7. 연구 수행에 따른 문제점 및 개선 방향
8. 중요 연구 변경 사항
* 연차보고서의 경우 수행중 발생한 주요 변경사항 기재
* 단계보고서의 경우 전단계의 주관기관, 참여기관 주요 변경사항 기재 9. 기타 건의 사항
붙임1. 자체 보안관리 진단표
붙임2. 연구실 안전조치 이행표
구분 주요내용 일시
비고 (미실시
사유)
안전관련 교육 및
훈련
산업안전보건법에 따른 정기 안전·보건 교육 실시('15년
3회차) 2015.07.22
산업안전보건법에 따른 정기 안전·보건 교육 실시('15년
4회차) 2015.11.17
산업안전보건법에 따른 정기 안전·보건 교육 실시('16년
1회차) 2016.02.16
산업안전보건법에 따른 정기 안전·보건 교육 실시('16년
2회차) 2016.04.27
연구실 안전진단
및 검사
소방도구 점검 및 화재 시 대피·진화 절차 진단 2015.07.22 소방도구 점검 및 위험요소 점검 2016.02.16
연구실 환기·채광·방습·청결 등 환경점검 2016.04.27
연구내용 및 시설 안전조치
연구내용 안전을 위한 연구장비(PC, 노트북) 보안
프로그램 점검 2015.07.22
연구내용 및 기밀문서 방치 점검 및 파기문서 점검 2016.02.16
기타 안전조치 이행내용
부록. 주요기술 개발 내용
주관기관: 전자부품연구원
□ 피부조직 생체 광학적 특성연구
◦ 생체인증용 피부 광학특성 분석 n 피부조직 광 특성 분석
‐ 피부 광 측성을 조사하기 위하여 개발에 관련된 주요 성분의 광 특성을 측정
‐ Target sample은 피부의 주 성분인 콜라겐과 광 흡수 요소인 멜라닌을 측정
‐ 측정은 실험용으로 공급되는 파우더 형태를 별도의 기구를 이용하여 펠렛형태로 만들어 측정(콜라겐 두께 1.5㎜, 멜라닌의 경우 식염수를 이용하여 분산하여 농 도별 첨가를 함-멜라닌의 경우 수용성으로 별도의 분산제를 이용하지 않아도 균 일한 분산도를 보임)
‐ 700㎚ 이상 파장에서 기존 문헌에 보고된 바와 동일하게 멜라닌에 의한 흡광 요 인은 낮은 것으로 분석됨
‐ 콜라겐의 경우 400~1300㎚ 영역에서 Red to go 현상이 분석되어 생체측정에 간 섭요인으로 크게 작용하지 않음
<피부구성 물질 광 특성분석>
◦ 인체조직을 이용한 광 특성 분석 수행 n 피부조직 광 특성 분석
‐ 인체 피부조직 및 근육, 피하지방 등 다양한 조직을 이용하여 광학적 특성을 분 석
‐ 400~1700nm 영역에서 흡광도 측정
< 시험에 사용된 인체 조직 >
< 인체조직을 이용한 광 특성 분석 >
n 피부특성에 따른 파장별 Diffuse reflectance 특성 분석
‐ 피부의 부위에 따라 다양한 diffuse reflectance 특성이 발생
‐ 이는 피부두께와 진피층 아래 위치하고 있는 피하지방의 향이 크게 영향을 미치 고 있으며 해부학적인 구조물은 diffuse reflectance 형상(패턴)을 반영하고 있음
‐ 특정한 위치의 diffuse reflectance 정보는 개인의 조직학적, 해부학적 정보를 포 함하여 독특한 패턴으로 추출이 가능함
< 인체 부위별 diffuse reflectance 영상 >
n Multispectral diffuse reflectance를 이용한 피부조직특성 측정기술개발
‐ 인체의 특징은 고정된 광원과 검출기의 사이의 diffuse reflectance에 의한 광량 차이를 통하여 검출이 가능할 것으로 예상됨
‐ 따라서 기초 생체인증 시험을 위한 광원, 검출기 간격을 고려하여 설계에 반영 함
n Hand gesture에 따른 vein pattern 변수 추출
‐ NIR 광원 및 non-filter monochrom cameta를 이용한 16개의 Hand gesture별 혈 관 변화 측정
‐ 손목에서 볼 수 있는 장근, 신근 등에 의한 피부 굴곡변화 외에는 혈관의 변화 는 없음을 확인
