KR20130140439A - 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

본 발명에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 사용자로부터 심전도 신호를 측정하는 단계; 상기 측정된 심전도 신호로부터 적어도 하나의 특이점을 추출하는 단계; 상기 적어도 하나의 특이점을 이용하여 상기 심전도 신호의 심박속도를 계산하고, 상기 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호를 추출하여, 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점을 상기 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점과 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하는 단계; 및 상기 보정된 심전도 신호와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 비교하여 상기 사용자를 인증하는 단계를 포함한다.

Description

심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치{ APPARATUS AND METHOD FOR IDENTIFYING AN INDIVIDUAL USING ELECTROCARDIOGRAM }
본 발명은 사용자의 심전도 신호를 이용하여 사용자 인증을 행하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 사용자로부터 측정된 심전도 신호와 미리 등록된 사용자의 심전도 신호의 유사도를 분석하여 사용자 인증의 정확도를 향상시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 생체로부터 추출할 수 있는 다양한 신호나 데이터를 활용하여 이를 각종 시스템에서 이용하는 기술이 발전하고 있다. 특히, 상기 생채 신호나 데이터를 이용하여 보안 시스템을 구축하는 생체 인식 기술이 최근 각광을 받고 있다.
생체 인식 기술이란 사용자로부터 생체와 연관된 신호나 데이터를 추출하여 이를 기존에 저장된 데이터와 비교하고 본인임을 확인하여 사용자로 인증하는 기술을 말한다. 생체 인식 기술은 ID 카드나 비밀번호와는 달리 개인의 고유 생체 신호나 데이터를 이용하기 때문에 도난이나 분실의 염려가 없고 위조 또는 변조가 어렵기 때문에 보안 분야에서 각광을 받고 있다. 또한 이러한 생체 인식 기술은 금융 서비스, 통신 서비스, 정보 보안, 의료, 치안관리, 전자상거래 등의 분야에서도 응용이 가능하다. 그리고 휴대용 단말기에서도 사용자를 인증하는 방법에는 비밀번호 입력이나 패턴 그리기 등이 있지만, 사용자 인증의 정확도를 높이기 위하여 최근 생체 인식 기술을 이용한 사용자 인증 방법이 개발되고 있는 실정이다.
생체 인식 기술에서는 지문, 정맥, 홍채, 음성, 얼굴, 또는 손금 등이 일반적으로 활용되고 있다. 특히 보안 시스템에 적용되고 있는 생체 인식 방법 중 가장 대중적인 방법은 지문 인식 기술이다. 지문은 평생 변하지 않는 특성을 갖고 있기 때문에 생체 인식 방법으로 오래전부터 사용되어 왔으나, 지문이 닳아지거나 건조할 때, 또는 이물질이 손에 묻은 경우 정확도가 떨어진다는 문제점이 있다.
또한 생체 인식 기술로서 억양과 말하는 습관에 따른 음의 높낮이 정보를 이용한 음성 인식 기술이 있다. 음성 인식 기술을 통하면 원격지에서도 사용자 인증이 가능하고 사용방법에 대한 별도의 교육이 필요 없는 장점이 있으나, 감기 등의 요인으로 인하여 목이 쉬는 경우 인증이 어렵게 되는 단점이 있고 타인이 목소리를 흉내 내거나 주변 소음이 심한 경우 인식의 정확도가 떨어지게 되는 문제점도 있다.
따라서 최근 상기와 같은 생체 인식 기술의 문제점들을 해결하고자 생체 신호 중에서 심전도(ECG, Electrocardiogram)를 이용하여 생체를 인식하는 기술이 개발되고 있다. 심전도(ECG)란 심장에서 발생하는 전기적 신호를 기록한 것을 말한다. 심장 안에는 동방결절(Sinoauricular node)이라고 명명되는 부분이 있는데, 동방결절은 주기적으로 전기를 생성하여 심장 수축을 유도함으로써 심장박동을 조절하는 심장의 특정 부분이다. 동방결절로부터 만들어진 전기적 신호는 심장 내의 전기 전도 시스템을 따라 심장 전체에 전달된다. 이렇게 심장의 각 부위에 전달된 전기 신호에 의해 심장 근육을 이루는 세포가 수축하게 되고 이로 인해 심장이 뛰게 된다. 이때 심장에 전달된 전기적 신호를 피부에 부착한 전극을 통해 기록한 것을 심전도(ECG)라고 한다. 상기 전극은 신체의 여러 부위에 부착하는데, 이를 통해 심장 각 부위의 전기적 현상을 잘 이해할 수 있다.
이러한 심전도를 이용한 생체 인식 기술은 보안 기술에서 활용될 수 있다. 즉, 사용자로부터 심전도 신호를 추출하여, 추출된 심전도 신호를 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호와 비교하여 사용자를 인증하는 기술로 활용할 수 있다. 그런데 이때 심전도 신호를 사용자 인증 및 보안 기술로서 활용하기 위해서는 우수한 인증의 정확도가 요구된다. 상기 인증의 정확도를 높이기 위해서는, 추출된 사용자의 심전도 신호와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 유사도를 결정하는 방법이 중요시된다. 즉, 심전도를 사용자 인증 기술로 이용하기 위해서는 상기 신호들의 유사도를 결정하는 방법의 정확도를 높일 필요성이 있다.
그런데 종래 기술의 경우에는, 유사도 결정에 앞서, 심전도 신호의 길이가 심박속도에 따라 선형적(linear)으로 변한다는 가정하에, 추출된 사용자의 심전도 신호를 선형적으로 보정한 후 유사도를 결정하였다. 하지만, 실제로는 심박속도의 빠르기에 따라 심전도 신호가 비선형적(non-linear)으로 변하기 때문에 종래기술의 경우에는 유사도 결정의 정확도가 낮을 수밖에 없었다.
그리고 종래 기술은 심전도 신호 전체를 서로 비교하여 유사도를 결정하고 있다. 그런데 심전도 신호는 심박속도에 따라 구간별 변화의 정도가 다르고 신호의 왜곡의 정도가 다르므로, 종래 기술에 의하면 유사도 결정의 정확도가 떨어지게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은 사용자 인증의 정확도를 높이기 위하여 유사도 결정의 정확도가 향상된 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치를 제공함에 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 유사도 결정시 보정된 심전도 신호를 이용하여 사용자 인증의 정확도를 높일 수 있는 사용자 인증 방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 심박속도를 고려하여 유사도를 결정함으로써 사용자 인증의 정확도를 높일 수 있는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상술한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 사용자로부터 심전도 신호를 측정하는 단계; 상기 측정된 심전도 신호로부터 적어도 하나의 특이점을 추출하는 단계; 상기 적어도 하나의 특이점을 이용하여 상기 심전도 신호의 심박속도를 계산하고, 상기 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호를 추출하여, 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점을 상기 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점과 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하는 단계; 및 상기 보정된 심전도 신호와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 비교하여 상기 사용자를 인증하는 단계를 포함한다.
