연차(단계) 보고서
표지
타인도용이 불가능한 생체정보 기반 웨어러블 디바이스 본인 인식 기술개발
(1연차 보고서) 2016 . 5 .31
주관기관 전자부품연구원
참여기관 울산과학기술원 참여기관 ㈜에이치쓰리시스템 참여기관 ㈜오픈잇
미래창조과학부
1) 공고번호 미래창조과학부공고 제2015-0164호 2) 과제번호 R0190-15-2054
정보통신·방송 연구개발 (1연차) 보고서
3) 보안 등급 보안과제( ), 일반과제( ○ )
4) 과제 성격 기초( ), 응용( ○ ), 개발( )
5) 총괄과제명
6) 과제명
국 문 타인도용이 불가능한 생체정보 기반 웨어러블 디바이스 본인 인식기술 개발
영 문 Development of Personal Identification Technology based on Biomedical Signals to Avoid Identity Theft
7) 주관기관 기관명 전자부품연구원 사업자등록번호 125-82-05237
주 소 (463-816) 경기도 성남시 분당구 새나리로 25
8) 총괄책임자
성 명 조 영 창 직위/직급 수석연구원/팀장
전화번호 031-789-7544 부서 휴먼케어시스템연구센터
휴대전화번호 팩스번호 031-789-7559
과학기술인등록번호 10878464 전자우편 ycjo@keti.re.kr 9) 총수행기간 2015. 7. 1 ~ 2018. 6. 30 ( 36개월 )
10) 협약기간 2015. 7. 1 ~ 2016. 6. 30 ( 12개월 ) 11)사업비현황
(천원) 연도 정부
출연금
민간부담금 정부외
출연금 합 계
현금 현물 소계
재원 해당여부 1차년도(2015년) 1,400,000 46,668 420,012 466,680 - 1,866,680 2차년도(2016년) 1,400,000 46,668 420,012 466,680 - 1,866,680
정진기금 ○
3차년도(2017년) 1,400,000 46,668 420,012 466,680 - 1,866,680
방발기금
일반회계 합 계 4,200,000 140,004 1,260,036 1,400,040 - 5,600,040
12) 참여기관
기관명 책임자성명 직위/직급 휴대전화 전자우편 과학기술인
등록번호 유형 울산과학기술원 김성필 부교수 spkim@unist.ac.kr 10172968 대학
㈜에이치쓰리
시스템 류준오 이사 10167648 중소 기업
(주)오픈잇 김민영 대표이사 mykim@openit.co.kr 11103687 중소 기업 13) 참여기업 주관기관과 참여기관 중 중소기업( 2 )개, 중견기업( )개, 대기업( )개
14)주관기관 실무담당자
성 명 홍혁기 부서/직위 휴먼케어시스템연구센터
전화번호 031-789-7552 전자우편 hkhong@keti.re.kr
휴대전화번호 팩스번호 031-789-7559
15) 과제특성
(해당사항 모두체크)
기술료비징수 사업화비적용 표준연계 경쟁과제 SW자산뱅크
공개SW 정책지정 일반형 ○ 병렬형 총괄 병렬형 세부
16) TRL등급 ( 3 ) ∼ ( 5 ) 17) 성격구분 창의( ), 전략( ○ ), 혁신( ) 동 연차·단계 보고서상의 기재 내용이 사실임을 확약하며, 만약, 사실이 아닐 경우 정보통신·방송 연구개발사업 관련 법령 및 규정에 따라 중단·협약해약·환수 등의 어떠한 불이익도 감수하겠습니다.
2016년 5월 31일
총괄책임자 : 조 영 창 (서명) 주관기관장 : 박 청 원 (인감)/(직인)
미래창조과학부 장관 귀하
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제 출 문 미래창조과학부 장관 귀하
“타인도용이 불가능한 생체정보 기반 웨어러블 디바이스 본인 인식에 관한 기술개발”(수 행기간：2015. 7. 1 ~ 2016. 6. 30)과제의 (1연차) 보고서 10부를 제출합니다.
2016 . 5 . 31 .
주관기관명 ː 전자부품연구원 (대표자) 박 청 원 (인)
참여기관명 ː 울산과학기술원 (대표자) 정 무 영 (인)
참여기관명 ː ㈜에이치쓰리시스템 (대표자) 김 민 준 (인)
참여기관명 ː ㈜오픈잇 (대표자) 김 민 영 (인)
총괄책임자 : 조 영 창
참여기관책임자 : 김 성 필
참여기관책임자 : 류 준 오
참여기관책임자 : 김 민 영
정보통신․방송연구개발 관리규정 제35조에 따른 보고서 활용에 동의 합니다.
※ (인)은 1장에 찍는 것이 원칙이나, 불가피한 경우 개별적으로 가능
<목 차>
<요약문>...3
1. 연구개발목표...8
2. 연구범위 및 연구 수행 방법...29
3. 연구개발 목표의 달성도 및 자체평가 ...36
4. 연구개발성과(해당되는 성과만 기재)...39
5. 구매 금액이 3천만원 이상인 연구시설ㆍ장비 구축 현황...46
6. 연구개발비 집행 실적...46
7. 연구 수행에 따른 문제점 및 개선 방향...50
8. 중요 연구변경 사항...50
9. 기타 건의 사항...50
붙임1. 자체 보안관리 진단표...51
붙임2. 연구실 안전조치 이행표...52
부록. 주요기술 개발 내용...53
연구개발 목표
▣ 주관기관(전자부품연구원)
○ 생체인증용 MSP(Multispectral Skin Photomatrics)기반 피부 광학 특성 연구
○ 4×4 어레이 Multispectral 광학 측정모듈 제작 및 개인인증 feasibility 연구
○ WSB 플랫폼 설계
○ 스마트 IoT 디바이스의 직관적인 이용을 위한 Natural UI (NUI) 기술
▣ 참여기관 1(UNIST)
○ 다중 생체신호 특성 추출 기술 개발
○ 다중 생체신호 특성신호를 활용한 인증 알고리즘 개발
○ 차세대 인지반응 기반 생체인증 패러다임을 위한 원천기술 개 발
▣ 참여기관 2((주)에이치쓰리시스템)
○ WSB 사용 시나리오에 적합한 밴드 요구 사항 도출
○ WSB 생체 신호 획득 모듈 개발
○ WSB 밴드의 사용 목적에 적합한 제품 디자인 리서치
▣ 참여기관 3(오픈잇)
○ 모바일 생체인증 서비스 플랫폼 아키텍처 설계
○ FIDO (Fast IDentity Online) Alliance에서 정의한 UAF (Universal Authentication Framework) 기반 서버 및 클라이언트 개발 (FIDO 1.0규격 구현)
○ 생체신호 기반 융합 서비스 기획
연구개발 내용
▣ 주관기관(전자부품연구원) :
○ 생체인증용 MSP(Multispectral Skin Photomatrics)기반 피부 광학 특성 연구
- 피부조직 광 특성 분석
- 인체조직을 이용한 광특성 분석 수행
○ 생체인증용 MSP 모듈 설계/제작 및 개인인증 feasibility 연구 - 1×7 어레이 실험용 MSP 모듈 설계 구조 설계
- LED 및 PD 어레이 배열 구조 설계 - 파장대역별 matrix 신호측정 및 분석
<국문요약문>
- 각 채널별 파장별 광전류 측정값을 개인 패턴화하고 개인 식별 테스트 실시하여 최대 인증 정확도 98.2%, FAR 2% 수준 확보 - 8×2 어레이 MSP 광학모듈 설계/제작
- 손목의 해부학적 구조에 적합한 LED-PD 배치 및 복합 FPCB 구 조의 모듈 개발
- 제작된 MSP모듈을 활용한 PC 기반 피부패턴 분석 프로그램 개 발
- 10명의 피험자 대상 피부패턴 인식 feasibility 연구를 통해 개인 식별 디바이스의 가능성 확인
○ WSB 플랫폼 설계
- 3종 생체신호 지원 가능한 확장가능형 WSB 플랫폼 구조 설계 - 플랫폼 요구사양 분석 및 기본 구조 설계
- EEG/ECG/EMG 센서 모듈 분석 및 실시간 제어 구조 설계 - WSB 플랫폼 회로 설계 및 검증용 Prototype 제작
- EEG/ECG/EMG 센서 모듈 인터페이스 드라이버 구현
