WO2012020931A2 - 근거리 홍채 인식용 카메라 - Google Patents

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최경용
고덕용
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means

Definitions

  • the present invention relates to a camera for iris recognition, and in particular, a prism having an inclined surface and a concave-convex portion is installed on an upper part of a guide of an illumination IR LED (infrared LED) to design an illumination direction and an irradiation range as intended, and brightness uniformity around an iris
  • IR LED infrared LED
  • This certificate is an online ID that is essential to verifying yourself for convenient internet transactions, but there is a weak point in security because the certificate file and password can be leaked by hacking.
  • the human iris In this biometric technology, the human iris is known to have the highest security among the biometric technologies currently implemented, because the probability that the same pattern exists is only 1 in 6 billion.
  • the United States, Japan, the United Kingdom, and Germany use identity verification through iris recognition as a means of identification.
  • illumination IR LED infrared LED
  • the emission angle (light angle) of this illumination IR LED sets the radiation angle (light angle) twice the angle which becomes half of the maximum value of divergent light.
  • the radiation angle is as shown in FIG. 10. In this case, the radiation angle is about 125 degrees.
  • a certain visible range exists in the iris recognition camera lens, and an image within the angular range can be imaged on the sensor. In terms of standards, they are expressed in degrees.
  • the lens field of view varies depending on the distance between the lens and the eye, the resolution of the image sensor (or the number of pixels) for capturing the iris, the performance of the device for identifying yourself from the iris image, and the structure of the program for processing. You can think of combinations.
  • the image sensor may be 640 x. A resolution of about 480 pixels is considered sufficient.
  • the viewing angle of the lens is preferably about 2-3 times the size of the pupil, and about 15 degrees is fine.
  • the illumination range is slightly larger than the viewing angle range of the lens, in which case the uniformity of the illumination brightness should be such as to ensure the image quality for smooth processing of the iris image. That is, it is preferable that it is at least 70 to 80% or more.
  • a range slightly larger than the viewing angle of the lens that is, 20 to 50% wide is preferable.
  • the illumination IR LED 2 when the illumination IR LED 2 is vertically placed on the guide 3, in order to capture an iris of the eye at a distance from the lens 1, a room is illuminated so as to illuminate an appropriate amount of illumination around the iris. Since the blind spot (lighting angle) needs to be widened, a large amount of light is required, which increases the power consumed by the illumination IR LED 2.
  • the illumination IR LED (2) serves as a conductor for transmitting external static electricity to the internal mechanical device (not shown), and when used as a near-field illumination, there is a disadvantage that the brightness uniformity around the iris worsens.
  • any radiation angle (illumination angle) when the illumination IR LED 2 is assembled to the guide 3 is shown. It is necessary to add a separate support (not shown), etc. to determine and maintain the same, which is difficult to assemble and also difficult to determine a certain angle with the naked eye after assembling, making quality control extremely difficult during mass production. There are disadvantages.
  • the illumination IR LED (2) is disposed inclined in the guide (3), the unnecessary space is created in the hole of the guide (3) for guiding the illumination IR LED (2), the support capacity is reduced, the appearance is not good and the appearance is large There is this.
  • the method of tilting the illumination IR LEDs 2 also exposes the direct illumination IR LEDs 2 to the outside, so that they are vulnerable to static electricity from outside and poor brightness uniformity around the iris of the eye. There is this.
  • FIG. 9 may improve brightness uniformity around the iris by the prism 4 having the upper and lower surfaces flat, but there are still disadvantages of FIG. 8.
  • the illumination IR LED 2 consumes a certain power to generate a predetermined light output and generates heat during operation, the illumination IR LED 2 is assembled to the metal guide 3 to obtain a heat radiation effect.
  • the static electricity amounting to several thousand volts from the human body or the air during use is discharged through the internal circuit along the metal guide 3, causing the circuit to malfunction.
  • an electrostatic absorbing element is usually used as an antistatic means, and there is a rise in price, and there is a case in which the measures are simply taken in addition to the electrostatic absorbing element, so that a camera module for photographing an iris is complicated. There is a disadvantage that is configured.
  • the present invention was developed to solve the shortcomings of the conventional iris recognition camera, the present invention improves the brightness uniformity around the iris without changing the assembly state of the illumination IR LED, the static electricity is not discharged to the internal circuit
  • the object is to provide a recognition camera.
  • An iris recognition camera comprising a sensor and an auxiliary circuit, a lens, an illumination light source including a white light and an illumination IR LED,
  • the illumination light source is spaced a certain distance from the lens center line of the lens,
  • the object plane of the lens is the position where the iris lies, and is a distance (L) away from the end of the lens, and is substantially an area around the lens center line, and the imaging plane of the lens is the image sensor.
  • the illumination center line is preferably configured to have an illumination inclination angle as much as the arc center (D / L) and the lens center line of the lens to face the object plane of the lens.
