KR100366723B1 - 홍채인식 시스템의 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 홍채인식 시스템에서 홍채 이미지를 추출하기 위한 옵티컬 이미저 (Optical Imager)의 조명장치로 사용되는 적외선 LED 모듈에 관한 것으로 특히 적외선 LED 모듈 내부에 있는 LED 칩(Chip)의 다파장 특성을 이용하며, 일정한 밝기로 홍채를 촬영하기 위한 홍채인식 시스템의 조명장치에 관한 것으로, 하나의 적외선 LED 모듈내에 파장이 서로 다른 복수개의 LED 칩(Chip)들을 구비하며, 상기 복수개의 LED 칩들중 파장이 같은 LED 칩들은 서로 대칭되도록 구성한 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

홍채인식 시스템의 조명장치 { LIGHTING APPARATUS FOR IRIS RECOGNITION SYSTEM }
본 발명은 홍채인식 시스템에서 홍채 이미지를 추출하기 위한 옵티컬 이미저 (Optical Imager)의 조명장치로 사용되는 적외선 LED 모듈에 관한 것으로 특히 적외선 LED 모듈 내부에 있는 LED 칩(Chip)의 다파장 특성을 이용하며, 일정한 밝기로 홍채를 촬영하기 위한 홍채인식 시스템의 조명장치에 관한 것이다.
최근들어 자동 출입 시스템이나 인터넷을 이용한 상거래 시스템 등에서 사용자 확인(Identification)에 생물학적 특징을 이용하고 있다.
생물학적 특징으로는 지문, 목소리, 망막, 홍채(Iris) 등이 다수 존재할 수 있으나, 사람마다 다르며 모조의 위험이 적고 평생동안 잘 변하지 않는 홍채인식 시스템이 사용자 확인을 위한 중요한 기술로 주목받고 있다.
홍채 인식이란 홍채의 특징을 이용한 것으로 비디오 카메라로 잡은 홍채의 특징 패턴을 이미지 처리 기술을 이용하여 데이터화 한 후 사전에 등록된 본인의 홍채 데이타와 비교함으로써 개인을 확인하기 위한 시스템을 말한다.
도1은 일반적인 홍채인식 시스템의 블럭도로서, 이에 도시한 바와 같이, 적외선 센서를 이용하여 사용자 까지의 거리를 측정하는 거리측정 센서와(1), 사용자에게 시스템의 활성여부 및 인식 여부를 알려주기 위한 외부 지시기(3)와, 주위의 밝기와 관계없이 홍채이미지 촬영시의 조도를 조절하여 주기 위한 조명장치(4)와,사용자의 눈을 위치시키기 위한 광학 윈도우(5)와, 상기 광학 윈도우를 통해 들어오는 적외선을 통과시키고 가시광선은 차단시키는 콜드미러(6)와, 상기 콜드미러를 통해 전달되는 사용자의 홍채 이미지를 촬영하는 카메라(7)와, 상기 촬영된 홍채 이미지를 처리하는 프레임 그레버(8)와, 상기 거리측정 센서(1)에서 측정한 거리 측정값을 입력받아 사용자가 동작 범위내에 있는지를 판단하고, 홍채를 자동으로 인식하며 빛의 세기를 조절하여 주는 제어장치(9)와, 상기 제어장치의 제어에 의해 외부 지시기(3)및 조명장치(4)의 동작을 제어하는 광학 이미저 드라이버(2)로 구성된다. 이와같은 일반적인 홍채인식 장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
사용자가 홍채인식 시스템에 접근하면 거리측정 센서(1)는 사용자 까지의 거리를 측정하여 제어장치(9)로 송신한다. 상기 제어장치(9)는 수신된 거리 측정값이 동작범위 내에 있는지를 판단한다.
상기 판단 결과 동작범위 내에 있으면 광학 이미저 드라이버(10)로 제어신호를 출력하여 홍채 이미지 추출을 위한 준비를 행하도록 한다.
상기 광학 이미저 드라이버(2)는 외부 지시기(3)에 액티브 신호를 보내 사용자에게 시스템이 활성화 되었음을 알린다.
