KR102257289B1 - 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치 - Google Patents

심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치가 개시된다. 인증 장치는 대상 심전도 신호를 수신하고, 대상 심전도 신호를 필터링하고, 참조 심전도 신호의 고유의 패턴에 기초하여, 필터링된 대상 심전도 신호를 프로세싱하고, 대상 심전도 신호가 참조 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다.

Description

심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR AUTHENTICATING USER USING ECG SIGNAL}
아래의 실시 예들은 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치에 관한 것이다.
생체 인식 기술이란 사용자로부터 생체와 연관된 신호나 데이터를 추출하여 이를 기존에 저장된 데이터와 비교하고 본인임을 확인하여 사용자로 인증하는 기술을 말한다. 생체 인식 기술은 개인의 고유 생체 신호를 이용하기 때문에 도난이나 분실의 염려가 없고 위조 또는 변조가 어렵다는 장점이 있다.
일 실시예에 따른 인증 장치는, 대상 심전도 신호를 수신하는 심전도 신호 수신부; 상기 대상 심전도 신호를 필터링하는 전처리부; 및 참조 심전도 신호의 고유의 패턴에 기초하여, 상기 필터링된 대상 심전도 신호를 프로세싱하고, 상기 대상 심전도 신호가 상기 참조 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단하는 인증부를 포함할 수 있다.
상기 전처리부는, R 피크(R peak)를 기준으로 상기 대상 심전도 신호를 정렬하는 정렬부; 연속적인 상기 R 피크간의 간격인 상기 대상 심전도 신호의 주기를 기준으로 상기 대상 심전도 신호를 정규화하는 정규화부; 및 상기 정규화된 대상 심전도 신호의 복수의 성분 중 상기 참조 심전도 신호와의 연관성이 낮은 성분을 상기 정규화된 대상 심전도 신호에서 제거하는 제거부를 포함할 수 있다.
상기 정규화부는, 소정의 전압 레벨을 기준으로 상기 대상 심전도 신호의 진폭을 정규화할 수 있다.
상기 인증부는, 상기 필터링된 대상 심전도 신호와 상기 참조 심전도 신호와의 차이를 연산하고, 상기 필터링된 대상 심전도 신호와 상기 참조 심전도 신호와의 차이에서 상기 참조 심전도 신호의 고유의 패턴을 제거할 수 있다.
상기 인증부는, 상기 필터링된 심전도 신호의 적어도 하나의 심전도 파형을 기초로 적어도 하나의 심전도 벡터를 추출하고, 상기 적어도 하나의 심전도 벡터와 상기 참조 심전도 신호의 복수의 심전도 파형의 평균값을 나타내는 평균 벡터의 차를 이용하여, 상기 필터링된 대상 심전도 신호와 상기 참조 심전도 신호와의 차이를 나타내는 에러 매트릭스를 추출할 수 있다.
상기 인증부는, 상기 에러 매트릭스에서, 상기 고유의 패턴을 나타내는 상기 참조 심전도 신호의 주요 오차 매트릭스의 성분을 제거할 수 있다.
상기 인증부는, 상기 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈(norm)을 연산하여, 상기 놈을 기초로 상기 대상 심전도 신호가 상기 참조 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 인증부는, 상기 놈이 소정의 임계 놈 값 이하인 경우, 상기 대상 심전도 신호와 상기 참조 심전도 신호가 대응하는 것으로 인증할 수 있다.
상기 인증부는, 상기 참조 심전도 신호가 복수 개인 경우, 상기 복수 개의 참조 심전도 신호 각각에 대하여 상기 놈을 추출하고, 상기 복수 개의 참조 심전도 신호 각각에 대한 놈 중 가장 값이 작은 놈에 대응하는 참조 심전도 신호를 상기 대상 심전도 신호와 대응하는 신호로 인증할 수 있다.
일 실시예에 따른 등록 장치는, 심전도 신호를 수신하는 심전도 신호 수신부; 상기 심전도 신호를 필터링하는 전처리부; 및 상기 필터링된 심전도 신호의 주요 오차를 포함하는 상기 필터링된 심전도 신호의 고유의 패턴을 추출하여, 상기 심전도 신호의 사용자에 대한 정보를 등록하는 등록부를 포함할 수 있다.
상기 전처리부는, R 피크를 기준으로 상기 심전도 신호를 정렬하는 정렬부; 연속적인 상기 R 피크간의 간격인 설정된 상기 심전도 신호의 주기를 기준으로 상기 심전도 신호를 정규화하는 정규화부를 포함할 수 있다.
상기 등록부는, 상기 필터링된 심전도 신호와 상기 필터링된 심전도 신호의 평균의 차이를 연산할 수 있다.
상기 등록부는, 상기 고유의 패턴을 저장할 수 있다.
상기 등록부는, 상기 필터링된 심전도 신호의 복수의 심전도 파형을 기초로 복수의 심전도 벡터를 추출하고, 상기 복수의 심전도 벡터의 평균을 연산하여 상기 필터링된 심전도 신호의 평균값을 나타내는 평균 벡터를 추출할 수 있다.
상기 등록부는, 상기 복수의 심전도 벡터와 상기 평균 벡터의 차를 이용하여 에러 매트릭스를 추출하고, 특이값 분해(Singular Value Decomposition: SVD) 기법을 이용하여 상기 에러 매트릭스로부터 상기 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스를 추출할 수 있다.
상기 주요 오차 매트릭스의 랭크(rank)는, 상기 에러 매트릭스의 랭크보다 작을 수 있다.
일 실시예에 따른 인증 장치는, 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 수신하는 심전도 신호 수신부; 상기 제1 심전도 신호 및 상기 제2 심전도 신호를 필터링하는 전처리부; 상기 필터링된 제1 심전도 신호의 주요 오차를 포함하는 상기 필터링된 제1 심전도 신호의 고유의 패턴을 추출하여, 상기 제1 심전도 신호의 사용자에 대한 정보를 등록하는 등록부; 및 상기 필터링된 제1 심전도 신호의 고유의 패턴에 기초하여, 상기 필터링된 제2 심전도 신호를 프로세싱하고, 상기 제2 심전도 신호가 상기 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단하는 인증부를 포함할 수 있다.
상기 전처리부는, R 피크를 기준으로 상기 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 정렬하는 정렬부; 및 연속적인 상기 R 피크간의 간격인 상기 제1 심전도 신호 및 상기 제2 심전도 신호의 주기를 기준으로 상기 제1 심전도 신호 및 상기 제2 심전도 신호를 정규화하는 정규화부를 포함할 수 있다.
