Less & More is Free Life : 축적과 생략을 통해 혁신을 거듭한 인류의 문명을 이해하자
[고등학교] 학생용
Code Free 생체인식시스템
학습기본개념 학생 활동
읽기자료
프롤로그
차시별 교수학습과정
1차시 규칙성과 생체인식기술의 미래 07 2차시 생체인식기술 체험과 시스템 개발 26 3차시 생체인식시스템의 설계 및 구현 32
07 05
Contents
학습 및 지도아이콘 의미
Follow Me 체험 따라하기
지도유의점
read it Basic Concepts
Student Activities
고등학교 STEAM
Code Free 생체인식시스템
생체인식기술은 연구용, 군사용의 영역에서 벗어나 급속히 상용화되어 보급되고 있다. 상용화되고 있는 생체인식기술의 종류도 다양해지고 있다. 미래를 상상하는 영화에서나 볼 수 있었던 기술이 널리 퍼지면 서 인간의 삶도 변화하고 있다. 최근에 판매되고 있는 휴대폰은 대부분 지문인식이나 얼굴인식, 정맥인식 기술을 탑재하고 있어 잠금장치를 여는데 패턴이나 숫자 형태의 비밀번호를 사용하지 않는다.
보안과 관련된 영역부터 생체인식기술이 빠르게 도입되고 있다. 대표적인 예로 금융 영역을 들 수 있다.
많은 은행들은 지문인식으로 공인인증서를 대체할 수 있는 애플리케이션을 제공하고 있다. 이를 활용하면 공인인증서의 비밀번호를 몰라도 로그인을 할 수 있고 다양한 금융 서비스를 활용할 수 있는 것이다.
물리적인 잠금장치 역시 생체인식시스템이 사용된 예이다. 지문으로 열리는 도어락이나 정맥을 인식하는 잠금장치 등이 그것이다. 홍채인식으로 열리는 USB도 있다.
프롤로그
기억해야 할 Code가 없는 생체인식 시스템이 변화시킬 세상을 예측해보자.
생체인식은 신체적, 행동적 정보를 확보하여 보안을 해제하는 시스템이라 필연적으로 생체로부터 나오는 신체적 정보 혹은 행동적 정보를 수집하게 된다. 수집된 정보를 해석하면 현재 인간의 건강이나 심리상태와 같은 정보를 얻을 수 있다. 최근에는 이런 2차 기능이라 할 수 있는 2차 정보 활용도 활발히 연구가 진행 되고 있다. 스마트워치를 통해 측정된 심박수가 사용자에게 표시되어 위급한 상황을 벗어나게 하는 것 등이 그것이다. 잠금 해제 기능을 넘어 헬스 영역에까지 생체인식정보가 활용되고 있다.
생체인식시스템은 앞으로 큰 발전이 기대되는 영역이며, 우리 사회를 변화시킬 수 있는 영역이다. 우리는 생체인식정보를 해석할 수 있는 논리적 알고리즘을 탐색하고, 생체정보를 활용할 수 있는 영역을 탐색해 봄으로써 변화할 미래사회를 대비해 보자.
활동지1 - 팀 빌딩
Student Activities
규칙성과 생체인식기술의 미래 1 차시
질문은 정답을 원하는 것이 아니다. 편하게 대답해보자~
Guide
✔ 아래 질문에 답하고 아래에 있는 점수를 적어 보세요.
전혀 관심없다(1) 관심없다(2) 관심있다(3) 매우 관심있다(4)
C
나는 경영, 경제 관련 학과로 진학하고자 한다. ( )나는 마케팅에 관심이 많아, 사람들이 원하는 것을 알고 싶다. ( ) 나는 빅데이터 관련 분야를 알고 싶다. ( )
점수 합계 : ( )
O
나는 스케치하기를 좋아하고, 디자인 관련 분야의 일을 하고 싶다. ( ) 나는 건축에 관심이 많아 새로운 건물을 보며 호기심이 생긴다. ( ) 나는 미디어 콘텐츠 보기를 좋아하고 직접 만들어 보고 싶다. ( ) 점수 합계 : ( )D
나는 앞으로 창업을 하고 싶다. ( )나는 새로운 것을 만들기 위한 아이디어를 생각한다. ( ) 나는 사람들이 필요로 하는 것을 잘 캐치하는 편이다. ( ) 점수 합계 : ( )
E
나는 만들기를 좋아한다. ( )나는 공학 관련 계열로 진학하기를 희망한다. ( ) 나는 코딩을 해보고 싶다. ( )
점수 합계 : ( )
✔ 나의 진로와 관련 있는 영역은?
C 진로 ( ) O 진로 ( ) D 진로 ( ) E 진로 ( )
♥ 모둠 구성 방법
· 본인이 가장 높은 점수가 나온 것을 나의 진로로 결정한다.
담당 역할
개발 책임자 R 유형에 적합함. 개발의 전 과정을 책임지는 사람으로 의견을 조율하고 진행과정을 체크하고 새로운 문제를 해결해 나가는 회의를 진행하는 사람.
마케팅 담당자 C 유형에 적합함. 생체인식시스템을 사용할 사용자를 분석하여 개발의 방향에 대한 정보를 제공 하고, 홍보할 수 있는 자료를 개발하는 사람.
디자인 담당자 O 유형에 적합함. 스케치와 설계를 주로 담당하며 개발하게 될 산물의 대략적인 모습을 미리 보여 주는 사람.
기술개발 책임자 D 유형에 적합함. 생체인식시스템의 기술 전문가로 다양한 센서의 작동원리 및 생물학적 지식을 기반으로 한 새로운 센서 개발자.
