WO2013154273A1 - 모바일용 홍채인식 카메라시스템 - Google Patents

모바일용 홍채인식 카메라시스템 Download PDF

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WO2013154273A1
WO2013154273A1 PCT/KR2013/002272 KR2013002272W WO2013154273A1 WO 2013154273 A1 WO2013154273 A1 WO 2013154273A1 KR 2013002272 W KR2013002272 W KR 2013002272W WO 2013154273 A1 WO2013154273 A1 WO 2013154273A1
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WO
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iris
light source
lens
iris recognition
mirror
Prior art date
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PCT/KR2013/002272
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English (en)
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Inventor
최경용
Original Assignee
Choi Kyung Yong
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Publication date
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast

Definitions

  • the present invention attaches and installs an IR LED (infrared LED) light source element to an FPCB (flexible PCB) and forms an uneven portion for scattering light on both sides of the FPCB cover (guide) or scatters / scatters light on the material of the FPCB cover.
  • IR LED infrared LED
  • the mobile ellipsoid mirror optimized for deriving can be realized by minimizing the size of the camera Chaeinsik relates to a camera system.
  • 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.
  • an IR LED (infrared LED) light source element is used for iris recognition, and the radiation angle (illumination angle) of the IR LED light source element is defined as a radiation angle (illumination angle) twice the angle that is half of the maximum value of the emitted light. .
  • the radiation angle is as shown in FIG. 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 is 640 x 480. It is determined that a resolution of about a pixel is 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 IR LED light source device 20 when the IR LED light source device 20 is vertically disposed on the FPCB 10, to capture an iris of an eye at a certain distance from the center of the camera 70, an appropriate amount is placed around the iris. Since the radiation angle (illumination angle) should be wide to illuminate the light, a large amount of light is required, which increases the power consumed by the IR LED light source element 20.
  • the IR LED light source device 20 has a disadvantage in that it serves as a conductor to transfer the static electricity to the internal mechanical device (not shown), there is a disadvantage that the brightness uniformity around the iris worsens when used as a near-field lighting. .
  • the method of disposing the IR LED light source device 20 as described above also exposes the IR LED light source device 20 directly to the outside, which is vulnerable to external static electricity, and the uniformity of brightness around the iris of the eye. There are bad drawbacks.
  • a metal guide is used to obtain a heat radiation effect.
  • an electrostatic absorbing device is generally used as an antistatic means, and there is a price increase factor, and a measure for preventing the antistatic means may be a simple measure in addition to the electrostatic absorbing device. It is difficult to apply to a mobile product that can be configured, as well as interfere with minimizing the size of the camera.
  • an object of the present invention is to provide an iris recognition system that can be mounted on a portable mobile product.
  • the present invention is arranged to bond the IR LED light source element to the iris image acquisition to improve the uniformity of brightness around the iris, to prevent the discharge of static electricity into the internal circuit, so that the user can conveniently know the shooting point of the iris Inducing and indicating that the iris recognition process is in progress for the user's convenience, and also to provide an iris recognition system with an iris camera for the minimum size (within 1 cm3).
  • the mobile iris recognition camera system of the present invention In order to solve the above problems, the mobile iris recognition camera system of the present invention,
  • An iris photographing camera comprising a sensor and an accessory circuit, a lens and an illumination light source device, an illumination light source device, an illumination light source equipped with an IR LED light source device,
  • the illumination light source is spaced a predetermined distance from the lens center line of the camera, a plurality of light sources surround the lens,
  • the object plane of the lens is the position where the iris lies, is a certain distance from the tip of the lens, and is substantially an area around the lens center line, and the imaging plane of the lens is the image sensor plane,
  • the illumination center line is preferably configured to have an illumination inclination angle equal to the arc center of the lens and the lens center line of the lens so as 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 camera, it is configured by installing an FPCB cover that can be safely covered to protect the illumination light source.
  • the FPCB cover is preferably coated with a material in which the upper and lower surfaces are corroded (fine irregularities) to scatter light or to mix light scattering elements on the surface, so that the brightness of the illuminated iris surface is uniform or even. Do.
  • the FPCB cover is first designed to shape the angle between the entrance surface and the exit surface to act as a concave surface, convex sphere or prism to meet the illumination brightness value of the IR LED light source element and the irradiation direction of the camera at the focal length It is preferable to manufacture by adjusting at the time.
  • the present invention by optimizing the conditions necessary for iris imaging, simplifying the composition, minimizing the power consumption of the iris recognition, and providing an effective means to improve the uniformity of illumination, and completely block external interference, such as static electricity It is effective in preventing the malfunction of the user and by increasing the user's convenience by informing that the correct iris photographing position and the iris recognition process are in progress.
  • the iris camera by minimizing the size of the iris camera (within about 1 cm 3), there is an effect that it can be easily mounted on a product containing a DSP such as a mobile device (smartphone, tablet PC).
