[논문 리뷰] A Database of Dorsal Hand Vein Images

Felipe Wilches‐Bernal, Bernardo Núñez-Álvares외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 10.

Biometric Identification and Security참고 문헌 17인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 2007–2008년 동안 Pontificia Universidad Javeriana에서 자체 제작한 적외선 조명 장치를 사용하여 표준화된 손 자세로 촬영한 등손 정맥 영상 두 개의 공개 데이터베이스를 제시한다. 데이터셋은 각각 1,104张 영상(데이터베이스 1)과 678장 영상(데이터베이스 2)을 포함하며, 기계 학습 및 영상 처리 기법을 활용한 생체 인식, 특히 정맥 기반 인증에 관한 연구를 지원하기 위해 목적한다.

ABSTRACT

The dorsal hand vein has been demonstrated as a useful biometric for identity verification. This work details the procedure taken to collect two databases of dorsal hand veins in a biometric recognition project. The purpose of this work is to serve as a reference for the databases that are being shared with the public.

연구 동기 및 목표

• 저비용의 맞춤형 영상 장치를 사용하여 생체 인식 용도로 적합한 고대비 등손 정맥 영상 촬영을 반복 가능하게 하는 방법론을 개발하고 문서화하기 위해.
• 생체 인식 및 영상 처리 분야의 연구를 지원하기 위해 공개 가능한 등손 정맥 영상 데이터베이스 두 개를 구축하기 위해.
• 표준화된, 익명화된 데이터셋을 제공함으로써 향후 기계 학습 및 인공지능 기반 정맥 기반 신원 확인 연구를 가능하게 하기 위해.
• 기준 설정 및 알고리즘 개발을 위한 공개 가능하고 고품질의 등손 정맥 영상 데이터베이스 부족 문제를 해결하기 위해.
• 과학 공동체가 공개 저장소를 통해 데이터셋을 공유함으로써 교육 및 협업 연구를 지원하기 위해.

제안 방법

• 주변 빛을 최소화하고 적외선 대비를 향상시키기 위해 스티로폼으로 마감된 벽을 가진 나무 상자 형태의 구조물(32×29×35 cm)을 구축하였다.
• 데오피그레니티드 헤모글로빈 흡수를 극대화하기 위해 880 nm 피크 파장으로 방출하는 맞춤형 LED 램프 4개(총 100개, 램프당 25개)를 구조물 상단에 장착하였다.
• 빛의 집중을 줄이고 균일한 조명을 향상시키기 위해 LED 위에 투명지(펄프 페이퍼)를 한 겹 놓았다.
• 노출, 이득, 밝기 및 프레임 속도를 실시간으로 조절할 수 있는 소프트웨어 제어 기능이 있는 IEEE-1394 호환 적외선 카메라(ISG LW-1.3-S-1394)를 통합하였다.
• 손 위치를 표준화하고 일관된 주먹 쥐기 동작을 유도하여 정맥의 가시성을 높이기 위해 중심 가이드가 있는 손 위치 기준봉을 구현하였다.
• 15 fps의 프레임 속도로 세션당 손 한쪽에 3~4장의 영상을 촬영하였으며, 약 0.67초 동안의 일관된 영상 촬영을 보장함으로써 운동 왜곡을 최소화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저비용의 맞춤형 영상 장치로 생체 인식 용도로 적합한 고대비 등손 정맥 영상 촬영이 신뢰성 있게 수행될 수 있는가?
• RQ2 손 자세와 조명을 표준화함으로써 다양한 개인 간의 등손 정맥 영상 일관성과 품질이 어떻게 향상되는가?
• RQ3 촬영 파rameter의 변동(예: 거리, 조명)이 정맥 기반 데이터베이스의 인식 작업 수행 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 공개된, 익명화된 등손 정맥 영상 데이터베이스가 생체 인식 및 기계 학습 분야에서 재현 가능한 연구를 지원할 수 있는가?
• RQ5 장기적 데이터 보존 및 재포맷팅(예: 원시 데이터에서 익명화된 .tif로 변환)이 생체 영상 데이터셋의 무결성과 활용도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 맞춤형 영상 장치는 138명의 개인으로부터 데이터베이스 1에 1,104장의 등손 정맥 영상을 성공적으로 촬영하였다. 개인당 손 한쪽에 4장의 영상이 촬영되었다.
• 데이터베이스 2는 첫 번째 세션 이후 두 달 후에 촬영된 113명의 개인으로부터 678장의 영상으로 구성되어 있으며, 개인당 손 한쪽에 3장의 영상이 촬영되었다.
• 모든 영상가 20cm의 일관된 거리에서 촬영되어 데이터셋 전체에 걸쳐 균일성을 확보하였다.
• 영상 해상도는 752×560 픽셀이며, 16비트 양자화를 적용하여 고정밀도 데이터 유지 목적으로 .tif 형식으로 저장되었다.
• 2020년에 참가자 개인정보를 보호하기 위해 파이썬 기반 알고리즘을 사용하여 데이터셋을 완전히 익명화하였으며, 재공개 전에 이를 수행하였다.
• 데이터베이스는 GitHub 저장소를 통해 공개 가능하며, 명확한 이름 규칙을 적용하여 연구 워크플로우에 쉽게 통합할 수 있도록 하였다: person_[xxx]_db1_[yz].tif 및 person_[xxx]_db2_[yz].tif.