또한 본 발명에 의한 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치는 사용자로부터 심전도 신호를 측정하는 심전도측정센서부와; 기저장된 심전도 신호와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 저장하고 있는 저장부와; 상기 사용자로부터 측정된 심전도 신호로부터 적어도 하나의 특이점을 추출하고, 상기 적어도 하나의 특이점을 이용하여 상기 심전도 신호의 심박속도를 계산하고, 상기 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 상기 기저장된 심전도 신호를 저장부로부터 추출하여, 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점을 상기 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점과 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하고, 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 저장부로부터 추출하여 상기 보정된 심전도 신호와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 비교하여 상기 사용자의 인증하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치는 유사도 결정의 정확도를 향상시켜 사용자 인증의 정확도를 높이는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치는 유사도 결정시 보정된 심전도 신호를 이용하여 사용자 인증의 정확도를 높이는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법 및 장치는 심박속도를 고려하여 유사도를 결정함으로써 사용자 인증의 정확도를 높이는 장점이 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1b는 센서모듈에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법에 관한 순서도이다.
도 3은 한 주기의 심전도 신호를 나타낸 그래프이다.
도 4는 보정된 심전도 신호를 생성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보정된 심전도 신호를 생성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보정된 심전도 신호를 생성하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법의 유사도 결정 단계를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 예시적 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1a를 참조하면, 장치(100)는 이동통신 모듈(120), 서브통신 모듈(130) 및 커넥터(165)를 이용하여 외부장치(도시되지 아니함)와 연결될 수 있다. “외부장치”는 다른 장치(도시되지 아니함), 휴대폰(도시되지 아니함), 스마트폰(도시되지 아니함), 태블릿PC(도시되지 아니함) 및 서버(도시되지 아니함)를 포함한다.
도 1a를 참조하면, 장치(100)는 디스플레이(190) 및 디스플레이 컨트롤러(195)를 포함한다. 또한, 장치(100)는 제어부(110), 이동통신 모듈(120), 서브통신 모듈(130), 카메라 모듈(150), GPS모듈(155), 입/출력 모듈(160), 센서 모듈(140), 저장부(170) 및 전원공급부(180)를 포함한다. 서브통신 모듈(130)은 무선랜 모듈(131) 및 근거리통신 모듈(132) 중 적어도 하나를 포함하고, 카메라 모듈(150)은 제1 카메라(151) 및 제2 카메라(152) 중 적어도 하나를 포함하고, 입/출력 모듈(160)은 버튼(161), 마이크(162), 스피커(163), 커넥터(165), 및 키패드(166) 중 적어도 하나를 포함한다.
제어부(110)는 CPU(111), 장치(100)의 제어를 위한 제어프로그램이 저장된 롬(ROM, 112) 및 장치(100)의 외부로부터 입력되는 신호 또는 데이터를 기억하거나, 장치(100)에서 수행되는 작업을 위한 기억영역으로 사용되는 램(RAM, 113)을 포함할 수 있다. CPU(111)는 싱글 코어, 듀얼 코어, 트리플 코어, 또는 쿼드 코어를 포함할 수 있다. CPU(111), 롬(112) 및 램(113)은 내부버스(bus)를 통해 상호 연결될 수 있다.
제어부(110)는 이동통신 모듈(120), 서브통신 모듈(130), 카메라 모듈(150), GPS 모듈(155), 입/출력 모듈(160), 센서 모듈(140), 저장부(170), 전원공급부(180), 디스플레이(190) 및 디스플레이 컨트롤러(195)를 제어할 수 있다.
이동통신 모듈(120)은 제어부(110)의 제어에 따라 적어도 하나-하나 또는 복수-의 안테나(도시되지 아니함)를 이용하여 이동 통신을 통해 장치(100)가 외부 장치와 연결되도록 한다. 이동통신 모듈(120)은 장치(100)에 입력되는 전화번호를 가지는 휴대폰(도시되지 아니함), 스마트폰(도시되지 아니함), 태블릿PC 또는 다른 장치(도시되지 아니함)와 음성 통화, 화상 통화, 문자메시지(SMS) 또는 멀티미디어 메시지(MMS)를 위한 무선 신호를 송/수신한다.
서브통신 모듈(130)은 무선랜 모듈(131)과 근거리통신 모듈(132) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무선랜 모듈(131)만 포함하거나, 근거리통신 모듈(132)만 포함하거나 또는 무선랜 모듈(131)과 근거리통신 모듈(132)을 모두 포함할 수 있다.
무선랜 모듈(131)은 제어부(110)의 제어에 따라 무선 AP(access point)(도시되지 아니함)가 설치된 장소에서 인터넷에 연결될 수 있다. 무선랜 모듈(131)은 미국전기전자학회(IEEE)의 무선랜 규격(IEEE802.11x)을 지원한다. 근거리통신 모듈(132)은 제어부(110)의 제어에 따라 장치(100)와 화상형성장치(도시되지 아니함) 사이에 무선으로 근거리 통신을 할 수 있다. 근거리 통신방식은 블루투스(bluetooth), 적외선 통신(IrDA, infrared data association) 등이 포함될 수 있다.
장치(100)는 성능에 따라 이동통신 모듈(120), 무선랜 모듈(131), 및 근거리통신 모듈(132) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 장치(100)는 성능에 따라 이동통신 모듈(120), 무선랜 모듈(131), 및 근거리통신 모듈(132)들의 조합을 포함할 수 있다.
카메라 모듈(150)은 제어부(110)의 제어에 따라 정지이미지 또는 동영상을 촬영하는 제1 카메라(151) 및 제2 카메라(152) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제1 카메라(151) 또는 제2 카메라(152)는 촬영에 필요한 광량을 제공하는 보조 광원(예, 플래시(도시되지 아니함))를 포함할 수 있다. 제1 카메라(151)는 상기 장치(100) 전면에 배치되고, 제2 카메라(152)는 상기 장치(100)의 후면에 배치될 수 있다. 달리 취한 방식으로, 제1 카메라(151)와 제2 카메라(152)는 인접(예, 제1 카메라(151)와 제2 카메라(152)의 간격이 1 cm 보다 크고, 8 cm 보다는 작은)하게 배치되어 3차원 정지이미지 또는 3차원 동영상을 촬영할 수 있다.
GPS 모듈(155)은 지구 궤도상에 있는 복수의 GPS위성(도시되지 아니함)에서부터 전파를 수신하고, GPS위성(도시되지 아니함)에서부터 장치(100)까지 전파도달시간(Time of Arrival)을 이용하여 장치(100)의 위치를 산출할 수 있다.
입/출력 모듈(160)은 복수의 버튼(161), 마이크(162), 스피커(163), 커넥터(165), 및 키패드(166) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
버튼(161)은 상기 장치(100)의 하우징의 전면, 측면 또는 후면에 형성될 수 있으며, 전원/잠금 버튼(도시되지 아니함), 볼륨버튼(도시되지 아니함), 메뉴 버튼, 홈 버튼, 돌아가기 버튼(back button) 및 검색 버튼(161) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
마이크(162)는 제어부(110)의 제어에 따라 음성(voice) 또는 사운드(sound)를 입력받아 전기적인 신호를 생성한다.