  • FIG. 1 is a front schematic view showing the present invention in a front direction.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram in the longitudinal direction of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating only the flexible PCB (FPCB) of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a development view illustrating an arrangement of light source devices mounted on the flexible PCB of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a front view of the FPCB cover applied to the present invention, showing a cross-sectional view of various embodiments.
  • Figure 6 is a diagram depicting the appearance of the induction mirror and the iris reflected in the induction mirror applied to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the radiation angle of an illumination IR LED (infrared LED).
  • FIG. 8 is a photograph showing a three-dimensional pattern in the iris according to the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a pattern that varies depending on the direction of the light according to the present invention.
  • FIG. 10 is a photograph showing the brightness uniformity of the surface directly illuminated in the light emitting device according to the present invention.
  • FIG. 11 is a photograph showing brightness uniformity of a surface of the light emitting device according to the present invention covered with an FPCB cover.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an ellipsoidal mirror according to the present invention in vertical coordinates.
  • the present invention installs an FPCB cover having an inclined surface above or below an IR LED (infrared LED) light source element or having irregularities of light diffusion or scattering function to improve brightness uniformity around the iris, thereby improving iris recognition.
  • the key technology is to effectively prevent static electricity from passing through the LED light source device, to identify and operate the living eye, and to minimize the size / volume of the camera by using an elliptical mirror optimized with an iris induction mirror. Make a point.
  • the mobile iris recognition camera system of the present invention includes an image sensor and an accessory circuit (not shown), a camera 70, a display light source device 50, an illumination light source device 40, and an IR LED. It consists of a flexible PCB (FPCB) 10 including the light source element 20, the FPCB cover 60 and the induction mirror 30 to guide the user.
  • FPCB flexible PCB
  • the display light source device 50 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 display light source element 50 and the voice element may be used together.
  • the illumination light source element 40 is spaced apart from the center line O of the lens 80 of the camera 70 by a predetermined distance, and artificially changes the size of the pupil by changing the intensity of the light. It supports the biometric process (excluding fake eyes) of the iris recognition camera system.
  • the object plane of the lens 80 is the position where the iris rests, is a distance from the end of the camera 70, and is substantially an area around the lens center line 0, the lens 80 Is an image sensor surface.
  • the illumination center line preferably has an illumination inclination angle as much as the arc center of the lens center line 0 of the camera 70 so as to face the object plane of the camera lens 80.
  • the illumination light source (20, 40, 50) is arranged in parallel or close to the lens center line (0) of the camera 70, spaced apart from the lens center line (0) of the camera 70 and the object plane
  • the FPCB cover 60 is designed and installed so that the light is directed toward.
  • the IR LED light source device 20 is configured to have two or more infrared wavelengths, and is disposed to surround the center outside of the camera 70, and also temporarily illuminates and centers the camera lens 80. Distinguish fake irises, such as photos or videos, by analyzing the images of the irises that are taken while the IR LED light source elements 20 disposed on the upper, lower, left, and right sides are cross-illuminated diagonally or illuminated in a predetermined order. It is preferable to.
  • the actual iris is a three-dimensional shape is affected by the shadow depending on the direction of the illumination, the shape of the iris pattern is changed. However, in the case of a video or a photograph, the pattern shape does not change no matter how the lighting direction is changed.
  • the pattern of the iris is represented by a three-dimensional shape, the size and depth of the three-dimensional is different depending on the shape.
  • the shape of the pattern changes depending on the direction of the illumination and the depth of the iris pattern bend (bone), but does not change in the case of a picture or a video.
  • the FPCB cover 60 to make a fine concavo-convex (corrosion) on the top and bottom, or to mix or scatter the light scattering elements in the material of the FPCB cover 60 or coated on the surface It is preferable to configure so as to uniformly radiate the light of the IR LED light source device (20).
  • the FPCB cover 60 may artificially change the radiation angle or irradiation direction of light in consideration of the radiation angle or irradiation distance of the IR LED light source device 20.
  • Various cross-sectional shapes of the FPCB cover 60 can be designed.
  • the configuration of the FPCB cover 60 is generally considering that the IR LED light source device 20 has a uniformity depending on the curvature or shape of the material (eg, glass material) covering the ignition point, as well as the distance irradiated. will be. As shown in FIGS. 10 and 11, it can be seen that the brightness uniformity of the surface directly illuminated by the light emitting device is significantly improved when comparing the brightness uniformity of the surface illuminated by the FPCB cover 60 with the light emitting device.
  • the material eg, glass material
  • the user installs the guide mirror 30 to photograph the iris at an optimal position while looking at his eyes. It is preferable to use a concave mirror so that the guide mirror can see a straight image only at a certain distance, but it is more preferable to use an ellipsoid mirror to adjust the size of the image and minimize the size of the camera.
  • the IR LED light source device 20 can be vertically assembled using a simple assembly jig, so that it is relatively easy to work with, and it is easy to determine whether it is assembled vertically with the naked eye to maintain production quality. Is easy.
  • the cross section of the FPCB cover 60 may be adjusted to suitably design and apply a light direction or an angle of radiation to solve the inconsistency between the lens center line and the illumination center line.
