KR20070090249A

KR20070090249A - 조합된 전내부반사 및 조직 영상 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20070090249A
Application number: KR1020077016282A
Authority: KR
Inventors: 로버트 케이. 로우
Original assignee: 루미다임 인크.
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2007-09-05
Also published as: US20050205667A1; ATE478394T1; WO2006066279A2; EP1825416B1; CA2591622A1; CN101124586B; US7347365B2; EP1825416A4; DE602005023051D1; WO2006066279A3; CN101124586A; AU2005316250A1; CA2591622C; JP2008523927A; EP1825416A2

Abstract

전내부반사 영상과 조직 영상을 조합해서 생체계측기능을 수행하는 방법 및 장치가 제공된다. 상기 장치는 조명원, 플래튼, 광 검출기, 광학적 연결장치 및 컴퓨터 유닛을 포함할 수 있다. 상기 플래튼은 개체의 피부 부위와 접촉하도록 배치되어 있다. 상기 광학적 연결장치는 상기 조명원과 플래튼 사이의 광로 및 상기 플래튼과 광 검출기 사이의 광로를 제공하도록 배치된다. 상기 조명원과 광학적 연결장치의 조합은 다중분광 조건 하에 상기 플래튼에 조명을 제공한다. 상기 컴퓨터 유닛은 상기 광 검출기와 연결되어, 상기 피부 부위로부터 입수한 광의 제1부분으로부터 상기 피부 부위의 전내부반사 영상을 생성하는 명령과 상기 피부 부위로부터 입수한 광의 제2부분으로부터 상기 피부 부위의 다중분광 조직 영상을 생성하는 명령을 가진다.

전내부반사, 조직 영상, 생체계측, 광 검출기, 조명원, 컴퓨터 유닛

Description

조합된 전내부반사 및 조직 영상 장치 및 방법{COMBINED TOTAL-INTERNAL-REFLECTANCE AND TISSUE IMAGING SYSTEMS AND METHODS}

관련출원에 대한 교차 참조

본 출원은 미국 가특허 출원 제60/460,247호(발명의 명칭: "NONINVASIVE ALCOHOL MONITOR", 출원일: 2003년 4월 4일); 미국 가특허 출원 제60/483,281호(발명의 명칭: "HYPERSPECTRAL FINGERPRINT READER", 출원일: 2003년 6월 27일, Robert K. Rowe 등); 미국 가특허 출원 제60/504,594호(발명의 명칭: "HYPERSPECTRAL FINGERPRINTING", 출원일: 2004년 9월 18일); 및 미국 가특허 출원 제60/552,662호(발명의 명칭: "OPTICAL SKIN SENSOR FOR BIOMETRICS", 출원일: 2004년 3월 10일)의 임시출원이 아닌 미국 특허 출원 제10/818,698호(발명의 명칭: "MULTISPECTRAL BIOMETRIC SENSOR", 출원일: 2004년 4월 5일, Robert K. Rowe 등)의 일부 계속 출원이다.

본 출원은 또한 공개된 미국 특허 출원 제09/874,740호(발명의 명칭: "APPARATUS AND METHOD OF BIOMETRIC DETERMINATION USING SPECIALIZED OPTICAL SPECTROSCOPY SYSTEM", 출원일: 2001년 6월 5일)에 관한 것이다.

상기 각 출원의 개시 내용은 모두 전체로서 참조로 본 명세서에 병합된다.

기술 분야

본 출원은 일반적으로 생체계측학에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 조합된 전내부반사("TIR": total-internal-reflectance) 및 조직 영상 장치 및 방법에 관한 것이다.

"생체계측학"이란 일반적으로 살아있는 생체의 특성의 통계학적 분석에 관한 것이다. 생체계측학의 하나의 범주는 사람의 자동 식별(automatic identification)을 제공하거나 사람의 주지된 동일성을 검증하기 위해 2개 이상의 모드 중 하나 하에 공통적으로 작용되는 "생체계측 식별"을 포함한다. 생체계측 감지 기술은 사람의 행동 특성 또는 신체 특징을 계측하고, 이들 특징을 유사한 미리 기록된 계측치와 비교해서 일치하는지의 여부를 판정한다. 생체계측 식별에 통상 이용되는 신체적 특징으로는 얼굴, 홍채, 손의 형태, 정맥 구조 및 모든 생체계측 식별 특징 중 가장 일반적인 지문 패턴을 들 수 있다. 수집된 지문을 분석하는 현재의 방법은 광학, 전기용량, 무선주파수, 열, 초음파 및 기타 몇몇 덜 통상적인 수법을 포함한다.

대부분의 지문 수집 방법은 손가락의 표면에서 또는 그 표면에 매우 가깝게 피부의 특성의 측정에 의존한다. 특히, 광학적 지문 판독기는 전형적으로 센서 플래튼과 그 위에 놓인 지문 사이의 반사율의 차의 유무에 의존한다. 지문의 공기로 채워진 골(valley)이 상기 플래튼의 특정 위치 위쪽에 있을 경우, 공기-플래튼 반사율차 때문에 상기 플래튼에서 전내부반사("TIR")가 일어난다. 대안적으로는, 적절한 굴절률의 피부가 상기 플래튼과 광학 접촉하면, 이 위치에서의 TIR은 "방해받 게 되어"(frustrated), 광이 플래튼-피부 계면을 횡단하거나, 어떤 구성에서는, TIR 현상이 상기 위치에 존재할 경우 이용할 수 없는 각도에서 광이 상기 계면을 횡단할 수 있게 된다. 손가락이 상기 플래튼과 접촉하는 영역을 가로 지른 TIR의 차의 맵(map)이 종래의 광학 지문 판독을 기초로 형성된다. 명시야(bright-field) 및 암시야(dark-field) 광학 구성의 양쪽 모두에 있어서 광학 계면의 이 변화를 검출하는 데 이용되는 광학 배치는 다수 있다. 통상, 광의 단일의 준단색성 빔은 이 TIR계 측정을 수행하는 데 이용된다.

비-TIR(non-TIR) 광학 지문 센서도 존재한다. 대부분의 경우, 이들 센서는 손가락 끝의 정면, 측면 또는 뒷면을 조명하여, 피부를 통한 광의 확산을 초래하는 준단색성 광의 일부 배치에 의존한다. 지문 영상은 융기부와 골에 대한 피부-플래튼 경계를 가로지르는 광 투과의 차로 인해 형성된다. 상기 광 투과의 차는 당업계에 있어서 친숙도(familiarity)의 하나로 공지된 바와 같이 임의의 중간의 공기 간극의 유무로 인한 프레넬(Fresnel) 반사 특성의 변화에 기인한다.

TIR 지문 센서는 광학 지문 판독기의 가장 공통적인 형태이지만, 이들은 이상적이지 않은 조건으로 인한 화질 문제에 특히 영향받기 쉽다. 피부가 과도하게 건조된 경우, 플래튼과의 반사율이 일치되지 않게 되어, 영상 콘트라스트가 악화되게 된다. 마찬가지로, 손가락이 매우 젖어 있을 경우, 상기 골들이 물로 채워질 수 있어, 지문 영역을 가로질러 모두 광 결합을 초래하여 영상 콘트라스트를 크게 저감시킨다. 플래튼 상의 손가락의 압력이 너무 작거나 너무 크거나, 피부나 센서가 더러워지고, 피부가 노화되고/되거나 닳거나, 또는 일부 민족 군의 경우 그리고 매우 어린 아이들에 있어서 일어날 수 있는 과도하게 미세한 특징이 나타날 경우에도 마찬가지 작용이 일어날 수 있다. 이들 작용은 화질을 저하시키고, 따라서, 지문 센서의 전체적인 성능을 저감시킨다. 어떤 경우에는, 시판의 광학 지문 판독기가 실리콘 등의 연질 재료의 얇은 멤브레인을 포함하여 이들 작용를 경감시켜 성능을 회복시킨다. 연질 재료로서의 상기 멤브레인은 손상되거나 닳거나 오염되면, 유지 보수 없이 센서의 사용을 제한하고, 센서가 사용될 수 있는 환경을 제한하게 된다.

