KR102059517B1 - User authentication system and method based on eye responses evoked from visual stimuli - Google Patents

User authentication system and method based on eye responses evoked from visual stimuli Download PDF

Info

Publication number
KR102059517B1
KR102059517B1 KR1020180081184A KR20180081184A KR102059517B1 KR 102059517 B1 KR102059517 B1 KR 102059517B1 KR 1020180081184 A KR1020180081184 A KR 1020180081184A KR 20180081184 A KR20180081184 A KR 20180081184A KR 102059517 B1 KR102059517 B1 KR 102059517B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
user
authentication
pupil
response
gaze
Prior art date
Application number
KR1020180081184A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190130948A (en
Inventor
이수영
이동건
정은수
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Publication of KR20190130948A publication Critical patent/KR20190130948A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102059517B1 publication Critical patent/KR102059517B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/30Authentication, i.e. establishing the identity or authorisation of security principals
    • G06F21/31User authentication
    • G06F21/32User authentication using biometric data, e.g. fingerprints, iris scans or voiceprints
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/30Authentication, i.e. establishing the identity or authorisation of security principals
    • G06F21/45Structures or tools for the administration of authentication
    • G06K9/00597
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/18Eye characteristics, e.g. of the iris

Abstract

눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템 및 방법이 개시된다. 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 시각 자극에 따른 사용자의 눈동자 반응을 이용하여 사용자를 예측하는 제어부; 및 사용자 정보를 저장하는 저장부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 사용자에게 시각 자극을 제시하는 시각 자극 제시부; 상기 제시된 시각 자극에 따른 상기 사용자의 눈동자 반응을 획득하는 눈동자 반응 획득부; 상기 획득된 눈동자 반응을 기초로 상기 사용자의 시선을 추적하여 얻은 사용자 눈동자 반응 정보로부터 추출된 사용자 특징을 상기 저장부에 저장된 정보와 비교하여 사용자를 예측하는 사용자 예측부; 및 상기 시각 자극 제시부, 눈동자 반응 획득부 및 사용자 예측부 중 적어도 하나 이상으로부터 획득된 결과에 따라 새로운 시각 자극을 결정하는 시각 자극 결정부를 포함한다. Disclosed are a user authentication system and method using a pupil reaction. The user authentication system using the pupil reaction may include a controller configured to predict the user by using the pupil reaction of the user according to the visual stimulus; And a storage unit for storing user information, wherein the controller comprises: a visual stimulus presentation unit configured to present a visual stimulus to the user; A pupil response acquiring unit for acquiring a pupil response of the user according to the presented visual stimulus; A user predicting unit predicting a user by comparing a user feature extracted from the user pupil response information obtained by tracking the eyes of the user based on the obtained pupil response with information stored in the storage unit; And a visual stimulus determiner configured to determine a new visual stimulus based on a result obtained from at least one of the visual stimulus presentation unit, the eye response obtainer, and the user predictor.

Description

시각자극에 의해 유도된 사용자 눈동자 반응을 이용한 인증 시스템{USER AUTHENTICATION SYSTEM AND METHOD BASED ON EYE RESPONSES EVOKED FROM VISUAL STIMULI}Authentication system using user's eye response induced by visual stimulation {USER AUTHENTICATION SYSTEM AND METHOD BASED ON EYE RESPONSES EVOKED FROM VISUAL STIMULI}

본 발명은 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예는 시각자극에 대한 사용자의 무의식적인 시선 움직임 반응을 인증에 사용하는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a user authentication system and method using the pupil reaction. More specifically, an embodiment of the present invention relates to a user authentication system and method using a pupil reaction using the user's unconscious eye movement response to the visual stimulus for authentication.

사람의 두뇌는 눈에 보이는 영상 중 익숙하거나 익숙하지 않거나, 또는 관심의 유무에 따라 다른 뇌파와 시선 움직임을 무의식 중에 생성한다고 알려져 있다(이를 '뇌지문(brain fingerprinting)' 라고 함). 사람마다 과거의 경험과 지식, 관심사가 다르므로 같은 영상에 대해서도 서로 다른 반응을 보이고, 이는 무의식 중에 일어나서 스스로 제어할 수 없으므로 남들이 복제하기는 더욱 불가능하여, 사용자인증에 사용되기 매우 좋은 생체신호이다. The human brain is known to generate unconsciousness or other brain waves and gaze movements unconsciously in the visible image, depending on whether it is familiar or unfamiliar, or called attention (called 'brain fingerprinting'). Because different people have different past experiences, knowledge, and interests, they react differently to the same video. This is a very good biosignal that can be used for user authentication because it is more impossible for others to duplicate because it cannot be controlled by themselves. .

한편, 현재의 사용자 인증 시스템은 지문이나 홍채인식 등 최신 기술조차도 유출의 위험이 존재하여 안전성이 보장되지 못하고 있다. 보다 구체적으로, 비교적 보안성이 높다고 알려진 지문이나 홍채인식 등 생체인식조차도 특수소재나 카메라 등으로 복제가 가능하고, 최근 생체인식 기술표준(FIDO)에서 고려되는 생동감 감지(liveness detection)조차도 카메라로 복제된 비디오를 이용하여 피해갈 수 있다. On the other hand, the current user authentication system, even the latest technology, such as fingerprint or iris recognition, there is a risk of leakage and the safety is not guaranteed. More specifically, even biometrics, such as fingerprints and iris recognitions, which are known to be relatively high in security, can be replicated with special materials or cameras, and even liveness detection, which is considered in the recent FIDO, can be replicated with cameras. This can be avoided by using the video.

또한, 가장 기본적인 암호나 기기(OTP, 휴대폰 등) 등은 잃어버릴 수도 있어 이를 보완하기 위해 편의성을 희생하게 된다.In addition, the most basic password or device (OTP, mobile phone, etc.) may be lost, and sacrificing convenience to compensate for this.

특히, 고령화 사회에서 디지털 기기에 익숙하지 못한 고령인구가 은행거래나 사회망(SNS) 가입 등 다양한 인터넷 상의 서비스를 이용하기에는 안전성과 편의성이 대폭 강화된 사용자인증 시스템이 필요하다. In particular, in the aging society, an elderly population who is not familiar with digital devices needs a user authentication system that greatly enhances safety and convenience in order to use various Internet services such as banking or joining a social network (SNS).

컴퓨터 및 인터넷 서비스에서 절대적으로 안전하면서도 편의성이 보장되는 사용자 인증 시스템을 개발할 필요성이 요구된다. There is a need for developing a user authentication system that is absolutely secure and convenient in computer and Internet services.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템 및 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a user authentication system and method using a pupil reaction.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 시각자극에 대한 사용자의 무의식적인 시선 움직임 반응을 인증에 사용하는 더 정확도 높고 시스템의 부하가 적은 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a user authentication system and method using a more accurate and lightly loaded eye response that uses the user's unconscious eye movement response to the visual stimulus for authentication.

상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 눈동자 반응을 이용한 연속 인증 시스템은 눈동자 반응 데이터를 포함하는 사용자 정보를 저장하는 저장부, 시각 자극에 따른 상기 사용자의 눈동자 반응 및 상기 사용자 정보를 이용하여 사용자를 예측하는 제어부, 상기 시각 자극에 따른 상기 사용자의 눈동자 반응을 획득하는 반응 획득부, 상기 제어부는 상기 획득한 눈동자 반응을 기초로 추출된 사용자 특징을 상기 저장부에 저장된 상기 사용자 정보와 비교하여 사용자 ID의 일치 확률을 판단하는 사용자 판단부 및 상기 사용자 ID의 일치 확률에 따른 인증 및 접근 여부를 결정하고, 상기 사용자의 접근 허용 후 반복적으로 사용자 재인증을 수행하는 인증부를 포함할 수 있다.Continuous authentication system using a pupil reaction according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a storage unit for storing user information including pupil response data, the pupil response of the user according to the visual stimulus and the user information A control unit for predicting a user using the control unit; a response obtaining unit configured to obtain a pupil response of the user according to the visual stimulus; and the control unit stores the user feature extracted based on the acquired pupil response in the storage unit. And a user determination unit for determining a matching probability of a user ID and an authentication unit for determining authentication and access according to the matching probability of the user ID, and repeatedly performing user re-authentication after allowing the user access. have.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 저장부는 사용자 등록 시에 입력한 상기 사용자의 눈동자 반응, 상기 사용자 개인 정보, 상기 사용자의 일상 정보 수집을 통해 획득한 데이터, 상기 사용자의 눈동자 반응에 대한 과거 인증 과정 또는 결과 중 적어도 하나를 저장할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the storage unit may authenticate past the user's pupil response, the user's personal information, the data obtained by collecting the user's daily information, and the user's pupil response. At least one of the process or result can be stored.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 시각 자극은 사용중인 디바이스에 제시되고 있는 화면의 전체 또는 일부, 사용중인 디바이스에 제시되고 있는 화면의 정지 영상 또는 동영상, 사용자의 동작에 따른 화면의 변화 중 어느 하나로 구성될 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the visual stimulus may be any or all of a screen presented to the device in use, a still image or a video of the screen presented to the device in use, and a change in the screen according to a user's motion. It can be composed of one.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 사용자가 접근하고자 하는 영역에 따라 서로 다른 인증 임계치 및 거부 임계치를 부여할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the controller may assign different authentication thresholds and rejection thresholds according to areas to be accessed by the user.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인증부는 상기 사용자 ID일치 확률이 인증 임계치 이상인 경우 사용자의 접근을 허용한 상태에서 지속적으로 인증을 수행할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, when the user ID matching probability is equal to or greater than an authentication threshold, the authentication unit may continuously perform authentication in a state in which a user access is allowed.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인증부는 상기 사용자 ID일치 확률이 거부 임계치 이하인 경우 사용자를 차단할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the authentication unit may block the user when the user ID matching probability is less than or equal to the rejection threshold.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인증부는 상기 사용자 ID일치 확률이 인증 임계치 이하이며 거부 임계치 이상인 경우 다른 방식의 추가 인증을 요구하여 접근의 허용 혹은 거절을 결정할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, when the user ID matching probability is equal to or less than an authentication threshold and equal to or greater than a rejection threshold, the authentication unit may request another method of additional authentication to determine whether to permit or deny access.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 획득부는 상기 사용자의 눈동자 반응을 디바이스에 장착되거나 디바이스에 연결된 카메라를 이용하여 획득할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the response obtaining unit may acquire the pupil response of the user using a camera mounted on the device or connected to the device.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기의 카메라는 디바이스에 장착되거나 연결된 가시광선 카메라, 적외선 광원과 카메라, 근적외선 광원과 카메라 중 어느 하나로 구성될 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the camera may be configured as any one of a visible light camera, an infrared light source and a camera, a near infrared light source and a camera mounted or connected to the device.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 획득부는 상기 사용자의 눈동자 반응을 시간 저해상도로 획득할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the response obtaining unit may obtain the eye response of the user at a low time resolution.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 획득부는, 상기 사용자의 눈동자 반응을 공간 저해상도로 획득할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the response obtaining unit may obtain a pupil response of the user at a spatial low resolution.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 인증부는 기 설정된 시간 간격으로 재인증을 수행할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the authentication unit may perform reauthentication at a predetermined time interval.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 눈동자 반응은 시선 위치, 단속성 운동, 동공 크기, 눈 깜박임 중 적어도 하나 이상으로부터 파생된 신호일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the pupil response may be a signal derived from at least one of eye position, intermittent movement, pupil size, and eye blink.

본 발명에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템 및 방법에 의하면, 시각자극에 대한 사용자의 무의식적인 시선 움직임 반응을 인증에 사용하여 사용자가 특별히 암호를 기억하거나 별도의 기기를 휴대할 필요 없이 편리하게 사용자를 인증할 수 있다. 또한, 사용자 두뇌의 무의식 반응이기에 다른 사람이 이를 복사하거나 모방할 수도 없는 안정성을 가질 수 있다. 또한, 기존 PC와 카메라를 이용하여 소프트웨어만으로 시선추적이 가능하여 시선움직임을 이용한 사용자 인증을 보편화시킬 수 있다. According to the user authentication system and method using the pupil reaction according to the present invention, by using the user's unconscious eye movement response to the visual stimulus for authentication, the user can conveniently use the user without having to remember a password or carry a separate device. Can be authenticated. It is also an unconscious response of the user's brain and can therefore have stability that no one else can copy or imitate. In addition, by using the existing PC and the camera can track the eye using only the software can make the user authentication using the eye movement universal.

본 발명에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템 및 방법에 의하면, 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증의 정확성을 높일 수 있다.According to the user authentication system and method using the pupil reaction according to the present invention, it is possible to increase the accuracy of the user authentication using the pupil reaction.

또한, 해상도를 낮추어 사용자의 눈동자 반응을 이용하여 시스템의 부하가 적어 기존의 간단한 시스템으로도 구현이 가능하다.In addition, it is possible to implement a simple system because the load of the system is less by using the user's eye response by lowering the resolution.

또한, 반복적 재인증을 통해 착오 또는 모방에 의해 접근한 사용자를 금지할 수 있다. Also, iterative reauthentication may prohibit a user from accessing by mistake or imitation.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법의 알고리즘을 도시한 것이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템에 사용되는 디스플레이부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3명의 사용자에 대한 시선추적을 예시로 나타내는 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템과 기존의 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 시험별 정확도를 비교한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템과 기존의 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 세션별 정확도를 비교한 도면이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 성능을 도시한 도면이다.
도 10은 사용자의 응시 시간에 따른 대상의 선택 확률을 도시한 것이다.
도 11는 사용자의 응시 시간에 따른 평균 선호도 정확도 그래프이다.
도 12은 단일 특징의 사용자 인식 결과를 도시한 표이다.
도 13는 각 단일 특징에 의한 사용자 인식의 정확도를 도시한 그래프이다.
도 14는 각 단일 특징에 의한 사용자 인식의 성능을 도시한 표다.
도 15은 복수의 특징에 의한 사용자 인식의 성능을 도시한 그래프이다.
도 16은 복수의 특징에 의한 사용자 인식의 성능을 도시한 표다.
도 17은 단일 또는 복수의 특징에 의한 사용자 인식의 성능을 도시한 표다.
도 18는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 사용자 인증 성능을 도시한 그래프다.
도 19은 동일한 사용자 및 각 특징에 대한 상이한 사용자로부터의 비유사도의 정규화된 분포를 나타낸다.
도 20은 시간 및 공간 해상도에 따른 사용자 인증 성능을 나타낸 것이다.
도 21는 2x2 및 4x4의 공간 해상도에서 사용자 내 및 사용자 간 스캔 경로 비유사성의 정규화 된 분포를 나타낸다.
도 22은 샘플 레벨에 따른 비유사성은 분포를 도시한 것이다.
도 23는 본 발명의 일 실시 예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 반복 인증 알고리즘도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시 예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 반복 인증 시스템의 일 예시이다.
1 is a schematic diagram showing a user authentication system using the pupil reaction according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates an algorithm of a user authentication method using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a user authentication method using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a user authentication system using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a display unit used in a user authentication system using a pupil reaction according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating eye tracking for three users according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram comparing test accuracy of a user authentication system using a pupil reaction and a user authentication system using a conventional pupil reaction according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a view comparing session-specific accuracy of a user authentication system using a pupil reaction and a user authentication system using a conventional pupil reaction according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing the performance of the user authentication system using the pupil reaction according to an embodiment of the present invention.
10 illustrates a selection probability of an object according to a user's gaze time.
11 is a graph of average preference accuracy according to a user's gaze time.
12 is a table showing a user recognition result of a single feature.
13 is a graph showing the accuracy of user recognition by each single feature.
14 is a table showing the performance of user recognition by each single feature.
15 is a graph showing the performance of user recognition by a plurality of features.
16 is a table showing the performance of user recognition by a plurality of features.
17 is a table showing the performance of user recognition by one or more features.
18 is a graph illustrating user authentication performance of a user authentication system using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.
19 shows a normalized distribution of dissimilarities from the same user and different users for each feature.
20 shows user authentication performance according to temporal and spatial resolution.
21 shows a normalized distribution of scan path dissimilarity within and between users at spatial resolutions of 2x2 and 4x4.
Fig. 22 shows the distribution of dissimilarity according to the sample level.
23 is a diagram of an iterative authentication algorithm of a user authentication system using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.
24 is an example of an iterative authentication system of a user authentication system using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 특징에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the elements of each drawing, it may be noted that the same elements are denoted by the same reference numerals as much as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in the following description of the present invention, detailed descriptions of related well-known configurations or features are apparent to those skilled in the art or may be considered to obscure the gist of the present invention.

본 시스템은 눈동자 반응을 이용한 연속 인증 시스템이다.This system is a continuous authentication system using pupil response.

본 시스템은 눈동자 반응을 획득하는 부분, 사용자의 인증정보를 저장하는 부분, 사용자의 인증여부를 결정하는 부분, 시각 자극 제시를 결정하는 부분으로 이루어져 있다.The system consists of a part for acquiring a pupil response, a part for storing user authentication information, a part for determining whether a user is authenticated, and a part for determining visual stimulus presentation.

본 시스템은 다음의 특징을 가진다.The system has the following features.

1) 모바일 기기의 전면부 카메라를 통해 얻은 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증1) User authentication using pupil response obtained from the front camera of the mobile device

2) 사용자가 일상업무를 수행하는동안 이루어지는 사용자 인증2) user authentication during the user's daily work

3) 수행하는 업무에 따라 다른 보안수준을 요구하는 사용자 인증3) User authentication that requires different security level according to the task performed

먼저 눈동자 반응을 획득하는 부분에서는 모바일 기기의 전면부 카메라를 이용하여 사용자의 눈동자 반응 정보를 획득한다. 눈동자 반응 정보란 안구의 움직임, 홍채의 모양, 동공의 크기 등의 정보를 포함한다.First, in the acquiring pupil response, the pupil response information of the user is obtained using the front camera of the mobile device. The pupil reaction information includes information such as eye movement, iris shape, and pupil size.

사용자의 인증정보를 저장하는 부분에서는 수행하는 업무, 사용자의 눈동자 반응 정보, 인증의 성공여부, 인증의 신뢰도 정보 등의 정보를 지속적으로 저장하고 업데이트한다.The storing part of the user authentication information continuously stores and updates information such as work to be performed, user reaction information of the user, whether the authentication is successful, and reliability information of the authentication.

사용자의 인증여부를 결정하는 부분에서는 현재 수행하는 업무에서 요구하는 보안 수준을 고려하여 사용자의 눈동자 반응 정보와 시스템에 저장된 사용자의 정보로부터 사용자의 인증여부를 결정한다. 여기서 사용자의 인증여부란 수락, 거부, 추가 인증요구 등에 대한 결정이다.In the part of determining whether the user is authenticated, it is determined whether the user is authenticated from the user's pupil reaction information and the user's information stored in the system in consideration of the security level required by the current task. Here, the authentication of the user is a decision about acceptance, rejection, additional authentication request, and the like.

시각자극을 제시하는 부분은 사용자의 인증여부를 결정하는 부분에서 추가로 인증이 요구할 시 어떠한 시각자극을 사용자에게 제시할지를 결정한다.The part of presenting the visual stimulus further determines the visual stimulus to be presented to the user when authentication is required in the part of determining whether the user is authenticated.

사람의 두뇌는 눈에 보이는 영상 중 익숙하거나 익숙하지 않거나, 또는 관심의 유무에 따라 다른 뇌파와 시선 움직임을 무의식 중에 생성한다고 알려져 있다. 사람마다 과거의 경험과 지식, 관심사가 다르므로 같은 영상에 대해서도 서로 다른 반응을 보이고, 이는 무의식 중에 일어나서 스스로 제어할 수 없으므로 남들이 복제하기는 더욱 불가능하여, 사용자인증에 사용되기 매우 좋은 생체신호이다. It is known that the human brain unconsciously generates other brain waves and gaze movements depending on whether it is familiar or unfamiliar with visible images, or whether there is interest. Because different people have different past experiences, knowledge, and interests, they react differently to the same video. This is a very good biosignal that can be used for user authentication because it is more impossible for others to duplicate because it cannot be controlled by themselves. .

