WO2021020662A1 - 초음파 기반의 생체정보 인식장치 및 지정맥 데이터 구축 방법 - Google Patents

초음파 기반의 생체정보 인식장치 및 지정맥 데이터 구축 방법 Download PDF

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WO2021020662A1
WO2021020662A1 PCT/KR2019/016654 KR2019016654W WO2021020662A1 WO 2021020662 A1 WO2021020662 A1 WO 2021020662A1 KR 2019016654 W KR2019016654 W KR 2019016654W WO 2021020662 A1 WO2021020662 A1 WO 2021020662A1
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finger
finger vein
biometric information
information
ultrasonic
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PCT/KR2019/016654
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이성철
설재도
강영호
Original Assignee
주식회사 베프스
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    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/30—Authentication, i.e. establishing the identity or authorisation of security principals
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    • G—PHYSICS
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    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/14—Vascular patterns

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasound-based biometric information recognition apparatus capable of acquiring user's finger vein information and performing user authentication, and a finger vein data construction method capable of improving authentication accuracy and authentication speed of the recognized finger vein data.
  • Biometric information that is unique to each person has the advantage that it cannot be separated from the person.
  • the conventional constant voltage fingerprint recognition has a limitation in not recognizing finger veins in the epidermis.
  • the conventional finger vein authentication technology recognizes a vein pattern by transmitting near infrared rays (IR) through a finger.
  • IR near infrared rays
  • the hemoglobin vein authenticates the inside of a blood vessel and cannot be forged or altered, and it has the advantage of utilizing the vein pattern of a deceased person if necessary.
  • IR near infrared rays
  • the hemoglobin vein authenticates the inside of a blood vessel and cannot be forged or altered, and it has the advantage of utilizing the vein pattern of a deceased person if necessary.
  • there are two drawbacks of finger vein authentication technology The first is that there is still the possibility of misrecognition, and the second is that when comparing the similarity of the two finger veins, it is compared with a relative standard rather than an absolute standard, which hinders accurate recognition. Deviation factors can act.
  • the applicant of the present invention performs fingerprint recognition and finger vein recognition only with ultrasound, and obtains 3D information of finger veins and enables more accurate recognition of'double authentication apparatus and method using ultrasound', Korean Patent Registration No. 10-1865371) Was filed on December 30, 2016.
  • the present applicant has devised a biometric information recognition device and a method for constructing finger vein data that can improve the accuracy of finger vein recognition and improve the speed of authentication comparison by improving the prior art.
  • Patent Document 1 Korean Patent Registration No. 10-1865371
  • An object of the present invention is to provide a biometric information recognition device and a finger vein data construction method capable of improving authentication accuracy and authentication speed in the process of constructing data for authentication by an ultrasonic sensor recognizing a finger vein.
  • the present invention is to provide a dual biometric information recognition device capable of simultaneously recognizing a user's fingerprint and finger vein, but using only an ultrasonic sensor.
  • the present invention improves the recognition accuracy of the finger vein, it is possible to perform user authentication even in a situation where fingerprint recognition is difficult due to mutual complementation of the finger vein and fingerprint information, and a dual biometric information recognition device capable of security even when a fingerprint is copied. I want to provide.
  • the present invention is to provide a method of constructing fingerprint and finger vein recognition data compatible with the existing fingerprint recognition algorithm and the existing finger vein recognition algorithm and capable of shortening the data processing speed.
  • the present invention provides a biometric information recognition apparatus, comprising: a finger guide on which a user's finger is placed; It is provided on the finger guide and includes a plurality of piezoelectric elements, and the piezoelectric elements are arranged in two dimensions (x,y) to emit ultrasonic waves, and receive ultrasonic signals reflected from the user's finger veins to An ultrasonic sensor that recognizes in three dimensions; And a driving unit configured to receive the detection signal of the ultrasonic sensor and store finger vein information of the user through signal processing, wherein the driving unit includes a finger vein vessel with a detection signal continuously generated at a position adjacent to the piezoelectric element.
  • It is characterized in that it calculates the direction of, recognizes a location where the direction of the finger veins converges as a branch point, and constructs information on the branched finger veins as vector information based on the three-axis coordinates of the recognized branch points. .
  • the driving unit may set the three-axis branch point coordinates P by using the x- and y-axis coordinates of the piezoelectric element located at the branch point and the detected frequency information of the piezoelectric element as z-axis coordinates.
  • the driving unit may set a thickness of a branched finger vein based on a 3-axis coordinate of the branch point as a vector size, and may set a direction of the branched finger vein as a vector direction.
  • the driving unit may set the size information of the vector and information of the angle formed by the vector as a comparison parameter for authentication.
  • the present invention provides a method for constructing finger vein data, the method comprising: detecting, by a biometric information recognition device, a contact state of a user's finger; Emitting an ultrasonic signal in the direction of the finger when the biometric information recognition device detects the contact of the finger;
  • the biometric information recognition device includes constructing data for recognizing a finger vein of the finger by using a reflected signal of the ultrasonic signal, and the step of constructing the data comprises: an ultrasonic wave provided in the biometric information recognition device.
  • the direction of the finger vein vessels is calculated with the detection signal continuously generated at the position adjacent to the emitting piezoelectric element, the position at which the direction of the finger veins converges is recognized as a branch point, based on the recognized 3-axis coordinates of the branch point.
  • the information on the branched vein blood vessels is constructed as vector information.
  • a branch point of a finger vein is detected as coordinates from 3D information of a finger vein detected by an ultrasonic sensor, and a blood vessel of the finger vein is constructed as vector information based on the detected branch point. Accordingly, there is an advantage in that it is easy to compare data of finger veins and that data conversion or authentication speed can be improved.
  • a segmented region in which the tip and the middle joint of the finger are located is formed on the finger guide, and in each region, an ultrasonic sensor recognizes a fingerprint and a finger vein, respectively. Accordingly, according to the present invention, since the fingerprint and the finger vein recognition process can be simultaneously performed, the time required for recognition is shortened.
  • an ultrasonic sensor for recognizing a finger vein is disposed at the middle joint of the finger, so that the blood vessel and size of the finger vein can be more clearly recognized.
  • the ultrasonic sensor for fingerprint recognition is tilted on the finger guide in consideration of the fact that the finger must be disposed on the finger guide up to the middle joint unlike the conventional one. Accordingly, the present invention has the advantage of enabling accurate recognition of the fingerprint and finger vein by exerting the same pressure on the middle and tip nodes when the finger is seated for authentication.
  • FIG. 1 is a block diagram of a dual biometric information recognition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side exploded view of a finger guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 illustrates an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a double authentication process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 illustrates an authentication process according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a concept of a three-dimensional data box as a method of processing biometric information data according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a concept of constructing three-dimensional data into two-dimensional comparison data in a biometric information data processing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a process of converting three-dimensional finger vein shape data into vector information in a method of processing biometric information data according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a dual biometric information recognition apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the biometric information recognition apparatus 1 may include an ultrasonic sensor unit 10, a driving unit 30, a storage unit 50, and an output unit 70.
  • the dual biometric information recognition apparatus 1 performs user authentication through dual authentication.
