KR20170043967A - 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치 및 방법 - Google Patents

라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

생체 정보를 이용하여 사용자를 인증하는 것에 관한 기술로, 일 양상에 따른 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치는 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석하는 라만 스펙트럼 분석부, 및 분석 결과를 기초로 사용자를 인증하는 인증부를 포함할 수 있다.

Description

라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치 및 방법{Method and apparatus for user authentication using Raman spectrum}
생체 정보를 이용하여 사용자를 인증하는 것에 관한 기술이다.
사용자 개인의 프라이버시를 보호하고, 개인 정보를 보호하기 위한 일환으로, 생체 인증 기술이 발달하고 있다. 일 예로, 지문 인식, 홍채 인식 등 각 사람마다 고유한 신체의 특성 정보를 이용하는 생체 인증 기술들이 있다. 이에 나아가, 휴대용 장치(portable device) 및 웨어러블 기기(wearable device)등의 발달로, 사용자 개인 인증 수단이 다변화되고 있으며, 그 중 광학적 특성으로부터 획득할 수 있는 사용자의 개인 정보에는 사용자의 건강 상태에 관한 정보도 포함하고 있을 수 있으므로, 헬스 케어 시스템과 사용자 인증 기술은 향후 주목할 만한 분야이다.
라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석하고, 분석 결과를 기초로 사용자를 인증하는 기술을 제시한다.
일 양상에 따른 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치는 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석하는 라만 스펙트럼 분석부, 및 분석 결과를 기초로 사용자를 인증하는 인증부를 포함할 수 있다.
라만 스펙트럼 분석부는 라만 스펙트럼의 형태, 피크점의 라만 시프트(Raman shift), 피크점의 밀도(intensity) 중 하나 이상의 데이터를 추출하고, 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다.
또한, 사용자의 피부에 단일 광을 조사하는 광원, 및 사용자 피부로부터 반사되는 광을 수광하고, 수광한 광으로부터 라만 스펙트럼을 획득하는 라만 스펙트럼 획득부를 더 포함할 수 있다.
광원은 소정의 시간 동안 사용자의 피부에 단일 광을 조사하고, 라만 스펙트럼 분석부는 시간의 경과에 따라 라만 스펙트럼에서 형광 표백(fluorescence bleach)이 발생하면, 형광 표백 정도(fluorescence bleach range)를 추출하여, 추출한 형광 표백 정도를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다.
라만 스펙트럼 분석부는 추출한 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비 및 첫번째 주성분의 특징 정보 중 하나 이상을 추출하고, 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다.
라만 스펙트럼 분석부는 주성분 분석 기법(Principal component analysis)을 이용하여, 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비를 추출할 수 있다.
첫번째 주성분의 특징 정보는 주성분 구성비 중 가장 많은 비중을 차지하는 주성분에 대한 특징 정보일 수 있다.
라만 스펙트럼 분석부는 첫번째 주성분의 특징 정보를 임의의 시간에 대해 반복 측정하고, 측정 데이터로부터 첫번째 주성분의 특징 정보에 대한 재현성을 더 확인할 수 있다.
또한, 분석 결과를 사용자 특성 정보로 저장하는 저장부를 더 포함하고, 인증부는 분석 결과와 미리 저장된 사용자 특성 정보를 비교하여, 사용자의 동일성을 인증할 수 있다.
또한, 인증부가 사용자의 동일성을 인증하면, 인증된 사용자에 대한 라만 스펙트럼의 분석 결과를 가공하여 사용자의 건강 상태에 관한 정보를 제공하는 정보 제공부를 더 포함할 수 있다.
다른 양상에 따른 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법은 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석하는 단계, 및 분석 결과를 기초로 사용자를 인증하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 사용자의 피부에 단일 광을 조사하는 단계, 사용자의 피부로부터 반사되는 광을 수광하는 단계, 및 수광한 광으로부터 라만 스펙트럼을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
사용자 특성 정보를 분석하는 단계는 라만 스펙트럼의 형태, 피크점의 라만 시프트(Raman shift), 피크점의 밀도(intensity) 중 하나 이상의 데이터를 추출하는 단계, 및 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
단일 광원을 조사하는 단계는 소정의 시간 동안 사용자의 피부에 단일 광을 조사하고, 사용자 특성 정보를 분석하는 단계는 소정의 시간 후 라만 스펙트럼에서 형광 표백(fluorescence bleach)이 발생하면, 형광 표백 정도(fluorescence bleach range)를 추출하여, 추출한 형광 표백 정도를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다.
