KR101969765B1 - 하나의 이미지 센서를 이용한 홍채인식 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

하나의 이미지 센서를 이용한 홍채인식 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치는 사용자의 양 안에 대한 두 개의 이미지를 각각 획득하는 이미지 획득부; 상기 두 개의 이미지를 적어도 네 개의 거울을 이용하여 하나의 방향으로 반사시키는 이미지 반사부 및 상기 하나의 방향으로 반사된 상기 두 개의 이미지를 이미지 센서가 획득하고, 컨텍스트 스위칭을 이용하여 상기 두 개의 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식하는 이미지 인식부를 포함한다.

Description

하나의 이미지 센서를 이용한 홍채인식 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR RECOGNIZING IRIS USING ONE IMAGE SENSOR}
본 발명은 이미지 인식 및 처리 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 홍채 이미지 인식 기술에 관한 것이다.
홍채인식제품들은 점점 소형화되고 있고, 1.1Cm 인 홍채를 고해상도로 캡쳐(capture)하기 위한 기술이 개발되고 있다.
지름이 1.1Cm 인 사람의 홍채를 30Cm 이상의 거리에서 240화소 이상으로 촬영하기 위해서는 렌즈화각이 약 10° 이하인 1.3Mega 화소 카메라가 필요하다.
하나의 카메라(이미지 센서)로 두 눈의 홍채를 240화소 이상으로 촬영하기 위해서는 엄청난 고해상도의 카메라가 필요하다. 왜냐하면, 보통 사람의 동공 간 거리는 6.4~7Cm 이고, 농구선수처럼 덩치가 큰 사람은 13Cm나 되기 때문이다.
결론적으로, 일반인의 평균 사람 눈의 크기는 4x3Cm 이고 얼굴의 수평 크기는 16Cm 이므로, 최소 10Mega 이상의 카메라를 사용해야 두 눈의 각각 홍채에 대해 240화소 촬영이 가능하다.
나아가, 사용자 편의를 위해서, 접근성을 높이기 위한 여유공간을 제공한다면 20Mega 이상의 카메라가 필요할 수도 있다.
만약, 20Mega 이상의 카메라를 사용하여 실시간으로 이미지를 처리 한다면, 슈퍼컴퓨터나 가능할 것이고, 카메라에서 CPU로 동영상 이미지를 가져오기 위해서는 엄청난 bandwidth가 필요할 수 밖에 없다.
따라서, 단순하게 하나의 카메라(이미지 센서)를 이용하여 홍채 이미지를 인식하는 것은 이론적으로는 가능하지만, 상용화하는 것은 실질적으로 매우 어렵다.
한편, 한국등록특허 제 10-1438691 호" 홍채인식 장치용 광학계 및 이를 구비한 홍채인식 카메라"는 반사프리즘 및 광반사부에 의해 광경로를 반사시켜 이미지센서로 제공함으로써, 광경로의 길이를 최대화하여 홍채인식 카메라와 명시거리 이상으로 떨어진 위치에서도 피검출자의 홍채영상을 선명하고, 용이하게 취득하는 홍채인식 카메라에 관하여 개시하고 있다.
그러나, 한국등록특허 제 10-1438691 호는 복수개의 렌즈와 복수개의 이미지 센서를 사용해야 하는 한계가 있다.
본 발명은 하나의 이미지 센서를 이용하여 두 눈의 홍채를 인식하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 두 눈의 홍채를 구별하여 이미지를 처리하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 홍채인식 장치의 소형화와 제조비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치는 사용자의 양 안에 대한 두 개의 이미지를 각각 획득하는 이미지 획득부; 상기 두 개의 이미지를 적어도 네 개의 거울을 이용하여 하나의 방향으로 반사시키는 이미지 반사부 및 상기 하나의 방향으로 반사된 상기 두 개의 이미지를 이미지 센서가 획득하고, 컨텍스트 스위칭을 이용하여 상기 두 개의 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식하는 이미지 인식부를 포함한다.
이 때, 상기 이미지 반사부는 상기 적어도 네 개의 거울 중 적어도 두 개의 거울을 이용하여 상기 두 개의 이미지를 다른 거울인 반사거울의 방향으로 반사시킬 수 있다.
이 때, 상기 이미지 반사부는 상기 반사거울을 이용하여 각각 다른 방향에서 입사되는 상기 두 개의 이미지를 상기 이미지 센서의 방향으로 반사시킬 수 있다.
이 때, 상기 반사거울은 상기 적어도 두 개의 거울에 상응하는 제1 반사거울과 제2 반사거울로 구성되고, 상기 제1 반사거울의 하부와 상기 제2 반사거울의 상부가 결합될 수 있다.
이 때, 상기 반사거울은 상기 제1 반사거울과 상기 제2 반사거울이 동일한 중심축을 기준으로 상기 제1 반사거울의 하부와 상기 제2 반사거울의 상부가 결합될 수 있다.