- 생체정보 전처리 및 특징 추출용 SW구조 및 사용자 인증 S/W 구조 설계
- 외부 기기 연동을 위한 무선 인터페이스 검토 및 데이터 전송 프레임 구조 설계
- 플랫폼 검증용 펌웨어 및 S/W 개발
○ 스마트 IoT 디바이스의 직관적인 이용을 위한 Natural UI (NUI) 기술
- 스마트 IoT 디바이스 기반 NUI 요구사항 분석
- 프리젠테이션, 토이, 홈IoT기기, 운전자, 카메라에플리케이션 제 어용 NUI 인터렉션 시나리오 연구
- 스마트 IoT 디바이스 내/외부 입력 정보를 사용하는 NUI 기능 설계
○ 생체인증 보안기술 동향 및 표준화 동향조사
- 생체인증 보안기술 국내외 동향 및 표준화 동향 조사
- 생체신호기반 국내외 사용자 단말 시스템장치 결합시 보증 수준 요구사항 연구
- 생체인증 보안기술 국제 표준화 단체 ITU-T SG17 기고서 제출 및 반영 1건, NW 1건 제안
▣ 참여기관 1(UNIST) :
○ 다중 생체신호 특성 추출 기술 개발
- 심전도 특성: P-QRS-T 파형 패턴, R-R / P-R / QRS / S-T
interval 등 특성 추출 기술 개발
- 근전도 특성: AAC, ApEn, DASDV, DFA, IAV, Kurtosis, MAV1/2, AFB 등 특성 추출 기술 개발
- 뇌파 특성: Spectral power, Entropy, Lyapunov exponent 등 선형, 비선형 특성 추출 기술 개발
- Eye gaze 특성: spatio-temporal 시계열 신호 variance 특성 추 출 기술 개발
- 생체신호에 대한 적응적 매개변수 신호 표현 기술 개발
○ 다중 생체신호 획득 및 처리 기술 개발
- 개별 생체신호에 대한 통계적 추론기법 기반 인증 알고리즘 개발
- 개별 생체신호 처리의 결과(Score) 기반의 다중 생체신호 인증 알 고리즘 개발
○ 차세대 인지반응 기반 생체인증 패러다임을 위한 원천기술 개발
- 인지반응 기반 생체인증 원천기술을 위한 자극환경 설계 - 시각 자극에 대한 안구 운동 및 머리 움직임 기반 인증 패러
다임 설계
▣ 참여기관 2((주)에이치쓰리시스템) :
○ WSB 사용 시나리오에 적합한 밴드 요구 사항 도출 - WSB 밴드 기능 요구사항 정의서 작성
- WSB 밴드 사용 시나리오 발굴
○ WSB 생체 신호 획득 모듈 개발
- WSB 밴드 구성요소를 탑재한 모듈 및 1차 시작품 설계
○ WSB 밴드의 사용 목적에 적합한 제품 디자인 리서치 - 웨어러블 생체신호 측정기기 디자인 리서치 보고서 작성 - WSB 밴드 디자인 요구사항 정의서 작성
- WSB 시작품 렌더링 시안 도출
▣ 참여기관 3(오픈잇) :
○ 모바일 생체인증 서비스 플랫폼 아키텍처 설계
- 다중생체신호 수집, 인증을 위한 개방형 플랫폼 아키텍처 설계 - 사용자 본인인증이 필요한 스마트폰 서비스와 온라인 서비스에
서 폭넓게 적용할 수 있는 구조 설계
○ FIDO 1.0 규격 서버 및 클라이언트 개발
- Java 기반 FIDO Alliance에서 정의한 UAF 서버 기술개발
- Android 기반 FIDO Alliance에서 정의한 UAF 클라이언트 기술개 발
- FIDO Alliance에서 정의한 UAF(Universal Authentication Framework) ASM 및 인증장치(Authenticator) 기술개발
- 서비스 및 사이트 별 인증키 등록, 관리 기술개발
○ 생체신호 기반 융합 서비스 기획
- 생체신호 기반 융합 서비스 개발에 필요한 사전 연구 - 사용자 대상 연구를 통한 핵심 가치 도출
- 모바일 생체정보 인증 기반 응용서비스 기획(모바일 Wallet기반 신분증 서비스, 모바일 자격증 서비스)
연구개발성과
○ 당해연도 연구개발성과 요약
- 피부생체 광학 기반의 MSP(Multispectral Skin Photometrics) 개 인 식별 디바이스를 설계/제작하고 피험자 대상 실험을 통해 새로운 개인 식별 디바이스로서의 가능성 확인
- 다양한 생체신호(ECG, EEG, EMG, Eye Gaze 등)를 활용한 개 인 인증 알고리즘 개발을 위한 전처리, 특징점 추출, 개인 식 별 알고리즘 연구를 통해 개별 생체 신호 기반의 개인 인증 알고리즘 기술 확보
- 3종 이상의 다중 생체신호를 입력받아 개인 인증 신호처리가 가능한 WSB(Wearable Smart Biometric) 플랫폼을 설계/제작하 고 검증용 펌웨어 및 S/W개발
- 착용형 WSB 밴드 제작을 위한 설계적, 디자인적인 요구사항 을 분석하고 디자인 렌더링 시안 도출
- FIDO 1.0 규격 기반의 모바일 생체인증 서비스 플랫폼 아키텍 처를 설계하고 FIDO 규격 서비 및 클라이언트 개발
- 본 과제 생체인증 보안 관련 국제 표준화 단체인 ITU에 기고 서 1건 제출 및 채택1건, ITU-T SG 17 Q10 NWI 제안
○ 정량적인 성과
- 본인 거부율(FRR) 6.67%, 타인 수락율(FAR) 0.92% 달성 - 생체정보 인증반응시간 0.004초 달성
- MSP 모듈 파장수는 최종 시제품기준으로 IR+Red, IR+Yellow 등 2종 이상 달성
- MSP 모듈 matrix size는 8×2 총 16채널 달성 - 다중생체정보수는 ECG, EEG, EMG 총 3종 달성
- 국내특허 7건 출원, 국외 논문 1편, 국외학회 8편, 국내학회 6
편, 프로그램 등록 4건, 국제 표준화 기고 2건(채택 1건), 시제
품 10개, 기술문서 19건 등 - 고용 창출 7명
활용계획 및 기대효과
○ 금융결재(핀테크), 스마트 헬스케어, 스마트 홈, 자동차, 공공정 보, 산업보안, 국방 등 위변조가 어려운 개인인증/보안이 요구 되는 다양한 산업군에 활용가능
○ 참여기업 자체 브랜드의 디바이스 형태의 사업화와 기존의 메 이저 생체인증 기업에 기술이전 또는 웨어러블 디바이스 메이 커에 생체인증 추가기능을 제공하는 형태의 라이센스 판매 형 태로 기술 사업화 추진
○ 본 기술개발을 통해 획기적인 웨어러블 플랫폼 기반의 차세대 개인 인증기술이 개발되면 2019년 기준 약 55억달러 규모인 세 계시장 선점 및 주도가 가능함
○ 기존의 주력 생체인증 기술인 지문, 홍채 인식 기술대비 저렴 한 가격에 유사한 성능 수준의 개인 인증디바이스 구현이 가능 하므로 여러 산업군의 보안장치 시장에서의 원가 절감 및 해외 시장에서의 가격 경쟁력 향상이 가능함
○ 기존의 보안관련 오프라인 산업군 뿐만 아니라 거의 모든 산 업군으로의 개인 인증 기술이 확산되어 새로운 신시장 창출효 과가 막대할 것으로 기대됨
핵심어(5개 이내)
국문
손목 생체신호 개인 식별 웨어러블 생체인증 플랫폼영문
Wrist Biomedicalsignals IdentificationPersonal Wearable Biometrics Platform<기술개발사업 주요 연구 성과>
1. 연구개발 목표 가. 최종 목표
○ 타인도용이 불가능한 신체 착용형(비침습/접촉) 다중생체정보(5종) 취득을 통해 신 속하게(인증반응 시간 0.5초 이내) 본인을 인증하는 웨어러블 본인 인증 및 디바이 스 핵심 기술개발
- ECG, EMG, EEG, Eye Gaze, MSP(Multispectral Skin Photomatrics) 등 5종의 다 중생체신호 측정 모듈 기술개발
- 다중 생체신호 측정 기반 생체인증 알고리즘 기술개발 - WSB(Wearable Smart Biometrics) 오픈 플랫폼 개발
- WSB 개인인증 디바이스 통합시제품 및 응용서비스 솔루션 개발 ∙ 다중생체정보수 : 5종
∙ 인증 성능 : 인증 시스템 안정성 확보를 위해 다중 생체신호의 최적조합을 통해 본인거부율 2% 이내 및 타인수락율 0.01% 이내 달성