상기 등록부는, 상기 필터링된 제1 심전도 신호의 복수의 심전도 파형을 기초로 복수의 제1 심전도 벡터를 추출하고, 상기 복수의 제1 심전도 벡터의 평균을 연산하여 상기 필터링된 제1 심전도 신호의 평균값을 나타내는 평균 벡터를 추출할 수 있다.
상기 등록부는, 상기 복수의 제1 심전도 벡터와 상기 평균 벡터의 차를 이용하여 제1 에러 매트릭스를 추출하고, 특이값 분해 기법을 이용하여 상기 제1 에러 매트릭스로부터 상기 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스를 추출할 수 있다.
상기 인증부는, 상기 필터링된 제2 심전도 신호의 적어도 하나의 제2 심전도 파형을 기초로 적어도 하나의 제2 심전도 벡터를 추출하고, 상기 적어도 하나의 제2 심전도 벡터와 상기 평균 벡터의 차를 이용하여 제2 에러 매트릭스를 추출하고, 상기 제2 에러 매트릭스에서 상기 주요 오차 매트릭스의 성분을 제거하여 상기 제2 심전도 신호가 상기 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 인증부는, 상기 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 제2 에러 매트릭스의 놈을 연산하여, 상기 놈을 기초로 상기 제2 심전도 신호가 상기 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 등록 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 인증 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 심전도 신호의 정렬을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 심전도 신호의 전처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 주요 오차 매트릭스를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 사용자 인증을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 다른 일 실시예에 따른 사용자 인증을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 인증 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 다른 일 실시예에 따른 인증 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 또 다른 일 실시예에 따른 인증 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다른 일 실시예에 따른 인증 장치를 나타낸 블록도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 인증 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 등록 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 14는 다른 일 실시예에 따른 인증 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 등록 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 등록 장치(110)는 심전도 신호 수신부(120), 전처리부(130) 및 등록부(140)를 포함할 수 있다. 등록 장치(110)는 사용자의 심전도(ElectroCardioGram: ECG) 신호를 등록할 수 있다. 후술할 도 2의 인증 장치(210)는 인증을 수행하기 위해 획득한 심전도 정보와 등록 장치(110)에서 미리 등록된 심전도 정보를 비교하여, 획득한 심전도 신호의 사용자가 미리 등록된 심전도 신호의 사용자와 일치하는지 여부를 인증할 수 있다. 일 실시예에서, 등록 장치(110)와 도 2의 인증 장치(210)는 별개의 장치로 표현되었지만, 등록 장치(120)와 도 2의 인증 장치(210)는 하나의 장치 내에서 구현될 수도 있고, 별개의 장치로 구현될 수도 있다.
심전도 신호 수신부(120)는 심전도 센서를 이용하여 사용자의 심전도 신호를 수신할 수 있다. 심전도 센서는 복수의 전극, 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End: AFE) 및 디지털 필터를 포함할 수 있다. 복수의 전극은 사용자의 피부(예를 들어, 손가락)에 접촉하여 사용자의 심전도 신호를 센싱할 수 있다. 아날로그 프론트 엔드는 복수의 전극에서 센싱된 심전도 신호를 증폭한 후 디지털 신호로 변환할 수 있다. 디지털 필터는 증폭 신호에서 심전도 주파수 대역만 통과 시키고 이외의 대역은 제거할 수 있다. 이에 따라, 심전도 신호의 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio: SNR)가 향상될 수 있다.
전처리부(130)는 심전도 신호를 사용자 인증에 적합한 형태로 가공할 수 있다. 심전도 신호의 주기 및 크기는 불규칙할 수 있다. 예를 들어, 동일한 사용자로부터의 심전도 신호인 경우에도, 사용자의 호흡 상태에 따라 심전도 신호의 주기 및 크기는 가변적일 수 있다. 또한, 심전도 센서에서 획득된 심전도 신호는 심전도 센서에서 샘플링이 수행된 것이므로, 심전도 센서에서 획득된 심전도 신호와 실제 심전도 신호의 피크(peak)는 상이할 수 있다.
전처리부(130)는 정렬부, 정규화부 및 제거부를 포함할 수 있다. 정렬부는 R 피크를 기준으로 심전도 신호를 정렬할 수 있다. 심전도 신호에서, P파, QRS파, T파 및 U파는 반복하여 나타낼 수 있고, 이 중 QRS파의 R 피크의 크기가 가장 클 수 있다. 이에 따라, 정렬부는 R 피크를 기준으로 심전도 신호를 정렬할 수 있다. 이 경우, 정렬부는 연속적인 R 피크간의 간격을 심전도 신호의 하나의 주기로 설정하고, 설정된 주기에 따라 심전도 신호를 정렬할 수 있다. 이에 따라, 심전도 신호는 연속적인 R 피크간의 간격으로 설정된 주기를 갖는 복수의 심전도 파형으로 정렬될 수 있다.
정규화부는 주기에 따라 심전도 신호를 정규화할 수 있다. 일 실시예에서, 정규화부는 심전도 신호의 길이를 동일한 값으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 제1 심전도 신호의 RR-interval은 800ms일 수 있고, 제2 사용자의 심전도 신호의 RR interval은 750ms일 경우, 정규화부는 RR interval은 800ms로 설정하여 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 정규화할 수 있다. 이 때, 심전도 신호가 이산 신호일 경우, 정규화부는 보간(interpolation) 기법을 이용하여 심전도 신호를 정규화할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 정규화부는 소정의 전압 레벨을 기준으로 심전도 신호의 진폭을 정규화할 수 있다. 예를 들어, 정규화부는 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호의 최대 진폭 레벨을 최대 1mV로 설정하고, 설정된 최대 진폭 레벨에 따라 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 정규화할 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 제거부는 정규화된 심전도 신호의 적어도 하나의 성분 중 연관성이 낮은 성분을 정규화된 심전도 신호에서 제거할 수 있다. 예를 들어, 제거부는 정규화된 심전도 신호의 성분 간의 연관성을 연산하고, 연관성이 소정의 임계 연관값 이하인 성분을 정규화된 심전도 신호에서 제거할 수 있다. 일 실시예에서, 제거부는 코사인 유사도(cosine similarity), 피어슨 상관성(Pearson correlation), 정규화된 평균 제곱근 편차(Normalized Root Mean Square Error) 등을 이용하여 심전도 신호의 성분간의 연관성을 연산할 수 있다. 제거부가 정규화된 심전도 신호의 적어도 하나의 성분 중 연관성이 낮은 성분을 정규화된 심전도 신호에서 제거함에 따라, 등록부(140)에서의 연산량이 감소되고, 사용자의 심전도 정보의 등록 소요 시간이 단축될 수 있다.
