KR101025666B1 - Method and apparatus of extracting finger vein feature point - Google Patents

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Abstract

지정맥 특징점 추출 방법 및 장치를 제공한다. 적외선에 통과된 손가락으로부터 손가락 이미지를 획득하고, 상기 획득한 손가락 이미지로부터 배경을 제거하여 지정맥 이미지를 획득하고, 상기 지정맥 이미지의 각 픽셀(pixel)에서 방사도(radialness)를 계산하고, 상기 계산된 방사도가 국소 최대값(local maxima)이 되는 픽셀을 지정맥의 분기점(bifurcation)으로 추출한다. 방사도(radialness)를 계산하여 지정맥의 분기점(bifuracation)을 특징점으로 추출함으로써, 도난 및 위조의 위험이 거의 없고 식별의 정확성이 높은 특징점 기반의 지정맥 인식 기술을 달성할 수 있다.A finger vein feature point extraction method and apparatus are provided. Acquire a finger image from a finger passed through infrared rays, obtain a finger vein image by removing a background from the obtained finger image, calculate a radiance at each pixel of the finger vein image, Pixels whose computed radioactivity is a local maxima are extracted as bifurcation of the finger vein. By calculating the radiance and extracting the bifuracation of the finger vein as a feature point, a feature point-based finger vein recognition technique with high identification accuracy with little risk of theft and forgery can be achieved.

지정맥, 인식, 분기점, 방사도 Finger vein, recognition, bifurcation, radiation

Description

지정맥 특징점 추출 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS OF EXTRACTING FINGER VEIN FEATURE POINT}Method and apparatus for extracting finger vein feature points {METHOD AND APPARATUS OF EXTRACTING FINGER VEIN FEATURE POINT}

본 발명은 지정맥 특징점 추출 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사도(radialness)를 계산하여 지정맥의 분기점(bifurcation)을 지정맥의 특징점으로 이용하는 지정맥 특징점 추출 및 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for extracting finger vein feature points, and more particularly, to a method and apparatus for extracting finger vein feature points using a bifurcation as a feature point of the finger vein by calculating radialness. will be.

생체 인식 기술은 생체 정보를 이용하여 개인의 신원을 확인하거나 식별하는 기술을 말한다. 현재까지의 생체 인식 기술은 지문, 얼굴, 홍채 또는 목소리 등을 이용하여 개인을 식별하여 왔다.Biometric technology refers to a technology for identifying or identifying an individual using biometric information. To date, biometric technology has identified individuals using fingerprints, faces, irises or voices.

지문 인식 기술은 인식 장치가 작고, 저렴하게 대량 생산이 가능하다. 또한, 인식의 정확성과 신속성의 측면에서도 비교적 좋은 성능을 보인다. 그러나 지문은 신체 밖으로 드러나 있어 도난당하기 쉽고 땀 등에 의해 변형될 가능성이 있어 인식 성능에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 위생상의 문제점도 존재한다.Fingerprint recognition technology is small in size and can be mass produced at low cost. In addition, it shows relatively good performance in terms of accuracy and speed of recognition. However, fingerprints are exposed outside of the body and are easy to be stolen and may be deformed by sweat, which can affect recognition performance. There are also hygiene problems.

홍채 인식 기술은 인식 오류가 날 가능성이 거의 없고 위조도 어렵다는 점에서 가장 신뢰할 수 있는 생체 인식 기술이다. 그러나 대부분의 사람이 홍채 인식을 위해 눈에 직접 빛을 비추기를 꺼리며, 홍채 인식 장치는 크기가 크며 고가라는 단 점이 있다.Iris recognition technology is the most reliable biometric technology in that there is little possibility of recognition error and forgery is difficult. However, most people are reluctant to shine light directly on their eyes for iris recognition, and iris recognition devices are large and expensive.

얼굴 또는 목소리 인식 기술은 신원 인식을 하는 데에 있어서 가장 자연스러운 형태의 생체 정보라는 장점을 가진다. 그러나 인식의 정확성의 측면에서 다른 기술에 비해서 정확성이 떨어지는 단점을 가진다.Facial or voice recognition technology has the advantage of being the most natural form of biometric information for identity recognition. However, in terms of accuracy of recognition, it has a disadvantage that accuracy is lower than other technologies.

지정맥 인식 기술이란 적외선을 통해 취득한 지정맥 패턴 영상을 이용하여 개인을 식별하는 기술을 말한다. 인간의 정맥은 피부 바로 밑에 복잡한 형태를 가지고 위치하며, 여러 연구에 따르면 정맥의 패턴은 개개인에 따라 모두 다르며 나이를 먹어도 그 패턴이 변화하지 않는 것으로 알려져 있다. 지정맥 인식 기술은 다음과 같은 장점을 갖는다.Finger vein recognition technology refers to a technique for identifying an individual using finger vein pattern images acquired through infrared. Human veins are located underneath the skin and have complex shapes, and studies have shown that vein patterns vary from person to person and do not change with age. Finger vein recognition technology has the following advantages.

1) 정맥은 신체 내부에 존재하므로 도난 또는 위조의 위험이 거의 없고, 손가락 표면의 상태가 인식에 아무런 영향을 끼치지 않는다.1) Because veins exist inside the body, there is little risk of theft or forgery, and the condition of the finger surface does not affect recognition.

2) 적외선을 이용하여 사용자의 편의성이 높은 비접촉식 장치를 구성할 수 있다.2) Infrared can be used to configure a non-contact device with high user convenience.

3) 지정맥 패턴은 안정적이고 비교적 명확하게 찾을 수 있으므로, 작고 이미지 프로세싱이 간단한 지정맥 영상을 획득하기 위하여 해상도가 낮은 카메라를 사용할 수 있다.3) Because finger vein patterns can be found stable and relatively clear, low resolution cameras can be used to obtain finger vein images that are small and have simple image processing.

즉, 지정맥 인식 기술은 보안성과 편의성의 측면에서 균형 잡힌 성능을 제공할 수 있다. 상기와 같은 장점들로 인해 최근 지정맥 인식 기술은 지문, 홍채, 얼굴 및 목소리 인식 기술에 비해서 매우 각광받고 있다.In other words, finger vein recognition technology can provide balanced performance in terms of security and convenience. Due to the above advantages, the finger vein recognition technology is in the spotlight recently compared to the fingerprint, iris, face and voice recognition technology.

생체 인식 기술은 크게 이미지 기반 기술과 특징점 기반 기술로 분류할 수 있다. 이미지 기반 기술은 취득 이미지 자체를 매칭에 이용하는 방식이다. 특징점 기반 기술은 취득 이미지로부터 특징점들을 추출하여 그 특징점들을 매칭에 이용하는 방식이다. 그러나 이미지 기반 기술을 이용한 지정맥 인식 기술은 다음과 같은 문제점을 가진다.Biometric technologies can be broadly classified into image-based technology and feature point-based technology. Image-based technology uses the acquired image itself for matching. The feature point based technique is a method of extracting feature points from an acquired image and using the feature points for matching. However, finger vein recognition using image-based technology has the following problems.

1) 크기가 큰 취득 이미지가 저장되어야 할 필요가 있으므로 스마트카드를 기반으로 한 개인 식별 시스템에 사용될 수 없어 시장성이 떨어진다. 또한, 저장된 이미지가 도난될 가능성도 존재한다.1) Since a large sized acquired image needs to be stored, it cannot be used for a personal identification system based on smart cards. There is also the possibility that the stored image is stolen.

