KR20200043388A - 생체 인증을 위한 레이저 스펙클 분석 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스펙클 시그너처의 분석으로 인해 향상된 보안성을 갖는 생체 인증 시스템 및 생체 인증을 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 생체 인증 시스템을 포함하는 모바일, 부동형의 또는 영구적으로 설치된 디바이스에 관한 것이다.

Description

생체 인증을 위한 레이저 스펙클 분석

본 발명은 스펙클 시그너처의 분석으로 인해 향상된 보안성을 갖는 생체 인증 시스템 및 생체 인증을 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 생체 인증 시스템을 포함하는 모바일 디바이스에 관한 것이다.

생체 인증은 그 기술이 이미 퍼스널 컴퓨터들(액세서리들) 및 모바일 전화들에 존재함에 따라 매우 광범위해지고 있다. 통상적인 생체 인증 방법은 얼굴의 피처들을 촬상하여 인증 목적들을 위해 그것으로부터 독특한 특성들을 유도하는 것이다. 사람의 얼굴과 (종이의 인쇄된 부분 또는 마스크와 같은) 그것의 표현 간을 구별하는 능력은 중요하다. WO 2008/11304는 전자기 방사선으로 조직을 조사하고 방출된 방사선을 분석함으로써 생물학적 조직들 내의 대사적 및/또는 화학적 중간 생성물들의 방사 분석 측정들을 하는 해결책을 설명하고 있다. 그러나, 이것은 디바이스와의 조직(예를 들어, 유리 판 상의 손가락 끝들)의 직접 접촉을 또한 요구하는 복잡한 생분석 방법이다.

그러므로, 생물학적 조직과 가짜 또는 위조 물체들 간의 신뢰성있는 구별을 하는 덜 복잡한 생체 인증 방법이 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 사용하기가 쉬우면서 향상된 보안성을 갖는 생체 인증 디바이스 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 독립 청구항들에 의해 정의된다. 종속 청구항들은 유리한 실시예들을 정의한다.

제1 양태에 따르면 개인의 부분 상의 생체를 인증하는 생체 식별 시스템이 제공된다.

생체 식별 시스템은 조명 빔을 발생시키기 위한 적어도 하나의 VCSEL 또는 VCSEL 어레이를 포함하는 적어도 하나의 광원 유닛; 적어도 하나의 대응하는 영상 응답을 발생시키도록 개인의 부분을 향해 조명 빔을 지향하도록 배열됨으로써, 조명 빔을 확장하기 위한 광학 요소를 포함하는 조명 경로; 적어도 하나의 대응하는 영상 응답을 수신하도록 배열된 영상 감지 유닛 - 영상 감지 유닛은 상기 영상 감지 유닛에 의해 발생된 영상 내의 스펙클 패턴을 캡처하여 컴퓨터 판독가능 영상 및/또는 스펙클 콘트라스트를 나타내는 데이터를 형성할 수 있음 - ; 및 선택적으로 개인의 부분을 생물학적 조직으로서 검증하기 위해 영상 감지 유닛에 의해 발생되는 컴퓨터 판독가능 영상 데이터 및/또는 스펙클 콘트라스트 데이터를 분석하는 컴퓨팅 디바이스를 포함한다.

본 발명자들은 레이저 촬상에서 보통 바람직하지 않은 효과인 스펙클 콘트라스트는 생물학적 조직과 마스크들, 인형들 또는 사진들과 같은 위조 물체들 간을 구별하기 위해 긍정적인 방식으로 사용될 수 있다는 것을 알아냈다.

보안성 측정으로서 스펙클 콘트라스트를 사용하기 위해 분석될 타깃이 레이저 빔으로 조명되어야 한다. 레이저 광은 그것의 상당한 코히어런스 길이로 인하여 생물학적 조직에서의 스펙클 콘트라스트의 상당한 감소로 인해 생물학적 조직 대 비생물학적 물체들에서 상이하게 거동하는 것으로 밝혀졌다.

인체의 조직에서, 레이저 광은 조직을 관통하여 다수의 산란 이벤트들에 이르게 하고 잠재적으로 영상 감지 유닛을 향해 피부에서 나간다. 이로써 피부를 관통하는 레이저 빔은 피부를 통하는 다수의 횡단된 경로 길이를 가질 것이다. 이 다수의 경로 길이는 광파들이 더 이상 간섭하지 않게 충분히 큰데, 왜냐하면 경로 길이들은 레이저 광의 코히어런스 길이보다 크기 때문이다. 결과적으로 스펙클 콘트라스트는 상당히 감소된다.

종이 또는 플라스틱들과 같은 위조 물체들에 대해 광의 반사는 종이/플라스틱들에서 또는 종이/플라스틱들 표면에서 매우 얕은 깊이에서 일어난다. 광 경로 길이들은 그러므로 매우 유사하다. 따라서 상당한 스펙클 콘트라스트가 관찰될 것이다.

