심전도 신호의 커플링 이미지를 이용한 개인 인식 방법
Personal Recognition Method using Coupling Image of ECG Signal
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초록
심전도 신호는 위조가 불가능하며 양쪽 손목에서 신호를 간편히 취득할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 심전도 신호의 방향 정보를 이용해 커플링 이미지를 생성하고, 이를 이용한 개인 인식 방법을 제안한다. 제안하는 커플링 이미지는 정방향 심전도 신호와 R-peak를 기준으로 회전된 역방향 심전도 신호를 이용해 생성하며, 생성한 커플링 이미지는 개인별로 고유한 패턴과 명암을 나타낸다. 또한 같은 주기의 심전도 신호 연산을 통해 R-peak 영역 데이터가 증가하여 개인 인식 성능 향상이 가능하다. 생성한 커플링 이미지는 제안한 합성곱 신경망을 이용해 패턴 및 명암에 대한 특징을 추출하며, 네트워크 속도 향상을 위해 다수의 풀링층을 사용해 데이터 크기를 축소한다. 실험은 47명의 공개된 심전도 데이터를 이용하며, 공개된 네트워크 중 top-5 성능이 상위권인 5개 네트워크와 제안한 네트워크를 이용해 비교 실험을 진행한다. 실험 결과 제안한 네트워크의 개인 인식 성능이 99.28%로 가장 높게 나타남에 따라, 제안한 커플링 이미지를 이용한 개인 인식 방법이 유효함을 확인하였다.
Abstract
Electrocardiogram (ECG) signals cannot be counterfeited and can easily acquire signals from both wrists. In this paper, we propose a method of generating a coupling image using direction information of ECG signals as well as its usage in a personal recognition method. The proposed coupling image is generated by using forward ECG signal and rotated inverse ECG signal based on R-peak, and the generated coupling image shows a unique pattern and brightness. In addition, R-peak data is increased through the ECG signal calculation of the same beat, and it is thus possible to improve the recognition performance of the individual. The generated coupling image extracts characteristics of pattern and brightness by using the proposed convolutional neural network and reduces data size by using multiple pooling layers to improve network speed. The experiment uses public ECG data of 47 people and conducts comparative experiments using five networks with top 5 performance data among the public and the proposed networks. Experimental results show that the recognition performance of the proposed network is the highest with 99.28%, confirming potential of the personal recognition.
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