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KR100603975B1 - 단일 칩으로 구현된 지문 인식 장치 - Google Patents

단일 칩으로 구현된 지문 인식 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부피 및 제품단가를 줄여 휴대용으로 구현이 가능한 단일 칩 지문 인식 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 지문 인식 장치는 지문이 접촉되면 지문의 융선과 고랑이 구분하여 디지털 전기 신호로 출력하는 센서; 상기 센서의 출력신호로부터 지문 이미지의 특징부를 추출하여 지문별 특징을 인식한 후, 미리 등록되어 있는 지문이미지의 특징 데이타와 비교하여 일치여부를 판별하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서의 처리속도가 향상되도록 마이크로프로세서에 직접 연결되어 마이크로프로세서의 오퍼레이팅, 지문인식 알고리즘의 수행시 자주 요구되는 명령어를 저장하는 캐시메모리; 상기 마이크로프로세서에서 수행되는 오퍼레이팅 프로그램, 지문 인식 알고리즘 및 등록된 지문데이타를 저장하는 플래쉬 메모리; 상기 센서와 마이크로프로세서와 플래쉬메모리와 캐시메모리간을 연결하는 데이타통로인 버스; 및 상기 버스를 통한 데이타 교환을 제어하는 버스 인터페이스가 하나의 칩상에 집적화되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
지문, 지문센서, 마이크로프로세서, 버스, 온 칩(on chip)

Description

단일 칩으로 구현된 지문 인식 장치{Finger print sensing device of Single On Chip}
도 1은 일반적인 지문 인식 처리 과정을 나타낸 플로우챠트이다.
도 2는 종래의 지문 인식 장치의 구성을 보인 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 의한 단일 칩 지문 인식 장치의 구성을 보이는 블럭이다.
도 4는 본 발명에 의한 지문 인식 장치의 단일 칩 구현예를 보인 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 의한 지문 인식 장치의 동작 순서를 보인 플로우챠트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
300 : 지문 인식 장치
310 : 센서
320 : 마이크로프로세서(MCU)
330 : 캐쉬(cashe)메모리
340 : 플래쉬메모리
350 : 버스
360 : 버스인터페이스
본 발명은 지문 인식 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지문형태를 인식하는 센서와 센서의 감지 신호로부터 지문의 특징을 추출하여 인식 처리를 수행하는 디지탈 회로가 단일 칩(SoC : Single on Chip) 상에 구현됨으로서, 부피 및 제품단가를 줄여 휴대용으로 구현이 가능한 단일 칩 지문 인식 장치에 관한 것이다.
지문이란 손가락 끝마디의 바닥면에 있는 융선(隆線)이 만드는 무늬로서, 지두(指頭)를 물체상에 눌러 찍음으로써 물체 표면에 남는 이 무늬에 의한 영상을 말하기도 한다. 상기 융선은 땀샘의 출구(땀구멍) 부분이 주위보다 융기하고, 또한 이것이 서로 연결되어 밭고랑 모양으로 되어 있는 부분으로서, 지문의 무늬를 결정하게 된다.
이러한 지문의 무늬는 평생 불변이며 또한 만인이 다르다는 사실이 알려진 이후, 개인 식별 수단으로서의 활용을 위한 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 지문은 강력한 개인 인증 수단으로서, 급여, 인사, 금융, 범죄수사 및 보안 등의 분야에서 널리 사용되고 있다.
상기에서, 지문을 이용한 개인 인증 절차는 크게 여러 가지 지문을 형태별로 구분하는 분류(classification)단계와 본인 임을 확인하는 매칭(matching) 단계로 이루어지며, 등록된 다수의 지문 중에서 입력된 지문을 구별해내는 1 대 다수의 식별 분야와, 등록된 지문과 입력된 지문을 1 대 1로 대조하는 판별분야로 구분할 수 있다.
지문에는 정확한 방향성을 띤 융선(ridge)으로 이루어진 정상영역과 그 이외의 다수의 특징영역이 존재한다. 상기 특징영역에서 융선이 진행하다가 끊어지는 점을 단점(ending point), 융선이 갈라지는 점을 분기점(bifurcation)이라 지칭하며, 상기 단점과 분기점을 통칭하여 지문의 특징점(minutiae)이라고 한다. 일반적으로, 한 손가락에는 100 ~ 150개 정도의 특징점이 분포하며, 사람마다 그 종류와 위치 및 방향이 다르다. 따라서, 이러한 특징점의 위치와 방향은 각 지문의 판별수단으로 사용될 수 있고, 일반적으로 50-60% 이상 특징점이 일치하면 동일한 지문으로 판단하나, 실제에 있어서는 이보다 낮은 경우에도 중요한 특징점이 일치하면 동일한 지문으로 처리하는 것이 가능하다.
