KR20040016664A - 광학식 지문 입력 장치 및 그 장치에서의 지문 입력 판별방법 - Google Patents

광학식 지문 입력 장치 및 그 장치에서의 지문 입력 판별방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학식 지문 입력 장치 및 그 장치에서의 지문 입력 판별 방법에 관한 것으로, 특히 지문 입력 판별 방법은 내부 광원을 조사하고 영상을 획득하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 획득된 영상으로부터 제1 요소를 추출하는 제2 단계; 내부 광원을 조사하지 않고 영상을 획득하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 획득된 영상으로부터 제2 요소를 추출한 후, 상기 제1 요소와 제2 요소의 결합에 의해 제1 카운터값을 생성하는 제4 단계; 내부 광원을 조사하고 영상을 획득하는 제5 단계; 상기 제5 단계에서 획득된 영상으로부터 제3 요소를 추출한 후, 상기 제1 요소와 제3 요소의 결합에 의해 제2 카운터값을 생성하는 제6 단계; 및 상기 제4 단계에서 생성된 제1 카운터값과 상기 제6 단계에서 생성된 제2 카운터값을 사용하여 상기 획득된 영상이 실제 지문 입력에 의한 영상인지의 여부를 판별하는 제7 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 광학식 지문 입력 장치에서 비정상적인 입력 영상이나 또는 외부 광원에 의한 잔상 입력을 확실하게 판별하여 제거할 수 있다. 또한 잔상에 의한 오입력을 방지할 수 있기 때문에 보안성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

광학식 지문 입력 장치 및 그 장치에서의 지문 입력 판별 방법{OPTICAL FINGER PRINT INPUT APPARATUS AND METHOD FOR DETERMINING FINGER PRINT INPUT ON THE SAME}
본 발명은 광학식 지문 인식 장치에 관한 것으로, 특히 개인의 손가락 지문이 접촉되는 지문 입력창에 남아 있는 지문에 의한 잔상이 입력되는 것을 방지하는 광학식 지문 입력 장치 및 그 장치에서의 지문 입력 판별 방법에 관한 것이다.
최근 개인을 식별하는 방법으로 생체 인식의 중요성이 점차 확대되고 있다.
생체 인식이란 개인의 독특한 신체 특징 또는 행동 특징을 이용하여 개인 식별을 수행하는 것을 말한다.
이러한 개인의 독특한 특징으로는 손가락 지문, 손의 형상, 눈의 홍채, 얼굴, 손등의 정맥 패턴, 음성 패턴 등으로 다양하며, 각각의 특징마다 사용자 편의성, 친밀도, 인식 성능 등의 차이가 있다.
상기한 개인의 독특한 특징 중 손가락 지문을 통해 개인을 식별하는 지문 인식 장치는 입력된 지문과 미리 등록된 개인의 지문을 비교, 인식하는 장치로서 문이나 금고의 잠금장치, 출입관리, 근태관리, 컴퓨터 액세스 제어 등 다양하게 활용되고 있다.
이러한 지문 인식을 수행하기 위하여 지문을 받아들이는 지문 입력 장치는 크게 광학식과 비광학식으로 나뉘며, 광학식 지문 입력 장치의 경우 프리즘 등에 놓여진 지문에 내부 광원에 의해 생성되는 빛을 비추어 지문의 골(valley)이나 융선(ridge)의 형태에 따라 반사되어 영상 센서에 형성된 지문 영상을 해석하여 미리 저장되어 있는 지문과 대조를 한다.
일반적인 광학식 지문 입력 장치에는 흡수식과 산란식이 있다.
도 1은 일반적인 흡수식 지문 입력 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 흡수식 지문 입력 장치는 광원(3), 삼각프리즘(1), 렌즈부(5), 영상센서(7), 영상처리부(11)로 구성된다. 광원(3)은 다수의 LED를 배열하여 사용하고 있고, 삼각프리즘(1)은 직각삼각형으로서 지문의 입력이 없을 때 지문입력창(9) 내부에서 전반사가 일어나는 프리즘이다. 영상센서(7)는 CCD 또는 CMOS 센서 등 입력되는 광량에 따라 상응하는 전기신호를 출력하는 소자인데, 당업자에게 주지된 소자이다. 삼각프리즘(1)의 빗면은 입력하고자 하는 지문을 위치시키는 지문입력창(9)이 되고, 지문입력창(9)의 내면은 전반사를 일으키는 전반사면이 된다.
지문입력창(9)에 지문을 대지 않은 상태에서 광원(3)으로부터 나온 빛은 삼각프리즘(1)의 지문입력창(9)의 내부에서 전반사되어 렌즈(5)를 통해 영상센서(7)에 입사된다. 지문입력창(9)에 지문을 대면, 지문의 골이 지문입력창(9)에서 떨어져 있기 때문에 광은 지문입력창(9)의 내면에서 전반사하여 영상센서(7)에 도달하고, 지문의 융선은 지문입력창(9)에 접촉되기 때문에 광이 내면에서 전반사하지 않고 흡수되어 광의 일부만이 영상센서(7)에 도달하게 된다.
따라서, 영상센서(7)에 입사되는 광량은 지문의 골과 융선에 따라 서로 다르게 되고 결국 영상센서(7)에서는 지문의 패턴에 따라 서로 다른 레벨의 전기신호를 출력하게 된다. 영상처리부(11)에서는 영상센서(7)의 출력값을 디지털신호로 정형화하고 영상처리하여 지문 패턴을 인식하게 된다.
