KR101537211B1 - 상이한 지문 입력 방식을 지원하는 지문 인증 방법 및 전자 장치 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따르면, 문질러지는 제1 손가락의 접촉을 감지하여 기설정된 주기에 따라 프레임 단위로 스캐닝을 수행하는 단계; 당해 프레임의 이미지와 이전 프레임의 이미지의 유사도를 판단하여, 상기 유사도가 임계치보다 작으면, 상기 당해 프레임의 이미지로부터 지문 특징 정보를 추출하는 단계; 첫 프레임으로부터 당해 프레임까지 추출된 지문 특징 정보들을 상기 제1 손가락의 지문 정보로서 수집하여 등록하는 단계; 터치되는 제2 손가락에 대해 프레임 단위로 스캐닝을 수행하여 획득되는 이미지로부터 지문의 특징 정보를 추출하는 단계; 및 상기 제2 손가락의 지문 특징 정보와 상기 등록된 제1 손가락의 지문 정보를 비교하여 지문 인증을 수행하는 단계를 포함하는, 전자 장치의 지문 인증 방법이 제공된다.

Description

상이한 지문 입력 방식을 지원하는 지문 인증 방법 및 전자 장치{FINGERPRINT DETECTING METHOD AND ELECTRIC DEVICE SUPPORTING DIFFERENT FINGERPRINT INPUT TYPE}

본 발명은 상이한 지문 입력 방식을 지원하는 지문 인증 방법 및 전자 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스와이프 방식 또는 터치 방식 등 특정 지문 입력 방식에 한정됨이 없이 정확한 지문 등록 및 인증을 가능하게 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

지문의 무늬는 사람마다 다르기 때문에, 개인 식별 분야에 많이 이용되고 있다. 특히, 지문은 개인 인증 수단으로서 금융, 범죄수사, 보안 등의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

이러한 지문을 인식하여 개인을 식별하기 위해 지문 센서가 개발되었다. 지문 센서는 사람의 손가락을 접촉하고 손가락 지문을 인식하는 장치로서, 정당한 사용자인지 여부를 판단할 수 있는 수단으로 활용되고 있다.

지문 인식 센서를 구현하는 방식으로는 광학방식, 열감지 방식 및 정전용량 방식 등의 다양한 인식 방식이 알려져 있다. 이 중 정전용량 방식의 지문 인식 센서는 사람의 손가락 표면이 도전성 감지 패턴에 접촉될 때 지문의 골과 마루 형상에 따른 정전용량의 변화를 검출함으로써 지문의 모양(지문 패턴)을 획득한다.

최근에는 휴대용 장치를 통해, 전화, 문자 메시지 전송 서비스와 같은 통신 기능뿐 아니라, 금융, 보안 등 개인 정보가 활용되는 다양한 부가 기능이 제공되고 있으며, 휴대용 장치의 잠금 장치에 대한 필요성이 더욱 중요하게 부각되고 있다. 이러한 휴대용 장치의 잠금 효과를 향상시키기 위하여, 지문 인식을 통한 잠금 장치가 장착된 단말기를 본격적으로 개발하고 있다.

도 1은 휴대용 장치, 예를 들면, 스마트폰에 지문 센서가 장착된 일례를 도시한다.

먼저, 도 1의 (a)를 참조하면, 스마트폰(10)은 터치스크린 방식으로 입력부의 기능을 동시에 하는 표시부(11)를 가지며, 지문 센서(12)는 그 하부 영역에 장착된다. 지문 센서(12)는 스마트폰(10) 본체 하단에 형성되며 표시부(11)의 화면을 홈(home)으로 이동시키는 홈키와 함께 구현되어 있다.

다음으로 도 1의 (b)에 도시되는 스마트폰(20) 역시 표시부(21)의 하부 영역에 지문 센서(22)가 홈키와 함께 장착되어 있다.

지문 센서(12, 22)가 장착됨에 따라 스마트폰(10, 20)에는 표시부(11, 21) 외의 영역, 즉, 비표시 영역이 필요할 수밖에 없다. 이러한 비표시 영역에 지문 센서(12, 22)가 장착되는데, 도 1의 (a)에 도시된 지문 센서(12)가 차지하는 면적이 도 1의 (b)에 도시된 지문 센서(22)가 차지하는 면적보다 더 크기 때문에 도 1의 (a)에 도시된 스마트폰(10)의 비표시 영역 높이(h1)가 상대적으로 더 커지게 된다.

지문 검출 방식은 크게 터치 방식(또는 에어리어(area) 방식)과 스와이프(swipe) 방식으로 나뉘는데, 통상적으로 도 1의 (a)에 도시되는 바와 같은 지문 센서(12)에는 터치 방식이 적용되고, 도 1의 (b)에 도시되는 바와 같은 지문 센서(22)에는 스와이프 방식이 적용된다.

터치 방식은 지문 센서(12)에 일정 시간 동안 손가락을 올려 놓으면 해당 지문 센싱 면적에서 지문 이미지를 취득하는 방식이다. 한편, 스와이프 방식은 지문 센서(22)에 손가락을 슬라이딩 방식으로 움직이면, 지문 센서(22)가 그 위에서 움직이는 손가락의 지문을 센싱하여 단편적인 지문 영상들을 읽어 들인 후 이들을 하나의 영상으로 정합하여 온전한 지문 이미지를 취득하는 방식이다.

