KR100900901B1 - 피하 혈류 측정에 근거하는 개인 인증 방법 및 개인 인증장치 - Google Patents

Abstract

지문의 요철에 의해 피하 혈류 분포가 공간적으로 변조된 성질을 이용해서 지문패턴을 추출하여, 이것을 이용한 정확도 높은 개인 인증 방법과 장치를 제공하려고 하는 것이다. 즉, 피하 혈류를 측정하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 방법이며, (1) 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하고, 광학계를 사용하여 피하에 있는 혈관층에서 반사된 광(光)을 이미지 센서상에 레이저 스펙클로 결상하는 공정, (2) 레이저 스펙클 각 화소에서 수광량의 시간 변화의 속도를 나타내는 양, 예를 들면, 평균 시간 변화율 혹은 이미지 센서의 노광 시간에 따라 적분된 수광량 변동도의 역수를 구하고, 이 수치를 2차원 맵으로 해서 손가락 끝 마디의 혈류맵을 얻는 공정, (3) 혈류맵으로 나타난 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정하는 공정으로 이루어지는 개인 인증 방법과 각각의 공정을 실행하는 수단을 구비하는 개인 인증 장치이다.

피하 혈류, 지문패턴, 혈류맵, 개인 인증

Description

피하 혈류 측정에 근거하는 개인 인증 방법 및 개인 인증 장치{PERSONAL IDENTIFICATION METHOD BY SUBCUTANEOUS BLOODSTREAM MEASUREMENT AND PERSONAL IDENTIFICATION DEVICE}

본 발명은 피하 혈류를 측정하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 방법과 이것에 사용하는 장치에 관한 것이다. 특히, 손가락 끝 마디의 혈류맵(Map)에서 지문에 해당하는 패턴을 추출해서 본인 인증을 실시하는 방법과 장치에 관한 것이다.

지문에 의한 본인 인증은 옛날부터 눈으로 보는 방법을 대신해서 레이저 등을 사용해 패턴을 화상으로 컴퓨터에 입력하여 해석하는 여러 가지 방법이 오늘까지 개발되어 왔다. 지문을 검출하는 센서 부분도 다수의 수법이 제안되고 있다.

볼록한 부분과 오목한 부분의 산란각 차이와 전반사 조건을 조합하여 지문패턴을 직접 이미지 센서로 받아들이는 광학적 방법이나 접촉면의 전하(電荷) 분포 차이를 검출하는 반도체 센서를 사용하여 패턴을 추출하는 방법도 실용화되고 있다. 또한 손가락 끝이나 손바닥의 정맥 패턴을 근적외광을 사용하여 추출해서 개인을 인증하는 방법도 제안되어 제품화도 진행되고 있다. 그러나 어떠한 방법도 아직 완전하지 않으며, 위조와의 싸움이 계속되고 있다.

한편, 생체를 향해 레이저를 조사하면, 그 반사 산란광의 강도 분포는 혈구 등의 이동 산란 입자에 의해 동적인 레이저 스펙클(일정하지 않은 반점 모양)을 형성한다. 이 패턴을 결상면에서 이미지 센서로 검출하고, 각 화소에서 모양의 시간 변화를 정량화하여 맵 형태로 표시함으로써 생체 표면 근처의 모세혈관 혈류 분포를 화상화할 수 있는 것이 알려져 있다. 그리고 이러한 현상을 이용하여 피부 밑이나 안저(眼底)의 혈류맵을 측정하는 기술이나 장치는 본 발명자들에 의해 다소 제안되고 있다. 그렇지만 이러한 문헌들에서는 혈류맵을 지문패턴과 연결시켜 개인 인증에 사용한다고 하는 개념과 방법·수단에 대해서는 어떠한 개시나 시사도 없다.

