KR102022510B1 - Method and apparatus for personal authentication using electrocardiogram signals - Google Patents

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KR102022510B1
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임준식
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Abstract

According to one embodiment of the present invention, provided is a personal authentication method using an elecgtrocardiogram signal performed by a personal authentication apparatus. The personal authentication method using an elecgtrocardiogram signal comprises the steps of: extracting heartbeats from received elecgtrocardiogram signals; extracting features from each of the extracted heartbeats; extracting functions by inputting the extracted features into an artificial neural network; generating pattern distributions for each of the extracted functions, based on output values obtained by inputting the extracted features to each of the extracted functions; and determining whether to be same, based on a result of matching the pre-extracted authentication features with the generated pattern distributions.

Description

심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PERSONAL AUTHENTICATION USING ELECTROCARDIOGRAM SIGNALS}METHOD AND APPARATUS FOR PERSONAL AUTHENTICATION USING ELECTROCARDIOGRAM SIGNALS}

본 발명은 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법 및 장치에 관한 것으로, 심전도 신호를 이용하여 동일인 여부를 판단할 수 있는 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a personal authentication method and apparatus using an electrocardiogram signal, and to a personal authentication method and apparatus using an electrocardiogram signal that can determine whether the same using the electrocardiogram signal.

전통적인 인증 방법은 숫자, 문자 및 그래픽 암호를 기반으로 한다. 그러나 비생체 인식 방법은 암호가 분실, 분실 또는 도난당할 위험이 있기 때문에, 상황에 따라 인증을 위한 생체 정보의 사용이 제한되었다. Traditional authentication methods are based on numbers, letters and graphical passwords. However, in the non-biometric method, there is a risk that the password may be lost, lost, or stolen. Therefore, the use of biometric information for authentication is limited depending on the situation.

심전도(Electocardiogram, ECG) 신호는 개인의 신체와 심장의 생체 인식 기능을 가지고 있어, 인증 방법으로 사용될 수 있다. (비특허문헌 1)Electrocardiogram (ECG) signals have a biometric function of the individual's body and heart and can be used as an authentication method. (Non-Patent Document 1)

종래에는 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법은 심전도 신호가 개인 인증에 사용될 수 있다는 것을 보는 연구가 다수 존재한다. (비특허문헌 2 내지 5) In the related art, there are many studies that show that an ECG signal can be used for personal authentication in a personal authentication method using an ECG signal. (Non-Patent Documents 2 to 5)

그러나 종래에 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법은 여전히 단점이 있다. 비특허문헌 2의 방법은 인증을 위해 오랜 시간동안 심전도 신호를 측정하여 사용하는 문제가 있고, 비특허문헌 3의 방법은 인증을 하기 위해 장기적인 심전도 신호가 필요한 문제가 있고, 비특허문헌 4의 방법은 더 나은 결과를 얻기 위해 추가적인 생체 인식 데이터베이스를 필요로하는 문제가 있다.However, the conventional personal authentication method using the ECG signal still has a disadvantage. The method of Non-Patent Document 2 has a problem of measuring and using an ECG signal for a long time for authentication, and the method of Non-Patent Document 3 has a problem of requiring a long-term ECG signal for authentication, and the method of Non-Patent Document 4 There is a problem that requires an additional biometric database to obtain better results.

또한, 비특허문헌 2 내지 5의 방법들은 심전도 신호로부터 추출하는 기점 특징(Fiducial Features)에 기초한다. 실제 동작 환경에서는 기준점과 특징을 정확하게 추출하는 것이 보장되지 않기 때문에, 인증 결과에 영향을 미치는 추출 및 계산에 많은 잡음이 있는 문제가 있다.In addition, the methods of Non-Patent Documents 2 to 5 are based on Fiducial Features extracted from an ECG signal. There is a problem that there is a lot of noise in the extraction and calculation that affects the authentication result because it is not guaranteed to accurately extract the reference point and the feature in the actual operating environment.

이러한 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 비기준 특징(Non-Fiducial Features)을 사용하여 심전도 신호의 잡음을 감소시키고, 실제 환경에 보다 적합한 개인 인증 방법에 대한 기술 개발이 필요하다. In order to solve the problems of the related arts, it is necessary to develop a technology for personal authentication method that reduces noise of an electrocardiogram signal using non-fiducial features and is more suitable for a real environment.

Biel, L., Pettersson, O., Philipson, L., Wide, P., 2001. ECG analysis: A new approach in human identification. IEEE Trans. Instrum. Meas. 50 (3), 808-812. Biel, L., Pettersson, O., Philipson, L., Wide, P., 2001. ECG analysis: A new approach in human identification. IEEE Trans. Instrum. Meas. 50 (3), 808-812. G. W*?*bbeler, M. Stavridis, D. Kreiseler, R.-D. Bousseljot, and C. Elster, “Verification of humans using the electrocardiogram,” Pattern Recognit. Lett., vol. 28, no. 10, pp. 1172-1175, Jul. 2007. G. W *? * Bbeler, M. Stavridis, D. Kreiseler, R.-D. Bousseljot, and C. Elster, “Verification of humans using the electrocardiogram,” Pattern Recognit. Lett., Vol. 28, no. 10, pp. 1172-1175, Jul. 2007. Y. N. Singh and S. K. Singh, “Evaluation of electrocardiogram for biometric authentication,” J. Inf. Secur., vol. 3, no. 1, pp. 39-48, Jan. 2012. Y. N. Singh and S. K. Singh, “Evaluation of electrocardiogram for biometric authentication,” J. Inf. Secur., Vol. 3, no. 1, pp. 39-48, Jan. 2012. Y. N. Singh and S. K. Singh, “Identifying individuals using eigenbeat features of electrocardiogram,” J. Eng., vol. 2013, Feb. 2013,Art. ID 539284. Y. N. Singh and S. K. Singh, “Identifying individuals using eigenbeat features of electrocardiogram,” J. Eng., Vol. 2013, Feb. 2013, Art. ID 539284. Juan Sebastian Arteaga-Falconi,, Hussein Al Osman,and Abdulmotaleb El Saddik, “ECG Authentication for Mobile Devices”, IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, VOL. 65, NO. 3, MARCH 2016. Juan Sebastian Arteaga-Falconi, Hussein Al Osman, and Abdulmotaleb El Saddik, “ECG Authentication for Mobile Devices”, IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, VOL. 65, NO. 3, MARCH 2016.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 비기준 특징(Non-Fiducial Features)을 사용하고, 다층으로 구성된 가중 퍼지 소속함수 기반 심층 신경망(Neural Network with Weighted Fuzzy Membership Function, NEWFM)을 이용하여 개인 인증을 수행하는 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention has been invented to solve the above problems, using non-fiducial features, and using a multi-layered weighted fuzzy membership function based neural network with Weighted Fuzzy Membership Function (NEWFM). The present invention relates to a personal authentication method and apparatus using an electrocardiogram signal for performing personal authentication.

본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법은 수신한 심전도 신호들에서 심박(Heartbeat)들을 추출하는 단계; 상기 추출된 심박들 각각에서 특징(Feature)들을 추출하는 단계; 상기 추출된 특징들을 인공신경망에 입력하여 함수들을 추출하는 단계; 상기 추출된 함수들 각각에 상기 추출된 특징들을 입력시켜 얻은 출력값들에 기반하여, 상기 추출된 함수들 각각에 대한 패턴분포들을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 패턴분포들에 기추출된 인증용 특징들을 대응시킨 결과에 기반하여, 동일인 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a personal authentication method using an ECG signal may include extracting heartbeats from received ECG signals; Extracting features from each of the extracted heart rates; Extracting functions by inputting the extracted features into an artificial neural network; Generating pattern distributions for each of the extracted functions based on output values obtained by inputting the extracted features to each of the extracted functions; And determining whether they are the same, based on a result of matching the pre-extracted authentication features with the generated pattern distributions.