따라서, 시선 움직임을 이용하여 사용자 인증을 하여 절대적으로 안전하면서도 편의성이 보장되는 사용자 인증 시스템을 개발할 필요성에 의하여 본 발명을 제안한다. Accordingly, the present invention is proposed by the necessity of developing a user authentication system that is absolutely secure and convenient by authenticating a user using eye movement.

본 발명에서 제시하는 시각 자극은 사용자 인증을 위해 별도로 제시되는 것일 수도 있고, 시스템의 구동이나 프로그램의 실행에 있어서 자연스럼게 디스플레이되는 것일 수 있다. 상기 시각자극은 사용중인 디바이스에 제시되고 있는 화면의 전체 또는 일부, 사용중인 디바이스에 제시되고 있는 화면의 정지 영상 또는 동영상, 사용자의 동작에 따른 화면의 변화 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The visual stimulus suggested by the present invention may be separately presented for user authentication, or may be displayed naturally in driving the system or executing the program. The visual stimulus may be configured as any or all of a screen presenting the device in use, a still image or a video of the screen present in the device in use, and a change in the screen according to a user's motion.

본 발명에서 사용자 반응은 상기 시각 자극에 의한 사용자의 반응으로 의식적 반응 및 무의식적 반응을 포함할 수 있다.In the present invention, the user response may include a conscious response and an unconscious response as the response of the user by the visual stimulus.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템을 나타내는 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing a user authentication system using the pupil reaction according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 시각자극(Visual Stimuli)에 대해 사용자의 눈동자는 반응하며, 이러한 사용자 눈동자 반응은 데이터 베이스에 저장된 정보와 비교된다. 이와 같이, 비교된 결과를 이용하여 본 발명에 따른 사용자 인증 시스템은 사용자를 예측하고, 사용자를 입증하거나, 사용자의 신원을 확인할 수 있다. 또한, 시각자극(Visual Stimuli)에 대한 사용자 눈동자 반응과 데이터 베이스에 저장된 정보를 비교함으로써, 디스플레이되는 시각 자극을 제어할 수 있다. Referring to FIG. 1, a user's pupils respond to a visual stimulus, and the user's pupil responses are compared with information stored in a database. As such, using the comparison result, the user authentication system according to the present invention may predict the user, verify the user, or verify the identity of the user. In addition, by comparing the user's pupil response to the visual stimulus and information stored in the database, it is possible to control the displayed visual stimulus.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법의 알고리즘을 도시한 것이다.2 illustrates an algorithm of a user authentication method using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법은 사용자 인증을 위한 시험(trial)을 시작할 수 있다. 상기 시험을 시작하기 위해 상기 사용자는 자신의 ID를 제시할 수 있다. 상기 시험을 시작하면 상기 ID와 상기 사용자가 일치하는지 여부를 판단할 수 있다. 상기 ID와 상기 사용자의 일치 여부를 판단하기 위해 상기 사용자에 시각 자극을 제시할 수 있다. 상기 시각 자극에 따른 상기 사용자의 눈동자 반응을 획득해 상기 ID와 상기 사용자의 일치 여부를 판단할 수 있다.Referring to FIG. 2, a user authentication method using a pupil reaction according to an embodiment of the present invention may start a trial for user authentication. To begin the test, the user may present his ID. Starting the test may determine whether the ID matches the user. A visual stimulus may be presented to the user to determine whether the ID matches the user. The pupil response of the user according to the visual stimulus may be obtained to determine whether the ID matches the user.

상기 시험을 시작해 상기 ID와 상기 사용자의 일치 여부를 판단해 상기 일치 확률을 판단 또는 획득할 수 있다. 상기 시험을 통해 판단한 일치 확률을 업데이트하고, 상기 일치 확률에 따라 상기 사용자와 ID의 일치 여부를 판단할 수 있다. The test may be started to determine whether or not the ID matches the user to determine or obtain the matching probability. The matching probability determined through the test may be updated, and whether or not the user and ID are matched according to the matching probability may be determined.

상기 일치 확률이 제1 임계 값 이상인 경우 상기 사용자를 상기 ID와 일치하는 정당한 사용자로 인증하고 접근을 허용할 수 있다. If the match probability is greater than or equal to the first threshold value, the user may be authenticated as a legitimate user matching the ID and allowed access.

상기 일치 확률이 제2 임계 값 이하인 경우 상기 사용자가 상기 ID와 불일치하는 권한 없는 사용자로 결정하고 접근을 차단할 수 있다.If the match probability is less than or equal to the second threshold, the user may determine that the user is an unauthorized user who does not match the ID and block access.

상기 제1 임계 값은 상기 제2 임계 값보다 큰 값일 수 있다.The first threshold value may be greater than the second threshold value.

상기 일치 확률이 상기 제1 임계 값과 상기 제2 임계 값의 사이 값을 가지는 경우 상기 사용자와 ID의 일치 여부 판단을 보류하고 추가적인 시험 또는 세션을 진행할 수 있다.If the match probability has a value between the first threshold value and the second threshold value, the determination of whether the user matches the ID may be suspended and an additional test or session may be performed.

상기 시험 시작에서 사용자의 ID 입력 없이 상기 사용자의 눈동자 반응에 따른 시스템에 저장된 사용 권한 있는 복수의 ID들과의 일치 확률을 판단할 수 있다. At the start of the test, it is possible to determine a match probability with a plurality of authorized user IDs stored in the system according to the user's pupil reaction without inputting the user's ID.

상기 일치 확률이 특정 ID와 일치할 확률이 제1 임계 값 이상인 경우 상기 사용자를 상기 ID와 일치하는 정당한 사용자로 인증하고 접근을 허용할 수 있다.When the probability of matching the ID is equal to or greater than a first threshold value, the user may be authenticated as a legitimate user who matches the ID and allow access.

상기 일치 확률이 특정 ID와 일치할 확률이 제2 임계 값 이하인 경우 상기 사용자가 상기 ID와 불일치하는 권한 없는 사용자로 결정하고 접근을 차단할 수 있다.If the probability of matching the ID is equal to or less than a second threshold, the user may determine that the user is an unauthorized user who does not match the ID and block access.

상기 일치 확률이 특정 ID와 상기 제1 임계 값과 상기 제2 임계 값의 사이 값을 가지는 경우 상기 사용자와 ID의 일치 여부 판단을 보류하고 추가적인 시험 또는 세션을 진행할 수 있다.When the match probability has a value between a specific ID and the first threshold value and the second threshold value, the determination of whether the user matches the ID may be suspended and an additional test or session may be performed.

상기 일치 확률이 특정 ID와 확률이 제1 임계 값 이상인 경우 정당한 사용자로 인증하고 세션 및 시험을 종료할 수 있다. 상기 복수의 ID와 일치 확률이 모두 제1 임계 값 이하인 경우 제2 임계 값 이상의 확률을 가지는 ID들과의 일치 여부에 대해서 재인증을 위한 시험 또는 세션을 추가적으로 진행할 수 있다.If the match probability is a specific ID and the probability is equal to or greater than the first threshold value, the user may authenticate as a legitimate user and end the session and the test. When all of the plurality of IDs and the matching probability are less than or equal to the first threshold value, a test or session for re-authentication may be additionally performed on whether or not the IDs having a probability greater than or equal to the second threshold value match.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법의 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a user authentication method using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법은 ID 인증을 시작하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the user authentication method using the pupil reaction according to an embodiment of the present invention may include starting ID authentication (S110).

상기 S110 단계에서, 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 사용자의 ID 인증을 시작할 수 있다. 상기 ID는 정당한 사용자의 신원을 인증하기 위한 정보일 수 있다. 상기 ID는 상기 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템에 기 저장되어 있을 수 있다. 상기 ID는 복수로 저장되어 있을 수 있다. 상기 ID의 정당상 사용자는 시스템에 접근할 수 있는 권한을 가질 수 있다. In step S110, the user authentication system using the pupil reaction may start ID verification of the user. The ID may be information for authenticating the identity of a legitimate user. The ID may be pre-stored in a user authentication system using the pupil reaction. The ID may be stored in plural. By right of the ID, the user may have the right to access the system.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 ID 인증을 시작하기 위해 사용자가 인증할 ID를 입력할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 사용자의 ID 입력 없이 상기 사용자의 권한 유무를 판단하기 위해 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템에 저장된 모든 ID와 상기 사용자의 일치 여부를 판단하기 위해 인증을 시작할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, a user may input an ID for authenticating to start ID authentication. According to an embodiment of the present disclosure, authentication may be started to determine whether or not all the IDs stored in the user authentication system using a pupil reaction match the user without inputting an ID of the user.

본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법은 사용자에 시각 자극을 제공하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. A user authentication method using a pupil reaction according to an embodiment of the present invention may include providing a visual stimulus to a user (S120).

S120 단계에서, 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 상기 사용자에게 시각자극을 제시할 수 있다. 상기 시각 자극은 상기 사용자가 시각적으로 인식할 수 있는 것으로, 이미지, 문자, 영상 등을 포함할 수 있다. 상기 시각 자극을 제공함에 있어 상기 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 사용자의 시선을 정렬하거나 특정 위치에 집중시킬 수 있다. 상기 시각 자극의 제공에 앞서 사용자의 시선을 정렬하거나 특정 위치에 집중시켜 시선의 위치를 초기화하여 사용자의 반응을 관찰 또는 획득하도록 할 수 있다. 상기 시각 자극에 제시되는 데이터는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템에 기저장된 데이터를 이용할 수 있다. 상기 시각 자극에 제시되는 데이터는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템이 외부로부터 입력 받아 저장할 수 있다. 상기 시각 자극에 제시되는 데이터는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템이 사용자의 지시 또는 정해진 기간 단위로 업데이트 할 수 있다. In operation S120, the user authentication system using the pupil reaction may present a visual stimulus to the user. The visual stimulus may be visually recognized by the user and may include an image, a text, an image, and the like. In providing the visual stimulus, the user authentication system using the pupil reaction may align the eyes of the user or focus on a specific position. Prior to providing the visual stimulus, the line of sight of the user may be aligned or focused on a specific position to initialize the position of the line of sight so that the user's response may be observed or acquired. The data presented to the visual stimulus may use data previously stored in the user authentication system using the pupil reaction. Data presented to the visual stimulus may be received by the user authentication system using the pupil reaction from outside. The data presented to the visual stimulus may be updated by the user authentication system using the pupil reaction by the user's instruction or a predetermined period.

상기 시각 자극은 복수의 이미지가 한 화면에 배치되어 제공될 수 있다. 상기 시각 자극은 특정 주제에 따라 분류되고 정렬되어 제공될 수 있다. 상기 시각 자극은 카테고리에 따라 적어도 하나 이상의 시각 자극 데이터를 포함하도록 분류될 수 있고, 상기 카테고리에 따라 제공될 수 있다. The visual stimulus may be provided by placing a plurality of images on one screen. The visual stimulus may be classified and provided according to a specific subject. The visual stimulus may be classified to include at least one or more visual stimulus data according to a category, and may be provided according to the category.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 전체 359 개의 이미지가 인터넷, 얼굴 인식 기술 (FERET) 데이터베이스 및 ImageNet 데이터베이스에서 수집될 수 있다. 또한, 각기 다른 세 가지 셀피가 수집될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a total of 359 images may be collected from the Internet, a face recognition technology (FERET) database, and an ImageNet database. In addition, three different selfies may be collected.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 각 시각자극에 대해 상기 시각 자극의 카테고리를 식별하는 데 중요한 부분은 250x250 픽셀보다 클 수 있다. 모든 시각자극의 중요한 부분을 잘라 내고 350x350 픽셀로 크기가 조정될 수 있다. 그들은 컬러 시각 자극에서 그레이 스케일 시각자극으로 변경될 수 있다. 또한 조명이 표준화될 수 있다. 사용자의 상향식 관심에 영향을 주는 돌출 효과를 줄일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an important part for identifying the category of the visual stimulus for each visual stimulus may be larger than 250x250 pixels. An important part of every visual stimulus can be cut out and resized to 350x350 pixels. They can change from color visual stimulus to gray scale visual stimulus. Lighting can also be standardized. It is possible to reduce the protruding effects that affect the bottom-up interest of the user.

복수의 시각자극 중 하나의 시각 자극 세트를 구성하기 위해 무작위로 4 개의 시각자극이 선택될 수 있다. 일부 시각 자극 세트는 동일한 카테고리의 시각 자극으로 구성되고 다른 시각 자극 세트는 다른 카테고리의 시각 자극으로 구성된다. 각 시각 자극 세트의 크기는 800 x 800 픽셀일 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 각 시각 자극은 화면의 각 구석에 배치될 수 있다. 배경은 검은 색일 수 있고 중앙에 노란색 십자가가 표시되어있어 시각 자극이 제시되기 전에 사용자의 시선을 집중시키는 등 상기 사용자의 시각 반응을 초기화 할 수 있다.Four visual stimuli may be randomly selected to constitute one set of visual stimuli of the plurality of visual stimuli. Some sets of visual stimuli are composed of visual stimuli of the same category and others are composed of visual stimuli of different categories. Each visual stimulus set may be 800 x 800 pixels in size. According to an embodiment of the present disclosure, each visual stimulus may be disposed at each corner of the screen. The background may be black and a yellow cross is displayed at the center to initialize the user's visual response, such as focusing the user's gaze before the visual stimulus is presented.

사용자는 세션이 진행되는 동안 각 시각 자극 세트를 자유롭게 관찰할 수 있다. 상기 사용자는 세션 중에 설정된 각 시각 자극을 관찰 한 후 선호하는 시각 자극을 선택할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 있으면, 세션간에 휴식 시간을 짧게 설정할 수 있다. 각 세션에서 시각 자극 세트를 제시하는 순서는 무작위일 수 있다. 화면 중앙의 십자가는 0.5 초 동안 표시될 수 있고 상기 시각 자극은 2 초로 표시될 수 있다. 각 시도 후에 짧은 간격이 있었고, 사용자는 각 간격을 조절할 수 있다.The user is free to observe each set of visual stimuli during the session. The user may select a preferred visual stimulus after observing each visual stimulus set during the session. According to an embodiment of the present invention, a short break may be set between sessions. The order of presenting the set of visual stimuli in each session may be random. The cross in the center of the screen may be displayed for 0.5 seconds and the visual stimulus may be displayed for 2 seconds. There was a short interval after each attempt, and the user can adjust each interval.

본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법은 사용자 반응을 획득하는 단계(S130)를 포함할 수 있다. The user authentication method using the pupil reaction according to an embodiment of the present invention may include obtaining a user response (S130).

S130 단계에서, 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 상기 사용자에게 제시한 시각 자극에 대해 상기 사용자가 나타내는 반응을 획득할 수 있다. 상기 반응은 상기 사용자의 시선, 응시 시간, 스캔 경로 등을 포함하는 눈동자 반응을 포함할 수 있다. 상기 반응은 상기 사용자의 선호도를 포함할 수 있다. 상기 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 시선 추적기를 통해 상기 사용자의 눈동자 반응을 획득할 수 있고, 상기 사용자가 입력한 데이터 또는 상기 눈동자 반응을 이용하여 선호도를 획득할 수 있다.In operation S130, the user authentication system using the pupil reaction may acquire a response indicated by the user with respect to the visual stimulus presented to the user. The response may include a pupil response including the gaze of the user, a gaze time, a scan path, and the like. The response may include a preference of the user. The user authentication system using the pupil response may obtain a pupil response of the user through a gaze tracker, and obtain a preference using data input by the user or the pupil response.

S130 단계에서, 상기 눈동자 반응은 해상도를 낮춰 획득할 수 있다. 상기 해상도는 공간 해상도 및 시간 해상도를 포함할 수 있다. 상기 공간 해상도는 상기 눈동자 반응의 위치 변화를 측정하는 지점의 수를 의미할 수 있다. 상기 공간 해상도는 n X n으로 표시될 수 있고, 상기 n에 해당하는 숫자가 작을수록 공간 해상도가 낮을 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 공간 해상도는 4 X 4이상일 수 있다. 상기 공간 해상도가 2 X 2 이하인 경우 사용자 인증의 성능이 떨어질 수 있다. In step S130, the pupil reaction can be obtained by lowering the resolution. The resolution may include spatial resolution and temporal resolution. The spatial resolution may refer to the number of points for measuring a change in position of the pupil reaction. The spatial resolution may be represented by n × n, and the smaller the number corresponding to n, the lower the spatial resolution. According to an embodiment of the present disclosure, the spatial resolution may be 4 × 4 or more. If the spatial resolution is 2 × 2 or less, the performance of user authentication may be degraded.

상기 시간 해상도는 상기 눈동자 반응의 변화를 측정하는 시간당 횟수를 의미할 수 있다. 상기 시간 해상도는 Hz 단위로 표시될 수 있다. 상기 시간 해상도가 낮을수록 측정 간격이 길고 측정되는 횟수가 적다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 시간 해상도는 10 Hz 이상일 수 있다. 상기 시간 해상도가 10 Hz보다 적은 경우 사용자 인증의 성능이 떨어질 수 있다.The temporal resolution may mean the number of times per hour for measuring the change in the pupil response. The time resolution may be displayed in units of Hz. The lower the time resolution, the longer the measurement interval and the fewer the number of measurements. According to an embodiment of the present invention, the time resolution may be 10 Hz or more. If the time resolution is less than 10 Hz, the performance of user authentication may be degraded.

본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법은 ID와 사용자의 일치 확률을 판단하는 단계(S140)를 포함할 수 있다. A user authentication method using a pupil reaction according to an embodiment of the present invention may include a step (S140) of determining a match probability of an ID and a user.

S140 단계에서, 상기 S130 단계에서 획득한 사용자 반응을 이용해 상기 ID와 사용자의 일치 확률을 판단할 수 있다. 상기 일치 확률은 각 시험마다 판단될 수 있다. 상기 일치 확률은 각 시험마다 판단되어 복수의 시험이 포함되는 세션 전체로서 일치 확률을 계산 또는 판단할 수 있다. 상기 일치 확률은 상기 사용자가 S110 단계에서 입력한 ID와 상기 사용자의 일치 확률일 수 있다. 상기 일치 확률은 상기 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템에 저장된 모든 ID와 사용자의 일치 확률을 판단한 것일 수 있다. 상기 일치 확률의 판단은 상기 사용자 반응이 상기 ID와의 유사성에 따라 판단할 수 있다. In operation S140, the matching probability between the ID and the user may be determined using the user response obtained in operation S130. The matching probability may be determined for each test. The matching probability may be determined for each test to calculate or determine the matching probability as a whole session including a plurality of tests. The matching probability may be a matching probability between the ID input by the user in step S110 and the user. The matching probability may be determined by determining the matching probability of all IDs and users stored in the user authentication system using the pupil reaction. The determination of the matching probability may be determined based on the similarity of the user response to the ID.

본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법은 상기 일치 확률에 따른 액세스(Access) 여부를 판단하는 단계(S150)를 포함할 수 있다. A user authentication method using a pupil reaction according to an embodiment of the present invention may include determining whether to access according to the matching probability (S150).

