KR102609505B1 - 임프린트를 캡처하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 즉석에서 신체 부분의 임프린트를 캡처하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 사용자가 신체 부분을 통과시킬 수 있는 빈 공간의 구역을 포함하는 스탠드를 포함한다. 그것이 이러한 존에 있을 때, 신체 부분은 신체 부분의 균일한 조명과, 사이트, 즉 조명 패턴을 신체 부분 상에 투영하는 사이트-투영 모듈을 만들어내는 광원에 의해 동시에 비추어지고, 그렇게 빛이 비추어진 신체 부분의 이미지는 이미지-획득 모듈에 의해 획득된다. 캡처링 장치는 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델의 파라미터들을 결정함으로써 신체 부분 상에 사이트를 투영하는 것의 광 세기에 있어서의 변동을 모델화 할 수 있고(43), 사전에 결정된 파라미터들을 사용하고 상기 모델에 근거하여 상기 투영의 합성 이미지를 발생시킬 수 있다(44). 그럴 경우 합성된 이미지는 식별 또는 인증 방법에서 사용될 수 있는, 사이트가 없는 신체 부분의 이미지를 얻기 위해, 획득된 이미지로부터 빼진다.

Description

임프린트를 캡처하기 위한 장치{DEVICE FOR CAPTURING IMPRINTS}

본 발명은 즉석에서(on-the-fly) 신체 부분의 임프린트(imprint)의 이미지를 캡처(capture)하기 위한 장치와, 이러한 장치에 의해 구현된 방법에 관한 것이다.

복수의 손가락 또는 손의 손바닥의 지문들, 예를 들어 손가락의 임프린트와 같은 지문들의 사용은 건물이나 기계로의 접근이 안전하게 되게 한다. 그러므로 2명의 사람이 동일한 지문을 가지는 확률이 거의 0인 한에 있어서는, 보안이 증가된다.

지문을 캡처하기 위한 장치는 지문의 이미지가 캡처되는 것을 허용한다. 식별(identification)하는 경우, 이러한 임프린트는 데이터베이스에 포함된 기준 지문들의 세트와 비교된다. 인증(authentication)하는 경우에는, 이러한 임프린트는 단일(single) 지문과 비교된다. 이러한 비교는 캡처된 지문이 데이터베이스에서 참조된 사람에 속하는지 아닌지, 즉 그 사람이 실제로 그가 본인이라고 주장하는 사람인지를 결정하는 것을 허용한다.

프랑스 특허 출원 FR2927713은 즉석에서 임프린트들을 캡처하기 위한 장치를 설명한다. 이러한 장치는 자신에게 제공된 손가락, 복수의 손가락 또는 손의 손바닥과 같은 신체 부분의 지문의 이미지가 얻어지는 것을 허용한다. 이러한 장치는,

● 플래시(flash)와 같이 작용하여 신체 부분이 조명되게 허용하는 조명원과,

● 신체 부분 상에 일련의 라이트 바(light bar)들의 형태를 취하는 사이트(sight)를 투영하는 프로젝터(projector)로서, 신체 부분 상에 상기 사이트를 투영하는 동안 상기 사이트의 변형은 신체 부분에 대한 3차원 정보(3D)가 얻어지는 것을 허용하고, 이러한 3차원 정보는 지문을 평평하게 하고 리스케일링(rescale)하기 위해 사용되며, 일단 평평해지고 리스케일링되면 임프린트가 1개 이상의 기준 임프린트와 비교될 수 있는, 프로젝터, 및

● 장치를 통과하는 동안에 신체 부분의 선명한 이미지를 캡처할 수 있는 이미지 센서를 포함하는 고속 카메라를 포함한다.

임프린트 캡처 장치에 의해 획득된 이미지에서 임프린트로부터 사이트를 구별하기 위해, 조명원과 사이트 프로젝터는 2개의 별개의 컬러를 이용한다.

대부분의 이미지 센서들은 적색 광에 민감한 포토리시버(photoreceiver), 청색 광에 민감한 포토리시버, 및 녹색 광에 민감한 2개의 포토리시버를 포함하는 4개의 포토리시버의 그룹들로 그룹화되는 포토리시버들을 포함한다. 1개의 컬러를 조명원에 할당하고, 또 다른 컬러를 사이트에 할당함으로써, 4개 중 많아야 2개의 포토리시버가 임프린트 이미지를 캡처하기 위해 사용된다. 그러므로 이미지 센서의 능력은 완전히 이용되지 않는데, 이는 얻어진 임프린트 이미지가 상기 이미지 센서의 최대 이미지 해상도보다 적어도 2배 더 적은 해상도를 가지기 때문이다.

