KR20000050494A - 홍채 인식 시스템 - Google Patents

Abstract

홍채 이미지의 추출하여 분석하는 홍채 인식 시스템에 관한 것으로서, 특히 광학 이미저의 내부 케이스를 회전 가능하도록하여 사용자가 카메라의 광축에 자신의 홍채를 쉽게 위치시킬 수 있게 하였으며, 그 이후에는 광학 이미저가 홍채까지의 거리를 거리 측정 센서로 측정하고 거리에 따른 조도를 일정하게 유지함과 동시에 카메라의 줌 렌즈, 포커싱 렌즈를 직접 제어하여 이미지를 추출하게 되므로 사용의 편의성을 높였다. 또한, 광학 이미저의 앞면을 오목하게 하여 사용자의 거부감을 줄이는 한편, 시스템의 크기를 콤팩트하게 할 수 있으며, 광학 윈도우, 콜드 미러, 그리고 카메라의 렌즈를 평행하게 장착하여 광축이 쉽게 맞도록할 수 있다. 이때, 상기 콜드 미러는 적외선은 그대로 카메라로 통과시키고 가시광선은 차단시켜 주위 환경의 영향을 받지 않도록 함으로써 인식률을 높일 수 있다. 그리고, 1 종류의 거리 측정 센서와 1개의 카메라 그리고, 3개의 적외선 LCD를 이용한 조명 장치로 광학 이미저를 구성함으로써, 광학 이미저의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 로우 코스트를 실현할 수 있다.

Description

홍채 인식 시스템{IRIS RECOGNITION SYSTEM}

본 발명은 홍채 인식 시스템에 관한 것으로서, 특히 홍채 이미지를 추출하기 위한 광학 이미저에 관한 것이다.

최근 자동 출입 통제 시스템, 인터넷을 이용한 자동 상거래 시스템등에서 확인(Identification)에 생물학적 특징을 이용하고 있다. 생물학적 특징으로는 지문, 목소리, 망막, 얼굴, 홍채(Iris)등이 다수 존재하나, 사람마다 다르며, 특히 모조의 위험성이 적고, 일생동안 잘 변하지 않는 홍채를 이용한 확인이 주목을 받고 있다.

여기서, 홍채란 검은 자위의 내측에서 동공보다 바깥쪽의 주위 부분을 말하며 동공의 개폐를 조절하는 근육으로 구성되고 있다. 결국 홍채는 외계에서 안구내로 입사되는 빛의 분량을 조절하는 근육이다. 사람의 눈은 대강 임신 6개월까지 형성되고 그 시점에서 눈동자의 부분에 구멍이 열리고 개구부(瞳)보다 추(皺=주름)가 바깥쪽을 향해 카오스상으로 발생하는 것이 알려지고 있다. 이 추의 성장은 대개 생후 수년이후 멈춰 그 이후 평생에 걸쳐 변하지 않고 본인 고유의 패턴을 형성한다. 이 패턴은 동일인의 좌우의 눈이라도 다르고 일란성 쌍둥이에 있어서도 차이가 있다.

따라서, 홍채 인식이란 이러한 홍채의 특징을 이용한 것으로, 비디오 카메라로 잡은 홍채의 특징 패턴을 이미지 처리 기술을 이용하여 데이터화한 후 사전에 등록되어 있는 본인의 홍채 데이터와 대조 확인함으로써 개인을 확인하는 것이다.

종래의 홍채를 이용한 인식 시스템 및 방법은 다음의 미국 특허 즉, 제 4,641,349호(이하, 특허 1이라 칭함.), 제 5,291,560호(이하, 특허 2라 칭함.), 제 5,572,596호(이하, 특허 3이라 칭함.)에 잘 나타나 있다.

즉, 홍채 인식 시스템은 홍채 이미지를 추출하는 홍채 이미저와 추출된 홍채 이미지를 분석하는 장치로 구성되며, 가장 핵심 기술은 홍채 이미지에서 256바이트의 아이리스 코드를 생성하는 알고리즘인데 위의 특허 1과 2를 동시에 보유하고 있는 IriScan사가 이 기술을 상용화하고 있다. 이는 도 1과 같은 구성으로 되어 있는데, 조명 장치로는 할로겐 램프를 사용하며, 자기 눈의 이미지를 확인하기 위하여 LCD를 사용하고 있다. 또한, 흑백 CCD를 가진 카메라는 눈의 축과 90도로 되어 있는데, 이를 위하여 빔 스플리터(Beam splitter)를 사용하고 있다.

