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KR102356455B1 - 지문 인증 시스템 및 지문 인증 방법 - Google Patents

지문 인증 시스템 및 지문 인증 방법 Download PDF

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KR102356455B1
KR102356455B1 KR1020150013540A KR20150013540A KR102356455B1 KR 102356455 B1 KR102356455 B1 KR 102356455B1 KR 1020150013540 A KR1020150013540 A KR 1020150013540A KR 20150013540 A KR20150013540 A KR 20150013540A KR 102356455 B1 KR102356455 B1 KR 102356455B1
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wave signal
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signal
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민기홍
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정석환
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삼성전자주식회사
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Abstract

지문 인증 시스템 및 지문 인증 방법이 개시된다. 개시된 지문 인증 시스템은 피검체에 웨이브 신호를 인가하여 피검체의 표면 또는 피검체 내부에서 반사된 반사 웨이브 신호를 분석할 수 있는 구성을 지니고 있다. 개시된 지문 인증 방법은 피검체의 지문의 형상을 비교하는 제 1단계 인증 및 피검체 내부의 생체 특성을 비교하는 제 2단계 인증을 선택적으로 실시할 수 있다.

Description

지문 인증 시스템 및 지문 인증 방법{Fingerprint authentication system and method of authentication using the same}
본 개시는 지문 인증 시스템 및 지문 인증 시스템를 이용하여 피검체를 인증하는 방법에 관한 것이다.
경제 및 사회가 발전함에 따라, 대금 결제 방식이 점차 발달하였으며 신용 카드 결제나 오프 라인 상에서의 e-money 등의 전자 화폐 결제 등의 새로운 거래 방식이 등장하였다. 이와 함께, 개인 정보의 관리 문제가 사회적 이슈로 떠오르고 있다. 개인의 아이디와 비밀 번호를 입력하는 통상적인 보안 방식으로는 개인 정보를 확인 및 보완을 유지하는데 불충분하다.
따라서, 개인 정보가 필요한 상황에서 보안을 유지하면서 개인의 신원의 확인할 수 있도록 특정 신호를 감지하고, 이를 해독할 필요성이 대두된다. 보안 시스템에서는 개인의 생체적인 특징을 인식하여 미리 저장된 데이타와 비교하는 인증 방법이 주로 사용되고 있다. 개인의 생체적인 특징을 이용한 인증 방법 중 가장 보편적으로 사용되는 것이 지문 인식 방식을 통한 개인 인증 방법이다. 지문 인식 방식은 사용상의 용이성, 정확도, 가격, 효과성 등의 다양한 장점을 지니고 있다.
지문 인식 시스템은 지문 입력기, 즉 지문 센서 및 신호 처리 알고리즘을 포함하여 이루어져 있다. 일반적인 보안 인증 방식은 피검체의 표면의 형상을 인식하여 미리 저장된 생체 데이타와 비교하여 동일인 여부를 인증하게 된다. 최근 다양한 해킹 방법들이 등장하여 기존의 보안 방식을 뛰어넘는 보안의 필요성이 요구된다.
본 개시는 대상체의 피검체의 지문 표면 및 내부의 생체 정보를 측정할 수 있는 지문 인증 시스템을 제공한다.
또한 본 개시는 다중 인증 방식을 포함하는 지문 인증 방법을 제공한다.
본 개시에서는 피검체에 웨이브 신호를 인가하고 상기 피검체로부터 반사되는 웨이브 신호를 수신하는 지문 센서;
상기 지문 센서의 동작을 제어하며, 상기 지문 센서로부터 얻은 피검체의 반사 웨이브 신호를 분석하는 제어부; 및
상기 피검체의 정보를 저장하는 저장부;를 포함하는 지문 인증 시스템을 제공한다.
상기 지문 센서는 상기 피검체와 접촉하며, 상기 피검체에 대해 웨이브 신호를 인가하는 적어도 하나 이상의 신호 송수신부;
상기 적어도 하나 이상의 신호 송수신부에 웨이브 신호를 전달하는 신호 인가용 전극; 및
상기 적어도 하나 이상의 신호 송수신부로 수신된 상기 피검체로부터 반사된 반사 웨이브 신호를 전달하는 신호 인가용 전극;을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 신호 송수신부 상에는 피검체의 지문 영역과 접촉하거나 접촉하지 않는 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 신호 송수신부는 상기 피검체의 지문의 돌출 영역인 리지 영역들 사이의 폭보다 좁은 폭을 지닐 수 있다.
상기 신호 송수신부로부터 상기 피검체에 인가되는 웨이브 신호는 초음파 특성 또는 RF(radiofrequency) 특성을 지닐 수 있다.
또한, 본 개시에서는 피검체의 지문을 인식하는 단계; 및
상기 피검체의 지문 형상에 대한 제 1단계 인증 및 상기 피검체의 내부 생체 정보에 의한 제 2단계 인증 중 적어도 어느 하나의 인증을 실시하는 단계;를 포함하는 지문 인증 방법을 포함한다.
