KR20060082677A - A biometics system and method using electrocardiogram - Google Patents

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KR20060082677A
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Abstract

본 발명은 리드Ⅲ 심전도 파형을 이용하여 사용자 인식을 행하는 심전도를 이용한 생체인식 시스템 및 방법을 제공하는 것으로, 생체인식 방법은, 해당 사용자의 리드Ⅲ 심전도 파형을 입력받아 이의 기저선 잡음을 제거하는 제1 단계; 각 파형의 기본 형태를 결정한 후, 사용자에 따른 전체 파형의 기본형태를 결정하는 제2 단계; 각각의 파형의 꼭지점을 검사하여 꼭지점의 개수를 바탕으로 파형의 기본형태 변화를 판단하여 해당 파형을 분류하는 제3 단계; 파형이 분류되면 사용자 인식을 위해 해당 파형의 특징을 추출하는 제4 단계; 상기 추출된 특징을 바탕으로 기정해져 있는 가중치에 의해 사용자를 인식할 수 있는 인식정보를 생성하는 제5 단계; 상기 인식정보를 바탕으로 사용자 인식을 행하는 제6 단계로 이루어진다.The present invention provides a biometric system and method using an electrocardiogram for performing user recognition using a lead III electrocardiogram waveform. The biometric method includes: a first input of a lead III electrocardiogram waveform of a corresponding user to remove baseline noise; step; A second step of determining a basic shape of each waveform according to a user after determining the basic shape of each waveform; Checking a vertex of each waveform to determine a change in the basic shape of the waveform based on the number of vertices to classify the waveform; Extracting a feature of the corresponding waveform for user recognition when the waveform is classified; A fifth step of generating recognition information for recognizing a user by a predetermined weight based on the extracted feature; A sixth step of performing a user recognition based on the recognition information.

생체인식, 심전도, 리드Ⅲ 파형, 특징 추출, 신경회로망 Biometrics, electrocardiogram, lead III waveform, feature extraction, neural network

Description

심전도를 이용한 생체인식 시스템 및 방법{A BIOMETICS SYSTEM AND METHOD USING ELECTROCARDIOGRAM} Biometric system and method using ECG {A BIOMETICS SYSTEM AND METHOD USING ELECTROCARDIOGRAM}             

도 1은 일반적인 심전도 측정법의 예를 나타낸 도.1 is a diagram showing an example of a general electrocardiogram measurement method.

도 2는 본 발명에 따른 심전도를 이용한 생체인식 시스템의 구성도.2 is a block diagram of a biometric system using an electrocardiogram according to the present invention.

도 3은 도 2의 특징 형상 추출부의 상세 구성도.3 is a detailed configuration diagram of the feature shape extraction unit of FIG. 2;

도 4는 본 발명의 동작 흐름도.4 is an operational flowchart of the present invention.

도 5는 종래 IIR대역필터를 이용한 기저선 잡음제거신호를 나타낸 도.5 is a diagram illustrating a baseline noise cancellation signal using a conventional IIR band filter.

도 6은 종래 IIR대역필터에 의한 심전도 파형의 왜곡을 설명하기 위한 도.6 is a diagram for explaining distortion of an ECG waveform by a conventional IIR band filter.

도 7은 본 발명에서 정의된 파형의 기본형태를 나타낸 도.Figure 7 illustrates the basic form of a waveform defined in the present invention.

도 8은 본 발명에서의 TC증가에 따른 UTL과 LTL의 변화를 나타낸 도.8 is a view showing a change in the UTL and LTL in accordance with the increase TC in the present invention.

도 9는 본 발명에서의 꼭지점 분석의 예를 나타낸 도.9 shows an example of vertex analysis in the present invention.

도 10은 본 발명에서의 타입1에 대한 파형의 간격 추출의 예도.10 is an exemplary diagram of interval extraction of waveforms for Type 1 according to the present invention;

도 11은 본 발명에서 정의된 파형의 세부형상을 나타낸 도.11 is a view showing the details of the waveform defined in the present invention.

도 12는 본 발명에서의 특징 추출 결과를 나타낸 도.12 is a view showing a feature extraction result in the present invention.

도 13은 본 발명에서의 신경회로망의 개략적 구조도.Figure 13 is a schematic structural diagram of a neural network in the present invention.

도 14는 본 발명의 테스트 패턴 환경을 나타낸 도. 14 illustrates a test pattern environment of the present invention.                 

도 15는 본 발명의 실험을 위한 대표적인 파형을 나타낸 도.Figure 15 shows a representative waveform for the experiment of the present invention.

도 16은 본 발명에서의 테스트 파형 형태를 나타낸 도.Fig. 16 is a diagram showing a test waveform form in the present invention.

도 17은 본 발명에서의 테스트 패턴의 출력 결과를 나타낸 표.17 is a table which shows the output result of the test pattern in this invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 입력부 200 : 특징 형상 추출부100: input unit 200: feature shape extraction unit

210 : 기저선 잡음 제거부 220 : 파형 분류기210: baseline noise canceller 220: waveform classifier

230 : 특징 추출부 300 : 신경회로망230: feature extraction unit 300: neural network

400 : 메모리 500 : 제어부       400: memory 500: control unit

600 : 출력부
600: output unit

본 발명은 심전도를 이용한 생체인식 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 심전도(Electrocardiogram : ECG) 파형 중 리드 Ⅲ(Limb Lead Ⅲ) 파형을 이용하여 사용자 인식을 행하는 심전도를 이용한 생체인식 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biometric system and method using an electrocardiogram. More particularly, the present invention relates to a biometric system and method using an electrocardiogram for performing user recognition using a Limb Lead III waveform among electrocardiogram (ECG) waveforms. .

일반적으로, 생체인식기술(Biometics)이란 인간의 생리학적 또는 행동상의 특성을 기반으로 개개인만의 독특한 특징을 본인확인을 위한 측정단위로 활용하는 기술을 말한다. 즉, 인간의 생체적 특징을 자동화된 장치를 거쳐 신원확인에 이용하는 기술분야이다. In general, biomechanics refers to a technology that utilizes unique characteristics of a person as a unit of identity based on human physiological or behavioral characteristics. In other words, it is a technical field that uses human biological characteristics for identification through an automated device.                         

생체인식기술은 인식되는 사람이 인식 시점에 실제로 존재해야 하고 아울러 패스워드를 기억하거나 패스키를 가지고 다녀야하는 필요성을 없애주기 때문에 기존의 패스워드나 비밀번호를 이용한 신원확인 방법보다 더 안전하고 편리하다. 생체인식에 활용되는 생체부분은 지문, 망막, 홍채, 안면, 손, 정맥, 목소리, 서명, 몸냄새, DNA 등 다양하나 현재 가장 대중적으로 많이 이용되는 부분은 지문, 음성, 홍채, 안면을 이용하는 생체인식이다. Biometric technology is safer and more convenient than conventional password or password identification methods because the recognized person must actually exist at the time of recognition and eliminate the need to remember the password or carry a passkey. The bio-parts used for biometrics are diverse such as fingerprint, retina, iris, face, hand, vein, voice, signature, body smell, DNA, etc. However, the most popular parts are bio-prints using fingerprint, voice, iris, and face. It is awareness.