∙ 처리 성능 : 알고리즘 및 모듈최적화를 통해 생체정보 인증 반응시간 0.5초이내
< 최종목표 개념도 >
구분(연도) 세부
과제명 세부 연구 목표 연구개발 수행 내용 연구 결과
1차 연도 (2015)
타인도용이 불 가 능 한 생 체 정 보 기반 웨어 러블 디바 이스 본인 인 식 기 술 개발
주관기관 : 전자부품연구원 n 생체인증용
MSP(Multispe ctral Skin Photomatrics )기반 피부 광학특성 연 구
n 피부조직 광 특성 분석
∙ 피부 광 측성을 조사하기 위하여 개발에 관련 된 주요 성분의 광 특성을 측정
n 인체조직을 이용한 광 특성 분석 수행
∙ 인체 피부조직 및 근육, 피하지방 등 다양한 조직을 이용하여 광학적 특성을 분석
∙ 파장별 Diffuse reflectance 특성 분석
∙ 피부광학 특성을 MSP 구조 설계에 반영
n MSP 테스 트모듈 설계안 기술문서
n 4×4 어레이 Multispectral 광학 측정모듈 제작 및 개인 인증 feasibility 연구
n MSP(Multispectral Skin Photometrics) 광학모듈 1차 설계
∙ 1×7 어레이 실험용 MSP모듈 구조설계 및 제작
∙ Red, Green, Blue, NIR 등 파장대별 LED 광원 및 Photodiode(PD) 선정완료
∙ LED와 PD 어레이 배열 구조 설계 및 배치 패턴 연구수행
<MSP 모듈 설계 블록 다이어그램 >
<제작된 테스트용 MSP 모듈>
n 8×2 어레이 2차 시험용 MSP 광학모듈 설계 및 제작
∙ 손목의 해부학적 정보 탐색을 위하여 광원-검
n MSP모듈 시제품 : 1차, 2 차, 3차, 4차 시제 품 (총 4건) n MSP 모
듈 기술 문서
n MSP모듈 시제품 : 2차 시제 품
나. 당해 (연도·단계) 연구개발 목표 및 결과
출기 물리적 거리에 따른 구조적용
∙ PCB 상 광원, 검출기 직접 실장을 위한 공정 개발 및 손목에 밀착하기 위한 FPCB 구현
<FPCB형 2차 시제품>
n 3차 시험용 MSP 광학모듈 설계 및 제작
∙ 2차 시제품 개선하여 인체의 굴곡에 대응은 가 능한 Rigid- Flexible PCB 공정을 적용하여 개 발
< Rigid- Flexible PCB형 3차 시제품 >
n 4차 시험용 MSP 광학모듈 설계 및 제작
∙ IR-Yellow, IR-Red, Red-Yellow로 선정하여 모 듈을 제작
< 최종 4차 시제품 >
n MSP 모듈을 이용한 생체 신호 측정 및 분석
∙ 파장대역별 matrix 신호 측정 및 분석
∙ 1×7 어레이 실험용 MSP 모듈을 활용한 PC 기 반 피부패턴 분석 프로그램 개발 및 인체 대상 피부패턴 인식 1차 feasibility 연구 완료
∙ 연령대 성별이 다양한 8명의 피험자를 대상으 로 MSP 모듈 활용한개인 식별 실험 연구 수행
n MSP모듈 시제품 : 3차 시제 품
n MSP모듈 시제품 : 4차 시제 품
완료
1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Photocurrent Intensity(au)
Photodiode Location A1 A2 A3 A4 A5 A
1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350
400 B
Photocurrent Intensity(au)
Photodiode Location B1 B2 B3 B4 B5
1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350
400 D
Photodiode Location
Photocurrent Intensity(au)
D1 D2 D3 D4 D5
1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350
400 C
Photodiode Location
Photocurrent Intensity(au)
C1 C2 C3 C4 C5
1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Photodiode Location F
Photocurrent Intensity(au)
F1 F2 F3 F4 F5
1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Photodiode Location E
Photocurrent Intensity(au)
E1 E2 E3 E4 E5
1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350
400 G
Photodiode Location
Photocurrent Intensity(au)
G1 G2 G3 G4 G5
1 2 3 4 5 6 7
0 50 100 150 200 250 300 350
400 H
Photodiode Location
Photocurrent Intensity(au)
H1 H2 H3 H4 H5
< 8명 피험자 대상 MSP 모듈 1차 테스트 데이터>
∙ 근적외선 영역대의 LED를 이용한 MSP 데이터가 유의미한 개인차를 보임으로써, 차세대 생체 인증 기반 기술로의 가능성 확인
∙ 01 2 3 4 5 6 7
50 100 150 200 250 300 350 400
Photodiode Location
Photocurrent Intensity(au)
A B C D E F G H
< MSP 모듈 1차 테스트 결과>
n 생체인증 파장대역별 matrix 신호 분석수행
∙ 각 데이터를 파장별, 측정 회수별, 채널별로 분리하여 개인 식별가능한지 분석 수행
n MSP 모 듈 논문 2편
n MSP 모 듈 특허 3건 출원
< 파장별 개인 패턴 테스트 결과 챠트>
∙ 8명 피험자별, 5개의 파장대별, 각 시행별, 7 개 채널별로 대표 평균값을 계산
∙ 이후 모든 8명의 피험자의 데이터를 취합하여 5개의 각 파장대별로, 모든 피험자에 대한 특 징점 백터 취합 (2차원 행렬 생성)
∙ 각 피험자별 반복에 의한 파장별 데이터는 아 래 스펙트럼과 같이 분석됨
<측정자별 반복회수를 포함한 파장별 측정 값 스펙트럼>
∙ 각 채널별 파장별 측정값을 이용하여 개인식별 모델을 개발하고 분류기를 이용해 개인식별 테 스트 실시함
< 입력 값에 따른 인증 모델 >
∙ 분류 결과에 대한 Confusion Matrix 을 생성 : Accuracy, error rate, Sensitivity, Specificity, FAR, FRR 계산 가능
< 데이터 분석 결과 >
∙ 분석 결과 Y>IR>R>>G>B의 순으로 개인인증 확 률이 높은 것으로 분석됨
∙ 인증 정확도는 98.2%로 수준으로 분석됨 n 4차 MSP 모듈을 이용한 8×2(16채널) 어레이matrix
패턴 측정
∙ PC 기반 피부패턴 분석 프로그램 개발 및 인체 대상 피부패턴 인식 feasibility 연구 완료
∙ 총 10명을 대상으로 데이터를 측정하여 분석하고 16채널의 PD 패턴 조합시 개인 식별 정확도 향상 가능성 확인함
< IR LED 16채널 개인 패턴 측정 데이터 세트 >
n WSB 플랫폼 설계
n 3종 생체신호 지원 확장가능한 WSB 플랫폼 구조 설계
∙ 플랫폼 요구사양 분석 및 플랫폼 기본 구조 설
n WSB H/W 플랫폼
계
∙ EEG/ECG/EMG 센서 모듈 분석 및 실시간 제어 구조 설계
∙ WSB 플랫폼 회로 설계 및 검증용 Prototype 제 작
< 전처리 및 특징 추출 SW 구조 설계 >
< WSB Prototype 보드 >
n 플랫폼 S/W 블록 구조 및 인터페이스 프로토콜 설계
∙ 플랫폼 SW 블록 구조 설계
∙ EEG/ECG/EMG 센서 모듈 인터페이스 드라이버 구현
