KR20110069998A - 모조지문을 판별할 수 있는 지문인식장치 및 그 판단방법 - Google Patents

모조지문을 판별할 수 있는 지문인식장치 및 그 판단방법 Download PDF

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Abstract

모조지문을 판별할 수 있는 지문인식장치 및 그 판단방법이 개시된다. 본 발명의 모조지문 판단은, 모조지문이 프리즘의 지문접촉면에 접촉할 경우 전반사를 위한 임계각이 달라지는 것을 이용한 것으로, 출사광의 광축이 소정 범위 내의 입사각을 가지는 별도의 광원을 이용하여 획득한 지문영상을 비교하여 모조지문인지 여부를 판단한다.
지문인식장치, 광학식, 모조지문, 생체지문

Description

모조지문을 판별할 수 있는 지문인식장치 및 그 판단방법{Fingerprint Recognition Apparatus for Distinguishing Forged Fingerprint and Method therof}
본 발명은, 지문인식을 위한 지문인식장치 및 그 판단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종이나 필름 등과 같은 모조지문과 인간의 생체지문을 판별할 수 있는 지문인식장치 및 그 판단방법에 관한 것이다.
정보기기를 이용한 개인 인증에 불변성과 유일성이 뛰어난 사용자 생체 정보를 이용하는 것은 이미 일반화되었으며, 그 중에서도 지문인식은 간단한 구조와 대비되는 뛰어난 성능때문에 다른 수단에 비해 가장 주목되고 일반화된 인증수단이 되고 있다.
통상의 개인인증은, 출입제어, 전자상거래, 금융거래, 개인용 컴퓨터(PC)의 보안 및 사무적 결재체계 등과 같이 보안이 중요하게 요구되는 분야에 주로 사용되는 바, 인간의 지문이 아닌 인위적으로 제작된 지문(이하 '모조지문'이라 함)을 효 과적으로 구분하는 것이 무엇보다 중요하다.
모조지문을 만드는 방법 중 하나는, 지문 이미지가 인쇄된 종이나 필름(Film)에 물이나 기름과 같은 투명한 액체를 묻히거나 적셔서 지문인식장치에 접촉시키는 방법이다. 통상의 지문인식장치는 이러한 모조지문을 그대로 인식하여 허위인증을 수행하게 된다.
도 1은 종래의 지문인식장치를 통해 획득한 지문영상으로서, 도 1의 (a)는 생체지문이며, (b)는 앞서 설명한 모조지문으로부터 획득한 영상이다. 두 개의 영상이 매우 유사함을 알 수 있다.
나아가, 사용자가 이러한 모조지문을 손가락에 붙여 사용할 경우, 종래에 제안된 온도측정방식, 전위측정방식, 압력측정방식, 혈류측정방식, 땀샘측정방식 등과 같은 모조 지문 판별기술로 모조지문을 구별해내기 힘들다.
본 발명의 목적은, 모조지문과 인간의 생체지문을 판별할 수 있는 지문인식장치 및 그 판단방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 모조지문과 인간의 생체지문을 구별하여 판별하기 위해 별도의 내부 광원을 사용하면서도 지문영상의 획득과정에서의 오류 발생을 방지할 수 있는 지문인식장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따라, 지문영상 취득을 위한 물체가 접촉되는 지문접촉면과 상기 지문의 영상이 출사되는 출사면이 형성된 프리즘과, 사용자 인증을 위한 지문영상 획득을 위한 내부광원을 구비하여 사용자 인증을 수행하는 지문인식장치는, 생체판단용 광원, 적어도 하나의 광학렌즈, 영상센서 및 모조지문판단부를 포함한다.
상기 생체판단용 광원은 광축이 상기 지문접촉면에 대해 소정의 입사각을 가지는 광을 출사한다. 여기서, 상기 소정 입사각은 상기 물체의 굴절률이 1인 경우의 전반사를 위한 제1임계각보다 크고 상기 지문접촉면에 투명한 액체가 접촉된 경우의 전반사를 위한 제2임계각보다 작은 각이다.
상기 광학렌즈는 상기 생체판단용 광원의 광에 의해 상기 프리즘에서 출사되는 지문영상을 결상할 수 있으며, 상기 영상센서는 상기 광학렌즈에 결상된 지문영 상을 획득한다.
상기 모조지문판단부는 상기 영상센서에서 획득한 지문영상의 면적 또는 평균 그레이 레벨을 계산하여, 상기 계산된 지문영상의 면적 또는 평균 그레이 레벨이 기준 값보다 클 때에는 상기 물체를 생체지문으로 판단하고, 작을 때에는 모조지문으로 판단한다.
실시 예에 따라, 상기 모조지문판단부는, 상기 획득한 지문영상이 포함된 전체 영상에서 소정 기준값 이상의 그레이 레벨을 가지는 픽셀의 개수를 구함으로써 상기 지문영상의 면적을 구할 수 있다.