상기 심박들을 추출하는 단계 이전에, 상기 수신한 심전도 신호들의 진폭 및 샘플링 레이트(Sampling Rate)를 정규화하는 단계를 더 포함할 수 있다.Before extracting the heartbeats, the method may further include normalizing an amplitude and a sampling rate of the received ECG signals.

상기 심박들을 추출하는 단계는, 상기 정규화된 심전도 신호들에서 상기 심박들을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.Extracting the heartbeats may include extracting the heartbeats from the normalized ECG signals.

상기 심박들을 추출하는 단계는, 상기 심전도 신호들에서 기설정된 개수의 심전도 신호값들을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 신호값들을 하나의 심박으로 추출하는 단계를 포함할 수 있다.The extracting the heartbeats may include: selecting a predetermined number of ECG signal values from the ECG signals; And extracting the selected signal values into one heartbeat.

상기 함수들을 추출하는 단계에서, 상기 인공신경망은 다층(Multi-layer)구조로 이루어져, 제1 층에 포함된 인공신경망들의 출력값이 제2 층에 포함된 인공신경망에 입력될 수 있다.In the extracting of the functions, the artificial neural network has a multi-layer structure, and output values of the artificial neural networks included in the first layer may be input to the artificial neural network included in the second layer.

상기 함수들을 추출하는 단계는, 상기 추출된 특징들을 제1 인공신경망들에 입력하는 단계; 상기 제1 인공신경망들 각각에서 출력된 값들을 제2 인공신경망에 입력하는 단계; 및 상기 제2 인공신경망에서 출력된 함수들을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.Extracting the functions comprises: inputting the extracted features into first artificial neural networks; Inputting values output from each of the first artificial neural networks into a second artificial neural network; And extracting functions output from the second artificial neural network.

상기 패턴분포를 생성하는 단계 이후, 상기 생성된 패턴분포들에 기반하여 제1 패턴값을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.After generating the pattern distribution, the method may further include calculating a first pattern value based on the generated pattern distributions.

상기 동일인 여부를 판단하는 단계는, 상기 생성된 패턴분포들 각각에 상기 인증용 특징들을 대응시켜 제2 패턴값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 제1 패턴값과 제2 패턴값의 크기를 비교하여 동일인 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of the same may include: calculating a second pattern value by matching the authentication features with each of the generated pattern distributions; And comparing the calculated first pattern value with the size of the second pattern value and determining whether the same is the same.

상기 제1 패턴값을 산출하는 단계는, 상기 생성된 패턴분포들의 면적 비율 및 상기 추출된 함수들의 함수값들과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들의 함수값들의 차이에 기반하여 상기 제1 패턴값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the first pattern value may include: calculating the first pattern value based on an area ratio of the generated pattern distributions and a difference between function values of the extracted functions and function values of previously extracted functions for each of others; Calculating a value may be included.

상기 제1 패턴값을 산출하는 단계는,Computing the first pattern value,

Figure 112018120026385-pat00001
의 수식에 의해 상기 제1 패턴값인 Ti를 산출하는 단계를 포함하고,
Figure 112018120026385-pat00001
Calculating T i , the first pattern value, by a formula of

여기서, n은 상기 생성된 패턴분포들 및 추출된 함수들의 수이고, m은 상기 추출된 특징들의 개수이고, PVn,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 상기 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이이고, bias는 패턴값 산출을 위해 기설정된 수치이다.Where n is the number of generated pattern distributions and extracted functions, m is the number of extracted features, PV n, j is the area ratio of the j-th interval in the generated nth pattern distribution, D n, j is the difference between the j th function value of the n th function extracted from the artificial neural network and the average of the j th function values of the n th functions among the extracted functions for each of the others, and the bias is the pattern value This is a preset value for calculation.

상기 제1 패턴값을 산출하는 단계는,Computing the first pattern value,

Figure 112018120026385-pat00002
의 수식에 의해 상기 제1 패턴값인 Ti를 산출하는 단계를 포함하고,
Figure 112018120026385-pat00002
Calculating T i , the first pattern value, by a formula of

여기서, n은 상기 생성된 패턴분포들 및 추출된 함수들의 수이고, m은 상기 추출된 특징들의 개수이고, PVn,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 상기 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이이고, bias는 패턴값 산출을 위해 기설정된 수치이다. Where n is the number of generated pattern distributions and extracted functions, m is the number of extracted features, PV n, j is the area ratio of the j-th interval in the generated nth pattern distribution, D n, j is the difference between the j th function value of the n th function extracted from the artificial neural network and the average of the j th function values of the n th functions among the extracted functions for each of the others, and the bias is the pattern value This is a preset value for calculation.

상기 동일인 여부를 판단하는 단계는, 상기 제1 패턴값에 기반하여 설정된 임계 범위 내에 제2 패턴값이 속하면, 동일인의 심전호 신호라고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The determining of whether or not to be the same may include determining that the second pattern value belongs to an EKG signal of the same person when the second pattern value falls within a threshold range set based on the first pattern value.

본 발명의 다른 실시예에 따른 심전도를 이용한 개인 인증 장치는 심전도 신호들을 수신하는 통신부; 및 수신한 심전도 신호들에서 심박(Heartbeat)들을 추출하고, 상기 추출된 심박들 각각에서 특징들을 추출하고, 상기 추출된 특징들을 인공신경망에 입력하여 함수들을 추출하고, 상기 추출된 함수들 각각에 상기 추출된 특징들을 입력시켜 얻은 출력값들에 기반하여, 상기 추출된 함수들 각각에 대한 패턴분포들을 생성하고, 상기 생성된 패턴분포들에 기추출된 인증용 특징들을 대응시킨 결과에 기반하여, 동일인 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a personal authentication device using an electrocardiogram may include a communication unit configured to receive electrocardiogram signals; And extracting heartbeats from the received ECG signals, extracting features from each of the extracted heartbeats, inputting the extracted features into an artificial neural network, extracting functions, and applying the extracted functions to the extracted functions. Based on the output values obtained by inputting the extracted features, generating pattern distributions for each of the extracted functions, and based on a result of matching the extracted feature for authentication with the generated pattern distributions, It may include a control unit for determining.

상기 제어부는, 상기 심박들을 추출하기 이전에, 상기 수신한 심전도 신호들의 진폭 및 샘플링 레이트(Sampling Rate)를 정규화하고, 상기 정규화된 심전도 신호들에서 상기 심박들을 추출할 수 있다.The controller may normalize an amplitude and a sampling rate of the received ECG signals and extract the heartbeats from the normalized ECG signals before extracting the heartbeats.

상기 제어부는, 상기 심전도 신호들에서 기설정된 개수의 심전도 신호값들을 선택하고, 상기 선택된 신호값들을 하나의 심박으로 추출할 수 있다.The controller may select a predetermined number of ECG signal values from the ECG signals and extract the selected signal values as one heartbeat.

상기 인공신경망은 다층(Multi-layer)구조로 이루어져, 제1 층에 포함된 인공신경망들의 출력값이 제2 층에 포함된 인공신경망에 입력될 수 있다.The artificial neural network has a multilayer structure, and output values of the artificial neural networks included in the first layer may be input to the artificial neural network included in the second layer.