∙ 생체정보 전처리 및 특징 추출용 SW 구조 설계
∙ 생체정보 기반 사용자 인증 S/W 구조 설계
∙ 외부 기기 연동을 위한 무선 인터페이스 검토 및 데이터 전송 프레임 구조 설계
< WSB SW 블록구조 >
n 보드 펌 웨어 및 검증용 S/W n 논문 2
건, 특허 1건 n 기술문서
2건
< 센서 드라이버 구성도 >
< 생체정보 기반 사용자 인증 S/W 구조 >
n 플랫폼 검증용 펌웨어 및 S/W 개발
∙ 콘솔기반 command 인터페이스 개발
∙ SD 및 보조센서 드라이버 개발
∙ BT 모듈 펌웨어 개발
∙ 검증용 펌웨어 및 모니터링 S/W 개발
< 검증용 모니터링 SW >
< 다중 생체신호 측정 결과 >
n 스마트 IoT 디바이스의 직관적인 이 용을 위한 Natural UI 기술
n 스마트 IoT 디바이스 기반 NUI 요구사항 분석
∙ 인터랙션 시나리오 분석 및 NUI 요구사항 작성
∙ 프리젠테이션, 토이, 홈IoT기기, 운전자, 카메 라에플리케이션 제어용 NUI 인터렉션 시나리오
< 다양한 WSB NUI 시나리오 분석 >
n 스마트 IoT 디바이스 내/외부 입력 정보를 사용하는 NUI 기능 설계
∙ 시스템, 통신, 사용자 피드백, 동작감지, 환경감지, 위치감지, 생체정보 측정, 제스처 처리로 분류하여 기 능 설계
n NUI 요구 사항 분 석서 1건 n NUI 기능
설계서 1 건 n 인터랙션
시나리오 기반 IoT 디바이스 제어 SW 1건 n IoT 디바
이스 상 태에 따 른 사용 모드 전 환 SW 1 건 n 논문 3
건, 특허 1건
< NUI 요구사항 정의서 및 기능설계서 >
n NUI 연동을 위한 선택적 데이터 구성 및 전송 알고리 즘 개발
∙ LED, Toy, PC 제어 가능한 웨어러블 Application 구현
∙ 제어기기 상황별 센서 데이터 세트 추출 및 Bluetooth, Wi-Fi를 이용한 전송 알고리즘 개발
< IoT 디바이스 제어 프로그램 작동 구조 >
n 스마트 IoT 디바이스의 잠금, 절전, 사용 모드 구 분 및 전환기능 개발
∙ 모드전환 시나리오 정의 및 기능 설계
∙ 자동/수동 모드 전환을 위한 규칙 설계 및 기 능 개발
< 각도에 따라 화면이 꺼지는 모드 동작 >
n 생체정보를 이용한 인증 방법의 보증 레벨 개발
n 생체 인증 보안기술, 보안위협 및 국내·국제 표준 화 동향 조사
n 생체인식 기술을 활용한 국내·외 서비스 동향 n 생체 인증 보안기술 동향 조사
n ITU-T SG 17 Q10 Interim meeting 기고서
∙ 생체 인증 관련 국내·국제 표준화 동향 조사
∙ ISO/IEC JTC 1 SC 37 생체 인증 관련 표준화 동향 조사
∙ 2382-37 – Biometric Vocabulary Revision
∙ ITU-T SG17 생체 인증 관련 표준화 동향조사
∙ 생체 인증 객체(보호대상)별, 단계별 보안위협 조사
< 바이오인증 시스템의 구성도 >
보증 수준 보증 수준 설명
등급 1 본인확인 신뢰성이 아주 높으며 인 증 실패로 인한 리스크가 높음 등급 2 본인확인 신뢰성이 높으며 인증 실
패로 인한 리스크가 상당함 등급 3 본인확인 신뢰성이 어느 정도 있으
며 인증 실패로 인한 리스크가 보 통임
등급 4
본인확인 신뢰성이 최소이며, 동일 한 실체가 인증되고 있다고 확인할 수 있고 인증 실패로 인한 리스크 가 미미함
n 생체 신호를 사용한 국내·국제 사용자 단말 시스템 장치 결합시 보증수준 요구사항 연구
‐ NIST SP 800-63-2
‐ 국내 환경에 적합한 실체 인증 보증 프레 임워크(TTAK.KO-12.0248) 연구
‐ 금융감독원의 인증수단 안정성 기술 평가 기준 연구
< 실체 인증 보증 수준 >
n 생체 인증 보안기술 국제표준화 관련 활동
∙ ITU-T SG 17 Q10 Interim meeting 기고서 제출 및 반영 1건
∙ ITU-T SG 17 Q10 NWI 제안 1건
n I T U - T SG 17 Q10 NWI 제안 n 논문 1건
(정보보 호 학 회 하계학술 대회)
참여기관 : 울산과학기술원 n 다중 생체신
호 특성 추출 기술 개발
n 심전도신호(ECG) 데이터 전처리 기술 개발
∙ R 정점 탐지 구현 기술
∙ 밴드 패스 (Bandpass) 필터 설계
‐ 특성 추출 기술
∙ 비-스플라인 기법 개발
∙ 시간 가변성 자동회귀 계수 기법 개발
∙ 시간 가변 푸리에 변환, 위상 정보 사용 기법 개발
< 특성추출 알고리즘 진행 도표>
n 뇌파신호(EEG)
‐ 특성 추출 기술
∙ 선형 스팩트럼 분석을 통한 5종 뇌파 특징점 추출 기 술 개발
∙ 시계열 신호의 복잡성을 이용한 한 3종 비선형 뇌파 특징점 추출 기술 개발
<단일 뇌파 신호에 대한 주파수 분석법>
n 한국HCI 학회 학 술대회 발표 n 대한의
용생체공 학회 춘 계 학술 대회 발 표
n Internat ional Conferen ce on Biomedic al and Health Informat ics 2016 국제학술 대회 논 문 발표 n EEG 분석
기술문서 n EEG 특성
분석 소 프트웨어 등록 n EMG 분석
기술문서
n 근전도신호(EMG)
‐ 특성 추출 기술
∙ 파워 스펙트럼 밀도를 이용한 근전도 특징점 기법 개 발
<안쪽으로 향하는(Towards) 손동작에 대한 8채널 EMG 파워스펙트럼밀도 (PSD) 예>
n 시선 신호(Eye Gaze)
‐ 특성 추출 기술
∙ 화면에서 시각적 물체의 동적 움직임 생성 기술 개발
∙ 시선 신호의 차원 투영 및 신호 변량 특성 추출 기술 개발
<센서-컴퓨터간 장비 설정 구성도>
<움직이는 타겟의 시선 추적시의 머리(왼쪽)와 눈(오른쪽) 움직임 데이터>
n 다중 생체신 호 특성신호 를 활용한 인 증 알고리즘 개발
n 심전도신호 (ECG)
‐ 인증 성능 향상을 위한 전처리 기술 개발
∙ 가이드 필터링 기법을 적용하여 인증 성능 향상시키는 기술 개발
∙ Principal Component Analysis (PCA)를 이용한 특성 차원 축소 기술 개발
‐ 인증 알고리즘 개발
∙ L2 메트릭 이용한 알고리즘 연구
∙ Dynamic Time Warping (DTW) 알고리즘 개발
∙ Generalized Likelihood Ratio Test를 이용한 알고리
n The 9th IAPR Internat ional Conferen ce on Biometri cs 국제 학술 대 회 논문 발표 n Internat
즘 개발
∙ Neyman-Pearson 알고리즘 개발
<가이드 필터를 적용하기 전 단일 신호 비교(왼쪽), 적용 후 단일 신호 비교(오른쪽)>
<평균 ECG Beat (위 그림), FFT 절대값 (중간 그림), 위상 정보 (아래그림)>
<가이트 필터 유무시에 PCA, Euclidean, DTW 기법 성능 결과 비교>
n 뇌파신호 (EEG)
‐ 개인인증을 위한 특징점 축소 알고리즘 개발
∙ 최소 개인내(intra-) 변화율와 최대 개인별(inter-) 변별력을 정량화 기반 Criteria Index (CI) 개발
ional Conferen ce on Telecomm unicatio ns and Signal Processi ng 국제 학술대회 논문 발 표 (1) n ECG 분석
기술문서
n Internat ional Conferen ce on Telecomm unicatio ns and Signal Processi ng 국제 학술대회 논문 발 표 (2)
∙ Multidimensional Scaling 기법 설계
‐ 인증 알고리즘 연구
∙ Linear discrimination analysis (LDA)와 support vector machine (SVM)기반의 본인과 타인 구분 알고리 즘 개발