이 때, 상기 반사거울은 상기 제1 반사거울의 입사면과 상기 제2 반사거울의 입사면이 서로 대칭되도록 교차되어 상기 제1 반사거울의 하부와 상기 제2 반사거울의 상부가 결합될 수 있다.
이 때, 상기 이미지 반사부는 상기 반사거울이 상기 두 개의 이미지를 상기 이미지 센서의 방향으로 반사시키기 위하여, 상기 제1 반사거울 및 상기 제2 반사거울 중 적어도 하나를 상기 동일한 중심축을 기준으로 회전시켜 이미지의 반사 각도를 제어할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 반사부는 상기 이미지 센서의 초점, 렌즈 화각 및 렌즈의 굴곡 특성 중 적어도 하나를 고려하여 상기 동일한 중심축을 기준으로 상기 제1 반사거울 및 상기 제2 반사거울 중 적어도 하나를 회전시켜 이미지의 반사 각도를 제어할 수 있다.
이 때, 이미지 인식부는 상기 이미지 센서를 이용하여 상기 반사거울이 상기 두 개의 이미지를 반사한 반사 이미지를 획득할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 인식부는 상기 반사 이미지에 수직 동기(Vertical Sync)를 고려한 상기 컨텍스트 스위칭을 수행하여 컨텍스트 이미지를 리드아웃(Readout) 할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 인식부는 상기 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여, 상기 반사 이미지의 상단부의 상기 제1 반사거울이 반사한 제1 반사 이미지로부터 제1 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하고, 상기 반사 이미지의 하단부의 상기 제2 반사거울이 반사한 제2 반사 이미지로부터 제2 컨텍스트 이미지를 리드아웃 할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 인식부는 상기 컨텍스트 이미지에서 홍채인식을 위한 해상도에 상응하는 크기로 크롭(Crop)하여 상기 제1 컨텍스트 이미지에서 제1 홍채 이미지를 생성하고, 상기 제2 컨텍스트 이미지에서 제2 홍채 이미지를 생성할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 인식부는 홍채 알고리즘을 이용한 홍채인식을 수행하여 상기 제1 홍채 이미지와 상기 제2 홍채 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 인식부는 상기 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여, 상기 제1 반사 이미지에서 제1 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안, 상기 제2 홍채 이미지의 홍채인식을 수행하고, 상기 제2 반사 이미지에서 제2 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안, 상기 제1 홍채 이미지의 홍채인식을 수행할 수 있다.
이 때, 상기 이미지 획득부는 기설정된 사용자 유도 영역에 위치한 상기 사용자의 양 안에 대해서만 두 개의 이미지를 각각 획득할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 방법은 홍채인식 장치를 이용하는 방법에 있어서, 사용자의 양 안에 대한 두 개의 이미지를 각각 획득하는 단계; 상기 두 개의 이미지를 적어도 네 개의 거울을 이용하여 하나의 방향으로 반사시키는 단계 및 상기 하나의 방향으로 반사된 상기 두 개의 이미지를 이미지 센서가 획득하고, 컨텍스트 스위칭을 이용하여 상기 두 개의 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식하는 단계를 포함한다.
본 발명은 하나의 이미지 센서를 이용하여 두 눈의 홍채를 인식할 수 있다.
또한, 본 발명은 두 눈의 홍채를 구별하여 이미지를 처리할 수 있다.
또한, 본 발명은 홍채인식 장치의 소형화와 제조비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 인식부의 일 예를 세부적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 컨텍스트 스위칭부가 수행하는 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭 주기를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 컨텍스트 스위칭부가 수행하는 컨텍스트 스위칭의 리드 아웃 주기를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치를 세부적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 컨텍스트 스위칭부가 수행하는 컨텍스트 스위칭의 리드 아웃 주기를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 반사거울의 일 예를 나타낸 정면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 반사거울의 일 예를 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 5에 도시된 반사거울의 일 예를 나타낸 입체도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치에게 정상적으로 접근한 사용자의 홍채를 인식하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11 내지 14는 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치에게 비정상적으로 접근한 사용자를 유도하여 홍채를 인식하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치를 세부적인 수치의 일 예와 함께 나타낸 도면이다.
도 16는 본 발명의 일실시예에 따른 반사거울이 반사하는 반사 이미지를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서가 획득한 반사 이미지를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 컨텍스트 이미지를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 컨텍스트 스위칭을 고려한 홍채인식 과정을 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 21은 도 20에 도시된 이미지 인식 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치를 나타낸 블록도이다. 도 2는 도 1에 도시된 이미지 인식부의 일 예를 세부적으로 나타낸 블록도이다. 도 3은 도 2에 도시된 컨텍스트 스위칭부가 수행하는 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭 주기를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 2에 도시된 컨텍스트 스위칭부가 수행하는 컨텍스트 스위칭의 리드 아웃 주기를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치(100)는 이미지 획득부(110), 이미지 반사부(120) 및 이미지 인식부(130)를 포함한다.
이미지 획득부(110)는 사용자의 양 안에 대한 두 개의 이미지를 각각 획득할 수 있다.