스펙클 콘트라스트의 이 차이는 분석되는 타깃의 종류의 시그너처로서 사용될 수 있다. 높은 스펙클 콘트라스트의 검출은 비생물학적 물체의 표시이다. 이것은 그러면 식별의 실패를 가져다 주어야 한다.

사람의 피부의 확산 성질은 또한 조명이 균일하지 않을 때 영상 품질에 영향을 준다. 레이저 광은 일반적으로 광 빔을 확장하기 위한 광학 요소를 통해 통과된다. 확산기와 같은 이러한 광학 요소는 레이저 광의 회절을 일으킬 수 있다. 확산기로부터의 결과적인 광은 더 이상 균일하지 않지만 회절된 광 빔의 간섭의 결과로서 피크들과 밸리들을 갖는 회절 패턴을 나타낸다. 그것은 단지 조명기와 관련되기 때문에 이러한 회절 패턴을 "조명 스펙클"이라고 할 수 있다. 이것은 무질서하거나 거친 표면으로부터의 코히어런트 광을 촬상할 때 카메라 시스템에서 일어나는 간섭 효과인 "촬상 스펙클"과 대조적이다. "조명 스펙클"을 갖는 소스가 피부에 충돌할 때, 피부의 확산 성질은 조직에서 광을 확산시킬 것이다. 광이 카메라를 향해 표면에서 나갈 때 그것은 피부와의 상호작용으로 인해 훨씬 더 균질하게 나타날 것이다. 본 방법은 또한 사람의 피부를 촬상할 때 "조명 스펙클"의 이 뚜렷한 감소에 민감하다.

본 방법은 그것이 생체 촬상에서 매우 통상적인 적외선 레이저 광과 사용될 수 있다는 추가의 장점을 갖는다.

상이한 레이저들 및 광 감지 유닛들의 사용에 의해 본 발명의 방법 및 디바이스는 생체 조직들의 넓은 범위에 쉽게 적응될 수 있다.

모든 생물학적 조직이 스펙클 콘트라스트의 유익한 감소를 나타내기 때문에, 본 발명의 방법 및 디바이스는 손가락 끝들, 손바닥, 피부, 망막 또는 홍채와 같은 타깃이 되는 개인의 상이한 부분들로 수행될 수 있다.

통상적인 레이저 광 및 통상적인 카메라 기술들의 사용에 의해서는 본 발명의 방법 및 디바이스에 의해 창출되는 것과 같은 보안 피처가 이와 같이 인식되지 않고 그러므로 타깃이 되는 개인들은 반작용들을 취할 필요를 느끼지 않는다.

본 발명의 방법은 확립되고 비용 효과적 컴포넌트들로 수행될 수 있기 때문에, 그것은 비용 효율적인 방식으로 쉽게 제조될 수 있다.

본 발명은 스펙클 현상에 기초한다. 레이저들의 작은 크기 및 좁은 스펙트럼 대역폭은 레이저 조명에서 일반적인 것과 같이, 조명된 물체를 볼 때 스펙클이 보여지게 할 수 있다. 스펙클은 레이저 에너지가 레이저 개구로부터 타깃까지 그리고 눈 또는 광자 수집 표면(즉, 각각, 망막 또는 카메라 초점 평면 어레이)으로 다시 가는 그것의 경로 상에서 만나는 광학 표면들과의 레이저 에너지의 상호작용에 의해 발생된다. 광자들 간의 광학적 간섭은 레이저 조명된 장면에서의 밝고 어두운 스폿들의 출현이 카메라 또는 눈에 의해 인지되게 한다.

일반적으로, 본 생체 발명은 실제 살아있는 타깃들과 도용되거나 가짜의 타깃 조직들 간의 스펙클 패턴 기반 구별들을 제공하는 디바이스들 및 방법들을 제공한다. 일부 실시예들에서, 디바이스들 및 방법들은 실제와 가짜 조직 간의 스펙클 패턴 기반 구별을 자동화된 그리고 상당한 보안성 및 도용 방지 방식으로 제공한다. 일부 실시예들에서, 본 발명은 단일의 전역 또는 국소화된 측정으로서, 또는 심지어 영상으로서 다수의 위치들에서, 실제 살아있는 조직의 안전하고 신뢰성있는 생체 식별을 하기 위해, 생물학적 조직에 의해서만 발생되고 조직 또는 표면들의 살아있지 않은 모델들에서 쉽게 발생되는 스펙클 콘트라스트 억제를 사용한다.

본 발명에 따르면 광원은 적어도 하나의 레이저를 포함하므로, 1개, 2개, 3개, 4개 또는 심지어 그 이상의 레이저들이 분석될 개인의 부분을 조명하기 위해 사용될 수 있다. 양호한 실시예에서 생체 식별 시스템은 레이저 빔을 발생시키기 위해 단지 하나의 레이저로 구성된다.

본 발명의 양호한 실시예에서 생체 인증 시스템의 적어도 하나의 레이저는 적어도 1㎜, 더 바람직하게는 적어도 1㎝ 및 가장 바람직하게는 적어도 10㎝의 코히어런스 길이를 갖는 레이저 빔을 발생시킬 수 있다.

