력신호를 수신하기 위한 제1 입력단과, 제2 입력단 및 비교결과 출력신호를 생성하기 위한 출력단이 구비된 비교기; 상기 비교기의 출력단에 연결되어 상기 제2 출력신호를 생성하기 위한 카운터; 상기 제2 입력단에 연결되어 참조신호를 생성하고, 또한 상기 참조신호가 관련되는 랜덤수를 생성하기 위한 랜덤수 생성기가 구비된 참조신호생성기;를 포함하고, 상기 비교기는 상기 제1 출력신호 및 상기 참조신호에 따라 상기 비교결과 출력신호를 생성한다.
바람직하게는, 상기 참조신호는 시간에 따라 랜덤 변동하는 신호고 상기 랜덤수는 균일하게 분포된다.
바람직하게는, 상기 참조신호생성기는 고정 전압값을 구비하는 참조전압을 출력하는 제어회로를 포함한다.
바람직하게는, 상기 참조신호는 상기 참조전압과 상기 랜덤수의 총합에 관련된다.
바람직하게는, 상기 참조신호생성기에는 상기 참조전압과 상기 랜덤수의 총합을 아날로그의 상기 참조신호로 변환시키기 위한 디지털아날로그변환기를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 제1 출력신호가 상기 참조신호보다 클 때 상기 비교결과 출력신호는 제1 전위고 상기 제1 출력신호가 상기 참조신호보다 작을 때 상기 비교결과 출력신호는 제2 전위다.
바람직하게는, 상기 제1 입력단이 연결되는 픽셀 어레이 회로를 포함하는 지문식별시스템에 응용된다.
바람직하게는, 상기 픽셀 어레이 회로에 적어도 하나의 픽셀회로가 포함된다.
바람직하게는, 상기 픽셀 어레이 회로는 손가락의 접촉을 받아들이고 또한 상기 손가락과의 사이에 형성되는 정전 용량을 상기 제1 출력신호에 관련되는 픽셀 출력신호로 변환 시킨다.
바람직하게는, 상기 지문식별시스템은 또한 상기 픽셀 어레이 회로와 상기 제1 입력단 사이에 연결되어 상기 픽셀 출력신호의 신호 강도를 증강하여 상기 제1 출력신호가 되도록 하는 증폭기를 포함한다.
상술한 기술적 과제를 더욱 효과적으로 해결하기 위하여 본 발명은 지문식별시스템을 개시한다. 상기 지문식별시스템은,
손가락의 접촉을 받아들이고 또한 상기 손가락과의 사이에 형성되는 정전 용량을 픽셀 출력신호로 변환 시키는 픽셀 어레이 회로;
상기 제1 출력신호를 수신하기 위한 제1 입력단과, 제2 입력단 및 비교결과 출력신호를 생성하기 위한 출력단이 구비된 비교기; 상기 비교기의 출력단에 연결되어 상기 제2 출력신호를 생성하기 위한 카운터; 및 상기 제2 입력단에 연결되어 참조신호를 생성하고 또한 상기 참조신호가 관련되는 랜덤수를 생성하기 위한 랜덤수 생성기가 구비된 참조신호생성기;를 포함하고 제1 출력신호에 근거하여 제2 출력신호를 생성하기 위한 상기 출력 변환 회로; 및
상기 출력 변환 회로에 연결되어 상기 제2 출력신호를 근거로 하여 상기 픽셀 출력신호가 지문 융선에 대응되는지 아니면 지문 골에 대응되는지 판단하는 지문판단 모듈;를 포함하고,
상기 제1 출력신호는 상기 픽셀 출력신호에 관련되고 상기 비교기는 제1 출력신호 및 상기 참조신호를 근거로 해서 상기 비교결과 출력신호를 생성한다.
본 발명에서 제공하는 출력 변환 회로에서는 랜덤수 생성기를 이용하여 참조신호의 신호값을 변경 시켜서 통계 비선형 오차가 좋지 않은 제1 출력신호를 통계 비선형 오차가 우수한 제2 출력신호로 변환 시키고 또한 제2 출력신호를 후단의 이미지 처리 모듈에 전송함으로써 후단의 이미지 처리에 유리하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 출력 변환 회로의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지문식별시스템의 설명도이다.