  • the user In order to recognize the iris, the user must accurately position his iris on the object plane of the camera 70. For this purpose, the user is notified of the focus using a program for measuring the sharpness of the image. The iris of the user is guided to be accurately positioned on the object plane of the camera 70.
  • the threshold value of the sharpness measurement is not constant due to the iris pattern being large or small, the iris image may not be clear and the recognition may fail (a lot of iris patterns).
  • the iris recognition success rate can be increased by photographing the iris at the second accurate position.
  • a distance sensor to detect the position of the iris, and then guide the iris to move up, down, left, right, front and back.
  • Grabbing technology is used.
  • the mirror can see the image of the reflected iris at a certain distance, but cannot adjust the size of the reflected image.
  • the distance sensor it is difficult to induce the iris to be located at the correct point due to the measurement error at a short distance due to the operating speed and limitation of the sensor.
  • the iris is induced with an ellipsoid in order to position the iris at the correct photographing point.
  • the ellipsoid is represented by the vertical coordinates (x-axis, y-axis) as follows.
  • the distance to ' is a and the distances to B and B' are b.
  • the trajectories of the points F (x, y) of the length 2a connected to the focal points F (c, 0) and F '(-c, 0) and P appear as ellipses passing through A, B, A'B'. .
  • the present invention is used to induce the iris by rotating the ellipse to create an ellipsoid and to cut out a portion of the ellipsoid around the point A.
  • the distance from the ellipsoid center A to the focal point F of the ellipsoid is a-c (focal length).
  • Positioning the iris at the focal point F is easy, and the sharpness changes rapidly with focal length separation (back and forth), making it easy to find the correct point.
  • the size of the iris image reflected on the ellipsoid is adjusted at the same focal length, the iris image having the desired size can be reflected by changing the a and b values.
  • the induction mirror 30, such as a round or square made of an ellipsoidal mirror is installed at the front end of the camera 70.
  • the IR LED light source element 20 is disposed perpendicular to the FPCB 10, and a plurality of different wavelengths are determined from 750 to 900 nm in the infrared wavelength range, and IR The LED light source device 20 is disposed at a predetermined distance from the center of the lens of the camera 70 at a distance of up, down, left and right. In addition, the IR LED light source device 20 to illuminate at a time, to illuminate in the up and down or left and right of the center of the camera lens 80, or to illuminate in accordance with a predetermined order to identify and process the eyes of the living body or fake eyes. do.
  • the FPCB cover 60 illustrated in FIG. 5 makes the illumination of the IR LED light source device 20 by making a fine unevenness (corrosion) on the upper surface, the lower surface, or both the upper and lower surfaces, or by coating the light scattering material or the surface thereof. It can be made uniform.
  • the cross section it is possible to induce the radiation angle or direction of the lighting to the desired state, to protect the IR LED light source element 20 by blocking the outside and to prevent malfunction by preventing the static electricity, and manufacturing and assembly Simple, increase productivity and maintain good quality.
  • the guide mirror 30 shown in FIG. 6 uses an elliptical mirror having a curvature larger than that of the concave mirror, thereby reducing the size of the iris projected onto the guide mirror 30 when viewed from the same distance. Therefore, the size of the induction mirror 30 can be reduced to minimize the size of the camera to be implemented as a volume (within 1 cm 3) that can be mounted on the mobile device.

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Abstract

본 발명은 IR LED(적외선 엘이디)광원소자의 상하에 경사면을 가지거나 요철부(디퓨져부)가 형성된 FPCB 덮개를 설치하여 홍채 주변의 밝기 균일도가 향상되어 홍채인식이 향상되고, 또한 IR LED광원소자를 통해서 정전기가 내부 장치로 전달되는 것을 효과적으로 차단하고, 생체인 진짜 눈을 식별하여 작동하도록 하며, 홍채유도거울로 최적화된 타원경을 사용함으로서 카메라의 크기/부피를 최소화하는 것에 특징이 있다.

Description

모바일용 홍채인식 카메라시스템
본 발명은 IR LED(적외선 엘이디)광원소자를 FPCB(플렉시블 피시비)에 부착 설치하고 FPCB 덮개(가이드) 양면에 빛을 산란시킬 수 있도록하기 위한 요철부를 형성 또는 FPCB 덮개의 재질에 빛을 산란/산광시키는 기능이 있는 물질을 섞어 제작하거나 표면에 코팅함으로서 조명의 밝기와 조명범위, 조사방향을 의도하는 데로 설계하고, 홍채 주변의 밝기 균일도를 향상시켜 홍채인식의 효율을 향상하고, 또한 IR LED광원소자를 플렉시블 PCB에 다수(최소 4개 이상) 분산 장착하여 카메라 둘레에 배치함으로서 카메라의 크기를 효과적으로 조정하도록 설계하며, 홍채인식이 처리되고 있음을 시각적으로 표시해 줌으로서 사용자의 편의를 제공함은 물론, 홍채를 유도하는데 최적화된 타원경의 거울을 적용하여 카메라의 크기를 최소화하여 구현할 수 있는 모바일용 홍채인식 카메라시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 인터넷 쇼핑은 물론 온라인 뱅킹, 모바일 주식 거래, 인터넷 민원서류 발급 등 거의 모든 전자 상거래 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 IR LED(적외선 엘이디)광원소자가 사용되고 있고, 상기 IR LED광원소자의 방사각(조명각)은 발산광의 최대치의 절반이 되는 각도의 2배를 방사각 (조명각)으로 정한다.