이 때, 이미지 획득부(110)는 기설정된 사용자 유도 영역에 위치한 사용자의 양 안에 대해서만 두 개의 이미지를 각각 획득할 수 있다.
이미지 반사부(120)는 두 개의 이미지를 적어도 네 개의 거울을 이용하여 하나의 방향으로 반사시킬 수 있다.
이 때, 이미지 반사부(120)는 두 개의 이미지를 적어도 네 개의 거울을 이용하여 이미지 센서의 방향으로 반사시킬 수 있다.
이미지 인식부(130)는 하나의 방향으로 반사된 두 개의 이미지를 이미지 센서가 획득하고, 컨텍스트 스위칭을 이용하여 두 개의 이미지로부터 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식할 수 있다.
도 2를 참조하면, 이미지 인식부(130)는 이미지 센서부(131), 컨텍스트 스위칭부(132) 및 홍채 인식부(133)를 포함할 수 있다.
이미지 센서부(131)는 이미지 센서를 이용하여 이미지 반사부(120)가 두 개의 이미지를 반사한 반사 이미지를 획득할 수 있다.
컨텍스트 스위칭부(132)는 반사 이미지에 수직 동기(Vertical Sync)를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여 컨텍스트 이미지를 리드아웃(Readout) 할 수 있다.
이 때, 컨텍스트 스위칭부(132)는 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여, 반사 이미지의 상단부의 상기 제1 반사거울이 반사한 제1 반사 이미지로부터 제1 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하고 반사 이미지의 하단부의 상기 제2 반사거울이 반사한 제2 반사 이미지로부터 제2 컨텍스트 이미지를 리드아웃 할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 컨텍스트 스위칭부(132)는 수직 동기(Vertical Sync)를 고려하여 제1 컨텍스트 스위칭(Context A)를 수행한제1 컨텍스트 이미지와 제2 컨텍스트 스위칭을 수행한 제2 컨텍스트 이미지를 번갈아가며 리드아웃 하는 것을 알 수 있다.
이 때, 컨텍스트 스위칭부(132)는 컨텍스트 이미지에서 홍채인식을 위한 해상도에 상응하는 크기로 크롭(Crop)하여 홍채 이미지를 생성할 수 있다.
이 때, 컨텍스트 스위칭부(132)는 제1 컨텍스트 이미지를 크롭하여 제1 홍채이미지를 생성하고, 제2 컨텍스트 이미지를 크롭하여 제2 홍채 이미지를 생성할 수 있다.
이 때, 컨텍스트 스위칭부(132)는 크롭한 제1 홍채 이미지와 제2 홍채 이미지를 홍채 인식부(133)에 전달할 수 있다.
홍채 인식부(133)는 홍채 알고리즘을 이용한 홍채인식을 수행하여 상기 제1 홍채 이미지와 상기 제2 홍채 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식할 수 있다.
이 때, 홍채 인식부(133)는 제1 반사 이미지에서 제1 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안, 제2 홍채 이미지의 홍채인식을 수행하고, 제2 반사 이미지에서 제2 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안, 제1 홍채 이미지의 홍채인식을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치를 세부적으로 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5에 도시된 컨텍스트 스위칭부가 수행하는 컨텍스트 스위칭의 리드 아웃 주기를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치(100)는 먼저 이미지 획득부(110)과 풍경 A 이미지와 풍경 B 이미지를 획득하여 이미지 반사부(120)에 전달할 수 있다.
이 때, 이미지 반사부(120)는 적어도 네 개의 거울 중 적어도 두 개의 거울을 이용하여 두 개의 이미지를 다른 거울인 반사거울의 방향으로 반사시킬 수 있다.
이 때, 반사거울은 두 개의 이미지를 하나의 방향인 이미지 센서부(131)의 방향으로 반사시킬 수 있다.
이 때, 반사거울은 다른 방향에서 입사되는 두 개의 이미지를 하나의 방향으로 반사시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
즉, 이미지 반사부(120)는 적어도 네 개의 거울에 상응하는 제1 거울(121), 제1 반사거울(122), 제2 거울(123) 및 제2 반사거울(124)을 포함할 수 있다.
제1 거울(121)은 풍경 A 이미지를 제1 반사거울(122)에게 반사할 수 있다.
제2 거울(123)은 풍경 B 이미지를 제2 반사거울(124)에게 반사할 수 있다.
이 때, 풍겨 A 이미지는 사용자의 우 안 이미지에 상응할 수 있고, 풍경 B 이미지는 사용자의 좌 안 이미지에 상응할 수 있다.
이 때, 이미지 반사부(120)는 반사거울을 이용하여 각각 다른 방향에서 입사되는 풍경 A 이미지와 풍경 B 이미지를 이미지 센서부(131)의 방향으로 반사시킬 수 있다.
예를 들어, 반사거울은 적어도 두 개의 거울인 제1 거울(121)과 제2 거울(123)에 상응하는 제1 반사거울(122)과 제2 반사거울(124)로 구성될 수 있고, 제1 반사거울(122)의 하부와 제2 반사거울(124)의 상부가 결합될 수 있다.
