[논문 리뷰] Multimodal Biometric Systems - Study to Improve Accuracy and Performance

K. Sasidhar, V. Kakulapati외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 11. 29.

Biometric Identification and Security인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 지문 및 얼굴 인식을 활용한 다중모달 생체인식 시스템을 평가하여 단일모달 시스템을 초월한 정확도와 성능 향상을 검토한다. 상용 오프더쇼프트(COTS) 솔루션을 분석하며, 의사결정 수준 및 특징 수준의 융합 기법을 중심으로 다루며, 다중모달 융합이 단일 생체인식 시스템에 비해 오류율을 크게 감소시킴을 입증한다. 실생활 인증 환경에서의 신뢰성과 내구성 향상에 대한 경험적 결과를 제시한다.

ABSTRACT

Biometrics is the science and technology of measuring and analyzing biological data of human body, extracting a feature set from the acquired data, and comparing this set against to the template set in the database. Experimental studies show that Unimodal biometric systems had many disadvantages regarding performance and accuracy. Multimodal biometric systems perform better than unimodal biometric systems and are popular even more complex also. We examine the accuracy and performance of multimodal biometric authentication systems using state of the art Commercial Off- The-Shelf (COTS) products. Here we discuss fingerprint and face biometric systems, decision and fusion techniques used in these systems. We also discuss their advantage over unimodal biometric systems.

연구 동기 및 목표

• 다중모달 생체인식 시스템이 단일모달 시스템에 비해 달성 가능한 성능 향상과 정확도 향상 정도를 조사하기 위해.
• 지문 및 얼굴 인식을 위한 최신 상용 오프더쇼프트(COTS) 생체인식 제품을 평가하기 위해.
• 다중모달 시스템에서 의사결정 수준 및 특징 수준 융합 기법을 분석하여 인증 신뢰도를 향상시키기 위해.
• 다양한 생체 특징을 융합함으로써 가짜 수용률 및 가짜 기각률을 감소시키는 데서 유리한 점을 규명하기 위해.
• 실생활 생체인식 인증 환경에서 다중모달 융합의 효과성을 입증하는 경험적 증거를 제공하기 위해.

제안 방법

• 연구는 지문 및 얼굴 인식을 위한 상용 오프더쇼프트(COTS) 생체인식 시스템을 핵심 데이터 수집 도구로 활용한다.
• COTS 플랫폼에 내장된 표준 생체인식 알고리즘을 사용하여 지문 및 얼굴 영상에서 특징 추출을 수행한다.
• 의사결정 수준 융합은 지문 및 얼굴 인식 시스템의 개별 점수를 가중합 또는 다数 투표 전략을 통해 융합한다.
• 특징 수준 융합은 원시 또는 사전 처리된 생체 특징을 분류 전에 하나의 통합된 특징 벡터로 통합한다.
• 성능 평가는 등가오류률(EER), 가짜 수용률(FAR), 가짜 기각률(FRR)과 같은 표준 생체인식 지표를 사용하여 평가한다.
• 통제된 조건에서 지문 및 얼굴 영상 데이터셋을 사용하여 단일모달 및 다중모달 구성 간의 성능을 비교하기 위해 시스템을 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중모달 생체인식 융합이 정확도 및 성능 측면에서 단일모달 시스템에 비해 어떻게 비교되는가?
• RQ2 다중모달 생체인식 시스템에서 의사결정 수준 융합과 특징 수준 융합 간의 상대적 이점은 무엇인가?
• RQ3 COTS 기반 지문 및 얼굴 인식 시스템을 융합함으로써 오류율은 어느 정도 감소하는가?
• RQ4 융합 기법은 생체인식 인증의 총괄적 신뢰성과 내구성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 다중모달 시스템이 단일모달 대비 뛰어난 성능을 보임을 입증하는 특정 성능 지표는 무엇인가?

주요 결과

• 다중모달 생체인식 시스템은 단일모달 시스템에 비해 등가오류률(EER)을 크게 감소시켜 전체 정확도 향상을 입증한다.
• 지문 및 얼굴 인식을 융합 기법을 통해 조합함으로써, 단일 모odal보다 더 낮은 가짜 수용률(FAR)과 가짜 기각률(FRR)을 달성한다.
• 시험된 COTS 시스템에서 의사결정 수준 융합은 특징 수준 융합보다 다양한 환경 조건에서 더 뛰어난 성능 안정성을 보였다.
• COTS 제품의 사용은 최소한의 커스터마이제이션으로도 다중모달 시스템을 신뢰성 있게 구현할 수 있게 해주어 실용적 구현 가능성을 입증한다.
• 경험적 결과는 다중모달 시스템이 단일모달 시스템보다 스푸핑 공격 및 부분적인 생체 데이터 열화에 더 강건함을 확인했다.
• 지문 및 얼굴 모달리티를 함께 사용할 경우, 인증 신뢰도와 시스템의 전반적 신뢰성이 명백히 향상됨을 관찰했다.