KR20070068453A - 생체특징입력장치 - Google Patents

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KR20070068453A
KR20070068453A KR1020077010894A KR20077010894A KR20070068453A KR 20070068453 A KR20070068453 A KR 20070068453A KR 1020077010894 A KR1020077010894 A KR 1020077010894A KR 20077010894 A KR20077010894 A KR 20077010894A KR 20070068453 A KR20070068453 A KR 20070068453A
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데루유키 히구치
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닛본 덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

생체특징입력장치는 1차원 또는 준1차원의 이미지센서를 구비하고 있다. 손가락과 이미지센서가 서로 상대적으로 슬라이드 할 때에 손가락주행가이드는 손가락과 이미지센서의 유효화소부가 접촉하지 않고 거의 일정 거리를 유지한다. 화상처리부는 손가락의 내부에서 산란하여 상기 손가락의 피부표면에서 방사되는 방사광에 의한 화상을 상대적 슬라이드의 이미지센서에 의해 촬상하여 얻은 1차원 또는 준1차원의 부분화상을 서로 연결시킨다.
인증, 생체특징입력, 부분화상, 지문, 손가락주행가이드, 간격

Description

생체특징입력장치{Living body feature input device}
본 발명은 개인을 인증하기 위한 생체특징을 입력하는 장치에 관한 것이다.
최근, 정보화의 발달에 따라 개인정보의 누설이나 네트워크 상의 거래를 행함에 있어서 다른 사람으로 위장하는 것이 문제화되고 있다. 이것을 막기 위해서 개인고유의 생체특징을 입력해서 개인을 인증하는 장치가 개발되어 오고 있다. 또한, 휴대전화로 대표되는 것과 같이 정보를 다루는 장치의 소형화와 저가격화가 진행되고, 생체특징을 입력하는 장치도 소형화와 저가격화가 요구되고 있다. 또한, 생체에 의한 개인인증이 중요한 신용카드 등의 결제를 하기까지 이용되는 응용 사례도 생각하면, 본인을 확실하게, 게다가 어떤 상황 하에서도 인증할 수 있도록 하기 위해서 생체특징입력장치를 고정밀도화 할 필요성도 높아지고 있다.
종래 이런 종류의 개인을 인증하기 위한 생체특징입력장치는, 손가락 끝의 피부의 무늬인 지문을 독해하는 장치가 대표적이다. 지문은 옛부터 한사람도 같은 것이 없이 모두 다르고 일생 바뀌지 않는 평생 불변의 특성을 가지고 있고, 특히, 경찰이나 사법의 분야에서 연구되고 있어 높은 정밀도의 개인인증에 이용되고 있다.
예를 들면, 일본 특허 제3045629호 공보나 미국 특허 제6381347과 같이, 광 섬유판(fiber optic plate)이나 프리즘의 전반사경계각을 이용한 방식은 지문입력장치로서 널리 이용되어 있다. 도 1을 참조하여, 예를 들면, 프리즘의 전반사경계각을 이용한 종래의 지문입력장치를 설명한다. 손가락의 피부(104)는 피부의 무늬를 확대해서 도시하고 있다. 렌즈(106)와 2차원 이미지센서(107)는 프리즘(105)의 프리즘면(109)에 대하여 직교 방향으로 배치되어 있다. 프리즘과 접촉하고 있지 않은 손가락의 부분으로부터의 광(101)은 굴절율 1.0의 공기로부터 굴절율 1.4이상의 프리즘면(108)에 입사해서 크게 굴절하고, 프리즘면(109)에서 전반사하거나, 혹은 프리즘면(109)에 도달하지 않고 2차원 이미지센서(107)에 도달하지 않는다. 한편, 피부 또는 피부표면의 유지 혹은 수분의 굴절율은 프리즘 글래스에 가까우므로, 피부가 접촉하고 있는 부분의 광(102)은 프리즘면(108)에서 굴절각이 작게 되고 프리즘면(109)에서 전반사각에 이르지는 않고, 렌즈(106)에 입사하여 렌즈(106)에서 결상해서 2차원 이미지센서(107)에 도달한다. 이렇게 하여 손가락의 지문 등의 피부의 요철무늬가 프리즘에 접촉할지 여부에 따라 지문화상을 얻을 수 있다. 그러나, 이 종래의 지문입력장치는 고가이고 큰 광학부품을 사용하고 있어 장치의 소형화와 저가격화에 어려움이 있었다.
지문입력장치의 소형화를 실현하기 위해서, 압력, 온도, 정전용량을 사용한 준1차원 센서를 사용하여 손가락을 움직여 얻은 손가락 지문의 부분화상을 서로 연결시켜서 지문화상을 재구성하는 기술이, 예를 들면, 일본 공개특허공보 특개평10-91769호 및 일본 공개특허공보 특개2001-155137호에 제안되어 있다. 1차원의 센서를 사용하고, 독해 대상을 움직여서 영상을 재구성하는 기술은 팩시밀리나 복사기 에 있어서 이미 알려져 있지만, 손가락이 움직이는 방향의 속도를 얻기 위한 특별한 메커니즘이 필요하다. 그러한 특별한 메커니즘을 할애하기 위해서, 일본 공개특허공보 특개평10-91769호에 제안된 기술에서는, 준1차원의 수개의 라인의 화상의 유사성에 기초해 영상이 재구성되어 있다.
도 2a와 2b를 참조해서 이런 방식의 지문의 화상을 재구성하는 예를 설명한다. 손가락(301)의 화상으로서, 손가락을 옮기는 것에 의해 Il로부터 In의 부분화상을 얻을 수 있다. 이들의 부분화상으로부터 유사부가 제외되어 재구성된 지문화상(302)을 얻을 수 있다. 그러나, 이 방법에서는, 도 3a와 3b에 나타나 있는 바와 같이, 손가락을 센서의 촬상속도에 대하여 천천히 옮겼을 경우, 인접한 부분화상 사이에서 중첩이 크게 되고, 유사성의 판단이 곤란해진다. 또한, 얻은 지문화상(303)이 세로로 늘어나고 비뚤어져 버린다. 반대로, 촬상속도보다 빨리 손가락이 슬라이드 되면, 도 4a와 4b에 나타나 있는 바와 같이, 부분화상 Il로부터 In의 사이에 결손되는 화상이 생기고, 지문화상(304)과 같이 세로로 줄어들어서 삐뚤어져 버린다. 이렇게, 이 종래예는, 상기 문제에 더해, 피부염 등으로 부분적으로 피부가 벗겨지는 경우, 지문인증, 즉, 생체특징에 의한 인증이 어렵다는 문제를 가지고 있다.
이러한 상황에서 비접촉의 지문검출장치가, 예를 들면, 일본 공개특허공보 특개2003-85538호에 제안되어 있다. 이 비접촉 방식에 의하면, 상기의 접촉을 전제로 한 방식에서는 피부가 벗겨진 부분의 접촉이 곤란해서 독해가 어려웠던 손가락이라도, 피부패턴의 유래가 되는 피부내부구조의 부분이 보존되어 있으면 그 영상 을 얻을 수 있다. 또한, 비접촉이므로, 습윤이나 건조한 피부표면의 상태변화의 영향도 받기 않는다. 이 종래예에서는 손가락에 입사된 광이 손가락 내부에서 산란하고, 피부의 내부구조를 반영하도록 방사광이 손가락으로부터 방사된다. 이렇게 얻은 지문화상에 있어서, 지문의 오복부가 명부영역으로 되고 볼록부가 암부영역으로 되며 지문과 동일한 모양의 농담화상이 얻어진다. 이렇게 하여 이 종래예에서는 표피의 습윤건조에 좌우되지 않고 표피각질층이 피부염 등에 의해 벗겨져 탈락되는 경우에도, 지문 등의 표피무늬의 근본이 되는 진피의 구조가 보존되어 있으면, 지문화상을 얻을 수 있다. 단, 일본 공개특허공보 특개 2003-85538호 공보에 보여지는 지문검출장치의 경우, 손가락과 결상계의 사이에 공간을 마련해 비접촉으로 하지 않으면 원하는 화상이 얻어지지 않는다. 또한, 초점을 맞출 필요성으로부터 손가락을 고정할 프레임이 필요해서, 조작성과 장치의 소형화를 방해하고 있다. 또한, 결상광학계가 필요해서, 더욱 장치가 대형화된다. 또한, 손가락과 결상계가 떨어져 있어, 손가락의 내부구조가 피부표면으로부터 방출되는 광량을 변화시켜도 피부표면에서 방출되는 광은 산란되고, 거리로 인한 결상계의 악영향 때문에, 실제로 피부가 벗겨진 부분에서는 양호한 콘트라스트의 지문화상을 얻을 수 없다고 하는 문제점이 있었다.