특히, 지문인식은 많은 어플리케이션에 성공적으로 이용되어온 가장 오래된 기술 중에 하나이다. 지문은 땀샘에 융기되어 일정한 흐름을 형성한 것으로 그 형태가 개인마다 서로 다르고 태어날때의 모습 그대로 평생 동안 변하지 않는 고유한 특성 때문에 식별 성능에 대한 신뢰도와 안정도에 있어서 망막(Retina), 홍채(Iris), 혈관(Vein), 안면(Face) 등의 수단보다 높은 것으로 평가되어 효율적인 개인 인증 방법으로 이용되고 있다.In particular, fingerprint recognition is one of the oldest technologies that has been used successfully in many applications. Fingerprints are raised in the sweat glands to form a constant flow. Retina and Iris are more reliable in terms of reliability and stability due to their unique characteristics that are different from person to person and that do not change for life. It is estimated to be higher than the vein, facial, and the like, and is used as an efficient personal authentication method.

일반적으로 종래의 지문인식 방법으로는 크게 세선화나 주파수 공간에서의 푸리에 변환이나 웨이브릿변환, 또는 신경회로망이나 퍼지논리에 의한 것 등이 있으며, 이들은 대부분 잡음을 줄이는 전처리와 보정과정의 후처리를 필요로하게 된다. 또한, 이들간에는 구문론적 방법이나 통계적, 규칙 기반적, 신경회로망 구성등의 방법이 혼재되어 사용되는 것이 일반적이며, 특징적인 방법으로 체인코드나 융선 추적등이 사용된다. 이러한 종래의 특징점 기반의 지문인식 알고리즘은 지문영상의 해상도, 화소값 분포특성, 지문입력센서의 센싱 방식이 틀려지면 동일인의 지문영상이라 하여도 추출된 특징점에 기하학적인 변형이 발생하여 적절한 인식을 보 장할 수 없는 문제점이 있고, 융선개수정보추출 및 사용방법은 지문의 회전과 국부적인 변형에 취약하며, 재현성이 떨어진다는 문제점이 있다.In general, conventional fingerprint recognition methods include thinning, Fourier transform or wavelet transform in frequency space, or neural network or fuzzy logic. Most of them require preprocessing and postprocessing to reduce noise. Will be done. In addition, a syntactic method, such as syntactic, statistical, rule-based, neural network configuration is commonly used between them, chain code or ridge tracking is used as a characteristic method. In the conventional fingerprint recognition algorithm based on the feature point, if the resolution of the fingerprint image, the pixel value distribution characteristic, and the sensing method of the fingerprint input sensor are different, even the fingerprint image of the same person generates geometrical deformations on the extracted feature points to provide proper recognition. There is a problem that cannot be extended, and the ridge number information extraction and use method is vulnerable to fingerprint rotation and local deformation, and has a problem of poor reproducibility.

망막 스캐닝 기술은 인간의 망막 내의 혈관 패턴을 평가한다. 이 기술의 단점은 알콜이 혈액에 포함되거나 안경 또는 콘택트 렌즈를 불규칙적으로 사용하는 경우에 현관 패턴이 시간에 따라 변경될 수 있다는 것이다. 또한, 사용자는 망막 스캐닝이 수행되는 동안 눈이 조명되는 것에 불편함을 느낄 수 있고, 눈과 스캐닝 장치가 접촉하여 눈이 오염될 가능성도 있다. Retinal scanning techniques evaluate vascular patterns in the human retina. A disadvantage of this technique is that the porch pattern may change over time when alcohol is included in the blood or when the glasses or contact lenses are used irregularly. In addition, the user may feel uncomfortable with the eye being illuminated while retinal scanning is performed, and the eye may be contaminated by contact with the scanning device.

식별 특성으로서 음성 패턴을 이용하는 것은 시간에 따라 인간 음성의 변화가 광범위하다는 것과 평가가 이루어지는 동안 배경 잡음이 존재할 수 있으며, 위조자가 허가된 개인의 음성을 녹음하여 시스템을 기만할 가능성이 있다는 단점이 있다.The use of speech patterns as identification features has the disadvantage of widespread changes in human speech over time, the presence of background noise during the evaluation, and the possibility of forgers to deceive the system by recording the voice of an authorized individual. .

또한, 안면 인식(Face Recognition) 기술은 영상인식 및 머신 비전 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있으며, 최근 들어 휴먼 인터페이스를 위한 차세대 생체인식 알고리즘으로서 더욱 활발한 연구가 진행되고 있으나, 안면인식 역시 변조가 가능하다는 단점이 있다.In addition, face recognition technology occupies an important position in the field of image recognition and machine vision. Recently, more active research is being conducted as a next generation biometric algorithm for human interface, but face recognition is also modifiable. There is this.

한편, 오늘날 언제 어디서나 시간과 장소에 구애 받지 않고 네트워크에 접속해 인터넷과 멀티미디어를 즐기는 이른바 "유비쿼터스환경"에 대해 이슈가 되고 있다. 그와 동시에 그것을 의료장비에 접목하여 실시간으로 질병과 건강상태를 체크하고 위험상황에 대처하려는 움직임은 고령화 사회에서 필수적인 요소가 되고 있다. 그러기 위해서는 개인별 맞춤형 의료기기의 개발이 우선되어야 한다. On the other hand, today, the so-called "ubiquitous environment", which accesses the network and enjoys the Internet and multimedia regardless of time and place anytime and anywhere, has become an issue. At the same time, the movement to check the disease and health status and cope with the danger situation in real time by integrating it into medical equipment is becoming an essential element in the aging society. To this end, development of personalized medical devices should be a priority.                         

일반적으로 심전도는 심장의 수축에 따른 활동전류를 곡선으로 표시, 기록한 것으로 심장 근육의 미세한 전류를 증폭하므로 사람마다 반복성이 있는 다른 특성을 보이게 되며, 변조가 불가능하고 무자극이며 단채널로도 생체인식이 가능하기 때문에 차세대 생체인식 기술로 발전할 가능성이 있으며, 이러한 심전도는 심장질환 진단에 사용되는 가장 기본적인 진단도구이며, 심장질환 진단에는 주로 심전도 파형 중 리드Ⅱ 파형을 이용한다.In general, electrocardiogram is a curve showing and recording the active current according to the contraction of the heart, and amplifies the minute current of the heart muscle, so that each person has different repeatable characteristics, and it is impossible to modulate, non-irritating, and even a single channel is biometric. Because of this possibility, it is possible to develop into the next generation biometric technology. The electrocardiogram is the most basic diagnostic tool used for diagnosing heart disease, and the lead II waveform is mainly used for diagnosing heart disease.

심전도는 도 1에 나타난 바와 같이 측정 부위나 전극의 수에 따라 양손(제1유도), 오른손과 왼발(제2유도), 왼손과 왼발(제3유도)의 표준유도 외 흉부유도, 단극유도 등이 있다.As shown in FIG. 1, the electrocardiogram is based on the measurement site or the number of electrodes. In addition to the standard induction of both hands (first induction), right hand and left foot (second induction), left hand and left foot (third induction), chest induction, unipolar induction, etc. There is this.

심전도 파형은 사람마다 조금씩 차이가 있으며 동일인의 경우에도 몸의 상태나 측정환경, 특히 노이즈에 큰 차이를 보인다. 따라서, 정확한 진단을 위한 표준화된 규칙을 정의하기가 쉽지 않아 현재의 심전도 파형 검사로는 개인에 따른 정밀 진단이 어려웠다. ECG waveforms vary slightly from person to person, and even in the same person, there are significant differences in body condition, measurement environment, and in particular, noise. Therefore, it is not easy to define standardized rules for accurate diagnosis, and it is difficult for the individual to make accurate diagnosis with the current ECG waveform test.