도 2는 일반적인 산란식 지문 입력 장치의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 산란식 지문 입력 장치는 도 1에 도시된 흡수식 지문 입력 장치와 유사하게, 광원(22), 프리즘(20), 렌즈부(24), 영상센서(26)로 구성되지만, 프리즘(20)이 삼각형이 아닌 사다리꼴 형상을 갖는다. 도 1의 흡수식 지문 입력 장치와 달리, 광이 광원(22)으로부터 프리즘(20)의 지문입력창(28)으로 직각 혹은 임계각보다 훨씬 작은 각으로 입사하기 때문에, 지문입력창(28)에 닿지 않는 지문의 골에서는 광이 지문입력창(28)을 통과하여 영상센서(26)에 도달하지 않고, 지문의 융선에서는 입사광이 융선에 의해 산란된다. 산란된 광은 렌즈부(24)로 입사되고 영상센서(26)에 의해 검출된다.
도 3은 일반적인 산란식 지문 입력 장치의 다른 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 지문 입력 장치는 지문입력창(38)에 닿지 않는 지문의 골에서는 광이 지문입력창(38)을 통과하여 영상센서(36)에 도달되지 않고, 지문의 융선에서는 입사광이 융선에 의해 산란되는 원리는 동일하나, 이등변삼각형 형태의 프리즘(30)을 사용하고 광원(32)의 위치를 바꾼 차이가 있다.
흡수식 지문 입력 장치의 경우 융선 부분에서 광의 흡수가 일어나므로 영상센서에 맺히는 지문 영상은 융선이 어둡게, 골이 밝게 나타난다. 한편 산란식 지문 입력 장치의 경우 융선 부분에서 광의 산란이 일어나므로 영상센서에 맺히는 지문 영상은 융선이 밝게, 골이 어둡게 나타나게 되어 흡수식과 반대의 지문 영상이 맺히게 된다. 그러나 지문 영상의 처리를 편하게 하고, 컴퓨터 모니터 등에 나타나는 지문 영상이 입력 방식에 따라 흑백이 반전되어 나타나는 것을 피하기 위해 산란식 지문 입력 장치의 경우 영상을 반전시켜 처리하며 컴퓨터 모니터 등에 표시한다. 즉, 실제 영상센서에 맺히는 지문 영상은 융선이 밝게, 골이 어둡게 나타나지만 지문 영상 처리 과정에서의 그레이 레벨(gray level)은 흡수식과 동일하게 융선에서 낮은 값을, 골에서는 높은 값을 가진다.
그런데, 이러한 광학식 지문 입력 장치의 경우, 개인의 지문이 접촉되는 지문 입력창에 지문의 접촉에 따라 피지나 오염물에 의해 이전 지문이 남게 되며, 이 때 내부 광원이 아닌 외부 광원으로부터 특정 범위의 각도로 광이 입사되면 영상 센서에 상기 남아 있는 지문의 잔상이 감지될 수 있다. 이 잔상을 영상 센서가 감지하게 되면, 지문 인식 장치는 잔상을 실제의 생체 지문으로 오인하는 문제가 발생된다. 따라서, 액세스의 권한이 없는 자가 자신의 지문을 입력하는 대신에 지문 입력 장치에 묻어 있는 잔상에 의해 액세스 인증을 받는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내부 광원의 점멸을 통해 취득되는 각 영상에서 상호 보완적인 역할을 하는 요소를추출하고 이들의 최적화를 통하여 실제 지문 입력을 판별하여 잔상에 의한 입력 등을 제거하는 광학식 지문 입력 장치 및 그 장치를 이용한 지문 입력 판별 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 일반적인 흡수식 지문 입력 장치의 구성도이다.
도 2는 일반적인 산란식 지문 입력 장치의 구성도이다.
도 3은 일반적인 산란식 지문 입력 장치의 다른 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 지문 입력 장치에서의 잔상 판별 방법의 순서도이다.
도 5는 도 4에 도시된 내부 광원 처음 온 시 획득된 영상의 처리 방법의 상세 순서도이다.
도 6은 도 4에 도시된 내부 광원 오프 시 획득된 영상의 처리 방법의 상세 순서도이다.
도 7은 지문 입력 시 외부 광원이 없을 때의 영상을 도시한 도면이다.
도 8은 지문 입력 시 햇빛 등의 외부 광원이 있을 때의 영상을 도시한 도면이다.
도 9는 도 4에 도시된 내부 광원 두 번째 온 시 획득된 영상의 처리 방법의 상세 순서도이다.
도 10은 도 4에 도시된 지문 입력 여부 판별 방법의 상세 순서도이다.
도 11은 외부 광원이 지속적으로 온되어 있을 때의 영상을 도시한 도면이다.
도 12는 외부 광원이 특정 주기로 온과 오프를 반복할 때의 영상을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 지문 입력 장치의 블록도이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 광학식 지문 입력 장치에서의 지문 입력 판별 방법은,
광학식 지문 입력 장치에서 실제 지문 입력을 판별하는 방법으로서,
내부 광원을 조사하고 영상을 획득하는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 획득된 영상으로부터 제1 요소를 추출하는 제2 단계; 내부 광원을 조사하지 않고 영상을 획득하는 제3 단계; 상기 제3 단계에서 획득된 영상으로부터 제2 요소를 추출한 후, 상기 제1 요소와 제2 요소의 결합에 의해 제1 카운터값을 생성하는 제4 단계; 내부 광원을 조사하고 영상을 획득하는 제5 단계; 상기 제5 단계에서 획득된 영상으로부터 제3 요소를 추출한 후, 상기 제1 요소와 제3 요소의 결합에 의해 제2 카운터값을 생성하는 제6 단계; 및 상기 제4 단계에서 생성된 제1 카운터값과 상기 제6 단계에서 생성된 제2 카운터값을 사용하여 상기 획득된 영상이 실제 지문 입력에 의한 영상인지의 여부를 판별하는 제7 단계를 포함한다.