  • the biometric information recognition device 1 can perform user authentication stably and accurately by simultaneously performing fingerprint recognition and finger vein recognition on the user's finger 3.
  • the ultrasonic sensor unit 10 includes a first ultrasonic sensor 11 and a second ultrasonic sensor 13 provided on the finger guide 15.
  • a user's finger is placed, and a region is divided in the length direction of the finger.
  • the area in which the finger tip joint 31 is located in the finger guide 15 is defined as a first zone.
  • the area in which the middle joint 32 of the finger is located in the finger guide 15 is defined as a second zone.
  • a first ultrasonic sensor 11 is provided in the first area.
  • a second ultrasonic sensor 13 is provided in the second area.
  • the first and second ultrasonic sensors 11 and 13 may be composed of piezoelectric elements.
  • the piezoelectric element may emit an ultrasonic signal using the piezoelectric effect.
  • the piezoelectric element can generate a voltage by being stretched and contracted by a force pressed while a finger is in contact.
  • an ultrasonic signal having a resonant frequency may be emitted by vibration due to expansion and contraction.
  • the first and second ultrasonic sensors 11 and 13 may receive a reflected signal of an ultrasonic signal emitted by the piezoelectric element.
  • the first and second ultrasonic sensors 11 and 13 according to the present exemplary embodiment have the same constituent elements but different resonant frequencies, and thus may emit ultrasonic signals of different bands. In this regard, it will be described later with reference to FIG. 3.
  • the driving unit 30 emits an ultrasonic signal in the direction of the finger through the piezoelectric element when a contact of the finger is detected from the ultrasonic sensor unit 10.
  • an ultrasonic signal emitted from the first ultrasonic sensor 11 is referred to as a first ultrasonic signal.
  • the ultrasonic signal emitted from the second ultrasonic sensor 13 is referred to as a second ultrasonic signal.
  • the driver 30 receives the reflected signal of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal to construct the user's fingerprint and finger vein information.
  • the driving unit 30 generates a user authentication confirmation signal when the user authenticated in recognition of the user's fingerprint and/or finger vein is identical to the reference fingerprint and/or reference finger vein information.
  • the driving unit 30 generates an authentication unconfirmed signal when the authenticated user is not the same in recognition of the fingerprint and/or the finger vein. Through this, the user must be authenticated by both fingerprint recognition and finger vein recognition to receive user authentication confirmation.
  • the driver 30 may authenticate the user using the user's finger vein information.
  • the driving unit 30 is configured with a plurality of security levels, and authenticates a user with an AND condition of the fingerprint information and the finger vein information at a level with the highest security level, and the fingerprint information or the finger vein at a level with a lower security level.
  • the user can be authenticated with the OR condition of the information.
  • the storage unit 50 stores a reference fingerprint pattern and reference finger vein characteristics for user authentication.
  • the storage unit 50 may store a reflection signal of the first ultrasonic signal and the second ultrasonic signal received from the piezoelectric element of the ultrasonic sensor unit 10.
  • the storage unit 50 is a flash memory type, a hard disk type, a media card micro type, a card type memory (eg, SD or XD memory, etc.), RAM (Random Access Memory, RAM), SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory, ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), magnetic memory, It may include at least one storage medium of a magnetic disk and an optical disk.
  • the output unit 70 outputs information on the authentication confirmation signal or the authentication unconfirmed signal generated by the driving unit 30 to the display.
  • the output unit 70 includes a liquid crystal display (LCD), a thin film transistor-liquid crystal display (TFT LCD), an organic light-emitting diode (OLED), and a flexible display. display) and a 3D display.
  • FIG. 2 is a side exploded view of a finger guide 15 according to an embodiment of the present invention. Note that the finger guide 15 is provided with two ultrasonic sensors 11 and 13.
  • the first ultrasonic sensor 11 recognizes a user's fingerprint
  • the second ultrasonic sensor 13 recognizes the user's finger vein.
  • the dual biometric information recognition apparatus 1 performs user authentication based on the user's fingerprint information and finger vein information based on the same principle of ultrasonic sensing.
  • the first ultrasonic sensor 11 may be a low-frequency sensor that is reflected in areas of a ridge and valley of a finger epidermis. In this embodiment, the first ultrasonic sensor 11 may be a low frequency sensor of 15 MHz or less.
  • the first ultrasonic sensor 11 may be provided on the finger guide 15 by forming a predetermined angle ⁇ with the ground so as to be inclined toward the end of the finger.
  • the inclined angle ⁇ of the first ultrasonic sensor 11 is formed in a range of more than 0° and less than 90°.
  • the finger guide 15 according to this embodiment is in contact with the middle joint 32 of the finger.
  • Conventional fingerprint recognition or finger vein recognition is performed on the tip of the finger 31. Fingerprint recognition is excluded, and in the case of finger vein recognition, a number of capillaries that are difficult to recognize are distributed in the tip joint 31 of the finger. In this situation, several technical difficulties are involved in implementing fingerprint recognition and finger vein recognition on the tip of the finger 31 at the same time.
  • the contact area of the finger 3 is extended to the middle joint 32.
  • the finger guide 15 is preferably configured to be able to contact both the end node 31 and the middle node 32 of the finger 3 with the same pressing force.
  • the tip node 31 floats upward due to the joint structure of the finger, and it is not easy to exert a contact pressing force on the tip node 31.
  • the finger guide 15 according to the present embodiment is tilted so that the first ultrasonic sensor 11 faces the end node 31 in consideration of the above.
  • the second ultrasonic sensor 13 may be a high-frequency sensor that is invaded to the inside of the epidermis and is reflected from a region where the finger vein of the finger 3 is located.
  • the second ultrasonic sensor 13 may be a high frequency sensor of 15 MHz or higher. In the high frequency band of about 15 MHz or higher, ultrasound transmission is possible from the middle node 32 to the position of the finger vein.
  • the second ultrasonic sensor 13 is provided on the finger guide 15 horizontally with the ground.
  • the finger guide 15 may further include an acupressure part 13 for compressing blood flow to the middle joint of the finger.
  • Blood vessels in finger veins have variables that contract or relax depending on the surrounding temperature.
  • the finger guide 15 according to the present embodiment presses the thick flesh of the finger on the rear end region of the middle node 32 so that the acupressure part 13 is formed to supply minimal blood flow in the direction of the middle node 32.
  • the acupressure unit 13 may be made of a silicone material having a predetermined elasticity.
  • FIG 3 illustrates the ultrasonic sensors 11 and 13 according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic sensors 11 and 13 may include a plurality of piezoelectric elements 111 and a filler 113.
  • the plurality of piezoelectric elements 111 are arranged in an array of 192 X 192 in a two-dimensional plane, and may have a predetermined height.
  • Each of the piezoelectric elements 111 may include a pillar formed of a material that is easy to vibrate, and an electrode formed of a conductive material on upper and lower surfaces of the pillar.
  • the pillar portion may include at least one of PZT, PST, Quartz, (Pb, Sm)TiO3, PMN(Pb(MgNb)O3), PVDF or PVDF-TrFe, and the electrode is a metal having excellent conductivity It may include at least one material of Cu, Ag, Mo, or alloys thereof.