<8종 뇌파 특징점에 대한 CI 분포 결과 – 파일럿 실험 (위), 본 실험 (아래)>
<비선형 뇌파 분석법을 이용한 3종 뇌파 특징점>
<Multidimensional Scaling을 이용한 차원 축소 알고리즘>
n 근전도신호(EMG)
n 공인 시 험 확인 서 취득
‐ 특징 차원 축소
∙ PCA를 이용한 특성 차원 축소 기술 개발
<ROC 결과값 – 근전도 신호를 이용하는 경우(왼쪽), PCA 축소 이후(오른쪽)>
<차원 축소 PSD 특성 사용 분류 ROC 커브>
n 시선 신호(Eye Gaze)
‐ 시선 신호 시공간적 변화량 기반 개인 특성 추출 기술 개발
‐ 인증 알고리즘 개발
∙ Linear Discriminant Analysis 기반 본인 인증 알고리 즘 개발
n 통합 알고리즘
‐ ECG+EEG 통합 인증 알고리즘
∙ 과반수 투표 (Majority Voting) 알고리즘 구현
<다중 생체 신호를 이용한 인증 알고리즘 순서도>
n 차세대 인지 반응 기반 생 체인증 패러 다임을 위한 원천기술 개 발
n 얼굴에 대한 인지반응 기반의 패러다임 개발
‐ 모르는 얼굴 자극 사이에 아는 얼굴 자극의 유무 를 이용한 패러다임 개발
∙ 3x3 화면에 총 8명의 얼굴 사진을 보면서 시선 의 머뭄 정도를 정량화
∙ 두 가지 다른 피험자 그룹 (아는 얼굴이 있는 경우와 없는 경우)에 대한 커널 밀도 추정 분 석 기술 개발
<센서-컴퓨터간 장비 설정 구성도>
<모르는 얼굴들 중 아는 얼굴이 없을 때와 있을 때 각각 시선이 머문 정도 차이>
n Eye Gaze 기반 인 지반응 패러다임 SW 등록 n 움직이는
물체에 대한 안 구운동 및 머리 움직임 기반 생 체인증 기술 국 내특허 출원
참여기관 : ㈜에이치쓰리시스템 n WSB 사용 시
나리오에 적 합한 밴드 요 구 사항 도출
n 본 과제가 목표하는 WSB 밴드의 예상 기능 요구사항 도출
< WSB 밴드 시작품 기능 도출 >
- ‘WSB 밴 드 기능 요 구 사 항 정의서’
- ‘WSB 밴 드 사용 시 나 리 오 정의서’
< WSB 밴드 기능 요구사항 정의서 >
n WSB 밴드 사용 시나리오 발굴
<WSB 밴드를 활용한 출입 및 근태관리 서비스 개요>
n WSB 생체 신 호 획득 모듈 개발
n WSB 밴드 구성 요소들을 탑재한 WSB 생체신호획득 모듈 설계
- 생체인증에 필요한 생체신호 획득을 위한 1단계 시작 품 설계
< 생체신호획득 모듈의 블록다이어그램 >
< 생체신호획득 모듈의 측면(side) 배치도 >
- WSB 생체 신호 획득 모듈 설계 결과물 - WSB 생체
신호 획득 용 1단계 시작품 설 계 결과물
< 생체신호획득 모듈의 부품 배치도>
n WSB 밴드의 사용 목적에 적합한 제품 디자인 리서 치
n 웨어러블 생체신호 측정기기 디자인 트렌드 리서치
< 디자인 트렌드 리서치 보고서 >
n WSB 밴드 디자인 요구사항 도출
< WSB 밴드 디자인 요구사항 정의서 >
< 1차년도 시작품의 렌더링 >
- ‘웨어러 블 생체신 호 측정기 기 디자인 트렌드 리 서치 보고 서’
- ‘WSB 밴 드 디자인 요 구 사 항 정의서’
- WSB 착용 밴드에 관 한 특허 출원 준비 중 (2016 년 7월 예 상)
참여기관 : ㈜오픈잇 n 모바일 생체
인증 서비스 플랫폼 아키 텍처 설계
n 다중생체신호 수집, 인증을 위한 개방형 플랫폼 아키텍처
n 사용자 본인인증이 필요한 스마트폰 서비스와 온 라인 서비스에서 폭넓게 적용할 수 있는 구조 설 계
n 무선(Bluetooth HDP, SPP, Low Energy, NFC 등) 인터페이스 설계
< 모바일 생체인증 서비스 플랫폼 구조도 >
n 생체인증 서비스 플랫폼 아키텍처 설계서 n 인터페이
스 정의 서
n FIDO Alliance 에서 정의한 UAF 기반 서버 및 클라이언트 개발 (FIDO 1.0규격 구현)
n Java 기반 FIDO Alliance에서 정의한 UAF 서버 기 술개발
n Android 기반 FIDO Alliance에서 정의한 UAF 클라이 언트 기술개발
< FIDO 1.0 규격 UAF Client 화면 >
n 다양한 생체인증수단을 필요에 따라 쉽게 추가, 변경 가능 하도록 개발
n 사용자, 단말 환경에 따른 인증 수단 선택 사용의 최 적화
n FIDO Alliance에서 정의한 UAF (Universal Authentication Framework) ASM 및 인증장치 (Authenticator) 기술개발
n 프로그램 명세서 n 프로세스
모델 정 의서 n 논리 테
이블 정 의서 n 물리 테
이블 정 의서 n 프로그램
등록증(2 종)
n 서비스 및 사이트 별 인증키 등록, 관리 기술개발 n 인증장치에 대한 신뢰 보증 개발
n BLE, NFC, 스마트카드 등 다양한 통신 기능 적용
< FIDO 1.0 규격 UAF 데이터베이스 설계 >
n 생체신호 기 반 융합 서비 스 기획
n 생체신호 기반 융합 서비스 개발에 필요한 사전 연구
n 사용자 대상 연구를 통한 핵심 가치 도출 n 사용자 행위 기반 Context/시나리오 모델링 n 시장조사 및 서비스 트랜드 연구, 사용자 연구 등
을 통한 서비스 기획
< 생체신호 기반 융합 서비스 기획 - 모바일 Wallet 기반 신분증 서비스 >
< 생체신호 기반 융합 서비스 기획 – 모바일 자격증 서비스 >
n 융합 서 비스 스 토리 보 드
연구 범위 연구 수행 방법
(이론적ㆍ실험적 접근방법) 구체적인 내용
MSP 디바이스
n 개인생체 인증을 위한 조직 광학적 분석 수행
n MSP 모듈 개발을 위한 회로 및 기구부 설계
n 개인생체 인증을 위한 조직 광학적 분석수행
∙ 생체 구성 물질별 파장 흡수의 차이에 의한 특성 분석
∙ 인체 조직을 이용한 광 특성 분석
∙ 측정 시 가장 큰 영향을 미치는 확산반사 모델적용 을 통한 특성 분석
∙ 시험을 기반으로 한 광원 선택 및 측정 파장범위 선정
n MSP 모듈 개발을 위한 회로 및 기구부 설계
∙ 1×7 어레이 모듈 개발을 위한 독립 제어방식 회 로 개발
∙ 8×2 어레이 모듈 개발을 위한 MUX 방식 회로 개 발
∙ 주변 환경 노이즈 차단을 위한 광 블록 설계 및 적용
∙ 인체 구조 적용을 위한 밴드형 회로기판 제작
WSB 오픈플랫폼
n WSB H/W 플랫폼 Prototype 설 계 및 제작
n 검증용 WSB H/W 펌웨어 개발 n 검증용 WSB 모니터링 S/W 개
발
n 개발된 보드 및 모니터링 S/W 를 통해 신호 검증
n WSB H/W 플랫폼 Prototype 설계 및 제작
∙ 32비트 MCU
∙ 24비트/8채널 생체센서 및 가속도 센서
∙ UART/BT/WiFi 무선 인터페이스 n 검증용 WSB H/W 펌웨어 개발
∙ 생체센서 등 드라이버 기본설계 및 구현
∙ WSB 보드제어 명령어셋 정의
∙ 호스트 인터페이스용 데이터 전송 프레임 설계 및 포맷터 구현
n 검증용 WSB 모니터링 S/W 개발
∙ 파형, 스펙트럼, 보조센서, Topo 뷰어 지원
∙ 실시간 WSB 보드 제어 및 신호 모니터링 n 개발된 보드 및 모니터링 S/W를 통해 신호 검증
∙ 레퍼런스 신호발생기 및 감쇄기를 이용하여 최소 10uVpp 레벨의 정형파 입력 후, 플랫폼 보드를 통해 취득된 신호 검증
∙ 프런트채널을 중심으로 EEG신호 및 EoG 신호가 구별되는 검증
∙ ECG신호는 주기적으로 R 피크가 발생하는 측정
∙ EMG신호는 평상시와 힘을 가했을 때의 신호의 변 화를 확인
2. 연구 범위 및 연구 수행 방법
스마트 IoT 디바이스 기반
NUI 요구사항 분석
n 기 출시된 상용 웨어러블 기 기 조사
n OS별 제공하는 UI 분석 및 NUI 관련 연구 조사