영화 ‘마이너리티 리포트’는 지금으로부터 17년 전인 2002년 7월에 개봉하였다. 이 영화에서는 다양한 미래의 모습을 보여준다. 범죄를 예측하는 시스템이 영화의 주요 줄기이지만, 홍채인식, 안면인식과 같은 생체 인식시스템이 일반화된 미래사회의 모습을 그리고 있었다. 영화가 개봉한 지 17년이 지난 지금 우리는 영화
‘마이너리티 리포트’에서 볼 수 있었던 안면인식 기술이 적용된 제품의 CF를 매일 TV를 통해 보고 있다. 상상 속의 기술이 17년 사이에 현실 속에 나오게 된 것이다. 앞으로 다시 17년이 지나면 TV에서는 어떤 제품의 CF가 나오고 있을까?
- 생체인식시스템의 원리를 알아보자
- 앞으로 개발되어 사용될 수 있는 생체인식시스템을 상상해 보자.
- 생체인식시스템으로 변화될 사회의 모습을 예측해 보자.
여러분은 생체인식시스템 개발자입니다. 새로운 생체인식시스템을 개발하여 새로운 시장을 창출하여 수익을 만들어내어야 합니다. 또한 수익을 지속적으로 유지하기 위하여 인간의 삶과 문화를 창조해내야 합니다. 지금 부터 새로운 생체인식시스템을 개발해 보세요.
영화 ‘마이너리티 리포트’ 중에서
상황제시
기억해야 할 Code가 없는 미래사회의 모습은 어떨까?
팀 빌딩
♥ 모둠 구성 전 단계
모둠을 번호순서로 구성하거나 임의로 구성하게 되면 일부 모둠은 활동을 하지 못할 수 있다.
STEAM프로그램은 과학을 의미하는 S, 기술을 의미하는 T, 공학을 의미하는 E, 인문학과 예술을 의미하는 A, 수학을 의미하는 M이 모여있는 프로그램이다. 따라서 다양한 진로를 가지고 있는 친구들이 한 모둠에 모여서 활동할 때 더 좋은 결과를 만들어 낼 수 있다. 이번에는 진로를 다음의 4가지로 나누어 본인이 희망하거나 관심있는 진로 영역을 선택하고 이에 따라 모둠을 선정한다. 4가지 영역은 마케팅· 통계 영역 C(calculate) 인문·예술 영역의 O(observe), 창업· 경영 영역의 D(development), 공학 영역의 E(engineering) 이다.
C O D E
경영, 경제학과 수학, 통계학과 마케팅 전문가 빅데이터전문가
머신러닝 딥러닝 AI(인공지능)
디자인 계열 인문학 계열 건축 계열 IT, 미디어 계열
컨설턴트
CEO 기술 창업 연구 개발 밴처 기업 기업가 정신
기계공학 전자, 전기공학 각종 공학 계열
연구원 바이오 계열 의생명 계열
♥ 모둠 구성
모둠별 4인이 가장 적당하다. 앞에서 제시한 진로 영역에서 서로 다른 영역을 가진 학생들이 모일 수 있도록 모둠을 편성하는 것이 좋다. 만약 학급당 인원수가 많아서 4명 이상의 모둠이 발생한다면 5명을 넘기기는 않는 것을 권장한다. 체험 활동이 있고, 토의·토론 활동이 많은 관계로 모둠원이 많아 지면 자연스럽게 참여하지 않는 학생이 발생할 가능성이 커지므로 가급적이면 4명 정도를 유지하는 것이 좋다.
♥ 모둠 활동 시 유의사항
모둠 활동은 참여하지 않는 학생을 발생시킬 수 있고, 의견충돌이나 모둠별 갈등을 일으킬 수 있으므 로 다음과 같은 유의사항을 학생들에게 알려주고 활동을 시작할 필요가 있다.
✔ 서로 다른 친구들이 모여서 새로운 관점과 생각을 공유할 때 새롭고 가치 있는 아이디어를 찾아낼 수 있으므로 서로의 생각을 존중하고 성급한 비판을 하지 말아야 한다.
✔ 모둠 활동에서 침묵하거나 참여하지 않는 것은 방해를 하는 행위이므로 적극적으로 참여하고 의견 을 제시하여야 한다.
✔ 모둠 활동이 평가의 대상이기 때문에 적극적으로 임하는 것은 좋으나, 지나친 경쟁은 오히려 창의적인 생각이나 공감적 아이디어를 떠올리지 못하게 하는 이유가 될 수 있으므로 유의한다.
✔ 집단지성은 우리 사회를 진보시키고 혁신시키는 힘임을 알고 모둠 활동에 임하자.
활동지2 - 아이스브레이킹(데이터의 규칙성 찾아보기)
Student Activities
✔ 다음 문제를 모둠별로 해결해 봅시다.
문제당 500P 획득
정답 : 정답 :
이유 : 이유 :
[규칙 찾기 문제]
문제당 500P 획득
[다른 그림 찾기]
우리 모둠의 획득 금액 ( )원
서로 의논하면서 즐겁게 풀어보세요~ 획득한 금액은 산출물을 만들 재료 구매에 사용할 수 있습니다!
서로 의논하면서 즐겁게 풀어보세요~
획득한 금액은 산출물을 만들 재료 구매에 사용할 수 있습니다!
Guide
활동지 3 - 단순화 기법(큐비즘)
Student Activities
이중섭의 소
다음은 우리나라를 대표하는 작가인 이중섭의 ‘흰 소’라는 작품이다. 작가가 생각한 소를 간략한 선으로 표현하고 있다. 이중섭이 그린 대상인 소를 나의 관점에서 분석하여 단순화한 이미지를 그려보자.
이중섭의 소
정답이 없는 문제이므로, 자신만의 생각을 그림으로 표현해 보세요. 자신감을 가지세요.
잘할 수 있어요.
Guide
♥ 단순화 기법을 회화에 활용한 예(피카소의 황소)
사물의 본질을 꿰뚫고 이를 간략하고 추상적인 선으로 표현하는 과정을 잘 보여주고 있는 자료이다.
