KR20070041816A - 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치 및검출방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지문영상으로부터 사용자 인증을 수행하는 지문인식 시스템에 있어서, 입력되는 지문영상의 방향성을 정확하면서도 효율적으로 검출하기 위한 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법은, 입력되는 지문영상에 대하여 기 정의된 방향을 확인하는 단계; 상기 기 정의된 방향에 대해서, 상기 입력된 지문영상을 Erosion 및 Dilation하여 원래의 지문영상과의 차이값을 검출하는 단계; 및 상기 차이값에 근거하여 지문영상의 방향성을 검출하는 단계를 포함하여 이루어져, 지문영상(융선)의 주파수에 따라 적응적인(Adaptive) 방향성 검출이 가능하고, 알고리즘이 간결해지며, 처리속도의 향상 효과가 있으며, 지문영상을 통한 사용자의 인증의 신뢰성을 향상시키는 매우 유용한 발명인 것이다.
지문인식, 모폴로지, 융선, 방향, 주파수
Description
도 1은 종래의 방향성 검출 알고리즘에 따른 지문영상의 방향성 검출 과정을 예시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치가 구현된 지문인식 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법에 대한 바람직한 일 실시예의 흐름을 도시한 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 지문 감지센서 20 : 메모리
30 : 제어부
본 발명은, 지문영상으로부터 사용자 인증을 수행하는 지문인식 시스템에 있어서, 입력되는 지문영상의 방향성을 정확하면서도 효율적으로 검출하기 위한 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.
사용자 인증을 위해 널리 활용되었던 개인암호, 개인 식별번호 등은 도용 및 분실의 위험 등이 커, 최근에는 점차 고도화되고 최첨단화되고 있는 정보사회의 요구에 부응하여 보다 안정적이고 정확한 인증방식들이 개발되고 있다.
이러한 인증방식 중 지문영상을 이용한 인증방식은, 사용자의 손가락을 전자적으로 읽어 미리 입력된 정보와 비교함으로써 인증을 수행하는 방식으로서, 상기 지문영상을 이용한 인증방식에 있어서는 지문영상의 방향성 검출이 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)를 위한 매우 중요한 단계이며, 지문영상은 특유의 잡음을 가지고 입력되기 때문에 방향성 검출은 그러한 잡음에 강인한 특성을 가져야 한다.
기존의 방향성 검출 알고리즘은 3ㅧ3의 Sobel Mask를 이용하여 x, y 방향의 Gradient를 구하여 사용하며, 지문영상의 특성상 방향을 0도에서 180도로 제한하여 알고리즘을 적용하기 때문에 대칭적인 방향성분에 대해서는 상쇄가 되므로 2배각을 이용하여 최종 방향을 결정하였다.
상기 Sobel Mask는 Gx, Gy를 구하기 위한 필터로 구성되어 있으며 이로부터 구한 Gx, Gy는 아래에 도시한 바와 같다.
이때, Gx는 수평성분의 차이를, Gy는 수직성분의 차이를 나타낸다.
상기 Sobel Mask는 1차 미분연산자이며 중심 픽셀(Pixel)을 기준으로 수직과 수평성분이 얼마나 차이가 크냐를 나타낸다. 따라서 에지검출의 대표적인 마스크라 할 수 있다.
도 1은 종래의 방향성 검출 알고리즘에 따른 지문영상의 방향성 검출 과정을 예시한 것이다.
그러나, 3ㅧ3의 Sobel Mask를 이용한 종래의 지문의 방향성 검출방법에 있어서는, 3ㅧ3의 Sobel Mask를 이용함으로 인해 블록간 경계가 발생, 즉 방향성분에 오차가 발생하며, 지문 특유의 잡음에 대한 강인한 특성이 약하며, 작은 잡음에 대해서도 방향성분에 큰 영향을 미치므로 지문의 방향성 검출에 대한 신뢰성 저하의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 모폴로 지를 이용하여 지문영상의 방향성을 정확하면서도 효율적으로 검출하고, 이로부터 지문영상을 통한 사용자 인증의 신뢰성을 향상시키도록 하는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치 및 검출방법을 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치는, 지문 감지에 따른 지문영상을 출력하는 지문 감지수단; 모폴로지 알고리즘을 적용하여 상기 지문영상의 방향성을 검출하고, 이에 근거하여 상기 지문영상의 특징정보를 검출하는 검출수단; 및 상기 특징정보에 근거하여 사용자 인증을 수행하는 인증수단을 포함하여 구성되는 것에 그 특징이 있는 것이며,
또한 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법은, 입력되는 지문영상에 대하여 기 정의된 방향을 확인하는 단계; 상기 기 정의된 방향에 대해서, 상기 입력된 지문영상을 Erosion 및 Dilation하여 원래의 지문영상과의 차이값을 검출하는 단계; 및 상기 차이값에 근거하여 지문영상의 방향성을 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것에 그 특징이 있는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치 및 검출방법의 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치가 구현된 지문인식 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 것으로서, 지문 감지센서(10) 와 메모리(20), 그리고 제어부(30)를 포함 구성되어 있다.