상기 제어부는, 상기 추출된 특징들을 제1 인공신경망들에 입력하고, 상기 제1 인공신경망들 각각에서 출력된 값들을 제2 인공신경망에 입력하고, 상기 제2 인공신경망에서 출력된 함수들을 추출할 수 있다.The control unit may input the extracted features to first artificial neural networks, input values output from each of the first artificial neural networks to a second artificial neural network, and extract functions output from the second artificial neural network. Can be.

상기 제어부는, 상기 패턴분포를 생성한 이후, 상기 생성된 패턴분포들에 기반하여 제1 패턴값을 산출하고, 상기 생성된 패턴분포들 각각에 상기 인증용 특징들을 대응시켜 제2 패턴값을 산출하고, 상기 산출된 제1 패턴값과 제2 패턴값의 크기를 비교하여 동일인 여부를 판단할 수 있다.After generating the pattern distribution, the controller calculates a first pattern value based on the generated pattern distributions, and calculates a second pattern value by matching the authentication features to each of the generated pattern distributions. The size of the calculated first pattern value and the second pattern value may be compared to determine whether they are the same.

상기 제어부는, 상기 생성된 패턴분포들의 면적 비율 및 상기 추출된 함수들의 함수값들과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들의 함수값들의 차이에 기반하여 상기 제1 패턴값을 산출할 수 있다.The controller may calculate the first pattern value based on an area ratio of the generated pattern distributions and a difference between the function values of the extracted functions and the function values of the extracted functions for each of the others.

상기 제어부는,The control unit,

Figure 112018120026385-pat00003
의 수식에 의해 상기 제1 패턴값인 Ti를 산출하고,
Figure 112018120026385-pat00003
T i , which is the first pattern value, is calculated by a formula of

여기서, n은 상기 생성된 패턴분포들 및 추출된 함수들의 수이고, m은 상기 추출된 특징들의 개수이고, PVn,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 상기 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이이고, bias는 패턴값 산출을 위해 기설정된 수치이다.Where n is the number of generated pattern distributions and extracted functions, m is the number of extracted features, PV n, j is the area ratio of the j-th interval in the generated nth pattern distribution, D n, j is the difference between the j th function value of the n th function extracted from the artificial neural network and the average of the j th function values of the n th functions among the extracted functions for each of the others, and the bias is the pattern value This is a preset value for calculation.

상기 제어부는,The control unit,

Figure 112018120026385-pat00004
의 수식에 의해 상기 제1 패턴값인 Ti를 산출하고,
Figure 112018120026385-pat00004
T i , which is the first pattern value, is calculated by a formula of

여기서, n은 상기 생성된 패턴분포들 및 추출된 함수들의 수이고, m은 상기 추출된 특징들의 개수이고, PVn,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 상기 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이이고, bias는 패턴값 산출을 위해 기설정된 수치이다.Where n is the number of generated pattern distributions and extracted functions, m is the number of extracted features, PV n, j is the area ratio of the j-th interval in the generated nth pattern distribution, D n, j is the difference between the j th function value of the n th function extracted from the artificial neural network and the average of the j th function values of the n th functions among the extracted functions for each of the others, and the bias is the pattern value This is a preset value for calculation.

상기 제어부는, 상기 제1 패턴값에 기반하여 임계 범위를 설정하고, 상기 설정된 임계 범위 내에 제2 패턴값이 속하면, 동일인의 심전호 신호라고 판단할 수 있다.The controller may set a threshold range based on the first pattern value, and if the second pattern value falls within the set threshold range, may determine that the cardiograph signal is the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법 및 장치에 따르면, 홍채 또는 지문 등과 같은 생체 인식 데이터들 보다 더 신뢰할 수 있는 심전도 신호를 사용하여 개인 인증을 수행하는 장점이 있다.According to the method and apparatus for personal authentication using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention, there is an advantage of performing personal authentication using an ECG signal that is more reliable than biometric data such as iris or fingerprint.

또한, 비기준 특징을 사용하여 특징들을 추출하기 때문에, 기준 특징을 사용하여 특징들을 추출하는 종래 기술들보다 실제 환경에 적용되기에 적합한 장점이 있다.In addition, since features are extracted using non-reference features, there is an advantage that is suitable for application in a real environment over conventional techniques of extracting features using reference features.

또한, 다층 인공신경망을 이용하기 때문에, 보다 적은 특징들 즉, 샘플들을 이용하더라도 높은 정확도로 개인 인증을 수행할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the use of a multilayer artificial neural network, there is an advantage that the personal authentication can be performed with high accuracy even if fewer features, that is, using samples.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 장치를 간략히 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법에서 다층 인공신경망을 이용하여 함수를 출력하는 과정을 간략히 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법에서 패턴분포들을 생성하는 과정을 간략히 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법에서 면적 비율을 계산하는 예시를 도시한 도면이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, included as part of the detailed description in order to provide a thorough understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention and together with the description, describe the technical features of the present invention.
1 is a flow chart briefly illustrating a personal authentication method using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically illustrating a personal authentication device using an ECG signal according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a view briefly illustrating a process of outputting a function using a multilayer artificial neural network in a personal authentication method using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram briefly illustrating a process of generating pattern distributions in a personal authentication method using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example of calculating an area ratio in a personal authentication method using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 즉, 구성요소들을 상기 용어들에 의해 한정하고자 함이 아니다.In this specification, terms such as first and / or second are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. In other words, it is not intended to limit the components by the above terms.

본 명세서에서 '포함하다' 라는 표현으로 언급되는 구성요소, 특징, 및 단계는 해당 구성요소, 특징 및 단계가 존재함을 의미하며, 하나 이상의 다른 구성요소, 특징, 단계 및 이와 동등한 것을 배제하고자 함이 아니다.Components, features, and steps that are referred to herein as "comprising" mean that such components, features, and steps exist and are intended to exclude one or more other components, features, steps, and equivalents. This is not it.

본 명세서에서 단수형으로 특정되어 언급되지 아니하는 한, 복수의 형태를 포함한다. 즉, 본 명세서에서 언급된 구성요소 등은 하나 이상의 다른 구성요소 등의 존재나 추가를 의미할 수 있다.Unless otherwise specified and stated in the singular, the plural forms are included. That is, the components and the like mentioned herein may mean the presence or addition of one or more other components.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의하여 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. to be.

즉, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In other words, terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and, unless expressly defined herein, are construed in ideal or overly formal meanings. It doesn't work.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법 및 장치에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, a personal authentication method and apparatus using an ECG signal according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법을 간략히 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 장치를 간략히 도시한 블록도이다.1 is a flowchart schematically illustrating a personal authentication method using an ECG signal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram briefly illustrating a personal authentication device using an ECG signal according to an embodiment of the present invention. .

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 장치(100)에서 수행되는 동작방법이다.1 and 2, a personal authentication method using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention is an operation method performed by the personal authentication device 100 using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법은 심전도 신호들을 정규화하는 단계(S101), 심박(Heartbeat)들을 추출하는 단계(S103), 특징들을 추출하는 단계(S105), 함수들을 추출하는 단계(S107), 패턴분포들을 생성하는 단계(S109), 제1 패턴값을 산출하는 단계(S111), 제2 패턴값을 산출하는 단계(S113) 및 동일인 여부를 판단하는 단계(S115)를 포함할 수 있다.1 and 2, in the personal authentication method using an ECG signal according to an embodiment of the present invention, normalizing ECG signals (S101), extracting heartbeats (S103), and extracting features. Step S105, extracting functions S107, generating pattern distributions S109, calculating a first pattern value S111, calculating a second pattern value S113, and whether they are the same It may include the step (S115).

