KR20080045094A - Linear image sensing device with image matching function and processing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 지문의 영상을 읽기 위해 선형 지문 센서(linear fingerprint sensor)를 이용하는 종래의 구조를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional structure using a linear fingerprint sensor to read an image of a fingerprint.
도 2a 내지 2d는 다수의 지문 영상들을 하나의 완전한 지문 영상으로 결합시키는 예를 도시한 도면이다.2A to 2D illustrate examples of combining a plurality of fingerprint images into one complete fingerprint image.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 영상 매칭 기능을 갖는 선형 영상 감지 장치의 개략도이다.3 is a schematic diagram of a linear image sensing device having an image matching function according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 영상 감지 장치를 이용하여 수득된 영상들의 개략도이다.4 is a schematic diagram of images obtained using the image sensing device of the present invention.
도 5는 도 4의 제 1 단편 영상 신호와 제 2 단편 영상 신호 사이의 영상 매칭을 나타낸 개략도이다.FIG. 5 is a schematic diagram illustrating image matching between a first fragment video signal and a second fragment video signal of FIG. 4.
도 6은 도 4의 제 2 단편 영상 신호와 제 3 단편 영상 신호 사이의 영상 매칭을 나타낸 개략도이다.FIG. 6 is a schematic diagram illustrating image matching between a second fragment video signal and a third fragment video signal of FIG. 4.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 영상 매칭 기능을 갖는 선형 영상 감지 장치의 블록도이다.7 is a block diagram of a linear image sensing device having an image matching function according to a second embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 영상 매칭 기능을 갖는 선형 영상 감 지 장치의 블록도이다.8 is a block diagram of a linear image sensing device having an image matching function according to a third embodiment of the present invention.
본 발명은 영상 매칭 기능을 갖는 선형 영상 감지 장치 및 그의 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메모리 버퍼와 영상 매칭 로직 (즉, 알고리즘)을 포함하고, 입력된 전체 지문 영상을 연속적으로 처리하고, 일시적으로 저장하고 연속적인 부분 단편 영상들을 출력하고나서 연속적인 부분 단편 영상들을 나란히 스태킹하는 방식으로 완전한 지문으로 결합시킬 수 있는 선형 지문 감지 장치(linear fingerprint sensing device)에 관계한다. 전체 지문 영상은 센서 면적과 동일한 크기를 가지고, 부분 단편 영상은 센서 면적 보다 적은 크기를 가진다. 본 발명은 본 발명자들 중 한 사람에 의한 다음의 특허출원들에도 연관된다: (a) 대만 특허출원 제091106806호, 2002년 4월 3일 출원, 발명의 명칭:"용량형 지문 센서(CAPACITIVE FINGERPRINT SENSOR)", 대만특허공개 제 TW583592로 공개되고, 현재 특허 제200040호로 등록; (b) 대만 특허 출원 제090112023호, 2001년 5월 17일 출원, 발명의 명칭: "용량형 압력 마이크로센서 및 그의 제조방법 및 그의 신호 검출 방법", 현재 발명 특허 제182652호로 등록; (c) 대만 특허 출원 제090113755호, 2001년 7월 6일 출원, 발명의 명칭: "지문 열 영상화를 열전기 센서(THERMOELECTRIC SENSOR FOR FINGERPRINT THERMAL IMAGING"), 대만 특허 공개 제 TW558686호로 공개, 및 현재 발명특허 제189671호로 등록; (d) 대만 특허 출원 제 092113528호, 2003년 5월 20일 출원, 발명의 명칭: 스윕형 지문 센서 모듈 및 그의 감지 방법; 및 대만 특허 출원 제092114621호, 2003년 5월 29일 출원, "스윕형 지문 센서를 구비한 카드 장치", 현재 발명 특허 제 225623호로 등록.The present invention relates to a linear image sensing device having an image matching function and a processing method thereof, and more particularly, includes a memory buffer and image matching logic (ie, an algorithm), and continuously processes an entire inputted fingerprint image, It relates to a linear fingerprint sensing device capable of temporarily storing and outputting successive partial fragment images and then combining them into a complete fingerprint by stacking successive partial fragment images side by side. The full fingerprint image has the same size as the sensor area, and the partial fragment image has a size smaller than the sensor area. The invention also relates to the following patent applications by one of the inventors: (a) Taiwan Patent Application No. 091106806, filed April 3, 2002, titled the invention: "CAPACITIVE FINGERPRINT SENSOR) ", published in Taiwan Patent Publication No. TW583592, currently registered as Patent No. 200040; (b) Taiwan Patent Application No. 090112023, filed May 17, 2001, entitled “Capacitance Pressure Microsensor and Method for Manufacturing and Signal Detection Thereof”, currently registered as Invention Patent No. 182652; (c) Taiwan Patent Application No. 090113755, filed Jul. 6, 2001, titled: "THERMOELECTRIC SENSOR FOR FINGERPRINT THERMAL IMAGING", published in Taiwan Patent Publication No. TW558686, and present invention Registered as patent 189671; (d) Taiwan Patent Application No. 092113528, filed May 20, 2003, titled the invention: a sweep type fingerprint sensor module and a sensing method thereof; And Taiwan Patent Application No. 092114621, filed May 29, 2003, "Card Device with Sweep Fingerprint Sensor", currently registered as Invention Patent No. 225623.