자동화된 개인별 맞춤형 진단을 위해서는 측정대상에 대한 생체인식 기술이 필수적이다. 심장질환의 자동진단을 위한 연구는 현재까지 꾸준히 진행되고 있는 상황이며, 현재 측정자의 연령대나 남녀 성별을 고려한 진단방법은 일부 연구되었으나, 개인별 특징을 고려한 진단방법은 개발되지 못한 상황이다.
For automated personalized diagnosis, biometric technology is essential. The study for the automatic diagnosis of heart disease has been steadily progressed up to now, and the diagnosis method considering the age and gender of the measurer has been studied in part, but the diagnosis method considering the individual characteristics has not been developed.

따라서 본 발명은 이러한 점을 감안한 것으로, 본 발명은 심전도 파형 중 상 대적으로 우수한 재현성을 갖고 있는 리드Ⅲ(제3유도) 파형의 특징들을 추출, 신경회로망을 이용하여 사용자 인식을 수행함으로써 변조가 불가능함은 물론 개인별 특징을 고려한 심전도를 이용한 생체인식 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and the present invention cannot extract the characteristics of the lead III (third induction) waveform having relatively superior reproducibility among the electrocardiogram waveforms and perform user recognition using neural networks. In addition, the purpose of the present invention is to provide a biometric system and method using an electrocardiogram considering individual characteristics.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 심전도를 이용한 생체인식 시스템은, 입력수단을 통해 입력되는 심전도 파형으로부터 잡음을 제거한 후, 사용자 인식을 위한 특징형상 추출을 행하는 특징 형상 추출수단과; 상기 특징 형상 추출수단에서 추출된 특징값들의 학습에 의해 각 특징과 사용자와의 관계를 가중치값으로 정하고, 이 가중치를 이용하여 해당 사용자를 인식할 수 있는 인식정보를 생성하는 신경회로망; 상기 신경회로망에서 얻어지는 가중치값이 저장되는 메모리수단; 상기 신경회로망으로부터의 인식정보에 따라 해당 사용자의 인식을 행하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.A biometric system using an electrocardiogram according to the present invention for achieving the above object comprises: feature shape extraction means for removing noise from an electrocardiogram waveform input through an input means and then extracting a feature for user recognition; A neural network for determining a relationship between each feature and a user as a weight value by learning the feature values extracted by the feature shape extracting means, and generating recognition information for recognizing the corresponding user using the weight value; Memory means for storing a weight value obtained from the neural network; And control means for recognizing the corresponding user according to the recognition information from the neural network.

상기 특징 형상 추출수단은 상기 입력수단을 통해 입력되는 사용자의 심전도 파형의 기저선 잡음을 제거하는 기저선 잡음 제거부; 상기 기저선 잡음 제거부를 통해 기저선 잡음이 제거된 심전도 파형을 그 형태에 따라 세 가지의 기본형태로 분류한 후, 사용자에 따른 전체 파형의 기본형태를 결정하는 파형 분류기; 상기 기저선 잡음 제거부와 파형 분류기를 통해 잡음이 제거됨과 더불어 파형의 기본형태가 결정된 해당 파형에 대하여 사용자 인식을 위한 정보로 사용될 소정 개수의 특 징을 추출하는 특징 추출부;로 구성됨을 특징으로 한다.The feature shape extracting means may include: a baseline noise canceling unit configured to remove baseline noise of an electrocardiogram waveform of a user input through the input means; A waveform classifier classifying the ECG waveform from which the baseline noise is removed through the baseline noise canceller into three basic types according to the shape thereof, and determining a basic shape of the entire waveform according to a user; And a feature extractor for extracting a predetermined number of features to be used as information for user recognition with respect to the corresponding waveform whose noise is removed from the baseline noise remover and the waveform classifier and whose basic shape is determined. .

상기 기저선 잡음 제거부는 피크점을 기준으로 한 파형씩 분리추출하여 각 파형의 평균값을 새로운 기저선 값으로 사용하여 기저선의 잡음을 제거하며, 상기 파형 분류기는 사용자에 따른 전체 파형의 기본형태 결정 후, 결정된 전체 파형의 기본 형태를 각각의 파형의 기본 형태와 다시 비교하면서 그 기본형태가 다른 파형은 잡음이 포함된 신호로 판단하여 제거하도록 되며, 또한 상기 전체 파형의 기본 형태 결정 후, 각각의 파형의 꼭지점을 검사하여 꼭지점의 개수를 바탕으로 한 파형의 기본형태 변화를 판단하여 기본형태가 다를 경우 해당 파형은 잡음을 포함한 신호로 판단하여 제거하도록 된 것을 특징으로 한다.The baseline noise removing unit separates and extracts waveforms based on the peak point to remove the baseline noise by using the average value of each waveform as a new baseline value, and the waveform classifier determines the basic shape of the entire waveform according to the user. The basic shape of the entire waveform is compared with the basic shape of each waveform, and the waveform having a different basic shape is judged to be removed as a signal containing noise, and after determining the basic shape of the entire waveform, the vertex of each waveform is determined. If the basic shape is different by determining the change in the basic shape of the waveform based on the number of vertices, the corresponding waveform is determined to be removed by determining that the signal includes noise.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 심전도를 이용한 생체인식 방법은, 해당 사용자의 심전도 파형을 입력받아 이의 기저선 잡음을 제거하는 제1 단계; 각 파형의 기본 형태를 결정한 후, 사용자에 따른 전체 파형의 기본형태를 결정하는 제2 단계; 각각의 파형의 꼭지점을 검사하여 꼭지점의 개수를 바탕으로 파형의 기본형태 변화를 판단하여 해당 파형을 분류하는 제3 단계; 파형이 분류되면 사용자 인식을 위해 해당 파형의 특징을 추출하는 제4 단계; 상기 추출된 특징을 바탕으로 기정해져 있는 가중치에 의해 사용자를 인식할 수 있는 인식정보를 생성하는 제5 단계; 상기 인식정보를 바탕으로 사용자 인식을 행하는 제6 단계;로 이루어짐을 특징으로 한다.A biometric method using an electrocardiogram according to the present invention for achieving the above object includes a first step of receiving an electrocardiogram waveform of a corresponding user and removing baseline noise thereof; A second step of determining a basic shape of each waveform according to a user after determining the basic shape of each waveform; Checking a vertex of each waveform to determine a change in the basic shape of the waveform based on the number of vertices to classify the waveform; Extracting a feature of the corresponding waveform for user recognition when the waveform is classified; A fifth step of generating recognition information for recognizing a user by a predetermined weight based on the extracted feature; And a sixth step of performing user recognition on the basis of the recognition information.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정 되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are merely to illustrate the present invention is not limited to the contents of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 심전도를 이용한 생체인식 시스템의 블록 구성도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows a block diagram of a biometric system using an electrocardiogram according to the present invention.