종래 기술의 이러한 결점들을 완화하는 것이 바람직하다. 특히 이미지 센서에 의해 허용된 최대 해상도를 가지는 임프린트 이미지를 얻도록 이미지 센서의 능력이 완전히 이용되는 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 본 발명은 신체 부분의 임프린트의 이미지를 캡처하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 신체 부분이 움직일 수 있는 획득 존(zone)을 포함하는 광학 필드를 가지는 이미지 획득 모듈, 신체 부분의 공간적으로 균일한 조명(illumination)을 만드는 광원, 및 발광 사이트(luminous sight)를 신체 부분의 움직임 방향에 대해 수직이 되게 상기 신체 부분 상에 투영하는 사이트 투영(sight-projecting) 모듈을 포함한다. 발광 사이트는 균일한 조명보다는 낮은 광세기의 반복적인 패턴이다. 상기 장치는, 획득된 이미지라고 불리는 임프린트의 이미지가 획득되는 것을 허용하고; 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델의 파라미터들을 결정함으로써 신체 부분 상의 상기 사이트의 투영 광 세기의 변동을 모델화하고; 상기 모델에 근거하고 사전에 결정된 파라미터들을 사용하여 합성 이미지라고 불리는, 신체 부분에 대한 사이트의 투영 이미지를 발생시킬 수 있고; 사이트가 없는(sight-free) 신체 부분의 이미지를 얻기 위해, 획득된 이미지로부터 합성 이미지를 빼기 위해 광원, 사이트 투영 모듈, 및 이미지 획득 모듈을 동시에 작동시킬 수 있고, 상기 사이트가 없는 신체 부분의 이미지는 식별 또는 인증을 수행하기 위해 사용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 모델화하는 동안에, 상기 장치는 획득된 이미지를 행 단위로(row by row) 스캔하고, 각각의 행에 관해 픽셀 개수의 함수로 광 세기의 곡선(curve)을 얻을 수 있으며, 각각의 곡선은 복수의 크레넬(crenel)을 포함하고, 각각의 크레넬은 로지스틱(logistic) 함수로부터 유도된 함수에 의해 모델화된다.

일 실시예에 따르면, 제1 픽셀과, 행이 스캔되는 미리 설정된 방향에서 이러한 제1 픽셀에 선행하는 픽셀 사이의 광 세기의 제1 변동이 양(positive)이면서 제1의 미리 설정된 임계치보다 절대값이 높을 때; 광 세기의 제1 변동 다음에, 제2 픽셀과, 행이 스캔되는 미리 설정된 방향에서 이러한 제2 픽셀에 선행하는 픽셀 사이의 광 세기의 제2 변동이 올 때 - 이러한 제2 변동은 음(negative)이면서 제1의 미리 설정된 임계치보다 절대값이 높음 -; 및 제1 변동과 제2 변동 사이의 픽셀들의 개수에 있어서의 거리가 제2의 미리 설정된 임계치보다 클 때, 상기 장치는 각각의 행의 각각의 크레넬을 탐지할 수 있고, 크레넬은 광 세기의 곡선에서 탐지된다.

일 실시예에 따르면, 로지스틱 함수로부터 유도된 함수는

로 주어지거나,

로 주어지고, 이 경우 파라미터 K는 변동의 최대 진폭을 설정하고, 파라미터 r은 그러한 변동의 슬로프(slope)를 설정하며, 파라미터 a는 그러한 변동의 형태를 설정하고, 파라미터 b는 크레넬의 반치폭(half width)을 나타내며, 파라미터 d는 광 세기에 관해 최소값이 설정되게 허용하고, 파라미터 s는 픽셀들의 축 상에서의 크레넬의 위치를 설정한다.

일 실시예에 따르면, 파라미터 a 및/또는 파라미터 r은 미리 설정된다.

일 실시예에 따르면, 모델화 다음에 상기 장치는 크레넬의 목록을 얻고 - 그러한 목록의 각각의 크레넬은 상기 결정된 모델의 파라미터들에 의해, 그리고 획득된 이미지에서의 상기 크레넬의 위치에 의해 나타내어짐 -, 상기 목록의 각각의 크레넬에 근거하여 합성 이미지를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 본 발명은 인증 또는 식별 방법에 관한 것으로, 이러한 방법은 신체 부분의 임프린트 이미지를 캡처하기 위한 장치의 광원, 사이트 투영 모듈 및 이미지 획득 모듈의 동시 작동으로부터, 획득된 이미지라고 불리는 이미지를 획득하는 단계 - 상기 이미지 획득 모듈은 신체 부분이 움직일 수 있는 획득 존을 포함하는 광학 필드를 가지며, 광원은 신체 부분에 대한 공간적으로 균일한 조명을 만들어내고, 사이트 투영 모듈은 신체 부분의 움직임 방향에 대해 수직이 되게 상기 신체 부분 상에 발광 사이트를 투영하고, 발광 사이트는 균일한 조명보다 낮은 광 세기의 반복 패턴임 -; 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델의 파라미터들을 결정함으로써 신체 부분에 대한 사이트의 투영 광 세기의 변동을 모델화하는 단계; 상기 모델에 근거하여 그리고 사전에 결정된 파라미터들을 사용하여 합성 이미지라 불리는, 신체 부분에 대한 사이트의 투영 이미지를 발생시키는 단계; 및 사이트가 없는 신체 부분의 이미지를 얻기 위해 획득된 이미지로부터 합성 이미지를 빼는 단계 - 상기 사이트가 없는 상기 신체 부분의 이미지는 식별 또는 인증을 수행하기 위해 사용될 수 있음 -를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 이러한 방법은 획득된 이미지에서의 사이트의 위치에 대한 정보로부터 신체 부분에 대한 3차원 정보를 얻고 사이트가 없는 신체 부분의 이미지로부터 최종 임프린트 이미지를 발생시키기 위해 상기 정보를 사용하는 단계 - 그러한 이미지에서 임프린트는 편평하게 되고 미리 설정된 스케일(scale)에 대응하는 스케일로 리스케일링(rescale)됨 - 및 인증 또는 식별을 행하기 위해 적어도 하나의 기준 임프린트 이미지와 최종 임프린트 이미지를 비교하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 본 발명은 컴퓨터 프로그램이 장치의 처리 유닛에 의해 실행될 때, 그러한 장치를 이용하여 제2 양태에 따른 방법을 구현하기 위한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 본 발명은 컴퓨터 프로그램이 장치의 처리 유닛에 의해 실행될 때, 그러한 장치를 이용하여 제2 양태에 따른 방법을 구현하기 위한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 저장 수단에 관한 것이다.