이 때문에, 빛이나 전계, 압력이나 정전용량, 온도와 같은 물리량의 절대치나 변화량을 이용한 각종의 판독기가 개발되어 있다. 예를 들면, 손가락에 근접해서 2차원 이미지센서가 마련되고, 손가락으로부터의 산란 방사광을 글래스 등으로 된 투명보호커버를 거쳐서 2차원 이미지센서에 의해 촬상하고, 지문의 오목부가 암 부영역, 볼록부가 명부영역이 되는 지문화상을 취득하는 지문입력장치가 본원의 발명자에 의해 특허 제3150126호에 제안되어 있다. 이 종래예에서는 압력, 온도, 정전용량, 전반사경계각을 이용한 센서에 비해 손가락의 습윤이나 건조, 외란광 등의 외부환경의 영향을 받기 어렵고, 장치의 소형화와 저가격화가 실현되고 있다. 그러나, 대형의 2차원 이미지센서가 필요하고, 렌즈 등의 광학계는 필요없지만, 추가된 장치는 소형화와 저가격화에 방해가 되었다. 또한, 본원의 발명자에 의해 제안된 일본 공개특허공보 특개2003-006627호에 기술된 바와 같이, 투명보호커버의 굴절율을 최적으로 선택함으로써 콘트라스트가 높은 화상을 얻을 수 있다.
또한, 손가락으로부터의 산란 방사광에 의한 지문화상이 피부와 센서 보호막의 계면상태에 크게 의존하는 것은 본 발명자의 제안에 따른 일본 공개특허공보 특개2003-006627호에 의해 밝혀져 있다. 한편, 손가락으로부터의 산란 방사광을 읽어내는 기술은, 손가락 내부로 광이 일단 입사되기 때문에, 손가락내부의 구조를 명확히 반영한다. 따라서, 본원의 발명자에 의한 특허 제3150126호에 의한 지문입력장치는 광학결상계를 제거해 어떤 작은 지문검출장치를 실현함과 동시에, 일본국 공개특허공보 특개2003-85538호에서 지적되어 있는 피부가 박리된 비접촉 부분에서의 손가락의 피부의 내부구조를 반영한 화상을 얻을 수 있다. 그러나, 지문과 이에 근접해 배치된 2차원 이미지센서와의 사이에 존재하는 투명커버의 굴절율을, 일본국 공개특허공보 특개2003-006627호에 기술되어 있는 바와 같이, 투명커버에 접하는 지문의 볼록부에 대응하는 명부영역과 접하지 않는 오목부에 대응하는 암부영역과의 콘트라스트가 커지도록 선정하면, 계면의 반사와 굴절의 영향이 강해져 피부 구조를 반영하는 성분이 작아지기 때문에, 피부가 벗겨진 부분에 원래 드러나는 피부구조를 반영한 지문화상의 콘트라스트를 얻기 어렵다는 문제점이 있다. 이 문제는 다이나믹 레인지를 넓게 하지 않을 경우에 특히 현저하다. 비접촉 상태를 유지하면 계면의 영향이 없어지지만, 2차원의 이미지센서에 있어서 곡률이 있는 손가락에 대하여 일정한 거리로 비접촉 상태를 유지할 수 없고 안정한 지문화상을 얻는 것은 곤란하다.
한편, 손가락에 존재하는 생체특징의 입력장치로서 지문 이외에 손가락의 제1관절보다 아래의 손가락 하측의 혈관의 패턴을 인증하는 기술이 최근 실용화되고 있다. 이것은, 혈액에 의한 근적외선의 흡수를 이용해서 정맥 등의 굵은 혈관 패턴을 독해하는 것으로, 1980년대에 열심히 연구된 광CT(computer tomography), 소위 인체에 해가 적은 광에 의해 인체의 컴퓨터 단층촬영을 행하는 기술의 응용이다. 손가락의 상부에서 근적외선을 조사하고 손가락 내를 통과해서 반대측의 손가락의 뒤로 출사되는 광이 혈관내에 풍부하게 존재하는 혈액에서의 근적외선의 흡수에 의해 어두워지는 것에 의해 혈관화상을 얻는다. 예를 들면, 일본 공개특허공보 특개2001-155137호에서 개시되어 있는 바와 같이, 지문의 무늬와 동시에 독해될 수 있으면 지문정보와의 보완, 혹은 생체인지의 여부의 유력한 정보원이 되어 가짜손가락의 판단방법으로서도 유효하다.
그러나, 혈관 패턴의 유효한 정보량은 일반적으로 다양한 지문에 비해 적고, 또한, 영양상태, 혈전, 혈압 등의 문제에 의해 변화된다. 모든 사람이 상이하고 평생 변하지 않아 경찰과 사법분야가 주체로 되어 연구가 완성되어 있는 지문에 비해 서 그 정밀도는 미확인이며 금후의 연구 과제로 남겨져 있다. 또한, 비접촉의 지문검출장치의 제안(일본 공개특허공보 특개 2003-85538호)과 마찬가지로 손가락과 결상광학계의 사이에 공간이 필요하고, 또한, 초점을 맞출 필요성 때문에 손가락을 고정할 프레임도 필요해서, 조작성과 장치의 소형화에 어려움이 있다. 또한, 손가락 끝의 지문부분에는 모세혈관만 존재하고, 모세혈관의 패턴은 상기 방식으로는 독해할 수는 없다. 독해가 가능한 정맥혈관은 제1관절보다 아래의 손가락 하측이기 때문에 그 부분을 제1관절보다 위의 손가락 끝의 지문부분과 동시에 축소 광학계로 읽지 않으면 안되기 때문에 더욱 장치가 대형화된다고 하는 문제점도 있다.
상기 설명과 관련하여, 지문검출방법이 일본 공개특허공보 특개평5-168610호에 개시되어 있다. 이 종래예의 지문검출 방법은, 잠재 지문을 포함하는 검사대상체에 광원으로부터 광을 조사하고 얻을 수 있는 지문화상을 연산 처리해서 지문을 검출하는 광학적 지문검출방법이다. 미리 검사대상체의 표면온도를 측정해서 열화상정보로서 기억하고 다음에 검사대상체에 대하여 지문성분 중에 포함되는 수분 또는 유기물질의 량에 의해 흡수 특성이 변화되는 영역의 파장의 광을 일정시간 투사한 후 투사광을 자른다. 이 때의 검사대상체 표면의 온도를 측정해 열화상정보로서 잡는다. 미리 측정해 기억해 둔 투사광 조사전의 열화상정보, 및 투사광을 조사한 후의 열화상정보를 상기 신호로 변환하고, 2차원온도분포의 차이를 연산하고, 연산한 결과 얻을 수 있는 화상을 표시하는 것에 의해 지문융선의 소재를 특정한다.
또한, 지문정보처리장치가 일본 공개특허공보 특개평10-143663호공보에 개시되어 있다. 이 종래 예의 지문정보처리장치는 대상자의 지문을 부분적으로 광학검 출하는 지문화상검출부를 가지고 있다. 상대위치검출부는 지문화상검출부에서 검출되는 복수의 부분지문화상의 상대위치를 검출한다. 화상합성부는 상대위치검출부에서 검출된 상대위치정보에 기초하여 복수의 부분 지문화상의 상호간의 위치 어긋남을 보정하면서 합성하는 것에 의해 합성 지문화상을 형성한다. 기억부는 합성 지문화상 데이터를 개인식별정보용의 등록 지문 화상으로서 등록한다.
또한, 지문인증장치가 일본 공개특허공보 특개2002-49913호에 개시되어 있다. 이 종래예의 지문인증장치에서는, 광학이미지센서(2)의 포토센서영역은 손가락 내부에서의 산란광을 화상신호로 변환하는 유효화상영역과, 광에 반응하지 않는 흑기준영역을 가진다. 흑기준영역은 광학 이미지센서의 모체가 되는 실리콘 기판과 열전도성막으로 접속해도 좋고, 포토센서영역을 덮는 이산화실리콘 위로 광학차광막을 설치함으로써 형성된다. 흑기준영역판독부는 손가락이 광학이미지센서에 탑재되는 전 후의 광학 이미지센서의 포토다이오드의 암전류를 읽어 내고, 암전류비교부는 양쪽전류신호를 비교한다. 지문대조부는 화상신호에 소정값 이상의 차이가 검출되면, 유효화상영역의 화상신호를 받아 들이고, 지문 데이터베이스를 대조해서 비교한다. 지문판정부는 화상신호 비교의 결과, 소정값 이상의 차이가 인정되고, 또한 지문데이터베이스의 대조의 결과, 특징이 일치했을 경우에만 손가락을 진짜라고 판정한다.
본 발명의 목적은 손가락의 지문 등의 생체특징을 1차원 또는 준1차원의 이미지센서를 사용해서 생체의 특징을 안정적으로 입력할 수 있는 소형이고 저렴한 생체특징입력장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 손가락표면의 지문과 동시에 손가락의 혈관화상도 입력할 수 있는 소형이고 저렴한 생체특징입력장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 손가락의 지문 등의 생체특징을 1차원 또는 준1차원의 이미지센서를 사용해서 안정적으로 입력하기 위한 손가락주행가이드를 구비한 전자기기를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 관점에서는, 생체특징입력장치는 1차원 또는 준1차원의 이미지센서, 손가락과 상기 이미지센서가 서로 슬라이드 하는 상대운동 중에 상기 손가락과 상기 이미지센서의 유효화소부가 접촉하지 않고 거의 일정한 거리가 유지되도록 하는 손가락주행가이드, 및 상기 손가락의 내부에서 산란해서 상기 손가락의 피부표면에서 방사되는 방사광에 의한 화상을 상기 상대운동 중에 상기 이미지센서에 의해 촬상하여 얻은 1차원 또는 준1차원의 부분화상을 서로 연결시키는 화상처리수단을 구비하고 있다.