여기서, 상기 제1 요소는 상기 제1 단계에서 획득된 영상에 대한 특정 블록 단위의 에지 합을 해당 블록 내에 있는 화소의 개수로 나눈 값인 에지 평균이고, 상기 제2 요소는 상기 제3 단계에서 획득된 영상에 대한 상기 특정 블록 단위의 에지 평균이며, 상기 제3 요소는 상기 제5 단계에서 획득된 영상에 대한 상기 특정블록 단위의 에지 평균인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4 단계는, 상기 특정 블록에 대해 상기 제2 요소가 상기 제1 요소보다 큰 지의 여부를 판단하는 제8 단계; 상기 획득된 영상을 이루는 각 블록에 대해 상기 제8 단계를 반복하는 제9 단계; 및 상기 제2 요소가 상기 제1 요소보다 큰 블록의 개수를 상기 제1 카운터값으로 설정하는 제10 단계를 포함한다.
또한, 상기 제6 단계는, 상기 특정 블록에 대해 상기 제3 요소와 상기 제1 요소 간의 차이가 특정 제1 임계값보다 큰 지의 여부를 판단하는 제11 단계; 상기 획득된 영상을 이루는 각 블록에 대해 상기 제11 단계를 반복하는 제12 단계; 및 상기 제3 요소와 상기 제1 요소 간의 차이가 상기 제1 임계값보다 큰 블록의 개수를 상기 제2 카운터값으로 설정하는 제13 단계를 포함한다.
또한, 상기 제7 단계에서는, 상기 제1 카운터값이 특정 제2 임계값보다 작고, 상기 제2 카운터값이 특정 제3 임계값보다 작은 경우, 상기 획득된 영상이 실제 지문 입력에 의한 영상인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제7 단계에서는, 상기 제1 카운터값이 특정 제2 임계값 이상이거나, 상기 제2 카운터값이 특정 제3 임계값 이상인 경우, 상기 획득된 영상이 잔상인 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 특정 블록 단위는 16화소 × 16화소 블록 단위인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 광학식 지문 입력 장치는,
지문에 내부 광원을 조사하여 반사되는 빛을 지문 영상으로 획득하는 광학식지문 입력 장치로서,
지문이 놓이는 지문 입력창을 구비하며, 광을 반사 또는 굴절시켜 광로를 변경하는 광로 변경부; 내부 광원을 포함하며, 지문의 영상을 만들기 위해 상기 지문 입력창에 광을 조사하도록 상기 내부 광원을 제어하는 조명계; 상기 지문 입력창에 놓이는 지문의 영상을 감지하여 전기적 영상신호로 출력하는 영상 센서부; 상기 영상 센서부에서 출력되는 전기적 영상신호를 디지털 신호로 정형화하고 영상 처리하여 지문 패턴을 인식하며, 상기 내부 광원이 조사된 때에 획득된 영상으로부터 추출된 제1 요소와 상기 내부 광원이 조사되지 않은 때에 획득된 영상으로부터 추출된 제2 요소를 결합하여 제1 카운터값을 생성하고, 상기 내부 광원이 두 번째 조사된 때에 획득된 영상으로부터 추출된 제3 요소와 상기 제1 요소를 결합하여 제2 카운터값을 생성한 후, 상기 제1 카운터값과 제2 카운터값을 사용하여 상기 획득된 영상이 지문에 의한 입력 영상인지의 여부를 판별하는 영상 처리부; 및 상기 조명계, 영상 센서부 및 영상 처리부를 제어하며, 상기 영상 처리부에 의해 판별된 영상이 지문에 의한 입력 영상이 아닌 것으로 판별되는 경우 상기 영상을 제거하도록 제어하는 지문 입력 제어부를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 지문 입력 장치에서의 잔상 판별 방법의 순서도이다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 광학식 지문 입력 장치는 먼저 내부 광원을 온하여(S10), 영상을 획득하고(S12), 획득된 영상에 대한 처리를 수행하여 제1요소를 추출한다(S14). 그 후, 내부 광원을 오프하여(S16), 영상을 획득하고(S18), 획득된 영상에 대한 처리를 수행하여 제2 요소를 추출한 후, 제1 요소와 제2 요소의 결합에 의해 제1 카운터값(iCnt1)을 생성한다(S20). 이 때의 영상 처리는 상기 단계(S18)에서 내부 광원 오프 시 획득한 영상으로부터 제2 요소를 추출하고, 상기 단계(S14)에서 추출된 제1 요소와의 비교에 의해 제1 카운터값(iCnt1)을 생성한다.
다음, 다시 한번 내부 광원을 온하여(S22), 영상을 획득하고(S24), 획득된 영상에 대한 처리를 수행하여 제3 요소를 추출한 후, 제1 요소와 제3 요소의 결합에 의해 제2 카운터값(iCnt2)을 생성한다(S26). 이 때의 영상 처리는 상기 단계(S24)에서 두 번째 내부 광원 온 시 획득한 영상으로부터 제3 요소를 추출하고, 상기 단계(S14)에서 추출된 제1 요소와의 비교에 의해 제2 카운터값(iCnt2)을 생성한다.
마지막으로 상기 영상 처리 단계(S20, S26)에서 생성된 제1 카운터값(iCnt1)과 제2 카운터값(iCnt2)을 사용하여 실제 지문 입력인지 또는 잔상 입력인지의 여부를 판별한다(S28).
한편, 내부 광원 처음 온 시 획득된 영상에 대한 처리 단계(S14)는 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이 이전 단계(S12)에서 획득되어 입력되는 영상을 특정 영역 단위의 블록으로 분할한다(S141). 여기서 특정 영역 단위의 블록은 여러 가지로 정해질 수 있으며, 본 실시예에서는 16화소 × 16화소의 영역을 단위 블록으로 하여 분할하는 것으로 가정한다.