< 16개 hand gesture(non hand gesture 포함) 측정 영상 >
n 특정 Hand gesture 및 non hand gesture에 따른 측정조건 선택
‐ Hand gesture에 의한 혈관의 변화는 크게 관찰되지 않으므로 편하게 손바닦을 펴고 있는 상태를 측정 기준으로 선정함
□ MSP 모듈 구조 설계 및 제작
◦ 1×7 어레이 실험용 MSP(Multispectral Skin Photometrics)광학모듈 설계 n 1차 시험용 MSP 광학모듈 설계 및 제작
‐ 1×7 어레이 실험용 MSP 모듈 구조 설계 및 제작
‐ Red, Green, Blue, NIR 등 파장대별 LED 광원 및 Photodiode(PD) 선정완료
‐ LED와 PD 에레이 배열 구조 설계 및 배치 패턴 연구수행
‐ 피부 광학 패턴 인식에 적합한 LED, PD 배치 설계 완료
‐ LED, PD용 제어 회로 설계 및 제작완료
<MSP 모듈 설계 블록 다이어그램 >
<제작된 테스트용 MSP 모듈>
◦ MSP 모듈 구조 설계
n 생체신호 추출 최적화를 위한 photomatrix 구조배치 설계
‐ 생체 신호 추출을 구조 설계 진행
‐ 1차 테스트용으로 475, 540, 585, 640, 840, 930㎚ 파장을 이용한 matrix 구조 설 계
‐ 2차 테스트용으로 8개의 광원을 2종으로 배열(총 16개)
‐ 포토바이오드를 2*8로 배열하여 광원과의 거리, 파장의 종류에 따른 광량 변화 를 측정할 수 있게 설계
‐ 확산반사를 위하여 피부에 전달되는 광 효율 및 수광효율을 높이기 위하여 접촉 방식을 채택(기존 보유 기술을 적용)
‐ 몰딩은 피부에 직접 광원과 검출기가 접촉하는 방식을 적용하기 위하여 에폭시 몰딩을 수행
‐ 인체 굴곡에 적용하기 위하여 2차는 FPCB 형태로 3,4차는 Rigid- Flexible PCB 공정을 적용하여 설계
‐ 인체 굴곡에 적용하기 위하여 2차는 FPCB 형태로 3,4차는 Rigid- Flexible PCB 공정을 적용하여 설계
< 생체신호 추출 최적화를 위한 기본 photomatrix 설계 >
n 1~4차 photomatrix 회로 설계
‐ 회로는 크게 1차와 2,3,4차로 구분할 수 있음
‐ 1차 회로는 독립 제어 방식으로 설계되었으며 2,3,4차는 MUX 방식을 적용하여 회로를 단순화 하는데 주력하였음
‐ 2,3,4차는 실장되는 검출기와 광원의 종류에 따른 차이가 가장 크며 2,3차는 bare chip 을 사용하여 직접 PCB에 실장을 하였음
n 1차 photomatrix 회로 설계
‐ PC 기반 또는 배터리로 구동될 수 있는 회로를 위하여 광원을 구동할 수 있는 전원부를 설계
‐ 각 광원은 밝기를 조절할 수 있도록 회로에서 Sense 단자에 부착된 볼륨을 사용 하여 출력전압을 가변 할 수 있게 설계
‐ 광원부 양단에는 Impedance를 낮추기 위하여 광원과 병렬로 저항을 설계하였으 며 이는 밀집배치를 통하여 유입되는 노이즈를 낮추기 위하여 설계
‐ 각 광원은 스위칭 손실을 최소화하기 위하여 N채널 FET를 사용하여 제어
<광원부 전원 및 임피던스 매칭 설계>
‐ 검출기의 신호는 Low pass filter를 구성하여 적분된 신호를 OP-amp를 사용하여 증 폭할 수 있게 설계
‐ 증폭된 신호는 A/D converter 의 입력으로 연결하여 처리
<MCU 및 검출기 신호 처리 회로 설계>
n 2~4차 photomatrix 회로 설계
‐ 1차의 소자별 제어의 경우 부품의 수가 많아 소형화가 힘들다는 단점이 있음
‐ 이를 위하여 각각의 검출기를 MUX 방식으로 제어하여 증폭 및 필터회로를 최소화 함
‐ MUX를 이용하여 스위칭 된 검출기의 신호는 LPF 및 증폭회로를 거쳐 처리됨
‐ 이때 Capacitor에 충전된 신호가 늦게 방출되면 전의 소자에 의한 신호의 영향을 받아 모든 신호가 동일한 동작을 보이는 현상이 발생되어 다음 소자로 스위칭되기 전 완전한 방전을 위한 회로를 설계