스와이프 방식은 지문 검출 시 손가락이 문질러지는 방향과 속도 등을 계산하여 지문 검출에 고려하여야 하는 제약이 따르나, 도 1의 (b)에 도시되는 바와 같이 지문 센서(22)가 차지하는 면적이 좁다는 장점이 있다.

한편, 터치 방식은 제한된 면적에서 충분한 지문 이미지를 획득해야 하므로 도 1의 (a)에 도시되는 바와 같이 일정 크기 이상의 지문 센싱 면적을 확보하여야 한다. 또한, 한 번의 터치만으로 충분한 지문 이미지를 획득할 수 없으므로 최소한 10번 이상의 터치를 통한 지문 센싱을 통해 지문 이미지를 획득하여야 한다.

최근에는 스마트폰이 단소 경박화되는 추세이며, 표시부의 면적은 사용자의 편의성을 위해 최대화하는 것이 바람직하므로, 결국 지문 센서(12, 22)가 장착되는 비표시 영역을 최소화하는 것이 필수적이다.

따라서, 지문 등록 및 지문 인증 시 사용자 편의성을 증진시키고 터치 검출 장치가 차지하는 면적이 작아도 최소한의 터치만으로 정확도 높은 지문 등록 및 인증이 가능한 기술이 필요하다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 좁은 면적의 센싱 영역을 통해 얻은 지문 이미지라 할지라도 이를 이용하여 정확도 높은 지문 인증을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 문질러지는 제1 손가락의 접촉을 감지하여 기설정된 주기에 따라 프레임 단위로 스캐닝을 수행하는 단계; 당해 프레임의 이미지와 이전 프레임의 이미지의 유사도를 판단하여, 상기 유사도가 임계치보다 작으면, 상기 당해 프레임의 이미지로부터 지문 특징 정보를 추출하는 단계; 첫 프레임으로부터 당해 프레임까지 추출된 지문 특징 정보들을 상기 제1 손가락의 지문 정보로서 수집하여 등록하는 단계; 터치되는 제2 손가락에 대해 프레임 단위로 스캐닝을 수행하여 획득되는 이미지로부터 지문 특징 정보를 추출하는 단계; 및 상기 제2 손가락의 지문 특징 정보와 상기 등록된 제1 손가락의 지문 정보를 비교하여 지문 인증을 수행하는 단계를 포함하는, 전자 장치의 지문 인증 방법이 제공된다.

상기 인증 수행 단계는, 상기 제2 손가락의 지문 특징 정보와 상기 제1 손가락의 지문 정보들을 동일한 좌표계 상에 배치하여 비교를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전자 장치의 지문 인증 방법은, 상기 지문 인증이 실패한 후, 상기 손가락이 비접촉 상태로 전환되거나 상기 실패 횟수가 소정 횟수를 초과하면 지문 인증 동작을 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 지문 특징 정보는, 상기 당해 프레임의 이미지를 구성하는 모든 픽셀에 대해 주변 픽셀과의 농담 차이값을 계산하여 농담 변화값을 획득하고, 상기 농담 변화값이 임계치 이상인 픽셀을 추출함으로써 획득될 수 있다.

상기 지문 특징 정보는, 상기 당해 프레임의 이미지를 구성하는 모든 픽셀의 농담 변화값을 기초로 상기 지문 이미지의 농담 평균 변화값을 산출하고, 상기 농담 평균 변화값 대비 기설정된 값 이상의 차이를 보이는 픽셀을 추출함으로써 획득될 수 있다.

상기 지문 특징 정보는, 상기 당해 프레임의 이미지를 구성하는 모든 픽셀들의 농담 변화값을 기초로 정규 분포를 획득하고, 상기 지문의 특징 정보로서 지정된 픽셀들 중 상기 정규 분포를 벗어나는 지점들을 제외시킴으로써 최종적으로 선정될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 극소 센싱 영역에 문질러지는 제1 손가락의 접촉을 감지하여 기설정된 주기에 따라 프레임 단위로 스캐닝을 수행하고, 상기 제1 손가락에 대한 지문 특징 정보 등록 후, 터치되는 제2 손가락에 대해 프레임 단위로 스캐닝을 수행하는 지문 센서; 상기 제1 손가락에 대한 스캐닝 시, 당해 프레임의 이미지와 이전 프레임의 이미지의 유사도가 임계치보다 작은 경우, 상기 당해 프레임의 이미지로부터 지문의 특징 정보를 추출하여 상기 제1 손가락의 지문 정보로서 등록하는 지문 등록부; 및 상기 제2 손가락의 스캐닝을 통해 획득된 이미지로부터 추출되는 지문 특징 정보를 상기 등록된 제1 손가락의 지문 정보와 비교하여 지문 인증을 수행하는 지문 인증부를 포함하는, 전자 장치가 제공된다.