이 때, 반사거울은 제1 반사거울(122)과 제2 반사거울(124)이 동일한 중심축을 기준으로 제1 반사거울(122)의 하부와 제2 반사거울(124) 상부가 결합될 수 있다.
이 때, 반사거울은 제1 반사거울(122)의 입사면과 상기 제2 반사거울(124)의 입사면이 서로 대칭되도록 교차되어 제1 반사거울(122)의 하부와 제2 반사거울(124)의 상부가 결합될 수 있다.
이 때, 이미지 반사부(120)는 반사거울이 두 개의 이미지를 이미지 센서부(131)의 방향으로 반사시키기 위하여, 제1 반사거울(122) 및 제2 반사거울(124) 중 적어도 하나를 동일한 중심축을 기준으로 회전시켜 이미지의 반사 각도를 제어할 수 있다.
이 때, 이미지 반사부(120)는 이미지 센서의 초점, 렌즈 화각 및 렌즈의 굴곡 특성 중 적어도 하나를 고려하여 동일한 중심축을 기준으로 제1 반사거울(122) 및 제2 반사거울(124) 중 적어도 하나를 회전시켜 이미지의 반사 각도를 제어할 수 있다.
이미지 센서부(131)는 반사거울이 반사한 반사 이미지를 획득할 수 있다.
이 때, 이미지 센서부(131)는 풍경 A 이미지를 제1 거울(121)과 제1 반사거울(122)로부터 반사된 제1 반사 이미지를 획득하게 되므로, 제1 반사 이미지는 풍경 A 이미지에서 좌-우가 반전된 이미지인 것을 알 수 있다.
이 때, 이미지 센서부(131)는 풍경 B 이미지를 제2 거울(123)과 제2 반사거울(124)로부터 반사된 제2 반사 이미지를 획득하게 되므로, 제2 반사 이미지는 풍경 B 이미지에서 좌-우가 반전된 이미지인 것을 알 수 있다.
컨텍스트 스위칭부(132)는 반사 이미지에 수직 동기(Vertical Sync)를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여 컨텍스트 이미지를 리드아웃(Readout) 할 수 있다.
이 때, 컨텍스트 스위칭부(132)는 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여, 반사 이미지의 상단부의 상기 제1 반사거울이 반사한 제1 반사 이미지로부터 제1 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하고 반사 이미지의 하단부의 상기 제2 반사거울이 반사한 제2 반사 이미지로부터 제2 컨텍스트 이미지를 리드아웃 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 컨텍스트 스위칭부(132)는 수직 동기를 고려하여 제1 컨텍스트 이미지를 리드아웃 한 풍경 A 이미지를 획득할 수 있고, 제2 컨텍스트 이미지를 리드아웃 한 풍경 B 이미지를 획득할 수 있고, 다시 제1 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하여 풍경 A 이미지를 획득하는 것을 알 수 있다.
이 때, 컨텍스트 스위칭부(132)는 컨텍스트 이미지에서 홍채인식을 위한 해상도에 상응하는 크기로 크롭(Crop)하여 홍채 이미지를 생성할 수 있다.
이 때, 컨텍스트 스위칭부(132)는 제1 컨텍스트 이미지를 크롭하여 제1 홍채이미지를 생성하고, 제2 컨텍스트 이미지를 크롭하여 제2 홍채 이미지를 생성할 수 있다.
이 때, 컨텍스트 스위칭부(132)는 크롭한 제1 홍채 이미지와 제2 홍채 이미지를 홍채 인식부(133)에 전달할 수 있다.
홍채 인식부(133)는 홍채 알고리즘을 이용한 홍채인식을 수행하여 상기 제1 홍채 이미지와 상기 제2 홍채 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식할 수 있다.
이 때, 홍채 인식부(133)는 제1 반사 이미지에서 제1 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안, 제2 홍채 이미지의 홍채인식을 수행하고, 제2 반사 이미지에서 제2 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안, 제1 홍채 이미지의 홍채인식을 수행할 수 있다.
도 7은 도 5에 도시된 반사거울의 일 예를 나타낸 정면도이다. 도 8은 도 5에 도시된 반사거울의 일 예를 나타낸 평면도이다. 도 9는 도 5에 도시된 반사거울의 일 예를 나타낸 입체도이다.
도 7을 참조하면, 반사거울을 이미지 센서부(131) 방향에서 바라본 정면 형상을 나타낸 것을 알 수 있다.
즉, 반사거울의 상단부는 제1 반사거울(122)이 위치하고, 반사거울의 하단부는 제2 반사거울(124)이 위치하는 것을 알 수 있다.
이 때, 제1 반사거울(122)과 제2 반사거울(124)의 크기 및 모양은 동일하고, 중심부를 기준으로 제1 반사거울(122)의 하부와 제2 반사거울(124)의 상부가 결합되는 것을 알 수 있다.