또한, 상기 소정 입사각은 상기 제1임계각과 제2임계각의 중간 각이 바람직하다.
또 다른 실시 예에 의하면, 상기 내부광원에서 출사되는 광은 상기 프리즘의 제1입사면을 통해 입사되고, 상기 생체판단용 광원에서 출사되는 광은 상기 프리즘의 제2입사면을 통해 입사되는 경우, 지문인식장치는 상기 제2입사면 상에 형성된 불투명 막을 더 포함할 수 있다. 상기 불투명막의 일측에는 상기 생체판단용 광원에서 출사되는 광이 통과하는 홀(Hole)이 형성된다.
실시 예에 따라, 상기 생체판단용 광원의 가장자리(b")에서 상기 홀의 대향하는 가장자리(b')를 연결하는 선과 상기 생체판단용 광원의 광축이 형성하는 각이
Figure 112009078374653-PAT00001
이하이고, 상기 생체판단용 광원의 가장자리(c")에서 상기 홀의 대향하는 가장자리(c')를 연결하는 선과 상기 생체판단용 광원의 광축이 형성하는 각이
Figure 112009078374653-PAT00002
이하인 조건을 만족하도록, 상기 홀의 크기가 정해지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시 예에 따라, 프리즘의 지문접촉면에 접촉된 물체의 지문영상을 취득하여 상기 물체가 생체지문인지 모조지문인지를 판단하는 지문인식장치의 모조지문 판단방법은, 광축이 소정의 입사각을 가지는 광을 상기 지문접촉면에 조사하되, 상기 소정 입사각은 상기 물체의 굴절률이 1인 경우의 전반사를 위한 제1임계각보다 크고 상기 지문접촉면에 투명한 액체가 접촉된 경우의 전반사를 위한 제2임계각보다 작은 각인 단계, 상기 조사된 광에 의해 형성된 상기 물체의 지문영상을 획득하는 단계, 상기 획득한 지문영상의 면적 또는 평균 그레이 레벨을 계산하는 단계 및 상기 계산된 지문영상의 면적 또는 평균 그레이 레벨이 기준 값보다 클 때에는 상기 물체를 생체지문으로 판단하고, 작을 때에는 모조지문으로 판단하는 단계를 포함한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 지문인식장치는 위조된 모조지문인지 여부를 간단하고 효과적으로 판단할 수 있다.
본 발명의 모조지문 판단방법은 지문 이미지가 인쇄된 종이나 필름을 투명한 액체에 적셔 만든 모조지문에 특히 탁월하다.
또한, 본 발명의 지문인식장치는 프리즘의 제2입사면의 외측에 마련되는 별도의 생체판단용광원을 사용함에도 불구하고 해당 제2입사면이 완전 노출되지 않도록 한다. 이에 따라, 지문영상 획득과정에서의 난반사를 방지함으로써, 별도 광원의 구비에 따른 지문획득 자체의 오류 발생을 차단한다.
나아가, 본 발명의 지문인식장치는 별도의 정전용량 검출방식의 생체지문인식장치를 더 구비함으로서 접촉된 지문이 생체지문인지 모조지문인지를 판별할 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 지문인식장치를 구비한 광학식 지문인식장치의 블록도이다. 도 2의 지문인식장치(200)는 본 발명의 지문인식장치를 포함하여 구현된 것이다.
도 2를 참조하면, 지문인식장치(200)는 사다리꼴 형상의 프리즘(210), 프리즘(210)을 향해 지문인식용 광원을 조사하는 내부광원(231), 지문의 영상정보 결상을 위한 광학렌즈(233), 영상센서(235), 제어부(250) 및 생체판단용광원(270)을 포함한다.
프리즘(210)은 그 단면의 형상이 3면(삼각형)을 가질 수도 있으며, 프리즘을 대신하여 넓은 개념의 광굴절기를 사용할 수 있으나, 도 2에 도시된 것과 같이 그 단면 형상이 4면(사다리꼴, 이등변삼각형)을 가지는 것이 바람직하다.
도 2의 프리즘(210)은 지문이 접촉되는 지문접촉면(210a)과, 지문접촉면(210a)에서 반사 또는 산란된 광(지문영상)이 출사되는 출사면(210b)과, 내부광원(231)에서 출사된 광이 입사되는 제1입사면(210c)과, 생체판단용광원(270)에서 출사된 광이 입사되는 제2입사면(210d)을 구비한다.
