KR20220135752A - finger vein recognition apparatus using peak data and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 지정맥 인식을 위하여 피크 데이터를 이용하여 혈관 패턴 특징을 추출하여 지정맥을 검출할 수 있는 기술에 대한 것으로, 더욱 자세하게는 피크 데이터 검출을 통해 손가락 마디 위치 및 정맥 패턴 검출을 통해 영상 전처리과정이 없이 수행되어 검출 시간을 줄일 수 있고, 적외선 투과율이 낮아 상대적으로 어두운 정맥 영상의 검출 오류를 최소화할 수 있는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치 및 그 방법에 대한 것이다.The present disclosure relates to a technique capable of detecting a finger vein by extracting blood vessel pattern features using peak data for finger vein recognition, and more specifically, image preprocessing through finger joint position and vein pattern detection through peak data detection A finger vein detection device and method using peak data that can be performed without a process to reduce detection time and minimize detection errors of relatively dark vein images due to low infrared transmittance.
바이오 인식은 개인의 고유한 신체적 특징으로 사용자를 판별하는 보안 방법 중 하나로 누구나 가지고 있는 보편성, 변하지 않고 변경 불가능한 영구성, 고유특성으로 구별이 가능한 유일성, 쉽게 확인 및 정량화 할 수 있는 획득성, 환경 변화에 영향을 받지 않는 정확성, 사용자의 거부감이 없는 수용성, 작위적인 부정사용으로부터 안전한 기만성과 같은 7가지 조건을 만족해야 하며, 이 조건을 만족하는 지문, 홍채, 망막, 얼굴, 혈관 패턴 등이 바이오 인식 기술로 이용되고 있다.Biometrics is one of the security methods to identify users based on the unique physical characteristics of an individual. It must satisfy seven conditions, such as unaffected accuracy, user acceptance without objection, and deception safe from arbitrary illegal use. is being used as
현재 생체 특징을 이용한 바이오 인식방법은 지문패턴을 이용한 지문인식이 다양한 분야에 사용되고 있고, 홍채패턴을 이용한 홍채인식, 얼굴 크기 및 모양을 이용한 얼굴인식, EEG(electroencephalography)기반 뇌파를 이용한 뇌파인식, 정맥패턴을 이용한 정맥인식 등이 있다. 이러한 신체 부위의 모양, 크기를 이용한 인식방법 외에도 사람의 행동 패턴, 목소리 등과 같은 행동학적 인식방법도 연구되었다.Currently, as for biometric recognition methods using biometric features, fingerprint recognition using fingerprint patterns is used in various fields, iris recognition using iris patterns, face recognition using face size and shape, EEG (electroencephalography) based EEG (electroencephalography) based EEG, and vein Vein recognition using patterns, etc. In addition to the recognition methods using the shape and size of body parts, behavioral recognition methods such as human behavior patterns and voices were also studied.
바이오 인식 방법 중 지문인식은 개발비 및 활용도 측면에서 우수해 현재 다양한 분야에 사용되고 있다. 하지만, 지문인식은 땀, 먼지와 같은 외부 요인으로 인해 인식률이 저하되거나, 상처와 같은 변형이 발생하면 인식이 되지 않는 문제점을 가지고 있다. 또한, 지문은 젤라틴 등으로 복제가 가능하고, 위조, 변조가 다른 신체부위 보다 상대적으로 쉬운 점 때문에 개인 인증 및 보안이 중요한 곳에서는 문제가 될 가능성이 높다. 이에 따라, 지문인식의 단점을 보완하기 위해 홍채 인식이 개발되었고, 주목받는 바이오 인식 방법 중 하나다. 홍채는 같을 확률이 지문과 비슷한 약 10억분의 1이고, 약 260개의 고유패턴이 있어 지문보다 안정적으로 인식할 수 있는 특징을 가지고 있다. 하지만, 홍채는 고해상도 사진으로 복제가 가능하여 보안이 취약해지는 문제점이 발견되었다. 앞선 바이오 인식방법의 문제점과 단점을 보완할 수 있는 정맥 인식 방법이 최근 주목받고 많은 연구가 진행되고 있다. 정맥은 같을 확률이 약 32억분의 1로 지문, 홍채에 비해 상대적으로 낮은 확률을 가지고 있고, 지문, 홍채에 비해 상대적으로 위조, 변조 및 복제가 어렵다는 특징을 가지고 있어 개인인증 및 보안이 중요한 곳에서 효율적으로 사용할 수 있다.Among biometric methods, fingerprint recognition is excellent in development cost and usability, and is currently being used in various fields. However, fingerprint recognition has a problem in that the recognition rate is lowered due to external factors such as sweat and dust, or when deformation such as a wound occurs, recognition is not performed. In addition, since fingerprints can be copied with gelatin, etc., and forgery and falsification are relatively easier than other body parts, there is a high possibility that this will become a problem in places where personal authentication and security are important. Accordingly, iris recognition has been developed to compensate for the shortcomings of fingerprint recognition, and it is one of the biorecognition methods that are attracting attention. The probability of the iris being the same is about 1 in 1 billion, similar to that of a fingerprint, and there are about 260 unique patterns, so it has the characteristic of being more stable than a fingerprint. However, it was discovered that the iris could be duplicated as a high-resolution photo, making security weak. A vein recognition method that can compensate for the problems and shortcomings of the previous biorecognition method has recently attracted attention and a lot of research is being conducted. The same probability of veins is about 1 in 3.2 billion, which has a relatively low probability compared to fingerprints and irises, and has a characteristic that it is relatively difficult to forge, falsify and duplicate compared to fingerprints and iris, so it is used in places where personal authentication and security are important. can be used efficiently.
한편, 지정맥 인식은 근적외선 광을 손가락에 조사하여 영상을 획득한 후, 특징 추출, 분류, 매칭 등과 같은 과정을 거쳐 사용자를 인증하는 바이오 인식 방법 중 하나로 각광받고 있으며, 정맥 영상 획득 시 개인의 손가락 두께에 따른 적외선 투과율 차이, 주변 환경 잡음 및 조명이 균일하지 않은 상태로 획득한 영상은 영상 내에서 정맥과 배경 분리에 많은 어려움이 있고, 손가락 위치가 변하면 인식률이 저하되는 문제점이 존재한다.On the other hand, finger vein recognition is spotlighted as one of the biorecognition methods for authenticating a user through processes such as feature extraction, classification, and matching after acquiring an image by irradiating a finger with near-infrared light, and when acquiring a vein image, an individual's finger The difference in infrared transmittance according to thickness, ambient noise, and an image acquired in a non-uniform state have many difficulties in separating veins from the background in the image, and there is a problem in that the recognition rate is lowered when the position of the finger is changed.
본 개시의 일 실시예에 따르면 얇은 지정맥까지 확실하게 인식하기 위하여 손가락 이미지를 그레이 스케일 변환을 통해 지정맥 혈관을 더 선명하게 부각시키고, 이미지의 밝기 값을 추출하여 피크 데이터를 검출하며 이를 통해 지정맥을 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, in order to reliably recognize even thin finger veins, the finger image is more clearly emphasized through gray scale conversion, and the brightness value of the image is extracted to detect peak data and designate it through this pulse can be detected.
이를 위하여 영상 이미지를 대상으로 SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘 또는 DSTW(Down Slope Trace Waveform) 알고리즘을 이용하여 피크 데이터를 검출할 수 있으며, 더욱 명확한 검출을 위하여 블루 LED 조사, 외각선 강조, 데이터 평활화 등을 수행하여 적외선 투과율이 낮아 상대적으로 어두운 정맥 영상에 대한 검출 오류 최소화 감소 및 정확도 향상의 결과를 도출할 수 있다.For this, peak data can be detected using SWA (Shifted Waveform Analysis) algorithm or DSTW (Down Slope Trace Waveform) algorithm for video images. For clearer detection, blue LED irradiation, outline highlighting, data smoothing, etc. It is possible to derive the result of minimizing the detection error and improving the accuracy of the relatively dark vein image due to the low infrared transmittance.
본 개시의 일 형태에 의하면, 복합파장을 이용하여 촬영한 사용자의 손가락에 대한 영상을 실시간으로 캡처하여 복수의 영상 이미지를 생성하는 영상 캡처부; RGB 색상 중 레드의 비율이 가장 높게 적용된 그레이 스케일 변환 비율에 따라 상기 복수의 영상 이미지를 대상으로 그레이 스케일 변환을 수행하는 그레이 스케일 변환부; 상기 복수의 영상 이미지의 밝기 값을 추출하고, 상기 추출된 밝기 값을 이용하여 피크 데이터를 검출하는 피크 데이터 검출부; 및 검출된 상기 피크 데이터를 이용하여 지정맥을 검출하는 지정맥 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치가 제공된다.According to one aspect of the present disclosure, there is provided an image capture unit for generating a plurality of image images by capturing an image of a user's finger photographed using a complex wavelength in real time; a gray scale conversion unit configured to perform gray scale conversion on the plurality of video images according to a gray scale conversion ratio to which a ratio of red among RGB colors is highest; a peak data detector extracting brightness values of the plurality of video images and detecting peak data using the extracted brightness values; And there is provided a finger vein detection device using peak data, characterized in that it comprises a finger vein detection unit for detecting a finger vein using the detected peak data.
일 실시예에서, 상기 영상 캡처부는 복수의 영상 이미지의 평균 밝기 값에 따라 이미지 밝기 설정 값을 조정할 수 있다.In an embodiment, the image capture unit may adjust an image brightness setting value according to an average brightness value of a plurality of image images.
일 실시예에서, 그레이 스케일이 수행된 상기 복수의 영상 이미지를 대상으로 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거하여 손가락의 외각선을 강조하는 외각선 강조부를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the apparatus may further include an outline highlighter for emphasizing an outline of a finger by removing a higher frequency or a lower frequency than a preset reference frequency range for the plurality of image images on which the gray scale has been performed.
일 실시예에서, 상기 복수의 영상 이미지의 주파수 평균을 계산하여 단일 출력 지점을 생성하고, 상기 단일 출력 지점을 기점으로 저역 통과 필터를 통해 데이터 또는 신호를 필터링하여 데이터를 평활화하는 데이터 평활화 수행부를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, a data smoothing performing unit that generates a single output point by calculating the frequency average of the plurality of image images and smoothes the data by filtering data or signals through a low-pass filter using the single output point as a starting point further may include
일 실시예에서, 상기 그레이 스케일 변환부는 상기 그레이 스케일 변환 비율에 있어 레드, 그린, 블루의 비율이 7 : 1.5 : 1.5일 수 있다.In an embodiment, the gray scale conversion unit may have a ratio of red, green, and blue in the gray scale conversion ratio of 7:1.5:1.5.