S150 단계에서, 상기 일치 확률에 따라 상기 사용자의 액세스 허용 여부를 판단 또는 결정할 수 있다. 상기 일치 확률이 제 1 임계값 이상인 경우 상기 사용자가 상기 ID와 일치하는 사용자로 판단하고, 액세스를 허용할 수 있다. 상기 일치 확률이 제2 임계값 이하인 경우 상기 사용자가 상기 ID와 불일치하는 권한 없는 사용자로 판단하고, 액세스를 제한 또는 거부할 수 있다. 상기 일치 확률이 상기 제1 임계값과 상기 제2 임계값 사이의 값을 가지는 경우 추가적인 시험 또는 세션을 진행하여 사용자 인증을 진행할 수 있다. 즉, 상기 일치 확률이 상기 제1 임계값과 상기 제2 임계값 사이의 값을 가지는 경우 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 상기 S120 단계로 돌아가 새로운 시각 자극을 제공할 수 있다. In operation S150, it may be determined or determined whether the user permits access according to the matching probability. If the match probability is greater than or equal to the first threshold value, the user may determine that the user matches the ID and allow access. When the match probability is less than or equal to the second threshold, the user may determine that the user is an unauthorized user who does not match the ID, and may restrict or deny access. When the match probability has a value between the first threshold value and the second threshold value, an additional test or session may be performed to perform user authentication. That is, when the match probability has a value between the first threshold value and the second threshold value, the user authentication system using the pupil reaction may return to step S120 to provide a new visual stimulus.

상기 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템에 기저장된 모든 ID와 일치 확률을 판단한 경우 복수의 상기 일치 확률 중 제1 임계값 이상의 값을 가지는 ID가 있으면, 가장 일치 확률의 값이 큰 ID의 정당한 사용자로 상기 사용자를 인증하고, 액세스를 허용할 수 있다. In the case of determining a matching probability with all IDs previously stored in the user authentication system using the pupil reaction, if there is an ID having a value equal to or greater than a first threshold value among the plurality of matching probabilities, the user is a legitimate user whose ID has the largest matching probability. Authenticate users and allow access.

상기 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템에 기저장된 모든 ID와 일치 확률을 판단한 경우 복수의 상기 일치 확률 중 제1 임계값 이상의 값을 가지는 ID가 없으면, 복수의 상기 일치 확률 중 제2 임계값 이상인 값이 있는지 판단할 수 있다. 복수의 상기 일치 확률 중 제2 임계값 이상인 값이 있으면 추가적인 시험 또는 세션을 진행해 사용자 재인증을 수행하도록 할 수 있다. 재인증을 위해 S120 단계로 돌아가 시각 자극을 제시할 수 있다. 바람직하게는 상기 재인증은 상기 일치 확률이 상기 제2 임계값 이상인 ID들에 대해서만 수행될 수 있다.In the case of determining a match probability with all IDs stored in the user authentication system using the pupil reaction, if there is no ID having a value equal to or greater than a first threshold value among the plurality of match probabilities, a value equal to or greater than a second threshold value among the plurality of match probabilities is determined. Can be determined. If there is a value equal to or greater than a second threshold value among the plurality of matching probabilities, an additional test or session may be performed to perform user reauthentication. Return to step S120 for re-authentication can present a visual stimulus. Preferably, the reauthentication may be performed only for IDs whose matching probability is greater than or equal to the second threshold.

상기 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템에 기저장된 모든 ID와 일치 확률을 판단한 경우 복수의 상기 일치 확률 중 제2 임계값 이상의 값을 가지는 ID가 없으면, 상기 사용자는 정당한 권한 없는 사용자로 판단하고, 액세스를 차단 또는 거부할 수 있다.In the case of determining a match probability with all IDs previously stored in the user authentication system using the pupil reaction, if there is no ID having a value greater than or equal to a second threshold value among the plurality of match probabilities, the user is determined to be an unauthorized user, and access is made. You can block or reject it.

본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 방법은 반복 ID 인증을 통한 액세스(Access) 여부를 판단하는 단계(S160)를 포함할 수 있다. The user authentication method using the pupil reaction according to an embodiment of the present invention may include determining whether to access through repeated ID authentication (S160).

S160 단계에서, 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 액세스가 허용된 사용자에게 반복적으로 재인증을 수행할 수 있다. 상기 재인증을 위해 S120 단계로 돌아가 시각 자극을 제공할 수 있다. 상기 재인증은 기설정된 시간 단위로 수행될 수 있다. 상기 재인증 결과 정당한 권한 없는 사용자로 판단되는 경우 액세스를 해제하고, 액세스를 차단 또는 거부할 수 있다. 상기 재인증 결과 정당한 권한이 있는 사용자인 경우 액세스를 지속하게할 수 있다. In operation S160, the user authentication system using the pupil reaction may repeatedly perform reauthentication for the user who is allowed to access. Returning to step S120 for the re-authentication may provide a visual stimulus. The reauthentication may be performed by a predetermined time unit. If it is determined that the user is a legitimate unauthorized user as a result of the reauthentication, the access may be released and the access may be blocked or denied. As a result of the re-authentication, if the user has the right authority, the access can be continued.

S160 단계에서, 기존의 컴퓨터 시스템은 초기 로그인 세션에서만 사용자를 인증하므로 심각한 보안 결함의 원인이 될 수 있다. 즉, 사용자의 시선의 움직임을 추적하여 사용자를 인증하는 것은 높은 정확도를 보여줄 수 있으나 정당한 사용자의 시선 움직임을 모방한 타인이 정당한 사용자로 인증받을 가능성을 무시할 수 없다. 따라서 시스템이 사용자의 생체 인식 특성에 따라 사용자를 지속적으로 모니터하고 인증하는 지속적인 사용자 인증할 수 있다.In step S160, since the existing computer system authenticates the user only during the initial login session, it may cause a serious security flaw. That is, the authentication of the user by tracking the movement of the user's eyes can show high accuracy, but the possibility that another person who imitates the eyes of the legitimate user can be authenticated as the legitimate user can not be ignored. This allows the system to continuously authenticate the user, which constantly monitors and authenticates the user according to the user's biometric characteristics.

본 발명의 일 실시 예에서 프로그램을 실행할 때 시스템이 해당 프로그램의 사용을 준비하는 데 로딩 시간이 필요할 수 있고, 로딩하는 동안 로고 이미지가 화면 중앙에 나타날 수 있다.In an embodiment of the present invention, when the program is executed, a loading time may be required for the system to prepare to use the program, and a logo image may appear in the center of the screen while loading.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 일회적인 사용자 인증이 아닌 지속적인 사용자 인증을 통해 사용자 인증의 보안성을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the user authentication system using the pupil reaction may increase security of user authentication through continuous user authentication instead of one-time user authentication.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 블록도이다.4 is a block diagram of a user authentication system using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 반응 획득부(100), 제어부(200), 인증부(300) 및 저장부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, a user authentication system using a pupil reaction according to an embodiment of the present invention may include a response obtaining unit 100, a control unit 200, an authentication unit 300, and a storage unit 400. .

상기 반응 획득부(100)는 사용자의 반응을 획득할 수 있다. 상기 획득한 사용자 반응을 상기 제어부(200)에 전달할 수 있다. 상기 반응 획득부(100)는 상기 사용자에게 제시한 시각 자극에 대해 상기 사용자가 나타내는 반응을 획득할 수 있다. 상기 반응은 상기 사용자의 시선, 응시 시간, 스캔 경로 등을 포함하는 눈동자 반응을 포함할 수 있다. 상기 반응은 상기 사용자의 선호도를 포함할 수 있다. 상기 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 시선 추적기를 통해 상기 사용자의 눈동자 반응을 획득할 수 있고, 상기 사용자가 입력한 데이터 또는 상기 눈동자 반응을 이용하여 선호도를 획득할 수 있다.The response obtaining unit 100 may obtain a response of the user. The obtained user response may be transmitted to the controller 200. The response obtaining unit 100 may obtain a response indicated by the user with respect to the visual stimulus presented to the user. The response may include a pupil response including the gaze of the user, a gaze time, a scan path, and the like. The response may include a preference of the user. The user authentication system using the pupil response may obtain a pupil response of the user through a gaze tracker, and obtain a preference using data input by the user or the pupil response.

상기 반응 획득부는 상기 사용자의 눈동자 반응을 디바이스에 장착되거나 디바이스에 연결된 카메라를 이용하여 획득할 수 있다.The response obtaining unit may obtain the eye response of the user using a camera mounted on the device or connected to the device.

상기 반응 획득부(100)는 카메라를 포함할 수 있고, 상기의 카메라는 디바이스에 장착되거나 연결된 가시광선 카메라, 적외선 광원과 카메라, 근적외선 광원과 카메라 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The reaction acquisition unit 100 may include a camera, and the camera may be configured as any one of a visible light camera, an infrared light source and a camera, a near infrared light source and a camera mounted or connected to the device.

상기 반응 획득부(100)는 상기 눈동자 반응은 해상도를 낮춰 획득할 수 있다. 상기 해상도는 공간 해상도 및 시간 해상도를 포함할 수 있다. 상기 공간 해상도는 상기 눈동자 반응의 위치 변화를 측정하는 지점의 수를 의미할 수 있다. 상기 공간 해상도는 n X n으로 표시될 수 있고, 상기 n에 해당하는 숫자가 작을수록 공간 해상도가 낮을 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 공간 해상도는 4 X 4이상일 수 있다. 상기 공간 해상도가 2 X 2 이하인 경우 사용자 인증의 성능이 떨어질 수 있다. The response obtaining unit 100 may obtain the pupil response by lowering the resolution. The resolution may include spatial resolution and temporal resolution. The spatial resolution may refer to the number of points for measuring a change in position of the pupil reaction. The spatial resolution may be represented by n × n, and the smaller the number corresponding to n, the lower the spatial resolution. According to an embodiment of the present disclosure, the spatial resolution may be 4 × 4 or more. If the spatial resolution is 2 × 2 or less, the performance of user authentication may be degraded.

상기 시간 해상도는 상기 눈동자 반응의 변화를 측정하는 시간당 횟수를 의미할 수 있다. 상기 시간 해상도는 Hz 단위로 표시될 수 있다. 상기 시간 해상도가 낮을수록 측정 간격이 길고 측정되는 횟수가 적다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 시간 해상도는 10 Hz 이상일 수 있다. 상기 시간 해상도가 10 Hz보다 적은 경우 사용자 인증의 성능이 떨어질 수 있다.The temporal resolution may mean the number of times per hour for measuring the change in the pupil response. The time resolution may be displayed in units of Hz. The lower the time resolution, the longer the measurement interval and the fewer the number of measurements. According to an embodiment of the present invention, the time resolution may be 10 Hz or more. If the time resolution is less than 10 Hz, the performance of user authentication may be degraded.

상기 반응 획득부(100) 또는 상기 제어부(200)는 하기 실시예와 같이 시간 및 공간 해상도를 변경할 수 있다.The reaction obtaining unit 100 or the control unit 200 may change the time and spatial resolution as in the following embodiment.

상기 반응 획득부(100)는 측정시 해상도를 변경해 측정할 수 있고, 상기 제어부(200)는 획득된 데이터의 해상도를 변경할 수 있다.The response acquiring unit 100 may change and measure the resolution at the time of measurement, and the controller 200 may change the resolution of the obtained data.

1) 시간 해상도1) time resolution

원시 데이터의 샘플링 주파수는 원래 120 Hz 였고 60, 30, 20, 10 및 5 Hz로 감소되었다. 시간적 다운 샘플링은 MATLAB (The MathWorks, Inc., Natick, MA, USA)의 재 샘플 기능을 사용하여 수행되었다.The sampling frequency of the raw data was originally 120 Hz and was reduced to 60, 30, 20, 10 and 5 Hz. Temporal down sampling was performed using the resample function of MATLAB (The MathWorks, Inc., Natick, MA, USA).

리샘플 기능은 목표 샘플링 주파수에 따라 원시 데이터에서 샘플을 제거하고 저역 필터링을 통해 앤티 앨리어싱을 수행한다.The resample function removes samples from the raw data according to the target sampling frequency and performs anti-aliasing with low pass filtering.

2) 공간 해상도2) spatial resolution

양자화는 스캔 경로(scanpath)의 공간 해상도를 줄이기 위해 사용된다. 스캔 경로 양자화 방법에는 반경 기반과 그리드 기반 두 가지가 있다. 본 발명의 일 실시 예에서는 반경 기반 양자화를 사용하여 공간 해상도를 변경할 수 있다. 시선 위치에 균일하게 분산된 오차를 더했다. 대조적으로 격자 기반 양자화는 시각적 자극에 고정 격자를 겹치게 하고 시선 위치 값을 이산화시킬 수 있다. 실험에서 2 Х 2 레이아웃으로 이미지를 제시 했으므로 그리드 기반 양자화를 사용한다.Quantization is used to reduce the spatial resolution of the scanpath. There are two scan path quantization methods, radius-based and grid-based. In an embodiment of the present invention, spatial resolution may be changed using radius-based quantization. An error uniformly distributed at the line of sight was added. In contrast, lattice-based quantization can superimpose a fixed lattice on visual stimuli and discretize the gaze position values. Since we presented the image in a 2 Х 2 layout in our experiment, we use grid-based quantization.

그리드 기반 양자화를 구현하기 위해 x와 y 좌표의 시선 위치에 중립화(mid-riser)를 사용하여 균일 양자화를 적용한다. 상기한 방법을 사용하여 시선 위치가 시선이 속한 영역의 중심 위치로 양자화된다. 목표 해상도가 r Х r (r은 양자화 레벨의 수) 일 때, 양자화 스텝 사이즈

Figure 112018068874376-pat00001
와 x 좌표 에서의 양자화된 시선 위치는 각각 다음 수학식 1 및 수학식 2와 같이 표현 될 수 있다.To implement grid-based quantization, uniform quantization is applied using mid-riser at the line of sight of x and y coordinates. Using the above method, the gaze position is quantized to the center position of the region to which the gaze belongs. Quantization step size when the target resolution is r Х r (r is the number of quantization levels)
Figure 112018068874376-pat00001
The quantized gaze positions at and x coordinates may be expressed as Equations 1 and 2, respectively.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018068874376-pat00002
Figure 112018068874376-pat00002

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018068874376-pat00003
Figure 112018068874376-pat00003

여기서 는 화면의 가로 크기이고, 는 x 좌표의 원시 시선 위치다. 화면의 가로 및 세로 크기가 동일하므로 y 좌표의 양자화는 x 좌표와 동일하다. 원시 데이터의 원래 공간 해상도는 800 Х 800이었고 256 Х 256, 64 Х 64, 16 Х 16, 4 Х 4 및 2 Х 2로 축소되었다.Where is the horizontal size of the screen and is the raw gaze position at the x coordinate. Since the horizontal and vertical sizes of the screen are the same, the quantization of the y coordinate is the same as the x coordinate. The original spatial resolution of the raw data was 800 Х 800 and scaled down to 256 Х 256, 64 Х 64, 16 Х 16, 4 Х 4 and 2 Х 2.

스캔 경로 비교Scan Path Comparison

1) 유클리드 거리1) Euclidean distance

유클리드 거리 (Euclidean distance)는 패어와이즈(pairwise) 비교를 통해 두 시퀀스 간의 비유사성을 나타낼 수 있다. 동일한 사용자의 스캔 경로는 유사 할 수 있지만, 다른 사용자의 스캔 경로와는 유사하지 않을 수 있다. 두 개의 스캔 경로 사이의 유클리드 거리 는 다음 수학식 3과 같이 계산된다.Euclidean distance can represent dissimilarity between two sequences through pairwise comparison. Scan paths of the same user may be similar, but may not be similar to scan paths of other users. The Euclidean distance between two scan paths is calculated as in Equation 3 below.

[수학식3][Equation 3]

Figure 112018068874376-pat00004
Figure 112018068874376-pat00004

여기서 1 ()과 2 ()는 x 좌표에서의 1 차 및 2 차 스캔 경로의 시선 위치이며, 1 ()과 2 ()는 y 좌표의 시선 위치이다. 한편, 는 샘플 인덱스를 나타내고, 는 스캔 경로 내의 총 샘플 수이다.Where 1 () and 2 () are the gaze positions of the primary and secondary scan paths in the x coordinate, and 1 () and 2 () are the gaze positions of the y coordinate. On the other hand, represents a sample index, and is the total number of samples in the scan path.

2) 동적 시간 왜곡(Dynamic Time Warping)2) Dynamic Time Warping

동적 시간 왜곡 (DTW)은 두 시간 순서를 다른 속도와 비교하는 데 사용되는 알고리즘이다. 자동 음성 인식을 위해 다른 속도로 음성 시퀀스를 비교하는 것이 제안되었다. 유클리드 거리와 비교할 때, DTW는 시간 영역에서의 이동에 견고(robust)하다. DTW 알고리즘에서, 비용 매트릭스는 각 시퀀스를 구성하는 샘플 쌍에 대한 거리를 계산함으로써 먼저 얻어진다. 그런 다음 동적 프로그래밍을 사용하여 비용 매트릭스에서 최적의 워핑 경로를 찾아 경로상의 거리 값 합계를 최소화한다. 최소 비용은 두 시퀀스의 DTW 점수라고 한다.Dynamic time warping (DTW) is an algorithm used to compare two time sequences with different speeds. It is proposed to compare speech sequences at different speeds for automatic speech recognition. Compared with Euclidean distance, DTW is robust to movement in the time domain. In the DTW algorithm, the cost matrix is first obtained by calculating the distances for the sample pairs that make up each sequence. Dynamic programming is then used to find the optimal warping path in the cost matrix to minimize the sum of distance values on the path. The minimum cost is called the DTW score of the two sequences.

사용자 식별User identification

가장 가까운 이웃 방법을 사용하여, 각각의 시도에서 식별이 수행된다. 평가 데이터가 주어지면, 27 명의 사용자의 개발 데이터에 대한 차이를 계산하고 평가 된 사용자의 신원과 가장 낮은 비유사성을 갖는 지수를 할당한다. 식별된 사용자가 평가된 사용자와 일치하면 식별이 성공한 것이다. 식별 프로세스는 다음 수학식 4 및 수학식 5와 같이 표현된다.Using the nearest neighbor method, identification is performed at each attempt. Given the rating data, we calculate the difference for the development data of 27 users and assign the index of the rated user's identity and the lowest dissimilarity. If the identified user matches the evaluated user, the identification is successful. The identification process is expressed by the following equations (4) and (5).

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018068874376-pat00005
Figure 112018068874376-pat00005

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018068874376-pat00006
Figure 112018068874376-pat00006

여기서 와 는 개발 및 평가 데이터의 신원(ID)이다. 식별 성능은 110 번 시도의 평균 Rank-1 식별 속도로 측정되었다.Where and are the identification (ID) of development and evaluation data. Identification performance was measured with an average Rank-1 identification rate of 110 trials.

상기 반응 획득부(100)는 상기 사용자가 리모컨 버튼 등으로 특정 시각 자극을 선택하면 선택된 시각 자극의 선호도 정보를 획득할 수 있다. 상기 반응 획득부(100)는 상기 사용자가 선호도 선택을 할 수 있도록 상기 시각 자극 별로 번호를 표시할 수 있다.The response obtaining unit 100 may obtain preference information of the selected visual stimulus when the user selects a specific visual stimulus with a remote control button or the like. The response obtaining unit 100 may display a number for each visual stimulus so that the user can select a preference.

상기 반응 획득부(100)는 시험 또는 세션 내에서, 선호도와 시선이 밀접하게 관련되어있는 시간대와 그렇지 않은 경우의 시간대가 있을 수 있다. 예를 들어, 각 시험 또는 세션의 시작은 화면 중앙의 고정 점에서 항목으로 시선을 움직이는 과정이므로 이 간격 동안의 시선은 선호도와 관련성이 적을 수 있다. 시험 또는 세션을 여러 시간 구간으로 나누어 최종 시선 색인과 시선 바이어스를 계산 할 수 있다. 세그먼트의 길이는 시험의 1/4, 1/2 및 3/4이었으며 각 세그먼트의 시작점은 시험의 시작, 1/4, 1/2 및 3/4 지점일 수 있다. 시선 특성의 선호도 예측 결과를 비교하고 선호도 예측 결과가 우수한 특징을 사용자 인증 및 인식에 사용 할 수 있다.The response obtaining unit 100 may have a time zone in which a preference and a gaze are closely related to each other and a time zone in which a response is not closely related to each other in a test or a session. For example, the beginning of each test or session is a process of moving the gaze from a fixed point in the center of the screen to an item, so the gaze during this interval may be less relevant to preference. The final gaze index and gaze bias can be calculated by dividing the test or session into several time intervals. The lengths of the segments were 1/4, 1/2 and 3/4 of the test and the starting point of each segment could be the beginning, 1/4, 1/2 and 3/4 of the test. The preference prediction results of the gaze characteristics can be compared, and the characteristics with excellent preference prediction results can be used for user authentication and recognition.