  • the illumination light source is arranged in parallel or close to parallel to the lens center line of the lens, and the prism is arranged so as to be spaced apart from the lens center line of the lens and to illuminate obliquely to the object plane.
  • the incidence surface of the prism is preferably formed as an inclined surface to illuminate the object surface with respect to the vertical arrangement of the illumination IR LED.
  • the incident surface and the exit surface of the prism may be configured by forming fine concavo-convex to scatter a light on all or one surface to obtain a uniform image.
  • the exit surface of the prism is formed as a convex or concave spherical surface can easily adjust the illumination of any angle.
  • the present invention provides an effective lighting means that optimizes the required viewing angle, simplifies the composition, minimizes power consumption, and significantly improves the uniformity of illumination brightness, and prevents malfunctions even in the case of thousands of volts of static electricity. It is effective to increase the user's convenience by preventing and notifying the correct iris photographing position.
  • the size of the iris camera can be configured to a very small size of several cubic centimeters.
  • the present invention has the effect of enhancing the social and economic security of the user by biometrics by providing a high-performance iris recognition system to consumers at low cost.
  • FIG. 1 is a plan view and a front view of the present invention, which is a schematic diagram showing an illumination center line and an illumination angle illuminated on the iris of the eye.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the excerpt of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view of an excerpt of the prism of FIG. 2.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing the angle of illumination when using a prism formed with a convex spherical exit surface.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an illumination angle when the exit surface uses a prism formed of a concave spherical surface.
  • 6 is an explanatory diagram for obtaining a prism angle.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing an illumination angle when a conventional illumination IR LED is used.
  • FIG. 8 is a plan view and a front view showing an illumination angle when the illumination IR LED of FIG. 7 is inclined.
  • FIG. 9 is a schematic top view showing an illumination angle when the illumination IR LED of FIG. 8 is covered with a flat prism.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the radiation angle of an illumination IR LED.
  • FIG. 11 is a view showing a relationship between the incident angle and the refractive angle for explaining the present invention.
  • the iris camera includes an illumination light source including a sensor (not shown) and an accessory circuit (not shown), a lens 10, a display light 300, a white light and an illumination IR LED. 20) is configured.
  • the display light 300 serves to guide the user's iris to be accurately placed on the object surface of the lens, and can inform the user visually that the iris recognition is in progress or by hearing using a voice device. Both the light 300 and the voice device may be used together.
  • the illumination light source 20 is spaced apart from the lens center line L / O of the lens 10 by a predetermined distance D.
  • the object plane of the lens 10 is the position where the iris rests, is a distance L away from the end of the lens 10, and is substantially an area around the lens center line L / C.
  • the imaging surface of is an image sensor surface.
  • the illumination center line I / C has an illumination inclination angle as much as the lens center line L / C of the lens and the arc tangent D / L so as to face the object plane of the lens 10.
  • the illumination light source 20 is disposed parallel to or close to the lens center line L / C of the lens 10, spaced apart from the lens center line L / C of the lens 1, and inclined to the object plane.
  • the prism 200 is installed to cover the illumination light source (IR LED) 20 on the guide 30 to illuminate.
  • the incidence surface 210 of the prism 200 is formed as an inclined surface so as to illuminate the object surface with respect to the vertical arrangement of the illumination IR LED 20 to improve the uniformity of brightness around the iris even with a small amount of light, so that the iris is near, preferably 3 ⁇ . It can be recognized in the 20cm range.
  • the exit surface 220 of the prism 200 is preferably configured on the same plane as the top surface of the case 100 of the camera module, the emission surface 220 is formed in a plane.
  • the incidence surface 210 and the emission surface 220 of the prism 200 may form fine concavo-convex 230 to scatter the illumination on all or one surface to make the brightness uniform. It is good to be configured.
  • the illumination angle of the illumination IR LED 200 is fixed in several ways at the time of production, such as 15 degree, 30 degree, 50 degree, for example.
  • the concave spherical or convex spherical surface formed on the exit surface 220 of the prism 200 Forming it can easily enable illumination at any angle.
  • the illumination angle-P is an illumination angle when the emission surface 220 of the prism 200 is a plane
  • the illumination angle-S is a narrow illumination angle with the emission surface 220 of the prism 200 as a convex sphere.
  • the illumination angle in one case, and the illumination angle-E shows a case where the illumination angle is widened by making the exit surface of the prism 200 a concave spherical surface.
  • the key gist of the present invention is to illuminate the IR LED 20 with the iris recognition lens 10 and the illumination IR LED 20 installed at the side adjacent to the lens 10 perpendicularly to the guide 30.
  • the prism 200 is formed on the upper portion of the guide 30 so as to cover the prism 200, and the prism 200 is composed of the incidence surface 210 such that the bottom thereof is inclined, and the upper surface is composed of a plane exit surface 220. It is characterized in that it is configured to recognize in the range of 3 ⁇ 20cm.