도시한 바와 같이, 사용자의 리드Ⅲ 심전도 파형을 입력받는 입력부(100), 상기 입력부(100)를 통해 입력된 리드Ⅲ 심전도 파형으로부터 잡음을 제거한 후, 사용자 인식을 위한 특징형상 추출을 행하는 특징 형상 추출부(200), 상기 특징 형상 추출부(200)에서 추출된 특징값들의 학습에 의해 각 특징과 사용자와의 관계를 가중치(Weight)값으로 정하고, 이 가중치를 이용하여 해당 사용자를 인식할 수 있는 인식정보를 생성하는 신경회로망(300), 상기 신경회로망(300)에서 얻어지는 가중치값이 저장되는 메모리(400), 상기 신경회로망(300)으로부터의 인식정보에 따라 해당 사용자의 인식을 행하는 제어부(500), 상기 제어부(500)의 제어에 따라 심전도를 이용한 생체인식시스템의 전반적인 상태 및 제어부(500)에서의 사용자 인식결과에 따른 메시지 등을 표시하는 출력부(600)로 구성된다.As shown, after extracting the noise from the input unit 100 receiving the lead III electrocardiogram waveform of the user, the lead III electrocardiogram waveform input through the input unit 100, feature extraction for feature extraction for user recognition By the learning of the feature values extracted by the feature shape extracting unit 200 and 200, the relationship between each feature and the user is determined as a weight value, and the user can be recognized using the weight. The neural network 300 generating recognition information, the memory 400 in which the weight value obtained from the neural network 300 is stored, and the control unit 500 performing recognition of the user according to the recognition information from the neural network 300. ), An output for displaying the overall state of the biometric system using the electrocardiogram under the control of the controller 500 and a message according to the user recognition result from the controller 500 The unit 600 is configured.

상기 특징 형상 추출부(200)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 입력부(100)를 통해 입력되는 사용자의 리드Ⅲ의 심전도 파형의 피크점을 기준으로 한 파형씩 분리추출하여 각 파형의 평균값을 새로운 기저선 값으로 사용하여 기저선(Baseline)의 잡음을 제거하는 기저선 잡음 제거부(210), 상기 기저선 잡음 제거부(210)를 통해 기저선 잡음이 제거된 리드Ⅲ 심전도 파형을 그 형태에 따라 세 가지의 기본형태로 분류한 후, 사용자에 따른 전체 파형의 기본형태를 결정하면서 잡음이 포함된 신호를 제거하며, 파형의 기본형태 결정 후, 각각의 파형의 꼭지점을 검 사하여 꼭지점의 개수를 바탕으로 해당 파형의 잡음을 제거하는 파형 분류기(220), 상기 기저선 잡음 제거부(210)와 파형 분류기(220)를 통해 잡음이 제거됨과 더불어 파형의 기본형태가 결정된 해당 파형에 대하여 파형의 간격(Interval)과 세부 형상(Detail Shape)을 이용하여 사용자 인식을 위한 정보로 사용될 열일곱 가지의 특징을 추출하는 특징 추출부(230)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the feature shape extractor 200 separately extracts waveforms based on the peak point of the ECG waveform of the lead III of the user input through the input unit 100 to extract the average value of each waveform. The baseline noise canceller 210 removes baseline noise using a new baseline value, and the lead III electrocardiogram waveform from which the baseline noise is removed through the baseline noise canceller 210 according to its shape. After classifying into basic form, it removes the signal containing noise while determining the basic form of the entire waveform according to the user.After determining the basic form of the waveform, it checks the vertices of each waveform and then applies them based on the number of vertices. The waveform classifier 220 removes the noise of the waveform, and the baseline noise remover 210 and the waveform classifier 220 remove the noise, and the basic shape of the waveform is determined. The feature extractor 230 extracts seventeen features to be used as information for user recognition by using an interval and a detail shape of the waveform.

이와 같이 구성된 본 발명의 심전도를 이용한 생체인식 시스템의 동작에 대하여 도 4의 흐름도와 함께 설명한다.The operation of the biometric system using the electrocardiogram according to the present invention configured as described above will be described with the flowchart of FIG. 4.

먼저, 본 발명에서는 심전도 파형에서 사용자 인식을 위한 특징 형상(Feature)을 추출하기 위해서 잡음성분의 제거가 우선되어야 하며, 잡음성분은 파형의 기저선 잡음제거, 파형의 타입 결정을 통한 잡음 제거 및 꼭지점 분석의 세가지 과정을 통하여 제거된다.First, in the present invention, in order to extract a feature for user recognition from an electrocardiogram waveform, the removal of noise components must be prioritized, and the noise components are the baseline noise removal of the waveform, the noise removal through the type determination of the waveform, and the vertex analysis. It is removed through three processes.

즉, 입력부(100)를 통해 사용자의 리드Ⅲ 심전도 파형이 입력되면(S101) 이는 특징 형상 추출부(200)로 입력되어 특징 형상의 추출이 이루어지게 된다.That is, when the user's lead III electrocardiogram waveform is input through the input unit 100 (S101), the feature shape extraction unit 200 is input to extract the feature shape.

특징 형상의 추출을 위해서는 먼저, 기저선 잡음 제거부(210)를 통해 기저선의 잡음 제거가 이루어지게 된다(S103). To extract the feature shape, first, baseline noise removal is performed through the baseline noise canceller 210 (S103).

기존에는 기저선의 잡음제거를 위하여 1~50[Hz] IIR대역필터가 많이 사용되었다. 대역필터는 도 5b와 같이 노이즈로 인해 기저선 변동이 있는 경우 잡음제거에는 효과가 있으나, 도 6에 나타낸 바와 같이 파형의 중요한 특징이 되는 꼭지점과 신호 간격 등이 왜곡될 수 있다.Conventionally, the 1 ~ 50 [Hz] IIR band filter has been frequently used to remove the baseline noise. Although the band filter is effective in removing noise when there is a baseline variation due to noise as shown in FIG. 5B, as shown in FIG. 6, a vertex and a signal interval, which are important features of a waveform, may be distorted.

따라서 본 발명에서는 유동 기저선(Dynamic Baseline) 법을 제안한다. 이 알 고리즘은 연속적으로 나오는 심전도 파형의 피크점을 기준으로 한 파형씩 분리추출하여 각 파형의 평균값을 새로운 기저선 값으로 사용하는 것이다. 이 경우 잡음에 의한 기저선의 변동에 대하여 각각의 파형마다 조정된 기저선을 사용하므로 잡음제거를 통한 왜곡 없이 원신호의 형태를 유지할 수 있다.Therefore, the present invention proposes a dynamic baseline method. This algorithm separates and extracts waveforms based on the peak points of consecutive ECG waveforms and uses the average value of each waveform as a new baseline value. In this case, since the baseline adjusted for each waveform is used for the variation of the baseline due to noise, the shape of the original signal can be maintained without distortion through noise removal.

상기 기저선 잡음 제거부(210)를 통한 기저선의 잡음 제거 후, 파형 분류기(220)에 의해 파형의 기본형태가 결정되어 파형이 분류된다.After removing the baseline noise through the baseline noise canceller 210, the waveform classifier 220 determines the basic shape of the waveform to classify the waveform.

즉, 기저선 잡음이 제거된 신호는 그 형태에 따라 도 7과 같이 세 가지 기본형태(Base type)로 분류된다. 파형을 세 가지 기본형태로 분류하는 이유는 파형마다 특징 추출방법에 차이가 있기 때문이다. 예를 들면, 타입3(type3)은 타입1(type1)과 타입2(type2)와 같이 신호가 아래로 떨어지는 형태가 없으므로 파형의 신호 간격 빈도를 결정하는 방법이 달라진다. That is, the signal from which the baseline noise has been removed is classified into three base types as shown in FIG. 7. The reason for classifying the waveform into three basic forms is that there are differences in feature extraction methods for each waveform. For example, since type 3 does not have a signal falling down like type 1 and type 2, the method of determining the frequency of signal spacing of the waveform is different.