2) 생체 정보를 수집하고 저장함으로써 인권 침해 또는 개인 정보 유출의 문제가 생길 수 있다.2) Collecting and storing biometric information can cause human rights violations or personal information leakage.

3) 원본 이미지의 왜곡을 쉽게 보정하기 어렵다.3) The distortion of the original image is difficult to correct easily.

반면에 특징점 기반 기술은 상기 이미지 기반 기술이 가지는 문제점을 대부분 극복할 수 있으며, 현재 상용화되어 있는 지문 인식 기술은 대부분 특징점 기반 기술을 이용하고 있다. 그러나 아직 지정맥 인식 기술은 이미지 기반 기술이 존재할 뿐, 특징점 기반 기술을 이용한 예가 없다.On the other hand, the feature-based technology can overcome most of the problems of the image-based technology, and the fingerprint recognition technology currently commercialized uses the feature-based technology. However, finger vein recognition technology still exists image-based technology, there is no example using a feature-based technology.

특징점 기반 기술을 지정맥 인식 기술에 적용하기 위한 지정맥 특징점 추출 방법이 필요하다.There is a need for a finger vein feature point extraction method for applying feature point based techniques to finger vein recognition techniques.

본 발명의 기술적 과제는 지정맥의 분기점(bifurcation)을 지정맥의 특징점으로 추출하는 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a method and apparatus for extracting the bifurcation of the finger vein as a feature point of the finger vein.

일 양태에 있어서, 지정맥 특징점 추출 방법을 제공한다. 상기 방법은 적외선에 통과된 손가락으로부터 손가락 이미지를 획득하고, 상기 획득한 손가락 이미지로부터 배경을 제거하여 지정맥 이미지를 획득하고, 상기 지정맥 이미지의 각 픽셀(pixel)에서 방사도(radialness)를 계산하고, 상기 계산된 방사도가 국소 최대값(local maxima)이 되는 픽셀을 지정맥의 분기점(bifurcation)으로 추출하는 것을 포함한다. 상기 방사도를 계산하는 것은, 상기 지정맥 이미지의 상기 각 픽셀에서 방향장(orientation field)을 계산하고, 상기 계산된 방향장을 이용하여 혈구 거리(BCD; Blood Cell Distance)를 계산하고, 아래의 수식과 같이 상기 각 픽셀에서 일정한 혈구 거리 내에 있는 픽셀의 개수와 일정한 물리 거리 내에 있는 픽셀의 개수의 비율을 방사도로 계산하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 방향장은 헤시안(Hessian) 행렬을 계산하여 상기 헤시안 행렬의 최소 고유치(eigenvalue)에 해당하는 고유벡터(eigenvector)의 방향으로 결정할 수 있다. 한편, 상기 방사도는 상기 각 픽셀에서 아래의 수식에 의해 복소 필터링(complex filtering)된 경사장(gradient field)과 일정한 거리 내에 있는 픽셀의 개수의 비율로 계산될 수도 있다.In one aspect, a method for extracting finger vein feature points is provided. The method obtains a finger image from a finger passed through infrared rays, obtains a finger vein image by removing a background from the acquired finger image, and calculates a radiance at each pixel of the finger vein image. And extracting a pixel at which the calculated radioactivity becomes a local maxima as a bifurcation of the finger vein. Computing the radioactivity may include calculating an orientation field at each pixel of the finger vein image, calculating a blood cell distance (BCD) using the calculated orientation field, and As shown in the equation, the ratio of the number of pixels within a certain blood cell distance and the number of pixels within a certain physical distance may include calculating the radiation degree. In addition, the direction field may calculate a Hessian matrix to determine the direction of the eigenvector corresponding to the minimum eigenvalue of the Hessian matrix. The radiation rate may be calculated as a ratio of the number of pixels within a certain distance from the gradient field complex filtered by the following equation in each pixel.

한편, 상기 방법은 가우스 필터(Gaussian filter)를 이용하여 상기 계산된 방사도를 부드럽게 하는(smooth out) 것을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 추출된 분기점에서 상기 분기점을 형성하는 각 지정맥의 방향을 추출하는 것을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the method may further include smoothing out the calculated radiance using a Gaussian filter. The method may further include extracting the direction of each finger vein forming the branching point from the extracted branching point.

다른 양태에 있어서 지정맥 특징점 추출 장치를 제공한다. 상기 장치는 적외선에 통과된 손가락으로부터 손가락 이미지를 획득하는 지정맥 센서, 및 상기 획득한 손가락 이미지로부터 배경을 제거하여 지정맥 이미지를 획득하고, 상기 지정맥 이미지의 각 픽셀에서 방사도를 계산하고, 상기 계산된 방사도가 국소 최대값이 되는 픽셀을 지정맥의 분기점으로 추출하는 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는 방향장을 이용하여 상기 방사도를 계산하거나 또는 경사장을 이용하여 상기 방사도를 계산할 수 있다.In another aspect, an apparatus for extracting finger vein feature points is provided. The device obtains a finger vein sensor for acquiring a finger image from a finger passed through the infrared light, and obtains a finger vein image by removing a background from the acquired finger image, calculating radiation levels at each pixel of the finger vein image, And a processor that extracts, as the branch of the finger vein, the pixel at which the calculated radioactivity is a local maximum. The processor may calculate the radiation rate using a direction field or calculate the radiation rate using a gradient field.

방사도(radialness)를 계산하여 지정맥의 분기점(bifuracation)을 특징점으로 추출함으로써, 도난 및 위조의 위험이 거의 없고 식별의 정확성이 높은 특징점 기반의 지정맥 인식 기술을 달성할 수 있다.By calculating the radiance and extracting the bifuracation of the finger vein as a feature point, a feature point-based finger vein recognition technique with high identification accuracy with little risk of theft and forgery can be achieved.

생체 인식 시스템은 개인으로부터 생체 정보를 얻고 상기 생체 정보로부터 특징을 찾아내어 데이터베이스에 저장된 템플릿(template)과 비교하는 과정을 수행하는 패턴 인식 시스템을 말한다. 생체 인식 시스템은 그 적용 환경에 따라서 본인 확인 시스템(personal verification system)과 개인 식별 시스템(personal identification system)으로 나눌 수 있다.The biometric system refers to a pattern recognition system that obtains biometric information from an individual, finds a feature from the biometric information, and compares it with a template stored in a database. The biometric system can be divided into a personal verification system and a personal identification system according to its application environment.

도 1은 본인 확인 시스템을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing an identity verification system.

본인 확인 시스템은 인식 장치로부터 획득한 개인의 생체 정보와 시스템의 데이터베이스에 저장된 템플릿을 비교하여 본인 여부를 확인한다. 상기 시스템에서 본인 확인을 요구하는 사용자는 이름, PIN(Personal Identification Number) 또는 스마트카드 등의 추가 정보를 함께 입력하여 시스템에 본인 확인을 요구한다. 시스템은 상기 입력된 추가 정보와 합치하는 저장된 생체 정보와 인식 장치로부터 획득한 생체 정보를 비교하여 본인인지 아닌지 여부를 확인한다. 즉, 본인 확인 시스템에서는 생체 정보 사이의 1:1 매칭이 이루어진다.The identity verification system checks the identity by comparing the biometric information of the individual obtained from the recognition device with the template stored in the database of the system. A user requesting identity verification in the system requests identity verification in the system by inputting additional information such as a name, a personal identification number (PIN) or a smart card. The system compares the stored biometric information with the inputted additional information with the biometric information obtained from the recognition device to confirm whether or not it is the user. That is, in the identity verification system, 1: 1 matching is performed between the biometric information.