본원에서 사용되는 것과 같은 적어도 하나의 레이저는 가시 광 스펙트럼 내에서, 자외선 광 스펙트럼 또는 적외선 광 스펙트럼, 또는 검출가능한 스펙클 패턴을 발생시키기에 적합한 기타 스펙트럼 내에서 동작할 수 있다.

양호한 실시예에서 적어도 하나의 레이저는 적외선 광 스펙트럼에서 동작한다.

대안적으로, 적어도 하나의 레이저는 특정한 주파수들 및/또는 패턴들(즉, 주파수 마커들)에서 광을 펄싱하도록 구성될 수 있다. 영상 캡처와 일치하게 레이저를 변조하면 레이저 광이 있이 그리고 레이저 광이 없이 영상을 순차적으로 취할 때 적외선 영상으로부터의 주변 광의 빼기가 가능해질 수 있다. 2개의 영상들을 빼면 레이저 광 조명된 물체의 영상만이 산출될 것이다.

본 발명에 따르면 적어도 하나의 레이저는 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL), 또는 다수의 VCSEL 방출기들로 구성된 VCSEL 어레이이다. 양호한 실시예에서 VCESL 어레이는 20 내지 200개의 VCSEL 방출기들로 구성된다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 적어도 하나의 레이저는 VCSEL이다. 임의의 유형의 레이저가 사용될 수 있지만, VCSEL들이 비교적 소형 크기이고, 용이한 패키지 고려들은 비용을 고려하여서도 제조하기가 비교적 저렴하다.

양호한 실시예에서 레이저에 의해 발생되는 레이저 광은 750 내지 1000㎚의 파장 범위에 있다. 이 범위는 통상적인 Si 기반 센서들이 사용될 수 있다는 장점을 갖는다.

본 발명의 보다 양호한 실시예에서, 적어도 하나의 레이저는 적외선 VCSEL 어레이이다.

본 발명의 추가의 실시예에서, VCSEL 어레이는 그것이 양호한 스펙클 콘트라스트를 제공하여 스펙클 패턴에 있어서 높은 콘트라스트를 제공하기 때문에 모놀리식 칩이다. 그러나, 그들이 측정가능한 스펙클 콘트라스트에 이를 수 있는 한 다른 VCSEL 칩 아키텍처들이 또한 사용될 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예에서 본 발명의 광원은 고주파수 변조로 동작되지 않는다. 고주파수 변조는 광의 스펙트럼 확장을 야기하여 스펙클 형성을 감소시킨다. 대안적으로, 고주파수 변조는 스펙클 형성이 각각 요구되거나 요구되지 않을 때마다 스위치 온 또는 오프될 수 있다.

본 발명에 따르면 생체 인증 디바이스는 적어도 하나의 대응하는 영상 응답을 발생시키도록 조명 빔을 개인의 부분을 향해 지향하도록 배열된 조명 경로를 포함한다. 한 개시내용에서 이 조명 경로는 광원 유닛에 의해 직접 확립된다. 본 발명에 따르면 디바이스는 레이저에 의해 방출된 것과 같은 레이저 광이 조명 경로를 발생시키도록 통과되어 수정되는 광학 모듈을 추가로 포함한다.

본 발명에 따르면 조명 경로는 바람직하게는 확산기인 조명 빔을 확장하기 위한 광학 요소를 포함한다. 이것은 레이저 광 빔의 각도가 더 넓고 그럼으로써 후속하는 카메라 검출을 위한 더 큰 시야가 발생된다는 장점을 갖는다.

한 실시예에서 확산기는 표면 확산기이고, 확산기 재료 자체는 투명하지만 확산기는 광의 회절에 이르게 하는 텍스처를 포함한다. 텍스처는 (마이크로 렌즈 어레이와 같은) 규칙적인 것일 수 있거나 그것은 (샌드블래스트된 유리 표면과 같은) 완전히 랜덤할 수 있고 또는 이들의 조합(예를 들어, 변화하는 크기 또는 형상의 마이크로 렌즈들을 갖는 마이크로 렌즈들의 규칙적 그리드)일 수 있다. 상이한 텍스처들의 결과로서, 폭넓은 범위의 회절 패턴들이 (예를 들어, 완벽하게 규칙적인 마이크로 렌즈 어레이에 의해 발생되는 것과 같은) 규칙적 회절 패턴으로부터 (샌드블래스트된 유리에 의해 발생되는 것과 같은) 완전히 불규칙/랜덤 회절 패턴까지 발생될 수 있다. 본 발명에서, 이 둘 다를 "조명 스펙클"이라고 한다.

추가의 실시예에서 확산기는 체적 확산기라서, 투명한 매체 내의 (바람직하게는 입자들인) 산란 개체들은 들어오는 광을 재지향할 것이다.

제3 실시예에서 확산기는 산란 입자들 및 거친 회절 텍스처가 매립된 투명한 매체와 같은, 표면과 체적 확산기의 조합일 수 있다.