이와 같이, 입력 영상을 16 × 16 블록 단위로 분할한 후(S141), 먼저 처음 블록을 선택한다(S142). 그 후, 선택된 블록, 즉 처음 블록의 제1 요소인 에지 평균(E1n)을 산출한다(S143). 여기서 n은 블록의 번호에 해당되며, 512 × 512의 영상을 16 × 16 블록 단위로 분할될 경우, 1에서 1024까지의 자연수이다.
이하, 에지 평균(E1n) 산출 방법에 대해 설명한다.
일반적으로 영상 처리에서 '에지'라는 용어는 영상의 변화율이나 선명도를 측정하는 요소이며, 화소에 대한 에지는 [수학식 1]로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
이러한 [수학식 1]을 영상에 적용할 때에는 아래 [마스크 1] 및 [마스크 2]로 나타낸 두 개의 마스크가 이용된다.
[마스크 1] [마스크 2]
위의 두 개의 마스크는 영상에서 각각 x축의 변화율과 y축의 변화율을 추출하며, 최종 에지의 크기는 [수학식 2]로 표현된다.
[수학식 2]
결국, 블록 내의 에지의 합은의 합이며, 에지 평균은 에지의 합을 블록 내에 있는 화소의 개수로 나눈 값이 된다.
따라서, 상기 단계(S143)에서는 상기한 에지 평균 산출 방법에 따라 선택된 블록의 에지 평균(E1n)을 산출한다. 여기서, 에지 평균(E2n)에 표시된 n은 n 번째 블록을 나타낸다. 예를 들어 처음 블록의 에지 평균은 E11, 두 번째 블록의 에지 평균은 E12등으로 표시할 수 있다.
한편, 상기한 에지 평균 산출 방법은 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 주지의 방법에 따라 구현될 수 있으며, 상기한 방법 이외의 에지 평균 산출 방법이 사용될 수도 있다.
다음, 선택된 블록이 입력 영상의 최종 블록인 지의 여부를 판단하고(S144), 최종 블록이 아니면 다음 블록을 선택한 후(S145) 상기 단계(S143, S144)를 반복한다. 이러한 단계(S143, S144, S145)들은 선택된 블록이 최종 블록이 될 때까지 계속 반복되어 결국 내부 광원이 처음 온된 상태에서 획득된 영상에 대해 분할된 각 블록의 에지 평균(E1n)이 산출될 수 있다.
한편, 내부 광원 오프 시 획득된 영상에 대한 처리 단계(S20)는 첨부한 도 6에 도시된 바와 같이 이전 단계(S18)에서 획득되어 입력되는 영상을 특정 영역 단위의 블록으로 분할한다(S201). 여기서 특정 영역 단위의 블록은 상기한 바와 마찬가지로 여러 가지로 정해질 수 있으며, 상기 단계(S14)에서 정해진 분할 단위와 동일하게 정해져야 하므로, 본 실시예에서는 16화소 × 16화소의 영역을 단위 블록으로 하여 분할하는 것으로 가정한다.
이와 같이, 입력 영상을 16 × 16 블록 단위로 분할한 후(S201), 먼저 처음블록을 선택하고, 초기화를 수행한다(S202). 이러한 초기화에는 추후 잔상 여부 판별 단계(S28)에서 사용될 제1 요소인 제1 카운터값(iCnt1)을 0으로 설정하는 것이 포함된다.
다음, 선택된 블록, 즉 처음 블록의 제2 요소인 에지 평균(E2n)을 산출한다(S203). 이 때의 에지 평균(E2n)은 상기에서 설명된 에지 평균 산출 방법과 동일한 방법에 의해 산출된다. 또한, 에지 평균(E2n)은 n 번째 블록에 대한 에지 평균으로, 즉 n은 각 블록에 대한 인덱스를 나타낸다. 예를 들어 처름 블록의 에지 평균은 E21, 두 번째 블록의 에지 평균은 E22등으로 표시할 수 있다.
이와 같이 상기 단계(S18)에서 획득한 영상의 선택된 블록의 에지 평균(E2n)이 산출되면, 이 에지 평균(E2n)이 상기 단계(S14)에서 산출된 내부 광원 처음 온 시 획득한 영상의 해당 블록의 에지 평균(E1n)보다 큰 지의 여부를 판단한다(S204).
만약 에지 평균(E2n)이 에지 평균(E1n)보다 큰 경우에는 제1 카운터값(iCnt1)을 1 증가시키고(S205), 그렇지 않은 경우에는 이전의 제1 카운터값(iCnt1)을 그대로 유지시킨다.
다음, 선택된 블록이 입력 영상의 최종 블록인 지의 여부를 판단하고(S206), 최종 블록이 아니면 다음 블록을 선택한 후(S207) 상기 단계(S203, S204, S205, S206, S207)를 반복한다.
이러한 단계(S203, S204, S205, S206, S207)들은 선택된 블록이 최종 블록이될 때까지 계속 반복되어, 결국 내부 광원이 오프된 상태에서 획득된 영상의 선택 블록의 에지 평균(E2n)이 내부 광원이 처음 온된 상태에서 획득된 영상의 선택 블록에 대응되는 블록의 에지 평균(E1n)보다 큰 블록의 개수가 제1 카운터값(iCnt1)에 설정되도록 한다.
이와 같이 하여 제1 카운터값(iCnt1)에는 내부 광원 온 시 취득된 영상에 대해 내부 광원 오프 시 취득된 영상에서 비정상적인 블록으로 추정되는 블록의 개수가 설정되게 된다.