선호도 인덱스(색인)Affinity Index (Index)

상기 반응 획득부(100)가 획득하는 색인은 사용자가 세션에서 시험을 본 후에 키보드 버튼을 통해 입력 한 이미지의 색인일 수 있다. 예를 들어, 4 개의 이미지의 선호 인덱스의 인덱싱은 저해상도의 스캔 경로 데이터의 인덱싱과 동일할 수 있다. 사용자가 버튼을 누르지 않은 시험은 분석에서 제외될 수 있다. 시험에 두 개 이상의 색인이 입력 된 경우 마지막으로 누른 색인이 선호도 색인으로 간주될 수 있다.The index obtained by the response obtaining unit 100 may be an index of an image input by the user through a keyboard button after the user has tested the session. For example, indexing the preferred index of four images may be the same as indexing the low resolution scan path data. Tests in which the user has not pressed a button may be excluded from the analysis. If more than one index is entered in a test, the last index pressed may be considered as a preference index.

상기 제어부(200)는 사용자에 시각 자극을 제시하고 사용자 반응을 이용해 상기 사용자와 ID의 일치 확률을 판단할 수 있다. 상기 ID는 상기 저장부(400)에 기저장되어 있을 수 있다. 상기 ID는 권한 있는 사용자의 정보를 포함하고 있을 수 있다. 상기 ID와 사용자가 일치할 확률을 상기 제어부(200)가 판단할 수 있다.The controller 200 may present a visual stimulus to a user and determine a probability of matching the ID with the user using a user response. The ID may be pre-stored in the storage unit 400. The ID may include information of an authorized user. The controller 200 may determine a probability that the ID coincides with the user.

각 사용자는 제시된 후보들에 대해 다양한 선호를 가지고 있고, 선호도 선택시 눈동자 반응에는 선호도 및 주체 신원에 대한 정보가 포함될 수 있다. 사용자는 명시적 선호도, 암시적 시선 정보, 스캔 경로 또는 이들의 조합을 통해 인증되거나 인식 될 수 있다.Each user has various preferences for the presented candidates, and when selecting a preference, the pupil response may include information about the preference and the subject identity. The user may be authenticated or recognized through explicit preferences, implicit gaze information, scan paths, or a combination thereof.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 제어부(200)는 각각 4 개의 시각 자극이 결합 된 시험을 설정하고 서로 다르게 구성된 시험을 연속적으로 사용자에게 제시한다. 시각 자극은 여러 범주에서 수집될 수 있고, 동일한 범주로 구성된 시험과 다른 범주로 구성된 시험을 제공할 수 있다. 다양한 시험은 사용자에 대한 다양한 선호 옵션을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the control unit 200 sets up a test in which four visual stimuli are coupled to each other and continuously presents differently configured tests to the user. Visual stimuli can be collected in multiple categories and can provide tests organized in the same category and tests organized in different categories. Various tests may provide various preference options for the user.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 키보드 버튼 또는 눈 움직임 데이터로부터 선호도 특징을 추출할 수 있다. 상기 제어부(200)는 선호도 (시선 바이어스, 초기 및 최종 시선 인덱스)와 관련이 있는 것으로 알려진 몇 가지 시선 특징을 추출할 수 있다. 선호도는 암시적으로 표현 되기 때문에, 버튼 누름으로 표현된 명시적 선호도와 대조된다. 상기 반응 획득부(100)는 대상 사용자를 나타내는 특징으로 시간과 공간 영역에서 눈동자 반응의 궤도인 스캔 경로(scanpath)를 추출할 수 있다. 스캔경로는 사용자가 시각적 인 자극을 보는 방법에 대한 시공간 정보를 포함한다. 사용자가 후보 중 하나를 선택해야 하는 상황에서 결정을 내리는 과정은 사람마다 다르며 과정은 스캔 경로에 의해 표시될 수 잇다. 또한, 하나의 이미지를 관찰하기 위한 스캔 경로는 사람마다 다르며, 다수의 이미지를 관찰하기 위한 스캔 경로 (scanpath)도 마찬가지이다. 따라서 눈 움직임 패턴에서 이미지 선호도뿐만 아니라 스캔 경로도 추출 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a preference feature may be extracted from keyboard buttons or eye movement data. The controller 200 may extract some gaze features known to be related to the preferences (gaze bias, initial and final gaze indexes). Because preferences are expressed implicitly, they are contrasted with explicit preferences expressed with button presses. The response acquirer 100 may extract a scanpath which is a trajectory of the pupil reaction in a time and space region as a feature representing a target user. The scan path contains spatiotemporal information about how the user sees the visual stimulus. The process of making a decision in a situation in which the user must select one of the candidates varies from person to person and the process can be indicated by the scan path. Also, the scan path for observing one image varies from person to person, and the scanpath for observing multiple images is the same. Therefore, in addition to image preference, scan paths can be extracted from eye movement patterns.

상기 제어부(200) 또는 상기 인증부(300)는 명시적 선호도, 암묵적 선호도, 스캔 경로 및 이들의 융합을 통해 사용자를 인증하고 인식할 수 있다. 선호도 및 스캔 경로에는 사용자의 신원에 대한 정보가 포함될 것으로 예상되므로 클래식 생체 인식 평가 (Rank-1 식별 속도 및 동일한 오류율)를 사용하여 인증 및 인식 결과를 얻을 수 있다. 미지의 사용자의 경우 인증 결과는 그 사람이 진정한 권한 있는 사용자인지 여부를 나타내며 인식 결과는 사용자의 정체성을 나타낼 수 있다. 성능은 다양한 양식이나 다른 특성을 가진 정보에서 얻은 정보를 사용하여 향상될 수 있다. 상기 제어부(200)는 키보드를 통해 얻어진 눈의 움직임과 명시적인 선호도로부터 얻은 암시적인 선호도에 대해 '선호 융합'을 수행할 수 있고, 선호도 정보와 스캔 경로 정보의 조합에 대해 '선호도와 스캔 경로 융합'을 수행할 수 있다.The controller 200 or the authenticator 300 may authenticate and recognize a user through explicit preference, implicit preference, scan path, and fusion thereof. Since preferences and scan paths are expected to include information about the user's identity, authentication and recognition results can be obtained using classic biometric assessments (Rank-1 identification rate and same error rate). In the case of an unknown user, the authentication result may indicate whether the person is a truly authorized user and the recognition result may indicate the identity of the user. Performance can be improved by using information obtained from various modalities or information with different characteristics. The controller 200 may perform 'preferred fusion' on the implied preference obtained from the eye movement and the explicit preference obtained through the keyboard, and the 'preferability and scan path fusion' for the combination of the preference information and the scan path information. 'Can be performed.

상기 제어부(200)는 눈동자 반응 데이터로부터 스캔 경로, 시선 인덱스, 시선 바이어스 등의 특징을 추출하고, 버튼 누름 데이터로부터 선호 지수를 추출 할 수 있다.The controller 200 may extract features such as a scan path, a gaze index, a gaze bias, and the like from the eye response data and extract a preference index from the button press data.

1) 스캔 경로 - 고해상도와 저해상도1) Scan Path-High Resolution and Low Resolution

스캔 경로는 시험 내에서 사용자의 시선 점의 시간 순서를 나타낼 수 있다. 상기 제어부(200)는 공간 좌표의 해상도에 따라 두 가지 유형의 스캔 경로를 얻을 수 있다. 고해상도 스캔 경로는 사용자의 시선 위치의 x, y 픽셀 좌표 시퀀스이며, 저해상도 스캔 경로는 사용자 시선 위치를 사분면 번호로 대체하여 얻은 일련의 AOI (관심 영역)일 수 있다.The scan path may represent a time sequence of the user's gaze points within the test. The controller 200 may obtain two types of scan paths according to the resolution of the spatial coordinates. The high resolution scan path is a sequence of x, y pixel coordinates of the user's gaze position, and the low resolution scan path may be a series of AOIs (area of interest) obtained by replacing the user's gaze position with quadrant numbers.

상기 제어부(200)는 원시 시선 포인트(he raw gaze points)를 보간 및 평활화하여 고해상도 스캔 경로를 얻을 수 있다. 상기 반응 획득부(100)로부터 수집 된 원시 시선 포인트는 사용자가 각 시점을 보고있는 화면상의 위치에 관한 2 차원 좌표를 포함할 수 있다. 화면의 중심이 원점이었고 x와 y 좌표의 범위는 -480에서 480까지일 수 있다. 각 시도에 대해 120Hz의 샘플링 빈도로 2 초 동안 시선 궤도가 기록될 수 있다. 상기 제어부(200)는 장치 또는 사용자에 의해 오염된 결함을 처리하기 위해 샘플의 20 % 이상을 누락한 시험을 추가 분석을 위해 거부할 수 있다. 상기 제어부(200)는 누락 율이 20 % 미만인 경우 데이터가 누락된 섹션의 샘플을 선형 보간법을 통해 생성하고 평활화를 적용하여 기존 데이터와 생성 된 데이터의 차이를 줄일 수 있다.The controller 200 may obtain a high resolution scan path by interpolating and smoothing raw raw gaze points. The raw gaze point collected from the response obtaining unit 100 may include two-dimensional coordinates of a position on the screen at which the user views each viewpoint. The center of the screen is the origin and the x and y coordinates can range from -480 to 480. A gaze trajectory can be recorded for 2 seconds with a sampling frequency of 120 Hz for each trial. The controller 200 may reject a test for missing further 20% of the sample for further analysis to deal with a defect contaminated by the device or the user. The controller 200 may reduce the difference between the existing data and the generated data by generating a sample of the section in which data is missing through linear interpolation and applying smoothing when the missing rate is less than 20%.

상기 제어부(200)는 저해상도 스캔 경로 데이터는 고해상도 스캔 경로 데이터를 양자화하여 생성할 수 있다. 상기 저해상도 스캔 경로 데이터에서 사용자의 시선 위치를 원점으로 나눈 네 사분면 중 하나로 분류하고 사분면에 해당하는 값을 할당할 수 있다. 값 1은 왼쪽 위 이미지에, 2는 오른쪽 상단, 3은 왼쪽 하단, 4는 오른쪽 아래 이미지에 지정될 수 있다.The controller 200 may generate the low resolution scan path data by quantizing the high resolution scan path data. The low-resolution scan path data may be classified into one of four quadrants of the user's gaze position divided by the origin, and may be assigned a value corresponding to the quadrant. A value of 1 can be assigned to the top left image, 2 to the top right, 3 to the bottom left, and 4 to the bottom right.

2) 시선 특징 - 초기 / 최종 시선 인덱스 및 시선 바이어스2) Eye Features-Initial / Final Eye Index and Eye Bias

상기 제어부(200)는 사용자가 각 시점에서 보고있던4 개의 이미지 중 어떤 이미지를 보고 있었는지 나타내기 위해 시선 특징, 특정 시간 세그먼트 (시선 바이어스) 또는 특정 시점 (시선 인덱스)에서 사용자가 보았던 이미지 중에 사용자가 가장 많이 본 이미지의 인덱스가 저해상도 스캔 경로에서 추출될 수 있다.The control unit 200 displays the image of the user viewed from the gaze feature, a specific time segment (gaze bias), or a specific time point (gaze index) to indicate which of the four images the user was viewing at each time point. The index of the most viewed image can be extracted from the low resolution scan path.

상기 시선 인덱스는 특정 시점에서 사용자의 시선이 떨어지는 이미지의 인덱스일 수 있다. 상기 제어부(200)는 초기 시선 색인과 최종 시선 색인을 추출 할 수 있다. 상기 제어부(200)에서 시각적 자극 제시 후 첫 번째 반응은 기호와 관련 될 수 있고, 최종 시선 색인은 개인의 최종 시선이 선호하는 항목으로 가는 것을 보여주기 위해 추출 되었기 때문에 사용자가 처음으로 바라본 지점을 나타내는 색인이 추출될 수 있다.The gaze index may be an index of an image in which the user's gaze falls at a specific point in time. The controller 200 may extract an initial gaze index and a final gaze index. After the visual stimulus is presented by the controller 200, the first response may be related to a sign, and the final gaze index may be used to indicate a point viewed by the user for the first time since the final gaze index is extracted to show that the individual's final gaze goes to a preferred item. The index can be extracted.

시선 바이어스는 사용자가 시험을 수행할 때 네 장의 시각 자극 중에서 가장 긴 시간 동안 본 시각 자극의 인덱스다. 시선 캐스케이드 모델은 사람들이 선호하는 항목에 더 관심을 갖는 경향이 있을 수 있다. 따라서, 시선 편향은 선호와 밀접한 관련이 있을 수 있다. 1, 2, 3, 4의 각 이미지에 사용자의 시선이 머물러있는 샘플의 수를 계산하고, 가장 많은 수의 이미지의 인덱스를 시험의 시선 편향으로 결정할 수 있다.Gaze bias is the index of the visual stimulus seen by the user for the longest period of time when performing the test. The gaze cascade model may tend to be more interested in items that people prefer. Thus, gaze bias may be closely related to preference. The number of samples in which the user's gaze remains in each of 1, 2, 3, and 4 images can be calculated, and the index of the largest number of images can be determined as the gaze bias of the test.

상기 제어부(200)는 상기 선호도 정보 및 상기 눈동자 반응을 이용해 비유사도 계산할 수 있다.The controller 200 may calculate dissimilarity using the preference information and the pupil reaction.

상기 제어부(200)는 사용자를 인증하고 인식하기 위해서는 주사용자 반응 데이터와 기저장된 ID 간의 유사성 또는 비유사성을 비교할 수 있다. 상기 제어부(200)는 평가 및 개발 세션에 대한 데이터를 수집하고, 각 시험에 대해 비유사도를 계산하고 두 세션 간의 비유사도를 합산하여 계산할 수 있다. 상기 제어부(200)의 비유사도 계산 방법은 시험 단계에서의 계산이며 사용 된 데이터의 특성에 따라 하기하는 다른 계산 방법이 적용될 수 있다.The controller 200 may compare similarity or dissimilarity between main user response data and pre-stored IDs in order to authenticate and recognize a user. The controller 200 may collect data on an evaluation and development session, calculate dissimilarity for each test, and calculate the total dissimilarity between the two sessions. The dissimilarity calculation method of the controller 200 is a calculation in a test step, and other calculation methods described below may be applied according to characteristics of data used.

1) 유클리드 거리 - 고해상도 스캔 경로1) Euclidean Distance-High Resolution Scan Path

시공간 영역에서 두 개의 시선 시퀀스 간의 차이를 조사하기 위해 시선 위치의 두 시간 순서의 유클리드 거리가 계산될 수 있다. 동일한 사용자에서 생성 된 두 시퀀스 간의 유클리드 거리가 다른 사용자의 거리보다 상대적으로 작고 시선 패턴의 유사성이 높을 수 있다.Euclidean distances of two temporal sequences of gaze positions may be calculated to investigate the difference between two gaze sequences in the space-time region. The Euclidean distance between two sequences created by the same user may be relatively smaller than the distance of other users and the similarity of gaze patterns may be higher.

개발 세션과 평가 세션이 주어지면 k 번째 시험의 유클리드 거리는 다음과 같이 계산될 수 있다. 전개 데이터의 i 번째 샘플과 평가 데이터 사이의 유클리드 거리가 2 차원 평면상에서 계산되고, 이 계산이 k 번째 시험을 구성하는 모든 샘플에 대해 수행되고, 시험의 유클리드 거리를 계산하기 위해 거리 값이 합산될 수 있다. k 번째 시험의 비유사도 는 다음 수학식 6과 같이 설명 할 수 있다.Given a development session and an evaluation session, the Euclidean distance for the kth test can be calculated as: The Euclidean distance between the i th sample of the development data and the evaluation data is calculated on the two-dimensional plane, this calculation is performed for all the samples making up the k th test, and the distance values are summed to calculate the Euclidean distance of the test. Can be. The dissimilarity of the k th test can be described as in Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112018068874376-pat00007
Figure 112018068874376-pat00007

여기서 i는 k 번째 시험에 속한 샘플의 인덱스이고, 는 k 번째 시도의 샘플 수다. 기호

Figure 112018068874376-pat00008
Figure 112018068874376-pat00009
는 개발 세션에서 k 번째 시도의 i 번째 샘플의 x 및 y 좌표에서 시선 위치를 나타낸다. 유사하게,
Figure 112018068874376-pat00010
Figure 112018068874376-pat00011
는 평가 세션의 시선 위치를 나타낸다.Where i is the index of the sample in the k th test and is the number of samples in the k th trial. sign
Figure 112018068874376-pat00008
And
Figure 112018068874376-pat00009
Denotes the gaze position at the x and y coordinates of the i th sample of the k th trial in the development session. Similarly,
Figure 112018068874376-pat00010
And
Figure 112018068874376-pat00011
Represents the gaze position of the evaluation session.

2) 해밍 거리 - 저해상도 스캔 경로, 시선 특성 및 선호 지수2) Hamming distance-low resolution scan path, gaze characteristics and preference index

동일한 사용자가 다른 세션에서 동일한 선호 지수 또는 시선 특징을 가질 수 있다. 측정을 위해 해밍 거리 (Hamming distance)가 사용되될 수 있다. 해밍 거리는 비교할 두 개의 샘플이 같으면 이진 값을 0으로, 서로 다르면 이진 값을 1로 지정한다. k 번째 시도에서의 해밍 거리 는 다음 수학식 7와 같이 계산될 수 있다.The same user may have the same preference index or gaze feature in different sessions. Hamming distance can be used for the measurement. The Hamming distance specifies a binary value of 0 if the two samples to be compared are equal and a binary value of 1 if they are different. The hamming distance at the k th trial may be calculated as shown in Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112018068874376-pat00012
Figure 112018068874376-pat00012

여기서

Figure 112018068874376-pat00013
Figure 112018068874376-pat00014
는 각각 개발 세션과 평가 세션의 k 번째 시험에서 시선 특징 또는 선호 지수다. 모든 시험에 대한 해밍 거리의 합계는 두 세션에서 선호 지수가 일치하지 않는 시도 횟수를 나타낸다.here
Figure 112018068874376-pat00013
Wow
Figure 112018068874376-pat00014
Is the gaze characteristic or preference index in the kth trial of the development and evaluation sessions, respectively. The sum of Hamming distances for all tests represents the number of trials where the preference index did not match in both sessions.