심전도 신호들을 정규화하는 단계(S101)는 제어부(103)에서 수행되는 단계로서, 통신부(101)에서 수신한 심전도 신호들의 진폭 및 샘플링 레이트를 정규화하는 단계이다.Normalizing the ECG signals (S101) is a step performed by the control unit 103 and normalizing the amplitude and sampling rate of the ECG signals received by the communication unit 101.

심전도 신호들을 정규화하는 단계(S101)는 통신부(101)에서 수신한 심전도 신호들이 서로 다른 심전도 측정 장치들에 의해 측정된 경우, 이러한 심전도 신호들을 표준화하는 단계로서, 제어부(103)는 수학식 1을 이용하여 수신한 심전도 신호들의 진폭을 정규화할 수 있다.Normalizing the ECG signals (S101) is a step of normalizing the ECG signals when the ECG signals received by the communicator 101 are measured by different ECG measuring apparatuses. It can be used to normalize the amplitude of the received ECG signals.

Figure 112018120026385-pat00005
Figure 112018120026385-pat00005

여기서, E(i)는 하나의 심전도 기록(ECG record)에 포함된 i번째 심전도 신호값이고, L은 하나의 심전도 기록의 길이(Length)이고, Emax는 하나의 심전도 기록에 포함된 최대 심전도 신호값이고, Emin은 하나의 심전도 기록에 포함된 최소 심전도 신호값이다.Where E (i) is the i-th ECG signal value included in one ECG record, L is the length of one ECG record, and Emax is the maximum ECG signal included in one ECG record. Emin is the minimum ECG signal value included in one ECG record.

심박(Heartbeat)들을 추출하는 단계(S103)는 제어부(103)에서 수행되는 단계로, 수신한 심전도 신호들에서 심박들을 추출하는 단계이다.Extracting heartbeats (S103) is a step performed by the controller 103 and extracts heartbeats from the received ECG signals.

심박(Heartbeat)들을 추출하는 단계(S103)는 진폭 및 샘플링 레이트가 정규화된 심전도 신호들에서 특정 신호값들이 선택되고, 선택된 특정 신호값들이 하나의 심박으로 추출될 수 있다.Extracting heartbeats (S103) may include selecting specific signal values from ECG signals whose amplitude and sampling rate are normalized, and extracting the selected specific signal values into one heartbeat.

예컨대, 제어부(103)는 QRS 탐색 알고리즘을 이용하여 정규화된 심전도 신호들에서 각각의 심전도 신호에 대한 R포인트를 추출할 수 있다. 그리고 제어부(103)는 각각의 심전도 신호에서 추출된 R포인트를 중심으로 R포인트 이전에서 동일 간격으로 40개의 심전도 신호들을 선택하고, R포인트 이후에서 동일 간격으로 80개의 심전도 신호들을 선택할 수 있다. 그리고 제어부(103)는 선택한 총 120개의 심전도 신호들을 하나의 심박(Heartrate)으로 추출할 수 있다.For example, the controller 103 may extract an R point for each ECG signal from normalized ECG signals using a QRS search algorithm. In addition, the controller 103 may select 40 ECG signals at the same interval before the R point around the R point extracted from each ECG signal, and select 80 ECG signals at the same interval after the R point. In addition, the controller 103 may extract a total of 120 selected ECG signals as one heart rate.

특징들을 추출하는 단계(S105)는 제어부(103)에서 수행되는 단계로, 특징 추출 알고리즘에 기반하여 추출된 심박들 각각에서 특징(Feature)을 추출하는 단계이다.Extracting the features (S105) is a step performed by the controller 103, and extracting a feature from each of the extracted heartbeats based on the feature extraction algorithm.

예컨대, 특징들을 추출하는 단계(S105)는 하르 웨이블릿 변환(Haar Wavelet Transform)을 이용하여 하르 웨이블릿 특징(Haar Wavelet Feature)들을 추출할 수 있다.For example, the extracting of the features (S105) may extract the Har Wavelet Features using a Har Wavelet Transform.

하르 웨이블릿 변환은 입력된 샘플링 주파수를 다른 샘플링 주파수로 변환하여 다른 주파수 대역의 신호를 처리하는 것으로, 웨이블릿 생성 함수(ψ)로부터 스케일 계수(Scale Coefficient) (a)와 트랜지션 요소(transition element) (d)로 분류되며, 수학식 2를 통해 표현될 수 있다.The Har wavelet transform processes signals of different frequency bands by converting an input sampling frequency into another sampling frequency, and scale coefficients (a) and transition elements (d) from wavelet generation functions (ψ) ) And may be expressed through Equation 2.

Figure 112018120026385-pat00006
Figure 112018120026385-pat00006

수학식 2에서의 스케일 계수(a)와 트랜지션 요소(d)는 수학식 3 및 4를 통해 심전도 신호의 웨이블릿 변환을 위해 변환될 수 있다. The scale factor a and the transition element d in Equation 2 may be transformed for wavelet transform of the ECG signal through Equations 3 and 4.

Figure 112018120026385-pat00007
Figure 112018120026385-pat00007

Figure 112018120026385-pat00008
Figure 112018120026385-pat00008

여기서

Figure 112018120026385-pat00009
는 고주파 신호이고,
Figure 112018120026385-pat00010
는 저주파 신호이고, j는 레벨이고, 심전도 신호는
Figure 112018120026385-pat00011
Figure 112018120026385-pat00012
의 합을 통해 나타내어질 수 있다.here
Figure 112018120026385-pat00009
Is a high frequency signal,
Figure 112018120026385-pat00010
Is the low frequency signal, j is the level, and the ECG signal is
Figure 112018120026385-pat00011
and
Figure 112018120026385-pat00012
It can be represented by the sum of.

수학식 3 및 4를 참조하면, 스케일링 계수(a) 및 트랜지션 요소(d)는 레벨 j가 감소함에 따라 샘플의 수가 2씩 나누어진다.Referring to Equations 3 and 4, the scaling factor a and the transition element d are divided by two as the level j decreases.

추출된 하르 웨이블릿 특징들 중 일부는 등록을 위한 특징들로 분류되고, 나머지 중 일부는 인증을 위한 특징들로 분류될 수 있다.Some of the extracted Har wavelet features may be classified as features for registration, and some of the other may be classified as features for authentication.

예컨대, 하르 웨이블릿 변환을 통해서 34개의 특징들이 추출되었다면, 30개의 특징들은 등록을 위한 특징들로 분류되고, 4개의 특징들은 인증을 위한 특징들로 분류될 수 있다.For example, if 34 features were extracted through the Har wavelet transform, 30 features could be classified as features for registration, and 4 features could be classified as features for authentication.

함수들을 추출하는 단계(S107)는 제어부(103)에서 수행되는 단계로, 추출된 특징들을 인공신경망에 입력하여 함수들을 출력하는 단계이다.Extracting the functions (S107) is performed in the control unit 103, and inputs the extracted features to the artificial neural network to output the functions.

즉, 함수들을 추출하는 단계(S107)는 추출된 특징들을 제1 인공신경망들에 입력하고, 제1 인공신경망들 각각에서 출력된 값들을 제2 인공신경망에 입력하고, 제2 인공신경망에서 출력된 함수들을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.That is, the step of extracting the functions (S107) inputs the extracted features to the first artificial neural networks, inputs values output from each of the first artificial neural networks into the second artificial neural network, and outputs from the second artificial neural network. Extracting the functions.