많은 종류의 지문 인증 기술들이 공지되어 있다. 잉크 패드를 이용하고 엄지 또는 손가락에 의해 잉크 패드로부터 기록 카드로 잉크를 직접 이동시키는 것은 이러한 확인의 표준적인 방법이다. 이어서 광학 스캐너가 기록 카드를 스캐닝하여 영상을 얻고, 이러한 영상은 컴퓨터 데이터베이스 내의 지문 영상들 또는 템플릿들과 비교된다. 그러나 상술한 방법의 가장 심각한 단점은 지문 확인이 실시간으로 이루어지지 못해서 네트워크 인증, e-비즈니스, 휴대용 전자 제품들, 개인 ID 카드, 보안 시스템 등과 같은 실시간 인증의 요구를 만족시킬 수 없다는 것이다.Many kinds of fingerprint authentication techniques are known. The use of an ink pad and the direct movement of ink from the ink pad to the recording card by thumb or finger is a standard method of such confirmation. The optical scanner then scans the record card to obtain an image, which is compared with fingerprint images or templates in a computer database. However, the most serious disadvantage of the method described above is that fingerprint verification cannot be performed in real time, so that it cannot satisfy the requirements of real time authentication such as network authentication, e-business, portable electronic products, personal ID card, security system, and the like.
지문을 실시간으로 읽는 방법은 생체인식(biometrics) 시장에서 중요한 이슈가 되어 왔다. 종래에는, 광학 지문 센서가 지문을 실시간으로 읽기 위해 사용되어 왔다. 그러나 광학 지문 센서는 크기가 크고 전력 소모가 많은 등의 몇 가지 단점을 가진다. 따라서 광학 지문 센서의 단점을 극복하는 실리콘 반도체 기술에 의해 제조된 실리콘 지문 센서가 개발되었다. 예를 들어, 제품 모델 번호가 LTT-C500이고 라이투닝 테크 인코퍼레이티드(LIGHTUNING TECH. INC.)에 의해 판매되는 용량형 지문 센서 (capacitive fingerprint sensor)는 상기의 이점을 가진다.Reading fingerprints in real time has been an important issue in the biometrics market. Conventionally, optical fingerprint sensors have been used to read fingerprints in real time. However, optical fingerprint sensors have some disadvantages such as large size and high power consumption. Therefore, a silicon fingerprint sensor manufactured by silicon semiconductor technology has been developed that overcomes the disadvantages of the optical fingerprint sensor. For example, a capacitive fingerprint sensor sold by LIGHTUNING TECH. INC. With a product model number LTT-C500 has the above advantages.
지문의 크기 때문에, 종래의 실리콘 지문 센서의 감지 면적(sensing area)은 큰데, 예를 들어, 9mm×9mm 보다 크다. 더욱이, 실리콘 집적회로의 제조상의 제한 때문 에, 단지 50 내지 70개의 우수한 다이들만이 6인치 와이어 내에 제조될 수 있다. 센서는 여러 가지 응용의 경우에 고가이다. 이러한 고가의 센서 가격은 실리콘 지문 센서의 노트북 컴퓨터, 이동전화, PDA, 컴퓨터 주변기기, 또는 지문 센서가 내장된 개인 ID 카드 등과 같은 다양한 가전 제품에 대한 이용을 제한한다.Because of the size of the fingerprint, the sensing area of a conventional silicon fingerprint sensor is large, for example larger than 9 mm x 9 mm. Moreover, due to manufacturing limitations of silicon integrated circuits, only 50 to 70 good dies can be fabricated in 6 inch wires. Sensors are expensive in many applications. These expensive sensor prices limit the use of a variety of consumer electronic products such as silicon fingerprint sensors, notebook computers, mobile phones, PDAs, computer peripherals, or personal ID cards with embedded fingerprint sensors.
이러한 비용 문제를 극복하기 위해, 우수한 다이의 수를 증가시켜 감지 장치의 가격을 낮추기 위해 종래의 2차원 면-타입 실리콘 지문 센서의 1차원 길이를 선형 센서 구조의 1차원 길이 정도로 줄이는 것이 가능하다. 이 경우에, 센서 표면 상에서의 손가락의 스윕(sweep) 및 전체 손가락은 복수의 전체 단편 영상들로 연속적으로 스캐닝되고, 이어서 이러한 영상들은 완전한 영상으로 재구성된다.In order to overcome this cost problem, it is possible to reduce the one-dimensional length of the conventional two-dimensional face-type silicon fingerprint sensor to the one-dimensional length of the linear sensor structure in order to increase the number of excellent dies and lower the price of the sensing device. In this case, the sweep of the finger on the sensor surface and the entire finger are successively scanned into a plurality of full fragment images, which are then reconstructed into a complete image.