  • the brightness of the illumination IR LED may be uniformed by having the fine unevenness 230 due to the corrosion treatment on the entrance surface 210 and the emission surface 220 of the prism 200.
  • the angle of the prism is determined by Snell's law (refraction law).
  • the incident angle: i the refractive angle: r
  • the refractive index of the incident medium: v1 the refractive index of the refracting medium: v2
  • the value of sin i / sin r is the index of refraction when light enters a substance in a vacuum.
  • v1 When light is incident on a substance in a vacuum, v1 is 1, and is usually 1 even when incident on any substance in air.
  • the material for refracting the illumination light is inexpensive and easily available, and may be made of acrylic or PMMA (polymethyl methacrylate) material having excellent transmittance of about 90%, and other transparent materials such as polycarbonate may be used.
  • the refractive index of PMMA material is about 1.494 in green light (about 546nm), and can be estimated to be about 1.48 as an average value in the 750-900nm region, which is an infrared region.
  • a rough formula for obtaining the angle of the prism 200 can be calculated as follows.
  • the illumination IR LED (lighting source: 20) is relatively easy to be vertically assembled by using a simple assembly jig, and it is easy to determine whether it is assembled vertically with the naked eye to maintain the quality of production. easy.
  • the angle between the lens center line L / C and the illumination center line I / C can be easily adjusted by adjusting only the angle of the prism 200.
  • the user In order to recognize the iris, the user must accurately position his or her iris on the object surface of the lens 10. For this purpose, the user is notified of the focus using a program for measuring the sharpness of the image. The user's iris is induced to be accurately positioned on the object surface of the lens 10 of the camera.
  • the threshold of sharpness measurement is not constant due to the iris pattern being too large or too small, the iris image may not be clear and the recognition may fail (high iris pattern).
  • the iris recognition process is possible after first inducing it using a circular or rectangular mirror 310 made of an ellipsoid mirror.
  • a program to measure the image to inform the user that the iris recognition is in progress by using a voice device or a display light (300) visually or auditory to the user to shoot at the correct position secondly, the iris recognition success rate can be significantly increased. To be.
  • the round or quadrangular ellipsoid mirror 310 is installed on the lens 10.
  • the angle LA of the prism is about 26.8 degrees according to the law of refraction described above.
  • the camera module for iris photography uses plastic materials such as ABS or polycarbonate, and in case of prism, the thickness is about 3 mm, and when the prism material is widely used PMMA, insulation Breaking strength reaches 15,000 ⁇ 20,000 volts per mm, so insulation can be secured against external static electricity of about 4 ⁇ 8,000 volts to prevent malfunction.
  • fine unevenness may be formed on the illumination incident surface and the emission surface to greatly improve the brightness uniformity of the object surface where the eye is located.
  • the light uniformity of the conventional case and the example of the present invention are as follows when compared with the "brightness_max / brightness_minimum" value, and more than 2 times improved results can be obtained.
  • FIG. 12 An example of the improved light uniformity according to the method of the embodiment is shown in FIG. 12.
  • the present invention can be used in a near-field iris recognition camera to improve the brightness uniformity of the iris edge without changing the assembly state of the illumination IR LED and not to be discharged to the electrostatic internal circuit.

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Abstract

본 발명의 근거리 홍채 인식용 카메라는 조명 IR LED(적외선 엘이디)의 가이드 상부에 경사면을 갖고 요철부가 형성된 프리즘을 설치하여 홍채 주변의 밝기 균일도가 향상되어 홍채 인식이 향상되고, 또한 IR LED를 통해서 정전기가 내부 장치로 전달되는 것을 효과적으로 차단하는 것에 있다. 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 센서 및 부속회로, 렌즈, 백색조명과 조명 IR LED를 포함하는 조명 광원으로 구성된 홍채 인식용 카메라에 있어서, 조명 광원은 렌즈의 렌즈 중심선과 일정 거리 이격되어 있고, 렌즈의 물체면(object plane)은 홍채가 놓이는 위치이고, 렌즈의 끝으로부터 일정 거리(L) 떨어져 있으며, 실질적으로는 렌즈 중심선 주변의 영역이 되고, 렌즈의 결상면(結像面)은 이미지 센서면이며, 조명 중심선은 렌즈의 물체면을 향하도록 렌즈의 렌즈 중심선과 아크탄젠트(D/L) 만큼의 조명경사각도를 갖도록 렌즈의 렌즈 중심선과 평행하게 또는 평행에 가깝게 조명 광원을 배치하고, 렌즈의 렌즈 중심선과 이격시키고 물체면에 경사지게 조명하도록 프리즘을 설치하여 구성된 것이 특징이다.

