KR20150069086A

KR20150069086A - 손가락 정맥 스캐닝을 이용하는 생체 인증 장치 및 이를 구비한 단말기

Info

Publication number: KR20150069086A
Application number: KR1020130154925A
Authority: KR
Inventors: 공현중; 김희찬; 홍지영; 송정용
Original assignee: (주) 피앤에스프로; 서울대학교병원
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-06-23
Also published as: KR101547659B1

Abstract

본 발명은 생체 인증 장치 및 이를 구비한 단말기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 소형화된 손가락 정맥 스캐닝 장치를 통해 생체 인증을 수행하는 모듈 및 이를 탑재한 단말기에 관한 것이다.
본 발명의 손가락 정맥 스캐닝을 이용하는 생체 인증 장치는 정맥 인식을 위해 손가락이 슬라이드 접촉되도록 마련되는 슬라이드 패드; 상기 슬라이드 패드 상에 선형으로 형성된 메인 슬릿; 상기 슬라이드 패드 상에 상기 메인 슬릿과 이격되어 평행하게 선형으로 형성되는 서브 슬릿; 상기 슬라이드 패드 상의 손가락에 빛을 조사하는 광원; 미리 결정된 프레임 레이트에 따라서 상기 손가락에서 반사되어 상기 메인 슬릿 및 상기 서브 슬릿으로 입사되는 이미지를 촬영하는 이미지 센서; 상기 메인 슬릿과 상기 서브 슬릿을 통해 얻은 이미지 패턴들을 프레임별로 상호 비교하여 슬라이딩 속도를 산출하고, 상기 슬라이딩 속도를 기초로 상기 메인 슬릿으로부터 얻어지는 선형 이미지 패턴들을 2차원 이미지 패턴으로 생성하는 이미지 생성부; 및 상기 이미지 생성부를 통해 획득된 2차원 이미지 패턴과 기 저장된 정맥 이미지 패턴을 비교하여 사용자 인증을 수행하는 생체인증부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 때 노트북과 같은 슬림한 휴대 단말기에도 적용 가능한 정맥 스캐닝 모듈이 제공된다. 이에 따라 노트북, 스마트폰의 슬림한 디자인을 유지하면서도 경쟁력 있는 바이오메트릭스 기능을 구현할 수 있다.

Description

손가락 정맥 스캐닝을 이용하는 생체 인증 장치 및 이를 구비한 단말기{A FINGER VEIN RECOGNITION APPARATUS AND A TERMINAL WITH THE SAME}

본 발명은 생체 인증 장치 및 이를 구비한 단말기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 소형화된 손가락 정맥 스캐닝 장치를 통해 생체 인증을 수행하는 모듈 및 이를 탑재한 단말기에 관한 것이다.

생체 인증 기술은 사람의 신체적, 행동적 특징을 추출하고 분석하여 신원을 확인하는 기술로서, 지문, 망막, 홍채, 정맥, 음성 등 사람의 신체 특성을 측정, 분석하는 기술이다.

주로 주요 시설의 출입문에 주로 설치되어 출입자를 제한하는데 사용되어 왔지만, 최근에는 개인정보보호를 위해 휴대용 노트북과 같은 기기로 확장 적용되고 있다.

도1은 종래의 손가락 정맥 스캐닝을 통한 생체 인증 장치를 나타내는 개략적인 모식도이다.

도1을 참조하면, 손가락 정맥 스캐닝을 이용한 종래의 생체 인증 장치는 손가락에 근적외선을 조사하기 위한 LED 어레이(300), 손가락에 투영된 근적외선을 촬영하는 카메라(310), 및 카메라에서 수집된 이미지를 기저장된 정맥 이미지와 비교하여 인증을 수행하는 인증 제어부(320)를 포함하여 구성된다.

LED 어레이(300)에서 조사된 근적외선은 주변 조직에 비해 혈액의 헤모글로빈에 잘 흡수되고, 따라서 정맥이 어두운 색으로 조영되게 한다. 하부의 카메라(310)는 손가락의 정맥 패턴을 촬영할 수 있는 대면적의 렌즈를 통해 투영된 빛을 받아들인다. 그리고 인증 제어부(320)는 획득된 이미지를 정규화하고 정맥 패턴을 추출한 후 등록 DB에 저장된 패턴과의 매칭을 통해 인증 결과를 도출한다.