상기 피검체의 지문을 인식하는 단계;는 상기 피검체에 웨이브 신호를 인가하여 상기 피검체로부터 반사되는 반사 웨이브 신호를 측정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 피검체의 지문 부위에서만 반사된 반사 웨이브 신호를 측정한 뒤, 측정된 반사 웨이브 신호를 이용하여 상기 피검체의 지문 형태를 단순화시키는 패턴 프로세싱 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 패턴 프로세싱은 스무딩(smoothing), 이진화(binarization) 및 세선화(thinning) 과정을 포함할 수 있다.
상기 제 2단계 인증은 상기 피검체에 인가된 웨이브 신호가 상기 피검체 내부로부터 반사된 반사 웨이브 신호를 측정하여 실시할 수 있다.
상기 반사 웨이브 신호는 상기 피검체 내부의 혈관, 지질 또는 뼈에 의해 반사된 웨이브 신호일 수 있다.
상기 제 2단계 인증을 실시하는 단계;는,
상기 피검체 내부로부터 반사된 반사 웨이브 신호에 의해 상기 피검체의 내부 정보를 검출하는 단계; 및
상기 반사 웨이브 신호를 이용하여 웨이브 신호 패턴을 코드화하여 데이타 셋을 설정하여 미리 저장된 데이타 셋과 비교하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 제 2단계 인증은 피검체의 지문 영역의 특이점에 대해서 실시할 수 있다.
상기 특이점은 리지(ridge, 융선), 밸리(valley, 골), 끝점(ending point), 분기점(bifurcation), 중심점(upper core), 아래 중심점(lower core) 또는 삼각주(lift, right delta)일 수 있다.
상기 제 1단계 인증 및 상기 제 2단계 인증 중 어느 인증 방법으로 상기 피검체를 인정할지 여부를 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2단계 인증만을 실시하며,
상기 피검체의 지문을 인식하는 단계에서는 상기 피검체의 지문 내부의 생체 정보를 측정할 수 있다.
상기 제 1단계 및 상기 2단계 인증을 순차적으로 실시하며,
상기 제 1단계 인증을 통과한 경우에만 상기 제 2단계 인증을 실시할 수 있다.
본 개시에 의한 지문 인증 시스템 및 인증 방법에서는 피검체에 조사된 인가 웨이브 신호를 이용하여 피검체의 표면의 지문과 피검체 내부의 생체 정보를 측정함으로써 피검체의 신원에 대해 다단계 인증을 실시할 수 있어 위조 방지에 유리하다.
보안이 필요한 분야에 널리 적용할 수 있으며, 모바일 기기 등에도 제한없이 적용될 수 있다.
피검체의 특이점에 대해서만 내부의 생체 정보를 얻어 이를 데이타화하여 피검체의 신원을 인증할 수 있으며, 높은 보안성 대비하여 적은 데이타 처리량으로 피검체의 신원을 인증할 수 있다.
도 1a는 본 개시에 따른 지문 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a의 피검체(100)의 부위에 따른 웨이브 신호의 특성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시에 따른 지문 인증 시스템의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시에 따른 지문 인증 방법의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 피검체의 지문 및 지문에 포함된 특이점들을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 개시에 따른 지문 인증 방법에 있어서, 피검체 내부의 생체 정보를 이용한 제 2단계 인증 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 피검체에 조사된 웨이브 신호에 의해 피검체 내부의 생체 정보를 측정하는 것을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 나타낸 피검체의 특이점에 조사된 웨이브 신호에 의해 피검체로부터 반사된 웨이브 신호 패턴을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1a는 본 개시에 따른 지문 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1a를 참조하면, 본 개시에 따른 지문 센서(10)는 피검체(100)에 대해 웨이브 신호(wave signal)(W1)를 인가할 수 있는 적어도 하나 이상의 신호 송수신부(12)와 각각의 신호 송수신부(12)와 전기적으로 연결된 신호 인가용 전극(14)을 포함할 수 있다. 피검체(100)에 인가된 웨이브 신호(W1)는 피검체(100)의 표면 또는 그 내부로부터 반사(reflection)될 수 있으며, 피검체(100)로부터 반사된 반사 웨이브 신호(W2)는 다시 신호 송수신부(12)에서 수신되어 신호 수신용 전극(16)을 포함할 수 있다. 피검체(100)로부터 반사된 반사 웨이브 신호(W2)는 신호 송수신부(12)에서 수신되어 신호 수신용 전극(16)을 통하여 제어부로 전달될 수 있으며, 그 과정에서 TFT(thin film transistor)(18) 또는 신호 증폭기 등을 거칠 수 있다.
본 개시에 있어서, 피검체(100)는 인체의 일 영역일 수 있으며, 예를 들어 지문 영역일 수 있다. 피검체(100)는 주변의 다른 피부 영역보다 상대적으로 돌출된 피부 영역인 리지 영역(ridge region)(R1) 및 리지 영역(R1)들 사이의 영역인 밸리 영역(valley region)(R2)을 포함할 수 있다. 피검체(100)의 리지 영역(R1)이 지문 센서(10)의 신호 송수신부(13)에 대응되는 지문 센서(10) 표면(10a)에 접촉하는 경우, 밸리 영역(R2)은 지문 센서(10)의 표면(10a)과 직접 접촉하지 않을 수 있으며, 밸리 영역(R2)은 지문 센서(10)와 이격될 수 있다. 리지 영역(R1)이 지문 센서(10)의 표면(10a)과 접촉한 상태에서 밸리 영역(R2)과 지문 센서(10) 사이의 공간(110)은 빈 공간(air)이거나 피검체(100)로부터 배출된 땀 또는 이물질 등이 개재될 수 있다.