또한, 측정인의 파형형태는 잡음이나 신체변화를 제외하고는 변하지 않으므로, 측정 중 파형의 기본형태가 바뀌는 신호는 잡음성분이 포함된 신호로 판단되어 인식을 위한 정보에서 제거할 수 있다.In addition, since the waveform shape of the measurement person does not change except noise or body change, the signal whose basic shape of the waveform changes during the measurement may be determined as a signal including a noise component and may be removed from the information for recognition.

파형의 기본형태 분류를 위해 UTL(Upper Threshold Line)과 LTL(Lower Threshold Line)을 아래 식(1),(2)과 같이 정의하였다(S105). 이들 값은 꼭짓점과 간격(Interval)등의 파형특징을 추출하기위한 기준점이 된다. In order to classify the basic shape of the waveform, the upper threshold line (UTL) and the lower threshold line (LTL) were defined as Equations (1) and (2) below (S105). These values serve as reference points for extracting waveform features such as vertices and intervals.

UTL=기저선값+TC×(최대피크값+기저선값) (1)         UTL = Baseline Value + TC × (Maximum Peak Value + Baseline Value) (1)

LTL=기저선값 - ┃ UTL-기저선값 ┃ (2)  LTL = Baseline Value-┃ UTL-Baseline Value ┃ (2)

여기서, TC(Threshold Coefficient)는 0.3∼0.9의 값을 갖는다. TC의 초기값 은 0.3이다. 그 다음 TC의 값을 0.1씩 증가시키며 파형을 조사하여 파형의 타입의 변화가 생기는지 판단하게 된다. TC가 증가하게 되면 도 8에서 보는 바와 같이 UTL과 LTL의 간격이 넓어지게 된다. Here, the TC (Threshold Coefficient) has a value of 0.3 to 0.9. The initial value of TC is 0.3. Then, the TC value is increased by 0.1, and the waveform is examined to determine whether a change in the waveform type occurs. As the TC increases, the distance between the UTL and the LTL becomes wider as shown in FIG. 8.

UTL은 최대 피크점을 넘지 않으며, 최종적으로 파형의 기본형태가 바뀐 시점에서의 TC값을 이용한다. UTL does not exceed the maximum peak point and uses the TC value at the point when the basic shape of the waveform is finally changed.

각 파형의 기본형태가 결정되면 사용자에 따른 전체 파형의 기본형태를 결정하게 된다(S107,S109). 결정된 전체 파형의 기본형태는 각각의 파형의 기본형태와 다시 비교하면서 그 기본형태가 다른 파형은 잡음이 포함된 신호로 판단되어 제거하게 된다.When the basic shape of each waveform is determined, the basic shape of the entire waveform according to the user is determined (S107 and S109). The basic shape of the determined total waveform is compared with the basic shape of each waveform, and the waveform having a different basic shape is determined as a signal containing noise and is removed.

파형의 기본형태가 결정되면 각각의 파형의 꼭지점을 검사하게 된다. 꼭지점의 추출은 파형이 TL(Threshold Line)을 넘어서는 순간부터 샘플링 된 두개의 점에서 미분을 취하여 부호의 변동을 체크한다. Once the basic shape of the waveform is determined, the vertices of each waveform are examined. Vertex extraction checks for sign changes by taking derivatives from two points sampled from the moment the waveform crosses the threshold line (TL).

도 9에서와 같이 a1의 미분변화율 부호는 '+' 이며, a2의 미분변화률의 분호는 '-'이다. 두 미분변화율의 부호가 서로 바뀌는 (b)지점을 꼭지점으로 인식하게 된다. 여기서 얻어진 꼭지점의 수는 바로 앞 파형의 평균 꼭지점의 수와 비교되며, 꼭지점의 차이가 4이상일 경우 TC를 0.1증가시킨 후, 파형 분류기(220)에서 파형을 분류하게 되며, 파형 분류기(220)에서는 파형의 기본형태 변화를 판단하여 기본형태가 다를 경우 그 파형은 잡음을 포함한 신호로 판단하여 제거한다(S111,S113). As shown in FIG. 9, the differential change rate sign of a1 is '+', and the differential change rate sign of a2 is '-'. The point (b) where the signs of the two differential rates change is recognized as the vertex. The number of vertices obtained here is compared with the average number of vertices of the immediately preceding waveform. If the difference between the vertices is 4 or more, the TC is increased by 0.1, and then the waveform classifier 220 classifies the waveform. When the basic shape is different from the basic shape change of the waveform, the waveform is judged as a signal including noise and removed (S111, S113).

잡음이 제거된 신호는 특징 추출부(230)에 의해 파형의 세부형상과 간격을 이용하여 열일곱 가지의 특징이 추출된다(S115). The signal from which the noise has been removed is extracted by the feature extractor 230 using seventeen features using the detailed shape and the interval of the waveform (S115).                     

파형의 간격은 파형의 기본형태에 따라 추출방법이 달라진다. 도 10은 타입1의 파형에 대한 간격(Interval) 추출의 예이다. 도 10a는 UTL을 기준으로, 도 10b는 LTL을 기준으로, 도 10c는 기저선(base line)을 기준으로 파형의 간격을 추출하게 된다. 그러나 타입3의 경우는 도 10b와 같은 간격은 구할 수 없으므로 도 10a와 도 10c의 형태를 갖는 간격만을 파형의 특징으로 추출하게 된다.The spacing of the waveforms varies depending on the basic shape of the waveform. 10 is an example of interval extraction for a waveform of type1. FIG. 10A is based on the UTL, FIG. 10B is based on the LTL, and FIG. 10C is an interval of the waveform extracted from the base line. However, in the case of Type 3, the interval as shown in FIG. 10B cannot be obtained, and only the intervals having the shapes of FIGS. 10A and 10C are extracted as characteristics of the waveform.

이후, 파형의 세부 형상을 추출하게 된다.Then, the detailed shape of the waveform is extracted.

파형의 세부 형상은 전체적으로 파형이 어떤 형상인가를 기저선을 중심으로 기저선 위쪽과 아래쪽 신호에 대해 각각 검사하여 신호에 대한 형상특징으로 이용한다. 파형형상은 도 11과 같이 총 여덟 가지로 정의하였다.The detailed shape of the waveform is used as a shape characteristic of the signal by inspecting each of the signals above and below the baseline with respect to the shape of the waveform as a whole. The waveform shape was defined as eight in total as shown in FIG.

도 11의 (a) 내지 (c)는 기저선을 기준으로 파형의 위쪽 형상에 대해 정의하며, 도 11의 (d) 내지 (f)는 기저선을 기준으로 파형의 아래쪽 형상을 정의한다. 그리고 도 11의 (g), (h)는 최소점의 위치가 최대 피크점을 기준으로 앞에 있는지 혹은 뒤에 있는지를 판단하기 위한 형상으로 타입3의 형태를 갖는 측정인들의 심전도 신호에서 특징을 추출하는데 유용하다. (A) to (c) of FIG. 11 define the upper shape of the waveform with respect to the baseline, and FIG. 11 (d) to (f) define the lower shape of the waveform with respect to the baseline. (G) and (h) of FIG. 11 are shapes for determining whether the position of the minimum point is in front of or behind the maximum peak point, and extracting features from the ECG signals of the measurers having the type 3 shape. useful.