그러나, 상기된 도 1과 같은 홍채 이미저는 크기가 크고, 또한 카메라의 자동 줌 ＆ 자동 포커스 기능이 없으므로 사용자가 일정 거리에서 직접 포커싱을 맞추어야 한다. 따라서, 포커싱을 하는데 상당한 어려움이 있다. 또한, 많은 양의 가시광선이 차단되지 않은 채로 빔 스플리터를 통해 카메라로 전달되므로 외부의 빛의 영향을 받을 수 있다. 즉, 가시광선이 차단되지 않은 채 카메라로 촬상되므로 인식자 주변의 광의 영향을 많이 받게되어 인식율이 떨어진다.

이를 개선하는 것으로 위의 특허 3의 알고리즘을 이용하여 자동으로 사용자의 홍채를 추적하는 기술을 Sensar사가 보유하고 있다. 그러나, 이 방식은 편리한 만큼 많은 기구가 필요하게 된다. 즉, 사람의 머리와 눈을 찾아 홍채를 자동으로 촬영하기 위한 스테레오 비전(Stereo vision)용 카메라 2대와 홍채 이미지 추출용 카메라 1대 예컨대, 모두 3대의 카메라가 필요하며, 또한 미러의 각도를 제어하기 위한 팬-틸트 기구, 넓은 동작 범위에서 홍채 주위를 밝게 하기 위하여 많은 적외선 발광소자(IR LED)등을 필요로 하기 때문에 가격이 상대적으로 높아진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 사용이 편리하면서 가격이 낮고 홍채 이미지 추출에 걸리는 시간을 적게할 수 있는 홍채 인식 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광학 이미저의 앞면을 오목한 형태로 구성하여 사용자의 거부감을 줄이고 크기를 콤팩트하게 하는 홍채 인식 시스템을 제공함에 있다.

도 1은 종래의 광학 이미저의 구성을 보여준 단면도

도 2는 본 발명에 따른 광학 이미저의 외관을 나타낸 사시도

도 3은 도 2에서 내부 케이스의 앞면을 제거하여 내부 장치를 보여준 사시도

도 4는 도 3의 광학 이미저를 적용한 홍채 인식 시스템의 구성 블록도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 내부 케이스 12 : 외부 케이스

13 : 외부 지시기 14 : 광학 윈도우

15-1,15-2 : 적외선 필터 16 : 조명 장치

16-1∼16-4 : LCD 보드 17 : 카메라

18 : 콜드 미러 19 : 거리 측정 센서

20 : 스피커 21 : 광학 이미저 드라이버

30 : 프레임 그래버 50 : 제어 장치

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 홍채 인식 시스템은, 홍채 이미지 추출에 필요한 장치를 지지하는 내부 케이스와 이를 고정시키기 위한 외부 케이스로 된 광학 이미저와 상기 광학 이미저에서 촬영된 홍채 이미지를 분석하는 제어 장치로 구성되고, 상기 광학 이미저의 내부 케이스는 사용자의 홍채를 촬영하는 카메라와, 주위의 밝기에 상관없이 상기 카메라가 홍채 이미지를 추출하도록 빛을 제공하는 조명 장치와, 상기 홍채와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서를 포함하여 구성되며, 상기 내부 케이스의 앞면은 오목하게 들어간 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 내부 케이스는 푸쉬 영역을 통해 회전 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 제어 장치는 상기 거리 측정 센서부터 거리 측정값을 입력받아 사용자가 동작 범위 내에 있는지의 여부를 판단하고 동작 범위 내에 있다고 판별되면 상기 광학 이미저를 자동으로 활성화시키는 것을 특징으로 한다.

상기 광학 이미저의 내부 케이스에는 사용자의 눈을 위치시키기 위한 광학 윈도우, 콜드 미러가 더 구비되며 상기 광학 윈도우, 콜드 미러, 카메라의 렌즈를 평행하게 장착하는 것을 특징으로 한다.

