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심전도의 위상공간 재구성을 통한 기하학적 특징 기반 개인인증

Title
심전도의 위상공간 재구성을 통한 기하학적 특징 기반 개인인증
Other Titles
Personal authentication based on geometric features in reconstructed phase space for electrocardiogram
Author
김도현
Alternative Author(s)
Kim Do Hyun
Advisor(s)
김인영
Issue Date
2019-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
생체인증은 사람의 생리학적, 행동학적 속성을 이용하여 통계적으로 개인 간을 구별하는 기술이다. 그중에서도 심전도는 생리학적 속성 중 하나로써 심장에서 발생하는 활동전위를 기록한 전기신호이다. 심전도 신호는 사람마다 다르게 나타나는데, 이는 성별, 키, 몸무게, 심장의 위치, 크기, 형태, 전기 생리학적 특성 등이 모두 다르기 때문이다. 그리고 다른 생체신호와는 다르게 사용자가 살아있을 경우에만 측정할 수 있기 때문에 위조 및 변조가 어렵고, 측정할 때 특별한 자세나 행동이 요구되지 않기 때문에 보안성, 편의성 측면에서 강점을 갖는 새로운 생체인증 기술로서 주목을 받고 있다. 그러나 대부분의 기존 심전도 인증연구는 단기간 및 휴식상태에서 측정한 심전도를 사용하였으며, 1차원의 심전도 신호에서 추출한 특징을 기반으로 인증을 수행하였다. 그러나 1차원의 심전도에서는 제한된 정보만을 얻을 수 있으며, 개선된 인증 결과를 얻기 위해서는 다차원의 분석이 필요하다. 본 연구에서는 단일 심전도를 위상공간에서 재구성하고, 이를 기반으로 2차원 및 3차원의 위상공간에서 추출한 기하학적 특징을 이용하는 새로운 인증방법을 제시하였다. 실험에 사용된 심전도 데이터는 심박수에 영향을 줄 수 있는 측정 기간 및 상황을 고려하여, 총 14명의 피험자로부터 6-12달에 걸쳐서 다양한 상황(Resting, Exercise, Listening to music, Watching the movie)에서 수집하였다. 그리고 Piecewise-normalization을 적용하여 심박수에 따른 심전도 형태학적 변동을 최소화하고자 하였다. 상기 심전도에 시간지연 기법(Time-delay embedding procedure)을 적용하여 2차원 및 3차원의 위상공간으로 재구성하였고, 이 공간에서 21가지 기하학적 특징을 추출하였다. 개인인증을 수행하기 위해 Support vector machine(SVM) 분류기를 이용하였으며, 비선형 커널인 polynomial 커널을 적용하였다. 또한 과적합(Over-fitting)을 방지하기 위하여 10-fold cross validation(교차검증)을 수행하였다. 본 연구에서는 위상공간 재구성에 필요한 시간지연 값을 최적화시키기 위해시간지연 값을 변화시키면서 기하학적 특징을 추출하였다. 이를 바탕으로 개인인증을 반복적으로 수행하였고, 시간지연 값을 8ms로 최적화하였다. 또한 Relief-F 알고리즘을 적용하여 기하학적 특징을 값을 기반으로 순위를 매겨, 최적의 개인 인증 결과를 나타내는 18개의 특징조합을 제시하였다. 그리고 기존 심전도인증 연구에서 사용한 1차원 심전도 신호의 Fiducial point 기반 특징을 이용하여 본 연구에서 제시하는 알고리즘과 비교하였다. 그 결과 본 연구에서 제시하는 방식은 False acceptance ratio(오인식률) 2.68%, False rejection ratio(오거부율) 1.29% 그리고 Accuracy(정확도) 98.01%로 기존의 연구보다 향상된 결과를 보였다. 따라서 본 연구에서 제안한 심전도의 위상공간 재구성을 기반으로 한 알고리즘을 웨어러블 디바이스에 적용하고 현실적인 문제점을 보완하여 뱅킹시스템, 헬스케어 플랫폼 등의 생체인증시스템이 필요로 하는 수많은 분야에서 활용될 수 있을 것이다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/99936http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000435135
Appears in Collections:
GRADUATE SCHOOL OF BIOMEDICAL SCIENCE AND ENGINEERING[S](의생명공학전문대학원) > BIOMEDICAL ENGINEERING(생체의공학과) > Theses (Master)
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