본 발명의 다른 관점에서는 생체특징입력장치는 1차원 또는 준1차원의 이미지센서, 손가락과 상기 이미지센서가 서로 슬라이드 하는 상대운동 중에 상기 손가락과 상기 이미지센서의 유효화소부가 접촉하지 않고 거의 일정한 거리가 유지되도록 하는 손가락주행가이드, 상기 손가락의 뒤에 혈관화상을 위한 광을 조사하는 상부광원, 및 상기 손가락의 내부에서 산란해서 상기 손가락의 피부표면에서 방사되는 방사광에 의한 제1화상과 상기 상부광원으로부터 조사된 광이 손가락내를 통과해서 상기 손가락의 피부표면에서 방사되는 방사광에 의한 제2화상을 상기 상대운동 중에 상기 이미지센서에 의해 교대로 촬상해서 얻은 1차원 또는 준1차원의 부분화상을 제1화상마다 그리고 제2화상마다 서로 연결시키고, 또한, 재구성한 제1화상과 제2화상의 차이인 혈관화상을 추출하는 화상처리수단을 구비하고 있다.
상기 생체특징입력장치에 있어서, 상기 손가락주행가이드는, 상기 이미지센서의 상기 유효화소부의 바로 위에 간격을 가져도 좋다. 상기 간격의 높이가 10㎛이상, 200㎛이하, 상기 상대운동방향에 평행한 폭이 상기 이미지센서의 부주사 방향의 유효화소길이 이상, 2.0㎜이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 간격에, 광투과성을 가지는 고체가 삽입되어 있어도 좋다.
또한, 상기 손가락주행가이드의 적어도 상기 이미지센서의 상기 유효화소부의 바로 윗부분이 광투과성을 가지는 고체로 구성 되어 있어도 좋다. 상기 고체의 높이가 10㎛이상, 200㎜이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 고체의 굴절율이 1.1보다 큰 것이 바람직하다. 상기 고체의 굴절율이 1.1 보다 크고, 1.4 보다 작은 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 고체의 굴절율이 2.0 보다 큰 것이 바람직하다. 상기 고체의 굴절율이 2.0 보다 크고 5.0보다 작은 것이 보다 바람직하다.
상기 생체특징입력장치는 상기 이미지센서에 의한 독해대상부위의 근방보다 상기 손가락의 뒤에서 광을 조사하는 것에 의해 손가락 내부에 산란광을 발생시키는 하부광원을 더 구비해도 좋다.
또한, 상기 생체특징입력장치는 상기 이미지센서의 출력 화상신호로부터 지문 피치의 화상성분을 추출하는 밴드패스필터와 상기 밴드패스필터의 출력을 증폭하는 자동이득제어회로를 더 구비해도 좋다.
또한, 상기 생체특징입력장치는 상기 화상처리수단이 서로 연결시킨 화상의 비뚤어짐을 지문부분의 주파수해석에 의해 수정하는 보정수단을 포함해도 좋다.
본 발명의 제1전자기기는 1차원 또는 준1차원의 이미지센서의 유효화소부의 바로 위에 높이가 10㎛이상, 200㎜이하, 짧은 변의 폭이 상기 이미지센서의 부주사 방향의 유효화소길이 이상, 2.0㎜이하인 간격을 가지고, 손가락과 상기 이미지센서가 서로 슬라이드 하는 상대운동 중에 상기 손가락과 상기 이미지센서의 유효화소부가 접촉하지 않고 거의 일정한 거리가 유지되도록 하기 위한 손가락주행가이드를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 전자기기에 있어서 상기 간격에 광투과성을 가지는 고체가 삽입되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는 손가락과 1차원 또는 준1차원의 이미지센서가 서로 슬라이드 하는 상대운동 중, 손가락주행가이드에 의해 손가락과 이미지센서의 유효화소부와의 접촉이 방지됨과 동시에, 양자의 거리가 거의 일정하게 유지되기 때문에 손가락과 유효화소부의 거리가 멀어져 화상이 흐릿해지거나, 거리가 변동해서 화상이 비뚤어지거나 하는 것이 방지되고, 손가락 내부에서 산란되어 손가락의 피부표면에서 방사되는 방사광을 상기 상대운동 중에 이미지센서에 의해 안정하게 촬상할 수 있고, 나아가서는, 촬상된 1차원 또는 준1차원의 부분화상을 연결시켜 생성되는 손가락전체의 화상의 정밀도를 높일 수 있다.
도 1은 종래 접촉을 전제로 한 광학 프리즘 방식의 원리를 설명하는 도면이 다.
도 2a와 2b는 종래의 화상재구성방식을 설명하는 도면이다.
도 3a와 3b는 종래의 화상재구성에서 손가락을 늦게 움직였을 경우의 문제점을 설명하는 도면이다.
도 4a와 4b는 종래의 화상재구성에서 손가락을 빨리 움직였을 경우의 문제점을 설명하는 도면이다.
도 5a와 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 생체특징입력장치의 평면도와 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 생체특징입력장치의 손가락주행가이드의 간격에 손가락을 꽉 누른 상태를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 생체특징입력장치의 손가락주행가이드에 따라 손가락을 이동시킨 상태를 설명하는 도면이다.
도 8은 손가락의 피부 내부구조를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 생체특징입력장치의 마이크로세서부에 의한 처리예를 설명하는 흐름도이다.
도 10a와 10b는 본 발명의 제2실시예에 따른 생체특징입력장치의 평면도와 횡단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 생체특징입력장치의 광원에 의한 작용을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 생체특징입력장치로 읽어낸 지문화상 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 종래 전반사경계각을 이용한 지문입력장치로 입력한 지문화상예를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 생체특징입력장치의 횡단면도이다
도 15a와 15b는 본 발명의 제3실시예에 따른 생체특징입력장치의 작용의 설명도이다.
도 16은 2차원 이미지센서와 손가락 사이에 개재하는 투명고체막의 굴절율과 콘트라스트와의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 생체특징입력장치에서 읽어낸 지문화상의 예를 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 제4실시예에 따른 생체특징입력장치의 횡단면도이다
도 19는 본 발명의 제5실시예에 따른 생체특징입력장치의 횡단면도이다
도 20은 본 발명의 제6실시예에 따른 생체특징입력장치의 횡단면도이다
도 21은 본 발명의 제6실시예에 따른 생체특징입력장치에 의해 지문화상과 동시에 혈관화상을 독해하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 제6실시예에 따른 생체특징입력장치의 마이크로세서부에 의한 처리예를 게시하는 흐름도이다.
도 23a와 23b는 본 발명의 제6실시예에 따른 생체특징입력장치에 있어서 소용돌이 모양 지문에 대한 화상보정방법을 설명하는 도면이다.
도 24a와 24b는 본 발명의 제6실시예에 따른 생체특징입력장치에 있어서 제 상지문에 대한 화상보정방법을 설명하는 도면이다.
도 25는 궁상 지문의 형상을 설명하는 도면이다.
도 26은 본 발명의 제7실시예에 따른 생체특징입력장치의 마이크로세서부에 의한 처리예를 게시하는 흐름도이다.
이하에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 생체특징입력장치에 대해서 상세하게 설명한다.
[제1실시예]
도 5a와 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 생체특징입력장치를 도시한 도면이다. 도 5a와 5b를 참조하면 제1실시예에 따른 생체특징입력장치는 1차원 또는 준1차원의 이미지센서(5), 이 이미지센서(5)의 유효화소부(1)의 바로 위에 간격(2)이 위치되도록 설치된 손가락주행가이드(3), 이미지센서(5)의 아날로그 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부(7), 및 이미지센서(5) 촬영 타이밍의 제어 및 A/D변환부(7)로부터 출력되는 디지털 신호에 대한 화상처리 등을 실행하는 마이크로세서부(8)를 구비하고 있다.
1차원의 이미지센서(5)는 1라인의 이미지센서이며, 준1차원의 이미지센서(5)는 2라인으로부터 20라인 정도의 직사각형의 이미지센서이다. 손가락의 생체특징 중, 지문을 읽어내는 것을 가능하게 하기 위해서는 지문의 융선간격이 성인의 경우 0.2㎜로부터 0.5㎜ 정도이며, 아이나 부인의 경우에는 0.1㎜ 정도까지인 것을 고려하면, 센서(수광소자)의 피치는 20 내지 50㎛정도가 바람직하다. 손가락의 폭과 둥 근 정도를 고려하여 가로폭 15㎜ 정도를 접촉 유효부분이라고 하면, 예를 들면, 29.6㎛ 간격에서 1라인 512도트의 센서를 12라인 늘어놓고 준1차원의 이미지센서로 하면, 한번에 가로 15.15㎜, 세로 0.35㎜의 긴 직사각형의 화상을 얻을 수 있다. 이미지센서(5)는 CMOS나 CCD, TFT 기술 등에 의해 제작가능하고 이 밀도와 크기는 현재의 집적회로기술에 의해 충분히 생산가능하며, 또한 비디오카메라 등에서 실용화되어 있는 이미지센서가 10㎛ 이하라는 것을 생각하게 하면 필요 충분한 감도도 얻을 수 있다.