이와 같은 스캐닝 모듈은 넓은 면적에서 정맥 패턴을 검출하기 위해 LED 어레이(300)를 사용하고, 또한 하부 카메라(310)의 렌즈 측면에서는 광각에서 이미지를 획득해야 하기 때문에 모듈의 전체 사이즈가 불가피하게 커지게 된다.

이는 노트북, 스마트폰과 같은 휴대 단말기에 정맥 스캐닝 모듈이 적용되기 어렵게 만드는 기술적 장벽이 되고 있으며, 소형 박형화되고 있는 기술적 트렌드에 적합하지 않아 장래에도 기술적 진입 장벽으로 작용할 것으로 보인다.

그러므로 제품 디자인에 부합하도록 노트북과 같은 소형 휴대 단말기에 적용 가능한 소형의 스캐닝 모듈 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 소형 박형의 휴대 단말기에 적용 가능한 트렌디한 정맥 스캐닝 모듈을 구비한 바이오메트릭스 장치 및 이를 포함하는 단말기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 손가락 정맥 스캐닝을 이용하는 생체 인증 장치에 있어서, 정맥 인식을 위해 손가락이 슬라이드 접촉되도록 마련되는 슬라이드 패드; 상기 슬라이드 패드 상에 선형으로 형성된 메인 슬릿; 상기 슬라이드 패드 상에 상기 메인 슬릿과 이격되어 평행하게 선형으로 형성되는 서브 슬릿; 상기 슬라이드 패드 상의 손가락에 빛을 조사하는 광원; 미리 결정된 프레임 레이트에 따라서 상기 손가락에서 반사되어 상기 메인 슬릿 및 상기 서브 슬릿으로 입사되는 이미지를 촬영하는 이미지 센서; 상기 메인 슬릿과 상기 서브 슬릿을 통해 얻은 이미지 패턴들을 프레임별로 상호 비교하여 슬라이딩 속도를 산출하고, 상기 슬라이딩 속도를 기초로 상기 메인 슬릿으로부터 얻어지는 선형 이미지 패턴들을 2차원 이미지 패턴으로 생성하는 이미지 생성부; 및 상기 이미지 생성부를 통해 획득된 2차원 이미지 패턴과 기 저장된 정맥 이미지 패턴을 비교하여 사용자 인증을 수행하는 생체인증부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 인증 장치에 의해 달성될 수 있다.

여기에서, 상기 이미지 생성부는 연속하는 프레임들의 이미지 패턴 상관도를 기초로 손가락의 정지 상태 여부를 결정할 수 있으며, 상기 이미지 생성부는 슬라이딩 속도를 산출시에는 손가락 지문의 패턴과 상기 정맥 이미지 패턴을 참조할 수 있다. 또한, 상기 이미지 생성부는 상기 메인 슬릿에서 나타난 프레임이 상기 서브 슬릿에서 나타나는 시간을 측정함으로써 상기 슬라이딩 속도를 산출할 수 있다.

그리고, 상기 광원은 상기 슬라이드 패드에 형성되는 LED 소자일 수 있으며, 구체적으로, 상기 LED는 상기 메인 슬릿과 상기 서브 슬릿 사이에 상기 손가락 슬라이딩 방향으로 형성된 슬릿 내부에 매립 설치될 수 있다.

본 발명에 의할 때 노트북과 같은 슬림한 휴대 단말기에도 적용 가능한 정맥 스캐닝 모듈이 제공된다. 이에 따라 노트북, 스마트폰의 슬림한 디자인을 유지하면서도 경쟁력있는 바이오메트릭스 기능을 구현할 수 있다.

도1은 종래의 손가락 정맥 스캐닝을 통한 생체 인증 장치를 나타내는 개략적인 모식도;
도2는 본 발명의 실시예에 따른 생체 인증 장치를 구비한 단말기에 설치되는 손가락 정맥 스캐닝 모듈을 나타내는 개략적인 모식도;
도3은 본 발명의 실시예에 따라 손가락 정맥 스캐닝 모듈에서 광원의 설치예를 모식적으로 예시한 그림;
도4 및 도5는 본 발명의 실시예에 따라 손가락 슬라이딩 및 프레임 레이트에 따라 이중 슬릿의 윈도우를 통해 획득되는 이미지 프레임을 설명하기 위한 예시도; 및
도6은 본 발명의 실시예에 따른 손가락의 정지 및 슬라이딩 모션에 따른 이미지 프레임의 패턴 변화를 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 생체 인증 장치를 구비한 단말기에 설치되는 손가락 정맥 스캐닝 모듈을 나타내는 개략적인 모식도이다.