예를 들어, 도 6에 나타난 파형을 특징추출을 위해 분류하자면, 기본형태는 도 7의 타입3에 해당하며, 세부형상은 도 11c에 해당하게 된다. 그리고 최소점이 최대 피크점을 기준으로 왼쪽에 있으므로 도 11g에 해당한다.For example, to classify the waveform shown in FIG. 6 for feature extraction, the basic shape corresponds to type 3 of FIG. 7, and the detailed shape corresponds to FIG. 11C. And since the minimum point is to the left of the maximum peak point corresponds to FIG. 11G.

파형의 간격 및 세부형상을 분류하는 방법으로 본 발명에서는 총 17개의 특징들을 추출하였다. 도 12는 도 6에 나타난 파형에 대해 17개의 특징을 추출한 결과 값이다. 도 12의 항목 a는 파형의 기본형태에 대한 평균값으로 일부신호에 잡음 이 있어 파형의 형태가 다르게 결정된 기록이 있다면 그 값이 소수점으로 나오게 된다. 항목b는 항목a에서 나온 타입값을 정수로 표현해준 것이다. 항목c는 꼭지점의 개수이며, 항목d와 항목e는 기저선에서 최대 피크점까지의 크기와 기저선에서 최소 피크점까지의 값을 각각 나타낸다. 항목f는 항목d와 항목e의 비율값을 나타내고, 항목 g 내지 i는 도 10에서 정의된 파형의 간격값들이며, 항목j 내지 q는 도 11에 정의된 여덟 가지 세부형상에 대한 정보를 포함한다. In the present invention, a total of 17 features were extracted as a method of classifying waveform intervals and detailed shapes. FIG. 12 is a result of extracting 17 features of the waveform shown in FIG. 6. Item a in FIG. 12 is an average value of the basic shape of the waveform. If there is a record in which some signals are noisy and the waveform is determined differently, the value is displayed as a decimal point. Item b expresses the type value from item a as an integer. Item c is the number of vertices, and item d and item e represent the magnitude from baseline to maximum peak point and the value from baseline to minimum peak point, respectively. Item f represents a ratio value of item d and item e, items g through i are interval values of the waveform defined in FIG. 10, and items j through q include information on eight detailed shapes defined in FIG. .

이와 같이, 특징이 추출되면 이는 제어부(500)를 통해 신경회로망(300)에 입력되며, 신경회로망(300)에서는 이미 학습에 의해 기정해져 메모리(400)에 저장되어 있는 가중치에 의해 사용자를 인식할 수 있는 인식정보를 생성하게 된다(S117). 이 인식정보를 바탕으로 제어부(500)에서 해당 사용자의 인식을 행하게 되며(S119), 제어부(500)의 제어에 따라 출력부(600)에 사용자 인식결과에 따른 메시지 등이 출력된다.As such, when the feature is extracted, it is input to the neural network 300 through the control unit 500, and the neural network 300 may recognize the user by a weight already assigned by learning and stored in the memory 400. The recognition information may be generated (S117). Based on the recognition information, the control unit 500 performs recognition of the user (S119), and a message according to the user recognition result is output to the output unit 600 under the control of the control unit 500.

여기서, 상기 신경회로망(300)에 대하여 간략히 살펴본다.Here, the neural network 300 will be briefly described.

상기 특징 형상 추출부(200)에 의해 특징 17개가 추출되면 이는 신경회로망(300)에 입력으로 넣게 되며, 입력으로 특징을 넣을 땐 타겟(Target)값이라고 하여 이 특징은 A라는 사람것이며 이 특징은 B라는 사람, 이 특징은 C라는 사람, 등등이라고 타겟값을 잡고 학습을 시키면 신경회로망(300)은 각 특징과 사람과의 관계를 가중치값으로 메모리(400) 저장하게 된다.When the 17 features are extracted by the feature shape extractor 200, the features are input into the neural network 300, and when the feature is input, the feature is called a target value. When a person named B, this feature is named C, etc., the target value is set and the neural network 300 stores the relationship between each feature and the person as a weight value in the memory 400.

상기 가중치는 "어느 특징이 사람들을 비교할 때 중요한가"의 정도를 나타내는 값으로, 학습이 된 신경회로망(300)은 시험(테스트)을 하기 위해 새로 측정된 모르는 사람D의 심전도 특징 17개를 입력으로 넣고 테스트를 하라고 명령을 주면 이미 학습이 된 가중치 값을 현재 입력된 특징들의 입력에 적용하여 어떤 사람의 특징과 가장 가까운가를 사용자 인식정보로서 알려주게 되며, 신경회로망(300)의 구조는 도 13에 나타낸 바와 같이, 입력층(input), 은닉층(Hidden layer), 출력층(Output layer)으로 구성된다. 본 발명에서는 특징이 17개 이므로 입력은 17개가 되고 출력은 사람의 수가 된다.The weight is a value indicating the degree of "what characteristics are important when comparing people", and the trained neural network 300 inputs 17 newly measured ECG characteristics of the unknown person D as a test (test). When the instruction to insert and test is applied to the input of the weights that have already been learned to the input of the currently input features to inform the user of the characteristics closest to the user recognition information, the structure of the neural network 300 is shown in FIG. As shown, it consists of an input layer, a hidden layer, and an output layer. In the present invention, since there are 17 features, there are 17 inputs and the output is the number of people.

다음은 본 발명의 실험결과에 대하여 살펴본다.Next, look at the experimental results of the present invention.

심전도를 이용한 사용자 인식을 위하여 7명의 사용자를 대상으로 실험을 하였다. 사용자 인식을 위해서는 도 12에 정의된 바와 같이 17개의 항목으로 구성된 파형의 특징을 신경회로망(300)의 입력으로 하였고 출력층은 각 사용자를 대표하는 뉴런을 한 개씩 할당하여 구성하였다. 그리고 BP neural networks의 Transfer function을 최적화하기 위해 3종류(log-sigmoid, tan-sigmoid, linear-transfer function)의 function 조합으로 시험을 해본 결과 도 13과 같이, 은닉층 log-sigmoid, 출력층 log-sigmoid의 function 조합에서 최고의 인식률을 보였다.We experimented with 7 users for user recognition using ECG. For user recognition, as shown in FIG. 12, the waveform of 17 items was used as the input of the neural network 300, and the output layer was configured by allocating one neuron representing each user. And in order to optimize the transfer function of BP neural networks, we tested three types of functions (log-sigmoid, tan-sigmoid, linear-transfer function) and found that as shown in Figure 13, the hidden layer log-sigmoid and output layer log-sigmoid The highest recognition rate was found in the combination of functions.

한편, 도 12에서 Representation의 끝부분 00100010의 의미는 도 11에서 a ~ c까지는 파형의 윗부분을, d ~ f까지는 파형의 아랫부분을, g ~ h는 타입3에서 최소값의 위치이며, 도 12에서 j ~ l까지는 파형의 윗부분을, n ~ o까지는 파형의 아랫부분을, p ~ q는 타입3에서 최소값의 위치로, 도 6의 파형을 예로 들 경우, 파형의 윗부분은(j~l까지) 정점(Peak점)을 기준으로 오른쪽에 꼭지점이 있기 때문에 001이 되고, 파형의 아랫부분이 없기 때문에 n~o까지는 000이 되며, 타입3이므로 파형의 최소값이 정점을 기준으로 왼쪽에 있으므로 10이 되며, 이에 따라 00100010으로 특징이 추출됨을 나타낸 것이다.Meanwhile, in FIG. 12, the meaning of the end portion 00100010 of FIG. 11 is the upper part of the waveform from a to c in FIG. 11, the lower part of the waveform to d to f from FIG. 11, and the g to h are the positions of the minimum values in Type 3. j to l is the upper part of the waveform, n to o is the lower part of the waveform, p to q is the position of the minimum value in Type 3, and the upper part of the waveform is up to (j to l). It is 001 because there is a vertex on the right side of the peak (Peak point), and it is 000 from n to o because there is no bottom part of the waveform, and because it is type 3, the minimum value of the waveform is 10 on the left side of the vertex. Therefore, the feature is extracted as 00100010.