사용자 특성 정보를 분석하는 단계는 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비 및 첫번째 주성분의 특징 정보 중 하나 이상을 추출하고, 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다.
사용자 특성 정보를 분석하는 단계는 주성분 분석 기법(principal component analysis)을 이용하여, 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비를 추출할 수 있다.
첫번재 주성분의 특징 정보는 주성분 구성비 중 가장 많은 비중을 차지하는 주성분에 대한 특징 정보일 수 있다.
사용자 특성 정보를 분석하는 단계는 첫번째 주성분의 특징 정보를 임의의 시간에 대해 반복 측정하고, 측정 데이터로부터 첫번째 주성분의 특징 정보에 대한 재현성을 더 확인할 수 있다.
분석 결과를 사용자 특성 정보로 저장하는 단계를 더 포함하고, 인증하는 단계는 분석 결과와 미리 저장된 사용자 특성 정보를 비교하여, 사용자의 동일성을 인증할 수 있다.
또한, 인증하는 단계에서 사용자의 동일성을 인증하면, 인증된 사용자에 대한 라만 스펙트럼의 분석 결과를 가공하여 사용자의 건강 상태에 관한 정보를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
사용자의 피부에서 반사되는 광학 특성을 이용하여, 비침습적 방식으로 사용자를 인증하고, 광학 특성의 분석 결과 건강 상태에 관한 정보를 사용자에게 함께 제공할 수 있다.
사용자 인증 장치는 휴대용 장치(portable device), 웨어러블 기기(wearable device), 및 헬스 케어 시스템(healthcare system)에 활용될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 사용자 인증 장치의 블록도이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 사용자 인증 장치의 상세 블록도이다.
도 3은 각 사용자 별 라만 스펙트럼의 일 예 이다.
도 4는 소정의 시간 동안 노광후 발생하는 형광 표백(fluorescence bleach) 정도를 각 사용자 별로 나타내는 일 예이다.
도 5는 각 사용자 별 첫번째 주성분의 특징 정보에 관한 그래프를 나타내는 일 예이다.
도 6은 사용자 A와 사용자 B의 첫번째 주성분의 특징 정보에 관한 그래프를 비교한 일 예이다.
도 7은 도 1의 사용자 인증 장치를 이용한 사용자 인증 방법의 흐름도이다.
도 8은 도 2의 사용자 인증 장치를 이용한 사용자 인증 방법의 흐름도이다.
도 9는 도 2의 사용자 인증 장치를 이용한 다른 실시 예에 따른 사용자 인증 방법의 흐름도이다.
도 10은 도 2의 사용자 인증 장치를 이용한 또 다른 실시 예에 따른 사용자 인증 방법의 흐름도이다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 기재된 기술의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 사용자 인증 장치(100,200) 및 사용자 인증 장치(100,200)를 이용한 사용자 인증 방법의 실시 예들을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다. 일 실시 예에 따르면, 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치(100,200)는 생체 분자의 모니터링이 가능한 헬스 케어 시스템(healthcare system), 스마트 폰, 스마트 워치, 손목형 밴드 등 포터블 기기(portable device) 또는 웨어러블 기기(wearable device) 에 활용될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 사용자 인증 장치(100)의 블럭도이다. 도 1의 실시 예에 따른 사용자 인증 장치(100)는 라만 스펙트럼 분석부(110) 및 인증부(120)를 포함할 수 있다.
라만 스펙트럼 분석부(110)는 라만 스펙트럼(Raman spectrum)으로부터 사용자 고유의 특성을 분석할 수 있다. 이때, 라만 광은 비탄성 산란광(inelastic scattering)으로 좁은 파장 대역에서 특정 파장의 신호만을 선별적으로 여러 개 방출하므로, 여타의 방식에 비하여 생체 신호를 분별하기 쉽다. 일 예로, 라만 스펙트럼에는 풍부한 분자 진동 구조 정보가 포함되어 있고, 이는 각 사용자 별로 고유의 특성 정보로 이용될 수 있다. 예를 들어, 각 사용자 별로 혈당, 콜레스테롤, 콜라겐, 케라틴 등의 신체의 구성 성분 및 피부 단백질 성분에 따라 사용자 별로 상이한 라만 스펙트럼이 나타날 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 라만 스펙트럼 분석부(110)는 라만 스펙트럼의 형태, 피크점의 라만 시프트(Raman shift), 피크점의 밀도(intensity) 중 하나 이상의 데이터를 추출하고, 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다.
도 3을 참고하면, 도 3은 각 사용자 별 라만 스펙트럼의 일 예이다. 도 3의 x축은 파동수(wave number, cm-1)를 단위로 하는 라만 시프트(Raman shift)이고, y축은 CCD count의 intensity(a.u, arbitrary unit)를 나타낸다.
