KR20110086400A - 위조지문 검출이 가능한 광학식 지문입력 장치 - Google Patents

Abstract

위조지문 검출이 가능한 광학식 지문입력 장치를 개시한다. 광학식 지문입력 장치는 프리즘과, 광원과, 렌즈, 및 촬상부를 포함한다. 프리즘은 지문이 접촉되는 지문입력 창에 반사면이 형성된다. 광원은 프리즘을 통해 반사면으로 빛을 조사한다. 렌즈는 반사면에 의해 반사된 빛을 프리즘을 통해 받아서 광학적 상을 맺는다. 촬상부는 렌즈에 의해 맺힌 광학적 상을 전기적 신호로 변환하고 영상 처리하여 획득한다. 그리고, 반사면은 생체지문이 눌러질 때와 위조지문이 눌러질 때 각각의 변형 정도에 차이를 발생시키는 오목부와, 오목부의 주변에 편평하게 형성된 평면부를 포함한다.

Description

위조지문 검출이 가능한 광학식 지문입력 장치{Optical fingerprint input apparatus capable of detecting fake fingerprint}

본 발명은 지문입력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광학식 지문인식을 통한 사용자 인증을 가능하게 하는 광학식 지문입력 장치에 관한 것이다.

지문인식을 통한 사용자 인증은 사용이 편리할 뿐만 아니라, 보안성 및 경제성이 뛰어나 현재 많이 상용화되어 있다. 그러나, 타인의 지문을 실리콘, 고무 등을 가지고 복사하여 사용하더라도, 복사된 위조지문도 사용자 인증에 성공하는 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 접촉된 지문이 실제 사람의 생체지문인지 아니면 복사에 의한 위조지문인지를 구별할 필요가 있다.

위조지문과 생체지문을 구별하기 위한 방법으로는, 지문 영상의 특성을 분석하는 방법, 생체의 정전용량을 이용한 방법, 적외선 및 가시광선 투과도를 비교하여 손가락의 산소포화도를 측정하는 방법 등이 제시되고 있다.

하지만, 지문 영상의 특성을 분석하는 방법은 추가적인 장치 없이 구현할 수 있는 장점이 있으나, 정교하게 제작한 위조지문에 대해서는 생체지문과 구별하기 힘든 단점이 있다. 생체의 정전용량을 이용한 방법은 피부의 정전용량과 실리콘, 고무 등의 정전용량을 비교해서 그 차이를 판단 기준으로 삼게 되나, 위조지문을 얇게 제작할수록 정전용량의 차이가 줄어들게 되므로 구별이 어려워지는 단점이 있다. 그리고, 손가락의 산소포화도를 측정하는 방법은 분석하는데 시간이 오래 걸리며, 얇고 투명한 재질의 위조지문은 구별해내지 못하는 단점이 있다.

본 발명의 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 생체지문과 위조지문을 별다른 추가 장치 없이 정확하게 구별해낼 수 있는 광학식 지문입력 장치를 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학식 지문입력 장치는, 지문이 접촉되는 지문입력 창에 반사면이 형성된 프리즘과, 상기 프리즘을 통해 상기 반사면으로 빛을 조사하는 광원과, 상기 반사면에 의해 반사된 빛을 상기 프리즘을 통해 받아서 광학적 상을 맺는 렌즈, 및 상기 렌즈에 의해 맺힌 광학적 상을 전기적 신호로 변환하고 영상 처리하여 획득하는 촬상부를 포함하며, 상기 반사면은 생체지문이 눌러질 때와 위조지문이 눌러질 때 각각의 변형 정도에 차이를 발생시키는 오목부와, 상기 오목부의 주변에 편평하게 형성된 평면부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 손가락 피부에 형성된 생체지문과, 실리콘 및 고무 등으로 제작된 위조지문 간의 유연성 및 탄성 차이를 이용해서, 각기 다른 지문 정보를 갖는 생체지문 영상과 위조지문 영상을 획득하고, 이로부터 위조지문을 검출해낼 수 있다. 따라서, 별다른 추가 장치 없이 지문 영상의 특성을 분석하는 것만으로도 생체지문과 위조지문을 정확하게 구별해낼 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 지문입력 장치에 대한 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 프리즘에 대한 사시도.
도 3은 도 2에 대한 측면도.
도 4는 도 3의 지문입력 창에 생체지문을 누른 경우 촬상한 영상을 나타낸 사진.
도 5 내지 도 8은 도 4의 생체지문 영상과 비교하기 위한 위조지문 영상의 예를 각각 도시한 사진.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학식 지문입력 장치에 대한 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 프리즘에 대한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 광학식 지문입력 장치(100)는 프리즘(110)과, 광원(120)과, 렌즈(130), 및 촬상부(140)를 포함한다.