손가락주행가이드(3)는, 손가락(4)과 이미지센서(5)가 서로 슬라이드 하는 지문채취시의 상대운동 중에, 손가락(4)과 이미지센서(5)의 유효화소부(1)가 접촉하지 않고 거의 일정한 거리가 유지되도록, 손가락(4)과 이미지센서(5)의 사이에 마련되어 있다. 본 실시예의 경우 손가락주행가이드(3)는 불투명한 재질로 구성되어 생체특징입력장치전용의 미도시된 케이싱에 설치될 수 있거나 휴대전화기 또는 PC 등의 전자기기의 케이싱에 설치되어 그러한 전자기기의 케이싱의 일부를 구성한다. 또한, 본 실시예의 손가락주행가이드(3)에 마련된 간격(2)의 형상은 바로 위에서 보아서 사각형 모양을 하고 있고, 그 긴 변의 사이즈는 이미지센서(5)의 유효화소부(1)에 광이 충분히 입사하도록 적어도 유효화소부(1)의 긴 변(주 주사방향)이상의 사이즈이고, 그 짧은 변의 사이즈는 동일하게 유효화소부(1)에 광이 충분히 입사하도록 적어도 유효화소부(1)의 짧은 변(부 주사방향)이상의 사이즈이다. 간격(2)이 지나치게 크면 지문채취시에 손가락(4)의 피부가 유효화소부(1)에 직접 접촉해버리기 때문에 2.0㎜이하, 바람직하게는 1.0㎜ 이하의 짧은 변의 사이즈로 되 어 있다. 또한, 간격(2)의 높이(깊이)방향의 사이즈는 지나치게 작으면 지문채취시에 손가락(4)의 피부가 유효화소부(1)에 직접 접촉해 버리고, 지나치게 크면 손가락(4)의 피부와 유효화소부(1)와의 거리가 지나치게 벗어나서 화상이 심하게 흐려지기 때문에, 10㎛ 내지 200㎛, 바람직하게는 20μ 내지 80㎛의 사이즈로 되어 있다.
A/D변환부(7)는 이미지센서(5)의 아날로그출력신호를 디지털신호로 변환해서 마이크로세서부(8)에 출력하고, 마이크로세서부(8)는 A/D변환부(7)의 디지털신호를 입력해서 적절한 화상처리를 실행한다.
본 실시예의 생체특징입력장치를 사용하여 손가락(4)의 지문을 읽어낼 경우, 손가락(4) 마다의 제1관절을 손가락주행가이드(3)의 간격(2)부근에 대고 손가락(4)의 뒷부분으로 간격(2)을 덧씌우는 것 같이 도 5b의 화살표(6)방향으로 손가락(4)을 끌고 간다. 손가락(4)의 피부에는 탄력성이 있기 때문에 도 6에 나타나 있는 바와 같이 손가락(4)을 화살표(601)의 방향으로 꽉 누르는 경우 이미지센서(5)의 유효화소부(1)에 손가락(4)이 접촉되는 높이와 폭을 가진 간격(2)이라도, 상기한 바와 같이 손가락(4)의 뒷부분으로 간격(2)을 가볍게 덧씌우도록 하면, 도 7에 도시하는 바와 같이 빼는 방향(602)과 반대 방향의 힘(603)이 손가락(4)의 피부표면에 가해져 유효화소부(1)에 손가락(4)이 접촉하지 않고, 손가락(4)의 이동 중 손가락(4)의 피부와 유효화소부(1)의 거리가 항상 일정하게 유지된다.
이 손가락(4)의 이동 중 손가락(4)의 내부에서 산란하여 손가락(4)의 피부표면으로부터 방사되는 방사광에 의한 화상이 이미지센서(5)에 의해 촬상된다. 여기 서, 손가락(4)내에서 산란하고 손가락(4)의 피부표면으로부터 방사되는 광은 도 8에 보이는 손가락의 내부구조에 따라서 음영을 형성한다. 표피(1004)의 손가락내부측의 조직에는 진피(1005)가 있어, 지문의 볼록부인 융선(1002)의 아래에는 유두선조직(1003)이 있다. 유두선을 포함하는 진피(1005)는 표피부(1004)보다 수분과 기름성분을 많이 포함하여 굴절율에 차이가 생긴다. 따라서 지문 융선부에 돌출하고 있는 이 유두선에 의해 융선(1002)은 지문의 오목부인 최저부(1001)보다 방사되는 광이 감소된다고 생각된다. 이 때문에, 이미지센서(5)의 유효화소부(1)에 배열되어 있는 센서(수광소자) 중, 촬영의 타이밍에 있어서 융선(1002)에 근접하는 센서는 최저부(1001)에 근접하는 센서에 비해 입사하는 방사광이 적어지고, 최저부(1001)가 명부영역, 융선(1002)이 암부 영역으로 되는 부분화상을 얻을 수 있다.
이렇게 해서 적당한 타이밍마다 얻은 1차원 또는 준1차원의 부분화상에 따른 아날로그신호가 A/D변환부(7)에 의해 디지털신호로 변환되어서 마이크로세서부(8)에 입력된다. 마이크로세서부(8)는 순차 입력되는 부분화상끼리를 서로 연결시키는 것에 의해, 손가락(4) 전체의 피부패턴을 재구성한다. 이 마이크로세서부(8)에서 실시되는 부분화상의 이어 붙이기 처리는, 기본적으로 도 2a로 설명한 방법과 같이 부분화상끼리의 유사성을 판단해서 실시한다. 그 처리의 일 예가 도 9에 보여진다.
우선, 이미지센서(5)의 1프레임 분의 부분화상을 읽어내고, 도면에 나타나 있지 않은 제1메모리의 하부에 기입한다(단계 SlOl). 여기서, 1프레임 분의 부분화상은, 이미지센서(5)가 수개의 라인으로 구성되는 준1차원 이미지센서인 경우에는 전체 라인으로 얻을 수 있었던 화상을 의미하고, 이미지센서(5)가 1라인으로 구성 되는 1차원 이미지센서인 경우는 그 1라인으로 얻을 수 있었던 화상을 의미한다. 다음으로 다시 이미지센서(5)의 1프레임 분의 부분화상을 읽어내고, 제1메모리에 기억된 부분화상과 최상위 라인으로부터 라인단위로 비교한다(단계 SlO2). 현재 읽어낸 부분화상의 라인의 내에서 제1메모리에 기억된 부분화상의 라인과 차이가 있는 라인이 있을 경우, 차이가 있는 라인 이상의 화상부분을 제1메모리에 저장된 부분화상의 최상위 라인 위에 추가적으로 저장한다. 예를 들면, 이미지센서(5)가 12라인으로 구성되어 있고, 금회에 읽어낸 12라인 중 최후의 3라인이 제1메모리에 기억된 부분화상 최상위 라인측의 3라인과 같고, 최후부터 4번째의 라인에서 선두 라인까지가 다른 경우, 선두 라인에서 9번째의 라인까지의 화상부분이 제1메모리의 최상위 라인 위에 추가된다. 이상의 단계 SlO2 내지 SlO4의 처리를 손가락 하나분의 화상데이터가 취득되기까지 반복하여 실시한다(단계 SlO5).
본 실시예에 의하면, 1차원 또는 준1차원의 이미지센서(5)를 사용하고 또한 무용한 광학부품을 사용하지 않으며, 손가락(4)의 내부구조를 직접 반영한 피부의 무늬화상을 손가락(4)의 습윤이나 건조 등의 영향을 받지 않고 안정하게 읽어낼 수 있고, 또한 장치를 단순화하고 소형화할 수 있다. 그 이유는 이미지센서(5)로서 소형이고 저가인 1차원 또는 준1차원 이미지센서를 사용함과 동시에, 손가락(4)과 이미지센서(5)가 서로 슬라이드 하는 상대운동 중에 손가락(4)과 이미지센서(5)의 유효화소부(1)가 접촉하지 않고 거의 일정한 거리가 유지되도록 하기 위한 손가락주행 가이드(3)를 구비하고, 손가락(4)의 내부에서 산란하여 손가락(4)의 피부표면에서 방사되는 방사광에 의한 화상을 상기 상대연동 중에 이미지센서(5)에 의해 직접 촬상하고, 얻은 1차원 또는 준1차원의 부분화상을 마이크로세서부(8)의 화상처리에 의해 서로 연결시켜 손가락의 지문모양의 화상을 재구성하기 때문이다.
또한, 일본 공개특허공보 특개2003-85538호와 같은 축소 광학계를 사용하면, 피부의 표면에서 확산해서 렌즈나 광로에 의해 확산된다고 생각되는 현상에 의해 양호한 콘트라스트를 얻을 수 없었던 피부의 벗겨진 부분도 본 실시예에 의하면, 손가락 내부의 구조를 반영한 양호한 콘트라스트의 무늬를 얻을 수 있다. 이것은, 본 실시예에서는 손가락(4)에 근접한 거리에서 이미지센서(5)로 광을 손가락으로부터 직접 입사하기 때문에 피부의 표면에서 확산해서 서로 섞이는 성분이 적어지기 때문이라고 생각된다.