일 예로, 사용자 A의 라만 스펙트럼을 A1부터 A6까지 6회 측정하면, 도 3(a)와 같은 라만 스펙트럼을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 사용자 B의 라만 스펙트럼을 B1부터 B6까지 6회 측정하면, 도 3(b)와 같은 라만 스펙트럼을 얻을 수 있다. 라만 스펙트럼 분석부(110)는 임의의 횟수만큼 라만 스펙트럼을 측정하고, 측정된 라만 스펙트럼의 평균값 또는 대표 라만 스펙트럼을 선택하여, 측정 과정에서 발생할 수 있는 오차를 제거할 수 있다.
도 3의 일 실시 예에 따르면, 라만 스펙트럼 분석부(110)는 사용자 A의 라만 스펙트럼을 분석하여, 700cm-1 부근에서 최대 피크점을 가지고, 이때 피크점의 최대 값으로 36000 a.u를 추출할 수 있다. 또한, 라만 스펙트럼 분석부(110)는 사용자 B의 라만 스펙트럼을 분석하여, 700cm-1 부근에서 최대 피크점을 가지고, 피크점의 최대 값으로 31500 a.u를 추출할 수 있다. 라만 스펙트럼 분석부(110)는 라만 스펙트럼으로부터 추출한 데이터를 사용자 별 고유한 특성 정보로 분석할 수 있다.
또한, 라만 스펙트럼 분석부(110)는 각 라만 스펙트럼으로부터 피크점, 최저점, 피크점의 개수, 최저점의 개수, 피크점의 밀도, 밀도의 변화량, 특정 파동수의 구간내 밀도의 평균값, 피크점으로부터의 편차, 그 외의 특징점들을 추출하고, 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다.
또한, 제시된 실시 예 이외에도 라만 스펙트럼 분석부(110)는 영상 처리 기법을 이용한 그래프의 개형 분석, 통계적 데이터 추출 방법, 라만 스펙트럼의 정량적 또는 정성적 분석 기법을 이용하여 사용자 특성 정보를 분석할 수 있다.
인증부(120)는 라만 스펙트럼 분석부(110)의 분석 결과를 기초로 사용자를 인증할 수 있다. 예를 들어, 라만 스펙트럼 분석부(110)가 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석하면, 인증부(120)는 분석 결과 추출한 데이터가 미리 저장된 사용자 특성 정보와 일치 하는지 판단하여 사용자 인증 장치(100)를 사용하는 사용자의 동일성을 인증할 수 있다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 사용자 인증 장치(200)의 블록도이다. 도 2를 참고하면, 사용자 인증 장치(200)는 광원(210), 라만 스펙트럼 획득부(220), 라만 스펙트럼 분석부(230), 인증부(240), 저장부(250), 및 정보제공부(260)를 포함할 수 있다. 이하, 도 1의 실시 예와 중복되는 구성의 설명은 간략히 한다.
광원(210)은 사용자의 피부에 단일 광을 조사할 수 있다. 이때, 단일 광은 레이져(laser) 등의 단파장 광일 수 있다.
라만 스펙트럼 획득부(220)는 사용자 피부로부터 반사되는 광을 수광하고, 수광한 광으로부터 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다.
일 예로, 사용자 인증 장치(200)는 광원(210)과 라만 스펙트럼 획득부(220)를 포함하는 스펙트로미터, 라만 분광기 등과 같은 하드웨어적 장치에 탑재 또는 내장될 수 있다. 이때, 스펙트로미터 또는 라만 분광기는 내부의 광원(210)과 외부로부터 유입되는 광을 분리하기 위해, 피부 접촉면을 제외하고 외부 광의 유입을 차단하는 차폐막을 가질 수 있다.
제시된 실시 예 이외에도, 라만 스펙트럼을 획득하는 장치, 기기에 대해 특정한 실시 예로 제한되는 것은 아니며, 사용자 인증 장치(200)는 광원(210)과 라만 스펙트럼 획득부(220)를 포함하는 휴대용 기기(portable device), 웨어러블 기기(wearable device), 헬스 케어 시스템(healthcare system) 등에 탑재될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 광원(210)은 소정의 시간 동안 사용자의 피부에 단일 광을 조사하고, 라만 스펙트럼 획득부(220)는 소정의 시간 동안 광에 노출된 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다. 이때, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 시간의 경과에 따라 라만 스펙트럼에서 형광 표백(fluorescence bleach)이 발생하면, 형광 표백 정도(fluorescence bleach range)를 추출하여, 추출한 형광 표백 정도를 사용자의 특성 정보로 분석할 수 있다.