도2를 참조하면, 본 실시예의 손가락 정맥 스캐닝 모듈은 슬라이드 패드(10), 메인 슬릿(20), 서브 슬릿(30), 광원(40), 이미지 센서(50), 이미지 생성부(60), 메모리(70), 및 생체인증부(80)를 포함하여 구성된다.

슬라이드 패드(10)는 사용자의 손가락을 얹고 슬라이드 접촉하도록 마련된다. 휴대 노트북의 패드에 손가락의 일면이 슬라이드될 수 있는 짧고 좁은 면에 형성될 수 있다.

메인 슬릿(20)은 슬라이드 패드(10) 상에 형성되는데, 바람직하게는, 손가락 슬라이드 방향과 직교 방향으로 선형으로 형성된다. 메인 슬릿(20)의 하부에는 하기의 이미지 센서(50)가 설치되어 정맥의 이미지 패턴을 촬영될 수 있도록 하며, 근적외선 필터(미도시)가 메인 슬릿(20)을 덮도록 형성될 수도 있다.

서브 슬릿(30)은 메인 슬릿(20)과 일정 간격을 두고 설치되며, 또한 메인 슬릿(20)과 평행한 선형으로 슬라이드 패드(10) 상에 설치된다. 메인 슬릿(20)이 목표하는 정맥의 이미지 패턴을 획득하기 위한 것이라면, 서브 슬릿(30)은 손가락 이미지의 슬라이딩 속도를 산출하기 위한 참조 프레임을 얻기 위한 윈도우 역할을 수행한다. 서브 슬릿(30)에서 얻어지는 이미지 프레임의 용도에 대한 더욱 구체적인 설명은 후술하도록 한다. 메인 슬릿(20)과 마찬가지로 근적외선 필터(미도시)가 서브 슬릿(30)을 덮도록 형성될 수 있다. 메인 슬릿(20)과 서브 슬릿(30) 간의 간격에 대해 특별한 제한은 없지만, 하기의 프레임 레이트, 손가락의 슬라이딩 제한 속도, 프로세싱 타임, 플랫폼의 디자인적 요소 등을 고려하여 선택적으로 결정할 수 있다.

광원(40)은 메인 슬릿(20)과 서브 슬릿(30)에 손가락 투영광 또는 반사광이 입사될 수 있는 수준의 전력으로 마련되며, 바람직하게는 종래 LED 모듈을 대체하여 저전력 LED 1개 소자로 구현된다. 도3에 도시된 바와 같이, 광원(40)의 위치는 광 도파관(41)을 활용, 손가락의 상부, 측면, 혹은 하부 중 어느 하나에 선택적으로 설치될 수 있지만, 도2에 도시된 바와 같이, 손가락의 슬라이딩 방향을 안내하도록 광원(40)을 손가락 슬라이드 패드(10) 상에 설치하고, 또한 슬라이딩 방향으로 길게 형성된 슬릿(미도시)을 형성한 후 광원(40)을 슬릿 안에 매립 설치하는 것이 더욱 유리할 수 있다.

이미지 센서(50)는 미리 결정된 프레임 레이트에 따라서 손가락에서 반사되어 메인 슬릿(20) 및 서브 슬릿(30)으로 입사되는 이미지를 촬영한다. 따라서 메인 슬릿(20)에서 얻어지는 선형 이미지와 서브 슬릿(30)을 통해 얻어지는 선형 이미지가 동일 프레임에서 촬영되고, 프레임 레이트에 따라서 각 슬릿에 대응하는 다수의 이미지 프레임이 획득된다. 이미지 센서(50)는 선형의 슬릿을 통해 입사되는 광을 촬영하므로 소형의 근적외선 통과 필터를 이용하여 구현될 수 있고, 반도체 공정을 이용하는 CIS 이미지 센서(50)로 소형으로 구현될 수 있음에 주목한다.