먼저, 도 2의 광학식 지문인식장치(100)의 기본적인 지문인식 과정을 살피면 다음과 같다. 사용자가 지문접촉면(210a)에 손가락을 접촉시키면, 내부광원(231)에서 조사된 광이 프리즘(210)의 제1입사면(210c), 지문접촉면(210a) 및 출사면(210b)을 거치면서 광학렌즈(233)에 결상되어 영상센서(235)로 입력된다. 도 2와 같은 산란식 지문인식장치(200)에서, 내부광원(231)에서 출사된 광은 직각 또는 전반사를 위한 임계각보다 작은 각도로 지문접촉면(210a)에 입사된다. 내부광원(231)에서 출사된 광은 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문의 골과 융선에 따라 통과되거나 산란되어 지문영상을 형성한다. 영상센서(235)는 입사되는 지문영상에 대응하는 전기적 신호인 디지털 지문영상 신호를 출력함으로써 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문의 영상을 획득한다.
다만, 본 발명의 모조지문 판단이 지문인식 메커니즘과 구별되는 다른 별개의 메커니즘으로 구현되기 때문에, 본 발명에 적용되는 지문인식장치(200)는 도 2에 도시된 산란식에 한정되지 아니한다. 따라서, 프리즘(210)도 앞서 설명한 바와 같이 그 단면 형상이 사다리꼴이나 삼각형 등 그 형태의 한정이 없으며, 내부광원(231)의 위치도 지문인식방식 및 프리즘(210)의 형태에 따라 다양한 위치에 마련될 수 있다.
제어부(250)는 지문영상의 획득을 포함하는 지문인식장치(200)에 관한 전반적인 동작을 제어한다.
또한, 제어부(250)는 모조지문판단부(251)를 포함하여 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문이 생체지문인지 모조지문인지를 판단한다.
모조지문판단부(251)는 생체판단용광원(270)을 점등한 후, 프리즘(210) 및 광학렌즈(233)를 거쳐 영상센서(235)로부터 입력되는 디지털 지문영상 신호를 기초로 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문이 모조지문인지를 판단하게 된다. 이때, 내부광원(231)은 소등상태에 있도록 제어된다.
생체판단용광원(270)은 모조지문을 구분하기 위한 광을 제2입사면(210d)을 통해 지문접촉면(210a)으로 조사한다. 생체판단용광원(270)은 그 광원의 광축을 중심으로 소정 시야각(Viewing Angle)(예를 들어, 약 30°)을 가지는 광원을 사용하는 것이 바람직하다.
생체판단용광원(270)에서 지문접촉면(210a)으로 출사된 광은 소정의 전반사, 흡수 또는 굴절된 후 출사면을 거쳐 광학렌즈(233)에 결상되어 영상센서(235)로 입력된다.
이때, 생체판단용광원(270)에서 지문접촉면(210a)으로 조사되는 광축의 입사각이 소정 범위 내에 있을 경우, 영상센서(235)로 입사되는 광량이 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문의 종류(생체지문 또는 모조지문)에 따라 달라진다. 다시 말해, 생체판단용광원(270)을 이용하여 영상센서(235)에서 획득한 영상은 지문접촉면(210a)에 접촉한 지문의 종류에 따라 그 영상의 면적이 달라진다. 생체판단용광 원(270)의 동작 및 모조지문 판별에 대하여는 아래에서 다시 설명한다.
이상에서, 도 2의 지문인식장치(200)는 프리즘(210), 광학렌즈(233) 및 영상센서(235)를 지문영상 획득과 모조지문 판단에 공용으로 사용하도록 구현되어 있다. 그러나, 지문인식 방법의 차이에 따라, 지문인식장치(200)는 생체판단용광원(270)을 이용한 지문영상의 획득을 위해, 별도의 광학렌즈와 영상센서를 구비할 수도 있다.
또한, 다른 실시 예에 따라 내부광원(231)을 포함하지 않고, 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문이 생체지문인지 모조지문인지 여부만을 판단하는 독립적인 모조지문장치로 구현될 수 있다.
이하에서는, 생체판단용광원(270)을 이용한 모조지문 판단방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 모조지문 판단방법의 설명에 제공되는 도면이다.
프리즘(210)의 굴절률을 n1이라 하고, 프리즘(210)의 지문접촉면(210a)에 접촉된 매질의 굴절률을 n2라 할 때, 본 발명의 모조지문 판단방법은 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문의 종류(생체지문 또는 모조지문)에 따라 지문접촉면(210a)에서의 전반사를 위한 임계각이 달라지는 점에 기초한다.
굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 광이 조사될 때, 입사된 광은 그 입사각이 임계각 이하이면 굴절되고, 임계각 이상이면 전반사 된다. 임계각은 경계면을 이루는 두 매질의 굴절률에 의해 결정된다.
도 3의 (a)는 지문접촉면(210a)에 아무런 접촉이 없는 경우로서, 굴절률 n2는 공기의 굴절률인 1이 된다. 또한, 이하에서는 설명의 편리를 위해, 프리즘(210)의 굴절률 n1을 1.6이라 가정한다.