[제2실시예]
도 10a와 10b를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 생체특징입력장치는 손가락주행가이드(3) 위로 복수의 광원(151)이 설치되어 있는 점에서, 도 5a와 5b에 보여지는 제1실시예에 따른 생체특징입력장치와 구별되고 그 이외는 제1실시예와 같다.
광원(151)은 손가락주행가이드(3)의 간격(2)의 근방에 그 긴 변을 따라 일렬로 배열되고, 지문채취시에 손가락주행가이드(3) 위를 화살표(6)로 표시되는 방향으로 이동하는 손가락(4)을 그 뒷부분측(손가락주행가이드(3)측)으로부터 조명하고, 손가락 내부에 산란광을 발생시킨다. 광원(151)을 간격(2)을 중심으로 하여 손가락(4)이 설치되는 측에 배열하는 것은, 손가락 끝이 간격(2) 부근에 도달한 상태에서도 충분하게 손가락 끝 내부에 산란광을 발생시킬 수 있게 하기 위해서다.
손가락 내부에서 산란해 피부표면에서 방사하는 광은, 주위광만을 사용하여 피부패턴의 패턴이 읽어질 수 있지만, 광원(151)이 손가락이 빼내어지는 방향으로 1차원 또는 준1차원 이미지센서(5)에 평행하고 근접하게 배치되면, 그 광원(151)으로부터의 광은 손가락 내부에서 산란해서 광원방향의 광성분이 강하게 출사된다. 이 모양을 도 11을 참조해서 설명한다.
도 11을 참조하면, 광원방향으로 강도가 치우친 산란광 중, 화살표(1011)로 나타내어지는 방향으로 융선(1002)부근을 통과하는 것은, 표피(1004)를 통과하는 거리가 길어져서 어두워지는 것으로 생각된다. 반대로 화살표(1102)로 나타내어지는 방향으로 지문최저부(1001)부근을 통과하는 광은 표피(1004)를 통과하는 거리가 짧아져서 밝아지는 것으로 생각된다. 따라서 거리의 차이에 의해 콘트라스트가 증가한다. 실제의 상세한 메커니즘은 상세히 설명하지 않지만 실험의 결과를 화상예로서 도 12에 나타낸다. 또한, 참고로서, 같은 손가락의 같은 부위를 종래의 접촉을 전제로 하는 방식 중 전반사경계각을 이용한 방식으로 읽어낸 화상을 도 13에 나타낸다.
도 12에서, 도면의 하측에 광원이 있고 손가락을 빼내는 측이다. 거리가 먼 지문 융선부는 어두워지고 최저부의 앞쪽은 밝아진다.
특히, 지문 융선부의 광원측이 보다 어둡게 되고 콘트라스트가 상승하고 있다. 이 부분은 유두선조직(1003)에 의한 손가락 피부 내부의 산란광의 쇠퇴 효과와 중첩된다고 생각된다. 또한, 도 13의 화상중앙부 마다에 무늬가 결핍하고 있는 부분이 있지만 이것은 피부가 얇게 벗겨지는 부분에 대응하고 있다. 같은 부위가 도 11에서는 패턴을 나타내고 있어 종래 결손하고 있던 피부가 벗겨진 부분의 화상도 높은 콘트라스트로 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 간격(2)으로부터 손가락(4)을 빼내는 측에 광원(151)을 설치했지만, 간격(2)로부터 반대측에 광원(151)을 설치해도 좋고, 또한, 간격(2)의 양측 근방에 광원(151)을 배열해도 좋다.
[제3실시예]
도 14를 참조하면 본 발명의 제3실시예에 따른 생체특징입력장치는 손가락주행가이드(3)의 간격(2)에 광투과성을 가지는 고체로 만들어진 보호커버(801)가 삽입되어 있다는 점에서, 도 1에 보이는 제1실시예에 따른 생체특징입력장치와 상이하고, 그 이외에는 제1실시예와 같다.
보호커버(801)의 밑면은 이미지센서(5)의 유효화소부(1)에 거의 접하고 있고, 그 윗면은 손가락주행가이드(3)의 윗면과 거의 동일면으로 되어 있다. 따라서, 손가락(4)의 지문을 읽어내기 위해서 손가락(4) 마다의 제1관절을 손가락주행가이드(3)의 간격(2)에 매립된 보호커버(801) 부근에 대고, 손가락(4)의 뒷부분으로 보호커버(801)를 덧씌우도록 손가락(4)을 빼냈을 경우, 손가락(4)의 피부의 일부는 항상 보호 커버에 접한다. 이 때문에, 손가락내에서 산란하고, 손가락의 피부표면에서 방사한 광 중 보호 커버에 접촉하는 지문 융선부 등으로부터 방사한 광은, 도 15a의 부호(1111)에 나타나 있는 바와 같이, 직접적으로 보호커버(801)에 입사해서 보호커버(801) 안을 전파해 이미지센서(5)의 유효화소부(1)에 도달한다. 또한, 보호커버(801)에 접촉하지 않는 지문최저부 등으로부터 방사한 광은, 부호(1112)에 나타나 있는 바와 같이, 일단 공기층에 입사해서 공기층을 전파한 후에 보호커버(801)에 입사하고, 그 후는 지문융선부에서 방사한 광과 같이 보호커버(801) 안을 전파해서 이미지센서(5)의 유효화소부(1)에 도달한다.
이에 대하여, 도 15b에 보이는 보호커버(801)가 없는 제1실시예의 경우, 손가락내에서 산란하고 손가락의 피부표면에서 방사한 광은 지문융선부 및 지문최저부에 관계없이, 도 15b의 부호(1111 및 1112)에 나타나 있는 바와 같이, 일단 공기층에 입사해서 공기층을 전파한 후에 유효화소부(1)에 도달한다. 이 결과, 제1실시예에서 설명한 바와 같이, 융선부는 암부영역으로서, 최저부는 명부영역으로서 이미지센서(5)에서 탐지된다. 이에 대하여 도 15a에 보이는 보호커버(801)가 개재될 경우, 보호커버(801)의 굴절율이 공기와 같은 값「1」에 가까우면, 보호커버(801)가 존재하지 않는 도 15b와 등가가 되므로, 융선부가 암부영역, 최저부가 명부영역으로서 이미지센서(5)에서 검출되지만, 보호커버(801)의 굴절율의 값이 크게 되면, 융선부가 명부영역, 최저부가 암부영역으로서 이미지센서(5)에서 검출되게 된다. 이것은 보호커버(801)의 굴절율이 커지면, 손가락(4)과 보호커버(801)의 사이의 굴절율의 차이보다도, 손가락(4)과 공기와의 사이의 굴절율의 차이 및 공기와 보호커버(801)의 사이의 굴절율의 차이가 커지게 되는 것과, 도 15a의 융선부에서 방사하는 광(1111)이 유효화소부(1)에 도달할 때까지는 굴절율의 차이가 적은 1개의 계면(손가락과 보호커버와의 계면)을 통과하는 것에 대해, 최저부로부터 방사하는 광(1112)은 굴절율의 차이가 큰 2개의 계면(손가락과 공기와의 계면, 공기와 보호커버와의 계면)을 통과하는 것에 의해, 피부표면에서 방사한 시점에서는 융선부 보 다도 최저부의 방사광 쪽이 강도가 강했지만, 유효화소부(1)에 도달한 시점에서는, 최저부 보다도 융선부로부터 도달하는 광이 강도가 상대적으로 강해졌기 때문이라고 추측된다. 실제로 손가락으로부터의 산란 방사광을 유리 등으로 된 투명보호커버를 통해 손가락에 근접시킨 2차원 이미지센서에 의해 촬상하는 일본 특허 제3150126호의 지문입력장치에서는, 지문의 최저부가 암부영역, 융선부가 명부영역이 되는 지문화상을 얻을 수 있다.
이 때문에, 보호커버(801)의 굴절율이 어떤 값일 때, 융선부와 최저부와의 콘트라스트가 0이 된다. 본 명세서에 있어서 그러한 굴절율의 값을 특이점이라고 부르고, 보호커버(801)는 특이점 근방의 값 이외의 값의 굴절율을 가지는 광투과성의 고체로 구성되어 있다. 이하, 보호커버(801)의 굴절율에 대해서 고찰한다.
본원의 발명자의 제안에 따른 일본 공개특허공보 특개2003-006627호 공보에서는 2차원 이미지센서와 손가락 사이에 개재하는 투명고체막의 굴절율과 콘트라스트의 관계가 해석되어 있고, 그것에 의하면 도 16에 나타나 있는 바와 같은 관계가 도출되어 있다. 도 16에 있어서, 세로축은 지문융선 바로 아래의 투명고체막에 입사한 광의 파워를 P3L, 지문최저부 바로 아래의 투명고체막에 입사한 광의 파워를 P3D라고 했을 때에, (P3L-P3D)/P3L에서 계산되는 콘트라스트, 가로축은 투명고체막의 굴절율이다. 또한, +인의 점을 연결하는 선은 손가락의 굴절율을 1.4, X표시의 점을 연결하는 선은 손가락의 굴절율을 1.5로 각각 가정했을 경우의 것이다. 다만, 도 16의 그래프는 손가락의 피부와 공기와 투명고체막의 계면과의 굴절율의 차이에 의한 효과만을 계산하여 구한 것이며, 손가락의 피부내 구조에 의한 효과와는 다르다.