Description

근거리 홍채 인식용 카메라
본 발명은 홍채 인식용 카메라에 관한 것으로서, 특히 조명 IR LED(적외선 엘이디)의 가이드 상부에 경사면을 갖고 요철부가 형성된 프리즘을 설치하여 조명 방향과 조사 범위를 의도하는 대로 설계하고, 홍채 주변의 밝기 균일도를 향상시켜 홍채 인식의 효율을 향상하고, 또한 IR LED를 통해서 정전기가 내부 장치로 전달되는 것을 효과적으로 차단하며, 홍채 인식 처리 중임을 시각 또는 청각으로 표시해 줌으로서 홍채 인식 효율을 제고하는 근거리 홍채 인식용 카메라에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 인터넷 쇼핑은 물론 온라인 뱅킹, 모바일 주식 거래, 인터넷 민원서류 발급 등 거의 모든 전자상 거래 분야에서 공인 인증서가 널리 이용되고 있다.
이러한 공인인증서는 편리한 인터넷 거래를 위해 본인을 확인하기 위하여 꼭 필요한 온라인 신분증이지만 해킹에 의해 공인인증서 파일과 비밀번호가 유출될 수 있기 때문에 보안에는 취약한 부분이 있다.
따라서 기존의 방법으로는 본인을 확인하는 데에 문제점이 노출되어 있기 때문에 생체 정보를 이용하려는 방안이 강구되고 있으며, 생체 인식 기술은 편리성과 안전성을 가진 사용자 인증 기술로 각광을 받으면서, 미국 MIT대학, Gartner Group 등에 의해 “21세기에 유망한 10대 기술” 중 하나로 선정된 바 있다.
이러한 생체 인식 기술에 있어 사람의 홍채는 같은 패턴이 존재할 확률이 60억 분의 1에 불과해 현재 구현되고 있는 생체 인식 기술 중 가장 뛰어난 보안성을 갖고 있다고 알려져 있다. 그리고 현재 미국·일본·영국·독일 등 각국에서 홍채 인식을 통한 본인 확인을 신원 확인 수단으로 사용하고 있다.
통상, 홍채 인식에 조명 IR LED(적외선 엘이디)가 사용되고 있고, 이 조명 IR LED의 방사각(조명각)은 발산광의 최대치의 절반이 되는 각도의 2 배를 방사각 (조명각)으로 정한다.
방사각의 예를 들면 도 10에 도시된 것과 같다. 이 경우에 방사각(조명각)은 약 125도이다.
그리고 홍채 인식용 카메라 렌즈에는 일정한 가시범위(Field of Vision 또는 Field of View)가 존재하며, 그 각도범위 안의 영상을 센서에 결상할 수 있다. 규격으로 말할 때에는 각도로 표시한다.
렌즈 시야각은 렌즈와 눈과의 거리와 홍채를 촬영하기 위한 이미지 센서의 해상도(또는 화소수) 그리고, 홍채 영상으로부터 본인을 확인하기 위한 장치의 성능과 그 처리를 위한 프로그램의 구조에 따라 여러 가지의 조합을 생각할 수 있다.
예를 들면, 렌즈와 눈 사이의 거리를 5~15 cm 정도의 가까운 거리로 하고, 수 백 MHz의 속도인 보편적인 신호처리장치로서 홍채 촬영 영상으로 본인 인증을 하려고 할 경우, 이미지 센서는 640 x 480 화소 정도의 해상도이면 충분한 것으로 판단한다.
이 경우에 렌즈의 시야각은 눈동자 크기의 약 2~3 배 정도가 바람직하며, 약 15도 정도가 무난하다.
조명 범위는 렌즈의 시야각 범위 보다 조금 큰 것이 바람직하며, 이 경우에 조명 밝기의 균일도는 홍채 영상을 순조롭게 처리하기 위한 영상 품질을 보장하는 수준이어야 한다. 즉, 최소 70~80% 이상인 것이 바람직하다.
밝기의 균일도를 정하는 기준은 여러 가지 방법이 있으나, 가장 간단한 방법을 인용하면, 밝기_최대/밝기_최소 값으로 비교하여 상대적인 밝기 균일도를 비교하여 볼 수 있다.
또한, 조명을 효과적으로 하기 위하여 렌즈의 시야각 보다 조금 큰 범위, 즉 20~50% 넓은 것이 바람직하다.
즉, 조명 범위가 너무 좁을 경우에는 조명 IR LED 의 방사 특성상 밝기의 균일도를 확보하기 위하여 여러 가지 부가적이 수단이 필요하다. 반대로 조명 범위를 넓게 하면, 상대적으로 강한 조명이 필요하여 소모전력을 크게 해야 하는 단점과 조명용 부품이 늘어나는 단점이 있다. 조명의 밝기는 조명 면적의 제곱에 반비례하므로 같은 조명 범위를 2 배로 하면 같은 밝기를 위하여 4 배의 광량이 필요하다.
도 7에 도시된 것과 같이, 조명 IR LED(2)를 가이드(3)에 수직배치 한 경우, 렌즈(1)로부터 일정 거리에 있는 눈의 홍채를 촬영하려면 홍채 주변에 적정량의 조명을 비추기 위하여 방사각(조명각)이 넓어져야 하므로 많은 광량이 필요하게 되어 조명 IR LED(2)가 소모하는 전력이 커진다.