스피커(163)는 제어부(110)의 제어에 따라 이동통신 모듈(120), 서브통신 모듈(130) 또는 카메라 모듈(150)의 다양한 신호(예, 무선신호, 방송신호, 디지털 오디오 파일, 디지털 동영상 파일 또는 사진 촬영 등)에 대응되는 사운드를 장치(100) 외부로 출력할 수 있다. 스피커(163)는 장치(100)가 수행하는 기능에 대응되는 사운드(예, 전화 통화에 대응되는 버튼 조작음, 또는 통화 연결음)를 출력할 수 있다. 스피커(163)는 상기 장치(100)의 하우징의 적절한 위치 또는 위치들에 하나 또는 복수로 형성될 수 있다.
커넥터(165)는 장치(100)와 외부장치(도시되지 아니함) 또는 전원소스(도시되지 아니함)를 연결하기 위한 인터페이스로 이용될 수 있다. 제어부(110)의 제어에 따라 커넥터(165)에 연결된 유선 케이블을 통해 장치(100)의 저장부(170)에 저장된 데이터를 외부 장치(도시되지 아니함)로 전송하거나 또는 외부 장치(도시되지 아니함)에서부터 데이터를 수신할 수 있다. 커넥터(165)에 연결된 유선 케이블을 통해 전원소스(도시되지 아니함)에서부터 전원이 입력되거나 배터리(도시되지 아니함)를 충전할 수 있다.
키패드(166)는 장치(100)의 제어를 위해 사용자로부터 키 입력을 수신할 수 있다. 키패드(166)는 장치(100)에 형성되는 물리적인 키패드(도시되지 아니함) 또는 디스플레이(190)에 표시되는 가상의 키패드(도시되지 아니함)를 포함한다. 장치(100)에 형성되는 물리적인 키패드(도시되지 아니함)는 장치(100)의 성능 또는 구조에 따라 제외될 수 있다.
센서 모듈(140)은 사용자 또는 장치(100)의 상태를 검출하는 적어도 하나의 센서를 포함한다. 예를 들어, 센서모듈(140)은 사용자의 심전도 신호를 측정하는 심전도측정센서(141), 사용자의 장치(100)에 대한 접근여부를 검출하는 근접센서, 장치(100) 주변의 빛의 양을 검출하는 조도센서(도시되지 아니함), 또는 장치(100)의 동작(예, 장치(100)의 회전, 장치(100)에 가해지는 가속도 또는 진동)을 검출하는 모션센서(도시되지 아니함)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서는 상태를 검출하고, 검출에 대응되는 신호를 생성하여 제어부(110)로 전송할 수 있다. 센서모듈(140)의 센서는 장치(100)의 성능에 따라 추가되거나 삭제될 수 있다. 상기 심전도측정센서(141)는 사용자의 심전도를 측정하기 위한 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있다.
저장부(170)는 제어부(110)의 제어에 따라 이동통신 모듈(120), 서브통신 모듈(130), 카메라 모듈(150), GPS모듈(155), 입/출력 모듈(160), 센서 모듈(140), 디스플레이(190)의 동작에 대응되게 입/출력되는 신호 또는 데이터를 저장할 수 있다. 저장부(170)는 장치(100) 또는 제어부(110)의 제어를 위한 제어 프로그램 및 어플리케이션들을 저장할 수 있다.
“저장부”라는 용어는 저장부(170), 제어부(110)내 롬(112), 램(113) 또는 장치(100)에 장착되는 메모리 카드(도시되지 아니함)(예, SD 카드, 메모리 스틱)를 포함한다. 저장부는 비휘발성메모리, 휘발성메모리, 하드 디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)를 포함할 수 있다.
전원공급부(180)는 제어부(110)의 제어에 따라 장치(100)의 하우징에 배치되는 하나 또는 복수의 배터리(도시되지 아니함)에 전원을 공급할 수 있다. 하나 또는 복수의 배터리(도시되지 아니함)는 장치(100)에 전원을 공급한다. 또한, 전원공급부(180)는 커넥터(165)와 연결된 유선 케이블을 통해 외부의 전원소스(도시되지 아니함)에서부터 입력되는 전원을 장치(100)로 공급할 수 있다.
디스플레이(190)는 장치(100)에서 처리되는 정보를 표시 출력한다. 아울러 상기 디스플레이(190)는 터치스크린으로 구성되어 사용자에게 다양한 서비스(예, 통화, 데이터 전송, 방송, 사진촬영)에 대응되는 유저 인터페이스를 제공할 수 있다. 상기 터치스크린은 유저 인터페이스에 입력되는 적어도 하나의 터치에 대응되는 아날로그 신호를 디스플레이 컨트롤러(195)로 전송할 수 있다. 상기 터치스크린은 사용자의 신체(예, 엄지를 포함하는 손가락) 또는 터치가능한 입력 수단(예, 스타일러스 펜)을 통해 적어도 하나의 터치를 입력받을 수 있다. 또한, 터치스크린은 적어도 하나의 터치 중에서, 하나의 터치의 연속적인 움직임을 입력받을 수 있다. 터치스크린은 입력되는 터치의 연속적인 움직임에 대응되는 아날로그 신호를 디스플레이 컨트롤러(195)로 전송할 수 있다. 터치스크린은 예를 들어, 저항막(resistive) 방식, 정전용량(capacitive) 방식, 적외선(infrared) 방식 또는 초음파(acoustic wave) 방식으로 구현될 수 있다.
디스플레이 컨트롤러(195)는 터치스크린으로 구성된 디스플레이(190)로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호(예, X와 Y좌표)로 변환하여 제어부(110)로 전송한다. 제어부(110)는 디스플레이 컨트롤러(195)로부터 수신된 디지털 신호를 이용하여 터치스크린을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(110)는 터치에 응답하여 터치스크린에 표시된 단축 아이콘(도시되지 아니함)이 선택되게 하거나 또는 단축 아이콘(도시되지 아니함)을 실행할 수 있다. 또한, 디스플레이 컨트롤러(195)는 제어부(110)에 포함될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법에 관한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 심전도 신호 측정 단계(200 단계), 특이점 추출 단계(210 단계), 보정 단계(220 단계), 유사도 결정 단계(230 단계) 및 사용자 인증 단계(240 단계)를 포함한다.
