一種基於書寫筆勁識別的身份驗證系統的製作方法
2023-06-06 16:21:26
專利名稱：一種基於書寫筆勁識別的身份驗證系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種身份驗證系統，尤其涉及一種基於書寫筆勁識別的身份驗證系統，屬於單片機控制技術領域。
背景技術：
在當今信息社會，個人隱私、商業機密和國家安全等越來越受到人們的重視，信息既需要能被方便的讀取，又需要得到可靠地保護。然而，現今的一些身份認證方案很難盡善盡美，即使是被認為不可複製的虹膜和指紋識別，在犯罪分子獲取當事人的眼球或手指等身體器官的極端情況下也會被冒充。由於成年人的書寫習慣包括書寫的字形、速度、力度和角度等，在較長一段時間內是固定不變的，長期以來都以籤名的字形作為認證身份的依據。特別是漢字，由於其特徵較為明顯，經常被用來作為身份鑑定。但字形是直觀的形態，比較容易被模仿，相比之下書寫的勁道難以察覺，幾乎是不可複製和模仿的。而電阻觸控螢幕由於其自身的構造，可以使用專用觸控螢幕控制晶片採集筆跡及筆勁信息。
發明內容
本發明為解決上述技術問題提供了一種基於書寫筆勁識別的身份驗證系統，本系統的硬體平臺，採集了書寫的壓力信息，可以分析出不同的人書寫的壓力有明顯的區別，實現身份識別。本發明為實現上述目的，採用如下技術方案:一種基於書寫筆勁識別的身份驗證系統，包括單片機、觸控螢幕控制模塊、電阻觸控螢幕、上位機程序模塊，單片機第一輸出端通過觸控螢幕控制模塊連接電阻觸控螢幕，單片機第二輸出端連接到上位機程序模塊；單片機和電阻觸控螢幕共同完成筆勁數據信息採集，再通過串口與計算機數據通信，由上位機程序模塊進行筆勁信息資料庫的建立，最終通過匹配比對算法完成用戶的認證。本發明的有益效果是:本系統的重點在於對以往單純以書寫的字形來識別身份的方式的改進，在相對成熟的筆跡識別技術基礎上，輔以對書寫筆勁的對比，可以更加精確地識別用戶的身份，而且書寫的筆勁在外觀上是很難察覺的，故很難被模仿。系統中的書寫筆勁的採集是直接基於觸控螢幕的，不用外加任何傳感器和特殊的壓力採集設備，簡單易行，只需稍加改裝。另外可以將筆勁轉化為第三維度的信息，使用現在已經相當成熟的圖像識別算法進行處理；本系統結合筆跡識別技術與書寫勁道的認證，提高了身份認證的準確性。
圖1為系統結構原理圖；圖2為壓力測量原理圖；圖3為AD7879典型接口電路；圖4為下位機程序流程圖；圖5為上位機程序流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對發明的技術方案實現方法進行說明:一種基於書寫筆勁識別的身份驗證系統，包括單片機、觸控螢幕控制模塊、電阻觸控螢幕、上位機程序模塊，單片機第一輸出端通過觸控螢幕控制模塊連接電阻觸控螢幕，單片機第二輸出端連接到上位機程序模塊；單片機和電阻觸控螢幕共同完成筆勁數據信息採集，再通過串口與計算機數據通信，由上位機程序模塊進行筆勁信息資料庫的建立，最終通過匹配比對算法完成用戶的認證。如圖1所示，系統在整體上採用模塊化設計，通過AD7879晶片、單片機和觸控螢幕共同完成筆勁數據信息採集，再通過串口完成與計算機的數據通信，將筆勁信息數據交與上位機；上位機利用LabVIEW構建出友好的用戶界面，然後程序主體將所得的數據轉換，經過加密存儲後，按照一定的規律顯示在屏幕上，同時，後臺將完成提取特徵值，與現有數據進行匹配，並將結果通過對話框的形式顯示給用戶。通過分析電阻式觸控螢幕的結構可以知道，在按下觸控螢幕的時候，兩層的金屬膜之間肯定會有接觸電阻，如圖2所示，而觸摸電阻值越大,則表示觸摸壓力越小,所以這裡就可以得到一種測量觸摸壓力的方案。具體測量方法如下，將參考電壓接在Y+和X-上，分別測量X+端的電壓得出Zl和Y-端的電壓得出Z2.則接觸電阻的計算公式為:Rtouch = RxX (Z2/Z「l) XXP0S/2x (I)公式中RTOUCH表示接觸電阻，RX表示X方向的總電阻，其與實際觸摸壓力相關，XPOS為接觸點處X方向電壓採樣值，N為採樣深度。本項目中只關心壓力的相對大小，所以無需知道RX的具體值，這保證了軟體的可移植性。如圖3所示，AD7879晶片是專用的四線電阻觸控螢幕驅動晶片，支持1.6 3.6V的單電源供電，其主要的模塊有電壓切換和通道選擇電路，內部2.5V參考電壓，12位逐次逼近型模數轉換器，數據預處理模塊，串行數字接口和數字控制邏輯。AD7879晶片的電壓切換和通道選擇電路，可以方便的切換觸控螢幕上的參考電壓接入端和ADC採樣端，得到需要的X、Y及Z1、Z2的值。為了降低來自IXD噪聲以及其他噪聲源的影響，AD7879還內置預處理模塊，預處理功能包括中值濾波器及均值濾波器。AD7879與單片機的接口為標準SPI串行接口或12C接口(與具體型號有關)。