예컨대, 인공신경망은 가중 퍼지소속함수 기반의 퍼지 신경망(Neural Network with a Weighted Fuzzy Membership, NEWFM)을 포함하고, 인공신경망이 다층(Multi-layer)의 구조로 이루어질 수 있다.For example, the artificial neural network includes a Neural Network with a Weighted Fuzzy Membership (NEWFM), and the artificial neural network may have a multi-layered structure.

함수들을 추출하는 단계(S107)는 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법에서 다층 인공신경망을 이용하여 함수를 출력하는 과정을 간략히 도시한 도면이다. 구체적으로 도 3a는 함수를 출력하는 과정을 도시한 도면이고, 도 3b는 다층 구조로 이루어진 인공신경망을 도시한 도면이고, 도 3c는 출력된 함수의 함수값을 계산하는 예시를 도시한 도면이다.Extracting the functions (S107) will be described in detail with reference to FIG. 3 is a view briefly illustrating a process of outputting a function using a multilayer artificial neural network in a personal authentication method using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3A is a diagram illustrating a process of outputting a function, FIG. 3B is a diagram illustrating an artificial neural network having a multilayer structure, and FIG. 3C is a diagram illustrating an example of calculating a function value of an output function.

도 3a 및 3b를 참조하면, 제1 인공신경망들(201)과 제2 인공신경망(203)이 계층구조를 이루도록 이루어져 있다. 예컨대, 2층의 뉴로 퍼지 네트워크(Neuro Fuzzy Network)가 구축될 수 있다.3A and 3B, the first artificial neural networks 201 and the second artificial neural network 203 are configured to have a hierarchical structure. For example, a two-layer neuro fuzzy network may be established.

추출된 하르 웨이블릿 특징들은 제1 인공신경망들(201)의 개수에 따라 균등하게 나뉘어 제1 인공신경망들(201)에 입력될 수 있다. 즉, 인공신경망은 다층(Multi-layer)구조로 이루어져, 제1 층에 포함된 인공신경망들의 출력값이 제2 층에 포함된 인공신경망에 입력될 수 있다.The extracted Har wavelet features may be equally divided according to the number of first neural networks 201 and input to the first neural networks 201. That is, the artificial neural network has a multilayer structure, and output values of the artificial neural networks included in the first layer may be input to the artificial neural network included in the second layer.

제1 인공신경망들(201) 각각은 수게노(Sugeno) 값(S)을 출력하고, 출력된 수게노 값들은 제2 인공신경망(203)에 입력될 수 있다.Each of the first artificial neural networks 201 may output a Sugeno value S, and the output Segino values may be input to the second artificial neural network 203.

제2 인공신경망(203)은 제1 인공신경망들(201)의 개수와 동일한 개수의 함수를 출력할 수 있다. 예컨대 출력된 함수는 가중 퍼지소속함수의 경계합(Bounded Sum of Weighted Fuzzy Memberships, BSWFM)를 포함할 수 있다.The second neural network 203 may output the same number of functions as the number of the first neural networks 201. For example, the output function may include a bounded sum of weighted fuzzy memberships (BSWFM).

본 예시에서는 인공신경망 네트워크를 4개의 제1 인공신경망들(201)과 1개의 제2 인공신경망(203)으로 구축하였으나, 인공신경망 네트워크는 본 예시에 의해 국한되는 것은 아니고, 인경신경망들의 개수에 따라 구축된 인공신경망 네트워크는 확장될 수 있다.In this example, the artificial neural network is constructed with four first neural networks 201 and one second neural network 203, but the artificial neural network is not limited to the present example, but depends on the number of neural neural networks. The constructed neural network can be expanded.

도 3c를 참조하면 출력된 k번째 함수, 예컨대 k번째 가중 퍼지소속함수의 경계합은 i번째 사람과 다른 사람들의 함수값들을 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 3C, the boundary sum of the output k-th function, for example, the k-th weighted fuzzy-proportional function, may represent function values of the i-th person and others.

Pk,j는 k번째 함수에 대한 i번째 사람의 함수값이고, Ok,j는 k번째 함수에 대한 다른 사람들의 함수값들의 평균이고, Dk,j는 k번째 함수에 대한 i번째 사람의 함수값과 다른 사람들의 함수값의 평균의 차이이다. P k, j is the function value of the i th person for the k th function, O k, j is the mean of the function values of others for the k th function, and D k, j is the i th person for the k th function Is the difference between the function value of and the average of the function values of others.

패턴분포들을 생성하는 단계(S109) 제어부(103)에서 수행되는 단계로, 추출된 함수들 각각에 추출된 특징들을 입력시켜 얻은 출력값들에 기반하여, 추출된 함수들 각각에 대한 패턴분포들을 생성하는 단계이다.Generating Pattern Distributions (S109) A step performed by the control unit 103, and generating pattern distributions for each of the extracted functions based on output values obtained by inputting extracted features to each of the extracted functions. Step.

등록을 위한 하르 웨이블릿 특징들의 수만큼의 함수값들에 기반하여, 사람들 각각에 대한 패턴분포가 생성될 수 있다. 패턴분포를 생성하는 과정에 대해서는 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.Based on the function values as many as the number of Har wavelet features for registration, a pattern distribution for each of the people can be generated. A process of generating a pattern distribution will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법에서 패턴분포들(205)을 생성하는 과정을 간략히 도시한 도면이다. 4 is a diagram briefly illustrating a process of generating pattern distributions 205 in a personal authentication method using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 추출된 하르 웨이블릿 특징들이 2층의 뉴로 퍼지 네트워크(Two-Layer Neuro Fuzzy Network)에 입력되고, 뉴로 퍼지 네트워크에서 출력된 결과에 기반하여 패턴분포들(205)이 생성될 수 있다. 예컨대, 1번째 사람에 대해 생성된 3번째 패턴분포는 P3,1이고, 5번째 사람에 대해 생성된 2번째 패턴분포는 P2,5로 표현될 수 있다.Referring to FIG. 4, the extracted Har wavelet features may be input to a two-layer neuro fuzzy network, and pattern distributions 205 may be generated based on a result output from the neuro fuzzy network. have. For example, the third pattern distribution generated for the first person may be P 3,1 and the second pattern distribution generated for the fifth person may be expressed as P 2,5 .

생성된 패턴분포들(205)의 개수는 제1 인공신경망들(201)의 개수와 동일하다.The number of generated pattern distributions 205 is the same as the number of first artificial neural networks 201.

제1 패턴값을 산출하는 단계(S111)는 제어부(103)에서 수행되는 단계로, 생성된 패턴분포들(205)에 기반하여 제1 패턴값(207)을 산출하는 단계이다.The calculating of the first pattern value (S111) is performed by the controller 103, and calculating the first pattern value 207 based on the generated pattern distributions 205.

구체적으로, 제1 패턴값(207)을 산출하는 단계(S111)는 생성된 패턴분포들(205)의 면적 비율 및 추출된 함수들의 함수값들과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들의 함수값들의 차이에 기반하여 제1 패턴값(207)을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the step S111 of calculating the first pattern value 207 includes the area ratios of the generated pattern distributions 205 and the function values of the extracted functions and the function values of the functions extracted for each of the others. Computing the first pattern value 207 based on the difference between the two.

패턴분포들(205)의 면적 비율은 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 개인 인증 방법에서 면적 비율을 계산하는 예시를 도시한 도면이다. The area ratio of the pattern distributions 205 will be described with reference to FIG. 5. 5 is a diagram illustrating an example of calculating an area ratio in a personal authentication method using an electrocardiogram signal according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 면적 비율(Ai)은 패턴분포 전체에 대해 일부 영역이 차지하는 면적 비율이다. 패턴분포들(205) 각각은 함수들 각각에 입력된 하르 웨이블릿 특징들의 개수만큼의 부분들로 나뉘고, 각 부분들의 면적 비율이 각각 산출될 수 있다.Referring to FIG. 5, the area ratio A i is an area ratio occupied by some regions of the entire pattern distribution. Each of the pattern distributions 205 may be divided into as many parts as the number of Har wavelet features input to each of the functions, and an area ratio of each part may be calculated.