일 실시예에서, 상기 영상 캡처부는 상기 이미지 밝기 설정 값을 조정하기 위하여 블루 LED를 사용하며, 상기 블루 LED의 조사 각도, 조도, 시간을 제어하여 상기 복수의 영상 이미지에 포함된 손가락의 선명도를 높일 수 있다.In one embodiment, the image capture unit uses a blue LED to adjust the image brightness setting value, and controls the irradiation angle, illuminance, and time of the blue LED to increase the sharpness of the fingers included in the plurality of image images. can
일 실시예에서, 상기 피크 데이터 검출부는 상기 영상 이미지를 대상으로 SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘을 적용함으로써, 상기 영상 이미지에 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복할 수 있다.In an embodiment, the peak data detection unit applies a shifted waveform analysis (SWA) algorithm to the video image by as many as the number of pixels in the horizontal direction in the vertical direction and the number of pixels in the horizontal direction in the vertical direction in the video image. The SWA technique can be repeated.
일 실시예에서, 상기 피크 데이터 검출부는 상기 SWA 기법의 반복이 완료된 후, SWA 데이터와 원본 영상 이미지 데이터의 차이를 계산하고, 미리 설정한 문턱 값을 넘으면 피크(peak)로 결정할 수 있다.In an embodiment, the peak data detection unit may calculate a difference between the SWA data and the original video image data after the repetition of the SWA technique is completed, and determine a peak when a preset threshold value is exceeded.
일 실시예에서, 상기 지정맥 검출부는 상기 피크 데이터의 픽셀 값이 미리 설정된 기준 값보다 크면 255로 변환하고 피크가 아닌 부분의 픽셀 값은 0으로 고정하여 영상 이미지를 재구성할 수 있다.In an embodiment, the finger vein detection unit may reconstruct the video image by converting the pixel value of the peak data to 255 when the pixel value is greater than a preset reference value and fixing the pixel value of the non-peak portion to 0.
일 실시예에서, 검출된 상기 피크 데이터를 이용하여 손가락 마디를 검출하는 마디 검출부를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the apparatus may further include a knurl detector configured to detect a knuckle by using the detected peak data.
본 개시의 다른 형태에 의하면, 복합파장을 이용하여 촬영한 사용자의 손가락에 대한 영상을 실시간으로 캡처하여 복수의 영상 이미지를 생성하는 단계; RGB 색상 중 레드의 비율이 가장 높게 적용된 그레이 스케일 변환 비율에 따라 상기 복수의 영상 이미지를 대상으로 그레이 스케일 변환을 수행하는 단계; 상기 복수의 영상 이미지의 밝기 값을 추출하고, 상기 추출된 밝기 값을 이용하여 피크 데이터를 검출하는 단계; 및 검출된 상기 피크 데이터를 이용하여 지정맥을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법이 제공된다.According to another aspect of the present disclosure, generating a plurality of video images by capturing an image of a user's finger photographed using a complex wavelength in real time; performing gray scale conversion on the plurality of video images according to a gray scale conversion ratio to which a ratio of red is the highest among RGB colors; extracting brightness values of the plurality of video images and detecting peak data using the extracted brightness values; And there is provided a finger vein detection method using peak data, characterized in that it comprises the step of detecting a finger vein using the detected peak data.
일 실시예에서, 상기 영상 이미지를 생성하는 단계는 복수의 영상 이미지의 평균 밝기 값에 따라 이미지 밝기 설정 값을 조정할 수 있다.In an embodiment, the generating of the video image may include adjusting an image brightness setting value according to an average brightness value of a plurality of video images.
일 실시예에서, 그레이 스케일이 수행된 상기 복수의 영상 이미지를 대상으로 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거하여 손가락의 외각선을 강조하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the method may further include emphasizing the outline of a finger by removing a higher frequency or a lower frequency than a preset reference frequency range for the plurality of image images on which the gray scale has been performed.
일 실시예에서, 상기 복수의 영상 이미지의 주파수 평균을 계산하여 단일 출력 지점을 생성하고, 상기 단일 출력 지점을 기점으로 저역 통과 필터를 통해 데이터 또는 신호를 필터링하여 데이터를 평활화하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the method may further include generating a single output point by calculating a frequency average of the plurality of video images, and smoothing the data by filtering data or signals through a low-pass filter using the single output point as a starting point. can
일 실시예에서, 상기 그레이 스케일 변환을 수행하는 단계는 상기 그레이 스케일 변환 비율에 있어 레드, 그린, 블루의 비율이 7 : 1.5 : 1.5일 수 있다.In an embodiment, in the performing of the gray scale conversion, a ratio of red, green, and blue in the gray scale conversion ratio may be 7:1.5:1.5.
일 실시예에서, 상기 영상 이미지를 생성하는 단계는 상기 이미지 밝기 설정 값을 조정하기 위하여 블루 LED를 사용하며, 상기 블루 LED의 조사 각도, 조도, 시간을 제어하여 상기 복수의 영상 이미지에 포함된 손가락의 선명도를 높일 수 있다.In an embodiment, the generating of the video image uses a blue LED to adjust the image brightness setting value, and controls the irradiation angle, illuminance, and time of the blue LED to control a finger included in the plurality of video images. can increase the clarity of
일 실시예에서, 상기 피크 데이터를 검출하는 단계는 상기 영상 이미지를 대상으로 SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘을 적용함으로써, 상기 영상 이미지에 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the peak data includes applying a shifted waveform analysis (SWA) algorithm to the video image, so that the number of pixels in the horizontal and vertical directions in the video image is The SWA technique can be repeated as many as the number of pixels.
일 실시예에서, 상기 피크 데이터를 검출하는 단계는 상기 SWA 기법의 반복이 완료된 후, SWA 데이터와 원본 영상 이미지 데이터의 차이를 계산하고, 미리 설정한 문턱 값을 넘으면 피크(peak)로 결정하여 피크 데이터를 검출할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the peak data includes calculating a difference between the SWA data and the original video image data after the repetition of the SWA technique is completed, and determining a peak when a preset threshold value is exceeded. data can be detected.
일 실시예에서, 상기 지정맥을 검출하는 단계는 상기 피크 데이터의 픽셀 값이 미리 설정된 기준 값보다 크면 255로 변환하고 피크가 아닌 부분의 픽셀 값은 0으로 고정하여 영상 이미지를 재구성할 수 있다.In one embodiment, in the detecting of the finger vein, if the pixel value of the peak data is greater than a preset reference value, it is converted to 255 and the pixel value of the non-peak portion is fixed to 0 to reconstruct the image image.
일 실시예에서, 검출된 상기 피크 데이터를 이용하여 손가락 마디를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the method may further include detecting a knuckle by using the detected peak data.
본 개시의 일 실시예에 따라 구현된 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치를 통해 이미지 영상에 대한 전처리 없이도 더 적은 연산 자원과 시간을 통해 지정맥을 검출할 수 있으며, SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘 또는 DSTW(Down Slope Trace Waveform) 알고리즘을 이용하여 피크 데이터를 검출하여 이를 통한 지정맥을 검출함으로써 높은 정밀도를 도출할 수 있으며, 특히 SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘을 사용한 경우 97%이상의 정확도를 보여 신뢰도 높은 검출 기능을 제공하는 효과가 존재한다.Through the finger vein detection device using peak data implemented according to an embodiment of the present disclosure, it is possible to detect a finger vein through less computational resources and time without preprocessing the image image, and SWA (Shifted Waveform Analysis) algorithm or High precision can be derived by detecting peak data using DSTW (Down Slope Trace Waveform) algorithm and detecting finger veins through it. The effect of providing a detection function exists.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치의 구성도이다.
도 2은 본 개시의 제2 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치의 구성도이다.
도 3은 본 개시의 제3 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치의 구성도이다.
도 4는 본 개시의 제4 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치의 구성도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른, 지정맥 이미지상 특징점 검출 알고리즘을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따라, 지정맥 원본 이미지로부터 이미지 반전시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, SWA 알고리즘 예시를 나타낸 도면이고, 도 8은 SWA 알고리즘에서 피크(peak) 지점을 찾는 방법을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따라 수행된 그레이 스케일 변환 비율 별 그레이 스케일 변환 결과 이미지를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른, 마디 검출 기준을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 이미지를 대상으로 수행된 SWA 기법 적용 방향을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라, 두 신호 간의 차이에서의 피크값 특성을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따라, 특징 검출 알고리즘의 성능 확인 결과를 나타낸 도면으로, 도 13의 (A)는 X 축을 기준으로 한 결과이고, (B)는 Y 축을 기준으로 한 결과이며, (C)는 (A) 및 (B)의 결과를 결합한 결과이고, (D)는 원 이미지이다.
도 14는 본 개시의 다른 실시예에 따라, 특징 검출 알고리즘의 성능 확인 결과를 나타낸 도면으로, 도 14의 (A)는 X 축을 기준으로 한 결과이고, (B)는 Y 축을 기준으로 한 결과이며, (C)는 (A) 및 (B)의 결과를 결합한 결과이고, (D)는 원 이미지이다.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른, 특징 추출 알고리즘을 비교한 도면을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따라 SWA 알고리즘 학습을 위해 테스트 템플릿을 대상으로 수행된 SWA의 수행 과정을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따라 영상 이미지를 대상으로 수행된 SWA 기법 수행 결과를 나타낸 도면이다.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따라 영상 이미지를 대상으로 피크 데이터를 이용하여 손가락 마디를 검출한 마디 검출 이미지를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 SWA 알고리즘의 학습 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 20은 본 개시의 일 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법의 흐름도이다.1 is a block diagram of a finger vein detection device using peak data according to a first embodiment of the present disclosure.
2 is a block diagram of a finger vein detection device using peak data according to a second embodiment of the present disclosure.
3 is a block diagram of a finger vein detection device using peak data according to a third embodiment of the present disclosure.
4 is a block diagram of a finger vein detection device using peak data according to a fourth embodiment of the present disclosure.
5 is a diagram illustrating a feature point detection algorithm on a finger vein image according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 6 is a view showing the process of inverting the image from the original finger vein image, according to an embodiment of the present disclosure.
7 is a diagram illustrating an example of a SWA algorithm according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 8 is a diagram illustrating a method of finding a peak point in the SWA algorithm.
9 is a diagram illustrating a gray scale conversion result image for each gray scale conversion ratio performed according to an embodiment of the present disclosure.
10 is a diagram illustrating a node detection criterion according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 11 is a diagram illustrating an application direction of a SWA technique performed on a video image according to an embodiment of the present disclosure.
12 is a diagram illustrating a characteristic of a peak value in a difference between two signals, according to an embodiment of the present disclosure.
13 is a view showing a performance check result of a feature detection algorithm according to an embodiment of the present disclosure. In FIG. 13 (A) is a result based on the X axis, (B) is a result based on the Y axis, , (C) is the result of combining the results of (A) and (B), and (D) is the original image.
14 is a view showing a result of checking the performance of a feature detection algorithm according to another embodiment of the present disclosure, wherein (A) of FIG. 14 is a result based on the X axis, (B) is a result based on the Y axis, , (C) is the result of combining the results of (A) and (B), and (D) is the original image.