<특허 문헌 1> 일본 특허 공개 평 5－73666호 공보

<특허 문헌 2> 일본 특허 공개 평 8－16752호 공보

<특허 문헌 3> 일본 특허 공개 2003－331268호 공보

<특허 문헌 4> 일본 특허 공보 평 5－28133호 공보

<특허 문헌 5> 일본 특허 공보 평 5－28134호 공보

<특허 문헌 6> 일본 특허 공개 평 4－242628호 공보

<특허 문헌 7> 일본 특허 공개 평 8－112262호 공보

<특허 문헌 8> 일본 특허 공개 2003－164431호 공보

<특허 문헌 9> 일본 특허 공개 2003－180641호 공보

발명의 개시

발명이 해결하려고 하는 과제

지문패턴은 정맥 패턴보다 형상이 복잡하기 때문에 정확도가 더욱 높은 개인 인증 방법을 구성할 수 있을 가능성이 있지만, 지문 형태를 취하는 등, 손가락 끝 마디와 같은 형상을 위조하면 위조를 당할 우려가 있다. 이 문제를 해결하기 위해서는 어떠한 생체 정보를 같이 쓰는 것이 효과적이다. 본 발명에서는 레이저 산란을 이용한 혈류 측정 기술에 의해 손가락 끝 마디부의 혈류 분포를 측정했을 때, 지문의 요철에 의해 피하 혈류 분포가 공간적으로 변조되는 성질을 이용하여 지문패턴을 추출하거나 혈류의 박동에 근거하는 정보도 동시에 추출하여, 이것들을 이용한 정확도 높은 개인 인증 방법과 장치를 제공하려고 하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 하나의 과제는 피하 혈류를 측정하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 방법이며, (1) 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하고, 광학계를 사용하여 피하에 있는 혈관층에서 반사된 광(光)을 이미지 센서상에 레이저 스펙클로 결상하는 공정, (2) 레이저 스펙클 각 화소에서 수광량의 시간 변화의 속도를 나타내는 양, 예를 들면, 평균 시간 변화율 혹은 이미지 센서의 노광 시간에 따라 적분된 수광량 변동도의 역수를 구하고, 그 수치를 2차원 맵으로 해서 손가락 끝 마디의 혈류맵을 얻는 공정, (3) 혈류맵으로 나타난 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정하는 공정으로 이루어지는 개인 인증 방법과 각각의 공정을 실행하는 장치를 구축함에 따라 달성된다.

본 발명의 또 하나의 과제는 피하 혈류를 측정하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 방법이며, (1) 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하고, 광학계를 사용하여 피하에 있는 혈관층에서 반사된 광을 이미지 센서상에 레이저 스펙클로 결상하는 공정, (2) 레이저 스펙클 각 화소에서 수광량의 시간 변화의 속도를 나타내는 양, 예를 들면, 평균 시간 변화율 혹은 이미지 센서의 노광 시간에 따라 적분된 수광량 변동도의 역수를 구하고, 그 수치를 2차원 맵으로 해서 손가락 끝 마디의 혈류맵을 얻는 공정, (3) 혈류맵으로 나타난 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정하는 공정 및 (4) 전체 혹은 일부 부위 내 평균 혈류의 경시변화(시간이 지남에 따라 변하는 것)를 구해서 미리 정해진 기준과 비교·판정하는 공정으로 이루어지는 개인 인증 방법과 각각의 공정을 실행하는 장치를 구축함에 따라 달성된다.

발명의 효과

본 발명의 지문 센싱 기술은 생체 고유의 혈류 정보를 사용해 지문패턴을 그린다. 그리고 이 패턴은 심장박동에 일치시켜 시간적으로 변동하는 것을 사용하는 것이다. 이와 같이 2차원 패턴과 시간축을 조합한 모델은 위조가 매우 어렵다. 또한 지문패턴을 얻은 뒤에는 종래 지문패턴의 비교 방법·기술을 그대로 사용할 수 있다는 이점이 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

생체 정보 중에서도 혈류로부터 얻을 수 있는 정보는 본인이 살아있는 상태에서 센서를 조작해야만 인증할 수 있는 특징이 있다. 본 발명은 레이저 산란을 이용한 혈류 측정 기술로 지문의 요철에 의해 공간적으로 변조된 피하 혈류를 측정하는 것이지만, 피하 혈류를 측정하기 위해서 먼저, 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하고, 광학계를 사용해 피하에 있는 혈관층에서 반사된 광을 이미지 센서상에 레이저 스펙클로 결상한다. 그리고 레이저 스펙클은 이미지 센서를 사용해 연속적으로 주사(走査)하여, 각 화소에서 수광량의 시간 변화의 속도를 나타내는 양, 예를 들면, 평균 시간 변화율, 혹은 이미지 센서의 노광 시간에 따라 적분된 수광량 변동도의 역수를 산출해서, 얻어진 수치를 2차원 맵으로 해서 손가락 끝 마디의 혈류맵을 얻는다. 다음으로, 혈류맵으로 나타난 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정한다. 본 발명의 다른 형태에서는 이상의 공정에 부가해서 전체 혹은 일부 부위 내의 평균 혈류의 경시변화를 구해서 미리 정해진 기준과 비교·판정하는 공정도 더해진다. 본 발명에서는 필요에 따라서 얻어진 혈류맵 혹은 지문패턴을 표시하는 공정, 혹은 표시하는 수단을 넣어도 좋다.