본 발명에 따르면 확산기 매체 및/또는 확산기 텍스처일 수 있는 확산기의 확산 요소(들)는 그것이 고정된 회절 패턴을 발생시키는 한에 있어서는 고정되어야 한다. 고정된 회절 패턴은 일관성있는 스펙클 콘트라스트에 이르게 하여, 생물학적 대 비생물학적 표면들의 조명으로 인한 스펙클 콘트라스트의 심지어 작은 차이들이 강건하고 재생가능한 방식으로 구별될 수 있도록 한다.

따라서, 디바이스는 디바이스의 주요 요소들, 즉 광원, 확산기, 카메라 및 타깃 물체의 덜 동적인 또는 심지어 정적인 배열을 가능하게 하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 광원 앞의 물체의 연속적인 이동 또는 확산기의 이동은 필요한 평균화 알고리즘들로 인해 스펙클 콘트라스트 차이들의 구별을 감소 또는 심지어 방해하는 동적 스펙클에 이르게 할 것이다.

본 발명의 추가의 실시예에서, 생체 식별 시스템은 2가지 배열들을 제공할 수 있으므로, 사용자는 본 발명에 따른 스펙클 콘트라스트에 이르게 하는 고정 시스템과 스펙클 신호를 원치 않는 경우의 동적 스펙클(및 그러므로 그것에 대한 평균) 중에서 선택할 수 있다.

본 발명에 따르면, 생체 식별 시스템은 적어도 1%의 스펙클 콘트라스트의 차이로 인해 생물학적 조직과 비생물학적 물체 간을 구별할 수 있다.

본 발명에 따르면 시스템의 생체 식별 시스템은 본질적으로 생물학적 조직으로 구성된 개인의 각각의 부분을 인증하기 위해 사용될 수 있다. 생물학적 조직은 피부 또는 홍채와 같은 신체의 다른 부분들로 대표될 수 있다.

따라서, 본 발명의 생체 식별 시스템 및 방법에 의해 분석되는 개인의 부분은 예를 들어, 손가락 또는 손가락 끝, 손바닥, 망막 또는 얼굴일 수 있다.

양호한 실시예에서 분석되는 개인의 부분은 개인의 머리 또는 얼굴이다.

본 발명의 한 실시예에서 생체 식별은 스펙클 콘트라스트의 분석을 지원하도록 주변 광의 적어도 일부를 차단하기 위해 분석되는 개인과 영상 감지 유닛 사이의 광 경로에 배치된 필터를 추가로 포함한다.

또 하나의 실시예에서, 광원은 영상 캡처와 일치하여 변조되어, 레이저 광이 있이 그리고 레이저 광이 없이 영상을 순차적으로 취할 때 적외선 영상으로부터의 주변 광의 빼기가 가능해진다. 2개의 영상들을 빼면 레이저 광 조명된 물체의 영상만이 산출된다.

본 발명의 또 하나의 실시예에서 생체 식별 시스템은 스펙클 콘트라스트의 분석을 지원하도록 분석될 부분을 광원 유닛 및/또는 영상 감지 유닛에 관련한 미리 결정된 위치에 가져다 놓고 가시 광을 필터링 제거하는 위치 구조를 추가로 포함한다. 그럼으로써 위치를 결정하는 시스템은 개인의 안전한 인증을 향상시키는 정해진 방식으로 영상의 캡처를 가능하게 한다.

본 발명의 생체 식별 시스템 내에서 광원 유닛은 개인의 부분을 한 각도로부터만 조명하도록 하는 방식으로 배열되는 것이 바람직하다. 이 배열은 스펙클 패턴의 형성을 향상시키고 그럼으로써 생물학적 조직과 비생물학적 조직 간의 구별을 지원한다.

생체 식별 시스템의 광원 유닛은 좁은 스펙트럼 대역폭 및/또는 선형 편광 상태를 갖는 조명 빔을 발생시키는 것이 적절하다. 좁은 대역폭 및 또한 선형 편광 상태들은 스펙클 패턴의 형성을 향상시키고, 그럼으로써 최적한 스펙클 콘트라스트에 이르게 한다.

본 발명의 한 실시예에서 본 발명의 생체 식별 디바이스의 영상 감지 유닛은 CCD(전하 결합 디바이스) 카메라, IR 카메라, RGB 카메라, RGB+IR 카메라, 광검출기, CMOS 기술 및 다른 검출기 어레이들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

RGB 카메라를 사용할 때 영상 센서는 화소 어레이 상에 색 필터들의 베이어(Bayer) 배열을 보이는 것이 바람직하다. 베이어 필터 모자이크에서 필터 패턴은 50% 녹색, 25% 적색 및 25% 청색이다. 그러나, 색 코-사이트 샘플링(color co-site sampling), 포베온(Foveon) X3 센서, 다이크로익 미러 또는 투명한 회절 필터 어레이와 같은 대안적인 기술들이 또한 사용될 수 있다.