또한 조명 IR LED(2)가 외부의 정전기를 내부 기계 장치(도시되지 않음)에 전달하는 전도체 역할을 하는 단점이 있으며, 근거리 조명으로 사용하는 경우 홍채주변의 밝기 균일도가 나빠지는 단점이 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 것과 같이, 조명 IR LED(2)를 가이드(3)에 기울여서 배치한 경우, 조명 IR LED(2)를 가이드(3)에 조립시 임의의 방사각 (조명각)을 결정하여 일정하게 유지하도록 별도의 지지대(도시되지 않음) 등을 부가하여야 하고, 이는 조립상 애로가 있으며, 또한 조립 후 육안으로 일정 각도를 판별하기가 용이 하지 않아 대량 생산시에 품질 관리가 극히 어려운 단점이 있다.
그리고 조명 IR LED(2)가 가이드(3) 내에 기울여져 배치되므로 조명 IR LED(2)를 가이드하는 가이드(3)의 구멍에 불필요한 공간이 생겨 지지력이 떨어지고, 외관상 보기가 좋지 않으며 외형이 커지는 단점이 있다.
또한 이와 같이 조명 IR LED(2)를 기울여 배치하는 방법도 도 7에서와 마찬가지로 외부에 직접 조명 IR LED(2)가 노출되어 있어서 외부의 정전기에 취약하고, 눈의 홍채 주변의 밝기 균일도가 나쁜 단점이 있다.
도 9는 상, 하면이 평면인 프리즘(4)에 의해 도 8의 경우보다 홍채 주변의 밝기 균일도를 개선할 수 있으나, 도 8의 단점이 여전히 있다
이러한 조명 IR LED(2)는 소정의 광출력을 얻기 위하여 일정한 전력을 소모하여 동작 시에 열이 발생하므로 방열 효과를 얻기 위하여 금속제 가이드(3)에 조립 된다.
이 경우에 사용 중에 인체 또는 공기 중으로 부터 수 천볼트에 달하는 정전기가 이 금속제 가이드(3)를 따라 내부 회로를 통하여 방전하게 되므로 회로의 오동작을 유발하게 된다.
그리하여 정전기 방지 수단으로 통상 정전기 흡수 소자를 사용하게 되는데, 가격의 상승요인이 있으며, 또한 그 방지 수단이 단순하게 정전기 흡수 소자 이외에 별도의 대책이 강구되는 경우가 있어서 홍채를 촬영하기 위한 카메라 모듈이 복잡하게 구성되는 단점이 있다.
본 발명은 종래의 홍채 인식용 카메라의 단점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 본 발명은 조명 IR LED의 조립 상태를 변경하지 않고 홍채주변의 밝기 균일도를 개선하고, 정전기가 내부 회로로 방전되지 않는 홍채 인식용 카메라를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 홍채 인식용 카메라는,
센서 및 부속회로, 렌즈, 백색조명과 조명 IR LED를 포함하는 조명 광원으로 구성된 홍채 인식용 카메라에 있어서,
조명 광원은 렌즈의 렌즈 중심선과 일정 거리 이격되어 있고,
렌즈의 물체면(object plane)은 홍채가 놓이는 위치이고, 렌즈의 끝으로부터 일정 거리(L) 떨어져 있으며, 실질적으로는 렌즈 중심선 주변의 영역이 되고, 렌즈의 결상면(結像面)은 이미지 센서면이며,
조명 중심선은 렌즈의 물체면을 향하도록 렌즈의 렌즈 중심선과 아크탄젠트(D/L) 만큼의 조명경사각도를 갖도록 구성됨이 바람직하다.
여기에서, 렌즈의 렌즈 중심선과 평행하게 또는 평행에 가깝게 조명 광원을 배치하고, 렌즈의 렌즈 중심선과 이격시키고 물체면에 경사지게 조명하도록 프리즘을 설치하여 구성된다.
상기 프리즘의 입사면은 조명 IR LED의 수직배치에 대하여 물체면에 조명하도록 경사면으로 형성됨이 바람직하다.
또한, 상기 프리즘의 입사면과 출사면은 모두에 또는 일면에 조명을 산란시켜 균일한 영상을 취득하도록 미세한 요철을 형성하여 구성됨이 좋다.
또한, 상기 프리즘의 출사면은 볼록 구면이나 오목 구면으로 형성하여 임의 각도의 조명을 용이하게 조정할 수 있다.
본 발명은 필요한 시야각을 최적화하여 구성물을 간단하게 하고, 소모 전력을 최소화하고, 조명 밝기의 균일도를 현저하게 개선한 효과적인 조명 수단을 제공하며, 외부에서 발생할 수 있는 수 천볼트의 정전기에 대해서도 오동작을 방지하고, 정확한 홍채 촬영 위치를 알려주므로서 사용자의 편의성을 증대하는 효과가 있다.