방사각의 예를 들면 도 7에 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, 수백 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 IR LED광원소자의 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 2배로 하면 같은 밝기를 위하여 4배의 광량이 필요하다.
첨부도면 도 1 및 도 3을 참조하면, IR LED광원소자(20)를 FPCB(10)에 수직 배치한 경우, 카메라(70)의 중심으로부터 일정거리에 있는 눈의 홍채를 촬영하려면 홍채주변에 적정량의 조명을 비추기 위하여 방사각(조명각)이 넓어져야 하므로 많은 광량이 필요하게 되어 IR LED광원소자(20)가 소모하는 전력이 커진다.
또한, IR LED광원소자(20)가 외부의 정전기를 내부 기계장치(미 도시함)에 전달하는 전도체 역할을 하는 단점이 있으며, 근거리 조명으로 사용하는 경우 홍채주변의 밝기 균일도가 나빠지는 단점이 있다.
첨부도면 도 2 및 도 5를 참조하면, IR LED광원소자(20)를 FPCB(10)에 배치하지 않는 경우, IR LED광원소자(20)를 고정시키면서 임의의 방사각(조명각)을 결정하여 일정하게 유지하도록 별도의 지지대(미 도시함) 등을 부가하여야 하는데, 이는 조립상 애로가 있으며, 또한, 조립 후 육안으로 일정각도를 판별하기가 용이하지 않아 대량 생산시에 품질관리가 극히 어려운 단점이 있다.
그리고 IR LED광원소자(20)가 지지대(미 도시함)에 배치되는 경우 불필요한 공간이 생기고 외관상 보기가 좋지 않으며 외형이 커지는 단점이 있다.
또한, 이와 같이 IR LED광원소자(20)를 배치하는 방법도 도 3에서와 마찬가지로 외부에 직접 IR LED광원소자(20)가 노출되어 있어서 외부의 정전기에 취약하고, 눈의 홍채주변의 밝기 균일도가 나쁜 단점이 있다.
그리고 첨부도면 도 5와 같이, 상, 하면이 평면인 FPCB 덮개(60)를 적용할 경우에 홍채주변의 밝기 균일도를 개선할 수 있으나, IR LED광원소자(20)의 방사각을 최적화하는 것에는 다소의 단점이 여전히 있다.
이러한 IR LED광원소자(20)는 소정의 광출력을 얻기 위하여 일정한 전력을 소모하여 동작시에 열이 발생하므로 방열효과를 얻기 위하여 금속제 가이드를 사용한다.
이 경우에 사용중에 인체 또는 공기 중으로부터 수 천볼트에 달하는 정전기가 전원을 공급하는 FPCB(10)를 따라 내부회로를 통하여 방전하게 되므로 내부장치 회로의 오동작을 유발하기도 한다.
그리하여 정전기 방지수단으로 통상 정전기 흡수소자를 사용하게 되는데, 가격 상승요인이 있으며, 또한 그 방지 수단이 단순하게 정전기 흡수소자 이외에 별도의 대책이 강구되는 경우가 있어서 홍채를 촬영하기 위한 카메라 모듈이 복잡하게 구성되는 것은 물론, 카메라의 크기를 최소화하는 데에 방해가 되므로 휴대가 가능한 모바일 제품에 적용하기 어려운 단점이 있다.
그래서 본 발명은, 휴대성의 모바일 제품에 탑재 가능한 홍채인식시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
즉, 본 발명은 IR LED광원소자를 홍채영상취득에 접합하도록 배치하여 홍채주변의 밝기 균일도를 개선하고, 정전기가 내부회로로 방전되는 것을 차단하며, 사용자가 홍채의 촬영지점을 편리하게 알 수 있도록 유도하고, 사용자의 편의를 위하여 홍채인식처리가 진행중 임을 표시해 주면서, 또한 홍채 촬영용 카메라를 구비한 홍채인식시스템을 최소화(1㎤ 이내)의 크기로 제공함에 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 모바일용 홍채인식 카메라시스템은,
센서 및 부속회로, 렌즈 그리고 조명광원소자, 표시광원소자, IR LED광원소자가 구비된 조명광원으로 구성된 홍채촬영용 카메라를 포함하되,
상기 조명광원은 카메라의 렌즈 중심선과 일정거리 이격되어 다수의 광원이 렌즈를 둘러싸고 있고,
렌즈의 물체면(object plane)은 홍채가 놓이는 위치이고, 렌즈의 끝으로부터 일정거리 떨어져 있으며, 실질적으로는 렌즈 중심선 주변의 영역이 되고, 렌즈의 결상면(結像面)은 이미지 센서면이며,
조명중심선은 렌즈의 물체면을 향하도록 렌즈의 렌즈중심선과 아크탄젠트 만큼의 조명경사 각도를 갖도록 구성됨이 바람직하다.