본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증 방법 및 장치는, 작은 지문 센싱 영역에 손가락을 문질러서 넓은 영역의 지문 이미지를 확보한 후 특징 정보로 추출하여 지문 등록하므로, 인증시 작은 지문 센싱 영역에 터치되는 작은 영역의 지문 이미지만으로 인증을 수행할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 지문 인증 방법 및 장치는 센싱 영역이 차지하는 면적을 최소화 하면서, 터치 방식으로 지문 센싱 및 인증을 수행하는 장치를 구현하는 것이 가능하다.

도 1은 휴대용 장치, 예를 들면, 스마트폰에 지문 센서가 장착된 일례를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 지문 이미지를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 이미지의 특징 정보를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 지문 이미지의 특징 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 등록 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 인증 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 지문 이미지를 획득하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

전술한 바와 같이, 터치 방식의 지문 검출 방식은 지문 센서 위에 손가락을 올려 놓으면 지문 센서가 해당 영역의 지문 이미지를 획득하게 된다.

한편, 스와이프 방식에 있어서는 도 2에 도시되는 바와 같은 원리로 지문 이미지를 획득하게 된다.

구체적으로, 사용자가 도 2에 도시되는 바와 같이 전자 기기(100)의 하단 영역에 구비되는 지문 센서(110) 위에 손가락를 대고 슬라이딩 방식으로 이동하면 연속적으로 부분적인 단편 영상(P1~P4)이 획득된다.

즉, 사용자의 지문 영상이 단편적이지만 서로 연속되는 형태로 순차적으로 획득된다. 지문 센서(110)에서 읽어들인 단편 지문 영상(P1~P4)들이 하나의 지문 영상으로 정합되어 온전한 지문 이미지로 획득된다.

도 3은 일반적인 지문 이미지에 존재하는 미뉴샤(minutiae)를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하여 설명한 스와이프 방식 또는 터치 방식으로 획득된 지문 이미지는 도 3의 (a)와 같을 수 있다.

손가락의 넓은 면적에 대한 지문 이미지가 획득된 경우에는 해당 지문 이미지에서 지문의 특징점, 즉, 지문 영상에서 발견되는 융선의 종단(ridge end)이나 분기점(bifurcation) 등의 세밀한 특징점인 미뉴샤(minutiae)가 존재할 수 있다. 이 경우에는 미뉴샤의 검출을 통해 해당 지문 이미지의 특성 정보를 획득할 수 있게 된다.

그러나, 손가락의 국소 영역에 대한 지문 이미지만 획득된 경우에는 해당 지문 이미지 내에 미뉴샤가 존재하지 않을 수 있다.

예를 들면, 도 3의 (b)에 도시되는 바와 같이, 지문의 융선(ridge)이 단순히 특정 방향으로 배열되어 있는 지문 이미지만이 획득되는 경우에는 미뉴샤를 찾을 수 없는 지문 이미지가 획득될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 이렇게 미뉴샤가 존재하지 않는 지문 이미지에서 특징 정보를 갖는 지점(이하, ‘특징 지점'이라 함)를 찾아내기 위해 지문 이미지의 농담(intensity) 변화 특성을 이용한다. 구체적으로, 주변 픽셀과의 농담 차이가 임계치 이상인 픽셀을 찾아내어 그 지문의 특징 지점으로 선정한다. 본 명세서에서 특정 픽셀과 주변 픽셀과의 농담 차이값을 해당 픽셀에서의 “농담 변화값”이라 칭하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 획득된 지문 이미지에서 특징 정보를 추출하는 원리를 설명하는 도면이다.

도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 방식으로 얻어진 온전한 지문 이미지는 도 4의 (a)와 같을 수 있다.

도 4의 (a)를 참조하면, 손가락의 국소 영역에 대한 지문 이미지만 획득된 경우에는 해당 지문 이미지 내에 미뉴샤가 존재하지 않을 수 있다. 예를 들면, 도 4의 (a)에 도시되는 바와 같이, 지문의 융선(ridge)이 단순히 특정 방향으로 배열되어 있어 미뉴샤를 찾을 수 없는 지문 이미지가 획득될 수 있다.

도 4의 (a)에 도시되는 지문 이미지의 융선을 확대하여 보면, 융선들이 균일한 두께를 가지는 것이 아니라 특징적인 모양을 가지고 있음을 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 (b)와 같이 융선의 특정 지점이 밖으로 돌출되어 있을 수도 있고, 도 4의 (c)와 같이 융선의 특정 지점이 안쪽으로 함몰 되어 있을 수도 있다. 또한, 도 4의 (d)와 같이 땀구멍(pore)에 의해 융선의 중간에 구멍이 형성되어 있을 수도 있다.

도 4의 (b), (c), (d)에 나타난 특징들은 지문 이미지에 있어서의 농담 변화값과 평균 변화값 간의 차이를 파악함으로써 검출될 수 있다. 즉, 도 4의 (b), (c), (d)에서 융선 또는 그 주변의 농담 변화값이 평균 변화값에 비해 얼마나 급격하게 변하였는지를 기준으로 그 특징 정보의 존재 여부를 확인할 수 있다.

예를 들면, 균일한 굵기로 나열된 융선의 이미지에 있어서의 농담 변화값은 평균 변화값을 기준으로 일정 범위를 벗어나지 않지만, 융선에 있어서 돌출 지점 또는 함몰 지점이 있거나, 땀구멍이 형성되면 해당 위치에서의 농담 변화값은 커진다.