또한 홍채 촬영용 카메라의 크기를 수 입방cm 수준으로 아주 작게 구성할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 고성능의 홍채 인식 시스템을 저가로 소비자에게 공급함으로써 생체인식으로 본인의 사회적 경제적 보안을 제고할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 평면도 및 정면도를 도시한 것으로서, 눈의 홍채에 조명되는 조명 중심선과, 조명각을 보여주는 개략도이다.
도 2는 도 1의 발췌 확대도이다.
도 3은 도 2의 프리즘의 발췌 확대도이다.
도 4은 출사면이 볼록 구면으로 형성 된 프리즘을 사용하였을 때 조명각을 보여주는 개략도이다.
도 5는 출사면이 오목 구면으로 형성된 프리즘을 사용하였을 때 조명각을 보여주는 개략도이다.
도 6는 프리즘 각도를 구하기 위한 설명도이다.
도 7은 종래의 조명 IR LED를 사용하였을 때의 조명각을 보여주는 평면 개략도이다.
도 8은 도 7의 조명 IR LED를 경사지게 하였을 때의 조명각을 보여주는 평면 및 정면 개략도이다.
도 9는 도 8의 조명 IR LED를 평면 프리즘으로 커버하였을 때의 조명각을 보여주는 평면 개략도이다.
도 10은 조명 IR LED의 방사각의 예를 나타낸 도표이다.
도 11은 본 발명을 설명하기 위한 입사각과 굴절각 관계를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예의 방법에 따라 광균일도 비교사진이다.
이하, 첨부도면 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 근거리 홍채 인식용 카메라에 대해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 것과 같이, 홍채 촬영용 카메라는 센서(도시되지 않음) 및 부속회로(도시되지 않음), 렌즈(10), 표시 불빛(300), 백색 조명과 조명 IR LED을 포함하는 조명 광원(20)이 구성된다.
상기 표시 불빛(300)은 사용자의 홍채가 렌즈의 물체면에 정확하게 놓이도록 안내하는 역할을 하는 것으로서, 사용자에게 홍채 인식이 진행중임을 시각으로 알려주는 것이나 음성소자를 이용하여 청각으로 알려줄 수 있고, 표시 불빛(300)과 음성소자 양자를 함께 이용할 수 있다.
조명 광원(20)은 렌즈(10)의 렌즈 중심선(L/O)과 일정 거리(D) 이격되어 있다.
렌즈(10)의 물체면(object plane)은 홍채가 놓이는 위치이고, 렌즈(10)의 끝으로부터 일정 거리(L) 떨어져 있으며, 실질적으로는 렌즈 중심선(L/C) 주변의 영역이 되고, 렌즈의 결상면(結像面)은 이미지 센서면이다.
조명 중심선(I/C)은 렌즈(10)의 물체면을 향하도록 렌즈의 렌즈 중심선(L/C)과 아크탄젠트(arctan)(D/L) 만큼의 조명경사각을 갖는다.
여기에서, 렌즈(10)의 렌즈 중심선(L/C)과 평행하게 또는 평행에 가깝게 조명 광원(20)을 배치하고, 렌즈(1)의 렌즈 중심선(L/C)과 이격시키고 물체면에 경사지게 조명하도록 가이드(30)에 조명 광원(IR LED: 20)을 커버한 상태로 프리즘(200)을 설치된다.
프리즘(200)의 입사면(210)은 조명 IR LED(20)의 수직 배치에 대하여 물체면에 조명하도록 경사면으로 형성되어 적은 광량에도 홍채 주변의 밝기 균일도를 향상시키어 홍채의 근거리, 바람직하게 3~20cm 범위에서 인식이 가능하다.
그리고 프리즘(200)의 출사면(220)은 카메라 모듈의 케이스(100)의 윗면과 같은 평면상에 구성하는 것이 외관적으로 바람직하므로 평면으로 형성된다.
도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 프리즘(200)의 입사면(210)과 출사면(220)은 모두에 또는 일면에 조명을 산란시켜 밝기를 균일하게 하도록 미세한 요철(230)을 형성하여 구성됨이 좋다.
한편, 조명 IR LED(200)의 조명각은 예를 들면 15도, 30도, 50도 등의 생산시에 몇가지로 고정된다. 이때, 다른 각도의 조명각을 필요할 경우 프리즘(200)의 각도를 조절하는 것 이외에 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 프리즘(200)의 출사면(220)에 오목 구면으로 형성하거나 볼록 구면으로 형성하면 용이하게 임의 각도로 조명을 가능하게 할 수 있다.
도면에서 조명각-P는 프리즘(200)의 출사면(220)이 평면일 경우의 조명각이고, 조명각-S는 프리즘(200)의 출사면(220)을 볼록 구면으로 하여 조명각을 좁게한 경우의 조명각이며, 조명각-E는 프리즘(200)의 출사면을 오목 구면으로 하여 조명각을 넓게한 경우를 나타낸 것이다.