여기에서, 상기 조명광원은 상기 카메라의 렌즈중심선과 평행하게 또는 평행에 가깝게 배치하고, 상기 조명광원을 보호하도록 안전하게 덮을 수 있는 FPCB 덮개를 설치하여 구성된다.
또한, 상기 FPCB 덮개는 상,하면을 부식(미세한 요철)하여 빛을 산란시키거나 표면에 빛을 산란시키는 소자를 섞은 재질로 코팅함으로서 상기 조명이 비춰진 홍채표면의 밝기를 균일 또는 고르게 하도록함이 바람직하다.
또한, 상기 FPCB 덮개는 입사면과 출사면의 각도를 오목구면, 볼록구면 또는 프리즘 역할을 할 수 있도록 성형하여 상기 IR LED광원소자의 조명 밝기 값과 카메라의 조사방향을 초점거리에서 만나도록 최초 설계시에 조정하여 제조함이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 홍채영상 촬영에 필요한 조건을 최적화하여 구성물을 간단하게 하고, 홍채인식 소모 전력을 최소화하고, 조명의 균일도를 개선한 효과적인 수단을 제공하며, 외부의 간섭을 완전하게 차단하여 정전기 등에 의한 오동작을 방지하고, 정확한 홍채촬영 위치에 있음과 홍채인식처리가 진행중 임을 알려줌으로서 사용자의 편의성을 증대하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 홍채 촬영용 카메라의 크기를 최소화(약 1㎤ 이내) 함으로써, 모바일기기(스마트폰, 태블릿PC) 등 DSP를 내장하고 있는 제품에 손쉽게 장착할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고성능의 홍채인식 카메라를 저가로 소비자에게 공급함으로써 생체인식으로 소비자의 사회적, 경제적 개인보관을 강화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명을 정면방향에서 도시한 정면 개략도이다.
도 2는 도 1의 종단방향의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 1의 플렉시블 피시비(FPCB)만을 발췌 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 플렉시블 피시비(FPCB)에 장착된 광원소자들의 배치상태를 보여주는 전개도이다.
도 5는 본 발명에 적용된 FPCB 덮개의 정면도로서, 다양한 실시의 단면형태를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 적용된 유도거울과 유도거울에 비추어진 홍채의 모습을 묘사한 도면이다.
도 7은 조명 IR LED(적외선 엘이디)의 방사각의 예를 나타낸 도표이다.
도 8은 본 발명에 따른 홍채에 있는 입체적 무늬를 보여주는 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 빛의 방향에 따라 달라지는 무늬를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 발광소자에서 직접 조명된 면의 밝기 균일도를 보여주는 사진이다.
도 11은 본 발명에 따른 발광소자가 FPCB 덮개을 씌워 조명한 면의 밝기 균일도를 보여주는 사진이다.
도 12는 본 발명에 따른 타원경을 수직좌표로 도식화한 도면이다.
본 발명은 IR LED(적외선 엘이디)광원소자의 상, 하에 경사면을 가지거나 빛의 확산 또는 산란기능의 요철부가 형성된 FPCB 덮개를 설치하여 홍채 주변의 밝기 균일도가 향상되어 홍채인식이 향상되고, 또한 IR LED광원소자를 통해서 정전기가 내부 장치로 전달되는 것을 효과적으로 차단하고, 생체인 진짜 눈을 식별하여 작동하도록 하며, 홍채유도경으로 최적화된 타원경을 사용함으로서 카메라의 크기/부피를 최소화하는 것을 핵심적 기술요지로 한다.
이하, 첨부되는 도면과 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 설명에 있어, 도면 제시된 구성요소의 구조 및 크기는 발명의 설명에 문제되지 않는 한 단순화되거나 간략화될 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 모바일용 홍채인식 카메라시스템은 이미지 센서 및 부속회로(미 도시함), 카메라(70), 표시광원소자(50), 조명광원소자(40)과 IR LED광원소자(20)을 포함하는 플렉시블 피시비(FPCB : 10)와 FPCB 덮개(60) 및 사용자를 유도하는 유도거울(30)로 구성된다.
상기 표시광원소자(50)는 사용자의 홍채가 렌즈의 물체면에 정확하게 놓이도록 안내하는 역할을 하는 것으로서, 사용자에게 홍채인식이 진행중 임을 시각으로 알려주는 것이나 음성소자를 이용하여 청각으로 알려줄 수 있고, 상기 표시광원소자(50)와 음성소자 두가지 모두를 함께 이용할 수도 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 상기 조명광원소자(40)는 카메라(70)의 렌즈(80) 중심선(O)과 일정거리 이격되어 있으며, 불빛의 강도를 변화하여 동공의 크기를 인위적으로 변화시키므로써 홍채인식 카메라시스템의 생체확인과정(가짜 눈 배제)을 지원한다.
