본 연구는 기존의 생체인식 시스템 중 가장 활발하게 활용되고 있는 지문인식 시스템이 가지고 있는 환경적인 요소나 물리적 요소에 의한 인식률 저하를 보완할 수 있는 시스템을 새롭게 제안한다. 지문인식은 사용의 편리함과 저가의 초기 투자비용, 그리고 소형화의 가능으로 생체인식 중에서 실생활에 사용되기 가장 적합한 기법으로 여겨져 다양한 응용 분야에 널리 사용되고 있다. 그러나, 지문인식 시스템은 다른 생체인식 시스템에 비해 환경적인 요인, 물리적 피부 손상, 가변적 센서 접촉등 인식률 저하 요인이 많은 단점을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 지문인식 시스템을 기반으로 하여 간단하고 저렴한 추가 장비로 손가락에서 추가적인 생체정보와 3차원의 손가락 형태 정보를 획득하여 인식률 향상시키고 다양한 분야에서 활용이 가능한 보다 효율적인 시스템을 제안한다.
본 연구는 기존의 생체인식 시스템 중 가장 활발하게 활용되고 있는 지문인식 시스템이 가지고 있는 환경적인 요소나 물리적 요소에 의한 인식률 저하를 보완할 수 있는 시스템을 새롭게 제안한다. 지문인식은 사용의 편리함과 저가의 초기 투자비용, 그리고 소형화의 가능으로 생체인식 중에서 실생활에 사용되기 가장 적합한 기법으로 여겨져 다양한 응용 분야에 널리 사용되고 있다. 그러나, 지문인식 시스템은 다른 생체인식 시스템에 비해 환경적인 요인, 물리적 피부 손상, 가변적 센서 접촉등 인식률 저하 요인이 많은 단점을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 지문인식 시스템을 기반으로 하여 간단하고 저렴한 추가 장비로 손가락에서 추가적인 생체정보와 3차원의 손가락 형태 정보를 획득하여 인식률 향상시키고 다양한 분야에서 활용이 가능한 보다 효율적인 시스템을 제안한다.
This study presents a new system that can make up for the decrease in identification rate due to the environmental or physical factors of a fingerprint identification system, which is most actively used among existing biometric systems. Considered most usable in life among many types of biometrics d...
This study presents a new system that can make up for the decrease in identification rate due to the environmental or physical factors of a fingerprint identification system, which is most actively used among existing biometric systems. Considered most usable in life among many types of biometrics due to the convenience of use, smaller initial investment, and the smaller size, fingerprint identification is widely used in diverse applications. However, a fingerprint identification system has several defects, including environmental factors, physical skin damage, and variable sensor contact, lowering the identification rate in comparison to other biometric systems. On the basis of the existing fingerprint system, this study presents a more efficient system that can improve the identification rate by getting additional biometric information and three-dimensional finger type information through the use of simple and inexpensive additional equipment, which can be used in diverse areas.
This study presents a new system that can make up for the decrease in identification rate due to the environmental or physical factors of a fingerprint identification system, which is most actively used among existing biometric systems. Considered most usable in life among many types of biometrics due to the convenience of use, smaller initial investment, and the smaller size, fingerprint identification is widely used in diverse applications. However, a fingerprint identification system has several defects, including environmental factors, physical skin damage, and variable sensor contact, lowering the identification rate in comparison to other biometric systems. On the basis of the existing fingerprint system, this study presents a more efficient system that can improve the identification rate by getting additional biometric information and three-dimensional finger type information through the use of simple and inexpensive additional equipment, which can be used in diverse areas.
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문제 정의
다중 생체인식 시스템(Multimodal System)은 단일 생체정보를 이용한 인식 시스템의 한계를 극복하고자 연구 되었다. 표 1은 생체인식 기술에 대한 국제적인 성능평가의 결과로 단일 생체정보가 가지고 있는 한계를 보여준 다[10].
이와 같은 문제점을 보완하기 위해 지문인식과 함께 또 다른 생체 인식을 복합적으로 이용하는 다중 생체인식 시스템이 제안되어 왔지만 편의성과 비용적인 측면에서 활용범위가 제한적이고 아동이나 노인과 같은 특정 사용자층이나 특정직업 층에서 오히려 지문인식에 의한 개인관리에 불편함이 증대되는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 지문인식 시스템에서의 문제점을 보완할 수 있는 새로운 개념을 복합 생체인식 시스템을 개발하고자 한다.