도 2는 개인 식별 시스템을 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a personal identification system.

개인 식별 시스템도 본인 확인 시스템과 마찬가지로 인식 장치로부터 획득한 개인의 생체 정보와 시스템의 데이터베이스에 저장된 템플릿을 비교하여 개인을 식별한다. 다만, 개인 식별 시스템은 인식 장치가 획득한 생체 정보와 시스템에 저장된 N개의 템플릿을 1:N으로 매칭하여 식별을 원하는 사용자가 시스템에 저장되어 있는 사용자인지를 식별한다.Like the identity verification system, the personal identification system identifies the individual by comparing the biometric information of the individual obtained from the recognition device with the template stored in the database of the system. However, the personal identification system matches the biometric information acquired by the recognition device with N templates stored in the system by 1: N to identify whether the user who is to be identified is the user stored in the system.

상기 본인 확인 시스템 또는 개인 식별 시스템은 모두 생체 정보를 획득하고 이를 데이터베이스에 저장된 템플릿과 매칭시키는 과정을 수행한다. 많은 경우 본인 확인 시스템과 개인 식별 시스템에서 사용되는 알고리즘은 큰 차이가 없다. 제안된 발명 또한 상기 두 시스템에서 모두 이용될 수 있으므로, 이하에서는 본인 확인 시스템과 개인 식별 시스템을 엄격히 구분하지 않도록 한다.Both the identity verification system and the personal identification system perform a process of obtaining biometric information and matching it with a template stored in a database. In many cases, the algorithms used in identity and personal identification systems do not differ significantly. Since the proposed invention can also be used in both systems, the following does not strictly distinguish between the identity verification system and the personal identification system.

N. Miura, A. Nagasaka, and T. Miyatake "Extraction of finger-vein patterns using maximum curvature points in image profiles," IEICE Transactions on Information and Systems, vol. E90-D, no. 8, pp. 1185-1194, 2007.은 지정맥 인식 기술의 일 예를 개시하고 있다. 이는 획득한 지정맥 이미지로부터 4방향(수평 방향, 수직 방향, 2개의 사선 방향)으로 단면도(cross-sectional profile)을 획득한다. 상기 각 단면도에서 곡률을 계산하여 정맥의 중심점(center point)들을 추출하고 상기 중심점들을 연결하며, 상기 연결된 중심점들을 4방향에 대해서 결합하여 최종적으로 정맥의 패턴을 추출한다. W. Song, Finger-vein identification system using level set curvature, M. S. Thesis, Seoul National University, 2008. 및 M. Vlachos and E. Dermatas, "Vein segmentation in infrared images using compound enhancing and crisp clustering," Lecture Notes in Computer Science, vol. 5008, pp. 393-402, May. 2008.에도 지정맥 인식 기술의 또 다른 예가 개시되어 있다.N. Miura, A. Nagasaka, and T. Miyatake "Extraction of finger-vein patterns using maximum curvature points in image profiles," IEICE Transactions on Information and Systems, vol. E90-D, no. 8, pp. 1185-1194, 2007. discloses an example of finger vein recognition technology. It obtains a cross-sectional profile in four directions (horizontal direction, vertical direction and two oblique directions) from the acquired finger vein image. By calculating the curvature in each cross-sectional view, the center points of the veins are extracted, the center points are connected, and the connected center points are combined in four directions to finally extract the vein pattern. W. Song, Finger-vein identification system using level set curvature, MS Thesis, Seoul National University, 2008. and M. Vlachos and E. Dermatas, "Vein segmentation in infrared images using compound enhancing and crisp clustering," Lecture Notes in Computer Science, vol. 5008, pp. 393-402, May. Another example of finger vein recognition technology is disclosed in 2008.

이하, 제안된 지정맥 특징점 추출 방법을 실시예를 통해 기술하도록 한다.Hereinafter, the proposed finger vein feature point extraction method will be described through examples.

도 3은 제안된 지정맥 특징점 추출 방법의 일 실시예를 나타낸다.3 shows an embodiment of the proposed finger vein feature point extraction method.

단계 S100에서 적외선에 통과된 인식의 대상이 되는 손가락으로부터 손가락 이미지를 획득한다.In operation S100, a finger image is acquired from a finger that is a target of recognition passed through infrared rays.

파장이 700 ㎚ ~ 1000 ㎚인 적외선은 인체 조직의 대부분을 그냥 통과하는 반면에, 혈액 내부의 헤모글로빈(Hb)에는 전부 흡수된다. 따라서 손가락을 적외선에 통과시킴으로써 정맥을 포함한 손가락 내부의 이미지를 획득할 수 있다.Infrared radiation with a wavelength of 700 nm to 1000 nm passes through most of the human tissue, while all hemoglobin (Hb) inside the blood is absorbed. Therefore, the image of the inside of the finger including the vein can be obtained by passing the finger through infrared light.

도 4는 지정맥 센서의 구조의 일 예를 나타낸다. 지정맥 센서(200)는 기본적으로 적외선 광원(210; infrared source)과 손가락을 통과한 적외선을 필터링하기 위한 광학 필터(220; optical filter) 및 상기 광학 필터를 거친 적외선을 포착할 수 있는 CCD 카메라(230)로 구성될 수 있다. 적외선 광원(210)으로부터 방출된 적외선은 손가락을 통과하고 광학 필터(220)를 거쳐 CCD 카메라(230)에서 모이게 된다.4 shows an example of the structure of the finger vein sensor. The finger vein sensor 200 is basically an optical filter 220 for filtering an infrared source 210 and an infrared ray passing through a finger, and a CCD camera capable of capturing infrared rays through the optical filter. 230). The infrared rays emitted from the infrared light source 210 pass through the finger and are collected in the CCD camera 230 through the optical filter 220.

또한, 영상 포착 유닛(video capture unit)과 광원 컨트롤러(light source controller)를 더 포함할 수 있다. 상기 영상 포착 유닛 및 광원 컨트롤러는 최종적으로 획득한 손가락 이미지의 포화를 방지하기 위해 광원의 세기를 조절하는 역할을 할 수 있다.The apparatus may further include a video capture unit and a light source controller. The image capturing unit and the light source controller may serve to adjust the intensity of the light source to prevent saturation of the finally obtained finger image.

다시 도 3을 참조하면, 단계 S110에서 상기 획득한 손가락 이미지로부터 배경을 제거하여 지정맥 이미지를 획득한다.Referring back to FIG. 3, a background vein is removed from the acquired finger image in step S110 to obtain a finger vein image.

상기 손가락 이미지는 지정맥 인식에는 필요 없는 회로 기판 등의 배경을 포함할 수 있다. 일반적으로 배경을 제거하기 위해서 경계 검출기(edge detector)를 이용하여 이미지에서 필요한 부분만을 획득할 수 있으나, 배경도 선명한 경계를 포함할 수 있으므로 경계 검출기를 통해 배경을 제거하기 어렵다. 다만, 손가락 내부에는 경계가 없다고 할 수 있으므로, 이미지에서 중심과 가장 가까운 경계를 손가 락의 경계로 가정할 수 있다.The finger image may include a background such as a circuit board that is not required for finger vein recognition. In general, an edge detector may be used to remove a background, but only a necessary part of an image may be obtained. However, since the background may also include a sharp boundary, it is difficult to remove the background through the edge detector. However, since there is no boundary inside the finger, it can be assumed that the boundary closest to the center in the image as the boundary of the finger.