따라서, 제1 반사거울(122)과 제2 반사거울(124)이 반사하는 제1 반사 이미지와 제2 반사 이미지는 반사 이미지에서 각각 상단부와 하단부에 위치하며, 제1 반사 이미지와 제2 반사 이미지의 크기 및 해상도도 동일한 것을 알 수 있다.
도 8을 참조하면, 반사거울을 위에서 바라본 평면 형상을 나타낸 것을 알 수 있다.
이 때, 제1 반사거울(122)과 제2 반사거울(124)은 각각 다른 방향에서 입사되는 이미지를 하나의 방향으로 반사시키기 위하여 X자 형태로 교차된 것을 알 수 있다.
이 때, 제1 반사거울(122)과 제2 반사거울(124)는 동일한 반사각을 갖고 하나의 방향으로 이미지를 반사시키기 위해서 서로 대칭되는 형태로 구성되는 것을 알 수 있다.
도 9를 참조하면, 반사거울을 입체적으로 나타낸 것을 알 수 있다. 도 7과 도 8에서 설명한 바와 같이, 제1 반사거울(122)의 하부와 제2 반사거울(124)의 상부가 결합되는 것을 알 수 있다.
이 때, 제1 반사거울(122)은 제2 반사거울(124)과 X자 형태로 교차되어 제1 반사거울(122)의 하부와 제2 반사거울(124)의 상부가 결합되는 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치에게 정상적으로 접근한 사용자의 홍채를 인식하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치(100)는 사용자의 양 안(10)의 이미지를 획득하여 홍채인식을 수행할 수 있다.
이 때, 홍채인식 장치(100)는 한국 특허출원번호 제10-2016-0122110호 "사용자 유도 장치 및 방법"에 개시된 사용자 유도 기능을 수행하는 구성을 더 포함할 수 있다.
즉, 홍채인식 장치(100)는 사용자의 허상을 획득하기 위하여, 지시기(20)를 제어하여 사용자를 유도할 수 있다.
이 때, 홍채인식 장치(100)는 제1 거울(121)이 사용자의 우 안 이미지를 입사 받아 제1 반사거울(122)로 반사시킬 수 있고, 제2 거울(123)이 사용자의 좌 안 이미지를 입사 받아 제2 반사거울(124)로 반사시킬 수 있다.
이 때, 제1 반사거울(122) 및 제2 반사거울(124)은 사용자의 양 안 이미지를 이미지 센서로 반사시켜 홍채인식 장치(100)가 홍채인식을 수행할 수 있다.
도 11 내지 14는 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치에게 비정상적으로 접근한 사용자를 유도하여 홍채를 인식하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치(100)에게 사용자가 비정상적으로 접근하여 사용자의 양 안(10)을 정상적으로 획득할 수 없는 것을 알 수 있다.
도 12를 참조하면, 홍채인식 장치(100)는 지시기(20)가 움직인 방향으로 사용자가 이동할 수 있도록 지시기(20)를 제어하는 것을 알 수 있다.
이 때, 사용자는 홍채인식 장치(100)에 지시기(20)를 따라 이동하여, 홍채인식 장치(100)가 사용자의 양 안(10)에 대해서 정상적으로 홍채인식을 수행하는 것을 알 수 있다.
도 13을 참조하면, 홍채인식 장치(100)는 사용자 유도 영역(40)으로 사용자를 유도하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치(100)는 제1 거울(121)과 제2 거울(123)이 사용자의 양 안 이미지를 반사거울로 반사시키고, 반사거울이 이미지 센서 방향으로 반사 이미지를 반사시키는 과정에 있어서, 거울 자체의 반사율, 거울의 반사 각도, 이미지 센서의 렌즈 굴곡 특성으로 인하여 이미지의 왜곡과 거리에 대한 원근 오차가 발생할 수 있다.
따라서, 도 13에 도시된 바와 같이 20~35츠 만큼 동작 거리만큼 떨어진 곳을 사용자 유도 영역(40)으로 설정하여, 사용자 유도 영역(40)에 위치하는 풍경에 대한 이미지 만을 획득하도록 하여 이미지의 왜곡과 거리에 대한 원근 오차를 보상할 수 있다.
이 때, 사용자 유도 영역(40)은 거울을 통해서 카메라가 볼 수 있고 최적의 이미지를 캡처(capture)할 수 있는 렌즈의 초점이 맞는 영역에 상응할 수 있다.
이 때, 사용자 유도 영역(40)은 홍채인식을 위한 적외선 IR-LED(30)가 비춰질 수 있다.
결국, 홍채인식 장치(100)는 정상적으로 접근하는 사용자는 거울을 통해보는 카메라 화각 안에 있기 때문에 문제없지만, 비정상적으로 접근하는 사용자에 대해서는 지시기(20)를 제어하여 사용자 유도 영역(40)으로 유도할 수 있다.