다음, 본 발명의 실험에서 총 7명의 심전도 파형에서 58개의 데이터를 추출하여, 33개의 패턴은 신경회로망(300)의 학습에 사용하고, 나머지 25개의 패턴은 테스트 패턴으로 사용하였다. 테스트는 크게 두 가지로 수행되었다.  Next, in the experiment of the present invention, 58 data were extracted from seven electrocardiogram waveforms, 33 patterns were used for learning the neural network 300, and the remaining 25 patterns were used as test patterns. There were two major tests.

먼저, 측정된 5분 동안의 심전도 신호 중 일부분을 학습에 이용하고, 나머지 부분을 테스트에 사용하였다. 이 경우, 측정환경 및 측정자의 신체적 변화에 변동이 매우 적어 100%의 인식률을 보였다. First, part of the measured ECG signal for 5 minutes was used for training, and the remainder was used for testing. In this case, there was very little variation in the measurement environment and the physical changes of the measurer, resulting in 100% recognition rate.

두 번째 방법에서는 학습에는 정상상태에서 측정한 신호만을 이용하고 테스트를 위한 파형은 신체에 인위적인 변화를 준 후 심전도를 측정하여 사용하였다. 인위적인 사용자의 변화를 발생하기 위하여 커피, 담배 및 주류를 섭취와 계단 오르내리기 등의 운동을 통한 신체 스트레스 후의 심전도 측정결과를 이용하였다. 도 14는 25개의 테스트 환경을 그래프화 한 것이다.In the second method, only signals measured in the steady state were used for learning, and the test waveform was measured by using an ECG after artificially changing the body. In order to generate an artificial user change, the ECG measurement result after physical stress through exercise such as ingestion of coffee, tobacco and alcohol, and up and down stairs were used. 14 is a graph of 25 test environments.

도 15는 7명의 대표적인 파형모양이고, 도 16은 6개의 테스트 패턴파형 모양의 예이다. 그리고 도 17의 표는 도 16의 테스트 패턴의 출력 결과이다. 도 17의 표를 보면 테스트 패턴 1에서 4까지는 7명의 사용자를 정확히 인식하였으나, 테스트 패턴5와 테스트 패턴6은 인식을 못 하였다. 테스트 패턴5의 경우는 사용자2였으나 사용자3으로 인식을 하였다. 그 이유는 파형의 타입이라든지 꼭지점의 수, 파형의 간격 등이 사용자3과 매우 유사하였음을 알 수 있었다. 그리고 테스트 패턴6은 심한 운동(계단 오르내리기)으로 심장에 인위적인 스트레스를 주고 측정한 파형으 로 이 경우 파형의 잡음과 리듬변화로 인해 특징추출에 실패 하였다. 총 25개의 테스트 패턴 중에 도 17의 테스트 패턴5,6을 제외한 모든 테스트 패턴을 인식한 결과를 얻었다.FIG. 15 is a representative waveform shape of seven people, and FIG. 16 is an example of six test pattern waveform shapes. And the table of FIG. 17 is an output result of the test pattern of FIG. Referring to the table of FIG. 17, seven users were correctly recognized from the test patterns 1 to 4, but the test pattern 5 and the test pattern 6 were not recognized. Test pattern 5 was user 2 but was recognized as user 3. The reason for this is that the waveform type, the number of vertices and the interval of the waveform are very similar to the user 3. The test pattern 6 is a waveform measured by applying artificial stress to the heart by severe movement (step up and down). In this case, feature extraction failed due to the noise and rhythm change of the waveform. Among all 25 test patterns, all test patterns except test patterns 5 and 6 of FIG. 17 were recognized.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경하여 실시할 수 있다.
As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below Or it can be changed.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 심전도를 이용한 생체인식 시스템 및 방법은 심전도 파형 중 상대적으로 우수한 재현성을 갖는 리드Ⅲ 파형의 특징들을 추출하여 신경회로망을 이용하여 사용자 인식을 수행함으로써 변조가 불가능하고 무자각으로 측정되기 때문에 차세대 생체인식기술로 활용될 수 있으며, 유비쿼터스 환경에서 측정자가 인식하지 못하는 상황에서 자동으로 측정자를 인식하여 맞춤형 진단을 할 수 있는 기술로 활용이 가능하게 된다. 또한, 개인별 데이터 관리와 질변관리 등의 맞춤의료서비스에 응용될 수 있으며, 군용으로 개발하여 군인별 생체인식을 통한 전시 위치파악과 총상여부 혹은 생사확인 등을 별도의 인터페이스 없이 적용할 수 있다.

As described above, the biometric system and method using the electrocardiogram according to the present invention extracts the characteristics of the lead III waveform having a relatively excellent reproducibility of the electrocardiogram waveform and performs user recognition using a neural network. It can be used as a next-generation biometric technology because it is measured without intention, and it can be used as a technology that can automatically recognize the measurer and make a customized diagnosis in a situation where the measurer does not recognize in the ubiquitous environment. In addition, it can be applied to personalized medical services such as personal data management and metabolism management, and can be developed for military use and can be used to identify the exhibition location through soldier biometrics and to check whether gunshot wounds or life and death are without a separate interface.

Claims (15)

