[2015 6월 4일] 3학년 수능 모의고사(A형) - (과학) ‘지문 인식 시스템’

[구렛나루]

[16～18] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.

지문(指紋)은 손가락의 진피로부터 땀샘이 표피로 융기되어 일정한 흐름 모양으로 만들어진 것으로 솟아오른 부분을 융선, 파인 부분을 골이라고 한다. 지문은 진피 부분이 손상되지 않는 한 평생 변하지 않는다. 이 때문에 홍채, 정맥, 목소리 등과 함께 지문은 신원을 확인하기 위한 중요한 생체 정보로 널리 사용되고 있다.

지문 인식 시스템은 등록된 지문과 조회하는 지문이 동일한지 판단함으로써 신원을 확인하는 생체 인식 시스템이다. 지문을 등록하거나 조회하기 위해서는 지문 입력 장치를 통해 지문의 융선과 골이 잘 드러나 있는 지문 영상을 얻어야 한다. 지문 입력 장치는 손가락과의 접촉을 통해 정보를 얻는데, 이때 지문의 융선은 접촉면과 닿게 되고 골은 닿지 않는다. 따라서 지문 입력 장치의 융선과 골에 대응하는 빛의 세기, 전하량, 온도와 같은 물리량에 차이가 발생한다.

㉠광학식 지문 입력 장치는 조명 장치, 프리즘, 이미지 센서로 구성되어 있다. 프리즘의 반사면에 손가락을 고정시키면 융선 부분에 묻어 있는 습기나 기름이 반사면에 얇은 막을 형성한다. 조명에서 나와 얇은 막에 입사된 빛은 굴절되거나 산란되어 약해진 상태로 이미지 센서에 도달한다. 골 부분은 반사면에 닿아 있지 않으므로 빛이 굴절, 산란되지 않고 반사되어 센서에 도달한다. 이미지 센서는 빛의 세기를 디지털 신호로 변환하여 지문 영상을 만든다. 이 장치는 지문이 있는 부위에 땀이나 기름기가 적은 건성 지문인 경우에는 온전한 지문 영상을 획득하기 어렵다.

㉡정전형 센서식 지문 입력 장치는 미세한 정전형 센서들을 촘촘하게 배치한 판을 사용한다. 이 판에는 전기가 흐르고 각 센서마다 전하가 일정하게 충전되어 있다. 판에 손가락이 닿으면 전하가 방전되어 센서의 전하량이 줄어든다. 이때 융선이 접촉된 센서와 그렇지 않은 센서는 전하량에 차이가 생기는데, 각 센서의 전하량을 변환해 지문 영상을 얻는다.

㉢초전형 센서식 지문 입력 장치는 인체의 온도 변화를 감지하는 여러 개의 작은 초전형 센서를 손가락의 폭에 해당하는 길이만큼 일렬로 배치해서 사용한다. 이 센서는 온도가 변할 때에만 신호가 발생하는 특성이 있다. 센서가 늘어선 방향과 직각 방향으로 손가락을 접촉시킨 채 이동시키면, 접촉면과 지문의 융선 사이에 마찰열이 발생하여 융선과 골에 따라 센서의 온도가 달라진다. 이때 발생하는 미세한 온도 변화를 센서가 감지하고 이에 해당하는 신호를 변환하여 연속적으로 저장해 지문 영상을 얻는다. 이 장치는 다른 지문 입력 장치보다 소형화할 수 있어 스마트폰과 같은 작은 기기에 장착할 수 있다.

ⓐ일반적으로 생체 인식 시스템에서는 ‘생체 정보 수집’, ‘전처리’, ‘특징 데이터 추출’, ‘정합’의 과정을 거치는데 지문 인식 시스템도 이를 따른다. 생체 정보 수집 단계는 지문 입력 장치를 사용하여 지문 영상을 얻는 과정에 해당한다. 전처리 단계에서는 지문 형태와 무관한 영상 정보를 제거하고 지문 형태의 특징이 부각되도록 지문 영상을 보정한다. 특징 데이터 추출 단계에서는 전처리 단계에서 보정된 영상으로부터 각 지문이 가진 고유한 특징 데이터를 추출한다. 특징 데이터로는 융선의 분포 유형, 융선의 위치와 연결 상태 등이 사용된다. 정합 단계에서는 사전에 등록되어 있는 특징 데이터와 지문 조회를 위해 추출된 특징 데이터를 비교하여 유사도를 계산한다. 이 값이 기준치보다 크면 동일한 사람의 지문으로 판정한다.

16. 윗글의 내용과 일치하는 것은?