양호한 실시예에서 카메라는 적외선 광의 추가의 검출을 하는 RGB+IR 카메라이다. 전형적으로, 위에 설명된 것과 같은 베이어 모자이크 패턴은 이로써 녹색 필터들의 반이 IR 필터들로 변환되도록 수정되어 결과적인 필터 패턴은 25% 녹색, 25% 적색, 25% 청색 및 25% 적외선이다. 그러나, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 그가 특정한 검출 요건들에 따라 선택하는 RGB+IR 카메라를 구성하는 추가의 전략들을 안다.

디바이스 및 방법에서 사용된 것과 같은 카메라는 바람직하게는 1 내지 3㎜ 및 더 바람직하게는 1.5 내지 2.5㎜인 작은 개구를 갖는 것이 바람직하다. 개구들이 클수록 스펙클 패턴은 덜 나타나게 한다.

본 발명의 양호한 실시예에서 광원과 카메라는 10 내지 50㎜ 떨어지게 디바이스 상에서 분리된다. 이 오히려 짧은 거리는 소형 전화들 및 랩탑들과 같은 소형 디바이스들용의 사용을 가능하게 한다.

보다 양호한 실시예에서 광원과 카메라 사이의 거리는 40㎜ 미만, 바람직하게는 30㎜ 미만 및 더 바람직하게는 20㎜ 미만, 및 훨씬 더 바람직하게는 15㎜ 미만이다. 이러한 감소된 거리는 타깃, 예를 들어 사람의 얼굴이 어떤 방해 그림자들을 생성하기 않고 고르게 조명된다는 장점을 갖는다.

영상 감지 유닛은 분석을 위해 컴퓨팅 디바이스에 컴퓨터 판독가능 영상 및/또는 스펙클 콘트라스트를 나타내는 데이터를 전달할 수 있다. 본원에서 사용되는 것과 같이, 컴퓨팅 디바이스는 하나 이상의 프로세서, 하나 이상의 컴퓨팅 플랫폼, 필드 프로그램가능한 게이트 어레이, 주문형 집적 회로, 또는 기타 전자 계산 디바이스를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서 컴퓨팅 디바이스는 생체 인증 시스템과 함께 근거리에 배치될 수 있거나 적어도 스펙클 콘트라스트가 원격 서버에서 분석되는 것과 같이, 원격으로 배치될 수 있다. 어느 경우에나, 컴퓨팅 디바이스는 스펙클 콘트라스트에 기초하여, 사용자 식별과 연관된 하나 이상의 특성을 식별할 수 있다.

양호한 실시예에서 영상 감지 유닛은 개인을 식별하기 위해 스펙클 콘트라스트에 관련해서뿐만 아니라 개인 특성들에 관련해서 영상을 분석한다. 이것은 각각의 미리 저장된 데이터와 비교하여 얼굴 특성들, 지문 또는 정맥 영상들을 식별함으로써 달성될 수 있다.

제2 양태에서 본 발명은 본 발명의 생체 식별 시스템을 포함하는 모바일 디바이스를 제공한다.

본 발명의 양호한 실시예에서 상기 모바일 디바이스는 바람직하게는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, 랩탑, 웹캠, 스탠드얼론 웹캠, 감시 카메라, CCTV 카메라, 개인용 휴대 단말기 또는 디지털 카메라이다.

보다 양호한 실시예에서 모바일 디바이스는 모바일 전화 또는 랩탑이다.

제3 양태에서 본 발명은 본 발명의 생체 식별 시스템을 포함하는 부동형의 또는 영구적으로 설치된 디바이스를 제공한다.

본 발명의 양호한 실시예에서 상기 부동형의 또는 영구적으로 설치된 모바일 디바이스는 바람직하게는 데스크탑 PC, 웹캠, 감시 카메라, 또는 CCTV 카메라이다.

제4 양태에서 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는 생물학적 조직을 비생물학적 물체와 구별하는 방법을 제공한다:

적어도 하나의 레이저에 의해 발생되는 레이저 빔으로 타깃 영역을 조명하는 단계;

타깃 영역으로부터 재방출된 스펙클 콘트라스트를 검출하는 단계;

상기 스펙클 콘트라스트에 기초하여 각각 생물학적 조직 또는 비생물학적 물체의 존재를 결정하는 단계.

본 발명에 따르면 본 발명의 방법에서의 레이저 빔은 적어도 하나의 레이저에 의해 발생되므로, 1개, 2개, 3개, 4개 또는 심지어 그 이상의 레이저들이 타깃 영역을 조명하기 위해 사용될 수 있다. 양호한 실시예에서 방법은 레이저 빔을 발생시키기 위해 단지 하나의 레이저를 사용한다.

특히, 타깃 영역으로부터 재방출된 스펙클 콘트라스트는 촬상 스펙클, 조명 스펙클, 또는 이 둘의 조합일 수 있다.