전반사를 위한 임계각을 구하기 위한 스넬(Snell)의 법칙은 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112009078374653-PAT00003
여기서, θ1은 입사각이고, θ2는 굴절각이다. 전반사를 위한 θ2는 90°이다.
n1=1.6, n2=1(공기의 굴절률), θ2=90°을 수학식 1에 적용하면, 지문접촉면(210a)에 아무런 접촉이 없는 경우의 전반사를 위한 임계각(이하 '제1임계각'이라 함)θmin는 다음과 같이 구해진다.
1.6 × sinθmin = 1.0 × sin90°
θmin = sin-1(1/1.6) ≒ 39°
따라서, 생체판단용광원(270)으로부터 지문접촉면으로 조사된 광의 입사각 θi이 제1임계각 θmin보다 작으면 지문접촉면(210a)에서 굴절되어 영상센서(235)로 입사되는 광량이 현저히 준다. 입사각 θi가 제1임계각 θmin보다 크면, 생체판단용광원(270)에서 출사된 광은 지문접촉면(210a)에서 대부분 전반사되어 영상센서(235)에 도달한다.
도 3의 (b)는 지문접촉면(210a)에 모조지문(310)이 접촉된 경우이다. 여기서, 모조지문(310)은 지문 이미지가 인쇄된 종이나 필름(Film)에 물이나 기름과 같은 투명한 액체를 묻히거나 적신 것이다. 이하에서, 투명한 액체를 물(굴절률 1.33)이라 가정하면, 모조지문(310)이 접촉된 경우의 전반사를 위한 임계각(이하 '제2임계각'이라 함)θmax는 다음과 같이 구해진다.
1.6 × sinθmax = 1.33 × sin90°
θmax = sin-1(1.33/1.6) ≒ 56°
따라서, 생체판단용광원(270)으로부터 지문접촉면으로 조사된 광의 입사각 θi가 제2임계각 θmax보다 작으면 지문접촉면(210a)에서 굴절되고, 입사각 θi이 제2임계각 θmax보다 크면 지문접촉면(210a)에서 전반사되어 영상센서(235)에 도달된다.
이때, 모조지문을 구성하는 투명한 액체는 지문접촉면(210a)의 대부분에 접촉되므로, 모조지문에 의한 광학적 특성이 무시되고 액체에 의해 광학적으로 동일해진다. 결국 제2임계각 θmax보다 작은 입사각 θi로 입사된 광은 대부분 굴절되고, 영상센서(235)로 입사되는 광량은 매우 적다.
제2임계각 θmax의 결정과 관련하여, 모조지문에 사용될 수 있는 투명한 액체(물, 알콜 등) 중 그 굴절률이 적은 것을 기준으로 제2임계각 θmax를 정하는 것이 바람직하다. 다른 액체보다 그 굴절률이 작고, 통상 가장 간단하고 많이 사용될 수 있는 물을 기준으로 정하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명된 바를 기초로, 생체판단용광원(270)에서 출사된 광의 입사각 θi를 다음의 수학식 2와 같이 설정할 경우에 대해 설명한다.
Figure 112009078374653-PAT00004
이러한 조건을 기초로, 생체지문의 경우에는, 지문 상의 골에서 전반사가 발생할 수 있는데 반해, 모조지문의 경우 전반사가 발생할 가능성이 현저히 떨어지므로, 영상센서(235)로 입사되는 광량이 생체지문과 모조지문에서 달라진다. 따라서, 수학식 2에 기초하면, 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문이 생체지문인지 모조지문인지 구분할 수 있다.
여기서, 입사각 θi는 생체판단용광원(270)에서 지문접촉면(210a)으로 출사되는 광의 광축이 형성하는 입사각을 말하므로, 생체판단용광원(270)에서 출사된 광의 입사각 θi은 생체판단용광원(270)의 자세를 결정한다. 즉, 생체판단용광 원(270)에서 출사된 광의 광축이 형성하는 입사각이 상기 수학식 2를 만족하도록 마련되어야 한다. 다만, 생체판단용광원(270)의 광축이 지문접촉면(210a)과 만나는 지점의 제한은 없으나, 지문접촉면(210a)의 중심이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 제2입사면(210d)의 외측에 마련된 생체판단용광원(270)은 지문접촉면(210a)을 향해 모조지문 구분을 위한 광을 조사하도록 마련되어 있으며, 생체판단용광원(270)에서 출사된 광의 광축이 지문접촉면(210a)의 중심에서 형성하는 입사각이 수학식 2를 만족하도록 마련되어 있다.
따라서, 물에 적셔진 모조지문(310)을 사용할 경우, 생체판단용광원(270)의 입사각은 39°≤ θi ≤ 56°가 될 수 있으며, 그 중간 각도인 48°로 설정하는 것이 가장 바람직하다.