도 16을 참조하면, 투명고체막의 굴절율이 공기와 같은 1.0일 때에 콘트라스트가 0％가 되고 있다. 이것은, 도 16의 그래프가 피부 내부에서 융선부를 향하는 광의 파워와 최저부를 향하는 광의 파워를 같다고 가정하고 있기 때문이다. 원래는 굴절율이 1.0일 때에 제1실시예와 같은 콘트라스트를 얻을 수 있다. 도 16에서는 그 콘트라스트 값은 마이너스가 된다. 제1실시예로 얻을 수 있는 콘트라스트를 C％라고 하면, 도 16의 그래프에서 콘트라스트가 C％가 되는 굴절율의 값이 특이점이 된다. 일반적으로는, C=10 정도이므로 특이점=1.1이 되고, 굴절율이 1.1인 보호커버(801)에서는 최저부와 융선부의 콘트라스트가 0이 된다. 따라서, 보호커버(801)의 굴절율은 1.0 이상 또한 1.1 미만이거나 1.1 보다 클 필요가 있다. 1.1 미만의 굴절율을 가지는 광투과성의 고체는 거의 없기 때문에, 실질적으로는 1.1 보다 큰 굴절율을 가지는 광투과성의 고체로 보호커버(801)를 구성하면 좋다.
한편, 도 16을 참조하면, 투명고체막의 굴절율이 1.4 내지 2.0인 범위에서 콘트라스트가 특히 높게 되어 있다. 피부가 벗겨진 부분 전체가 투명고체막에 접하지 않을 경우, 그 부분 전체가 같은 콘트라스트로 되는 것은 아니고, 전술한 바와 같이 손가락 내부의 구조가 반영된 패턴이 드러난다. 이 때문에, 그 패턴의 콘트라스트에 비해 투명고체막에 접하는 융선과 접하지 않는 최저부와의 콘트라스트가 매우 높고 센서의 다이나믹 레인지가 넓지 않을 경우 피부가 벗겨진 부분의 무늬의 검지가 곤란해진다. 따라서, 보호 커버(801)에는, 도 16에 있어서 콘트라스트가 특 히 높게 되어 있는 1.4 내지 2.0의 범위의 굴절율은 적당하지 않다.
또한, 본원의 발명자의 제안에 따른 일본 공개특허공보 특개2003-006627호에서 해석되어 있는 바와 같이, 투명고체막의 굴절율이 커지면, 콘트라스트가 생겨도 명도가 내려가고 외란광에 의한 노이즈 및 회로에서 발생하는 노이즈를 노이즈 성분으로 하는 S/N비가 내려가며 지문융선부와 지문최저부의 식별이 부정확하게 될 확률이 높아지게 된다. 이 때문에, 굴절율의 상한치는 5.0 정도가 바람직하다.
이상의 고찰의 결과, 보호커버(801)의 굴절율은 1.1 보다 크고 1.4 보다 작거나 또는 2.0 보다 크고 5.0 보다 작은 것이 바람직하다.
굴절율 1.4 미만의 물질로 보호커버(801)에 적합한 고체로는, 예를 들면, BeF3(beryllium fluoride)를 주성분으로 하는 글래스가 있다. 굴절율 2.0 보다 큰 물질로서 보호커버(801)에 적합한 고체로는, 예를 들면, BaO(산화바륨)이나 PbO(산화납)를 다량 포함하는 글래스, 헤마타이트(적철강), 루틸(금홍석), 게르마늄, 다이아몬드 혹은 실리콘 등이 있다. 이 중에서 실리콘은 반도체재료로서 입수가 용이하고 가공도 용이해서 비교적 저렴하다. 실리콘 웨이퍼를 두께 200㎛ 이하로 가공해 보호커버로 하면, 광의 저파장 영역, 특히 파장 800 내지 1000㎚의 근적외광에 있어서 투과성이 높고, 충분한 센서 광출력을 얻을 수 있다. 또한, 실리콘은 유해물질을 포함하는 글래스에 비교하여 환경을 배려한 재료이기도 하다. 또한 실리콘웨이퍼에 의해 만들어진 CMOS, CCD 등의 이미지센서의 하부를 얇게 연마해서 감광층까지의 두께를 200㎛이하로 하여 상하를 뒤집어 배치하고 원래의 실리콘웨이퍼의 기부였던 하부를 피부에 접촉시키면, 특별히 커버를 행하지 않고 동등의 구조를 얻 을 수 있다.
보호커버(801)를 구비한 본 실시예의 생체특징입력장치에 의해 읽어낸 손가락(4)의 지문화상을 도 17에 나타낸다. 화상 좌측위의 둥글게 피부가 벗겨진 부분에 있어서도 융선부의 콘트라스트를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 다만, 명부와 암부는 다른 장소와 반전하고 있다. 이렇게 보호커버(801)를 마련하면, 전술한 바와 같이 보호커버(801)의 굴절율에 따라서는 접촉 부분의 조건에 의해 지문 융선부는 밝고 최저부는 어두워져 비접촉 부분과 명암이 역전한다. 이 문제에 대하여는 화상처리와 지문인증의 방식에 의해 해결할 수 있다. 즉, 에지강조에 의해 융선의 연속성만을 추출해서 연결시켜 가면 좋다. 또한, 인증 방식으로서 지문의 분기점이나 끝점으로 한 특징점의 위치관계에서 인증하는 방식을 사용하면, 명암의 역전은 인증에 영향을 주지 않는다.
이렇게 본 실시예에 의하면, 제1실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것에 더해, 손가락주행가이드(3)의 간격(2)에 먼지가 끼어 화질이 열화된다고 하는 우려가 없어진다고 하는 효과가 있다.
[제4실시예]
도 18을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 생체특징입력장치는 이미지센서(5)와 A/D변환부(7)의 사이에 밴드패스필터(1801) 및 자동이득제어회로(1802)가 접속되어 있다는 점에서 도 14에 보이는 제3실시예에 따른 생체특징입력장치와 상이하고, 그 이외는 제3실시예와 같다.
밴드패스필터(1801)는 이미지센서(5)로부터 출력되는 화상신호로부터 지문 피치의 화상성분만을 추출한다. 밴드패스필터(1801)의 최적주파수특성은 지문의 융선 피치 0.2㎜ 내지 0.5㎜를 고려하여 센서의 밀도와 주사주파수로부터 결정된다. 이 밴드패스필터(1801)에서 추출된 화상성분은, 후단의 자동이득제어회로(1802)에 의해 증폭되어 A/D변환부(7)에 출력된다.
본 실시예에 의하면, 이미지센서(5)의 출력으로부터 지문피치의 화상성분만을 추출하는 밴드패스필터(1801)와 그 출력을 증폭하는 자동이득제어회로(1802)를 마련하고 있기 때문에 피부가 벗겨진 부분의 작은 출력도 크게 할 수 있다. 보호커버(801)로서 굴절율이 1.4 내지 2.0의 범위의 재질을 사용했을 경우, 제3실시예에서는, 피부가 벗겨진 부분의 출력이 매우 작아 인식이 곤란해지지만, 본 실시예에서는 그러한 문제를 개선할 수 있다. 보호 커버(801)에 굴절율 1.4 이상 2.0 이하의 통상 글래스 등의 물질을 사용하면, 가격적으로 유리하다. 물론, 1.4 내지 2.0 이외의 굴절율을 가진 재질에서 보호커버(801)가 구성되어 있을 경우에도 본 실시예는 유효하다.
[제5실시예]
도 19를 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 생체특징입력장치는 손가락주행가이드(3)전체를 보호커버(901)로 한 점에서 제3실시예와 상이하고, 그 밖의 점은 제3실시예와 같다.
보호커버(901)는 제3실시예에서의 보호커버(801)와 같은 굴절율을 가지는 광투과성의 고체로 구성되고, 그 두께의 조건은 보호커버(801)와 같다.
본 실시예에 의하면, 제3실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것에 더해, 주행가이드(3) 전체가 보호커버(901)로 되어 있기 때문에 조립성이 우수하다고 하는 효과가 있다.
[제6실시예]
도 20을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 생체특징입력장치는 윗쪽에 손가락(4)의 뒷부분(손톱측)을 조명하는 광원(161)을 구비하고 손가락(4)의 지문패턴과 동시에 혈관화상을 읽어내는 점에서 제2실시예와 상이하고 그 밖의 점은 제2실시예와 같다.
손가락(4)의 상부(뒷부분)에 미도시된 지지구에 의해 설치된 광원(161)은 손가락의 혈관을 읽어내기 위한 것으로, 다른 생체조직보다 근적외선의 흡수가 강한 헤모글로빈에 의해 양호하게 흡수되는, 800㎚ 내지 1000㎚부근의 광을 조사한다. 특히 파장 820㎚ 내지 950㎚ 부근의 적외 리모트 컨트롤용 등에 개발된 LED는 출력이 크고 광원(161)에 적합하다. 손가락(4)의 하부에 배치한 광원(151)에서 유래하는 화상으로부터는 피부표면의 화상만을 얻을 수 있지만, 상부광원(161)으로부터 조사한 광원에 의한 화상에는 헤모글로빈을 포함하는 혈액이 집중하고 있는 굵은 혈관을 통과해 다른 조직보다 어두워지는 혈관의 영상을 포함한다. 따라서, 이하와 같이, 광원(161)에 의한 화상과 광원(151)에 의한 화상을 구하고 양자의 화상의 차이를 연산함으로써 손가락의 피부패턴와 동시에 혈관화상을 읽어낼 수 있다.
본 실시예의 생체특징입력장치를 사용하고 손가락의 지문패턴과 동시에 혈관화상을 읽어낼 경우, 손가락(4) 마다의 제2관절을 손가락주행가이드(3)의 간격(2) 부근에 대고 손가락(4)의 뒷부분에서 간격(2)을 덧씌우도록 손가락(4)을 빼내어 간 다. 이 손가락(4)의 이동 중에 이미지센서(5)에 의해 화상을 촬상한다. 우선, 이미지센서(5)의 최초의 프레임화상을 얻을 때에 손가락 하부에 배치한 광원(151)을 점등해 화상을 얻는다. 다음에 손가락 하부의 광원(151)을 소등해 손가락 상부의 광원(161)을 점등해서 이미지센서(5)의 다음 프레임화상을 얻는다. 이를 되풀이하고 교대로 각각의 광원의 화상을 서로 연결시킴으로써, 도 21에 나타나 있는 바와 같은 하부의 광원(151)에 의한 화상(1701)과 상부의 광원(161)에 의한 화상(1702)을 얻는다. 양자 모두 지문(1704) 및 제1관절(1705)과 제2관절(1706)사이의 패턴(1707)이 존재하지만, 상부에서의 광원(161)에 의한 화상에는 또한 혈관화상(1708)을 포함한다. 이들을 교대로 바꾼 2개의 화상(1701, 1702)의 차이를 구함으로써, 혈관화상(1709)만의 화상(1703)을 얻을 수 있다. 이 차이를 구하는 처리는 마이크로세서부(8)에 의해 행하여진다. 도 22에 그 처리예를 게시한다.
우선, 광원(151)만 점등시킨 상태에서 이미지센서(5)의 1프레임분의 부분화상을 읽어내고, 도면에 나타나 있지 않은 제1메모리에 기입한다(단계 S201, S202). 다음에 광원(161)만 점등시킨 상태에서 이미지센서(5)의 1프레임분의 부분화상을 읽어내고, 도면에 나타나 있지 않은 제2메모리에 써 넣는다(단계 S203, S204). 다음으로 다시 광원(151)만 점등시킨 상태에서 이미지센서(5)의 1프레임분의 부분화상을 읽어내서 라인단위의 최상위 라인측에 저장된 화상과 비교해(단계 S205, S206), 금회 읽어낸 라인 내에서 제1메모리에 기억된 화상의 최상위 라인측의 라인과 차이가 있는 라인이 있을 경우, 차이가 있는 라인 이후의 라인을 제1메모리의 최상위 라인측에 추가한다(단계 S207, S208). 다음으로 광원(161)만 점등시킨 상태 에서 이미지센서(5)의 1프레임 분의 부분화상을 읽어내서 제2메모리에 기억된 화상의 최상위 라인측의 라인과 라인단위로 비교해(단계 S209, S210), 금회 읽어낸 라인 내에서 제2메모리에 기억된 화상의 최상위 라인측의 라인과 차이가 있는 라인이 있을 경우, 차이가 있는 라인 이후의 라인을 제2메모리의 최상위 라인측에 추가한다(단계 S211, S212). 이상의 단계 S205 내지 S212의 처리를 손가락 1개분의 화상데이터가 취득될 때까지 되풀이하여 행한다(단계 S213). 이에 따라 제1메모리에는 도 21의 화상(1701)이, 제2메모리에는 도 17의 화상(1702)이 기억된다. 최후에, 제2메모리에 기억된 화상으로부터 제1메모리에 기억된 화상을 감산하고, 도 21의 화상(1703)을 생성한다(단계 S214).
이와 같이 본 실시예에 의하면, 손가락(4)을 제2관절(1706)로부터 손가락 끝까지 손가락주행가이드(3) 위를 미끄러지게 함으로써, 손가락 끝의 지문(1704)과 동시에 한번의 동작으로 제1관절과 제2관절간의 피부패턴(1707)과 혈관화상(1709)을 읽어내는 것이 가능하게 된다. 유감스럽지만 손가락을 압박함으로써 혈관화상이 희미해지거나 변화되기 때문에 개인인증의 정보로서는 정밀도가 불충분하지만, 지문 등의 피부패턴에 의한 개인인증의 보간 데이터로서, 혹은, 가짜손가락의 판정에 사용할 수 있기 때문에, 모든 화상에 의해 손가락 끝의 지문 단독보다도 고정밀도로 개인인증이 가능하게 된다고 하는 효과가 있다.
[제7실시예]
본 발명의 제7실시예에 따른 생체특징입력장치는 마이크로세서부(8)에 있어서의 부분화상이 서로 연결되어 처리된 후에 화상의 비뚤어짐을 보정하는 처리를 실행하도록 한 점에서 제1실시예에 따른 생체특징입력장치와 상이하고 그 밖의 점은 제1실시예와 같다. 따라서, 본 실시예의 구성은 도 1과 같다.
본 실시예에서는 마이크로세서부(8)는 부분화상을 서로 연결시키는 처리와 화상의 비뚤어짐 보정을 행하는 처리를 순차적으로 실시한다.
부분화상을 서로 연결시키는 처리는 제1실시예와 같다. 이 경우, 손가락의 가로방향의 화상은 이미지센서(5)의 센서피치에서 어떠한 비뚤어짐도 없는 화상을 얻을 수 있지만, 세로방향은 상관관계를 보면서 연결시켜도 손가락(4)의 이동속도에 의해 삐뚤어져버린다. 지문 등의 인증방식 중, 융선의 분기점이나 끝점의 상관관계를 보는 방식은 비교적 비뚤어짐에 강하지만, 그래도 인증 정밀도를 높이기 위해서는 보정되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 있어서, 지문이 가로방향과 세로방향으로 융선의 성분을 가지고 이러한 융선의 간격은 개인에 있어서는 거의 일정하다는 사실이 이용되고, 종횡의 융선의 주파수성분의 차이로 세로의 비뚤어짐이 예측되고, 아래와 같이 보정된다.
도 23a와 23b에 있어서, 원래 손가락 패턴화상(1201)의 가로방향의 융선의 주파수성분(1202)을 f1, 세로방향의 융선의 주파수성분(1203)을 f2, 보정전의 융선상의 화소의 종좌표를 Y라고 하면, 보정후의 융선상의 화소의 종좌표 Y’는 다음식으로 주어진다.
Y'＝ Y× (f2/fl)… (1)
도 23a는 손가락을 천천히 빼내어 늘린 화상의 경우이지만, 빨리 빼내어 짧아진 경우에도 부분적으로 결손은 있고, 결손 정도에 의해 한계는 있지만 유사한 화상을 얻을 수 있다. 도 23a와 23b는 지문의 형태 중 소용돌이 패턴을 나타내고, 도 24a와 24b는 제상패턴을 보여준다. 통계적으로 이 2개의 패턴이 인간의 경우에 많이 포함된다. 드물게 도 25와 같은 궁상패턴이 있고, 이 궁상패턴의 경우, 가로방향의 융선의 주파수성분이 크게 다르기 때문에 전술한 방법은 적용할 수 없다. 그러나, 궁상패턴은 통계적으로 적기(일본인에게서는 1％이하로 말하여진다)때문에, 대부분의 패턴화상을 상기의 보정 방식으로 보정하는 것이 가능하다.
도 26에 마이크로세서부(8)에서 실시되는 화상처리의 흐름을 보여준다. 단계 S301∼S305는 부분화상을 서로 연결시키는 처리를 나타내고, 도 5의 단계 Sl0l 내지 Sl05와 같다. 단계 S306 내지 S308은 화상의 비뚤어짐을 보정하는 처리의 순서를 나타낸다. 화상의 비뚤어짐을 보정하는 처리에 있어서는, 우선, 제1메모리에 기억된 화상에 대하여 에지강조, 스켈톤처리 등의 화상처리를 행하여 융선을 추출한다(단계 S306). 다음에 화상의 가로와 세로의 융선수를 구하고, 각각 가로와 세로의 화소수로 나누는 것에 의해 가로방향의 융선의 주파수성분 fl, 세로방향의 융선의 주파수성분 f2를 구한다(단계 S307). 다음에 융선의 형상으로부터 지문패턴의 형태를 판단하고, 도 23a와 23b 및 도 24a와 245b에 보이는 소용돌이패턴 및 제상패턴이라면, 전술한 식(1)을 이용해서 융선상의 화소의 종좌표를 보정하고, 화상을 세로방향으로 신축한다(단계 S308).