생체 계측 센서, 특히 지문 생체 계측 센서는 일반적으로 속임 샘플(spoof sample)의 각종 형태에 의해 실패를 일으키는 경향이 있다. 지문 판독기의 경우, 종이, 젤라틴, 에폭시, 라텍스 등의 무생물 재료의 일부 종류에 매립되어 있는 권한 받은 사용자의 지문 패턴을 가진 판독기를 제공하기 위한 다양한 방법이 당업계에 있어서 공지되어 있다. 이와 같이 해서, 지문 판독기가 일치하는 지문 패턴의 유무를 용이하게 판단하는 것으로 여겨질 수 있는 경우에도, 상기 일치하는 패턴이 많은 통상의 센서에서 얻어지기 어려울 수 있는 진짜 살아있는 손가락으로부터 획득되는 것을 확보하기 위해 전체적인 시스템 보안에 대해 중요하다.

일부의 생체계측 장치가 실패할 수 있는 다른 방법은 재시도 공격(replay attack)의 사용을 통하는 것이다. 이 시나리오에 있어서, 권한 받은 사용자가 상기 장치를 이용할 경우 침입자가 상기 센서로부터의 신호를 기록한다. 나중에, 상기 침입자는 미리 기록된 권한 받은 신호가 상기 센서 장치 속으로 입력됨으로써 센서 자체를 우회하여 생체계측에 의해 확고하게 된 상기 장치에의 접근에 도달하 도록 상기 센서 장치를 조작한다.

따라서, 당업계에서는 생체계측감지를 위한 개량된 방법 및 장치에 대한 전반적인 요구가 있다.

발명의 간단한 개요

본 발명의 실시형태는 전내부반사와 조직 영상을 조합하여 생체계측기능을 수행하는 방법 및 장치를 제공한다. 제1세트의 실시형태에서는, 생체계측기능을 수행하는 장치가 제공된다. 이 장치는 조명원, 플래튼, 광 검출기, 광학적 연결장치(optical train) 및 컴퓨터 유닛을 포함한다. 상기 플래튼은 개체의 피부 부위와 접촉하도록 배치되어 있다. 상기 광학적 연결장치는 조명원과 플래튼 사이의 광로 및 플래튼과 광 검출기 사이의 광로를 제공하도록 배치된다. 상기 조명원과 광학적 연결장치의 조합은 다중분광(multispectral) 조건 하에 상기 플래튼에 조명을 제공한다. 상기 컴퓨터 유닛은 상기 광 검출기와 연결되어, 피부 부위로부터 입수한 광의 제1부분으로부터 상기 피부 부위의 전내부반사 영상을 생성하는 명령과 상기 피부 부위로부터 입수한 광의 제2부분으로부터 상기 피부 부위의 다중분광 조직 영상을 생성하는 명령을 가진다.

일부의 실시형태에 있어서, 상기 조명원은 다색 조명원일 수 있다. 일부의 경우에 있어서, 상기 광학적 연결장치는 복수의 면을 가진 프리즘을 포함하고, 상기 조명원은 제1면에 조명광을 제공하도록 배치되고, 상기 광 검출기는 제2면으로부터의 광을 수광하도록 배치되어 있다. 구체적인 실시형태에 있어서, 상기 제1면과 제2면은 동일 면이다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 광 검출기는 상기 제2면을 통해 광의 제1부분을 입수하도록 배치된 제1광 검출기와, 제3면을 통해 광의 제2부분을 입수하도록 배치된 제2광 검출기를 포함한다. 상기 제2면은 상기 플래튼과 공기와의 계면의 임계 각도(θc)보다 큰 플래튼과의 각도를 가진 제1축에 대해 실질적으로 직교할 수 있다. 상기 제3면은 임계 각도(θc)보다 작은 플래튼과의 각도를 가진 제2축에 대해 실질적으로 직교할 수 있다. 구체적인 실시형태에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3면은 상이한 면이다. 일부의 경우에 있어서, 확산 반사기가 상기 제1, 제2 및 제3면과는 다른 제4면에 배치되어 있을 수 있다. 다른 경우, 상기 제1, 제2 및 제3면과는 다른 제4면에 광 흡광기가 배치되어 있을 수 있다.

일부의 실시형태에 있어서, 광은 편광될 수 있다. 예를 들어, 상기 광학적 연결장치는 피부 부위에 입사하는 광을 편광시키고 또한 상기 광 검출기에 의해 수광된 광을 편광시키기 위해 배치된 편광기를 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 편광기는 상기 피부 부위에 입사한 광과 상기 광 검출기에 의해 수광된 광이 실질적으로 평행한 편광을 가지도록 배향된다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 편광기는 상기 피부 부위에 입사한 광과 상기 광 검출기에 의해 수광된 광이 실질적으로 직교 편광을 가지도록 배향된다.

제2세트의 실시형태에서는, 생체계측기능을 수행하기 위한 방법이 제공된다. 다중분광 조건 하에 개체의 피부 부위를 조명하고, 상기 피부 부위로부터 광을 수광한다. 상기 수광된 광의 제1부분으로부터 상기 피부 부위의 전내부반사 영상을 생성한다. 이어서, 산란광의 제2부분으로부터 상기 피부 부위의 다중분광 조직 영상을 생성한다.

다른 실시형태에 있어서, 상기 피부 부위는 다색광으로 조명될 수 있고, 일부의 경우 단일 조명원에 의해 조명될 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 상기 피부 부위는 광을 생성하고, 이 생성된 광을 상기 피부 부위 및 확산 반사기로 향하게 하여 확산 광시야를 제공하도록 조명된다. 이 실시형태에 있어서, 상기 피부 부위의 전내부반사 영상은 상기 피부 부위가 광과 광학 접촉해서 흡광하는 위치에 대응하는 암 패턴(dark pattern)을 확인함으로써 생성된다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 피부 부위는 광을 생성하고, 상기 생성된 광을 해당 피부 부위 및 흡광기로 향하도록 조명된다. 이 실시형태에 있어서, 상기 피부 부위의 전내부반사 영상은 상기 피부 부위가 광과 광학 접촉해서 재발광하는 위치에 대응하는 조명 패턴을 확인하는 것을 포함한다.

일부의 실시형태에 있어서, 상기 피부 부위는 임계 각(θc)을 가진 플래튼-공기 계면을 규정하는 플래튼과 접촉한다. 광의 제1부분은 θc보다 큰 상기 플래튼-공기 계면과의 각도를 가진 제1축 상에 배치된 제1검출기에 의해 수광된다. 광의 제2부분은 θc보다 작은 상기 플래튼-공기 계면과의 각도를 가진 제2축 상에 배치된 제2검출기에 의해 수광된다.

일부의 경우, 상기 피부 부위를 조명하는 것은 생성된 광을 편광시키고, 수광된 광의 제2부분을 편광시키는 것을 포함할 수 있다. 생성된 광의 편광과 수광된 광의 제2부분의 편광은 실질적으로 평행할 수 있거나, 또는 다른 실시형태에 있어서는 실질적으로 직교할 수 있다. 생성된 광 및 수광된 광의 제2부분이 제1상대 편광을 갖는 일 실시형태에 있어서, 상기 피부 부위를 조명하는 단계, 상기 피부 부위로부터 광을 수광하는 단계, 전내부반사 영상을 생성하는 단계 및 다중분광 조직 영상을 생성하는 단계는 생성된 광과 수광된 광의 제2부분 사이의 상이한 상대 편광에 대해 반복된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 피부 부위를 조명하는 것은 생성된 광을 편광하고, 수광된 광의 제1부분을 상기 생성된 광의 편광에 대해 실질적으로 평행한 편광으로 편광시키는 것을 포함할 수 있다.

피부의 관류 변화는 피부 부위를 조명하는 단계와, 상기 피부부위로부터 광을 수광해서 제2 다중분광 조직 영상을 생성하는 단계를 반복함으로써 식별될 수 있다. 수행될 수 있는 생체계측기능의 예는 상기 조직 영상으로부터 상기 피부 부위에서의 조직의 살아있는 상태를 판정하고, 미리 수집한 등록 데이터에 의해서 전내부반사 영상과 조직 영상의 일치성을 확인함으로써 개체의 동일성을 검증하는 것을 포함한다.

