KR102347697B1 - 저화질 이미지에서 대체 가능한 지문 템플릿을 생성하는 장치 및 방법 - Google Patents

저화질 이미지에서 대체 가능한 지문 템플릿을 생성하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

대체 가능한 지문 템플릿 생성 장치가 개시된다. 상기 지문 템플릿 생성 장치는 사용자의 지문 이미지로부터 특징점(minutiae)들을 추출하는 특징점 추출부, 돌로네 삼각화(Delaunay triangulation)를 수행하여 추출된 특징점들로부터 복수의 삼각형들을 생성하는 삼각화부, 각각이 상기 복수의 삼각형들 각각에 대응하는 복수의 벡터들을 생성하는 벡터 생성부, 및 상기 복수의 벡터들로 이루어진 행렬에 임의의 행렬을 곱하여 상기 사용자의 지문 템플릿을 생성하는 벡터 변환부를 포함한다.

Description

저화질 이미지에서 대체 가능한 지문 템플릿을 생성하는 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR GENERATING CANCELABLE FINGERPRINT TEMPLATE FOR LOW-QUALITY IMAGES}
본 발명은 생체 인증 데이터 중 하나인 지문 정보의 처리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저화질의 이미지로부터 대체 가능한 지문 템플릿(cancelable fingerprint template)을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
지문 템플릿(fingerprint template)은 지문 이미지로부터 특징점을 추출하여 정보화 시킨 것을 의미한다. 특징점은 지문을 구성하는 릿지(ridge)로부터 얻을 수 있고 끝점과 분기점으로 구성된다. 끝점은 릿지가 끊어진 부분을 나타내고, 분기점은 하나의 릿지가 두 개의 릿지로 나뉘는 부분을 나타낸다. 2차원 좌표로 위치가 정의되어 있는 특징점은 지문 이미지의 화질이나 노이즈, 혹은 손가락의 압력에 의해 이미지가 뒤틀리거나 회전되어, 같은 지문이라도 매번 같은 좌표 값을 얻는 것은 쉽지 않다. 이러한 성질을 퍼지(fuzzy) 성질이라 한다. 퍼지 성질을 해결하기 위한 방법 중 하나로 특이점을 이용하여 지문 이미지를 정렬시킨 후 특징점을 얻는 방식이 있다. 특이점은 지문의 전체적인 모양을 결정하는 정보로, 릿지의 변곡률이 가장 높은 점(코어)과 3개의 릿지가 서로 이웃하는 점(델타)이 대표적이다. 이러한 특이점을 원점으로 하여 정렬 후 특징점을 얻으면 동일한 사람의 지문일 경우 그 정보가 크게 차이가 나지 않게 되어 매번 유사한 정보를 얻을 수 있게 된다.
지문을 포함한 생체 정보의 가장 큰 장점이자 단점은 일생동안 큰 변화가 없어 대체가 불가능하다는 것이다. 이는 생체 정보를 이용하여 인증 시 한 번 등록하면 자주 바꾸지 않아도 되기 때문에 장점이 되지만, 한 번 공격자에게 유출되면 비밀번호처럼 새로이 바꿀 수 없기에 안전하게 저장하는 것에 항상 유의하여야 한다. 지문 템플릿을 안전하게 저장하기 위해 기존의 암호화 기법을 적용하여 서버에 저장한다면, 매칭 시 서버는 저장되어 있는 지문 템플릿을 복호화한 후 매칭을 수행하게 된다. 악의적인 공격자나 악의적인 서버라면 이때에 사용자의 원본 지문 정보를 쉽게 얻을 수 있는 문제점이 존재하게 된다. 해결 방법 중 하나인 일방향 함수를 사용하는 방법은 지문의 특이점과 특징점을 활용하여 생성된 정보를 비밀키와 함께 일방향 함수에 넣어 원본의 정보를 알 수 없게 한다. 이때, 비밀키와 함수의 파라미터가 공개된다 하더라도 원래의 지문 정보를 얻을 수 없도록 일방향 함수를 설정해야 한다. 이러한 방법은 안전성을 위해 폐기 가능성, 연결 불가능성, 효율성의 성질을 추가로 만족해야 한다. 폐기 가능성은 변환된 템플릿이 공격자에게 노출되면 사용자는 새로운 비밀키와 파라미터를 사용하여 동일한 지문 정보이면서 서로 다른 템플릿을 생성할 수 있어야 한다는 것이다. 연결 불가능성은 서로 다른 서버에 저장된 변환된 템플릿을 보고 동일한 사용자를 유추할 수 없어야 한다는 것이고, 효율성은 이러한 기법을 사용하였을 때 안전성을 고려하지 않고 일반적으로 사용되는 매칭의 에러율과 크게 차이가 없어야 한다는 것을 의미한다. 이러한 성질을 만족하는 기법을 대체 가능한 지문 템플릿 생성 기법이라 한다.