도 4를 참고하면, 도 4는 소정의 시간 동안 노광 후 발생하는 형광 표백(fluorescence bleach) 정도를 각 사용자 별로 나타내는 일 예이다. 광원(210)이 소정의 시간 동안 단일 광을 피부(skin)에 조사하면, 피부의 구성 성분 중 단백질 성분에 의해, 형광(fluorescence)이 발생하고, 시간의 경과에 따라 형광 물질의 표백 현상(fluorescence bleach)이 일어난다. 이때, 형광(fluorescence)은 라만 스펙트럼에서 백그라운드(background)를 구성할 수 있다. 도 4를 참고하면, 사용자의 피부 구성 성분에 따라, 사용자 A와 사용자 B의 라만 스펙트럼에서 발생하는 형광(fluorescence)이 발생하는 지점 및 표백 정도가 다르게 나타나는 것을 볼 수 있다.
예를 들어, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 수 초 내지 수 분 가량 노광후(several seconds to several minutes), 노광 전 라만 스펙트럼과 형태는 동일하나 노광 후 CCD count 또는 밀도(intensity)가 감소한 형광 표백 정도 (fluorescence bleach range)를 사용자 특성 정보로 추출할 수 있다.
일 예로, 도 4(a)를 참고하면, 광원(210)에서 몇 분간(several minutes) 사용자 A의 피부에 단일 광을 조사하면, 라만 스펙트럼 획득부(220)는 도 4(a)와 같은 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다. 라만 스펙트럼 분석부(230)는 형광 표백 정도의 최대치 2,000 a.u 를 추출하여, 형광 표백 정도를 사용자 A의 특성 정보로 분석할 수 있다. 마찬가지로, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 도 4(b)의 사용자 B의 라만 스펙트럼으로부터 사용자의 형광 표백 정도의 최대치 400 a.u를 추출하여, 형광 표백 정도를 사용자 B의 특성 정보로 분석할 수 있다.
도 4를 참고하면, 사용자 A 및 사용자 B 각각에 대한 형광 표백(fluorescence bleach) 정도는 사용자 별로 고유하므로, 이를 각 사용자에 대한 고유한 특성 정보로 이용할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 추출한 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비 및 첫번째 주성분의 특징 정보 중 하나 이상을 추출할 수 있다. 예를 들어, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 주성분 분석 기법(Principal component analysis)을 이용하여, 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비를 추출할 수 있다. 이때, 첫번째 주성분의 특징 정보는 주성분 구성비 중 가장 많은 비중을 차지하는 주성분에 대한 특징 정보일 수 있다. 일 예로, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 시간의 경과에 따른 형광 표백 정도로부터 단백질과 같은 주성분을 추출할 수 있고, 이에 대한 그래프는 도 5와 같이 나타날 수 있다.
도 5는 각 사용자 별 첫번째 주성분의 특징 정보에 관한 그래프를 나타내는 일 예이다. 도 5(a)를 참고하면, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 사용자 A에 대해 1일 차에 세 번, 2일 차에 세 번의 첫번째 주성분의 특징 정보를 추출하였으나, 측정 횟수 및 측정 시간에 관계 없이 사용자 A에 대해 유사한 그래프가 나타남을 확인 할 수 있다. (다만, 동일한 사용자에 대해 측정 횟수, 단일 광에 노출 시간, 측정 시간의 변화에 따라 첫번째 주성분의 특징 정보에 관하여 미세한 변화가 있을 수 있으나, 여기에는 사용자를 식별하기 위한 고유한 특성 정보로서의 기능에 주목한다). 이때, 측정의 횟수 및 측정 시간 간격은 임의의 수에 해당하며, 상기의 실시 예에 제한되어 해석될 것이 아니다.
라만 스펙트럼 분석부(230)는 첫번째 주성분의 특징 정보로 그래프의 개형, 피크점의 라만 시프트, 피크점의 밀도 중 하나 이상의 데이터를 추출할 수 있다. 즉, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 첫번째 주성분의 특징 정보를 임의의 시간에 대해 반복 측정하고, 측정 데이터로부터 첫번째 주성분의 특징 정보에 대한 재현성을 확인할 수 있다.
마찬가지로, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 사용자 B에 대하여, 첫번째 주성분을 1일차에 각 세번(B day1) 측정하고, 2일차에 각 세번(B day2) 측정하여, 도 5(b)와 같은 사용자 B의 첫번째 주성분의 특징 정보를 추출할 수 있다.