제3세트의 실시형태에서는, 생체계측기능을 수행하기 위한 방법이 제공된다. 개체의 피부 부위의 제1영상을 제1세트의 광학 조건하에 포착하고, 상기 피부 부위의 제2영상은 상기 제1세트와는 다른 제2세트의 광학 조건 하에 포착한다. 상기 제1 및 제2영상은 생체계측기능을 수행하는 데 이용된다. 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 및 제2세트의 광학 조건은 상기 피부 부위에 입사한 광의 상이한 파장을 규정한다. 다른 실시형태에 있어서, 상기 제1 및 제2세트의 광학 조건은 상이한 편광 상태를 규정한다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시형태의 측면을 요약한 순서도;

도 2는 일 실시형태에 의한 장치의 개략도;

도 3은 다른 실시형태에 의한 장치의 개략도;

도 4는 또 다른 실시형태에 의한 장치의 개략도;

도 5는 도 2 내지 도 4의 장치에 의해 본 발명의 방법을 수행하는 데 이용될 수 있는 컴퓨터 시스템의 개략도;

도 6은 본 발명의 실시형태에 따라 생성된 다중분광 데이터큐브(datacube)를 예시한 도면;

도 7A 및 도 7B는 도 2 및 도 3의 장치와 함께 이용될 수 있는 대안적인 구성의 개략도;

도 8A 내지 도 8C는 본 발명의 방법 및 장치에 의해 생성된 영상을 나타낸 도면;

도 9A 내지 도 9C는 피부 표면의 일부가 차단된 경우 본 발명의 방법 및 장치에 의해 생성된 영상을 표시한 도면

도 10은 일부의 실시형태에 있어서의 광학 기준 물질의 사용을 나타낸 도면.

발명의 상세한 설명

본 발명의 실시형태는 TIR 영상 장치와 조직 영상 장치를 조합할 수 있는 시스템(즉, 장치)을 제공한다. TIR 성분은 피부와 플래튼 사이의 광학 계면을 조사 하고, 이에 따라 접촉 영역과 접촉이 없는 영역을 개략적으로 나타낸 맵을 제공한다. 조직 영상 성분은 피부의 표면 아래에 있는 조직 내에 산란되는 광의 측정치로부터 기인한다. 일부의 실시형태에 있어서, 파장 영역은 자외, 가시, 극근적외 혹은 근적외 영역, 또는 이들 영역의 조합을 포함한다. 본 발명의 실시형태는 상이한 파장 및/또는 편광 조건 등을 가진 복수의 광학 조건 하에서 촬영된 영상을 수집한다. 이러한 실시형태는 본 명세서에 있어서 "다중분광" 광학 조건을 제공하는 것으로, 또는 광을 향하게 하는 데 사용되는 광학적 연결장치 등에 있어서의 편광 소자를 포함하는 다색 조명원을 이용함으로써 제공될 수도 있는 것으로 간주된다. 다중분광 데이터의 수집은 유리하게는 건조, 탄성 부족 등의 이상적이지 않은 피부 속성 및/또는 전형적으로는 상당한 수공 노동을 행하는 중장년층의 사람 혹은 미용사나 간호사 등의 화학약품에 피부가 노출되는 사람과 전형적으로 관련된 닳게 된 특성에 대해 양호하다. TIR 영상과 조직 영상의 조합은 생체계측 식별, 생체계측 검증, 생존 판정 등을 비롯한 생체계측 특성을 포함하는 어떠한 기능이라도 광범위하게 일컫는 것으로 의도된 "생체계측기능"을 수행하는 데 이용될 수 있다.

상기 장치의 각 구성 요소는 다른 것에 의해서 용이하게 이용될 수 없는 정보를 제공하며, 상기 조합은 어느 하나의 구성 요소 단독에 의한 것보다 환경 및 피부 조건의 광범위한 영역에 걸쳐 보다 강인한 성능을 상승적으로 제공한다. 또한, 상기 조합은 영상 표면아래 특성에 대한 능력을 제공함으로써 보다 큰 속임-검출 능력 및 생체계측 능력을 제시한다. 본 발명의 실시형태는 부가적으로 단일 조명원을 사용해서 TIR 계측 및 조직-영상 계측에 대해 사용되는 광을 제공하고, 이 에 의해, 상기 조합에 있어서의 효율이 실현된다.

피부 조성물 및 구조는 매우 현저하고 매우 복잡하며, 사람마다 다양하다. 피부 및 하부 조직의 공간-분광(spatio-spectral) 특성의 광학 계측을 수행함으로써, 다수의 평가를 수행할 수 있다. 예를 들어, 생체계측-식별 기능은 피부가 계측되고 있는 대상을 확인하거나 검증하도록 수행될 수 있고, 생존 기능은 측정대상 샘플이 살아있는 정상 피부이지만 다른 유형의 물질이 아닌 것으로 확인하도록 수행될 수 있고, 추정치는 연령, 성별, 민족성 및 기타 인구통계학상 및 인체 계측 특성 등의 다양한 생리학적 파라미터로 이루어질 수 있고/있거나, 계측치는 알코올, 글루코스, 혈액 관류도, 산화도, 빌리루벤, 콜레스테롤, 요소 등의 다양한 분석 농도 및 파라미터로 이루어질 수 있다.

피부의 복합 구조는 특정 기능을 위한 방법 및 장치의 측면에 적합하도록 상이한 실시형태에 있어서 사용될 수 있다. 피부의 최외층인 상피는 하부의 진피 및 피하조직(hypodermis)에 의해 지지된다. 상피 자체는 각질층, 투명층(stratum lucidum), 과립층, 유극층 및 배아층을 포함하는 5개의 식별된 하부층을 가질 수 있다. 이와 같이 해서, 예를 들어, 가장 위쪽의 각질층 아래의 피부는 피부 속으로 깊이가 변화하는 소정의 특징뿐만 아니라 표면 형상과 관련된 소정의 특징을 가진다. 피부에의 혈액 공급이 진피층에 존재하는 동안, 진피는 모세관을 통해 혈액 공급을 표면에 가깝게 하는 "진피 유두(dermal papillae)"로 알려진, 표피 속으로의 돌기부를 가진다. 손가락의 손바닥 면에 있어서, 이 모세관 구조는 상기 표면의 마찰 융기부의 구조를 따른다. 신체상의 다른 위치에 있어서, 모세관 베 드(capillary bed)의 구조는 덜 정렬되어 있을 수 있지만, 여전히 특정 위치 및 사람의 특징이다. 게다가, 피부의 상이한 층 사이의 계면의 형태는 상당히 복잡하고 피부 위치 및 사람의 특징이다.

본 발명의 방법의 전반적인 개요는 도 1의 순서도에 의해 제공된다. 이 도면은 임의의 특정 실시형태에 포함될 수 있거나 포함될 수 없는 다수의 양상을 포함하고, 도면에서의 블록의 순서는 다른 실시형태에서는 다른 순서를 사용할 수 있으므로 필요로 하는 순서를 특정하기 위해 의도된 것은 아니다. 블록(104)에서, 개체의 피부 부위를 광으로 조명한다. 일부의 경우에 있어서, 조명광의 파장 범위는 약 350 내지 1200 ㎚의 범위의 파장에 대해 실리콘 검출기 배열의 감도에 의거하고 있다. 600 ㎚ 미만의 파장이 혈액 특성을 강조하므로 유리하고, 따라서, 소정의 실시형태에 있어서도 바람직하다. 비교적 원활한 특성을 가진 영상이 요구되는 다른 실시형태에 있어서, 대략 600 ㎚보다 긴 파장이 유리하게 이용될 수 있다. 피부 부위가 빈번하게는 손가락 끝이지만, 손가락의 특히 다른 영역, 손바닥 및 손의 기타 영역을 포함한 다른 피부 부위가 다른 실시형태에서 사용될 수 있다.

블록(108), (112)에 나타낸 바와 같이, 일부의 실시형태는 다수의 파장에서 조명광을 제공할 수 있고/있거나, 광은 상이한 편광 조건 하에서 제공될 수 있다. 이러한 조명광의 변화는, 유리하게는 더욱 정확한 동일성 평가, 생존성 평가 등을 포함한, 더욱 정확한 생체계측 결과를 얻을 수 있는 정보의 수집을 가능하게 할 수 있다. 1개 이상의 촬영 상태 동안 교차 편광의 이용은 표면 아래의 특성을 강조하는 경향이 있고, 1개 이상의 촬영상태 동안 평행 편광의 이용은 표면 특성을 강조 하는 경향이 있다. 이와 같이 해서, 편광은 상이한 특성의 강조가 요구되는 용도에 있어서 다르게 사용될 수 있다. 선형 편광기를 이용해서 광을 편광시킬 경우, "교차" 또는 "직교"란 편광축이 서로 대략 90°로 배치되어 있는 상태를 의미한다. 원형 편광기를 이용해서 광을 편광시킬 경우, "교차" 또는 "직교"란 원형 편광의 상이한 의미(오른손 혹은 왼손)가 사용되는 상태를 의미한다. 선형 편광의 이용은 유리하게는 비교적 염가로 비교적 넓은 분광 대역을 제공한다.