본 개시에 따른 지문 센서(10)의 신호 인가용 전극(14) 및 신호 수신용 전극(16)은 금속, 합금, 전도성 금속 산화물, 전도성 금속 질화물 또는 전도성 폴리머 등의 전도성 물질로 형성될 수 있다. 신호 인가용 전극(14), 신호 수신용 전극(16) 및 트랜지스터(18)는 절연층(11) 내에 포함되어 형성될 수 있다. 절연층(11)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물이나 절연성 폴리머 등으로 형성될 수 있다. 신호 송수신부(12)는 금속, 합금, 전도성 금속 산화물, 전도성 금속 질화물 또는 전도성 폴리머 등의 전도성 물질로 형성된 전도성 물질층일 수 있다. 그리고, 절연층(11) 및 신호 송수신부(12) 상에는 보호막(passivation layer)(13)이 형성될 수 있다. 보호막(13)은 유기물, 폴리머, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등으로 형성될 수 있다. 신호 송수신부(12)는 지문 센서(10)의 표면(130a)부를 이룰 수 있으며, 지문 센서(10) 외부로 노출되어 피검체(100)와 접촉할 수 있다.
본 개시에 의한 지문 센서(10)는 다수의 신호 송수신부(12)를 포함할 수 있으며, 신호 송수신부(12)의 폭 또는 신호 송수신부(12)들 사이의 간격은 피검체(100)의 리지 영역(R1) 또는 밸리 영역(R2)들의 폭이나 간격보다 작은 크기를 지닐 수 있다. 예를 들어, 신호 송수신부(12)의 폭 또는 신호 송수신부(12)들 사이의 간격은 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터을 지니도록 형성될 수 있다.
도 1b는 도 1a의 피검체(100)의 부위에 따른 웨이브 신호의 특성을 나타낸 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 피검체(100)가 지문 센서(10) 표면(10a)에 닿으면 신호 송수신부(12a)로부터 피검체(100)로 웨이브 신호(Wa1)가 인가될 수 있다. 지문 센서(10)의 표면(10a)과 직접 접촉하는 피검체(100)의 리지부(R1)에서는 웨이브 신호(Wa1)의 대부분의 신호(Wa2)가 피검체(100)의 표면을 통과할 수 있으며, 일부의 신호(Wa3)는 리지부(R1) 표면에서 반사될 수 있다. 피검체(100)의 리지부(R1)에서 피검체(100)의 표면을 통과한 웨이브 신호(Wa2)는 피검체(100) 내부에서 반사되어 신호 송수신부(12)로 되돌아 오거나, 피검체(100) 내부에서 흡수될 수 있다.
그리고, 지문 센서(10)의 표면(10a)과 접촉하지 않는 피검체(100)의 밸리부(R2)에 대해서 신호 송수신부(12b)로부터 웨이브 신호(Wb1)가 인가될 수 있다. 피검체(100)의 밸리부(R2)에 인가된 웨이브 신호(Wb1) 중 대부분의 신호(Wb3)는 지문 센서(10)의 표면(10a)과 빈공간(110)의 경계에서 반사되어 신호 송수신부(12b)로 수신될 수 있다. 그리고, 일부의 웨이브 신호(Wb2)는 빈공간(110)을 통하여 피검체(100) 내부로 진행할 수 있다.
반사 웨이브 신호(W2)는 지문 센서(10) 표면(10a)과 피검체(100) 사이의 계면, 지문 센서(10) 표면(10a)과 빈공간(110) 사이의 계면 또는 피검체(100) 내부의 뼈, 혈관, 지질 또는 조직 등에서 반사된 웨이브 신호를 포함할 수 있다. 신호 송수신부(12, 12a, 12b)로부터 피검체(100)로 인가되는 인가 웨이브 신호(W1)가 반사되는 위치에 따라 반사 웨이브 신호(W2)의 측정 시간이 달라질 수 있다. 반사 웨이브 신호(W2)는 신호 송수신부(12, 12a, 12b)를 통해 수신되어 신호 수신용 전극(16)을 통하여, 트랜지스터(18) 또는 신호 증폭기를 통해 증폭될 수 있다.
피검체(100)에 인가되는 웨이브 신호(W1)는 초음파 특성(ultrasonic wave characteristic)을 지닐 수 있으며, 초음파 또는 광초음파일 수 있다. 또한, 웨이브 신호(W1)는 RF(radiofrequency) 특성을 지닐 수 있다. 피검체(100)에 대해 인가 웨이브 신호(W1)가 가해지면 피검체(100)의 표면 또는 피검체(100) 내부의 뼈, 혈관, 지질 또는 조직 등과 같이 주변과 어쿠스틱 임피던스(acoustic impedence) 차이가 나는 부위에서 반사가 될 수 있다.