이러한 본 발명의 핵심 요지는 홍채 인식용 렌즈(10)와, 렌즈(10)에 인접하여 측면에 설치된 조명 IR LED(20)가 가이드(30)에 수직으로 설치된 상태에서 조명 IR LED(20)를 커버하도록 가이드(30)의 상부에 프리즘(200)을 구성하되, 프리즘(200)은 저면이 경사지게 입사면(210)으로 구성되고 상면은 평면의 출사면(220)으로 구성되어 홍채의 근거리, 바람직하게는 3~20cm 범위에서 인식이 가능하도록 구성된 것이 특징이다.
그리고 프리즘(200)의 입사면(210), 출사면(220)에 부식처리에 의한 미세한 요철(230)을 갖도록 하여 조명 IR LED의 조명을 산란되게 함으로서 밝기를 균일하게 할 수 있다.
프리즘의 각도는 스넬의 법칙 (굴절의 법칙) 에 따라 정해진다.
즉, 입사각: i , 굴절각: r , 입사하는 매질의 굴절율: v1, 굴절하는 매질의 굴절율: v2 라고 가정하면,
sin i/sin r의 값은 진공에서 어떤 물질로 빛이 입사할 때의　굴절율이다.
즉, sin (i) / sin (r) = v1 / v2 가 성립한다.
이를 그림으로 표시하면 도 11과 같다.
진공에서 어떤 물질로 빛이 입사할 때, v1 은 1 이며, 공기 중에서 어떤 물질로 입사하는 경우에도 통상 1로 한다.
조명광을 굴절하기 위한 재질은 값싸고 쉽게 구할 수 있으며, 투과율이 약 90% 정도로 우수한 아크릴이나 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 재질로 할 수 있으며, 폴리카보네이트와 같은 다른 투명재료도 사용할 수 있다.
PMMA 재질의 굴절율은 녹색광 (약 546nm) 에서 약 1.494 이고, 적외선영역인 750~900nm 영역에서 평균값으로 약 1.48로 추정할 수 있다.
프리즘(200)의 각도를 구하는 개략적인 공식은 다음과 같이 계산할 수 있다.
렌즈(10)의 렌즈 중심선(L/C)에서 조명 광원(20)의 조명 중심선(I/C) 까지의 거리 D, 렌즈(10)의 끝으로부터 눈까지의 거리를 L 로 하며,
조명 IR LED(조명 광원: 20)를 수직으로 세우면, 프리즘(200)의 각도는 조명 IR LED(20) 의 입사각과 같게 되며, 조명 중심선(I/C)과 렌즈(10)의 렌즈 중심선(L/C) 사이의 각도(LA) = 아크탄젠트(arctan)(D/L) 이다.
이러한 본 발명은 조명 IR LED(조명 광원: 20)는 간단한 조립 치구를 이용하면 수직조립이 가능하여 상대적으로 용이하며, 육안으로도 수직으로 조립되어 졌는가를 판단하기가 용이하여 생산의 품질을 유지하기 쉽다.
그리고 외부의 정전기에 강하여 오동작이 없고, 같은 광량을 확보하는 데에 적은 전력을 소모한다.
다른 응용을 할 경우 프리즘(200)의 각도만 조절하여 렌즈 중심선(L/C)과 조명 중심선(I/C) 사이의 각도를 용이하게 조정하여 적용할 수 있다,
홍채 인식을 하기 위해서는 사용자가 본인의 홍채를 렌즈(10)의 물체면에 정확하게 위치시켜야 하는데 이를 위하여 영상의 선명도를 측정하는 프로그램을 이용하여 초점이 맞았음을 안내하는 음성안내 등으로 사용자에게 알려줌으로써 사용자의 홍채가 카메라의 렌즈(10) 물체면에 정확히 위치되게 유도한다.
그러나 선명도 측정의 임계값이 홍채의 무늬가 많고 적음에 따라 일정하지가 않아서 초점이 맞았다고 표시되도 실제로는 홍채 영상이 선명하지 않아 인식이 실패하는 경우(홍채 무늬가 많음)가 있다.
이와 반대로 홍채 영상이 선명함에도 불구하고 초점이 맞지 않았다고 표시되므로서 인식이 실패하는 경우(홍채 무늬가 적음)가 있어서 홍채 영상의 선명도를 임계값을 정하여 사용하는 것에는 문제가 있다.
본 발명에서는 사용자가 본인의 홍채를 렌즈(10)의 물체면에 정확하게 위치시키도록 하기 위해, 타원경으로 제작된 원형이나 사각형의 거울(310)을 이용하여 1차적으로 유도한 후에 홍채 인식처리 가능한 영상임을 측정하는 프로그램을 이용하여 홍채 인식이 진행되고 있음을 안내하도록 음성소자나 표시 불빛(300)으로 시각 또는 청각으로 사용자에게 알려 주어 2차적으로 정확한 위치에서 촬영하도록 하므로써 홍채 인식 성공률을 현저히 높일 수 있게 한다.