∙ 스마트밴드, 스마트워치 등 적용 가능 웨어러블 기 기 조사
∙ 상용 웨어러블 기기 UI 및 I/F 방식 분석
∙ 인터랙션 시나리오 작성
∙ NUI 요구사항 정의서 작성 스마트 IoT
디바이스 내/외부 입력
정보를 사용하는 NUI
기능 설계
n 안드로이드, iOS, Tizen OS의 센서 접근 API 및 디바이스 리소스 접근 API 분석
n 기타 생체정보 측정하는 센서 분석 및 이를 활용한 NUI 이 벤트 정의 및 기능 설계
∙ 상용 웨어러블 디바이스의 리소스 조사(네트워크, 메모리, 배터리 등)
∙ 웨어러블 디바이스 센서 조사(생체신호, 카메라, GPS, 가속 도, 자이로 센서 등)
∙ NUI 요구사항을 충족할 수 있는 이벤트 정의
∙ NUI 이벤트를 생성할 수 있는 리소스 및 센서 분류
NUI 연동을 위한 선택적 데이터 구성 및
전송 알고리즘 개발
n 개발 대상 Device 선정 및 사 용 가능한 센서 종류 및 센서 관련 API 분석
n 인터랙션 상황에 따른 사용 가능한 센서 데이터 추출 n 센서를 활용한 NUI 정의 및
기능 구현
∙ 인터랙션 시나리오 기반 생성되는 이벤트 및 데이 터 정의
∙ 이벤트 및 데이터 우선순위 구분 및 계층화
∙ 상황별 특정 데이터 세트 추출 및 전송 알고리즘 개발
∙ 이벤트 핸들러 개발 스마트 IoT
디바이스의 잠금, 절전, 사용 모드 구분
및 전환기능 개발
n 안드로이드, iOS, Tizen 기반 의 상용 웨어러블 디바이스 3 종의(소니워치, 애플워치, 기 어S2) 모드 전환 기능 분석 n 공통적인 요구사항 추출 및
규칙 설계 및 제어기능 구현
∙ 모드전환 규칙 설계
∙ 자동모드 전환을 위한 기능 설계
∙ 모드 전환 기능 구현
∙ 수동 모드 제어 기능 설계
ECG기반 생체인증 알고리즘
n 심전도신호의 전처리 단계는 기 존에 알려진 알고리즘을 중심으 로, 현 데이터에 대한 튜닝을 위주로 연구
n 특성 추출 기술은 시간 도메인, 주파수 도메인, 시간-주파수 도 메인 등 다양한 특성연구 n 웨어러블 기기가 가지는 계산
성능, 데이터 제약 (본인 데이 터만 가지고 있음) 등을 고려한 알고리즘 개발에 주력하고, 또 한 최고의 성능을 위한 덜 제약 적인 연구도 병행
n 심전도신호 (ECG) 전처리 단계
∙ Pan-Tompkins 알고리즘을 이용한 R 정점 탐지, 인증을 위 해 존재하는 템플릿 심전도신호를 활용한 매치 필터 (matched filter) 설계
∙ 인증 알고리즘의 성능을 저해하지 않는 밴드패스필 터(Band Pass Filter)를 실험적으로 구하여 활용 n 심전도신호 (ECG) 특성 추출
∙ 비-스플라인을 이용하여 심전도신호의 표현 차원을 줄이 는 연구. 합동 추론을 이용하여 여러 심전도신호 펄스의 대표 파형을 추론하는 알고리즘 개발
∙ 시간 가변성 자동회귀 계수 기법 (Autoregressive Model) 을 이용하여 심전도신호의 파워스펙트럼 표현의 차원 감 소시키는 알고리즘 개발
∙ 시간 가변 푸리에 변환 (spectrogram) 이용한 심전도신호 표현 기술 개발. 특히 위상 정보를 이용, 인증 성능 향상 EEG기반
생체인증 알고리즘
n 스마트 환경에서의 개인 인증용 뇌파 분석을 위한 전처리 기술 사용
n 기존 선형기반의 뇌파 특징점
n 개인인증을 위한 뇌파 특징점 추출
n 기존의 연구들 조사를 통해 개인의 특징을 가장 잘 포함하고 있는 뇌파 특징점 조사
추출 기법 뿐만 아니라 비선형 기반의 신호 분석법을 이용하여 개인별 특징을 나타내는 특징변 수로 활용
n 확장된 특징변수를 개인인증 분 류기의 입력으로 사용하기 위한 특징점 축소/선택 알고리즘 연 구
n 각 개인별로 본인과 타인을 구 분지을 수 있는 분류 알고리즘 개발
∙ 이를 기반으로 선형 주파수 분석을 실시, 개인의 주파수 특성을 표현할 수 있는 5종 뇌파 특징점 계산: 1)α/β, 2)α/θ, 3)β/θ, 4) 파워스펙트럼(PSD)의 중간값, 5) PSD의 Shannon entropy
∙ 시계열 신호의 복잡성을 정량화할 수 있는 3가지 비선형 뇌파 특징점 분석: 1) 최대 랴퓨노프 지수, 2) Sample entropy, 3) Permuation entropy
n 뇌파 특징점 축소/선택 및 분류 알고리즘
∙ 모든 특징점을 대상으로 최소 개인내 변화율 (Intra-subject variability)와 최대 개인간 변별력 (Inter-subject discrimination)을 지수화 (Criteria Index)하여, 유효한 특징점 조사.
∙ 특징 공간 내에서 각 개인 간 특징점 분포와 이들의 Euclidean 거리를 계산하고, 이를 활용하여 특징점 축소 를 실시하는 Multidimensional Scaling 기법 활용
∙ 본인 및 타인을 분류하기 위한 다양한 분류기 구현 및 조 사함
∙ Mutual Information 기반 최적 특성 선별 알고리즘 개발
∙ Linear Discriminant Analysis (LDA) 및 Linear Support Vector Machine (SVM) 등의 계산부하가 적은 알고리즘으 로도 효과적인 분류 가능
EMG기반 생체인증 알고리즘
n 근전도 신호 획득을 위한 손동 작 최적화 및 패러다임 설계 n 심전도신호와 마찬가지로 근전
도(EMG) 특성 추출 기술은 시간 도메인, 주파수 도메인, 시간- 주파수 도메인 등 다양한 특성 연구
n 근전도신호 (EMG) 신호 획득을 위한 패러다임
∙ 개인 근전도 특징을 추출하기 위한 기본 동작 패러다임 설계가 필요함
∙ 이를 위해 우선 상지 운동 중 근육활동이 가장 활발하고 다양하게 나오는 손동작에 초점을 맞추고 수많은 손동작 중 4개의 최적 동작을 연구함
∙ 사용자에게 화면 상에서 동작을 시각적으로 설명하는 패 러다임 설계
n 근전도신호 (EMG) 특성 추출
∙ 8개의 다채널 근전도 신호를 추출하여 시간 도메인, 파워 스펙스럼, 시간 가변 푸리에 변환을 이용한 특성 추출 연 구
Eye Gaze 기반 생체인증 알고리즘
n 화면에서 시각적으로 움직이는 신호에 반응하는 안구운동에 의 해 생성되는 시선 신호 획득 패 러다임 설계
n 시선 신호의 개인적 특징점 추 출 기술 개발
n 시선 신호 획득 패러다임 설계
∙ 컴퓨터나 스마트 기기 화면 상에서 특정 물체가 정 해진 궤적에 따라 움직이며 이에 반응하는 안구운 동과 시선신호를 획득할 수 있는 패러다임 설계
∙ 시각적 물체의 궤적은 사각형, 다이아몬드, 원 등 다양한 형태가 가능하도록 설계하였고 움직임 속도 등 운동학적 변수도 조정이 가능함
n 시선 신호 특징점 추출 기술 개발
∙ 획득한 2차원 시선 데이터의 개인 특징점을 추출하 기 위하여 시선 움직임의 특징 중 하나인 2차원
point-to-point movement를 Segmentation하는 기법 과 이를 1차원 공간으로 투영시키는 기법을 개발함
∙ 1차원에 투영된 시선 신호의 시간적 변량 및 공간 적 변량을 각각 계산하는 알고리즘을 개발하여 이 를 통해 시선 신호의 특징점을 추출함
다중 생체신호 특성신호를 활용 한 인증 알고리 즘 연구
n 심전도신호 (ECG)
∙ 인증 알고리즘이 적용되는 환경을 고려하여, 인증 성 능을 향상시키기 위한 전처 리 기법 개발. 또한 특성 차원의 축소 알고리즘 역시 연구
∙ 다양한 인증 알고리즘을 비 교, 연구하였으며, 특히 제 한된 계산 성능의 웨어러블 기기를 위한 단순하지만 고 성능의 알고리즘 개발을 위 해 노력
∙ 심박수에 따른 심전도신호 의 변화, 시간의 경과에 따 른 심장 특성 변화를 고려 하는 알고리즘 연구
n 근전도신호 (EMG)
∙ 심전도와는 달리 다채널의 환경에서 효과적인 분류 알 고리즘을 구현하기 위하여, 특성 차원의 축소 알고리즘 연구.