제1 패턴값(207)은 다음의 수학식 5를 이용하여 산출될 수 있다.The first pattern value 207 may be calculated using Equation 5 below.

Figure 112018120026385-pat00013
Figure 112018120026385-pat00013

여기서 n은 생성된 패턴분포들(205) 및 추출된 함수들의 수이고, m은 추출된 특징들의 개수이고, An,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이이다.Where n is the number of generated pattern distributions 205 and extracted functions, m is the number of extracted features, A n, j is the area ratio of the jth interval in the generated nth pattern distribution, D n, j is the difference between the j-th function value of the n-th function extracted from the artificial neural network and the j-th function value of the n-th function among the extracted functions for each of the others.

제1 패턴값(207)은 수학식 5 외에 수학식 6을 이용하여 산출될 수도 있다.The first pattern value 207 may be calculated using Equation 6 in addition to Equation 5.

Figure 112018120026385-pat00014
Figure 112018120026385-pat00014

즉, 제1 패턴값(207)은 수학식 5와 같이 패턴분포의 모든 영역에 대해서 계산될 수 있고, 수학식 6과 같이 패턴분포의 중간 영역에 대해서만 계산될 수도 있다.That is, the first pattern value 207 may be calculated for all regions of the pattern distribution as shown in Equation 5, or may be calculated only for the middle region of the pattern distribution as shown in Equation 6.

제2 패턴값을 산출하는 단계(S113)는 제어부(103)에서 수행되는 단계로, 생성된 패턴분포들(205) 각각에 인증용 특징들을 대응시켜 제2 패턴값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the second pattern value (S113) is performed by the control unit 103 and may include calculating the second pattern value by matching the authentication features to each of the generated pattern distributions 205. have.

인증용 특징들은 하르 웨이블릿 변환을 통해 추출된 특징들 중 인증을 위한 특징들로 분류된 특징들이다.The features for authentication are classified into features for authentication among the features extracted through the Har wavelet transform.

예컨대, 하르 웨이블릿 변환을 통해서 34개의 특징들이 추출되었다면, 30개의 특징들은 등록을 위한 특징들로 분류되고, 4개의 특징들은 인증을 위한 특징들로 분류될 수 있다.For example, if 34 features were extracted through the Har wavelet transform, 30 features could be classified as features for registration, and 4 features could be classified as features for authentication.

제2 패턴값(Vj)은 다음의 수학식 7을 이용하여 산출될 수 있다.The second pattern value V j may be calculated using Equation 7 below.

Figure 112018120026385-pat00015
Figure 112018120026385-pat00015

여기서 An,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이이다.Where A n, j is the area ratio of the j-th interval in the generated n-th pattern distribution, and D n, j is extracted from the j-th function value of the n-th function extracted from the artificial neural network and each of others. Difference in the average of the j th function values of the n th function among the functions.

동일인 여부를 판단하는 단계(S115)는 제어부(103)에서 수행되는 단계로, 생성된 패턴분포들에 기추출된 인증용 특징들을 대응시킨 결과에 기반하여, 동일인 여부를 판단하는 단계이다.Determining whether or not it is the same (S115) is performed by the control unit 103, and it is a step of determining whether or not it is the same based on a result of matching the extracted authentication features to the generated pattern distributions.

동일인 여부를 판단하는 단계(S115)는 산출된 제1 패턴값(207)과 제2 패턴값의 크기를 비교하여 동일인 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.Determining whether or not it is the same (S115) may include comparing the calculated first pattern value 207 and the size of the second pattern value to determine whether it is the same.

제2 패턴값이 기설정된 임계값들의 범위 내에 포함되면 동일인으로 판단되고, 제2 패턴값이 기설정된 임계값들의 범위를 벗어나면 동일인이 아닌 것으로 판단될 수 있다.If the second pattern value is within the range of preset thresholds, it may be determined to be the same person, and if the second pattern value is out of the range of preset thresholds, it may be determined to be not the same person.

예컨대, 동일인 여부를 판단하는 단계(S115)는 다음의 관계식을 이용하여 동일인 여부를 판단할 수 있다.For example, in the determining of whether or not it is the same (S115) it may be determined whether or not the same using the following relationship.

Figure 112018120026385-pat00016
Figure 112018120026385-pat00016

즉, 제2 패턴값(Vj)이 기설정된 임계값들의 범위(Ti-α 내지 Ti+β)에 속하면 동일인으로 판단되고, 제2 패턴값(Vj)이 Ti-α보다 작거나 Ti+β보다 크면 동일인이 아닌 것으로 판단될 수 있다. 여기서 Ti는 i번째 사람의 패턴값이다. That is, the second pattern value (V j) is a group belongs to the range of the threshold set (-α T i to T i + β) is determined by the same person, the second pattern value (V j) is more than T i -α small or it may be determined as not the same person is greater than T i + β. Ti is the pattern value of the i th person.

최종 결과는 모든 특징들에 대한 인증 결과로 투표되어, 동일인인지 여부가 판단될 수 있다.The final result is voted on as a result of authentication for all features, so that it can be determined whether they are the same person.

표 1은 비특허문헌 2 내지 5와 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도를 이용한 개인 인증 방법의 실험 결과를 도시한 표이다.Table 1 is a table showing the experimental results of the non-patent documents 2 to 5 and the personal authentication method using an electrocardiogram according to an embodiment of the present invention.

AlgorithmAlgorithm SubjectsSubjects TAR (%)TAR (%) FAR (%)FAR (%) Authent. lengthAuthent. length Enroll LengthEnroll Length 비특허문헌 2Non Patent Literature 2 7474 97.0097.00 3.003.00 10s10 s 10s10 s 비특허문헌 3Non-Patent Document 3 7373 82.0082.00 7.007.00 1/2 of record1/2 of record 1/2 of record1/2 of record 비특허문헌 4Non-Patent Document 4 7373 95.5595.55 3.003.00 10 heart beats10 heart beats 10 heart beats10 heart beats 비특허문헌 5Non Patent Literature 5 7373 84.9384.93 1.291.29 4s4s 30s30 s Proposed AlgorithmProposed Algorithm 7373 89.0489.04 1.271.27 4 heart beats4 heart beats 30 heart beats30 heart beats

먼저, Physionet Database의 73명의 피험자에 대한 데이터 셋을 이용하여, 비특허문헌 2 내지 5와 동일한 데이터 셋을 기준으로 TAR(True Acceptance Rate) 및 FAR(False Acceptance Rate)을 산출하였다.First, the TAR (True Acceptance Rate) and the FAR (False Acceptance Rate) were calculated based on the same data set as the non-patent documents 2 to 5 using data sets of 73 subjects in the Physionet Database.

TAR은 등록자를 인식하여 개인 인증에 성공한 확률이고, FAR은 비등록자를 등록자로 잘못 인식한 확률을 의미한다. 본 발명에 따른 알고리즘을 이용한 TAR은 89.04%, FAR은 1.27%이다.TAR is the probability of recognizing the registrant and succeeded in personal authentication, and FAR is the probability of misrecognizing the non-registrant as the registrant. TAR using the algorithm according to the invention is 89.04%, FAR is 1.27%.