메인구에 등 및 크레이머는 미국특허 제 6,289,114 및 동6,317,508호에서, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은, 선형 지문 센서 및 다수의 중첩된 전체 영상을 완전한 하나의 영상으로 재구성하는 방법을 개시하고 있다. 도 1은 지문의 영상을 독출하기 위해 선형 지문 센서를 이용하는 종래의 구조를 도시한 개략도이다. 센서(110)는 수평 크기가 실질적으로 손가락(120)의 폭과 대등하고 수직 크기가 수평 크기보다 적으며, 손가락이 횡으로 스윕되는 어레이 장치이다. 따라서 손가락(120)과 센서(110)의 상대적인 이동 속도(V)가 생성된다. 즉, 손가락(120)은 센서의 표면 위를 속도 V로 스윕한다. 따라서 센서(110)는 도 2a의 전체 단편 영상들 121a 내지 121s와 같은 전체 단편 영상들을 연속적으로 획득한다. 연속적인 전체 단편 영상들(121a 내지 121s)은 도 2b에 도시된 바와 같은 데이터 크기의 마이크로프로세서(130)에 의해 출력되고나서 랜덤 엑세스 메모리(RAM)에 저장될 수 있다. 이어 서 마이크로프로세서(130)는 연속적인 단편 영상들 (121a 내지 121s)을 추출하여 리드 온리 메모리(ROM)에 저장되어 있는 소프트웨어 로직에 따라서 지문 영상들을 구성한다. 먼저 영상들 121a 및 121b는 영상 121ab로 재구성되고나서, 영상들 121c 및 121ab는 도 2c에 도시된 바와 같이 영상 121abc로 재구성된다. 이러한 과정은 아날로그 방식으로 반복되어 단편 영상들 121a 내지 121s이 도 2d에 도시된 바와 같은 지문에 대응되는 완전한 지문 영상(122)으로 재구성된다.Maingue et al and Kramer, in US Pat. Nos. 6,289,114 and 6,317,508, disclose a method for reconstructing a linear fingerprint sensor and a plurality of superposed whole images into a complete image, as shown in FIGS. 1 and 2. have. 1 is a schematic diagram showing a conventional structure using a linear fingerprint sensor to read an image of a fingerprint. The
이러한 방법은 대면적 센서를 이용하지 않고도 비교적 큰 지문 영상을 수득할 수 있어, 비용 절감 면에서 유리하고 대면적 지문 센서에 의해서 수득가능한 것과 유사한 낮은 거짓 접근률(false access rate) 및 낮은 거짓 거부율(false access rate)과 같은 인식 품질의 향상 면에서 유리하다.This method can obtain a relatively large fingerprint image without the use of a large area sensor, which is advantageous in terms of cost savings and low false access rate and low false rejection rate similar to that obtainable by a large area fingerprint sensor. It is advantageous in terms of improvement of recognition quality such as false access rate.
그러나 상기 센서(110)의 구조 및 방법은 몇 가지 단점을 갖는다. 첫 째, 수백개의 단편 영상들이 매우짧은 기간(1초 미만) 내에 획득되어야만 한다. 예를 들어, 손가락의 스위핑 속도가 10 cm/sec이고 지문 센서의 사양이 8×280 (즉, "Atmel Fingerchip" 사양, 500dpi)이라면, RAM(140)은 600 Kbytes 보다 큰 용량을 가져야만 하고 보다 큰 버퍼 메모리가 후속 재구성 과정을 위해 요구되므로, 시스템의 가격이 상승한다. 상기 '114 특허는 제 1 단편 영상을 제 2 단편 영상과 결합하여 형성된 제 1 결합 영상을 제 3 지문 영상과 결합시켜 제 2 결합 영상(second combined image)을 구성한다. 이어서 제 2 결합 영상은 제 4 지문 영상과 결합되어 제 3 결합 영상을 형성한다. 이 경우에, 결합 영상이 차지하는 메모리는 점점 증가하여 버퍼 메모리가 모든 지문 영상들이 결합될 수 있을 만큼 충분히 커야만 한다.However, the structure and method of the
더욱이, 손가락을 칩 표면 상에서 스윕하고나서 1초(전형적으로 허용가능한 기간은 2초 미만이다) 이내에 지문 인식 과정을 완료하기 위해서, 센서(110)의 칩과 단말 시스템의 마이크로프로세서(130) 사이의 통신 인터페이스는 큰 대역폭을 가지는 DMA 모드를 가지는 병렬 인터페이스 또는 USB2.0의 익스프레스 직렬 인터페이스와 같은 인터페이스이어야만 한다. 따라서 전형적인 I2C 또는 저속 SPI 또는 RS232 인터페이스는 전송을 위해 채용될 수 없고, 설계의 융통성이 제한된다. 마이크로프로세서의 동작 속도가 매우 빨라야 하기 때문에, 마이크로프로세서는 예를 들어 DSP이어야만 한다.Furthermore, in order to complete the fingerprint recognition process within one second (typically an acceptable period of less than two seconds) after sweeping the finger on the chip surface, between the chip of the
에릭슨(Ericson)은 미국특허공개 제 2003/0021495호에서 메모리 버퍼를 포함하는 지문 감지 장치를 개시하였다. 상기 '495 특허의 이점은 단말 시스템의 마이크로프로세서의 영상 전송이 매우 융통성이 있다는 것이다. 그러나 단말 시스템의 RAM의 용량 및 매우 짧은 기간(1초 미만) 내의 광대역 인터페이스를 통한 영상 데이터의 전송의 문제는 여전히 해결하지 못하고 있다. 마이크로프로세서의 동작 속도가 매우 빠르기 때문에, 마이크로프로세서는 예를 들어, DSP이어야만 한다. 또한 상기 '495 특허는 이후의 영상 처리 방법에서의 문제를 어떻게 해결한 것인가에 대해서 전혀 언급하고 있지 않다.Ericson disclosed a fingerprint sensing device including a memory buffer in US Patent Publication No. 2003/0021495. The advantage of the '495 patent is that the image transmission of the microprocessor of the terminal system is very flexible. However, the problem of transmission of image data through a broadband interface in a very short period (less than 1 second) of RAM of the terminal system is still not solved. Since the speed of operation of the microprocessor is very fast, the microprocessor must be a DSP, for example. In addition, the '495 patent does not mention how to solve the problem in the subsequent image processing method.