대체 가능한 지문 템플릿은 비특허문헌 [1]에서 처음으로 제안되었다. 또한, 비특허문헌 [2]에서는 미뉴셔에서 가까운 k와의 상대적인 정보를 이용한 방법을 제안했지만, 대체 가능한 성질을 만족시키기 위한 연산량이 많은 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제0497226호 (2005.06.23. 공고) 대한민국 공개특허 제2004-0105065호 (2004.12.14. 공개) 일본국 특허출원공개 특개2005-065940호 (2005.06.23. 공개) 대한민국 등록특허 제0714303호 (2007.05.07. 공고)
N. K. Ratha, J. H. Connell, and R. M. Bolle, "Enhancing security and privacy in biometrics-based authentication systems"IBM Systems Journal, vol. 40, no. 3, pp. 614-634, 2001. S. Wang, W. Yang, and J. Hu, "Design of alignment-free cancelable fingerprint templates with zoned minutia pairs," Pattern Recognition, vol. 66, pp. 295-301, 2017.
종래 기술은 미뉴셔의 방향성 정보를 이용하여 특징값을 생성하였다. 하지만, 저화질 지문 이미지의 경우 이미지 처리 과정에서 융선의 뭉개짐 등의 왜곡으로 인해 동일한 미뉴셔의 방향성이 크게 달라지는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 미뉴셔의 방향성 정보를 사용하지 않으면서 인증 정확도가 유지되는 새로운 특징값을 이용한 지문 템플릿 생성 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지문 템플릿 생성 장치는 사용자의 지문 이미지로부터 특징점(minutiae)들을 추출하는 특징점 추출부, 돌로네 삼각화(Delaunay triangulation)를 수행하여 추출된 특징점들로부터 복수의 삼각형들을 생성하는 삼각화부, 각각이 상기 복수의 삼각형들 각각에 대응하는 복수의 벡터들을 생성하는 벡터 생성부, 및 상기 복수의 벡터들로 이루어진 행렬에 임의의 행렬을 곱하여 상기 사용자의 지문 템플릿을 생성하는 벡터 변환부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지문 템플릿 생성 방법은 적어도 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치에 의해 수행되고, 사용자의 지문 이미지로부터 특징점들을 추출하는 단계, 돌로네 삼각화를 수행하여 추출된 특징점들로부터 복수의 삼각형들을 생성하는 단계, 각각이 상기 복수의 삼각형들 각각에 대응하는 복수의 벡터들을 생성하는 단계, 및 상기 복수의 벡터들로 이루어진 행렬에 임의의 행렬을 곱하여 상기 사용자의 지문 템플릿을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 대체 가능한 지문 템플릿 생성 장치 및 방법에 의할 경우, 저화질 지문 이미지에서의 인증 성공률을 높일 수 있는 효과가 있다. 저화질 이미지 처리에서 크게 영향을 받지 않는 미뉴셔 좌표 정보를 사용하여 저화질 이미지에서 높은 인증 성공률을 얻을 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 템플릿 생성 장치의 기능 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 특징점 추출부에 의한 특징 추출 결과와 삼각화부에 의한 돌로네 삼각화의 결과가 도시되어 있다.
