KR20010035295A - 지문인식장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 지문에 광원을 일차 조사하여 취득한 지문영상을 분석하여 영상의 콘트라스트가 표준상태 지문의 표준값보다 낮을 때에는 광원의 광도를 올려서 이차 조사하여 이차 지문영상을 취득하고, 영상의 콘트라스트가 표준값보다 높을 때에는 광원의 광도를 낮추고 이차 조사하여 이차 지문영상을 취득하는 지문인식장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 메모리에는 표준상태의 지문에 대한 표준값이 저장되어 있고, 영상비교부에서는 메모리에 저장된 표준값과 영상처리부에서 처리된 일차 지문영상을 비교하여, 일차 지문영상이 표준상태의 지문영상보다 건조한 상태인지 또는 습한 상태인지를 판단한다. 건조지문의 경우에는 광량을 현재보다 더 증가시키고, 습지문의 경우에는 광량을 감소시켜서 광량을 보정하고, 인증에 직접 사용될 이차 지문영상을 취득하기 위해 이차 광원조사를 하고, 취득된 이차 지문영상을 영상처리하여 통상의 지문인증 프로세스를 행한다.
Description
본 발명은, 지문에 광원을 일차 조사하여 취득한 지문영상을 분석하여 영상의 콘트라스트가 표준상태 지문의 표준값보다 낮을 때에는 광원의 광도를 올려서 이차 조사하여 이차 지문영상을 취득하고, 영상의 콘트라스트가 표준값보다 높을 때에는 광원의 광도를 낮추고 이차 조사하여 이차 지문영상을 취득하는 지문인식장치 및 방법에 관한 것이다.
지문인식장치는 입력된 지문과 미리 등록된 사용자의 지문을 비교, 인식하는 장치로서 문이나 금고의 잠금장치, 출입관리, 근태관리, 컴퓨터 엑세스 제어등 다양하게 활용될 수 있다. 이러한 지문인식을 수행하기 위하여 지문을 받아들이는 지문입력장치는 크게 광학식과 비광학식으로 대별된다. 광학식 지문입력장치는 프리즘 등에 놓여진 지문에 빛을 비추어 지문의 골(valley)이나 융선(ridge)의 형태에 따라 반사되어 영상 센서에 형성된 지문영상을 해석하여 미리 저장되어 있는 지문과 대조를 하는 장치이다.
일반적인 광학식 지문입력장치의 원리를 도1에 나타내었다. 도1은 광학식 지문입력장치중 특히 흡수식 지문입력장치라고 하는 것으로서, 광원(12), 삼각프리즘(10), 렌즈(14), 지문영상 취득센서(16), 영상처리부(20)로 구성된다. 광원(12)은 다수의 LED를 배열하여 사용하고 있고, 삼각프리즘(10)은 직각삼각형으로서 지문의 입력이 없을 때, 지문입력창 내부에서 전반사가 일어나는 프리즘이다. 지문영상 취득센서(16)는 CCD 또는 CMOS센서 등 입력되는 광량에 따라 상응하는 전기신호를 출력하는 소자인데, 당업자에게 주지된 소자이다. 도1의 구조에서, 삼각프리즘(10)의 빗면은 입력하고자 하는 지문을 위치시키는 지문입력창(18)이 되고, 지문입력창(18)의 내면은 전반사를 일으키는 전반사면이 된다.
지문입력창(18)에 지문을 대지 않은 상태에서, 광원(12)으로부터 나온 빛은 삼각프리즘(10)의 지문입력창(18)의 내부에서 전반사되어 렌즈(14)를 통해 지문영상 취득센서(16)에 입사된다. 지문입력창(18)에 지문을 대면, 지문의 골이 지문입력창(18)에서 떨어져 있기 때문에 광은 지문입력창(18)의 내면에서 전반사하여 지문영상 취득센서(16)에 도달하고, 지문의 융선(ridge)은 지문입력창(18)에 접촉되기 때문에 광이 내면에서 전반사하지 않고 흡수되어 광의 일부만이 지문영상 취득센서(16)에 도달하게 된다.