등록부(140)는 필터링된 심전도 신호의 평균값 및 주요 오차(dominant error components)를 추출할 수 있다. 이 때, 하나의 사용자에 대한 필터링된 심전도 신호가 복수 개 존재하는 경우, 등록부(140)는 복수 개의 필터링된 심전도 신호의 평균값 및 주요 오차를 추출할 수 있다.
전처리부(130)에서 필터링된 심전도 신호는 소정의 편차(variation)를 포함할 수 있고, 이러한 편차는 사용자 고유의 특성을 반영할 수 있다. 필터링된 심전도 신호의 소정의 편차는 소정의 패턴으로 나타날 수 있으며, 소정의 패턴은 필터링된 심전도 신호의 주요 오차를 의미할 수 있다. 주요 오차를 추출하기에 앞서 등록부(140)는 필터링된 심전도 신호의 평균값을 추출할 수 있다. 등록부(140)는 필터링된 심전도 신호의 복수의 심전도 파형을 기초로 복수의 심전도 벡터를 추출하고, 복수의 심전도 벡터의 평균을 연산하여 필터링된 심전도 신호의 평균값을 나타내는 평균 벡터를 추출할 수 있다. 예를 들어, 필터링된 심전도 신호가 제1 R 피크 및 제2 R 피크 사이의 심전도 파형을 나타내는 제1 심전도 파형과 제2 R 피크 및 제3 R 피크 사이의 심전도 파형을 나타내는 제2 심전도 파형을 포함하는 경우, 등록부(140)는 제1 심전도 파형을 기초로 제1 심전도 벡터를 추출할 수 있고, 제2 심전도 파형을 기초로 제2 심전도 벡터를 추출할 수 있다. 이 때, 제1 심전도 벡터는 제1 심전도 파형의 크기(예를 들어, 전압값)을 원소로 할 수 있고, 제2 심전도 벡터는 제2 심전도 파형의 크기를 원소로 할 수 있다. 등록부(140)는 제1 심전도 벡터 및 제2 심전도 벡터의 평균값을 연산하고, 제1 심전도 벡터 및 제2 심전도 벡터의 평균값을 원소로 하는 평균 벡터를 연산할 수 있다.
등록부(140)는 적어도 하나의 심전도 벡터와 평균 벡터의 차를 이용하여 에러 매트릭스를 추출하고, k-랭크 근사화(k-rank approximation) 기법에 따라, 에러 매트릭스로부터 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스를 추출할 수 있다. 일 실시예에서, 등록부(140)는 특이값 분해(Singular Value Decomposition: SVD) 기법을 이용하여 에러 매트릭스로부터 주요 오차 매트릭스를 추출할 수 있다. 필터링된 심전도 신호의 노이즈는 아래 수학식 1과 같이, 필터링된 심전도 신호와 필터링된 심전도 신호의 평균값 사이의 거리로 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014081187790-pat00001

여기서,
Figure 112014081187790-pat00002
는 i번째 사용자의 필터링된 심전도 신호의 j번째 심전도 파형의 노이즈를 나타내고,
Figure 112014081187790-pat00003
는 i번째 사용자의 필터링된 심전도 신호의 평균값을 나타내고,
Figure 112014081187790-pat00004
는 i번째 사용자의 필터링된 심전도 신호의 j번째 심전도 파형의 값을 나타낼 수 있다. 등록부(140)는 i번째 사용자로부터 복수의 심전도 벡터를 추출할 수 있고, 복수의 심전도 벡터에서 필터링된 심전도 신호의 평균 벡터를 감하여, 필터링된 심전도 신호의 노이즈를 나타내는 에러 매트릭스를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 등록부(140)는 아래의 수학식 2를 이용하여 에러 매트릭스를 생성할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112014081187790-pat00005

여기서,
Figure 112014081187790-pat00006
는 i번째 사용자의 필터링된 심전도 신호의 에러 매트릭스를 나타내고,
Figure 112014081187790-pat00007
는 복수의 심전도 벡터로 구성된 심전도 매트릭스를 나타내고,
Figure 112014081187790-pat00008
는 평균 벡터로 구성된 평균 매트릭스를 나타낼 수 있다. 또한, 에러 매트릭스는 아래의 수학식 3과 같이 근사화될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112014081187790-pat00009

여기서,
Figure 112014081187790-pat00010
는 i번째 사용자의 필터링된 심전도 신호의 가중치 매트릭스를 나타내고,
Figure 112014081187790-pat00011
는 i번째 사용자의 필터링된 심전도 신호의 주요 오차 매트릭스를 나타낼 수 있다. 등록부(140)는 에러 매트릭스
Figure 112014081187790-pat00012
를 특이값 분해 기법(또는 로우 랭크 근사화(low rank approximation) 기법)을 이용하여 가중치 매트릭스
Figure 112014081187790-pat00013
와 주요 오차 매트릭스
Figure 112014081187790-pat00014
로 분해할 수 있다. 이 때, 주요 오차 매트릭스
Figure 112014081187790-pat00015
는 i번째 사용자의 고유 특성에 따른 심전도 신호의 패턴을 나타낼 수 있다. 또한, 주요 오차 매트릭스
Figure 112014081187790-pat00016
는 에러 매트릭스
Figure 112014081187790-pat00017
를 분해하여 추출되었으므로, 주요 오차 매트릭스
Figure 112014081187790-pat00018
의 랭크는 에러 매트릭스
Figure 112014081187790-pat00019
보다 작을 수 있다.