따라서 본 발명의 하나의 목적은 영상 매칭 기능을 갖는 선형 영상 감지 장치 및 그의 처리 방법을 제공하는 것으로, 여기서 영상 감지 장치는 영상 감지 장치에 의해 출력되는 데이터 크기, 칩과 단말 시스템 사이의 데이터 전송 대역폭, 및 영상 감지 장치의 메모리 용량 및 단말 시스템 CPU 속도를 대폭 줄이기 위해 다수의 비중첩 부분 단편 영상들(non-overlapped partial fragment image)을 출력한다.Accordingly, one object of the present invention is to provide a linear image sensing device having an image matching function and a processing method thereof, wherein the image sensing device has a data size output by the image sensing device, a data transmission bandwidth between a chip and a terminal system. And a plurality of non-overlapped partial fragment images in order to significantly reduce the memory capacity of the image sensing device and the terminal system CPU speed.
본 발명은 단말 시스템에 전기적으로 접속되는 영상 감지 장치를 제공함으로써 상술한 목적을 달성한다. 영상 감지 장치는 센서 어레이, 프로그램가능한 이득 증폭기, 아날로그-디지털 변환기, 영상 매칭 모듈, 입력/출력 인터페이스 및 제어 로직을 포함한다. 센서 어레이는 물체가 센서 어레이 위를 이동 방향을 따라서 움직일 때 물체의 다수의 중첩된 전체 단편 영상들(overlapped whole fragment images)을 감지하여, 복수의 전체 단편 영상 아날로그 신호들(whole fragment image anlog signals)을 출력한다. 프로그램가능한 이득 증폭기는 전체 단편 영상 아날로그 신호를 증폭시켜 다수의 증폭된 신호들을 출력한다. 아날로그-디지털 변환기는 순차적으로 증폭된 신호를 수신하여 증폭된 신호를 복수의 디지털 영상 신호로 변환한다. 영상 매칭 모듈은 디지털 영상 신호를 수신하여 매칭시켜 순차적으로 서로 중첩되지 않은 비중첩 부분 단편 영상들(non-overlapped partial fragment image)을 재생한다. 단말 시스템에 유선(직접) 또는 무선 방식으로 전기적으로 접속되어 있는 입력/출력 인터페이스는 비중첩 부분 단편 영상들을 순차적으로 단말 시스템으로 출력한다. 제어 로직은 센서 어레이, 프로그램가능한 이득 증폭기, 아날로그-디지털 변환기, 영상 매칭 모듈 및 입력/출력 인터페이스의 동작을 제어한다.The present invention achieves the above object by providing an image sensing device electrically connected to the terminal system. The image sensing device includes a sensor array, a programmable gain amplifier, an analog-to-digital converter, an image matching module, an input / output interface, and control logic. The sensor array detects a plurality of overlapped whole fragment images of the object as the object moves over the sensor array along the direction of movement, thereby providing a plurality of whole fragment image anlog signals. Outputs The programmable gain amplifier amplifies the entire fractional video analog signal and outputs a plurality of amplified signals. The analog-digital converter receives the sequentially amplified signal and converts the amplified signal into a plurality of digital video signals. The image matching module receives and matches digital image signals to sequentially reproduce non-overlapped partial fragment images that are not overlapped with each other. An input / output interface electrically connected to the terminal system in a wired (direct) or wireless manner sequentially outputs non-overlapping partial fragment images to the terminal system. Control logic controls the operation of the sensor array, programmable gain amplifiers, analog-to-digital converters, image matching modules, and input / output interfaces.
본 발명은 영상 감지 장치의 처리 방법을 제공함으로써 상술한 목적을 달성하기도 한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다: 센서 어레이를 이용하여 물체가 이동 방향을 따라서 움직일 때 물체의 다수의 중첩된 전체 단편 영상들을 감지하여 복수의 단편 영상 아날로그 신호를 수득하는 단계; 단편 영상 아날로그 신호를 증폭하여 다수의 증폭된 신호들을 출력하는 단계; 순차적으로 증폭된 신호를 다수의 디지털 영상 신호로 변환하는 단계; 및 디지털 영상 신호를 매칭시켜 순차적으로 서로 중첩되지 않은 비중첩 부분 단편 영상들을 재생하는 단계.The present invention also achieves the above object by providing a processing method of the image sensing device. The method includes the following steps: using a sensor array to detect a plurality of overlapping full fragment images of the object as the object moves along the direction of movement to obtain a plurality of fragment image analog signals; Amplifying the fragment image analog signal and outputting a plurality of amplified signals; Converting the sequentially amplified signal into a plurality of digital video signals; And matching the digital image signals to reproduce non-overlapping partial fragment images that are not sequentially overlapped with each other.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 영상 매칭 기능을 갖는 선형 영상 감지 장치의 블록도이다. 도 4는 본 발명의 영상 감지 장치를 이용하여 수득된 영상들의 개략도이다. 도 5는 도 4의 제 1 단편 영상 신호와 제 2 단편 영상 신호 사이의 영상 매칭을 보여주는 개략도이다. 도 6은 도 4의 제 2 단편 영상 신호와 제 3 단편 영상 신호 사이의 영상 매칭을 보여주는 개략도이다.3 is a block diagram of a linear image sensing device having an image matching function according to a first embodiment of the present invention. 4 is a schematic diagram of images obtained using the image sensing device of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating image matching between a first fragment image signal and a second fragment image signal of FIG. 4. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating image matching between a second fragment image signal and a third fragment image signal of FIG. 4.