도 3은 노이즈의 확률 밀도 함수의 설명도이다.
도 4는 다수 개의 가우스함수의 설명도이다.
도 5는 합 함수의 설명도이다.
도 6은 제1 출력신호의 확률 밀도 함수의 설명도이다.
이하, 첨부도면 및 실시예를 결합하여 본 발명을 상세히 설명하여 본 발명의 목적, 기술방안 및 장점을 더욱 명확하게 하도록 한다. 그러나 여기에서 기재된 구체적인 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위함이며 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.
도 1을 참고하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 출력 변환 회로(10)의 설명도이다. 출력 변환 회로(10)는 제1 출력신호(Vo1)를 제2 출력신호(Vo2)로 변환 시키고, 출력 변환 회로(10)는 비교기(100), 카운터(102) 및 참조신호 생성기(104)를 포함한다. 비교기(100)는 마이너스 입력단(「－」부호가 표기됨), 플러스 입력단(「＋」 부호가 표기됨) 및 출력단이 구비된다. 플러스 입력단(즉, 비교기의 제1 입력단)은 제1 출력신호(Vo1)를 수신하고 마이너스 입력단(즉, 비교기의 제2 입력단)은 참조신호 생성기(104)에 연결되어 참조신호(VR)를 수신한다. 비교기(100)는 제1 출력신호(Vo1) 및 참조신호(VR)에 근거하여 비교결과 출력신호(Vcp)를 생성하고 또한 출력단을 통해 비교결과 출력신호(Vcp)를 출력하며, 비교결과 출력신호(Vcp)는 논리값 0이나 논리값 1일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 출력신호(Vo1)가 참조신호(VR)보다 클 때 비교결과 출력신호(Vcp)는 논리값 1(제1 전위에 대응됨)이 되고; 제1 출력신호(Vo1)가 참조신호(VR)보다 작을 때 비교결과 출력신호(Vcp)는 논리값 0(제2 전위에 대응됨)이 된다. 카운터(102)는 비교기(100)의 출력단에 연결되어 비교결과 출력신호(Vcp)에 대해 누적 처리를 하여 제2 출력신호(Vo2)를 생성한다. 즉, 제2 출력신호(Vo2)는 비교결과 출력신호(Vcp)가 누적 처리된 후의 결과다. 참조신호 생성기(104)는 제어회로(120), 랜덤수 생성기(124) 및 디지털아날로그변환기(122)를 포함하고, 제어회로(120)는 디지털 고정 전압(VF)을 생성하고 랜덤수 생성기(124)는 디지털 랜덤수(RD)를 생성하고 디지털아날로그변환기(122)는 고정 전압(VF)과 랜덤수(RD)의 총합을 아날로그 참조신호(VR)로 변환 시킨다. 바람직하게는, 랜덤수(RD)는 균일분포(Uniform Distribution)를 나타낸다.
출력 변환 회로(10)의 작업 원리는 아래와 같다. 제1 출력신호(Vo1)에는 바라는 신호(sig) 및 노이즈(noi)가 포함되는데, 즉, 제1 출력신호(Vo1)는 바라는 신호(sig) 및 노이즈(noi)가 상호 더하기한 결과고 그 수학식은 Vo1＝sig+noi로 표현될 수 있고 이 중에서 노이즈(noi)는 확률변수(random variable)로 볼 수 있으며, 제1 출력신호(Vo1)의 누적 밀도 함수F(a)는 「제1 출력신호(Vo1)가 특정값(a)보다 작은 확률」을 가리킨다. 주의할 점은, 노이즈(noi)는 통상적으로 비균일분포(Non-uniform Distribution)이기에 제1 출력신호(Vo1)의 통계 비선형 오차가 좋지 않다. 다시 말해서, 고정 구간(Δ)에 대해, 고정 구간(Δ)이 특정값(a) 부근에 있는 확률과 고정 구간(Δ)이 다른 특정값(b) 부근에 있는 확률이 다르다. 예를 들면
Figure 112017043247710-pct00001
다.