상기 지문 감지센서(10)는 지문 감지에 따른 전기적 신호를 디지털 데이터(영상데이터)로 변환하여 상기 제어부(30)로 출력하는데, 이때 상기 지문 감지센서(10)로는 광학식, 반도체식, 비접촉식 센서가 사용될 수 있다.
한편, 상기 제어부(30)는 상기 지문 감지센서(10)로부터 수신되는 지문영상의 특징정보를 검출하여 상기 메모리(20)에 저장하거나, 상기 메모리(20)에 기 등록 저장되어 있는 특징정보와 비교하여 인증을 수행한다.
또, 상기 제어부(30)는 본 발명에 따른 모폴로지(Morphology)를 이용한 지문의 방향성 검출 알고리즘에 근거하여 지문영상의 방향성을 검출하는 한편, 이로부터 지문영상의 특징정보를 검출할 수 있게 되는데, 이에 대해서는 하기에서 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법에 대한 바람직한 일 실시예의 흐름을 도시한 것으로서, 이하에서는 도 2 장치의 동작과 병행하여 본 발명에 따른 도 3의 방향성 검출방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
상기 지문 감지센서(10)에 의해 지문이 감지되어(S10) 지문영상이 상기 제어부(30)에 수신되면, 상기 제어부(30)는 우선 세그멘테이션(Segmentation) 과정을 수행하게 되는데(S11), 이는 상기 지문영상에 대한 정규화(Normalization)를 위해, 상기 지문영상을 전경(정합에 사용될 영역)과 배경(정합에 사용되지 않는 영역)으로 분리하는 것이다.
상기 지문영상의 영역 분리 예로서, 상기 제어부(30)는 상기 지문영상에 대하여 16×16 블록의 평균 화소값과 표준편차를 구하고, 상기 표준편차를 기준값(Threshold)으로 결정하며, 그리고 16×16 블록의 화소값이 상기 기준값 미만인 경우에는 배경으로(해당 블록을 모두 블랙으로 처리하고), 상기 기준값 이상인 경우에는 지문의 특징정보를 검출하기에 적합한 양질의 지문영역(전경)으로 각각 분리하게 된다.
상기 세그멘테이션 과정을 통해 상기 지문영상에서 배경이 제거되고 양질의 지문영역만 남게 된다.
상기 세그멘테이션 과정이 완료되면, 다음으로 상기 제어부(30)는 정규화(Normalization) 과정을 수행하게 되는데(S12), 이는 정상적인 영상처리를 위해 너무 밝거나 너무 어두운 영상에 대하여 일반적인 밝기의 영상으로 변환하는 것이다.
상기 정규화 과정을 통해 상기 지문영상의 밀도(Density)가 일정해진다.
상기 정규화 과정이 완료되면, 다음으로 상기 제어부(30)는 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문의 방향성 검출 알고리즘에 근거하여, 상기 지문영상에 대하여 방향성을 검출하는데, 이는 다음과 같다.
우선, 상기 제어부(30)는 상기 모폴로지를 이용한 지문의 방향성 검출 알고리즘에 근거하여, 상기 지문영상에 대해 7ㅧ7 Erosion과 Dilation을 수행하여 각각의 가중치를 이용하여 1∼180도 사이의 방향을 찾게 되는데, 이는 미리 정의된 방향에 대해서 입력된 지문영상을 Erosion 또는 Dilation을 수행하여 원본 영상과의 차이값을 검출하며, 차이값이 클수록 그 방향에 대한 성분이 큰 것으로 간주한다.
여기서, 미리 정의된 방향은 수행속도와 방향의 정밀도 사이에 Trade Off 관계를 갖는다. 즉, 정의된 방향의 수가 많으면 수행시간이 많이 걸리는 반면 방향의 정확성은 증대된다. 따라서 방향 개수의 결정은 데이터베이스를 통한 실험에 의해 결정하게 되는데, 본 발명에서는 방향성분의 개수를 6개로 제한한다.
다음은, 가중치를 결정하는 방법으로서 6개의 방향 성분을 가지고 최종 융선(Edge)의 방향을 결정하게 되는데, 원본 영상과 차이가 가장 크게 난 2개로 결정하게 된다.
그리고, 지문영상에서 융선의 간격은 평균 7∼9 픽셀의 크기를 가지는데 이러한 주파수 정보 또한 적응적인 처리를 위해(알고리즘의 효율성을 위해) 가변적으로 사용 가능하다.
이와 같이, 상기 제어부(30)는 모폴로지를 이용한 지문의 방향성 검출 알고리즘에 근거하여 방향성 필터를 위한 융선의 방향 및 주파수를 검출하게 된다(S13).