도 4의 (d)를 예로 들면, 균일한 굵기의 융선만이 존재하는 경우에는 지문 이미지 전체에서 평균적인 농담 변화값만을 나타내지만, 융선의 땀구멍이 존재하는 부근에서는 해당 지점에서의 농담 변화가 급격해지기 때문에, 이러한 특징을 토대로 지문 이미지에서의 특징 정보들을 검출해낼 수 있다.

더욱 구체적으로 설명하면, 지문 이미지에 있어서의 각 픽셀에서는 특정 방향으로의 농담 변화값을 구할 수 있다.

도 4에 도시된 각 그래프를 살펴보면, 다양한 방향으로의 농담 변화값이 특정 픽셀(P)에 대해서 구해질 수 있다.

먼저, 도 4의 (b)에 대한 그래프를 참조하면, 제1 픽셀(P1)에 대한 제1 축 방향으로의 농담 변화값과 제2 축 방향으로의 농담 변화값은 동일하다는 것을 알 수 있다.

다음으로, 도 4의 (c)에 대한 그래프를 참조하면, 제2 픽셀(P2)에 대한 제1 축 방향으로의 농담 변화값과 제2 축 방향으로의 농담 변화값은 다르며, 제2 축 방향으로도 양의 방향(도면상 우측 하단 방향)으로의 농담 변화값과 음의 방향으로의 농담 변화값은 서로 다르다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 4의 (d)에 대한 그래프를 참조하면, 제3 픽셀(P3)에 대한 제1 축 방향으로의 농담 변화값과 제2 축 방향으로의 농담 변화값은 서로 다르다는 것을 알 수 있다.

즉, 각각의 픽셀(P1, P2, P3)에서 제1 축 방향으로의 농담 변화값은 유사한 패턴을 보이나, 제1 축과 수직인 제2 축 방향으로는 농담 변화값이 각기 다른 패턴으로 나타난다.

각 픽셀(P1, P2, P3)을 지나는 방향은 복수개일 수 있고, 각 방향으로의 농담 변화값을 구할 수 있기 때문에, 각 픽셀에서의 농담 변화값의 특징을 통해서 지문의 특징 지점을 검출해낼 수 있다.

예를 들면, 각 픽셀(P1, P2, P3)에서 복수개의 방향에 대한 농담 변화값을 구한 후, 절대값이 가장 큰 농담 변화값을 보이는 방향을 해당 픽셀의 농담 변화 방향으로 정의할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 각 픽셀(P1, P2, P3)에서의 농담 변화값과 농담 변화 방향은 복수개로 추출될 수도 있다. 농담 변화값과 농담 변화 방향을 토대로 농담 변화 벡터값을 정의할 수도 있으며, 그 벡터값을 각 특징 지점의 정보로서 활용할 수도 있다. 이에 대해서는 후에 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 지문 이미지의 특징 정보들을 검출해내는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 터치 방식 또는 스와이프 방식을 통해 지문 이미지를 획득한다(S410). 지문 이미지를 획득하는 방식은 전술한 바와 같다.

지문 이미지가 획득되면 해당 이미지의 모든 픽셀에 대해 주변 픽셀과의 농담 차이값, 즉, 농담 변화값을 획득한다(S420).

모든 픽셀의 농담 변화값을 토대로 지문 이미지 전체에 있어서의 농담 평균 변화값을 산출한다(S430).

그 후, 지문 이미지 내의 각 픽셀 중 단계 S420에서 획득한 농담 변화값이 평균 변화값 대비 기 설정된 값 이상의 차이를 보이는 픽셀을 찾아내고(S440), 해당 픽셀 지점들을 해당 지문의 특징 정보로 지정한다(S450).

이러한 방식으로 특징 정보로 지정된 지점들이 1차적으로 추려진 후에는 지문 이미지의 왜곡 및 노이즈의 영향으로 높은 농담 변화값을 보이는 지점들을 필터링한다. 즉, 지문 이미지에 있어서는 도 4의 (b), (c), (d)에 도시된 바와 같이 지문 고유의 특징으로 인해 평균 변화값 대비 높은 농담 변화값을 보이는 지점이 존재하는 한편, 왜곡 또는 노이즈 등에 의해 비정상적으로 높은 농담 변화값을 보이는 지점 또한 존재할 수 있다.

이러한 왜곡 또는 노이즈의 영향을 제거하기 위해, 지문 이미지에 존재하는 픽셀들 중 복수의 픽셀을 임의로 선정하여 각 픽셀의 농담 변화값을 기초로 정규 분포를 획득하고(S460), 단계 S450에서 1차적으로 지정된 특징 정보 지점들 중 이 정규 분포를 벗어나는 지점들을 제외시킨다(S470).

이러한 과정에 의해 최종적으로 지문의 고유 특성에 의해 농담 변화값이 상대적으로 큰 지점들이 지정될 수 있고, 이렇게 지정된 지점들을 해당 지문의 특징 정보로서 선정할 수 있다.