도 5는 배경 제거 방법의 일 실시예를 나타낸 것이다.5 illustrates one embodiment of a background removal method.

단계 S300에서 M×N 크기의 이미지로부터 이미지 전체의 경계 픽셀(edge pixels)을 추출한다.In operation S300, edge pixels of the entire image are extracted from the M × N size image.

단계 S310에서 수직선의 중심점 cv=N/2로 초기화하고, 수직선의 인덱스 m=M으로 초기화한다.In step S310, the center point c v = N / 2 of the vertical line is initialized, and the index m = M of the vertical line is initialized.

단계 S320에서 m번째 수직선에서 중심점 cv로부터 가장 가까운 상위(upper direction) 경계 픽셀 um와 하위(lower direction) 경계 픽셀 lm을 추출한다. 만약 m=M 또는 |um +1-um|<γe라면 um은 내부 상위 경계 픽셀(inner upper edge pixel)로 결정되고, m=M 또는 |lm +1-lm|<γe라면 lm은 내부 하위 경계 픽셀(inner lower edge pixel)로 결정된다. γe는 상수로, 원하지 않는 경계 픽셀이 손가락의 경계 픽셀로 결정되는 것을 막기 위해 이용된다. 수직선의 중심점 cv=(um+lm)/2로 새롭게 결정되고, m을 1만큼 감소시키면서 상기의 단계를 반복한다. 만약 m=1이나 um-lms라면 반복을 멈춘다.In step S320, the upper direction boundary pixel u m and the lower direction boundary pixel l m nearest to the center point c v are extracted at the m-th vertical line. If m = M or | u m +1 -u m | <γ e, u m is determined as the inner upper edge pixel, and m = M or | l m +1 -l m | <γ If e, then lm is determined to be the inner lower edge pixel. γ e is a constant, which is used to prevent unwanted border pixels from being determined as the border pixels of the finger. The center point of the vertical line c v = (u m + l m ) / 2 is newly determined and the above steps are repeated while decreasing m by one. If m = 1 or u m -l ms , stop repeating.

단계 S330에서 상기 내부 상위 경계 픽셀 및 상기 내부 하위 경계 픽셀과 가장 잘 합치되는 2차 다항식 곡선인 U와 L을 각각 찾는다.In step S330, U and L, which are quadratic polynomial curves that best match the inner upper boundary pixel and the inner lower boundary pixel, are found.

단계 S340에서 상기 U보다 상위 영역에 있는 픽셀과 상기 L보다 하위 영역에 있는 픽셀을 제거하여 최종적으로 배경을 제거한다.In operation S340, the pixel in the upper region than the U and the pixel in the lower region than the L are removed to finally remove the background.

상기 실시예 이외에도 손가락 없는 배경의 이미지만 따로 획득하여 손가락이 포함된 이미지와의 차를 구해 배경을 제거할 수도 있다. 또한, 상기 손가락 이미지의 품질에 따라서 잡음 제어 알고리즘이 추가될 수도 있다.In addition to the above embodiment, only the image of the background without a finger may be separately obtained to obtain a difference from the image including the finger to remove the background. In addition, a noise control algorithm may be added according to the quality of the finger image.

다시 도 3을 참조하면, 단계 S120에서 상기 획득한 지정맥 이미지의 각 픽셀에서 방향장(orientation field)을 계산한다.Referring back to FIG. 3, in step S120, an orientation field is calculated at each pixel of the acquired finger vein image.

본 실시예에서는 지정맥 이미지로부터 혈관을 추출하기 위하여 differential geometry-based 방법 중에서 헤시안 기반(Hessian-base) 방법을 이용한다. 헤시안은 원통형 구조의 특징을 포착하고 관심 있는 점들을 추출할 때에 뛰어난 성능을 보이는 것으로 알려져 있다. 또한, 헤시안이 2차 편미분(second-order partial derivatives)을 이용하므로, 1차 미분 방정식으로 근사할 수 있는 신호의 세기(intensity)의 변화에 영향을 받지 않는다. 또한, 헤시안 기반 방법이 반복을 필요로 하지 않으므로 빠르다는 장점이 있다.In this embodiment, a Hessian-based method is used among differential geometry-based methods to extract blood vessels from a finger vein image. Hessian is known for its excellent performance in capturing the features of cylindrical structures and extracting points of interest. In addition, since Hessian uses second-order partial derivatives, it is not affected by changes in signal intensity that can be approximated by first-order differential equations. In addition, the Hessian-based method is fast because it does not require iteration.

헤시안 행렬(Hessian matrix)는 수학식 1로 나타낼 수 있다.The Hessian matrix may be represented by Equation 1.

Figure 112009051944219-pat00001
Figure 112009051944219-pat00001

상기 수학식 1에서, L은 (x,y)에서의 밝기 성분을 나타낸다. 상기 헤시안 행 렬은 고유치(eigenvalue)를 가지며, 첫 번째 고유치를 λ1, 두 번째 고유치를 λ2라 할 수 있다(단, |λ1|≥|λ2|). 또한, λ1에 대응하는 고유벡터(eigenvector)를 v1, λ2에 대응하는 고유벡터를 v2라 할 수 있다. 상기와 같은 고유치 분석을 통해 주요 곡률(principal curvature)과 이미지의 로컬 2차 구조(local second-order structure)를 추출할 수 있다. 이때 λ1, λ2, v1, v2는 각각 최대 곡률, 최소 곡률, 최대 곡률의 방향, 최소 곡률의 방향을 나타낼 수 있다. 방향장은 최소 고유치 λ2에 대응하는 고유벡터 v2의 방향을 의미하므로, φv2로 정의할 수 있다.In Equation 1, L represents a brightness component at (x, y). The Hessian matrix has an eigenvalue, and the first eigen value may be referred to as λ 1 and the second eigen value to be λ 2 (where | λ 1 | ≥ | λ 2 |). In addition, an eigenvector corresponding to λ 1 may be referred to as v 1 , and an eigenvector corresponding to λ 2 may be referred to as v 2 . The eigenvalue analysis can extract the principal curvature and the local second-order structure of the image. In this case, λ 1 , λ 2 , v 1 , and v 2 may represent the maximum curvature, the minimum curvature, the direction of the maximum curvature, and the direction of the minimum curvature, respectively. Since the direction field means the direction of the eigenvector v 2 corresponding to the minimum eigenvalue λ 2 , it can be defined as φ v2 .

단계 S130에서 상기 획득한 지정맥 이미지의 각 픽셀에서 상기 계산한 방향장을 이용하여 혈구 거리(BCD; Blood Cell Distance)를 계산한다.In operation S130, a blood cell distance (BCD) is calculated using the calculated direction field in each pixel of the acquired finger vein image.

도 6은 혈구 거리의 개념을 그림으로 표현한 것이다. 혈구 거리란 혈관 내의 혈구가 힘을 받아 움직인다고 가정할 때 움직임의 난이도를 거리의 개념으로 표현한 것이다. 즉, 물리적으로 혈구가 원활하게 이동할 수 있으면 짧은 거리, 이동할 수 없으면 먼 거리로 계산되도록 만든 새로운 거리 측정 방식이라 할 수 있다. 도 6을 참조하면, 혈구에 혈관의 방향으로 힘이 가해지면 혈구가 쉽게 움직일 수 있다(400; 제1 위치). 반면에 혈구에 혈관의 수직 방향으로 힘이 가해지면 혈구는 쉽게 움직일 수 없다(410; 제2 위치). 따라서 혈구의 관점에서 제1 위치(400)와 제2 위치(410)가 물리적으로 같은 거리에 있다고 하더라도, 제1 위치(400)까지의 혈구 거리가 제2 위치(410)까지의 혈구 거리보다 짧다고 할 수 있다.6 is a graphical representation of the concept of blood cell distance. Blood cell distance refers to the difficulty of movement in the concept of distance, assuming that blood cells in a blood vessel move under force. In other words, it is a new distance measuring method that calculates a short distance if the blood cells can move smoothly and a long distance if it cannot move. Referring to FIG. 6, when a force is applied to a blood cell in a direction of a blood vessel, the blood cell may move easily (400; first position). On the other hand, when a force is applied to the blood cells in the vertical direction of the blood vessel, the blood cells cannot move easily (410; second position). Therefore, even if the first position 400 and the second position 410 are physically at the same distance in terms of blood cells, the blood cell distance to the first position 400 is shorter than the blood cell distance to the second position 410. can do.

혈구 거리는 수학식 2로 정의할 수 있다.The blood cell distance may be defined by Equation 2.

상기 수학식 2에서, dbc(x,y,φv2)는 (x,y)에서 방향장이 φv2일 때, 원점에서 (x,y)까지의 혈구 거리를 나타낸다. de(x,y)는 원점에서 (x,y)까지의 물리(유클리디안) 거리를 나타낸다. φf는 혈구의 이동 방향을 나타내며, φv2는 (x,y)에서의 방향장을 나타낸다. 혈구의 이동 방향 φf가 방향장 φv2과 같다면 혈구 거리 dbc는 물리 거리 de와 같으며, φf φv2와 수직이라면 물리 거리는 무한대가 된다.In Equation 2, d bc (x, y, φ v2 ) represents the blood cell distance from the origin to (x, y) when the direction field is φ v2 at (x, y). d e (x, y) represents the physical (Euclidean) distance from the origin to (x, y). φ f represents the direction of movement of blood cells, and φ v2 represents the direction field at (x, y). If the movement direction φ f of the blood cell is equal to the direction field φ v2 , the blood cell distance d bc is equal to the physical distance d e, and φ f is If it is perpendicular to φ v2 , the physical distance becomes infinity.

도 7은 혈구 거리 등거리 곡선의 일 예를 나타낸 것이다. (a)에서 방향장은 일정(homogeneous)하며, 이에 따라 등거리 곡선의 모양도 방향장을 따라서 길게 늘어지는 것을 볼 수 있다. 이러한 형태는 일반적인 혈관의 영역에서 나타날 수 있다. (b)에서 방향장은 2차 곡선의 형태를 가지며, 이에 따라 등거리 곡선의 모양도 방향장을 따라서 길게 늘어지는 것을 볼 수 있다. 이러한 형태는 두 혈관이 교차하는 영역에서 나타날 수 있다.7 shows an example of a blood cell distance isometry curve. In (a), the direction field is homogeneous, and thus the shape of the equidistant curve can be seen to elongate along the direction field. This form may appear in areas of general blood vessels. In (b), the direction field has the shape of a quadratic curve, and thus the shape of the equidistant curve can be seen to elongate along the direction field. This form can occur in the region where two blood vessels intersect.

다시 도 3을 참조하면, 단계 S140에서 상기 계산한 혈구 거리를 이용하여 방 사도(radialness)를 계산한다. 방사도는 방향장으로부터 얻을 수 있는 국소(local) 특징 중 하나로서, 수학식 3으로 표현할 수 있다.Referring to FIG. 3 again, a radialness is calculated using the calculated blood cell distance in step S140. Emissivity is one of the local features obtained from the direction field, and can be expressed by Equation 3.

Figure 112009051944219-pat00003
Figure 112009051944219-pat00003

상기 수학식 3에서, R(x,y,r)은 (x,y)에서 거리 r을 기준으로 계산한 방사도를 나타낸다. 한편, N(x,y,r)과 Nall(x,y,r)은 수학식 4로 표현할 수 있다.In Equation 3, R (x, y, r) represents the radiance calculated based on the distance r at (x, y). On the other hand, N (x, y, r) and N all (x, y, r) can be expressed by the equation (4).

Figure 112009051944219-pat00004
Figure 112009051944219-pat00004

상기 수학식 4에서 인접 지시 함수(neighbor indication function) hbc(u,v,r,φ(u,v))는 혈구 거리 dbc(u,v,φ(u,v))≤r일 경우에는 1이고, 그렇지 않을 경우에는 0이다. 또 다른 인접 지시 함수 h(u,v,r)은 물리 거리 d(u,v)≤r일 경우에는 1이고, 그렇지 않을 경우에는 0이다.In the equation 4, when the neighbor indication function h bc (u, v, r, φ (u, v)) is the blood cell distance d bc (u, v, φ (u, v)) ≤r Is 1, otherwise 0. Another adjacent indicating function h (u, v, r) is 1 if the physical distance d (u, v) ≦ r, and 0 otherwise.

즉, 상기 수학식 4의 N(x,y,r)은 (x,y)로부터 혈구 거리 r 이내에 있는 픽셀의 개수를 나타내고, Nall(x,y,r)은 (x,y)로부터 물리 거리 r 이내에 있는 픽셀의 개수를 나타낸다. 따라서 상기 수학식 3의 방사도 R(x,y,r)은 각 픽셀에서 일정한 혈구 거리 내에 있는 픽셀의 개수와 일정한 물리 거리 내에 있는 픽셀의 개수의 비 율을 의미한다.That is, N (x, y, r) in Equation 4 represents the number of pixels within the blood cell distance r from (x, y), and N all (x, y, r) is physically derived from (x, y). It represents the number of pixels within the distance r. Therefore, the radiation rate R (x, y, r) of Equation 3 means a ratio of the number of pixels within a certain blood cell distance and the number of pixels within a certain physical distance in each pixel.

도 8은 방사도의 개념을 그림으로 표현한 것이다. 도 8을 참조하면, (x,y)를 중심으로 반지름인 r인 원(500; 실선)은 물리 거리 r 이내에 있는 픽셀의 영역을 나타낸다. 한편, 음영이 가해진 부분(510; 점선)은 혈구 거리 r 이내에 있는 픽셀의 영역을 나타낸다. 방향장을 따라서 혈구 거리 r 이내에 있는 픽셀의 개수가 많아지므로, (x,y) 주위로 방향장이 방사형을 이루면 방사도는 커지게 된다.8 is a graphical representation of the concept of radiation. Referring to FIG. 8, a circle 500 (solid line) having a radius r around (x, y) represents an area of pixels within a physical distance r. On the other hand, the shaded portion 510 (dashed line) represents the area of the pixel within the blood cell distance r. Since the number of pixels within the blood cell distance r increases along the direction field, the radiation rate increases when the direction field is radial around (x, y).

다시 도 3을 참조하면, 단계 S150에서 상기 계산된 방사도가 국소 최대값(local maxima)이 되는 픽셀을 지정맥의 분기점으로 추출한다.Referring back to FIG. 3, in step S150, the pixel whose calculated radiation value becomes a local maxima is extracted as a branch point of the finger vein.