피부 부위로부터 반사되어 하부 조직 내로 산란된 광은 TIR 영상 및 조직 영상을 형성하도록 블록(116), (120)에서 수집될 수 있다. 다음에, 영상들은 생체계측 용도에 사용되는 복합 결과를 형성하도록 블록(124)에서 조합될 수 있다. 일부의 경우, TIR 영상과 조직 영상으로부터 얻어진 정보는 상이한 목적을 위해 별도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 조직 영상은 조직의 양성 생존상태를 검증하는 데 이용될 수 있는 반면, TIR 영상은 검증을 확인하는 데 이용된다. 다른 예로서, 조직 영상은 식별에 이용되거나, 또는 TIR 영상과는 별도의 검증을 확인하는 데 이용될 수 있고, 이것은 TIR 영상 품위가 이상적이지 않은 광학 조건에 의해 열화되는 경우에 있어서 유리할 수 있다. TIR 영상 및 다중분광 영상으로부터의 정보는, 예를 들어, 얻어진 영상을 단순히 중첩하거나 또는 수집된 데이터에 대해서 더욱 복잡한 비선형 수학적 기능을 수행하거나 하는 등의 많은 상이한 방법으로 조합될 수 있다. TIR 영상과 조직 영상은 서로에 대해 공간적으로 안정적이고, 일부의 실시형태에 있어서, 영상 처리를 통해서 또는 물리적으로 공통으로 일치되도록 조정될 수 있다. 일부의 실시형태에 있어서, 상세한 점 등의 특징은 조직 영상과 TIR 영상 모두로부터 추출되어, 논리 "곱"(and), 논리 "합"(or) 등의 수학적 연산 또는 기타 수학적 연산을 이용해서 조합될 수 있다. 다음에, 이들 생체계측 특징은 당업계에 있어서 친밀 관계의 하나로 공지된 방법을 이용해서 동일성을 결정하기 위해 처리될 수 있다.

TIR 영상 및 조직 영상의 수집을 위해 피부 부위를 조명하는 데 이용될 수 있는 구조체는 계측의 각 유형에 대해서 개별의 조명원 또는 계측을 위한 조합된 조명원을 가진 구조체, 및 계측의 각 유형에 대한 별도의 검출기 또는 조합된 검출기를 갖는 구조체를 포함할 수 있다. 또한, 상이한 광학적 배치가 조명광의 검출에, 그리고 조명원과 검출기의 상이한 조합에 대해서도 조명광의 회수에 이용될 수 있다. 반사 또는 산란광을 회수하기 위한 별도의 검출기를 사용하는 실시형태에 있어서, TIR 검출기 등의 하나의 검출기가 플래튼-공기 계면에 의해 규정된 임계 각도보다 큰 각도를 가진 축을 따라 광을 수광하도록 배열될 수 있는 한편, 조직-영상 검출기 등의 다른 검출기는 상기 임계 각도보다 작은 각도를 가진 축을 따라 광을 수광하도록 배열될 수 있다.

본 명세서에서 검출기는 "카메라"로 지칭될 경우도 있고, 이 용어는 광범위하게는 전자 데이터를 수집하기 위해 장착된 어떠한 장치라도 지칭하는 것으로 의도되어 있다. 예를 들어, 각 카메라 또는 검출기는 단일 소자, 복수의 개별의 소자, 또는 소자의 어레이를 포함할 수 있다. 광검출 소재는 광원 파장과 신호 및 타이밍 요건에 대해 적절하게 되도록 선택될 수 있고, 그 예로는 PbS, PbSe, InSb, InGaAs, MCT, 볼로미터 및 마이크로볼로미터 어레이를 포함할 수 있다. 광이 약 350 내지 1200 ㎚의 분광범위에서 사용될 경우, 적절한 카메라 소재는 실리콘이다. 유사하게는, 각종 상이한 광원이 상이한 실시형태에서 사용될 수 있다. 단색성 광원 또는 준단색성 광원으로는 기타 고체 광전소자 중에서 발광다이오드류("LEDs"), 레이저 다이오드류 및 수직 공동형 표면발광레이저("VCSELs": vertical cavity surface emitting lasers)를 들 수 있다. 필터링 소자 또는 광학 셔터와 종종 조합될 수 있는 광대역 광원으로는 석영 텅스텐 할로겐 백열등 및 기타 다양한 광대역 광원을 들 수 있다.

2대의 카메라를 이용하고 명시야 TIR 촬영에 적합한 하나의 구체적인 구조체는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시형태는 광학 배치부(200)에 조명광(240)을 제공하여 피부 부위가 상부에 놓이는 플래튼에 상기 조명광을 향하게 하기 위한 단일의 광원(224)을 사용한다. 도면에 있어서, 상기 피부 부위는 손가락(220)의 표면으로서 예시되어 있지만, 주지하는 바와 같이 기타 피부 부위가 다른 실시형태에서 사용될 수 있다. 상기 광학 배치부는 프리즘(200)의 형태로 표시되어 있지만, 다른 실시형태에서는 미러 등의 반사경의 등가 구성을 이용할 수 있고, 또는 반사경과 프리즘의 조합을 이용해도 된다. 프리즘의 상부면(202)은 본 실시형태에서는 피부 부위와 연결되는 플래튼으로서 작용한다. 실질적으로 단색성일 수 있거나, 또는 다른 실시형태에서는 다색일 수 있는 조명광(240)은 프리즘(200)의 면(204)에서 제공된다. 카메라(228)는 광(244)을 집광해서 면(208)으로부터 TIR 영상을 제공하는 카메라일 수 있고, 카메라(232)는 면(212)으로부터 광(248)을 수광해서 조직 영상을 제공하는 카메라일 수 있다. 상기 광원(224) 및 카메라(228), (232)는 상기 장치의 이들 구성 요소의 동작을 대등하게 조정하고 입수한 TIR 영상과 조직 영상에 대해서 분석을 수행할 수 있는 컴퓨터 장치(236)와 연결될 수 있다.

상기 조명광(240)은 조명된 확산시야에 응답하도록 명시야 TIR 영상에서 유용한 면(216)에 제공된 확산 반사 코팅 상에 충돌한다. 상기 지문 영상은 조직이 플래튼과 광학 접촉하는 지점에 의해 형성되고, 광을 흡광하여 암패턴을 남긴다. 일부의 실시형태에 있어서, 조명광은 추가의 영상의 수집을 가능하도록 면(212)에 제공될 수도 있다.

면(204) 및 면(216)의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두는 부가적으로 일부의 실시형태에서 편광기를 포함할 수 있다. 면(204)에 설치된 경우, 편광기 코팅은 단지 임의의 조명에 대해서는 부분적인 코팅일 수 있다. 면(216)에 설치된 경우, 편광기 코팅은 바람직하게는 광이 프리즘에서 만난 후, 이어서 편광기에서, 그 후 확산 반사기에서 만나도록 광로를 따라 확산 반사기보다 앞쪽에 배치되는 것이 바람직하다. 편광기 코팅이 선형 편광을 제공하는 실시형태에 있어서, 선형 편광기는 바람직하게는 도면의 평면에 실질적으로 수직이 되도록 배향되고, 이에 따라, 브랙 반사 현상에 기인하는 효과를 수용한다. 주지하는 바와 같이, 다음에 조명 측상에 직교 편광을 제공하는 것은 깊은-조직 영상을 강조하는 작용을 하는 반면, 조명 측상에 평행 편광을 제공하는 것은 표면 반사를 강조하는 작용을 한다. 소정의 배치는 상이한 편광기를 이용해서 상이한 조명원의 상이한 편광 상태를 제공하는 등, 두 유형의 영상을 수집하는 데 이용될 수 있다. 대안적으로, 회전 편광기는 조명 측, 예를 들어 광원(224)에 대해서 제공될 수 있어, 후속의 영상은 상이한 위치에서 조명측 편광기에 의해 취해지게 된다. 동등하게는, 회전 편광기는 실질적으로 동일한 결과를 획득하기 위해 검출 측에 배치될 수 있다.