사용자가 광학 이미저에 접근한 후 광학 윈도우(5)를 통해 카메라(7)의 광축에 눈을 위치시키면, 콜드미러(6)는 적외선을 통과시키고 가시광선을 차단한다. 그리고 상기 콜드미러는 홍채가 위치해야 할 부분을 표시해 두어 사용자가 카메라(7)의 광축에 자신의 눈이 위치하였는지의 여부를 쉽게 확인할 수 있도록 한다.
그 후 제어장치(9) 카메라(7)를 구동하여 홍채 이미지를 촬영할 수 있도록제어한다.
상기 카메라(7)에서 촬영한 홍채 이미지를 프레임 그레버(8)로 제공하면 상기 프레임 그레버(8)는 이미지 분석에 맞도록 신호를 처리하여 제어장치 (9)로 제공한다. 상기 처리된 신호를 입력 받은 제어장치(9)는 광학 이미저 드라이버(2)를 통해 외부 지시기(3)를 통해 인식 여부를 사용자에게 알려주게 된다.
이러한 일반적인 홍채인식 장치에서 인식률에 커다란 영향을 미칠 수 있는 조명장치(4)로는 일반적으로 할로겐 램프를 이용하고 있다.
상기 할로겐 램프는 가시광선 및 여러 파장대의 적외선을 포함하고 있어 홍채 인식시에 사용자의 눈에 각 파장대의 특성이 나타날 수 있도록 할 수 있다. 따라서 홍채와 동공 사이 및 홍채와 흰자위 사이를 명확히 구분할 수 있어 홍채 부분만의 패턴 추출이 용이 하다는 장점을 가지고 있는 반면 오랫동안 옵티컬 이미저 (Optical Imager)를 주시할 경우 가시광으로 인해 사용자가 거부감을 느낄 수 있으며 열 발생 문제가 있다. 일반적인 옵티컬 이미저(Optical Imager)는 고정 초점 카메라를 사용하고 있어, 사용자와 옵티컬 이미저(Optical Imager)사이의 거리가 고정 되어있다. 따라서, 조명장치에 흐르는 전류량을 일정하게 하여 빛의 세기를 일정하게 할 수 있었다. 그러나, 사용자와 옵티컬 이미저(Optical Imager) 사이의 거리가 변화할 때 즉 자동 줌 카메라를 이용한 옵티컬 이미저(Optical Imager) 시스템에서 사용자의 이용 거리에 제한을 두지 않고 일정 범위 내에서 사용 하도록 하여 사용자에게 사용 편의성을 제공할 경우는 조명 장치의 출력을 변화 시켜 일정 한 밝기로 홍채 이미지가 촬영될 수 있도록 하여야 할 필요가 있다.
또 다른 종래의 홍채 인식 장치의 옵티컬 이미저(Optical Imager)는 조명 장치로 단파장 (Single-Wavelength)의 적외선 LED 어레이(Array)를 사용하고 있으며, 홍채 촬영용 카메라의 좌우에 두고 있다. 이 방식은 파장이 긴 적외선 LED를 사용함으로 해서 고출력을 얻을 수 있으나, 단파장으로 인해 그 파장대에 반응하는 부분에만 영향을 주어 홍채 부분만의 패턴 추출에 어려움이 생길 수도 있으므로
시스템의 성능을 저하시키는 요인이 될 수도 있는 것이다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 홍채인식 장치에 있어서 할로겐 램프와 같이 넓은 대역의 파장 대역을 가지는 조명장치를 구성하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적으로는 홍채인식 시스템에 있어서 그 제어 방법을 명확히 하여 홍채인식 시스템의 성능을 향상시키는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 홍채인식 시스템의 조명장치에 있어서, 하나의 적외선 LED 모듈내에 파장이 서로 다른 복수개의 LED 칩(Chip)들을 구비하며, 상기 복수개의 LED 칩들중 파장이 같은 LED 칩들은 서로 대칭되도록 구성한 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 상기 LED 칩들은 2개 이상의 부분으로 나누어지며 상기 각 부분들은 병렬로 전원이 연결되고 각 부분 내의 LED 칩들은 직렬로 연결되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징은 홍채인식 시스템에 있어서, 사용자까지의 거리를 측정하기 위한 거리측정 센서와, 상기 측정된 거리값에 따른 거리별 전류량을 계산하여 출력하는 제어부와,상기 제어부의 출력에 따라 LED 구동 전류를 공급하는 LED 드라이버와, 파장이 서로 다른 복수개의 LED 칩(Chip)들을 구비하며 상기 LED 드라이버의 구동 전류를 공급 받아 빛을 조사하여 주기 위한 다파장 적외선 LED를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치를 제공하는 것이다. 여기서 상기 제어부는 촬영된 홍채 이미지의 밝기에 따라 LED 구동 전류를 증가 또는 감소하도록 제어하여 주는 특징을 갖는다.