등록부(140)는 추출한 평균 벡터, 에러 매트릭스 및 주요 오차 매트릭스와 같은 심전도 신호에 대한 정보를 메모리에 저장할 수도 있고, 통신 인터페이스를 통하여 도 2의 인증 장치(210)에 심전도 신호에 대한 정보를 전송할 수도 있다. 또한, 등록부(140)는 사용자가 복수인 경우, 복수의 사용자 별로, 해당하는 평균 벡터, 에러 매트릭스 및 주요 오차 매트릭스를 구별하여 저장할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 인증 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참고하면, 인증 장치(210)는 심전도 신호 수신부(220), 전처리부(230) 및 인증부(240)를 포함할 수 있다. 인증 장치(210)는 사용자의 심전도 신호를 이용하여 사용자가 미리 등록된 사용자인지 여부를 인증할 수 있다. 인증 장치(210)는 도 1의 등록 장치(110)에 저장된 미리 등록된 사용자의 심전도 정보와 사용자로부터 획득한 심전도 정보를 비교하여, 획득한 심전도 신호의 사용자가 미리 등록된 사용자와 일치하는지 여부를 인증할 수 있다. 상술한 바와 같이, 도 1의 등록 장치(110)와 도 2의 인증 장치(210)는 별개의 장치로 표현되었지만, 등록 장치(110)와 인증 장치(210)는 하나의 장치 내에서 구현될 수도 있고, 별개의 장치로 구현될 수도 있다. 도 11에서와 같이, 등록 장치(110)와 인증 장치(210)가 하나의 장치 내에서 구현되는 경우, 도 11의 심전도 신호 수신부(1120)와 전처리부(1130)는 등록과 인증에 공통으로 이용될 수 있다.
심전도 신호 수신부(220)는 심전도 센서를 이용하여 사용자의 심전도 신호를 나타내는 대상 심전도 신호를 수신할 수 있으며, 도 1의 심전도 수신부(120)와 동일한 동작을 수행할 수 있다. 전처리부(230)는 대상 심전도 신호를 필터링하여 인증에 적합하도록 가공할 수 있으며, 도1의 전처리부(130)와 동일한 동작을 수행할 수 있다..
인증부(240)는 필터링된 대상 심전도 신호에서 참조 심전도 신호의 평균값 및 주요 오차를 제거하여 대상 심전도 신호가 참조 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다. 참조 심전도 신호는 사용자의 등록된 심전도 신호일 수 있으며, 복수의 사용자의 경우, 복수 개의 참조 심전도 신호가 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 인증부(240)는 참조 심전도 신호의 평균값 및 주요 오차에 대한 정보를 미리 저장할 수 있다. 또한, 인증부(240)는 외부 장치(예를 들어, 도 1의 등록 장치(110))로부터 미리 등록된 심전도 신호의 평균값 및 주요 오차에 대한 정보를 수신할 수 있다.
인증부(240)는 필터링된 대상 심전도 신호의 심전도 파형을 기초로 심전도 벡터를 추출할 수 있다. 이 때, 인증부(240)는 심전도 파형의 크기(예를 들어, 전압값)를 원소로 하는 심전도 벡터를 생성할 수 있다. 또한, 인증부(240)는 복수의 심전도 벡터와 참조 심전도 신호의 평균값을 나타내는 평균 벡터의 차를 이용하여 에러 매트릭스를 추출할 수 있다. 인증부(240)는 에러 매트릭스에서 참조 심전도 신호의 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스의 성분을 제거하고, 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈(norm)을 연산할 수 있다. 일 실시예에서, 인증부(240)는 아래의 수학식 4를 이용하여 놈을 연산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112014081187790-pat00020

여기서,
Figure 112014081187790-pat00021
는 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈을 나타내고, y는 심전도 벡터들 각각을 나타내고,
Figure 112014081187790-pat00022
는 참조 심전도 신호의 평균 벡터를 나타내고,
Figure 112014081187790-pat00023
는 주요 에러 매트릭스의 j번째 row를 의미한다.
Figure 112014081187790-pat00024
는 벡터의 길이를 나타내는 놈을 의미할 수 있다. 이 때, 놈은 유클리디안 놈(euclidean norm), L1 놈(L1 norm) 또는 P 놈(P norm) 등을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 인증을 시도하는 사용자의 대상 심전도 신호가 제1 심전도 파형 및 제2 심전도 파형을 포함하는 경우, 인증부(240)는 제1 심전도 파형 및 제2 심전도 파형을 기초로 제1 심전도 벡터 및 제2 심전도 벡터를 생성하고, 제1 심전도 벡터 및 제2 심전도 벡터에서 참조 심전도 신호의 평균 벡터를 감하여 에러 매트릭스(
Figure 112014081187790-pat00025
)를 생성할 수 있다. 인증부(240)는 에러 매트릭스에서 주요 오차 매트릭스의 성분을 제거하고, 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈을 연산할 수 있다.
인증부(240)는 연산된 놈을 기초로 심전도 신호가 미리 등록된 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 인증부(240)는 에러 매트릭스의 놈과 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈을 비교하여 심전도 신호가 미리 등록된 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다. 인증부(240)는 아래의 수학식 5를 이용하여 에러 매트릭스의 놈을 연산할 수 있고, 상술한 수학식 4를 이용하여 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈을 연산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112014081187790-pat00026

여기서,
Figure 112014081187790-pat00027
은 에러 매트릭스의 놈을 나타내고, y는 심전도 벡터들 각각을 나타내고,
Figure 112014081187790-pat00028
는 참조 심전도 신호의 평균 벡터를 나타낸다. 주요 오차 매트릭스는 미리 등록된 사용자의 고유 특성에 따른 심전도 신호의 패턴을 나타낼 수 있다. 에러 매트릭스에서 주요 성분 매트릭스의 성분이 제거된 것은 대상 심전도 파형에서 미리 등록된 사용자의 고유의 특성이 제거된 것을 의미할 수 있다. 이에 따라, 인증을 시도하는 사용자와 미리 등록된 사용자가 동일한 경우, 에러 매트릭스에서 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거되면, 대상 심전도 신호와 참조 심전도 신호의 거리가 줄어들게 되어, 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈은 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거되지 않은 에러 매트릭스의 놈보다 값이 작아질 수 있다(Li<Mi). 다시 말해, 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈과 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거되지 않은 에러 매트릭스의 놈의 차이값(｜Li―Mi｜)은 커질 수 있다. 또한, 인증을 시도하는 사용자와 미리 등록된 사용자가 동일하지 않은 경우, 에러 매트릭스에서 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거되더라도, 대상 심전도 신호와 참조 심전도 신호의 거리가 줄어들지 않을 수 있고, 이에 따라, 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈의 값과 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거되지 않은 에러 매트릭스의 놈의 값은 유사할 수 있다. 인증부(240)는 소정의 임계 놈 값을 설정할 수 있고, 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈이 소정의 임계 놈 값 이하인 경우, 대상 심전도 신호와 참조 심전도 신호가 대응하는 것으로 인증할 수 있다. 이와 같이, 놈을 기초로 대상 심전도 신호가 참조 심전도 신호와 대응하는지 여부를 판단하는 경우, 인증 장치(210)는 보다 정확하게 사용자가 미리 등록된 사용자인지 여부를 판단할 수 있고, 이에 따라, 인증 장치(210)의 오 인식률(False Acceptance Rate: FAR) 및 오 거부율(False Rejection Rate: FRR)이 낮아질 수 있다.