상기 방법을 위한 양호한 실시예에서, 타깃 영역은 회절된 레이저 빔으로, 바람직하게는 표면 또는 체적 확산기의 사용에 의해 조명된다. 위에 설명된 것과 같이 방법은 또한 회절된 레이저 빔으로 사용될 수 있다. 본 발명의 생체 식별 시스템을 위한 위에 설명된 것과 같은 확산기에 관한 실시예들은 또한 생물학적 조직을 비생물학적 물체와 구별하는 청구된 방법에 적용한다.

제4 양태에서 본 발명은 스펙클 콘트라스트 분석을 통해 개인을 인증하는 컴퓨팅 시스템을 제공한다.

정의들

본 발명에 따르면 "생체 측정학"은 사람의 신체적 특성들에 기초하여 식별 또는 인식 기능을 제공하는 목적에서의 측정들로서 정의된다. 신체적 피처들은 얼굴 피처들, 망막 혈관 패턴, 지문들을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 이들 피처는 생물의 표시들이고 일반적으로 무생물의 또는 도용된 조직에서 존재하지 않는다. 생체 측정들은 예를 들어, 건물 출입 제한, 서류 보기 제한들, 미사일 발사 제한들, 사람 활동 추적, 및 심지어 공항에서의 가능한 테러리스트들의 방호와 같은 보안 목적들을 위해 사용된다.

본원에서 사용되는 것과 같은 용어 "도용"은 생체 인증 시스템으로 하여금 가짜 유인이 실제 조직이라고 믿게 혼란을 주는 허위(가짜) 또는 속이는 유인을 만들어서, 생체 식별 시스템의 보안성을 우회하고, 생체 식별이 제공하고자 하는 고유한 인식 및/또는 방호 기능을 붕괴시키는 행동을 설명한다. 용어들 "가짜 조직", "비생물적 물체", 및 "위조"는 도용된 조직들을 말함이고, 도용의 맥락에서 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면 용어 "스펙클"은 "촬상 스펙클" 및 "조명 스펙클"을 포함한다. 촬상 스펙클은 코히어런트 레이저 광으로 거친 표면을 조명한 결과로서 관찰된 것과 같은 고전적인 스펙클이다. 조명 스펙클은 비생물적 물체가 회절된 광 빔으로 조명될 때 관찰되는 스펙클형 패턴을 의미한다. 근본적인 메커니즘의 결정 없이 그것의 회절 패턴으로 회절된 광은 타깃에 의해 반사되어 카메라 센서의 비균일한 조명에 이르게 하여 스펙클형 패턴에 이르게 한다는 가설이 있다. 조명 스펙클로 인한 검출된 스펙클 콘트라스트는 조명된 물체의 성질에 의존한다.

특히, 2가지 형태들, "촬상 스펙클"과 "조명 스펙클"은 동시에 발생할 수 있지만 본 발명에 따르면 전체적인 스펙클 콘트라스트 감소가 생체 분석을 위해 충분하기 때문에 구별은 요구되지 않는다. 가설로서 조명 스펙클은 체적 산란기로서의 그들의 동작으로 인해 생물학적 표면들에 의해 감소된다고 추정된다. 광은 상기 조직들에서 이동하고 그것이 들어온 위치와 상이한 위치에서 조직에서 나갈 것이다. 조명 스펙클이 피부 상의 작은 피처 크기, 예를 들어, 1㎜ 피크-피크를 갖는다면, 피부는 그것이 체적 산란기와 같이 행동하기 때문에 충돌하는 광을 "흐리게" 할 것이다. 결과적으로 피부에서 나가는 광의 공간적 범위는 충돌하는 광으로부터의 공간적 범위보다 훨씬 더 균일할 것이다.

본 발명에서 사용되는 것과 같은 용어 "확산기"는 바람직하게는 레이저인 광 빔에 의해 발생되는 광을 회절하는 회절 요소를 의미한다. 이것은 특정한 회절 텍스처를 갖는 투명한 물체들을 나타내는 표면 확산기들을 포함한다. 이 텍스처는 규칙적, 랜덤 또는 이들의 조합일 수 있다. 용어 "확산기"는 소위 체적 확산기들을 추가로 포함함으로써, 투명한 매체 내의 산란 개체들(바람직하게는 입자들)은 들어오는 광을 지향할 것이다. 또한 확산기는 조합된 표면과 체적 확산기일 수 있다. 본 발명에 따르면 확산기 매체 또는 확산기 텍스처일 수 있는 확산 요소는 그것이 고정된 회절 패턴을 발생시키는 한에 있어서는 고정되어야 한다.

본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이후 설명되는 실시예들로부터 분명해지고 그들을 참조하여 자세히 설명된다.
본 발명이 이제 첨부 도면들을 참조하여 실시예들에 기초하여 예로서 설명될 것이다.
도면들에서:
도 1은 본 발명에 따른 생체 인증 시스템의 실시예의 주요 컴포넌트들의 원리 스케치를 단면도로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 생체 인증 방법에 따라 발생된 살아있는 사람(좌측)과 인형(우측)의 영상을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 생체 인증 시스템의 2개의 상이한 실시예들의 원리 스케치를 도시한다.
도면들에서, 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 물체들을 참조한다. 도면들 내의 물체들은 반드시 축척에 맞게 그려지지 않았다.