  • the filler 113 is formed between the plurality of piezoelectric elements 111 to vibrate and insulate the plurality of piezoelectric elements 111.
  • the filler 113 may be formed of a polymer.
  • FIG. 4 is a view for explaining a double authentication process according to an embodiment of the present invention.
  • 4 schematically illustrates the authentication process of the second ultrasonic sensor 13 on the left and the authentication process of the first ultrasonic sensor 11 on the right.
  • the above-described piezoelectric elements 111 and fillers 113 are alternately disposed in a side view, and respective ultrasonic signals are oscillated through the upper surface of the piezoelectric elements 111.
  • the first ultrasonic signal 310 is oscillated.
  • the second ultrasonic signal 410 is oscillated.
  • the first ultrasound signal 310 is emitted to the tip 31 of the finger 3, and detects the fingerprint 230, which is the skin of the finger 3 due to its low frequency characteristic.
  • the second ultrasound signal 410 is emitted to the middle node 32 of the finger 3 and detects the finger veins 240 and 250 inside the skin of the finger 3 due to the high frequency characteristic.
  • the first ultrasound signal 310 detects the numerous valleys 220 and ridges 210 of the fingerprint 230.
  • the detection signal of the first ultrasound signal 310 is detected in the S1 region near the epidermis.
  • the detection signal of the second ultrasonic signal 410 is detected in the S2 region deeper than the S1 region.
  • the piezoelectric element 111 measures the intensity or reflection coefficient (time) of the reflected signal of each of the ultrasonic signals 310 and 410 generated from the acoustic impedance difference in each of the regions S1 and S2. Patterns can be detected.
  • FIG 5 illustrates an authentication process according to an embodiment of the present invention.
  • step S410 the dual biometric information recognition device 1 detects the contact pressure of the finger 3 in the piezoelectric element 111 of the ultrasonic sensor unit 10.
  • a pressure is sensed, a voltage is generated to check the contact state.
  • step S420 when the finger 3 contacts the piezoelectric element 111, the dual biometric information recognition device 1 simultaneously emits a first ultrasonic signal 310 and a second ultrasonic signal 410.
  • the first ultrasound signal 310 detects the epidermis of the tip node 31 in the low frequency band S1.
  • the second ultrasound signal 410 detects a finger vein in the epidermis of the middle node 32 in a high frequency band S2.
  • the dual biometric information recognition device 1 recognizes a user's fingerprint and finger vein using the detected signal. Among them, the biometric information recognition device 1 detects a fingerprint pattern from the first ultrasound signal 310 to perform fingerprint recognition, and detects the finger vein pattern from the second ultrasound signal 410 together with height information to recognize the finger vein. .
  • the biometric information recognition apparatus 1 may perform a different authentication step (S450) of the user according to the setting information of the security level.
  • the security level can be divided into at least two levels.
  • Step 1 is a high security level, and when both the fingerprint and the finger vein match, a user authentication signal is generated.
  • Step 2 is a less secure level than step 1, and if fingerprint comparison is not easy, it is complementarily compared whether or not finger veins are matched.
  • step S460 whether or not to authenticate the user is determined, and the authentication result may be output through the output unit 70.
  • FIGS. 6 is a diagram illustrating a concept of a three-dimensional data box as a method of processing biometric information data according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6 to 8 a method of easily processing biometric information detected by the above-described ultrasonic sensor unit 10 will be described.
  • the embodiments to be described below are not limited to the embodiments of FIGS. 1 to 5.
  • the embodiments to be described below may also be applicable to a dual biometric information recognition device (for example, prior registration patent No. 10-1865371 of the present applicant) implemented to recognize both a fingerprint and a finger vein with a single ultrasonic sensor. have.
  • the dual biometric information recognition apparatus 1 to be described with reference to FIGS. 6 to 8 may be duplicated in most configurations, and has a different embodiment in the configuration of the driving unit 30 as shown in FIGS. 1 to 5.
  • FIGS. 1 to 5 shows an ultrasonic sensor in which piezoelectric elements 111 are arrayed on a two-dimensional plane.
  • a plurality of ultrasonic sensors may be implemented as shown in FIGS. 1 to 5, and as a single ultrasonic sensor, low frequency and high frequency may be controlled to be emitted for different times.
  • the driving unit 30 may allocate x and y 2D coordinates according to positions of the piezoelectric elements 111 arranged in an array on a 2D plane.
  • the single piezoelectric element 111 receives the first ultrasonic signal 310 reflected from the valleys and ridges of the epidermal fingerprint in the region of S1 which is a low frequency band.
  • the piezoelectric element 111 receives the second ultrasonic signal 410 reflected from the finger vein in the region of S2, which is a high frequency band.
  • the area of S1 can be understood as a fingerprint area.
  • the region of S2 can be understood as a finger vein region.
  • the driving unit 30 may coordinate the frequency band of the ultrasonic signal emitted by the piezoelectric element 111 on the z-axis. In this case, the driving unit 30 may integrate fingerprint recognition information and finger vein recognition information into a three-dimensional data box 31.
  • the driving unit 30 may store the constructed three-dimensional data box 31 as comparison data. However, in this case, as the amount of 3D data is large, it may take some time to compare and authenticate the 3D data box and the reference 3D data box. Accordingly, the driving unit 30 according to the present exemplary embodiment may convert the 3D shape data of the finger vein recognized from the 3D data box 31 into 2D shape data to construct the comparison data 313.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a concept of constructing three-dimensional data into two-dimensional comparison data 313 in a method of processing biometric information data according to an embodiment of the present invention.
  • the driving unit 30 may orthogonally project the 3D shape data 311 of the finger vein recognized from the 3D data box 31 in a 3D coordinate system to convert it into 2D shape data.
  • the driving unit 30 assigns different flags to different flags on the 2D data.
  • the shape of the finger vein on the z-axis can be discerned.
  • the high-frequency second ultrasonic signal 410 has a different acoustic impedance depending on the depth inside the epidermis. Considering the detection of finger veins by near-infrared rays, two-dimensional finger vein shape data is acquired. In the example of FIG. 7, the first finger vein 311 (a) and the second finger vein 311 (b) are in two dimensions. Recognition data is formed in an overlapped shape.
  • the z-axis information of the pulse may be the main information capable of lowering the false recognition rate
  • the driving unit 30 constructs finger vein information in a three-dimensional data box 31, and the first finger vein ( 311(a)) and the second finger vein 311(b) are distinguished by giving different flags.
  • the three-dimensional finger vein shape data 311 is orthogonally projected in a three-axis coordinate system and converted into two-dimensional shape data.
  • the comparison data 313 according to the present embodiment is overlapped. Different flags are assigned to the two finger veins 311 (a) and 311 (b), so that overlapping finger veins can be identified.
  • the driving unit 30 adds the fingerprint identification information 312 recognized in the low frequency band to the finger vein information 311 converted into two-dimensional shape data and stores it as comparison data 313 for authentication. I can.
  • the comparison data 313 may be constructed by matching the shape data 312 of the fingerprint recognized in the S1 fingerprint area in addition to the shape data 311 of the finger vein.