도 2는 본 개시에 따른 지문 인증 시스템의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1a 및 도 2를 참조하면, 본 개시에 따른 지문 인증 시스템은 제어부(22), 지문 센서(24), 디스플레이(26) 및 저장부(27)를 포함할 수 있다. 제어부(22)는 지문 센서(24)의 동작을 제어하여 피검체(100)에 대해 웨이브 신호(W1)를 인가하거나 지문 센서(24)로부터 얻은 반사 웨이브 신호(W2)를 분석하는 제어부(22)를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(22)는 반사 웨이브 신호(W2)를 분석한 결과로부터 피검체(100)를 인증할 수 있으며, 피검체(100)에 대한 인증 결과를 디스플레이(26)에 나타낼 수 있다. 피검체(100)에 대한 지문 데이타, 지문 인증 결과 등의 다양한 데이타는 저장부(27)에 저장될 수 있다. 만일 피검체(100)에 대한 데이타를 미리 포함하고 있지 않는 경우, 최초 측정된 피검체(100)의 지문 정보를 피검체(100)의 신원 정보와 함께 저장부(27)에 저장할 수 있다.
도 3은 본 개시에 따른 지문 인증 방법의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 개시에 따른 지문 인증 방법은 먼저 피검체(100)의 지문을 인식한다(S11). 예를 들어 도 1a에 나타낸 본 개시에 따른 지문 센서(10)의 표면(10a)에 피검체(100)의 지문 부위를 안착시킨 뒤, 신호 송수신부(12)를 통하여 피검체(100)에 초음파 특성을 지닌 웨이브 신호(W1)를 인가한다. 인가된 웨이브 신호(W1)는 지문 센서(10) 표면(10a)과 피검체(100) 사이의 계면, 지문 센서(10) 표면(10a)과 빈공간(110) 사이의 계면 또는 피검체(100) 내부의 뼈, 혈관, 지질 또는 조직 등에서 반사되어 반사 웨이브 신호(W2)로 신호 송수신부(12)로 되돌아 올 수 있다. 신호 송수신부(12)를 통해 얻어진 반사 웨이브 신호(W2)를 이용하여 피검체(100)의 생체 정보, 즉 지문의 패턴을 인식할 수 있다.
다음으로, 인식된 피검체(100)의 지문 정보를 이용하여 패턴 프로세싱(pattern processing)을 진행한다(S12). 패턴 프로세싱은 피검체(100)로부터 얻어진 반사 웨이브 신호(W2)로부터 피검체(100)의 지문 형태를 단순화하는 작업을 실시하는 것이다. 패턴 프로세싱은 예를 들어 스무딩(smoothing), 이진화(binarization) 및 세선화(thinning) 과정을 수행하여 진행할 수 있다. 스무딩이란 반사 웨이브 신호(W2)로부터 노이즈를 제거하는 것으로, 필터링(filtering)을 이용하여 실시할 수 있다. 이진화는 피검체(100) 지문 부위의 리지 영역(R1) 및 리지 영역(R1)들 사이의 영역인 밸리 영역(R2)을 서로 흑백으로 구별하는 것이다. 세선화는 피검체(100)의 지문 부위의 리지 영역(R1) 또는 밸리 영역(R2)으로 나타내지는 라인 선폭을 1화소로 형성하는 것을 나타낸 것이다.
그리고, 피검체(100)의 지문에 나타나는 특이점들을 데이타화한다. 피검체(100)의 지문 형상에서 특이점으로 판단될 수 있는 것으로 리지(ridge, 융선), 밸리(valley, 골), 끝점(ending point), 분기점(bifurcation), 중심점(upper core), 아래 중심점(lower core) 또는 삼각주(lift, right delta) 등이 있다. 여기서, 끝점은 리지 영역이 끊어지는 점을 나타낸 것이며, 분기점은 리지 영역이 갈라지는 점을 나타낸 것이다. 그리고, 중심점은 지문의 굴곡이 위쪽으로 가장 큰 곳이며, 아래 중심점은 지문의 굴곡이 아래쪽으로 가장 큰 곳을 나타낸 것이다. 도 4는 피검체의 지문 및 지문에 포함된 특이점들을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 피검체(100)의 지문 내에는 다양한 형태의 특이점들이 포함될 수 있으며, 예를 들어 P1, P2, P3, P4, P5 및 P6을 특이점이라 할 수 있으며, 다만 이는 제한된 것은 아니다.
이와 같이 피검체(100)의 지문 정보를 이용하여 패턴 프로세싱(pattern processing)(S12)을 거쳐 피검체(100) 지문의 특이점들을 데이타화한 뒤, 미리 저장된 피검체(100)의 지문 데이타와 비교를 할 수 있다. 본 개시에 따른 지문 인증 방법에서는 이를 제 1단계 인증(S13)이라 한다. 제 1단계 인증(S13)에서는 피검체(100)의 지문의 표면 형상을 비교하여 피검체(100)의 신원 인증 등을 실시할 수 있다.
상술한 바와 같이 제 1단계 인증(S13) 결과 저장된 피검체(100)의 지문 데이타와 측정된 피검체(100)의 지문 데이타를 비교할 수 있으며, 두 개의 지문 데이타가 동일한 것으로 판단되는 경우, 제 2단계 인증(S14)을 실시할 수 있다.