회화에서는 최대한 자세히 사물을 그리기 위해 선과 점을 계속 쌓아가는 방식이 있는 반면에 이처럼 간략한 선으로 작가가 생각한 사물의 본질를 표현하는 방법도 있다.
- 큐비즘의 사고에 따라 말을 형상화한 이미지(김해경원고 2학년 학생 작품)
황소 시리즈(석판화, 뉴욕 현대미술관 소장)는 피카소가 1945년 12월부터 46년 1월에 걸쳐 제작한 11편의 연작 시리즈이다. 피카소는 구체적인 황소의 형태를 시작으로 하여 형체를 점점 간략하게 추상적인 선으로 나타내는 과정을 통해 사물의 본질을 표현하는 방법을 강조하고자 하는 의도로 이 그림을 그리게 되었다고 한다. 특히 소의 형태를 기하학적인 형태로 파악하고, 명암을 사용하여 입체함을 암시하는 방법으로 소의 그림을 발전시켰다. 비단 ‘황소 시리즈’뿐만 아니라 피카소의 여타 다 른 작품에서도 이러한 단순화의 과정을 잘 살펴볼 수 있다. 피카소의 이런 활동은 큐비즘이란 용어가 만들 어진 이유가 된다. 큐비즘(Cubism)이란 용어는 사람들이 이러한 피카소의 그림을 마치 입방체(cube)처럼 보인다고 한데서 유래하였다고 한다.
피카소는 “내가 본 것을 그리는 것이 아니라 내가 생각하는 것을 그린다.” 라고 말했다. 피카소를 포함한 많은 입체파 화가들에게서 이러한 단순화의 과정을 거친 작품들을 어렵지 않게 발견할 수 있다.
단순화란 그냥 ‘간단하게 한다.’의 개념이 아닌 사물의 본질을 꿰뚫는 압축의 작업이라는 것을 우리에게 시사하고 있다.
생체인식시스템도 동일한 경우가 아닐까? 생체로부터 정보를 얻어 그 사람만의 본질을 꿰뚫고 파악할 수 있는 정보만을 이용하여 구분한다는 개념에서 피카소의 활동은 우리가 생각해 볼만한 가치가 있다.
피카소의 큐비즘
read it
가장 쉽게 사용할 수 있는 생체인식센서로 심박측정장치가 있다. 가격도 저렴하고 회로를 구성하고 코드를 만드는 것도 간단하기 때문에 초보자도 쉽게 따라할 수 있는 센서이다. 일반적으로 적외선을 방 출하고 되돌아오는 미세한 흐름을 이용하여 심박을 측정하는 센서와 피부와 접촉시켜 측정하는 센서가 있다. 우리는 직접 접촉시켜 측정하는 센서를 사용해보자.
아두이노 회로도
아두이노와 심박센서 연결 회로도 소스 코드
- 다음의 소스 코드를 다운로드 하여 사용하자.
- 업로드를 시켜보자.
- 시리얼 플로터를 이용하여 심박데이터를 받아보자.
시리얼플로터를 이용한 심박데이터 확인하자.
- 모둠원의 심박을 30초 정도 그래프로 측정하고, 다른 양상을 띄는 친구가 있는지 찾아보자.
- 심박수를 제어서 분당 심박수를 계산해 보자.
회로의 연결부위를 잘 확인하고 연결하자.
아두이노를 처음 접해 본다면 다음 영상을 참고하여 차근차근 연습해 봅시다.
아두이노를 이용한 심박측정장치 만들기
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지문인식센서는 가장 일반화된 생체인식센서로 주변에 많이 보급되어 있다. 센서의 가격도 저렴한 편 이라 구매하여 사용하기에 용이하다. 하지만 사용법은 조금 난이도가 있다. 초기비밀번호 설정, 지문등 록, 지문확인의 기능이 구현되어야 하기 때문에 복잡한 소스코드가 필요하다. 이번 과정에서는 주어진 소스 코드를 이용하여 지문인식센서에 지문을 등록하고 지문을 확인하여 잠금장치를 열고 닫을 수 있는 생체인식보안시스템을 만들어 보자.
아두이노 회로도
지문인식센서 연결 회로도 소스 코드
- 다음의 소스코드를 다운로드 하여 사용하자.
- 업로드를 시켜보자.
- 사용 설명서에 따라 작동시켜 보자.
회로가 복잡하지만 하나하나 연결하면 결국 완성할 수 있어요!!
설명서에 따라 작동을 시켜보면서 작동여부를 확인해야 하며 작동이 되지 않을 경우 회로연결 에 오류기 있을 가능성이 있음.
아두이노를 이용한 지문인식잠금장치 만들기
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사용 설명서
사용법 메뉴얼
다시 켰을 때 비밀번호 1337로 변경 Press the Number
id 혹은 passward 입력 id를 입력했을 때(1~255) 지문을 받음
지문과 id가 일치하면 문을 10초 동안 열어두고 닫는다.
passward를 입력했을 때(1000~9999) 관리자 모드로 들어감
1을 입력했을 때 등록
사용할 id 입력
(만약 id가 이미 등록되었다면
1 입력 시 id를 변경, 2 입력 시 계속 진행) 지문 받기
(만약 등록된 지문이면 처음으로) 지문 받기
지문 받기 2를 입력했을때 삭제
3을 입력했을때 비밀번호 변경
9999를 입력했을 때
지문 초기화 및 비밀번호 초기화
- 정상적으로 작동되는지 확인해 보자.