도 14를 참조하면, 홍채인식 장치(100)는 비정상적으로 접근하던 사용자를 사용자 유도 영역(40)으로 유도하여, 정상적으로 홍채인식을 수행하는 것을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치를 세부적인 수치의 일 예와 함께 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치(100)이 포함하는 각 구성요소들의 크기 및 이격 거리에 대한 세부적인 수치의 일 예를 도시한 것을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치(100)가 렌즈화각이 약 11.6°이고, 1.3Mega 화소 카메라(이미지 센서)를 사용할 때, 홍채지름이 1.1cm인 사용자의 양 안의 이미지가 각각 40×50mm 인 경우, 홍채를 240 화소 이상으로 촬영하기 위해서는 홍채인식 장치(100)와 사용자 사이의 동작거리는 약 250~350mm가 되어야 하는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 거울(121), 제2 거울(123), 제1 반사거울(122) 및 제2 반사거울(124)의 크기는 10×20mm에 상응할 수 있고, 제1 거울(121)과 제1 반사거울(122) 사이의 거리와 제2 거울(123)과 제2 반사거울(124) 사이의 거리는 약 30~35mm에 상응하는 것을 알 수 있다.
이 때, 제1 거울(121)과 제2 거울(123)은 45°의 입사각과 반사각을 이용하여 사용자 양안의 이미지를 반사거울(122, 124)로 반사시킬 수 있다.
이 때, 반사거울(122, 124)은 마찬가지로 45°의 입사각과 반사각을 이용하여 이미지 센서부(131)로 반사 이미지를 반사시킬 수 있다.
이 때, 반사거울(122,124)과 이미지 센서(131) 사이의 거리는 약 200mm에 상응하는 것을 알 수 있다.
도 16는 본 발명의 일실시예에 따른 반사거울이 반사하는 반사 이미지를 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 반사거울이 반사하는 반사 이미지는 제1 반사거울(122)의 하부와 제2 반사거울(124)의 상부가 결합되기 때문에, 반사이미지의 상단부에 제1 반사거울(122)이 반사한 제1 반사 이미지가 위치하고, 반사이미지의 하단부에 제2 반사거울(124)이 반사한 제2 반사 이미지가 위치하는 것을 알 수 있다.
이 때, 도 15에 도시된 바와 같이 제1 반사거울(122)은 사용자의 우 안 이미지를 제1 반사 이미지로 반사할 수 있고, 제2 반사거울(124)은 사용자의 좌 안 이미지를 제2 반사 이미지로 반사할 수 있다.
또한, 제1 거울(121), 제2 거울(123), 제1 반사거울(122) 및 제2 반사거울(124)의 크기는 10×20mm에 상응하므로, 반사 이미지는 (20+σ)×20mm에 상응하는 것을 알 수 있다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지 센서가 획득한 반사 이미지를 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 이미지 센서는 도 15에 도시된 바와 같이 렌즈화각이 약 11.6°이고, 1.3Mega 화소 카메라(이미지 센서)를 사용했을 때, 홍채인식 장치(100)는 컨텍스트 스위칭을 수행하기 전에 획득한 이미지 센서가 획득한 반사 이미지의 해상도는 1280×960에 상응하는 것을 알 수 있다. 그러나, 이 때 반사 이미지의 프레임 레이트(frame rate)는 45fps 에 불과할 수밖에 없다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 컨텍스트 이미지를 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 도 15에 도시된 바와 같이 렌즈화각이 약 11.6°이고, 1.3Mega 화소 카메라(이미지 센서)를 사용했을 때, 홍채인식 장치(100)는 컨텍스트 스위칭을 수행하여 리드아웃 한 컨텍스트 이미지는 프레임 레이트가 보상되어 60fps로 이미지를 획득할 수 있다.
이 때, 사용자의 우 안 이미지에 대한 제1 컨텍스트 이미지(Context A)의 1280×720 해상도에 상응할 수 있고, 사용자의 좌 안 이미지에 대한 제2 컨텍스트 이미지(Context B)는 1280×720 해상도에 상응하는 것을 알 수 있다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 컨텍스트 스위칭을 고려한 홍채인식 과정을 나타낸 도면이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 장치(100)는 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여 사용자의 좌 안 이미지와 우 안 이미지를 각각 리드아웃 할 수 있다.
이 때, 홍채인식 장치(100)는 사용자의 우안 이미지에 대한 제1 반사 이미지에서 제1 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 할 수 있다.
이 때, 홍채인식 장치(100)는 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여 사용자의 우 안 이미지에 대한 제1 컨텍스트 이미지에서 홍채인식을 수행하기 위한 제1 홍채 이미지를 크롭(Crop)할 수 있다.
홍채 이미지의 해상도는 홍채를 인식하기 위한 홍채 알고리즘을 고려하게 되므로, 컨텍스트 이미지의 해상도 보다 작을 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 홍채 이미지의 해상도는 640×480에 상응하는 것을 알 수 있다.
이 때, 홍채인식 장치(100)는 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여 사용자의 좌 안 이미지에 대한 제2 컨텍스트 이미지에서 홍채인식 홍채인식을 수행하기 위한 제2 홍채 이미지를 크롭(Crop)할 수 있다.