만일 제 1단계 인증(S13) 결과 두 개의 지문 데이타가 유사한 것으로 판단되더라도 피검체(100)의 신원이 인증되는 것은 아니다. 예를 들어, 위조 등에 의하여 피검체(100)의 지문의 형상을 재현함으로써 단순히 지문 형상만을 비교하는 인증 시스템을 무력화하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 본 개시에 따른 지문 인증 방법에서는 추가적인 지문 인증, 즉 제 2단계 인증(S14)을 실시함으로써 지문 인증 시스템 및 지문 인증 방법의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 다만, 제 1단계 인증(S13) 및 제 2단계 인증(S14)을 모두 실시해야 하는 것은 아니며, 보안의 정도에 따라 제 1단계 인증(S13) 및 제 2단계 인증(S14)을 선택적으로 실시할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문 인증 방법에 있어서, 피검체 내부의 생체 정보를 이용한 제 2단계 인증 방법을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제 2단계 인증(S14) 방법은 먼저 피검체의 내부 정보를 검출(S21)하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 피검체(100)의 내부 정보는 피검체(100)의 표면 내부의 생체 정보, 즉 혈관, 지질 또는 뼈 등의 정보를 의미할 수 있다. 피검체(100)의 내부 정보를 검출하는 영역은 피검체(100) 지문 영역의 전 범위일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 피검체(100)의 일부 영역에 대해서만 내부 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어 피검체(100)의 지문 부위 중 특이점에 대해서는 내부 정보를 검출하여 제 2단계 인증(S14)을 실시할 수 있다. 도 4에 나타낸 피검체(100)의 지문 패턴에서 나타낸 특이점 P1 내지 P6에서의 피검체(100) 내부의 생체 정보를 추출할 수 있다. 이를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 피검체에 조사된 웨이브 신호에 의해 피검체 내부의 생체 정보를 측정하는 것을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 피검체(100)의 지문 영역 내부에는 혈관(102)들과 뼈(104) 등이 존재할 수 있다. 피검체(100)에 조사한 초음파는 피검체(100)의 표면 및 피검체(100) 내부의 혈관 부위(102) 및 뼈 부위(104)에 의해 반사될 수 있다. 예를 들어 피검체(100)의 특이점 중 하나인 P1 지점에 초음파 특성을 지닌 웨이브 신호(W11)를 조사하는 경우, 피검체(100) 표면에서 웨이브 신호(W11)의 일부가 반사될 수 있으며, 나머지 일부는 피검체(100) 표면을 통과할 수 있다. 피검체(100) 표면을 통과한 웨이브 신호는 피검체(100) 내부의 혈관 부위(102), 즉 혈관벽에서 다시 반사될 수 있다. P1 지점에서 피검체(100) 표면에서 반사된 웨이브 신호를 W121이라 할 수 있으며, 피검체(100) 내부의 혈관 부위(102)에서 반사된 웨이브 신호를 W122라 할 수 있다. 그리고 피검체(100)의 특이점 중 하나인 P3 지점에 초음파 특성을 지닌 웨이브 신호(W31)를 조사하는 경우, 피검체(100) 표면에서 웨이브 신호(W31)의 일부가 반사될 수 있으며, 나머지 일부는 피검체(100) 표면을 통과하여 피검체(100) 내부의 혈관 부위(102) 및 뼈 부위(104)에서 각각 반사될 수 있다. P3 지점에서 피검체(100) 표면에서 반사된 웨이브 신호를 W321이라 할 수 있으며, 피검체(100) 내부의 혈관 부위(102)에서 반사된 웨이브 신호를 W322이라 할 수 있으며, 뼈 부위(104)에서 반사된 웨이브 신호를 W323이라 할 수 있다.
도 4에 나타낸 피검체(100) 지문의 특이점들 P1 내지 P6에 해당하는 피검체(100) 내부에서의 혈관, 뼈 또는 지질의 분포는 각각 서로 다를 수 있다. 피검체(100) 지문의 특이점들 P1 내지 P6에서 피검체(100) 표면으로부터 피검체(100) 내부의 혈관, 뼈 또는 지질의 형성 위치들의 깊이를 각각 d1 내지 d7로 나타낼 수 있으며, 각 지점에서의 초음파 특성을 지닌 반사 웨이브 신호들의 측정 시간은 서로 차이가 있을 수 있다.
도 7은 도 6에 나타낸 피검체의 특이점에 조사한 웨이브 신호에 의해 피검체로부터 반사된 웨이브 신호 패턴을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 피검체(100)의 특이점 P1 내지 P6들 각각에 조사된 초음파 등의 특성을 지닌 웨이브 신호가 피검체(100) 표면 및 피검체(100) 내부의 혈관, 뼈 또는 지질에 의해 반사된 웨이브 신호를 검출하여 그 파형을 나타내었다. 피검체(100) 내부에 어쿠스틱 임피던스(acoustic impedence)의 차이가 나는 물질의 존재 여부에 따라 반사 웨이브 신호의 파형이 달라질 수 있다. 피검체(100)의 표면에서는 입사된 웨이브 신호의 적어도 일부가 반사될 수 있다. 그리고, 피검체(100) 표면을 통과한 웨이브 신호들은 각 특이점들 P1 내지 P6에 해당하는 피검체(100) 내부의 혈관, 뼈 또는 지질의 위치(d2~d7)에 따라 반사파가 측정되는 시간 차이(t1~t6)가 날 수 있다. 예를 들어 지점 d1 및 d2 사이의 시간차는 t1이며, 지점 d2 및 d3 사이의 시간차는 t2일 수 있다. 피검체(100)의 표면에 해당하는 d1 영역에서는 특이점 P1 내지 P6 모두에서 피검체(100)에 조사되는 웨이브 신호의 적어도 일부가 반사되는 것을 알 수 있다. 특이점들의 경우 도 1에 나타낸 피검체(100)의 리지 영역(R1)이 될 수 있으나, 만일 P6와 같은 밸리 영역인 경우 입사 웨이브 신호의 대부분이 피검체(100)의 내부로 투과되지 못하고 피검체(100)의 표면에서 반사될 수 있다.