먼저 심전도 신호 측정 단계(200 단계)에서, 심전도측정센서부(141)는 사용자로부터 심전도 신호를 측정한다. 심전도 신호(ECG, Electrocardiography, 또는 Electrocardiogram)란 심장에서 발생한 전기적 신호를 피부에 부착한 전극을 통해 기록한 신호를 말한다. 상기 심전도 신호는 한 주기(period)의 심장의 전기적 활동에 의한 전기적 신호이다. 그리고 상기 심전도 신호는 신체의 표면에 부착된 적어도 하나의 전극(electrode)과 신체 외부의 장치에 의해 측정될 수 있다. 상기 장치(100)의 센서모듈(140)에 포함된 심전도측정센서부(141)는 상기 심전도 신호를 측정할 수 있는 신체의 표면에 부착된 적어도 하나의 전극(electrode) 또는 신체 외부의 장치를 포함할 수 있다. 또한 상기 장치(100)는 상기 심전도측정센서부(141)와 제어부(110) 사이에 측정된 심전도 신호를 증폭시키는 증폭기(amplifier, 142, 도 1b 참조)와, 상기 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 컨버터(converter, 143)와, 상기 심전도 신호의 잡음을 제거할 수 있는 필터(filter, 144)를 포함할 수 있다. 즉 상기 제어부(110)는 심전도측정센서부(141)에 의해 측정된 심전도 신호를 증폭기, 컨버터, 또는 필터 중 적어도 하나를 거치게 하여 적어도 하나의 특이점을 추출하는데 용이하게 상기 심전도 신호를 전처리할 수 있다. 도 3의 그래프는 심전도 신호(300)에 관한 것이며, X축은 시간축이고, Y축은 시간에 따른 상기 심전도 신호(300)의 크기를 전압으로 나타내고 있다. 등전위선(305)(isoelectric line)은 상기 심전도 신호(300)의 베이스라인 전압(baseline voltage)이다. 상기 등전위선(305)은 하기 설명될 T파(T-wave)와 P파(P-wave)로 연결된 전위선의 전압으로 측정되고, 상기 심전도 신호를 계측하는 데 있어 기준이 된다. 그리고, 상기 심전도 신호(300)를 분석하는 데 있어 하기와 같은 파(wave)나 인터발(interval)이 사용된다. P파(P-wave)(310)란 심방의 탈분극화(depolarization)가 일어나는 동안 측정된 전기적 신호이다. 상기 탈분극화란 심장근육이 수축되면서 심장근육세포의 극성이 음극에서 양극으로 변하는 현상을 말한다. 상기 P파(310)는 심전도 신호의 한 주기의 시작이 되고, 하기 설명될 QRS컴플렉스(QRS-complex) 이전에 위치하는 파이다. QRS컴플렉스(QRS-complex)(360)란 급속한 심실의 탈분극화 동안 측정된 전기적 신호이고, P파보다는 일반적으로 큰 전압을 갖는다. T파(T-wave)(350)란 재분극화(repolarization) 동안 측정된 전기적 신호이다. 상기 재분극화란 심장근육이 이완되면서 심장근육세포의 극성이 양극에서 음극으로 돌아오는 현상을 말한다. U파(U-wave)(370)란 T파 이후의 재분극화 동안의 신호이다. RR인터발(interval)은 R파와 다음 R파 사이의 인터발(또는 시간간격)을 의미한다. 그리고 특이점(fiducial point)이란 상기 파(wave) 또는 인터발(interval) 상의 미리 정해진 지점을 말한다. 예를 들어, 특이점은 P파의 시작점, P파의 끝점, P파의 꼭지점(311), QRS컴플렉스의 시작점, QRS컴플렉스의 끝점, QRS컴플렉스의 꼭지점, T파의 시작점, T파의 끝점, T파의 꼭지점(351)이 될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 특이점 P(311)는 P파(P-wave)의 꼭지점, 특이점 Q(320)는 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 첫번째 최저점, 특이점 R(330)은 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 최대점, 특이점 S(340)는 두번째 최저점이 될 수 있다. 그리고 특징벡터(characteristic vector)란 상기 특이점들을 연결한 벡터를 말한다. 예를 들어 QRS컴플렉스의 시작점과 QRS컴플렉스의 꼭지점을 연결한 벡터(vector)를 특징벡터의 일 예로 볼 수 있다. 그런데 상기와 같은 파(wave), 인터발(interval), 컴플렉스(complex), 특이점(fiducial point), 또는 특징벡터는 상기 심전도 신호(300)의 그래프 상에서 다양하게 구분되어 생성될 수 있으며, 본 명세서에서 기재된 것들에 의해 한정이 되지 아니함은 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
다음 특이점 추출 단계(210 단계)에서, 제어부(110)는 상기 심전도측정센서부(141)에 의해 상기 사용자로부터 측정된 심전도 신호로부터 적어도 하나의 특이점을 추출한다. 상기에서 설명한 바와 같이 특이점(fiducial point)이란 파(wave) 또는 인터발(interval) 상의 미리 정해진 위치의 지점을 말한다. 예를 들어, 특이점은 P파의 시작점, P파의 끝점, P파의 꼭지점, QRS컴플렉스의 시작점, QRS컴플렉스의 끝점, QRS컴플렉스의 꼭지점, T파의 시작점, T파의 끝점, T파의 꼭지점이 될 수 있다. 상기 제어부(110)는 사용자로부터 측정된 심전도 신호를 분석하여 상기 특이점, 예를 들면 P파의 시작점을 추출할 수 있다. 상기와 같은 P파의 시작점의 경우에는, 도 3의 등전위선(305)에서 전압의 증가가 시작되어 최초로 최고 전압에 이르는 심전도 신호의 지점을 P파의 시작점으로 추출할 수 있다. 이와 같이 상기 제어부(110)는 상기 심전도 신호(도 3의 300)의 일반적, 평균적인 형태를 인지하고 상기 심전도 신호의 전압의 변화를 검출하여 적어도 하나의 특이점을 추출할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(110)는 추출된 적어도 하나의 특이점을 저장부(170)에 저장할 수 있다. 아울러, 제어부(110)는 상기 추출된 적어도 하나의 특이점으로부터 적어도 하나의 파(wave)를 추출할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(110)는 P파의 시작점과 P파의 끝점을 추출하여 P파(P-wave)를 추출할 수 있다. 동일한 방법으로 상기 제어부(110)는 QRS컴플렉스와 T파 및 U파도 추출할 수 있다. 상기 개시된 파(wave) 이외에도 특이점으로부터 다양한 파(wave)를 추출할 수 있음은 본 발명의 기술 분야에 대한 당업자에게는 자명하다고 할 것이다.
다음 보정 단계(220 단계)에서, 제어부(110)는 상기 적어도 하나의 특이점을 이용하여 상기 심전도 신호의 심박속도를 계산하고, 상기 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호를 추출하여, 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점을 상기 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점과 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성한다.
먼저 상기 제어부(110)는 210 단계에서 추출된 적어도 하나의 특이점을 이용하여 상기 사용자의 심전도 신호의 심박속도를 계산할 수 있다. 상기 심전도 신호의 심박속도는 1분당 심장 박동이 있었던 횟수인 BPM(Beats Per Minute)으로 계산될 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(110)는 상기 210 단계에서 RR인터발(interval)을 추출할 수 있고, 상기 RR인터발을 이용하여 심박속도를 계산할 수 있다. 즉, 상기 제어부(110)는 상기 210 단계에서 QRS컴플렉스의 꼭지점인 특이점 R(도 3의 330)을 추출하고 다음 심전도 신호의 특이점 R을 추출하여 특이점 R간의 시간차를 계산하여 RR인터발을 계산할 수 있다. 상기 RR인터발은 순차적인 심전도 신호들의 대응하는 특이점들 간의 시간간격이므로, 심전도 신호 1회의 시간간격이라고 볼 수 있다. 그러므로 심전도 신호 1회당 시간간격을 이용하여 BPM 즉, 1분 당 심전도 신호의 횟수를 계산할 수 있다. 그리고 상기와 같이 RR인터발을 활용하지 않고 다른 인터발을 사용하여도 심박속도를 계산할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 것이다.