상기 조명 장치는 상기 카메라의 상단에 설치되는 제 1 조명기와, 상기 카메라 하단의 좌우에 각각 설치되는 제 2, 제 3 조명기로 구성되며, 상기 각각의 조명기는 서로 다른 파장을 가지는 복수개의 적외선 칩이 1 패키지로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 거리 측정 센서는 적외선 센서를 이용하여 홍채와의 거리를 측정하여 상기 제어 장치로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어 장치는 상기 거리 측정 센서의 거리 측정값을 이용하여 상기 조명 장치의 빛의 세기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어 장치는 상기 카메라의 상단과 하단에 각각 설치된 제 1 내지 제 3 조명기를 교대로 번갈아 온시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광학 이미저의 외관의 일예를 나타낸 사시도로서, 내부 장치를 지지하며 회전하는 내부 케이스(11)와 이를 고정시키기 위한 외부 케이스(12)로 되어있다.

이때, 상기 내부 케이스(11)는 사용자가 자신의 눈을 카메라(17)의 광축에 일치시키기 위해 약 -30도에서 30도까지 회전가능하며, 이것은 내부 케이스 앞면에 푸쉬 영역을 두고 상기 푸쉬 영역을 누름에 의해서 회전시킬 수 있다. 또한, 내부 케이스(11) 앞면에 푸쉬 영역(push area)을 두고, 상기 푸쉬 영역을 누름에 의해서도 내부 케이스(11)를 회전시킬 수 있도록 한다. 그 외의 다른 수단 예컨대, 사람의 손이나 스위치등을 이용하여 회전시킬수도 있다.

그리고, 상기 내부 케이스(11)내에는 홍채를 촬영하기 위한 카메라(17), 홍채까지의 거리를 측정하기 위한 거리 측정 센서(19), 콜드 미러(18), 조명 장치(16), 인식 결과를 알리기 위한 표시부가 설치되어 있으며, 이들의 배치 상태는 달라질 수 있다. 여기서, 상기 거리 측정 센서(19)는 초음파 센서를 이용할 수도 있고 적외선 센서를 이용할 수도 있으며, 본 발명에서는 적외선 센서를 사용하는 것을 실시예로 하고 있다. 상기 표시부는 스피커(20)를 사용하여 음성으로 인식 결과를 알릴 수도 있고, 외부 지시기(External indicator)(13)의 LED를 이용하여 각 인식 상태를 알릴수도 있으며, 스피커와 외부 지시기(13)를 모두 이용하여 동시에 알릴 수도 있다.

또한, 상기 내부 케이스(11)에는 광학 윈도우(14), 로고, 조명장치(Illuminator)(16)의 적외선은 투과시키면서 사용자가 내부를 볼 수 없도록 하는 적외선 필터(IR filter)(15-1,15-2)가 부착되어 있으며, 사용자는 광학 윈도우(14)를 통하여 카메라의 광축에 눈을 위치시킨다.

그리고, 상기 내부 케이스(11) 앞면은 사용자에게 주는 거부감을 줄이고, 시스템의 폭을 줄일 수 있도록 정면에서 보았을 때 오목하게 들어간 형태로 설계된다.

한편, 상기 조명 장치(16)는 3개의 적외선 LCD 보드(16-1 ∼ 16-3)를 사용하는데, 카메라의 상단에 1개, 하단의 좌우에 각각 1개씩을 장착한다. 상기 각각의 LCD 보드(16-1∼16-3)는 서로 다른 파장을 가지는 복수개의 적외선 칩(예를 들면, 8개)이 1 패키지(package)로 되어 있다.

이때, 균일한 빛의 세기를 얻기 위해 홍채까지의 거리에 따라 해당 LCD 보드만을 온시키며, LCD 보드에 흐르는 전류량을 제어함에 의해 빛의 세기를 제어한다. 여기서, 3개의 LCD 보드(16-1∼16-3)중 온되는 LCD 보드로부터 방출되는 적외선은 적외선 필터(15-1,15-2)를 통해 외부로 출력된다.

또한, 상기 내부 장치 중에 콜드 미러(18)는 가시광선을 반사시키고 적외선만 통과시키도록 하여 외부 빛의 영향을 받지 않도록 하며, 콜드 미러(18)에 홍채가 위치해야 할 부분을 표시해두어 사용자가 쉽게 자신의 눈의 위치를 확인할 수 있게 하였다.