따라서, 지문영상 취득센서(16)에 입사되는 광량은 지문의 골과 융선에 따라 서로 다르게 되고 결국 지문영상 취득센서(16)에서는 지문에 패턴에 따라 서로 다른 레벨의 전기신호를 출력하게 된다. 영상처리부(20)에서는 지문영상 취득센서(16)의 출력값을 디지탈신호로 정형하고 영상처리하여 지문패턴을 인식하게 된다.
지문에서 반사되는 반사광(도2a의 31)은 지문부 피부의 표면에서 직접 반사되는 것도 있지만, 실제로는 지문입력창에 접촉된 부분의 수분이나 기름 등의 접착물질에 의해 반사되는 광량이 주도적이다. 따라서, 광원에 의해 지문의 골과 융선에서 반사되는 정도가 매번 다르게 된다. 특히, 지문부의 건조 상태에 따라 지문영상 취득센서에서 취득되는 지문영상의 콘트라스트가 달라지게 된다.
즉, 지문입력장치에서는 표준상태의 지문부를 기준으로 하여 지문영상의 콘트라스트가 맞추어져 있는데(도2a, 3a 참조), 이에 따라 융선폭(R)과 골폭(V)이 일정하게 정해진다.
만약 표준상태보다 더 건조한 지문부의 경우에는 광원의 빛이 반사되는 양이 적어져 지문영상이 흐리게 취득되며(도2b, 3b 참조) 지문패턴의 판독이 곤란해진다. 이는 손가락을 약하게 접촉하는 경우나 아동 등과 같이 지문이 작은 경우에도 일어날 수 있다. 도2b를 보면 지문부의 융선에 접착물질이 별로 없어서 반사되는 광량이 표준상태(도2a)보다 적음을 알 수 있다.
반면에, 표준상태보다 습한 지문부의 경우에는 도2c와 같이 접착물질이 많으며 심지어는 골에도 접착물질이 묻어 있어서, 반사되는 광원의 양이 많아져 지나치게 진하며 지문의 골과 융선간의 해상도가 저하되어 영상이 뭉개져서 취득되거나 융선의 패턴이 실제보다 넓어지고 골이 가늘어지게 취득된다(도2c, 도3c 참조). 도2c에서 융선폭이 표준상태보다 △R만큼 넓어지고, 골폭이 △V만큼 가늘어졌음을 볼 수 있다.
이에, 본 발명의 목적은 표준상태의 지문을 기준으로 광원을 일차 조사하여 취득한 지문영상을 분석하여 영상의 콘트라스트가 표준값보다 낮을 때에는 광원의 광도를 올려서 이차 조사하여 이차 지문영상을 취득하고, 영상의 콘트라스트가 표준값보다 높을 때에는 광원의 광도를 낮추어 이차 조사하여 이차 지문영상을 취득하는 지문인식장치 및 방법을 제공하는 것이다.
도1은 일반적인 광학식 지문인식장치의 개략도.
도2a,b,c는 지문의 상태에 따른 반사광의 차이를 나타내는 모식도.
도3a,b,c는 도2a,b,c의 각각에 대한 지문영상을 나타내는 그림.
도4는 본 발명에 따른 지문인식장치의 구성도.
도5와 도6은 본 발명에 따른 지문인식 방법의 구성도.
〈도면부호의 설명〉
삼각프리즘(10), 광원(12), 렌즈(14), 지문영상 취득센서(16), 영상처리부(20), 광원(22), 지문입력창(24), 지문영상 취득센서(26), 영상처리부(28), 메모리(30), 반사광(31), 영상비교부(32), 광량 제어부(34), 융선폭(R), 골폭(V)
발명의 개요
본 발명에 따른 지문인식장치는 종래와 같이 광원, 프리즘, 영상취득센서, 영상처리부를 갖고 있고, 여기에 메모리와 영상비교부와 광량제어부가 추가로 포함된다.
종래의 지문인식장치에서와 같이 프리즘의 지문입력창에 손가락 지문부를 대면, 광원에 의해 반사된 빛이 영상취득센서에서 취득되어 영상처리부에 의해 데이터화된다.