도 3에 나타낸 제 1단계 인증((S13)에서는 피검체(100)의 표면에 해당하는 d1 영역에서 반사되는 반사 웨이브 신호를 이용할 수 있다. 제 2단계 인증(S14)에서는 피검체(100) 표면 내부의 깊이 d2 내지 d7에서의 반사 웨이브 신호를 이용할 수 있다. 피검체(100)의 특이점 P1 내지 P6에서의 피검체(100) 표면 내부의 생체 정보, 즉 깊이 d2 내지 d7에서의 생체 정보를 이용할 수 있다. 참고로, 피검체(100)의 표면에 해당하는 d1 영역에서의 정보를 얻기 위해 인가하는 웨이브 신호와 피검체(100) 내부의 d2 내지 d7의 생체 정보를 얻기 위해 인가하는 웨이브 신호는 동일하거나 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 도 3의 제 1단계 인증을 위해 제 1웨이브 신호를 조사할 수 있으며, 제 1웨이브 신호를 피검체(100) 지문 영역 전체 대해 조사하여 피검체(100) 지문 영역에서 일부의 특이점들을 설정할 수 있으며, 설정된 특이점들에 대해서만 제 2웨이브 신호를 인가하여 피검체(100) 내부의 생체 정보를 얻을 수 있다. 또한, 피검체(100) 지문 영역 전체에 대해 제 1웨이브 신호를 인가하여 피검체(100) 표면 및 내부의 정보를 동시에 얻을 수 있다. 만일 피검체(100) 표면 및 내부의 정보를 동시에 얻은 경우, 피검체(100) 표면 정보만으로 먼저 제 1단계 인증을 실시하고, 제 1단계 인증을 통과한 경우, 피검체(100) 내부 정보를 다시 비교하는 제 2단계 인증을 실시할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 피검체(100)의 내부 정보, 즉 피검체(100) 내부로부터 얻은 반사 웨이브 신호를 이용하여 신호 패턴의 코드화(S22)를 실시할 수 있다. 이를 위하여, 피검체(100) 내부로부터 얻은 반사 웨이브 신호의 노이즈 성분을 제거하기 위하여 일정한 크기 이하의 신호 성분은 제거할 수 있다. 반사 웨이브 신호는 도 7에 나타낸 바와 같이 피검체(100) 내부의 각 깊이(d2~d7)에 따라 특이점(P1~P6)에서 다른 파형을 지닐 수 있다. 신호 파형의 진폭이 특정 범위 미만인 것은 노이즈로 판단하여 고려하지 않도록 필터링을 할 수 있다. 여기서, 특정 범위는 인가 웨이브 신호의 파워(power), 웨이브 인가 시간(t)에 따라 달라질 수 있으며 임의로 설정될 수 있다. 신호 패턴의 코드화(S11)를 위하여, 예를 들어 진폭이 일정 범위 이상의 반사 웨이브 신호가 검출되는 경우 "1"이라 하고, 진폭이 일정 범위 미만의 반사 웨이브 신호가 검출되는 경우 "0"이라 할 수 있다. 또한, 그 반대로 할 수 있으며 제한은 없다. 도 7에 나타낸 그래프에 대응되도록 각 특이점(P1~P6)에서 피검체(100) 내부의 깊이(d1~d7)에 따른 신호 패턴의 코드화(S22)를 실시하여 표로 나타낼 수 있으며, 그 예를 표 1에서 나타내었다.
P1 0 0 0 1 0 0 0
P2 0 0 1 0 0 1 0
P3 0 1 0 0 1 0 0
P4 0 0 0 0 0 0 0
P5 0 0 0 0 0 0 1
P6 1 - - - - - -
depth(D) d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7
time 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6
특이점 P1 내지 P5에서는 0으로 나타내었으며, 특이점 P6는 1로 나타내었다. 도 7에 나타낸 바와 같이 특이점 P1 내지 P5에서의 깊이 d1에서의 신호 파형은 상대적으로 작기 때문에 이를 필터링으로 0으로 처리하였다. 특이점 P6의 깊이 d2 내지 d7에서는 반사 웨이브 신호가 검출되지 않기 때문에 이를 "-"으로 표시하였으나, "0"으로도 표시할 수 있다.
이와 같이 피검체(100)의 특이점들(P1~P6)에서의 피검체(100) 내부의 깊이(d1~d7)에 따른 신호 패턴의 코드화(S22)를 한 뒤, 코드화된 데이타들을 조합하여 특이점들(P1~P6)에서의 데이타 셋을 구성(S23)할 수 있다. 데이타 셋의 구성 방법은 다양한 기준에 따라 다양한 형태로 조합될 수 있다. 데이타 셋의 구성 방법의 예를 기재하면 다음과 같다.