도 3 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 선형 영상 감지 장치(10)는 컴퓨터, 이동전화기, PDA 등과 같은 단말 시스템(40)에 전기적으로 접속된다. 선형 영상 감지 장치(10)는 센서 어레이(11), 프로그램가능한 이득 증폭기(11A), 아날로그-디지털 컨버터(12), 영상 매칭 모듈(13), 입력/출력 (I/O) 인터페이스(14) 및 제어 로직(15)을 포함한다.3 to 6, the linear
센서 어레이(11)는 기판 위에 배치된다. 이러한 실시예에서, 기판은 반도체 재료 와 같은 반도체로 만들어진다. 다른 실시예에서, 이러한 기판은 유리, 폴리머 또는 다른 공지의 재료와 같은 절연 재료로 만들어질 수 있다. 센서는 용량형 센서, 압력센서, 온도센서, 광학센서, 전장센서, 또는 자기장센서, 상술한 (a) 내지 (c) 특허출원에 개시된 바와 같은 센서 및 기타 다른 타입의 센서들일 수 있다.The
이러한 실시예에서, 센서는 용량형 센서이고, 센서 어레이는 168×8 감지 멤버 화소(sensing member pixel)의 사양을 가진다. 각각의 감지 멤버 화소는 감지 멤버 화소 아래에 있는 기판 상의 감지 전극(sensing electrode) 및 감지 회로(sensing circuit)를 포함한다. 각각의 화소는 50×50 미크론의 크기 및 508 DPI의 해상도를 가진다.In this embodiment, the sensor is a capacitive sensor and the sensor array has a specification of 168 × 8 sensing member pixels. Each sensing member pixel includes a sensing electrode and a sensing circuit on a substrate below the sensing member pixel. Each pixel has a size of 50x50 microns and a resolution of 508 DPI.
선형 영상 감지 장치(10)는 손가락이 센서 어레이(11) 위를 순차적으로 이동 방향을 따라서 움직일 때, 손가락(물체)의 다수의 중첩된 전체 단편 영상들을 감지하여, 다수의 전체 단편 영상 아날로그 신호(AFS)를 획득한다. 프로그램가능한 이득 증폭기(11A)는 전체 단편 영상 아날로그 신호(AFS)를 적절하게 증폭시켜 증폭된 신호(AFSA)를 출력한다. 아날로그-디지털 변환기(12)는 순차적으로 증폭된 신호(AFSA)를 수신하여 다수의 디지털 영상 신호(DFS)로 변환한다. 간략화를 위해, 디지털 영상 신호(DFS)는 도 4에 도시된 바와 같이 순차적으로 제 1 전체 단편 영상 신호(DFS1), 제 2 전체 단편 영상 신호(DFS2) 및 제 3 전체 단편 영상 신호(DFS3)를 포함한다. 영상 매칭 모듈(13)은 디지털 영상 신호(DFS)를 수신하여 매칭시키고, 순차적으로 다수의 비중첩 부분 단편 영상(RFS)을 재생한다. 단편 영상(RFS)은 순차적으로 제 1 부분 단편 영상(RFS1), 제 2 부분 단편 영상(RFS2) 및 제 3 부분 단편 영상(RFS3)을 포함한다. 영상들 (RFS1 내지 RFS3)은 대개 서로 상이한 길이를 가지지만, 손가락 속도가 항상 일정한 특수한 조건에서는 동일한 길이를 가질 수 있다. 입력/출력 인터페이스(14)는 단말 시스템(40)에 전기적으로 접속되어, 순차적으로 비중첩 단편 영상들(RFS)을 단말 시스템(40)으로 출력한다. 다수의 비중첩 단편 영상들(RFS)은 서로 중첩되지 않기 때문에, 이동 방향의 각 단편 영상(RFS)의 화소수는 이동 방향의 센서 어레이(11)의 감지 유니트의 수 보다 적거나 같다. 본 발명에서 전체 지문 영상은 센서 면적의 크기와 동일한 크기를 갖고 부분 단편 영상은 센서 면적의 크기보다 적은 크기를 가진다.The linear
제 3 단편 영상(RFS3)이 마지막 출력 신호인 경우, 비중첩 단편 영상들(RFS)은 서로 중첩되지 않기 때문에, 제 1 단편 영상(RFS1) 또는 제 2 단편 영상(RFS2)의 데이터 크기는 제 3 단편 영상(RFS3)의 데이터 크기보다 적거나 같다.When the third fragment image RFS3 is the last output signal, since the non-overlapping fragment images RFS do not overlap each other, the data size of the first fragment image RFS1 or the second fragment image RFS2 is set to 3rd. It is less than or equal to the data size of the fragment image (RFS3).