그리고, 카메라 경통의 앞면에 콜드 미러(18)를 밀착시켜 쉽게 평행을 이룰 수 있게 함으로써, 광축 조정을 쉽게 하였다. 즉, 광학 윈도우(14), 콜드 미러(18)와 카메라(17)의 렌즈를 평행하게 장착하여 쉽게 광축이 맞도록 한다.

한편, 도 3에서 광학 이미저 드라이버(driver)(21)는 제어 장치(50)로부터 제어 신호를 받아 각종 센서, 카메라 모듈, 조명장치등을 제어한다. 또한, 외부 케이스(12)에는 광학 이미저에서 추출된 이미지를 홍채 이미지 분석 장치로의 전송 및 파워 공급을 위한 각종 커넥터를 한 곳에 모아 둔 보드가 부착되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 홍채 인식 시스템의 구성 블록도로서, 상기 광학 이미저를 제어함과 동시에 상기 광학 이미저에서 촬영된 홍채 이미지를 분석하고 그 결과를 다시 광학 이미저로 출력하는 제어 장치(50)가 상기 도 3과 같은 광학 이미저에 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명에서 사용자가 접근하면 거리 측정 센서(19)는 사용자까지의 거리를 측정하기 시작하여 광학 이미저 드라이버(21)를 통해 제어 장치(50)에 거리 측정값을 송신한다. 상기 제어 장치(50)에서 사용자가 동작 범위(operating range) 내에 있는지의 여부를 판단한다.

이때, 사용자가 동작 범위 내에 있다고 판별되면 상기 제어 장치(50)는 광학 이미저 드라이버(21)를 제어하여 광학 이미저의 동작을 자동으로 활성화시킴에 의해 홍채 이미지 추출을 위한 준비를 시작하고, 동시에 외부 지시기(13)에 액티브 신호를 보내 사용자에게 시스템이 활성화되었음을 알린다.

여기서, 사용자는 푸쉬 영역을 손으로 눌러 내부 케이스를 회전시켜가며, 광학 윈도우(14)를 통하여 카메라(17)의 광축에 눈을 위치시키면 콜드 미러(18)는 적외선은 통과시키고 가시광선은 반사시킨다. 이때, 콜드 미러(18)에는 홍채가 위치해야 할 부분을 표시해두어 사용자는 카메라(17)의 광축에 자기 자신의 눈이 위치하는지의 여부를 쉽게 확인할 수 있다.

만일, 사용자가 광학 이미저에 근접하여 멈추게되면, 거리측정 센서(19)로부터 송출된 데이터의 변화분이 줄게된다. 따라서, 상기 제어 장치(50)는 이때의 거리값을 이용하여 카메라(17)의 특성표에 나와있는 줌 및 포커스 값을 산출하고 직접 카메라의 줌 모터와 포커스 모터를 제어한다. 그러므로, 카메라(17)는 원하는 배율의 홍채 이미지를 촬영할 수 있다. 즉, 상기 제어 장치(50)는 홍채까지의 거리 정보를 이용하여 미리 작성해둔 거리에 따른 카메라의 줌 배율표로부터 줌 배율을 확정한 뒤에 카메라에 제어 신호를 송출하여 카메라(17)의 줌 모터를 제어함으로써, 줌 렌즈를 직접 제어하며, 또한 상기 포커스 모터를 제어하여 해당 위치로 포커싱 렌즈를 바로 움직여서 포커스를 직접 제어함에 의해 포커싱 속도를 빠르게 할 수 있다. 이때, 콜드 미러(18)는 가시광선을 차단하여 적외선만 카메라(17)로 통과시킨다.

그리고, 상기 거리 측정값을 이용하여 카메라 상단과 하단의 LCD 보드(16-1∼16-3)의 LCD를 번갈아 온시키면서 홍채 이미지를 추출한 후에 거울같은 반사광(Specular Reflection)이 적은 이미지를 선택한다. 또한, 거리에 비례하는 전류를 조명 장치(16)의 LCD에 흐르게 함으로써, 거리에 따라 LCD에 흐르는 전류량을 제어하여 균일한 빛(=조도)으로 홍채 이미지를 추출한다.