15 is a diagram illustrating a comparison of a feature extraction algorithm according to an embodiment of the present disclosure.
16 is a diagram illustrating a process of performing SWA performed on a test template for SWA algorithm learning according to an embodiment of the present disclosure.
17 is a diagram illustrating a result of performing a SWA technique performed on a video image according to an embodiment of the present disclosure.
18 is a diagram illustrating a knurl detection image obtained by detecting a knuckle by using peak data for a video image according to an embodiment of the present disclosure.
19 is a flowchart illustrating a learning process of the SWA algorithm according to an embodiment of the present disclosure.
20 is a flowchart of a finger vein detection method using peak data according to an embodiment of the present disclosure.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present disclosure will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present disclosure pertains can easily implement them. However, the present disclosure may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.And in order to clearly explain the present disclosure in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
이하, 도면을 참조하여 본 개시의 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치 및 그 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an apparatus and method for detecting finger veins using peak data according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치(1000)의 구성도이다.1 is a block diagram of a finger
본 개시의 실시예에 따르면 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치(1000)는 영상 캡처부(100), 그레이 스케일 변환부(200), 피크 데이터 검출부(300), 지정맥 검출부(400)를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the finger
영상 캡처부(100)는 복합파장을 이용하여 촬영한 사용자의 손가락에 대한 영상을 실시간으로 캡처하여 복수의 영상 이미지를 생성할 수 있다.The
본 개시의 일 실시예에 영상 캡처부(100)는 적외선 LED 및 녹색 LED의 복합 파장을 광원으로 하여 사용자의 손가락을 촬영할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, the
상기 실시예에 따르면 적외선 LED 및 녹색 LED의 복합 파장을 광원으로 사용자의 손가락을 촬영함으로써 손가락 내부의 정맥의 윤곽을 상대적으로 명확하게 촬영할 수 있다.According to the above embodiment, by photographing the user's finger using the complex wavelength of the infrared LED and the green LED as a light source, the outline of the vein inside the finger can be photographed relatively clearly.
본 개시의 일 실시예에 따르면 사용자의 손가락에 대한 영상을 실시간으로 캡처함으로써 촬영시간에 대한 지연없이 실시간으로 복수의 영상 이미지를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, by capturing an image of a user's finger in real time, it is possible to generate a plurality of image images in real time without delay in shooting time.
본 개시의 일 실시예에 따르면 영상 캡처부(100)는 복수의 영상 이미지의 평균 밝기 값에 따라 이미지 밝기 설정 값을 조정할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the
상기 실시예에 따르면 LED와 영상 이미지의 평균 밝기 값을 이용하여 영상 이미지의 밟기 값을 자동으로 조정하는 오토 레벨링(auto leveling)을 수행할 수 있다.According to the embodiment, auto leveling of automatically adjusting the step value of the video image by using the average brightness value of the LED and the video image may be performed.
본 개시의 일 실시예에 따르면 영상 캡처부(100)는 이미지 밝기 설정 값을 조정하기 위하여 블루 LED(blue LED)를 사용하며, 블루 LED의 조사 각도, 조도, 시간을 제어하여 복수의 영상 이미지에 포함된 손가락의 선명도를 높일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the
본 개시의 일 실시예에 따르면 조도를 제공하기 위한 LED 중 블루 LED를 사용함으로써, 손가락 내부의 지정맥을 좀 더 선명하게 부각시켜 촬영할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, by using a blue LED among LEDs for providing illumination, the finger veins inside the finger can be more clearly highlighted and photographed.
상기 실시예에 따르면 미리 설정된 기준에 부합될 정도의 선명도가 확보될 때까지 블루 LED의 조사 각도, 조도, 시간을 제어하여 복수의 영상 이미지에 포함된 손가락의 선명도를 상승시킬 수 있다.According to the above embodiment, it is possible to increase the sharpness of the fingers included in the plurality of video images by controlling the irradiation angle, the illuminance, and the time of the blue LED until the sharpness that meets the preset standard is secured.
그레이 스케일 변환부(200)는 RGB 색상 중 레드의 비율이 가장 높게 적용된 그레이 스케일 변환 비율에 따라 복수의 영상 이미지를 대상으로 그레이 스케일 변환을 수행할 수 있다.The gray
일반적으로 손가락을 촬영하여 획득한 정맥 영상은 혈관 부분이 어둡고, 배경 부분이 밝게 나타나며, 이러한 이미지로는 지정맥을 인식하는데 정확도가 떨어지는 문제점이 존재하는 바, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 개시의 일 실시예에 따라 그레이 스케일 변환부(200)는 그레이 스케일 변환을 수행할 수 있으며, 특히 RGB 색상 중 레드의 비율이 가장 높게 적용된 그레이 스케일 변환 비율로 그레이 스케일 변환을 수행할 수 있다.In general, a vein image obtained by photographing a finger has a dark blood vessel portion and a bright background portion, and there is a problem in that the accuracy of recognizing a finger vein is lowered with such an image. In order to solve this problem, one of the present disclosure According to an embodiment, the gray
상기 실시예에 따라 이미지의 RGB 픽셀 값을 반전시키면 혈관 부분이 밝고 나머지 배경과 잡음 부분이 어둡게 변환되므로, 정맥 영상은 혈관이 강조된 선명한 영상으로 재구성될 수 있다.When the RGB pixel values of the image are inverted according to the above embodiment, the blood vessel portion is bright and the remaining background and noise portions are converted to be dark, so that the vein image can be reconstructed into a clear image emphasizing the blood vessel.
본 개시의 일 실시예에 따르면 하기의 수학식 1과 같은 영상처리 함수를 이용하여 그레이 스케일 변환을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, gray scale conversion may be performed using an image processing function as in
[수학식 1][Equation 1]
본 개시의 일 실시예에 따르면 그레이 스케일 변환부(200)는 그레이 스케일 변환 비율에 있어 레드, 그린, 블루의 비율이 7 : 1.5 : 1.5일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the gray
상기 실시예에 따르면 그레이 스케일 변환 비율은 종래의 있어 레드, 그린, 블루의 비율이 1: 1 : 1로 그레이 스케일 변환을 수행하는 것보다 상대적으로 레드를 더 부각하여 그레이로 변환해야 혈관이 더 선명하게 보일 수 있으며, 실험결과 레드, 그린, 블루의 비율이 7 : 1.5 : 1.5로 그레이 스케일 변환하는 경우 지정맥이 가장 선명하게 인식될 수 있으며, 이에 대해서는 도 5를 참조하여 더 자세하게 설명하도록 한다.According to the above embodiment, the gray scale conversion ratio is conventional, and the red, green, and blue ratios are 1: 1: 1, rather than performing gray scale conversion, the blood vessels are clearer when the red is more emphasized and converted to gray. In the case of gray scale conversion in which the ratio of red, green, and blue is 7:1.5:1.5 as a result of the experiment, the finger veins can be recognized most clearly, and this will be described in more detail with reference to FIG. 5 .
피크 데이터 검출부(300)는 복수의 영상 이미지의 밝기 값을 추출하고, 추출된 밝기 값을 이용하여 피크 데이터를 검출할 수 있다.The
본 개시의 일 실시예에 따르면 피크 데이터 검출부(300)는 상기 영상 이미지를 대상으로 SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘을 적용할 수 있으며, SWA 알고리즘을 통해 영상 이미지에 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복하여 피크(peak)를 결정할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the peak
상기 실시예에 따르면 영상 이미지를 대상으로 SWA 알고리즘을 적용하여 신호의 기울기가 양수에서 음수로 바뀌는 지점을 피크로 결정할 수 있으며 DSTW 알고리즘 결과 값과 원신호의 차이를 이용하여 두 신호 간의 차이에서 피크를 계산하여 원신호의 피크 지점을 획득할 수 있다.According to the above embodiment, by applying the SWA algorithm to the video image, the point at which the slope of the signal changes from a positive number to a negative number can be determined as a peak. By calculation, the peak point of the original signal can be obtained.
상기 실시예에 따라 SWA 기법을 반복하여 수행함으로써 지정맥 특징점을 추출할 때 인식률 하락의 원인이 되는 혈관, 배경 및 잡음 분리를 수행할 수 있다.By repeatedly performing the SWA technique according to the above embodiment, it is possible to perform separation of blood vessels, backgrounds, and noises that cause a decrease in the recognition rate when extracting finger vein feature points.
본 개시의 일 실시예에 따르면 학습된 SWA 알고리즘의 템플릿을 이용하여 영상 이미지의 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복하여 피크(peak)를 결정할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a peak is determined by repeating the SWA technique by the number of pixels in the vertical direction in the horizontal direction and the number of pixels in the horizontal direction in the vertical direction of the video image using the template of the learned SWA algorithm. can
본 개시의 일 실시예에 따르면 피크 데이터 검출부(300)는 상기 SWA 기법의 반복이 완료된 후, SWA 데이터와 원본 영상 이미지 데이터의 차이를 계산하고, 미리 설정한 문턱 값을 넘으면 피크(peak)로 결정하여 피크 데이터를 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the
본 개시의 일 실시예에 따르면 영상 이미지를 이용하여 피크를 결정하기 위하여 SWA 알고리즘이 아닌 DSTW(Down Slope Trace Waveform) 알고리즘이 사용될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a Down Slope Trace Waveform (DSTW) algorithm, not a SWA algorithm, may be used to determine a peak using a video image.
지정맥 검출부(400)는 검출된 피크 데이터를 이용하여 지정맥을 검출할 수 있다.The finger
본 개시의 일 실시예에 따르면 피크 데이터를 이용하여 정맥이 부각되도록 영상 이미지를 재구성할 수 있으며, 재구성된 영상 이미지에서 정맥 혈관의 분포는 x, y축의 합성 벡터(vector) 성분으로 표시될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, an image image may be reconstructed so that veins are highlighted using peak data, and the distribution of vein blood vessels in the reconstructed image image may be expressed as a composite vector component of x and y axes. .
상기 실시예에 따르면 영상 이미지의 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼 SWA 기법을 반복하여 x축의 벡터 성분을 도출할 수 있으며, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복하여 y축의 벡터 성분을 도출할 수 있고 이를 통해 합성 벡터 성분을 도출할 수 있다.According to the above embodiment, the vector component of the x-axis can be derived by repeating the SWA technique by the number of pixels in the vertical direction in the horizontal direction of the video image, and the vector component of the y-axis by repeating the SWA technique by the number of pixels in the horizontal direction in the vertical direction can be derived, and a synthetic vector component can be derived from this.
