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지정맥 인식을 위한 가상 코어점 검출 및 ROI 추출
Virtual core point detection and ROI extraction for finger vein recognition 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.10 no.3, 2017년, pp.249 - 255  

이주원 (Dept. of Medical Eng., Andong Science College) ,  이병로 (Gyeongnam Nattional Univ. of Sci. and Tech.)

초록
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지정맥 인식 기술은 손가락에 적외선 광을 조광하여 손가락에 있는 정맥 영상을 획득한 다음, 특징 추출, 매칭 등의 과정을 거쳐 개인을 인증하는 방법이다. 지정맥 인식을 위해 손가락 외각을 검출함에 있어 2차원 마스크(mask)를 기반한 2차원 컨볼루션(2-Dimension convolution) 처리방법은 저가(low cost)의 마이크로프로세서 또는 마이크컨트롤러에 적용할 때 많은 연산시간이 소요된다. 이러한 문제점을 개선하고 인식을 향상시키기 위해 본 연구에서는 2차원 마스크와 2차원 컨볼루션을 사용하지 않고 픽셀들 간의 차의 절대 값과 역치(threshold)를 기반을 둔 이동평균필터링, 가상의 코어점 기반한 ROI 추출법 등을 제안하였고, 제안된 방법의 성능을 평가하기 위해 600개 지정맥 영상을 사용하여 에지 추출속도와 ROI 영역 추출의 정확도 등을 기존의 방법들과 비교 평가 하였다. 그 결과, 제안된 방법의 처리속도가 기존의 방법보다 최소 2배 이상의 빠른 처리속도를 보였으며, ROI 추출의 정확도는 기존의 방법보다 6% 이상의 성능 향상을 보였다, 이러한 결과로부터 제안된 기법을 저가의 마이크로프로세서에 적용한다면, 빠른 처리속도로 높은 인식률을 제공할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The finger vein recognition technology is a method to acquire a finger vein image by illuminating infrared light to the finger and to authenticate a person through processes such as feature extraction and matching. In order to recognize a finger vein, a 2D mask-based two-dimensional convolution meth...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 한편, 이들 대부분의 방법들은 손가락 외각을 검출함에 있어 마스크(mask)기반의 2차원 컨볼루션 연산처리를 저가의 마이크로프로세서 또는 마이크컨트롤러에 적용할 때 많은 연산시간이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 상기와 같은 문제점들을 개선하고, 저가의 지정맥 인식단말기 개발에 적용 가능한 새로운 손가락 정맥영상의 ROI 추출법을 제안한다. 그리고 제안된 방법의 성능을 평가하기 위해 손가락 자세 변화에 따른 에지 추출 속도와 ROI 영역 추출의 정확도를 기존의 방법과 비교 평가하였으며, 이 결과로부터 저가의 마이크프로세서를 사용한 임베디드 시스템에 적용 가능함을 제시하였다.
  • 그러나 손가락 비틀림에 의한 지정맥의 위치변화를 반영하지 않았다. 따라서 본 연구에서는 손가락 비틀림 현상을 반영한 ROI 영역을 추출하는 방법을 제안한다. 제안된 방법은 가상의 코어점 추정과 추정된 코어 점을 기반하여 ROI 영역을 추출하는 방법이다.
  • 본 연구에서는 지정맥 인식의 인식률 향상을 위해 손가락의 자세 변화가 존재하더라도 보다 정확하고 효과적인 ROI 영역 추출하는 기법을 제안한다. 제안된 처리 과정은 이웃 픽셀간의 차의 절대값과 역치 기반한 이동평균 필터링, 이를 이용한 지정맥 에지 추출, 추출된 에지를 기반한 영상회전과 크기 정규화, 손가락 마디점 검출, 적응 역치와 가상 코어 점 검출, 가상 코어 점을 기반한 ROI 검출 등의 과정으로 이루어져 있다.
  • 이러한 생체 인식 단말기 개발에 있어 저가의 마이크로프로세서 또는 마이크로 컨트롤러에 다양한 영상처리 기법을 적용할 때 처리속도가 늦다. 이러한 문제점을 개선하고 인식률을 향상시키기 위해 본 연구에서는 2차원 마스크와 2차원 컨볼루션을 사용하지 않고 픽셀들 간의 차와 역치 기반의 이동평균필터링, 영상 크기 정규화, 가상의 코어 점 추정 등의 처리과정으로 구성된 ROI 영역을 추출하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 성능을 평가하기 위해 손가락 자세 변화에 따른 에지 추출 속도와 ROI 영역 추출의 정확도를 기존의 방법들과 비교 평가하였다.
  • 또한, 손가락 영역을 추출하기 위해 소벨(sobel) 마스크 또는 특정 마스크를 토대로 영상 전체를 2차원 컨볼루션 처리하여 손가락 영역을 추출하는 것이 일반적이며, 이 처리방법을 저가의 마이크로 프로세서 또는 마이크로컨트롤러에 적용할 때 상당한 시간이 소요되며, 지정맥 영상 밝기에 따라 잘못된 에지를 추출하기도 한다. 이와 같은 문제점들을 개선하기 위해 본 연구에서는 에지 검출을 위한 특정 마스크와 2차원 컨볼루션을 사용하지 않고 픽셀들 간의 차와 역치를 기반한 이동평균 기법을 제안한다. 제안된 방법은 3단계의 처리 과정으로 구성되어 있으며, 첫 번째 단계는 지정맥 영상에서 픽셀간의 변화가 가장 큰 부분이 에지 영역이라고 가정하고, 식(1)과 같이 영상 Fi(n,m)의 가로축의 픽셀 간의 차와 그 절대값 변화를 계산한다.