도1은 일반적인 홍채인식 시스템의 개략도
도2는 할로겐 램프를 이용하여 촬영된 홍채 이미지
도3은 할로겐 램프를 이용한 경우의 각 부분에 대한 밝기 편차
도4는 본 발명의 적외선 LED 내부의 칩(Chip)간 연결 구조
도5는 본 발명의 적외선 LED의 다른 실시예
도6은 본 발명의 적외선 LED 제어 블럭도를 나타낸 도면임.
==== 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ====
100 : 카메라 200 : 거리측정 센서
300 : 적외선 LED 400 : 제어부
500 : 적외선 LED 드라이버
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도2는 할로겐 램프를 이용하여 촬영된 홍채 이미지를 나타낸 것으로 본 발명의 이해를 돕기 위하여 홍채 인식 시스템용 적외선 LED의 다파장(Multi-Wavelength) 특성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
1-1) 할로겐 램프의 파장 특성
가시광선 및 적외선 영역등 넓은 파장대역을 가지는 할로겐 램프의 특성을 분석하기 위하여 도2와 같이 할로겐 램프를 이용하여 촬영 된 이미지에 대해서 흰자위, 홍채 및 동공의 특정 부분에 대하여 밝기의 평균값을 구하였다.
상기 [표 1]에서 S_L과 I_L은 왼쪽 부분의 흰자위와 홍채를, P는 동공을, 그리고 S_R과 I_R은 오른쪽 부분의 흰자위와 홍채에서 밝기의 평균값을 구할 특정 부분을 나타낸다. 촬영된 이미지에서 각 픽셀(Pixel)은 가장 밝을 때에 255 그리고 가장 어두울 때에 0값을 가지는 것으로 하고, 도2와 같이 표시된 사각형 내부의 픽셀(Pixel)의 평균값을 구하여 그 부분의 밝기를 나타내었다.
도3은 이를 그래프로 나타낸 것으로 편차율은 흰자위와 동공사이의 밝기 편차에 대한 흰자위와 홍채 그리고 홍채와 동공 사이의 밝기 편차가 어느 정도인지를 나타내며, 이것은 홍채가 그 주위의 흰자위와 동공에 대해 어느 정도 명확히 구분되는가를 나타낸다. 이 편차율이 0.5에 가까울수록 홍채와 흰자위 그리고 홍채와 동공사이의 구별이 명확히 된다고 가정한다.
편차율(S_L) = (평균값(S_L) - 평균값(I_L)) / (평균값(S_L) - 평균값(P))
편차율(I_L) = (평균값(I_L) - 평균값(P)) / (평균값(S_L) - 평균값(P))
1-2) 파장별 특성
파장이 750nm, 790nm 그리고 880nm인 적외선 LED를 사용하여 홍채 이미지를 촬영하고 도2와 같이 5개의 특정 부분에 대해 밝기의 평균값을 산출하고 편차율을 구하였다. 다음의 [표 2]는 여러 사용자를 대상으로 하여 각 파장별로 홍채 Image를 촬영한 후에 편차율을 구하고, 다시 편차율의 평균을 구한 것이다
[표 2] 에서 보는 바와 같이 파장이 짧을수록 홍채와 흰자위사이의 구분이 명확해 지며, 파장이 길어지면 홍채와 동공사이의 구분이 명확해지나 반대로 흰자위와 홍채사이의 구분이 불분명해질 수 있다. 또한 파장이 짧아 가시광 영역에 가까워 질 수록 가시광에 의한 영향으로 사용자가 거부감을 느낄 수가 있다.