본 발명의 전술한 특징들 및 다른 것들은 후속하는 전형적인 실시예의 설명을 읽음으로써 좀더 명확히 분명해지고, 상기 설명은 첨부된 도면을 참조하여 주어진다.
도 1a는 본 발명에 따른 신체 부분의 임프린트를 캡처하기 위한 장치의 제1 그림(view)을 개략적으로 예시하는 도면.
도 1b는 본 발명에 따른 신체 부분의 임프린트를 캡처하기 위한 장치의 제2 그림(view)을 개략적으로 예시하는 도면.
도 2a는 카메라에 의해 획득된 이미지를 개략적으로 보여주는 도면으로서, 상기 카메라는 카메라 앞에 놓인 불투명한 종이의 시트 상에 사이트를 투영하는 동안 본 발명에 따른 신체 부분의 임프린트를 캡처하기 위한 장치의 카메라이다.
도 2b는 픽셀 개수의 함수에서의 광 세기의 곡선을 보여주는 도면으로서, 상기 곡선은 한 장의 종이 상의 사이트의 투영 이미지의 픽셀들의 수평 행의 픽셀들의 광 세기를 나타낸다.
도 3a는 상기 카메라의 앞에 놓인 손가락에 대한 사이트 투영의 본 발명에 따른 신체 부분의 임프린트를 캡처하기 위한 장치의 카메라에 의해 획득된 이미지를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3b는 픽셀 개수의 함수에서의 광 세기의 곡선을 보여주는 도면으로서, 상기 곡선은 손가락에 대한 사이트의 투영 이미지의 픽셀들의 수평 행의 픽셀들의 광 세기를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 신체 부분의 임프린트를 캡처하기 위한 장치에 의해 구현된 인증 또는 식별 방법을 보여주는 도면.
도 5는 파라미터의 수학적 모델을 사용하여 손가락 상의 사이트의 투영 광 세기에 있어서의 변동들을 모델화하기 위한 방법의 일 예를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 합성 이미지를 발생시키기 위한 방법의 일 예를 보여주는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 신체 부분의 임프린트를 캡처하기 위한 장치에 포함된 처리 모듈을 위한 하드웨어 아키텍처의 일 예를 개략적으로 예시하는 도면.

이어지는 설명은 신체 부분이 손가락인 상황에 있는 본 발명의 실시예들의 세부 내용을 더 특별히 다룬다. 하지만 그것은 복수의 손가락, 손의 손바닥 등과 같은 다른 신체 부분들에 적용된다.

도 1과 도 2를 참조하면, 이후 바이오메트릭(biometric) 장치라고 불리는, 신체 부분(1)의 임프린트의 이미지를 캡처하기 위한 장치는 스탠드(stand)(10)의 투명한 상부면(101)에 평행하게 연장되는 스크린(12)이 얹어진 스탠드(10)를 포함하는 구조물(structure)을 포함한다. 상부면(101)과 스크린(12)은 사용자의 손가락을 위한 통로를 형성하기 위해 이들 사이에, 2개의 사이드(side)에서 전면으로 그리고 측면으로 열려 있는 빈 공간의 구역(14)을 규정하기 위해 수 ㎝(예를 들면, 손가락의 임프린트들의 획득을 위해 5㎝)의 거리만큼 분리되어 있다. 빈 공간의 구역(14)에 완전히 포함된 획득 존(zone)(103)을 포함하는 광학 필드를 가지기 위해, 스탠드(10)에 장착되어 있는 컬러 카메라(102)와 같은 이미지 획득 모듈을 스탠드(10)가 둘러싼다.

일 실시예에서, 스크린(12)의 하부면(12)은 반사방지 코팅을 포함한다.

이 경우 획득 존(103)은 더 정확하게는 빈 공간(14)의 구역의 중심에 있고, 상부면(101)에 평행한 평면을 가진다. 카메라(102)의 광학 필드는 획득 존(103)이 사용자의 손가락(예를 들면, 검지, 중지, 약지, 새끼 손가락, 또는 엄지)을 덮기에 충분히 넓다. 카메라(102)는 CCD(charged-coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 센서와 같은 센서를 포함하고, 이러한 센서는 미리 설정된 최대 움직임 속도로 획득 존(103)을 통해 움직이는 손가락의 명확한 이미지를 찍는 것을 허용하기에 충분히 높은 획득 속도를 가진다. 사용된 센서는, 예를 들면 1초당 "60" 내지 "100"개의 속도를 갖는 "130만" 픽셀의 센서이다.

카메라(102)는 컬러 이미지들을 전송하는 처리 모듈(104)에 연결된다. 이러한 처리 모듈(104)은 아래에서 도 7을 참조하여 설명된다.

그러한 구조물은 또한 발광 사이트(105)를 투영하기 위한 모듈(105)과 광원(106)을 포함한다. 사이트 투영 모듈(105)과 광원(106)은 손가락의 통로의 경로(path) 밑 구조물에 고정되고 획득 존(103) 쪽으로 지향된다.