프리즘(110)은 지문이 접촉되는 지문입력 창(111)을 포함한다. 프리즘(110)은 빛을 굴절시킬 수 있는 2개의 광학적 평면들 사이에 지문입력 창(111)이 위치하는 형상, 예컨대 삼각 기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 지문입력 창(111)에는 반사면(112)이 형성된다.

광원(120)은 프리즘(110)을 통해 반사면(112)으로 빛을 조사한다. 광원(120)은 프리즘(110)의 광학적 평면들 중 한쪽 면을 향해 빛을 조사하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 광원(120)으로부터 조사된 빛은 프리즘(110) 내부를 거쳐 반사면(112)으로 진행할 수 있다. 광원(120)은 다수의 LED 등이 배열된 구성으로 이루어질 수 있다.

렌즈(130)는 반사면(112)에 의해 반사된 빛을 프리즘(110)을 통해 받아서 광학적 상을 맺는다. 렌즈(130)는 프리즘(110)의 광학적 평면들 중 광원(120)이 배치되지 않은 쪽 면에서 반사면(112)에 의해 반사된 빛을 받도록 배치될 수 있다.

촬상부(140)는 렌즈(130)에 의해 맺힌 광학적 상을 전기적 신호로 변환하고 영상 처리한다. 촬상부(140)는 일 예로, 이미지 센서와 영상 처리부를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 광학적 상을 전기신호로 변환하는 것으로, CCD 또는 CMOS 등의 이미지 센서로 이루어질 수 있다. 영상 처리부는 이미지 센서에 의해 변환된 전기신호를 영상 처리하여 획득할 수 있다. 이렇게 획득된 지문 영상은 지문인식 알고리즘에 의해 등록된 지문 영상과 비교되어 등록된 지문인지 여부를 판단하는 정보로 이용될 수 있다.

프리즘(110)의 반사면(112)은 오목하게 형성된 오목부(113)와, 오목부(113) 주변에 편평하게 형성된 평면부(114)를 포함한다. 오목부(113)는 반사면(112)에 생체지문이 눌러질 때와 위조지문이 눌러질 때 각각의 변형 정도에 차이를 발생시키기 위한 것이다. 손가락 피부에 형성된 생체지문은 실리콘, 고무 등에 형성된 위조지문에 비해, 유연성과 탄성이 좋기 때문에, 오목부(113)에 눌러질 때 오목부(113)에 의한 변형 정도가 클 수 있다.

이에 따라, 생체지문은 위조지문에 비해 오목부(113)에 밀착되는 정도가 달라지게 된다. 즉, 생체지문이 오목부(113)에 눌러지면 오목부(113)의 내면에 충분히 밀착될 수 있지만, 위조지문이 오목부(113)에 눌러지면 오목부(113)의 내면에 밀착되지 못하게 된다. 따라서, 생체지문 영상과 위조지문 영상에서 지문 정보의 차이가 발생하게 되며, 이 차이로부터 위조지문이 검출될 수 있다. 결과적으로, 오목부(113)는 위조지문 여부를 판단하는 정보를 생성하는 기능을 하게 된다.

전술한 구성을 갖는 광학식 지문입력 장치(100)의 작용 예를 설명하면 다음과 같다. 지문입력 창(111)에 지문을 대지 않은 상태에서, 광원(120)으로부터 프리즘(110)으로 조사된 빛은 반사면(112)에 의해 전반사되어 촬상부(140)로 입사된다. 지문입력 창(111)에 손가락(10)의 지문을 대면, 지문의 골은 지문입력 창(110)에서 떨어져 있기 때문에, 빛이 반사면(112)에 의해 전반사되어 촬상부(140)로 입사된다. 지문의 융선은 지문입력 창(111)에 접촉되기 때문에, 빛이 전반사되지 않고 일부 흡수되어 일부 반사된 빛만이 촬상부(140)로 입사하게 된다.