다음으로, 상기 제어부(110)는 상기 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호를 저장부(170)에서 추출할 수 있다. 상기 저장부(170)는 심박속도별로 일반적, 평균적인 심전도 신호를 저장하고 있어, 제어부(110)의 요청이 있는 경우 상기 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호를 제어부(110)에 전달할 수 있다. 상기 일반적, 평균적인 심전도 신호는 심박속도별로 통계학적인 심전도 신호를 말한다. 그리고 상기 제어부(110)는 상기 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호가 저장부(170)에 저장되어 있지 아니한 경우 상기 심전도 신호의 심박속도에 가장 근접한 심박속도를 가지는 기저장된 심전도 신호를 저장부(170)에서 추출할 수 있다. 그러므로 본 발명에 의하면, 사용자로부터 측정된 심전도 신호와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호를 이용하여 추후 다음 단계에서 보정을 행하므로, 심박속도를 고려하지 않고 보정을 행하는 종래기술에 비하여 유사도 결정의 정확도가 높아진다.
다음으로, 상기 제어부(110)는 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점을 저장부(170)에서 제공된 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점과 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보정된 심전도 신호를 생성하는 과정을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 사용자로부터 측정된 심전도 신호(400)와, 상기 심전도 신호(400)와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호(410), 및 상기 제어부(110)에서 보정된 심전도 신호(420)가 순서대로 도시되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 200 단계에서 심전도측정센서부(141)는 사용자의 심전도 신호(400)를 측정하고, 210 단계에서 제어부(110)는 상기 측정된 사용자 심전도 신호(400)로부터 QRS컴플렉스의 특이점 Q(401)와 R(402)을 추출한다. 그리고 220 단계에서, 제어부(110)는 상기 심전도 신호(400)의 심박속도를 계산하여 심박속도가 일치하는 기저장된 심전호 신호(410)를 저장부(170)로부터 추출한다. 그리고 제어부(110)는 사용자의 심전도 신호(400)의 QRS컴플렉스의 특이점 Q(401), R(402)과 상기 기저장된 심전호 신호(410)의 QRS컴플렉스의 특이점 Q(411), R(412)을 비교하여 사용자의 심전도 신호(400)의 특이점 R(402)을 보정한다. 즉 제어부(110)는 사용자의 심전도 신호(400)의 특이점 Q(401)와 상기 기저장된 심전호 신호(410)의 특이점 Q(411)를 기준(기준선 491)으로 하고, 상기 사용자의 심전도 신호(400)의 특이점 R(402)을 상기 기저장된 심전도 신호(410)의 특이점 R(412)의 위치(기준선 493)로 보정(기준선 492에서 기준선 493으로, 화살표로 도시됨)한다. 이에 따라 사용자의 심전도 신호(400)의 특이점 Q(401)와 상기 기저장된 심전호 신호(410)의 특이점 Q(411)는 동일 기준선(491) 상에 위치한다. 그리고 상기 보정된 사용자의 심전도 신호(400)의 특이점 R(422)과 상기 기저장된 심전도 신호(410)의 특이점 R(412)는 동일 기준선(493) 상에 위치한다. 따라서 본 발명에 의하면, 사용자로부터 측정된 심전도 신호의 특이점을 상기 심전도 신호와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호의 특이점과 일치시켜 보정된 심전도 신호를 생성하여, 심박속도를 고려하지 않고 보정을 행하는 종래기술에 비하여 유사도 결정의 정확도를 높여 최종적으로 사용자 인증의 정확도를 높일 수 있다.
다음 유사도 결정 단계(230 단계)에서, 제어부(110)는 상기 보정된 심전도 신호와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 유사도를 결정한다. 즉, 제어부(110)는 220 단계를 통하여 보정된 심전도 신호와 저장부(170)에 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 유사도를 결정한다. 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호는 미리 사용자로 등록되어 보안이 허용된 자의 심전도 신호를 의미한다. 그리고 상기 보정된 심전도 신호와 상기 보정된 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 유사도를 결정할 수도 있다. 왜냐하면 심전도 신호는 심박속도에 따라서 길이의 변화가 발생하므로 서로 심박속도가 일치하는 심전도 신호 사이의 유사도를 결정하여야 유사도 결정의 정확도가 향상되기 때문이다. 이 때 상기 보정된 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호는 저장부(170)에 기저장되어 있을 수 있으며, 상기 제어부(110)는 상기 보정된 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 저장부(170)에 요청하여 전달받을 수 있다.
상기 유사도는 상기 보정된 심전도 신호의 형태와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 형태의 유사한 정도를 의미할 수 있다. 제어부(110)는 상기 보정된 심전도 신호와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호에 대하여 유사도 연산 과정을 수행함으로써 양 신호 사이의 유사도를 결정할 수 있다. 상기 유사도는 절대평균편차(MAD, Mean Absolute Deviation)로 결정될 수 있다. 상기 절대평균편차를 결정하기 위하여, 우선적으로 제어부(110)는 상기 보정된 심전도 신호를 기설정된 구간으로 샘플링(sampling)한 후, 양자화(quantization)하여 상기 보정된 심전도 신호의 시계열적 데이터를 추출할 수 있다. 상기 보정된 심전도 신호의 시계열적 데이터를 예를 들어 [x1(1), x1(2),…, x1(n)]으로 상정한다. 여기서 x1은 보정된 심전도 신호를 의미하며, 숫자 첨자 n은 n번째 데이터를 의미한다. 한편 제어부(110)는 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호에 대하여서도 동일한 과정을 반복하여 시계열적 데이터를 추출할 수 있다. 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 시계열적 데이터를 예를 들어 [x2(1), x2(2),…, x2(n)]으로 상정한다. 여기서 x2는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 의미하며, 숫자 첨자 n은 n번째 데이터를 의미한다. 한편 제어부(110)는 상기와 같이 샘플링된 시계열적 데이터 형태로 상기 보정된 심전도 신호나 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 변환하여 저장부(170)에 저장시킬 수 있으며, 또는 아날로그 형태로 상기 보정된 심전도 신호나 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 저장부(170)에 저장시킨 후에 이를 전달받아 샘플링된 시계열적 데이터를 생성할 수도 있다. 제어부(110)는 상기 보정된 심전도 신호의 시계열적 데이터 [x1(1), x1(2),…, x1(n)]와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 시계열적 데이터 [x2(1), x2(2),…, x2(n)] 및 수학식 1을 이용하여 절대평균편차(MAD)를 결정할 수 있다.
Figure pat00001
x1은 보정된 심전도 신호의 시계열적 데이터를 의미하고, x2는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 시계열적 데이터를 의미한다. N은 시계열적 데이터의 개수를 의미한다.
또한 상기 유사도는 두 신호 간의 상관도(CORR, Correlation)로 결정될 수 있다. 상기 상관도(CORR)는 하기 수학식 2로 계산될 수 있다.
Figure pat00002
x1은 보정된 심전도 신호의 시계열적 데이터를 의미하고, x2는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 시계열적 데이터를 의미한다.
Figure pat00003
과
Figure pat00004
는 각각 x1과 x2의 평균이고, N은 시계열적 데이터의 개수를 의미한다.
또한 상기 유사도는 두 신호 간의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 적어도 하나의 특이점의 차 또는 적어도 하나의 특징벡터의 차로 결정될 수 있다. 두 신호 간의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 적어도 하나의 특이점의 차는 상기 보정된 심전도 신호의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 특이점과 이에 대응하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 특이점의 차를 의미한다. 예를 들어 두 신호 간의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 적어도 하나의 특이점의 차는 상기 보정된 심전도 신호의 특이점 R(도3 의 330)의 전압과 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 특이점 R의 전압의 차가 될 수 있다. 그리고 두 신호 간의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 적어도 하나의 특징벡터의 차는 상기 보정된 심전도 신호의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 특징벡터와 이에 대응하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 특징벡터의 차를 의미한다. 상기 특징벡터란 QRS콤플렉스를 이루는 특이점 Q, R, S 중 두 개로 구성되는 벡터를 의미한다. 따라서 두 신호 간의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 적어도 하나의 특징벡터의 차는 상기 보정된 심전도 신호의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 특징벡터와 이에 대응하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 특징벡터의 차의 크기를 의미할 수 있다. 예를 들어 특이점 Q(도 3의 320)과 특이점 R(도 3의 330)을 연결한 벡터를 특징벡터의 일 예로 볼 수 있다. 따라서 상기 보정된 심전도 신호의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 특이점 Q와 특이점 R을 연결한 벡터와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 특이점 Q와 특이점 R을 연결한 벡터의 차의 크기를 유사도로 결정할 수 있다.
다음 사용자 인증 단계(240 단계)에서, 제어부(110)는 상기 유사도가 문턱값보다 큰 경우에 상기 사용자를 인증한다. 즉, 상기 제어부(110)는 230 단계에서 결정된 유사도가 미리 정해진 문턱값보다 큰 경우에는 상기 사용자를 인증한다. 상기 미리 정해진 문턱값은 통계학적으로 미리 결정될 수 있고, 사용자로부터 입출력모듈(160)을 통하여 입력받을 수도 있다. 또한 제어부(110)는 문턱값의 조절을 통하여 사용자 인증의 정확도를 높일 수도 있다. 상기 문턱값의 조절은 하기에서 설명된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보정된 심전도 신호를 생성하는 과정을 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 구간의 길이를 상기 적어도 하나의 구간에 대응하는 상기 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 구간의 길이와 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 제어부(110)는 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 구간의 길이를 보정한다. 이 때 상기 적어도 하나의 구간이란 상기 심전도 신호 내에서 시간적으로 구분되는 구간이다. 예를 들어, 도 3에서 설명된 P-파(P-wave, 310), QRS컴플렉스(QRS-complex, 360), T-파(T-wave, 350), 또는 U-파(U-wave, 370)와 같이 상기 심전도 신호 내에서 시간적으로 구분될 수 있는 파(wave), 콤플렉스(complex) 중 적어도 하나가 상기 적어도 하나의 구간이 될 수 있다. 따라서 상기 제어부(110)는 예를 들어 사용자로부터 측정된 심전도 신호의 T-파(T-wave)의 길이를 기저장된 심전도 신호의 T-파(T-wave)의 길이와 일치시키는 보정을 행한다. 종래 기술의 경우에는 심전도 신호는 심박속도에 따라 선형적(linear)으로 변한다는 가정하에 심전도 신호 전체의 길이를 보정하였다. 그러나, 심전도 신호는 심박속도에 따라 비선형적(non-linear)으로 변하므로, 본 발명은 상기 심전도 신호를 적어도 하나의 구간으로 나누어 상기 적어도 하나의 구간의 길이를 보정함으로써 심박속도에 따라 비선형적으로 변하는 심전도 신호를 고려하여 보정을 행할 수 있다. 예를 들어 T-파(T-wave)의 길이를 보정하는 과정을 설명하기 위하여 도 5를 참조하면, 첫번째 심전도 신호는 사용자로부터 측정된 심전도 신호(500)이고, 두번째 심전도 신호는 상기 심전도 신호(500)와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호(510)이며, 세번째 심전도 신호는 상기 제어부(110)에서 보정된 심전도 신호(520)이다. 도 3에서 설명한 바와 같이, 심전도 신호의 T파(T-wave, 350)는 QRS컴플렉스(QRS-complex, 360) 다음으로 이어지는 파(wave)이다. 그리고 상기 T파(T-wave)는 특이점 추출 단계(도 2의 210 단계)에서 추출될 수 있다(도 2의 210단계 설명 참조). 다시 도 5를 참조하면, 사용자로부터 측정된 심전도 신호(500)의 QRS컴플렉스 다음으로 이어지는 T파(T-wave)의 길이는 도 5의 501과 같다. 이때 상기 심전도 신호(500)와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호(510)의 T파(T-wave)의 길이는 511과 같은데, 상기 기저장된 심전도 신호(510)의 T파(T-wave)의 길이는 상기 심전도 신호(500)의 T파(T-wave)의 길이(501)보다 짧다. 따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 제어부(110)가 상기 심전도 신호의 T파(T-wave)의 길이를 상기 기저장된 심전도 신호(510)의 T파(T-wave)의 길이와 동일하게 줄이는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호(520)를 생성한다.
그리고 본 발명은 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 구간의 길이를 보정하므로, 상기 적어도 하나의 구간은 하나의 구간일 수 있으며 복수의 구간들일 수도 있다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보정된 심전도 신호를 생성하는 과정을 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서 제어부(110)는 사용자로부터 측정된 심전도 신호(600)의 복수의 구간들의 길이들을 상기 복수의 구간들에 대응하는 상기 기저장된 심전도 신호(610)의 복수의 구간들의 길이들과 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호(620)을 생성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 제어부(110)는 사용자로부터 측정된 심전도 신호(600)의 3개의 구간의 길이, 즉 P-파(P-wave)의 길이(601), QRS컴플렉스(QRS-complex)의 길이(602), 및 T-파(T-wave)의 길이(603)를 상기 기저장된 심전도 신호(610)의 각각의 구간의 길이(611, 612, 613)와 일치시킨다. 따라서 도 6에서는 사용자로부터 측정된 심전도 신호(600)의 P-파(P-wave)의 길이(601)는 늘려서 상기 기저장된 심전도 신호(610)의 P-파(P-wave)의 길이(611)와 동일하게 보정하여 보정된 심전도 신호(620)의 P-파(P-wave, 621)를 생성하고(화살표 631참조), 사용자로부터 측정된 심전도 신호(600)의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 길이(602)는 줄여서 상기 기저장된 심전도 신호(610)의 QRS컴플렉스(QRS-complex)의 길이(612)와 동일하게 보정하여 보정된 심전도 신호(620)의 QRS콤플렉스(622)를 생성하고(화살표 632참조), 사용자로부터 측정된 심전도 신호(600)의 T-파(T-wave)의 길이(603)는 줄여서 상기 기저장된 심전도 신호(610)의 T-파(T-wave)의 길이(613)와 동일하게 보정하여 보정된 심전도 신호(620)의 T-파(T-wave, 623)를 생성(화살표 633참조)한다. 종래 기술의 경우에는 심전도 신호는 심박속도에 따라 선형적(linear)으로 변한다는 가정하에 심전도 신호 전체의 길이를 보정하였다. 그러나, 심전도 신호는 심박속도에 따라 비선형적(non-linear)으로 변하므로, 본 발명은 상기 심전도 신호를 복수의 구간들로 나누어 상기 복수의 구간들의 길이를 보정함으로써 심박속도에 따라 비선형적으로 변하는 심전도 신호를 고려하여 보정을 행할 수 있으며, 이후 유사도 결정의 정확도를 향상시켜 사용자 인증의 정확도를 높일 수 있다.