또한, 인증부(240)는 미리 등록된 사용자가 복수인 경우, 미리 등록된 복수의 사용자의 심전도 신호를 나타내는 복수의 참조 심전도 신호 각각에 대하여 놈을 추출하고, 복수 개의 놈 중 가장 값이 작은 놈에 대응하는 참조 심전도 신호의 미리 등록된 사용자를 인증을 시도하는 사용자로 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 및 제2 사용자가 미리 등록되고, 제3 사용자가 인증을 시도하는 경우, 인증부(240)는 제3 사용자의 심전도 신호에서 제1 사용자의 심전도 신호의 평균값 및 주요 오차를 제거하여 제1 놈을 생성할 수 있고, 제3 사용자의 심전도 신호에서 제2 사용자의 심전도 신호의 평균값 및 주요 오차를 제거하여 제2 놈을 생성할 수 있다. 여기서 제1 놈과 제2 놈 모두 임계 놈 값 이하일 수 있고, 이 경우, 인증부(240)는 제1 놈과 제2 놈 중 더 작은 놈과 대응하는 미리 등록된 사용자와 동일하다고 판단할 수 있다. 예를 들어, 제1 놈이 제2 놈보다 값이 더 작을 경우, 인증부(240)는 제1 사용자를 제3 사용자와 동일한 사용자로 인증할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 심전도 신호의 정렬을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 심전도 신호(310)에서, P파, QRS파, T파 및 U파는 반복하여 나타날 수 있다. 인증 장치는 심전도 신호의 오 인식률(FAR) 및 오 거부율(FRR)을 감소시키기 위하여, 심전도 신호(310)를 정렬할 수 있다. 이 때, 인증 장치는 P파, QRS파, T파 및 U파의 피크 중 크기가 가장 큰 QRS파의 R 피크(321, 322, 323)를 기준으로 심전도 신호(310)를 정렬할 수 있다. 이에 따라, 인증 장치는 R 피크(321)와 R 피크(322)간의 간격 및 R 피크(322)와 R 피크(323)간의 간격을 심전도 신호(310)의 하나의 주기로 설정할 수 있다. 따라서, 인증 장치는 심전도 신호(310)로부터 R 피크(321, 322, 323)을 기준으로 정렬된 제1 심전도 파형(331) 및 제2 심전도 파형(332)를 추출할 수 있고, 제1 심전도 파형(331) 및 제2 심전도 파형(332)을 이용하여 심전도 신호(310)의 사용자가 미리 등록된 사용자인지 여부를 인증할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 심전도 신호의 전처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 그래프(410) 및 그래프(420)의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 전압 레벨을 나타낼 수 있다. 심전도 신호(411)는 심전도 센서에서 센싱된 원(raw) 심전도 신호를 나타낼 수 있다. 인증 장치는 심전도 신호(411)를 R 피크를 기준으로 정렬하고, 연속적인 R 피크간의 간격을 심전도 신호(411)의 하나의 주기로 설정하여, 설정된 주기에 따라 심전도 신호(411)를 정규화할 수 있다. 이 경우, 인증 장치는 심전도 신호(411)의 진폭을 소정의 전압 레벨으로 정규화할 수도 있고, 소정의 주파수 대역을 기준으로 심전도 신호(411)를 정규화할 수 있다.
또한, 인증 장치는 심전도 신호(411) 중 연관성이 낮은 성분을 심전도 신호(411)에서 제거하여 심전도 신호(421)를 추출할 수 있다. 인증 장치에서는 심전도 신호(411)보다 적은 개수의 성분을 갖는 심전도 신호(421)를 이용하여 사용자의 인증을 수행할 수 있고, 이에 따라, 인증 장치의 연산량이 감소되고, 연산 소요 시간이 단축될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 주요 오차 매트릭스를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 등록 장치는 등록을 시도하는 사용자로부터 심전도 신호를 획득할 수 있다. 심전도 신호는 n개의 심전도 파형을 포함할 수 있고, 등록 장치는 n개의 심전도 파형으로부터 n개의 심전도 벡터를 생성할 수 있다. 등록 장치는 n개의 심전도 벡터의 평균을 연산하여 평균 벡터를 생성할 수 있다. 등록 장치는 n개의 심전도 벡터 각각에 평균 벡터를 감하여 n개의 에러 벡터(511 내지 515)를 생성할 수 있고, n개의 에러 벡터(511 내지 515)를 기초로 에러 매트릭스(510)를 생성할 수 있다. 이 때, n개의 심전도 벡터의 차원의 수는 m일 수 있고, 이에 따라, 에러 매트릭스(510)의 크기는 n ? m일 수 있다.
등록 장치는 특이값 분해 기법을 이용하여 에러 매트릭스(510)를 가중치 매트릭스(520) 및 주요 오차 매트릭스(530)로 분해할 수 있다. 주요 오차 매트릭스(530)는 사용자의 고유 특성에 따른 패턴을 나타낼 수 있다. 이 때, 주요 오차 매트릭스(530)의 랭크는 k로, 에러 매트릭스(510)의 랭크인 n보다 작을 수 있다. 등록 장치는 추출한 평균 벡터, 에러 매트릭스 및 주요 오차 매트릭스와 같은 심전도 신호에 대한 정보를 메모리에 저장할 수 있고, 통신 인터페이스를 통하여 심전도 신호에 대한 정보를 인증 장치에 전송할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 사용자 인증을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 그래프(610 내지 640)의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 전압 레벨을 나타낼 수 있다. 심전도 신호(611)는 사용자로부터 획득한 원 대상 심전도 신호를 필터링한 대상 심전도 신호를 나타낼 수 있고, 신호(621)는 심전도 신호(611)의 복수의 심전도 파형으로부터 추출된 복수의 심전도 벡터에서, 참조 심전도 파형의 평균값을 나타내는 평균 벡터를 감하여 생성된 에러 매트릭스에 대응되는 신호를 나타낼 수 있다. 또한, 신호(631)은 참조 심전도 신호의 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스에 대응되는 신호를 의미하고, 신호(641)는 신호(621)의 에러 매트릭스에서 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스에 대응되는 신호를 의미할 수 있다.