본 발명에서는 기본적으로 지문부에 2회의 광원 조사를 하게 된다. ″일차 조사″는 현재 지문입력창에 접촉된 지문부의 상태를 파악하기 위한 조사이고, ″이차 조사″는 파악된 지문부의 상태에 따라 적정하게 광량을 증감하여 표준상태의 지문영상을 취득할 수 있도록 하기 위한 조사이다. 본 명세서에서는 이후, 일차 조사에 의해 취득된 영상을 ″일차 지문영상″이라 하고, 일차 지문영상의 상태에 따라 광량보정을 한 후 이차 조사를 하여 취득된 영상을 ″이차 지문영상″이라 한다.
메모리에는 표준상태의 지문에 대한 표준값(예를 들면, 그레이레벨이나 융선폭 데이터 등)이 저장되어 있고, 영상비교부에서는 메모리에 저장된 표준값과 영상처리부에서 처리된 일차 지문영상의 그레이레벨이나 융선폭 데이터 등을 비교하여, 일차 지문영상이 표준상태의 지문영상보다 건조한 상태인지 또는 습한 상태인지를 판단한다. 건조한 상태, 또는 지문부가 지문입력창에 약하게 접촉되거나 아동, 여성 등과 같이 지문이 가는 경우(이하, ″건조지문″)에는 그레이레벨이 표준값보다 낮거나 융선폭이 표준값보다 가늘 것이고, 습한 상태, 또는 지문부가 너무 과하게 접촉된 경우 등(이하, ″습지문″)일 때에는 그레이레벨이 표준값보다 높거나 융선폭이 표준값보다 굵을 것이다.
영상비교부에 의해 일차 지문영상의 상태가 파악된 다음에는 광량을 보정한다. 즉, 건조지문의 경우에는 광량을 현재보다 더 증가시키고, 습지문의 경우에는 광량을 감소시킨다. 광량의 증감은 DAC를 이용하거나 PWM 방식에 의해 제어할 수 있는데, 이러한 방식을 써서 일차 지문영상과 표준상태 지문영상과의 차이에 따라 선형적으로 광량의 증감을 변화시키는 것은 당업자에게 자명하다.
이와 같이 광량을 보정한 다음에는 인증에 직접 사용될 이차 지문영상을 취득하기 위해 이차 광원조사를 하고, 취득된 이차 지문영상을 영상처리하여 통상의 지문인증 프로세스를 행한다.
만일 일차 지문영상과 표준상태 지문영상과의 차이점이 없을 때에는(허용범위 내에 들 경우도 포함됨) 별도의 이차 광원조사를 할 필요없이 일차 지문영상만으로 통상의 지문인증 프로세스를 행할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
지문인식장치의 실시예
도4는 본 발명에 따른 지문인식장치의 블록구성도이다. 종래의 지문인식장치와 같이 광원(22), 지문입력창(24), 지문영상 취득센서(26), 영상처리부(28)를 갖고 있고, 여기에 덧붙여, 표준상태 지문의 그레이레벨(표준 그레이레벨)을 저장하고 있는 메모리(30)와; 인증을 요구할 자의 지문이 접촉된 지문입력창(24)에 일차 광원조사를 하여 취득된 일차 지문영상의 그레이레벨을 분석하여 표준 그레이레벨보다 작은지 큰지를 비교하는 영상비교부(32)와; 영상비교부(32)의 비교결과, 일차 지문영상의 그레이레벨이 표준 그레이레벨보다 작은 경우에는 광원의 광량을 증가시키고 표준 그레이레벨보다 큰 경우에는 광원의 광량을 감소시켜서 광량을 보정하는 광량 제어부(34)가 추가로 포함된다.
상기 광량 제어부(34)에 의해 보정된 광량으로써 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하여 통상의 지문인증 절차를 수행한다. 또한, 상기 영상비교부(32)의 영상비교 결과 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨이 같을 경우에는, 이차 광원조사를 하지 않고 일차 지문영상으로써 지문인증 절차를 수행할 수 있다. 물론, 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨이 같을 경우라도 이차 광원조사를 하여 다시 이차 지문영상을 취득할 수도 있다.
