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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 빠르고 편리하게 광학적으로 두 손가락 끝에서 정확한 심장박동 신호를 측정하여 생체인식에 적용할 수 있는 광용적맥파 (PPG : PhotoplethysmogramX 이용한 생체인식 보안시스템을 설계 및 구현하였다. 구현된 시스템은 손가락 끝에서 원하는 생체 정보를 얻음으로서 누구나 거부감 없이 쉽게 이용할 수 있는 장점을 갖는다.
- 본 논문에서는 광용적맥파를 이용하여 정확한 심장박동 신호를 측정하여 개인식별을 할 수 있는 생체인식 보안시스템을 설계 및 구현하였다.
제안 방법
- 특징점 추출 알고리즘은 1차적으로 개인마다 펄스폭이 차이가 생기는 점을 이용하여 시간 단위에서 값을 측정하였다. peak to peak의 값과 valley to valley의 값, 그리고 valley와 peak 사이의 상승시간을 주 특징점으로 즉정하였다. 이러한 시간 개념의 특징점은 같은 사람의 경우에도 운동 상태에 따라 그 값이 달라질 수 있기 때문에 정규화 작업의 일환으로 펄스폭 대비 상승시간의 비를 계산하여 특징점으로 추가하였다.
- 이러한 방법은 두, 세 가지의 생체 정보가 함께 제공되기 때문에 정확도나 보안성 이라는 측면에 있어서는 향상을 가져온다. 그러나 각각의 정보를 인식할 수 있는 개별 시스템이 모두 요구되므로 높은 비용과 시스템의 대형화가 불가피하며, 획득된 생체정보를 분석 . 비교 .
- 구현된 시스템은 손가락 끝에서 원하는 생체 정보를 얻음으로서 누구나 거부감 없이 쉽게 이용할 수 있는 장점을 갖는다. 또한 간단하게 손가락을 기계에 접촉하는 방식, 즉 원터치로 생체정보를 얻을 수 있는 편리성과 심장박동이라는 한 가지의 정보만을 빠르게 비교 . 분석함으로서 시간적 편리성을 함께 제공한다.
- 그러나 각각의 정보를 인식할수 있는 개별 시스템이 필요하여 높은 비용이 추가되며 시스템의 대형화가 불가피하다. 또한 제공받은 생체 정보 자료를 분석 . 비교 .
- 본 논문에서 구현된 생체인식 보안 시스템은 누구나 빠르고 편리하게 손가락 끝을 기계에 접촉하는 원터치 방식으로 생체 정보를 얻을 수 있는 편리성과 심장 박동이라는 절대 고유의 정보만을 빠르게 비교 . 분석함으로서 누구나 거부감 없이 쉽게 이용할 수 있는 장점이 있다.
- 본 시제품은 출입문의 개폐용으로 제작한 것으로개인의 심장박동을 측정하여 개인 인증 여부를 판별하게 된다.
- peak to peak의 값과 valley to valley의 값, 그리고 valley와 peak 사이의 상승시간을 주 특징점으로 즉정하였다. 이러한 시간 개념의 특징점은 같은 사람의 경우에도 운동 상태에 따라 그 값이 달라질 수 있기 때문에 정규화 작업의 일환으로 펄스폭 대비 상승시간의 비를 계산하여 특징점으로 추가하였다. 그 결과 백분율로 환산하였을 때 그 오차율은 최대 1.
- 분석하게 된다. 일련의 알고리즘을 통하여 비교. 분석된 데이터는 저장된 데이터와 새 입력 값 사이의 일치 여부를 알려주며, 그 결과에 따라서 접근하고자 하는 보안시스템에 접근 가능하거나 거부되게 된다
- prc 신호를 얻기 위한 피실험자 의총 수는 10명이며, 모두 5번씩 측정하였다. 측정 전 오실로스코프를 통해 심박 파형의 안정화 정도를 확인하였으며 각 측정 샘플 사이마다 휴식기를 두어 PPG 신호를 안정화 시켰다. 각 피실험자들의 모든 측정 화면으로부터 특징값을 계산하였으며 총 평균값만을 정리하여<표 1>에 나타내었다.
- 일반적으로 광용적맥파는 조직에서 광흡수도의 변화를 측정하게 된다. 측정하고자 하는 조직에 광원과 광검출기를 부착하여 피부를 투과, 산란하는 빛의 강도를 측정한다. 광검출기에 측정되는광강도는 조직의 구성 및 심장박동에 의해 변화한다.
- 획득된 신호는 서버(다수의 측정 결과가 필요한 경우) 또는 MCU(소수의 측정 결과만을 요하는 경우)로 전송되어 일련의 알고리즘을 통해 고유의 특징점들을 추출하게 된다. 특징점 추출 알고리즘은 1차적으로 개인마다 펄스폭이 차이가 생기는 점을 이용하여 시간 단위에서 값을 측정하였다. peak to peak의 값과 valley to valley의 값, 그리고 valley와 peak 사이의 상승시간을 주 특징점으로 즉정하였다.
- DAQ 보드를 통해서 얻어진 신호와 필터링을 거친 신호를그래프로 보여주며 특징점 추출 알고리즘에 의해 수행된 값들을 표시하고 있다. 특징점은 1차적으로 개인마다 펄스폭이 차이가 생기는 점을 이용하여 시간 단위에서 값을 측정하였다. 이러한 시간 개념의 특징점은 같은 사람의 경우에도 운동 상태에 따라 그 값이달라질 수 있기 때문에 정규화 작업을 필요로 한다.