지문 인식 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 센싱소자를 이용하여 지문의 이미지를 검출하고(101), 상기 검출된 지문이미지를 영상처리기법에 따라 영상처리한 후(102), 상술한 지문의 이미지를 구별할 수 있는 특징점을 추출하고(103), 추출된 특징점을 저장하고, 저장되었던 다른 지문 이미지를 비교하 여 매칭되는 것을 찾아(104), 그 결과를 통보하는 과정(105)을 수행하는 장치를 말한다.
도 2는 상술한 기능을 수행하는 종래의 지문 인식 장치를 보인 것으로서, 도시된 바와 같이 종래의 지문 인식 장치는, 지문의 융선(ridge)과 고랑(valley) 사이의 높이 차에 따른 캐패시턴스의 차이를 전압으로 변환하여 지문이미지를 검출하고 이를 전기신호로 출력하는 아날로그처리회로(210)과, 상기 아날로그처리회로(210)로부터 출력된 신호에서 지문 이미지의 특징을 추출한 후, 추출된 특징을 기 저장된 지문데이타들과 비교하여 검출된 지문의 사용자를 판별하거나 인식하는 디지털처리회로(220)로 이루어진다.
상기에서, 아날로그처리회로(210)는 지문의 융선(ridge)과 고랑(valley) 사이의 간격 차에 따른 캐패시턴스의 차이를 전압으로 변환하는 센서플레이트와, 상기 센서플레이트에 발생되는 기생캐패시턴스를 제거하고 감지전압만을 출력하는 기생캐패시턴스 제거회로와, 상기 기생캐패시턴스 제거회로를 통해 입력된 센싱전압을 기준전압(Vref)과 비교하여 '0' 또는 '1'의 이진신호로 출력하는 비교기로 이루어질 수 있다.
그리고, 디지탈처리회로(220)는 상기 아날로그처리회로(210)의 출력신호를 입력받는 디지털입력부와, 다수의 지문이미지 및 지문인식알고리즘이 저장되는 메 모리부와, 상기 메모리부에 저장된 알고리즘을 수행하여 검출된 본인 인증 또는 판별 처리를 수행하는 마이크로프로세서(MCU)로 이루어질 수 있다.
그런데, 종래의 지문 인식 장치는 상기 아날로그처리회로(210)와 디지털처리회로(222)가 서로 다른 칩 상에 구현되기 때문에, 장치의 크기가 커지고, 가격이 비쌌다. 또한, 상술한 큰 부피 및 고가로 인하여 다양한 분야에서의 활용이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 지문을 감지하는 센서측과 지문을 인식하는 디지탈 처리회로를 단일 칩상에 구현함으로서 제품의 부피 및 단가를 감소시켜 휴대용 뿐만아니라 다양한 분야에서 응용이 가능한 단일 칩으로 구현된 지문 인식 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 지문 인식 장치는 지문이 접촉되면 지문의 융선과 고랑이 구분하여 디지털 전기 신호로 출력하는 센서;
상기 센서로부로부터 출력되는 신호로부터 지문 이미지의 특징부를 추출하여 지문별 특징을 인식한 후, 지문인식알고리즘에 따라서 상기 추출된 특징을 미리 등록되어 있는 지문이미지의 특징 데이타와 비교하여 개인 식별/판별을 수행하는 마이크로프로세서;
상기 마이크로프로세서의 처리속도가 향상되도록 마이크로프로세서에 직접 연결되어 마이크로프로세서의 오퍼레이팅, 지문인식 알고리즘의 수행시 자주 요구되는 명령어를 저장하는 캐시메모리;
상기 마이크로프로세서에서 수행되는 오퍼레이팅 프로그램, 지문 인식 알고리즘 및 등록된 지문데이타를 저장하는 플래쉬 메모리;
상기 센서와 마이크로프로세서와 플래쉬메모리와 캐시메모리간을 연결하는 데이타통로인 버스; 및
상기 버스를 통한 데이타 교환을 제어하는 버스 인터페이스를 구비하고,