상기 렌즈(80)의 물체면(object plane)은 홍채가가 놓이는 위치이고, 카메라(70)의 끝으로부터 일정거리 떨어져 있으며, 실질적으로는 렌즈 중심선(0) 주변의 영역이 되고, 렌즈(80)의 결상면(結像面)은 이미지 센서 면이다.
조명중심선은 카메라 렌즈(80)의 물체면을 향하도록 카메라(70)의 렌즈중심선(0)과 아크탄젠트(arctan) 만큼의 조명경사각을 갖는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 카메라(70)의 렌즈중심선(0)과 평행하게 또는 평행에 가깝게 조명광원(20,40,50)을 배치하고, 상기 카메라(70)의 렌즈중심선(0)과 이격시키고 물체면을 향하여 조명하도록 FPCB 덮개(60)를 도안하여 설치한다.
도 3에 도시된 것과 같이 상기 IR LED광원소자(20)는 두가지 이상의 적외선 파장을 가지도록 구성하되, 카메라(70)의 중심 외곽을 둘러싸도록 배치하며, 일시에 조명하기도 하고 카메라 렌즈(80) 중심의 상, 하 또는 좌, 우에 배치된 IR LED광원소자(20)를 대각선 방향으로 교차조명을 하든지 또는 미리 정해진 순서대로 조명하면서 촬영한 홍채의 영상을 분석함으로서 사진 또는 동영상 등 가짜 홍채를 구분하여 처리함이 바람직하다.
이는 도 8 및 도 9에서 보여주듯이, 실제 홍채는 그 모양이 입체적이라서 조명의 방향에 따라 그림자의 영향을 받음으로서 홍채패턴의 형상이 변화된다. 그러나 동영상이나 사진의 경우에는 조명의 방향을 아무리 바꾸어도 패턴형상이 바뀌지 않는다.
즉, 도 8 및 도 9에서 보여주듯이, 홍채의 무늬는 입체적인 모양에 의하여 나타나게 되는데, 그 입체의 크기와 깊이는 형태에 따라 모두 다르다. 홍채를 촬영하기 위하여 조명을 하게 되면 조명의 방향과 홍채무늬굴곡(골)의 깊이에 따라 패턴의 형상에 변화가 생기는데 그림이나 동영상의 경우는 변화가 생기지 않는다.
또한, 조명하는 적외선의 파장에 따라 살아있는 눈은 휘도(밝기)값이 달라지므로 적외선의 파장이 다른 IR LED광원소자(20) 두개 이상을 구비하여 교차 조명하는 것도 가짜 눈을 구별해 내는데 바람직하다.
그리고 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 FPCB 덮개(60)는, 상,하면에 미세한 요철(부식)을 만들거나, FPCB 덮개(60)의 재질에 빛을 산란시키는 소자를 섞어서 제작 또는 표면에 코팅함으로서 IR LED광원소자(20)의 빛을 균일하게 방사할 수 있도록 구성함이 바람직하다.
상기 FPCB 덮개(60)는 도 5의 단면 확대도에 보여주듯이, 상기 IR LED광원소자(20)의 방사각도나 조사거리 등을 고려하여 빛의 방사각도나 조사방향 등을 인위적으로 변화시킬 수 있도록 상기 FPCB 덮개(60)의 단면형태를 다양하게 설계할 수 있다.
이러한 FPCB 덮개(60)의 구성은 일반적으로 IR LED광원소자(20)는 발화점을 덮고 있는 물질(예 : 유리재질)의 곡률이나 모양은 물론 조사되는 거리에 따라 그 균일도가 일정하지 않은 점을 고려한 것이다. 도 10 및 도 11에서 보여주듯이, 발광소자에서 직접 조명된 면의 밝기 균일도와 발광소자가 FPCB 덮개(60)를 씌워 조명한 면의 밝기 균일도를 비교해 보면 현저하게 개선되는 것을 알 수 있다.
도 6에 도시된 것과 같이, 사용자가 자신의 눈 모습을 보면서 최적의 위치에서 홍채를 촬영하도록 유도거울(30)을 설치한다. 이 유도거울은 일정한 거리에서만 똑바른 영상을 볼 수 있도록 오목거울을 이용하는 것이 바람직하나, 영상의 크기를 조정하고 카메라의 크기를 최소화하기 위하여 타원경의 거울을 이용하는 것이 더욱 바람직하다.
이러한 본 발명은 IR LED광원소자(20)는 간단한 조립 치구를 이용하면 수직조립이 가능하여 상대적으로 작업하는 것이 용이하며, 육안으로도 수직으로 조립되어 졌는가를 판단하기가 용이하여 생산 품질을 유지하기가 쉽다.