선정된 특징 정보들은 지문 이미지에서의 해당 지점에 대한 정보와 함께 저장된다. 즉, 전체 지문 이미지에서 특징 정보들의 농담 변화값, 농담 변화 방향이 수치화된 벡터 정보 및 상호간 위치 정보가 템플릿화되어 저장될 수 있다. 예를 들면, 지문 이미지에 있어서의 특정 지점을 기준점으로 하였을 때, 모든 특징 지점들의 농담 변화값 및 그 위치 정보가 템플릿화되어 저장될 수 있다. 상기 특정 지점은 최종적으로 추출된 특징 지점들 중 하나일 수 있으나, 그 외의 임의의 지점일 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 지문 이미지의 농담 변화값을 이용하여 특징 정보를 검출하기 때문에 미뉴샤가 존재하지 않는 국소 영역의 지문 이미지일지라도 특징 정보를 찾아내어 지문의 식별 정보로서 활용할 수 있다.

이에 따라, 좁은 면적의 지문 센서를 통해 획득된 국소 영역의 지문 이미지라 할지라도 그로부터 손가락마다 다른 특징 정보를 찾아내어 지문의 등록 또는 지문의 인증에 활용할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 등록 과정을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 지문 센서에 손가락이 닿으면, 지문 센서는 손가락의 접촉을 감지하여(S510) 지문 인식을 시작한다.

지문 센서는 기 설정된 주기마다 손가락의 접촉 표면을 프레임 단위로 스캐닝한다(S520). 전술한 바와 같이, 터치 방식 또는 스와이프 방식을 통해 지문 검출이 이루어지는데 터치 방식일 경우에는 임의의 시간동인 손가락을 터치 검출 장치에 가만히 접촉하고 있을 수 있고, 스와이프 방식일 경우에는 사용자가 손가락을 터치 검출 장치에 임의의 다양한 방향으로 문질러 접촉할 수 있다.

지문 센서를 포함하는 전자 장치는 단계 S520에서 스캐닝된 프레임이 첫번째 프레임인지 여부를 판단하고(S530) 첫번째 프레임인 경우에는 해당 프레임으로부터 지문의 특징 정보를 추출해낸다(S550). 특징 정보 추출 방법은 도 5를 참조하여 설명한 바와 같다.

한편, 지문 센서는 기 설정된 주기에 따라 프레임 단위로 스캐닝을 반복하는데, 당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지가 이전 획득된 프레임(Frame(t-1))의 이미지와 유사한지 여부를 판단하여(S540), 만약 유사하다면 당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지를 삭제하고, 그 다음 프레임(Frame(t-1))의 스캐닝을 수행한다. 당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지가 이전 프레임(Frame(t-1))의 이미지와 유사하다면, 동일 또는 유사한 이미지에서 특징 정보를 찾아내는 과정을 반복할 필요가 없기 때문이다.

당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지와 이전 획득된 프레임(Frame(t-1))의 이미지 간의 유사 여부는 공지의 방식을 통해 판단될 수 있다. 예를 들면, 윤곽선 비교, 색상 비교, 픽셀값 비교 등의 방식을 통해 상기 판단이 이루어질 수 있다. 여기서, 유사도라는 것은 양 이미지 간의 차이(예를 들면, 대응되는 위치의 색상 차이, 픽셀값 차이 등)의 반대 개념으로써 그 상관 관계(correlation)와 비례하는 값이다.

만약, 당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지가 이전 획득된 프레임(Frame(t-1))의 이미지간 유사도가 임계치에 미치지 못하는 경우에는, 당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지에서 지문의 특징 정보를 추출한다(S550). 이렇게 함으로써 지문에 있어서 서로 중복되지 않는 영역의 지문 특징 정보들이 계속적으로 추출될 수 있다.

일 실시예에 따르면 스캐닝 반복을 통해 특징 정보를 누적하여 저장하며, 이에 따라 스캐닝되는 지문의 면적 또한 누적적으로 합성된다. 따라서, 누적 합성된 지문 이미지의 면적이 지문 등록 또는 향후 지문 인증에 적합한 정도인지 여부를 판단한다. 구체적으로, 단계 S540 및 S550에 의해 특징 정보가 추출되었던 프레임마다 해당 프레임에서 획득된 이미지가 기 저장된 이미지와 함께 누적 합성되는데, 현재 프레임까지 누적 저장된 합성 지문 이미지의 면적이 충분한지 여부를 판단한다(S560). 이러한 판단은 현재까지 저장된 특징 정보의 개수가 임계 개수 이상인지 여부를 기초로 판단될 수도 있고, 현재까지 누적하여 합성된 지문 이미지의 크기가 기 설정된 크기 이상인지 여부를 기초로 판단될 수도 있다.

현재 프레임까지 누적 저장된 합성 지문 이미지의 면적이 충분하다고 판단되면, 현재까지 추출된 특징 정보를 모두 현재 스캐닝 대상이 된 손가락의 지문 정보로 수집하여 등록한다(S570). 단계 S560의 판단 결과, 현재까지 누적 합성된 지문 이미지의 면적이 충분하지 않다고 판단되면, 단계 S520으로 돌아가 계속적으로 프레임 단위의 스캐닝을 반복한다.