도 3은 도 1에 도시된 벡터 생성부에 의한 벡터 생성 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 벡터 변환부에 의한 지문 템플릿 생성 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 지문 템플릿 생성 장치에서 수행되는 지문 템플릿 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대체 가능한 지문 템플릿 생성 장치의 기능 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 지문 템플릿 생성 장치(10)는 미뉴셔(minutiae, 특징점)의 방향성 정보를 대체하는 새로운 특징값을 이용하여 저화질 이미지에서 보다 높은 인증 성공률을 보이는 대체 가능한 지문 템플릿을 생성할 수 있다. 또한, 생성된 지문 템플릿을 이용하여 사용자에 대한 인증 동작을 수행할 수 있다.
지문 템플릿 생성 장치(10)는 수신부(110), 특징점 추출부(120), 삼각화부(130), 벡터 생성부(140), 벡터 변환부(150), 인증부(160), 및 저장부(170) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
예컨대, 지문 템플릿 생성 장치(10)는 특징점 추출부(120), 삼각화부(130), 벡터 생성부(140), 및 벡터 변환부(150)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 지문 템플릿 생성 장치(10)는 수신부(110) 및/또는 저장부(170)를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 지문 템플릿 생성 장치(10)는 인증부(160)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 지문 템플릿 생성 장치(10)는 생성된 지문 템플릿과 저장부(170)에 미리 저장되어 있는 사용자의 지문 템플릿을 비교하여 인증 동작을 수행하기 때문에, 인증 장치로 명명될 수도 있다.
수신부(110)는 사용자로부터 지문 이미지를 수신할 수 있다. 예컨대, 수신부(110)는 사용자의 지문을 스캔하기 위한 스캐너(scanner)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 수신부(110)는 외부 스캐닝 장치로부터 사용자 이미지를 수신할 수도 있다. 수신부(110)에 의해 수신된 사용자의 지문 이미지는 저장부(170)에 저장될 수 있다. 실시예에 따라, 사용자의 이미지는 저장부(170)에 미리 저장되어 있을 수 있으며, 이 경우 수신부(110)의 구성은 생략될 수도 있다.
특징점 추출부(120)는 수신부(110)에 의해 수신된 사용자의 지문 이미지, 수신부(110)에 의해 수신된 후 저장부(170)에 저장된 사용자의 지문 이미지, 또는 저장부(170)에 미리 저장되어 있는 사용자의 지문 이미지로부터 특징점(미뉴셔)들을 추출할 수 있다. 특징점은 지문을 구성하는 릿지(ridge)로부터 얻을 수 있고 끝점과 분기점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특징점 추출부(120)에 의해 추출된 특징점들에 대한 정보는 저장부(170)에 저장될 수 있다. 특징점 추출의 예시는 도 2의 좌측에 도시되어 있다. 특징점 추출 동작과 이에 관한 알고리즘은 널리 알려져 있으므로 이에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
삼각화부(130)는 추출된 특징점들을 이용하여 돌로네 삼각화(Delaunary triangulation)를 수행할 수 있다. 돌로네 삼각화는 주어진 점의 집합으로 삼각형을 구성하는 방식으로, 특히 삼각형의 최소 내각이 최대가 되게 하는 방식으로 수행될 수 있다. 이는 주어진 점의 집합이 동일하면 항상 동일한 삼각형 구성을 생성한다. 실시예에 따라, 삼각화부(130)는 적어도 하나 이상의 삼각형만을 생성할 수도 있다. 즉, 가능한 모든 삼각형을 생성하는 것이 아닌, 일부의 삼각형만을 생성할 수도 있다. 삼각화부(130)에 의한 삼각화 동작의 결과로 생성된 삼각형들에 대한 정보는 저장부(170)에 저장될 수 있다. 돌로네 삼각화의 예시는 도 2의 우측에 도시되어 있다. 돌로네 삼각화 기법 또한 널리 알려진 종래의 기술에 해당하므로 이에 대한 상세할 설명은 생략하기로 한다.
