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KR102138358B1 - 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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KR102138358B1
KR102138358B1 KR1020190092920A KR20190092920A KR102138358B1 KR 102138358 B1 KR102138358 B1 KR 102138358B1 KR 1020190092920 A KR1020190092920 A KR 1020190092920A KR 20190092920 A KR20190092920 A KR 20190092920A KR 102138358 B1 KR102138358 B1 KR 102138358B1
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South Korea
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finger
vein
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Inventor
이성철
설재도
강영호
Original Assignee
주식회사 베프스
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Abstract

본 발명은, 생체정보 인식장치에 있어서, 사용자의 손가락이 안치되며, 손가락의 길이 방향으로 구역이 분획된 핑거 가이드; 상기 핑거 가이드에 마련되며, 복수개의 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자는 2차원(x,y)으로 배열되어 초음파를 방출하고, 상기 핑거 가이드에서 손가락의 끝 마디에 마련되어 사용자의 지문을 인식하는 제1 초음파 센서와 상기 핑거 가이드에서 손가락의 중간 마디에 마련되어 사용자의 지정맥을 인식하는 제2 초음파 센서를 포함하는 초음파 센서부; 및 상기 초음파 센서부의 감지 신호를 수신하여, 신호처리를 통해 사용자의 지문 정보를 저장하고, 상기 압전소자의 인접된 위치에서 연속적으로 발생된 감지 신호로 지정맥 혈관의 방향을 계산하여 지정맥 혈관의 방향이 수렴되는 위치를 3차원 분기점으로 인식하여, 인식된 상기 분기점의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 정보를 3차원 벡터 정보로 구축하여 저장하고, 지정맥의 3차원 형상 데이터를 정사영하여 2차원의 형상 데이터로 변환하는 구동부를 포함하며, 상기 구동부는, 지정맥의 3차원 데이터에서 연속된 지정맥의 형상이 상이한 z축으로 구분된 경우 서로 다른 플래그를 부여하여 구분하고, 상기 분기점은, 상기 초음파 센서부의 상기 압전소자 각각의 위치를 x, y축 좌표로 설정하고, 상기 압전소자에서 방출되는 초음파 신호의 반사 계수를 z축 좌표로 설정하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 기반의 생체정보 인식장치 및 지정맥 데이터 구축 방법{ULTRASOUND-BASED BIOMETRIC INFORMATION RECOGNITION DEVICE AND FINGER VEIN DATA BUILD UP METHOD}
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.
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 112020046265616-pat00001
)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(
Figure 112020046265616-pat00012
)크기가 가장 작게 할당되고, 제3 지정맥(75)의 벡터(
Figure 112020046265616-pat00013
) 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 112020046265616-pat00002
)는 Φ의 각을 갖는다. 종합하면, 구동부(30)는 설정된 분기점(P)으로부터 X(
Figure 112020046265616-pat00003
)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.
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 안치되며, 손가락의 길이 방향으로 구역이 분획된 핑거 가이드;
    상기 핑거 가이드에 마련되며, 복수개의 압전소자를 포함하고, 상기 압전소자는 2차원(x,y)으로 배열되어 초음파를 방출하고, 상기 핑거 가이드에서 손가락의 끝 마디에 마련되어 사용자의 지문을 인식하는 제1 초음파 센서와 상기 핑거 가이드에서 손가락의 중간 마디에 마련되어 사용자의 지정맥을 인식하는 제2 초음파 센서를 포함하는 초음파 센서부; 및
    상기 초음파 센서부의 감지 신호를 수신하여, 신호처리를 통해 사용자의 지문 정보를 저장하고, 상기 압전소자의 인접된 위치에서 연속적으로 발생된 감지 신호로 지정맥 혈관의 방향을 계산하여 지정맥 혈관의 방향이 수렴되는 위치를 3차원 분기점으로 인식하여, 인식된 상기 분기점의 3축 좌표를 기준으로 분기된 지정맥 혈관의 정보를 3차원 벡터 정보로 구축하여 저장하고, 지정맥의 3차원 형상 데이터를 정사영하여 2차원의 형상 데이터로 변환하는 구동부를 포함하며,
    상기 구동부는,
    지정맥의 3차원 데이터에서 연속된 지정맥의 형상이 상이한 z축으로 구분된 경우 서로 다른 플래그를 부여하여 구분하고,
    상기 분기점은,
    상기 초음파 센서부의 상기 압전소자 각각의 위치를 x, y축 좌표로 설정하고, 상기 압전소자에서 방출되는 초음파 신호의 반사 계수를 z축 좌표로 설정 하는 것을 특징으로 하는 생체정보 인식장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 3차원의 데이터 박스에 있어서, Z축의 정보로 0 초과 15MHz 미만의 주파수 영역을 지문 영역으로 설정하고, 15MHz 이상 100MHz 이하의 주파수 영역을 지정맥 영역으로 설정하여 상기 초음파 센서의 감지 정보를 분류하는 것을 특징으로 하는 생체정보 인식장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    2차원의 형상 데이터로 변환된 상기 지정맥의 정보에 저주파 대역에서 인식된 지문의 인식 정보를 합하여 인증을 위한 비교 데이터로 저장하는 것을 특징으로 하는 생체정보 인식장치.

  5. 삭제
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