본 논문에서는 단일 생체정보를 이용한 생체인식 시스 템의 한계를 극복하면서도 편의성과 활용성은 그대로 유지하고 저렴한 비용으로 높은 성능을 유지할 수 있는 시스템을 제안하였다. 제안된 다중 생체인식 시스템에서는 편이성과 활용성을 제고하기 위해 단일 생체인 손가락으로부터 지문정보와 함께 추가적인 정보로 3차원 형태, 손 가락 등의 정보를 활용함으로써 지문인식 시스템에서의 단점인 환경적, 물리적 요인에 의한 인식오율을 최소화하였다.
따라서, 실생활에서 생체인식 시스템을 보다 폭넓게 활용하기 위해서는 간편하면서도 인식률 편차가 적은 시스템이 요구된다. 본 논문에서는 이에 대한 대안으로 한 가지 생체인 손가락에서 지문 외에 추가적인 정보를 이용함으로써 비용을 최소화하면서도 기존 지문인식 시스템 보다 효율적인 시스템을 제안한다.
제안 시스템은 기존의 생체인식 시스템 중 가장 활발하게 활용되고 있는 지문인식 시스템에서 기존의 지문인식 장비들이 가지고 있는 단점을 보완한 시스템으로 인식오율(오인식율(FAR: False Acceptance Rate)과 오거부율(FRR: False Rejection Rate))을 최소화하고 다양한 범위에서 활용할 수 있는 다중형태 지원을 목표로 한다. 기존의 지문인식 시스템은 실생활에서 이용시 사용자수가 점차 증가할수록 인식오율이 증가하는 현상이 나타난다.
제안된 시스템은 생체인식 시스템에서 편이성과 활용성을 제고함과 동시에 단일 생체인 손가락으로부터 지문 정보와 함께 손가락 3차원 형태와 손가락 등의 추가 정보 를 활용함으로써 지문인식 시스템에서의 단점인 환경적, 물리적 요인에 의한 인식오율을 최소화하는 것을 목표로 하였다. 따라서, 제안 시스템은 기존의 지문인식 시스템과 동일한 지문 모듈과 2개의 저가형 웹카메라와 이를 이용한 3차원 모듈, 키패드, 디스플레이 등으로 이루어져 있으며 그림 17과 같다.
제안 방법
두 번째 단계는 입력장치로부터 지문영상을 그레이(Gray) 형태로 획득한 영상을 이진화, 평활화 등의 전처리 과정과 세선화 과정을 수행하여 특징 추출에 적합한 영상 형태로 구성한 후 영상으로부터 특징점을 추출한다. 그림 2는 특징 추출 단계를 세분화한 흐름도이다.
제안된 시스템은 생체인식 시스템에서 편이성과 활용성을 제고함과 동시에 단일 생체인 손가락으로부터 지문 정보와 함께 손가락 3차원 형태와 손가락 등의 추가 정보 를 활용함으로써 지문인식 시스템에서의 단점인 환경적, 물리적 요인에 의한 인식오율을 최소화하는 것을 목표로 하였다. 따라서, 제안 시스템은 기존의 지문인식 시스템과 동일한 지문 모듈과 2개의 저가형 웹카메라와 이를 이용한 3차원 모듈, 키패드, 디스플레이 등으로 이루어져 있으며 그림 17과 같다.
생성된 이미지는 3D 이미지 보정절차를 거처 800∼ 1000여개의 폴리건 수와 위치 보정을 한 후 폴리건에서 에지(Edge)들과 에지들의 거리, 각도등의 특징점들을 추출한다.
제안된 시스템은 기존의 지문정보 외에 손가락의 3차원 형태를 추가 정보로 이용함으로써 인식률을 향상시킨다. 손가락의 3차원 추가 정보는 개별적인 유일한 정보가 아니기 때문에 지문에 의해 인식된 결과에 대하여 추가로 검색함으로써 오인식율과 오거부율을 최소화시킨다. 3차원 형태의 생체정보를 획득하기 위한 과정은 그림 8 과 같다.
제안된 시스템의 실제 테스트 결과 기존 지문인식 시스템에 비해 통계적으로 약 10%이상의 향상된 결과를 얻었다. 아울러, 활용성을 극대화하기 위해 단일 시스템으로의 활용과 PC연동 시스템을 모두 지원하도록 설계하였다. 따라서 이동성이 필요한 분야 예를들어, 고객관리 (CRM: Customer Relationship Management) 시스템들 중 배달 서비스나 주유 서비스에서 생체인식 장비를 고객에게 직접 가져가 인증처리하는 분야에서 활용이 가능하다.