본 발명에 따른 알고리즘에서, 인증에 사용된 심박은 4개이고, 등록에 사용된 심박은 30개로, 비특허문헌들보다 등록 및 인증에 필요한 심박의 수가 적지만 FAR이 가장 낮아 오수락률이 현저하게 낮은 것으로 나타났다.  In the algorithm according to the present invention, the heart rate used for authentication is 4, the heart rate used for registration is 30, and the number of heart rates required for registration and authentication is lower than that of non-patent literatures, but the FAR is the lowest, so that the acceptance rate is remarkably low. Found to be low.

즉, 등록 및 인증에 필요한 심박의 수를 고려하면, 본 발명에 따른 알고리즘은 동일한 데이터 세트에서 비특허문헌들보다 더 나은 결과를 얻었다.In other words, considering the number of heart rates required for registration and authentication, the algorithm according to the present invention yielded better results than non-patent literature in the same data set.

비록 본 명세서에서의 설명은 예시적인 몇 가지 양상으로 나타났지만, 다양한 수정이나 변경이 후술되는 특허청구범위에 의해 정의되는 범주로부터 이루어질 수 있으며, 본 발명의 기술적인 보호범위는 다음의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the description herein has been shown in some illustrative aspects, various modifications or changes may be made from the scope defined by the claims that follow, and the technical protection scope of the invention is set forth in the following claims. It must be decided by.

100: 개인 인증 장치
101: 통신부
103: 제어부
201: 제1 인공신경망들
203: 제2 인공신경망
205: 패턴분포들
207: 제1 패턴값
100: personal authentication device
101: communication unit
103: control unit
201: first neural networks
203: second artificial neural network
205 pattern distributions
207: first pattern value

Claims (20)