도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 사용자로부터 측정된 심전도 신호에 대하여 보정을 행하는 것을 특징으로 한다. 그런데 75 BPM(beats per minute) 이하의 심박속도에서는 심전도 신호의 길이의 변화가 거의 일어나지 아니하므로, 상기 제어부(110)는 상기 심전도 신호의 심박속도가 75 BPM 이하인 경우에는 보정을 행하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. 반대로 상기 심전도 신호의 심박속도가 85 BPM 이상인 경우에는 심전도 신호의 길이의 변화가 크게 일어나므로, 상기 제어부(110)는 상기 심전도 신호의 심박속도가 85 BPM 이상인 경우에는 상기 보정을 행하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유사도 결정 단계를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 보정된 심전도 신호(700)와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호(710)의 유사도를 결정하는 단계가 도시되어 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 상기 보정된 심전도 신호와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호 사이의 대응하는 적어도 하나의 구간의 유사도를 결정하는 것을 특징으로 한다. 상기 보정된 심전도 신호(700)는 도 4 내지 도 6에서 설명한 바와 같이 사용자로부터 측정된 심전도 신호에 대하여 보정을 행한 신호이다. 그리고 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호(710)는 미리 사용자로 등록되어 보안이 허용된 자의 심전도 신호를 의미한다. 예를 들어 상기 보정된 심전도 신호(700)는 구간별로 P-파(P-wave, 701), QRS컴플렉스(QRS-complex, 702), T-파(T-wave, 703)로 구별될 수 있다. 따라서 제어부(110)는 상기 보정된 심전도 신호(700)의 P-파(P-wave, 701), QRS컴플렉스(QRS-complex, 702), T-파(T-wave, 703)에 대응하는 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 P-파(P-wave, 711), QRS컴플렉스(QRS-complex, 712), T-파(T-wave, 713) 사이의 유사도를 결정할 수 있다. 종래 기술에 의하면 심전도 신호의 유사도 결정시에 심전도 신호 전체를 대비하여 왔다. 하지만, 심전도 신호는 심박속도에 따라 비선형적(non-linear)으로 변하여 구간별로 변화의 정도가 다르다. 따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 유사도 결정 단계는 상기 보정된 심전도 신호를 적어도 하나의 구간으로 나누어 유사도를 결정함으로써 심전도 신호가 심박속도에 따라 비선형적으로 변하는 점을 고려하고 있으며 최종적으로 유사도 결정의 정확도를 높이고 있다.
또한 유사도를 결정하는 방법에 있어서, 도 2에서 설명한 바와 같이 상기 유사도는 절대평균편차(MAD, Mean Absolute Deviation) 또는 상관도(CORR, Correlation)로 결정될 수 있고, QRS컴플렉스(QRS-complex)의 적어도 하나의 특이점 또는 특징벡터의 차로 결정될 수도 있다.
그리고 상기 제어부(110)는 상기 보정된 심전도 신호와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호 사이의 대응하는 복수의 구간들의 유사도들을 결정하여 최종 유사도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 도 7에서 설명한 바와 같이, 상기 보정된 심전도 신호(700)와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호(710) 사이의 대응하는 P-파(P-wave, 701, 711)들 간의 절대평균편차를 MADP라 하고 상관도를 CORRP라 하고, 상기 보정된 심전도 신호(700)와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호(710) 사이의 대응하는 QRS컴플렉스(QRS-complex, 702, 712)들 간의 절대평균편차를 MADQRS라 하고 상관도를 CORRQRS라 하고, 상기 보정된 심전도 신호(700)와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호(710) 사이의 대응하는 T-파(T-wave, 703, 713)들 간의 절대평균편차를 MADT라 하고 상관도를 CORRT라 하자. 이에 따른 최종 유사도 A는 상기 값들의 가중합으로 수학식 3과 같이 표시할 수 있다.
Figure pat00005
여기서 c1, c2, c3, c4, c5, c6는 가중치 (weighting)이다.
따라서 상기 수학식 3에 표시된 최종 유사도에 의하면, 심전도 신호의 구간별로 유사도를 결정하여 이를 종합함으로써 최종적인 유사도를 결정할 수 있고, 상기 심전도 신호의 구간별 유사도에 가중치를 부여하여 최종 유사도를 결정할 수도 있다. 특히, 심전도 신호의 QRS컴플렉스(QRS-complex)는 심박속도에 따른 변화가 적으므로 상기 QRS콤플렉스의 유사도, 예를 들어 MADQRS와 CORRQRS의 가중치 c3와 c4를 다른 가중치보다 높게하여 유사도 결정의 정확도를 높일 수도 있다.
또한 상기 최종 유사도(A)는 다양한 변환 함수를 이용하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 상기 보정된 심전도 신호와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호 사이의 대응하는 복수의 구간들의 유사도들을 각각 f1, f2,...,fn 이라 할때, 최종 유사도 A는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00006
여기서 ci는 각 유사도에 대한 가중치 (weighting)이고, 함수 F 는 각 유사도 fi를 변환(transform)하는 변환 함수이며, 상기 변환 함수 F는 예를 들어 다항식함수(polynomial function), 방사형 기저 함수(radial basis function), 사인 함수(sine function), 코사인 함수(cosine function) 등이 될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 상기 심전도 신호에 대하여 보정을 행한 정도에 따라 상기 문턱값의 증감이 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 4와 도 5에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예인 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 사용자로부터 측정된 심전도 신호를 기저장된 심전도 신호와 비교하여 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성한다. 즉 제어부(110)는 사용자로부터 측정된 심전도 신호와 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점을 일치시키는 보정을 행하도록 제어하거나, 사용자로부터 측정된 심전도 신호와 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 구간의 길이를 일치시키는 보정을 행하도록 제어한다. 그런데 상기 보정을 행함에 있어서, 보정이 많이 이루어진 특이점이나 구간은 통계적인 심전도 신호와의 차이가 큰 것을 의미하므로, 미리 정해진 문턱값을 그대로 이용하여 사용자를 인증하게 되면 사용자 인증의 정확도가 떨어지게 된다. 따라서 상기 보정을 행한 정도가 큰 경우에는 문턱값을 낮추어주는 것이 필요하다. 그러므로 제어부(110)는 보정을 행한 정도가 큰 경우에는 문턱값을 낮추고, 상기 보정을 행한 정도가 낮은 경우는 문턱값을 그대로 이용하거나 문턱값을 상기 보정을 행한 정도가 큰 경우보다는 적게 낮출 수 있다. 즉, 제1 범위의 보정이 이루어질 때 제1 문턱값을 이용할 경우, 상기 제1 범위보다 큰 제2 범위의 보정이 이루어질 때에는 상기 제1 문턱값보다 낮은 제2 문턱값을 이용할 수 있다. 반면, 상기 제1 범위보다 작은 제3 범위의 보정이 이루어질 때에는 상기 제1 문턱값과 동일하거나, 상기 제1 문턱값과 제2 문턱값 사이의 제3 문턱값을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법은 사용자 인증 단계에서 인증된 상기 보정된 심전도 신호를 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호로 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 심전도 신호는 심박속도에 따라 선형적(linear)인 변화를 보이지 아니하고 비선형적(non-linear)인 변화를 보이기 때문에 심박속도의 증감에 비례하여 심전도 신호 전체의 길이나 형태가 증감하지 않는다. 따라서 도 2의 230 단계에서 심박속도가 고려되지 아니한 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 이용하여 유사도를 결정하면 유사도 결정의 정확도가 낮아지게 된다. 그러므로 유사도 결정의 정확도를 높이기 위해서는 심박속도가 고려된 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호가 필요하다. 그런데 도 2의 240 단계인 사용자 인증 단계에서 인증된 보정된 심전도 신호는 인증을 거친 등록된 사용자의 심전도 신호이므로 신뢰성이 있고 심박속도별로 저장할 수 있으므로 상기 보정된 심전도 신호는 유용한 유사도 결정의 기준이 될 수 있다. 따라서 본 발명일 다른 실시예인 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법의 제어부(110)는 사용자 인증 단계(도 2 의 240 단계)에서 인증된 상기 보정된 심전도 신호를 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호로 저장부(170)에 저장하여, 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 데이터베이스를 업데이트시킬 수 있다. 