암시야 TIR 영상에 적합한 대안적인 배치는 도 3의 개략도에 예시되어 있다. 이 배치의 전체적인 구성은 도 2의 것과 유사하게 보이고, 프리즘(300)은 조명원(324)으로부터 광로를 제공하는 데 이용되며, 플래튼으로서 작용하는 면(302)은 손가락(320)에 의해 제공되는 바와 같은 피부 부위와 접촉한다. 본 실시형태에 있어서, 조명광(340)은 면(312)에 설치되고, 면(304)은 예시된 실시형태에서 또는 광학 등가물에서 제거될 수 있다. 면(316)은 흡광 소재로 도포되어, TIR 영상이 암시야에 응답하게 할 수 있다. 지문 영상은 조직에 의해 흡광되고, 플래튼/공기 계면에 의해 규정된 임계 각도보다 큰 각도로 재발광되는 광에 의해 형성되고, 이에 따라, 피부가 플래튼(302)과 접촉하는 조명 패턴을 제공한다.

카메라(328)는 면(308)으로부터 발산된 광(344)을 수광해서 TIR 영상을 생성하도록 배치되어 있고, 카메라(332)는 면(312)으로부터 발산된 광을 수광해서 조직 영상을 생성하도록 배치되어 있다. 재차, 이들 카메라(328) 및 (332)의 각각, 그리고 조명원(324)은 상이한 구성 성분의 동작을 동등하게 할 수 있고 수광된 영상에 대해 분석을 행하여 생체계측 식별, 생존 판정 등을 완료할 수 있는 컴퓨터 유닛(336)와 통신하도록 제공된다. 광원(324)에 대한 특정 구성 및 각 카메라(328), (332)에 대한 특정 구성은 전술한 바와 같은 다양한 형태를 취할 수 있고, 제공된 광은 실질적으로 단색일 수 있거나, 또는 상이한 실시형태에서는 다색일 수 있다.

일부의 경우, 편광은 편광 코팅을 광원(340)에, 면(312)에 또는 필터와 같은 중간 광학 구성요소에 형성하는 것과 같이, 상이한 유형의 특징을 판별하는데 이용될 수 있다. 다른 실시형태와 마찬가지로, 부분 코팅은 일부의 경우에 있어서 소정의 조명기에 대해 도포될 수 있고, 이에 따라 상이한 편광 조건이 상이한 조명기에 대해 제공될 수 있다. 도 3에 표시된 형태에 의하면, 이러한 배치는 브랙 효과를 도입하지 못한다. 평행 편광 형태는 표면 효과를 강조하고, 수직 편광 조건은 더욱 깊은 조직 효과를 강조할 것이다. 일부의 실시형태에 의하면, 회전 편광기를 제공함으로써 상이한 편광 상태를 가진 영상의 수집을 가능하게 한다.

상이한 영상 조건, 예를 들어 상이한 편광 상태나 상이한 파장을 제공하고 상이한 시기에 영상을 회수하는 능력은 수집된 정보의 영역을 더욱 크게 한다. 예를 들어, TIR 카메라(328)로부터 그리고 조직 영상 카메라(332)로부터 되돌아온 영상은 다수의 조건 하에서 표면 아래의 광학 효과에 대해 분석될 수 있다. 명목상, 각 카메라는 각도 효과와는 떨어진 동일한 정보를 수집하지만, TIR 영상은 깊은 조직 영상 상에 중첩된 TIR 마스크를 가진다. 이 능력은 관류 변화를 수용하는 데 이용될 수 있고, 이에 대해서 소정의 파장은 일반적으로 특히 약 600 ㎚보다 짧은 것이 바람직할 수 있다. 산화된 헤모글로빈의 피크 흡광도 특성에서의 파장, 즉, 약 540 ㎚ 및 576 ㎚는 이러한 일부의 실시형태에서 사용될 수 있다.

암시야 TIR 영상에 대해서 적합하지만 단일 카메라만을 사용하는 또 다른 배치는 도 4에 개략적으로 예시되어 있다. 이 배치는 암시야 TIR 배치에 대해서 일부 유사하고, 프리즘(400)은 조명원(424)으로부터 광로를 제공하는 데 이용되고, 손가락(420)에 의해 제공될 수 있는 것과 같은 피부 부위와의 플래튼 경계면으로서 작용하는 표면(402)을 가진다. 상기 조명광(440)은 실질적으로 단색 또는 다른 실시형태에 있어서는 다색일 수 있는 광원(424)에 의해 면(412)에서 제공된다. 면(416)은 TIR 영상이 도 3과 관련해서 설명된 것과 동일한 양식으로 암시야에 응답하도록 흡광 코팅에 의해 도포되어 있다. 즉, 지문 영상은 조직에 의해 흡광되어 플레이트/공기 계면에 의해 규정된 임계 각도보다 큰 각도로 재발광되는 광에 의해 형성된다. TIR 영상은 면(408)을 통해서 카메라(428)에 의해 수광된 광(444)에 의해 형성된다. 도면에 예시된 형태로부터 명백한 바와 같이, 면(404)은 예시된 바와 같은 구성 또는 등가의 광학 배치에 의해서 제거될 수 있다. 카메라(428)와 광원(424)은 장치 성분의 동작과 협동하고/하거나 입수된 TIR 영상의 분석을 수행하기 위해 프로그래밍된 컴퓨터 유닛(436)에 연결된다.

도 4에 나타낸 것과 마찬가지 실시형태에 있어서, 명백한 조직 촬영용 카메라는 생략되어 있지만, 단, 상이한 조건하에서의 조직 분석은 대신에 TIR 영상에서 조명된 융기부상에만 수행된다. 일부의 경우, 광은 도 3과 관련해서 설명된 것과 동일한 양식으로 편광되어 표면 또는 보다 깊은 조직 효과를 강조할 수 있다. 또한, 상이한 영상은 상이한 편광 조건, 상이한 파장 조건, 상이한 시간 등의 상이한 영상 조건하에서 수집될 수 있다.

도 2 내지 도 4에 표시된 실시형태의 어느 것에 있어서도, 검증 능력을 수행하는 데 이용될 영상의 어느 곳에서나 광학 기준 물질을 편입시키는 것이 바람직할 경우도 있다. 이러한 검증은 광원 강도, 이득, 검출기 응답 등의 변화에 대해 해 명할 수 있다. 검증이 수행될 수 있는 하나의 간단한 방법은 광학 기준 물질을 가진 영역으로부터 화소값을 이용해서 기준값에 대한 화상값의 비율을 고려해서 각 색의 화상의 나머지를 정규화할 수 있다. 또한, 다른 검증 수법은 상이한 실시형태에 있어서 사용될 수 있다. 적절한 광학 기준 물질은 랩스피어(LabSphere)사에서 제조된 확산 반사코팅인 스펙트랄론(상품명: Spectralon^®)이다. 사용가능한 기타 광학 기준 물질로는 사진촬영, 확산 화이트 혹은 그레이 플라스틱 등에 통상 이용되는 것과 같은 보드지 반사 표준을 포함한다. 더욱 일반적으로는, 시간 경과에 따라 광학적으로 안정하고 실제 피부 부위와 유사한 광량을 반사하며, 대략 균일한 소정의 물질이 이용될 수 있다. 광학 기준 물질은 검출기를 포화시키는 일없이 측정 가능한 신호를 제공하는 것이 바람직하다.

도 5는 기타 시스템 요소와 조합해서 사용되는 컴퓨터 장치(236), (336) 또는 (436)에 대해서 사용될 수 있는 구조를 대충 예시하고 있다. 개체 시스템 요소는 개별의 또는 더욱 통합된 방식으로 수행될 수 있다. 컴퓨터 장치는 전체적으로로 참조번호 (500)으로 지칭되고, 버스(526)를 통해 전기적으로 결합되는 하드웨어 요소로 구성된 것이 표시되어 있고, 상기 버스는 일괄해서 참조번호(517)로 표기된 광원(들) 및 카메라(들)과도 결합되어 있다. 하드웨어 요소는 프로세서(502), 입력장치(504), 출력장치(506), 기억장치(508), 컴퓨터 판독가능한 기억 매체 판독기(510a), 통신 시스템(514), DSP 또는 공간전용 프로세스 등의 처리가속부(504) 및 메모리(518)를 포함한다. 컴퓨터 판독가능한 기억 매체 판독기(510a)는 원격, 국소, 고정 및/또는 제거가능한 기억 장치 + 컴퓨터 판독가능한 정보를 일시적으로 및/또는 영구적으로 수용하는 기억 매체를 일괄적으로 나타내는 조합체인 컴퓨터 판독가능한 기억 매체(510b)와 더욱 접속된다. 통신 시스템(514)은 유선, 무선, 모뎀 및/또는 다른 유형의 인터페이스 접속부를 포함할 수 있고, 데이터는 외부 장치와 교환될 수 있다.