첨부한 도 7 및 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 7은 지문 입력 시 외부 광원이 없을 때의 영상을 도시한 도면이고, 도 8은 지문 입력 시 햇빛 등의 외부 광원이 있을 때의 영상을 도시한 도면으로, 도 7 및 도 8에서 각각 (a)는 첫 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상이고, (b)는 내부 광원 오프 시 취득된 영상이며, (c)는 두 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상이다.
도 7의 (b)에서 외부 조명이 없을 때에는 취득되는 영상 입력이 없지만 외부 조명이 있을 때에는 도 8의 (b)와 같이 상당량의 영상 입력이 발생함을 알 수 있다.
도 7의 (a) 및 (b)와 도 8의 (a) 및 (b)를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 외부 광원이 있을 때나 없을 때 모두 실제 지문이 입력되는 경우, 내부 광원 오프 시 취득된 영상이 첫 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상보다 선명하지 않다는 것이다. 즉, 내부 광원 오프 시 취득된 영상의 블록의 에지 평균이나 그레이 레벨의 합이 첫 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상의 해당 블록의 에지 평균이나 그레이 레벨의합보다 크지 않다는 것이다. 따라서, 도 6의 상기 단계(S204)에서 '에지 평균(E2n) > 에지 평균(E1n)'의 조건을 만족하는 결과값인 제1 카운터값(iCnt1)은 비정상적인 블록의 개수이고, 이 개수가 작을수록 잔상 조건은 강화된다.
한편, 상기 단계(S206)에서 선택된 블록이 최종 블록이면 제1 카운터값(iCnt1)이 지문 입력 여부 판별 단계(S28)에서 사용될 수 있도록 저장된 후 내부 광원 오프 시 획득된 영상의 처리 단계(S20)가 완료된다.
한편, 내부 광원 두 번째 온 시 획득된 영상에 대한 처리 단계(S26)는 첨부한 도 9에 도시되어 있으며, 도 6을 참조하여 설명된 내부 광원 오프 시 획득된 영상에 대한 처리 단계(S20)와 유사하므로 간략하게 설명한다.
먼저, 내부 광원 두 번째 온 시 획득되어 입력되는 영상을 16 × 16 블록 단위로 분할한 후(S261), 처음 블록을 선택하고, 초기화를 수행한다(S262). 이러한 초기화에는 추후 잔상 여부 판별 단계(S28)에서 사용될 제2 요소인 제2 카운터(iCnt2)를 0으로 설정하는 것이 포함된다.
다음, 선택된 블록, 즉 처음 블록의 제3 요소인 에지 평균(E3n)을 산출하고(S263), 산출된 에지 평균(E3n)에서 상기 단계(S14)에서 산출된 내부 광원 처음 온 시 획득한 영상의 해당 블록의 에지 평균(E1n)을 뺀 후의 절대값이 특정의 제1 임계값보다 큰 지의 여부를 판단한다(S264).
만약 에지 평균(E3n)에서 에지 평균(E1n)을 뺀 값의 절대값이 제1 임계값보다 큰 경우에는 제2 카운터값(iCnt2)을 1 증가시키고(S265), 그렇지 않은 경우에는 이전의 제2 카운터값(iCnt2)을 그대로 유지시킨다.
다음, 선택된 블록이 입력 영상의 최종 블록인 지의 여부를 판단하고(S266), 최종 블록이 아니면 다음 블록을 선택한 후(S267) 상기 단계(S263, S264, S265, S266, S267)를 반복한다.
이러한 단계(S263, S264, S265, S266, S267)들은 선택된 블록이 최종 블록이 될 때까지 계속 반복되어, 결국 내부 광원이 두 번째 온된 상태에서 획득된 영상의 선택 블록의 에지 평균(E3n)에서 내부 광원이 처음 온된 상태에서 획득된 영상의 상기 선택 블록에 대응되는 블록의 에지 평균(E1n)을 뺀 값이 제1 임계값보다 큰 블록의 개수가 제2 카운터값(iCnt2)에 설정되도록 한다.
이와 같이 하여 제2 카운터값(iCnt1)에는 입력 영상이 외부 광원에 의한 잔상으로 추정되는 블록의 개수가 설정되게 된다.
상기 도 7 및 도 8을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 7의 (a) 및 (c)와 도 8의 (a) 및 (c)를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 외부 광원이 있을 때나 없을 때 모두 실제 지문이 입력되는 경우, 첫 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상과 두 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상 간의 변화가 거의 없다는 것이다. 즉, 두 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상의 블록의 에지 평균이나 그레이 레벨의 합과 첫 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상의 해당 블록의 에지 평균이나 그레이 레벨의 합 간의 차이가 크지 않다는 것이다. 따라서, 도 7의 상기 단계(S264)에서 '|에지 평균(E3n) － 에지 평균(E1n)| > 제1 임계값'의 조건을 만족하는 결과값인 제2 카운터값(iCnt2)은 취득된 두 영상의 블록에서 차이가 큰 블록의 개수로, 즉 외부 광원에 의한 잔상 블록의 개수에 해당된다.
만약 상기 단계(S266)에서 선택된 블록이 최종 블록이면 제2 카운터값(iCnt2)이 지문 입력 여부 판별 단계(S28)에서 사용될 수 있도록 저장된 후 내부 광원 두 번째 온 시 획득된 영상의 처리 단계(S26)가 완료된다.
한편, 지문 입력 여부 판별 단계(S28)는 상기 단계(S20)에서 생성된 제1 카운터값(iCnt1)과 상기 단계(S26)에서 생성된 제2 카운터값(iCnt2)을 사용하여 지문 입력 여부를 판별한다.