본 발명을 보다 구체적으로 설명하면, 예를 들면, 반도체 레이저 등 소형의 레이저광원에서 나온 광을 광학계를 통해 넓혀서 손가락 끝 마디의 넓은 면적에 조사한다. 이 조사 스포트를 렌즈를 통해 CCD 카메라 등의 수광면에 결상한다. CCD 카메라에서 얻어진 영상 신호를 A/D 변환해서 퍼스널컴퓨터나 마이크로컴퓨터에 넣어, 각 화소에서 수광량의 시간 변화의 속도를 나타내는 양, 예를 들면, 평균 시간 변화율, 혹은 이미지 센서의 노광 시간에 따라 적분된 수광량 변동도의 역수를 산출하며, 필요한 경우에는 맵 상태로 표시해서 혈류맵 데이터로 한다. 이렇게 해서 표현된 손가락 끝 마디의 피하에 있는 모세혈관 혈류맵에는 후술할 작용·원리에 의해 지문패턴이 뜨기 때문에 이 데이터를 미리 등록되어 있는 데이터와 비교해서 개인 인증을 실시한다. 본 발명에서 혈류맵으로 나타난 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정하는 방법·수단으로 하는 것은 특별한 것일 필요는 없으며, 종래 알려져 있는 방법·수단을 사용할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 혈류맵은 원래 생체에서 얻을 수 있는 정보이기 때문에 본 발명의 청구항 1의 방법만으로도 단지 지문패턴만으로 개인 인증을 실시하는 종래의 방법과 수단보다 위조가 어렵다. 그러나 본 발명의 청구항 2의 발명은 더더욱, (4)는 전체 혹은 일부 부위 내 평균 혈류의 경시변화를 구해서 미리 정해진 기준과 비교·판정하는 공정을 더하고 있으므로 더욱 위조가 어렵다는 특징을 갖는다. 또한 일부 부위 내의 평균 혈류의 경시변화로써 예를 들면, 파형을 채택했을 경우에는 미리 생체에 특징적인 파형의 기준을 정해 두어서 이것과 비교·판정하여 피험자의 생사를 판정할 수 있다. 이 기준으로는 예를 들면, 물결 형태, 진폭, 주기 등을 이용할 수 있다.

본 발명의 작용·현상은 다음과 같다. 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하고, 렌즈를 통해 피하에 있는 혈관층에서 반사한 광을 이미지 센서상에 결상하면, 이 상(像)의 면에는 피부 조직이나 혈구 등에서 산란된 광이 서로 간섭해, 일정하지 않은 반점 모양(레이저 스펙클)이 생긴다. 이 반점 모양은 산란 입자의 이동에 의해 시시각각 변화하며, 이 시간 변화는 입자의 속도, 즉 혈류 속도에 비례한다. 이 성질을 이용해 각 화소에서 수광량의 시간 변화의 속도를 나타내는 양, 예를 들면, 평균 시간 변화율 혹은 이미지 센서의 노광 시간에 따라 적분된 수광량 변동도의 역수를 구해서 얻어진 수치를 2차원 맵으로 표시하여 혈류맵을 얻을 수 있다. 이 수치는 레이저가 피부에 입사(入射)되고 나서 내부의 혈구에서 산란되어, 피부 표면에서 밖으로 나오기까지 다닌 광로(光路)내에 있는 산란 입자의 평균 속도에 비례한다. 따라서 각질층 등 혈류가 적은 부분을 오래 통과할수록 수광량의 변동은 적고, 그 시간 변화는 늦어진다. 즉, 레이저가 통과하는 각질층의 거리가 길어지기 때문에 시간에 대한 변화가 늦어지게 된다. 또한 혈구는 심장박동과 일치하여 속도가 변동하기 때문에 각 주사마다 읽어내는 수광량의 시간적 변화는 심장의 수축기에는 빠르고, 확장기에는 느려진다.

이상의 관계를 도면을 이용해 설명하겠다. 도 1은 손가락 끝 마디 피부의 단면도이고 1은 각질층, 2는 피하의 혈관 조직, 3은 각질층의 볼록한 부분, 4는 각질층의 오목한 부분이다. 조직의 지문은 각질층 표면의 올록한 부분과 올록한 부분, 혹은 오목한 부분과 오목한 부분이 촘촘하게 연결되어 있는 모양으로 보이지만, 이 요철의 볼록한 부분 3은 각질층이 두껍기 때문에 혈류의 시간 변화율은 낮게 표시되고, 반대로 오목한 부분은 바로 아래에 있는 빠른 혈류의 영향으로 혈류의 시간 변화율은 높게 표시된다. 이 성질을 이용해서 지문패턴을 얻을 수 있으며, 더욱이 혈류의 시간 변화율은 심장박동과 일치하여 주기적으로 변동한다.

본 발명에서는 레이저 산란광의 시간 변동 성분을 검출해서 혈류치를 해석하기 때문에 가령, 손가락 끝 마디에 닿는 창 부분이 다소 더러워도 산란광의 변동 성분에는 큰 영향이 없으며, 혈류맵을 꺼낼 수가 있다는 이점이 있다.

본 발명에 의하면, 상기와 같이 각 공정으로 이루어지는 개인 인증 방법을 실행하기 위한 장치가 제공된다. 본 발명의 장치는 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하는 조사 수단과 다수의 화소를 갖는 손가락 끝 마디에서 반사광을 수광하는 수광 수단과 이 수광 수단에서 얻어진 상기 각 화소의 출력을 기억하는 기억 수단과 이 기억 수단의 기억 내용에서 상기 각 화소에서 수광량의 시간 변화의 속도를 나타내는 양을 연산하는 연산 수단과 상기 각 화소에서 얻어진 연산 결과의 2차 분포를 지문패턴으로 기억하는 제2의 기억 수단과 이 제2의 기억 수단에 기억된 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 장치이다. 그리고 더욱이 이러한 장치에 더해서 전체 혹은 일부 부위 내 평균 혈류의 경시변화를 구해 미리 정해진 기준과 비교·판정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 장치이다.

조사 수단으로는 예를 들면, 반도체 레이저에서 출사(出射)한 광을 렌즈를 통해 넓혀서 한 번에 손가락 끝 마디의 넓은 영역을 조사한다. 수광 수단으로는 라인 센서나 에리어 센서(Area Sensor) 등의 이미지 센서가 사용된다. 센서에서의 전기 신호는 A/D 변환한 후, 마이크로컴퓨터나 퍼스널컴퓨터의 기억부에 기억된다. 몇 초간에 걸쳐 연속적으로 화상 신호를 기억부에 넣어, 마이크로컴퓨터나 퍼스널컴퓨터에 미리 설정된 프로그램에 의해서 연속하는 2장의 화상 차이를 구하여 수광량의 시간 변화의 속도를 연산한다. 또는 화상이 흐린 비율 즉, 이미지 센서의 노광 시간 내에 광량이 고속으로 변화하면, 신호가 적분되어 반대로 2 화면의 차이가 감소하는 성질을 이용해 수광량의 시간 변화의 속도를 연산한다. 연산 결과는 각 화소의 배치에 따라, 퍼스널컴퓨터의 화면상에 2차원의 칼라 맵으로 표시할 수도 있다. 연산한 값을 혹은 표시 수단에 표시된 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인의 지문패턴과 비교·판정하는 수단으로는 종래 공지의 각종 수단을 사용할 수 있다. 또한 손가락 끝 마디 내 일부 부위의 평균 혈류치를 몇 초간에 걸쳐 경시변화를 구한다. 예를 들면, 이 혈류변화의 물결 형태, 진폭, 주기 등을 비교·판정하는 기준으로서 이용할 수 있다.

도 1은 손가락 끝 마디의 피부 단면을 나타낸 설명도이다.

도 2는 혈류맵을 이용한 본 발명의 실시 방법을 나타낸 설명도이다.

부호의 설명

　1　　각질층

　2　　피하의 혈관층

　3　　각질층의 볼록한 부분

　4　　각질층의 오목한 부분

　5　　반도체 레이저

　6　　조사 광학계

　7　　손가락 끝 마디

　8　　레이저 스포트

　9　　결상 렌즈

　10　 이미지 센서

　11　 해석용 퍼스널컴퓨터

　12　 디스플레이

13　 지문에 해당하는 손가락 끝 마디의 혈류맵

도 2는 본 발명 장치의 일례이며, 5는 반도체 레이저, 6은 조사 광학계, 7은 손가락 끝 마디, 8은 레이저 스포트, 9는 결상 렌즈, 10은 이미지 센서, 11은 해석용 퍼스널컴퓨터, 12는 디스플레이, 13은 지문에 상당하는 혈류맵이다.