한편, 위와 같은 구성에서 영상비교부(32)는 표준 그레이레벨에 일차 지문영상의 그레이레벨을 비교하였지만, 그레이레벨이 아니라, 직접 지문영상의 융선폭을 비교하여 동일한 기능을 수행할 수도 있다.
즉, 사전에 메모리(30)에 표준상태 지문의 융선폭 데이터(이하, ″표준 융선폭 데이터″)를 저장해 두었다가, 영상처리부(28)에서 처리된 일차 지문영상의 융선폭을 표준 융선폭 데이터보다 작은지 큰지를 영상비교부(32)에서 비교하여, 광량 제어부(34)로 하여금 일차 지문영상의 융선폭이 표준 융선폭 데이터보다 작은 경우에는 광원의 광량을 증가시키고 표준 융선폭 데이터보다 큰 경우에는 광원의 광량을 감소시켜서 광량을 보정하도록 할 수 있다. 지문영상의 융선폭은 소프트웨어 기술에 의해 용이하게 추출할 수 있다.
본 발명의 방법상 실시예
도5는 본 발명에 따른 지문인식 방법의 실시예를 나타내는 플로우차트로서, 표준상태 지문영상의 그레이레벨(표준 그레이레벨)을 저장하는 단계[101], 지문입력창에 접촉되어 있는 손가락의 지문부에 일차 광원조사를 하여 일차 지문영상을 취득하는 단계[103], 취득된 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨을 비교하는 단계[105], 일차 지문영상의 그레이레벨이 표준 그레이레벨보다 작은 경우[107]에는 광원의 광량을 증가시킨 후[109] 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하고[111], 표준 그레이레벨보다 큰 경우에는[113] 광원의 광량을 감소시킨 후[115] 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득[117]하는 단계로 구성된다.
위에서, 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨을 비교하는 단계[105]에서, 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨이 같을 경우에는[119] 이차 광원조사를 하지 않고 일차 지문영상을 이차 지문영상으로 삼아 지문인증을 수행할 수도 있다[121].
한편, 도5에서는 표준 그레이레벨을 저장하여 두고, 이것과 일차 지문영상의 그레이레벨을 비교하였지만, 그레이레벨이 아니라 직접 지문영상의 융선폭을 비교하여 동일한 기능을 수행할 수도 있다. 이러한 프로세스는 도6에 나타내었다. 이 경우의 지문인식 방법은, 표준상태 지문영상의 융선폭 데이터(표준 융선폭 데이터)를 저장하는 단계[201], 지문입력창에 접촉되어 있는 손가락의 지문부에 일차 광원조사를 하여 일차 지문영상을 취득하는 단계[203], 취득된 일차 지문영상의 융선폭과 표준 융선폭 데이터를 비교하는 단계[205], 일차 지문영상의 융선폭이 표준 융선폭 데이터보다 작은 경우에는[207] 광원의 광량을 증가시킨 후[209] 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하고[211], 표준 융선폭 데이터보다 큰 경우에는[213] 광원의 광량을 감소시킨 후[215] 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하는[217] 단계로 구성된다.
여기서도, 일차 지문영상의 융선폭과 표준 융선폭 데이터를 비교하는 단계[205]에서, 일차 지문영상의 융선폭과 표준 융선폭 데이터가 같을 경우에는[219] 이차 광원조사를 하지 않고 일차 지문영상을 이차 지문영상으로 삼아 지문인증을 수행할 수도 있다[221].
본 발명의 지문인식장치 및 방법에 따르면, 어떠한 조건의 지문이라 하더라도 적정한 상태로 지문영상을 취득할 수 있어서 건조지문이나 습지문에 대해서도 효과적인 인식성능을 발휘할 수 있다. 또한, 지문입력창에 충분히 접촉되지 않은 지문, 여성이나 아동의 지문 등과 같이 융선의 굵기가 작은 지문에 대해서도 광원의 광량을 보정할 수 있기 때문에 표준상태의 지문영상과 동등한 품질의 지문영상을 얻을 수 있다.