본 발명의 실시예에서는 하나의 적외선 LED 모듈 내에 파장이 750nm, 790nm 그리고 880nm인 다수의 LED 칩(Chip)들을 두 부분으로 나눈 후에 각 부분간은 병렬로, 부분 내의 LED 칩(Chip)간은 직렬로 연결한 적외선 LED 모듈을 제작하였다. 물론 상기 각 파장은 본 발명의 효과가 극대화 될 수 있는 다른 파장의 LED 칩들로 얼마든지 대체할 수 있을 것이다.
도4는 본 발명의 적외선 LED 내부의 Chip간 연결 구조를 나타낸 것이다. 도4와 같이 본 발명에서는 홍채 인식 시스템용 옵티컬 이미저(Optical Imager)의 동작 범위 내에서 일정한 밝기로 홍채 이미지를 촬영 하기 위해 최대 동작 영역에서도 충분한 밝기를 유지할 수 있도록 LED 칩(Chip)의 개수가 결정된다. 파장별 LED 칩 (Chip)의 개수는 각 파장별 LED 칩(Chip)의 출력이 비슷하여 어느 한 파장 대역의 특성이 현저하게 나타나지 않도록 결정 되어지며, 이것은 앞에서 본 바와 같이 파장 대역별로 영향을 미치는 부분이 서로 다르기 때문이다. LED 칩(Chip)들을 몇 부분으로 나누는 가는 시스템에서 사용하는 전원에 영향을 받으며, 부분의 수를 줄이면 적은 전류량으로 제어 가능하나 보다 높은 전압이 필요하고, 부분의 수를 많이 하면 전압을 낮출 수는 있으나 최대 전류량을 증가 시켜야 한다. 또한, 파장별 LED 칩(Chip)들이 적외선 LED 모듈의 어느 한쪽으로만 치우치지 않도록 대칭성을 고려하여 위치시킨다.
도4는 다파장 적외선 LED 모듈은 750nm LED 칩(Chip) 4개, 790nm LED 칩 (Chip) 2개 그리고 880nm LED 칩(Chip) 2개로 구성되어 있으며, 내부 칩(Chip)간 연결 구조는 대칭성의 구조를 갖도록 되어 있다.
본 발명의 다른 실시예로는 다파장 적외선 LED 모듈을 변형하여 각 파장별 LED 칩(Chip)의 개수를 달리 할 수 있으며, 도5-1과 같이 위치를 바꿀 수도 있다.
또한 본 발명은 도5-2와 같이 LED 칩(Chip)들을 세개의 부분으로 구분하여 구성 할 수 도 있다. 상기 세개의 부분은 병렬로 전원에 연결되며 각 부분 내의 LED 칩들은 직렬로 연결되도록 구성된다.
이와같이 구성한 본 발명의 다파장 적외선 LED의 특성을 살펴보면 다음과 같다.
[표 3]은 본 발명을 적용하여 홍채 이미지를 촬영하고 도2와 같이 5개의 특정 부분에 대해 밝기의 평균값을 산출하고 편차율을 구한 것으로, 여러 사용자를 대상으로 홍채 이미지를 촬영한 후에 편차율을 구하고, 다시 편차율의 평균을 구한 것이다.
[표 3] 에서 보는 바와 같이 본 발명의 다파장의 적외선 LED 모듈은 편차율이 0.5에 근접하며, 따라서 홍채가 주위의 다른 부분에 대해 명확히 구분되는 특성을 가지고 있다.
이와 관련하여 하나의 적외선 LED 모듈 내에는 위에서 제안하는 파장외에 다른 파장 대역을 갖는 LED 칩(Chip)을 추가 하거나 다른 파장 대역을 갖는 LED 칩(Chip)으로 대체 할 수도 있다.
이와같이 구성된 본 발명이 홍채 인식 시스템에서 제어되는 동작을 설명하면다음과 같다.