벡터 생성부(140)는 생성된 삼각형들 각각을 벡터로 변환할 수 있다. 실시예에 따라, 벡터 생성부(140)는 삼각형들 각각을 3차원의 벡터로 변환함으로써, k×3의 행렬을 생성할 수 있다. 여기서, k는 생성된 삼각형의 개수를 의미할 수 있다. 즉, 생성된 행렬의 각 행은 하나의 벡터의 원소들로 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 벡터 생성부(140)는 k 개 이하의 미리 정해진 개수의 삼각형만을 벡터로 변환할 수도 있다. 변환된 또는 생성된 벡터들에 대한 정보는 저장부(170)에 저장될 수 있다. 또한, 벡터 생성부(140)의 구체적인 동작은 후술하기로 한다.
벡터 변환부(150)는 벡터 생성부(140)에 의해 생성된 벡터들 각각의 차원을 확장시킬 수 있다. 예컨대, 벡터 생성부(140)에 의해 생성된 3차원의 벡터들 각각은 벡터 변환부(150)에 의해 4차원 이상의 벡터로 변환될 수 있다. 다를 실시예로, 벡터 변환부(150)는 벡터 생성부(140)에 의해 생성된 행렬에 임의의 행렬을 곱함으로써 k×p 행렬을 생성할 수 있다. 즉, 벡터 변환부(150)는 3차원의 벡터들 각각을 p차원의 벡터로 변환할 수 있다. 벡터 변환부(150)의 구체적인 동작은 후술하기로 한다.
인증부(160)는 벡터 변환부(150)에 의해 생성된 사용자의 지문 템플릿과 저장부(170)에 미리 저장되어 있는 사용자의 지문 템플릿을 비교하여 사용자를 인증할 수 있다. 구체적으로, 인증부(160)는 비교 결과에 따라, 매칭되는 삼각형의 개수를 산정하고, 매칭된 삼각형의 개수에 기초하여 사용자 인증 여부를 결정할 수 있다.
예컨대, 인증부(160)는 매칭되는 삼각형이 개수가 a 개(a는 임의의 자연수) 이상이거나, 매칭되는 삼각형의 비율이 b(b는 임의의 실수) 이상일 때 사용자를 인증할 수 있다. 다른 예로, 인증부(160)는 수학식 1을 이용하여 사용자 인증 여부를 결정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019136075051-pat00001
수학식 1에서,
Figure 112019136075051-pat00002
은 저장부(170)에 미리 저장되어 있는 지문 템플릿을 구성하는 삼각형의 개수, 즉 지문 템플릿의 행의 크기를 의미할 수 있다.
Figure 112019136075051-pat00003
은 삼각화부(130)에 의해 생성된 삼각형의 개수, 벡터 생성부(140)에 의해 생성된 벡터의 개수, 벡터 변환부(150)에 의해 변환된 벡터의 개수, 또는 벡터 변환부(150)에 의해 생성된 지문 템플릿의 행의 크기를 의미할 수 있다.
Figure 112019136075051-pat00004
은 비교 결과에 따라 매칭되는 삼각형의 개수를 의미한다.