본 발명의 다양한 실시예들이 이제 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 포함되지 않는 생체 인증 시스템(10)의 주요 컴포넌트들의 원리 스케치를 단면도로 도시한다. 이로써 하우징(11)은 전기 접속들(15)을 통해 상이한 부하들에 접속된 전원 유닛(12)과 같은 시스템의 주요 컴포넌트들을 봉입한다. 광원 유닛(30) 내에 포함된 레이저(31)는 적어도 하나의 대응하는 영상 응답(22)을 발생시키도록 개인(21)의 부분(20)을 향해 투사되는 레이저 빔(32)을 발생시킨다. 영상 응답(22)은 영상 감지 유닛에 의해 생성된 영상 내의 스펙클 패턴을 캡처하여 컴퓨터 판독가능 영상 데이터 및/또는 스펙클 콘트라스트 데이터의 후속 분석을 위해 데이터 라인(55)을 통해 컴퓨팅 디바이스(70)에 전달되는 컴퓨터 판독가능 영상 및/또는 스펙클 콘트라스트를 나타내는 데이터(둘 다 여기에 도시되지 않음)를 형성하는 영상 감지 유닛(50)에 의해 검출된다. 이 배열은 전형적인 생체 인증 시스템에 대응한다.

본원에 도시하지 않은 다른 양태들에서 생체 인증 시스템(10)은 적어도 하나의 대응하는 영상 응답(22)을 발생시키도록 조명 빔을 개인(21)의 부분(20)을 향해 지향하도록 배열된 조명 경로(40)를 추가로 포함한다.

도 2는 본 발명에 따른 생체 인증 방법에 따라 발생된 살아있는 사람(좌측)과 인형(우측)의 영상을 도시한다. 정교한 데이터 분석 없이도 레이저 광은 좌측 상의 실제 사람의 매끄러운 화상을 발생시키는 반면 우측 상의 인형은 레이저 간섭으로 인해 전형적인 스펙클 패턴을 나타낸다.

도 3은 본 발명에 따른 생체 인증 시스템(10)의 2개의 상이한 실시예들의 선택된 컴포넌트들의 원리 스케치를 도시한다. 도 3의 A에 따르면, 인증 시스템은 타깃, 즉 개인(21)의 조명을 위해 코히어런트 레이저 빔(32)을 발생시키는 광원으로서 레이저(31)를 포함한다. 조명 경로(40)는 레이저(31)로부터 개인(21)까지의 광 경로에 의해 나타내진다. 도 3의 B는 레이저(31)에 의해 발생되는 코히어런트 레이저 빔이 확장되고 회절된 레이저 빔(33)을 발생시키기 위해 조명 경로 내에 삽입된 확산기(60)에 의해 확장되므로, 광 빔이 확장되고 피크들과 밸리들을 갖는 회절 패턴을 소유하는 시스템을 도시한다. 조명 경로(40)는 레이저(31)로부터 확산기(60)를 통해 개인(21)까지의 광 경로에 의해 나타내진다. 광 빔의 광은 영상 분석을 위한 카메라(도시되지 않음)에 도달하기 위해 개인(21)에 의해 반사된다.

본 발명이 도면들 및 전술한 설명에서 예시되고 상세히 설명되었지만, 이러한 예시 및 설명은 설명적이거나 예시적인 것이지 제한적인 것으로 고려되지 않는다.

본 개시내용을 읽고 난 다음에, 다른 수정들이 본 기술 분야의 통상의 기술자들에게 분명할 것이다. 이러한 수정들은 본 기술 분야에 이미 공지되어 있고 여기에 이미 설명된 피처들 대신에 또는 부가하여 사용될 수 있는 다른 피처들을 포함할 수 있다.

개시된 실시예들에 대한 변화들이 도면들, 개시내용 및 첨부된 청구범위를 연구한다면, 본 기술 분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되고 실행될 수 있다. 청구범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 단수 표현은 복수의 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다. 소정의 수단들이 상호 상이한 종속 청구항들에 나열된다는 사실만으로 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 없다는 것을 나타내지는 않는다.