수신한 심전도 신호들에서 심박(Heartbeat)들을 추출하는 단계;
상기 추출된 심박들 각각에서 특징(Feature)들을 추출하는 단계;
상기 추출된 특징들을 인공신경망에 입력하여 함수들을 추출하는 단계;
상기 추출된 함수들 각각에 상기 추출된 특징들을 입력시켜 얻은 출력값들에 기반하여, 상기 추출된 함수들 각각에 대한 패턴분포들을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 패턴분포들에 기추출된 인증용 특징들을 대응시킨 결과에 기반하여, 동일인 여부를 판단하는 단계를 포함하는,
개인 인증 장치의 동작방법.
Extracting heartbeats from the received ECG signals;
Extracting features from each of the extracted heart rates;
Extracting functions by inputting the extracted features into an artificial neural network;
Generating pattern distributions for each of the extracted functions based on output values obtained by inputting the extracted features to each of the extracted functions; And
And determining whether they are the same, based on a result of matching the pre-extracted authentication features with the generated pattern distributions.
Operation method of personal authentication device.
제1항에 있어서,
상기 심박들을 추출하는 단계 이전에, 상기 수신한 심전도 신호들의 진폭 및 샘플링 레이트(Sampling Rate)를 정규화하는 단계를 더 포함하고,
상기 심박들을 추출하는 단계는,
상기 정규화된 심전도 신호들에서 상기 심박들을 추출하는 단계를 포함하는,
개인 인증 장치의 동작방법.
The method of claim 1,
Prior to extracting the heartbeats, normalizing the amplitude and sampling rate of the received electrocardiogram signals,
Extracting the heartbeats,
Extracting the heartbeats from the normalized electrocardiogram signals,
Operation method of personal authentication device.
제1항에 있어서,
상기 심박들을 추출하는 단계는,
상기 심전도 신호들에서 기설정된 개수의 심전도 신호값들을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 신호값들을 하나의 심박으로 추출하는 단계를 포함하는,
개인 인증 장치의 동작방법.
The method of claim 1,
Extracting the heartbeats,
Selecting a predetermined number of electrocardiogram signal values from the electrocardiogram signals; And
Extracting the selected signal values into a single heartbeat,
Operation method of personal authentication device.
제1항에 있어서,
상기 함수들을 추출하는 단계에서,
상기 인공신경망은 다층(Multi-layer)구조로 이루어져, 제1 층에 포함된 인공신경망들의 출력값이 제2 층에 포함된 인공신경망에 입력되는,
개인 인증 장치의 동작방법.
The method of claim 1,
In the step of extracting the functions,
The artificial neural network has a multi-layer structure, and output values of the artificial neural networks included in the first layer are input to the artificial neural network included in the second layer.
Operation method of personal authentication device.
제1항에 있어서,
상기 함수들을 추출하는 단계는,
상기 추출된 특징들을 제1 인공신경망들에 입력하는 단계;
상기 제1 인공신경망들 각각에서 출력된 값들을 제2 인공신경망에 입력하는 단계; 및
상기 제2 인공신경망에서 출력된 함수들을 추출하는 단계를 포함하는,
개인 인증 장치의 동작방법.
The method of claim 1,
Extracting the functions,
Inputting the extracted features into first artificial neural networks;
Inputting values output from each of the first artificial neural networks into a second artificial neural network; And
Extracting functions output from the second artificial neural network;
Operation method of personal authentication device.
제1항에 있어서,
상기 패턴분포를 생성하는 단계 이후,
상기 생성된 패턴분포들에 기반하여 제1 패턴값을 산출하는 단계를 더 포함하고,
상기 동일인 여부를 판단하는 단계는,
상기 생성된 패턴분포들 각각에 상기 인증용 특징들을 대응시켜 제2 패턴값을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 제1 패턴값과 제2 패턴값의 크기를 비교하여 동일인 여부를 판단하는 단계를 포함하는,
개인 인증 장치의 동작방법.
The method of claim 1,
After generating the pattern distribution,
Calculating a first pattern value based on the generated pattern distributions,
Determining whether the same is the same,
Calculating a second pattern value by matching the authentication features with each of the generated pattern distributions; And
Comparing the size of the calculated first pattern value and the second pattern value to determine whether the same,
Operation method of personal authentication device.
제6항에 있어서,
상기 제1 패턴값을 산출하는 단계는,
상기 생성된 패턴분포들의 면적 비율 및 상기 추출된 함수들의 함수값들과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들의 함수값들의 차이에 기반하여 상기 제1 패턴값을 산출하는 단계를 포함하는,
개인 인증 장치의 동작방법.
The method of claim 6,
Computing the first pattern value,
Calculating the first pattern value based on an area ratio of the generated pattern distributions and a difference between function values of the extracted functions and function values of previously extracted functions for each of others.
Operation method of personal authentication device.
제6항에 있어서,
상기 제1 패턴값을 산출하는 단계는,
Figure 112018120026385-pat00017
의 수식에 의해 상기 제1 패턴값인 Ti를 산출하는 단계를 포함하고,
여기서, n은 상기 생성된 패턴분포들 및 추출된 함수들의 수이고, m은 상기 추출된 특징들의 개수이고, An,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 상기 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이인,
개인 인증 장치의 동작방법.
The method of claim 6,
Computing the first pattern value,
Figure 112018120026385-pat00017
Calculating T i , the first pattern value, by a formula of
N is the number of the generated pattern distributions and the extracted functions, m is the number of the extracted features, A n, j is the area ratio of the j-th interval in the generated nth pattern distribution, D n, j is the difference between the j th function value of the n th function extracted from the artificial neural network and the average of the j th function values of the n th functions among the extracted functions for each of others.
Operation method of personal authentication device.
제6항에 있어서,
상기 제1 패턴값을 산출하는 단계는,
Figure 112018120026385-pat00018
의 수식에 의해 상기 제1 패턴값인 Ti를 산출하는 단계를 포함하고,
여기서, n은 상기 생성된 패턴분포들 및 추출된 함수들의 수이고, m은 상기 추출된 특징들의 개수이고, An,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 상기 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이인,
개인 인증 장치의 동작방법.
The method of claim 6,
Computing the first pattern value,
Figure 112018120026385-pat00018
Calculating T i , the first pattern value, by a formula of
N is the number of the generated pattern distributions and the extracted functions, m is the number of the extracted features, A n, j is the area ratio of the j-th interval in the generated nth pattern distribution, D n, j is the difference between the j th function value of the n th function extracted from the artificial neural network and the average of the j th function values of the n th functions among the extracted functions for each of others.
Operation method of personal authentication device.
제6항에 있어서,
상기 동일인 여부를 판단하는 단계는,
상기 제1 패턴값에 기반하여 설정된 임계 범위 내에 제2 패턴값이 속하면, 동일인의 심전호 신호라고 판단하는 단계를 포함하는,
개인 인증 장치의 동작방법.
The method of claim 6,
Determining whether the same is the same,
If the second pattern value falls within the threshold range set based on the first pattern value, determining that the card signal of the same person;
Operation method of personal authentication device.
심전도 신호들을 수신하는 통신부; 및
수신한 심전도 신호들에서 심박(Heartbeat)들을 추출하고,
상기 추출된 심박들 각각에서 특징들을 추출하고,
상기 추출된 특징들을 인공신경망에 입력하여 함수들을 추출하고,
상기 추출된 함수들 각각에 상기 추출된 특징들을 입력시켜 얻은 출력값들에 기반하여, 상기 추출된 함수들 각각에 대한 패턴분포들을 생성하고,
상기 생성된 패턴분포들에 기추출된 인증용 특징들을 대응시킨 결과에 기반하여, 동일인 여부를 판단하는 제어부를 포함하는,
개인 인증 장치.
A communication unit for receiving electrocardiogram signals; And
Extract heartbeats from the received ECG signals,
Extract features from each of the extracted heart rates,
Extract the functions by inputting the extracted features into the artificial neural network,
Generating pattern distributions for each of the extracted functions based on output values obtained by inputting the extracted features to each of the extracted functions,
And a controller configured to determine whether they are the same based on a result of matching the extracted authentication features to the generated pattern distributions.
Personal authentication device.
제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 심박들을 추출하기 이전에, 상기 수신한 심전도 신호들의 진폭 및 샘플링 레이트(Sampling Rate)를 정규화하고,
상기 정규화된 심전도 신호들에서 상기 심박들을 추출하는,
개인 인증 장치.
The method of claim 11,
The control unit,
Prior to extracting the heartbeats, normalizing the amplitude and sampling rate of the received ECG signals,
Extracting the heartbeats from the normalized electrocardiogram signals,
Personal authentication device.
제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 심전도 신호들에서 기설정된 개수의 심전도 신호값들을 선택하고,
상기 선택된 신호값들을 하나의 심박으로 추출하는,
개인 인증 장치.
The method of claim 11,
The control unit,
Selecting a predetermined number of ECG signal values from the ECG signals,
Extracting the selected signal values into one heart rate,
Personal authentication device.
제11항에 있어서,
상기 인공신경망은,
다층(Multi-layer)구조로 이루어져, 제1 층에 포함된 인공신경망들의 출력값이 제2 층에 포함된 인공신경망에 입력되는,
개인 인증 장치.
The method of claim 11,
The artificial neural network,
Comprising a multi-layer structure, the output value of the artificial neural network included in the first layer is input to the artificial neural network included in the second layer,
Personal authentication device.
제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 추출된 특징들을 제1 인공신경망들에 입력하고,
상기 제1 인공신경망들 각각에서 출력된 값들을 제2 인공신경망에 입력하고,
상기 제2 인공신경망에서 출력된 함수들을 추출하는,
개인 인증 장치.
The method of claim 11,
The control unit,
Input the extracted features into first artificial neural networks,
Input values output from each of the first artificial neural networks into a second artificial neural network,
Extracting the functions output from the second artificial neural network,
Personal authentication device.
제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 패턴분포를 생성한 이후,
상기 생성된 패턴분포들에 기반하여 제1 패턴값을 산출하고,
상기 생성된 패턴분포들 각각에 상기 인증용 특징들을 대응시켜 제2 패턴값을 산출하고,
상기 산출된 제1 패턴값과 제2 패턴값의 크기를 비교하여 동일인 여부를 판단하는,
개인 인증 장치.
The method of claim 11,
The control unit,
After generating the pattern distribution,
Calculating a first pattern value based on the generated pattern distributions,
Calculating a second pattern value by matching the authentication features with each of the generated pattern distributions;
Comparing the magnitudes of the calculated first and second pattern values to determine whether they are the same;
Personal authentication device.
제16항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 생성된 패턴분포들의 면적 비율 및 상기 추출된 함수들의 함수값들과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들의 함수값들의 차이에 기반하여 상기 제1 패턴값을 산출하는,
개인 인증 장치.
The method of claim 16,
The control unit,
Calculating the first pattern value based on an area ratio of the generated pattern distributions and a difference between function values of the extracted functions and function values of previously extracted functions for each of others;
Personal authentication device.
제16항에 있어서,
상기 제어부는,
Figure 112018120026385-pat00019
의 수식에 의해 상기 제1 패턴값인 Ti를 산출하고,
여기서, n은 상기 생성된 패턴분포들 및 추출된 함수들의 수이고, m은 상기 추출된 특징들의 개수이고, An,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 상기 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이인,
개인 인증 장치.
The method of claim 16,
The control unit,
Figure 112018120026385-pat00019
T i , which is the first pattern value, is calculated by a formula of
N is the number of the generated pattern distributions and the extracted functions, m is the number of the extracted features, A n, j is the area ratio of the j-th interval in the generated nth pattern distribution, D n, j is the difference between the j th function value of the n th function extracted from the artificial neural network and the average of the j th function values of the n th functions among the extracted functions for each of others.
Personal authentication device.
제16항에 있어서,
상기 제어부는,
Figure 112018120026385-pat00020
의 수식에 의해 상기 제1 패턴값인 Ti를 산출하고,
여기서, n은 상기 생성된 패턴분포들 및 추출된 함수들의 수이고, m은 상기 추출된 특징들의 개수이고, An,j는 생성된 제n 번째 패턴분포에서 j번째 구간의 면적 비율이고, Dn,j는 상기 인공신경망에서 추출된 제n 번째 함수의 j번째 함수값과 다른 사람들 각각에 대해 기추출된 함수들 중 제n 번째 함수들의 j번째 함수값들의 평균의 차이인,
개인 인증 장치.
The method of claim 16,
The control unit,
Figure 112018120026385-pat00020
T i , which is the first pattern value, is calculated by a formula of
N is the number of the generated pattern distributions and the extracted functions, m is the number of the extracted features, A n, j is the area ratio of the j-th interval in the generated nth pattern distribution, D n, j is the difference between the j th function value of the n th function extracted from the artificial neural network and the average of the j th function values of the n th functions among the extracted functions for each of others.
Personal authentication device.
제16항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 패턴값에 기반하여 임계 범위를 설정하고,
상기 설정된 임계 범위 내에 제2 패턴값이 속하면, 동일인의 심전호 신호라고 판단하는,
개인 인증 장치.
The method of claim 16,
The control unit,
Set a threshold range based on the first pattern value,
If the second pattern value falls within the set threshold range, it is determined that the card signal of the same person;
Personal authentication device.
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