Google AIY 얼굴인식 장치 사용해보기
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Google AIY 프로젝트
인공지능에 대한 관심이 높아지며 다양한 인공지능 기기들이 개발되어 보급되고 있다. 구글에서는 딥 러닝 기반의 알파고를 통해 인공지능 연구를 진행하고 있다고 널리 알려져 있으며 구글 AI스피커도 판매 되고 있다. 최근 구글에서는 메이커를 비롯한 개발자를 위해 두가지 AI기반의 프로젝트를 지원하기 시 작하였다. 한 가지는 음성기반 AI이며 나머지 하나는 영상기반 AI이다. 이번에는 구글의 영상기반 AI 를 이용하여 얼굴인식장치를 구현해 보자.
세부 회로를 조립하는 방법은 구글 전용 페이지를 이용하면 된다.
전용 페이지 : https://aiyprojects.withgoogle.com/vision
라즈베리파이와 bonnet모듈 카메라 모듈
터미널을 통해 얼굴인식 프로그램 실행시키기
라즈베리파이 기반의 프로젝트이므로 Wi-Fi 기반으로 작업하는 것이 편하다. 만약 무선기반이 되지 않는다면 유선도 가능하므로 유선기반으로 진행하면 됨.
Student Activities
아두이노
Basic Concepts
아두이노(Arduino)란?
'절친한 친구'라는 뜻의 이탈리아어인 아두이노는 프로젝트 이름으로 저렴하고 유용한 컨트롤 장치를 만 들기 위해서 시작되었다. 저렴하고 유용하지만 누구나 쉽게 만들 수 있는 하드웨어를 표방한 것처럼 아두 이노는 단순한 기판과 메인프로세서로 구성이 되어있다. 아두이노의 장점은 오픈 하드웨어, 오픈소프트웨 어, 그리고 오픈소스(C언어) 기반으로 제작이 가능하여 머리 속의 생각들을 직접 만들어서 작동까지 할 수 있다는 것이다. 단순하게 하드웨어만 작동하는 것이 아니라 오픈소스를 활용하여 하드웨어를 원하는 기 능으로 구동이 될 수 있도록 할 수 있다. 최근에는 아두이노를 이용한 다양한 활동들이 일어나고 있고 관련 된 자료를 쉽게 검색해서 찾을 수 있기 때문에 회로나 소스를 모두 알아야 한다는 생각을 할 필요는 없다.
다음은 아두이노와 관련된 자료를 찾을 수 있는 대표적인 사이트이다.
한국과학창의재단 ODIY https://www.youtube.com/channel/UCRU2G2NpTuOBqAySTAxXrAw 한국과학창의재단 무한상상실 https://www.ideaall.net/index.php
최근에 많이 사용되고 있는 IOT제품도 아두이노를 이용하여 제작할 수 있다.
불편한 점 아두이노로 해결 출처: https://youtu.be/OKCOSunO77E
아두이노 주요구성
[아두이노 우노 구성도]
아두이노 우노 보드의 주요 연결부분 설명은 다음과 같다.
① USB 연결 : PC와 연결하여 실제 프로그램이 가능할 수 있도록 연결(전원공급)
② 외부전원 : 별도 외부전원 연결부로 9V어댑터나 사각건전지로 연결
③ Digital 연결 : 13개의 디지털 입출력과 6개의 아날로그 출력이 가능한 연결단자
④ 전원부 : 5V 출력과 접지가 가능한 연결단자
⑤ Analog 연결 : 6개의 아날로그 정보가 들어오게 되는 연결단자 아두이노 스케치 설치하기
아두이노 공식 사이트 스케치 다운로드 아두이노 연결 및 설정하기
아두이노 PC연결 포트 확인 시리얼 모니터, 플로터 사용 소스코드 컴파일 및 업로드
컴파일하기 업로드하기
심박수
심박수(心搏數, heart rate)는 단위시간 당 심장박동 수로 일반적으로 분당 맥의 수(beats per minute, bpm)로 표현되는 숫자이다. 심박수는 신체적인 운동이나 잠자는 것처럼, 몸이 산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출하는 것의 요구에 따라 다양해질 수 있다. 휴식기 심박수(resting heart rate, HRrest)는 실험자가 깨어있는 상태에서 측정되는 것이다. 일반적인 성인의 휴식기 심박수는 분당 60-100회이다. 휴식기 심박수가 분당 60회 이하이면 서맥(bradycardia)이라고 하고 분당 100회 이상이면 심박급속증(tachy- cardia)이라고 한다. 운동은 왼쪽 심실의 비대와 근육조직의 혈관신생과 같은 심혈관의 변화를 이끌 수 있다. 이것은 운동선수심장증후군으로 알려진 상태로 이끌 수 있는데, 병리학적으로 심실비대를 보인다.
운동선수들의 휴식기의 심박수는 60회 미만이다. 사이클선수인 Miguel Indurain은 휴식기 심박수가 28회이다.
평균 심박수는 나이와 연관이 있다.
남성 나이
18~25 26~35 36~45 46~55 56~65 65+
운동선수 49~55 49~54 50~56 50~57 51~56 50~55
뛰어남 56~61 55~61 57~62 58~63 57~61 56~61
좋음 62~65 62~65 63~66 64~67 62~67 62~65
평균 이상 66~69 66~70 67~70 68~71 68~71 66~69
평균 70~73 71~74 71~75 72~76 72~75 70~73
평균 이하 74~81 75~81 76~82 77~83 76~81 74~79
나쁨 82+ 82+ 83+ 84+ 82+ 80+
여성 나이
18~25 26~35 36~45 46~55 56~65 65+
운동선수 54~60 54~59 54~59 54~60 54~59 54~59
뛰어남 61~65 60~64 60~64 61~65 60~64 60~64
좋음 66~69 65~68 65~69 66~69 65~68 65~68
평균 이상 70~73 69~72 70~73 70~73 69~73 69~72
평균 74~78 73~76 74~78 74~77 74~77 73~76
평균 이하 79~84 77~82 79~84 78~83 78~83 77~84
나쁨 85+ 83+ 85+ 84+ 84+ 85+
지문
지문(Fingerprint)은 손가락 끝 피부에 있는 땀샘의 입구가 융기한 선(융선)에 따라 만들어지는 모양 또는 이 융선의 형태를 만드는 모양이 물체의 표면에 부착된 후 만들어진 자취를 말한다. 사람의 지문은 기본적으로 모두 다르고 평생 변하지 않는다. 어떤 두 사람의 지문이 우연히 같을 확률이 약 870억분의 1정도에 불과하고, 일란성 쌍둥이도 서로 지문이 같지 않기 때문에 이 경우에는 DNA 감정과 비교해도 더 정확도가 높은 감정 방법이라 할 수 있다.