이상의 목표를 달성하기 위해 제안 시스템은 키패드 (Key Pad), 컨트롤 유닛(Control Unit), 인식 모듈 (Recognition Module), 인터페이스 변환모듈(Interface Translate Module) 등으로 구성되어 있으며 그림 7과 같다
제안 시스템은 그림 5와 같이 추가 생체정보로 손가락의 3차원 정보와 손가락 등의 정보를 이용하여 인식오율을 최소화하고 기존의 지문인식 시스템의 편의성과 비용 적 장점은 그대로 유지하면서 단점을 보완하였기 때문에 활용범위가 넓다.
독립형태는 내부에 장착된 메모리의 한계로 인해 사용자 인증을 위한 지문의 갯수에 제한이 있으므로 PC 연동형태에서의 등록된 사용자 지문에 비해 매우 적은 사용자만이 사용이 가능하므로 스케줄링이 필요하다. 제안된 시스템에서는 PC와 동기화시에 LFU(Least Frequently Used) 스케줄링을 적용하였다.
제안된 시스템은 1차적으로 기존의 지문인식 시스템과 동일한 방식으로 진행되고 인증 실패시 제안된 추가 정보를 이용하여 재인증을 시도한다. 따라서, 기존 시스 템에 비해 인증 실패율이 감소하는 장점이 있으나 최종 인증에서 타인 수락율(FAR)이 다소 증가하는 문제점이 있다.
제안된 시스템은 그림 6과 같이 PC 연동과 독립형태를 모두 지원하도록 설계되어 편의성과 간편성을 제고하였다
제안된 시스템은 그림 9와 같이 2개의 웹 카메라를 이용하여 손가락의 좌우 2D 이미지를 획득한 후 스테레오 이미지 프로세스(Stereo Image Processing) 과정을 거쳐 3D 이미지를 생성한다.
제안된 시스템은 기존의 지문정보 외에 손가락의 3차원 형태를 추가 정보로 이용함으로써 인식률을 향상시킨다. 손가락의 3차원 추가 정보는 개별적인 유일한 정보가 아니기 때문에 지문에 의해 인식된 결과에 대하여 추가로 검색함으로써 오인식율과 오거부율을 최소화시킨다.
제안된 시스템의 기본인증 절차는 1차적으로 지문모듈을 통하여 인증을 진행한다. 인증이 실패하는 경우, 지문모듈의 설정된 인증성공 정합 점수(Matching Score)의 상위 10∼20%에 해당하는 후보를 추출한 후 추가 생체 정보에 해당하는 손가락 등과 3차원 정보를 비교하여 2차 인증절차를 진행하도록 하였다.
제안된 지문인식 장비들은 장비자체에서 인식ㆍ처리 하는 독립형태와 컴퓨터와 연동하여 컴퓨터에서 인식ㆍ 처리하는 컴퓨터 연동형태로 나누어진다. 각각의 형태는 지문인식 시스템을 도입하고자 하는 환경에 따라 장단점을 고려하여 결정하게 된다.
성능/효과
PC 연동시에는 모든 인증처리가 PC에 의해 이루어진다. 따라서, 제안 시스템의 각 인식 모듈에 의해 획득된 정보는 컨트롤 유닛에 의해 I/O Interface 변환모듈을 통해 PC에 전달되고 그 결과값을 받아 Output Interface 변환모듈을 통해 각 출력장치에 결과정보를 전달한다.
정상지문의 경우에는 전체적으로 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며 그림 19과 같다. 이상의 결과는 30% 이상의 성능이 향상된 것으로 특히, 1차 인식 성공률의 향상은 생체인식을 이용한 출결관리 등에서 편의성 증대에 많은 효과가 있는 것으로 판단된다.
본 논문에서는 단일 생체정보를 이용한 생체인식 시스 템의 한계를 극복하면서도 편의성과 활용성은 그대로 유지하고 저렴한 비용으로 높은 성능을 유지할 수 있는 시스템을 제안하였다. 제안된 다중 생체인식 시스템에서는 편이성과 활용성을 제고하기 위해 단일 생체인 손가락으로부터 지문정보와 함께 추가적인 정보로 3차원 형태, 손 가락 등의 정보를 활용함으로써 지문인식 시스템에서의 단점인 환경적, 물리적 요인에 의한 인식오율을 최소화하였다.