그리고 외부의 정전기 영향을 차단함으로서 오동작이 없고, 균일한 광량을 확보하는 것도 성공적이다. 즉, 균일한 조명으로 항상성 있는 홍채영상을 촬영할 수 있다.
다른 응용을 할 경우에는 도 5에서 보듯이 FPCB 덮개(60)의 단면을 조정하여 렌즈중심선과 조명중심선 사이의 불일치성을 해결하도록 빛의 방향이나 방사각도를 바람직하게 설계하여 적용할 수 있다.
홍채인식을 하기 위해서는 사용자가 본인의 홍채를 카메라(70)의 물체면에 정확히 위치시켜야 하는데 이를 위하여 영상의 선명도를 측정하는 프로그램을 이용하여 초점이 맞았음을 안내하는 음성안내 등으로 사용자에게 알려줌으로써 사용자의 홍채가 카메라(70)의 물체면에 정확히 위치되도록 유도한다.
그러나 선명도 측정의 임계값이 홍채의 무늬가 많고 적음에 따라 일정하지가 않아서 초점이 맞았다고 표시되어도 실제로는 홍채영상이 선명하지 않아 인식이 실패하는 경우(홍채 무늬가 많음)가 있다.
이와 반대로 홍채영상이 선명함에도 불구하고 초점이 맞지 않았다고 표시됨으로서 인식이 실패하는 경우(홍채 무늬가 적음)가 있어서 홍채영상의 선명도를 측정된 임계값에 따라 판단하는 것에는 문제가 있다.
본 발명에서는 사용자가 본인의 홍채를 카메라(70)의 물체면에 정확하게 위치시키도록 하기 위해, 타원경으로 제작된 유도거울(30)을 이용하여 1차적으로 유도한 후에 입력되는 홍채크기와 명도대비(CONTRAST)를 측정하여 홍채인식처리가 가능한 영상임을 측정하는 프로그램을 이용하여 홍채인식이 진행되고 있음을 안내하도록 음성소자(미 도시됨)나 표시광원소자(50)를 통해 시각 또는 청각으로 사용자에게 알려주어 2차적으로 정확한 위치에서 홍채를 촬영하도록 함으로써 홍채인식 성공률을 높일 수 있게 한다.
즉, 홍채의 선명도에 관계없이 초점이 맞았는지 여부를 평가하는 기준값에 따라서 정확한 위치인지를 판단했던 종래의 방식과 달리, 홍채의 선명도와 처리 가능한 영상인지, 그리고 미리 정해진 규격의 홍채인지를 시각 또는 청각으로 사용자에게 알려주는 것이다.
본인이 자신의 홍채를 일정한 지점에서 위치시키기 위해서는 거울을 본다든가, 거리센서 등을 사용하여 홍채의 위치를 감지한 후, 상,하,좌,우,전,후로 홍채를 이동하도록 안내하여 위치를 잡아주는 기술이 이용되고 있다. 그러나 거울은 일정한 거리에서 반사되는 홍채의 영상을 볼 수는 있으나 그 반사된 영상의 크기를 조정하여 볼 수 없다. 또한 거리센서를 이용하는 경우에는 센서의 작동속도 및 제한사항으로 근거리에서의 측정오차가 심하여 홍채를 정확한 지점에서 위치하도록 유도하는 것이 어렵다.
본 발명에서는 홍채를 정확한 촬영지점에 위치시키기 위하여 타원경으로 홍채를 유도하는 것이다.
타원경을 수직좌표(x축,y축)로 도식화 하면 다음과 같으며,
x2/a2 + y2/b2 = 1 (a > b)
이를 그래프로 설명해 보면 도 12와 같다.
여기서, 좌표는 A = (a,0), B = (0,b), A' = (-a,0), B' = (0,-b)로 표시할 수 있으며, 중심으로부터 A와 A' 까지의 거리는 a 이고, B와 B'까지의 거리는 b 이다.
또한, 초점 F(c,0)와 F'(-c,0), P에 연결된 길이(2a)의 점 P(x,y)의 궤도는 A,B,A'B'를 지나는 타원으로 나타난다. 즉 a와 b값을 조절하여 타원의 형태 및 타원경의 초점거리(A에서 F까지의 거리)를 변경할 수가 있다.(b2 = a2 - c2 이고, a,b,c는 양수이다.)
본 발명은 타원을 회전시켜 타원경을 만들고 A 지점을 중심으로 타원경의 일부를 잘라내어 홍채를 유도하는데 사용하는 것이다. 타원경 중심 A로부터 타원경의 초점 F까지 거리는 a-c(초점거리)이다. 초점 F에 홍채를 위치시키는 것은 손쉽게 할 수 있으며, 또한 초점거리 이격(전후 이동)에 따라서 선명도가 급격하게 변화하므로 정확한 지점을 찾는 것이 용이하다. 그리고 동일한 초점거리에서 타원경에 반사되는 홍채영상의 크기를 조정하고자 하는 경우에는 a, b 값을 변환하므로서 원하는 크기의 홍채영상이 반사되어 보이도록 할 수가 있다.