청구범위 내의 임의의 참조 부호들은 그 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

10 생체 인증 디바이스
11 하우징
12 전원 유닛
15 전자 접속들
20 (개인의) 부분
21 개인
22 영상 응답
30 광원 유닛
31 레이저
32 레이저 빔
33 회절된 레이저 빔
40 조명 경로
50 영상 감지 유닛
55 데이터 라인
60 확산기
70 컴퓨팅 디바이스

Claims (15)

1. 개인(21)의 부분(20) 상의 생체를 인증하는 생체 식별 시스템(10)으로서,
   조명 빔(32)을 발생시키기 위한 적어도 하나의 레이저(31)를 포함하는 적어도 하나의 광원 유닛(30);
   적어도 하나의 대응하는 영상 응답(22)을 발생시키도록 상기 개인(21)의 상기 부분(20)을 향해 상기 조명 빔을 지향하도록 배열됨으로써, 상기 조명 빔을 확장하기 위한 광학 요소를 포함하는 조명 경로(40);
   상기 적어도 하나의 대응하는 영상 응답(22)을 수신하도록 배열된 영상 감지 유닛(50) - 상기 영상 감지 유닛(50)은 상기 발생된 영상 내의 스펙클 패턴을 캡처하여 컴퓨터 판독가능 영상 및/또는 스펙클 콘트라스트를 나타내는 데이터를 형성할 수 있음 - ;
   선택적으로 상기 개인의 상기 부분을 생물학적 조직으로서 검증하기 위해 상기 영상 감지 유닛에 의해 발생되는 상기 컴퓨터 판독가능 영상 데이터 및/또는 상기 스펙클 콘트라스트 데이터를 분석하는 컴퓨팅 디바이스(70)
   를 포함하고;
   상기 적어도 하나의 레이저는 수직 표면 방출 레이저(VCSEL) 또는 VCSEL 어레이인 생체 식별 시스템(10).
2. 제1항에 있어서, 상기 조명 빔을 확장하기 위한 상기 광학 요소는
   (a) 규칙적 텍스처, 랜덤 텍스처 또는 이들의 조합을 갖는 표면 확산기, 및/또는
   (b) 체적 확산기이고,
   상기 확산기 매체는 고정된 회절 패턴을 생성하도록 고정되는 생체 식별 시스템(10).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 레이저는 적어도 1㎜, 바람직하게는 적어도 1㎝ 및 더 바람직하게는 적어도 10㎝의 코히어런스 길이를 갖는 레이저 빔을 발생시킬 수 있는 생체 식별 시스템(10).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 레이저는 가시 광 스펙트럼 내에서, 자외선 광 스펙트럼 또는 적외선 광 스펙트럼 내에서, 및 바람직하게는 상기 적외선 광 스펙트럼에서 동작하는 생체 식별 시스템(10).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 레이저는 20 내지 200개의 VCSEL 방출기들로 구성되는 VCSEL 어레이인 생체 식별 시스템(10).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개인의 상기 부분은 손가락 또는 손가락 끝, 손바닥, 홍채, 망막, 또는 얼굴인 생체 식별 시스템(10).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스펙클 콘트라스트의 분석을 지원하도록, 분석되는 상기 개인과 상기 영상 감지 유닛 사이의 광 경로에 배치되고 주변 광을 필터링 제거하는 필터를 추가로 포함하는 생체 식별 시스템(10).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스펙클 콘트라스트의 분석을 지원하도록, 분석될 상기 부분을 상기 광원 유닛 및/또는 상기 영상 감지 유닛에 관련한 미리 결정된 위치에 가져다 놓고 가시 광을 필터링 제거하는 위치 구조를 추가로 포함하는 생체 식별 시스템(10).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원 유닛은 상기 개인의 상기 부분을 한 각도로부터만 조명하도록 배열되는 생체 식별 시스템(10).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원 유닛은 좁은 스펙트럼 대역폭 및/또는 선형 편광 상태를 갖는 조명 빔을 발생시키는 생체 식별 시스템(10).
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영상 감지 유닛은 CCD(전하 결합 디바이스) 카메라, IR 카메라, RGB 카메라, RGB+IR 카메라, 광검출기, CMOS 기술 및 다른 검출기 어레이들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 생체 식별 시스템(10).
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 생체 식별 시스템을 포함하는 모바일 디바이스로서, 바람직하게는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, 랩탑, 웹캠, 스탠드얼론 웹캠, 감시 카메라, CCTV 카메라, 개인용 휴대 단말기 또는 디지털 카메라인 모바일 디바이스.
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 생체 식별 시스템을 포함하는 부동형의 또는 영구적으로 설치된 디바이스로서, 바람직하게는 데스크탑 PC, 웹캠, 스탠드얼론 웹캠, 감시 카메라 또는 CCTV 카메라 또는 디지털 카메라인 부동형의 또는 영구적으로 설치된 디바이스.
14. 생물학적 조직을 비생물학적 물체와 구별하는 방법으로서,
    VCSEL 또는 VCSEL 어레이인 적어도 하나의 레이저에 의해 발생되는 레이저 빔으로 타깃 영역을 조명하는 단계;
    상기 타깃 영역으로부터 재방출된 스펙클 콘트라스트를 검출하는 단계;
    상기 스펙클 콘트라스트에 기초하여 각각 상기 생물학적 조직 또는 상기 비생물학적 물체의 존재를 결정하는 단계
    를 포함하고;
    상기 타깃 영역은 회절된 레이저 빔으로 조명되는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 회절된 레이저 빔은 표면 또는 체적 확산기의 사용에 의해 회절되는 방법.

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