라만 스펙트럼 분석부(230)에서 추출한 사용자 A 및 사용자 B에 대한 첫번째 주성분의 특징 정보는 각 사용자별로 측정 횟수, 측정 시간에 관계없이 고유하게 나타나므로, 이를 사용자 특성 정보로 이용할 수 있다.
도 6을 참고하면, 도 6은 사용자 A와 사용자 B의 첫번째 주성분의 특징 정보에 관한 그래프를 비교한 일 예이다. 도 5의 각 사용자 별 첫번째 주성분의 특징 정보에 관한 그래프를 중첩하면, 도 6과 같은 그래프 개형이 나타날 수 있다. 이를, 0 내지 1800 라만 시프트(cm -1) 영역에서 확대하여 보면, 사용자 A와 사용자 B의 첫번째 주성분의 특징 정보에 관한 그래프의 개형 차이가 상이하게 나타난다. 사람 마다 피부를 구성하는 구성 성분비에 차이가 있을 수 있고, 이는 도 6과 같은 그래프로써 확인될 수 있다.
라만 스펙트럼 분석부(230)는 사용자 A 및 사용자 B의 첫번째 주성분의 특징 정보에 대해 각각, 그래프의 개형, 피크점의 라만 시프트, 및 피크점의 밀도(intensity)를 추출하고, 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다. 도 6의 실시 예에서, 인증부(240)는 라만 스펙트럼 분석부(230)의 분석 결과를 기초로, 사용자 A와 사용자 B가 동일인이 아닌 것으로 판단할 수 있다.
저장부(250)는 라만 스펙트럼 분석부(230)의 분석 결과를 특정 사용자의 고유 특성 정보로 저장할 수 있다. 예를 들어, 라만 스펙트럼 분석부(230)가 동일한 사용자에 대해 라만 스펙트럼을 6회 측정하고, 측정한 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석한 경우, 저장부는 라만 스펙트럼의 평균값과 오차 범위, 또는 대표 라만 스펙트럼과 임계 범위를 사용자 특성 정보로 저장할 수 있다. 이때, 저장부(250)는 사용자별 측정된 라만 스펙트럼을 데이터베이스, 룩업 테이블(look up table) 등에 저장할 수 있고, 저장부(250)는 메모리(memory), 스토리지(storage) 등 하드웨어 장치를 이용할 수 있다.
한편, 사용자의 체증 증가, 감소, 식생활, 및 생활 습관의 변화 등으로 신체의 주성분의 구성비가 변화하는 경우, 저장부(250)는 변화 과정을 추적하여 기록할 수 있고, 최신의 라만 스펙트럼 분석 결과를 사용자 특성 정보로 저장할 수 있다.
인증부(240)는 분석 결과를 기초로 사용자를 인증할 수 있다. 이때, 인증부(240)는 라만 스펙트럼 분석부(230)의 분석 결과와 미리 저장된 사용자 특성 정보를 비교하여 사용자의 동일성을 인증할 수 있다.
정보 제공부(260)는 인증부(240)가 사용자의 동일성을 인증하면, 인증된 사용자에 대한 라만 스펙트럼의 분석 결과를 가공하여 사용자의 건강 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다. 여기서, 건강 상태에 관한 정보는 라만 스펙트럼으로부터 분석한 주성분 구성비, 주성분에 대한 특징 정보를 사용자의 건강 상태와 연관시켜 설명하는 정보일 수 있다.
라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치(200)는 비침습적 방법으로, 또한 간편한 조작으로 사용자의 생체 정보에 기반한 사용자 인증을 할 수 있다. 또한, 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치(200)는 사용자의 인증과 건강 상태에 관한 정보를 동시에 제공할 수 있어 사용자 편의에 이바지할 수 있다.
도 7은 도 1의 실시 예에 따른 사용자 인증 방법의 흐름도이다. 일 예로, 도 1의 사용자 인증 장치(100)를 이용하는 사용자 인증 방법은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 라만 스펙트럼 분석부(110)는 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석할 수 있다(710). 일 실시 예에 따르면, 라만 스펙트럼 분석부(110)는 라만 스펙트럼의 형태, 피크점의 라만 시프트(Raman shift), 피크점의 밀도(intensity) 중 하나 이상의 데이터를 추출하고, 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다.
그 다음, 인증부(120)는 라만 스펙트럼 분석부(110)의 분석 결과를 기초로 사용자를 인증할 수 있다(720). 예를 들어, 인증부(240)는 분석 결과 추출한 데이터가 미리 저장된 사용자 특성 정보와 일치 하는지 판단하여 사용자 인증 장치(100)를 사용하는 사용자의 동일성을 인증할 수 있다.