① 광학식 지문 입력 장치에는 프리즘이 필요하다.

② 정맥은 지문과 달리 신원 확인을 위한 생체 정보로 활용할 수 없다.

③ 정전형 센서식 지문 입력 장치가 초전형 센서식 지문 입력 장치보다 소형화에 더 유리하다.

④ 광학식 지문 입력 장치에서 반사면에 융선 모양의 얇은 막이 형성되지 않아야 온전한 지문 영상을 얻을 수 있다.

⑤ 초전형 센서식 지문 입력 장치에서 양호한 지문을 얻기 위해서는 손가락을 센서에 접촉시킨 후 움직이지 않아야 한다.

17. ㉠～㉢을 사용해 정상적인 ‘지문 영상’을 얻었다고 할 때, 각 센서에 감지되는 물리량에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

① ㉠에서는, 융선의 위치에서 반사되어 센서에 도달한 빛의 세기가 골의 위치에서 반사되어 센서에 도달한 빛의 세기보다 강하겠군.

② ㉡에서는, 융선에 대응하는 센서의 전하량이 골에 대응하는 센서의 전하량과 같겠군.

③ ㉡에서는, 융선에 대응하는 센서의 전하량이 골에 대응하는 센서의 전하량보다 적겠군.

④ ㉢에서는, 융선에 대응하는 센서의 온도가 골에 대응하는 센서의 온도와 같겠군.

⑤ ㉢에서는, 융선에 대응하는 센서의 온도가 골에 대응하는 센서의 온도보다 낮겠군.

18. ⓐ에 따라 <보기>의 정보를 활용한 홍채 인식 시스템을 설계한다고 할 때, 단계별 고려 사항으로 적절하지 않은 것은? [3점]

<보기>

홍채는 각막과 수정체 사이에 있는 근육 막으로, 빛을 통과 시키는 구멍인 동공을 둘러싸고 있다. 홍채 근육은 빛의 양을 조절하기 위해 수축하거나 이완하여 동공의 크기를 조절한다. 홍채에는 불규칙한 무늬가 있는데, 두 사람의 홍채 무늬가 같을 확률은 대략 20억분의 1 정도로 알려져 있다.

① [생체 정보 수집] 홍채의 바깥에 각막이 있으므로 홍채 정보를 수집할 때에는 지문 입력 장치와 달리, 홍채 입력 장치와 홍채가 직접 닿지 않게 하는 방식을 고려해야겠군.

② [전처리] 생체 정보 수집 단계에서 얻은 영상에서 홍채의 불규칙한 무늬가 나타난 부분만을 분리하는 과정이 필요하겠군.

③ [전처리] 홍채의 불규칙한 무늬가 선명하게 드러날 수 있도록 생체 정보 수집 단계에서 얻은 영상을 보정해야겠군.

④ [특징 데이터 추출] 홍채 근육에 의해 동공의 크기가 달라진다는 점을 고려하여 홍채에서 동공이 차지하는 비율을 특징 데이터로 추출해야 하겠군.

⑤ [정합] 등록된 홍채의 특징 데이터와 조회하려는 홍채의 특징 데이터 사이의 유사도를 판정하는 단계이므로 유사도의 기준치가 정해져 있어야 하겠군.

16. ① 17. ③ 18. ④

[16~30] 독서

[16~18] 과학, ‘지문 인식 시스템’

지문해설 : 이 글은 지문 인식 시스템의 원리와 종류, 그리고 그 인식 단계에 대해 설명하고 있다. 지문은 손가락 표피의 융선과 골이 만들어내는 일정한 흐름의 모양을 가리키는데, 지문 인식 시스템은 등록된 지문과 조회하는 지문이 동일한지 판단함으로써 신원을 확인하는 생체 인식 시스템이다. 지문 인식 시스템에는 ‘광학식 지문 입력 장치’, ‘정전형 센서식 지문 입력 장치’, ‘초전형 센서식 지문 입력 장치’ 등이 있다. 지문 인식 시스템은 일반적인 생체 인식 시스템과 마찬가지로 ‘생체 정보 수집’, ‘전처리’, ‘특징 데이터 추출’, ‘정합’의 과정을 거쳐 사람의 신원을 판정한다.

[주제] 지문 인식 시스템의 원리와 종류, 인식 단계

16. 세부 정보의 확인 정답 ①

정답해설 : 3문단의 ‘광학식 지문 입력 장치는 조명 장치, 프리즘, 이미지 센서로 구성되어 있다’에 따르면, 광학식 지문 입력 장치에서 프리즘을 필요로 한다는 ①의 진술은 글의 내용과 일치하는 것으로 볼 수 있다.