해밍 거리를 통한 두 개의 저해상도 스캔 경로 비교는 사용자가 각 시점에서 동일한 사분면에서 응시했는지 여부를 확인하고 모든 시간 지점에 대해 결과를 결합하는 것으로 구성된다. 샘플 쌍의 경우, 시선 위치가 동일한 사분면에 있으면 개발 및 평가 데이터 간의 해밍 거리는 0으로 계산되고 다른 사분면에 있으면 해밍 거리가 1로 계산된다. 이 계산은 시험을 구성하는 모든 샘플에 대해 수행된다. 합계 후에, 사분면 수가 다른 샘플의 수는 거리 값으로 표시된다. k 번째 시도에서의 해밍 거리 는 다음 수학식 8과 같이 계산된다.Comparing two low-resolution scan paths through Hamming distance consists of checking whether the user stared in the same quadrant at each time point and combining the results for all time points. For sample pairs, the Hamming distance between development and evaluation data is calculated as zero if the gaze positions are in the same quadrant, and the Hamming distance is calculated as one if it is in the other quadrant. This calculation is performed for all samples that make up the test. After the sum, the number of samples with different quadrant numbers is represented by the distance value. The Hamming distance at the kth trial is calculated as

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112018068874376-pat00015
Figure 112018068874376-pat00015

여기서 ,k는 k 번째 시도에서의 i 번째 샘플에서의 해밍 거리, i는 샘플의 지수, 는 시험에서의 샘플 수,

Figure 112018068874376-pat00016
Figure 112018068874376-pat00017
는 각각 개발 세션 및 평가 세션에서 k 번째 시험의 저해상도 스캔 경로 지수, 고해상도 스캔 경로 지수를 각각 보여준다.Where k is the Hamming distance at the i th sample at the k th trial, i is the exponent of the sample, is the number of samples in the test,
Figure 112018068874376-pat00016
And
Figure 112018068874376-pat00017
Shows the low resolution scan path indices and the high resolution scan path indices of the k th test in the development and evaluation sessions, respectively.

3) 융합 규칙3) fusion rules

인증 및 인식 성능을 향상시키기 위해 다양한 특징으로 계산된 비유사도가 융합된다. 두 가지 주요 유형의 융합이 수행될 수 있다:'선호 융합'과 '선호 및 스캔 경로 융합'. 선호 융합은 명시적 선호도와 암시적 선호도의 융합이며, 사용자는 선호 지수 및 시선 특성으로부터 계산된 비유사도 성질의 융합에 의해 인증되고 인식될 수 있다. 선호도와 스캔 경로 융합에서 명시적 선호도 또는 암시적 선호도의 비유사도는 스캔 경로 비유사도와 결합될 수 있다.Dissimilarities calculated with various features are fused to improve authentication and recognition performance. Two main types of fusion can be performed: 'preferred fusion' and 'preferred and scan path fusion'. Preference fusion is a fusion of explicit and implicit preferences, and a user can be authenticated and recognized by fusion of dissimilarity properties calculated from preference index and gaze characteristics. Dissimilarity of explicit or implicit preferences in preference and scan path fusion can be combined with scan path dissimilarity.

2 개의 비유사도가 결합 될 때, 각각의 특징의 비유사도는 먼저 2 개의 비유사도의 스케일에 적합하도록 정규화될 수 있다. 두 가중치의 합계가 1 인 두 가지 비유사도의 가중치 합계는 융합 거리를 산출할 수 있다. 예를 들어, 스캔 경로의 비유사도와 시선 편향의 비유사도 간의 융합의 경우 융합을 통해 계산 된 거리는 다음 수학식 9와 같다.When two dissimilarities are combined, the dissimilarity of each feature may first be normalized to fit the scale of the two dissimilarities. The sum of the weights of two dissimilarities where the sum of the two weights is 1 may yield a fusion distance. For example, in the case of fusion between dissimilarity of the scan path and dissimilarity of gaze deflection, the distance calculated through fusion is expressed by Equation 9 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112018068874376-pat00018
Figure 112018068874376-pat00018

는 스캔 경로의 비유사도이며, 는 시선 편향의 비유사도이며, w는 스캔 경로 비유사도에 곱한 가중치다. w의 값은 0에서 1까지의 0.1 간격으로 다양하다.Is the dissimilarity of the scan path, is the dissimilarity of the gaze deflection, and w is the weight multiplied by the scan path dissimilarity. The value of w varies in 0.1 intervals from 0 to 1.

사용자 인식 방법User recognition method

상기 제어부(200)는 사용자 인식에서, 미지의 사용자에 대한 평가 데이터는 시스템 내 개발 데이터 중에서 가장 유사한 사용자의 ID로 식별될 수 있다. 한 세션에서 얻은 데이터와 한 세션의 데이터가 110 번의 시험으로 구성될 수 있고, 각 시험에 대한 비유사도를 계산하고 세션의 비유사도는 각 시험에 eoks 비유사도의 값을 조합하여 계산할 수 있다. 개발 데이터에서 모든 사용자 중 평가 데이터와 관련하여 평균 세션 불일치가 가장 낮은 사용자로 인증될 수 있다. 인식 결과가 평가 데이터의 사용자 ID가 일치하면 인식에 성공한 것이다. 그렇지 않으면 실패로 간주될 수 있다. 인식 과정은 다음 수학식 10 및 수학식 11과 같이 표현 될 수 있다.In the user recognition, the control unit 200 may identify the evaluation data for the unknown user by the ID of the user most similar among the development data in the system. The data from one session and the data from one session can consist of 110 tests, and the dissimilarity of each test can be calculated and the session dissimilarity can be calculated by combining the values of eoks dissimilarity for each test. In development data, you can be authenticated as the user with the lowest average session mismatch with respect to evaluation data. If the recognition result matches the user ID of the evaluation data, the recognition is successful. Otherwise it can be considered a failure. The recognition process may be expressed as in Equations 10 and 11 below.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112018068874376-pat00019
Figure 112018068874376-pat00019

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112018068874376-pat00020
Figure 112018068874376-pat00020

여기서 와 는 개발 및 평가 세션의 신원(identity)이며, k는 세션의 시험 지수이며 는 세션의 시행 횟수다. 값

Figure 112018068874376-pat00021
는 평가 세션과 J 번째 사용자 데이터 사이의 k 번째 시험에 대해 계산 된 비유사도다.Where and are the identity of the development and evaluation session, k is the test index of the session, and is the number of trial sessions. value
Figure 112018068874376-pat00021
Is a dissimilarity figure calculated for the k th test between the evaluation session and the j th user data.

인식 성능은 Rank-1 식별 속도로 측정될 수 있다. 각 세션 조합에 대한 테스트 데이터가 주어지면 식별 속도는 모든 경우에서 인식이 성공한 경우의 비율로 계산할 수 있다. Recognition performance may be measured at Rank-1 identification speed. Given the test data for each session combination, the identification speed can be calculated as the rate of successful recognition in all cases.

사용자 인증 방법User Authentication Method

상기 인증부(300)는 사용자 인식과 달리 사용자 인증 결과는 측정된 평가 데이터, 시스템에 저장된 실제 주장하는 사용자의 개발 데이터 및 시스템 임계값을 통해 얻을 수 있다.Unlike the user recognition, the authentication unit 300 may obtain a user authentication result through measured evaluation data, development data of a user who actually claims stored in the system, and a system threshold value.

접근을 시도하는 낯선 사용자의 평가 데이터가 주어지면 개발 데이터와의 차이를 이용해 각 시험에 대해 접근을 시도하는 사용자가 주장하는 사용자가 맞을 확률을 계산한 다음 이것들을 누적하여 연속적인 시험에 대한 확률 계산할 수 있다. 본 실시 예의 인증 방법은 주장하는 사용자에 대한 누적 확률이 임계 값보다 높은 사용자 또는 일치 확률이 제2 임계값보다 낮은 사용자를 거부할 수 있다. 인증 프로세스는 다음 수학식 12 및 수학식 13과 같이 표현 될 수 있다.Given the evaluation data of stranger users attempting to access, we use the difference from the development data to calculate the probability that the user attempting to access each test will be hit, and then accumulate them to calculate the probability of successive tests. Can be. The authentication method of the present embodiment may reject a user whose cumulative probability is higher than a threshold or a user whose matching probability is lower than a second threshold. The authentication process may be expressed as in Equations 12 and 13 below.

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112018068874376-pat00022
,
Figure 112018068874376-pat00023
Figure 112018068874376-pat00022
,
Figure 112018068874376-pat00023

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112018068874376-pat00024
Figure 112018068874376-pat00024

여기서

Figure 112018068874376-pat00025
는 주장하는 사용자,
Figure 112018068874376-pat00026
는 개발 데이터의
Figure 112018068874376-pat00027
사용자 (
Figure 112018068874376-pat00028
, N: 시스템에 저장된 전체 사용자 수)의 안구 반응과 인증을 할 평가(Evaluation)데이터와의 차이,
Figure 112018068874376-pat00029
는 t 번째로 자극을 제시하고 획득한 안구 반응이며,
Figure 112018068874376-pat00030
는 t 번째까지 자극을 제시하고 안구 반응들을 획득했을 때 접근하려는 사용자가 주장하는 사용자일 확률로, 각각의 자극에 의해 유도된 안구 반응으로 구한 주장하는 사용자 확률의 누적값이다.here
Figure 112018068874376-pat00025
Is the claimed user,
Figure 112018068874376-pat00026
Of development data
Figure 112018068874376-pat00027
user (
Figure 112018068874376-pat00028
, N : the difference between the eye response of the total number of users stored in the system and the evaluation data to be authenticated,
Figure 112018068874376-pat00029
Is the ocular response obtained by presenting the stimulus at t-th,
Figure 112018068874376-pat00030
Is the probability of the user claiming to approach when the stimulus is presented up to the t th time and the eye responses are obtained.

상기 인증부(300)는 주장하는 사용자 데이터와의 일치 확률에 따라 접근하려는 사용자의 액세스 허용 여부를 판단 또는 결정할 수 있다. 상기 일치 확률이 제 1 임계값 이상인 경우 상기 사용자가 상기 ID와 일치하는 사용자로 판단하고, 액세스를 허용할 수 있다. 상기 일치 확률이 제2 임계값 이하인 경우 상기 사용자가 상기 ID와 불일치하는 권한 없는 사용자로 판단하고, 액세스를 제한 또는 거부할 수 있다. 상기 일치 확률이 상기 제1 임계값과 상기 제2 임계값 사이의 값을 가지는 경우 추가적인 시험 또는 세션을 진행하여 사용자 인증을 진행할 수 있다. 즉, 상기 일치 확률이 상기 제1 임계값과 상기 제2 임계값 사이의 값을 가지는 경우 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 상기 제어부(200)가 새로운 시각 자극을 제공하게 할 수 있다. 이 때 우선적으로 제시할 시각자극(

Figure 112018068874376-pat00031
)은 다음의 식을 이용할 수 있다.The authenticator 300 may determine or determine whether to allow the user to access, based on the probability of matching the claimed user data. If the match probability is greater than or equal to the first threshold value, the user may determine that the user matches the ID and allow access. When the match probability is less than or equal to the second threshold, the user may determine that the user is an unauthorized user who does not match the ID, and may restrict or deny access. When the match probability has a value between the first threshold value and the second threshold value, an additional test or session may be performed to perform user authentication. That is, when the match probability has a value between the first threshold value and the second threshold value, the user authentication system using the pupil reaction may allow the controller 200 to provide a new visual stimulus. The visual stimulus to present first
Figure 112018068874376-pat00031
) Can use the following equation.

Figure 112018068874376-pat00032
Figure 112018068874376-pat00032

Figure 112018068874376-pat00033
Figure 112018068874376-pat00033

Figure 112018068874376-pat00034
Figure 112018068874376-pat00034

여기서

Figure 112018068874376-pat00035
는 개발데이터에서 주장하는 사용자(
Figure 112018068874376-pat00036
)와 주장하는 사용자 외에서 가장 높은 확률을 갖는 사용자(
Figure 112018068874376-pat00037
) 데이터 간의 차이이다. 즉, 현재 가능성이 높은 타 사용자와의 차이가 큰 안구 움직임을 획득 할 수 있는 시각 자극을 우선적으로 제시하는 것이다.here
Figure 112018068874376-pat00035
Is the user who claims in development data (
Figure 112018068874376-pat00036
) And the user with the highest probability (other than the claimant)
Figure 112018068874376-pat00037
) Is the difference between the data. In other words, the present invention first suggests visual stimuli that can acquire eye movements that are highly different from other users.

하지만 이 방법만 쓸 경우 인증 거부의 결정이 느려질 수 있다. 따라서 주장하는 사용자가 아닌 다른 사용자의 확률이 높을 경우, 그 사용자의 확률을 빠르게 높이고 주장하는 사용자 확률은 빠르게 낮추어 인증 거부 결정을 가속화하는 방법을 아래 식과 같이 추가할 수 있다. However, using this method alone can slow down the decision to deny authentication. Therefore, if the probability of a user other than the asserting user is high, a method of rapidly increasing the probability of the user and rapidly lowering the claiming user can be added as follows to accelerate the decision to deny the authentication.

Figure 112018068874376-pat00038
Figure 112018068874376-pat00038

Figure 112018068874376-pat00039
Figure 112018068874376-pat00039

Figure 112018068874376-pat00040
Figure 112018068874376-pat00040

상기 인증부(300)는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 액세스가 허용된 사용자가에게 반복적으로 재인증을 수행할 수 있다. 상기 재인증을 위해 상기 제어부(200)가 상기 사용자에게 시각 자극을 제공하게 할 수 있다. 상기 재인증은 기설정된 시간 단위로 수행될 수 있다. 상기 재인증 결과 정당한 권한 없는 사용자로 판단되는 경우 액세스를 해제하고, 액세스를 차단 또는 거부할 수 있다. 상기 재인증 결과 정당한 권한이 있는 사용자인 경우 액세스를 지속하게할 수 있다. The authentication unit 300 may repeatedly perform reauthentication to a user who is allowed to access the user authentication system using a pupil reaction. The controller 200 may allow the user to provide a visual stimulus for the reauthentication. The reauthentication may be performed by a predetermined time unit. If it is determined that the user is a legitimate unauthorized user as a result of the reauthentication, the access may be released and the access may be blocked or denied. As a result of the re-authentication, if the user has the right authority, the access can be continued.

상기 인증부(300)는 사용자의 생체 인식 특성에 따라 사용자를 지속적으로 모니터하고 인증하는 지속적인 사용자 인증할 수 있다.The authenticator 300 may continuously authenticate the user for continuously monitoring and authenticating the user according to the biometric characteristics of the user.

본 발명의 일 실시 예에서 프로그램을 실행할 때 시스템이 해당 프로그램의 사용을 준비하는 데 로딩 시간이 필요할 수 있고, 로딩하는 동안 로고 이미지가 화면 중앙에 나타날 수 있다.In an embodiment of the present invention, when the program is executed, a loading time may be required for the system to prepare to use the program, and a logo image may appear in the center of the screen while loading.

본 발명의 일 실시 예에 따르면 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 일회적인 사용자 인증이 아닌 지속적인 사용자 인증을 통해 사용자 인증의 보안성을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the user authentication system using the pupil reaction may increase security of user authentication through continuous user authentication instead of one-time user authentication.

상기 제어부(200)는 저장부의 데이터를 이용하여 상기 사용자가 제시한 ID로부터 일관성이 높은 눈동자 반응, 혹은 상기 사용자가 제시한 ID로부터 다른 사용자와의 차이가 큰 눈동자 반응을 유도해 낼 수 있는 시각자극을 선별하여 제시할 수 있다.The controller 200 uses the data of the storage unit to visually induce a highly consistent pupil response from the ID presented by the user or a pupil response having a large difference from other users from the ID presented by the user. Can be selected and presented.

상기 제어부(200)는 상기 사용자가 제시한 ID의 눈동자 반응과 다른 ID로부터의 눈동자 반응 차이를 구하기 위해 상기 사용자가 제시한 ID가 아닌 적어도 하나 이상의 다른 사용자 데이터를 이용할 수 있다.The controller 200 may use at least one or more other user data other than the ID presented by the user to obtain a difference between the pupil response of the ID presented by the user and the pupil response from another ID.

상기 제어부(200)는 상기 획득한 사용자의 눈동자 반응이 상기 사용자가 제시한 ID가 아닌 다른 ID의 눈동자 반응과 유사하여 상기 다른 ID와의 일치 확률이 특정 임계치 이상인 경우, 빠른 인증 거부를 위하여 상기 사용자가 제시한 ID가 아닌 상기 다른 ID 로부터 일관성이 높거나 상기 사용자와 상기 사용자가 제시한 ID간 차이가 큰 눈동자 반응을 유도해 낼 수 있는 시각자극을 선별하여 제시할 수 있다.The control unit 200 is similar to the pupil response of an ID other than the ID presented by the user, if the acquired probability of the user's pupil response is higher than a certain threshold, the user may quickly reject the authentication. A visual stimulus may be selected and presented that may induce a pupil response having a high consistency from the other ID other than the presented ID or a large difference between the user and the ID presented by the user.

상기 시각자극은 시각자극은 정지영상 혹은 동영상 하나 이상의 조합일 수 있다. The visual stimulus may be a combination of one or more still images or moving images.

상기 눈동자 반응은 시선 위치, 단속성 운동, 동공 크기, 눈 깜박임 중 적어도 하나 이상으로부터 파생된 신호일 수 있다.The pupil response may be a signal derived from at least one of gaze position, intermittent movement, pupil size, and eye blink.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템에 사용되는 디스플레이부를 나타내는 도면이다. 5 is a diagram illustrating a display unit used in a user authentication system using a pupil reaction according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 전방 카메라 및 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템을 가동하면, 화면에는 시선고정(fixation) 및 특정 시각 자극이 순차적으로 디스플레이되고, 상기 디스플레이된 화면을 본 사용자마다 다르게 반응하는 시선추적 정보를 이용하여 사용자를 인증함을 알 수 있다. 이 때, 두 번째 및 세 번째 자극 사진의 녹색 및 적색 원과 선은 실제 자극에서는 없는 것으로 이해를 위해 측정된 시선추적 정보를 중첩해서 그린 것이다.Referring to FIG. 5, when the user authentication system using the front camera and the pupil reaction is operated, a fixation and a specific visual stimulus are sequentially displayed on the screen, and gaze tracking responds differently to each user who views the displayed screen. It can be seen that the information is used to authenticate the user. At this time, the green and red circles and lines of the second and third stimulus pictures are overlapped with the measured eye tracking information for understanding as there is no actual stimulus.

또한, 화면은 시선고정 없이 시각 자극만이 순차적으로 디스플레이될 수 있고, 제시되는 시각 자극의 개수는 다양하게 설정될 수 있다.In addition, only visual stimuli may be sequentially displayed on the screen without gaze fixing, and the number of visual stimuli presented may be variously set.

이와 같이, 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 사람마다 다르게 반응하는 시선 움직임을 통해 사용자를 인증 할 수 있다. As such, the user authentication system using the pupil reaction may authenticate the user through eye gaze that reacts differently to each person.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 사용자를 인증할 수 있는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템은 시각 자극에 대한 사용자의 시선 움직임을 측정하여 데이터 베이스(database)에 구축된 사용자 및 다수의 다른 사람들과의 시선 움직임을 비교하여 사용자를 "인증" 또는 "거부"하는 시스템일 수 있다. More specifically, a user authentication system using a pupil reaction capable of authenticating a user according to the present invention measures eye gaze movements of a visual stimulus and looks at a user built in a database and a plurality of other people. It may be a system that "authenticates" or "denies" a user by comparing movements.

사람의 시선 움직임은 기억이나 관심, 하고자 하는 일 등에 따라 달라지지만, (예로 관심있는 얼굴에 많은 시선이 감), 같은 사람이라도 기억이나 관심이 시간에 따라 변할 수 있으므로, 도 5와 같이 여러 개의 영상을 순차적으로 보여주며, 그에 따른 시선움직임을 이용하여 적정한 인증 신뢰도가 확보한다. A person's eye movements vary depending on their memory, interest, and what they want to do (for example, a lot of attention goes to the face they are interested in), but even the same person can change their memory or interest over time. Shows sequentially, and by using the eye movements according to the appropriate authentication reliability is secured.