컴퓨터 장치(500)는 또한 작업 메모리(520) 내에 현재 위치되어 있는 것으로 표시된 소프트웨어 요소, 예를 들면, 연산 시스템(524) 및 예를 들면 본 발명의 방법을 수행하기 위해 설계된 프로그램과 같은 기타 코드(522)를 포함한다. 당업자에게 명백한 바와 같이 실질적인 변경은 특정 요건에 따라 이용될 수 있다. 예를 들어, 맞춤형 하드웨어가 이용될 수도 있고/있거나 특정 요소가 하드웨어, 소프트 웨어(애플릿(applet) 등의 휴대용 소프트웨어를 포함함), 또는 이들 모두에서 수행될 수도 있다. 또한, 네트워크 입/출력 장치 등의 기타 컴퓨터 장치와의 접속도 이용될 수 있다.

전술한 실시형태는 상이한 파장 및/또는 편광 조건에서 피부 부위의 영상 세트를 생성하거나, 또는 데이터를 생성하고, 이 데이터로부터 이러한 세트는 컴퓨터 단층 X선 사진 촬영 장치의 영상 분광기 또는 기타 부호화된 조명/분석 서브시스템의 특정 경우에서와 같이 재구성 기술을 이용해서 생성될 수 있다. 예시의 목적을 위해서, 이러한 분광 영상 세트를 참조해서 이하의 설명을 행하지만, 이들을 직접 생성하지 않는 실시형태들에 있어서는 후속의 생체계측 처리를 위해 이들을 생성할 필요는 없다. 예시적인 다중분광 영상의 세트가 도 6에 표시되어 있고, 이 세트는 다중분광 데이터큐브(601)를 규정한다.

데이터큐브(601)를 분해하는 하나의 방법은 계측 과정에서 시료를 조명하는 데 이용되는 파장 및/또는 편광 조건의 각각에 상당하는 영상으로 하는 것이다. 이 도면에 있어서는, 5개의 개별의 조명파장 및/또는 조명 조건(예를 들어, 조명은 위치 X, Y 및 각도 α; 조명 편광 상태 P에서 플래튼 표면에서 일부의 강도의 2차 점원의 세트로서 설명될 수 있음)에 대응해서 5개의 개별의 영상(603), (605), (607), (609) 및 (611)이 표시되어 있다. 유사한 명칭은 센서의 검출측면을 설명하는 데 이용될 수 있다. 가시광이 사용되는 실시형태에 있어서, 상기 영상들은 예를 들어 450 ㎚, 500 ㎚, 550 ㎚, 600 ㎚ 및 650 ㎚에서 광을 이용해서 생성된 영상에 대응한다. 각 영상은 피부와 상호작용하는 특정 파장의 광의 광학 효과를 나타내고, 피부가 계측 동안 플래튼과 접촉할 경우에는, 피부와 접촉해서 피부-플래튼 계면을 통과하는 특정 파장의 광의 광학 효과의 조합을 나타낸다. 파장에 따라 다른 피부 구성 성분 및 피부의 광학 특성으로 인해, 다중분광 영상(603), (605), (607), (609) 및 (611)의 각각은 일반적으로 서로 다를 것이다. 예를 들어, 대략 600 ㎚보다 짧은 파장은 대략 540 ㎚ 및 576 ㎚에서 피크 흡광도를 가진 혈액에 의해 강력하게 흡수된다. 이들 파장에서의 영상은 센서 표면에 대해서 누를 때의 손가락의 흰 부분 및 보다 깊은 혈관에 대해서 부분적으로 반점 패턴을 포함하는 혈액 특성을 강력하게 나타낸다. 대략 600 ㎚보다 긴 파장의 광원은 혈액에 대해서 덜 민감하고, 사실상 훨씬 더 평활하고 균일하다.

이와 같이 해서, 데이터큐브는 R(X_s, Y_s, α_s, P_s, X_I, Y_I, α_I, P_I, λ)로 표현될 수 있고, 각 상점(X_I), (Y_I)에서 각도(α_I)에서 X_s, Y_s, α_s, P_s로 표시된 2차 광원점에서 조명된 경우 P_I로 기재된 편광 요소를 통해서 보이는 파장 λ의 광량을 나타낸다. 상이한 조명 형태(플러드(flood), 라인 등)는 적절한 2차 광원점 위치에 대한 점 반응을 합산함으로써 요약될 수 있다. 다중분광 데이터큐브 R은 이들 생체계측 형태의 각각에 대한 정보를 수용하는 분광생체계측 데이터세트와 종래의 지문 영상의 양쪽 모두와 관련되어 있다. 다중분광 데이터큐브 R은 2개의 다른 데이터 세트 중 어느 하나의 서브 세트이고, 상관 및 기타 정보를 포함하며, 여기서 기타 정보는 2개의 별도의 형식 중 하나에서 손실될 수도 있다.

TIR 효과에 의한 피부-플래튼 계면에서의 광학적 상호작용은 플래튼 소재와 피부의 광학 굴절률이 사용된 파장 범위에 걸쳐 일반적으로 상당히 다르지 않으므로 모든 파장에서 실질적으로 동일하다. 그러나, 조직 영상은 상이한 파장, 상이한 편광 조건, 상이한 조명 및 검출각도, 그리고 상이한 광학 조건을 규정하는 동시에 다중분광 조건을 포함하는 기타 인자 등의 인자에 의해 일반적으로 영향받을 것이다.

다중분광 영상 데이터큐브는 다중 소스로부터의 공간-분광 정보를 포함한다. 단지 예로서, 플래튼과 접촉해서 손가락 끝에서 취한 계측치의 경우에 대해서, 얻어진 데이터큐브는 이하의 (i) 내지 (iv)로 인한 효과를 포함한다: (i) 종래의 비-TIR 지문에 포함된 정보와 유사한 손가락 끝과 플래튼 사이의 광학 계면; (ii) 사 람마다 전혀 다른 조직의 전체 분광 특성; (iii) 피부 표면에 가까운 혈관 및 특히 외부 지문 패턴을 만드는 마찰 융기부 바로 아래에 놓인 모세관; 및 (iv) 정맥 영상과 마찬가지 방법으로 조직에서 더욱 깊게 분포된 혈관 및 기타 분광학적으로 활성인 구조. 그처럼, 본 발명의 실시형태는 계측 중인 손가락 끝이나 다른 피부 부위 내의 다수의 소스로부터 생체계측 데이터를 추출하는 기구를 제공함으로써, 다인자 생체계측-감지 용도를 제공한다.

피부 및 하부 조직의 복합 파장의존성 때문에, 주어진 영상 위치에 대응하는 분광 수치의 세트는 잘 정의되고 명확한 분광 특성을 가진다. 이들 분광 특성은 화소 단위(pixel-by-pixel)를 기초로 다중분광 화상 데이터를 분류하는 데 이용된다. 이 평가는 품질화된 화질의 세트로부터 전형적인 조직 분광 품질을 생성함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 다중분광 데이터는 N × 5 행렬로서 기록될 수 있고, 여기서 N은 공기의 주변 영역으로부터라기 보다는 오히려 살아있는 조직으로부터의 데이터를 포함하는 화소의 개수이다. 이 세트 행렬에서 수행된 고유치 해석 또는 기타 인자 해석은 이들 조직 화소의 대표적인 분광 특성을 생성한다. 이어서, 나중의 데이터 세트에서의 화소의 분광은 마할라노비스(Mahalanobis) 거리 및 분광 잔차(spectral residual) 등의 행렬을 이용해서 이러한 미리 확립된 분광 특성과 비교될 수 있다. 적은 개수 이상의 화소가 살아있는 조직과 일치하지 않는 분광 품질을 가질 경우, 이 샘플은 진짜가 아닌 것으로 간주되어 거부되므로, 샘플의 생존의 결정을 기초로 센서에서의 코드암호화법(antispoofing method)을 병합하는 기구를 설치한다.