이처럼 촬상부(140)로 입사되는 광량이 지문의 골과 융선에 따라 달라지게 되므로, 촬상부(140)에 의해 획득된 영상에 지문 패턴이 나타날 수 있다. 이때, 지문입력 창(111)에 생체지문이 눌러지면, 생체지문은 피부의 유연성과 탄성이 좋기 때문에 오목부(113)의 내면을 따라 나란하게 밀착될 수 있다. 따라서, 생체지문 영상에는 지문 패턴이 충실하게 나타날 수 있다.

만일, 지문입력 창(111)에 위조지문이 눌러지면, 위조지문은 피부보다 유연성과 탄성이 떨어지는 재질로 이루어지는 것이 일반적이므로, 오목부(113)에 내면에 밀착되지 못할 수 있다. 따라서, 위조지문이 오목부(113)에 밀착되지 않는 영역에서 빛이 전반사되므로, 위조지문 영상에서 지문 패턴이 부족하게 나타날 수 있다. 이와 같이 위조지문 영상은 생체지문 영상과 차이를 보이게 되므로, 위조지문 여부가 검출될 수 있다.

한편, 오목부(113)는 생체지문과 위조지문의 변형 정도를 구분할 수 있는 범주에서 다양한 크기, 모양, 위치로 형성될 수 있다. 일 예로, 오목부(113)는 일정한 폭(w)과 깊이(h)를 갖고 반사면(112)의 가운데를 따라 연장 형성될 수 있다. 그리고, 오목부(113)는 폭 방향을 따라 오목한 곡면으로 형성될 수 있다.

통상적으로, 지문입력시 반사면(112)의 가운데에 지문을 위치시키게 되므로, 오목부(113)가 반사면(112)의 가운데에 위치하게 되면, 오목부(113)에 의해 지문의 양쪽이 변형될 수 있으므로, 지문의 변형 영역이 넓어질 수 있다. 따라서, 위조지문 검출을 위한 정보가 더 확보될 수 있으므로, 검출 정확도가 높아질 수 있다.

오목부(113)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일정한 곡률을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 기 설정된 오목부(113)의 곡률 반지름(R)을 기초로, 촬상부(140)에 의해 획득된 영상을 보정하는 과정이 단순화될 수 있다.

손가락 피부의 유연성과 탄성에 한계가 있으므로, 오목부(113)는 폭(w)에 비해 깊이(h)가 커질수록, 즉 오목부(113)의 곡률 반지름(R)이 작아질수록 오목부(113)에 밀착되는 정도가 떨어지게 된다. 이와 반대로, 오목부(113)는 폭(w)에 비해 깊이(h)가 작아질수록 위조지문과의 구별이 힘들어지게 된다. 또한, 오목부(113)의 폭(w)이 지문의 폭에 비해 넓게 되면, 오목부(113)와 평면부(114)의 경계(115)에서 생체지문과 위조지문과의 구별을 위한 영상 정보를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 오목부(113)는 폭이 2mm ~ 15mm 이고, 깊이가 0.3mm ~ 3mm로 설정됨이 바람직하다.

오목부(113)와 평면부(114)의 경계(115)는 일정한 곡률로 볼록하게 라운딩 처리될 수 있다. 이에 따라, 생체지문은 오목부(113)와 평면부(114)의 경계(115)에서 압력이 고르게 분산되어 과도하게 변형되는 것이 방지될 수 있다. 단, 경계(115)의 곡률 반지름(r)은 얇게 제작된 위조지문이 생체지문과 경계 영역에서 구별될 수 있을 정도로 작게 설정됨이 바람직하다.

전술한 광학식 지문입력 장치(100)에 의해, 위조지문을 검출할 수 있음은 도 4 내지 도 8을 참조해서 설명하면 다음과 같다.

도 4는 도 3의 지문입력 창에 생체지문을 누른 경우, 촬상된 영상을 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 생체지문 영상에서, 지문 패턴은 전체 영역에 걸쳐 충실히 나타남을 볼 수 있다. 따라서, 지문 정보가 훼손되지 않고 획득될 수 있다. 이는 손가락 피부의 유연성 및 탄성으로 인해 생체지문이 오목부(113)와 평면부(114)에 고르게 밀착되며, 오목부(113)와 평면부(114)의 경계(115)에서도 압력이 고르게 분산됨에 따른 것이다.