  • the AND condition authentication of the fingerprint and the finger vein can be performed with one two-dimensional data, so the data processing time required to perform the fingerprint data comparison step and the finger vein data comparison step respectively Can be shortened.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a process of converting three-dimensional finger vein shape data into vector information in a method of processing biometric information data according to an embodiment of the present invention.
  • the driving unit 30 may set the direction of the finger vein by using a detection signal continuously generated at a position adjacent to the piezoelectric element 111.
  • a detection signal continuously generated at a position adjacent to the piezoelectric element 111 When the direction of the finger vein vessels is set, coordinates that converge from data of a plurality of finger vein vessels 71, 73, and 75 may be derived.
  • the driving unit 30 recognizes a location where the direction of the finger veins converges as a branch point 77, and can construct information on the branched finger veins as vector information based on the 3-axis coordinates of the recognized branch point 77. have.
  • the three-axis coordinates of the branch point 77 are the x, y-axis coordinates (x 0 , y 0 ) of the piezoelectric element 111 located at the branch point 77 and the z-axis coordinates ( z 0 ).
  • the data information of the branch point 77 may be stored as P(x 0 , y 0 , z 0 ).
  • the driving unit 30 uses the vector information ( ).
  • the driving unit 30 corresponds to the thickness of the branched blood vessels 71, 73, and 75 with the size of the vector. Referring to FIG. 8, if the first finger vein 71, the second finger vein 73, and the third finger vein 75 are detected in the order of thickness, the vector (A) size of the first finger vein 71 is the most. It is allocated small, and the vector (C) size of the third finger vein 75 is allocated the longest.
  • the driving unit 30 corresponds the directions of the branched blood vessels 71, 73, and 75 to the direction of the vector.
  • the branch point (P) and each vector ( ) Has an angle of ⁇ .
  • the drive unit 30 is X ( ) Can be calculated.
  • the vector information which is the feature point
  • ⁇ and the size of the vector may be comparison parameters for authentication.
  • the driving unit 30 may set a feature point with vector information capable of fast data operation as in the present embodiment, and may use the size and angle of the vector as comparison parameters for authentication. In the case of the present embodiment, more accurate data comparison than comparison and matching of image data is possible, and data operation processing speed can be improved.
  • ultrasonic sensor unit 11 first ultrasonic sensor
  • first ultrasonic signal 410 second ultrasonic signal
  • first finger vein 73 second finger vein

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Abstract

본 발명은, 생체정보 인식장치에 있어서, 사용자의 손가락이 안치되는 핑거 가이드; 상기 핑거 가이드에 마련되며, 복수개의 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자는 2차원(x,y)으로 배열되어 초음파를 방출하고, 사용자의 지정맥에서 반사된 초음파 신호를 수신하여 사용자의 지정맥을 3차원으로 인식하는 초음파 센서; 및 상기 초음파 센서의 감지 신호를 수신하여, 신호처리를 통해 사용자의 지정맥 정보를 저장하는 구동부를 포함하며, 상기 구동부는, 상기 압전소자의 인접된 위치에서 연속적으로 발생된 감지 신호로 지정맥 혈관의 방향을 계산하고, 지정맥 혈관의 방향이 수렴되는 위치를 분기점으로 인식하며, 인식된 상기 분기점의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 정보를 벡터 정보로 구축하는 것을 일 특징으로 한다.

Description

초음파 기반의 생체정보 인식장치 및 지정맥 데이터 구축 방법
본 발명은 사용자의 지정맥 정보를 취득하여 사용자의 인증을 수행할 수 있는 초음파 기반의 생체정보 인식장치 및 인식된 지정맥 데이터의 인증 정확도와 인증 속도가 개선될 수 있는 지정맥 데이터 구축 방법에 관한 것이다.
사람마다 고유한 생체정보는 사람에게 분리될 수 없다는 장점이 있다.
지문인식의 경우에는 습기나 이물질이 손가락에 묻어 있는 경우나, 손가락 피부의 훼손과 변형이 있는 경우 등 잦은 오류가 지적되었다. 나아가, 지문 인식을 위한 스크린이 지속적인 사용으로 더럽혀짐에 따라 인식률이 저하되는 문제점이 야기되었으며, 지문의 겉면이 쉽게 위조 및 복사가 가능하다는 한계점이 지적되었다. 지문의 겉면은 젤라틴 등의 소정의 점착성이 있는 소재로 모사가 가능하며, 종래의 지문 인식 장치는 모사된 젤라틴 소재와 사람의 손가락을 구분하지 못하여 사용자 인증에 대한 완벽한 보안력을 보장하지 못하였다.
이에 따라, 최근에는 최근 모사가 불가능하도록 손가락 내의 지정맥을 인식하는 보안 방법이 활발히 연구되고 있다. 종래의 정전압 방식의 지문인식은 표피 내의 지정맥을 인식하지 못하는 한계가 있다. 한편, 종래의 지정맥 인증 기술은 근적외선(IR)을 손가락에 투과시켜 정맥 패턴을 인식한다. 혈지정맥은 혈관 내부를 인증하는 것으로 위변조가 불가능하며, 필요에 따라서는 죽은 사람의 지정맥 패턴을 활용할 수 있다는 장점도 있다. 그러나, 지정맥 인증기술에는 두 가지 단점이 있는데, 첫 번째는 여전히 오인식의 가능성이 있는 것이고, 두 번째는 두 지정맥의 유사성을 비교시 절대기준이 아닌 상대기준으로 비교하기 때문에 정확한 인식을 방해하는 편차 요인이 작용할 수 있다.
이에, 본 출원인은 초음파만으로 지문 인식과 지정맥 인식을 수행하여, 지정맥의 3차원 정보를 획득 및 보다 정확한 인식이 가능한 '초음파를 이용한 이중 인증 장치 및 방법' 한국 등록특허 제10-1865371호)을 2016년 12월30일에 출원한 바 있다.
본 출원인은 상기의 선행기술을 개량하여 지정맥의 인식 정확도을 개선할 수 있고, 인증 비교의 속도가 개선될 수 있는 생체정보 인식장치 및 지정맥 데이터 구축 방법을 고안하게 되었다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1865371호
본 발명은 초음파 센서가 손가락의 지정맥을 인식하여 인증을 위한 데이터를 구축하는 과정에 있어서, 인증의 정확도와 인증속도가 향상될 수 있는 생체정보 인식장치 및 지정맥 데이터 구축 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 초음파 센서만을 사용하되, 사용자의 지문과 지정맥을 동시에 인식할 수 있는 이중 생체정보 인식장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 지정맥의 인식 정확도를 향상시키고, 지정맥과 지문 정보의 상호 보완으로 지문인식이 어려운 상황에서도 사용자 인증을 수행할 수 있으며, 지문이 모사되어도 보안이 가능한 이중 생체정보 인식장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 기존의 지문 인식 알고리즘과, 기존의 지정맥 인식 알고리즘과 호환되고 데이터처리 속도를 단축시킬 수 있는 지문과 지정맥의 인식 데이터의 구축 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 생체정보 인식장치에 있어서, 사용자의 손가락이 안치되는 핑거 가이드; 상기 핑거 가이드에 마련되며, 복수개의 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자는 2차원(x,y)으로 배열되어 초음파를 방출하고, 사용자의 지정맥에서 반사된 초음파 신호를 수신하여 사용자의 지정맥을 3차원으로 인식하는 초음파 센서; 및 상기 초음파 센서의 감지 신호를 수신하여, 신호처리를 통해 사용자의 지정맥 정보를 저장하는 구동부를 포함하며, 상기 구동부는, 상기 압전소자의 인접된 위치에서 연속적으로 발생된 감지 신호로 지정맥 혈관의 방향을 계산하고, 지정맥 혈관의 방향이 수렴되는 위치를 분기점으로 인식하며, 인식된 상기 분기점의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 정보를 벡터 정보로 구축하는 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 구동부는, 상기 분기점에 위치한 상기 압전소자의 x, y축 좌표와, 상기 압전소자의 감지된 주파수 정보를 z축 좌표로 하여 3축의 분기점 좌표(P)를 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 구동부는, 상기 분기점의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 두께를 벡터의 크기로 설정하고, 분기된 지정맥 혈관의 방향을 벡터의 방향으로 설정할 수 있다.