즉, 한 개의 영상이 하나의 질문이고, 이에 대한 반응이 하나의 답이 되어 사용자에 대한 인증(Accept)/거부(Reject)의 신뢰도가 특정값에 도달할 때까지 질의응답을 계속하게 된다. 한 개 답을 "옳다"와 "그르다"로 이진화(binarization)하는 경우, N개의 영상질문으로부터의 답은 N-bit 암호에 해당한다. 즉, 영상질문을 많이 할수록 신뢰도를 높일 수 있다. That is, one image is one question, and the response to the question is one answer, and the question and answer is continued until the reliability of Accept / Reject for the user reaches a specific value. If you binarize one answer to "right" and "wrong", the answer from the N video questions corresponds to an N-bit cipher. In other words, the more video questions, the higher the reliability.

예를 들면, 한 개의 시각 자극을 2x2 위치에 4개의 독립된 영상으로 구성하여 2x2 급의 초저해상도 시선추적기로도 시선의 차이를 파악할 수 있다. For example, one visual stimulus may be composed of four independent images at a 2x2 position, and a 2x2 class ultra-low resolution gaze tracker may be used to detect eye differences.

또한, 상기 자극영상은 매번 변별력이 높은 영상으로 선택할 수 있다. 예를 들면, 현재까지 사용자일 확률이 70%이지만, 다른 사람 중 A일 확률이 두 번째로 높아 20%라면, 사용자와 A를 변별하는데 기여도가 큰 시각 자극을 선별하여 사용하게 된다.In addition, the stimulus image may be selected as an image having high discrimination power every time. For example, if the probability of being a user is 70% so far, but the second highest probability of being A is 20%, a visual stimulus that contributes to discriminating user and A is selected and used.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3명의 사용자에 대한 시선추적을 예시로 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating eye tracking for three users according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 3명의 사용자에 대한 시선추적의 예로써, 원의 크기는 머무른 시간에 비례하고, 원 속의 숫자는 시선이 간 순서를 나타낸다. 실선은 시선을 순서대로 연결한 것을 나타낸다. 동일 영상에 대해 사람마다 확연히 다른 반응이 무의식적으로 나온 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, as an example of eye tracking for three users, the size of the circle is proportional to the time of stay, and the number in the circle indicates the order of eye gaze. The solid line indicates that the eyes are connected in order. It can be seen that a different response to the same image is unconsciously different for each person.

보다 구체적으로, 컴퓨터 화면에 특정 영상을 보여주고 시선추적을 하여, 같은 영상에 대해서도 여러 개의 국부적 주의가 형성되고, 사람마다 다른 시선패턴이 순차적으로 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 영상으로는 얼굴, 건물 및 동물 사진 등을 사용할 수 있다. More specifically, by showing a specific image on the computer screen and eye tracking, it can be seen that several local attention is formed on the same image, and different gaze patterns are sequentially formed for each person. In this case, a face, a building, and an animal photograph may be used as the image.

일반적인 시선추적시스템에서는 한 개의 복잡한 영상을 보여 주는 것에 반해, 본 발명에서는 궁극적으로 저해상도(2x2) 시선추적시스템을 인증에 사용하기 위하여 화면의 4 모서리에 각각 다른 영상을 제시하고, 이들에 대한 시선 움직임을 측정하였다. 좋아하는 영상에 보다 자주 많은 시간 시선이 머물 것이며, 그 결과, 도 6과 같이, 같은 영상에 대해서도 사람마다 다른 시선의 움직임이 관측되고, 이를 이용하여 사용자 인증이 가능하다. While a general gaze tracking system shows one complex image, the present invention ultimately presents different images at four corners of the screen to use the low resolution (2x2) gaze tracking system for authentication, and gaze movements for them. Was measured. More eye gaze will stay on the favorite image more often. As a result, as shown in FIG. 6, movements of different gazes are observed for each person even for the same image, and user authentication can be performed using the same.

도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템과 기존의 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 시험별 정확도를 비교한 도면이다.FIG. 7 is a diagram comparing test accuracy of a user authentication system using a pupil reaction and a user authentication system using a conventional pupil reaction according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 먼저, 한 시각자극에 대한 안구 데이터 각각의 사용자 인식을 시도했다. 사용자 마다 하나의 개발 세션과 다른 하나의 평가 세션이 사용될 수 있다. 본 실시 예에서는 평가 데이터 1 개와 유효한 개발 데이터 전체 사이의 유클리드 거리가 각 시점에서 계산될 수 있다. 가장 거리가 가까운 신원(id)이 실제 신원으로 비교될 수 있다. 동일하면 올바른 것으로 간주될 수 있다. 서로 다르다면 잘못된 것으로 간주될 수 있다. 절차는 전체 유효 평가 데이터를 반복할 수 있다. 도 7은 각각의 시간 간격에서 시험 식별의 정확도를 나타낸다. 30M 간격으로 작업 세션의 정확도는 약 17 %였다. 그것은 우연한 수준 (약 3.7 %)보다 좋은 수치다.Referring to FIG. 7, first, user recognition of each eye data for one visual stimulus was attempted. One development session and another evaluation session can be used per user. In the present embodiment, the Euclidean distance between one evaluation data and the entire valid development data may be calculated at each time point. The closest identity id can be compared to the actual identity. The same can be considered correct. If they are different, they can be considered wrong. The procedure may repeat the entire validity assessment data. 7 shows the accuracy of test identification at each time interval. At 30M intervals, the accuracy of the work session was about 17%. That's a better figure than accidental levels (about 3.7%).

도 8은 시각 자극을 선별하여 사용자 인증을 시도한 결과이다. 가로, 세로 각각 오 인식률 (FAR), 오 거부율(FRR)을 제 1 임계치기본 비교값(Baseline)으로 측정한 안구 데이터를 모두 사용하여 최종 누적된 사용자 확률을 이용한 방법을 보였다. 주장하는 사용자를 잘 선별할 수 있는 시각 자극을 우선적으로 선별하여 제시하였을 때(Method 1) 인증 성능이 높아진 것을 확인 할 수 있다. 또한 접근 거부를 빠르게 내릴 수 있는 방법을 추가하였을 때(Method 2) 오인식율이 더 낮아지는 것을 확인할 수 있다.8 is a result of attempting user authentication by selecting a visual stimulus. The method used the final accumulated user probability using all the eye data obtained by measuring the false recognition rate (FAR) and the false rejection rate (FRR) as the first threshold baseline. It can be seen that the authentication performance is improved when the visual stimulus that selects the claiming user can be selected first (Method 1). In addition, we can see that the false recognition rate is lowered when we add a method to speed up access denial (Method 2).

도 9는 측정한 데이터를 모두 사용하였을 때에 비해 사용된 시각자극의 수가 얼마나 줄어들었는지를 나타낸 그림이다. 비교결과(Baseline)에 비해 1/4이하의 시각자극만 제시하고도 더 높은 성능을 얻을 수 있다.9 is a diagram showing how the number of visual stimuli used is reduced compared to when all the measured data are used. Compared with the baseline, even less than 1/4 visual stimulus can provide higher performance.

도 10은 사용자의 응시 시간에 따른 대상의 선택 확률을 도시한 것이다.10 illustrates a selection probability of an object according to a user's gaze time.

도 10을 참조하면, 시험을 보는 동안 사람의 시선이 선호도와 어떻게 관련되는지 알아보기 위해 시선 위치의 시간 경과를 관찰한 결과이다. 시선 순서 데이터와 임상 시험의 선호도 선택을 통해 본 발명은 이원 값 시퀀스를 사용하여 각 시간대 (선호하는 항목을 보았을 때 1, 그렇지 않은 경우 0)에서 주체가 선호 항목을 보았는지 여부를 나타낼 수 있다. 도 10은 모든 사용자 세션의 모든 시련에 대한 평균 시간 경과를 보여준다. 커브는 시선 캐스케이드 모델의 결과와 유사하다. 결정 시간이 가까울수록 사용자는 자신이 선택한 항목을 볼 확률이 높다. 4 개의 이미지가 대상에게 제시 되었기 때문에 시선이 우연히 선호하는 항목으로 향할 확률은 1/4이다. 시선이 선호 항목에 놓일 확률이 1/4보다 크면 시선은 실수로 항목으로 향하는 것이 아니라 의도적으로 시선으로 보았다. 대략 자극 발병 0.5초후 확률이 1/4을 초과한다. 임상 시험 처음의 1/4은 선호도와 밀접한 관련이 없다.Referring to FIG. 10, the results of observing the time course of the gaze position in order to determine how the gaze of a person is related to the preference during the test. Through the gaze order data and the preference selection of clinical trials, the present invention can use a binary value sequence to indicate whether a subject has seen a preference item at each time zone (1 when viewing a preferred item, 0 otherwise). 10 shows the average time course for all trials of all user sessions. The curve is similar to that of the gaze cascade model. The closer the decision time is, the more likely the user is to see the item selected by the user. Since four images have been presented to the subject, there is a 1/4 chance that the gaze will accidentally turn to a favorite item. If the line of sight is greater than one-fourth the probability of being placed in a preference item, the line of sight is deliberately viewed as an eye, rather than accidentally pointing to the item. Approximately 0.5 seconds after the onset of stimulation, the probability exceeds 1/4. The first quarter of the trial is not closely related to preference.

도 11는 사용자의 응시 시간에 따른 평균 선호도 정확도 그래프이다.11 is a graph of average preference accuracy according to a user's gaze time.

도 11를 참조하면, 선호도와 시선 간의 관계를 조사하기 위해 시선 데이터로부터 추출한 특징을 이용하여 선호도를 분류 하였다. 여기에서 버튼 누름 결과는 기호의 지상 진실(Ground Truth) 레이블로 간주되고 시선 특징은 예상 레이블로 간주된다. 시선 특징은 초기 시선 색인, 최종 시선 색인, 시범에 대한 시선 편견, 그리고 시범의 다양한 시간 영역 내에서 최종 시선 색인과 시선 편견이었다. 다양한 시간 세그먼트를 얻기 위해 세그먼트의 길이와 시작점을 다르게 사용했다. 3 개의 구간 길이, 각 시험의 1/4, 1/2, 3/4이 있었으며, 각 시험의 첫 번째, 4 분의 1, 2 분의 3 및 3 분의 1 지점에 대해 4 개의 시작점이 있었다.Referring to FIG. 11, the preference is classified by using features extracted from the gaze data in order to examine the relationship between the preference and the gaze. Here the button press result is considered the ground truth label of the symbol and the gaze feature is considered the expected label. The gaze characteristics were the initial gaze index, the final gaze index, the gaze bias for the demonstration, and the final gaze index and gaze bias within the various time domains of the demonstration. The length and starting point of the segment were used differently to obtain various time segments. There were three interval lengths, 1/4, 1/2, and 3/4 of each test, with four starting points for the first, quarter, third and third points of each test. .

그 결과, 초기 시선 색인의 분류 정확도는 25.9 % 였고 최종 시선 색인은 47.6 % 였으므로 시험의 뒷부분은 선호도와 관련이 있었다. 또한 시간 섹션의 길이가 길수록 선호도 분류 정확도가 높다. 그러나 시선 바이어스의 일치율은 0 ~ 2 초와 0.5 ~ 2 초 사이에 유의한 차이가 없었다. 이 결과는 0.5 초까지의 시선 데이터가 선호도와 관련이 없으며 결과가 시선 시간 경과 관찰 결과와 일치 함을 나타낸다. 따라서 0.5 ~ 2 초의 데이터로부터 추출한 시선 바이어스를 시선 특성으로 사용하여 사용자를 인증하고 인지하였다.As a result, the classification accuracy of the initial gaze index was 25.9% and the final gaze index was 47.6%, so the latter part of the test was related to the preference. Also, the longer the length of the time section, the higher the accuracy of preference classification. However, there was no significant difference between the coincidence ratios of gaze bias between 0-2 seconds and 0.5-2 seconds. This result indicates that gaze data up to 0.5 seconds is not related to preference and that the results are consistent with the gaze time-lapse observations. Therefore, the gaze bias extracted from the data of 0.5 to 2 seconds was used as the gaze characteristic to authenticate and recognize the user.

도 12은 단일 특징의 사용자 인식 결과를 도시한 표이고, 도 13는 각 단일 특징에 의한 사용자 인식의 정확도를 도시한 그래프이며, 도 14는 각 단일 특징에 의한 사용자 인식의 성능을 도시한 표다.12 is a table showing a user recognition result of a single feature, FIG. 13 is a graph showing the accuracy of user recognition by each single feature, and FIG. 14 is a table showing the performance of user recognition by each single feature.

단일 특징 대 다중 특징의 융합Single feature versus multiple feature fusion

눈동자 반응 데이터로부터 추출 된 특징은 고해상도 및 저해상도 스캔 경로 및 시선 편향이며, 버튼 누름 데이터로부터 추출 된 특징은 선호 지수일 수 있다. 상기 특징의 융합 효과를 보기 위해 단일 특징과 특징의 융합을 사용하여 사용자 인식 및 인증 결과를 비교했다. 인증 및 인식 결과는 개발 및 평가 세션의 모든 조합에 대해 획득되었다. 결과는 개발 세션과 평가 세션 사이의 시간 간격 (30 분, 1 주 및 2 주)에 따라 평균화되었다.The features extracted from the pupil response data are high resolution and low resolution scan paths and gaze bias, and the features extracted from the button press data may be a preference index. In order to see the effect of the fusion of the features, a single feature and a feature fusion were used to compare the user recognition and authentication results. Certification and recognition results were obtained for all combinations of development and evaluation sessions. Results were averaged over the time interval (30 minutes, 1 week and 2 weeks) between the development session and the evaluation session.

도 12을 참조하면, 단일 특징의 사용자 인식 결과를 확인할 수 있다. 선호 지수는 최상의 성능을 보였다. 눈동자 반응 특징의 경우 최고 성능은 고해상도 스캔 경로, 저해상도 스캔 경로 및 시선 바이어스 순서로 나타났다. 시선 바이어스를 이용한 수행 능력은 다른 특징보다 낮지만 1.75 %의 확률보다 유의하게 높았다. 시간 간격이 증가함에 따라 눈 운동 데이터로부터 추출 된 특징의 인식 성능은 감소 하였지만, 버튼을 누르는 것으로 추출 된 특징은 시간 간격에 관계없이 안정된 성능을 보였다. 도 13와 도 14를 참조하면, 인식 결과와 유사한 각 단일 특징의 인증 결과를 확인할 수 있다. 선호 지수로 인증하여 얻은 EER, FAR @ 1/10 FRR, FAR @ 1/20 FRR의 값은 다른 특징보다 작았다. 저해상도 스캔 경로는 고해상도 스캔 경로와 비교하여 제한된 정보 만 저장하지만 고해상도 및 저해상도 스캔 경로 사이의 인식 또는 인증 성능에는 별다른 차이가 없다.Referring to FIG. 12, a user recognition result of a single feature may be confirmed. The preference index showed the best performance. For pupil response features, the best performance was in the order of the high resolution scan path, the low resolution scan path, and the gaze bias. Performance using gaze bias was lower than other features, but significantly higher than 1.75% probability. As the time interval increases, the recognition performance of the feature extracted from the eye movement data decreases, but the feature extracted by pressing the button shows stable performance regardless of the time interval. 13 and 14, it is possible to confirm the authentication result of each single feature similar to the recognition result. The values of EER, FAR @ 1/10 FRR, and FAR @ 1/20 FRR obtained by the certification of preference index were smaller than other features. The low resolution scan path only stores limited information compared to the high resolution scan path, but there is no difference in recognition or authentication performance between the high resolution and low resolution scan paths.

FAR에 대한 FRR의 비율이 증가함에 따라 고해상도 및 저해상도 스캔 경로 간의 인증 성능 차이가 줄어들었다. 저해상도 스캔 경로는 덮개 관찰에 대한 보호 특징을 제공하는 잘 수행되는 특징이다.As the ratio of FRR to FAR increases, the difference in authentication performance between high resolution and low resolution scan paths decreases. Low resolution scan paths are well-performed features that provide protection against cover observation.

도 15은 복수의 특징에 의한 사용자 인식의 성능을 도시한 그래프이다.15 is a graph showing the performance of user recognition by a plurality of features.

도 15 (a)를 참조하면, 융합을 통해 인식 성능이 향상되었다. 모든 융합과 시간 간격의 경우 융합이 없는 경우보다 성능이 더 좋다. 융합은 사용자 확인율을 1.8 % ~ 10.5 % 향상 시켰으며 평균 5.8 %였다. 융합을 통한 수행 능력의 증가는 우선권 융합보다 선호도와 스캔 경로 융합이 더 컸다. 선호 지수와 고해상도 스캔 경로를 함께 사용했을 때 30 분 간격으로 최대 성능은 96.5 %였다. 시선 편향과 고해상도 스캔 경로의 융합에서 최상의 성능 결과는 30 분 간격으로 86.8 %, 선호 지수 및 고해상도 스캔 경로 융합 결과보다 9.6 % 작았다.Referring to FIG. 15 (a), recognition performance is improved through fusion. All fusions and time intervals perform better than no fusion. Convergence improved the user identification rate from 1.8% to 10.5% with an average of 5.8%. Increasing performance through convergence was greater in preference and scan path fusion than in priority fusion. The maximum performance was 96.5% at 30-minute intervals when using the Preference and High Resolution Scan Paths. The best performance results in the convergence of gaze deflection and high resolution scan paths were 86.8% at 30 minute intervals and 9.6% smaller than the preference index and high resolution scan path fusion results.

융합 된 대상 인증 결과는 그림 16 (b)에 설명되어 있다. 인식 결과와 마찬가지로 융합은 모든 경우에서 인증 성능을 향상 시켰다. 평균적으로 EER은 1.33 %, FAR @ 1/10 FRR 0.38 %, FAR @ 1/20 FRR 0.22 % 개선되었다. 선호 지수와 고해상도 스캔 경로의 융합으로 30 분 간격으로 최고 성능은 2.6 % EER이었다. 시선 바이어스와 고해상도 스캔 패스가 융합되었을 때 EER은 5.4 %로 선호 지수와 고해상도 스캔 경로 융합 결과보다 2.8 % 높았다.The converged target authentication results are illustrated in Figure 16 (b). As with the recognition results, convergence improves the authentication performance in all cases. On average, EER improved by 1.33%, FAR @ 1/10 FRR 0.38%, and FAR @ 1/20 FRR 0.22%. The fusion of a preference index and a high resolution scan path resulted in a peak performance of 2.6% EER every 30 minutes. When the gaze bias and the high resolution scan pass were fused, the EER was 5.4%, which was 2.8% higher than the preference index and the high resolution scan path fusion result.

대부분의 경우, 사용자 인식 및 인증 결과 모두에서 단일 특징에 더 많은 가중치가 주어지면 성능이 향상되었다. 저해상도 스캔 경로와 고해상도 스캔 경로 간의 성능 차이는 선호도와 스캔 경로의 융합보다 시선 바이어스와 스캔 경로의 융합에서 더 컸다. 눈동자 반응 데이터 만 명시 적으로 밝혀진 선호도 정보 없이 사용 되더라도 허용 가능한 인식 및 인증 성능을 얻을 수 있다.In most cases, better performance is achieved by giving more weight to a single feature in both user recognition and authentication results. The performance difference between the low resolution scan path and the high resolution scan path was greater in the gaze bias and the scan path fusion than in the convergence of the preference and the scan path. Acceptable recognition and authentication performance can be achieved even when only pupil response data is used without explicitly revealed preference information.

도 16은 복수의 특징에 의한 사용자 인식의 성능을 도시한 표이고, 도 17은 단일 또는 복수의 특징에 의한 사용자 인식의 성능을 도시한 표다.FIG. 16 is a table illustrating performance of user recognition by a plurality of features, and FIG. 17 is a table illustrating performance of user recognition by a single or plural features.