심전도를 이용한 생체인식 시스템에 있어서,In the biometric system using the electrocardiogram, 입력수단을 통해 입력되는 심전도 파형으로부터 잡음을 제거한 후, 사용자 인식을 위한 특징형상 추출을 행하는 특징 형상 추출수단과;Feature shape extraction means for removing noise from an electrocardiogram waveform input through the input means, and then performing feature extraction for user recognition; 상기 특징 형상 추출수단에서 추출된 특징값들의 학습에 의해 각 특징과 사용자와의 관계를 가중치값으로 정하고, 이 가중치를 이용하여 해당 사용자를 인식할 수 있는 인식정보를 생성하는 신경회로망;A neural network for determining a relationship between each feature and a user as a weight value by learning the feature values extracted by the feature shape extracting means, and generating recognition information for recognizing the corresponding user using the weight value; 상기 신경회로망에서 얻어지는 가중치값이 저장되는 메모리수단;Memory means for storing a weight value obtained from the neural network; 상기 신경회로망으로부터의 인식정보에 따라 해당 사용자의 인식을 행하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 시스템.And a control means for recognizing the user according to the recognition information from the neural network. 제 1 항에 있어서, 상기 특징 형상 추출수단은 The method of claim 1, wherein the feature shape extraction means 상기 입력수단을 통해 입력되는 사용자의 심전도 파형의 기저선 잡음을 제거하는 기저선 잡음 제거부;A baseline noise removing unit for removing baseline noise of an electrocardiogram waveform of a user input through the input means; 상기 기저선 잡음 제거부를 통해 기저선 잡음이 제거된 심전도 파형을 그 형태에 따라 세 가지의 기본형태로 분류한 후, 사용자에 따른 전체 파형의 기본형태를 결정하는 파형 분류기;A waveform classifier classifying the ECG waveform from which the baseline noise is removed through the baseline noise canceller into three basic types according to the shape thereof, and determining a basic shape of the entire waveform according to a user; 상기 기저선 잡음 제거부와 파형 분류기를 통해 잡음이 제거됨과 더불어 파 형의 기본형태가 결정된 해당 파형에 대하여 사용자 인식을 위한 정보로 사용될 소정 개수의 특징을 추출하는 특징 추출부;로 구성됨을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 시스템.And a feature extractor for extracting a predetermined number of features to be used as information for user recognition with respect to the corresponding waveform in which the basic shape of the waveform is determined while the noise is removed through the baseline noise canceller and the waveform classifier. Biometric system using electrocardiogram. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 심전도 파형은 The EKG waveform of claim 1, wherein the ECG waveform is 리드Ⅲ 심전도 파형인 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 시스템.Biometric system using an electrocardiogram, characterized in that the lead III electrocardiogram waveform. 제 2 항에 있어서, 상기 기저선 잡음 제거부는 The method of claim 2, wherein the baseline noise canceller 피크점을 기준으로 한 파형씩 분리추출하여 각 파형의 평균값을 새로운 기저선 값으로 사용하여 기저선의 잡음을 제거하는 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 시스템.A biometric system using an electrocardiogram, which extracts waveforms based on peak points and removes baseline noise by using a mean value of each waveform as a new baseline value. 제 2 항에 있어서, 상기 파형 분류기는 3. The waveform classifier of claim 2, wherein the waveform classifier 사용자에 따른 전체 파형의 기본형태 결정 후, 결정된 전체 파형의 기본 형태를 각각의 파형의 기본 형태와 다시 비교하면서 그 기본형태가 다른 파형은 잡음이 포함된 신호로 판단하여 제거하도록 된 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생 체인식 시스템.After determining the basic shape of the entire waveform according to the user, the basic shape of the determined total waveform is compared again with the basic shape of each waveform, and the waveforms having different basic shapes are judged to be removed as a signal containing noise. Live chain system using electrocardiogram. 제 5 항에 있어서, 상기 파형 분류기는 6. The waveform classifier of claim 5, wherein the waveform classifier 상기 전체 파형의 기본 형태 결정 후, 각각의 파형의 꼭지점을 검사하여 꼭지점의 개수를 바탕으로 한 파형의 기본형태 변화를 판단하여 기본형태가 다를 경우 해당 파형은 잡음을 포함한 신호로 판단하여 제거하도록 된 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 시스템.After determining the basic shape of the entire waveform, by examining the vertex of each waveform to determine the change in the basic shape of the waveform based on the number of vertices, if the basic shape is different, the corresponding waveform is determined to remove the signal containing noise Biometric system using an electrocardiogram, characterized in that. 제 2 항에 있어서, 상기 특징 추출부는 The method of claim 2, wherein the feature extraction unit 파형의 간격과 세부 형상을 이용하여 사용자 인식을 위한 정보로 사용될 특징을 추출하도록 된 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 시스템.A biometric system using an electrocardiogram, characterized by extracting a feature to be used as information for user recognition using a spacing and a detailed shape of a waveform. 해당 사용자의 심전도 파형을 입력받아 이의 기저선 잡음을 제거하는 제1 단계;A first step of receiving an electrocardiogram waveform of the user and removing baseline noise thereof; 각 파형의 기본 형태를 결정한 후, 사용자에 따른 전체 파형의 기본형태를 결정하는 제2 단계;A second step of determining a basic shape of each waveform according to a user after determining the basic shape of each waveform; 각각의 파형의 꼭지점을 검사하여 꼭지점의 개수를 바탕으로 파형의 기본형 태 변화를 판단하여 해당 파형을 분류하는 제3 단계;Checking a vertex of each waveform to determine a change in the basic shape of the waveform based on the number of vertices to classify the waveform; 파형이 분류되면 사용자 인식을 위해 해당 파형의 특징을 추출하는 제4 단계;Extracting a feature of the corresponding waveform for user recognition when the waveform is classified; 상기 추출된 특징을 바탕으로 기정해져 있는 가중치에 의해 사용자를 인식할 수 있는 인식정보를 생성하는 제5 단계;A fifth step of generating recognition information for recognizing a user by a predetermined weight based on the extracted feature; 상기 인식정보를 바탕으로 사용자 인식을 행하는 제6 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 방법.And a sixth step of performing user recognition on the basis of the recognition information. 제 8 항에 있어서, 상기 심전도 파형은 The EKG waveform of claim 8, wherein the ECG waveform is 리드Ⅲ 심전도 파형인 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 방법.Biometric method using an electrocardiogram, characterized in that the lead III ECG waveform. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 단계에서의 잡음제거는 9. The method of claim 8, wherein the noise cancellation in the first step is 심전도 파형의 피크점을 기준으로 한 파형씩 분리추출하여 각 파형의 평균값을 새로운 기저선 값으로 사용하여 기저선의 잡음을 제거하도록 된 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 방법.A method of biometric recognition using an electrocardiogram, characterized by removing the baseline noise by separating and extracting waveforms based on peak points of an electrocardiogram waveform and using the average value of each waveform as a new baseline value. 제 8 항에 있어서, 상기 제2 단계는 The method of claim 8, wherein the second step 상기 결정된 전체 파형의 기본 형태를 각각의 파형의 기본 형태와 다시 비교하면서 그 기본 형태가 다른 파형은 잡음으로 판단하여 제거하도록 된 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 방법.And comparing the basic shape of the determined whole waveform with the basic shape of each waveform again while determining that the waveform having a different basic shape is determined as noise and removing the basic shape of the entire waveform. 제 8 항에 있어서, 상기 제3 단계는 The method of claim 8, wherein the third step 상기 꼭지점은 파형이 TL(Threshold Line)을 넘어서는 순간부터 샘플링된 두개의 점에서 미분을 취하여 부호의 변동을 체크하여 미분변화율의 부호가 바뀌는 지점을 꼭지점으로 인식하도록 된 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 방법.The vertex takes a derivative at two points sampled from the moment when the waveform crosses the TL (Threshold Line), checks the variation of the sign, and recognizes the point where the sign of the differential change rate changes as a vertex. Recognition method. 제 12 항에 있어서, 해당 파형의 꼭지점의 수가 바로 앞 파형의 평균꼭지점의 수와 비교되어 꼭지점의 차이가 4이상이면 TC(Threshold Coefficient)를 증가시킨 후, 파형의 기본형태 변화를 판단하여 기본형태가 다를 경우 그 파형을 잡음으로 판단하여 제거하도록 된 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 방법.13. The method of claim 12, wherein the number of vertices of the corresponding waveform is compared with the average number of vertices of the immediately preceding waveform. The biometric method using an electrocardiogram, characterized in that the waveform is determined to be eliminated when it is different from each other. 제 8 항에 있어서, 상기 제4 단계에서의 특징 추출은 9. The method of claim 8, wherein the feature extraction in the fourth step is 파형의 간격과 세부 형상을 이용하여 추출하는 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 방법.Biometric method using an electrocardiogram, characterized in that the extraction using the interval and detail of the waveform. 제 8 항에 있어서, 상기 가중치는 The method of claim 8, wherein the weight is 상기 추출된 특징값들의 학습에 의해 각 특징과 사용자와의 관계를 정한 값인 것을 특징으로 하는 심전도를 이용한 생체인식 방법.Biometric method using an electrocardiogram characterized in that the relationship between each feature and the user by learning the extracted feature values.
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