n 뇌파신호 (EEG) 및 시선 신호 (Eye Gaze)
∙ EEG와 Eye Gaze 신호는 특 징 추출 기술을 통해 최적 화된 특성 벡터가 생성되므 로 별도의 추가적인 차원 축소가 필요 없음.
n 통합 알고리즘
∙ 심전도, 뇌파신호를 통합하 여 개인 인증을 수행하는 스코어 기반 알고리즘으로 성능 테스트 연구 (1차년도
n 인증 성능 향상을 위한 전처리 기법
∙ 최근 각광을 받고 있는 가이드 필터 (Guided Filter)를 처음으로 인증 알고리즘에 적용하여 인증 성능을 향상시 키는 연구 진행
∙ PCA를 통한 특성 차원 축소 알고리즘을 개발하여 인증 성능을 향상시키는 연구 진행
∙ 다양한 인증 기법, 예를 들어 L2 메트릭, DTW, Earth Mover Distance, Generalized Likelihood Ratio Test, Neyman-Pearson detector 등을 구현하 고, 이를 비교하는 연구 진행
∙ 심박수에 따른 심전도신호의 변화, 시간의 경과에 따른 심장 특성의 변화를 고려하는 T파형 보정, 적 응적 템플릿 업데이트 알고리즘 개발
n 분류 성능 향상을 위한 전처리 기법
∙ 다채널 환경에서의 데이터 통합 및 인증 방법론에 대해서 연구 진행
∙ PCA를 통한 특성 차원 축소 알고리즘을 개발하여 분류 성능을 향상시키는 연구 진행
n 뇌파 신호 및 시선 신호 분류 알고리즘 설계
∙ 뇌파나 시선 신호의 분류를 위해서 기존에 가장 많 이 활용되는 기계학습 알고리즘 중 Linear Discriminant Analysis 기반 분류 알고리즘과 Support Vector Machine 기반 분류 알고리즘을 설 계하여 인증 테스트 진행
‐
‐
n 스코어 기반의 통합 알고리즘 구현
∙ ECG, EEG를 통합하여 인증 알고리즘을 구현한 후, 과반수 투표 알고리즘으로 최종 인증 결과를 도출 하는 알고리즘 개발하여 테스트 한 결과 1차년도 목표치 만족
목표 달성) ∙ 본인거부율 (FRR) = 6.67% < 10%(목표: < 10%)
∙ 타인수락률 (FAR) = 0.92% < 2%(목표: < 2%)
∙ 생체정보 인증 반응시간 = 0.004초 (목표: < 2초)
인지반응 기반 생체인증 패러다 임을 위한 원천 기술
n 동일 자극에 따른 개인별 인지 반응 차이 이용한 페러다임 개 발
∙ 사용자 기준으로 모르는 얼 굴과 익숙한 얼굴간의 인지 적 반응 이용
∙ 시선 추적 신호 패턴과 시 선 머무는 정도를 정량화하 고, 개인별로 서로 다른 자 극 형태간 차이를 분석
n 얼굴 자극을 이용한 개인별 인지 반응 패러다임
∙ Old/New Paradigm 이용
∙ 여러개의 모르는 얼굴 사진 사이에서 익숙한 얼굴 사진의 유무에 따른 인지적 반응 이용
∙ 3x3 형태 테이블 내, 8개의 얼굴자극을 제시하면서 동시 에 피험자의 시선을 추적함
∙ 모르는 얼굴과 익숙한 얼굴 사이에 시선의 변화 형태를 분석함
∙ 시선의 2차원 (X,Y) 좌표를 이용하여 신호 패턴의 변화와 시선이 어느자극에 얼만큼 머무는지를 정량화
∙ 이후 각 얼굴마다 시선의 커널밀도를 추정하여, 시선의 머뭄 정도와 방향을 파악
n WSB 사용 시 나리오에 적 합한 밴드 요 구 사항 도출
n 본 과제가 목표하는 WSB 밴드의 예상 기능 요구사항 도출
∙ 참여 기관별 기능 요구사항 취합
∙ 웨어러블 밴드 기능 요구사 항 분석
∙ 기능 요구사항 1차 정의 및 보완
n WSB 밴드 사용 시나리오 발굴
∙ WSB 밴드 적용 가능 시장 예 측
∙ 본 개발 과제에 가장 적합한 사용처 발굴
∙ 사용 시나리오 정의
n 본 과제가 목표하는 WSB 밴드의 예상 기능 요구사항 도출
∙ MSP 센서, WSB 플랫폼, ECG 센서, UI, 서비스 등을 담당한 각 참여기관으로부터 WSB 밴드 기능 요구사항 취합
∙ 웨어러블 밴드의 완성도 및 사용성에 영향을 주는, 착용 위치, 제품 크기, 배터리(소모전력) 등에 대한 요구사항 정의
∙ 취합되고 정의된 기능 요구사항 1차 정의서를 참여기 관 간에 공유 및 보완
n WSB 밴드 사용 시나리오 발굴
∙ 핀테크, 보안, 복지, 의료, 스포츠 각 분야의 적용 가능 시장 발굴
∙ 공동연구기관 간의 협의를 통해, 보안 및 본인 확인 이 중요한 출입 및 근태 관리 서비스 발굴
∙ WSB 밴드를 활용한 출입 및 근태관리 서비스에서의 WSB 밴드 사용 시나리오 정의
n MSP 센서와 ECG 센서를 중심으 로, WSB 밴드 구성 요소들을 탑 재한 WSB 생체신호획득 모듈 설 계
∙ 기능 요구 사항에 따른 모듈
n MSP 센서와 ECG 센서를 중심으로, WSB 밴드 구성 요소들 을 탑재한 WSB 생체신호획득 모듈 설계
∙ 모듈 구성 요소 :
-생체신호 획득부(MSP, ECG, 6-axis accelerometer, PPG, touch 센서 및 각 센서부의 AFE),
n WSB 생체 신 호 획득 모듈 개발
구성 요소 정의
∙ 블록 다이어그램 설계
∙ 회로 설계 및 주요 부품 선 정
n 생체인증에 필요한 생체신호 획 득을 위한 시작품 설계
∙ (2차년도 개발 내용이나, 이 를 앞당겨 착수 함)
∙ 생체신호 획득을 위한 시작 품의 기구 설계
-구동 및 중앙처리부(MCU, memory),
-사용자인터페이스부(buzzer, vibration motor, LED 등),
-통신부 (NFC, BT4.0, USB)
∙ 블록 다이어그램 설계
-정의된 구성요소에 따라 설계 수행
∙ 기능요구사항에 따라, 각 요소별 회로 설계, 요소간 커넥션, 주요 부품 사양 선정
n MSP 생체인증에 필요한 생체신호 획득을 위한 시작품 설 계
∙ 개발된 생체신호 획득 모듈을 활용하고, MSP 및 ECG 신호 획득이 가능한 시작품 기구 설계 (진행 중)
n WSB 밴드의 사용 목적에 적합한 제품 디자인 리서 치
n 웨어러블 생체신호 측정기기 디 자인 트렌드 리서치
∙ 현존하는 웨어러블 스마트 기기 및 시장 조사 (관련 분 야 디자인 및 리서치 전문 업체와 협력하여 진행)
∙ 웨어러블 스마트 기기 시장 분석
∙ WSB 밴드 디자인 개발 방향 설정
n WSB밴드 디자인 요구사항 도출
∙ 필수 기능 요구사항으로부 터, 디자인 input으로 사용 될 핵심 요구사항 정의
n 웨어러블 생체신호 측정기기 디자인 트렌드 리서치
∙ 현존하는 웨어러블 스마트 기기 조사 및 분석 -웨어러블 기기의 정의, 역사, 발전단계 조사
-웨어러블 기기의 형태별, 착용 부위별, 기능별, 활용 분야별 조사
-웨어러블 스마트 기기 시장 조사 -13개 업체의 smart watch 조사 -18개 업체의 smart band 조사 -11개 업체의 smart glasses 조사
-기타 smart - ring, head set, shoes, gloves, wear, robot(suit), IoT, healthcare, implantables, patches 등 조사
-CES 2016 trend 조사
∙ 웨어러블 스마트 기기들과 시장 분석
-사용성, 멋, 기능, 가격대비 성능, 건강관리 등의 키 워드 발굴
-웨어러블 기기 및 관련 시장의 한계 분석
∙ WSB 밴드 디자인 개발 방향 설정
-Display / Sensor / Battery / Material 각 요소별 개발 방향 도출