晶片還有一個中斷使能埠，當觸控螢幕上有壓力時，中斷使能端立即產生一個中斷信號到MCU，開始採集坐標。AD7879晶片的外部接口電路相當簡單，只需要簡單的接入觸控螢幕和電源即可工作，再將AD7879的串行接口(SPI或12C)與MCU相連，可以獲得位置坐標以及壓力信息。下位機為80C51的單片機，主要控制AD7879晶片採集觸控螢幕上的字形和壓力信息，並把坐標和壓力信息發送給上位機程序。如圖4所示，下位機程序流程圖，首先由單片機對AD7879的晶片初始化，然後等待外部中斷觸發，中斷觸發後開啟中斷定時器，並發送開始碼告知上位機程序書寫開始，之後進入循環等待定時器中斷。進入定時器中斷後立即讀取觸控螢幕上的書寫位置和壓力，並發送給上位機程序，當觸控螢幕上無壓力時認為書寫完成，然後關閉定時器，發送結束符並退出外部中斷。使用定時器中斷保證了每兩次採樣的時間間隔是一樣的。下位機為80C51的單片機，主要控制AD7879晶片採集觸控螢幕上的字形和壓力信息，並把坐標和壓力信息發送給上位機程序。如圖4所示下位機程序流程圖，首先由單片機對AD7879的晶片初始化，然後等待外部中斷觸發，中斷觸發後開啟中斷定時器，並發送開始碼告知上位機程序書寫開始，之後進入循環等待定時器中斷。進入定時器中斷後立即讀取觸控螢幕上的書寫位置和壓力，並發送給上位機程序，當觸控螢幕上無壓力時認為書寫完成，然後關閉定時器，發送結束符並退出外部中斷。使用定時器中斷保證了每兩次採樣的時間間隔是一樣的。上位機程序是使用LabVIEW編寫的程序。LabVIEW是美國國家儀器公司推出的圖形化的編程平臺，引入了虛擬儀器的概念，以框圖的形式編寫代碼，高度的模塊化和智能化為軟體設計提供了便利。為簡化開發，本系統使用LabVIEW進行界面開發以及算法處理。本系統實現身份認證功能主要包含兩個環節，第一步是創建籤名，即將允許進入系統的用戶書寫特徵記錄到系統中；第二步是驗證籤名，即驗證輸入的籤名的用戶是否有進入系統的權限，系統框圖如圖5所示。系統首先進行初始化，用戶選擇「創建籤名」，然後開始在觸控螢幕上書寫籤名。系統接收下位機傳送的數據，先進行存儲，收到的數據從起始碼到結束碼之間是有效的。因為AD7879內部為12位ADC，且每個採樣點需要採集四次數據(X、Y、Zl、Z2)，所以每個採樣點對應SByte的信息。上位機程序可以順次讀出所有有效點，循環讀取各個採樣點，並逐點描繪在空白圖片上，就可以得到書寫的字形顯示圖片。為形象表現顯示效果，設計中把壓力特徵映射成了像素點的顏色信息，深顏色表示壓力大，淺顏色表示壓力小。創建籤名之後可以進行驗證籤名，用戶選擇驗證籤名，並開始在觸控螢幕上書寫，之後數據採集和處理的過程與創建籤名的方法相同，得到圖片B.然後，將輸入的籤名與初始創建的籤名進行對比，對比的過程如下。(I)消除誤差點。實驗發現，觸控螢幕採集到的數據中，有些採樣點是由系統隨機誤差造成的，其在屏幕上顯示為一些雜散的孤點，在驗證之前需要消除這些誤差點。(2)對正，對齊字形。首先將書寫的字跡比劃對應起來，這主要是尋找書寫筆跡中的特徵點，包括提筆點、落筆點和轉折點，並形成特徵標記。(3)分割字符。根據上一步所做的標記，以特徵點為間隔，把字跡分為若干段，將之與創建的原始籤名數據進行對比。如果段數不同，則驗證失敗，發送重新驗證提示。否則，進行下一步對比。(4)壓力對比。求出每個特徵點附近的平均壓力之差。每個轉折點處的曲率之和以及每段採樣點序列的均方差，若這些結果均沒有超過設定的閾值，則認證通過，否則認證失敗。這些閾值都是通過實驗中反覆對比得到。這個閾值也可以根據用戶需求設定。用戶所需的安全等級越高，那麼設定的閾值就越高。
權利要求
1.一種基於書寫筆勁識別的身份驗證系統，其特徵在於，包括單片機、觸控螢幕控制模塊、電阻觸控螢幕、上位機程序模塊，單片機第一輸出端通過觸控螢幕控制模塊連接電阻觸控螢幕，單片機第二輸出端連接到上位機程序模塊；單片機和電阻觸控螢幕共同完成筆勁數據信息採集，再通過串口與計算機數據通信，由上位機程序模塊進行筆勁信息資料庫的建立，最終通過匹配比對算法完成用戶的認證。
全文摘要
本發明公布了一種基於書寫筆勁識別的身份驗證系統，包括單片機、觸控螢幕控制模塊、電阻觸控螢幕、上位機程序模塊，單片機第一輸出端通過觸控螢幕控制模塊連接電阻觸控螢幕，單片機第二輸出端連接到上位機程序模塊；單片機和電阻觸控螢幕共同完成筆勁數據信息採集，再通過串口與計算機數據通信，由上位機程序模塊進行筆勁信息資料庫的建立，最終通過匹配比對算法完成用戶的認證。本系統結合筆跡識別技術與書寫勁道的認證，提高了身份認證的準確性。
文檔編號G06F3/045GK103093251SQ20111033871
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者朱海賓 申請人:朱海賓