도 4는 생체판단용광원을 이용하여 획득한 영상을 도시한 도면으로서, 생체판단용광원(270)을 이용하여 영상센서(235)로부터 입력받은 전체영상으로서 지문영상이 포함되어 있다. 이하에서는 도 2 및 도 4를 참조하여, 생체판단용광원(270)에서 출사된 광이 입사각 48°로 지문접촉면(210a)에 입사하는 경우, 영상센서(235)에 의해 얻어지는 영상을 설명한다.
생체지문이 지문접촉면(210a)에 접촉될 경우, 생체지문의 골과 융선에 따라 생체판단용광원(270)에서 출사된 광의 경로가 달라진다. 생체지문의 골이 접촉된 부분은 아무런 접촉이 없는 경우(제1임계각 θmin)에 해당하므로, 생체판단용광원(270)에서 출사된 광의 입사각은 제1임계각 θmin보다 큰 값이 되어 전반사가 발 생한다. 생체지문의 융선이 접촉된 부분으로 조사된 광은 흡수 또는 산란이 발생한다.
다만, 통상의 광원이 광축을 중심으로 약 30°정도의 시야각을 가지고 출사되므로, 생체지문의 골이 접촉된 면에서 모두 전반사가 이루어지는 것은 아니다. 따라서, 영상센서(235)에서 획득한 영상은 제대로 인식 가능한 지문영상이 아닐 수 있으며, 도 4의 (a)는 그 일 예이다.
지문접촉면(210a)에 모조지문이 접촉되어 있는 경우, 지문접촉면에 적용되는 임계각은 제2임계각 θmax가 된다. 생체판단용광원(270)에서 출사된 광의 입사각은 제2임계각 θmax보다 작은 값이 되므로, 지문접촉면(210a) 전반에 걸쳐 굴절이 발생한다. 따라서, 영상센서(235)로 입사되는 광량이 매우 작아지게 되며, 영상센서(235)에서 획득한 영상은 도 4의 (b)와 같다.
도 4의 (a)와 (b)를 비교하면, 지문영상이 획득된 부분(검은 부분)의 면적이 크게 달라짐을 알 수 있다. (a)와 (b)의 이미지는 영상센서(235)로부터 입력받은 전체영상을 반전시킨 것이다. 실제로 광학렌즈(233) 및 영상센서(235)에 입사되는 지문영상은 실제 광이 입사되는 부분에 해당하므로 다른 부분에 비해 밝게 나타난다.
지문인식장치(200)는 이러한 지문영상을 기초로 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문이 모조지문인지 생체지문인지를 판단한다.
한편, 도 2와 같이, 내부광원(231)과 생체판단용광원(270)이 서로 다른 면을 통해 광을 프리즘(210)으로 입사시키는 경우에는, 다음과 같은 부가적인 고려가 필요할 수 있다.
첫 번째는, 내부광원(231)에서 출사되어 제1입사면(210c)을 통해 입사되는 지문획득용 광이 투명한 제2입사면(210d)에 의해 난반사를 일으켜 지문형상의 획득이 원할하지 않을 수 있다는 점이다.
이러한 점을 해결하기 위해, 본 발명의 지문인식장치는 도 5와 같이 프리즘(210)의 제2입사면(210d)상에 형성된 불투명막(211)을 더 포함할 수 있다. 다만, 불투명막(211)에는 제2입사면(210d)에서 출사된 광이 통과하기 위한 홀(Hole)(213)이 형성되어야 한다.
두 번째 고려사항은, 생체판단용광원(270)에서 출사되는 광은 약 30°정도의 시야각을 가지고 출사되기 때문에, 생체판단용광원(270)에서 지문접촉면(210a)에 입사되는 광 중 일부는 θmax보다 크거나 θmin보다 작은 입사각을 가지게 되어 생체지문 판단에 기여하지 못한다는 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프리즘을 도시한 도면으로서, (a)는 그 단면도이고, (b)는 생체판단용광원(270)에서 본 프리즘의 도면이다. 도 5를 참조하면, 프리즘(210)의 제2입사면(210d)의 외측에 생체판단용광원(270)이 마련되어 있으며, 그 광축이 프리즘(210)의 지문접촉면(210a)의 중심 a을 향하고 있다.
도면 상에서, 생체판단용광원(270)의 광의 입사각은 지문접촉면(210a)의 중심 a에서 b쪽으로 이동할수록 점점 커지게 되고, a에서 c 쪽으로 이동할수록 줄어듬을 알 수 있다. b 지점에서의 입사각은 θmax가 되고 b 지점을 넘어서면 θmax보다 큰 입사각을 가지게 된다. θmax보다 큰 입사각을 가지는 광은 수학식 2를 만족시키지 못하므로 의미가 없는 광이 된다. 반대로, c 지점에서의 입사각은 θmin가 되고 c 지점을 넘어서면 θmin보다 작은 입사각을 가지게 된다. θmin보다 큰 입사각을 가지는 광은 수학식 2를 만족시키지 못하므로 역시 의미가 없는 광이 된다.