다시 말해서, 제1 출력신호(Vo1)의 통계 비선형 오차가 좋지 않은 주된 원인 중의 하나는 노이즈(noi)가 비균일분포를 나타내기 때문이며, 노이즈(noi)가 가우스 분포(Gaussian Distribution)를 나타내는 것을 예로 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이 노이즈(noi)의 확률 밀도 함수p(x)가 중심(x=0)에서 비균일성을 지니기에 제1 출력신호(Vo1)의 통계 비선형 오차가 좋지 않게 된다. 확률 밀도 함수의 비균일성 문제를 해결하기 위해, 다수 개의 이동한 후의 확률 밀도 함수를 상호 겹치게 수 있고 겹쳐진 후의 합 함수는 균일분포 특성을 지닌다. 구체적으로, 도 4 및 도 5를 참고하면, 도 4는 가우스함수(p-N～pN)의 설명도고 도 5는 합 함수(pSUM)의 설명도이다. 도 4에서, 가우스함수(p0)는 중심이 0인 가우스함수를 가리키고 가우스함수(p-N～p-1)는 가우스함수(p0)를 왼쪽으로 이동한 다수 개의 가우스함수를 가리키고, 가우스함수(p1～pN)는 가우스함수(p0)를 오른쪽으로 이동한 다수 개의 가우스함수를 가리킨다. 주의할 점은, 합 함수(pSUM)는 가우스함수(p-N～pN)를 모두 상호 겹치게 한 후의 결과다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 합 함수(pSUM)는 중심에서 균일분포 특성을 지닌다.
한편, 참조신호(VR)의 신호값을 변경함으로써(참조신호(VR)의 신호값을 변경하는 것은 랜덤수 생성기(124)에 의해 수행될 수 있음) 노이즈(noi)의 확률 밀도 함수를 이동시키는 효과를 볼 수 있다. 상세하게는, 도 6을 참조하면, 도 6은 제1 출력신호(Vo1)의 확률 밀도 함수q(x)의 설명도이다. 확률 밀도 함수q(x)는 제1 출력신호(Vo1)의 바라는 신호(sig)를 중심으로 하여 비교결과 출력신호(Vcp)가 논리값 0인 확률이 제1 출력신호(Vo1)가 참조신호(VR)보다 작은 확률과 같으며(도 6에서의 스크린 모양의 그리드 구역), 비교결과 출력신호(Vcp)가 논리값 1인 확률은 제1 출력신호(Vo1)가 참조신호(VR)보다 큰 확률이다(도 6에서의 점 모양의 분포 구역). 실질적으로, 바라는 신호(sig)의 신호값을 변경할 수 없는 상황에서 ， 참조신호(VR)의 신호값을 변경하는 것은 확률 밀도 함수q(x)를 왼쪽이나 오른쪽으로 이동하는 것에 해당된다. 상세하게는, 참조신호(VR)의 신호값을 증가시키는 것은 제1 출력신호(Vo1)의 확률 밀도 함수를 왼쪽으로 이동시키는 것에 해당되고 참조신호(VR)의 신호값을 내리면 제1 출력신호(Vo1)의 확률 밀도 함수를 오른쪽으로 이동시키는 것에 해당된다. 이 중에서, 참조신호(VR)의 신호값을 변경하는 것은 랜덤수 생성기(124)에 의해 실행될 수 있다. 더 나아가, 제2 출력신호(Vo2)는 비교결과 출력신호(Vcp)의 겹침 결과이기 때문에 ，제2 출력신호(Vo2)의 확률 밀도 함수는 확률 밀도 함수q(x)를 이동한 후 겹침 한 결과로 간주할 수 있으며 도 5에 도시된 바와 같은 균일분포 특성을 지니기에 제2 출력신호(Vo2)는 우수한 통계 비선형 오차를 갖는다.
상술한 내용에서 알 수 있듯이, 본 발명의 출력 변환 회로(10)는 랜덤수 생성기(124)를 이용하여 참조신호(VR)의 신호값을 변경함으로써 통계 비선형 오차가 좋지 않은 제1 출력신호(Vo1)를 통계 비선형 오차가 우수한 제2 출력신호(Vo2)로 변환 시키고 또한 제2 출력신호(Vo2)를 후단 이미지 처리 모듈에 전송하며, 통계 비선형 오차가 우수한 제2 출력신호(Vo2)는 후단의 이미지 처리에 유리하다.