홍채 인식 시스템용 옵티컬 이미저(Optical Imager)의 동작 범위 내에서 일정한 밝기로 홍채 이미지를 촬영하기 위해 먼저 거리별로 적외선 LED 모듈에 인가할 전류량을 실험적으로 도출하여 참조값으로 정한다. 그러나 다파장 적외선 LED 모듈의 출력 편차, 사용자의 주시 각도 및 얼굴 특히 눈의 위치에 따라 촬영된 홍채 이미지의 밝기 정도에 큰 차이가 나타난다. 이 차이를 줄여 일정한 밝기로 홍채를 촬영하도록 적외선 LED 모듈에 흐르는 전류량을 조절한다. 도6은 본 발명의 다파장 적외선 LED의 밝기를 제어하는 순서를 나타내는 블럭도이며 피드백 제어 구조를 가지고 있다.
사용자의 눈 주위를 일정한 밝기로 하기 위하여, 먼저 거리 측정 센서(200)를 이용하여 사용자까지의 거리를 측정하고, 제어기에서는 거리별 전류량 참조값을 참조하여 이를 적외선 LED 드라이버(500)에 알린다. 적외선 LED 드라이버는 필요한 전류를 적외선 LED에 공급하여 적외선 LED(300)가 빛을 조사하게 된다. 일단 사용자의 눈 주위가 밝게 되면 카메라(100)를 이용하여 홍채 이미지를 촬영한다. 제어기(400)에서 이미지를 분석하여 밝기의 정도를 산출하고, 이 값이 허용된 범위 내에 있는지를 판단한다. 밝기의 정도가 허용 범위에서 벗어나 작은 값을 가지고 있으면 이것은 어두운 것이 되므로 적외선 LED 드라이버(500)에 알려 적외선 LED에 흐르는 전류를 증가 시킨다. 반대로 밝기의 평균값이 허용 범위에서 벗어나 큰 값을 가지고 있으면 이것은 밝은 것이 되므로 적외선 LED 드라이버(500)에 알려 적외선 LED에 흐르는 전류를 감소 시킨다. 그리고 밝기의 평균값이 허용 범위 내에 들어오든지 아니면 홍채인식이 완료될 때까지 위의 동작을 계속함으로 해서 일정한 밝기로 홍채 이미지가 촬영될 수 있도록 한다.
이상에서와 같이 본 발명은, 다파장(Multi-Wavelength)의 적외선 LED를 이용함으로 해서 할로겐 램프와 같이 홍채와 그 주위를 명확히 구분할 수 있는 특성을 얻고, 옵티컬 이미저(Optical Imager)와 사용자까지의 거리에 관계없이 동작 영역 내에서는 일정한 밝기로 홍채 이미지를 촬영할 수 있게 함으로써 홍채 인식 시스템의 인식 성능을 높일 수 있게 되는 것이다.

Claims (7)

  1. 홍채인식 시스템의 조명장치에 있어서, 하나의 적외선 LED 모듈내에 파장이 서로 다른 복수개의 LED 칩(Chip)들을 구비하며, 상기 복수개의 LED 칩들중 파장이 같은 LED 칩들은 서로 대칭되도록 구성한 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LED 칩의 파장은 750nm, 790nm, 880nm인 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 LED칩들은 2개 이상의 부분으로 나누어지며 상기 각 부분들은 병렬로 전원이 연결되고 각 부분내의 LED 칩들은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치.
  4. 홍채인식 시스템에 있어서, 사용자까지의 거리를 측정하기 위한 거리측정 센서와, 상기 측정된 거리값에 따른 거리별 전류량을 계산하여 출력하는 제어부와,상기 제어부의 출력에 따라 LED 구동 전류를 공급하는 LED 드라이버와, 파장이 서로다른 복수개의 LED 칩(Chip)들을 구비하며 상기 LED 드라이버의 구동 전류를 공급 받아 빛을 조사하여 주기 위한 다파장 적외선 LED를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치.
  5. 제5항에 있어서, 상기 제어부는 촬영된 홍채 이미지의 밝기에 따라 LED 구동 전류를 증가 또는 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다파장 적외선 LED는 같은 파장을 갖는 LED 칩들이 대칭적으로 배열되게 구성되는 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치.
  7. 제6에 있어서, 상기 2개 이상의 부분로 나누어지며 상기 각 부분들은 병렬로 전원이 연결되고 각 부분내의 LED 칩들은 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 홍채인식 시스템용 조명 장치.
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