생체신호
Basic Concepts
(단, 지문이 유전되지 않는다는 인식은 잘못이며 실제로인종이나 거주 지역마다 차이가 있다고 한다.) 이러한 지문의 특징 때문에 범죄 수사나 개인 인증에 사용된다. 또한 사인 대신 도장의 사용이 더 일반적인 한자 문화권에서는 도장이 없을 경우, 지장을 찍는 관습이 있었다. 비교할 자료 각각의 내부에 저장된 지문의 대상이 되는 융선이 중단되는 끝점과 선이 나뉘는 점 "분기점" (이것을 특징점이라고도 함)이 선명한 부위를 8부위 이상 (8부위로 표현할 수 있는 확률은 임, 즉 1억분의 1) 추출한다. 다음에는 대상자의 손가락의 지문으로부터 같은 부위의 특징점을 추출한다. 그러고 나서 쌍방의 특징점의 위치와 방향을 비교해 동일한 부위가 있는지 확인한다. (다만 특징점과 특징점 사이를 횡단하는 융선의 수 "릴레이션"을 추가해서 보다 정밀한 감정이 가능해짐)
| 지문의 특징점 |
융선은 연속되는 영선과 중간에 끊어지는 끝점, 2개의 융선이 만나는 분기점으로 되어 있으며, 이를 특징점 이라 한다. 특징점은 사람마다 다르며, 지문 인식은 특징점의 위치와 개수를 DB화하여 비교 조사하는 것 이다.
| 지문의 종류 |
궁상문 : 지두의 한쪽에서 다른 쪽으로 향한 활 모양으로 된 융선이 있는 지문. 지두의 한쪽에서 시작된 융기선이 모두 다른 쪽으로 흐르고, 결코 원래 시작된 쪽에 되돌아오는 일이 없는 것이다.
제상문 : 융선이 심하게 활모양으로 굽은 말굽형태. 융기선 중 적어도 1개는 다시 원래 시작한 쪽에 되돌아 오는 것이다. 이것에 의하여 만들어진 제선의 개구가 엄지손가락 쪽으로 향하고 있는 것은 갑종 또는 요골측 제상문이라고 하고, 제선의 개구가 새끼손가락 쪽으로 향하고 있는
것은 을종 또는 척골측 제상문이라고 한다. 갑종 제상문은 궁상문과 더불어 빈도가 적고, 을종 제상문은 상당히 많아 세분되어 있다.
와상문 : 달팽이형 또는 회오리 형의 지문. 융기선 중 적어도 1개는 그것이 시작한 쪽으로 되돌아올 뿐만 아니라, 다시 만곡이 형성된다. 몇 개의 원으로 형성되어 있거나, 나선상으로 소용돌이를 만들고 있는 단순한 것도 있다. 그러나 2개의 제상문이 같은 쪽으로부터, 또는 다른 쪽으로 부터 시작하여 중앙에서 소용돌이 모양으로 맞물리고 있는 이중 및 쌍태 제상문, 와상문과 제상문이 복잡하게 조합되어 있는 복합문과 같은 복잡한 것도 있다.
| 영국의 헨리(Henry) 분류방식 |
중심점과 삼각점의 사이에 있는 융선수, 중심점 수, 루프 수, 특징점들 간의 위치로 확장 분류되며 영문과 숫자로 표기되고, 미국 FBI와 영어권 국가 들에서 채택하고 있다.
| 함부르크식 패턴 |
독일의 Dr. Theoder Roscher가 제안한 방법으로 융선 흐름을 기초로 해서 중심점과 삼각주 사이의 융 선 수에 따라 세분화 된다.
| 지문의 분포 |
동양계에서 궁상문은 2.2~3.3%, 제상문은 45~52%, 와상문이 45~52%
유럽계에서 궁상문과 제상문이 많고 와상문이 적다.
남양계에서 궁상문이 동양계보다 적다.
홍채
홍채는 동공 주위에 있는 도넛 모양의 막으로, 수축과 이완을 통해 동공의 크기를 조절하여 안구로 들어 오는 빛의 양을 조절한다. 홍채의 중앙에 위치한 구멍을 동공이라 하며, 홍채는 눈으로 들어오는 빛의 양을 조절하는 조리개 역할을 한다. 홍채 내부에 위치한 동공 괄약근과 동공 확대근에 의해 홍채가 조절되어 동공이 커지고 작아진다.
홍채 내부에 있는 색소층에 의해 홍채의 색깔이 다양하게 나타난다. 인종별, 개인별 차이가 크고, 양 쪽 눈의 색깔 및 모양이 서로 다르게 나타날 수도 있다. 홍채에 색소 함량이 적으면 푸르거나 회색이 되고 함량이 많으면 갈색으로 보인다. 서양인의 경우 색소의 함량이 적어 햇빛이 홍채를 그대로 통과하게 되므 로 동양인에 비해 눈부심이 심한 편이다.
홍채 인식(iris recognition)은 생체식별방식으로 수학적 패턴 인식 기술을 사람 눈의 홍채에 적용하였 다. 고유한 홍채의 상을 일정한 거리에서 관찰하여 복잡한 패턴을 인식한다.
