획기적인 기술을 통해 놀라운 3D 디테일로 지문을 확인할 수 있습니다.

지문을 사용하여 스마트폰의 잠금을 해제하면 휴대폰은 잠금을 해제하기 전에 올바른 지문인지 확인하기 위해 2차원 패턴을 살펴봅니다. 그러나 버튼 표면에 손가락이 남기는 각인은 실제로 지문이라고 불리는 3D 구조입니다.

지문은 피부의 작은 기름 덩어리로 구성됩니다. 각 능선의 높이는 불과 몇 마이크론, 즉 인간 머리카락 굵기의 수백 분의 1에 불과합니다.

생체 인식 식별자는 지문을 2D 사진으로만 기록하며 많은 정보를 담고 있지만 부족한 부분이 많습니다. 2D 지문은 보기 어려운 손가락 능선에 묻혀 있는 모공과 흉터 등 지문의 깊이를 무시합니다.

저는 3차원 정보를 표시하는 방법에 초점을 맞춘 연구 분야인 홀로그래피를 연구하는 교육자이자 과학자입니다. 우리 연구실에서는 디지털 홀로그래피를 사용하여 컴퓨터의 모든 관점에서 지문을 3차원으로 매핑하고 시각화하는 방법을 만들었습니다.

지문 유형

과학자들은 표면에 남겨졌을 때 눈에 보이는 정도에 따라 지문을 특허형, 플라스틱 또는 잠재형으로 분류합니다.

특허 지문은 가장 눈에 띄는 유형입니다. 범죄 현장에서 피묻은 지문이 그 한 예입니다. 플라스틱 지문은 점토, 플레이도우, 초콜릿 바와 같은 부드러운 표면에서 발견됩니다. 인간의 눈은 특허 지문과 플라스틱 지문을 아주 쉽게 볼 수 있습니다.

가장 눈에 띄지 않는 것은 잠재 지문입니다. 이는 일반적으로 유리, 금속, 목재 및 플라스틱과 같은 단단한 표면에서 발견됩니다. 이를 확인하기 위해 지문 검사관은 분말을 뿌리거나 적절한 시약을 사용하여 화학 반응을 일으키거나 시아노아크릴레이트 발연과 같은 물리적 또는 화학적 방법을 사용해야 합니다.

시아노아크릴레이트는 액체 형태로 강력접착제를 만들지만 가스 형태로는 잠재 지문을 눈에 띄게 만들 수 있습니다. 연구자들은 시아노아크릴레이트 증기 분자가 잠재 지문 잔류물의 구성 요소와 반응하도록 하여 지문을 개발합니다.

지문의 기하학적 세부 사항은 세 가지 수준으로 분류됩니다. 레벨 1은 눈에 보이는 능선 패턴, 즉 루프, 소용돌이 및 아치를 포함합니다. 레벨 2는 분기점, 엔딩, 눈 및 후크와 같은 세부 사항 또는 작은 세부 사항을 나타냅니다.

마지막으로, 모공, 흉터, 주름과 같은 레벨 3 특징은 사람의 눈으로 확인하기에는 너무 작습니다. 광학 파장은 물체의 작은 세부 사항을 식별할 수 있을 만큼 충분히 작은 미크론 단위이기 때문에 홀로그래피와 같은 광학 기술이 유용하게 사용됩니다.

지문 홀로그램 개발

지문은 일반적으로 2차원 사진으로 수집되고 홀로그램은 3차원 정보를 표시하므로 우리 팀은 지문의 3차원 위상학적 특성을 모두 보여줄 수 있는 기술을 개발하고 싶었습니다.

이를 위해 우리는 Penn State의 Akhlesh Lakhtakia 그룹과 협력해 왔습니다. 그들은 지문 위에 CTF라고 불리는 나노 크기의 기둥형 박막층을 증착하여 이를 개발하고 보존하는 특수 기술을 개발했습니다.