이러한 지문 입력 여부를 판별하는 단계(S28)는 첨부한 도 10에서와 같이, 먼저 제1 카운터값(iCnt1)이 특정의 제2 임계값보다 작은 지의 여부를 판단한다(S281). 즉, 비정상적인 블록의 개수가 제2 임계값보다 작은 지의 여부를 판단하는 것이다.
만약 제1 카운터값(iCnt1)이 제2 임계값보다 작은 것으로 판단되는 경우, 제2 카운터값(iCnt2)이 특정의 제3 임계값보다 작은 지의 여부를 판단한다(S282). 즉, 외부 광원에 의한 잔상 입력 블록의 개수가 제3 임계값보다 작은 지의 여부를 판단하는 것이다.
여기서 제2 카운터값(iCnt2)이 제3 임계값보다 작은 것으로 판단되는 경우, 실제 지문에 의한 영상 입력으로 판별한다(S283). 즉, 비정상적인 블록의 개수도 제2 임계값보다 작고, 외부 광원에 의한 잔상 입력 블록의 개수도 제3 임계값보다 작은 경우에는 실제 지문에 의한 영상 입력으로 판별하는 것이다.
그러나, 상기 단계(S281)에서 제1 카운터값(iCnt1)이 제2 임계값과 같거나 큰 경우와, 상기 단계(S282)에서 제2 카운터값(iCnt2)이 제3 임계값과 같거나 큰경우에는 실제 지문 입력이 아닌 잔상 입력인 것으로 판별한다(S284). 즉, 비정상적인 블록의 개수가 제2 임계값 이상이거나 또는 외부 광원에 의한 잔상 입력 블록의 개수가 제3 임계값 이상인 경우에는 실제 지문 입력이 아닌 잔상 입력으로 판별하는 것이다.
따라서, 상기 단계(S283)에서 실제 지문 입력인 것으로 판별되는 경우에는 해당 영상을 입력으로 받아들이며, 만일 상기 단계(S284)에서 잔상 입력인 것으로 판별되는 경우 해당 영상을 입력으로 받아들이지 않는다.
이와 같이, 실제 지문 입력이 아닌 영상 입력인 경우에는 첫 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상에서 추출된 제1 요소와 내부 광원 오프 시 취득된 영상에서 추출된 제2 요소와의 비교에 의해 생성된 제1 카운터값(iCnt1)에 의해 제거되거나, 또는 첫 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상에서 추출된 제1 요소와 두 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상에서 추출된 제3 요소와의 비교에 의해 생성된 제2 카운터값(iCnt2)에 의해 제거될 수 있다. 따라서, 상기 제1 요소, 제2 요소 및 제3 요소와, 이들의 결합에 의해 생성되는 제1 카운터값(iCnt1) 및 제2 카운터값(iCnt2)은 실제 지문 입력이 아닌 비정상적인 입력이나 또는 잔상 입력을 제거하는데 상호 보완적인 역할을 한다. 즉, 제1 카운터값(iCnt1)은 내부 광원이 온, 오프 시 영상을 비교하여 지속적인 외부 광원의 유입에 의한 잔상을 판별하며, 제2 카운터값(iCnt2)은 두 개의 온 시 영상을 비교하여 제1 카운터값(iCnt1)을 피하기 위하여 외부 광원을 특정한 주기로 변화를 주는 잔상의 형태를 판별한다. 이에 대해 첨부한 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.
도 11은 외부 광원이 지속적으로 온되어 있을 때의 영상을 도시한 도면이고, 도 12는 외부 광원이 특정 주기로 온과 오프를 반복할 때의 영상을 도시한 도면으로, 도 11 및 도 12에서 각각 (a)는 첫 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상이고, (b)는 내부 광원 오프 시 취득된 영상이며, (c)는 두 번째 내부 광원 온 시 취득된 영상이다.
먼저, 도 11을 참조하면, 햇빛 등 외부 광원이 지속적으로 조사될 때에는 내부 광원의 온, 오프와 무관하게 세가지 영상이 동일하게 나타난다. 이 경우, 취득되는 영상은 (a)와 (b) 영상을 비교하는 제1 카운터값(iCnt1)에 의하여는 잔상으로 판별되지만, (a)와 (c) 영상이 거의 동일하게 나타나 제2 카운터값(iCnt2)에 의하여는 잔상 판별이 어렵다. 이 경우에는, 제1 카운터값(iCnt1)은 제역할을 하고 있으나, 제2 카운터값(iCnt2)은 역할을 제대로 하지 못한다.
한편, 도 12를 참조하면, 전기 스탠드 등의 외부 광원을 불규칙하게 온, 오프를 반복한 경우, 특히 외부 광원이 온, 오프하는 주기와 내부 광원의 온, 오프하는 주기가 동일한 경우, 취득되는 영상은 (a)와 (b) 영상을 비교하는 제1 카운터값(iCnt1)에 의하여는 잔상 판별이 어려우나, (a)와 (c)의 영상이 확연히 차이가 나므로 제2 카운터값(iCnt2)에 의해 잔상으로 판별된다. 이 경우에는 제2 카운터값(iCnt2)이 제역할을 하고 있으나, 제1 카운터값(iCnt1)은 역할을 제대로 하지 못한다.
상기한 바와 같이, 외부 광원에 상관없이 제1 카운터값(iCnt1)과 제2 카운터값(iCnt2)이 실제 지문 입력이 아닌 비정상적인 입력이나 또는 잔상 입력을 제거하는데 상호 보완적인 역할을 함을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 지문 입력 장치의 블록도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학식 지문 입력 장치는 프리즘(100), 조명계(110), 렌즈부(120), 영상 센서부(130), 영상 처리부(140) 및 지문 입력 제어부(150)를 포함한다.