도4는 본 발명의 실시예에 따라 손가락 슬라이딩 및 프레임 레이트에 따라 이중 슬릿의 윈도우를 통해 획득되는 이미지 프레임을 설명하기 위한 예시도이다. 도4를 참조하면, 좌측의 첫번째 프레임에서 이중 슬릿은 손가락의 중간 즈음에 위치하고 있고, 시간의 흐름에 따라 손가락 슬라이딩에 의해 점차 손가락이 하방으로 이동하여 메인 슬릿(20)이 손가락의 끝마디 주변에 닿은 것을 알 수 있다. 그리고, 프레임 레이트에 따라 슬리이딩이 진행되는 동안 다수의 이미지 프레임, 여기에 예시된 바로는, 10개의 이미지 프레임을 얻을 수 있다. 즉, 도5에 도시된 바와 같이, 회색의 메인 슬릿(20)과 서브 슬릿(30)과 중첩되는 검은색의 정맥 패턴이 각각의 프레임에서 얻어지는 이미지가 된다.

다시 도2를 참조하면, 이미지 생성부(60)는 메인 슬릿(20)과 서브 슬릿(30)을 통해 얻은 선형의 이미지 패턴들을 프레임별로 상호 비교하여 슬라이딩 속도를 산출하고, 슬라이딩 속도를 기초로 메인 슬릿(20)으로부터 얻어지는 선형 이미지 패턴들을 2차원 이미지 패턴으로 생성한다.

이미지 생성부(60)에서 슬라이딩 속도를 산출하는 과정을 설명하기 위해 손가락이 멈춰있는 경우와 슬라이딩 모션이 일어나는 경우를 나누어 생각해 볼 수 있다.

도6의 그림에서, 첫번째 프레임에서 4번째 프레임까지 이미지 패턴에 큰 변화가 없다는 것을 알 수 있는데, 이 경우는 손가락이 정지 상태에 있는 것이다. 반면, 제4 프레임과 제5 프레임을 비교해 보면 두 프레임 사이의 시간 동안 손가락의 슬라이딩이 일어났다는 것을 알 수 있다.

따라서, 이미지 생성부(60)는 메인 슬릿(20)의 연속하는 이미지 프레임들을 상호비교하여, 수식적으로는 매칭도 혹은 상관도를 산출하여 정지 상태인지 여부를 결정할 수 있다

그리고, 슬라이딩 움직임이 있는 경우 메인 슬릿(20)에서 얻은 이미지가 서브 슬릿(30)에서 다시 얻어지는 프레임간 경과 시간 및 슬릿 사이의 간격을 고려하여 손가락의 슬라이딩 속도를 산출한다. 이는 메인 슬릿(20)에서 얻어지는 두 프레임 이미지 패턴의 실제 이격 거리로 환산되어 2차원 이미지를 생성하는데 활용된다. 예를 들어, 프레임 레이트가 60[frame/s]로서 프레임간 시간차가 1/60 초이고 슬릿간 간격이 5mm 이 경우에, 동일한 패턴 이미지가 3 프레임 후에 메인 슬릿(20)에서 획득된 패턴이 서브 슬릿(30)에서 획득되었다면, 손가락의 슬라이딩 속도는 100[mm/s]가 된다. 따라서 메인 슬릿(20)의 연속한 두 프레임 이미지는 5/3 [mm]의 이격거리를 갖도록 배열되어 2차원 이미지의 일부를 얻게 된다.

선형의 슬릿이 형성하는 윈도우를 통해 얻어지는 정맥 패턴의 정보가 부족한 경우에는 이미지 상에서 얻어지는 지문 정보를 활용하여 이미지 패턴의 정합도를 측정하는 것이 가능하다.

메모리(70)는 인증된 사람의 정맥 패턴 이미지를 등록 저장하고 있다.

생체인증부(80)는 이미지 생성부(60)를 통해 획득된 2차원 이미지 패턴과 메모리(70)에 등록되어 있는 정맥 패턴 이미지를 상호 비교하고 매칭 결과에 따라 인증 여부를 결정한다.

이제, 도2에 개시된 손가락 정맥 스캐닝 모듈의 동작을 설명하도록 한다.

먼저, 사용자는 단말기의 슬라이드 패드(10) 상에 손가락을 올려 놓는다.