도 8은 도 2의 사용자 인증 장치(200)를 이용한 사용자 인증 방법의 흐름도이다.
먼저, 광원(210)은 사용자의 피부에 단일 광을 조사할 수 있다(810). 이때, 단일 광은 단파장의 레이저(laser)가 될 수 있다.
그 다음, 라만 스펙트럼 획득부(220)는 사용자의 피부로부터 반사되는 광을 수광하고(820), 수광한 광으로부터 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다(830). 이때, 라만 광은 비탄성 산란광(inelastic scattering)으로 좁은 파장 대역에서 특정 파장의 신호만을 선별적으로 여러 개 방출하므로, 여타의 방식에 비하여 생체 신호를 분별하기 쉽다. 일 예로, 라만 스펙트럼에는 풍부한 분자 진동 구조 정보가 포함되어 있고, 이는 각 사용자 별로 고유의 특성 정보로 이용될 수 있다. 예를 들어, 각 사용자 별로 혈당, 콜레스테롤, 콜라겐, 케라틴 등의 신체의 구성 성분 및 피부 단백질 성분에 따라 다른 형태의 라만 스펙트럼이 나타날 수 있다.
그 다음, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 라만 스펙트럼의 형태, 피크점의 라만 시프트(Raman shift), 피크점의 밀도(intensity) 중 하나 이상의 데이터를 추출할 수 있다(840). 일 예로, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 특정 사용자에 대해 라만 스펙트럼을 반복 측정하여, 측정한 평균값 또는 대표 라만 스펙트럼 결정하고, 결정된 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 추출할 수 있다.
또한, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 각 라만 스펙트럼으로부터 피크점, 최저점, 피크점의 개수, 최저점의 개수, 피크점의 밀도, 밀도의 변화량, 특정 파동수의 구간내 밀도의 평균값, 피크점으로부터의 편차, 그 외의 특징점들을 추출하고, 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다.
또한, 제시된 실시 예 이외에도 라만 스펙트럼 분석부(230)는 영상 처리 기법을 이용한 그래프의 개형 분석, 통계적 데이터 추출 방법, 라만 스펙트럼의 정량적 또는 정성적 분석 기법을 이용하여 사용자 특성 정보를 분석할 수 있다.
인증부(240)는 라만 스펙트럼 분석부(230)로부터 사용자 특성 정보가 분석되면, 분셕 결과를 기초로 사용자를 인증할 수 있다. 일 예로, 인증부(240)는 분석 결과와 미리 저장된 사용자 특성 정보를 비교하여 사용자의 동일성을 인증할 수 있다.
도 9는 도 2의 사용자 인증 장치(200)를 이용한 다른 실시 예에 따른 사용자 인증 방법의 흐름도이다. 도 2, 9를 참고하면, 광원(210)은 소정의 시간 동안 사용자의 피부에 단일 광을 조사할 수 있다(910). 그 다음, 라만 스펙트럼 획득부(220)는 사용자의 피부로부터 반사되는 광을 수광하고(920), 수광한 광으로부터 소정의 시간 동안 광에 노출된 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다(930).
이때, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 시간의 경과에 따라 라만 스펙트럼에서 형광 표백(fluorescence bleach)이 발생하면, 형광 표백 정도(fluorescence bleach range)를 추출하여, 추출한 형광 표백 정도를 사용자의 특성 정보로 분석할 수 있다(940). 일 예로, 사용자의 피부 구성 성분에 따라 사용자 A와 사용자 B의 라만 스펙트럼에서 발생하는 형광(fluorescence)이 발생하는 지점 및 표백 정도가 다르게 나타나는 것을 볼 수 있다. 사용자 A 및 사용자 B 각각에 대한 형광 표백(fluorescence bleach) 정도는 사용자 별로 고유하므로, 이를 각 사용자에 대한 고유한 특성 정보로 이용할 수 있다.
예를 들어, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 수 초 내지 수 분 가량 노광 후(several seconds to several minutes), 노광 전 라만 스펙트럼과 형태는 동일하나 노광 후 CCD count 또는 밀도(intensity)가 감소한 표백 정도 (bleach range)를 사용자 특성 정보로 추출할 수 있다.
도 10은 도 2의 사용자 인증 장치(200)를 이용한 또 다른 실시 예에 따른 사용자 인증 방법의 흐름도이다. 도 2,10을 참고하면, 광원(210)은 소정의 시간 동안 사용자의 피부에 단일 광을 조사할 수 있다(1010). 그 다음, 라만 스펙트럼 획득부(220)는 사용자의 피부로부터 반사되는 광을 수광하고(1020), 수광한 광으로부터 라만 스펙트럼을 획득할 수 있다(1030).