광원(106)은 플래시처럼 작용하고, 예를 들면 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 광원(106)은 예를 들면 녹색 광에 대응하는 파장 범위에서 높은 세기를 갖는 공간적으로 균일한 조명을 만들어낸다. 또 다른 실시예에서는, 광원(106)이 백색 광을 방출한다.

사이트 투영 모듈(105)은 빈 공간의 구역(14)에 놓인 손가락 상으로 손가락의 움직임 방향에 대해 수직으로 사이트를 투영한다. 사이트는 광원(106)과 동일한 파장 범위의 반복적 발광 패턴을 포함한다. 반복적인 발광 패턴은 광원(106)에 의해 발생된 광 세기보다 낮은 광 세기의 규칙적으로 이격된 라이트 바들을 포함한다. 라이트 바들은 이 경우 손가락 위에 "740"dpi(인치당 도트)로, "70"개 내지 "80"개의 픽셀의 평균 기간을 가지도록 규정된다.

일 실시예에서, 광원(106)과 사이트 투영 모듈(105)은 상이한 파장 범위들을 사용한다.

도 2a는 상부면(101)에 평행한 빈 공간의 구역에 놓인 불투명한 종이의 시트 상에 사이트의 투영 중 카메라(102)에 의해 획득된 이미지를 개략적으로 보여준다.

도 2a에서는 광원(106)이 꺼져 있다(turned off). 이어서 사이트는 직사각형의 발광 존들과 어두운 존들이 번갈아 나타난다.

도 2b는 도 2a에 도시되어 있는 한 장의 종이 상의 사이트의 투영 이미지의 픽셀들의 수평 행의 픽셀들의 광 세기를 나타내는, 픽셀 개수의 함수에서의 광 세기의 곡선을 보여준다.

이러한 곡선은 일련의 규칙적으로 이격된 크레넬들을 포함한다. 각각의 직사각형의 크레넬은 직사각형 함수에 의해 근사될 수 있다. 어두운 존들과 밝은 존들 사이의 전이(그리고 그 반대)는 이 경우 갑작스럽다.

도 3a는 상부면(101)에 평행한, 빈 공간의 구역(14)에 놓인 손가락 상의 사이트의 투영으로 카메라(102)에 의해 획득된 이미지를 개략적으로 보여준다.

도 3a에서는, 광원(106)이 꺼져 있다. 손가락이 평면 표면이 아니고 다소 관 모양(tubular shape)이기 때문에, 사이트를 손가락에 투영하는 동안, 바들은 곡선형으로 나타나는데, 이는 바들이 손가락의 모양을 따르기 때문이다.

도 3b는 픽셀 개수의 함수에서의 광 세기의 곡선을 보여주고, 상기 곡선은 도 3a에 도시되어 있는 손가락에 대한 사이트 투명의 이미지의 픽셀들의 수평 행의 픽셀들의 광 세기를 나타낸다.

도 3b에 도시된 크레넬들의 상단 부분들은 둥글게 되어 있고, 그것들의 하단 부분들은 바깥쪽으로 벌어져 있다. 거의 전혀 산란되지 않는 매체인 종이의 시트와는 대조적으로, 손가락은 산란시키는(scattering) 매체이다. 손가락으로부터의 광의 산란은 사이트에 의해 조명된 부분과 사이트에 의해 조명되지 않은 부분 사이의 전이를 약하게 한다. 도 3b에서의 조명된 부분들과 조명되지 않은 부분들 사이의 전이는 도 2b에서보다 더 점진적이다.

도 4는 본 발명에 따른 바이오메트릭 장치에 의해 구현된 인증 또는 식별 방법을 보여준다.

식별(또는 인증) 받기를 바라는 사용자는 빈 공간의 구역(14)의 한쪽을 통하여 상기 구역에 사용자의 손가락을 놓고, 자신의 손가락을 다른쪽으로 움직인다.

단계(41)에서는, 이 경우 적외선 광 커튼(curtain)(미도시)인, 바이오메트릭 장치(1)의 센서는 획득 존(103) 내로 손가락이 들어가는 것을 탐지한다.

단계(42)에서는, 센서가 사이트 투영 모듈(105)을 동시에 작동시키고, 광원(106)을 작동시키며, 카메라(102)가 획득된 이미지라고 불리는 이미지를 획득하게 한다. 획득된 이미지는 변형된 사이트가 나타나는 손가락을 포함한다. 획득된 이미지는 광 세기에 있어서의 변동을 포함한다. 광 세기에 있어서의 제1 변동은 그러한 사이트의 바들로 인한 것이고 평균 변동 주파수(frequency)를 가진다. 제2 광 변동은 광학적 결함(defect)들 또는 손가락을 완전히 균일하게 조명하지 않는 광원(106)의 결함들로 인한 것이다. 광 세기에 있어서의 이러한 제2 변동은 사이트의 바들로 인한 변동 주파수에 대해 낮은 변동 주파수를 가진다. 제3 광 변동은 손가락의 지문의 릿지(ridge)와 밸리(valley)로 인한 것이다. 광 세기에 있어서의 이들 제3 변동은 사이트의 바들로 인한 변동 주파수에 대해 높은 변동 주파수를 가진다. 일 실시예에서, 처리 모듈(104)은 단계(42)에서 이러한 방법의 후속 단계들과 간섭하지 않도록 제2 광 변동을 제거한다. 이렇게 하기 위해, 처리 모듈(104)은 획득된 이미지의 픽셀들의 값들을 같게 한다. 예를 들면, 처리 모듈(104)은 이러한 이미지를 공간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 옮기기 위해 획득된 이미지에 주파수-도메인 변환을 적용한다. 주파수 도메인에서는, 처리 모듈(104)은 변환된 획득된 이미지의 낮은 공간 주파수를 제거한 다음 그렇게 수정된 변환된 획득된 이미지에 역변환을 적용한다.