n WSB밴드 디자인 요구사항 도출
∙ 주 사용 대상 및 적용 시장 1차 정의
∙ 제품 크기, 핵심 기능 요소 (센서)의 배치, 방수 방 진 수준 등
∙ 디자인 중점 요소 제안
FIDO UAF Server
n FIDO Alliance UAF Server Guideline 분석
n Process Flow Controller 개발
n GetUAFRequestController.java (Reg, Auth, DeReg 요청 분석 컨트롤러) 구현
n SendUAFResponseController.java (Reg, Auth, DeReg 응 답 생성 컨트롤러) 구현
n FacetsController.java (FIDO Client 인증 컨트롤러) 구현
n MetadataServiceController.java (FIDO ASM 인증 컨트 롤러) 구현
FIDO UAF Client
n FIDO Alliance UAF Client Guideline 분석
n Client SDK 개발 n FIDO_Client 개발
n FIDO_ASM 적용 (삼성 sPass 지 문 인식장치 적용)
n SDKActivity.java (로그인 수행, 사용자 UI 제공, 서버 와 연결 및 사용되는 FIDO 인터페이스) 구현
n ClientActivity.java (인증 장치와 사용자 앱 연동 및 사용되는 FIDO 인터페이스) 구현
n ASMActivity.java (인증 장치와 통신하여 인증 수행 및 사용되는 FIDO 인터페이스) 구현
○ 생체신호기반의 개인 인증 기술은 차세대 웨어러블 플랫폼인 스마트 워치나 밴드 에 내장 가능한 기술로 최근 수요가 증가하고 있는 핀테크(금융결재), 스마트 의료 정보, 자동차, 스마트 홈, 공공기관, 산업현장 등 개인인증이 필요한 다양한 분야 에서의 간편한 착용만으로 위변조가 어려운 개인인증이 가능한 차세대 기술임
○ 생체인식(지문, 홍채, 얼굴 등) 기술은 인위적인 위변조 및 복제가 가능하고 소형화가 어려운 점이 있어 본 과제에서는 생체신호(ECG, EEG, EMG, Eye Gage, MSP 등) 기반 의 차세대 다중생체신호 개인 인증기술을 개발하고 있으며 1차년도에는 단일 생체 신 호기반의 인증 알고리즘 기술 확보하였음
○ 당해연도 연구개발성과 요약
- 피부생체 광학 기반의 MSP(Multispectral Skin Photometrics) 개인 식별 디바이스를 설계/제작하고 생체대상 실험을 통해 새로운 개인 식별 디바이스로서의 가능성 확 인
- 다양한 생체신호(ECG, EEG, EMG, Eye Gaze 등)를 활용한 개인 인증 알고리즘 개 발을 위한 전처리, 특징점 추출, 개인 식별 알고리즘 연구를 통해 개별 생체 신호 기반의 개인 인증 알고리즘 기술 확보함. 2차년도 다중 생체신호 기반의 인증 알고 리즘 개발을 위한 기반 기술을 확보
- 3종 이상의 생체신호를 입력받아 개인 인증 신호처리가 가능한 WSB(Wearable Smart Biometric) 플랫폼을 설계/제작하고 검증용 펌웨어 및 S/W개발
- 착용형 WSB 밴드 제작을 위한 설계적, 디자인적인 요구사항을 분석하고 디자인 랜 더링안 도출
- FIDO 1.0 규격 기반의 모바일 생체인증 서비스 플랫폼 아키텍처를 설계하고 FIDO 규격 서비 및 클라이언트 개발하여 2차년도에 표준화 추진할 모바일 생체인증 서비 스 플랫폼의 기반기술을 확보
- 본 과제 생체인증 보안 관련 국제 표준화 단체인 ITU에 기고서 1건 제출 및 채택1건, ITU-T SG 17 Q10 NWI 제안
○ 지문, 홍채 등과 같은 생체인증 기술은 타인 도용이나 위변조가 가능하므로 본 과제 에서 개발하고 있는 ECG, EEG, MSP 등의 생체신호는 타인 도용이 원천적으로 불가 능한 기술로 개발 성공시 기술적, 경제적 파급효과가 매우 큰 품목임
3. 연구개발 목표의 달성도 및 자체 평가
가. 연구개발성과 및 평가 방법
○ 2차년도 이후에는 다양한 응용분야에서 사용가능한 간편하고 신뢰도 높은 개인 인 증 기술을 개발하기 위해 다중 생체신호 측정 기반의 웨어러블 개인인증 디바이 스 핵심기술을 중점개발 할 계획임
○ 정량적인 목표 달성도(1차년도)
- 당해연도 정량적인 목표항목을 모두 초과 달성 완료함
- 본인 거부율(FRR) : 30명의 피험자의 4회 반복 생체 정보를 획득하고 개인 인증 알 고리즘을 통해 6.67% 달성
- 타인 수락율(FAR) : 30명의 피험자의 4회 반복 생체 정보를 획득하고 개인 인증 알 고리즘을 통해 0.92% 달성
- 생체정보 인증반응시간 : 생체정보 획득이후 인증 알고리즘 처리에 소요되는 시간으 로 0.004초 달성
- MSP 모듈 파장수 : MSP 모듈에 사용된 광원의 종류는 최종 시제품기준으로 IR+Red, IR+Yellow 등 2종이상 달성
- MSP 모듈 matrix size : MSP 모듈에 사용된 photodiode 소자의 채널수는 8×2 총 16 채널 달성
- 다중생체정보수 : 플랫폼상에서 입력 가능한 생체정보의 종류는 ECG, EEG, EMG 총 3종으로 달성
평가 항목 (주요성능 Spec1))
단위
전체 항목 에서 차지하는
비중2) (%)
세계최고 수준 보유국/
보유기업 ( / )
개발
목표치 1차년도
달성수준 평가 방법3)
성능수준 1차
년도 1. 본인 거부율
(False Reject
Rate) % 20% 0.13*
(인도/Bangalo
re 대학) ≤ 10 6.67 공인시험확인서 2. 타인 수락률
(False Accept
Rate) % 20% 0.82
(스페인/
Starlab) ≤ 2 0.92 공인시험확인서 3. 생체정보
인증반응시간 sec 10% - ≤ 2 0.004 공인시험확인서
4. MSP 모듈 파장수 개 10% 2
(미/UCLA) ≥ 2 2 공인시험확인서 5. MSP 모듈
matrix size 개 10% 8 × 4
(미/UCLA) ≥ 4×4 8×2 공인시험확인서
6. 다중생체정보수 개 10% 3
(미국/BioNym) ≥ 3 3 자체평가
< 1차년도 정량적인 목표 항목 >
구분 목표 달성도(%) 비고
특허 출원
국내 5건 7건(140%)
국외 - -
계 - -
특허 등록
국내 - -
국외 - -
계 - -
국외 논문 게재
SCI - -
비SCI - 1편 非목표 초과달성
계 - 1편
국내 논문 게재
SCI - -
비SCI - -
계 - -
국내 및 국제 학술회의 발표
SCI - -
비SCI 7편 14편(200%)
계 7편 14편(200%)
국제 표준화
기고서 제출 - 2건 非목표 초과달성
기고서 채택 - 1건 非목표 초과달성
표준안 채택 - -
국내 표준화
기고서 제출 - -
기고서 채택 - -
표준안 채택 - -
기술 이전
계약 건수 - -
계약액 - -
징수액 - -
등록ㆍ기탁 대상 성과물
보고서 원문 - -
연구시설·장비 - -
기술요약정보 - -
생명자원
생명정보 - -
생물자원 - -
신품종 - -
소프트웨어 3건 4건(130%)
화학물 - -
인력 양성
학사 - -
석사 - -
박사 - -
기타
시제품 4개 10개(250%)
성과 홍보 - -
개발 전 개발 후
일자리 창출
연구인력 12 명 14 명
생산인력 37 명 42 명