그 다음, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 시간의 경과에 따라 라만 스펙트럼에서 형광 표백(fluorescence bleach)이 발생하면, 형광 표백 정도(fluorescence bleach range)를 추출할 수 있다(1040).
예를 들어, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 추출한 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비 및 첫번째 주성분의 특징 정보 중 하나 이상을 추출할 수 있다(1050). 라만 스펙트럼 분석부(230)는 주성분 분석 기법(Principal component analysis)을 이용하여, 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비를 추출할 수 있다. 이때, 첫번째 주성분의 특징 정보는 주성분 구성비 중 가장 많은 비중을 차지하는 주성분에 대한 특징 정보일 수 있다.
일 예로, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 소정의 시간에 따른 형광 표백 정도로부터 단백질과 같은 주성분을 추출할 수 있고, 첫번째 주성분의 특징 정보를 추출할 수 있다. 첫번째 주성분의 특징 정보를 그래프로 나타내면, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 그래프의 개형, 피크점의 라만 시프트, 피크점의 밀도 중 하나 이상의 데이터를 추출하여, 추출한 데이터를 사용자 특성 정보로 분석할 수 있다(1060).
또한, 라만 스펙트럼 분석부(230)는 첫번째 주성분의 특징 정보를 임의의 시간에 대해 반복 측정하고, 측정 데이터로부터 첫번째 주성분의 특징 정보에 대한 재현성을 확인할 수 있다. 이때, 측정의 횟수 및 측정 시간 간격은 임의의 수에 해당하며, 상기의 실시 예에 제한되어 해석될 것이 아니다.
라만 스펙트럼 분석부(230)에서 추출한 첫번째 주성분의 특징 정보는 각 사용자별로 측정 횟수, 측정 시간에 관계없이 고유하게 나타나므로, 이를 사용자 특성 정보로 이용할 수 있다.
또한, 저장부(250)는 라만 스펙트럼 분석부(230)의 분석 결과를 특정 사용자의 고유 특성 정보로 저장할 수 있다. 예를 들어, 라만 스펙트럼 분석부(230)가 동일한 사용자에 대해 라만 스펙트럼을 6회 측정하고, 측정한 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석한 경우, 저장부(250)는 라만 스펙트럼의 평균값과 오차 범위, 또는 대표 라만 스펙트럼과 임계 범위를 사용자 특성 정보로 저장할 수 있다.
한편, 사용자의 체증 증가, 감소, 식생활, 및 생활 습관의 변화 등으로 신체의 주성분의 구성비가 변화하는 경우, 저장부(250)는 변화 과정을 추적하여 기록할 수 있고, 최신의 라만 스펙트럼 분석 결과를 사용자 특성 정보로 저장할 수 있다.
인증부(240)는 분석 결과를 기초로 사용자를 인증할 수 있다. 이때, 인증부(240)는 라만 스펙트럼 분석부(230)의 분석 결과와 미리 저장된 사용자 특성 정보를 비교하여 사용자의 동일성을 인증할 수 있다.
정보 제공부(260)는 인증부(240)가 사용자의 동일성을 인증하면, 인증된 사용자에 대한 라만 스펙트럼의 분석 결과를 가공하여 사용자의 건강 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다. 여기서, 건강 상태에 관한 정보는 라만 스펙트럼으로부터 분석한 주성분 구성비, 주성분에 대한 특징 정보를 사용자의 건강 상태와 연관시켜 설명하는 정보일 수 있다.
라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치(200)는 비침습적 방법으로, 또한 간편한 조작으로 사용자의 생체 정보에 기반한 사용자 인증을 할 수 있다. 또한, 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치(200)는 사용자의 인증과 건강 상태에 관한 정보를 동시에 제공할 수 있어 사용자 편의에 이바지할 수 있다.