한편, 아래에서 설명하게 될 생체지문판단과정은 생체판단용광원(270)을 통해 획득 가능한 이미지 영역의 크기(예컨대, 도 4의 A) 등을 기준으로 이루어진다. 따라서 사용자가 임의로 정하는 b에서 c에 이르는 길이는 그러한 생체지문 판단용 이미지의 크기에 관련된다. 그리고, b와 c사이의 길이, a와 b 사이의 길이 또는 a와 c 사이의 길이는 생체판단용광원(270)의 위치에 영향을 준다.
두 번째 고려사항을 해소하기 위해, 생체판단용광원(270)에서 출사되는 광의 입사각이 수학식 2를 만족하도록 불투명막(211)에 형성되는 홀(213)을 크기를 조정할 필요가 있다.
따라서 a - b 사이와 a - c 사이의 거리가 사용자에 의해 정해지고, b 지점에서의 입사각은 θmax로, c 지점에서의 입사각은 θmin로 정해져야 하는 기준이 도출된다.
그렇다면, 홀(213)의 길이는 b 지점에서 입사각 θmax로 연장되어 제2입사면(210d)과 만나는 지점(b')과, c에서 입사각 θmin로 연장되어 제2입사면(210d)과 만나는 지점(c') 사이의 거리가 될 수 있다. 홀(213)의 형상은 원형이던 사각형이던 관계없다.
여기서, a - b 사이와 a - c 사이의 거리는 임의 지정사항이므로, 이상의 관계를 생체판단용광원(270)을 중심으로 정리하면 다음과 같다.
생체판단용광원(270)의 가장자리에서 대응하는 홀(213)의 가장자리를 연결하는 선과 생체판단용광원(270)의 광축이 형성하는 각은 다음의 수학식 3 및 수학식 4와 같다.
Figure 112009078374653-PAT00005
Figure 112009078374653-PAT00006
여기서, 수학식 3은 생체판단용광원(270)의 가장자리 b"에서 홀(213)의 b'를 연결하는 선과 생체판단용광원(270)의 광축이 형성하는 각이고, 수학식 4는 생체판단용광원(270)의 가장자리 c"에서 홀(213)의 c'를 연결하는 선과 생체판단용광원(270)의 광축이 형성하는 각에 해당한다. θi는 지문접촉면(210a)의 중심 a에서 수학식 2를 만족하는 특정 입사각을 말한다.
결국, 프리즘(210)의 외측에 마련된 생체판단용광원(270)의 위치가 그 광축이 수학식 2를 만족하는 특정 입사각을 가지도록 고정된 경우라면, 홀(213)의 크기는 생체판단용광원(270)의 가장자리 b"에서 홀(213)의 b'를 연결하는 선과 생체판단용광원(270)의 광축이 형성하는 각이
Figure 112009078374653-PAT00007
이하이고, 생체판단용광원(270)의 가장자리 c"에서 홀(213)의 c'를 연결하는 선과 생체판단용광원(270)의 광축이 형성하는 각이
Figure 112009078374653-PAT00008
이하인 조건을 만족하도록 정해지는 것이 바람직하다.
이하에서는, 모조지문판단부(251)의 동작을 중심으로, 도 4와 같은 영상을 이용하여 모조지문인지 여부를 판단하기 위한 방법을 설명한다.
모조지문판단부(251)가 영상센서(235)로부터 입력되는 영상을 기초로, 지문접촉면(210a)에 접촉된 지문이 모조지문인지를 판단하는 방법은 획득한 지문영상의 크기(또는 지문영상의 크기에 대응하여 파생되는 정보)에 기초한다.
일 예로, 생체지문과 모조지문에 대해 영상센서(235)가 획득한 지문영상의 면적이 서로 다르므로, 획득한 지문영상의 면적이 소정의 기준면적보다 작은 경우 모조지문으로 판단하는 방법이 있다.
도 6은 본 발명의 모조지문 판단방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
모조지문판단부(251)는 지문접촉면(210a)에 지문이 접촉되면 소정의 제어신 호를 출력하여 생체판단용광원(270)이 점등되도록 한 다음(S601), 영상센서(235)를 통해 지문영상을 포함하는 전체 영상을 입력받는다(S603).
모조지문판단부(251)는 전체 영상 중에서 지문영상의 면적을 계산한다. 이러한 면적의 계산은 해당 픽셀(Pixel)의 그레이 레벨이 임계 레벨(앞의 기준레벨과 다를 수 있으며, 영상이 있는지 여부를 판단하기 위한 레벨)보다 큰 픽셀의 개수를 구하는 방법 등을 사용할 수 있다(S605).