< 다채널 스위칭 및 방전회로 설계 >
◦ 8×2 어레이 실험용 MSP(Multispectral Skin Photometrics)광학모듈 설계
n 2차 시험용 MSP 광학모듈 설계 및 제작
‐ 8×2 어레이 실험용 MSP 모듈 구조 설계 및 제작
‐ Red, Green, Blue, NIR 등 파장대별 LED 광원 및 Photodiode(PD) 선정완료
‐ 손목의 해부학적 정보 탐색을 위하여 광원-검출기 물리적 거리에 따른 구조적용
‐ PCB 상 광원, 검출기 직접 실장을 위한 공정 개발
‐ 손목에 밀착하기 위하여 FPCB상 구현을 위한 설계 진행
‐ 제어 회로는 기존의 독립 제어 방식에서 회로의 단순화를 위하여 MUX 방식을 적용하여 회로를 단순화 시킴
<FPCB형 2차 시제품>
n 3차 시험용 MSP 광학모듈 설계 및 제작
‐ 2차 시제품 시험 후 후면에서 외부의 빛이 신호에 영향을 미치는 환경 노이즈를 확인하여 인체의 굴곡에 대응은 가능하나 동일한 구조에 적용할 수 있는 Rigid- Flexible PCB 공정을 적용하여 개발
‐ 각각의 광원-검출기는 상대간섭 최소화를 위하여 독립 격벽을 구성
‐ 시험 후 bare Chip 직접 실장은 불량률이 높은 단점이 확인되어 추후 공정 개발 을 더 진행한 후 적용하기로 결정
< Rigid- Flexible PCB형 3차 시제품 >
n 4차 시험용 MSP 광학모듈 설계 및 제작
‐ 3차와 동일한 구조를 기반으로 회로의 수동소자를 더욱 단순화하여 회로를 설계
‐ 각 광원-검출기는 광학적으로 분리시켜 간섭을 최소화 하였으며 광원으로는 기 초실험을 통하여 IR-Yellow, IR-Red, Red-Yellow로 선정하여 모듈을 제작
‐ 인체 굴곡에 적응이 가능하며 추후 소형화가 가능한 구조로 설계를 진행
< 최종 4차 시제품 >
◦ 개발 모듈을 이용한 생체 신호 측정 및 분석 n 파장대역별 matrix 신호 측정
‐ 1×7 어레이 실험용 MSP 모듈을 활용한 PC 기반 피부패턴 분석 프로그램 개발 및 인체 대상 피부패턴 인식 1차 feasibility 연구 완료
‐ 연령대 성별이 다양한 8명의 피험자를 대상으로 MSP 모듈 활용한개인 식별 실 험 연구 수행완료
< 피부생체광학 기반 MSP 개인 식별 실험 프로세스 >
1 2 3 4 5 6 7
1 2 3 4 5 6 7 0
50 100 150 200 250 300 350 400
Photodiode Location
Photocurrent Intensity(au)
A B C D E F G H
< MSP 모듈 1차 테스트 결과>
‐ 근적외선 영역대의 LED를 이용한 MSP 데이터가 유의미한 개인차를 보임으로써, 차세대 생체 인증 기반 기술로의 가능성 확인
‐ IR, Red, Green, Blue, Yellow 다양한 LED 각각의 광원별 패턴을 방사형 챠트로 비교하면 아래와 같이 개인 식별 정확도가 향상될 수 있음을 확인할 수 있음
< 각 파장별 개인 데이터 방사형 챠트 비교 >
n 생체인증 파장대역별 matrix 신호 분석결과
‐ 각 데이터를 파장별, 측정 회수별, 채널별로 분리함
‐ 사용된 파장 중 IR, Red, Yellow는 시간에 대한 변화는 없는 것으로 분석
‐ Green, Blue는 시간에 대한 정보가 있는 듯하지만 이는 파장에 대한 생체의 광 학 적특성에 의한 맥박과 관련된 정보로 분석
‐ 이러한 1차 신호 스크린 결과로 raw time-series 데이터의 시간에 대한 평균을 취하고
‐ 이를 각 채널의 대표 값으로 사용함
‐ IR, Red, Green, Blue, Yellow 파장별 LED를 이용한 MSP 데이터가 유의미한 개인차 를 보임 개인식별 가능성 확인
< 각 파장별 개인 데이터 측정 값 >
< 각 파장별 개인 데이터 측정 값 >