또한, 인증부(160)는 벡터 변환부(150)에 의해 생성된 사용자의 지문 템플릿(제1 지문 템플릿)과 저장부(170)에 미리 저장되어 있는 사용자의 지문 템플릿(제2 지문 템플릿)을 비교하여 매칭되는 삼각형의 개수를 산정할 수 있다. 구체적으로, 제1 지문 템플릿의 제1 행을 이루는 벡터와 제2 지문 템플릿의 제1 행을 이루는 벡터의 거리가 미리 정해진 거리 임계값보다 작은 경우 두 벡터들 각각에 대응하는 삼각형들은 매칭되는 것으로 결정될 수 있다. 실시예에 따라, 제1 지문 템플릿의 제2 지문 템플릿의 각 행은 랜덤하게 정렬될 수 있다. 이 경우, 제1 지문 템플릿의 임의의 행을 이루는 벡터와 거리 임계값 내의 벡터가 제2 지문 템플릿에 포함되는 경우 두 삼각형은 매칭되는 것으로 결정될 수 있다.
지문 템플릿 생성 장치(10)는 각종 연산 처리 및 신호 생성이 가능한 적어도 하나의 전자 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 전자 장치는 프로세서 및/또는 프로세서가 설치된 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit), 마이크로 컨트롤러 유닛(MCU, Micro Controller Unit), 마이컴(Micom, Micro Processor), 애플리케이션 프로세서(AP, Application Processor), 전자 제어 유닛(ECU, Electronic Controlling Unit), 그래픽 처리 장치(GPU, Graphic Processing Unit) 및/또는 각종 연산 처리 및 제어 신호의 생성이 가능한 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 이들 처리 장치는 예를 들어 하나 또는 둘 이상의 반도체 칩 및 관련 부품을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치는 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 서버용 컴퓨터, 스마트 폰, 태블릿 피씨, 스마트 시계, 두부 장착형 디스플레이(HMD, Head Mounted Display) 장치, 휴대용 게임기, 내비게이션 장치, 개인용 디지털 보조기(PDA, Personal Digital Assistant), 인공지능 스피커 장치, 디지털 텔레비전, 셋톱 박스, 로봇, 가전 기기, 기계 장치 및/또는 이외 정보 처리 기능을 수행할 수 있는 적어도 하나의 전자 장치를 포함할 수 있다.
지문 템플릿 생성 장치(10)는 저장부(170)와 데이터 송수신이 가능하도록 직접 또는 간접적으로 연결되어 있을 수 있다. 저장부(170)는 수신부(110)에 의해 수신된 사용자의 지문 이미지, 특징점 추출부(120)에 의해 추출된 특징점들, 삼각화부(130)에 의한 돌로네 삼각화 동작 중에 생성되는 데이터 및/또는 삼각화 동작의 결과로써 생성된 데이터, 벡터 생성부(140)에 의해 생성된 벡터, 벡터 변환부(150)에 의해 생성된 데이터, 인증부(160)에 의한 인증 동작의 수행 중에 생성된 데이터 및/또는 인증 동작의 결과로써 생성된 데이터 등이 일시적으로 또는 비일시적으로 저장할 수 있다. 또한, 저장부(170)에는 인증 동작을 수행하기 위해 필요한 데이터인 사용자의 지문 템플릿이 미리 저장되어 있을 수 있다.
저장부(170)는 주기억장치 및 보조기억장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 주기억장치는 롬(ROM) 및/또는 램(RAM) 등을 포함할 수 있고, 보조기억장치는 플래시 메모리 장치, SD(Secure Digital) 카드, 솔리드 스테이트 드라이브(SSD, Solid State Drive), 하드 디스크 드라이브(HDD, Hard Disc Drive) 컴팩트 디스크(CD), 디브이디(DVD) 및/또는 레이저 디스크 등을 포함할 수 있다.