소정 칩의 표면에 상기 m×m 센서어레이를 형성하고, 그 하부의 내층에 마이크로프로세서, 캐시메모리, 플래쉬메모리, 버스 및 버스인터페이스를 다층으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 지문 인식 장치의 구성 및 작용을 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 지문 인식 장치의 블럭구성도로서, 단일 칩으로 구현된 본 발명의 지문 인식 장치(300)에는 사용자 손가락의 바닥면과 접촉되어 지문의 융선과 고랑간의 캐패시턴스차를 검출하는 센서들(310)과, 플래쉬메모리(340)에 저장된 알고리즘을 수행하여, 상기 센서(310)로부터 출력되는 전기 신호를 입력받아 영상처리하여 지문 이미지의 특징부를 추출하고 상기 추출된 특징부를 플래쉬메모리(340)에 등록된 기준 지문 이미지와 비교하여 일치여부를 판단하는 마이크로프로세서(320)와, 상기 마이크로프로세서(320)에 직접 연결되며 자주 이용되는 명령어를 저장하는 캐시메모리(330)와, 오퍼레이팅 프로그램, 지문인식 알고리즘 및 지문데이타가 저장되는 플래쉬 메모리(340)와, 상기 센서(310)와 마이크로프로세서(320)와 플래쉬메모리(340)를 상호 연결하며 각 수단간의 데이타 통로를 제공하는 버스(350)와, 상기 버스(350)를 통한 센서(310), 마이크로프로세서(320), 플래쉬메모리(340)간의 데이타교환을 제어하는 버스 인터페이스(360)로 이루어진다.
상기 서술된 구성요소들, 센서들(310)과, 마이크로프로세서(320)와 캐시메모리(330)와 플래쉬메모리(340)와 버스(350)와 버스인터페이스(360)는 단일 칩 상에서 직접화된다.
즉, 종래에는 앞서 도 2에 보인 바와 같이 센싱기능을 수행하는 아날로그처리회로(210)와 지문인식기능을 수행하는 디지탈 처리회로(220)를 각각 서로 다른 칩 상에 구현하였기 때문에, 지문인식 장치를 구현하는데 있어서, 최소 2개 이상의 칩이 장착되었다. 따라서 각각의 칩이 차지하는 공간 및, 칩 간의 컨넥팅 공간 및 칩간의 커플링영역이 더 요구되기 때문에, 전체 사이즈가 칩 사이즈보다 더 커지게 된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 지문감지기능을 수행하는 센서들(310)과 지문인식기능을 수행하는 마이크로프로세서(320) 및 메모리(330,340)를 단일 칩상에 구현하고, 데이타 전달을 버스(350) 및 버스인터페이스(360)로 구현한 경우, 하나의 칩만으로 지문 인식 장치가 구현되며, 더불어 종래의 칩간 커플링 및 컨넥팅이 필요없어져 커플링 공간 및 컨넥팅 공간을 절약할 수 있어, 종래와 대비하여 큰 사이즈 감소 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 이러한 본 발명의 지문 인식 장치에 대한 구현 예를 보인 것으로서, 도시된 바와 같이, 단일 칩 지문인식장치는 센서어레이(410)와 MCU(420)와 캐시메모리(430)와 플래쉬메모리(440)와 버스인터페이스(450)가 집적화된 제1칩(400)으로 구현된다.
상기에서, 플래쉬메모리(440)는 반도체 칩위에 구현되는 온칩(on chip) 플래쉬메모리로서, 상기 MCU(420)에서 수행되는 지문 인식 알고리즘을 구현하는 프로그램을 저장하고, 또한 사전에 등록된 지문이미지나 상기 감지된 지문이미지를 저장한다. 또한, 캐시메모리(430)는 상기 플래쉬메모리(440)보다 작은 용량과 빠른 엑세스 속도를 갖는 메모리로서, MCU(420)와 동일 칩, 즉, 제1칩(400)상에 구현되며, 이용 빈도가 높은 명령어나 데이터를 저장하여, MCU(420)에서의 처리 속도를 향상시킨다.