본 개시의 일 실시예에 따르면 지정맥 검출부(400)는 피크 데이터의 픽셀 값이 기준 값보다 크면 255로 변환하고 피크가 아닌 부분의 픽셀 값은 0으로 고정하여 영상 이미지를 재구성할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the finger
본 개시의 일 실시예에 따르면 SWA 알고리즘 수행결과인 SWA 데이터와 오리지널 데이터의 차이를 계산하여 이를 기준 값으로 설정하고 피크 데이터의 픽셀 값이 기준 값보다 크면 255로 변환하고 피크가 아닌 부분의 픽셀 값은 0으로 고정하여 검은색 배경에 x축 벡터와 y축 벡터는 흰색으로 표기되는 영상 이미지로 재구성할 수 있으며, x축 벡터와 y축 벡터의 합성벡터를 통해 지정맥을 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the difference between the SWA data and the original data, which is the result of performing the SWA algorithm, is calculated and set as a reference value. If the pixel value of the peak data is greater than the reference value, it is converted to 255 and the pixel value of the non-peak part is fixed to 0, and the x-axis vector and y-axis vector on a black background can be reconstructed as an image image displayed in white, and finger veins can be detected through a composite vector of the x-axis vector and y-axis vector.
도 2은 본 개시의 제2 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a finger vein detection device using peak data according to a second embodiment of the present disclosure.
도 2를 참조하면 본 개시의 제2 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치(1100)는 제1 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치(1000)에 외각선 강조부(500)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the finger
본 개시의 제2 실시예에 따르면 외각선 강조부(500)는 그레이 스케일이 수행된 복수의 영상 이미지를 대상으로 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거하여 손가락의 외각선을 강조할 수 있다.According to the second embodiment of the present disclosure, the
본 개시의 일 실시예에 따르면 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거하기 위해 베이스라인 필터(Baseline Filter)를 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a baseline filter may be used to remove a higher frequency or a lower frequency than a preset reference frequency range.
상기 실시예에 따르면 베이스라인 필터는 가중치 최소 자승(Weighted Least Squares: WLS) 기준 알고리즘을 이용하여 자동 계산 방식을 통해 기준선만으로 가장 많은 점수를 얻은 점수를 결정할 수 있으며, 이를 반복적으로 수행하여 각 스펙트럼에 기준선을 맞추고 어떤 변수가 기준선보다 명확하게 위에 있는지 결정함으로써 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거할 수 있다.According to the above embodiment, the baseline filter can determine the score with the highest score only with the baseline through an automatic calculation method using a Weighted Least Squares (WLS) criterion algorithm, and by repeatedly performing this, each spectrum is By fitting a baseline and determining which variables are clearly above the baseline, high or low frequencies above a preset reference frequency range can be removed.
도 3은 본 개시의 제3 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치의 구성도(1200)이다.3 is a block diagram 1200 of a finger vein detection device using peak data according to a third embodiment of the present disclosure.
도 3을 참조하면 본 개시의 제3 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치(1200)는 제2 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치(1100)에 데이터 평활화 수행부(600)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the finger
본 개시의 제3 실시예에 따르면 데이터 평활화 수행부(600)는 복수의 영상 이미지의 주파수 평균을 계산하여 단일 출력 지점을 생성하고, 상기 단일 출력 지점을 기점으로 저역 통과 필터를 통해 데이터 또는 신호를 필터링하여 데이터를 평활화할 수 있다.According to the third embodiment of the present disclosure, the
본 개시의 일 실시예에 따르면 단일 출력 지점을 기점으로 저역 통과 필터를 통해 데이터 또는 신호를 필터링하기 위하여 이동 평균 필터(Moving Average Filter)를 사용할 수 있으며, 이동 평균 필터는 샘플링된 데이터/신호의 배열을 평활화하는데 일반적으로 사용되는 간단한 저역 통과 유한 임펄스 응답(FIR)필터일 수 있으며, 한 번에 M개의 입력 샘플을 취하여 단일 출력 지점을 생성한다. 원하지 않는 잡음이 많은 데이터/신호를 필터링 하는데 간편한 저역 통과 필터(LPF)구조를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a moving average filter may be used to filter data or a signal through a low-pass filter based on a single output point, and the moving average filter is an array of sampled data/signals. It can be a simple low-pass finite impulse response (FIR) filter commonly used to smooth . It can have a simple low-pass filter (LPF) structure to filter out unwanted noisy data/signals.
도 4는 본 개시의 제4 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치의 구성도이다.4 is a block diagram of a finger vein detection device using peak data according to a fourth embodiment of the present disclosure.
도 4를 참조하면 본 개시의 제4 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치(1200)는 제1 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치(1000)에 마디 검출부(700)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the finger
본 개시의 제4 실시예에 따르면 마디 검출부(700)는 검출된 피크 데이터를 이용하여 손가락 마디를 검출할 수 있다.According to the fourth embodiment of the present disclosure, the
본 개시의 일 실시예에 따르면 피크 데이터를 이용하여 손가락의 2개의 마디 위치를 계산하여 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, it is possible to calculate and detect the positions of two knurls of a finger using peak data.
상기 실시예에 따르면 사람의 손가락은 엄지손가락을 제외한 검지, 중지, 약지, 새끼손가락에 마디가 2개씩 존재하므로, 피크 데이터를 이용하여 손가락의 2개의 마디 위치를 계산하여 검출할 수 있다.According to the above embodiment, since two knurls exist in each of the index, middle, ring, and little fingers except for the thumb, the human finger can be detected by calculating the positions of the two knurls using peak data.
본 개시의 일 실시예에 따르면 영상 이미지를 반으로 나누고 좌측에서 SWA 데이터와 원본 영상 이미지 데이터의 차이를 계산한 값이 가장 큰 피크와 우측에서 값이 가장 큰 피크를 선정하여 이를 마디로 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the video image is divided in half, and the peak having the largest value calculated by calculating the difference between the SWA data and the original video image data on the left side and the peak with the largest value on the right side are selected and detected as nodes. have.
본 개시의 일 실시예에 따르면 마디를 검출하여 촬영의 대상이 된 물체가 손가락이 맞는지 진위를 판단하는 용도로 쓰일 수 있으며, 검출된 마디 사이의 손가락을 국한하여 지정맥을 검출함으로써 검출 시간 단축 및 정확도를 향상할 수 있는 용도로도 쓰일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, it can be used for the purpose of determining whether or not the target object to be photographed is a finger by detecting the nodes, and reducing the detection time and detecting finger veins by limiting the fingers between the detected nodes. It can also be used to improve accuracy.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른, 지정맥 이미지상 특징점 검출 알고리즘을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a feature point detection algorithm on a finger vein image according to an embodiment of the present disclosure.
손가락 정맥 영상 획득 시 적외선 광을 손가락에 투과하기 때문에 흡광도 차이로 배경은 밝게 혈관은 어둡게 보인다. 또한, 사용자 개인의 손가락 두께에 따라 적외선 투과율이 달라 손가락이 두꺼운 사람은 이미지가 전체적으로 어둡고, 손가락이 얇은 사람은 이미지가 밝아 정맥 위치 확인이 어렵다. 기존 검출 알고리즘은 영상 전처리과정을 수행하므로 검출 시간이 증가되고, 조명이 불균일한 환경에서 획득한 영상은 지정맥 검출 오류가 발생하는 문제점이 있다. 본 발명자가 개발한 정맥추출 알고리즘은 전처리과정 없이 수행되어 검출 시간 감소 및 SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘을 적용하여 조명이 불균일한 환경에서 획득한 영상도 지정맥 검출이 가능하고, 손가락 위치가 변하여도 손가락 마디로 기준점을 잡아 인식률이 저하되지 않는 특징을 가지고 있다. 알고리즘 수행과정은 획득한 지정맥 영상에서 혈관을 밝게 변환시켜주기 위한 픽셀 값 반전을 수행한 후, SWA알고리즘을 적용하여 원 이미지와 SWA값 차이를 계산한다. 계산된 값은 마디 검출 알고리즘을 적용하여 마디 위치를 알 수 있고, 특징 검출 알고리즘을 적용하면 배경 및 잡음이 제거되고, 혈관 특징만 검출된 영상으로 재구성된다.When acquiring a finger vein image, infrared light is transmitted through the finger, so the background is bright due to the difference in absorbance, and blood vessels appear dark. In addition, since the infrared transmittance varies according to the thickness of an individual's finger, a person with thick fingers has a dark overall image, and a person with a thin finger has a bright image, making it difficult to identify the vein location. The existing detection algorithm performs an image preprocessing process, so the detection time is increased, and there is a problem in that a finger vein detection error occurs in an image acquired in an environment with non-uniform lighting. The vein extraction algorithm developed by the present inventor reduces the detection time and applies the SWA (Shifted Waveform Analysis) algorithm as it is performed without pre-processing, so that even images acquired in an environment with uneven lighting can be detected even when the finger position changes. It has a characteristic that the recognition rate is not lowered by holding the reference point with the knuckle of a finger. The algorithm execution process performs pixel value inversion to brighten blood vessels in the acquired finger vein image, and then calculates the difference between the original image and the SWA value by applying the SWA algorithm. The calculated value can know the node position by applying the node detection algorithm. When the feature detection algorithm is applied, the background and noise are removed, and only the blood vessel features are detected and reconstructed into an image.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따라, 지정맥 원본 이미지로부터 이미지 반전시키는 과정을 나타낸 도면이다.Figure 6 is a view showing the process of inverting the image from the original finger vein image, according to an embodiment of the present disclosure.
획득한 정맥 영상은 상대적으로 혈관이 어둡고, 배경이 밝게 나타난다. RGB 형식의 정맥영상은 Gray Scale 변환 후, 전체 영상 픽셀 값을 반전시키면 혈관은 상대적으로 밝고, 배경 및 잡음은 어둡게 재구성된다. 도 6의 (A)는 지정맥 검출 장치(1000)에서 얻은 3-Channel Gray Scale 정맥영상 원본이고, 도 6의 (B)는 1-Channel Gray Scale로 변환된 영상이다. 육안으로 달라진 점은 없지만 이후 수행 과정에서 메모리 사용 감소 및 수행시간 단축 가능한 특징을 가지고 있다. 마지막으로 도 6의 (C)는 도 6의 (B)의 이미지의 전체 픽셀 값을 반전시켜 재구성한 영상이다.The acquired vein image shows relatively dark blood vessels and a bright background. After converting the RGB format vein image to gray scale, if the entire image pixel value is inverted, the blood vessels are relatively bright and the background and noise are reconstructed to be dark. 6A is an original 3-Channel Gray Scale vein image obtained by the finger
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른, SWA 알고리즘 예시를 나타낸 도면이고, 도 8은 SWA 알고리즘에서 피크(peak) 지점을 찾는 방법을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating an example of a SWA algorithm according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 8 is a diagram illustrating a method of finding a peak point in the SWA algorithm.
도 7에서 점선은 SWA신호를 나타내고, 실선은 원신호 x(n)을 나타낸다. SWA신호는 원신호가 증가하는 부분에서 원신호를 유지하고, 신호의 기울기가 0이 되는 지점인 변곡점에서 SWA신호는 p점에서 d점까지 피크(peak)값이 유지된다. 이 후, SWA신호는 원신호보다 같거나 작아질 때까지 d점에서 x점까지의 변화처럼 감소하는 과정을 반복한다. 이때, 신호의 특성을 도 8과 같은 형태로 구분하여 검출한다. 도 8의 (A)는 피크를 찾는 것을 나타내고, 도 8의 (B)는 피크에서 시프트(shift)하고 있는 것을 나타낸다.In FIG. 7, a dotted line indicates a SWA signal, and a solid line indicates an original signal x(n). The SWA signal maintains the original signal at the point where the original signal increases, and at the inflection point, which is the point where the slope of the signal becomes 0, the SWA signal maintains a peak value from the p point to the d point. After that, the SWA signal repeats the process of decreasing like a change from point d to point x until it is equal to or smaller than the original signal. At this time, the characteristics of the signal are classified and detected in the form shown in FIG. 8 . Fig. 8(A) shows finding a peak, and Fig. 8(B) shows shifting from the peak.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따라 수행된 그레이 스케일 변환 비율 별 그레이 스케일 변환 결과 이미지를 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating a gray scale conversion result image for each gray scale conversion ratio performed according to an embodiment of the present disclosure.
도 9를 참조하면 본 개시의 일 실시예에 따라 수행된 그레이 스케일 변환 비율 별 그레이 스케일 변환 결과 이미지가 나타나 있으며, 도 9와 같이 기타 그레이 스케일 변환 비율로 그레이 스케일 변환을 수행하였을 때 보다 레드, 그린, 블루의 비율이 7: 1.5 : 1.5인 그레이 스케일 변환 비율을 통해 그레이 스케일 변환을 수행하였을 때 정맥 혈관이 상대적으로 선명하게 보이는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9 , a gray scale conversion result image for each gray scale conversion ratio performed according to an embodiment of the present disclosure is shown, and red and green than when gray scale conversion is performed with other gray scale conversion ratios as shown in FIG. 9 . , it can be seen that the venous blood vessels are relatively clearly visible when the gray scale conversion is performed through the gray scale conversion ratio of 7: 1.5: 1.5 in the ratio of blue.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른, 마디 검출 기준을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른, 영상 이미지를 대상으로 수행된 SWA 기법 적용 방향을 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating a node detection criterion according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 11 is a diagram illustrating an application direction of a SWA technique performed on a video image according to an embodiment of the present disclosure.
SWA알고리즘은 마디 검출 과정을 위해 도 10에서 보이는 것과 같이 Yc를 기준으로 1번만 수행된다. 또한, 특징 검출 과정을 위해 도 11의 (A)에서 보이는 것과 같이 x축을 기준으로 Xn번, 도 11의 (B)에서 보이는 것과 같이 y축을 기준으로 Ym번만큼 수행한다.The SWA algorithm is performed only once based on Yc as shown in FIG. 10 for the node detection process. In addition, for the feature detection process, as shown in (A) of FIG. 11 , Xn times on the x-axis and Ym times on the y-axis as shown in (B) of FIG. 11 are performed.
사람 손가락은 엄지손가락을 제외한 검지, 중지, 약지, 새끼손가락에 마디가 2개씩 있다. 영상처리를 통해 2개의 마디 위치를 계산할 수 있도록 한다. 이미지 전환된 영상에 대해 도 10의 Yc 위치와 같은 성분인 (x0, yc), (x1, yc) ~ (xn, yc)에 SWA 알고리즘을 적용하여 SWA 신호를 얻는다. 이후, 도 10의 Xc 위치를 기준으로 왼쪽에서 도 8과 같은 특성을 가지는 값 중 큰 값의 위치를 계산하고, Xc 위치를 기준으로 오른쪽에서도 같은 과정을 수행하여 마디 위치를 계산한다.Human fingers have two joints on each index, middle, ring, and little finger except for the thumb. It is possible to calculate the position of two nodes through image processing. The SWA signal is obtained by applying the SWA algorithm to (x 0, y c ), (x 1, y c ) to (x n, y c ), which are the same components as the Yc position of FIG. 10 for the image-converted image. Thereafter, the position of the largest value among the values having the same characteristics as in FIG. 8 is calculated on the left based on the Xc position of FIG. 10 , and the same process is performed on the right side based on the Xc position to calculate the node position.
원 신호는 다음 과정에 필요한 값을 취득하기 위하여 SWA 알고리즘 수행결과의 신호와 차이를 계산한다. 이 때, 원 신호와 SWA 신호의 차이 계산은 마디 위치 계산 과정을 반복한 회수만큼 수행한다.The original signal calculates the difference from the signal of the SWA algorithm execution result in order to obtain a value necessary for the next process. At this time, the calculation of the difference between the original signal and the SWA signal is performed as many times as the number of repetitions of the node position calculation process.
그 후, 계산된 값은 문턱 값을 설정하고, 도 12와 같은 특성을 가지는 성분인 최고점의 픽셀 값을 0(white)으로 변환한다. 도 12는 본 개시의 일 실시예에 따라, 두 신호 간의 차이에서의 피크값 특성을 나타낸 도면이다. 변환된 값은 검은색 배경에 x축 벡터와 y축 벡터로 영상을 재구성할 수 있다. 이 때, 혈관 특징은 x축 벡터와 y축 벡터의 합성벡터로 검출할 수 있다.Thereafter, the calculated value sets a threshold, and the pixel value of the highest point, which is a component having the same characteristics as in FIG. 12 , is converted into 0 (white). 12 is a diagram illustrating a characteristic of a peak value in a difference between two signals, according to an embodiment of the present disclosure. The converted value may reconstruct an image into an x-axis vector and a y-axis vector on a black background. In this case, the blood vessel feature can be detected as a composite vector of an x-axis vector and a y-axis vector.
도 13은 본 개시의 일 실시예에 따라, 특징 검출 알고리즘의 성능 확인 결과를 나타낸 도면으로, 도 13의 (A)는 X 축을 기준으로 한 결과이고, (B)는 Y 축을 기준으로 한 결과이며, (C)는 (A) 및 (B)의 결과를 결합한 결과이고, (D)는 원 이미지이다.13 is a view showing a performance check result of a feature detection algorithm according to an embodiment of the present disclosure. In FIG. 13 (A) is a result based on the X axis, (B) is a result based on the Y axis, , (C) is the result of combining the results of (A) and (B), and (D) is the original image.
도 14는 본 개시의 다른 실시예에 따라, 특징 검출 알고리즘의 성능 확인 결과를 나타낸 도면으로, 도 14의 (A)는 X 축을 기준으로 한 결과이고, (B)는 Y 축을 기준으로 한 결과이며, (C)는 (A) 및 (B)의 결과를 결합한 결과이고, (D)는 원 이미지이다.14 is a view showing a performance check result of a feature detection algorithm according to another embodiment of the present disclosure, wherein (A) of FIG. 14 is a result based on the X-axis, (B) is a result based on the Y-axis, , (C) is the result of combining the results of (A) and (B), and (D) is the original image.
본 발명자는 도 13 및 도 14에서 보이는 것과 같이 특징 검출 알고리즘이 혈관 패턴을 정확히 검출하였는지 정확도를 확인하기 위한 실험을 진행하였다. 도 13 및 도 14는 특징 검출 알고리즘의 성능 확인 결과를 나타낸다. 첫째로 임의로 생성한 선(시점: (10, 10), 종점: (60, 40), 색: 125(0~255사이의 수), 굵기: 1)은 특징 검출 알고리즘을 수행하여 도 13의 (D)와 같은 결과를 얻었다. 원본 이미지는 51개의 픽셀로 이루어져 있으며, 특징 검출 결과도 51개로 100%의 정확도를 얻을 수 있었고, 길이와 Gray Scale값이 다른 여러 개의 선으로 구성된 도 14의 (D)와 같은 원본 이미지로 실험한 결과는 총 픽셀 수 399개, 특징 검출된 픽셀수 389개로 97.5%의 정확도를 보였다. 이에 따라, 지정맥 영상으로 특징 검출을 수행했을 때, 신뢰도 높은 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.The present inventor conducted an experiment to confirm the accuracy of whether the feature detection algorithm accurately detected the blood vessel pattern as shown in FIGS. 13 and 14 . 13 and 14 show the results of checking the performance of the feature detection algorithm. First, randomly generated lines (start: (10, 10), end: (60, 40), color: 125 (a number between 0 and 255), thickness: 1) are D) and the same results were obtained. The original image consists of 51 pixels, and 100% accuracy was obtained with 51 feature detection results. As a result, the total number of pixels was 399 and the number of feature-detected pixels was 389, showing an accuracy of 97.5%. Accordingly, it is determined that a high reliability result can be obtained when the feature detection is performed with the finger vein image.
도 15는 본 개시의 일 실시예에 따른, 특징 추출 알고리즘을 비교한 도면을 나타낸 도면이다.15 is a diagram illustrating a comparison of a feature extraction algorithm according to an embodiment of the present disclosure.
도 15는 정맥 이미지 원본과 본 발명자가 개발한 알고리즘과 현실증강(AR) 알고리즘을 적용하여 특징 추출된 이미지를 나타낸다. 도 15의 2열은 원본 사진을 나타내고, 3열은 현실증강(AR) 알고리즘을 사용한 결과를 나타내며, 제4열은 SWA 알고리즘으로 얻은 손가락 혈관 패턴이다. SWA 알고리즘 결과는 현실증강 알고리즘을 사용한 결과보다 노이즈가 적고, 정맥 혈관 패턴만 추출할 수 있는 특징을 보인다. 이는 인식알고리즘 마지막단계 인식성능 지표인 FAR(False acceptance rate), FRR(False Rejection Rate), EER(Equal Error Rate)의 성능이 향상이 이루어진다는 것을 의미한다.15 shows the original vein image and the feature extracted image by applying the algorithm developed by the present inventor and the augmented reality (AR) algorithm. In Fig. 15,
개발된 알고리즘의 검출 결과는 위치, 크기, 색이 다른 여러 개의 선으로 이루어진 영상으로 실험한 결과 99%이상의 정확도를 보여 신뢰도 높은 알고리즘으로 증명된다. 또한, 마디 위치 검출 알고리즘을 수행하여 얻은 결과는 손가락 위치 변화에 따른 인식률 저하에 대한 문제점을 보완할 수 있을 것으로 판단된다. 추후 손목, 손바닥 등 신체부위를 이용하는 인식분야에 제안하는 알고리즘을 적용한다면 생체 특징 검출 정확도 및 검출 수행시간 감소에 기여할 것으로 기대된다.The detection result of the developed algorithm is proven as a highly reliable algorithm by showing an accuracy of more than 99% as a result of experimenting with images made up of several lines with different positions, sizes, and colors. In addition, the results obtained by performing the node position detection algorithm are judged to be able to compensate for the problem of a decrease in the recognition rate due to a change in the finger position. If the proposed algorithm is applied to the recognition field using body parts such as wrists and palms in the future, it is expected that it will contribute to reducing the detection accuracy and detection execution time of biometric features.
도 16은 본 개시의 일 실시예에 따라 SWA 알고리즘 학습을 위해 테스트 템플릿을 대상으로 수행된 SWA의 수행 과정을 나타낸 도면이다.16 is a diagram illustrating a process of performing SWA performed on a test template for SWA algorithm learning according to an embodiment of the present disclosure.
도 16을 참조하면 본 개시의 일 실시예에 따라 SWA 알고리즘 학습을 위해 테스트 템플릿을 대상으로 수행된 SWA 기법의 수행 과정이 도시되어 있으며, SWA 알고리즘 학습을 위하여 테스트 템플릿을 대상으로 x축, y축으로 이동하며 SWA 기법을 적용함으로써 알고리즘을 학습하여 더욱 높은 정확도를 확보할 수 있다.Referring to FIG. 16 , a process of performing the SWA technique performed on a test template for learning the SWA algorithm according to an embodiment of the present disclosure is illustrated, and the x-axis and y-axis of the test template for learning the SWA algorithm are shown. By moving to and applying the SWA technique, higher accuracy can be obtained by learning the algorithm.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따라 영상 이미지를 대상으로 수행된 SWA 기법 수행 결과를 나타낸 도면이다.17 is a diagram illustrating a result of performing a SWA technique performed on a video image according to an embodiment of the present disclosure.
도 17을 참조하면 본 개시의 일 실시예에 따른 SWA 기법 수행 결과가 나타나 있으며, 취득한 정맥 이미지(영상 이미지)를 대상으로 x축으로만 SWA 알고리즘을 통해 SWA 기법을 적용한 결과와 x축뿐만 아니라 y축까지 SWA 알고리즘을 통해 SWA 기법을 적용한 결과가 나타나 있다.Referring to FIG. 17 , the result of performing the SWA technique according to an embodiment of the present disclosure is shown, and the result of applying the SWA technique through the SWA algorithm only on the x-axis to the acquired vein image (video image) and the x-axis as well as the y The results of applying the SWA technique through the SWA algorithm up to the axis are shown.
상기 실시예에 따르면 영상 이미지의 가로 방향(x축)으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼 SWA 기법을 반복하여 x축의 벡터 성분을 도출할 수 있으며, 세로 방향(y축)으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복하여 y축의 벡터 성분을 도출할 수 있고 이를 통해 합성 벡터 성분을 도출할 수 있으며, 이를 통해 지정맥의 인식률을 상승시킬 수 있다.According to the above embodiment, the vector component of the x-axis can be derived by repeating the SWA technique by the number of pixels in the vertical direction in the horizontal direction (x-axis) of the video image, and SWA by the number of pixels in the horizontal direction in the vertical direction (y-axis) By repeating the technique, the vector component of the y-axis can be derived, and the synthetic vector component can be derived through this, which can increase the recognition rate of the finger veins.
도 18은 본 개시의 일 실시예에 따라 영상 이미지를 대상으로 피크 데이터를 이용하여 손가락 마디를 검출한 마디 검출 이미지를 나타낸 도면이다.18 is a diagram illustrating a knurl detection image obtained by detecting a knuckle by using peak data for a video image according to an embodiment of the present disclosure.
도 18을 참조하면 본 개시의 일 실시예에 따라 검출된 마디 검출 이미지가 도시되어 있으며, 상기 실시예에 따르면 원본인 영상 이미지를 대상으로 피크를 도출하고, 도출된 피크 중 영상 이미지를 가운데로 나누어 좌측에서 가장 큰 피크 값과 우측에서 가장 큰 피크 값을 선정하여 이를 이용하여 마디를 검출할 수 있다.Referring to FIG. 18 , a node detection image detected according to an embodiment of the present disclosure is shown. According to the embodiment, a peak is derived from an original image image, and the image image among the derived peaks is divided into the middle. A node can be detected by selecting the largest peak value from the left and the largest peak value from the right.
도 19는 본 개시의 일 실시예에 따른 SWA 알고리즘의 학습 과정을 나타낸 흐름도이다.19 is a flowchart illustrating a learning process of the SWA algorithm according to an embodiment of the present disclosure.
도 19를 참조하면 본 개시의 일 실시예에 따른 SWA 알고리즘의 학습 과정이 도시되어 있으며, 영상 이미지를 캡쳐하고, 캡쳐한 영상 이미지를 대상으로 그레이 스케일 변환을 수행한 이후 이미지의 리사이즈 작업을 진행한다.Referring to FIG. 19 , the learning process of the SWA algorithm according to an embodiment of the present disclosure is shown, a video image is captured, a grayscale conversion is performed on the captured video image, and the image resizing operation is performed. .
여기서 리사이즈 작업은 검출 시간을 단축시키기 위해서 수행할 수 있으며 이는 선택적으로 적용할 수 있다.Here, the resizing operation may be performed to shorten the detection time, and this may be selectively applied.
상기 실시예에 따르면 리사이즈된 영상을 대상으로 SWA 알고리즘을 적용하여 피크를 결정하고, 이를 통해 도출된 피크 데이터를 이용하여 지정맥의 특징점 추출 및 영상 이미지의 재구성을 수행할 수 있으며, 이후 특징점 팽창 연산을 수행할 수 있고 이러한 과정을 다수 반복하면서 학습도를 상승시킬 수 있다.According to the above embodiment, the peak is determined by applying the SWA algorithm to the resized image, and the feature point extraction of the finger vein and reconstruction of the image image can be performed using the derived peak data, and then the feature point expansion operation is performed. can be performed and the learning level can be increased by repeating this process a number of times.
이후 특징점 결합 단계를 거쳐 이미지를 저장하고 템플릿을 저장함으로써 더욱 학습된 템플릿을 보유한 SWA 알고리즘으로 학습시킬 수 있다.After that, it is possible to learn with the SWA algorithm having a more learned template by saving the image and saving the template through the feature point combining step.
도 20는 본 개시의 일 실시예에 따른 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법의 흐름도이다.20 is a flowchart of a finger vein detection method using peak data according to an embodiment of the present disclosure.
복합파장을 이용하여 촬영한 사용자의 손가락에 대한 영상을 실시간으로 캡처하여 복수의 영상 이미지를 생성한다(S10).A plurality of video images are generated by capturing an image of a user's finger photographed using a complex wavelength in real time (S10).
본 개시의 일 실시예에 따르면 복합파장을 이용하여 촬영한 사용자의 손가락에 대한 영상을 실시간으로 캡처하여 복수의 영상 이미지를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a plurality of video images may be generated by capturing an image of a user's finger photographed using a complex wavelength in real time.
본 개시의 일 실시예에 적외선 LED 및 녹색 LED의 복합 파장을 광원으로 하여 사용자의 손가락을 촬영할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, a user's finger may be photographed by using a complex wavelength of an infrared LED and a green LED as a light source.
상기 실시예에 따르면 적외선 LED 및 녹색 LED의 복합 파장을 광원으로 사용자의 손가락을 촬영함으로써 손가락 내부의 정맥의 윤곽을 상대적으로 명확하게 촬영할 수 있다.According to the above embodiment, by photographing the user's finger using the complex wavelength of the infrared LED and the green LED as a light source, the outline of the vein inside the finger can be photographed relatively clearly.
본 개시의 일 실시예에 따르면 사용자의 손가락에 대한 영상을 실시간으로 캡처함으로써 촬영시간에 대한 지연없이 실시간으로 복수의 영상 이미지를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, by capturing an image of a user's finger in real time, it is possible to generate a plurality of image images in real time without delay in shooting time.
본 개시의 일 실시예에 따르면 복수의 영상 이미지의 평균 밝기 값에 따라 이미지 밝기 설정 값을 조정할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, an image brightness setting value may be adjusted according to an average brightness value of a plurality of video images.
상기 실시예에 따르면 LED와 영상 이미지의 평균 밝기 값을 이용하여 영상 이미지의 밟기 값을 자동으로 조정하는 오토 레벨링(auto leveling)을 수행할 수 있다.According to the embodiment, auto leveling of automatically adjusting the step value of the video image by using the average brightness value of the LED and the video image may be performed.
본 개시의 일 실시예에 따르면 이미지 밝기 설정 값을 조정하기 위하여 블루 LED(blue LED)를 사용하며, 블루 LED의 조사 각도, 조도, 시간을 제어하여 복수의 영상 이미지에 포함된 손가락의 선명도를 높일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a blue LED (blue LED) is used to adjust the image brightness setting value, and the brightness of a finger included in a plurality of video images is increased by controlling the irradiation angle, illuminance, and time of the blue LED. can
본 개시의 일 실시예에 따르면 조도를 제공하기 위한 LED 중 블루 LED를 사용함으로써, 손가락 내부의 지정맥을 좀 더 선명하게 부각시켜 촬영할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, by using a blue LED among LEDs for providing illumination, the finger veins inside the finger can be more clearly highlighted and photographed.
상기 실시예에 따르면 미리 설정된 기준에 부합될 정도의 선명도가 확보될 때까지 블루 LED의 조사 각도, 조도, 시간을 제어하여 복수의 영상 이미지에 포함된 손가락의 선명도를 상승시킬 수 있다.According to the above embodiment, it is possible to increase the sharpness of the fingers included in the plurality of video images by controlling the irradiation angle, the illuminance, and the time of the blue LED until the sharpness that meets the preset standard is secured.
RGB 색상 중 레드의 비율이 가장 높게 적용된 그레이 스케일 변환 비율에 따라 복수의 영상 이미지를 대상으로 그레이 스케일 변환을 수행한다(S20).Gray scale conversion is performed on a plurality of video images according to the gray scale conversion ratio to which the ratio of red among the RGB colors is applied ( S20 ).
본 개시의 일 실시예에 따르면 RGB 색상 중 레드의 비율이 가장 높게 적용된 그레이 스케일 변환 비율에 따라 복수의 영상 이미지를 대상으로 그레이 스케일 변환을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, gray scale conversion may be performed on a plurality of video images according to a gray scale conversion ratio to which a ratio of red among RGB colors is applied the highest.
본 개시의 일 실시예에 따르면 손가락을 촬영하여 획득한 정맥 영상은 혈관 부분이 어둡고, 배경 부분이 밝게 나타나며, 이러한 이미지로는 지정맥을 인식하는데 정확도가 떨어지는 문제점이 존재하므로, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 개시의 일 실시예에 따라 그레이 스케일 변환을 수행할 수 있으며, 특히 RGB 색상 중 레드의 비율이 가장 높게 적용된 그레이 스케일 변환 비율로 그레이 스케일 변환을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, in the vein image obtained by photographing the finger, the blood vessel portion is dark and the background portion is bright. For this purpose, gray scale conversion may be performed according to an embodiment of the present disclosure, and in particular, gray scale conversion may be performed using a gray scale conversion ratio to which the ratio of red among RGB colors is applied the highest.
상기 실시예에 따라 이미지의 RGB 픽셀 값을 반전시키면 혈관 부분이 밝고 나머지 배경과 잡음 부분이 어둡게 변환되므로, 정맥 영상은 혈관이 강조된 선명한 영상으로 재구성될 수 있다.When the RGB pixel values of the image are inverted according to the above embodiment, the blood vessel portion is bright and the remaining background and noise portions are converted to be dark, so that the vein image can be reconstructed into a clear image emphasizing the blood vessel.
본 개시의 일 실시예에 따르면 상기의 수학식 1과 같은 영상처리 함수를 이용하여 그레이 스케일 변환을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, gray scale conversion may be performed using an image processing function as in
본 개시의 일 실시예에 따르면 그레이 스케일 변환 비율에 있어 레드, 그린, 블루의 비율이 7 : 1.5 : 1.5일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a ratio of red, green, and blue in a gray scale conversion ratio may be 7:1.5:1.5.
상기 실시예에 따르면 그레이 스케일 변환 비율은 종래의 있어 레드, 그린, 블루의 비율이 1: 1 : 1로 그레이 스케일 변환을 수행하는 것보다 상대적으로 레드를 더 부각하여 그레이로 변환해야 혈관이 더 선명하게 보일 수 있으며, 실험결과 레드, 그린, 블루의 비율이 7 : 1.5 : 1.5로 그레이 스케일 변환하는 경우 지정맥이 가장 선명하게 인식될 수 있다.According to the above embodiment, the gray scale conversion ratio is conventional, and the red, green, and blue ratios are 1: 1: 1, rather than performing gray scale conversion, the blood vessels are clearer when the red is more emphasized and converted to gray. In the case of gray scale conversion with the ratio of red, green, and blue being 7:1.5:1.5 as a result of the experiment, the finger veins can be recognized most clearly.
본 개시의 일 실시예에 따르면 그레이 스케일이 수행된 복수의 영상 이미지를 대상으로 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거하여 손가락의 외각선을 강조할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the outline of a finger may be emphasized by removing a higher frequency or a lower frequency than a preset reference frequency range from a plurality of gray scaled image images.
본 개시의 일 실시예에 따르면 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거하기 위해 베이스라인 필터(Baseline Filter)를 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a baseline filter may be used to remove a higher frequency or a lower frequency than a preset reference frequency range.
상기 실시예에 따르면 베이스라인 필터는 가중치 최소 자승(Weighted Least Squares: WLS) 기준 알고리즘을 이용하여 자동 계산 방식을 통해 기준선만으로 가장 많은 점수를 얻은 점수를 결정할 수 있으며, 이를 반복적으로 수행하여 각 스펙트럼에 기준선을 맞추고 어떤 변수가 기준선보다 명확하게 위에 있는지 결정함으로써 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거할 수 있다.According to the above embodiment, the baseline filter can determine the score with the highest score only with the baseline through an automatic calculation method using a Weighted Least Squares (WLS) criterion algorithm, and by repeatedly performing this, each spectrum is By fitting a baseline and determining which variables are clearly above the baseline, high or low frequencies above a preset reference frequency range can be removed.
본 개시의 일 실시예에 따르면 복수의 영상 이미지의 주파수 평균을 계산하여 단일 출력 지점을 생성하고, 상기 단일 출력 지점을 기점으로 저역 통과 필터를 통해 데이터 또는 신호를 필터링하여 데이터를 평활화할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a single output point may be generated by calculating a frequency average of a plurality of video images, and data or a signal may be smoothed by filtering data or a signal through a low-pass filter using the single output point as a starting point.
본 개시의 일 실시예에 따르면 단일 출력 지점을 기점으로 저역 통과 필터를 통해 데이터 또는 신호를 필터링하기 위하여 이동 평균 필터(Moving Average Filter)를 사용할 수 있으며, 이동 평균 필터는 샘플링된 데이터/신호의 배열을 평활화하는데 일반적으로 사용되는 간단한 저역 통과 유한 임펄스 응답(FIR)필터일 수 있으며, 한 번에 M개의 입력 샘플을 취하여 단일 출력 지점을 생성하여 원하지 않는 잡음이 많은 데이터/신호를 필터링 하는데 간편한 저역 통과 필터(LPF)구조를 가질 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a moving average filter may be used to filter data or signals through a low-pass filter based on a single output point, and the moving average filter is an array of sampled data/signals. It can be a simple low-pass finite impulse response (FIR) filter commonly used to smooth It may have a filter (LPF) structure.
복수의 영상 이미지의 밝기 값을 추출하고, 추출된 밝기 값을 이용하여 피크 데이터를 검출한다(S30).The brightness values of a plurality of video images are extracted, and peak data is detected using the extracted brightness values (S30).
본 개시의 일 실시예에 따르면 복수의 영상 이미지의 밝기 값을 추출하고, 추출된 밝기 값을 이용하여 피크 데이터를 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, brightness values of a plurality of video images may be extracted, and peak data may be detected using the extracted brightness values.
본 개시의 일 실시예에 따르면 상기 영상 이미지를 대상으로 SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘을 적용할 수 있으며, SWA 알고리즘을 통해 영상 이미지에 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복하여 피크(peak)를 결정할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a Shifted Waveform Analysis (SWA) algorithm may be applied to the video image, and the number of pixels in the horizontal direction and the horizontal direction in the video image through the SWA algorithm A peak may be determined by repeating the SWA technique as many as the number of pixels.
상기 실시예에 따르면 영상 이미지를 대상으로 SWA 알고리즘을 적용하여 신호의 기울기가 양수에서 음수로 바뀌는 지점을 피크로 결정할 수 있으며 DSTW 알고리즘 결과 값과 원신호의 차이를 이용하여 두 신호 간의 차이에서 피크를 계산하여 원신호의 피크 지점을 획득할 수 있다.According to the above embodiment, by applying the SWA algorithm to the video image, the point at which the slope of the signal changes from a positive number to a negative number can be determined as a peak. By calculation, the peak point of the original signal can be obtained.
상기 실시예에 따라 SWA 기법을 반복하여 수행함으로써 지정맥 특징점을 추출할 때 인식률 하락의 원인이 되는 혈관, 배경 및 잡음 분리를 수행할 수 있다.By repeatedly performing the SWA technique according to the above embodiment, it is possible to perform separation of blood vessels, backgrounds, and noises that cause a decrease in the recognition rate when extracting finger vein feature points.
본 개시의 일 실시예에 따르면 학습된 SWA 알고리즘의 템플릿을 이용하여 영상 이미지의 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복하여 피크(peak)를 결정할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a peak is determined by repeating the SWA technique by the number of pixels in the vertical direction in the horizontal direction and the number of pixels in the horizontal direction in the vertical direction of the video image using the template of the learned SWA algorithm. can
본 개시의 일 실시예에 따르면 SWA 기법의 반복이 완료된 후, SWA 데이터와 원본 영상 이미지 데이터의 차이를 계산하고, 미리 설정한 문턱 값을 넘으면 피크(peak)로 결정하여 피크 데이터를 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, after the repetition of the SWA technique is completed, the difference between the SWA data and the original video image data is calculated, and when a preset threshold value is exceeded, the peak data can be detected by determining it as a peak. .
본 개시의 일 실시예에 따르면 영상 이미지를 이용하여 피크를 결정하기 위하여 SWA 알고리즘이 아닌 DSTW(Down Slope Trace Waveform) 알고리즘이 사용될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a Down Slope Trace Waveform (DSTW) algorithm, not a SWA algorithm, may be used to determine a peak using a video image.
검출된 피크 데이터를 이용하여 지정맥을 검출한다(S40).Finger veins are detected using the detected peak data (S40).
본 개시의 일 실시예에 따르면 검출된 피크 데이터를 이용하여 지정맥을 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, it is possible to detect a finger vein using the detected peak data.
본 개시의 일 실시예에 따르면 피크 데이터를 이용하여 정맥이 부각되도록 영상 이미지를 재구성할 수 있으며, 재구성된 영상 이미지에서 정맥 혈관의 분포는 x, y축의 합성 벡터(vector) 성분으로 표시될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, an image image may be reconstructed so that veins are highlighted using peak data, and the distribution of vein blood vessels in the reconstructed image image may be expressed as a composite vector component of x and y axes. .
상기 실시예에 따르면 영상 이미지의 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼 SWA 기법을 반복하여 x축의 벡터 성분을 도출할 수 있으며, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복하여 y축의 벡터 성분을 도출할 수 있고 이를 통해 합성 벡터 성분을 도출할 수 있다.According to the above embodiment, the vector component of the x-axis can be derived by repeating the SWA technique by the number of pixels in the vertical direction in the horizontal direction of the video image, and the vector component of the y-axis by repeating the SWA technique by the number of pixels in the horizontal direction in the vertical direction can be derived, and a synthetic vector component can be derived from this.
본 개시의 일 실시예에 따르면 피크 데이터의 픽셀 값이 기준 값보다 크면 255로 변환하고 피크가 아닌 부분의 픽셀 값은 0으로 고정하여 영상 이미지를 재구성할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, if the pixel value of the peak data is greater than the reference value, the video image may be reconstructed by converting it to 255 and fixing the pixel value of the non-peak portion to 0.
본 개시의 일 실시예에 따르면 SWA 알고리즘 수행결과인 SWA 데이터와 오리지널 데이터의 차이를 계산하여 이를 기준 값으로 설정하고 피크 데이터의 픽셀 값이 기준 값보다 크면 255로 변환하고 피크가 아닌 부분의 픽셀 값은 0으로 고정하여 검은색 배경에 x축 벡터와 y축 벡터는 흰색으로 표기되는 영상 이미지로 재구성할 수 있으며, x축 벡터와 y축 벡터의 합성벡터를 통해 지정맥을 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the difference between the SWA data and the original data, which is the result of performing the SWA algorithm, is calculated and set as a reference value. If the pixel value of the peak data is greater than the reference value, it is converted to 255 and the pixel value of the non-peak part is fixed to 0, and the x-axis vector and y-axis vector on a black background can be reconstructed as an image image displayed in white, and finger veins can be detected through a composite vector of the x-axis vector and y-axis vector.
본 개시의 일 실시예에 따르면 검출된 피크 데이터를 이용하여 손가락 마디를 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, a knuckle may be detected using the detected peak data.
본 개시의 일 실시예에 따르면 피크 데이터를 이용하여 손가락의 2개의 마디According to an embodiment of the present disclosure, two joints of a finger using peak data
위치를 계산하여 검출할 수 있다.It can be detected by calculating the position.
상기 실시예에 따르면 사람의 손가락은 엄지손가락을 제외한 검지, 중지, 약지, 새끼손가락에 마디가 2개씩 존재하므로, 피크 데이터를 이용하여 손가락의 2개의 마디 위치를 계산하여 검출할 수 있다.According to the above embodiment, since two knurls exist in each of the index, middle, ring, and little fingers except for the thumb, the human finger can be detected by calculating the positions of the two knurls using peak data.
본 개시의 일 실시예에 따르면 영상 이미지를 반으로 나누고 좌측에서 SWA 데이터와 원본 영상 이미지 데이터의 차이를 계산한 값이 가장 큰 피크와 우측에서 값이 가장 큰 피크를 선정하여 이를 마디로 검출할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the video image is divided in half, and the peak having the largest value calculated by calculating the difference between the SWA data and the original video image data on the left side and the peak with the largest value on the right side are selected and detected as nodes. have.
본 개시의 일 실시예에 따르면 마디를 검출하여 촬영의 대상이 된 물체가 손가락이 맞는지 진위를 판단하는 용도로 쓰일 수 있으며, 검출된 마디 사이의 손가락을 국한하여 지정맥을 검출함으로써 검출 시간 단축 및 정확도를 향상할 수 있는 용도로도 쓰일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, it can be used for the purpose of determining whether or not the target object to be photographed is a finger by detecting the nodes, and reducing the detection time and detecting finger veins by limiting the fingers between the detected nodes. It can also be used to improve accuracy.
본 개시의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리범위에 속하는 것이다.Embodiments of the present disclosure are not implemented only through the devices and/or methods described above, and have been described in detail with respect to the embodiments of the present disclosure above, but the scope of the present disclosure is not limited thereto, and the following claims Various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present disclosure as defined in are also within the scope of the present disclosure.
Claims (20)
RGB 색상 중 레드의 비율이 가장 높게 적용된 그레이 스케일 변환 비율에 따라 상기 복수의 영상 이미지를 대상으로 그레이 스케일 변환을 수행하는 그레이 스케일 변환부;
상기 복수의 영상 이미지의 밝기 값을 추출하고, 상기 추출된 밝기 값을 이용하여 피크 데이터를 검출하는 피크 데이터 검출부; 및
검출된 상기 피크 데이터를 이용하여 지정맥을 검출하는 지정맥 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.an image capture unit generating a plurality of image images by capturing an image of a user's finger photographed using a complex wavelength in real time;
a gray scale conversion unit configured to perform gray scale conversion on the plurality of video images according to a gray scale conversion ratio to which a ratio of red among RGB colors is highest;
a peak data detector extracting brightness values of the plurality of video images and detecting peak data using the extracted brightness values; and
Finger vein detection device using peak data, characterized in that it comprises a finger vein detection unit for detecting the finger vein using the detected peak data.
상기 영상 캡처부는 복수의 영상 이미지의 평균 밝기 값에 따라 이미지 밝기 설정 값을 조정하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.The method of claim 1,
The image capture unit finger vein detection device using peak data for adjusting the image brightness setting value according to the average brightness value of a plurality of image images.
그레이 스케일이 수행된 상기 복수의 영상 이미지를 대상으로 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거하여 손가락의 외각선을 강조하는 외각선 강조부를 더 포함하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.The method of claim 1,
Finger vein detection device using peak data further comprising an outline highlighter for emphasizing the outline of a finger by removing a high frequency or a low frequency than a preset reference frequency range for the plurality of image images on which the gray scale is performed.
상기 복수의 영상 이미지의 주파수 평균을 계산하여 단일 출력 지점을 생성하고, 상기 단일 출력 지점을 기점으로 저역 통과 필터를 통해 데이터 또는 신호를 필터링하여 데이터를 평활화하는 데이터 평활화 수행부를 더 포함하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.4. The method of claim 3,
Peak data further comprising a data smoothing unit for generating a single output point by calculating the frequency average of the plurality of image images, and smoothing the data by filtering data or signals through a low-pass filter using the single output point as a starting point Finger vein detection device used.
상기 그레이 스케일 변환부는 상기 그레이 스케일 변환 비율에 있어 레드, 그린, 블루의 비율이 7 : 1.5 : 1.5인 것을 특징으로 하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.The method of claim 1,
The gray scale conversion unit red, green, and blue ratio in the gray scale conversion ratio 7: 1.5: finger vein detection device using peak data, characterized in that 1.5.
상기 영상 캡처부는 상기 이미지 밝기 설정 값을 조정하기 위하여 블루 LED를 사용하며, 상기 블루 LED의 조사 각도, 조도, 시간을 제어하여 상기 복수의 영상 이미지에 포함된 손가락의 선명도를 높이는 것을 특징으로 하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.3. The method of claim 2,
The image capture unit uses a blue LED to adjust the image brightness setting value, and controls the irradiation angle, illuminance, and time of the blue LED to increase the sharpness of the fingers included in the plurality of image images. Finger vein detection device using data.
상기 피크 데이터 검출부는 상기 영상 이미지를 대상으로 SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘을 적용함으로써, 상기 영상 이미지에 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.The method of claim 1,
By applying a shifted waveform analysis (SWA) algorithm to the video image, the peak data detector repeats the SWA technique by the number of pixels in the horizontal direction and the number of pixels in the vertical direction in the video image. Finger vein detection device using peak data.
상기 피크 데이터 검출부는 상기 SWA 기법의 반복이 완료된 후, SWA 데이터
와 원본 영상 이미지 데이터의 차이를 계산하고, 미리 설정한 문턱 값을 넘으면 피크(peak)로 결정하여 피크 데이터를 검출하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.8. The method of claim 7,
After the repetition of the SWA technique is completed, the peak data detection unit performs SWA data
A finger vein detection device using peak data that calculates the difference between and the original video image data and detects the peak data by determining a peak when it exceeds a preset threshold value.
상기 지정맥 검출부는 상기 피크 데이터의 픽셀 값이 미리 설정된 기준 값보다 크면 255로 변환하고 피크가 아닌 부분의 픽셀 값은 0으로 고정하여 영상 이미지를 재구성하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.9. The method of claim 8,
The finger vein detection unit using peak data for reconstructing an image by converting the pixel value of the peak data to 255 when the pixel value is greater than a preset reference value and fixing the pixel value of the non-peak portion to 0.
검출된 상기 피크 데이터를 이용하여 손가락 마디를 검출하는 마디 검출부를 더 포함하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 장치.The method of claim 1,
Finger vein detection device using peak data further comprising a joint detection unit for detecting a finger joint using the detected peak data.
RGB 색상 중 레드의 비율이 가장 높게 적용된 그레이 스케일 변환 비율에 따라 상기 복수의 영상 이미지를 대상으로 그레이 스케일 변환을 수행하는 단계;
상기 복수의 영상 이미지의 밝기 값을 추출하고, 상기 추출된 밝기 값을 이용하여 피크 데이터를 검출하는 단계; 및
검출된 상기 피크 데이터를 이용하여 지정맥을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.generating a plurality of video images by capturing an image of a user's finger photographed using a complex wavelength in real time;
performing gray scale conversion on the plurality of video images according to a gray scale conversion ratio to which a ratio of red is the highest among RGB colors;
extracting brightness values of the plurality of video images and detecting peak data using the extracted brightness values; and
Finger vein detection method using peak data, characterized in that it comprises the step of detecting the finger veins using the detected peak data.
상기 영상 이미지를 생성하는 단계는 복수의 영상 이미지의 평균 밝기 값에 따라 이미지 밝기 설정 값을 조정하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.12. The method of claim 11,
The step of generating the video image is a finger vein detection method using peak data for adjusting the image brightness setting value according to the average brightness value of a plurality of video images.
그레이 스케일이 수행된 상기 복수의 영상 이미지를 대상으로 미리 설정된 기준 주파수 범위보다 고주파수 또는 저주파수를 제거하여 손가락의 외각선을 강조하는 단계를 더 포함하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.12. The method of claim 11,
Finger vein detection method using peak data further comprising the step of emphasizing the outer line of the finger by removing a higher frequency or a lower frequency than a preset reference frequency range for the plurality of image images on which the gray scale is performed.
상기 복수의 영상 이미지의 주파수 평균을 계산하여 단일 출력 지점을 생성하고, 상기 단일 출력 지점을 기점으로 저역 통과 필터를 통해 데이터 또는 신호를 필터링하여 데이터를 평활화하는 단계를 더 포함하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.14. The method of claim 13,
Designation using peak data, further comprising the step of calculating a frequency average of the plurality of video images to generate a single output point, and smoothing the data by filtering the data or signal through a low-pass filter using the single output point as a starting point How to detect a mac.
상기 그레이 스케일 변환을 수행하는 단계는 상기 그레이 스케일 변환 비율에 있어 레드, 그린, 블루의 비율이 7 : 1.5 : 1.5인 것을 특징으로 하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.12. The method of claim 11,
The step of performing the gray scale conversion is a finger vein detection method using peak data, characterized in that the ratio of red, green, and blue in the gray scale conversion ratio is 7: 1.5: 1.5.
상기 영상 이미지를 생성하는 단계는 상기 이미지 밝기 설정 값을 조정하기 위하여 블루 LED를 사용하며, 상기 블루 LED의 조사 각도, 조도, 시간을 제어하여 상기 복수의 영상 이미지에 포함된 손가락의 선명도를 높이는 것을 특징으로 하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.13. The method of claim 12,
The step of generating the video image uses a blue LED to adjust the image brightness setting value, and controls the irradiation angle, illuminance, and time of the blue LED to increase the sharpness of the fingers included in the plurality of video images. A method for detecting finger veins using peak data, which is characterized.
상기 피크 데이터를 검출하는 단계는 상기 영상 이미지를 대상으로 SWA(Shifted Waveform Analysis) 알고리즘을 적용함으로써, 상기 영상 이미지에 가로 방향으로 세로 방향의 픽셀 수 만큼, 세로 방향으로 가로 방향의 픽셀 수만큼 SWA 기법을 반복하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.12. The method of claim 11,
In the detecting of the peak data, by applying a shifted waveform analysis (SWA) algorithm to the video image, the number of pixels in the vertical direction in the horizontal direction and the number of pixels in the horizontal direction in the vertical direction in the video image are SWA techniques Finger vein detection method using peak data that repeats.
상기 피크 데이터를 검출하는 단계는 상기 SWA 기법의 반복이 완료된 후, SWA 데이터와 원본 영상 이미지 데이터의 차이를 계산하고, 미리 설정한 문턱 값을 넘으면 피크(peak)로 결정하여 피크 데이터를 검출하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.18. The method of claim 17,
In the detecting of the peak data, after the repetition of the SWA technique is completed, the difference between the SWA data and the original video image data is calculated, and when a preset threshold value is exceeded, the peak is determined as a peak to detect the peak data. A method for detecting finger veins using data.
상기 지정맥을 검출하는 단계는 상기 피크 데이터의 픽셀 값이 미리 설정된 기준 값보다 크면 255로 변환하고 피크가 아닌 부분의 픽셀 값은 0으로 고정하여 영상 이미지를 재구성하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.19. The method of claim 18,
In the detecting of the finger veins, if the pixel value of the peak data is greater than a preset reference value, it is converted to 255, and the pixel value of the non-peak part is fixed to 0 to reconstruct the image image. Finger vein detection method using peak data .
검출된 상기 피크 데이터를 이용하여 손가락 마디를 검출하는 단계를 더 포함하는 피크 데이터를 이용한 지정맥 검출 방법.12. The method of claim 11,
Finger vein detection method using peak data further comprising the step of detecting a finger joint using the detected peak data.
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