한편, 사용자가 광학 윈도우(14)를 통하여 카메라(17)의 광축에 눈을 위치시키면 광학 윈도우(14)와 콜드 미러(18)를 거쳐 적외선만이 카메라(17)의 렌즈에 도달하여 사용자의 홍채가 촬영된다. 그리고, 상기 카메라(17)에서 촬영된 홍채 이미지는 외부 케이스(12)의 커넥터 보드를 통해 프레임 그래버(30)로 입력되며, 상기 프레임 그래버(30)에서 이미지 분석에 맞게 처리된 홍채 이미지는 제어 장치(50)의 홍채 이미지 분석 장치로 보내진다. 상기 홍채 이미지 분석 장치는 그 결과를 다시 외부 지시기(13)의 LED로 표시한다. 또한, 스피커(20)를 통해 부저음 또는, 음성으로도 인식 여부를 사용자에게 알려줄 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 홍채 인식 시스템에 의하면, 광학 이미저의 내부 케이스를 회전 가능하도록하여 사용자가 카메라의 광축에 자신의 홍채를 쉽게 위치시킬 수 있게 하였으며, 그 이후에는 광학 이미저가 홍채까지의 거리를 거리 측정 센서로 측정하고 거리에 따른 조도를 일정하게 유지함과 동시에 카메라의 줌 렌즈, 포커싱 렌즈를 직접 제어하여 이미지를 추출하게 되므로 사용의 편의성을 높였다.

또한, 광학 이미저의 앞면을 오목하게 하여 사용자의 거부감을 줄이는 한편, 시스템의 크기를 콤팩트하게 할 수 있으며, 광학 윈도우, 콜드 미러, 그리고 카메라의 렌즈를 평행하게 장착하여 광축이 쉽게 맞도록할 수 있다. 이때, 상기 콜드 미러는 적외선은 그대로 카메라로 통과시키고 가시광선은 차단시켜 주위 환경의 영향을 받지 않도록 함으로써 인식률을 높일 수 있다.

그리고, 1 종류의 거리 측정 센서와 1대의 카메라 그리고, 3개의 적외선 LCD를 이용한 조명 장치로 광학 이미저를 구성함으로써, 광학 이미저의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 로우 코스트를 실현할 수 있다.

또한, 스피커, 외부 지시기(External Indicator)등을 통해 사용자가 쉽게 인식의 결과를 알 수 있도록 하며, 광원으로 눈에 보이지 않는 적외선을 사용함으로써, 눈을 자극하지 않아 눈부심이나 눈이 아픈 현상을 없애고 어두운 곳에서나 야간에도 홍채를 촬영하여 인식할 수 있도록 한다.

Claims (9)

1. 홍채 이미지 추출에 필요한 장치를 지지하는 내부 케이스와 이를 고정시키기 위한 외부 케이스로 된 광학 이미저와 상기 광학 이미저에서 촬영된 홍채 이미지를 분석하는 제어 장치로 구성된 홍채 인식 시스템에 있어서,

   사용자의 홍채를 촬영하는 카메라와, 주위의 밝기에 상관없이 상기 카메라가 홍채 이미지를 추출하도록 빛을 제공하는 조명 장치와, 상기 홍채와의 거리를 측정하는 거리 측정 센서를 포함하여 상기 광학 이미저의 내부 케이스가 구성되며, 상기 내부 케이스의 앞면은 오목하게 들어간 형태인 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 내부 케이스는 회전 가능한 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 케이스의 앞면에 푸쉬 영역을 두어 상기 내부 케이스를 회전시키는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치는

   상기 거리 측정 센서부터 거리 측정값을 입력받아 사용자가 동작 범위 내에 있는지의 여부를 판단하고 동작 범위 내에 있다고 판별되면 상기 광학 이미저를 자동으로 활성화시키는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 이미저의 내부 케이스에는

   사용자의 눈을 위치시키기 위한 광학 윈도우, 콜드 미러가 더 구비되며 상기 광학 윈도우, 콜드 미러, 카메라의 렌즈를 평행하게 장착하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 콜드 미러는

   가시광선은 반사시키고 일정 파장 이상의 적외선만 통과시키는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 장치는

   상기 카메라의 상단에 설치되는 제 1 조명기와,

   상기 카메라 하단의 좌우에 각각 설치되는 제 2, 제 3 조명기로 구성되는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치는

   상기 거리 측정 센서의 거리 측정값을 이용하여 상기 조명 장치의 빛의 세기를 제어하는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치는

   상기 카메라의 상단과 하단에 각각 설치된 제 1 내지 제 3 조명기를 교대로 번갈아 온시키는 것을 특징으로 하는 홍채 인식 시스템.