이와 같이 본 실시예에 의하면, 제1실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 동시에 비뚤어짐이 적은 패턴화상을 얻을 수 있다. 그 이유는 부분화상을 연결시킬 수 있어서 재구성한 화상에 있어서의 가로 및 세로방향의 융선의 주파수성분의 차 이에 의거하여 화상의 세로방향의 비뚤어짐을 예측해 보정하기 때문이다.
이상, 본 발명을 몇 개의 실시예를 통해 설명했지만, 본 발명은 이상의 실시예에만 한정되지 않고, 기타 각종의 부가 변경이 가능하다. 예를 들면, 제3 내지 제7실시예에 제2실시예에서의 광원(151)을 마련한 실시예, 제1, 제3, 제5 내지 제7실시예에 제4실시예에서의 밴드패스필터(1801)와 자동이득제어회로(1802)를 마련한 실시예 등, 상기 실시예를 적당하게 조합시킨 실시예도 생각된다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 생체특징입력장치는 손가락의 지문 등의 패턴이나 혈관화상을 안정하게 읽어내는 소형이고 저가인 독해장치로서 유용하고, 특히 손가락의 습윤이나 건조, 피부염 등에 의해 피부가 벗겨지는 등의 악조건에서도 생체특징을 입력할 수 있는 장치로서 적당하다.
본 발명에 의하면, 손가락의 지문 등의 생체특징을 이미지센서에 의해 안정하게 입력할 수 있다. 2차원의 이미지센서에서는 곡률이 있는 손가락에 대하여 일정거리로 비접촉 상태를 유지해서 안정하게 지문화상을 얻는 것은 곤란하지만, 본 발명은 1차원 또는 준1차원의 이미지센서를 사용하고 있고, 또한, 손가락과 1차원 또는 준1차원의 이미지센서가 서로 슬라이드 하는 상대운동 중에 손가락과 이미지센서의 유효화소부가 접촉하지 않고 거의 일정한 거리가 유지되도록 하는 손가락주행가이드를 구비하고 있다.
또한, 손가락이 습윤이나 건조, 피부염 등 피부가 벗겨지는 등의 악조건에서도 생체특징을 입력할 수 있다. 1차원 또는 준1차원의 이미지센서 위에 근접 배치된 손가락과 이미지센서의 상대운동에 의해 손가락과 이미지센서를 화상이 직접 읽 어 내어지기에 적절한 거리와 비접촉 상태를 유지하면서 손가락내부의 구조를 반영한 손가락의 화상을 독해할 수 있다. 또한 이 효과를 실제의 화상예를 사용하여 설명한다. 도 13은 종래의 접촉을 전제로 한 방식 중 전반사경계각을 이용한 방식의 화상이며 화상의 거의 중앙부에 있는 피부가 벗겨진 부분에서 화상이 결손하고 있다. 도 12는 본 발명의 실시예에 의한 같은 손가락의 같은 부위의 화상예이다. 동일한 피부가 벗겨진 부위에 있어서 콘트라스트를 얻을 수 있다. 도 17은 또한 본 발명의 다른 실시예의 같은 부위의 화상예이며, 이 화상에 있어서도 피부가 벗겨진 부위에 관해서 명암은 반전하고 있지만 화상이 결손하지 않게 얻을 수 있다.
또한, 소형으로 저가격의 생체특징을 입력할 수 있는 장치를 제공할 수 있다. 1차원 또는 준1차원의 이미지센서 위에 근접 배치된 손가락과 이미지센서의 상대운동에 의해 손가락과 이미지센서를 화상이 직접 읽어 내어지는 적절한 거리와 비접촉상태를 유지하면서 읽어낸 손가락 내부의 구조를 반영한 손가락의 화상을 서로 연결시키는 방식을 사용하는 것에 의하여, 이미지센서 등의 부품이 소형으로 되어 저가격의 물건을 사용할 수 있다.
또한, 종래의 지문만에 의한 생체특징입력장치보다도 고정밀도인 생체특징입력장치를 제공할 수 있다. 손가락을 움직이는 것에 의해 손가락 끝의 지문뿐만 아니라 손가락의 제1관절과 제2관절의 사이의 무늬와 혈관화상을 입력해서 보다 많은 생체특징을 동시에 읽어낼 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명했지만, 청구범위의 기재나 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고, 각종의 변경, 변형, 개변이 행하여 질 수 있다는 것은 당업자에게는 명확할 것이다. 또한, 심사 수속의 사이에 청구항이 보정되었다고 하더라도, 청구된 발명의 모든 균등물을 계속해서 포함하는 것이 발명자의 의도이다.

Claims (16)

1차원 또는 준1차원의 이미지센서,
손가락과 상기 이미지센서가 서로 상대적으로 슬라이드하는 때에 상기 손가락과 상기 이미지센서의 유효화소부가 접촉하지 않고 거의 일정한 거리를 유지하는 손가락주행가이드, 및
상기 손가락의 내부에서 산란해서 상기 손가락의 피부표면에서 방사되는 방사광에 의한 화상을 상기 상대적 슬라이드 중에 상기 이미지센서에 의해 촬상하여 얻은 1차원 또는 준1차원의 부분화상을 연결시키는 화상처리부를 구비하는 생체특징입력장치.
1차원 또는 준1차원의 이미지센서,
손가락과 상기 이미지센서의 상대적인 슬라이드 운동 중에 상기 손가락과 상기 이미지센서의 유효화소부가 접촉하지 않고 거의 일정한 거리를 유지하는 손가락주행가이드,
상기 손가락의 뒤에서 혈관화상을 위한 광을 조사하는 상부광원, 및
상기 손가락의 내부에서 산란해서 상기 손가락의 피부표면에서 방사되는 방사광에 의한 제1화상과 상기 상부광원으로부터 조사된 광이 손가락 내를 통과해서 상기 손가락의 피부표면에서 방사되는 방사광에 의한 제2화상을 상기 상대운동 중에 상기 이미지센서에 의해 교대로 촬상하여 얻은 1차원 또는 준1차원의 부분화상 을 제1화상마다 및 제2화상마다 연결시키고, 재구성한 제1화상과 제2화상의 차이로서 혈관화상을 추출하는 화상처리부를 구비하는 생체특징입력장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 손가락주행가이드는 상기 이미지센서의 상기 유효화소부의 바로 위에 간격을 가지는 생체특징입력장치.
제3항에 있어서, 상기 간격의 높이가 10㎛ 이상, 200㎛ 이하, 상기 상대운동방향으로 평행한 폭이 상기 이미지센서의 부주사방향의 유효화소길이 이상, 2.0㎜ 이하인 생체특징입력장치.
제4항에 있어서, 상기 간격에 광투과성을 가지는 고체가 삽입되어 있는 생체특징입력장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 손가락주행가이드의 적어도 상기 이미지센서의 상기 유효화소부의 바로 위부분은 광투과성을 가지는 고체로 구성되어 있는 생체특징입력장치
제6항에 있어서, 상기 고체의 높이가 10㎛ 이상, 200㎛이하인 생체특징입력장치.
제5항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고체의 굴절율은 1.1 보다 큰 생체특징입력장치.
제5항, 제6항, 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고체의 굴절율은 1.1 보다 큰 생체특징입력장치.
제5항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고체의 굴절율은 2.0 보다 큰 생체특징입력장치.
제5항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고체의 굴절율은 2.0 보다 크고 5.0 보다 작은 생체특징입력장치.
제1항, 제2항, 제3항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지센서에 의한 독해대상부위의 근방보다 상기 손가락의 뒤에서 광을 조사하는 것에 의해, 손가락 내부에 산란광을 발생시키는 하부광원을 구비하는 생체특징입력장치.
제1항, 제2항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미지센서의 출력 화상신호로부터 지문 피치의 화상성분을 추출하는 밴드패스필터, 상기 밴드패스필터의 출력을 증폭하는 자동이득제어회로를 구비하는 생체특징입력장치.
제1항, 제2항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상처리부는 서로 연결시킨 화상의 비뚤어짐을 지문부분의 주파수해석에 의해 수정하는 보정부를 포함하는 생체특징입력장치.
1차원 또는 준1차원의 이미지센서,
상기 이미지센서의 유효화소부의 바로 위에, 높이가 10㎛ 이상, 200㎛ 이하, 짧은 변의 폭이 상기 이미지센서의 부주사 방향의 유효화소길이 이상, 2.0㎜이하인 간격을 가지고, 손가락과 상기 이미지센서의 상대적 슬라이드 운동 중에 상기 손가락과 상기 이미지센서의 유효화소부가 접촉하지 않고 거의 일정한 거리를 유지하는 손가락주행가이드를 구비한 전자기기.
제15항에 있어서, 상기 간격에 광 투과성을 가지는 고체가 삽입되어 있는 전자기기.
KR1020077010894A 2004-11-15 2005-11-15 생체특징입력장치 KR100944021B1 (ko)

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