한편, 출력 변환 회로(10)는 지문식별시스템에 응용될 수 있다. 도 2를 참고하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지문식별시스템(20)의 설명도이다. 지문식별시스템(20)은 출력 변환 회로(10)를 사용하고 또한 픽셀 어레이 회로(22), 증폭기(24) 및 지문판단 모듈(26)을 포함한다. 픽셀 어레이 회로(22)는 손가락의 접촉을 받아들이고 또한 픽셀 어레이 회로(22)와 손가락 사이의 접촉 정전 용량(CF)을 픽셀 출력신호(Vo)로 변경 시킨다. 증폭기(24)는 픽셀 어레이 회로(22)에 연결되어 픽셀 출력신호(Vo)의 신호 강도를 증강하여 제1 출력신호(Vo1)가 되도록 하며, 제1 출력신호(Vo1)는 출력신호(Vo)가 증폭기(24)에 의해 증강된 후의 신호다. 출력 변환 회로(10)에서 비교기(100)의 플러스 입력단은 증폭기(24)에 연결되고 비교기(100)는 제1 출력신호(Vo1) 및 참조신호(VR)에 근거하여 비교결과 출력신호(Vcp)를 생성한다. 출력 변환 회로(10)는 통계 비선형 오차가 좋지 않은 제1 출력신호(Vo1)를 통계 비선형 오차가 우수한 제2 출력신호(Vo2)로 변경 시키며 제2 출력신호(Vo2)는 지문판단 모듈(26)에 출력되고 지문판단 모듈(26)은 제2 출력신호(Vo2)에 근거하여 픽셀 출력신호(Vo)가 지문 융선(Finger Ridge)에 대응되는지 아니면 지문 골(Finger Valley)에 대응되는지 판단한다.
주의할 점은, 상술한 실시예는 본 발명의 개념을 설명하기 위한 것으로, 당 업계의 통상적인 지식을 가진 자는 이를 여러 가지로 수정할 수 있기에 이에 국한되지 않는다. 예를 들면, 증폭기(24)는 픽셀 출력신호(Vo)의 신호 강도를 증강하는 데에만 사용될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다. 픽셀 출력신호의 신호 강도가 충분한 상황에서 지문식별시스템은 비교기의 플러스 입력단을 픽셀 어레이 회로에 직접 연결할 수 있되 이 역시 본 발명의 범위에 속한다. 이외에, 랜덤수 생성기는 디서(Dither)를 이용하여 구현될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
상술한 바를 종합해 보면, 본 발명은 랜덤수 생성기를 이용하여 참조신호의 신호값을 변경함으로써 통계 비선형 오차가 좋지 않은 제1 출력신호를 통계 비선형 오차가 우수한 제2 출력신호로 변환 시키고 또한 제2 출력신호를 후단 이미지 처리 모듈에 전송하여 후단의 이미지 처리에 유리하도록 한다.