이 때, 홍채인식 장치(100)는 제2 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하여 제2 홍채 이미지를 크롭하는 동안, 동시에 제1 홍채 이미지에 대한 홍채인식을 수행할 수 있다.
또한, 홍채인식 장치(100)는 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여 사용자의 우 안 이미지에 대한 제1 컨텍스트 이미지에서 홍채인식을 수행하기 위한 제1 홍채 이미지를 크롭(Crop)할 수 있다.
이 때, 홍채인식 장치(100)는 제1 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하여 제1 홍채 이미지를 크롭하는 동안, 동시에 제2 홍채 이미지에 대한 홍채인식을 수행할 수 있다.
또한, 홍채인식 장치(100)는 사용자의 좌 안 이미지를 리드아웃 하여 홍채 이미지로 크롭하는 동안 사용자의 우 안 이미지에 대한 홍채 인식을 수행할 수 있고, 사용자의 우 안 이미지를 리드아웃 하여 홍채 이미지로 크롭하는 동안 사용자의 좌 안 이미지에 대한 홍채 인식을 수행할 수 있다.
즉, 홍채인식 장치(100)는 컨텍스트 스위칭을 통해 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하면서 동시에 홍채 이미지에 대한 홍채 인식을 수행할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 방법을 나타낸 동작 흐름도이다. 도 21은 도 20에 도시된 이미지 인식 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작 흐름도이다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 방법은 먼저 이미지를 획득할 수 있다(S210).
즉, 단계(S210)는 사용자의 양 안에 대한 두 개의 이미지를 각각 획득할 수 있다.
이 때, 단계(S210)는 기설정된 사용자 유도 영역에 위치한 사용자의 양 안에 대해서만 두 개의 이미지를 각각 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 방법은 이미지 반사를 수행할 수 있다(S220).
즉, 단계(S220)는 두 개의 이미지를 적어도 네 개의 거울을 이용하여 하나의 방향으로 반사시킬 수 있다.
이 때, 단계(S220)는 는 두 개의 이미지를 적어도 네 개의 거울을 이용하여 이미지 센서의 방향으로 반사시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 홍채인식 방법은 이미지 인식을 수행할 수 있다(S230).
즉, 단계(S230)는 하나의 방향으로 반사된 두 개의 이미지를 이미지 센서가 획득하고, 컨텍스트 스위칭을 이용하여 두 개의 이미지로부터 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식할 수 있다.
단계(S230)는 먼저 반사 이미지를 획득할 수 있다(S231).
즉, 단계(S231)는 이미지 센서를 이용하여 이미지 반사부(120)가 두 개의 이미지를 반사한 반사 이미지를 획득할 수 있다.
또한, 단계(S230)는 컨텍스트 스위칭을 수행할 수 있다(S232).
즉, 단계(S232)는 반사 이미지에 수직 동기(Vertical Sync)를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여 컨텍스트 이미지를 리드아웃(Readout) 할 수 있다.
이 때, 단계(S232)는 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여, 반사 이미지의 상단부의 상기 제1 반사거울이 반사한 제1 반사 이미지로부터 제1 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하고 반사 이미지의 하단부의 상기 제2 반사거울이 반사한 제2 반사 이미지로부터 제2 컨텍스트 이미지를 리드아웃 할 수 있다.
이 때, 단계(S232)는 컨텍스트 이미지에서 홍채인식을 위한 해상도에 상응하는 크기로 크롭(Crop)하여 홍채 이미지를 생성할 수 있다.
이 때, 단계(S232)는 제1 컨텍스트 이미지를 크롭하여 제1 홍채이미지를 생성하고, 제2 컨텍스트 이미지를 크롭하여 제2 홍채 이미지를 생성할 수 있다.
이 때, 단계(S232)는 컨텍스트 스위칭부(132)가 크롭한 제1 홍채 이미지와 제2 홍채 이미지를 홍채 인식부(133)에 전달할 수 있다.
또한, 단계(S230)는 홍채 이미지를 인식할 수 있다(S233).
즉, 단계(S233)는 홍채 알고리즘을 이용한 홍채인식을 수행하여 상기 제1 홍채 이미지와 상기 제2 홍채 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식할 수 있다.
이 때 단계(S233)는 제1 반사 이미지에서 제1 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안, 제2 홍채 이미지의 홍채인식을 수행하고, 제2 반사 이미지에서 제2 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안, 제1 홍채 이미지의 홍채인식을 수행할 수 있다.
