Electrocardiogram (ECG) has been investigated as promising biometrics with high authentication accuracy, natural liveness test ability, and wearable sensor availability. There have been many algorithms developed for ECG biometric authentication or identification including recent state-of-the-art deep learning (DL) methods that usually yielded excellent performance with real ECG data in ideal conditions. However, one of the challenges against ideal conditions is the intra-personal variability of ECG pulses due to heart beat rate changes. Due to this variability, ECG based biometric methods have experienced significant performance degradation. It is especially challenging when a small number of ECG pulses must be used for biometrics with fast response authentication since there is not enough information available to correct for different heart rates. In this letter, we investigated DL based ECG biometrics with the input of a small number of ECG pulses considering varying heart rates. We propose physiology-based augmented deep neural network (DNN) frameworks for ECG biometric methods that are based on the Hodges?? QT interval correction. Unlike QT interval correction methods, our proposed framework does not require the estimated heart rate. Our proposed training and testing schemes were evaluated with representative DL based biometric methods using CNN and RNN with very short ECG pulses (1 or 3 pulses per authentication) from the public multi-session ECG-ID dataset (83 subjects). We exploited the ECG-ID dataset to simulate the challenging scenario including the enrollment and authentication happening over relatively long time duration so that heart rate variation is likely occurring. Our augmented DNN frameworks yielded significantly better performance than the original DL based biometrics; up to 11.7% improvement in accuracy and 8.6% improvement in sensitivity simultaneously with 99.9% specificity.
KSP 제안 키워드
Biometric authentication, Correction method, Deep neural network(DNN), ECG biometric, Heart rate variation(HRV), Heartbeat Rate, Long Time, Physiology-based, QT interval, Time duration, Wearable sensors
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<출처표시방법 안내> 작성자, 저작물명, 출처, 권호, 출판년도, 이용조건 [예시1] 김진미 외, "매니코어 기반 고성능 컴퓨팅을 지원하는 경량커널 동향", 전자통신동향분석, 32권 4호, 2017, 공공누리 제4유형 [예시2] 심진보 외, "제4차 산업 혁명과 ICT - 제4차 산업 혁명 선도를 위한 IDX 추진 전략", ETRI Insight, 2017, 공공누리 제 4유형
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