상기 분기점은 인식 결과를 데이터베이스에 저장된 템플릿과 매칭할 때 특징점으로 사용될 수 있다. 특징점 기반 매칭 방법은 지문 인식 기술에서 주로 사용되나, 정맥은 지문과 달리 명확한 종점(end point)이 없으므로 상기 계산된 방사도를 이용하여 획득한 분기점을 특징점으로 사용할 수 있다.The branch point may be used as a feature point when matching a recognition result with a template stored in a database. The feature point based matching method is mainly used in fingerprint recognition technology, but since the vein does not have a clear end point unlike the fingerprint, the branch point acquired using the calculated radiation can be used as the feature point.

도 9는 일반적인 혈관 영역 내의 점과 분기 영역 내의 점 주위의 방향장을 나타낸 것이다. 도 9를 참조하면, 분기점에서는 혈관 내의 일반적인 점보다 주위에 방사형의 방향 벡터가 더 많이 분포한다. 분기점은 최소 3방향 이상으로 정맥이 뻗어가는(strech out) 점이므로, 분기점에서는 방사도가 주위의 다른 점보다 클 것으로 예상할 수 있다. 따라서 방사도가 주위보다 큰 점(local maxima)을 분기점으로 추출함으로써 분기점을 매칭시 특징점으로 이용할 수 있다. 또한, 분기점을 추출하 기 이전에 분산이 σb인 가우스 필터(Gaussian filter)를 사용하여 계산된 방사도를 부드럽게(smooth out) 한 후에 분기점을 추출할 수 있다.9 shows the direction field around a point in a general vascular area and a point in a branched area. Referring to FIG. 9, more radial direction vectors are distributed around branch points than general points in blood vessels. Since the bifurcation is the point at which veins stretch out in at least three directions, it is expected that the bifurcation will be greater than the other points around it. Thus, by extracting a local maxima larger than the surrounding area as a branch point, the branch point can be used as a feature point in matching. In addition, the branch point may be extracted after smoothing out the calculated radiance using a Gaussian filter having a dispersion of σ b before extracting the branch point.

표 1은 다양한 지정맥 특징점 추출 방법의 성능을 비교한 것이다.Table 1 compares the performance of various finger vein feature extraction methods.

Figure 112009051944219-pat00005
Figure 112009051944219-pat00005

표 1을 참조하면, 옳은 분기점의 개수와 틀린 분기점의 개수로 지정맥 특징점 추출 방법의 성능을 비교하였다. 제안된 방사도에 기반한 지정맥 특징점 추출 방법이 여타의 방법에 비해 더 좋은 성능을 보임을 알 수 있다. vesselness-based 방법도 제안된 방법과 제안된 방법과 거의 비슷한 성능을 보이나, 이 방법은 많은 계산 시간을 요구한다.Referring to Table 1, the performance of the finger vein feature point extraction method was compared with the number of correct and wrong branch points. The finger vein feature extraction method based on the proposed radioactivity shows better performance than the other methods. The vesselness-based method shows almost the same performance as the proposed and proposed methods, but this method requires a lot of computation time.

도 10은 제안된 지정맥 특징점 추출 방법의 또 다른 실시예를 나타낸다.Figure 10 shows another embodiment of the proposed finger vein feature point extraction method.

방사도를 이용한 지정맥 특징점 추출 방법은 혈구 및 정맥의 물리적 모델을 이용하여 유도되어 이론적인 근거가 있는 방법이나 계산이 다소 복잡하다. 따라서 경사장을 계산하여 방사도를 근사화하여 분기점을 빠르게 추출할 수 있는 방법이 제안된다. 이는 분기점에서 경사장이 방향장과 마찬가지로 방사형을 가지기 때문에 가능하다.Extraction of finger vein feature points using radiographs is derived from physical models of blood cells and veins, and the method of calculation is theoretically complicated. Therefore, a method for quickly extracting the branch point by calculating the inclination field and approximating the radioactivity is proposed. This is possible because the slope field at the fork has a radial like the direction field.

단계 S600에서 적외선에 통과된 인식의 대상이 되는 손가락으로부터 손가락 이미지를 획득한다. 단계 S610에서 상기 획득한 손가락 이미지로부터 배경을 제거하여 지정맥 이미지를 획득한다.In operation S600, a finger image is acquired from a finger that is a target of recognition passed through infrared rays. In operation S610, a background is removed from the acquired finger image to obtain a finger vein image.

단계 S620에서 상기 지정맥 이미지의 각 픽셀에서 경사장(gradient field)을 계산한다.In step S620, a gradient field is calculated at each pixel of the finger vein image.

(x,y)에서 경사장을 G(x,y)라 하면 정규화(normalized) 경사장 G N(x,y)는 수학식 5에 의해서 계산될 수 있다.If the gradient in (x, y) is called G (x, y), the normalized gradient field G N (x, y) may be calculated by Equation 5.

Figure 112009051944219-pat00006
Figure 112009051944219-pat00006

또한, 복소 정규화 경사장 G C(x,y)는 수학식 6에 의해서 계산될 수 있다.In addition, the complex normalized gradient length G C (x, y) can be calculated by Equation 6.

Figure 112009051944219-pat00007
Figure 112009051944219-pat00007

gx(x,y)와 gy(x,y)는 각각 상기 수학식 5의 정규화 경사장 G N(x,y)의 첫 번째와 두 번째 성분을 나타낸다.g x (x, y) and g y (x, y) represent the first and second components of the normalized gradient field G N (x, y) of Equation 5, respectively.

또한, 수학식 7과 같이 복소 방사형 필터(complex radial filter)를 정의할 수 있다.In addition, a complex radial filter may be defined as shown in Equation (7).

Figure 112009051944219-pat00008
Figure 112009051944219-pat00009
(단, 일 때, 그 이외에는 0)
Figure 112009051944219-pat00008
Figure 112009051944219-pat00009
(Where, 0 otherwise)

단계 S630에서 상기 복소 정규화 경사장 G C와 복소 방사형 필터를 이용하여 근사화된 방사도 RG(x,y,r)을 계산할 수 있다. 이는 수학식 8에 나타나 있다.In operation S630, an approximate radiation rate R G (x, y, r) may be calculated using the complex normalized gradient field G C and the complex radial filter. This is shown in equation (8).

Figure 112009051944219-pat00010
Figure 112009051944219-pat00010

상기 수학식 8에서 RG(x,y,r)은 (x,y)에서 거리 r을 기준으로 계산한 근사화된 방사도를 나타낸다. Nall(x,y,r)은 (x,y)로부터 물리 거리 r 이내에 있는 픽셀의 개수를 나타내며, G S(x,y)는 수학식 9에 의해 계산되는 복소 필터링된 복소 정규화 경사장을 나타낸다. 즉, 근사화된 방사도 역시 상기 수학식 3과 같이 비율의 형태를 가진다.In Equation 8, R G (x, y, r) represents an approximate radioactivity calculated based on the distance r at (x, y). N all (x, y, r) represents the number of pixels within the physical distance r from (x, y), and G S (x, y) represents the complex filtered complex normalization gradient calculated by Equation (9). Indicates. That is, the approximated radiation also has a form of a ratio as shown in Equation 3 above.