기둥 모양의 얇은 막은 마치 숲속의 동일한 나무들이 빽빽하게 자라는 것처럼 손가락 자국을 균일하게 덮고 있는 촘촘한 유리질 기둥입니다.

이 나무의 꼭대기가 땅의 지형을 반영하는 것처럼, 이 기둥 모양의 얇은 필름의 꼭대기는 증착된 지문의 3D 구조를 복제합니다.

3D 지문과 같은 홀로그램을 만들기 위해 연구원들은 레이저에서 나오는 빛을 두 부분으로 나눕니다. 기준파라고 불리는 한 부분은 디지털 카메라에 직접 빛을 비춥니다. 다른 파동은 물체(이 경우에는 지문)를 비춥니다.

물체가 반사되는 경우 반사된 빛도 ​​디지털 카메라로 향하고 기준파에 중첩됩니다.

기준파와 물체 모두에서 파동이 중첩되면 홀로그램이라고 하는 간섭 패턴이 생성됩니다. 디지털 홀로그래피에서는 2차원 영상인 이 홀로그램이 디지털 카메라에 기록된다.

그런 다음 연구원들은 홀로그램을 컴퓨터로 가져와서 파동 전파의 물리적 법칙을 사용하여 레이저의 광파가 물체의 다른 부분에서 반사되는 위치를 파악할 수 있습니다.

이 과정을 통해 개체를 3D 그림으로 재구성할 수 있습니다.

따라서 재구성된 홀로그램에는 개체의 모든 3D 세부 정보가 포함되어 있으며 이제 노트북에서 어떤 관점에서든 3D 개체를 시각화할 수 있습니다.

지문 채취

2017년에 우리의 협력을 통해 CTF 기술을 사용하여 잠재 지문의 3D 사진을 만든 첫 번째 결과를 보고했습니다. 우리는 레이저에서 생성된 두 가지 서로 다른 파장의 빛(녹색과 파란색)을 사용하여 CTF에서 개발한 지문의 홀로그램을 기록했습니다.

두 가지 서로 다른 파장을 사용하면 3D 재구성에서 기공과 같은 작은 세부 사항을 확인할 수 있습니다.

Lakhtakia의 연구 그룹은 유리, 목재 및 플라스틱에 수백 개의 지문을 남겼습니다. 그런 다음 지문을 채취하기 위해 CTF 필름으로 코팅하기 전에 다양한 온도와 습도 수준에서 다양한 환경에서 숙성시켰습니다.

우리 그룹은 이러한 지문의 디지털 홀로그램을 기록하고 컴퓨터에서 3D로 시각화합니다.

우리는 또한 범죄 용의자를 식별하는 데 도움이 되는 더 나은 3D 지문 분석 계획 작업을 시작했습니다.

오하이오 주 데이턴에 있는 마이애미 밸리 지역 범죄 연구소는 Lakhtakia 연구 그룹이 포착한 지문의 품질을 평가했습니다.

또한 현재 존재하지 않는 3D 홀로그램 재구성의 등급을 매기는 새로운 방법을 개발하는 데 도움이 될 것입니다.

여기에는 지문의 3D 렌더링이 얼마나 명확한지 분류하기 위한 범주를 만드는 작업이 포함될 수 있습니다.

지문을 고유 식별자로 사용하는 것은 고대 바빌로니아와 중국 문명까지 거슬러 올라가는 오랜 역사를 가지고 있습니다.

그들은 인도 캘커타에서 시작하여 1890년대 후반부터 법의학 목적으로 사용되었습니다. 우리의 작업 목표는 이러한 풍부한 역사를 바탕으로 최첨단 기술을 사용하여 지문 분석을 개선하는 것입니다.

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편집자 주: 이 기사는 University of Dayton의 전기 및 컴퓨터 공학 교수인 Partha Banerjee가 작성했으며 Creative Commons 라이센스에 따라 The Conversation에서 재출판되었습니다. 원본 기사를 읽어보세요.