본 발명의 실시예에 따르면 좁은 면적의 지문 이미지라 할지라도 그로부터 손가락마다 다른 지문의 특징 정보를 찾아내어 저장할 수 있기 때문에, 지문 센서의 면적, 지문 검출 방식의 종류와 상관없이 지문 등록이 가능해진다. 예를 들면, 지문 검출을 터치 방식으로 하는지, 스와이프 방식으로 하는지 여부와는 지문의 일부에 대해서만이라도 지문 이미지가 획득되면 그 특징 정보를 찾아내어 지문 등록을 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지문 인증 과정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 지문 센서에 손가락이 닿으면, 지문 센서는 손가락의 접촉을 감지하여(S610) 지문 인식을 시작한다. 지문 센서는 기 설정된 주기마다 손가락의 접촉 표면을 프레임 단위로 스캐닝한다(S620). 지문 센서를 포함하는 전자 장치는 단계 S620에서 스캐닝된 프레임이 첫번째 프레임인지 여부를 판단하고(S630) 첫번째 프레임인 경우에는 해당 프레임으로부터 지문의 특징 정보를 추출해낸다(S650). 특징 정보 추출 방법은 도 5를 참조하여 설명한 바와 같다.

한편, 지문 센서는 기 설정된 주기에 따라 프레임 단위로 스캐닝을 반복하는데, 당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지가 이전 획득된 프레임(Frame(t-1))의 이미지와 유사한지 여부를 판단하여(S640), 만약 유사하다면 당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지를 삭제하고, 그 다음 프레임(Frame(t-1))의 스캐닝을 수행한다.

만약, 당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지가 이전 획득된 프레임(Frame(t-1))의 이미지와 유사하지 않다면, 즉, 그 유사도가 임계치에 미치지 못하는 경우에는, 당해 획득된 프레임(Frame(t))의 이미지에서 지문의 특징 정보를 추출한다(S650). 추출된 지문 특징 정보는 첫 프레임으로부터 당해 프레임까지 계속적으로 누적 수집된다.

단계 S650에서 추출된 특징 정보는 도 6의 과정을 통해 등록된 지문의 정보와 비교된다(S660). 기 등록된 지문의 특징 정보 영역이 인증을 위해 당해 스캐닝된 지문의 특징 정보 영역보다 넓은 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

단계 S660에서의 비교 결과 단계 S650에서 추출된 지문의 특징 정보들이 기 등록된 지문의 특징 정보와 일치한다면, 지문 인증을 종료한다.

추출된 특징 정보와 기 등록된 지문 정보와의 비교는 다음과 같은 과정으로 이루어진다. 먼저, 기 등록된 지문의 특징 정보들과 당해 스캐닝된 지문의 특징 정보들을 기준 좌표계로 변환한다. 일례로서, 기 등록된 지문의 특징 정보들 중 하나를 기준점으로 삼고 나머지 특징 정보들을 좌표계 상에 나타낼 수 있다. 당해 스캐닝된 지문의 특징 정보, 즉, 인증용 지문의 특징 정보들 중 상기 기 등록된 지문에서 적어도 하나의 기준점이 되는 특징 정보와 일치하는 것을 찾아낸 후, 이를 상기 기준점과 일치시킨다. 인증용 지문의 나머지 특징 정보들이 상기 기 등록된 지문의 나머지 특징 정보들과 좌표계 상에서 위치가 임계 범위 내에서 동일하면 인증에 성공한 것으로 처리한다. 인증용 지문의 특징 정보들과 기 등록된 지문의 특징 정보들을 매칭시키기 위해 둘 중 적어도 하나의 특징 정보들을 공지의 알고리즘으로 변환하여 둘 모두를 동일한 좌표계 상에 배치시킬 수 있다.

비교 결과, 인증용 지문의 특징 정보들이 기 등록된 지문의 일부 특징 정보들과 임계 범위 내에서 일치하면 인증 성공으로 판단한다.

지문 등록 시의 지문 검출 방식과 지문 인증 시의 지문 검출 방식은 서로 다를 수 있다. 그 지문 검출 방식은 터치 방식 또는 스와이프 방식일 수 있는데 동일한 지문 센서에 터치 방식으로 지문 검출을 하게 되면, 스와이프 방식의 지문 검출을 수행하는 경우보다 좁은 면적의 지문 이미지가 획득된다.

따라서, 지문 등록 시 터치 방식으로 지문 검출을 수행하고, 지문 인증 시 스와이프 방식으로 지문 검출을 수행한다면, 기 등록된 지문의 특징 정보가 인증용 지문의 특징 정보 중 일부와 일치하는지 여부에 기초하여 인증 성공 여부를 판단하게 된다. 반대로, 지문 등록 시 스와이프 방식으로 지문 검출을 수행하고, 지문 인증 시 터치 방식으로 지문 검출을 수행한다면, 인증용 지문의 특징 정보가 기 등록된 지문의 특징 정보 중 일부와 일치하는지 여부에 기초하여 인증 성공 여부를 판단하게 된다.

본 발명에서는 국소 영역의 지문만으로도 그 특징 정보의 추출이 가능하기 때문에 상기와 같이 지문 등록과 지문 인증 시 상이한 지문 검출 방식을 활용하더라도 정확도 높은 지문 인증이 가능해진다.