바람직하게, 상기 구동부는, 상기 벡터의 크기 정보와 상기 벡터가 이루는 각도의 정보를 인증을 위한 비교 파라메터로 설정할 수 있다.
또한, 본 발명은 지정맥 데이터 구축 방법에 있어서, 생체정보 인식장치가 사용자의 손가락에 대한 접촉상태를 감지하는 단계; 상기 생체정보 인식장치가 상기 손가락의 접촉을 감지하면, 손가락 방향으로 초음파 신호를 방출하는 단계; 상기 생체정보 인식장치가 상기 초음파 신호의 반사 신호를 이용하여 상기 손가락의 지정맥을 인식하는 데이터를 구축하는 단계를 포함하고, 상기 데이터를 구축하는 단계는, 상기 생체정보 인식장치에 구비된 초음파를 방출하는 압전소자의 인접된 위치에서 연속적으로 발생된 감지 신호로 지정맥 혈관의 방향을 계산하고, 지정맥 혈관의 방향이 수렴되는 위치를 분기점으로 인식하며, 인식된 상기 분기점의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 정보를 벡터 정보로 구축하는 것을 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 초음파 센서가 감지한 지정맥의 3차원 정보로부터 지정맥의 분기점을 좌표로 검출하고, 검출된 분기점을 기준으로 지정맥의 혈관을 벡터 정보로 구축한다. 이에 따라, 지정맥의 데이터 비교가 용이하며 데이터 변환이나 인증속도가 향상될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 핑거 가이드 상에 손가락의 끝마디와 중간마디가 위치하는 분획된 구역이 형성되고, 각 구역에서 초음파 센서가 지문과 지정맥을 각각 인식한다. 이에 따라, 본 발명은 지문과 지정맥의 인식 과정을 동시에 수행할 수 있어 인식에 소요되는 시간이 단축되는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 손가락의 중간마디에 지정맥 인식을 위한 초음파 센서가 배치되어 지정맥의 혈관과 크기를 보다 명확히 인식할 수 있다. 이 때, 본 발명은 종래와 다르게 손가락이 중간마디 까지 핑거 가이드에 배치되어야 하는 점을 고려하여 지문 인식을 위한 초음파 센서가 핑거 가이드 상에 기울임 배치된다. 따라서, 본 발명은 인증을 위한 손가락의 안착시 사용자가 중간마디와 끝마디에 동일한 가압력을 행사하여 지문과 지정맥의 정확한 인식이 가능한 이점이 있다.
또한 본 발명은, 손가락 피부의 훼손과 변형이 있는 경우 지정맥의 인식 정보가 보안레벨에 따라 상호 보완됨에 따라 인증 성능이 향상되고, 표피 지문의 모사로는 지정맥의 인증을 수행할 수 없어 인증 성능이 보장되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중 생체정보 인식장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핑거 가이드의 측면 분해도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중 인증 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인증 프로세스를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 데이터 처리 방법으로 3차원의 데이터 박스 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 데이터 처리 방법으로, 3차원의데이터를 2차원의 비교 데이터로 구축하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 데이터 처리 방법으로, 3차원의 지정맥 형상 데이터를 벡터 정보로 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이중 생체정보 인식장치(1)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 이중 생체정보 인식장치(1)는 초음파 센서부(10), 구동부(30), 저장부(50), 및 출력부(70)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 이중 생체정보 인식장치(1)는 이중 인증을 통한 사용자 인증을 한다. 이중 생체정보 인식장치(1)는 사용자의 손가락(3)에 대한 지문 인식과 지정맥 인식을 동시에 수행하여 사용자 인증을 안정적이고 정확하게 할 수 있다.
초음파 센서부(10)는 핑거 가이드(15)에 마련되는 제1 초음파 센서(11)와 제2 초음파 센서(13)를 포함한다. 핑거 가이드(15)은 사용자의 손가락이 안치되며, 손가락의 길이 방향으로 구역이 분획된다. 핑거 가이드(15)에서 손가락의 끝 마디(31)가 위치되는 영역을 제1 구역으로 정의한다. 핑거 가이드(15)에서 손가락의 중간 마디(32)가 위치되는 영역을 제2 구역으로 정의한다. 제1 구역에는 제1 초음파 센서(11)가 마련된다. 제2 구역에는 제2 초음파 센서(13)가 마련된다.
본 실시예로, 제1, 2 초음파 센서(11, 13)는 압전소자로 구성될 수 있다. 압전소자는 압전효과를 이용하여 초음파 신호를 방출할 수 있다. 압전소자는 손가락이 접촉되면서 눌러지는 힘에 의해 신축되어 전압을 일으킬 수 있다. 압전소자는 역으로 전압이 인가되면 신축으로 인한 진동으로 공진 주파수를 가지는 초음파 신호를 방출할 수 있다. 제1, 2 초음파 센서(11, 13)는 압전소자가 방출한 초음파 신호의 반사 신호를 수신할 수 있다. 본 실시예에 따른 제1, 2 초음파 센서(11, 13)는 구성 소자는 동일하되 공진 주파수가 상이하여 서로 다른 대역의 초음파 신호를 방출할 수 있다. 이와 관련, 도 3을 통해 후술한다.
구동부(30)는 초음파 센서부(10)로부터 손가락의 접촉이 감지되면 압전소자를 통해 손가락 방향으로 초음파 신호를 방출한다. 설명의 편의를 위해, 제1 초음파 센서(11)에서 방출되는 초음파 신호를 제1 초음파 신호라 한다. 제2 초음파 센서(13)에서 방출되는 초음파 신호를 제2 초음파 신호라 한다. 구동부(30)는 제1 초음파 신호 및 제2 초음파 신호의 반사 신호를 수신하여 사용자의 지문과 지정맥 정보를 구축한다. 구동부(30)는 사용자의 지문 및/또는 지정맥의 인식에서 인증된 사용자가 기준 지문 및/또는 기준 지정맥 정보와 비교하여 동일한 경우 사용자 인증 확인신호를 생성한다. 구동부(30)는 지문 및/또는 지정맥의 인식에서 인증된 사용자가 동일하지 않는 경우 인증 미확인신호를 생성한다. 이를 통해, 사용자는 지문 인식과 지정맥 인식을 모두 인증 받아야만 사용자 인증 확인을 받을 수 있다.
