손가락 고유의 지문 곡선을 인식하기 위해, 센서 표면의 미세 전극 배열과 손가락 피부 사이의 거리 차이에 따라 변화하는 정성 분석의 원리는 무엇인가요?

Question

손가락 고유의 지문 곡선을 인식하기 위해, 센서 표면의 미세 전극 배열과 손가락 피부 사이의 거리 차이에 따라 변화하는 정전용량 값을 이차원 디지털 데이터로 매핑하는 정성 분석 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

정전용량식 지문 인식은 손가락 피부의 미세한 높낮이를 전기적인 신호의 차이로 바꾸어 복잡한 곡선 패턴을 구별해내는 기술입니다. 센서 표면에는 눈에 보이지 않을 만큼 작은 전극들이 바둑판 같은 이차원 격자 구조로 촘촘하게 배열되어 있습니다. 이 센서 위에 손가락을 올려놓으면 전극과 피부 사이에 전기를 저장하는 공간이 형성되는데, 이때 발생하는 정전용량의 크기는 전극과 피부 사이의 거리에 반비례하여 달라집니다.

​손가락의 튀어나온 부분인 능선은 센서 표면에 직접 맞닿기 때문에 거리가 매우 가까워져 정전용량 값이 크게 측정됩니다. 반면 움푹 들어간 부분인 골짜기는 표면과 피부 사이에 미세한 공기층이 생기면서 거리가 멀어지고, 이로 인해 정전용량 값이 훨씬 작게 나타납니다.

​센서 내부의 회로는 각각의 미세 전극 위치에서 감지된 정전용량의 높고 낮음을 전압의 차이로 읽어 들입니다. 위치에 따른 전기적 신호의 변화량은 그대로 디지털 데이터로 매핑되며, 최종적으로는 어두운 곳과 밝은 곳을 나타내는 명암 정보로 전환되어 손가락 고유의 곡선 형태로 재구성됩니다. 물리적 상처를 주지 않고 오직 표면의 거리 차이에 따른 전기적 특성 변화만을 정밀하게 판별하여 지문의 고유한 형태를 완벽하게 도출해내는 메커니즘입니다.

Answer 2

안녕하세요.

질문에서 설명하신 원리는 정전용량식 지문 인식 또는 정전용량 기반 생체인식 원리로, 이는 스마트폰 지문 인식 센서에서 가장 널리 사용되는 방식입니다. 원리를 설명하면, 센서 표면에는 매우 작은 미세 전극 배열이 촘촘하게 배치되어 있는데요, 손가락을 센서 위에 올리면 피부의 융선과 골이 센서와 서로 다른 거리를 형성하게 됩니다.

정전용량은 일반적으로 전극 사이 거리와 유전 특성에 따라 달라지므로, 지문의 융선처럼 센서에 가까운 부분은 상대적으로 큰 정전용량을 만들고, 골처럼 멀리 떨어진 부분은 작은 정전용량을 형성하며, 센서는 각 미세 전극에서 발생하는 정전용량 값을 개별적으로 측정합니다. 이후 측정된 수많은 정전용량 신호는 전기적 값에서 2차원 디지털 데이터로 변환됩니다. 즉, 각 전극 위치의 정전용량 크기가 밝기 또는 수치 정보로 매핑되어 지문의 고유 패턴 이미지가 재구성되는데요, 최종적으로 알고리즘은 이 패턴에서 분기점, 끝점, 곡률 같은 특징점을 추출해 저장된 지문 정보와 비교합니다. 즉 미세 전극 배열에 손가락 접촉, 지문 융선과 골에 따른 거리 차이 발생, 거리 차이에 의해 정전용량 값 변화, 각 전극의 정전용량 측정, 측정값을 2차원 디지털 맵으로 변환, 지문 특징점 분석 및 본인 인증 수행을 한다고 보시면 됩니다. 감사합니다.