망막 인식은 인체의 고유한 망막 혈관을 사용하는 접안 기반의 생체 기술로서, 홍채 인식과 혼동될 수 있다. 홍채 인식은 근적외선 조명 기능을 갖춘 비디오카메라 기술을 사용하여 바깥에서 보이는 세세하고 복잡한 구조의 홍채의 상을 취득한다. 수학적, 통계적 알고리즘을 통해 이러한 패턴으로부터 인코딩된 디 지털 템플릿은 개인을 식별하게 한다. 등록된 템플릿 데이터베이스는 매처(matcher) 엔진을 통해 CPU 당 초당 수백만 개의 템플릿 내에서 측정되는 속도로 검색되며 인식 오진율은 상당히 낮은 편이다.
정맥
정맥 인식(Vein matching, vascular technology)은 피부의 표면에서 볼 수 있는 혈관, 그 중 특히 정맥의 분포 패턴의 분석을 통한 생체 인식 식별기술이다.
지문의 경우 스캐너에 손가락을 직접 접촉해야 하기 때문에, 건조하거나 찰과상을 입은 피부는 정확도 가 떨어진다. 또 건선과 같은 피부병이 있을 경우도 스캐너의 정확성에 한계가 있고, 피부의 직접적인 접촉 때문에 스캐너를 자주 청소해야 하는 것과 장비가 고장 날 확률이 높아지는 것은 말할 것도 없다.
혈관 스캐너는 스캐너와의 직접 접촉할 필요가 없다. 그러므로 정보를 인체 내에서 읽어 들이기 때문에, 피부 상태는 판독의 정확성에 영향을 끼치지 않는다. 또한 혈관 스캐너는 빠른 속도로 작동하기 때문에
채 1초도 걸리지 않는다. 스캔할 때, 손으로 뻗어져 나가는 정맥이 가지는 특이한 패턴들을 포착한다.
정맥 인식 관련 뉴스 http://www.etnews.com/20180725000244
안면
기계 장치가 사람을 분별해 내고 인지하는 기술 중에 하나인 안면 인식 기술은 사람의 '얼굴'을 통해 구별하는 것을 말한다.
이 기술은 얼굴에 있는 외형적 특징점을 읽어내는데 눈, 코, 입 등을 찾아 두 눈 사이의 거리, 코의 길이와 너비, 광대뼈의 모양, 턱선의 길이 등 특징을 추출하고 기존에 등록된 사용자의 얼굴과 비교해 사람을 구별하는 것이다. 특히 최근에는 얼굴 표정을 보고 사람의 기분이 어떤지 인식할 수 있는 수준으로 발전했다.
관련 뉴스 http://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20190814000773 구글의 개발자를 위한 안면인식 장치 https://aiyprojects.withgoogle.com/vision
출처 : 위키백과
바이오매트릭스(생체인식) 기술
Basic Concepts
바이오매트릭스(생체인식)이란?
바이오매트릭스(Biometrics)는 하나 이상의 고유한 신체적, 행동적 형질에 기반하여 사람을 인식하는 방식을 말한다.
생체 인증, 바이오 인증, 생물 측정학, 바이오 인식, 생체 인식, 생체 측량 등 다양한 용어로 번역된다.
바이오매트릭스에 사용되는 신체적 특징으로는 지문, 홍채, 얼굴, 정맥 등이 있으며 행동적 특성으로는 목소리, 서명, 걷는 습관 등이 있다.
[형질 : 유전에서 주로 사용되는 용어로 생물학적으로 고유한 특성을 형질이라 한다.
예를 들면 쌍꺼풀, 혈우병, 피부색 등이 있다.]
생체인식을 위해 이용될 수 있는 인간의 물리적, 화학적 행동적 특성은 다양하다. 특정한 상황에 적용해야 할 생체인식정보의 선택은 다음과 같은 요소들을 참고로 할 수 있다.
보편성 : 시스템을 이용하는 모든 사람들이 인증하는 데 사용되는 생체정보를 지니고 있어야 함을 의미한다.
유일성 : 관련된 사람들이 모두 구별되도록 사용되는 생체정보가 사람들마다 각각 달라야함을 의미한다.
영구성 : 생체정보가 시간에 따라 변하는 정도와 관련이 있다. 높은 영구성을 가진 생체 정보는 시간이 지나도 거의 변하지 않는다.
측정성(정확성) : 생체정보가 얼마나 간단히 획득되고 측정되는지와 관련이 있다. 추가로 데이터는 얻어진 후에 가공되거나 추출될 수 있는 형태로 얻어져야 한다.
성능성 : 사용되는 기술의 정확도, 속도, 견고함과 관련이 있다.
수용성 : 개인들이 자신들의 생체정보의 획득과 수집을 허용하도록 얼마나 사용자들이 생체인식을 거부감 없이 수용하는지와 관련이 있다.
우회성 : 생체정보가 인공물 따위의 것으로 얼마나 잘 모방될 수 있는지와 관련이 있다.
'일란성 쌍둥이의 신체적 특징은 똑같지 않은가'하는 질문을 자주 하는데, 지문, 홍채, 정맥 패턴, 점의 위치나 개수 등은 DNA의 염기서열에 의해 결정되는 것이 아니므로, 유전자가 완전히 일치하는 일란성 쌍둥이라도 다르다.
신체적 특징(주로 정적인 특징)을 이용하는 것
지문 : 범죄조사에서 이용되며 손쉽고 신뢰성 높은 인식방식이다.
장형 : 손바닥의 폭, 손가락의 길이 등을 이용해서 인식하는 방식이다.
망막 스캔 : 눈의 망막의 모세혈관의 패턴을 인식하는 방법. 장치가 크기 때문에 이용 빈도는 낮다.