Figure 112009051944219-pat00011
Figure 112009051944219-pat00011

상기 수학식 9에서 F(x,y)*G C(x,y)는 F(x,y)와 G C(x,y)의 복소 컨벌루션(complex convolution)을 나타내며, real(F(x,y)*G C(x,y))는 F(x,y)*G C(x,y)의 실수 부분을 나타낸다.In Equation 9, F (x, y) * G C (x, y) represents a complex convolution of F (x, y) and G C (x, y), and real ( F (x, y) * G C (x, y)) represents the real part of F (x, y) * G C (x, y).

단계 S640에서 상기 계산된 근사화된 방사도가 국소 최대값(local maxima)이 되는 픽셀을 지정맥의 분기점으로 추출한다. 상기 추출된 분기점을 매칭에서 특징점으로 이용한다. 본 실시예의 방법을 이용하여 상기 표 1과 같이 옳은 분기점과 틀린 분기점의 개수로 성능을 비교한 결과, 각각 276개와 346개가 나왔다. 이는 헤시안 행렬과 혈구 거리에 의해 계산된 방사도를 이용한 지정맥 특징점 추출 방법의 성능보다 약간 떨어지는 것이나, 본 실시예에 의한 지정맥 특징점 추출 방법은 컨벌루션(convolution) 연산자를 이용하여 빠르게 계산될 수 있는 장점이 있다.In step S640, the pixel at which the calculated approximated radiation becomes a local maxima is extracted as a branch point of the finger vein. The extracted branch point is used as a feature point in matching. As a result of comparing the performance with the number of right and wrong branch points using the method of the present embodiment, 276 and 346 results, respectively. This is slightly lower than the performance of the finger vein feature point extraction method using the radioactivity calculated by the Hessian matrix and blood cell distance, but the finger vein feature point extraction method according to the present embodiment can be quickly calculated using a convolution operator. There is an advantage.

한편, 특징점을 이용하는 지문 인식 기술에서는 특징점의 위치뿐만 아니라 특징점에서의 곡선의 방향에 관한 정보를 추출할 수 있다. 마찬가지로, 지정맥 인식 기술에서도 보다 정확한 개인 식별을 위하여 분기점에서 지정맥의 방향을 추가로 추출하여 이용할 수 있다.On the other hand, in the fingerprint recognition technology using the feature point, it is possible to extract not only the position of the feature point but also information on the direction of the curve at the feature point. Similarly, in the finger vein recognition technology, the direction of the finger vein can be additionally extracted from the branching point for more accurate personal identification.

지정맥의 분기점은 적어도 3개의 방향을 가질 수 있다. 분기점 주위에서 주요한 방향을 찾기 위하여, K-means 클러스터링 방식 또는 각종 트래킹 알고리즘 등을 이용하여 분기점 주위의 방향장을 적어도 3개의 집단으로 분류할 수 있다. 이러한 과정을 추출된 분기점에서 반복함으로써 분기점에서의 지정맥의 방향을 추출할 수 있다. 도 11은 지정맥의 방향 정보를 추출한 모습의 일 예를 나타낸 것이다.The branching point of the finger vein may have at least three directions. In order to find the main direction around the branch point, the direction field around the branch point may be classified into at least three groups using K-means clustering or various tracking algorithms. By repeating this process at the extracted branch point, the direction of the finger vein at the branch point can be extracted. 11 shows an example of a state in which the direction information of the finger vein is extracted.

도 12는 본 발명의 실시예가 구현되는 지정맥 특징점 추출 장치의 블록도이다.12 is a block diagram of a finger vein feature point extraction apparatus implemented in an embodiment of the present invention.

지정맥 특징점 추출 장치(700)는 지정맥 센서(710)와 프로세서(720)를 포함 한다. 지정맥 센서(710) 및 프로세서(720)는 제안된 기능 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. The finger vein feature point extraction apparatus 700 includes a finger vein sensor 710 and a processor 720. The finger vein sensor 710 and the processor 720 implement the proposed functional function, process and / or method.

지정맥 센서(710)는 손가락을 통과한 적외선을 포착하여 손가락 이미지를 획득한다. 상기 지정맥 센서(710)는 상기 도 4의 구조를 가질 수 있다. 프로세서(720)는 상기 획득한 손가락 이미지로부터 배경을 제거하여 지정맥 이미지를 획득하고, 상기 지정맥 이미지의 각 픽셀에서 방사도를 계산하고, 상기 계산된 방사도가 국소 최대값이 되는 픽셀을 지정맥의 분기점(bifurcation)으로 추출하여 특징점으로 이용한다.The finger vein sensor 710 acquires a finger image by capturing infrared rays passing through the finger. The finger vein sensor 710 may have the structure of FIG. 4. The processor 720 obtains a finger vein image by removing a background from the acquired finger image, calculates a radiation rate at each pixel of the finger vein image, and specifies a pixel at which the calculated radiation rate becomes a local maximum value. Extracted as bifurcation of the vein is used as a feature point.

프로세서(720)은 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 프로세서(720)에 의해 실행될 수 있다.The processor 720 may include an application-specific integrated circuit (ASIC), another chipset, a logic circuit, and / or a data processing device. When the embodiment is implemented in software, the above-described techniques may be implemented with modules (processes, functions, and so on) that perform the functions described above. The module may be executed by the processor 720.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. In the exemplary system described above, the methods are described based on a flowchart as a series of steps or blocks, but the invention is not limited to the order of steps, and certain steps may occur in a different order or concurrently with other steps than those described above. Can be. In addition, those skilled in the art will appreciate that the steps shown in the flowcharts are not exclusive and that other steps may be included or one or more steps in the flowcharts may be deleted without affecting the scope of the present invention.

상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타 내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.The above-described embodiments include examples of various aspects. Although not all possible combinations may be described in order to represent the various aspects, one of ordinary skill in the art will recognize that other combinations are possible. Accordingly, it is intended that the invention include all alternatives, modifications and variations that fall within the scope of the following claims.

도 1은 본인 확인 시스템을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing an identity verification system.

도 2는 개인 식별 시스템을 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a personal identification system.

도 3은 제안된 지정맥 특징점 추출 방법의 일 실시예를 나타낸다.3 shows an embodiment of the proposed finger vein feature point extraction method.

도 4는 지정맥 센서의 구조의 일 예를 나타낸다.4 shows an example of the structure of the finger vein sensor.

도 5는 배경 제거 방법의 일 실시예를 나타낸 것이다.5 illustrates one embodiment of a background removal method.

도 6은 혈구 거리의 개념을 그림으로 표현한 것이다.6 is a graphical representation of the concept of blood cell distance.

도 7은 혈구 거리 등거리 곡선의 일 예를 나타낸 것이다.7 shows an example of a blood cell distance isometry curve.

도 8은 방사도의 개념을 그림으로 표현한 것이다.8 is a graphical representation of the concept of radiation.

도 9는 일반적인 혈관 영역 내의 점과 분기 영역 내의 점 주위의 방향장을 나타낸 것이다.9 shows the direction field around a point in a general vascular area and a point in a branched area.

도 10은 제안된 지정맥 특징점 추출 방법의 또 다른 실시예를 나타낸다.Figure 10 shows another embodiment of the proposed finger vein feature point extraction method.

도 11은 지정맥의 방향 정보를 추출한 모습의 일 예를 나타낸 것이다.11 shows an example of a state in which the direction information of the finger vein is extracted.

도 12는 본 발명의 실시예가 구현되는 지정맥 특징점 추출 장치의 블록도이다.12 is a block diagram of a finger vein feature point extraction apparatus implemented in an embodiment of the present invention.