손가락 끝 마디로부터 산란된 레이저는 이미지 센서상에 일정하지 않은 간섭줄무늬 모양(레이저 스펙클)을 형성한다. 이 모양은 혈류에 의해 시시각각 변화해서 각질층의 얇은 부분일수록 빠르게 변화한다. 혈류 변화가 빠른 부분을 묶어 가면 지문의 오목한 부분을 연결하게 되어 지문의 패턴을 얻을 수 있다. 지문을 추출한 결과는 도 2의 13과 같은 디스플레이 12에서 관찰할 수 있다.

이와 같이 혈류맵에서 지문패턴을 추출해 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 공지의 방법·수단을 이용해 비교하고, 본인인지의 여부를 정밀하게 확인할 수 있다. 또한 관찰 시야 내의 혈류 시간 변화율은 심장박동과 일치하여 시간 변화하고, 그 진폭이나 파형도 디스플레이상에서 관찰할 수 있다. 이와 같이 혈류맵에서 지문패턴을 추출해서 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교하여 본인인지의 여부를 정밀하게 확인함과 동시에, 혈류의 시간 변화율의 물결 형태 등도 추출해서 미리 정해져 있는 기준과 비교해 생사를 판정할 수 있다는 특징이 있다.

본 발명에 의한 개인 인증 방법은 복잡한 지문패턴과 생체 정보를 조합하고 있기 때문에 위조가 어렵다. 이러한 이점을 살려서 고도의 보안 관리가 요구되는 시설의 입·퇴실 감시나, 출입국 관리 등에 이용할 수 있다.

Claims (4)

1. 피하 혈류를 측정하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 방법에 있어서,

   (1) 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하고, 광학계를 사용하여 피하에 있는 혈관층에서 반사한 광을 이미지 센서상에 레이저 스펙클로 결상하는 공정,

   (2) 레이저 스펙클의 각 화소에서 수광량의 시간 변화의 속도를 나타내는 양을 산출해서, 이 수치를 2차원 맵으로 손가락 끝 마디의 혈류맵을 얻는 공정,

   (3) 혈류맵으로 나타난 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정하는 공정,

   으로 이루어지는 개인 인증 방법.
2. 피하 혈류를 측정하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 방법에 있어서,

   (1) 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하여, 광학계를 사용하여 피하에 있는 혈관층에서 반사한 광을 이미지 센서상에 레이저 스펙클로 결상하는 공정,

   (2) 레이저 스펙클의 각 화소에서 수광량의 시간 변화 속도를 나타내는 양을 산출하고, 이 수치를 2차원 맵으로 해서 손가락 끝 마디의 혈류맵을 얻는 공정,

   (3) 혈류맵으로 나타난 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정하는 공정 및

   (4) 전체 혹은 일부 부위 내의 평균 혈류 경시변화를 구해서, 미리 정해진 기준과 비교·판정하는 공정,

   으로 이루어지는 개인 인증 방법.
3. 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하는 조사 수단과 다수의 화소를 갖는 손가락 끝 마디의 피하 혈관층에서 반사광을 수광하는 수광 수단과 이 수광 수단으로 얻어진 상기 각 화소의 출력을 기억하는 기억 수단과 이 기억 수단의 기억 내용에서 상기 각 화소에서 수광량의 시간 변화 속도를 나타내는 양을 연산하는 연산 수단과 상기 각 화소에서 얻어진 연산 결과의 2차원 분포를 지문패턴으로 기억하는 제2의 기억 수단과 이 제2의 기억 수단에 기억된 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 장치.
4. 레이저 광속을 넓혀서 손가락 끝 마디에 조사하는 조사 수단과 다수의 화소를 갖는 손가락 끝 마디의 피하 혈관층에서 반사광을 수광하는 수광 수단과 이 수광 수단에서 얻어진 상기 각 화소의 출력을 기억하는 기억 수단과 이 기억 수단의 기억 내용에서 상기 각 화소에서 수광량의 시간 변화의 속도를 나타내는 양을 연산하는 연산 수단과 상기 각 화소에서 얻어진 연산 결과의 2차원 분포를 지문패턴으로 기억하는 제2의 기억 수단과 이 제2의 기억 수단에 기억된 지문패턴을 미리 등록되어 있는 개인 데이터와 비교·판정하는 수단 및 전체 혹은 일부 부위 내의 평균 혈류의 경시변화를 산출하여 미리 정해진 기준과 비교·판정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 개인 인증 장치.

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