제안된 시스템을 적용한 결과 그림 19와 같이 건조지문의 경우 1차와 2차 인식 성공률은 32%와 3%가 향상되었고 인식 실패율은 35% 감소하였다. 습한지문의 경우에 서도 33%와 3%의 향상과 실패율은 36%로 감소하였다.
제안된 시스템의 실제 테스트 결과 기존 지문인식 시스템에 비해 통계적으로 약 10%이상의 향상된 결과를 얻었다. 아울러, 활용성을 극대화하기 위해 단일 시스템으로의 활용과 PC연동 시스템을 모두 지원하도록 설계하였다.
지문인식 시스템을 실제 대학의 출결관리에 적용한 결과 그림 18과 같이 1차에 지문인식 성공률은 평균 73%에 해당하였으며, 1차에 실패한 후 다시 2차에서 성공한 경 우는 평균 18%에 해당하였다. 인식 실패율은 평균 9%에 해당하였는데 이는 지문등록이 아예 안되거나 지속적인 오인식으로 인해 다른 대처방안(비밀번호 등)을 이용하 는 경우이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사용자 인식은 동작방식에 따라 어떻게 나누어지는가?
현대 정보화 사회에서 네트워크의 발달과 더불어 보안에 대한 중요성이 증대되면서 개인의 신원확인 및 인증에 대한 중요성이 점차 증대되고 있다. 일반적으로 사용자 인식은 동작방식에 따라 크게 인식(Identification or Recognition)과 인증(Verification or Authentication)으로 나누어진다. 인식은 사용자가 누구인지 모르는 상태에서 사용자의 정보를 입력받아 시스템에 등록된 모든 템플릿과 비교하여 가장 유사한 결과를 검색하는 것을 의미하고, 인증이란 사용자가 누구인지에 대한 정보를 알고 있는 상태에서 해당 사용자의 정보와 기존에 저장되어 있는 정보를 비교하여 동일한 사람인지를 확인하는 것을 의미하는 것으로 인식은 1:N 매칭을 인증은 1:1 매칭의 기능을 수행하는 것이다.
인식이란 무엇을 의미하는가?
일반적으로 사용자 인식은 동작방식에 따라 크게 인식(Identification or Recognition)과 인증(Verification or Authentication)으로 나누어진다. 인식은 사용자가 누구인지 모르는 상태에서 사용자의 정보를 입력받아 시스템에 등록된 모든 템플릿과 비교하여 가장 유사한 결과를 검색하는 것을 의미하고, 인증이란 사용자가 누구인지에 대한 정보를 알고 있는 상태에서 해당 사용자의 정보와 기존에 저장되어 있는 정보를 비교하여 동일한 사람인지를 확인하는 것을 의미하는 것으로 인식은 1:N 매칭을 인증은 1:1 매칭의 기능을 수행하는 것이다. 이러한 사용자 인식에 사용되는 수단으로 패스워드나 PIN 또는 ID 카드 등의 수단이 주로 사용되어 왔으나 오늘날의 높은 정보보안의 요구수준을 만족시킬 수 없어 이에 대한 대안으로 생체인식 기술이 도입되었고 현재까지 꾸준한 연구가 이루어지고 있다 [1].
생체인식 시스템의 정확도를 향상시키는 방법의 제약과 한계가 존재하는 원인은 무엇인가?
실제 생체인식 시스템의 정확도를 향상시키는 방법은 여러가지가 있으나 사용자의 편리성과 시스템의 적합성에 의한 기준으로 인해 제약과 한계가 존재한다. 그 원인으로는 입력장비로부터 생체정보를 획득하는 과정에서 잡음이나 왜곡되는 경우, 생체정보가 등록할 때와 인증시 특성이 변화되는 경우, 생체정보를 디지털 정보로 변화하 는 과정에서의 구별성 한계, 선천적 또는 후천적인 성장 단계 및 환경적인 영향에 따른 생체정보의 변화로 인한 생체정보의 비보편성, 스푸닝 공격(Spoofing Attack)등이 있다.
참고문헌 (10)
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younggi. Song, Hwanil. Jang, "Way of the biometric", intervision, p.157, 2004.3.
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