도 6의 예에서 신호(641)의 놈이 임계 놈 값 이하이면 심전도 신호(611)와 참조 심전도 신호가 동일한 사용자의 심전도 신호임을 의미할 수 있다. 이에 따라 신호(641)의 놈이 임계 놈 값 이하인 경우, 사용자는 인증 장치에 미리 등록된 사용자와 동일한 사용자로 인증될 수 있다.
도 7은 다른 일 실시예에 따른 사용자 인증을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 그래프(710 내지 740)의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 전압 레벨을 나타낼 수 있다. 심전도 신호(711)는 사용자로부터 획득한 원 대상 심전도 신호를 필터링한 대상 심전도 신호를 나타낼 수 있고, 신호(721)는 심전도 신호(711)의 적어도 하나의 심전도 파형으로부터 추출된 적어도 하나의 심전도 벡터에서, 미리 등록된 사용자의 심전도 신호를 나타내는 참조 심전도 신호의 복수의 심전도 파형의 평균값을 나타내는 평균 벡터를 감하여 생성된 에러 매트릭스에 대응되는 신호를 나타낼 수 있다. 또한, 신호(731)은 참조 심전도 신호의 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스에 대응되는 신호를 의미하고, 신호(741)는 신호(721)의 에러 매트릭스에서 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스에 대응되는 신호를 의미할 수 있다.
도 7의 예에서, 신호(741)의 놈이 임계 놈 값보다 큰 경우, 심전도 신호(711)와 참조 심전도 신호가 서로 다른 사용자의 심전도 신호임을 의미할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 인증 장치에 미리 등록된 사용자와 다른 사용자로 판단될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 인증 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 모바일 단말(810)은 심전도 신호를 센싱하기 위한 양극 전극(820), 레퍼런스 전극(830) 및 음극 전극(840)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 양극 전극(820) 및 레퍼런스 전극(830)은 모바일 단말(810)의 측면에 위치할 수 있고, 음극 전극(840)는 모바일 단말(810)의 하단에 위치할 수 있다.
사용자가 복수의 전극(810, 820, 830)에 손가락을 접촉하는 경우, 모바일 단말(810)는 심전도 신호를 센싱할 수 있다. 모바일 단말(810)는 심전도 신호를 아날로그 프론트 엔드(AFE)로 증폭한 후 디지털 신호로 변환할 수 있다.
사용자가 심전도 신호를 등록하는 경우, 모바일 단말(810)은 R 피크를 기준으로 심전도 신호를 정렬하고, 연속적인 R 피크간의 간격으로 설정된 심전도 신호의 주기에 따라 심전도 신호를 정규화하고, 정규화된 심전도 신호의 복수의 성분 중 연관성이 낮은 성분을 정규화된 심전도 신호에서 제거함으로써, 심전도 신호를 필터링할 수 있다. 또한, 모바일 단말(810)은 심전도 신호를 기초로 복수의 심전도 벡터를 생성하고, 복수의 심전도 벡터의 평균을 나타내는 평균 벡터를 연산할 수 있다. 모바일 단말(810)은 복수의 심전도 벡터에서 평균 벡터를 감하여 에러 매트릭스를 생성할 수 있고, 에러 매트릭스에 특이값 분해 기법을 적용하여 에러 매트릭스로부터 주요 오차 매트릭스를 추출할 수 있다.
사용자가 인증을 수행하는 경우, 모바일 단말(810)은 R 피크를 기준으로 심전도 신호를 정렬하고, 연속적인 R 피크간의 간격으로 설정된 심전도 신호의 주기에 따라 심전도 신호를 정규화하고, 정규화된 심전도 신호 중 미리 등록된 참조 심전도 신호와의 연관성이 낮은 성분을 제거함으로써, 심전도 신호를 필터링할 수 있다. 또한, 모바일 단말(810)은 심전도 신호를 기초로 복수의 심전도 벡터를 생성하고, 심전도 벡터에서 참조 심전도 신호의 평균 벡터를 감하여 에러 매트릭스를 생성할 수 있다. 모바일 단말(810)은 에러 매트릭스에서 참조 심전도 신호의 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스의 성분을 제거하고, 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈을 연산할 수 있다. 이 때, 참조 심전도 신호의 평균 벡터 및 주요 오차 매트릭스는 모바일 단말(810)의 메모리에 미리 저장될 수도 있고, 외부 장치(예를 들어, 등록 장치)로부터 참조 심전도 신호의 평균 벡터 및 주요 오차 매트릭스에 대한 정보를 수신할 수 있다. 모바일 단말(810)은 연산된 놈을 기초로 복수의 전극(810, 820, 830)에 손가락을 접촉한 사용자가 미리 등록된 사용자인지 여부를 인증할 수 있다.
도 9는 다른 일 실시예에 따른 인증 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 웨어러블 단말(910)은 심전도 신호를 센싱하기 위한 양극 전극(921), 레퍼런스 전극(922) 및 음극 전극(911)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 양극 전극(921) 및 레퍼런스 전극(922)은 웨어러블 단말(910)의 후면에 위치할 수 있고, 음극 전극(911)은 웨어러블 단말(910)의 전면에 위치할 수 있다.
도 8의 모바일 단말(810)과 마찬가지로, 웨어러블 단말(910)은 복수의 전극(911, 921, 922)를 이용하여 사용자의 심전도 신호를 획득하고, 심전도 신호를 필터링할 수 있다. 또한, 웨어러블 단말(910)은 도 8의 모바일 단말(810)과 동일한 동작을 수행하여 사용자의 심전도 신호를 미리 등록하거나, 사용자가 미리 등록된 사용자와 일치하는지 여부를 인증할 수 있다.
도 10은 또 다른 일 실시예에 따른 인증 장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 모바일 단말(1010)은 심전도 신호를 센싱하기 위한 양극 전극(1020), 레퍼런스 전극(1030) 및 음극 전극(1040)를 포함할 수 있다.