상기 원형 또는 사각형의 타원경 거울(310)은 렌즈(10)의 상부에 설치된다.
즉 홍채의 선명도에 관계없이 초점에 따라 홍채의 인식여부가 판단되는 종래의 방식과 달리 홍채의 선명도와 초점이 맞아서 홍채의 인식이 이루어졌을 때 시각 또는 청각으로 사용자에게 알려주는 것이다.
도 6에 도시된 것과 같이, 조명 IR LED(20)를 수직으로 배치하고, 조명 파장의 범위를 750~900nm로 하고, 렌즈(10)의 중심에서 조명광 중심선(I/C) 까지의 거리 D=12mm, 렌즈(10)의 끝으로부터 눈까지의 거리 L=50mm 로 하고, PMMA 재질의 굴절율을 1.48 로 정할 경우에 프리즘의 각도(LA)는 위에 설명한 굴절의 법칙에 따라서 약 26.8도가 된다.
정전기에 대한 내성을 확보하기 위하여 홍채 촬영용 카메라 모듈은 ABS 나 폴리카보네이트 등과 같은 플라스틱 재질을 이용하며, 프리즘의 경우는 두께를 약 3 mm 로 하고, 프리즘의 재질을 널리 사용되는 PMMA로 할 경우, 절연 파괴강도는 mm 당 15,000~20,000볼트에 달하므로 4~8천 볼트 정도되는 외부 정전기에 대하여 절연성을 확보할 수 있으므로 오동작을 방지한다.
또한 조명 입사면과 출사면에 미세한 요철을 형성하여 눈이 위치하는 물체면의 밝기 균일도를 크게 향상시킬 수 있다.
그리고 요구되는 균일도와 조명각에 따라 미세 요철의 배치와 밀도를 조절할 수 있다.
종래의 방법과 같이 광 균일도가 낮음으로 인하여 푸른색 눈이나 회색눈과 같이 촬영된 영상 자체의 Contrast가 낮은 영상에 대하여 특징점을 찾기 위한 프로그램상의 처리에 있어서 오류가 일어날 확률이 매우 높다. 이 부분은 본 발명에서는 별도로 서술하지 않아도 당업자라면 충분히 이해될 것이다.
종래의 경우와 본 발명의 예의 광 균일도는“밝기_최대/밝기_최소”값으로 비교하면 다음과 같으며, 2 배 이상의 향상된 결과를 얻을 수 있다.
실시예의 방법에 따른 광 균일도가 개선된 예를 보여주면 도 12의 비교사진과 같다.
본 발명은 조명 IR LED의 조립 상태를 변경하지 않고 홍채부변의 밝기 균일도를 개선하도록 그리고 정전기 내부 회로로 방전되지 않도록 근거리 홍채 인식용 카메라에 이용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 센서 및 부속 회로, 렌즈, 백색 조명과 조명 IR LED를 포함하는 조명 광원으로 구성된 홍채 인식용 카메라에 있어서,
    조명 광원은 렌즈의 렌즈 중심선과 일정 거리 이격되어 있고,
    렌즈의 물체면(object plane)은 홍채가 놓이는 위치이고, 렌즈의 끝으로부터 일정 거리(L) 떨어져 있으며, 실질적으로는 렌즈 중심선 주변의 영역이 되고, 렌즈의 결상면(結像面)은 이미지 센서면이며,
    조명 중심선은 렌즈의 물체면을 향하도록 렌즈의 렌즈 중심선과 아크탄젠트(D/L) 만큼의 조명 경사각도를 갖도록 구성되되,
    상기 렌즈의 렌즈 중심선과 평행하게 또는 평행에 가깝게 조명 광원을 배치하고, 렌즈의 렌즈 중심선과 이격시키고 물체면에 경사지게 조명하도록 프리즘을 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 근거리 홍채 인식용 카메라.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈의 물체면에 홍채가 정확하게 놓이도록 1 차적으로 타원경의 거울로 유도하되, 2 차적으로 정밀히 유도하기 위해 홍채 인식이 진행 중임을 알려 주는 음성 소자나 표시 불빛(300)을 이용하는 것을 특징으로 하는 근거리 홍채 인식용 카메라.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘의 입사면은 조명 IR LED의 수직 배치에 대하여 물체면에 조명하도록 경사면으로 형성된 것을 특징으로 하는 근거리 홍채 인식용 카메라.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 프리즘의 입사면과 출사면은 모두에 또는 일면에 조명을 산란시켜 밝기를 균일하게 하도록 미세한 요철을 형성하여 구성된 것을 특징으로 하는 근거리 홍채 인식용 카메라.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 프리즘의 출사면은 볼록 구면이나 오목 구면으로 형성하여 임의 각도의 조명을 조정할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 근거리 홍채 인식용 카메라.
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