그리고 상기 업데이트 과정을 반복하게 되면 심박속도별로 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 저장부(170)에 저장할 수 있다. 이 후 유사도 결정 단계에서 심박속도가 일치하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 이용할 수 있다. 즉 상기 제어부(110)는 상기 저장부(170)로부터 상기 보정된 심전도 신호와 심박속도가 일치하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 전달받아, 상기 보정된 심전도 신호와 전달받은 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 유사도를 결정하도록 제어할 수 있다. 따라서 복수의 심박속도별로 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 이용하여 사용자 인증을 행하면 심박속도별 사용자 인증이 가능해지므로 사용자 인증의 정확도를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치(100) 및 방법은 잠금장치, 예를 들어 금고, 문, 도난방지장치에 적용될 수 있으며, 각종 전자기기 예를 들어 스마트 폰, 스마트 TV, 노트북, 태블릿 등에 적용될 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치(100) 및 방법은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합의 형태로 실현 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 임의의 소프트웨어는 예를 들어, 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 본 발명의 개인화된 감성 인식 장치 및 방법은 제어부 및 메모리를 포함하는 컴퓨터 또는 휴대 단말에 의해 구현될 수 있고, 상기 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서의 임의의 청구항에 기재된 장치 또는 방법을 구현하기 위한 코드를 포함하는 프로그램 및 이러한 프로그램을 저장하는 기계(컴퓨터 등)로 읽을 수 있는 저장 매체를 포함한다. 또한, 이러한 프로그램은 유선 또는 무선 연결을 통해 전달되는 통신 신호와 같은 임의의 매체를 통해 전자적으로 이송될 수 있고, 본 발명은 이와 균등한 것을 적절하게 포함한다.
또한, 상기 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치(100)는 유선 또는 무선으로 연결되는 프로그램 제공 장치로부터 상기 프로그램을 수신하여 저장할 수 있다. 상기 프로그램 제공 장치는 상기 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치(100) 및 방법이 기설정된 컨텐츠 보호 방법을 수행하도록 하는 지시들을 포함하는 프로그램, 컨텐츠 보호 방법에 필요한 정보 등을 저장하기 위한 메모리와, 상기 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치(100) 및 방법과의 유선 또는 무선 통신을 수행하기 위한 통신부와, 상기 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치(100) 및 방법의 요청 또는 자동으로 해당 프로그램을 상기 송수신 장치로 전송하는 제어부를 포함할 수 있다.
100 : 장치 200 : 심전도 신호 측정 단계
110 : 제어부 210 : 특이점 추출 단계
140 : 센서모듈 220 : 심전도 신호 보정 단계
170 : 저장부 230 : 유사도 결정 단계
240 : 사용자 인증 단계

Claims (16)

  1. 사용자로부터 심전도 신호를 측정하는 단계;
    상기 측정된 심전도 신호로부터 적어도 하나의 특이점을 추출하는 단계;
    상기 적어도 하나의 특이점을 이용하여 상기 심전도 신호의 심박속도를 계산하고, 상기 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 심전도 신호를 추출하여, 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점을 상기 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점과 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 보정된 심전도 신호와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 비교하여 상기 사용자를 인증하는 단계를 포함하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정된 심전도 신호와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 유사도를 결정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 유사도가 미리 정해진 문턱값보다 큰 경우에는 상기 사용자를 인증하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 심전도 신호의 적어도 하나의 구간의 길이를 상기 적어도 하나의 구간에 대응하는 상기 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 구간의 길이와 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법.
  4. 제3항에 있어서
    상기 심전도 신호의 T-파(T-wave)의 길이를 상기 기저장된 심전도 신호의 T-파(T-wave)의 길이와 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    유사도를 결정하는 단계에 있어서, 상기 보정된 심전도 신호와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호 사이의 대응하는 적어도 하나의 구간의 유사도를 결정하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    유사도를 결정하는 단계에 있어서, 상기 보정된 심전도 신호와 상기 보정된 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 유사도를 결정하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 심전도 신호에 대하여 보정을 행한 정도에 따라 상기 문턱값의 증감이 이루어지는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    사용자 인증 단계에서 인증된 상기 보정된 심전도 신호를 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호로 저장하는 단계를 더 포함하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 방법.
  9. 사용자로부터 심전도 신호를 측정하는 심전도측정센서부와;
    기저장된 심전도 신호와 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 저장하고 있는 저장부와;
    상기 사용자로부터 측정된 심전도 신호로부터 적어도 하나의 특이점을 추출하고,
    상기 적어도 하나의 특이점을 이용하여 상기 심전도 신호의 심박속도를 계산하고, 상기 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 상기 기저장된 심전도 신호를 저장부로부터 추출하여, 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점을 상기 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 특이점과 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하고,
    상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 저장부로부터 추출하여 상기 보정된 심전도 신호와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 비교하여 상기 사용자의 인증하도록 제어하는 제어부를;
    포함하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 보정된 심전도 신호와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 유사도를 결정하며, 상기 유사도가 미리 정해진 문턱값보다 큰 경우에는 상기 사용자를 인증하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 심전도 신호의 적어도 하나의 구간의 길이를 상기 적어도 하나의 구간에 대응하는 상기 기저장된 심전도 신호의 적어도 하나의 구간의 길이와 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치.
  12. 제11항에 있어서
    상기 제어부는 상기 심전도 신호의 T-파(T-wave)의 길이를 상기 기저장된 심전도 신호의 T-파(T-wave)의 길이와 일치시키는 보정을 행하여 보정된 심전도 신호를 생성하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 저장부로부터 추출하여 상기 보정된 심전도 신호와 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호 사이의 대응하는 적어도 하나의 구간의 유사도를 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호를 저장부로부터 추출하여 상기 보정된 심전도 신호와 상기 보정된 심전도 신호의 심박속도와 심박속도가 일치하는 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호의 유사도를 결정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 심전도 신호에 대하여 보정을 행한 정도에 따라 상기 문턱값의 증감이 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 사용자 인증 시에 인증된 상기 보정된 심전도 신호를 기저장된 등록 사용자의 심전도 신호로 저장부에 저장하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 심전도 신호를 이용한 사용자 인증 장치.
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