도 8의 모바일 단말과 마찬가지로, 모바일 단말(1010)은 R 피크를 기준으로 사용자의 심전도 신호를 정렬하고, 연속적인 R 피크간의 간격으로 설정된 심전도 신호의 주기에 따라 심전도 신호를 정규화할 수 있다. 또한, 모바일 단말(1010)는 서버(1050)로부터 미리 등록된 심전도 신호를 나타내는 참조 심전도 신호에 대한 정보를 수신하고, 정규화된 심전도 신호 중 참조 심전도 신호와의 연관성이 낮은 성분을 제거함으로써, 심전도 신호를 필터링할 수 있다. 또한, 모바일 단말(1010)은 심전도 신호를 기초로 복수의 심전도 벡터를 생성하고, 서버(1050)로부터 참조 심전도 신호의 평균 벡터 및 참조 심전도 신호의 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스에 대한 정보를 수신할 수 있다. 모바일 단말(1010)은 복수의 심전도 벡터에서 참조 심전도 신호의 평균 벡터를 감하여 에러 매트릭스를 생성할 수 있다. 모바일 단말(1010)은 에러 매트릭스에서 참조 심전도 신호의 주요 오차 매트릭스의 성분을 제거하고, 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈을 연산할 수 있다. 모바일 단말(1010)은 연산된 놈을 기초로 복수의 전극(1010, 1020, 1030)에 손가락을 접촉한 사용자가 미리 등록된 사용자인지 여부를 인증할 수 있다. 또한, 모바일 단말(1010)은 에러 매트릭스에 대한 정보, 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스에 대한 정보 또는/및 사용자가 미리 등록된 사용자와 일치하는지 여부에 대한 인증 정보를 서버(1050)에 전송할 수 있다. 서버(1050)는 모바일 단말(1010)로부터 수신한 인증 정보를 이용하여 사용자의 서버(1050)로의 접근을 허용할 수 있다.
도 11은 다른 일 실시예에 따른 인증 장치를 나타낸 블록도이다.
도 11을 참조하면, 인증 장치(1110)는 심전도 신호 수신부(1120), 전처리부(1130), 등록부(1140) 및 인증부(1150)를 포함할 수 있다.
심전도 신호 수신부(1120)는 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 수신할 수 있다.
전처리부(1130)는 등록하려는 사용자에 해당하는 제1 심전도 신호 및 인증하려는 사용자에 해당하는 제2 심전도 신호를 필터링할 수 있다. 여기서, 전처리부(1130)는 R 피크를 기준으로 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 정렬하는 정렬부, 연속적인 R 피크간의 간격인 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호의 주기를 기준으로 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 정규화하는 정규화부 및 정규화된 제2 심전도 신호의 복수의 성분 중 정규화된 제1 심전도 신호와의 연관성이 낮은 성분을 정규화된 제2 심전도 신호에서 제거하는 제거부를 포함할 수 있다.
등록부(1140)는 필터링된 제1 심전도 신호의 주요 오차를 포함하는 필터링된 제1 심전도 신호의 고유의 패턴을 추출하여, 제1 심전도 신호의 사용자에 대한 정보를 등록할 수 있다. 일 실시예에서, 등록부(1140)는 필터링된 제1 심전도 신호의 복수의 심전도 파형을 기초로 복수의 제1 심전도 벡터를 추출하고, 복수의 제1 심전도 벡터의 평균을 연산하여 필터링된 제1 심전도 신호의 평균값을 나타내는 평균 벡터를 추출할 수 있다. 또한, 등록부(1140)는 복수의 제1 심전도 벡터와 평균 벡터의 차를 이용하여 제1 에러 매트릭스를 추출하고, 특이값 분해 기법을 이용하여 제1 에러 매트릭스로부터 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스를 추출할 수 있다.
인증부(1150)는 필터링된 제1 심전도 신호의 고유의 패턴에 기초하여, 필터링된 제2 심전도 신호를 프로세싱하고, 제2 심전도 신호가 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 인증부(1150)는 필터링된 제2 심전도 신호의 복수의 제2 심전도 파형을 기초로 복수의 제2 심전도 벡터를 추출하고, 각 제2 심전도 벡터와 평균 벡터의 차를 이용하여 제2 에러 매트릭스를 추출하고, 제2 에러 매트릭스에서 주요 오차 매트릭스의 성분을 제거하여 제2 심전도 신호가 상기 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 인증부(1150)는 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 제2 에러 매트릭스의 놈을 연산하여, 놈을 기초로 제2 심전도 신호가 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다.
도 11에 도시된 일 실시예에 따른 인증 장치에는 도 1 내지 도 10을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 12는 일 실시예에 따른 인증 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 인증 장치는 대상 심전도 신호를 수신할 수 있다(1210).
또한, 인증 장치는 대상 심전도 신호를 필터링할 수 있다(1220).
또한, 인증 장치는 참조 심전도 신호의 고유의 패턴에 기초하여, 필터링된 대상 심전도 신호를 프로세싱하고, 대상 심전도 신호가 참조 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다.
도 12에 도시된 일 실시예에 따른 인증 방법에는 도 1 내지 도 10을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 13은 일 실시예에 따른 등록 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 등록 장치는 심전도 신호를 수신할 수 있다(1310).
또한, 등록 장치는 심전도 신호를 필터링할 수 있다(1320).
또한, 등록 장치는 필터링된 심전도 신호의 주요 오차를 포함하는 필터링된 심전도 신호의 고유의 패턴을 추출하여, 심전도 신호의 사용자에 대한 정보를 등록할 수 있다(1330).
도 13에 도시된 일 실시예에 따른 등록 방법에는 도 1 내지 도 10을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 14는 다른 일 실시예에 따른 인증 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 인증 장치는 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 수신할 수 있다(1410).
또한, 인증 장치는 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 필터링할 수 있다(1420).
또한, 인증 장치는 필터링된 제1 심전도 신호의 주요 오차를 포함하는 필터링된 제1 심전도 신호의 고유의 패턴을 추출하여, 제1 심전도 신호의 사용자에 대한 정보를 등록할 수 있다(1430).
또한, 인증 장치는 필터링된 제1 심전도 신호의 고유의 패턴에 기초하여, 필터링된 제2 심전도 신호를 프로세싱하고, 제2 심전도 신호가 상기 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단할 수 있다(1440).