첫째, 각 특이점에서의 신호 패턴의 코드 값 중 "1"만을 읽어 데이타 셋을 구성할 수 있다. 예를 들어, P1(d4), P2(d3, d6), P3(d2, d5), P5(d7), P6(d1)으로 데이타 셋을 구성할 수 있다.
둘째, 각 특이점에서의 신호 패턴의 코드 값 중 "0"만을 읽어 데이타 셋을 구성할 수 있다. 예를 들어, P1(d1~d3, d5~d7), P2(d1, d2, d4, d5, d7), P3(d1, d3, d4, d6, d7), P4(d1~d7), P5(d1~d6), P6(d2~d7 또는 없음)으로 데이타 셋을 구성할 수 있다. 지나치게 데이타 셋에 포함되는 값들이 많은 경우 이 중 일부만 읽고 데이타화하는 것도 가능하다.
셋째, 기타 각 특이점에서의 신호 패턴 코드 값 중 1 및 0을 혼합하여 데이타 셋을 구성할 수 있으며, 이러한 데이타 셋의 조합 방법은 제한이 없다.
상술한 바와 같이 피검체(100)의 각 특이점들(P1~P6)에서의 신호 패턴 코드 값들을 다양한 기준에 따라 데이타 셋으로 구성(S23)할 수 있으며, 데이타 셋은 피검체(100)마다 고유한 값으로 인정될 수 있다. 이러한 데이타 셋을 이용하여 피검체(100)의 인증 방법으로 이용할 수 있으며, 사용자 ID(identification)으로 인정되어 저장(S24)될 수 있다. 본 개시에 따른 지문 인증 방법의 제 2단계 인증에서는 피검체(100)의 지문 부위의 특이점들(P1~P6)의 내부 생체 정보로부터 추출된 데이타 셋을 사용자 ID로 하여 미리 저장된 피검체(100)의 사용자 ID와 비교할 수 있다.
본 개시에 따른 지문 인증 방법에서는 피검체(100)의 지문 형상을 미리 저장된 지문 형상과 비교하는 제 1단계 인증과, 피검체(100)의 지문 부위의 특이점들에 해당하는 피검체(100)의 내부 정보를 비교하는 제 2단계 인증을 포함할 수 있다. 그러나, 피검체(100)를 인증하는 과정에서 제 1단계 인증 및 제 2단계 인증을 모두 실시할 필요는 없다. 보안의 필요성이 상대적으로 낮은 경우에는 제 1단계 인증만 실시할 수 있으며, 보안의 필요성이 상대적으로 높은 경우에는 제 1단계 및 제 2단계 인증을 모두 거칠 수 있다. 예를 들어, 휴대폰 잠금, 전자 기기의 화면 잠금 또는 저장 매체의 폴더 잠금의 경우 보안의 필요성이 상대적으로 낮다고 인정되는 경우 제 1단계 인증 절차만 거칠 수 있다. 그리고, 금융, 신원 인증, 시스템 접금, 출입문 보안과 같은 보안의 필요성이 상대적으로 높다고 인정되는 경우 제 1단계 인증 및 제 2단계 인증 과정을 모두 거칠 수 있다. 선택적으로는 제 1단계 인증 과정없이 바로 제 2단계 인증 과정을 거칠 수 있다. 예를 들어, 피검체(100)의 지문 부위의 각 특이점에서의 신호 패턴의 코드가 저장되어 있고, 피검체(100)의 신원 정보를 미리 입력한 경우, 피검체(100)의 특이점에 대해서만 웨이브 신호를 인가하여 내부 생체 정보를 읽어들여 제 1단계 인증 절차를 생략하고 제 2단계 인증 절차를 진행할 수 있다.
본 개시에 따른 지문 인증 방법에서는 먼저 보안의 정도에 따라 도 3의 제 1단계 인증 및 제 2단계 인증 중 어느 인증 방법으로 피검체(100)의 지문을 인증할지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 보안의 정도가 상대적으로 낮은 경우 제 1단계 인증만으로 피검체의 지문 인증을 진행할 수 있으며, 보안의 정보가 높은 경우 제 1단계 및 제 2단계 인증을 모두 실시하거나, 제 1단계 인증을 생략하고 제 2단계 인증만을 실시할 수 있다. 제 2단계 인증만을 실시하는 경우 피검체(100)의 지문 인식 단계(S11)에서는 피검체(100) 내부의 생체 정보를 측정할 수 있으며, 패턴 프로세싱(S12) 및 제 1단계 인증(S13)은 생략될 수 있다.
또한 상술한 바에 따르면 피검체(100) 지문의 각 특이점들(P1~P6)들에 대해 반사 웨이브 신호를 측정하여 신호 패턴 코드를 추출하는 것을 기재하고 있으나, 이에 제한되지 않으며, 특이점들 외에 피검체(100) 지문 영역의 모든 부위에 대해서 내부 생체 정보를 추출하여 신호 패턴 코드를 데이타 셋을 구성할 수 있다. 다만, 피검체(100)의 지문 영역의 특이점에 대해서만 생체 정보를 측정하여 이를 이용하여 인증에 사용함으로써 높은 보안성 대비 낮은 데이타 처리량을 확보할 수 있다. 제 1단계 인증 및 제 2단계 인증을 실시하기 위하여, 피검체(100)에 초음파, 광초음파, RF 등을 인가하여 반사 웨이브 신호를 측정하는 과정을 2번에 걸쳐 실시할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 피검체(100)에 초음파, 광초음파, RF 등을 인가하는 과정을 한번만 실시하여 제 1단계 인증 및 제 2단계 인증을 위해 필요한 정보를 얻을 수 있다.