홍채 인식 : 홍채패턴의 농도의 히스토그램을 이용하는 인식 방식. 쌍둥이라도 정확한 인식을 할 수 있기 때문에, 높은 인식정확도를 가지고 있다. 망막과 똑같이, 장치의 소형화가 곤란하기
때문에, 혈관 등의 인식방식과 비교해서 등록, 운영비용이 높다.
얼굴 : 안경이나 얼굴의 표정, 노화에 따른 변화 등에 의해 인식률이 저하된다. 또한 일란성 쌍둥이의 경우에 양쪽을 동일인물로 인식할 가능성이 있다.
혈관 : 근적외선을 손바닥, 손등, 손가락에 통과시켜 얻을 수 있는 정맥 패턴을 이용하는 기술이 실용화 되어 있다.
음성 : 성문을 이용한 것들이 잘 알려져 있다. 건강상태에 따라서 인식률이 저하되는 경우가 있다.
성대 등의 발성 기관의 구조에서 유래한 기본적으로 신체적 특징이지만, 행동적 특징의 요소 또한 있다.
귀의 모양 : 귓바퀴의 형태를 이용해서 인식하는 방식
DNA : 가장 확실하고 궁극적인 생체인식 수단이지만, 확인하기 위해서는 (혈액이나 타액 등의) 샘플이 필요하고, 현시점에서 순간적으로 상대를 확인하는 장치는 개발되어 있지 않다. 일란성 쌍둥이를 식별하지 못하는 결점이 있다.
행동적 특징（동적인 정보）를 이용하는 것들
필적 : 필기할 때의 궤적, 속도, 필압의 변화 등의 버릇을 이용하는 방법. 손목의 회전이나 손가락의 길이를 추정하는 인식방법이 연구되고 있다. 그러나 필기 후의 필적 이미지만을 보는 방법은 생 체인식이라고 보지 않는다.
키스트로크 인식 : 키보드를 치는 속도나 타이밍의 경향을 이용하는 방법.
립 무브먼트 : 발화자의 입술의 움직임의 버릇을 이용하는 방법.
눈 깜빡임 : 눈 깜빡임에 의한 검은자위의 영역의 변화량을 측정하는 방법. 무의식으로 하는 눈 깜빡임의 동작은 고속이고, 다른 사람이 따라하는 것도 힘들다. 얼굴인식과 같이 휴대 전화에 사용된 예도 있다.
보행 : 사람의 보행을 이용한 인식방법. 보행은 골격이나 근육 등의 체격적인 특징이나, 걷는 방법 등의 동적인 특성이 있어, 개인을 인식하는 데 이용이 가능하다.
출처 : 위키백과
활동지 1 - 기억해야 할 Code로 인한 문제를 찾아보자.
Student Activities
생체인식기술 체험과 시스템 개발 2 차시
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우리가 사용하는 Code의 종류를 열거해 보자.
Code 1 : 숫자 비밀번호 Code 2 : Code 3 :
사용되는
영역 도어락 사용되는
영역
사용되는 영역
작동 방식
숫자배열을 순서에 맞게 입력하면 잠금장치가 열림
작동 방식
작동 방식
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기억해야 할 Code와 관련된 공감지도 작성하기
고객의 입장에서 공감하는 것은 모든 고객에 대한 공감이 아니라 진짜 이 문제를 해결했으면 하는 필요한 고객에게 접근하여 공감해야 한다. 그러나 만약 주변이 그런 고객을 찾기 힘들다면 고객 입장에서 생각할 수 있도록 공감지도 등을 활용한다.
Guide
활동지 2 - 기억해야 할 Code로 인한 핵심문제를 정의하고 해결책을 찾아보자.
Student Activities
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핵심문제를 정의하기 위해 문제를 기술하고 다음 질문에 답해보자.
문제 기술 :
유용한 문제 정의인가?
이것은 진짜 문제인가?
가치 있는 문제인가?
당신이 해결하고 싶은 문제인가?
질문에 그렇다고 대답된다면 다음 문장을 완성해 보자.
“○○는 ○○하기 때문에 ○○○할 수 있는 방법이 필요하다.”
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브레인스토밍을 통해 해결책을 찾아보자.
포스트잇을 통해 다양한 아이디어를 적고 모둠의 아이디어를 분류하여 정리해 보자.
아이디어명 아이디어
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산출된 아이디어에 대하여 다음과 같이 평가하여 가장 유용한 해결책을 정해보자.
구분 아이디어명 총점 문제해결 가능성 아이디어
3 2 1 3 2 1
1 2 3
※ 브레인스토밍의 규칙
- 질보다 양: 양이 질을 창출하는 사고법 - 비판금지: 비판은 물론 토론도 금지
- 자유분방: 황당한 아이디어도 상관없음 - 결합편승: 다른 사람의 아이디어 흉내도 가능 Guide
디자인씽킹
디자인회사 아이데오(IDEO)의 CEO ‘팀 브라운’은 혁신을 위한 사고방식으로 디자인씽킹을 제안하였는 데, 이는 사용자와의 공감, 구성원 간의 상호작용을 중시하고 가능한 많은 아이디어를 문제 해결에 결부 시키며 프로토타입 생산과 테스트, 개선을 반복하는 것이다. 혁신 방법론을 연구하는 버나드 로스 스탠포 드 공대 교수는 디자인씽킹이 비즈니스뿐만 아니라 우리 생활에도 변화를 가지고 올 수 있다고 말했다.
디자인씽킹 프로세스
스탠포드 대학의 디자인 스쿨(Hasso Plattner Institue of Design)은 디자인씽킹의 문제 해결 과정을 공감(Empathize) - 문제 정의(Define) - 아이디어 도출(Ideate) - 시제작(Prototype) - 테스트(Test) 의 5단계로 나누고 있다.
