A column parallel image processor architecture for capacitive-type fingerprint sensors has been proposed. The image processor performs several 8-bit image processing algorithms, including extracting and thinning the ridge structure of fingerprint for reliable fingerprint verification system. The demonstration chip for 80 ×64 pixel array is designed and simulated. As a simulation result, the execution time of all algorithms is 500ms at 10MHz clock frequency and the size of image processor is only 14.1% of the 320×256 pixel array size. By combining capacitive-type fingerprint sensor with image processor, it can be applied to the personal identification system of portable equipments, such as cellular phones and smart cards.
본 논문에서는 지문 영상의 영상처리를 위한 영상처리장치(image processor)의 구조를 제안하고 설계하였다. 영상처리장치의 구조는 지문감지 센서와 집적하여 column parallel 하게 인지된 지문의 화소(pixel) 정보를 처리할 수 있도록 고안되었고 기존의 microprocessor에서 순차적으로 영상 정보를 처리하는 것에 비해 훨씬 적은 면적에 작은 전력 소모로 빠른 데이터 처리를 할 수 있는 SIMD(single instruction multiple data) 구조를 활용하였다. 이러한 영상처리장치를 지문감지 센서와 집적하게 되면 지문 인식에 필요한 알고리즘을 처리하기 위한 microprocessor가 필요 없게 되므로 훨씬 적은 비용으로 작은 크기의 지문 인식 시스템을 구현할 수 있다.
제안된 구조의 성능을 평가하기 위해 64×80 크기의 센서 어레이에 적용할 수 있는 영상처리장치를 설계하였다. 0.18um CMOS 공정을 사용하여 설계하였으며 모의 실험 결과 10MHz clock으로 동작시켰을 때 지문 인식을 위한 알고리즘 중 90% 이상의 시간을 소요하는 지문의 융선을 추출하고 세선화하는 과정까지 처리하는 시간이 500ms였다. 정전용량방식 지문감지 센서로 보통 많이 사용되는 320×256 센서 어레이의 크기와 센서 제작에 주로 사용되는 0.5um CMOS 공정을 적용할 경우 영상처리장치의 크기는 센서에 비해 14.1% 정도 차지하는 것을 알 수 있었다. 따라서 큰 면적의 소비 없이 충분한 성능을 가지는 영상처리장치의 구현이 가능함을 증명할 수 있었다.
제안된 영상처리장치는 정전용량방식 지문감지 센서와 집적을 할 경우 신원 확인(personal identification)이 필요한 많은 곳에 적용이 가능하며 특히 작은 크기를 가지는 핸드폰이나 스마트 카드 등의 휴대성 전자 기기에의 적용을 기대할 수 있다.