본 개시에 따른 지문 인식 시스템 및 이를 이용한 지문 인증 방법은 다양한 개인 신원 확인용 기기에 적용될 수 있으며, 모바일 기기 또는 웨이러블 디바이스 등에도 제한없이 적용될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본원의 실시예를 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 나노 구조체는 광검출기 이외의 다른 전자 소자에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
10, 24: 지문 센서, 12: 신호 송수신부
10a: 지문 센서 표면, 14: 신호 인가용 전극
16: 신호 수신용 전극, 18: TFT
100: 피검체, 22: 제어부
26: 디스플레이,
27: 밴드 패스 필터(band pass filter: BPF)
27: 저장부, P1 ~ P6: 특이점
R1: 리지 영역, R2: 밸리 영역
W1, W2: 웨이브 신호

Claims (17)

  1. 피검체에 웨이브 신호를 인가하고 상기 피검체로부터 반사되는 웨이브 신호를 수신하는 지문 센서;
    상기 지문 센서의 동작을 제어하며, 상기 지문 센서로부터 얻은 상기 피검체의 지문에서 반사된 제1 웨이브 신호를 분석하여 상기 피검체에 대한 제1 단계 인증을 수행하고, 상기 제1 단계 인증을 통과한 경우, 상기 지문 센서로부터 얻은 상기 피검체의 내부에서 반사된 제2 웨이브 신호를 분석하여 상기 피검체에 대한 제2 단계 인증을 수행하는 제어부; 및
    상기 피검체의 지문 형상에 대한 정보 및 상기 피검체의 내부 정보가 저장된 저장부;를 포함하고,
    상기 피검체의 내부는 상기 피검체의 지문 중 특이점들에 대응하는 내부이고,
    상기 제어부는,
    상기 제2 웨이브 신호에 의해 상기 피검체의 내부 정보를 검출하고,
    상기 제2 웨이브 신호를 이용하여 웨이브 신호 패턴을 코드화하고 상기 특이점들에 기초한 데이타 셋을 설정하여 미리 저장된 데이타 셋과 비교함으로써 상기 제2 단계 인증을 수행하는 지문 인증 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지문 센서는 상기 피검체와 접촉하며, 상기 피검체에 대해 웨이브 신호를 인가하는 적어도 하나 이상의 신호 송수신부;
    상기 적어도 하나 이상의 신호 송수신부에 웨이브 신호를 전달하는 신호 인가용 전극; 및
    상기 적어도 하나 이상의 신호 송수신부로 수신된 상기 피검체로부터 반사된 반사 웨이브 신호를 전달하는 신호 인가용 전극;을 포함하는 지문 인증 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 신호 송수신부 상에는 피검체의 지문 영역과 접촉하거나 접촉하지 않는 보호층을 더 포함하는 지문 인증 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 신호 송수신부는 상기 피검체의 지문의 돌출 영역인 리지 영역들 사이의 폭보다 좁은 폭을 지니며 형성된 지문 인증 시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 신호 송수신부로부터 상기 피검체에 인가되는 웨이브 신호는 초음파 특성 또는 RF(radiofrequency) 특성을 지닌 지문 인증 시스템.
  6. 피검체에 웨이브 신호를 출력하는 단계;
    상기 피검체의 지문에서 반사된 제1 웨이브 신호를 분석하여 상기 피검체에 대한 제1 단계 인증을 수행하는 단계;
    상기 제1 단계 인증을 통과한 경우, 상기 피검체의 내부에서 반사된 제2 웨이브 신호를 분석하여 상기 피검체에 대한 제2 단계 인증을 수행하는 단계;를 포함하고,
    상기 피검체의 내부는 상기 피검체의 지문 중 특이점들에 대응하는 내부이고,
    상기 제2 단계 인증을 수행하는 단계는,
    상기 제2 웨이브 신호를 이용하여 웨이브 신호 패턴을 코드화하고 상기 특이점들에 기초한 데이타 셋을 설정하여 미리 저장된 데이타 셋과 비교하는 단계;를 포함하는 지문 인증 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 단계 인증을 수행하는 단계는,
    상기 제1 웨이브 신호를 측정한 뒤, 측정된 상기 제1 웨이브 신호를 이용하여 상기 피검체의 지문 형태를 단순화시키는 패턴 프로세싱 단계를 포함하는 지문 인증 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 패턴 프로세싱은 스무딩(smoothing), 이진화(binarization) 및 세선화(thinning) 과정을 포함하는 지문 인증 방법.
  10. 삭제
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 웨이브 신호는 상기 피검체 내부의 혈관, 지질 또는 뼈에 의해 반사된 웨이브 신호인 지문 인증 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 6항에 있어서,
    상기 특이점은 리지(ridge, 융선), 밸리(valley, 골), 끝점(ending point), 분기점(bifurcation), 중심점(upper core), 아래 중심점(lower core) 또는 삼각주(lift, right delta)인 지문 인증 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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