그리고, 센서어레이(410)는 접촉된 피부, 즉 접촉된 손가락부위의 피부와의 사이에 발생되는 정전용량을 디지털 전기신호로 출력하는 센서플레이트를 m×n 행렬로 배열되어 이루어진 것으로서, 제1칩(400)상에 집적화되며, 다른 회로들, 즉 MCU(420)나 플래쉬메모리(440)와는 버스로 연결된다.
상술한 센서어레이(410)와 MCU(420)와 캐시메모리(430)와 플래쉬메모리(440)와 버스인터페이스(450)는 동일 평면상에 형성되는 것이 아니라 다층으로 구현될 수 도 있다. 즉, 칩의 표면상에는 센서어레이(410)의 센서 플레이트가 구현되고, 나머지 MCU(420), 캐시메모리(430), 플래쉬메모리(440) 및 버스인터페이스(450) 등은 센서어레이(410)의 하층에 적층형성될 수 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명에 의한 지문 인식 장치에서의 동작을 도 5의 플로우챠트를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.
본 발명에 의한 지문인식장치, 즉, 도 4에 보인 것과 같인 제1칩(400)에 전원을 인가하면, 센서어레이(410)에 기준 전압이 인가되어, 지문 감지 가능상태가 된다(501).
상기 상태에서, 상기 칩의 표면에 나타나는 센서 플레이트에 지문이 접촉되면(502), 상기 MCU(420)는 상기 센서어레이(410)로부터 출력된 신호를 디지탈 신호 처리하여 지문 이미지를 읽어들이고, 이를 플래쉬메모리(340)로 전달하여 저장시킨다(503).
그 다음, 상기 MCU(420)는 플래쉬메모리(340)에 저장된 지문 인식 알고리즘의 구동을 시작한다(504).
상기 지문 인식 알고리즘의 구동에 의하여, MCU(420)는 플래쉬메모리(340)에 저장된 지문 이미지에서 특징 점을 추출하여 내부 레지스터에 일시 저장하고(505), 이를 플래쉬메모리(340)에 미리 등록되어 있던 기준 지문 이미지의 특징점과 비교하여 일치여부를 판단한다(506).
상기 판단결과에 따라서, 현재 지문을 접촉한 사용자의 인증 여부를 출력한다(508).
이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 의한 지문 인식 장치는 마이크로프로세서를 포함한 디지털 처리 수단과, 센서를 포함한 아날로그처리수단이 단일 칩으로 구현됨으로서, 제품의 부피가 감소되고, 제품의 단가를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
더하여, 상기와 같은 부피의 감소 및 단가 절감을 통하여 지문 인식 장치의 휴대화를 가능하게 하고, 다양한 분야에서 응용할 수 있도록 하는 우수한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 지문이 접촉되면 지문의 융선과 고랑이 구분하여 디지털 전기 신호로 출력하는 센서어레이;
    상기 센서어레이로부터 출력 신호가 발생되면, 상기 출력신호를 읽어들여 플래쉬메모리에 저장시킨 후 지문 인식 알고리즘에 따라서, 상기 저장된 지문이미지의 특징점을 추출하여 등록된 기준 지문 이미지와 비교하여 일치여부를 판단하는 마이크로프로세서;
    상기 마이크로프로세서의 처리속도가 향상되도록 마이크로프로세서에 직접 연결되어 마이크로프로세서의 오퍼레이팅, 지문인식 알고리즘의 수행시 자주 요구되는 명령어를 저장하는 캐시메모리;
    상기 마이크로프로세서에서 수행되는 오퍼레이팅 프로그램, 지문 인식 알고리즘 및 지문데이타를 저장하는 온칩 플래쉬 메모리;
    상기 센서와 마이크로프로세서와 플래쉬메모리와 캐시메모리간을 연결하는 데이타통로인 버스; 및
    상기 버스를 통한 데이타 교환을 제어하는 버스 인터페이스를 구비하고,
    상기 센서어레이와, 마이크로프로세서와, 캐시메모리와, 플래쉬메모리와, 버스와, 버스인터페이스는 단일 칩으로 집적화되는 것을 특징으로 하는 단일 칩으로 구현된 지문 인식 장치.
  2. 제1항에 있어서, 소정 칩의 표면에 상기 센서어레이를 형성하고, 그 하부의 내층에 마이크로프로세서, 캐시메모리, 플래쉬메모리, 버스 및 버스인터페이스를 다층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 단일 칩으로 구현된 지문 인식 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
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