상기에서 설명한 홍채 알고리즘은 다양한 방법이 사용될 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 하나의 이미지 센서를 이용한 홍채인식 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10: 사용자의 양 안 20: 지시기
30: 적외선 IR-LED 40: 사용자 유도 영역
100: 홍채인식 장치 110: 이미지 획득부
120: 이미지 반사부 121: 제1 거울
122: 제1 반사거울 123: 제2 거울
124: 제2 반사거울 130: 이미지 인식부
131: 이미지 센서부 132: 컨텍스트 스위칭부
133: 홍채 인식부

Claims (16)

  1. 사용자의 양 안에 대한 두 개의 이미지를 각각 획득하는 이미지 획득부;
    상기 두 개의 이미지를 적어도 네 개의 거울을 이용하여 하나의 방향으로 반사시키는 이미지 반사부; 및
    상기 하나의 방향으로 반사된 상기 두 개의 이미지를 이미지 센서가 획득하고, 컨텍스트 스위칭을 이용하여 상기 두 개의 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식하는 이미지 인식부;
    를 포함하고,
    상기 이미지 반사부는
    상기 적어도 네 개의 거울 중 적어도 두 개의 거울을 이용하여 상기 두 개의 이미지를 다른 거울인 반사거울의 방향으로 반사시키고,
    상기 반사거울은
    상기 적어도 두 개의 거울에 상응하는 제1 반사거울과 제2 반사거울로 구성되고, 상기 제1 반사거울의 입사면과 상기 제2 반사거울의 입사면이 서로 대칭되도록 교차되어 상기 제1 반사거울의 하부와 상기 제2 반사거울의 상부가 결합된 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미지 반사부는
    상기 반사거울을 이용하여 각각 다른 방향에서 입사되는 상기 두 개의 이미지를 상기 이미지 센서의 방향으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 반사거울은
    상기 제1 반사거울과 상기 제2 반사거울이 동일한 중심축을 기준으로 상기 제1 반사거울의 하부와 상기 제2 반사거울의 상부가 결합된 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 이미지 반사부는
    상기 반사거울이 상기 두 개의 이미지를 상기 이미지 센서의 방향으로 반사시키기 위하여,
    상기 제1 반사거울 및 상기 제2 반사거울 중 적어도 하나를 상기 동일한 중심축을 기준으로 회전시켜 이미지의 반사 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이미지 반사부는
    상기 이미지 센서의 초점, 렌즈 화각 및 렌즈의 굴곡 특성 중 적어도 하나를 고려하여 상기 이미지의 반사 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    이미지 인식부는
    상기 이미지 센서를 이용하여 상기 반사거울이 상기 두 개의 이미지를 반사한 반사 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이미지 인식부는
    상기 반사 이미지에 수직 동기(Vertical Sync)를 고려한 상기 컨텍스트 스위칭을 수행하여 컨텍스트 이미지를 리드아웃(Readout) 하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 이미지 인식부는
    상기 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여,
    상기 반사 이미지의 상단부의 상기 제1 반사거울이 반사한 제1 반사 이미지로부터 제1 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하고,
    상기 반사 이미지의 하단부의 상기 제2 반사거울이 반사한 제2 반사 이미지로부터 제2 컨텍스트 이미지를 리드아웃 하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 이미지 인식부는
    상기 컨텍스트 이미지에서 홍채인식을 위한 해상도에 상응하는 크기로 크롭(Crop)하여 상기 제1 컨텍스트 이미지에서 제1 홍채 이미지를 생성하고, 상기 제2 컨텍스트 이미지에서 제2 홍채 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 이미지 인식부는
    홍채 알고리즘을 이용한 홍채인식을 수행하여 상기 제1 홍채 이미지와 상기 제2 홍채 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 이미지 인식부는
    상기 수직 동기를 고려한 컨텍스트 스위칭을 수행하여,
    상기 제1 반사 이미지에서 제1 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안,
    상기 제2 홍채 이미지의 홍채인식을 수행하고,
    상기 제2 반사 이미지에서 제2 컨텍스트 이미지를 리드 아웃 하는 동안,
    상기 제1 홍채 이미지의 홍채인식을 수행하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미지 획득부는
    기설정된 사용자 유도 영역에 위치한 상기 사용자의 양 안에 대해서만 두 개의 이미지를 각각 획득하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 장치.
  16. 홍채인식 장치를 이용하는 홍채인식 방법에 있어서,
    사용자의 양 안에 대한 두 개의 이미지를 각각 획득하는 단계;
    상기 두 개의 이미지를 적어도 네 개의 거울을 이용하여 하나의 방향으로 반사시키는 단계; 및
    상기 하나의 방향으로 반사된 상기 두 개의 이미지를 이미지 센서가 획득하고, 컨텍스트 스위칭을 이용하여 상기 두 개의 이미지로부터 상기 사용자의 양 안에 대한 홍채를 각각 인식하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 반사시키는 단계는
    상기 적어도 네 개의 거울 중 적어도 두 개의 거울을 이용하여 상기 두 개의 이미지를 다른 거울인 반사거울의 방향으로 반사시키고,
    상기 반사거울은
    상기 적어도 두 개의 거울에 상응하는 제1 반사거울과 제2 반사거울로 구성되고, 상기 제1 반사거울의 입사면과 상기 제2 반사거울의 입사면이 서로 대칭되도록 교차되어 상기 제1 반사거울의 하부와 상기 제2 반사거울의 상부가 결합된 것을 특징으로 하는 홍채인식 방법.
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