이상은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐이며 이로 인해 본 발명을 제한할 수 없다. 본 발명의 사상과 원칙 내에서 실시되는 그 어떠한 수정 및 동등한 대체 와 개선 등은 모두 본 발명의 청구범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 제1 출력신호를 수신하기 위한 제1 입력단과, 제2 입력단 및 비교결과 출력신호를 생성하기 위한 출력단이 구비된 비교기;
    상기 비교기의 출력단에 연결되어 상기 비교결과 출력신호의 누적 결과를 계산하여 제2 출력신호를 생성하기 위한 카운터; 및
    상기 제2 입력단에 연결되어 참조신호를 생성하고, 또한 고정 전압을 생성하기 위한 제어회로; 랜덤수를 생성하기 위한 랜덤수 생성기; 및 상기 고정 전압 및 상기 랜덤수를 합산하기 위한 가산기가 구비된 참조신호생성기;를 포함하고,
    상기 참조신호는 상기 고정 전압 및 상기 랜덤수의 합과 관련되고,
    상기 비교기는 상기 제1 출력신호 및 상기 참조신호에 따라 상기 비교결과 출력신호를 생성하고,
    상기 참조신호는 시간에 따라 랜덤 변동하는 신호이고 상기 랜덤수는 균일하게 분포되고,
    상기 제1 출력신호에는 노이즈가 포함되고, 상기 노이즈는 비균일분포 특성을 지니는 것을 특징으로 하는,
    출력 변환 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 참조신호생성기에는 상기 고정 전압과 상기 랜덤수의 총합을 아날로그의 상기 참조신호로 변환시키기 위한 디지털아날로그변환기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 변환 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 출력신호가 상기 참조신호보다 클 때 상기 비교결과 출력신호는 제1 전위고 상기 제1 출력신호가 상기 참조신호보다 작을 때 상기 비교결과 출력신호는 제2 전위인 것을 특징으로 하는 출력 변환 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입력단이 연결되는 픽셀 어레이 회로를 포함하는 지문식별시스템에 응용되는 것을 특징으로 하는 출력 변환 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이 회로에 적어도 하나의 픽셀회로가 포함되는 것을 특징으로 하는 출력 변환 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이 회로는 손가락의 접촉을 받아들이고 또한 상기 픽셀 어레이 회로와 상기 손가락 사이에 형성되는 정전 용량을 상기 제1 출력신호에 관련되는 픽셀 출력신호로 변환 시키는 것을 특징으로 하는 출력 변환 회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지문식별시스템은 또한 상기 픽셀 어레이 회로와 상기 제1 입력단 사이에 연결되어 상기 픽셀 출력신호의 신호 강도를 증강하여 상기 제1 출력신호가 되도록 하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 변환 회로.
  8. 지문식별시스템에 있어서,
    손가락의 접촉을 받아들이고 또한 상기 손가락과의 사이에 형성되는 정전 용량을 픽셀 출력신호로 변환 시키는 픽셀 어레이 회로;
    제1 출력신호를 수신하기 위한 제1 입력단과, 제2 입력단 및 비교결과 출력신호를 생성하기 위한 출력단이 구비된 비교기; 상기 비교기의 출력단에 연결되어 상기 비교결과 출력신호의 누적 결과를 계산하여 제2 출력신호를 생성하기 위한 카운터; 및 상기 제2 입력단에 연결되어 참조신호를 생성하고 또한 고정 전압을 생성하기 위한 제어회로; 랜덤수를 생성하기 위한 랜덤수 생성기; 및 상기 고정 전압 및 상기 랜덤수를 합산하기 위한 가산기가 구비된 참조신호생성기;를 포함하는 출력 변환 회로; 및
    상기 출력 변환 회로에 연결되어 상기 제2 출력신호를 근거로 하여 상기 픽셀 출력신호가 지문 융선에 대응되는지 아니면 지문 골에 대응되는지 판단하는 지문판단 모듈;
    을 포함하고,
    상기 참조신호는 상기 고정 전압 및 상기 랜덤수의 합과 관련되고, 상기 제1 출력신호는 상기 픽셀 출력신호에 관련되고 상기 비교기는 제1 출력신호 및 상기 참조신호를 근거로 해서 상기 비교결과 출력신호를 생성하고,
    상기 참조신호는 시간에 따라 랜덤 변동하는 신호고 상기 랜덤수는 균일하게 분포되고,
    상기 제1 출력신호에는 노이즈가 포함되고, 상기 노이즈는 비균일분포 특성을 지니는 것을 특징으로 하는,
    지문식별시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 참조신호생성기에는 상기 고정 전압과 상기 랜덤수의 총합을 아날로그의 상기 참조신호로 변환시키기 위한 디지털아날로그변환기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지문식별시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    제1 출력신호가 상기 참조신호보다 클 때 상기 비교결과 출력신호는 제1 전위고 상기 제1 출력신호가 상기 참조신호보다 작을 때 상기 비교결과 출력신호는 제2 전위인 것을 특징으로 하는 지문식별시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이 회로에 적어도 하나의 픽셀회로가 포함되는 것을 특징으로 하는 지문식별시스템.
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