일 실시예에서는, 손가락이 획득 존에 있을 때 사용자가 사이트 투영 모듈(105), 광원(106), 및 카메라(102)를 동시에 작동시키기 위해 누르는 버튼에 의해 바이오메트릭 장치(1)의 센서가 대체될 수 있다는 점이 주목될 것이다.

단계(43)에서는, 처리 모듈(104)이 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델을 사용하여 손가락 상의 사이트의 투영 광 세기에 있어서의 변동을 모델화한다. 일 실시예에서, 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델은 로지스틱 함수에 근거한다. 로지스틱 함수 f(x)는 다음과 같이 정해진다.

여기서, 변수 x는 한 행에서의 픽셀 개수이고, 파라미터 K와 a는 양의 실수이고, 파라미터 r은 임의의 실수이다. 로지스틱 함수들은 특히 도 3b에서의 크레넬의 위쪽으로의 변동 및 아래쪽으로의 변동과 같이, 1차원(one-dimensional) 신호에서의 갑작스런(거의 직사각형) 변동을 모델화하기에 적합하다. 파라미터 K는 변동의 최대 진폭을 설정하고, 파라미터 r은 변동의 슬로프를 설정하며, 파라미터 a는 변동의 형태를 설정한다.

이어서, 도 3b의 크레넬을 모델화할 수 있는(즉, 획득된 이미지의 수평 행의 픽셀 개수의 함수에서의 광 세기의 변동을 모델화할 수 있는) 함수 g(x)는 다음과 같이 2개의 로지스틱 함수를 결함함으로써 얻어질 수 있다:

여기서 파라미터 b는 크레넬의 반치폭을 나타내며, 파라미터 d는 최소 광 세기 값이 설정되게 허용하고, 파라미터 s는 픽셀들의 수평 축 상에서의 크레넬의 위치를 설정한다.

일 실시예에서, 도 3b의 크레넬은 또한 2개의 로지스틱 함수를 결합함으로써 얻어지는 함수 h(x)로 모델화될 수 있다.

이어서 단계(43)에서 구현된 모델화는 획득된 이미지에서의 사이트로 인한 광 세기에 있어서의 변동이 최상으로 모델화되는 것을 허용하는 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델의 파라미터들(즉, 예를 들면 함수 g(x) 또는 h(x)의 파라미터인 a, K, r, b, s)을 결정하는 것으로 이루어진다.

도 3b의 크레넬을 모델화하기에 적합한 다른 함수들은 논문인 Comparision of different analytical edge spread function models for MTF calculation using curve-fitting, T. Li, H. Feng, Proc. SPIE 7498, MIPPR 2009: Remote Sensing and GIS Data Processing and Other Applications, 74981H(2009년 10월 30일)에서 발견될 수 있다.

단계(43)는 도 5를 참조하여 아래에서 상세히 설명된다.

단계(44)에서는 도 6을 참조하여 설명되는 방법을 사용하여, 처리 모듈(104)이 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델에 근거하고, 단계(43)에서 결정된 파라미터들을 사용하여, 합성 이미지라고 불리는 손가락에 대한 사이트 투영 이미지를 발생시키고, 사이트가 없는 손가락의 이미지를 얻기 위해 획득된 이미지로부터 합성 이미지를 뺀다. 예를 들면 이미지 분할 방법을 사용하여 획득된 이미지에서 사이트를 발견하는 것이 가능할 수 있다. 하지만, 그러한 사이트의 얻어진 이미지는 노이즈를 포함할 것이고 이러한 노이즈가 있는 이미지를 획득된 이미지로부터 빼는 것은 획득된 이미지에 이미 존재하는 노이즈를 확대하게 된다. 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델에 근거하여 합성 이미지를 발생시키는 것은 노이즈를 포함하지 않는(또는 거의 없는) 이미지가 얻어지는 것을 허용한다. 그러므로 합성 이미지를 획득된 이미지로부터 뺌으로써, 획득된 이미지에 이미 존재하는 노이즈는 증폭되지 않는다. 그러므로 바이오메트릭 시스템(1)을 인증하고 식별하는 것을 행하는 것이 향상된다.

단계(45)에서는, 처리 모듈(104)이 획득된 이미지에서 사이트의 위치에 대한 정보로부터 신체 부분에 대한 3차원(3D) 정보를 얻는다. 3D 정보는 사이트 없는 손가락의 이미지로부터 최종 이미지를 생성하기 위해 사용되고, 이 이미지에서 손가락 임프린트는 평평해지고 최종 임프린트 이미지와 비교될 적어도 하나의 기준 임프린트 이미지의 스케일에 대응하는 미리 설정된 스케일로 리스케일링된다. 이를 행하기 위해 처리 모듈(104)은 알려진 스케일링(scaling) 및 편평화(flattening) 방법을 사용하는데, 이를테면 이러한 방법은 2006년 8월 21일 Biometric Consortium Conference에서 발표된 논문인 "3D Touchless fingerprints compatibility with legacy rolled images", Y. Chen et al., 페이지 1 내지 6에서 설명된다.