즉, 타원경으로 제작된 원형 또는 사각형 등의 유도거울(30)을 카메라(70)의 앞단에 설치한다.
도 1과 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, IR LED광원소자(20)를 FPCB(10)에 수직으로 배치하고, 적외선 파장의 범위를 750~900nm 중에서 서로 다른 파장을 다수 결정하고, IR LED광원소자(20)를 카메라(70) 렌즈의 중심에서 상,하,좌,우로 일정거리 이격하여 배치한다. 또한, IR LED광원소자(20)는 일시에 조명하거나, 카메라렌즈(80) 중심의 상하 또는 좌우에서 교차로 조명하거나, 미리 정해놓은 순서에 따라 조명함으로서 생체의 눈인지 가짜 눈인지를 식별하여 처리하도록 한다.
도 5에 도시되어 있는 FPCB 덮개(60)는 상면, 하면 또는 상하 양면에 미세한 요철(부식)을 만들거나 빛을 산란시키는 재질 또는 그 표면에 코팅하여 제작함으로써 IR LED광원소자(20)의 조명을 균일하게 할 수 있다. 또한 그 단면을 설계함으로써 조명의 방사각이나 방향을 바람직한 상태로 유도할 수 있으며, 외부를 차단하여 IR LED광원소자(20)를 보호하고 정전기 영향을 받지 않도록 함으로서 오작동을 방지하고, 제작과 조립이 간단하여 생산성을 높이고 좋은 품질을 유지할 수 있다.
도 6에 도시되어 있는 유도거울(30)은 오목경보다 곡률이 큰 타원경을 사용함으로써, 동일한 거리에서 봤을 때 유도거울(30)에 비춰지는 홍채의 크기를 작게 한다. 따라서 유도거울(30)의 크기를 축소함으로써 카메라 크기를 최소화하여 모바일 기기에 장착이 가능한 부피(1㎤ 이내)로 구현할 수 있다.
기존의 카메라를 사용하는 경우, 카메라를 작게 만들면 사용자가 자신의 홍채를 촬영하는 것이 어렵고, 거리센서 또는 유도거울 등을 사용하도록 만들면 카메라의 크기가 커서 휴대폰 등 모바일 제품에 적용하는 것이 거의 불가능하다.
사용자가 자신의 홍채를 관찰하면서 편안하게 촬영하는 것이 가능하면서 카메라의 크기/부피를 최소화해서 휴대용 장비에 장착하여 사용하도록 제공함으로써, 최근 활성화되고 있는 스마트폰, 태블리PC 등의 모바일기기에서 저렴한 가격으로 널리 사용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 센서 및 부속회로, 렌즈, 조명광원소자, 표시광원소자와, IR LED광원소자를 포함하는 조명광원으로 구성된 홍채인식용 카메라에 있어서,
    상기 조명광원은 카메라의 렌즈 중심의 둘레에 일정거리 떨어져 설치되어 있고,
    상기 조명광원은 플렉시블 피시비(FPCB)에 부착하여 카메라 렌즈 중심의 상,하,좌,우로 둘레에 설치하고, 이를 보호하도록 덮어주는 FPCB 덮개를 구성하며, 사용자가 자신의 홍채를 관찰하면서 편히 촬영할 수 있도록 유도거울을 가지고 있으면서 살아있는 홍채만을 식별하여 처리하는 것을 특징으로 하는 모바일용 홍채인식 카메라시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 IR LED광원소자는 카메라 렌즈의 상,하,좌,우에 설치되어 일시에 조명하거나 상하, 좌우로 교차 조명하거나, 미리 정해 놓은 순서에 따라 1차적으로 조명함으로써 홍채의 패턴 형상을 확인하여 위조된 홍채를 식별할 수 있도록 하며, 위조 홍채 식별을 강화하도록 적외선의 파장을 2차적으로 800nm 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 모바일용 홍채인식 카메라시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 FPCB 덮개는 빛을 산란/확산하도록 상면, 하면 또는 상하 양면에 미세한 요철(부식)을 두거나 FPCB 덮개의 재질을 빛을 산란시키는 물질을 섞어 성형하거나 표면에 코팅하여 제작된 것을 특징으로 하는 모바일용 홍채인식 카메라시스템.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 FPCB 덮개는 조명의 방사각과 카메라 방향이 초점거리에서 만나도록 상,하면 또는 상면 또는 하면이 오목구면 또는 볼록구면 또는 오목구면과 볼록구면으로 형성된 단면구조나 프리즘 역할을 할 수 있는 단면구조를 갖는 것을 특징으로 하는 모바일용 홍채인식 카메라시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유도거울은 거울에 비친 자기의 홍채를 관찰하면서 촬영하도록 촬영거리와 홍채영상 크기를 고려하여 설계된 타원경이며, 상기 타원경은 가시광선은 반사하고 적외선은 투과하는 물질을 코팅한 것을 특징으로 하는 모바일 홍채인식 카메라시스템
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