조명계(110)는 내부 광원, 예를 들어 특정 형태로 배열된 다수의 LED를 포함하며, 이 내부 광원에 의한 빛이 프리즘(100)을 통해 지문 입력에 사용될 수 있도록 제어한다.
프리즘(100)은 지문 입력 장치의 종류에 따라 여러 형태를 가질 수 있으며, 조명계(110)의 내부 광원에 의해 조사된 빛을 지문이 놓이는 지문 입력창에 접촉된 지문에 반사시키고 굴절시키는 등 광로를 변경하여 렌즈부(120)까지 유도한다.
렌즈부(120)는 프리즘(100)에서 유도된 빛을 집속하여 영상 센서부(130)로 입력되도록 한다.
영상 센서부(130)는 예를 들어 CCD, CMOS 센서 등으로 구성되며 렌즈부(120)를 통해 입력되는 빛의 광량에 따라 상응하는 전기 신호를 출력한다.
영상 처리부(140)는 영상 센서부(130)에서 출력되는 전기 신호를 디지털 신호로 정형화하고 영상 처리하여 지문 패턴을 인식한다.
지문 입력 제어부(150)는 조명계(110), 영상 센서부(130) 및 영상 처리부(140)를 제어하여 지문 입력 장치 전체의 동작을 제어한다.
지문 입력 제어부(150)는 본 발명의 실시예에 따라 잔상 입력을 제거하기 위해 조명계(110)를 제어하여 내부 광원을 온시킨 후 영상 센서부(130)를 제어하여 한 프레임의 지문 영상을 획득하도록 하고, 영상 처리부(140)를 통해 획득된 영상의 16×16 블록 단위별로 에지 평균(E1n)을 산출하도록 한다.
또한, 조명계(110)를 제어하여 내부 광원을 오프시킨 후 영상 센서부(130)를 제어하여 한 프레임의 지문 영상을 획득하도록 하고, 그 후 영상 처리부(140)를 통해 획득된 영상의 16×16 블록 단위별로 에지 평균(E2n)을 산출하도록 한 후, 산출된 에지 평균(E2n)과 이전에 산출된 에지 평균(E1n)을 비교하여 제1 카운터값(iCnt1)을 생성한다. 제1 카운터값(iCnt1)은 에지 평균(E2n)이 에지 평균(E1n)보다 큰 블록의 개수를 나타낸다.
마찬가지로, 조명계(110)를 제어하여 내부 광원을 두 번째로 온시킨 후 영상 센서부(130)를 제어하여 한 프레임의 지문 영상을 획득하도록 하고, 영상 처리부(140)를 통해 획득된 영상의 16×16 블록 단위별로 에지 평균(E3n)을 산출하도록 한 후, 산출된 에지 평균(E3n)과 이전에 산출된 에지 평균(E1n)을 비교하여 제2 카운터값(iCnt2)을 생성한다. 이 제2 카운터값(iCnt2)은 에지 평균(E3n)에서 에지 평균(E1n)을 뺀 값의 절대값이 제1 임계값보다 큰 블록의 개수를 나타낸다.
마지막으로 지문 입력 제어부(150)는 생성된 제1 카운터값(iCnt1)과 제2 카운터값(iCnt2)을 사용하여 입력 영상의 잔상 여부를 판별한다. 즉, 지문 입력 제어부(150)는 제1 카운터값(iCnt1)이 제2 임계값보다 작고, 제2 카운터값(iCnt2)이 제3 임계값보다 작은 경우, 입력 영상을 실제 지문에 의한 입력 영상으로 판별하여 받아들이게 된다.
따라서, 제1 카운터값(iCnt1)이 제2 임계값 이상이거나 또는 제2 카운터값(iCnt2)이 제3 임계값 이상인 경우에는, 입력 영상을 잔상에 의한 입력 영상을 판별하여 받아들이지 않고 제거하게 된다.
한편, 상기에서는 영상 처리부(140)와 지문 입력 제어부(150)를 별도의 블록으로 분리하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 여기에 한정되지 않고, 영상 처리부(140)와 지문 입력 제어부(150)가 하나의 블록 내에 함께 존재하는 것으로도 할 수 있다.
비록, 본 발명이 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.