단계(46)에서는, 최종 임프린트 이미지가 인증을 위해 기준 임프린트 이미지와 비교되거나 식별을 위해 복수의 기준 임프린트 이미지와 비교된다.

도 5는 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델을 사용하여 손가락 상의 사이트의 투영 광 세기에 있어서의 변동을 모델화하기 위한 방법의 일 예를 보여준다.

도 5에서 설명된 방법은 단계(43)를 상세히 설명한다.

도 5에서 설명된 방법을 구현하는 동안에, 처리 모듈(104)은 행단위로 상단에서 하단까지 획득된 이미지를 스캔한다. 손가락은 도 3a에서 개략적으로 도시된 것과 같이, 획득된 이미지에서 수평인 것으로 여겨진다.

단계(432)에서는, 처리 모듈(104)은 크레넬이 탐지될 때까지 예를 들면 좌측에서 우측까지 획득된 이미지의 제1 행을 스캔한다. 크레넬은,

● 제1 픽셀과, 행이 스캔되는 방향에서의 제1 픽셀에 선행하는 픽셀 사이의 광 세기에 있어서의 제1 변동이 양이면서 제1의 미리 설정된 임계치보다 절대값이 더 높을 때,

● 제2 픽셀과, 행이 스캔되는 방향에서의 이 제2 픽셀에 선행하는 픽셀 사이의 광 세기에 있어서의 제2 변동이 광 세기에 있어서의 제1 변동 다음에 올 때 - 이러한 제2 변동은 음이면서 제1의 미리 설정된 임계치보다 절대값이 더 높음 -, 및

● 제1 변동과 제2 변동 사이의 픽셀들의 개수에 있어서의 거리가 제2의 미리 설정된 임계치보다 클 때, 스캔하는 동안 픽셀들의 하나의 행에서 탐지된다.

제1(제2, 각각) 픽셀과 선행하는 픽셀 사이의 거리는 미리 설정된 거리이다(픽셀들에서 측정됨).

제1 임계치와 제2 임계치, 그리고 미리 설정된 거리는 바이오메트릭 장치(1)를 사용하여 얻어진 획득된 이미지들의 거대한 샘플 그룹으로부터 결정된다.

단계(432)에서는, 행에서의 현재 크레넬의 위치와 같은 크레넬 위치 정보(크레넬의 시작의 픽셀 개수 및 크레넬의 끝의 픽셀 개수)와 스캔되는 행의 개수가 처리 모듈(104)에서 메모리에 저장된다.

단계(433)에서는, 처리 모듈(104)은 단계(432)에서 탐지된 크레넬에 맞는 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델 파라미터들을 결정한다. 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델은 함수 g(x)(함수 h(x), 각각)에 대응할 때에는, 함수 g(x)(함수 h(x), 각각)가 단계(432)에서 탐지된 크레넬의 모양을 가능한 가장 잘 따르도록 처리 모듈(104)이 파라미터들(K, a, r, b, s)을 검색한다. 일 실시예에서, 처리 모듈(104)은 함수 g(x)(함수 h(x), 각각)에 의해 주어진 크레넬과 단계(432)에서 탐지된 크레넬 사이의 차리를 최소화하는 파라미터들의 세트가 발견될 때까지 파라미터들(K, a, r, b, s)을 가변시킨다. 상기 파라미터들은 예를 들면 기울기 하강(gradient descent)법이나 최소 제곱(a least squares)법을 사용하여 결정될 수 있다.

일 실시예에서, 파라미터 a는 1(unity)로 설정된다(a=1).

일 실시예에서, 하나의 손가락으로부터 그 다음 손가락까지 비교적 일정한 파라미터 r은 바이오메트릭 장치(1)를 사용하여 얻어진 획득된 이미지들의 거대한 샘플 그룹을 사용하여 미리 설정된다. 파라미터 r이 높은 공간 주파수(통상, 최고점과 골(trough)로 인한 공간 주파수)에 의해 크게 영향을 받기 때문에, 모듈의 다른 파라미터들의 결정이 상기 높은 공간 주파수에 의해 중단되지 않도록 이 파라미터를 설정하는 것이 유리하다. 따라서 결정된 파라미터들(K, a, r, b, s)은 크레넬 위치 정보와 함께 처리 모듈(104)의 메모리에 저장된다.

일단 크레넬 처리가 종료되면, 처리 모듈(104)은 단계(434)에서 전체 행이 스캔되었는지를 결정하고, 만약 스캔되지 않았다면 한번 더 새로운 크레넬을 검색하는 것을 시작하거나 행의 스캔을 완료하기 위해 단계(432)로 되돌아간다.

만약 전체 행이 스캔되었다면, 처리 모듈(104)은 단계(435)에서 또 다른 행이 조사되어야 하는지를 결정한다. 만약 조사되었다면, 처리 모듈은 단계(432)로 되돌아가고 하나의 새로운 행의 크레넬을 검색하기 시작한다.

만약 그렇지 않으면, 처리 모듈(104)은 단계(436)에서 도 5의 방법을 끝낸다. 도 5를 참조하여 설명된 방법의 끝에서, 획득된 이미지의 크레넬들의 목록이 얻어지고, 각각의 크레넬은 미리 설정된 파라미터의 수학적 모델의 파라미터들(K, a, r, b, s)과 위치 정보에 의해 나타내어진다.

도 6은 본 발명에 따른 합성 이미지를 발생시키는 방법의 일 예를 보여준다.