지문 템플릿 생성 장치(10)는 저장부(170)에 저장된 애플리케이션을 구동시켜, 특징점 추출, 돌로네 삼각화, 벡터 생성, 벡터 변환 등 다양한 동작을 수행할 수도 있다. 여기서, 애플리케이션은, 설계자에 의해 직접 작성되어 저장부(170)에 저장 또는 갱신된 것일 수도 있고, 또는 유선 또는 무선 통신 네트워크를 통해 접속 가능한 전자 소프트웨어 유통망 등을 통하여 획득 또는 갱신된 것일 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된 벡터 생성부에 의한 벡터 생성 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 우측에는 도 3의 좌측에 도시된 복수의 삼각형들 중 녹색으로 표시된 삼각형의 확대도가 도시되어 있다. 이하에서는, 녹색으로 표시된 예시적인 삼각형에 대한 벡터 생성 동작을 설명한다.
지문의 미뉴셔를 이루는 삼각형의 꼭지점들을 각각 m1, m2, m3라 하고, 삼각형의 오심(외심, 내심, 수심, 방심, 무게중심) 중 하나, 예컨대 무게중심을 c라 하자. c로부터 각 꼭지점을 향하는 벡터를 d1, d2, d3라 하고, 이 벡터들이 c를 원점으로 하는 직각 좌표계의 임의의 축(예컨대, x축)과 이 벡터들 각각의 각도 차이의 오름차순으로 이 벡터들을 정렬했을 때, 가장 작은 각도 차를 갖는 벡터가 가르키는 꼭지점이 갖는 내각(또는 외각)을 α1이라 하고, 순서대로 α2와 α3라 하자. 삼각형 하나 당 정렬된 내각으로 이루어진 3차원 벡터 하나가 생성된다. 이와 같은 벡터 생성 동작에 따라, 지문 이미지에 포함된 삼각형의 개수(k, k는 임의의 자연수) 만큼의 벡터가 형성된다. 즉, 지문 이미지에 포함된 삼각형이 k 개이면, 생성된 벡터의 개수도 k 개이다. 또한, 벡터 생성부(140)는 생성된 벡터들을 이용하여 k×3의 행렬을 생성할 수 있다. 생성된 행렬의 각 행은 생성된 벡터들 중 하나의 벡터의 원소들을 원소로 갖는다. k×3의 행렬을 생성하는 과정에서, 벡터의 삽입 방법은 미리 정해질 수도 있다. 즉, 각 벡터의 q번째(q는 1, 2, 또는 3) 원소의 크기의 오름차순(또는 내림차순), 각 벡터의 크기의 오름차순(또는 내림차순) 등으로 정렬될 수 있다. 실시예에 따라, 임의의 차순으로 정렬될 수도 있다.
실시예에 따라, 벡터 생성부(140)는 각도 차이의 오름차순이 아닌 내림차순으로 벡터들(d1, d2, d3)을 정렬할 수도 있다. 또한, 벡터 생성부(140)는 각도 차이 자체를 원소로 갖는 벡터를 형성할 수도 있다.
도 4는 도 1에 도시된 벡터 변환부에 의한 벡터 변환 동작을 설명하기 위한 도면이다.
즉, 특징점 추출부(120)는 사용자의 지문 이미지로부터 복수의 특징점들을 추출하고, 삼각화부(130)는 추출된 복수의 특징점들을 이용하여 돌로네 삼각화를 수행함으로써 복수의 삼각형들을 생성한다. 또한, 벡터 생성부(140)는 상술한 과정과 같이 하나의 삼각형을 하나의 3차원 벡터로 변환할 수 있다. 실시예에 따라, 벡터 생성부(140)는 3차원 벡터의 구성 원소를 행의 원소로 갖는 k×3의 행렬을 생성할 수 있다. k×3의 행렬은 3차원 특징 집합(3D features set)이라 명명될 수도 있다.