제어 로직(15)은 센서 어레이(11), 프로그램가능한 이득 증폭기(11A), 아날로그-디지털 변환기(12), 영상 매칭 모듈(13) 및 입력/출력 인터페이스(14)의 동작을 제어한다. 영상 매칭 모듈(13)은 제 1 단편 영상 신호(DFS1)와 제 2 단편 영상 신호(DFS2)를 수신하여 매칭시키고나서 매칭 결과를 출력한다. 이때, 제 1 단편 영상(RFS1)은 제 1 단편 영상 신호(DFS1)로부터 제 2 단편 영상 신호(DFS2)와 제 1 단편 영상 신호(DFS1) 사이의 중첩 부분을 차감하여 수득된 비중첩 영상이다. 본 발명의 칩 장치의 칩 면적, 비용 및 전력 소모를 줄이기 위해서, 본 발명에서 집적 회로인, 영상 매칭 모듈에 사용되는 동작 로직(즉, 알고리즘)은 매우 단순하고 마이크로프로세서 또는 DSP에서와 같은 부동 소수점 계산(floating point calculation)과 같은 구조를 필요로 하지 않아야 한다. 대신에, 면적이 축소되고, 속도가 향상되고 전력이 절감될 수 있도록 전형적인 디지털 로직 회로가 이러한 과정을 처리할 수 있다. 이러한 실시예에서 사용된 영상 매칭 로직은 인접하는 최소 제곱 방법(least-square method)에 기초하여 두 개의 단편 영상들의 강도 분포(intensity distributions)를 매칭시키는 것이다. 단편 영상을 획득하기 위한 기간을 측정함으로써 이웃하는 두 개의 단편 영상들의 중첩된 영역을 측정하는 것도 가능하다.The
영상 매칭 기능을 수득하기 위해서, 영상 매칭 모듈(13)은 메모리(31), 영상 매칭 유니트(32) 및 메모리 제어 유니트(33)를 포함한다. 메모리(31)는 한 번에 디지털 영상 신호(DFS)들 중 인접하는 두 개의 신호들 (도 5에서 예컨대, 제 1 단편 영상 신호(DFS1) 및 제 2 단편 영상 신호(DFS2) 또는 도 6에서 제 2 단편 영상 신호(DFS2) 및 제 3 단편 영상 신호(DFS3))를 일시적으로 저장할 수 있다. 영상 매칭 유니트(32)는 메모리(31)에 저장되어 있는 인접하는 두 개의 디지털 영상 신호들(DFS)을 매칭시켜 상술한 수학적 로직에 따라서 비중첩 단편 영상들(RFS)을 재생한다. 메모리 제어 유니트(33)는 메모리(31)와 영상 매칭 유니트(32)의 동작을 제어한다.In order to obtain the image matching function, the
본 발명의 영상 감지 장치는 다음의 단계들을 포함하는 처리 방법을 제공할 수 있다.The image sensing device of the present invention may provide a processing method including the following steps.
첫 째, 물체(예컨대, 손가락)가 움직일 때 손가락의 다수의 중첩된 단편 영상들이 감지되어 다수의 단편 영상 아날로그 신호들(AFS)이 수득된다. 이어서 단편 영상 아날로그 신호들(AFS)은 적절하게 증폭되어 증폭된 신호들이(AFSA) 출력된다. 다음으로, 증폭된 신호들(AFSA)은 순차적으로 다수의 디지털 영상 신호들(DFS)로 변환되는데, 이들은 순차적으로 제 1 단편 영상 신호(DFS1), 제 2 단편 영상 신호(DFS2) 및 제 3 단편 영상 신호(DFS3)를 포함한다. 이어서 디지털 영상 신호들(DFS) 중 임의의 인접하는 두 개의 신호들을 매칭하여 다수의 비중첩 단편 영상들(RFS)을 재생하는데, 비중첩 단편 영상들은 제 1 단편 영상(RFS1), 제 2 단편 영상(RFS2) 및 제 3 단편 영상(RFS3)을 포함한다. 이들 연속적인, 비중첩 단편 영상들(RFS) 각각은 메모리 제어 유니트(33)에 의해 처리될 수 있고, 일시적으로 버퍼 (31C)에 저장된다. 이어서, 제어 로직(15)은 비중첩 단편 영상들(RFS)을 제어하여 I/O 인터페이스(14)를 통해서 단말 시스템(40)으로 출력시키고, 이어서 비중첩 단편 영상들은 영상들을 나란히 스태킹하는 방식으로 완전한 지문 영상으로 결합된다.First, multiple overlapping fractional images of a finger are detected when an object (eg, a finger) moves to obtain a plurality of fragment image analog signals (AFS). The fragment image analog signals AFS are then properly amplified and the amplified signals AFSA are output. Next, the amplified signals AFSA are sequentially converted into a plurality of digital image signals DFS, which are sequentially the first fragment image signal DFS1, the second fragment image signal DFS2, and the third fragment. Video signal DFS3. Subsequently, a plurality of non-overlapping fragment images RFS are reproduced by matching two adjacent ones of the digital image signals DFS, wherein the non-overlapping fragment images are the first fragment image RFS1 and the second fragment image. (RFS2) and third fragment image (RFS3). Each of these consecutive, non-overlapping fragment images (RFS) can be processed by the
이하에서 디지털 영상 신호(DFS)의 매칭 방법에 대해서 설명한다. 메모리(31)의 버퍼들(31A 및 31B)은 도 5 및 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 제 1 단편 영상 신호(DFS1) 및 제 2 단편 영상 신호(DFS2)를 수신하여 저장한다. 이어서 영상 매칭 유니트(32)는 제 1 단편 영상 신호(DFS1)를 제 2 단편 영상 신호(DFS2)와 매칭시켜 제 1 중첩 신호(OS1)를 수득한다. 다음으로, 제 1 중첩 신호(OS1)는 제 1 단편 영상 신호(DFS1)로부터 차감되고, 제 1 단편 영상(RFS1)이 수득되어 출력된다. 따라서 제 1 단편 영상(RFS1)은 제 1 단편 영상 신호(DFS1)로부터 제 1 단편 영상 신호(DFS1)와 제 2 단편 영상 신호(DFS2) 사이의 중첩 신호(OS1)를 차감함으로써 수 득된다. 다음으로 제어 로직(15)은 제 1 단편 영상(RFS1)을 메모리 버퍼 (31C)에 출력하고나서 I/O 인터페이스(14)를 통해서 단말 시스템(40)으로 출력한다.Hereinafter, a matching method of the digital image signal DFS will be described. The