도 14에 도시된 다른 일 실시예에 따른 인증 방법에는 도 1 내지 도 10을 통해 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재를 기초로 다양한 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (22)

  1. 대상 심전도 신호를 수신하는 심전도 신호 수신부;
    상기 대상 심전도 신호를 필터링하는 전처리부; 및
    상기 필터링된 대상 심전도 신호와 참조 심전도 신호 사이의 차이를 결정하고, 상기 차이에서 상기 참조 심전도 신호의 패턴을 제거하며, 상기 제거에 기초하여 상기 대상 심전도 신호가 상기 참조 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단하는 인증부
    를 포함하는,
    인증 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전처리부는,
    R 피크(R peak)를 기준으로 상기 대상 심전도 신호를 정렬하는 정렬부; 및
    연속적인 상기 R 피크간의 간격인 상기 대상 심전도 신호의 주기를 기준으로 상기 대상 심전도 신호를 정규화하는 정규화부
    를 포함하는,
    인증 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정규화부는,
    소정의 전압 레벨을 기준으로 상기 대상 심전도 신호의 진폭을 정규화하는,
    인증 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인증부는,
    상기 필터링된 심전도 신호의 적어도 하나의 심전도 파형을 기초로 적어도 하나의 심전도 벡터를 추출하고,
    상기 적어도 하나의 심전도 벡터와 상기 참조 심전도 신호의 복수의 심전도 파형의 평균값을 나타내는 평균 벡터의 차를 이용하여, 상기 필터링된 대상 심전도 신호와 상기 참조 심전도 신호와의 차이를 나타내는 에러 매트릭스를 추출하는,
    인증 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인증부는,
    상기 에러 매트릭스에서, 상기 패턴을 나타내는 상기 참조 심전도 신호의 주요 오차 매트릭스의 성분을 제거하는,
    인증 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인증부는,
    상기 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 에러 매트릭스의 놈(norm)을 연산하여, 상기 놈을 기초로 상기 대상 심전도 신호가 상기 참조 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단하는,
    인증 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인증부는,
    상기 놈이 소정의 임계 놈 값 이하인 경우, 상기 대상 심전도 신호와 상기 참조 심전도 신호가 대응하는 것으로 인증하는,
    인증 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 인증부는,
    상기 참조 심전도 신호가 복수 개인 경우,
    상기 복수 개의 참조 심전도 신호 각각에 대하여 상기 놈을 추출하고, 상기 복수 개의 참조 심전도 신호 각각에 대한 놈 중 가장 값이 작은 놈에 대응하는 참조 심전도 신호를 상기 대상 심전도 신호와 대응하는 신호로 인증하는,
    인증 장치.
  10. 심전도 신호를 수신하는 심전도 신호 수신부;
    상기 심전도 신호를 필터링하는 전처리부; 및
    상기 필터링된 심전도 신호의 주요 오차를 포함하는 상기 필터링된 심전도 신호의 고유의 패턴을 추출하여, 상기 심전도 신호의 사용자에 대한 정보를 등록하는 등록부
    를 포함하고,
    상기 등록부는 상기 필터링된 심전도 신호의 복수의 심전도 파형을 기초로 복수의 심전도 벡터를 추출하고, 상기 복수의 심전도 벡터의 평균을 연산하여 상기 필터링된 심전도 신호의 평균값을 나타내는 평균 벡터를 추출하며, 상기 복수의 심전도 벡터와 상기 평균 벡터 사이의 차이를 기초로 에러 매트릭스를 결정하고, 상기 에러 매트릭스에서 상기 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스를 추출하는,
    등록 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전처리부는,
    R 피크를 기준으로 상기 심전도 신호를 정렬하는 정렬부; 및
    연속적인 상기 R 피크간의 간격인 설정된 상기 심전도 신호의 주기를 기준으로 상기 심전도 신호를 정규화하는 정규화부
    를 포함하는,
    등록 장치.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 등록부는,
    상기 고유의 패턴을 저장하는,
    등록 장치.
  14. 삭제
  15. 제10항에 있어서,
    상기 등록부는,
    특이값 분해(Singular Value Decomposition: SVD) 기법을 이용하여 상기 에러 매트릭스로부터 상기 주요 오차 매트릭스를 추출하는,
    등록 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 주요 오차 매트릭스의 랭크(rank)는,
    상기 에러 매트릭스의 랭크보다 작은,
    등록 장치.
  17. 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 수신하는 심전도 신호 수신부;
    상기 제1 심전도 신호 및 상기 제2 심전도 신호를 필터링하는 전처리부;
    상기 필터링된 제1 심전도 신호의 주요 오차를 포함하는 상기 필터링된 제1 심전도 신호의 고유의 패턴을 추출하여, 상기 제1 심전도 신호의 사용자에 대한 정보를 등록하는 등록부; 및
    상기 필터링된 제2 심전도 신호와 상기 제1 심전도 신호 사이의 차이를 결정하고, 상기 차이에서 상기 패턴을 제거하며, 상기 제거에 기초하여 상기 제2 심전도 신호가 상기 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단하는 인증부
    를 포함하는,
    인증 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전처리부는,
    R 피크를 기준으로 상기 제1 심전도 신호 및 제2 심전도 신호를 정렬하는 정렬부; 및
    연속적인 상기 R 피크간의 간격인 상기 제1 심전도 신호 및 상기 제2 심전도 신호의 주기를 기준으로 상기 제1 심전도 신호 및 상기 제2 심전도 신호를 정규화하는 정규화부
    를 포함하는,
    인증 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 등록부는,
    상기 필터링된 제1 심전도 신호의 복수의 심전도 파형을 기초로 복수의 제1 심전도 벡터를 추출하고, 상기 복수의 제1 심전도 벡터의 평균을 연산하여 상기 필터링된 제1 심전도 신호의 평균값을 나타내는 평균 벡터를 추출하는,
    인증 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 등록부는,
    상기 복수의 제1 심전도 벡터와 상기 평균 벡터의 차를 이용하여 제1 에러 매트릭스를 추출하고, 특이값 분해 기법을 이용하여 상기 제1 에러 매트릭스로부터 상기 주요 오차를 나타내는 주요 오차 매트릭스를 추출하는,
    인증 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 인증부는,
    상기 필터링된 제2 심전도 신호의 적어도 하나의 제2 심전도 파형을 기초로 적어도 하나의 제2 심전도 벡터를 추출하고, 상기 적어도 하나의 제2 심전도 벡터와 상기 평균 벡터의 차를 이용하여 제2 에러 매트릭스를 추출하고, 상기 제2 에러 매트릭스에서 상기 주요 오차 매트릭스의 성분을 제거하여 상기 제2 심전도 신호가 상기 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단하는,
    인증 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 인증부는,
    상기 주요 오차 매트릭스의 성분이 제거된 제2 에러 매트릭스의 놈을 연산하여, 상기 놈을 기초로 상기 제2 심전도 신호가 상기 제1 심전도 신호에 대응하는지 여부를 판단하는,
    인증 장치.
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