벡터 변환부(150)는 벡터 생성부(140)에 의해 생성된 벡터들 각각의 차원을 p(p는 3보다 큰 자연수, 예컨대 p는 4)차원으로 확장할 수 있다. 이를 위해, 벡터 변환부(150)는 임의 값들을 원소로 갖는 3×p의 행렬을 생성할 수 있다. 생성된 3×p의 행렬은 사용자 키로 명명될 수도 있으며, 사용자에 대응한다. 또한, 사용자 키를 생성하는 방법은 다양할 수 있으나, 본 발명은 사용자 키를 생성하는 방법에 특징이 있는 것은 아니므로 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
벡터 변환부(150)는 벡터 생성부(140)에 의해 생성된 3차원 특징 집합, 즉 k×3의 행렬과 사용자 키에 대한 곱셈 연산을 수행함으로써 k×p의 행렬을 생성할 수 있다. k×p의 행렬은 p차원 특징 집합이라 명명될 수 있다. 또한, 벡터 변환부(150)에 의해 생성된 행렬은 사용자의 지문 데이터에 기초하여 생성되었으나 유출이 되더라도 지문 정보의 유출의 염려가 없다는 점에서 대체 가능한 지문 템플릿(cancelable fingerprint template)이라 할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 지문 템플릿 생성 장치에 의해 수행되는 지문 템플릿 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
우선, 지문 템플릿 생성 장치(10)의 수신부(110)는 사용자로부터 지문 이미지를 수신할 수 있다(S100). 수신된 지문 이미지는 저장부(170)에 저장될 수 있다. 실시예에 따라, 사용자의 지문 이미지는 저장부(170)에 미리 저장되어 있을 수도 있고, 이 경우 S100 단계는 생략될 수도 있다.
S200 단계에서, 지문 템플릿 생성 장치(10)의 특징점 추출부(120)는 사용자의 지문 이미지의 특징점들을 추출할 수 있다. 또한, S300 단계에서, 지문 템플릿 생성 장치(10)의 삼각화부(130)는 추출된 특징점들을 이용하여 돌로네 삼각화 동작을 수행할 수 있다.
S400 단계에서, 지문 템플릿 생성 장치(10)의 벡터 생성부(140)는 돌로네 삼각화 동작으로 생성된 복수의 삼각형들 각각에 대응하는 벡터를 형성하고, 생성된 벡터들을 포함하는 행렬을 생성할 수 있다.
S500 단계에서, 지문 템플릿 생성 장치(10)의 벡터 변환부(150)는 벡터 생성부(140)에 의해 생성된 행렬의 열의 차원을 확장함으로써 대체 가능한 지문 템플릿을 생성할 수 있다.
실시예에 따라, 지문 템플릿 생성 방법은 인증부(160)에 의한 인증 동작을 더 포함할 수 있다. 즉, 인증부(160)는 생성된 지문 템플릿과 저장부(170)에 저장되어 있는 지문 템플릿을 비교함으로써 사용자 인증 동작을 수행할 수 있다(S600). 이 경우, 지문 템플릿 생성 방법은 인증 방법 등으로 명명될 수도 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성 요소, 소프트웨어 구성 요소, 및/또는 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어 구성 요소의 집합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예들에서 설명된 장치 및 구성 요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(Arithmetic Logic Unit), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor), 마이크로컴퓨터, FPA(Field Programmable array), PLU(Programmable Logic Unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(Operation System, OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(Processing Element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(Parallel Processor)와 같은, 다른 처리 구성(Processing Configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(Computer Program), 코드(Code), 명령(Instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(Collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성 요소(Component), 물리적 장치, 가상 장치(Virtual Equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(Signal Wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(Embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시 예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 좋ㅂ하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-optical Media), 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 지문 템플릿 생성 장치