유사하게는, 샘플이 손가락 끝인 실시형태에 있어서, 다중분광 화소는 그들의 분광품질에 기초하여 "융기부", "골" 또는 "기타"로 분류된다. 이 분류는 선형 판별분석, 2차식 판별방법, 주성분 분석, 신경망 및 당업자에게 공지된 기타의 것과 같은 판별분석법을 이용해서 수행될 수 있다. 융기부 화소와 골 화소는 전형적인 손가락 끝에서 연속되므로, 어떤 경우, 관심대상으로 하는 화소 주변의 국소 이웃 화소로부터의 다중분광 데이터는 화소를 분류하는 데 이용된다. 이와 같이 해서, 종래의 지문 영상은 추가의 처리 및 생체계측 평가용의 센서로부터 추출된다. "기타" 범주는 진짜 샘플에 관련된 것과는 다른 분광 품질을 가진 화소를 나타낼 수 있다. "기타"로서 분류된 화소의 총 개수에 대한 역치가 설정될 수 있다. 이 역치가 초과되면, 샘플은 진짜가 아닌 만들어진 적절한 표시 및 취해야할 동작으로 판정될 수 있다.

본 발명의 의도된 범주를 벗어남이 없이 다수의 대안적인 광학 형태가 사용될 수 있으므로, 도 7A 및 도 7B는 도 2 내지 도 4와 관련해서 설명된 실시형태에서 사용될 수 있는 대안적인 형태의 예를 예시하기 위해 제공된 것이다. 도 7A는 점선(730)으로 표시된 바와 같이 광로를 제공할 수 있는 이용된 프리즘(700)을 나타내고 있다. 조명광(740)은 면(726)에서 제공되고, 면(724)은 영상의 포커싱을 돕기 위해 형상화됨으로써 광학적 파워(optical power)를 포함할 수 있는 반사 코팅을 가진다. TIR 영상을 형성하는 데 이용되는 광(744)은 면(722)으로부터 수광되고, 제2카메라가 조직 영상을 위해 사용되는 실시형태에 있어서, 즉, 도 2 및 도 3과 마찬가지로, 조직 영상을 형성하는 데 이용되는 광(748)은 면(726)으로부터 수 광될 수 있다.

도 7B는 면(722)에 입사하는 조명광과 함께 프리즘(750)을 구비함으로써 마찬가지의 구성을 나타내고 있지만, 면(774) 상에 반사 코팅을 구비하지 않은 점이 다르다. 이와 같이 해서 TIR 영상를 형성하는 데 이용되는 광(794)은 면(774)으로부터 수광되고, 제2카메라가 조직 영상을 위해 사용되는 실시형태에 있어서, 즉, 도 2 및 도 3과 마찬가지로, 조직 영상을 형성하는 데 이용되는 광(798)은 면(722)으로부터 수광될 수 있다. 도 7A 및 도 7B에 예시된 대안적인 실시형태는 상이한 편광 조건을 제공하는 것과, 실질적으로 단색 또는 다색 광을 사용하는 것 등을 비롯해서, 도 2 내지 도 4와 관련해서 전반적으로 이미 설명한 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있다.

또한, 상이한 실시형태에서 카메라(들)에 의해 수집된 데이터가 처리될 수 있는 많은 상이한 방법이 있다. 도 3 및 도 4에 표시된 것과 같은 장치에 의해 생성된 암시야 TIR 영상은 하나의 카메라를 갖춘 실시형태 또는 다수의 카메라를 갖춘 실시형태에 있어서 상이한 방식으로 처리될 수 있고, TIR 영상으로부터 얻어진 정보는 조직 영상으로부터 얻어진 정보와 결합될 수 있다. 예를 들어, 분광 특성이 살아있는 조직과 일치하는 것을 확보하기 위해서 TIR 영상에서 식별되는 융기부를 따라 화소로 이루어진 것이 평가될 수 있다. 다수의 영상이 시간 경과에 따라 촬영된 경우, 살아있는 조직에서 예상되는 관류 변화가 관찰된 것을 확보하기 위해 융기부를 따른 화소의 변화를 평가할 수 있다. 또, 살아있는 조직과 일치하는 것을 확보하기 위해 다수의 편광 상태 및/또는 다수의 조명 파장에 대해서 영상 차가 발생될 수 있다. 이들 생존 시험에 부가해서, 융기부를 따른 (다수의 파장, 편광 상태 및/또는 조명 및 검출각도에 대해서 공간적으로) 강도차는 이들이 등록 프로세스 동안 관찰된 강도차와 일치하는 것을 확보하기 위해 식별 프로세스의 일부로서 검사될 수 있다. 이들 융기부 강도차는 하부 피부 구조에 의해 부분적으로 영향받는다.

2대의 카메라를 이용해서 부가적으로 조직 영상 데이터를 수집할 경우에, 에지 검출 수법 및 화상 증강 수법을 비롯한 다양한 영상처리수법을 이용해서, 영상 데이터를 분석할 수 있다. 사용될 수 있는 에지-검출 수법의 예로는 라플라시안-가우시안(Laplacian of Gaussian), 소벨(Sobel), 프레위트(Prewitt) 및 당업자에게 공지된 기타 수법을 들 수 있다. 일부의 경우에, TIR 특징에 대한 선형 또는 비선형 모델 관련 조직-영상 특징이 작성될 수 있고, 이 모델은 TIR 영상의 빠진 부분을 예측하는 데 이용될 수 있다. 또한, 2 유형의 영상 계측의 유효성에 의해 생체계측기능은 이중 생체계측 감지를 이용함으로써 더욱 확고하게 수행될 수 있다. 영상 차의 각각은 동시에 신체의 동일한 부분으로부터 얻어진 정보를 포함하고, 따라서, 상기 조합은 상이한 샘플 또는 상이한 수법을 이용해서 성공할 수 있어, 상이한 영상 계측치를 얻을 수 있다. 이와 같이 해서, 이 장치는 일반적으로 다양한 상이한 유형의 속임에 내성이 있다. 또한, 조직 데이터는 생존 평가를 수행함으로써 속임 검출에 대해 직접 평가될 수 있다. 이것은 영상의 분광 평가를 행하는 것, 표면 아래의 패턴, 특히 혈액 패턴이 등록 함수의 일부로서 회수된 데이터와 일치하는 것을 체크하는 것 및 TIR 영상 및 조직 영상의 지문 패턴이 일치하는 것 을 확보하는 것을 포함한다.

본 발명의 장치로 회수된 영상의 예들이 도 8A 내지 도 9C에 예시되어 있다. 또, 8A 내지 도 8C는 손가락 끝 피부 부위의 대상으로부터 회수된 영상을 나타낸 것으로, 그 조직 영상은 3가지 조명색(녹색, 적색 및 청색)으로 회수되고 있다. TIR 지문 영상은 도 8A에 표시되어 있고, 조직 영상은 도 8C에 표시되어 있으며, 이들 두 영상이 중첩된 것이 도 8B이다. 조직 영상이 대응하는 TIR 영상에 비해 큰 면적의 커버리지를 제공하고, 상기 두 영상의 조합은 어느 하나의 영상 단독으로부터 얻어질 수 없는 정보를 상승작용적으로 제공하는 것은 명백하다. 도 8C의 조직 영상의 반점 패턴은 생체계측 용도에 긴요하고 측정가능한 비지문 특성의 예이다.

도 9A 내지 도 9C의 수순은 도 8A 내지 도 8C의 수순과 유사하지만, 촬영 전에 투명 테이프 한 도막을 손가락 끝에 붙였을 때 회수된 것이다. 도 9A의 TIR 영상은 테이프의 존재로 인해 명백하게 열화되어 있지만, 도 9C의 조직 영상은 거의 열화되지 않았다. 도 9B에 나타낸 바와 같이, 영상들이 조합된 경우, 조직 영상의 내포물은 TIR 영상 단독이 수집될 수 없는 영역에서 유용한 데이터를 수집하는 장치를 가능하게 하는 것은 명백하다.

도 10은 센서가 영상의 가장자리를 따라 주행하는 물질의 박편(002), (1004)으로서 이 예에서 광학 기준 물질을 포함할 경우 수집된 조직 영상의 예를 제공한다. 전술한 바와 같이, 이 물질의 존재는 광원 강도의 변화, 검출기 감도의 변화 등으로부터 일어날 수 있는 것과 같은 조건의 변화를 고려해서 영상에 대해 수행되 도록 교정을 행할 수 있다. 이 교정은 광학 기준 물질의 영역에서의 화소값을 이용해서 나머지 영상을 정규화시킴으로써 수행된다.

따라서, 이상에서의 수개의 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명의 정신으로부터 벗어나는 일없이 각종 변화, 대안적인 구성 및 등가 구성이 이용될 수 있음은 당업자가 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 이상의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨서는 안되고, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해 규정된다.

Claims

생체계측기능을 수행하는 장치에 있어서,

조명원(illumination source);

개체의 피부 부위와 접촉하도록 배치된 플래튼(platen);

광 검출기;

상기 조명원과 플래튼 사이의 광로를 제공하고 또한 상기 플래튼과 광 검출기 사이의 광로를 제공하도록 배치되고, 상기 조명원과의 조합에 의해 다중분광 조건하에 상기 플래튼에 조명을 제공하는 광학적 연결장치; 및

상기 광 검출기와 연결되어, 피부 부위로부터 입수한 광의 제1부분으로부터 상기 피부 부위의 전내부반사 영상을 생성하는 명령과 상기 피부 부위로부터 입수한 광의 제2부분으로부터 상기 피부 부위의 다중분광 조직 영상을 생성하는 명령을 가진 컴퓨터 유닛을 포함하는 생체계측기능 수행장치.
제 1항에 있어서, 상기 조명원은 다색 조명원인 생체계측기능 수행장치.
제 1항에 있어서, 상기 광학적 연결장치는 복수의 면을 가진 프리즘을 포함하고, 상기 조명원은 제1면에 조명광을 제공하도록 배치되고, 상기 광 검출기는 제2면으로부터의 광을 수광하도록 배치되어 있는 생체계측기능 수행장치.
제 3항에 있어서, 상기 제1면과 제2면은 동일한 면인 생체계측기능 수행장치.
제 3항에 있어서, 상기 광 검출기는 상기 제2면을 통해 광의 제1부분을 입수하도록 배치된 제1광 검출기와, 제3면을 통해 광의 제2부분을 입수하도록 배치된 제2광 검출기를 포함하고;

상기 제2면은 상기 플래튼과 공기와의 계면의 임계 각도(θc)보다 큰 플래튼과의 각도를 가진 제1축에 대해 실질적으로 직교하며;

상기 제3면은 임계 각도(θc)보다 작은 플래튼과의 각도를 가진 제2축에 대해 실질적으로 직교하는 생체계측기능 수행장치.
제 5항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3면은 상이한 면인 생체계측기능 수행장치.
제 6항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3면과는 다른 제4면에 배치된 확산 반사기를 추가로 포함하는 생체계측기능 수행장치.
제 5항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3면과는 다른 제4면에 배치된 흡광 부재를 추가로 포함하는 생체계측기능 수행장치.
제 1항에 있어서, 상기 광학적 연결장치는 상기 피부 부위에 입사하는 광을 편광시키고 또한 상기 광 검출기에 의해 수광된 광을 편광시키기 위해 배치된 편광기를 포함하는 생체계측기능 수행장치.
제 9항에 있어서, 상기 편광기는 상기 피부 부위에 입사한 광과 상기 광 검출기에 의해 수광된 광이 실질적으로 평행한 편광을 가지도록 배향되어 있는 생체계측기능 수행장치.
제 9항에 있어서, 상기 편광기는 상기 피부 부위에 입사한 광과 상기 광 검출기에 의해 수광된 광이 실질적으로 직교 편광을 가지도록 배향되어 있는 생체계측기능 수행장치.
생체계측기능을 수행하기 위한 방법에 있어서,

다중분광 조건 하에 개체의 피부 부위를 조명하는 단계;

상기 피부 부위로부터 광을 수광하는 단계;

상기 수광된 광의 제1부분으로부터 상기 피부 부위의 전내부반사 영상을 생성하는 단계; 및

상기 수광된 광의 제2부분으로부터 상기 피부 부위의 다중분광 조직 영상을 생성하는 단계를 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 상기 피부 부위를 조명하는 단계는 해당 피부 부위를 단일 조명원으로 조명하는 단계를 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 상기 피부 부위를 조명하는 단계는 해당 피부 부위를 다색광으로 조명하는 단계를 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 상기 피부 부위를 조명하는 단계는

광을 생성하는 단계; 및

생성된 광을 상기 피부 부위로 그리고 확산 반사기로 향하게 해서, 확산광시야를 제공하는 단계를 포함하고;

상기 피부 부위의 전내부반사 영상을 생성하는 단계는 상기 피부 부위가 광과 광학 접촉해서 광을 흡수하는 위치에 대응하는 암 패턴(dark pattern)을 확인하는 단계를 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 상기 피부 부위를 조명하는 단계는

광을 생성하는 단계;

생성된 광을 상기 피부 부위로 그리고 확산 흡수기로 향하게 하는 단계를 포함하고;

상기 피부 부위의 전내부반사 영상을 생성하는 단계는 상기 피부 부위가 광과 광학 접촉해서 광을 재발광시키는 위치에 대응하는 조명 패턴을 확인하는 단계 를 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 상기 피부 부위는 임계 각(θc)을 가진 플래튼-공기 계면을 규정하는 플래튼과 접촉하고;

상기 피부 부위로부터 광을 수광하는 단계는

θc보다 큰 상기 플래튼-공기 계면과의 각도를 가진 제1축 상에 배치된 제1검출기에 의해 광의 제1부분을 수광하는 단계; 및

θc보다 작은 상기 플래튼-공기 계면과의 각도를 가진 제2축 상에 배치된 제2검출기에 의해 광의 제2부분을 수광하는 단계를 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 상기 개체의 상기 피부 부위를 조명하는 단계는 생성된 광을 편광시키는 단계를 포함하고;

상기 방법은 상기 수광된 광의 제2부분을 편광시키는 단계를 추가로 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 18항에 있어서, 상기 생성된 광의 편광과 상기 수광된 광의 제2부분의 편광은 실질적으로 평행한 생체계측기능 수행방법.
제 18항에 있어서, 상기 생성된 광의 편광과 상기 수광된 광의 제2부분의 편광은 실질적으로 직교하는 생체계측기능 수행방법.
제 18항에 있어서, 상기 생성된 광 및 상기 수광된 광의 제2부분은 제1상대 편광을 가지며;

상기 방법은 상기 피부 부위를 조명하는 단계, 상기 피부 부위로부터 광을 수광하는 단계, 전내부반사 영상을 생성하는 단계 및 상기 생성된 광과 상기 수광된 광의 제2부분이 상기 제1상대 편광과는 다른 제2상대 편광을 가진 상태에서 다중분광 조직 영상을 생성하는 단계를 추가로 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 상기 개체의 상기 피부 부위를 조명하는 단계는 생성된 광을 편광시키는 단계를 포함하고;

상기 피부 부위로부터 광을 수광하는 단계는 상기 수광된 광의 제1부분을 상기 생성된 광의 편광에 대해서 실질적으로 평행한 편광으로 편광시키는 단계를 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 상기 피부 부위를 조명하는 단계와 상기 피부부위로부터 광을 수광하는 단계를 반복해서 행하는 단계;

제2 다중분광 조직 영상을 생성하는 단계;

상기 제2 다중분광 조직 영상으로부터 관류 변화를 식별하는 단계를 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 상기 다중분광 조직 영상으로부터 상기 피부 부위에서 조직의 생존 상태를 판정하는 단계를 추가로 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 12항에 있어서, 미리 수집한 등록 데이터에 의해서 상기 전내부반사 영상과 상기 조직 영상의 일치성을 확인함으로써 개체의 동일성을 검증하는 단계를 추가로 포함하는 생체계측기능 수행방법.
생체계측기능을 수행하기 위한 방법에 있어서,

개체의 피부 부위의 제1영상을 제1세트의 광학 조건하에 포착하는 단계;

상기 개체의 피부 부위의 제2영상을 상기 제1세트와는 다른 제2세트의 광학 조건 하에 포착하는 단계; 및

상기 제1영상과 제2영상을 생체계측기능을 수행하는 데 이용하는 단계를 포함하는 생체계측기능 수행방법.
제 26항에 있어서, 상기 제1 및 제2세트의 광학 조건은 상기 피부 부위에 입사한 광의 상이한 파장을 규정하는 생체계측기능 수행방법.
제 26항에 있어서, 상기 제1 및 제2세트의 광학 조건은 상이한 편광 상태를 규정하는 생체계측기능 수행방법.