모조지문판단부(251)는 S605 단계에서 계산된 지문영상의 면적이 기준면적보다 큰 지 여부를 판단한다. 여기서 기준면적은 도 4에 기초하여 생체지문시의 지문영상의 면적과 모조지문시의 지문영상의 면적을 구분할 수 있는 값이 해당되며, 실험적으로 구할 수 있다(S607).
S607 단계의 판단결과, 모조지문판단부(251)는 획득한 지문영상의 면적이 기준면적보다 크면 생체지문으로 판단하고(S609), 기준면적보다 작으면 모조지문으로 판단한다(S611).
실시 예에 따라, 모조지문판단부(251)는 S607 내지 S611 단계의 판단방법을 대신하여, 소정 면적의 범위(생체지문에 대응되는 지문영상의 면적 범위)에 획득된 지문영상이 해당하는지를 판단함으로써 모조지문 여부를 판단할 수도 있다.
또한, 획득한 지문영상의 면적의 차이는 전체 영상 또는 전체 영상 중 일정 부분에 대해 구한 평균 그레이 레벨(Gray level)의 차이에 대응된다. 따라서, 영상센서(235)로부터 입력되는 전체영상(또는 그 일부분)의 그레이 레벨을 구하여 기준 레벨보다 작을 경우 모조지문으로 판단하는 방법이 있다.
전체 영상의 일부분에 대한 평균 그레이 레벨을 구하는 경우는 실험적으로 구해진 모조지문에 의한 지문영상의 통상 면적보다 큰 면적(예를 들어, 도 4의 A)을 적용하는 것이 바람직하다.
다만, 영상센서(235)로부터 입력되는 전체영상의 반전처리 여부에 따라, 기준레벨보다 큰 평균 그레이 레벨을 가지는 지문영상이 모조지문으로 판단될 수 있다.
도 7은 본 발명의 모조지문 판단방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
모조지문판단부(251)는 지문접촉면(210a)에 지문이 접촉되면 소정의 제어신호를 출력하여 생체판단용광원(270)이 점등되도록 한 다음(S701), 영상센서(235)를 통해 지문영상을 포함하는 전체 영상을 입력받는다(S703).
모조지문판단부(251)는 전체 영상 중 일정부분(예를 들어, 도 4의 A)의 평균 그레이 레벨을 계산하고(S705), 계산된 평균 그레이 레벨을 기준값과 비교한다(S707).
모조지문판단부(251)는 S707 단계의 비교결과, 평균 그레이 레벨이 기준값보다 큰 경우 생체지문으로 판단하고(S709), 기준값보다 작은 경우 모조지문으로 판단한다(S711).
이상의 방법으로, 모조지문판단부(251)는 획득된 지문영상이 모조지문에 의한 것인지 판단할 수 있다.
본 발명의 지문인식장치(200)는 지문접촉면(210a)에 접촉한 지문이 생체지문인지 여부를 판단하기 위해, 비접촉 정전용량 방식을 더 적용할 수 있다.
이를 위해, 지문인식장치(200)는 프리즘(210)의 내부 또는 인접한 외부에 설치된 도전체 단자와, 생체인식부를 더 포함할 수 있다.
생체인식부는 도전체 단자와 접지 사이에 정전용량이 형성되도록 하고, 프리즘(210)의 지문접촉면(210a)에 접촉되는 지문에 의한 정전용량의 변화를 감지하여 접촉된 지문이 생체지문인지 여부를 판단할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1은 종래의 지문인식장치를 통해 획득한 지문영상,
도 2는 본 발명의 지문인식장치를 구비한 광학식 지문인식장치의 블록도,
도 3은 모조지문 판단방법의 설명에 제공되는 도면,
도 4는 도 2의 생체판단용광원을 이용하여 획득한 영상을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프리즘을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 모조지문 판단방법의 일 예를 설명하기 위한 도면, 그리고
도 7은 본 발명의 모조지문 판단방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

Claims (12)

  1. 프리즘의 지문접촉면에 접촉된 물체의 지문영상을 취득하여 상기 물체가 생체지문인지 모조지문인지를 판단하는 지문인식장치의 모조지문 판단방법에 있어서,
    광축이 소정의 입사각을 가지는 생체지문 판단용 광을 상기 지문접촉면에 조사하되, 상기 소정 입사각은 상기 물체의 굴절률이 1인 경우의 전반사를 위한 제1임계각보다 크고 상기 지문접촉면에 투명한 액체가 접촉된 경우의 전반사를 위한 제2임계각보다 작은 각인 제1단계;
    상기 지문접촉면에 조사된 생체지문 판단용 광에 의해 형성된 상기 물체의 지문영상을 획득하는 제2단계;
    상기 획득한 지문영상의 면적 또는 평균 그레이 레벨을 계산하는 제3단계; 및