본 발명에 따르면, 광학식 지문 입력 장치에서 비정상적인 입력 영상이나 또는 외부 광원에 의한 잔상 입력을 확실하게 판별하여 제거할 수 있다. 또한 잔상에 의한 오입력을 방지할 수 있기 때문에 보안성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 광학식 지문 입력 장치에서 실제 지문 입력을 판별하는 방법에 있어서,
    내부 광원을 조사하고 영상을 획득하는 제1 단계;
    상기 제1 단계에서 획득된 영상으로부터 제1 요소를 추출하는 제2 단계;
    내부 광원을 조사하지 않고 영상을 획득하는 제3 단계;
    상기 제3 단계에서 획득된 영상으로부터 제2 요소를 추출한 후, 상기 제1 요소와 제2 요소의 결합에 의해 제1 카운터값을 생성하는 제4 단계;
    내부 광원을 조사하고 영상을 획득하는 제5 단계;
    상기 제5 단계에서 획득된 영상으로부터 제3 요소를 추출한 후, 상기 제1 요소와 제3 요소의 결합에 의해 제2 카운터값을 생성하는 제6 단계; 및
    상기 제4 단계에서 생성된 제1 카운터값과 상기 제6 단계에서 생성된 제2 카운터값을 사용하여 상기 획득된 영상이 실제 지문 입력에 의한 영상인지의 여부를 판별하는 제7 단계
    를 포함하는 광학식 지문 입력 장치에서의 지문 입력 판별 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 요소는 상기 제1 단계에서 획득된 영상에 대한 특정 블록 단위의 에지 합을 해당 블록 내에 있는 화소의 개수로 나눈 값인 에지 평균이고,
    상기 제2 요소는 상기 제3 단계에서 획득된 영상에 대한 상기 특정 블록 단위의 에지 평균이며,
    상기 제3 요소는 상기 제5 단계에서 획득된 영상에 대한 상기 특정 블록 단위의 에지 평균인
    것을 특징으로 하는 광학식 지문 입력 장치에서의 지문 입력 판별 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계가,
    상기 특정 블록에 대해 상기 제2 요소가 상기 제1 요소보다 큰 지의 여부를 판단하는 제8 단계;
    상기 획득된 영상을 이루는 각 블록에 대해 상기 제8 단계를 반복하는 제9 단계; 및
    상기 제2 요소가 상기 제1 요소보다 큰 블록의 개수를 상기 제1 카운터값으로 설정하는 제10 단계
    를 포함하는 광학식 지문 입력 장치에서의 지문 입력 판별 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제6 단계가,
    상기 특정 블록에 대해 상기 제3 요소와 상기 제1 요소 간의 차이가 특정 제1 임계값보다 큰 지의 여부를 판단하는 제11 단계;
    상기 획득된 영상을 이루는 각 블록에 대해 상기 제11 단계를 반복하는 제12단계; 및
    상기 제3 요소와 상기 제1 요소 간의 차이가 상기 제1 임계값보다 큰 블록의 개수를 상기 제2 카운터값으로 설정하는 제13 단계
    를 포함하는 광학식 지문 입력 장치에서의 지문 입력 판별 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제7 단계에서, 상기 제1 카운터값이 특정 제2 임계값보다 작고, 상기 제2 카운터값이 특정 제3 임계값보다 작은 경우, 상기 획득된 영상이 실제 지문 입력에 의한 영상인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 입력 장치에서의 지문 입력 판별 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제7 단계에서, 상기 제1 카운터값이 특정 제2 임계값 이상이거나, 상기 제2 카운터값이 특정 제3 임계값 이상인 경우, 상기 획득된 영상이 잔상인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 입력 장치에서의 지문 입력 판별 방법.
  7. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특정 블록 단위는 16화소 × 16화소 블록 단위인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 입력 장치에서의 잔상 판별 방법.
  8. 지문에 내부 광원을 조사하여 반사되는 빛을 지문 영상으로 획득하는 광학식 지문 입력 장치에 있어서,
    지문이 놓이는 지문 입력창을 구비하며, 광을 반사 또는 굴절시켜 광로를 변경하는 광로 변경부;
    내부 광원을 포함하며, 지문의 영상을 만들기 위해 상기 지문 입력창에 광을 조사하도록 상기 내부 광원을 제어하는 조명계;
    상기 지문 입력창에 놓이는 지문의 영상을 감지하여 전기적 영상신호로 출력하는 영상 센서부;
    상기 영상 센서부에서 출력되는 전기적 영상신호를 디지털 신호로 정형화하고 영상 처리하여 지문 패턴을 인식하며, 상기 내부 광원이 조사된 때에 획득된 영상으로부터 추출된 제1 요소와 상기 내부 광원이 조사되지 않은 때에 획득된 영상으로부터 추출된 제2 요소를 결합하여 제1 카운터값을 생성하고, 상기 내부 광원이 두 번째 조사된 때에 획득된 영상으로부터 추출된 제3 요소와 상기 제1 요소를 결합하여 제2 카운터값을 생성한 후, 상기 제1 카운터값과 제2 카운터값을 사용하여 상기 획득된 영상이 지문에 의한 입력 영상인지의 여부를 판별하는 영상 처리부; 및
    상기 조명계, 영상 센서부 및 영상 처리부를 제어하며, 상기 영상 처리부에 의해 판별된 영상이 지문에 의한 입력 영상이 아닌 것으로 판별되는 경우 상기 영상을 제거하도록 제어하는 지문 입력 제어부
    를 포함하는 광학식 지문 입력 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 요소는 상기 제1 단계에서 획득된 영상에 대한 특정 블록 단위의 에지 합을 해당 블록 내에 있는 화소의 개수로 나눈 값인 에지 평균이고,
    상기 제2 요소는 상기 제3 단계에서 획득된 영상에 대한 상기 특정 블록 단위의 에지 평균이며,
    상기 제3 요소는 상기 제5 단계에서 획득된 영상에 대한 상기 특정 블록 단위의 에지 평균인
    것을 특징으로 하는 광학식 지문 입력 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 영상 처리부는
    상기 획득된 영상을 이루는 각 블록에 대해 상기 제2 요소가 상기 제1 요소보다 큰 지를 비교한 후, 상기 제2 요소가 상기 제1 요소보다 큰 블록의 개수를 상기 제1 카운터값으로 설정하고,
    상기 획득된 영상을 이루는 각 블록에 대해 상기 제3 요소와 상기 제1 요소 간의 차이가 특정 제1 임계값보다 큰 지를 비교한 후, 상기 제3 요소와 상기 제1 요소 간의 차이가 상기 제1 임계값보다 큰 블록의 개수를 상기 제2 카운터값으로 설정하는
    것을 특징으로 하는 광학식 지문 입력 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 제1 카운터값이 특정 제2 임계값보다 작고, 상기 제2 카운터값이 특정 제3 임계값보다 작은 경우, 상기 획득된 영상이 실제 지문 입력에 의한 영상인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 입력 장치.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 제1 카운터값이 특정 제2 임계값 이상이거나, 상기 제2 카운터값이 특정 제3 임계값 이상인 경우, 상기 획득된 영상이 잔상인 것으로 판별하는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 입력 장치.
  13. 제9항 또는 제10에 있어서,
    상기 특정 블록 단위는 16화소 × 16화소 블록 단위인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 입력 장치.
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