본 실시예로, 구동부(30)는 사용자의 지문 정보가 불명확할 때 사용자의 지정맥 정보를 이용하여 사용자를 인증할 수 있다. 구동부(30)는 복수개의 보안레벨이 설정되며, 보안등급이 가장 높은 레벨에서 상기 지문 정보와 상기 지정맥 정보를 AND 조건으로 사용자를 인증하고, 보안등급이 낮은 레벨에서 상기 지문 정보 또는 상기 지정맥 정보를 OR 조건으로 사용자를 인증할 수 있다.
저장부(50)는 사용자 인증을 위한 기준 지문 패턴 및 기준 지정맥 특징이 저장된다. 저장부(50)는 초음파 센서부(10)의 압전소자에서 수신된 제1 초음파 신호 및 제2 초음파 신호의 반사 신호가 저장될 수 있다. 저장부(50)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체를 포함할 수 있다.
출력부(70)는 구동부(30)에서 생성된 인증 확인신호 또는 인증 미확인신호에 대한 정보를 디스플레이로 출력한다. 출력부(70)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핑거 가이드(15)의 측면 분해도를 도시한 것이다. 핑거 가이드(15)에는 2개의 초음파 센서(11, 13)가 마련됨에 주목한다.
제1 초음파 센서(11)는 사용자의 지문을 인식하며, 제2 초음파 센서(13)는 사용자의 지정맥을 인식한다. 본 실시예에 따른 이중 생체정보 인식장치(1)는 동일한 초음파 센싱의 원리로 사용자의 지문 정보와 지정맥 정보 기반의 사용자 인증을 수행한다.
제1 초음파 센서(11)는 손가락 표피의 마루(ridge)와 골(valley)의 영역에서 반사되는 저주파 센서일 수 있다. 본 실시예로, 제1 초음파 센서(11)는 15MHz 이하의 저주파 센서일 수 있다.
제1 초음파 센서(11)는 손가락의 단부 방향으로 구배지도록 지면과 소정의 각도(θ)를 형성하여 핑거 가이드(15) 상에 마련될 수 있다. 제1 초음파 센서(11)의 기울어진 각도(θ)는 0°초과 90°미만의 범위로 형성된다. 본 실시예에 따른 핑거 가이드(15)은 손가락의 중간 마디(32)까지 접촉된다. 종래의 지문 인식 또는 지정맥 인식은 손가락의 끝 마디(31)에서 수행된다. 지문 인식은 논외로 하고, 지정맥 인식의 경우 손가락의 끝 마디(31)는 인식이 어려운 모세혈관이 다수 분포한다. 이러한 상황에서, 손가락의 끝 마디(31)상에서 지문 인식과 지정맥 인식을 동시에 수행하도록 구현함에는 여러 기술적 어려움이 수반된다.
본 실시예에서는 손가락(3)의 접촉 면적을 중간 마디(32)까지 확장한다. 이 경우, 핑거 가이드(15)은 손가락(3)의 끝 마디(31)와 중간 마디(32)를 모두 동일한 가압력으로 접촉될 수 있도록 구성됨이 바람직하다. 중간 마디(32)의 영역을 핑거 가이드(15) 상에 접촉시키는 경우, 끝 마디(31)는 손가락의 관절 구조상 상방향으로 뜨게 되며 끝 마디(31)에 접촉 가압력을 행사하기에 용이하지 않다. 본 실시예에 따른 핑거 가이드(15)은 상기의 사항을 고려하여 제1 초음파 센서(11)가 끝 마디(31) 방향을 향하도록 기울임 배치된다.
제2 초음파 센서(13)는 표피 내측까지 침습되어 손가락(3)의 지정맥이 위치된 영역에서 반사되는 고주파 센서일 수 있다. 본 실시예로, 제2 초음파 센서(13)는 15MHz 이상의 고주파 센서일 수 있다. 약 15MHz 이상의 고주파 대역은 중간 마디(32)를 기준으로 지정맥의 위치까지 초음파 투과가 가능하다. 제2 초음파 센서(13)는 핑거 가이드(15) 상에 지면과 수평하게 마련된다.
본 실시예로, 핑거 가이드(15)에는 손가락의 중간 마디에 혈류가 압박되는 지압부(13)가 더 구비될 수 있다. 지정맥의 혈관은 주변의 온도 상황에 따라 수축 또는 이완되는 변수가 존재한다. 본 실시예에 따른 핑거 가이드(15)은 중간 마디(32)의 후단 영역에 손가락의 도톰한 살을 가압하여 중간 마디(32) 방향으로 최소한의 혈류가 공급될 수 있도록 지압부(13)가 형성될 수 있다. 지압부(13)는 소정의 탄성력이 있는 실리콘 소재로 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 센서(11, 13)를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 초음파 센서(11, 13)는 복수의 압전소자(111) 및 충진재(113)를 포함할 수 있다. 본 실시예로, 복수개의 압전소자(111)는 2차원 평면에서 192 X 192의 어레이 배열되며, 일정 높이를 가질 수 있다. 복수개의 압전소자(111)는 각각 진동에 용이한 재료로 형성되는 기둥부(pillar)와 기둥부의 상면 및 하면에 전도성 물질로 형성되는 전극을 포함할 수 있다. 바람직하게는 기둥부는 PZT, PST, Quartz, (Pb, Sm)TiO3, PMN(Pb(MgNb)O3), PVDF 또는 PVDF-TrFe 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있고, 전극은 전도성이 우수한 금속인 Cu, Ag, Mo 또는 이의 합금 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
충진재(113)는 복수의 압전소자(111) 사이에 형성되어 복수의 압전소자(111)를 진동 절연시킨다. 충진재(113)는 폴리머로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중 인증 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 좌측에 제2 초음파 센서(13)의 인증 과정을, 우측에 제1 초음파 센서(11)의 인증 과정을 개략 도시하였다. 각각의 초음파 센서(11, 13)는 측면도 상으로 전술한 압전소자(111)와 충진재(113)가 교대로 배치되며, 압전소자(111)의 상면을 통해 각각의 초음파 신호가 발진된다.
제1 초음파 센서(11)의 경우, 제1 초음파 신호(310)를 발진한다. 제2 초음파 센서(13)의 경우, 제2 초음파 신호(410)를 발진한다. 제1 초음파 신호(310)는 손가락(3)의 끝 마디(31)로 방출되며, 저주파의 특성상 손가락(3)의 피부인 지문(230)을 감지한다. 제2 초음파 신호(410)는 손가락(3)의 중간 마디(32)로 방출되며, 고주파의 특성상 손가락(3)의 피부 내측의 지정맥(240, 250)을 감지한다.