도 5는 도 3의 지문입력 창에 고무로 제작된 위조지문을 누른 경우, 촬상된 영상을 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 위조지문 영상에서, 지문 패턴은 오목부(113)에 대응되는 영역에서 충분히 얻어지지 않고 누락되어 있음을 볼 수 있다. 이는 고무가 피부에 비해 경도가 높아서 탄성이 떨어지므로, 오목부(113)의 오목한 면을 따라 충분히 변형되지 못하여 밀착도가 떨어짐에 따른 것이다. 따라서, 도 5의 고무 위조지문 영상은 도 4의 생체지문 영상과는 확연한 지문 패턴의 차이가 나므로, 지문인식 알고리즘에 의해 위조지문이 검출될 수 있다.

도 6은 도 3의 지문입력 창에 실리콘으로 제작된 위조지문을 누른 경우, 촬상된 영상을 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 바에 따르면, 실리콘 위조지문에 대한 영상에서도, 고무 위조지문에 대한 영상과 마찬가지로, 오목부(113)에 대응되는 영역에서 지문 정도가 많이 누락됨을 확인해볼 수 있다.

도 7은 도 3의 오목부에 밀착될 정도로 실리콘으로 얇게 제작한 위조지문을 지문입력 창에 누른 경우, 촬상된 영상을 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 영상은 오목부(113)와 평면부(114)의 경계(115) 양쪽에서 세로 방향으로 진한 선이 나타남을 볼 수 있다. 이는 얇은 실리콘 위조지문이 손가락 피부에 비해 경도가 낮고 부드러워 오목부(113)와 평면부(114)의 경계(115)에서 압력이 집중됨에 따라 변형이 두드러져 진한 선으로 나타나기 때문이다. 이와 같이 오목부(113)와 평면부(114)의 경계에서 위조지문의 지문 패턴은 도 5의 생체지문의 지문 패턴과 차이가 나므로, 지문인식 알고리즘에 의해 생체지문과 구별될 수 있다.

도 8은 도 3의 지문입력 창에 고무 찰흙으로 제작된 위조지문을 누른 경우, 촬상된 영상을 나타낸 것이다. 도 8에 도시된 바에 따르면, 고무 찰흙으로 제작된 위조지문에 대한 영상에서도, 얇은 실리콘으로 제작된 위조지문과 마찬가지로, 오목부(113)와 평면부(114)의 경계(115) 양쪽에서 세로 방향으로 진한 선이 나타남을 볼 수 있다. 따라서, 지문인식 알고리즘에 의해 생체지문과 구별될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

110..프리즘 111..지문입력 창
112..반사면 113..오목부
114..평면부 115..경계
120..광원 130..렌즈
140..촬상부

Claims (4)

1. 지문이 접촉되는 지문입력 창에 반사면이 형성된 프리즘과, 상기 프리즘을 통해 상기 반사면으로 빛을 조사하는 광원과, 상기 반사면에 의해 반사된 빛을 상기 프리즘을 통해 받아서 광학적 상을 맺는 렌즈, 및 상기 렌즈에 의해 맺힌 광학적 상을 전기적 신호로 변환하고 영상 처리하여 획득하는 촬상부를 포함하며,
   상기 반사면은 생체지문이 눌러질 때와 위조지문이 눌러질 때 각각의 변형 정도에 차이를 발생시키는 오목부와, 상기 오목부의 주변에 편평하게 형성된 평면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위조지문 검출이 가능한 광학식 지문입력 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오목부는,
   일정한 폭과 깊이를 갖고 상기 반사면의 가운데를 따라 연장 형성되되, 폭 방향을 따라 오목한 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 위조지문 검출이 가능한 광학식 지문입력 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 오목부는 일정한 곡률을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 위조지문 검출이 가능한 광학식 지문입력 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 오목부는,
   폭이 2mm ~ 15mm 이고, 깊이가 0.3mm ~ 3mm 인 것을 특징으로 하는 위조지문 검출이 가능한 광학식 지문입력 장치.

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