단계(43)에서 얻어진 크레넬들의 목록에 근거하여, 처리 모듈(104)은 손가락 상의 사이트의 투영을 포함하는 합성 이미지를 발생시킨다.

단계(442)에서는, 처리 모듈이 크레넬들의 전체 목록을 스캔하였는지를 결정한다. 만약 크레넬들의 전체 목록이 스캔되었다면, 방법이 끝난다. 이어서 합성 이미지가 발생되었다.

만약 그렇지 않으면, 단계(443)에서 처리 모듈(104)은 획득된 이미지에서 현재 크레넬의 위치를 얻고, 상기 위치에서 파라미터의 수학적 모델에 근거하여 광 세기들을 발생시킨다. 단계(443) 다음에는, 처리 모듈(104)이 단계(442)로 되돌아가고, 만약 크레넬들의 목록이 완전하게 스캔되지 않았다면, 새로운 크레넬을 위해 단계(443)로 되돌아간다.

일 실시예에서, 획득된 이미지가 하나의 휘도 성분과 2개의 크로미넌스 성분(chrominance component)과 같이, 복수의 성분을 포함하는 다수 성분(multi-component) 이미지일 때에는, 그 합성 이미지 또한 다수 성분 이미지이다. 이 경우, 도 5와 도 6의 방법은 하나씩 각각의 성분에 적용된다. 그러한 합성 이미지의 성분들 각각은 하나씩 획득된 이미지의 대응하는 성분으로부터 빼진다.

도 7은 처리 모듈(11)에 관한 하드웨어 아키텍처의 일 예를 개략적으로 예시한다.

도 7에 도시된 하드웨어 아키텍처의 예에서는, 처리 모듈(104)이 프로세서 또는 중앙 처리 유닛(CPU)(1041), RAM(random access memory)(1042), ROM(read only memory)(1043), 하드 디스크와 같은 저장 유닛(1044), 또는 SD(secure-digital) 카드 리더(reader)와 같은 저장 매체 리더, 예를 들면 처리 모듈(104)이 카메라(102), 광원(106), 및 사이트 투영 모듈(105)과 통신을 행하는 것을 허용하는 적어도 하나의 통신 인터페이스(1045)를 포함하고, 이들은 모두 통신 버스(communication bus)(1040)에 의해 연결되어 있다.

프로세서(1041)는 ROM(1043)으로부터, 외부 메모리(미도시)로부터, 저장 매체(SD 카드와 같은)로부터, 또는 통신 네트워크로부터 RAM(1042)에 로딩된(loaded) 명령어들을 실행할 수 있다. 처리 모듈(104)이 켜질 때, 프로세서(1041)는 RAM(1042)으로부터 명령어들을 읽고 그러한 명령어들을 실행할 수 있다. 이들 명령어들은 도 4를 참조하여 설명된 방법이 프로세서(1041)에 의해 구현되게 하는 컴퓨터 프로그램을 형성한다.

도 4를 참조하여 설명된 방법은 프로그램 가능한 기계(예를 들면, DSP(digiral signal processor), 마이크로컨트롤러 또는 GPU(graphics processing unit))에 의한 명령어들의 세트의 실행을 통해 소프트웨어 형태로 구현될 수 있거나, 기계 또는 전용 성분(예를 들면, FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit))을 통해 하드웨어 형태로 구현될 수 있다.

Claims (10)

1. 신체 부분의 임프린트의 이미지를 캡처하기 위한 장치로서,
   신체 부분의 임프린트(imprint)의 이미지를 캡처하기 위한 장치로서,
   상기 신체 부분이 움직일 수 있는 획득 존(zone)(103)을 포함하는 광학 필드를 가지는 이미지 획득 모듈(102), 상기 신체 부분의 공간적으로 균일한 조명(illumination)을 만드는 광원(106) 및 발광 사이트(luminous sight)를 상기 신체 부분의 움직임 방향에 대해 수직이 되게 상기 신체 부분 상에 투영하는 사이트 투영(sight-projecting) 모듈(105)을 포함하고,
   상기 발광 사이트는 상기 균일한 조명보다 낮은 광 세기의 반복적인 패턴이고,
   상기 장치는,
   획득된 이미지라고 불리는 상기 임프린트의 이미지가 획득되는 것을 허용하기 위해 상기 광원, 상기 사이트 투영 모듈 및 상기 이미지 획득 모듈을 동시에 작동시킬 수 있고(42),
   미리 설정된 파라미터의 수학적 모델의 파라미터들을 결정함으로써 상기 신체 부분 상의 상기 사이트의 투영 광 세기의 변동을 모델화할 수 있고(43),
   상기 모델에 근거하고 사전에 결정된 상기 파라미터들을 사용하여 합성 이미지라고 불리는, 상기 신체 부분에 대한 상기 사이트의 투영 이미지를 발생시킬 수 있고, 사이트가 없는(sight-free) 상기 신체 부분의 이미지를 얻기 위해, 상기 획득된 이미지로부터 상기 합성 이미지를 뺄 수 있으며(44), 상기 사이트가 없는 신체 부분의 이미지는 식별 또는 인증을 수행하기 위해 사용될 수 있는(45, 46) 것을 특징으로 하는, 신체 부분의 임프린트의 이미지를 캡처하기 위한 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 모델화하는 동안에, 상기 장치는 상기 획득된 이미지를 행 단위로 스캔할 수 있고, 각각의 행에 관해 픽셀 개수의 함수로 광 세기의 곡선을 얻을 수 있으며, 각각의 곡선은 복수의 크레넬(crenel)을 포함하고, 각각의 크레넬은 로지스틱(logistic) 함수로부터 유도된 함수에 의해 모델화되는 것을 특징으로 하는, 신체 부분의 임프린트의 이미지를 캡처하기 위한 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   제1 픽셀과, 상기 행이 스캔되는 미리 설정된 방향에서 상기 제1 픽셀에 선행하는 픽셀 사이의 광 세기의 제1 변동이 양(positive)이면서 제1의 미리 설정된 임계치보다 절대값이 높을 때; 상기 광 세기의 제1 변동 다음에, 제2 픽셀과, 상기 행이 스캔되는 상기 미리 설정된 방향에서 상기 제2 픽셀에 선행하는 픽셀 사이의 광 세기의 제2 변동이 올 때 - 상기 제2 변동은 음(negative)이면서 상기 제1의 미리 설정된 임계치보다 절대값이 높음 -; 및 상기 제1 변동과 상기 제2 변동 사이의 픽셀들의 개수에 있어서의 거리가 제2의 미리 설정된 임계치보다 클 때, 상기 장치는 각각의 행의 각각의 크레넬을 탐지할 수 있고, 상기 크레넬은 광 세기의 곡선에서 탐지되는 것을 특징으로 하는, 신체 부분의 임프린트의 이미지를 캡처하기 위한 장치.
4. 제2 항에 있어서,
   로지스틱 함수로부터 유도된 함수는
   