    상기 계산된 지문영상의 면적 또는 평균 그레이 레벨이 기준 값보다 클 때에는 상기 물체를 생체지문으로 판단하고, 작을 때에는 모조지문으로 판단하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모조지문 판단방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 획득한 지문영상이 포함된 전체 영상에서 소정 기준값 이상의 그레이 레벨을 가지는 픽셀의 개수를 구함으로써 상기 지문영상의 면적을 구하는 것을 특징으로 하는 모조지문 판단방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2임계각은 상기 투명한 액체가 물인 경우에 해당하는 것을 특징으로 하는 모조지문 판단방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 입사각은 상기 제1임계각과 제2임계각의 중간 각인 것을 특징으로 하는 모조지문 판단방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생체지문 판단용 광과 별개로 사용자 인증용 지문영상을 획득하기 위한 광이 상기 프리즘의 제1입사면을 통해 입사되고, 상기 생체지문 판단용 광이 상기 프리즘의 제2입사면을 통해 입사되는 경우, 일측에 홀(Hole)이 형성된 불투명막을 상기 제2입사면 상에 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1단계의 상기 생체지문 판단용 광은 상기 불투명막에 형성된 홀을 통 해 입사되는 것을 특징으로 하는 모조지문 판단방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 홀의 크기는,
    상기 생체지문 판단용 광을 출사하는 광원의 가장자리(b")에서 상기 홀의 대향하는 가장자리(b')를 연결하는 선과 상기 광원의 광축이 형성하는 각이,
    Figure 112009078374653-PAT00009
    이하이고,
    상기 생체지문 판단용 광을 출사하는 광원의 가장자리(c")에서 상기 홀의 대향하는 가장자리(c')를 연결하는 선과 상기 광원의 광축이 형성하는 각이,
    Figure 112009078374653-PAT00010
    이하인 조건을 만족하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 모조지문 판단방법.
  7. 지문영상 취득을 위한 물체가 접촉되는 지문접촉면과 상기 지문의 영상이 출사되는 출사면을 형성된 프리즘과, 사용자 인증을 위한 지문영상 획득을 위한 내부광원을 구비하여 사용자 인증을 수행하는 지문인식장치에 있어서,
    광축이 상기 지문접촉면에 대해 소정의 입사각을 가지는 광을 출사하되, 상기 소정 입사각은 상기 물체의 굴절률이 1인 경우의 전반사를 위한 제1임계각보다 크고 상기 지문접촉면에 투명한 액체가 접촉된 경우의 전반사를 위한 제2임계각보다 작은 각인 생체판단용 광원;
    상기 출사면에 인접하게 마련되어 상기 생체판단용 광원의 광에 의해 상기 프리즘에서 출사되는 지문영상을 결상하는 적어도 하나의 광학렌즈;
    상기 광학렌즈에 결상된 지문영상을 획득하는 영상센서; 및
    상기 영상센서에서 획득한 지문영상의 면적 또는 평균 그레이 레벨을 계산하여, 상기 계산된 지문영상의 면적 또는 평균 그레이 레벨이 기준 값보다 클 때에는 상기 물체를 생체지문으로 판단하고, 작을 때에는 모조지문으로 판단하는 모조지문판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 모조지문판단부는,
    상기 획득한 지문영상이 포함된 전체 영상에서 소정 기준값 이상의 그레이 레벨을 가지는 픽셀의 개수를 구함으로써 상기 지문영상의 면적을 구하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2임계각은 상기 투명한 액체가 물인 경우에 해당하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 입사각은 상기 제1임계각과 제2임계각의 중간 각인 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부광원에서 출사되는 광은 상기 프리즘의 제1입사면을 통해 입사되고, 상기 생체판단용 광원에서 출사되는 광은 상기 프리즘의 제2입사면을 통해 입사되는 경우,
    상기 제2입사면 상에 형성되고 일측에 상기 생체판단용 광원에서 출사되는 광이 통과하는 홀(Hole)이 형성된 불투명막을 더 포함하여 상기 사용자 인증을 위한 지문영상 획득시의 난반사를 방지하는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 홀의 크기는,
    상기 생체판단용 광원의 가장자리(b")에서 상기 홀의 대향하는 가장자리(b') 를 연결하는 선과 상기 생체판단용 광원의 광축이 형성하는 각이,
    Figure 112009078374653-PAT00011
    이하이고,
    상기 생체판단용 광원의 가장자리(c")에서 상기 홀의 대향하는 가장자리(c')를 연결하는 선과 상기 생체판단용 광원의 광축이 형성하는 각이,
    Figure 112009078374653-PAT00012
    이하인 조건을 만족하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 지문인식장치.
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