가설 설정

  • 그리고 이진화된 혈관 영상 W에서 식(17)과(18)과 같이 수평과 수식방향으로 각 픽셀들의 합의 최대값의 위치를 가상 코어의 중앙점(VX)으로 가정하고 추출하였다. 최종적으로 식(19)과 같이 추정된 가상 코어 점을 중심으로 RX, RY 크기의 ROI 영상을 추출하도록 하였다.
  • 이와 같은 문제점들을 개선하기 위해 본 연구에서는 에지 검출을 위한 특정 마스크와 2차원 컨볼루션을 사용하지 않고 픽셀들 간의 차와 역치를 기반한 이동평균 기법을 제안한다. 제안된 방법은 3단계의 처리 과정으로 구성되어 있으며, 첫 번째 단계는 지정맥 영상에서 픽셀간의 변화가 가장 큰 부분이 에지 영역이라고 가정하고, 식(1)과 같이 영상 Fi(n,m)의 가로축의 픽셀 간의 차와 그 절대값 변화를 계산한다. 여기서 n과 m은 영상 픽셀의 행과 열 번호이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지정맥 인식 기술은 무엇인가? 지정맥 인식 기술은 손가락에 적외선 광을 조광하여 손가락에 있는 정맥 영상을 획득한 다음, 특징 추출, 매칭 등의 과정을 거쳐 개인을 인증하는 방법이다. 지정맥 인식을 위해 손가락 외각을 검출함에 있어 2차원 마스크(mask)를 기반한 2차원 컨볼루션(2-Dimension convolution) 처리방법은 저가(low cost)의 마이크로프로세서 또는 마이크컨트롤러에 적용할 때 많은 연산시간이 소요된다.
2차원 마스크 기반 2차원 컨볼루션 처리방법의 문제점은? 지정맥 인식 기술은 손가락에 적외선 광을 조광하여 손가락에 있는 정맥 영상을 획득한 다음, 특징 추출, 매칭 등의 과정을 거쳐 개인을 인증하는 방법이다. 지정맥 인식을 위해 손가락 외각을 검출함에 있어 2차원 마스크(mask)를 기반한 2차원 컨볼루션(2-Dimension convolution) 처리방법은 저가(low cost)의 마이크로프로세서 또는 마이크컨트롤러에 적용할 때 많은 연산시간이 소요된다. 이러한 문제점을 개선하고 인식을 향상시키기 위해 본 연구에서는 2차원 마스크와 2차원 컨볼루션을 사용하지 않고 픽셀들 간의 차의 절대 값과 역치(threshold)를 기반을 둔 이동평균필터링, 가상의 코어점 기반한 ROI 추출법 등을 제안하였고, 제안된 방법의 성능을 평가하기 위해 600개 지정맥 영상을 사용하여 에지 추출속도와 ROI 영역 추출의 정확도 등을 기존의 방법들과 비교 평가 하였다.
ROI 추출에 있어 잘못된 영역 추출로 인한 인식성능을 해결하기 위한 방법은 어떤 것들이 있는가? 특히, 손가락 영역과 관심영역(ROI: Region of Interest) 추출은 지정맥 인식에 있어 가장 필수 과정이며, 사용자의 손가락 자세와 손가락 구조, 빛의 산란, 복잡한 배경, 외부 조명 등에 의해 잘못된 영역 추출은 인식성능을 저하시킨다[3]-[5]. 이러한 문제점을 해결하기 위해 고정된 윈도우(window) 사이즈를 기반을 둔 ROI 추출법[3], 손가락 정맥 ROI 국소화(localization) 및 정맥 리지(ridge) 강조법[4], 회전 얼라인먼트법[5], 플렉시블 세그먼트(flexible segmentation)법[6] 등이 연구되었다. 그러나 고정된 윈도우 사이즈 추출법은 손가락 정맥 영상의 중앙 점과 고정된 크기를 기반하여 ROI 영역을 추출한 것으로 회전된 영상에서는 좋은 성능을 보이지 못했으며, 손가락 정맥의 ROI 국소화 및 정맥 리지 강조법은 바른 자세의 손가락 정맥 영상에서는 적합하지만 손가락이 비스듬한 몇몇의 영상에서 오류를 보이고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Hashimoto, J.C., "Finger Vein Authentication Technology and Its Future", In Proceeding of 2006, Symposium on VLSI Circuits, Honolulu, HI, USA, pp. 15-17 June 2006. 

  2. Kumar, A, Zhou, Y.B., "Human identification using finger images", IEEE Trans. Image Process, vol. 21, pp. 2228-2244. 2012. 

  3. Bakhtiar, A.R., Chai, W.S., Shahrel, A.S., "Finger vein recognition using local line binary pattern", Sensors, vol. 11, pp. 11357-11371, 2012. 

  4. Yang, J.F, Shi. Y.H,. "Finger-vein ROI localization and vein ridge enhancement", Pattern Recognit. Lett. vol. 33, pp. 1569-1579, 2012. 

  5. Yang, G.P., Xi, X.M., Yin, Y.L.,"Finger vein recognition based on a personalized best bit map", Sensors, vol. 12, pp. 1738-1757, 2012. 

  6. Y. Lu, S.J Xie, S. Yoon, J.C Yang, and D.S Park, "Robust finger vein ROI localization based on flexible segmentation," Sensors, vol. 13, no. 11, pp.14339-14366, October, 2013. 

  7. R. Gonzales and R. Woods, "Digital Image Processing", Addison-Wesley Publishing Company, pp. 443-452, 1992, 

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