   로 주어지거나,
   
   로 주어지고, 이 경우 파라미터 K는 변동의 최대 진폭을 설정하고, 파라미터 r은 상기 변동의 슬로프(slope)를 설정하고, 파라미터 a는 상기 변동의 형태를 설정하고, 파라미터 b는 크레넬의 반치폭(half width)을 나타내고, 파라미터 d는 상기 광 세기에 관해 최소값이 설정되게 허용하고, 파라미터 s는 상기 픽셀들의 축 상에서의 상기 크레넬의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는, 신체 부분의 임프린트의 이미지를 캡처하기 위한 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 파라미터 a 및/또는 상기 파라미터 r은 미리 설정되는 것을 특징으로 하는, 신체 부분의 임프린트의 이미지를 캡처하기 위한 장치.
6. 제2 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 모델화 다음에, 상기 장치는 크레넬의 목록을 얻을 수 있고 - 상기 목록의 각각의 크레넬은 상기 모델의 결정된 파라미터들에 의해 그리고 상기 획득된 이미지에서의 상기 크레넬의 위치에 의해 나타내어짐 -, 상기 목록의 각각의 크레넬에 근거하여 상기 합성 이미지를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는, 신체 부분의 임프린트의 이미지를 캡처하기 위한 장치.
7. 인증 또는 식별 방법으로서,
   신체 부분의 임프린트 이미지를 캡처하기 위한 장치의 광원, 사이트 투영 모듈 및 이미지 획득 모듈의 동시 작동으로부터, 획득된 이미지라고 불리는 이미지를 획득하는 단계(42) - 상기 이미지 획득 모듈(102)은 상기 신체 부분이 움직일 수 있는 획득 존(103)을 포함하는 광학 필드를 가지며, 상기 광원(106)은 상기 신체 부분에 대한 공간적으로 균일한 조명을 만들어내고, 상기 사이트 투영 모듈(105)은 상기 신체 부분의 움직임 방향에 대해 수직이 되게 상기 신체 부분 상에 발광 사이트를 투영하고, 상기 발광 사이트는 상기 균일한 조명보다 낮은 광 세기의 반복 패턴임 -;
   미리 설정된 파라미터의 수학적 모델의 파라미터들을 결정함으로써 상기 신체 부분에 대한 상기 사이트의 투영 광 세기의 변동을 모델화하는 단계(43);
   상기 모델에 근거하여 그리고 사전에 결정된 파라미터들을 사용하여 합성 이미지라 불리는, 상기 신체 부분에 대한 상기 사이트의 투영 이미지를 발생시키고, 그리고 사이트가 없는 상기 신체 부분의 이미지를 얻기 위해 상기 획득된 이미지로부터 상기 합성 이미지를 빼는 단계(44) - 상기 사이트가 없는 신체 부분의 이미지는 식별 또는 인증을 수행하기 위해 사용될 수 있음 -를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인증 또는 식별 방법.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 방법은 상기 획득된 이미지에서의 상기 사이트의 위치에 대한 정보로부터 상기 신체 부분에 대한 3차원 정보를 얻고 상기 사이트가 없는 신체 부분의 이미지로부터 최종 임프린트 이미지를 발생시키기 위해 상기 정보를 사용하는 단계(45) - 상기 이미지에서 상기 임프린트는 편평하게 되고 미리 설정된 스케일(scale)에 대응하는 스케일로 리스케일링(rescale)됨 -, 및
   인증 또는 식별을 수행하기 위해 적어도 하나의 기준 임프린트 이미지와 상기 최종 임프린트 이미지를 비교하는 단계(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 인증 또는 식별 방법.
9. 삭제
10. 저장 수단으로서,
    프로그램이 장치의 처리 유닛에 의해 실행될 때, 상기 장치를 이용하여 제7 항 또는 제8 항에 따른 방법을 구현하기 위한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 것을 특징으로 하는, 저장 수단.