상세하게는, 제1 초음파 신호(310)는 지문(230)의 수많은 골(220)과 마루(210)를 감지한다. 제1 초음파 신호(310)의 감지 시그널은 표피 근처인 S1 영역에서 감지된다. 제2 초음파 신호(410)의 감지 시그널은 S1 영역보다 깊은 S2 영역에서 감지된다. 압전소자(111)는 S1, S2 각각의 영역에서 음향 임피던스 차이로부터 발생되는 각각의 초음파 신호(310, 410)의 반사 신호에 대한 세기 또는 반사 계수(시간)을 측정함으로써 지문의 패턴과 지정맥의 패턴을 감지할 수 있다.
제2 초음파 센서(13)의 경우, 지정맥은 깊이(z축) 방향으로 밑에 위치된 지정맥(230)과 위에 위치된 지정맥(250)의 높이 정보가 반사 계수로 반영된다. 따라서, 근적외선을 이용한 지정맥 인식 및 2D 정보의 출력에 제한되었던 종래 지정맥 인식 대비 3D의 지정맥(240, 250) 정보가 획득될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인증 프로세스를 도시한 것이다.
S410단계에서, 이중 생체정보 인식장치(1)는 초음파 센서부(10)의 압전소자(111)에서 손가락(3)의 접촉압력을 감지한다. 손가락(3)이 압전소자(111)에 접촉되어 압력이 감지되면 전압을 생성함으로써 접촉상태를 확인할 수 있다.
S420단계에서, 이중 생체정보 인식장치(1)는 손가락(3)이 압전소자(111)에 접촉이 되면, 제1 초음파 신호(310) 및 제2 초음파 신호(410)를 동시에 방출한다. 제1 초음파 신호(310)는 저주파 대역(S1)으로 끝 마디(31)의 표피를 감지한다. 제2 초음파 신호(410)는 고주파 대역(S2)으로 중간 마디(32)의 표피 내의 지정맥을 감지한다.
S430단계에서, 이중 생체정보 인식장치(1)는 감지된 신호로 사용자의 지문 인식 및 지정맥 인식을 한다. 이중 생체정보 인식장치(1)는 제1 초음파 신호(310)로부터 지문 패턴을 감지하여 지문 인식을 하며, 제2 초음파 신호(410)로부터 지정맥 패턴을 높이정보와 함께 감지하여 지정맥 인식을 한다.
S440단계에서, 이중 생체정보 인식장치(1)는 보안레벨의 설정 정보에 따라 사용자의 인증 단계(S450)를 다르게 수행할 수 있다. 보안레벨은 최소 2단계로 구분될 수 있다. 1단계는 보안이 높은 단계로, 지문과 지정맥이 모두 일치하는 경우 사용자 인증신호를 발생하도록 한다. 2단계는 1단계보다 보안이 낮은 단계로, 지문의 비교가 용이하지 않을 경우, 보완적으로 지정맥의 일치 여부를 비교한다. S460단계에서, 사용자 인증 여부가 결정되며 출력부(70)를 통해 인증 결과를 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 데이터 처리 방법으로 3차원의 데이터 박스 개념을 설명하기 위한 도면이다. 도 6 내지 도 8에서는 전술한 초음파 센서부(10)에서 감지한 생체정보의 용이한 데이터 처리 방법을 설명한다. 다만, 이하에서 설명하게 될 실시예는, 도 1 내지 5의 실시예에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하게 될 실시예는, 단일 초음파 센서로 지문과 지정맥을 모두 인식하도록 구현한 이중 생체정보 인식장치(예를 들어, 본 출원인의 선행등록특허 제10-1865371호)에도 적용이 가능할 수 있다.
도 6 내지 도 8에서 설명하게 될 이중 생체정보 인식장치(1)는 대부분의 구성이 중복원용 될 수 있으며, 도 1 내지 도 5와 구동부(30)의 구성에 있어서 다른 실시예를 갖는다.
도 6은 압전소자(111)가 2차원 평면상에 어레이 배열된 초음파 센서를 나타낸다. 본 실시예에서, 초음파 센서는 도 1 내지 도 5와 같이 복수개로 구현되어도 무방하고, 단일 초음파 센서로서 저주파와 고주파가 서로 다른 시간동안 방출되도록 제어되어도 무방하다.
도 6을 참조하면, 구동부(30)는 2차원 평면상에 어레이 배열된 압전소자(111)를 위치에 따라 x, y의 2차원 좌표를 배정할 수 있다. 이 때, 단일 압전소자(111)는 저주파 대역인 S1의 영역에서 표피 지문의 골과 마루에서 반사된 제1 초음파 신호(310)를 수신한다. 또한, 압전소자(111)는 고주파 대역인 S2의 영역에서 지정맥으로부터 반사된 제2 초음파 신호(410)를 수신한다. S1의 영역은 지문 영역으로 이해될 수 있다. S2의 영역은 지정맥 영역으로 이해될 수 있다. 구동부(30)는 압전소자(111)가 방출하는 초음파 신호의 주파수 대역을 z축으로 좌표 설정할 수 있다. 이 경우, 구동부(30)는 3차원의 데이터 박스(31)로 지문 인식 정보와 지정맥 인식 정보를 통합 구축할 수 있다.
구동부(30)는 구축된 3차원의 데이터 박스(31)를 비교 데이터로 저장할 수 있다. 다만, 이 경우 3차원의 데이터량이 많음에 따라 3차원의 데이터 박스와 기준 3차원의 데이터 박스를 비교 및 인증처리 함에 다소 시간이 소요될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 구동부(30)는 3차원의 데이터 박스(31)로부터 인식한 지정맥의 3차원 형상 데이터를 2차원의 형상 데이터로 변환하여 비교 데이터(313)를 구축할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 데이터 처리 방법으로, 3차원의데이터를 2차원의 비교 데이터(313)로 구축하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 구동부(30)는 3차원의 데이터 박스(31)로부터 인식한 지정맥의 3차원 형상 데이터(311)를 3축 좌표계에서 정사영하여 2차원의 형상 데이터로 변환할 수 있다.
구동부(30)는 3차원의 데이터 박스(31)로부터 인식한 지정맥의 3차원 데이터에서 연속된 지정맥의 형상이 상이한 z축으로 구분된 경우 서로 다른 플래그를 부여하여, 2차원의 데이터 상에서 상이한 z축의 지정맥 형상을 분별할 수 있다. 고주파의 제2 초음파 신호(410)는 표피 내측의 깊이에 따라 상이한 음향 임피던스를 갖는다. 근적외선에 의한 지정맥 감지를 고려해보면, 2차원의 지정맥 형상 데이터를 취득하며 도 7의 예시에서는 제1 지정맥(311(a))과 제2 지정맥(311(b))이 2차원에서 겹쳐진 형상으로 인식 데이터가 형성된다. 이 경우, 제1 지정맥(311(a) 보다 깊게 위치한 제2 지정맥(311(b))의 정보는 소실된다. 정확한 인식력의 구현이 아직 지정맥 감지에서의 주된 기술이슈임을 고려하면, 지정맥의 z축 정보는 오인식률을 낮출 수 있는 주요한 정보가 될 수 있다. 본 실시예에 따른 구동부(30)는 3차원의 데이터 박스(31)로 지정맥 정보를 구축하고, 제1 지정맥(311(a))과 제2 지정맥(311(b))에 서로 다른 플래그를 부여하여 구분한다.