110 : 수신부
120 : 특징점 추출부
130 : 삼각화부
140 : 벡터 생성부
150 : 벡터 변환부
160 : 인증부
170 : 저장부

Claims (10)

  1. 사용자의 지문 이미지로부터 특징점(minutiae)들을 추출하는 특징점 추출부;
    돌로네 삼각화(Delaunay triangulation)를 수행하여 추출된 특징점들로부터 복수의 삼각형들을 생성하는 삼각화부;
    각각이 상기 복수의 삼각형들 각각에 대응하고 삼각형의 내각 또는 외각의 크기를 원소로 갖는 복수의 벡터들을 생성하는 벡터 생성부; 및
    상기 복수의 벡터들로 이루어진 행렬에 상기 사용자에 대응하는 사용자 키인 임의의 행렬을 곱하여 상기 사용자의 대체 가능한 지문 템플릿(Cancelable fingerprint template)을 생성하는 벡터 변환부를 포함하고,
    상기 벡터 생성부는,
    삼각형의 오심 중 어느 하나(c)로부터 각 꼭지점을 향하는 제1 벡터들을 생성하고,
    상기 c를 원점으로 하는 직각 좌표계의 x축 또는 y축과 상기 제1 벡터들 각각의 각도 차이의 오름차순 또는 내림차순에 따라 상기 제1 벡터들을 정렬하고,
    정렬된 상기 제1 벡터들 각각에 대응하는 내각 또는 외각의 크기를 원소로 갖는 상기 벡터를 생성하는,
    지문 템플릿 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 벡터들로 이루어진 행렬에서, 상기 복수의 벡터들은 각 벡터의 q번째(q는 1, 2, 또는 3) 원소의 크기 또는 각 벡터의 크기에 기초하여 정렬된,
    지문 템플릿 생성 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벡터 변환부는,
    상기 사용자에 대응하고 임의 값들을 원소로 갖는 상기 임의의 행렬을 생성하고,
    상기 임의의 행렬의 행의 크기는 3이고, 상기 임의의 행렬의 열의 크기는 4 이상인,
    지문 템플릿 생성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지문 템플릿 생성 장치는 상기 지문 템플릿과 미리 저장되어 있는 지문 템플릿을 비교하여 상기 사용자를 인증하는 인증부를 더 포함하는,
    지문 템플릿 생성 장치.
  6. 적어도 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 지문 템플릿 생성 방법에 있어서,
    사용자의 지문 이미지로부터 특징점들을 추출하는 단계;
    돌로네 삼각화를 수행하여 추출된 특징점들로부터 복수의 삼각형들을 생성하는 단계;
    각각이 상기 복수의 삼각형들 각각에 대응하고 삼각형의 내각 또는 외각의 크기를 원소로 갖는 복수의 벡터들을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 벡터들로 이루어진 행렬에 상기 사용자에 대응하는 사용자 키인 임의의 행렬을 곱하여 상기 사용자의 대체 가능한 지문 템플릿(Cancelable fingerprint template)을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 벡터들을 생성하는 단계는,
    삼각형의 오심 중 어느 하나(c)로부터 각 꼭지점을 향하는 제1 벡터들을 생성하는 단계,
    상기 c를 원점으로 하는 직각 좌표계의 x축 또는 y축과 상기 제1 벡터들 각각의 각도 차이의 오름차순 또는 내림차순에 따라 상기 제1 벡터들을 정렬하는 단계, 및
    정렬된 상기 제1 벡터들 각각에 대응하는 내각 또는 외각의 크기를 원소로 갖는 상기 벡터를 생성하는 단계를 포함하는,
    지문 템플릿 생성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 벡터들로 이루어진 행렬에서, 상기 복수의 벡터들은 각 벡터의 q번째(q는 1, 2, 또는 3) 원소의 크기 또는 각 벡터의 크기에 기초하여 정렬된,
    지문 템플릿 생성 방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 지문 템플릿을 생성하는 단계는 상기 사용자에 대응하고 임의 값들을 원소로 갖는 상기 임의의 행렬을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 임의의 행렬의 행의 크기는 3이고, 상기 임의의 행렬의 열의 크기는 4 이상인,
    지문 템플릿 생성 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 지문 템플릿 생성 방법은 상기 지문 템플릿과 미리 저장되어 있는 지문 템플릿을 비교하여 상기 사용자를 인증하는 단계를 더 포함하는,
    지문 템플릿 생성 방법.
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