이어서, 도 6 및 도 3에 도시된 바와 같이, 메모리 버퍼(31A)에 저장된 제 1 단편 영상 신호(DFS1)는 소거된다. 다음으로 메모리(31)의 빈 버퍼(예컨대, 31A)가 제 3 단편 영상 신호(DFS3)를 수신하여 저장한다. 다음으로, 제 2 중첩 신호(OS2)를 수득하기 위해 제 2 단편 영상 신호(DFS2) 및 제 3 단편 영상 신호(DFS3)가 매칭된다. 이어서 제 2 단편 영상 신호(DFS2)로부터 제 2 중첩 신호(OS2)를 차감함으로써 제 2 단편 영상(RFS2)이 수득된다. 끝으로, 제 3 단편 영상 신호(DFS3)에 포인트가 부가되거나 제 3 단편 영상 신호로부터 포인트가 제거되어 제 3 단편 영상(RFS3)이 생성 및 출력된다. 본 발명은 3 단편 영상 신호 및 3 단편 영상들의 실시예로 제한되는 것이 아님을 유의해야만 한다. 대신에, 본 발명은 두 개 또는 세 개 이상의 단편 영상 신호들 및 단편 영상들을 갖는 응용에도 적합하다. 관련 처리 단계들은 서로 유사하기 때문에 이에 대한 설명은 생략한다.6 and 3, the first fragment image signal DFS1 stored in the
매칭 과정 중에, 제 3 단편 영상 신호(DFS3)는 신호들 DFS1 및 DFS2 및 신호들 DFS2 및 DFS3의 합산에 따라 제 1 단편 영상 신호(DFS1)에 대해 우측으로 쉬프트된다. 따라서 제 2 단편 영상(RFS2)은 좌측 블록(55)은 포함하지만, 우측 블록(56)은 포함하지 않고, 제 3 단편 영상(RFS3)은 좌측 블록(57)은 포함하지만, 우측 블록(58)은 포함하지 않는다.During the matching process, the third fragment image signal DFS3 is shifted to the right with respect to the first fragment image signal DFS1 according to the sum of the signals DFS1 and DFS2 and the signals DFS2 and DFS3. Accordingly, the second fragment image RFS2 includes the
메모리(31)의 용량을 효율적으로 관리하고 감소시키기 위해서, 메모리 기록 속도, 영상 매칭 유니트의 처리 속도, 비중첩 단편 영상들의 출력 속도를 포함하는 일련 의 동작의 속도들이 손가락의 이동속도보다 훨씬 빨라야 하고, 일련의 동작들을 위한 기간은 1 밀리초 보다 짧아야 한다.In order to efficiently manage and reduce the capacity of the
따라서, 메모리(31)는 단지 두 단편 신호들만을 저장해야 하고, 메모리(31)의 최소 용량은 실질적으로 각 디지털 영상 신호(DFS)의 데이터의 크기의 두 배와 동일해야 한다.Thus, the
따라서 본 발명의 칩 장치는 영상 매칭 유니트 및 메모리 제어 방법에 따라서 비중첩 단편 영상들을 연속적으로 출력할 수 있다. 손가락이 칩 장치 위에 위치되어 움직일 때, X 축 및 Y 측 상에서의 움직임 정보는 디지털 패널 상에서의 손가락의 움직임과 유사한 블록들 57 및 58의 길이의 변화 및 길이의 변화율 또는 폭의 변화 또는 폭의 변화율과 같은 연속적인, 비중첩 단편 영상들의 출력 포멧을 측정함으로써 제공될 수 있다.Therefore, the chip device of the present invention can continuously output non-overlapping fragment images according to the image matching unit and the memory control method. When the finger is positioned and moved over the chip device, the motion information on the X-axis and Y-sides changes the length and the change in length or the change in width or the change in width of
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 영상 매칭 기능을 갖는 선형 영상 감지 장치의 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예는 영상 매칭 모듈(13)이 제어 로직(15)에 의해 제어되는 네비게이션 유니트(34)를 포함하는 것을 제외하고는 제 1 실시예와 유사하다. 네비게이션 유니트(34)는 입력/출력 인터페이스(14)를 통해서 네비게이션 신호(NS)를 출력해서 단말 시스템(40) 내의 포인터 시스템의 동작을 제어할 수 있도록 비중첩 단편 영상들(RFS) 및 디지털 영상 신호(DFS)에 따라서 디지털 영상 신호(DFS)들 중 인접하는 두 개의 신호들 사이의 상대적인 움직임을 계산한다.7 is a block diagram of a linear image sensing device having an image matching function according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, this embodiment is similar to the first embodiment except that the