디자인씽킹
Basic Concepts
[출처 : NAVER포스트, 티타임즈, 2016.02.16.]
고객이나 사람들, 시장의 요구와 필요를 알아채는 과정으로 공감을 위한 가장 기본적이고 핵심적인 방 법은 ‘관찰’이다. 관찰을 통해 문제점을 발견하고, 고객이 원하는 것이 무엇인지 알아낼 수 있다. 그밖에
‘직접 체험’과 그 분야의 종사자나 전문가와의 ‘인터뷰’ 등도 고객이나 시장의 요구를 찾는 좋은 방법이다.
‘공감’ 단계 해결해야 할 문제들이 무엇인지 고민하는 단계 1
공감 단계를 통해서 파악된 고객이나 사람들, 시장의 잠재된 수요와 불만 사항, 개선을 원하는 내용을 가지고 해결하고자 하는 문제를 정의한다. 단순해 보이지만 문제를 ‘바르게’ 정의하는 것은 매우 중요하다.
‘문제 정의’ 단계 명확하게 어떤 것이 문제인지 정의를 내리는 단계 2
정의된 문제에 대해 아이디어를 도출하는 단계이다. 창의적인 아이디어를 생산하기 위한 학 습 도구이자 회의 기법으로 널리 알려져 있는 브레인스토밍(Brainstorming)이나 마인드 맵(Mind- map)을 주로 이용하여 확산적으로 아이디어를 낸다.
‘아이디어 도출’ 단계 브레인스토밍을 통해 가능한 많은 대안들을 적어 내려가는 단계 3
빠른 시간에 아이디어를 시각적으로 보여주는 시제품을 제작하는 단계이다. ‘프로토타입’이라고 불리는 이 과정은 아이디어를 실현하여 구체화하고, 그 과정에서 사고를 확장해가는 것이다. 더 나 은 아이디어나 제품을 만들어가는 과정이라고도 할 수 있다.
‘시제품 제작’ 단계 아이디어 중 실현가능한 것들을 골라 시안시제품을 만드는 단계 4
시제품을 테스트하고 피드백(Feedback)하여 문제 해결 아이디어를 개선하고 최종적으로 결정하는 단계이 다. 직접 체험해보거나 고객이나 시장의 반응을 듣고 그 결과와 내용을 다시 공감하기, 문제 정의, 아이디어 도출의 앞 단계로 피드백 하여 비슷한 과정을 이전보다 더 빠르게 진행하면서 최적의 해결책을 찾는 것이다.
‘테스트’ 단계 생산된 시제품과 시안을 적용하는 단계
5
공감지도의 개념과 사례
Basic Concepts
공감지도란?
비즈니스 모델은 고객의 입장에서 디자인하는 것이 가장 기본적인 원칙이다. 공감지도는 엑스플레인 (XPLANE)사가 개발한 공감 기법이다.
아래의 그림처럼 가운데 얼굴이 고객이라고 가정하고 고객의 생각과 느낌, 경험, 발언, 영향력, 고충, 비전을 생각하며 공감하는 방법이다.
[공감지도]
[작성예시]
활동지 1 - 문제해결을 위한 생체인식시스템을 설계하고 구현해 보자.
Student Activities
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새로운 생체인식시스템의 작동알고리즘이나 기술, 구조 등을 스케치해보자.
지문인식시스템을 수정함. 버튼의 숫자를 줄이고 수평으로 배열함.
예시자료
생체인식시스템의 설계 및 구현
3 차시
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시제품을 제작하기 위한 콘티, 시나리오, 가상공간 설계 등을 해보자.
예시자료
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결과 산출물을 정리해보자.
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발표에서 얻은 피드백을 정리해보자.
영역, 기술 구체적 내용
※ 발표에 대한 마음가짐
- 새로운 아이디어를 얻는 과정이라 생각
- 최대한 대상의 수준에 맞추어 전달하고자 하는 내용을 명확하게 전달 - 머리로는 이해가 되며 가슴으로 느낄 수 있는 발표를 준비
Guide
활동지 2 - 생체인식시스템과 관련하여 나만의 커리어패스를 만들어보자.
Student Activities
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커리어패스란?
커리어패스(career path)는 개인이 어떠한 일을 수행하며 왔는지를 보여주는 지위(positions)나 역할의 연속적인 패턴(Walker, 1992)이다. 최근에는 정형화된 커리어의 패턴이 사라지고 개인별로 모두 다른 패턴을 가지는 삶이 일반화되고 있다. 평생 한 개에서 서너 개의 직업을 가졌던 과거와는 달리 현대 사회에서는 열 개 이상의 직업을 가지게 되는 경우가 흔하며, UN미래사회보고서에서는 앞으로 평균 30개 정도의 직업을 평생 가지게 될 것이라고 한다.
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나만의 커리어패스 만들기
다음은 4개이 직업을 가지고 싶은 사람의 커리어패스이다. 일반적으로 커리어패스는 교육 경력, 직업 전환, 생애 사건을 중심으로 나이에 따라 표현한다.
지금부터 나의 커리어패스를 완성해보자.
연구개발진 조갑룡(부산광역시영재교육진흥원) 김진구(대전동아마이스터고등학교) 정용석(김해경원고등학교)
류차남(부산컴퓨터과학고등학교) 김연희(부산광역시영재교육진흥원) 송용준(부산광역시영재교육진흥원) 김학범(부산광역시영재교육진흥원) 시범적용학교 대전동아마이스터고등학교(교사 김진구) 김해경원고등학교(교사 정용석)
부산컴퓨터과학고등학교(수석교사 류차남)
인쇄일 ㅣ 2019.12.00.
발행일 ㅣ 2019.12.00.
발행처 ㅣ 한국과학창의재단, 부산광역시영재교육진흥원 발행인 ㅣ 조갑룡
기 획 ㅣ 김연희