이후, 3차원의 지정맥 형상 데이터(311)를 3축 좌표계에서 정사영하여 2차원의 형상 데이터로 변환하게 되는데, 종래의 비교 데이터와의 차이점으로, 본 실시예에 따른 비교 데이터(313)는 겹쳐진 2개의 지정맥(311(a), 311(b))에 서로 다른 플래그가 할당되어 겹쳐진 지정맥을 분별할 수 있게 된다.
본 실시예로, 구동부(30)는 2차원의 형상 데이터로 변환된 지정맥의 정보(311)에 저주파 대역에서 인식된 지문의 인식 정보(312)를 합하여 인증을 위한 비교 데이터(313)로 저장할 수 있다.
비교 데이터(313)는 지정맥의 형상 데이터(311) 외에, S1 지문 영역에서 인식된 지문의 형상 데이터(312)가 정합되어 구축될 수 있다. 상기의 비교 데이터(313) 구축시, 한 개의 2차원 데이터로 지문과 지정맥의 AND 조건 인증을 수행할 수 있으므로, 지문의 데이터 비교 단계와 지정맥의 데이터 비교 단계를 각각 수행해야 하는 데이터 처리 시간을 단축할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 데이터 처리 방법으로, 3차원의 지정맥 형상 데이터를 벡터 정보로 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
구동부(30)는 압전소자(111)의 인접된 위치에서 연속적으로 발생된 감지 신호로 지정맥 혈관의 방향을 설정할 수 있다. 지정맥 혈관의 방향이 설정되면, 복수개의 지정맥 혈관(71, 73, 75)의 데이터에서 수렴되는 좌표가 도출될 수 있다. 구동부(30)는 지정맥 혈관의 방향이 수렴되는 위치를 분기점(77)으로 인식하며, 인식된 분기점(77)의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 정보를 벡터 정보로 구축할 수 있다. 분기점(77)의 3축 좌표는 분기점(77)에 위치한 압전소자(111)의 x, y축 좌표(x0, y0)와 압전소자(111)의 감지된 주파수 정보에 의한 z축 좌표(z0)가 될 수 있다. 분기점(77)의 데이터 정보는 P(x0, y0, z0)로 저장될 수 있다.
구동부(30)는 분기점(77)의 좌표(P)가 계산되면, 이를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 정보를 벡터 정보(
Figure PCTKR2019016654-appb-I000001
)로 구축한다. 본 실시예로, 구동부(30)는 분기된 혈관(71, 73, 75)의 두께를 벡터의 크기로 대응시킨다. 도 8을 참조하면, 제1 지정맥(71), 제2 지정맥(73), 제3 지정맥(75) 순으로 두껍게 감지되었다면, 제1 지정맥(71)의 벡터(A)크기가 가장 작게 할당되고, 제3 지정맥(75)의 벡터(C) 크기가 가장 길게 할당된다. 또한, 구동부(30)는 분기된 혈관(71, 73, 75)의 방향을 벡터의 방향으로 대응시킨다. 이에 따라, 분기점(P)과 각 벡터(
Figure PCTKR2019016654-appb-I000002
)는 Φ의 각을 갖는다. 종합하면, 구동부(30)는 설정된 분기점(P)으로부터 X(
Figure PCTKR2019016654-appb-I000003
)의 특징점이 되는 벡터 정보를 산출할 수 있다. 상기 특징점인 벡터 정보는 Φ와 벡터의 크기가 인증을 위한 비교 파라미터가 될 수 있다. 구동부(30)는 비교 데이터(313)로서, 본 실시예와 같이 빠른 데이터 연산이 가능한 벡터 정보로 특징점을 설정하고, 벡터의 크기와 각도를 인증을 위한 비교 파라미터로 할 수 있다. 본 실시예의 경우, 이미지 데이터의 비교 매칭보다 정확한 데이터의 비교가 가능하며, 데이터의 연산 처리 속도가 향상될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
[부호의 설명]
1: 이중 생체정보 인식장치 3: 손가락
31: 끝 마디 32: 중간 마디
10: 초음파 센서부 11: 제1 초음파 센서
13: 제2 초음파 센서 15: 핑거 가이드
111: 압전소자 113: 충진재
30: 구동부 50: 저장부
70: 출력부 15: 지압부
230: 지문 210: 마루(Ridge)
220: 골(Valley) 240, 250: 지정맥
310: 제1 초음파 신호 410: 제2 초음파 신호
31: 3차원의 데이터 박스 311: 지정맥 형상 데이터
312: 지문 형상 데이터 313: 비교 데이터
71: 제1 지정맥 73: 제2 지정맥
75: 제3 지정맥 77: 지정맥 분기점

Claims (5)

  1. 사용자의 손가락이 안치되는 핑거 가이드;
    상기 핑거 가이드에 마련되며, 복수개의 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자는 2차원(x,y)으로 배열되어 초음파를 방출하고, 사용자의 지정맥에서 반사된 초음파 신호를 수신하여 사용자의 지정맥을 3차원으로 인식하는 초음파 센서; 및
    상기 초음파 센서의 감지 신호를 수신하여, 신호처리를 통해 사용자의 지정맥 정보를 저장하는 구동부를 포함하며,
    상기 구동부는,
    상기 압전소자의 인접된 위치에서 연속적으로 발생된 감지 신호로 지정맥 혈관의 방향을 계산하고, 지정맥 혈관의 방향이 수렴되는 위치를 분기점으로 인식하며, 인식된 상기 분기점의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 정보를 벡터 정보로 구축하는 것을 특징으로 하는 생체정보 인식장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 분기점에 위치한 상기 압전소자의 x, y축 좌표와,
    상기 압전소자의 감지된 주파수 정보를 z축 좌표로 하여 3축의 분기점 좌표(P)를 설정하는 것을 특징으로 하는 생체정보 인식장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 분기점의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 두께를 벡터의 크기로 설정하고, 분기된 지정맥 혈관의 방향을 벡터의 방향으로 설정하는 것을 특징으로 하는 생체정보 인식장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 벡터의 크기 정보와 상기 벡터가 이루는 각도의 정보를 인증을 위한 비교 파라메터로 설정하는 것을 특징으로 하는 생체정보 인식장치.
  5. 생체정보 인식장치가 사용자의 손가락에 대한 접촉상태를 감지하는 단계;
    상기 생체정보 인식장치가 상기 손가락의 접촉을 감지하면, 손가락 방향으로 초음파 신호를 방출하는 단계;
    상기 생체정보 인식장치가 상기 초음파 신호의 반사 신호를 이용하여 상기 손가락의 지정맥을 인식하는 데이터를 구축하는 단계를 포함하고,
    상기 데이터를 구축하는 단계는,
    상기 생체정보 인식장치에 구비된 초음파를 방출하는 압전소자의 인접된 위치에서 연속적으로 발생된 감지 신호로 지정맥 혈관의 방향을 계산하고, 지정맥 혈관의 방향이 수렴되는 위치를 분기점으로 인식하며, 인식된 상기 분기점의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 정보를 벡터 정보로 구축하는 것을 특징으로 하는 지정맥 데이터 구축 방법.
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