이러한 실시예의 선형 영상 감지 장치는 단지 단편 영상의 출력 없이 네비게이션 신호(NS) 출력 기능을 제공할 수 있다는 것을 유의하여야 한다.It should be noted that the linear image sensing device of this embodiment can provide the navigation signal (NS) output function without outputting only the fragment image.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 영상 매칭 기능을 갖는 선형 영상 감지 장치의 블록도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 3 실시예는 제 3 실시예가 비중첩 단편 영상들을 출력하지 않는다는 것을 제외하고는 제 2 실시예와 유사하다. 따라서 센서 어레이(11)는 손가락이 어레이 위를 임의의 방향으로 움직일 때 손가락의 다수의 중첩된 단편 영상들을 감지하여 다수의 단편 영상 아날로그 신호(AFS)를 수득한다. 프로그램가능한 이득 증폭기(11A) 및 아날로그-디지털 변환기(12)는 제 2 실시예의 그들과 동일한 기능을 가지므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다. 영상 매칭 모듈(13)은 입력/출력 인터페이스(14)를 통해서 네비게이션 신호(NS)를 출력해서 단말 시스템(40) 내의 포인터 시스템의 동작을 제어할 수 있도록 디지털 영상 신호(DFS)를 수신하여 매칭시켜 디지털 영상 신호들(DFS) 중 인접하는 두 개의 신호들 사이의 상대적인 움직임을 계산한다.8 is a block diagram of a linear image sensing device having an image matching function according to a third embodiment of the present invention. As shown in Fig. 8, the third embodiment is similar to the second embodiment except that the third embodiment does not output non-overlapping fragment images. Thus, the
영상 매칭 모듈(13)은 메모리(31), 네비게이션 유니트(34) 및 메모리 제어 유니트(33)를 포함한다. 메모리(31)는 한 번에 디지털 영상 신호들 중 인접하는 두 개를 일시적으로 저장한다. 네비게이션 유니트(34)는 메모리(31)에 저장된 디지털 영상 신호(DFS)들 중 인접하는 두 개의 신호들를 매칭시켜 네비게이션 신호(NS)를 생성한다. 메모리 제어 유니트(33)는 메모리(31) 및 네비게이션 유니트(34)의 동작을 제어한다.The
본 발명의 제 3 실시예에 따른 선형 영상 감지 장치에 대한 처리방법은 다음의 단계들을 포함한다. 먼저, 센서 어레이(11)는 손가락이 어레이의 위를 임의의 방향 으로 움직일 때, 손가락의 다수의 중첩된 단편 영상들을 감지하여 다수의 단편 영상 아날로그 신호(AFS)를 수득한다. 이어서 단편 영상 아날로그 신호들(AFS)이 증폭되어 다수의 증폭된 신호들(AFSA)이 출력된다. 다음으로 증폭된 신호들(AFSA)은 순차적으로 다수의 디지털 영상 신호들(DFS)로 변환된다. 이어서 디지털 영상 신호들(DFS)은 디지털 영상 신호(DFS)들 중 인접하는 두 개의 신호들 사이의 상대적인 움직임이 계산되도록 비교 및 매칭된다. 따라서 네비게이션 신호(NS)는 단말 시스템(40) 내의 포인터 시스템의 동작을 제어하기 위해 출력된다.The processing method for the linear image sensing device according to the third embodiment of the present invention includes the following steps. First, the
본 발명의 실시예에 따르면, 선형 영상 감지 장치는 복잡한 처리 회로를 이용하지 않고도 단순 로직 계산에 의해 매칭 과정을 수행한다. 따라서 전력-절감 및 제품 소형화 효과를 수득할 수 있다. 또한 메모리의 최소 용량이 디지털 영상 신호의 데이터의 크기의 2배와 동일할 수 있기 때문에, 감지 장치의 비용 및 전력 소비를 줄일 수 있다. 또한 각 전송시 데이터 크기가 디지털 영상 신호의 데이터의 크기보다 크지 않기 때문에, 중첩이 일어나지 않고 본 발명의 감지 장치와 단말 시스템 사이의 대역폭이 낮아질 수 있고 단말 시스템 내의 메모리 공간도 대폭 줄일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the linear image sensing device performs a matching process by simple logic calculation without using a complicated processing circuit. Thus, power-saving and product miniaturization effects can be obtained. In addition, since the minimum capacity of the memory can be equal to twice the size of the data of the digital video signal, the cost and power consumption of the sensing device can be reduced. In addition, since the data size at each transmission is not larger than the data size of the digital video signal, overlapping does not occur, and the bandwidth between the sensing device and the terminal system of the present invention can be lowered and the memory space in the terminal system can be greatly reduced.
이상에서 본 발명을 실시예 및 바람직한 구현예의 면에서 설명하였으나, 본 발명이 이들 실시예로 제한되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 이와 반대로, 본 발명은 다양한 변형을 포괄하도록 의도된다. 따라서 첨부된 청구범위의 범위는 이러한 모 든 변형예들을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.While the invention has been described above in terms of embodiments and preferred embodiments, it should be understood that the invention is not limited to these examples. On the contrary, the invention is intended to cover various modifications. Therefore, the scope of the appended claims should be construed broadly to encompass all such modifications.
Claims (7)
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