한편, 단계 S660에서의 비교 결과 추출된 지문의 특징 정보들이 기 등록된 지문의 특징 정보와 일치하지 않거나 인증이 불가능한 상황인 이유로 인증이 실패하면, 터치 검출 장치는 해당 손가락이 계속 접촉되어 있어서 추가적으로 스캐닝이 필요한지 여부를 판단한다(S670).

만약 사용자가 해당 손가락을 떼어버려 터치 검출 장치와 손가락이 비접촉 상태로 전환되는 경우, 터치 검출 장치는 지문 인증이 실패한 것으로 판단하고 지문 인증 동작을 종료한다. 반면, 인증 실패 후에도 사용자가 해당 손가락을 계속적으로 지문 센서에 접촉하고 있는 상태이면, 단계 S620 내지 S660에 따라 프레임 단위의 지문 스캐닝을 반복하고, 인증을 재시도한다.

사용자는 지문 센서에 손가락을 접촉시킨 상태를 그대로 유지한다고 느껴도 지문 센서에서 주기적으로 스캐닝되는 여러 장의 프레임의 이미지는 손 떨림, 지문 센서를 누르는 압력의 변화, 또는 손가락의 움직임에 따라 완전히 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 단계 S660에서의 비교 결과 인증 실패로 결론이 내려지면, 해당 손가락이 계속 접촉되어 있는지 여부, 더 스캐닝할 프레임이 있는지 여부를 확인하는 것이다(S670).

현재 프레임에 대한 인증 실패 후에도 사용자가 해당 손가락의 접촉을 유지하는 상태이면, 단계 S620 내지 S660을 반복하여 지문 인증을 재시도하며, 이러한 과정을 반복함으로써 손가락의 접촉 영역에서 추출된 지문의 특징 정보가 등록된 지문 정보와의 비교를 통해 인증을 수행할 수 있을 만큼 충분히 얻어질 수 있다.

만약 사용자가 해당 손가락을 떼어버려 비접촉 상태로 전환되거나, 지문 인증 재시도 후 인증 실패 횟수가 기설정된 횟수를 초과하는 경우, 전자 장치는 지문 인증을 실패로 결론짓고 지문 인증 동작을 종료한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 사용자가 지문 센서 위에 손가락을 문지르는 간단한 동작만으로도 매 프레임마다 새로운 영역에 대한 스캐닝을 수행함으로써 결과적으로는 넓은 영역의 지문 특징 정보를 수집할 수 있다. 이러한 등록 과정 후 지문 인증 동작 시에는 사용자가 손가락으로 지문 센서를 간단히 터치하거나 방향성의 제약 없이 문지르기만 하더라도 현재 스캐닝된 프레임에서 추출한 지문의 특징 정보를 등록된 지문의 특징 정보와 비교하여 인증이 수행될 수 있다. 이에 따라 터치 검출 장치가 초소형화되더라도 해당 면적에서 손쉽게 지문의 등록 및 인증을 수행할 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.

도 8을 참조하면, 실시예에 따른 전자 장치(700)는 지문 센서(710) 및 정보 처리 장치(720)를 포함한다.

일 실시예에 따른 전자 기기(700)는 사용자 입력에 따라 소정의 동작을 수행하는 디지털 기기로서, 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, PDA, 웹 패드, 이동 전화기, 내비게이션 등과 같이 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 디지털 기기라면 얼마든지 본 발명에 따른 전자 기기(700)로서 채택될 수 있다.

지문 센서(710)는 전자 기기(700)의 일부 영역에 형성된다. 일례로 지문 센서(710)는 전자 기기(700)의 전면에 위치할 수 있으나, 다양한 실시예에 따라 전자 기기(700)의 측면, 후면, 또는 표시부(725)의 표면에 형성될 수도 있음은 물론이다.

일 실시예에 따른 지문 센서(710)는 지문 센싱부(711), 신호 처리부(712) 및 신호 송수신부(713)를 포함한다.

지문 센싱부(711)는 손가락의 접촉을 감지하여, 접촉된 손가락의 지문을 스캐닝한다. 지문 센싱부(711)는 정전용량 방식, 광학 방식, 압력 방식 기타 공지된 다양한 방식으로 손가락 지문을 스캐닝할 수 있다.

신호 처리부(712)는 지문 센싱부(711)에 의해 기설정된 주기(속도)로 스캐닝되는 지문 이미지 프레임을 신호 처리한다. 예를 들면, 노이즈 제거, 신호 감도 증폭, 아날로그-디지털 신호 변환 등의 처리를 할 수 있다.

신호 송수신부(713)는 신호 처리부(712)의 출력 신호를 정보 처리 장치(720)로 전송하고 정보 처리 장치(720)로부터의 입력신호(예를 들면, 전원 신호, 제어 신호, 등록된 지문에 대한 데이터 신호 등)를 수신한다.