Claims (10)

적외선에 통과된 손가락으로부터 손가락 이미지를 획득하고,Obtain a finger image from a finger passed through infrared light, 상기 획득한 손가락 이미지로부터 배경을 제거하여 지정맥 이미지를 획득하고,Obtaining a finger vein image by removing a background from the acquired finger image, 상기 지정맥 이미지의 각 픽셀(pixel)에서 방사도(radialness)를 계산하고,Calculate a radiance at each pixel of the finger vein image, 상기 계산된 방사도가 국소 최대값(local maxima)이 되는 픽셀을 지정맥의 분기점(bifurcation)으로 추출하는 것을 포함하는 지정맥 특징점 추출 방법.And a finger vein feature point extraction method comprising extracting a pixel at which the calculated radioactivity is a local maxima as a bifurcation of the finger vein. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 방사도를 계산하는 것은,Calculating the radioactivity is 상기 지정맥 이미지의 상기 각 픽셀에서 방향장(orientation field)을 계산하고,Calculate an orientation field at each pixel of the finger vein image, 상기 계산된 방향장을 이용하여 혈구 거리(BCD; Blood Cell Distance)를 계산하고,The blood cell distance (BCD) is calculated using the calculated direction field, 아래의 수식과 같이 상기 각 픽셀에서 일정한 혈구 거리 내에 있는 픽셀의 개수와 일정한 물리 거리 내에 있는 픽셀의 개수의 비율을 방사도로 계산하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 지정맥 특징점 추출 방법.Finger vein feature point extraction method comprising the step of calculating the ratio of the number of pixels within a certain blood cell distance and the number of pixels within a certain physical distance in each pixel as shown below. 단, R(x,y,r)은 (x,y)에서 거리 r을 기준으로 계산한 방사도를 나타낸다. N(x,y,r)은 (x,y)로부터 혈구 거리 r 이내에 있는 픽셀의 개수를 나타내고, Nall(x,y,r)은 (x,y)로부터 물리 거리 r 이내에 있는 픽셀의 개수를 나타낸다.However, R (x, y, r) represents the radiance calculated based on the distance r at (x, y). N (x, y, r) represents the number of pixels within blood cell distance r from (x, y), and N all (x, y, r) represents the number of pixels within physical distance r from (x, y) Indicates.
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제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 방향장은 아래의 수식에 의해 헤시안(Hessian) 행렬을 계산하여 상기 헤시안 행렬의 최소 고유치(eigenvalue)에 해당하는 고유벡터(eigenvector)의 방향으로 결정되는 것을 특징으로 하는 지정맥 특징점 추출 방법.The direction field is a finger vein feature extraction method characterized in that it is determined in the direction of the eigenvector corresponding to the minimum eigenvalue of the Hessian matrix by calculating the Hessian matrix by the following equation. 단, L은 (x,y)에서의 밝기 성분을 나타낸다.However, L represents the brightness component in (x, y).
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제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 혈구 거리는 아래의 수식에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 지정맥 특징점 추출 방법.The blood cell distance is finger vein feature point extraction method characterized in that calculated by the following formula. 단, dbc(x,y,φv2)는 (x,y)에서 방향장이 φv2일 때, 원점에서 (x,y)까지의 혈구 거리를 나타낸다. de(x,y)는 원점에서 (x,y)까지의 물리(유클리디안) 거리를 나타낸다. φf는 혈구의 이동 방향을 나타내며, φv2는 (x,y)에서의 방향장을 나타낸 다.However, d bc (x, y, φ v2 ) represents the blood cell distance from the origin to (x, y) when the direction field is φ v2 at (x, y). d e (x, y) represents the physical (Euclidean) distance from the origin to (x, y). φ f represents the direction of movement of blood cells, and φ v2 represents the direction field at (x, y).
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제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 방사도는 상기 각 픽셀에서 아래의 수식에 의해 복소 필터링(complex filtering)된 경사장(gradient field)과 일정한 거리 내에 있는 픽셀의 개수의 비율로 계산되는 것을 특징으로 하는 지정맥 특징점 추출 방법.The radiation rate is finger vein feature point extraction method characterized in that calculated by the ratio of the number of pixels within a certain distance and the complex field (gradient field) complex filtered by the following formula in each pixel. 단, RG(x,y,r)은 (x,y)에서 거리 r을 기준으로 계산한 근사화된 방사도를 나타낸다. Nall(x,y,r)은 (x,y)로부터 물리 거리 r 이내에 있는 픽셀의 개수를 나타내며, G S(x,y)는 복소 필터링된 복소 정규화 경사장을 나타낸다.However, R G (x, y, r) represents an approximate radioactivity calculated based on the distance r at (x, y). N all (x, y, r) represents the number of pixels within physical distance r from (x, y), and G S (x, y) represents the complex filtered complex normalized gradient.
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제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 복소 필터링된 경사장은 아래의 수식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 지정맥 특징점 추출 방법.The complex filtered gradient is finger vein feature point extraction method characterized in that it is calculated by the following formula. 단, G S(x,y)는 복소 필터링된 복소 정규화 경사장, F(x,y)는 복소 방사향 필터, G C(x,y)는 (x,y)에서 복소 정규화 경사장을 나타낸다. F(x,y)*G C(x,y)는 F(x,y) 와 G C(x,y)의 복소 컨벌루션(complex convolution)을 나타내며, real(F(x,y)*G C(x,y))는 F(x,y)*G C(x,y)의 실수 부분을 나타낸다.Where G S (x, y) represents a complex filtered complex normalized gradient, F (x, y) represents a complex radial filter, and G C (x, y) represents a complex normalized gradient at (x, y) . F (x, y) * G C (x, y) represents the complex convolution of F (x, y) and G C (x, y), real ( F (x, y) * G C (x, y)) represents the real part of F (x, y) * G C (x, y).
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제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 가우스 필터(Gaussian filter)를 이용하여 상기 계산된 방사도를 부드럽게 하는(smooth out) 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지정맥 특징점 추출 방법.A finger vein feature point extraction method further comprising smoothing out the calculated radiance using a Gaussian filter. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 추출된 분기점에서 상기 분기점을 형성하는 각 지정맥의 방향을 추출하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지정맥 특징점 추출 방법.Finger vein feature point extraction method further comprises extracting the direction of each finger vein forming the branch point from the extracted branch point. 적외선에 통과된 손가락으로부터 손가락 이미지를 획득하는 지정맥 센서; 및Finger vein sensor for obtaining a finger image from the finger passed in the infrared; And 상기 획득한 손가락 이미지로부터 배경을 제거하여 지정맥 이미지를 획득하고,Obtaining a finger vein image by removing a background from the acquired finger image, 상기 지정맥 이미지의 각 픽셀에서 방사도를 계산하고,Calculate the emissivity at each pixel of the finger vein image, 상기 계산된 방사도가 국소 최대값이 되는 픽셀을 지정맥의 분기점으로 추출하는 프로세서를 포함하는 지정맥 특징점 추출 장치.And a processor for extracting a pixel at which the calculated radioactivity becomes a local maximum value as a branch point of the finger vein. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 프로세서는 방향장을 이용하여 상기 방사도를 계산하거나 또는 경사장을 이용하여 상기 방사도를 계산하는 것을 특징으로 하는 지정맥 특징점 추출 장치.The processor is a finger vein feature extraction apparatus, characterized in that for calculating the radioactivity using a direction field or using the gradient field.
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