Claims (8)
- 광원, 지문입력창, 지문영상 취득센서, 영상처리부로 구성되는 지문인식장치에 있어서,표준상태 지문의 그레이레벨(표준 그레이레벨)을 저장하고 있는 메모리와,인증을 요구할 자의 지문이 접촉된 지문입력창에 일차 광원조사를 하여 취득된 일차 지문영상의 그레이레벨을 분석하여 표준 그레이레벨보다 작은지 큰지를 비교하는 영상비교부와,영상비교부의 비교결과, 일차 지문영상의 그레이레벨이 표준 그레이레벨보다 작은 경우에는 광원의 광량을 증가시키고 표준 그레이레벨보다 큰 경우에는 광원의 광량을 감소시켜서 광량을 보정하는 광량 제어부가 추가로 포함되어,상기 광량 제어부에 의해 보정된 광량으로써 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
- 청구항 1에서, 상기 영상비교부의 영상비교 결과 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨이 같을 경우에는, 이차 광원조사를 하지 않는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
- 광원, 지문입력창, 지문영상 취득센서, 영상처리부로 구성되는 지문인식장치에 있어서,표준상태 지문의 융선폭 데이터(표준 융선폭 데이터)를 저장하고 있는 메모리와,인증을 요구할 자의 지문이 접촉된 지문입력창에 일차 광원조사를 하여 취득된 일차 지문영상의 융선폭을 분석하여 표준 융선폭 데이터보다 작은지 큰지를 비교하는 영상비교부와,영상비교 결과, 일차 지문영상의 융선폭이 표준 융선폭 데이터보다 작은 경우에는 광원의 광량을 증가시키고 표준 융선폭 데이터보다 큰 경우에는 광원의 광량을 감소시켜서 광량을 보정하는 광량 제어부가 추가로 포함되어,상기 광량 제어부에 의해 보정된 광량으로써 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
- 청구항 3에서, 상기 영상비교부의 영상비교 결과 일차 지문영상의 융선폭이 표준 융선폭 데이터와 같을 경우에는, 이차 광원조사를 하지 않는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
- 인증을 요구하는 자의 손가락 지문부가 접촉되어 있는 지문입력창에 광원을 조사하여 지문영상을 취득하는 지문인식방법으로서,표준상태 지문영상의 그레이레벨(표준 그레이레벨)을 저장하는 단계,지문입력창에 접촉되어 있는 손가락의 지문부에 일차 광원조사를 하여 일차 지문영상을 취득하는 단계,취득된 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨을 비교하는 단계,일차 지문영상의 그레이레벨이 표준 그레이레벨보다 작은 경우에는 광원의 광량을 증가시킨 후 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하고, 표준 그레이레벨보다 큰 경우에는 광원의 광량을 감소시킨 후 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하는 단계를 포함하는 지문인식 방법.
- 청구항 5에서, 상기 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨을 비교하는 단계에서, 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨이 같을 경우에는 이차 광원조사를 하지 않는 것을 특징으로 하는 지문인식 방법.
- 인증을 요구하는 자의 손가락 지문부가 접촉되어 있는 지문입력창에 광원을 조사하여 지문영상을 취득하는 지문인식방법으로서,표준상태 지문영상의 융선폭 데이터(표준 융선폭 데이터)를 저장하는 단계,지문입력창에 접촉되어 있는 손가락의 지문부에 일차 광원조사를 하여 일차 지문영상을 취득하는 단계,취득된 일차 지문영상의 융선폭과 표준 융선폭 데이터를 비교하는 단계,일차 지문영상의 융선폭이 표준 융선폭 데이터보다 작은 경우에는 광원의 광량을 증가시킨 후 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하고, 표준 융선폭 데이터보다 큰 경우에는 광원의 광량을 감소시킨 후 이차 광원조사를 하여 이차 지문영상을 취득하는 단계를 포함하는 지문인식 방법.
- 청구항 7에서, 상기 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨을 비교하는 단계에서, 일차 지문영상의 그레이레벨과 표준 그레이레벨이 같을 경우에는 이차 광원조사를 하지 않는 것을 특징으로 하는 지문인식 방법.
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