본 실시 예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100,200: 사용자 인증 장치
110, 230: 라만 스펙트럼 분석부
120, 240: 인증부
210: 광원
220: 라만 스펙트럼 획득부
250: 저장부
260: 정보제공부

Claims (20)

  1. 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석하는 라만 스펙트럼 분석부; 및
    상기 분석 결과를 기초로 사용자를 인증하는 인증부;를 포함하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라만 스펙트럼 분석부는 라만 스펙트럼의 형태, 피크점의 라만 시프트(Raman shift), 피크점의 밀도(intensity) 중 하나 이상의 데이터를 추출하고,
    상기 추출한 데이터를 상기 사용자 특성 정보로 분석하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    사용자의 피부에 단일 광을 조사하는 광원; 및
    사용자 피부로부터 반사되는 광을 수광하고, 수광한 광으로부터 라만 스펙트럼을 획득하는 라만 스펙트럼 획득부를 더 포함하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원은 소정의 시간 동안 사용자의 피부에 단일 광을 조사하고,
    상기 라만 스펙트럼 분석부는 시간의 경과에 따라 라만 스펙트럼에서 형광 표백(fluorescence bleach)이 발생하면,
    형광 표백 정도(fluorescence bleach range)를 추출하여, 상기 추출한 형광 표백 정도를 상기 사용자 특성 정보로 분석하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 라만 스펙트럼 분석부는 상기 추출한 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비 및 첫번째 주성분의 특징 정보 중 하나 이상을 추출하고, 추출한 데이터를 상기 사용자 특성 정보로 분석하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 라만 스펙트럼 분석부는 주성분 분석 기법(Principal component analysis)을 이용하여, 상기 형광 표백 정도로부터 상기 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비를 추출하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 첫번째 주성분의 특징 정보는 상기 주성분 구성비 중 가장 많은 비중을 차지하는 주성분에 대한 특징 정보인 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 라만 스펙트럼 분석부는 상기 첫번째 주성분의 특징 정보를 임의의 시간에 대해 반복 측정하고,
    측정 데이터로부터 상기 첫번째 주성분의 특징 정보에 대한 재현성을 더 확인하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분석 결과를 사용자 특성 정보로 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 인증부는 상기 분석 결과와 미리 저장된 사용자 특성 정보를 비교하여, 사용자의 동일성을 인증하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인증부가 사용자의 동일성을 인증하면,
    인증된 사용자에 대한 라만 스펙트럼의 분석 결과를 가공하여 사용자의 건강 상태에 관한 정보를 제공하는 정보 제공부를 더 포함하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 장치.
  11. 라만 스펙트럼으로부터 사용자 특성 정보를 분석하는 단계; 및
    상기 분석 결과를 기초로 사용자를 인증하는 단계;를 포함하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    사용자의 피부에 단일 광을 조사하는 단계;
    상기 사용자의 피부로부터 반사되는 광을 수광하는 단계; 및
    상기 수광한 광으로부터 라만 스펙트럼을 획득하는 단계;를 더 포함하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 사용자 특성 정보를 분석하는 단계는 라만 스펙트럼의 형태, 피크점의 라만 시프트(Raman shift), 피크점의 밀도(intensity) 중 하나 이상의 데이터를 추출하는 단계; 및
    상기 추출한 데이터를 상기 사용자 특성 정보로 분석하는 단계;를 포함하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 단일 광원을 조사하는 단계는 소정의 시간 동안 사용자의 피부에 단일 광을 조사하고,
    상기 사용자 특성 정보를 분석하는 단계는 상기 소정의 시간 후 라만 스펙트럼에서 형광 표백(fluorescence bleach)이 발생하면,
    형광 표백 정도(fluorescence bleach range)를 추출하여, 상기 추출한 형광 표백 정도를 상기 사용자 특성 정보로 분석하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 사용자 특성 정보를 분석하는 단계는
    상기 형광 표백 정도로부터 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비 및 첫번째 주성분의 특징 정보 중 하나 이상을 추출하고, 추출한 데이터를 상기 사용자 특성 정보로 분석하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 사용자 특성 정보를 분석하는 단계는 주성분 분석 기법(principal component analysis)을 이용하여, 상기 형광 표백 정도로부터 상기 사용자의 피부에 대한 주성분 구성비를 추출하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 첫번재 주성분의 특징 정보는 상기 주성분 구성비 중 가장 많은 비중을 차지하는 주성분에 대한 특징 정보인 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 사용자 특성 정보를 분석하는 단계는 상기 첫번째 주성분의 특징 정보를 임의의 시간에 대해 반복 측정하고,
    측정 데이터로부터 상기 첫번째 주성분의 특징 정보에 대한 재현성을 더 확인하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 분석 결과를 사용자 특성 정보로 저장하는 단계를 더 포함하고,
    상기 인증하는 단계는 상기 분석 결과와 미리 저장된 사용자 특성 정보를 비교하여, 사용자의 동일성을 인증하는 단계인 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 인증하는 단계에서 사용자의 동일성을 인증하면, 인증된 사용자에 대한 라만 스펙트럼의 분석 결과를 가공하여 사용자의 건강 상태에 관한 정보를 제공하는 단계를 더 포함하는 라만 스펙트럼을 이용한 사용자 인증 방법.

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