LED 광원(40)으로부터 근적외선이 손가락에 조사되고, 손가락에 반사 또는 투영된 빛이 메인 슬릿(20)과 서브 슬릿(30)을 통해 이미지 센서(50)로 전달된다. 그리고 이미지 생성부(60)는 선형 슬릿으로부터 얻어진 이미지들을 조합하여 2차원 이미지를 획득하기 위하여 슬라이딩 속도를 산출한다.

전술한 바와 같이, 초기에는 손가락이 정지된 상태가 감지되고, 슬라이딩 이동시 속도가 산출된다. 슬라이딩 속도는 다시 메인 슬릿(20)을 통해 얻어지는 이미지 프레임들의 조합시 이격 거리로 환산되어 2차원 이미지를 구성하는데 이용된다.

이상 설명한 손가락 정맥 스캐닝 모듈은 LED 단일 광원, 2중 슬릿, 반도체 구형 가능한 내부 이미지 센서(50) 즉, CIS로 구현될 수 있어 박형의 단말기에 용이하게 임베디드될 수 있다. 또한 광원을 슬라이딩 방향을 지시하는 안내 램프로 활용할 수 있으므로 디자인은 물론 사용자 편의성을 도모할 수 있다.

지금까지 설명된 본 발명의 실시예는 당해 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 용이하게 변형할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 상기 실시에는 예시적인 것에 지나지 않으며 본 발명의 기술적 사상은 특허청구범위의 기재로부터 정해지고 그 보호범위는 균등물에 미치는 것으로 이해되어져야 할 것이다.

10 : 슬라이드 패드
20 : 메인 슬릿
30 : 서브 슬릿
40 : 광원
50 : 이미지 센서
300 : LED 어레이
310 : CCD 카메라
320 : 인증 제어부

Claims

손가락 정맥 스캐닝을 이용하는 생체 인증 장치에 있어서,
정맥 인식을 위해 손가락이 슬라이드 접촉되도록 마련되는 슬라이드 패드;
상기 슬라이드 패드 상에 선형으로 형성된 메인 슬릿;
상기 슬라이드 패드 상에 상기 메인 슬릿과 이격되어 평행하게 선형으로 형성되는 서브 슬릿;
상기 슬라이드 패드 상의 손가락에 빛을 조사하는 광원;
미리 결정된 프레임 레이트에 따라서 상기 손가락에서 반사되어 상기 메인 슬릿 및 상기 서브 슬릿으로 입사되는 이미지를 촬영하는 이미지 센서;
상기 메인 슬릿과 상기 서브 슬릿을 통해 얻은 이미지 패턴들을 프레임별로 상호 비교하여 슬라이딩 속도를 산출하고, 상기 슬라이딩 속도를 기초로 상기 메인 슬릿으로부터 얻어지는 선형 이미지 패턴들을 2차원 이미지 패턴으로 생성하는 이미지 생성부; 및
상기 이미지 생성부를 통해 획득된 2차원 이미지 패턴과 기 저장된 정맥 이미지 패턴을 비교하여 사용자 인증을 수행하는 생체인증부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 인증 장치.
제1항에 있어서,
상기 이미지 생성부는 연속하는 프레임들의 이미지 패턴 상관도를 기초로 손가락의 정지 상태 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 생체 인증 장치.
제1항에 있어서,
상기 이미지 생성부는 슬라이딩 속도를 산출시 이용하는 이미지 패턴은 손가락 지문의 패턴과 상기 정맥 이미지 패턴인 것을 특징으로 하는 생체 인증 장치.
제1항에 있어서,
상기 이미지 생성부는 상기 메인 슬릿에서 나타난 프레임이 상기 서브 슬릿에서 나타나는 시간을 측정함으로써 상기 슬라이딩 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 생체 인증 장치.
제1항에 있어서,
상기 광원은 상기 슬라이드 패드에 형성되는 LED 소자인 것을 특징으로 생체 인증 장치.
제5항에 있어서,
상기 LED는 상기 메인 슬릿과 상기 서브 슬릿 사이에 상기 손가락 슬라이딩 방향으로 형성된 슬릿 내부에 매립 설치되는 것을 특징으로 하는 생체 인증 장치.
휴대 단말기에 있어서,
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 생체 인증 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 단말기.