[논문 리뷰] Rotation, Scaling and Translation Analysis of Biometric Signature Templates

Aman Chadha, Divya Jyoti외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 06.

Handwritten Text Recognition Techniques참고 문헌 6인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 이미지 정렬 기술을 사용하여 사용자 서명과 기준 템플릿 간의 회전, 체적, 이동(RST) 변화를 자동으로 보정함으로써 강력한 생체 인식 서명 검증 시스템을 제안한다. RST 매개변수를 추정하고 보정함으로써, 심한 기하학적 왜곡 조건에서도 높은 정확도를 달성하며, 서명 시 엄격한 사용자 제약 조건이 필요 없어진다.

ABSTRACT

Biometric authentication systems that make use of signature verification methods often render optimum performance only under limited and restricted conditions. Such methods utilize several training samples so as to achieve high accuracy. Moreover, several constraints are imposed on the end-user so that the system may work optimally, and as expected. For example, the user is made to sign within a small box, in order to limit their signature to a predefined set of dimensions, thus eliminating scaling. Moreover, the angular rotation with respect to the referenced signature that will be inadvertently introduced as human error, hampers performance of biometric signature verification systems. To eliminate this, traditionally, a user is asked to sign exactly on top of a reference line. In this paper, we propose a robust system that optimizes the signature obtained from the user for a large range of variation in Rotation-Scaling-Translation (RST) and resolves these error parameters in the user signature according to the reference signature stored in the database.

연구 동기 및 목표

• 사용자가 서명할 때 발생하는 회전, 체적, 이동과 같은 기하학적 변형으로 인한 생체 인식 서명 검증 시스템의 성능 저하 문제를 해결하기 위해.
• 고정된 상자 내에 서명하거나 기준선에 맞추는 것과 같은 제한적인 사용자 행동이 필요 없도록 하기 위해 RST 왜곡을 자동으로 보정함으로써.
• 기울기, 크기, 위치의 큰 변화가 있는 상황에서도 사용자 서명을 기준 템플릿에 정확하게 정렬할 수 있는 방법을 개발하기 위해.
• 사용자가 항상 통제된 조건에서 서명할 수 없는 실제 환경에서의 시스템의 강건성과 사용성을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 시스템은 데이터베이스에 저장된 기준 템플릿과 사용자 서명을 정렬하는 데 필요한 회전, 체적, 이동(RST) 매개변수를 추정하기 위해 이미지 정렬 기술을 사용한다.
• 입력 서명과 기준 서명 간의 대응점을 식별함으로써 정확한 기하학적 변환 추정이 가능한 특징 기반 정렬 접근법을 적용한다.
• RST 매개변수 최적화 과정에서 정렬 품질을 평가하기 위해 정규화 상관관계 기반 유사도 측정법을 사용한다.
• 수렴 속도와 정확도를 향상시키기 위해 정렬 과정에서 굵기에서 세밀함 전략을 사용한다.
• 추정된 RST 변환을 적용하여 입력 서명을 기준 템플릿에 맞추기 위해 왜곡을 가해 정확한 비교를 가능하게 한다.
• 최종 검증 결정은 변환된 입력 서명과 기준 서명 간의 유사도 점수에 기반하여 내려진다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사용자가 서명할 때 발생하는 큰 회전, 체적, 이동 변화에 대해 생체 인식 서명 검증 시스템을 어떻게 강력하게 만들 수 있는가?
• RQ2 엄격한 사용자 제약 조건 없이도 자동 RST 보정이 얼마나 검증 정확도를 향상시킬 수 있는가?
• RQ3 이미지 정렬 기술이 손글씨 서명의 기하학적 왜곡을 효과적으로 추정하고 보정할 수 있는가?
• RQ4 사용자가 기준선에 맞추지 않고 자연스럽게 서명할 때 RST 보정이 시스템 성능에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 사용자 서명이 심한 회전, 체적, 이동 변화를 보일 경우에도 높은 검증 정확도를 달성한다.
• 시스템은 사용자가 고정된 상자 내에 서명하거나 기준선에 맞추는 것을 필요로 하지 않도록 성공적으로 해결하여 사용성 향상을 이룬다.
• 이미지 정렬 기술은 고정밀도로 RST 매개변수를 추정하여 입력 서명을 기준 템플릿에 정확하게 정렬하는 데 효과적이다.
• 정렬 과정에서 사용된 정규화 상관관계 측정법은 다양한 기하학적 왜곡 상황에서도 신뢰할 수 있는 유사도 측정을 보장한다.
• 粗-세밀 전략을 통해 수렴 성능가 향상되고 계산 오버헤드가 감소하면서도 높은 정확도를 유지할 수 있었다.