- . 획득된 신호는 서버(다수의 측정 결과가 필요한 경우) 또는 MCU(소수의 측정 결과만을 요하는 경우)로 전송되어 일련의 알고리즘을 통해 고유의 특징점들을 추출하게 된다. 특징점 추출 알고리즘은 1차적으로 개인마다 펄스폭이 차이가 생기는 점을 이용하여 시간 단위에서 값을 측정하였다.
대상 데이터
- 사용하였다. 사용된 광원의 중심 파장은 660nm이며, 7의 광출력을 갖는다. 또한 광원부 및 검출기의 크기가 2.
- 실험은 10명의 피실험자로부터 심장 박동 신호를 측정하여 얻었다. prc 신호를 얻기 위한 피실험자 의총 수는 10명이며, 모두 5번씩 측정하였다.
- 심장 박동 및 호흡신호를 측정하기 위한 검출기로는 FDSlOO(Thorlabs) 포토 다이오드를 사용하였다. 사용된 광원의 중심 파장은 660nm이며, 7의 광출력을 갖는다.
- 이 때, 광용적맥파를 측정하는 광원으로는 ID와 LED, 모두 사용이 가능하며 본 연구에서는 6)nm LD(Thorlabs. INC)를 사용하였으며 광을 받아들이는수광부로는 Photo Diode(Thorlabs. INC)를 사용하였다.<그림 10>은 측정된 PPG 신호를 분석하는 프로그램(LabVW)을 나타낸다.
- PPG 신호 측정 회로도이다. 포토 다이오드를 통해측정된 신호의 분석을 위해 PC를 이용하여 DAQ 장치(NI사의 BNC-2090X 구성하였다. PC를 이용한 분석을 위해 LabVIEW (National Instruments Inc.
데이터처리
- 포토 다이오드를 통해측정된 신호의 분석을 위해 PC를 이용하여 DAQ 장치(NI사의 BNC-2090X 구성하였다. PC를 이용한 분석을 위해 LabVIEW (National Instruments Inc.)를이용하여 수집, 분석 프로그램을 작성하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 심장 박동을 측정하기 위해 광학적 검출 방법을 이용하였다. 이를 위해 광용적맥파의 측정이 필요하게 된다.
성능/효과
- 그에 비해 상승시간(A tl)은 나이가 많아짐과는 무관하게 거의 비슷한 분포를 가졌으며 오히려 28세 여성의 경우에서 가장 큰 값을 나타내었다. 25세 피실험자의 경우는 확인이 불가능하였지만 28세 피실험자의 경우에서 과거 질병 사례가 있었던 것으로 미루어 볼 때, 건강 상태나 체질, 습관 등에 의하여 펄스폭과 상승시간 등에 차이가 생기는 것을 확인하였다. 피 실험자 중에서 같은 나이와 같은 성별(22세 여성, 27세 남성)의 경우에도 개인마다 데이터의 차이가 존재함을 알 수 있다.
- 이러한 시간 개념의 특징점은 같은 사람의 경우에도 운동 상태에 따라 그 값이 달라질 수 있기 때문에 정규화 작업의 일환으로 펄스폭 대비 상승시간의 비를 계산하여 특징점으로 추가하였다. 그 결과 백분율로 환산하였을 때 그 오차율은 최대 1.5%의 범위를 넘지 않는 것을 확인할 수 있었다. 추출된 특징점들은 서버에 저장이 되고, 저장된 데이터를 기반으로 하여 새로 입력되는 값을 비교 .
- 또한, 구현된 생체인식 보안시스템의 시제품을이용하여 피실험자 별로 개인인증 실험을 한 결과, 개인인증 인식률은 평균 90.5%를 얻었다.
- <표 2>로부터 피실험자 별로 20회의 실험결과 평균 90.5%의 인식률을 나타냄을 알 수 있다.
- 피실험자들의 심박동 신호를 측정하여 실험한 결과, 피실험자들의 데이터 사이에 차이가 존재함을 알 수있었고, 펄스폭와 하강시간의 경우, 전반적으로 나이가많은 피실험자 일수록 값이 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 구현된 생체인식 보안시스템의 시제품을이용하여 피실험자 별로 개인인증 실험을 한 결과, 개인인증 인식률은 평균 90.
후속연구
- 앞으로 개인인증 인식률을 향상시키기 위해서는 심장 박동을 이용한 보안 시스템의 신뢰도와 측정 정밀도 향상 및 지속적인 업그레이드가 요구된다. 또한, 초저전력 MCU의 전력 효율을 증대시키기 위한 알고리즘 구현도 함께 필요하다.
- 25세에서 27세 피실험자들의 경우 최대 피크점 외에도 피크 포인트가 여러 개 확인되며 28세 여성과 세 남성의 경우 최대 피크점 외의 피크가 존재하기는 하나, 그 변화량에 있어서 상대적으로 약한 것을 알 수 있다. 이러한 사실을 바탕으로 각 피크점 사이의 A값과펄스 진폭의 크기 등의 특징값들을 세분화하여 고려할 경우 더 다양한 개인 특성값을 얻을 수 있을 것이다.
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