다음으로, 상기 제어부(30)는 상기 검출된 지문영상의 방향성과 주파수에 근거한 필터링 과정을 수행하게 되는데(S14), 이때에는 2D 가버필터(Gabor Filter)를 사용하여 지문영상의 잡음을 제거한다.
상기 필터링 과정을 통해 융선의 흐름이 명확해진다.
다음으로, 상기 제어부(30)는 이진화(Binarization) 과정을 수행하여 융선의 영상을 2진 영상데이터로 변환하는데(S15), 즉 상기 필터링된 픽셀값을 흑/백을 구분하기 위한 기준레벨과 비교하여 상기 기준레벨 보다 큰 경우에는 흑으로 판단하 고, 작은 경우에는 백으로 판정한다.
다음으로, 상기 제어부(30)는 세선화(Thinning) 과정을 수행하여(S16) 상기 이진화된 융선을 1픽셀 단위의 융선으로 변환하게 되는데, 즉 상기 제어부(30)는 특징 벡터를 검출하기 위해 1 픽셀이 남을 때까지 세선화 처리를 수행하게 된다.
상기 세선화 과정까지 모두 완료되면, 상기 제어부(30)는 상기 세선화 처리된 영상데이터에서 특징정보를 검출하게 되는데(S17), 이때의 특징정보는 융선이 갈라지는 분기점 및 융선이 끊어지는 단점이 될 수 있다. 즉 상기 제어부(30)는 상기 영상데이터에서 분기점 및 단점에 대한 좌표 및 방향을 검출한다.
이와 같이 입력된 지문영상의 특징정보가 검출되면, 상기 제어부(30)는 상기 검출된 지문영상의 특징정보로부터 인증을 수행하게 되는데(S18), 즉 상기 제어부(30)는 상기 검출된 특징정보가 상기 메모리(20)에 존재하는 경우에는 해당 사용자를 인증하게 되며, 이와 같이 인증된 사용자에 대해서는 출입허가 등을 수행하게 된다.
이상 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 다양한 다른 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
상기와 같이 구성되어 이루어지는 본 발명에 따른 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치 및 검출방법은, 지문영상(융선)의 주파수에 따라 적응적인(Adaptive) 방향성 검출이 가능하고, 알고리즘이 간결해지며, 처리속도의 향상 효과가 있다(지문인식 시스템의 임베디드 특성을 고려한다면 처리속도가 중요한 요소가 될 수 있다).
또한, 180도 차이나는 방향에 대해 별도의 처리 과정이 불필요하며, 지문 특유의 잡음에 대해 강인한 특성을 갖게 된다.
또, 본 발명에 따라 모폴로지를 이용하여 지문영상의 방향성을 정확하면서도 효율적으로 검출함으로써, 이로부터 지문영상을 통한 사용자의 인증의 신뢰성을 향상시키는 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (9)
- 입력되는 지문영상에 대하여 기 정의된 방향을 확인하는 단계;상기 기 정의된 방향에 대해서, 상기 입력된 지문영상을 Erosion 및 Dilation하여 원래의 지문영상과의 차이값을 검출하는 단계; 및상기 차이값에 근거하여 지문영상의 방향성을 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법.
- 제 1항에 있어서,상기 방향성 검출단계는, 상기 지문영상의 주파수를 검출하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법.
- 제 2항에 있어서,상기 방향성 및 주파수 검출은, 방향성 필터를 위한 것임을 특징으로 하는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법.
- 제 1항에 있어서,상기 검출된 방향성 및 주파수에 근거하여 상기 지문영상을 필터링하는 단계;상기 필터링된 지문영상을 이진 영상데이터로 변환하는 단계;상기 이진화된 지문영상이 하나의 픽셀로 표현되도록 세선화하는 단계; 및상기 세선화된 영상데이터로부터 지문영상의 특징정보를 검출하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법.
- 제 4항에 있어서,상기 검출된 특징정보에 근거하여 사용자 인증을 수행하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법.
- 제 5항에 있어서,상기 인증 수행단계는, 상기 검출된 특징정보가 메모리에 기 등록 저장되어 있는 특징정보와 동일한 경우, 해당 사용자를 인증하는 것을 특징으로 하는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출방법.
- 지문 감지에 따른 지문영상을 출력하는 지문 감지수단;모폴로지 알고리즘을 적용하여 상기 지문영상의 방향성을 검출하고, 이에 근거하여 상기 지문영상의 특징정보를 검출하는 검출수단; 및상기 특징정보에 근거하여 사용자 인증을 수행하는 인증수단을 포함하여 구 성되는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치.
- 제 7항에 있어서,각 지문영상에 대한 특징정보가 기 등록 저장되어 있는 저장수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치.
- 제 8항에 있어서,상기 인증수단은, 상기 검출된 특징정보가 상기 저장수단에 기 등록 저장되어 있는 특징정보와 동일한 경우, 해당 사용자를 인증하는 것을 특징으로 하는 모폴로지를 이용한 지문영상의 방향성 검출장치.
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