[오답피하기] ② 1문단의 ‘홍채, 정맥, 목소리 등과 함께 지문은 신원을 확인하기 위한 중요한 생체 정보로 널리 사용되고 있다’에 따르면, 정맥이 신원 확인을 위한 생체 정보로 활용될 수 없다는 진술은 글의 내용과 어긋난다. ③ 5문단의 ‘(초전형 센서식 지문 입력 장치는) 다른 지문 입력 장치보다 소형화할 수 있어 스마트폰과 같은 작은 기기에 장착할 수 있다’에 따르면, 정전형 센서식 지문 입력 장치가 초전형 센서식 지문 입력 장치보다 소형화에 더 유리하다는 진술은 이 글의 내용과 어긋난다. ④ 3문단의 ‘융선 부분에 묻어 있는 습기나 기름이 반사면에 얇은 막을 형성한다. ~건성 지문인 경우에는 온전한 지문 영상을 획득하기 어렵다’에 따르면, 융선 모양의 막이 형성되지 않아야 온전한 영상을 획득할 수 있다는 진술은 글의 내용과 어긋난다. ⑤ 5문단의 ‘손가락을 접촉시킨 채 이동시키면 ~ 마찰열이 발생하여 융선과 골에 따라 센서의 온도가 달라진다’에 따르면, 초전형 센서식 지문 입력 장치에서 손가락을 움직이지 않아야 양호한 지문을 얻을 수 있다고 한 진술은 글의 내용과 어긋난다.

17. 미루어 알기 정답 ③

정답해설 : 1문단의 설명에 따르면, 손가락 피부의 ‘융선’은 솟아오른 부분, ‘골’은 파인 부분을 가리킨다. 4문단의 ‘정전형 센서식 지문 입력 장치’에 관한 설명에서, 센서가 배치된 판에는 전하가 일정하게 충전되어 있고, 손가락이 닿으면 센서의 전하량이 줄어든다는 설명을 확인할 수 있다. 이들 정보를 바탕으로, 손가락이 센서에 닿을 때 손가락의 융선이 골보다 센서에 더 많이 닿을 것이라는 점을 고려하면, 융선에 대응하는 센서의 전하량이 골에 대응하는 센서의 전하량보다 적을 것임을 알 수 있다.

[오답피하기] ① 3문단에서, 프리즘의 반사면에 손가락을 고정시키면 융선 부분에 막이 형성되고, 그 막에 입사된 빛은 굴절과 산란을 거쳐 약화된다고 하였다. 따라서 융선의 위치에서 반사된 빛이 골의 위치에서 반사된 빛보다 더 세다는 추론은 적절하지 않다. ④, ⑤ 센서의 접촉면과 지문의 융선 사이에 마찰열이 발생하므로, 마찰열이 발생하는 융선에 대응하는 센서의 온도가 골에 대응하는 센서의 온도보다 높을 것임을 추론할 수 있다.

18. 반응의 적절성 평가 정답 ④

정답해설 : 지문 인식 시스템에서의 ‘특징 데이터’가 각 지문이 가진 고유한 특징 데이터라면(6문단 참조), <보기>의 홍채 인식 시스템에서의 ‘특징 데이터’는 홍채의 불규칙한 무늬로 볼 수 있다. 홍채 근육에 의해 동공의 크기가 달라지기는 하나, 이러한 변화로 두 사람의 차이를 알아낼 수 있는 것은 아니다. 따라서 홍채에서 동공이 차지하는 비율을 두 사람의 차이를 드러내는 특징 데이터로 보기 어렵다.

[오답피하기] ① 지문 입력 장치에서는 손가락을 장치에 직접 갖다 대지만, 홍채는 각 막에 둘러싸여 있으므로 장치와 홍채가 직접 닿지 않도록 유의하여야 할 것이다. ③ 지문 인식 시스템에서의 ‘전처리’는 지문 형태와 무관한 정보를 제거하거나 지문 형태의 특징이 부각되도록 영상을 보정하는 단계인데, ‘홍채 인식 시스템’에서의 ‘전처리’ 때도 (사람마다 다르게 나타나는) 홍채의 불규칙한 무늬를 분리하거나 무늬를 선명하게 보정하는 일을 할 수 있다. ⑤ 지문 인식 시스템에서는 등록되어 있는 특징 데이터와 추출된 특징 데이터를 비교하여 유사도를 계산하고 이 값을 기준치와 비교해 본다고 하였는데, 홍채 인식 시스템에서도 유사도를 판정하는 단계에서 기준치가 필요할 것임을 알 수 있다.