사용자 인증 및 인식 성능의 시간적 강인성Temporal robustness of user authentication and recognition performance

제안된 방법은 시간이 지남에 따라 신뢰할 수 있는 성능을 보장해야 한다. 영속성은 생체 인식이 인증 시스템에 적합한 지 판단하는 수단 중 하나이다. 개발 및 평가 세션 간의 시간 간격이 1 년인 경우 인증 및 인식 성능을 검증했다. 두 해 모두 참여한 사용자에 대한 데이터를 분석에 사용했다. 도 16 및 도 17을 참조하면, 단일 특징으로 인증 및 인식 한 결과와 특징을 융합 한 결과를 확인할 수 있다. 특징 융합의 결과는 다른 가중치를 사용하여 결과간에 최상의 성능을 보인다.The proposed method should guarantee reliable performance over time. Persistence is one means of determining whether biometrics is suitable for an authentication system. If the time interval between development and evaluation sessions is one year, authentication and recognition performance is verified. In both years, we used the data for the users involved in the analysis. Referring to FIGS. 16 and 17, the result of the authentication and recognition of the single feature and the result of fusing the feature may be confirmed. The results of feature fusion show the best performance between results using different weights.

1 년 간격으로, 시선 편견을 제외한 대부분의 단일 특징에서 인증 및 인식 성능이 감소했다. 2 주 간격과 1 년 간격 사이의 식별 속도의 감소는 30 분 간격과 1 주 간격과 1 주 간격과 2 주 간격 사이의 식별 속도보다 더 컸다. 1 년 간격으로 성능이 저하되었지만 30 분 간격으로 성능의 30 % 이내로 유지되었다. 이 결과는 제안 된 방법이 등록 후 1 년 후에도 효과가 있음을 나타낸다. 또한 특징 융합에서 성능 저하는 단일 특징의 감소보다 훨씬 작았다. 30 분 간격으로 성능 저하가 10 % 이내였다. 이 결과는 시간이 지남에 따라 성능 저하가 융합 특징으로 인해 감소 될 수 있음을 나타낸다.At yearly intervals, authentication and recognition performance decreased for most single features except gaze bias. The reduction in the identification rate between the two-week and one-year intervals was greater than the identification rate between the 30-minute and one-week intervals and between the one- and two-week intervals. Performance deteriorated at 1 year intervals but remained within 30% of performance at 30 minute intervals. This result indicates that the proposed method is effective even one year after registration. In addition, the degradation in feature fusion was much smaller than the reduction of a single feature. The performance degradation was within 10% at 30 minute intervals. This result indicates that over time, performance degradation can be reduced due to fusion characteristics.

도 18는 본 발명의 일 실시예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 사용자 인증 성능을 도시한 그래프다.18 is a graph illustrating user authentication performance of a user authentication system using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.

표시되는 시험 수 줄이기Reduce the number of exams displayed

도 18를 참조하면, 각각의 경우에 대한 인식 성능을 평가함에 따라, 부분 집합을 구성하는 시도 횟수를 5에서 110까지 5만큼 증가시킨 결과를 확인할 수 있다. 상기 나열된 결과는 대상에게 제시된 전체 세션에 대한 눈동자 반응 및 버튼 누르기 응답을 사용하여 계산되었다. 그러나 사용자가 세션의 모든 시험을 보는 데는 시간이 걸리고 각 시험의 버튼을 누르는 것이 번거로울 수 있다. 시험이 진행됨에 따라 더 많은 데이터를 얻을 수 있기 때문에 성능이 향상되지만 현장에서 사용하기 위해 인증과 인식을 신속하게 수행해야 한다. 따라서 본 발명의 일 실시 예에서는 세션에서 일부 실험 만 보았을 때, 즉 시험 횟수가 감소했을 때 인식 성능이 어떻게 변하는 지 관찰했다.Referring to FIG. 18, as the recognition performance of each case is evaluated, the result of increasing the number of attempts constituting the subset from 5 to 110 may be confirmed. The results listed above were calculated using the pupil response and button press response for the entire session presented to the subject. However, it takes time for the user to see all the exams in the session and it can be cumbersome to press the button for each exam. Performance improves because more data is available as the test progresses, but authentication and recognition must be performed quickly for field use. Therefore, one embodiment of the present invention observed how the recognition performance changes when only a few experiments are seen in the session, that is, when the number of tests decreases.

110 번의 시도로 구성된 세션을 k 번의 시도로 무작위로 나눔으로써 110/102 개의 하위 집합을 구성 할 수 있다. 각 하위 집합에 해당하는 시험에서 기록 된 데이터를 사용하여 사용자를 인식하고 결과를 모든 하위 집합에 대해 평균을 냈다. 이 결과는 하위 집합을 나누는 방법에 의해 영향을 받을 수 있으므로 이 과정을 여러 번 반복하여 임의의 하위 집합을 만든다. 선호 지수, 시선 편견, 이 두 특징의 융합이 특징으로 사용되었다.A 110-102 subset can be constructed by randomly dividing a session of 110 trials into k trials. Using the recorded data from the tests corresponding to each subset, the user was recognized and the results averaged over all subsets. This result can be influenced by how the subset is divided, so repeat this process several times to create a random subset. The preference index, eye bias, and fusion of these two features were used as features.

도시된 바와 같이, 하위 세트를 구성하는 시도 횟수가 증가함에 따라 사용자 인식률은 증가한다. 성능 향상은 하위 집합에서는 상대적으로 빠르지 만 하위 집합에서는 더 느리다. 융합, 선호 지수, 시선 편향의 순서로 수행이 더 높았으며 시련 횟수가 다양하더라도 이 순서는 동일하게 유지되었다. 110 건의 시련을 사용한 결과는 91.4 % 였고, 55 건의 시련을 사용한 결과는 87.1 % 였고, 25 건의 시련을 사용한 결과는 75.4 %였다. 심지어 시행 횟수가 50 % 감소해도 성능 저하는 5 %에 불과했다. 시험 횟수가 75 % 인 경우 성능 저하는 16.8 %였다. 이 결과는 시험 횟수가 현재 패러다임에서 반으로 줄어들고 3/4로 줄어들더라도 성능이 보장됨을 보여 주며 짧은 시간 내에 사용자 인식이 가능하다는 것을 보여준다.As shown, the user recognition rate increases as the number of attempts to construct a subset increases. The performance improvement is relatively fast in the subset but slower in the subset. Performance was higher in the order of convergence, preference index, and gaze bias, and the order remained the same even though the number of trials varied. The results of 110 trials were 91.4%, the results of 55 trials were 87.1%, and the results of 25 trials were 75.4%. Even a 50 percent reduction in performance was only 5 percent. The performance degradation was 16.8% when the number of tests was 75%. The results show that performance is guaranteed even if the number of tests is cut in half and three quarters in the current paradigm, and the user recognition is possible within a short time.

도 19은 동일한 사용자 및 각 특징에 대한 상이한 사용자로부터의 비유사도의 정규화된 분포를 나타낸다.19 shows a normalized distribution of dissimilarities from the same user and different users for each feature.

단일 피처의 피험자 식별력Subject identification of a single feature

도 19을 참조하면, 단일 특징은 사용자 인식 및 인증에서 서로 다른 성능을 보여주었다. 선호도 지수, 고해상도 스캔 경로, 저해상도 스캔 경로 및 시선 바이어스 순으로 성능이 우수하다. 주체 인식 및 인증의 높은 성능은 동일한 주체와 다른 주체로 계산된 비유사도 간의 차별 때문이다. 더 높은 성능을 가진 특징의 경우, 두 개의 분배값보다 명확하게 구분될 수 있다.Referring to FIG. 19, the single feature showed different performance in user recognition and authentication. Performance is highest in order of preference index, high resolution scan path, low resolution scan path and gaze bias. The high performance of subject recognition and authentication is due to the discrimination between dissimilarities calculated by the same subject and other subjects. For higher performance features, two distinct distribution values can be distinguished.

각 피처의 사용자 식별성을 평가하기 위해, 사용자 내 및 사용자 간의 비평 분포 간의 Kullback-Leibler (KL) 발산을 계산했다. 사용자 내 분포에서 사용자 간 분포에 대한 KL 발산은 선호 지수의 경우 0.243, 시선 바이어스의 경우 0.189, 고해상도 스캔 경로의 경우 0.153, 저해상도 스캔 경로의 경우 0.208이었다. 유사하게, 사용자 간 분포에서 사용자 내 분포에 대한 KL 발산은 선호 지수의 경우 0.207, 시선 바이어스의 경우 0.075, 고해상도 스캔 경로의 경우 0.171 및 저해상도 스캔 경로의 경우 0.082였다. 우리가 KL 발산을 사용자 내에서 사용자 내 분산으로 그리고 사용자 간에서 사용자 간 분산으로 평균을 낸다면, 평균 KL 발산의 순위는 성능의 순위와 동일하다.To evaluate the user identity of each feature, Kullback-Leibler (KL) divergence between the distribution of criticism within and between users was calculated. The KL divergence of the distribution among users in the user distribution was 0.243 for the preference index, 0.189 for the gaze bias, 0.153 for the high resolution scan path and 0.208 for the low resolution scan path. Similarly, the KL divergence for the intra-user distribution in the inter-user distribution was 0.207 for the preference index, 0.075 for the gaze bias, 0.171 for the high resolution scan path and 0.082 for the low resolution scan path. If we average KL divergence from user to user and from user to user, the rank of average KL divergence is the same as that of performance.

시간이 지남에 따라 환경 설정 변경Change preferences over time

선호도는 여러 개인 경험으로 인해 바뀔 수 있으며 의사 결정 프로세스 자체가 선호도를 바꿀 수 있다. 이러한 점은 환경 설정이 시간이 지남에 따라 사용자 인증을 제공할 만큼 충분히 안정적인지 여부에 대한 의문을 제기할 수 있다. 본 실시 예의 결과는 등록 후 1 주, 2 주 및 1 년 후에도 인증 및 인식 성능이 보장됨을 확인했다.Preference can change due to multiple personal experiences, and the decision process itself can change it. This may raise questions about whether the configuration is stable enough to provide user authentication over time. The results of this embodiment confirmed that the authentication and recognition performance is guaranteed even after 1 week, 2 weeks and 1 year after registration.

제안된 방법에서, 여러 실험을 사용자에게 제시하는 아이디어는 시간이 지남에 따라 안정성을 보장하는 것이었다. 여러 카테고리의 이미지가 포함 된 여러 번의 시험을 사용하는 경우 일부 시험에 환경 설정이 변경 되더라도 다른 시험에서는 환경 설정이 유지된다. 인증에 성공하면 사용자 기본 설정 정보를 지속적으로 업데이트하도록 시스템을 구성 할 수 있다.In the proposed method, the idea of presenting several experiments to the user was to ensure stability over time. If you use multiple tests with multiple categories of images, the preferences are retained for other tests, even if the preferences are changed for some tests. If authentication is successful, the system can be configured to continuously update user preference information.

시험을 구성 할 때 시간 변경의 영향을 덜 받는 이미지를 선택하면 시스템의 시간적 견고성을 향상시킬 수 있다. 자신, 친숙한 얼굴 또는 과거 경험과 같이 사용자에 직접 관련된 이미지는 사용자와 관련이 없는 이미지보다 더 높은 선호도를 가진다. 따라서 자가 진단 이미지를 사용하여 시험을 구성하면 시간이 지남에 따라 선호도가 더 안정적으로 유지된다.When constructing a test, selecting an image that is less affected by time changes can improve the temporal robustness of the system. Images directly related to the user, such as themselves, familiar faces or past experiences, have a higher preference than images not related to the user. Thus, when a test is constructed using self-diagnostic images, the preference remains more stable over time.

스캔 경로 해상도Scan path resolution

본 발명은 두 가지 유형의 스캔 경로 데이터, 즉 고해상도 스캔 경로와 저해상도 스캔 경로를 생성했다. 고해상도 스캔 경로는 화면의 x 및 y 좌표에서 시선 위치를 나타내고 저해상도 스캔 경로는 사용자가 제시 한 네 개의 이미지 중 어느 이미지를 보았는지에 대한 정보를 나타낸다.The present invention has generated two types of scan path data: high resolution scan path and low resolution scan path. The high resolution scan path represents the gaze position at the x and y coordinates of the screen, and the low resolution scan path represents information of which of the four images presented by the user.

저해상도 스캔 경로 데이터를 사용하는 인증 및 인식 결과가 고해상도 스캔 경로를 사용하는 결과보다 낮은 경우에도 저해상도 스캔 경로 데이터가 의미가 있다. 본 발명의 실험에서 높은 공간 정확도를 가진 눈 추적 장치를 사용하여 사용자의 시선을 추적했지만, 일상 생활에서 그러한 값 비싼 장비를 사용하는 것은 어렵다. 덜 비싸고 간단한 안구 운동 기록 시스템이 개발되고 있지만, 지금까지 이러한 시스템의 정확도는 상대적으로 낮다. 저해상도 스캔 경로를 사용하는 인증 및 인식 결과는 보안 시스템이 제한된 공간 정확도를 갖는 장치에서 작동되는 경우에도 제안 된 방법이 허용 가능한 수준의 성능을 나타냄을 의미한다.The low resolution scan path data is meaningful even when the authentication and recognition results using the low resolution scan path data are lower than the results using the high resolution scan path. In the experiments of the present invention, eye tracking devices with high spatial accuracy were used to track the eyes of the user, but it is difficult to use such expensive equipment in everyday life. Less expensive and simple eye movement recording systems have been developed, but so far the accuracy of these systems is relatively low. Authentication and recognition results using low resolution scan paths mean that the proposed method exhibits acceptable levels of performance even when the security system is operating on devices with limited spatial accuracy.

스캔 경로를 모방한 침입자 테스트Intruder test mimics scan path

침입자가 스캠 경로의 정보를 도용하고 해당 정보로 연습 할 때 시스템이 안전한지와 관련해 안구 운동 속도는 사람과 사람이 다른 안구 운동 장치의 고유 한 특성에 의해 결정되기 때문에 시간과 공간 영역 모두에서 시선 순서를 따라 가기가 어렵다. 이 시나리오를 테스트하기 위해 두 명의 침입자를 모집했다. 시험에서 침입자는 먼저 순 사용자의 시선 시퀀스 비디오를 보고, 가능한 한 많이 모방해야 한다. 2 명의 침입자가 20 개의 시도에 대해 모방 작업을 수행했지만, 1 ~ 3 회의 유사한 스캔 경로 모양을 생성하는 데 성공했다. 그들이 모방에 성공한 시험에 대해, 진정한 사용자와 침입자 사이의 시선 이동에 시간 지연이 있었다. 침입자가 스캔 경로의 메모리를 회수하는 데 시간이 걸리므로 이 리콜 프로세스로 인해 시간이 지연된다. 이러한 이유로 침입자는 실제 사용자의 안구 운동 정보를 훔쳐 갔지만 스캔 경로를 복사하는 것은 불가능하다. When the intruder steals information from the scam path and exercises with that information, eye movement speed is determined by the inherent characteristics of other eye movement devices in relation to whether the system is safe, so the gaze order in both time and space domains. It is difficult to follow. Two intruders were recruited to test this scenario. In the test, the intruder must first look at the unique user's eye sequence video and imitate as much as possible. Two intruders performed imitations on 20 attempts, but succeeded in creating one or three similar scan path shapes. For the test they successfully imitate, there was a time delay in eye movement between the true user and the intruder. This recall process delays the time it takes for an attacker to reclaim memory in the scan path. For this reason, the intruder has stolen the actual user's eye movement information, but it is impossible to copy the scan path.

본 실시 예에서는 선호도와 안구 운동 데이터를 이용하여 사용자를 인증하고 인식하고 성능을 평가하는 시스템을 제안한다. 선호도는 사람마다 다르므로 메모리 기반 인증의 단점을 극복하기 위한 수단으로 제안되었다. 본 발명의 실시 예에서, 본 발명은 사용자에 대한 일련의 시험을 보여 주었고, 각각의 시험에서 선호 선발 과제를 수행했다. 키보드로 선호도를 입력하고 이미지 관찰 중 눈동자를 기록했다. 인증 및 인식을 위한 특징으로 버튼 누름 (명시적 선호도), 눈 움직임 (암시적 선호도)에서 유추 된 선호도 및 스캔 경로 정보를 함께 사용하는 환경 설정이 함께 사용되었다.This embodiment proposes a system for authenticating, recognizing, and evaluating performance by using preference and eye movement data. Since preferences vary from person to person, they have been proposed as a means to overcome the disadvantages of memory-based authentication. In an embodiment of the present invention, the present invention showed a series of tests for a user and performed the preferred selection task in each test. The preferences were entered on the keyboard and the pupils were recorded during the image observation. For authentication and recognition, a combination of preferences and scan path information derived from button presses (explicit preferences), eye movements (implicit preferences) were used.

도 20은 시간 및 공간 해상도에 따른 사용자 인증 성능을 나타낸 것이다.20 shows user authentication performance according to temporal and spatial resolution.

도 20을 참조하면, 상기 내용과 같이 식별 성능은 공간 해상도가 높아짐에 따라 증가한다. 평균 식별 결과는 각각의 공간적 및 시간적 해상도에 대해 얻어졌다. 개발 데이터와 평가 데이터 간의 시간 간격 또한 성능에 영향을 미치므로 식별 결과는 시간 간격에 따라 그룹화되고 평균화된다. 식별 속도의 증가는 공간 해상도가 2x2에서 4x4로 증가 할 때 가장 컸다. 이러한 성능의 증가는 한 쌍으로 된 t-테스트 (p <0.005)로 테스트했을 때 통계적으로 유의했다.Referring to FIG. 20, as described above, the identification performance increases as the spatial resolution increases. Average identification results were obtained for each spatial and temporal resolution. The time interval between development data and evaluation data also affects performance, so identification results are grouped and averaged over time intervals. The increase in identification speed was greatest when the spatial resolution increased from 2x2 to 4x4. This increase in performance was statistically significant when tested with a paired t-test (p <0.005).

도 21는 2x2 및 4x4의 공간 해상도에서 사용자 내 및 사용자 간 스캔 경로 비유사성의 정규화 된 분포를 나타낸다.21 shows a normalized distribution of scan path dissimilarity within and between users at spatial resolutions of 2x2 and 4x4.

도 21를 참조하면, 본 실시예는 또한 KL (Kullback-Leibler) 발산을 사용하여 사용자 내에서의 사용자간 스캔 경로 차이가 사용자의 판단력을 정량적으로 평가할 수 있다는 점을 보여준다. KL 발산은 한 분포의 상대 엔트로피를 다른 엔트로피와 비교하여 계산함으로써 두 분포 사이의 차이를 계산할 수 있다. 사용자 내 분포에서 사용자 간 분포에 대한 KL 발산은 2 Х 2에 대해 0.199이고 4 Х 4에 대해 0.290으로 증가했다. 유사하게, 사용자 간 분포에서 사용자 내 분포까지의 KL 발산은 2 Х 2에 대해 0.163이었고 4 Х 4에 대해 0.215로 증가했다. 공간 해상도가 4 Х 4보다 높을 때, KL 발산은 증가하지 않았으므로 식별 성능은 증가하지 않았다. 도 10은 2x2 및 4x4에 대한 사용자 내 및 사용자 간 스캔 경로 비유사성의 정규화 된 분포를 나타낸다.Referring to FIG. 21, the present embodiment also shows that the difference in scan paths between users in a user can be quantitatively evaluated by using KL (Kullback-Leibler) divergence. KL divergence can be calculated by comparing the relative entropy of one distribution with another entropy to calculate the difference between the two distributions. The KL divergence for the inter-user distribution in the intra-user distribution increased to 0.199 for 2 Х 2 and 0.290 for 4 Х 4. Similarly, the KL divergence from the inter-user distribution to the intra-user distribution was 0.163 for 2 Х 2 and increased to 0.215 for 4 Х 4. When the spatial resolution was higher than 4 Х 4, the KL divergence did not increase and therefore the identification performance did not increase. 10 shows a normalized distribution of scan path dissimilarity within and between users for 2x2 and 4x4.