정보 처리 장치(720)는 제어부(721), 메모리부(722), 지문 등록부(723), 지문 인증부(724) 및 표시부(725)를 포함한다. 설명의 편의를 위해 전자 기기(700) 중 지문 센서(710)를 제외한 나머지 구성요소들은 정보 처리 장치(720)로 도시하나, 정보 처리 장치(720)의 구성은 도시된 구성 요소에 한정되지 아니하고 실시예들에 따라 오디오, 터치 검출부 등 다양한 구성 요소가 부가될 수 있다.

제어부(721)는 지문 센서(710) 및 정보 처리 장치(720)의 전반적인 동작을 제어한다.

메모리부(722)는 전자 기기(700)의 데이터, 펌웨어 정보 등을 저장하며, 지문 센서(710)와 연동하여 특정 손가락의 지문 정보를 등록 및 저장한다.

지문 등록부(723)는 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은 과정을 통해 손가락의 지문 이미지에 있어서의 특성 정보들을 지문 정보로서 등록한다. 등록된 지문 정보들은 메모리부(722)에 저장된다.

지문 인증부(724)는 도 7을 참조하여 설명한 바와 같은 과정을 통해 메모리부(722)에 저장된 지문 정보들과 현재 획득된 지문 이미지의 특징 정보들을 비교하여 지문 인증을 수행한다.

표시부(725)는 전자 기기(700)의 동작 상황 또는 이 외의 다른 정보들을 표시할 수 있다. 일 실시예에 따른 표시부(725)는 지문 등록부(723) 및 지문 인증부(724)의 동작 상태(예를 들면, 등록 성공 여부, 인증 성공 여부 등의 정보)를 표시할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100, 700: 전자 기기
110, 710: 지문 센서
711: 지문 센싱부
712: 신호 처리부
713: 신호 송수신부
720: 정보 처리 장치
721: 제어부
722: 메모리부
723: 지문 등록부
724: 지문 인증부
725: 표시부

Claims (7)

1. 문질러지는 제1 손가락의 접촉을 감지하여 기설정된 주기에 따라 프레임 단위로 스캐닝을 수행하는 단계;
   당해 프레임의 이미지와 이전 프레임의 이미지의 유사도를 판단하여, 상기 유사도가 임계치보다 작으면, 상기 당해 프레임의 이미지로부터 지문 특징 정보를 추출하는 단계;
   첫 프레임으로부터 당해 프레임까지 추출된 지문 특징 정보들을 상기 제1 손가락의 지문 정보로서 수집하여 등록하는 단계;
   문질러지는 것과 다른 방식으로 터치되는 제2 손가락에 대해 프레임 단위로 스캐닝을 수행하여 획득되는 이미지를 구성하는 픽셀들 중 농담 변화값이 임계치 이상인 픽셀을 지문 특징 정보로서 추출하는 단계; 및
   상기 제2 손가락의 지문 특징 정보와 상기 등록된 제1 손가락의 지문 정보를 비교하여 지문 인증을 수행하는 단계를 포함하는, 전자 장치의 지문 인증 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 인증 수행 단계는,
   상기 제2 손가락의 지문 특징 정보와 상기 제1 손가락의 지문 정보들을 동일한 좌표계 상에 배치하여 비교를 수행하는 단계를 포함하는, 전자 장치의 지문 인증 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 지문 인증이 실패한 후, 상기 손가락이 비접촉 상태로 전환되거나 상기 실패 횟수가 소정 횟수를 초과하면 지문 인증 동작을 종료하는 단계를 더 포함하는, 전자 장치의 지문 인증 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 지문 특징 정보는,
   상기 당해 프레임의 이미지를 구성하는 모든 픽셀의 농담 변화값을 기초로 상기 지문 이미지의 농담 평균 변화값을 산출하고, 상기 농담 평균 변화값 대비 기설정된 값 이상의 차이를 보이는 픽셀을 추출함으로써 획득되는, 전자 장치의 지문 인증 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 지문 특징 정보는,
   상기 당해 프레임의 이미지를 구성하는 모든 픽셀들의 농담 변화값을 기초로 정규 분포를 획득하고, 상기 지문의 특징 정보로서 지정된 픽셀들 중 상기 정규 분포를 벗어나는 지점들을 제외시킴으로써 최종적으로 선정되는, 전자 장치의 지문 인증 방법.
7. 극소 센싱 영역에 문질러지는 제1 손가락의 접촉을 감지하여 기설정된 주기에 따라 프레임 단위로 스캐닝을 수행하고, 상기 제1 손가락에 대한 지문 특징 정보 등록 후, 문질러지는 것과 다른 방식으로 터치되는 제2 손가락에 대해 프레임 단위로 스캐닝을 수행하는 지문 센서;
   상기 제1 손가락에 대한 스캐닝 시, 당해 프레임의 이미지와 이전 프레임의 이미지의 유사도가 임계치보다 작은 경우, 상기 당해 프레임의 이미지로부터 지문의 특징 정보를 추출하여 상기 제1 손가락의 지문 정보로서 등록하는 지문 등록부; 및
   상기 제2 손가락의 스캐닝을 통해 획득된 이미지를 구성하는 픽셀들 중 농담 변화값이 임계치 이상인 픽셀로 추출되는 지문 특징 정보를 상기 등록된 제1 손가락의 지문 정보와 비교하여 지문 인증을 수행하는 지문 인증부를 포함하는, 전자 장치.
   

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