도 22은 샘플 레벨에 따른 비유사성은 분포를 도시한 것이다.Fig. 22 shows the distribution of dissimilarity according to the sample level.

도 22을 참조하면, 스캔 경로 비유사성은 샘플-레벨 비유사성의 합으로부터 얻어지므로, 상이한 공간 해상도에 따른 사용자 내 및 사용자 간 스캔 경로 비유사성의 차이는 샘플 레벨에서의 비유사성 계산으로부터 얻을 수 있다. 본 실시 예는 서로 다른 공간 해상도에 대한 샘플-레벨 내 사용자 스캔 경로 비유사성의 분포를 분석했다. 공간 해상도가 16 Х 16과 4 Х 4로 감소 할 때, 도 22에서 보듯이, 샘플-레벨 스캔 경로 비유사성의 전체 분포는 원 데이터의 전체 분포와 유사하지만, 2 Х 2에서, 샘플-레벨 비유사성의 분포는 원래 분포를 반영하기에는 너무 희박했다. 2 Х 2 해상도에서의 분포에서, 단지 3 개의 비 유사 값이 존재하기 때문에, 계산된 비유사성을 사용하여 사용자를 구별하는 능력은 제한적이었다. 4x4보다 높은 공간 해상도는 사용자를 더 잘 구분할 수 있는 보다 다양한 샘플 레벨 스캔 경로 차이를 산출 할 수 있다.Referring to FIG. 22, since scan path dissimilarity is obtained from the sum of sample-level dissimilarities, differences in scan path dissimilarity between users and users according to different spatial resolutions can be obtained from dissimilarity calculations at the sample level. . This example analyzes the distribution of user scan path dissimilarities within the sample-level for different spatial resolutions. When the spatial resolution decreases to 16 Х 16 and 4 Х 4, as shown in FIG. 22, the overall distribution of the sample-level scan path dissimilarity is similar to that of the original data, but at 2 Х 2, the sample-level ratio The distribution of similarity was too sparse to reflect the original distribution. In the distribution at 2 Х 2 resolution, since there are only three dissimilar values, the ability to distinguish users using the calculated dissimilarity was limited. Spatial resolutions higher than 4x4 can yield a wider variety of sample level scan path differences to better distinguish users.

시간 해상도의 경우 샘플링 빈도가 원래 해상도의 1/12 인 10 Hz로 감소되면 식별 성능이 유지된다. 샘플링 주파수가 10 Hz에서 5 Hz로 감소되면 식별이 크게 감소된다. 상기 결과는 샘플링 주파수가 10Hz보다 클 경우 사용자 식별 성능이 보장됨을 보여준다.For time resolution, identification performance is maintained when the sampling frequency is reduced to 10 Hz, which is 1/12 of the original resolution. If the sampling frequency is reduced from 10 Hz to 5 Hz, the identification is greatly reduced. The results show that user identification performance is guaranteed when the sampling frequency is greater than 10 Hz.

또한 개발 및 평가 데이터 간의 시간 간격이 길어질수록 식별율은 감소합니다. 그러나 공간적 또는 시간적 해상도와 식별 결과 간의 추세는 서로 다른 시간 간격에 대해 비슷했습니다.In addition, as the time interval between development and evaluation data increases, the identification rate decreases. However, the trend between spatial or temporal resolution and identification results was similar for different time intervals.

불일치 측정의 효과Effect of Measuring Mismatch

유클리드 거리와 DTW 점수로부터 얻은 식별 결과는 각각의 공간적 및 시간적 해상도에 대해 비교되었다. 동일한 사람이 동일한 이미지를 반복적으로 관찰하더라도 검색 경로는 동일하지 않다. DTW는 시간 영역에서 약간의 차이를 고려하여 스캔 경로 차이를 계산하므로 DTW 점수가 유클리드 거리보다 우월할 것으로 예상했다. 도 20에서, DTW 스코어의 식별 성능은 대부분의 경우 예상대로 유클리드 거리의 식별 성능보다 높았다. 그러나 공간 해상도가 2 Х 2 인 경우, DTW 점수의 성능은 유클리드 거리의 성능보다 나빠졌다.Identification results from Euclidean distance and DTW scores were compared for each spatial and temporal resolution. Even if the same person observes the same image repeatedly, the search paths are not the same. The DTW calculates the scan path difference taking into account some differences in the time domain, so the DTW score was expected to be superior to the Euclidean distance. In FIG. 20, the identification performance of the DTW score was in most cases higher than the identification performance of Euclidean distance as expected. However, when the spatial resolution is 2 Х 2, the performance of the DTW score is worse than that of the Euclidean distance.

2 Х 2 해상도의 경우, 시선 위치는 4인덱스로 인코딩되며, 이는 2 Х 2 레이아웃의 디스플레이 이미지에 해당한다. 응시한 아이템 지수(gazed item index)의 순서는 눈 운동의 개별적인 특성을 나타내기에는 너무 간단하다. 4 Х 4 해상도에서 2 Х 2 해상도로의 현저한 성능 저하와 2 Х 2 해상도에서의 샘플-레벨 스캔 경로 불일치 분포의 희박성이 이러한 분석을 뒷받침한다. 따라서, 4 Х 4는 눈 움직임의 개별 특성이 표현되는 최소 해상도이며, 비유사성 측정은 피험체를 구별 할 수 있다.For 2 Х 2 resolution, the gaze position is encoded with 4 indexes, which corresponds to the display image of the 2 Х 2 layout. The order of the gazed item index is too simple to reveal the individual characteristics of eye movement. Significant performance degradation from 4 Х 4 resolution to 2 Х 2 resolution and the sparseness of the sample-level scan path mismatch distribution at 2 Х 2 resolution support this analysis. Therefore, 4 Х 4 is the minimum resolution at which individual characteristics of eye movements are expressed, and dissimilarity measurements can distinguish subjects.

눈 운동 데이터는 다양한 공간적 및 시간적 해상도를 갖는 다양한 장치를 사용하여 획득 될 수 있다. 그러나, 안구 운동 기반의 사용자 식별 시스템을 위한 최적의 사양은 아직 조사되지 않았다. 본 발명은 스캔 경로 기반의 사용자 식별 시스템을 구현하고 시력 데이터의 다양한 공간적 및 시간적 해상도에서 성능을 평가했다. 결과는 공간 해상도의 효과가 크다는 것을 보여 주었지만 시간 해상도의 효과는 상대적으로 낮다. 자극이 2x2 레이아웃으로 표시되면 4x4의 공간 분해능과 10Hz의 샘플링 주파수를 사용하면 사용자 식별이 보장된다. 이러한 결과는 최적의 공간적 및 시간적 해상도가 자극 표현과 비평가 알고리즘을 고려하여 결정되어야 함을 의미한다. 개발과 평가 간의 시간 간격의 영향은 모든 경우에 중요했기 때문에 성능을 보장하기 위해 개발 데이터를 정기적으로 업데이트해야 한다. 본 발명은 시선 기반 입력 시스템을 구축 할 때 안구 추적 장치의 사양을 선택하는 데 도움이 될 수 있다.Eye movement data can be obtained using a variety of devices having various spatial and temporal resolutions. However, the optimal specification for an eye movement based user identification system has not been investigated yet. The present invention implements a scan path based user identification system and evaluates the performance at various spatial and temporal resolutions of visual acuity data. The results show that the effect of spatial resolution is large, but the effect of temporal resolution is relatively low. If the stimulus is displayed in a 2x2 layout, using 4x4 spatial resolution and a sampling frequency of 10Hz ensures user identification. This result implies that the optimal spatial and temporal resolution should be determined in consideration of the stimulus representation and the criticism algorithm. The impact of the time interval between development and evaluation was important in all cases, so development data should be updated regularly to ensure performance. The present invention can help to select the specification of the eye tracking device when building the gaze-based input system.

도 23는 본 발명의 일 실시 예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 반복 인증 알고리즘도이다.23 is a diagram of an iterative authentication algorithm of a user authentication system using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.

도 23를 참조하면, 상기 사용자 인증 시스템은 사용자가 시선, 지문, 얼굴 인식, 비밀 번호 등의 인증 시스템을 통해 로그인 한 뒤에도 지속적이고 반복적으로 인증을 수행해 현재 사용자가 정당한 사용자인지 여부를 판단할 수 있다. 상기 사용자 인증 시스템은 정당하지 않은 사용자가 정당한 사용자의 시선 움직임을 모방하여 인증을 받았거나 오류 또는 우연의 일치로 인증된 경우 지속적인 재인증을 통해 상기 정당하지 않은 사용자를 배제할 수 있다. Referring to FIG. 23, the user authentication system may determine whether the current user is a legitimate user by continuously and repeatedly performing authentication after the user logs in through an authentication system such as gaze, fingerprint, face recognition, and password. . The user authentication system may exclude the invalid user through continuous re-authentication when an invalid user is authenticated by imitating a legitimate user's eye movement or authenticated with an error or a coincidence.

상기 사용자 인증 시스템은 보안 레벨에 따라 상이한 인증 프로그램을 포함할 수 있다. 상기 사용자 인증 시스템의 상기 보안 레벨은 복수의 보안 레벨로 구분될 수 있다. 상기 보안 레벨은 2개 이상의 보안레벨을 포함할 수 있다. The user authentication system may include different authentication programs depending on the security level. The security level of the user authentication system may be divided into a plurality of security levels. The security level may include two or more security levels.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 낮은 보안 레벨은 생체 인증 시스템, 움직임, 비밀번호, 얼굴, 움직임 등을 포함하는 정보를 이용해 사용자 인증을 수행할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, a low security level may perform user authentication using information including a biometric authentication system, a motion, a password, a face, and a motion.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 높은 보안 레벨은 핀(PIN), 얼굴, 지문, 목소리 등을 포함하는 정보를 이용해 사용자 인증을 수행할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a high security level may perform user authentication using information including a PIN, a face, a fingerprint, a voice, and the like.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 사용자 인증 시스템은 상기 보안 레벨에 따른 인증 프로그램을 구동할 수 있고, 상기 프로그램에 따른 사용자 시선 움직임 데이터를 수집해 사용자 인증을 수행할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the user authentication system may drive an authentication program according to the security level, and collect user gaze motion data according to the program to perform user authentication.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 사용자 인증 시스템은 상기 보안 레벨에 따라 사용자의 시선 움직임 데이터를 수집해 반복적으로 사용자 인증을 수행할 수 있다. 상기 사용자 인증의 반복은 보안 레벨에 따라 간격 및 인증 방식이 정해질 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the user authentication system may collect user's gaze movement data according to the security level and repeatedly perform user authentication. The repetition of the user authentication may be determined according to the security level and the authentication method.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 사용자 인증 시스템은 사용자의 신뢰도 수준에 대한 정보를 지속적으로 저장하고 이를 업데이트할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the user authentication system may continuously store and update information on a trust level of a user.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 사용자 인증 시스템은 반복적 인증으로 현재 사용자가 정당한 사용자가 아니라고 판단된 경우 현재 사용자의 접근을 거부할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, if it is determined that the current user is not a legitimate user by repetitive authentication, the user authentication system may deny access of the current user.

도 24는 본 발명의 일 실시 예에 따른 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템의 반복 인증 시스템의 일 예시이다.24 is an example of an iterative authentication system of a user authentication system using pupil reaction according to an embodiment of the present invention.

도 24를 참조하면, 눈동자 반응 기반의 지속적인 사용자 인증 (로고 포함)Referring to FIG. 24, continuous user authentication based on pupil response (including logo)

1) 서로 다른 프로그램은 서로 다른 로고를 가지고 있을 수 있다. 상기 프로그램은 보안 레벨에 따라 사용될 수 있다.1) Different programs may have different logos. The program can be used according to the security level.

2) 로딩 시간 동안, 사람들은 그것이 준비 될 때까지 기다리며 시선 움직임을 나타내고 이를 획득하여 사용자 인증에 사용할 수 있다.2) During the loading time, people wait until it is ready to display eye movements and obtain them for use in user authentication.

상기 제1 임계 값은 인증 임계치, 상기 제2 임계 값은 거부 임계치일 수 있다.The first threshold may be an authentication threshold and the second threshold may be a reject threshold.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

Claims (10)

눈동자 반응 데이터를 포함하는 사용자 정보를 저장하는 저장부;
시각 자극에 따른 상기 사용자의 눈동자 반응 및 상기 사용자 정보를 이용하여 사용자를 예측하는 제어부;
상기 시각 자극에 따른 상기 사용자의 눈동자 반응을 획득하는 반응 획득부;
상기 제어부는,
상기 획득한 눈동자 반응을 기초로 추출된 사용자 특징을 상기 저장부에 저장된 상기 사용자 정보와 비교하여 사용자가 제시한 ID와 일치 확률을 판단하는 사용자 판단부; 및
상기 ID와의 일치 확률에 따른 인증 및 접근 여부를 결정하는 인증부;를 포함하고,
상기 인증부는,
상기 ID와의 일치 확률이 인증 임계치 이상인 경우 사용자의 접근을 허용하되,
상기 사용자가 제시한 ID와 일치할 확률이 상기 인증 임계치 및 거부 임계치 사이 값이면 새로운 시각 자극을 제시해 추가 인증을 수행하도록 결정하는 것을 특징으로 하며,
상기 일치 확률은 각 시험마다 판단되며, 복수의 시험에서의 일치 확률이 누적되어 업데이트되는 것을 특징으로 하는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템.
A storage unit for storing user information including eye response data;
A control unit predicting a user by using the user's eye response and the user information according to a visual stimulus;
A response acquiring unit for acquiring a pupil response of the user according to the visual stimulus;
The control unit,
A user determination unit which compares the user feature extracted based on the acquired pupil response with the user information stored in the storage unit and determines a matching probability with an ID presented by the user; And
And an authentication unit for determining whether to authenticate and access according to a probability of matching with the ID.
The authentication unit,
If the probability of matching with the ID is greater than or equal to the authentication threshold, the user is allowed to access,
If the probability of matching the ID presented by the user is a value between the authentication threshold and the rejection threshold, it is determined to perform a further authentication by presenting a new visual stimulus,
The matching probability is determined for each test, and the user authentication system using the pupil reaction, characterized in that the matching probability in a plurality of tests are accumulated and updated.
제1항에 있어서,
상기 인증부는,
상기 획득한 눈동자 반응과 상기 저장된 정보의 비교를 통해 사용자가 제시한 ID와 일치할 확률이 거부 임계치 이하인 경우 상기 사용자의 접근을 거부하는 것을 특징으로 하는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템.
The method of claim 1,
The authentication unit,
And the user's access is denied when the probability that the user's ID matches the ID presented by the user is less than or equal to the rejection threshold by comparing the acquired pupil response with the stored information.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 인증부는,
상기 사용자의 접근을 허용한 상태에서 지속적으로 새로운 인증을 수행하는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템.
The method of claim 1,
The authentication unit,
User authentication system using the pupil reaction to continuously perform a new authentication in the state of allowing the user access.
제1항 에 있어서,
상기 제어부는,
상기 저장부의 데이터를 이용하여 상기 사용자가 제시한 ID로부터 일관성이 높은 눈동자 반응, 또는 다른 사용자 ID와의 차이가 큰 눈동자 반응을 유도해 낼 수 있는 시각자극을 제시하는 것을 특징으로 하는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템.
The method of claim 1,
The control unit,
The user using the pupil response using the data of the storage to present a visual stimulation that can induce a highly consistent pupil response, or a pupil response with a large difference from other user IDs from the ID presented by the user Authentication system.
제5항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 사용자가 제시한 ID와 적어도 하나 이상의 다른 사용자 데이터 각각을 획득한 눈동자 반응을 비교하는 것을 특징으로 하는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템.
The method of claim 5,
The control unit,
And a pupil response that obtains each of at least one other user data and an ID presented by the user.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
사용자가 접근하고자 하는 영역에 따라 서로 다른 인증 임계치 및 거부 임계치를 부여하는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템.
The method of claim 2,
The control unit,
User authentication system using the pupil response that gives different authentication threshold and rejection threshold according to the area that the user wants to access.
제1항에 있어서,
상기 눈동자 반응은 시선 위치, 단속성 운동, 동공 크기, 눈 깜박임 중 적어도 하나 이상으로부터 파생된 신호인 것을 특징으로 하는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템.
The method of claim 1,
The pupil response is a user authentication system using the pupil response, characterized in that the signal derived from at least one of eye position, intermittent movement, pupil size, eye blink.
제1항에 있어서,
상기 인증부는,
상기 사용자 ID일치 확률이 인증 임계치 이하이며 거부 임계치 이상인 경우 다른 방식의 추가 인증을 요구하여 접근의 허용 혹은 거절을 결정하는 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템.
The method of claim 1,
The authentication unit,
If the user ID matching probability is less than the authentication threshold and more than the rejection threshold, the user authentication system using the pupil response to request the additional authentication of another method to determine the access or rejection.
제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 시각자극은 정지영상 혹은 동영상 하나 이상의 조합인 눈동자 반응을 이용한 사용자 인증 시스템.


The method according to claim 1 or 7,
The visual stimulus is a user authentication system using a pupil reaction that is a combination of one or more still or moving images.


KR1020180081184A 2018-05-15 2018-07-12 User authentication system and method based on eye responses evoked from visual stimuli KR102059517B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20180055529 2018-05-15
KR1020180055529 2018-05-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190130948A KR20190130948A (en) 2019-11-25
KR102059517B1 true KR102059517B1 (en) 2019-12-26

Family

ID=68730702

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180081184A KR102059517B1 (en) 2018-05-15 2018-07-12 User authentication system and method based on eye responses evoked from visual stimuli

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102059517B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007141002A (en) * 2005-11-18 2007-06-07 Fujitsu Ltd Personal authentication method, personal authentication program, and personal authentication device
KR101729959B1 (en) * 2016-01-15 2017-05-12 한국과학기술원 User authentication system and method based on eye responses

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007141002A (en) * 2005-11-18 2007-06-07 Fujitsu Ltd Personal authentication method, personal authentication program, and personal authentication device
KR101729959B1 (en) * 2016-01-15 2017-05-12 한국과학기술원 User authentication system and method based on eye responses

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190130948A (en) 2019-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dasgupta et al. Advances in user authentication
US9672335B2 (en) Cognitive-based logon process for computing device
US9811730B2 (en) Person identification using ocular biometrics with liveness detection
US10740465B2 (en) Detection of print-based spoofing attacks
US7986816B1 (en) Methods and systems for multiple factor authentication using gaze tracking and iris scanning
US8953850B2 (en) Ocular biometric authentication with system verification
Komogortsev et al. Biometric identification via an oculomotor plant mathematical model
JP2019522278A (en) Identification method and apparatus
US9747429B2 (en) Personal familiarity authentication
JP6373402B2 (en) EEG authentication apparatus, authentication method, authentication system, and program
KR101729959B1 (en) User authentication system and method based on eye responses
EP3651038A1 (en) Brain activity-based authentication
Cherifi et al. Performance evaluation of behavioral biometric systems
JP3590285B2 (en) Biological information recognition device and method
KR102059520B1 (en) User authentication system using low-resolution pupil reaction
KR102059511B1 (en) User authentication system using eye response and user information
Nichols et al. Psychophysical evaluation of human performance in detecting digital face image manipulations
KR102059517B1 (en) User authentication system and method based on eye responses evoked from visual stimuli
Banirostam et al. Functional control of users by biometric behavior features in cloud computing
KR102059544B1 (en) Continuous authentication system using eye response
Blanchard et al. Reflexive memory authenticator: a proposal for effortless renewable biometrics
Ojo et al. Survey of biometric authentication for e-assessment
Westeyn et al. Biometric identification using song-based blink patterns
Tait Behavioural biometrics authentication tested using eyewriter technology
Boonkrong et al. Biometric Authentication

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant