基於書寫過程的移動終端用戶識別系統及其方法
2023-05-29 04:10:11
基於書寫過程的移動終端用戶識別系統及其方法
【專利摘要】本發明公開一種基於書寫過程的移動終端用戶識別系統及其方法，主要解決了現有技術不易部署、容錯性能差和計算複雜度高的問題。系統包括輸入模塊、預處理模塊、特徵提取模塊、用戶接口與識別模塊。方法步驟為：接入系統、判定是否進行筆跡註冊、獲取註冊筆跡信息、獲取註冊筆跡標準採樣序列、構建識別匹配模板、判定是否進行筆跡認證、獲取認證筆跡信息、獲取認證筆跡標準採樣序列、判定用戶輸入筆跡與模板是否匹配、通過認證。本發明的系統對現有移動終端的硬體沒有特殊要求，能夠部署到任何帶觸控螢幕的移動終端上。本發明的方法提升了容錯性能，保證了用戶身份識別的準確性，同時計算複雜度低，更適用於移動終端。
【專利說明】基於書寫過程的移動終端用戶識別系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於通信【技術領域】，更進一步涉及移動互聯【技術領域】中的基於書寫過程的移動終端用戶識別系統及其方法。本發明可以根據移動終端環境和書寫過程特徵，動態調整識別系統相應參數，從而使用戶身份的識別更加簡單，精確和安全。
【背景技術】
[0002]隨著移動網際網路的快速發展，移動終端包括了大量應用程式和私人信息，佔據了人們生活、工作中不可或缺的位置，與此同時，移動終端的安全問題也日益得到人們的重視，而身份識別技術是確保用戶數據及隱私安全的核心技術之一。
[0003]北京百納威爾科技有限公司申請的專利「基於筆跡的身份識別的方法及終端」(申請號201110211851.7申請公布號CN102411712A)公開了一種基於筆跡的身份識別的方法及終端。該方法包括以下步驟:1、筆跡採集模塊採集待識別筆跡。2、特徵提取模塊提取所述待識別筆跡的識別特徵，所述識別特徵用於表徵待識別筆跡的特異性。3、判斷模塊判斷所述識別特徵與存儲於筆跡樣品庫模塊中的標準筆跡的標準特徵是否匹配，若判斷獲知所述識別特徵與所述標準特徵相匹配，則身份合法，否則身份不合法，所述標準特徵用於表徵所述標準筆跡的特異性。通過以上步驟，該方法可以進行用戶身份合法性與否的判斷，同時保證了較高的穩定性和安全性。該方法存在的不足之處是，該方法在預處理模塊中對待識別筆跡進行中值濾波來保證身份識別的準確性，但是該專利申請的識別算法比較複雜，在移動終端中實現比較困難。另外，該識別方法主要提取用戶筆跡的絕對特徵，它的準確性是建立在用戶每次筆跡輸入相同的基礎之上的，如果同一個用戶每次的筆跡輸入時間和大小存在差別，那麼用戶的身份識別就會出錯，因此該方法的容錯性能較差，無法保證用戶身份識別的準確性。
[0004]華中科技大學提出的專利申請「基於筆勁識別的驗證系統」(申請號201110149918.9申請公布號CN102810162A)公開了一種基於筆勁識別的驗證系統。該方法包括以下步驟:1、處理晶片控制觸控螢幕控制器採集觸控螢幕上書寫的字形、筆勁信息。2、讀取輸入的字形和筆勁信息，經濾波降噪後識別算法進行比對驗證。3、在顯示器上輸出結果。通過以上步驟，本發明提高了驗證系統的安全性，採用的各設計模塊及元器件均有很高的穩定性，且硬體模塊的技術成熟，可嵌入到任何需要驗證的系統。該系統存在的不足之處是:該系統由處理器、觸控螢幕、觸控螢幕控制器、顯示器四部分構成，由於該系統必須包含壓力檢測功能的觸控螢幕控制晶片，不適合部署到現有的移動終端上。
【發明內容】
[0005]本發明針對上述現有技術的不足，提出一種安全高效並且系統開銷小的基於書寫過程的移動終端用戶識別系統及其方法，可以充分的利用用戶筆跡輸入中的時間特徵，保證用戶身份的識別更加簡單，精確和安全。
[0006]為了實現上述目的，本發明系統包括輸入模塊、預處理模塊、特徵提取模塊、用戶接口與識別模塊四大模塊。其中:
[0007]所述的輸入模塊，通過觸控螢幕實時獲取用戶的筆跡信息並傳給預處理模塊；
[0008]所述的預處理模塊，用於在獲取用戶的筆跡信息之後，對筆跡信息進行數位化處理；對數位化處理之後的筆跡信息進行空間域和時間域變換得到標準採樣序列，並將該標準採樣序列分別發送給特徵提取模塊和用戶接口與識別模塊；
[0009]所述的特徵提取模塊，使用預處理模塊中得到的標準採樣序列，構建識別匹配模板，並發送給用戶接口與識別模塊；
[0010]所述的用戶接口與識別模塊，用於存儲特徵提取模塊中得到用戶筆跡的識別匹配模板；將預處理模塊中獲得的標準採樣序列同存儲的識別匹配模版進行匹配，再將匹配結果返回給用戶。
[0011]本發明的識別方法包括如下步驟:
[0012](I)接入系統:
[0013]用戶使用輸入模塊觸控螢幕，打開移動終端用戶識別系統。
[0014](2)判定是否進行筆跡註冊:
[0015]存儲子模塊查詢是否存儲有用戶筆跡識別匹配模板，若有，則進入筆跡認證階段，執行步驟(7);否則，進入筆跡註冊階段，執行步驟(3)。
[0016](3)獲取註冊筆跡信息:
[0017]用戶通過移動終端用戶識別系統輸入模塊的觸控螢幕，輸入相同形狀的筆跡兩次，獲得兩組用戶筆跡信息，將該兩組用戶筆跡信息作為註冊筆跡信息傳送給預處理模塊。
[0018](4)獲取註冊筆跡標準採樣序列:
[0019]4a)通過數據獲取子模塊，對註冊筆跡信息中的兩組用戶筆跡信息進行採樣，得到兩個由平面坐標與採樣時間組成的初始三維坐標序列；
[0020]4b)通過空間域變換子模塊，移除兩個初始三維空間坐標序列中的採樣時間，得到兩個二維平面坐標序列，對該兩個序列進行坐標平移和坐標拉伸，得到兩個相對坐標序列；
[0021]4c)通過時域變換子模塊，對兩個相對坐標序列進行採樣，獲得兩個採樣點個數固定的標準採樣序列，並將該兩個採樣點個數固定的標準採樣序列作為註冊筆跡標準採樣序列傳送給特徵提取模塊。
[0022]( 5 )構建識別匹配模板:
[0023]5a)通過特徵序列計算子模塊，求註冊筆跡標準採樣序列中兩個標準採樣序列的均值，得到一組坐標序列，將該坐標序列作為特徵序列；
[0024]5b)採用門限值計算子模塊中的偏離法，計算註冊筆跡標準採樣序列中兩個標準採樣序列的偏離度，將該偏離度值作為識別門限值；
[0025]5c)將特徵序列和識別門限值組成識別匹配模版，將識別匹配模板傳送給存儲子模塊進行存儲。
[0026](6)判定是否進行筆跡認證:
[0027]用戶接口子模塊通過用戶選項來判斷是否進行筆跡認證，若是，則進入筆跡認證階段，執行步驟(7);否則，執行步驟(2)。
[0028](7)獲取認證筆跡信息:[0029]用戶通過移動終端用戶識別系統輸入模塊的觸控螢幕，輸入相同形狀的筆跡一次，獲得一組用戶筆跡信息，將該組用戶筆跡信息作為認證筆跡信息傳送給預處理模塊。
[0030]( 8 )獲取認證筆跡標準採樣序列:
[0031]8a)通過數據獲取子模塊，對認證筆跡信息中的用戶筆跡信息進行採樣，得到一個由平面坐標與採樣時間組成的初始三維坐標序列；
[0032]Sb)通過空間域變換子模塊，移除初始三維空間坐標序列中的採樣時間，得到一個二維的平面坐標序列，對該序列進行坐標平移和坐標拉伸，得到一個相對坐標序列；
[0033]Sc)通過時域變換子模塊，對該相對坐標序列進行採樣，獲得一個採樣點個數固定的標準採樣序列，並將該採樣點個數固定的標準採樣序列作為認證筆跡標準採樣序列傳送給用戶接口與識別模塊。
[0034](9)判定用戶輸入筆跡與模板是否匹配:
[0035]匹配計算子模塊比較認證筆跡準採樣序列與步驟5a)的特徵序列通過偏離法計算的偏離度是否小於用戶接口子模塊設置的識別匹配閾值，若小於，則認為用戶身份認證通過，執行步驟(10);否則，用戶身份認證失敗，執行步驟(2)。
[0036](10)通過認證:
[0037]用戶接口子模塊通過用戶接口將用戶身份認證通過的結果返回給用戶，移動終端用戶識別系統允許用戶使用移動終端。
[0038]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0039]第一，本發明中的系統僅有輸入模塊、預處理模塊、特徵提取模塊、用戶接口與識別模塊四大模塊，對現有移動終端的硬體沒有特殊要求，克服了現有技術中的系統不易部署的缺陷，使得本發明的系統能夠部署到任何帶觸控螢幕的移動終端。
[0040]第二，本發明中的方法通過坐標平移、坐標拉伸固定採樣點個數的採樣，得到了用戶筆跡的標準採樣序列，避免了由於現有技術中更偏重於提取用戶筆跡的絕對特徵從而忽略了用戶每次輸入的筆跡的大小和時間不可能完全相同的缺陷，使得本發明的方法明顯提升了容錯性能，保證了用戶身份識別的準確性。
[0041]第三，本發明中的方法最複雜的操作是，構建識別匹配模板和判定用戶筆跡與模板是否匹配中採用類似於方差的偏離法計算兩個序列的偏離度，所採用的算法簡單，計算複雜度低，克服了現有技術中採用濾波、圖像處理等算法計算複雜度高的缺點，由於移動終端的計算能力較弱，因此本發明的方法更適用於移動終端。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]圖1為本發明系統的方框圖；
[0043]圖2為本發明方法的流程圖。
[0044]具體實施措施
[0045]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0046]參照附圖1，本發明系統包括輸入模塊、預處理模塊、特徵提取模塊、用戶接口與識別模塊四大模塊。其中:
[0047]輸入模塊，通過觸控螢幕獲取用戶的筆跡信息並傳給預處理模塊。
[0048]預處理模塊包括數據獲取子模塊、空間域變換子模塊、時域變換子模塊。[0049]數據獲取子模塊用於對用戶筆跡信息進行採樣，獲得由平面坐標和採樣時間組成的初始三維坐標序列，發送給空間域變換子模塊。空間域變換子模塊用於對初始三維坐標序列進行降維、坐標平移、坐標拉伸，獲得空間域坐標統一的相對坐標序列，並將該相對坐標序列傳送給時域變換子模塊。時域變換子模塊用於對相對坐標序列進行採樣，獲得採樣點個數固定的標準採樣序列，並將該標準採樣序列傳送給特徵提取模塊和用戶接口與識別模塊。
[0050]特徵提取模塊包括特徵序列計算子模塊和門限值計算子模塊兩個子模塊。
[0051]特徵序列計算子模塊對預處理模塊輸出的多個標準採樣序列和參數進行運算，輸出一個坐標均值序列，將該坐標均值序列作為特徵序列。門限值計算子模塊對預處理模塊輸出的多個標準採樣序列進行運算，輸出一個運算值作為識別門限值，將特徵序列和識別門限值組成識別匹配模板發送給用戶接口與識別模塊。
[0052]用戶接口與識別模塊包括存儲子模塊、匹配計算子模塊、用戶接口子模塊三個子模塊。
[0053]存儲子模塊用於存儲並更新特徵提取模塊中獲得的識別匹配模板，並將識別匹配模板傳送給用戶接口子模塊。匹配計算子模塊，用於將預處理模塊中獲得的標準採樣序列與存儲子模塊中存儲的識別匹配模板進行匹配，並將匹配結果返回給用戶接口子模塊。用於獲取用戶選項，設置識別匹配閾值，再將匹配計算子模塊中獲得匹配結果通過用戶接口返回給用戶。
[0054]下面結合附圖2對本發明方法的具體步驟描述如下:
[0055]步驟I，接入系統。
[0056]當用戶需要使用移動終端的時候，必須通過移動終端用戶識別系統進行身份認證。用戶使用輸入模塊觸控螢幕，打開移動終端用戶識別系統。
[0057]步驟2，判定是否進行筆跡註冊。
[0058]存儲子模塊查詢是否存儲有用戶筆跡識別匹配模板，若有，則進入筆跡認證階段，執行步驟7 ;否則，進入筆跡註冊階段，執行步驟3。
[0059]步驟3，獲取註冊筆跡信息。
[0060]用戶通過移動終端用戶識別系統輸入模塊的觸控螢幕，輸入相同形狀的筆跡兩次，獲得兩組用戶筆跡信息，將該兩組用戶筆跡信息作為註冊筆跡信息傳送給預處理模塊。
[0061 ] 步驟4，獲取註冊筆跡標準採樣序列。
[0062]對註冊筆跡信息中的兩組用戶筆跡信息進行採樣，得到兩個由平面坐標與採樣時間組成的初始三維坐標序列。
[0063]移除兩個初始三維空間坐標序列中的採樣時間，得到兩個二維平面坐標序列，對該兩個序列進行坐標平移和坐標拉伸，得到兩個相對坐標序列。
[0064]坐標平移和坐標拉伸按照下式進行:
[0065]
【權利要求】
1.一種基於書寫過程的移動終端用戶識別系統，包括輸入模塊、預處理模塊、特徵提取模塊、用戶接口與識別模塊四大模塊；其中: 所述的輸入模塊，通過觸控螢幕實時獲取用戶的筆跡信息並傳給預處理模塊； 所述的預處理模塊，用於在獲取用戶的筆跡信息之後，對筆跡信息進行數位化處理；對數位化處理之後的筆跡信息進行空間域和時間域變換得到標準採樣序列，並將該標準採樣序列分別發送給特徵提取模塊和用戶接口與識別模塊； 所述的特徵提取模塊，使用預處理模塊中得到的標準採樣序列，構建識別匹配模板，並發送給用戶接口與識別模塊； 所述的用戶接口與識別模塊，用於存儲特徵提取模塊中得到用戶筆跡的識別匹配模板；將預處理模塊中獲得的標準採樣序列同存儲的識別匹配模版進行匹配，再將匹配結果返回給用戶。
2.根據權利要求1所述的基於書寫過程的移動終端用戶識別系統，其特徵在於，所述的預處理模塊包括數據獲取子模塊、空間域變換子模塊、時域變換子模塊三個子模塊；其中: 所述的數據獲取子模塊，用於對用戶筆跡信息進行採樣，獲得由平面坐標和採樣時間組成的初始三維坐標序列，發送給空間域變換子模塊； 所述的空間域變換子模塊，用於對初始三維坐標序列進行坐標平移和坐標拉伸，獲得空間域坐標統一的相對坐標序列，並將該相對坐標序列傳送給時域變換子模塊； 所述的時域變換子模塊，用於對相對坐標序列進行採樣，獲得採樣點個數固定的標準採樣序列，並將該標準採樣序列分別傳送給特徵提取模塊和用戶接口與識別模塊。
3.根據權利要求1所述.的基於書寫過程的移動終端用戶識別系統，其特徵在於，所述特徵提取模塊包括特徵序列計算子模塊和門限值計算子模塊兩個子模塊；其中: 所述的特徵序列計算子模塊，對預處理模塊輸出的多個標準採樣序列和參數進行運算，輸出一個坐標均值序列，將該坐標均值序列作為特徵序列； 所述的門限值計算子模塊，對預處理模塊輸出的多個標準採樣序列進行運算，輸出一個運算值作為識別門限值，將特徵序列和識別門限值組成識別匹配模板發送給用戶接口與識別模塊。
4.根據權利要求1所述的基於書寫過程的移動終端用戶識別系統，其特徵在於，所述用戶接口與識別模塊包括存儲子模塊、匹配計算子模塊、用戶接口子模塊三個子模塊；其中: 所述的存儲子模塊，用於存儲並更新特徵提取模塊中獲得的識別匹配模板，並將識別匹配模板傳送給用戶接口子模塊； 所述的匹配計算子模塊，用於將預處理模塊中獲得的標準採樣序列與存儲子模塊中存儲的識別匹配模板進行匹配，並將匹配結果返回給用戶接口子模塊； 所述的用戶接口子模塊，用於獲取用戶選項，設置識別匹配閾值，再將匹配計算子模塊中獲得匹配結果通過用戶接口返回給用戶。
5.一種基於書寫過程的移動終端用戶識別方法，包括筆跡註冊和筆跡認證兩個階段，具體步驟如下: (I)接入系統:用戶使用輸入模塊觸控螢幕，打開移動終端用戶識別系統； (2)判定是否進行筆跡註冊: 存儲子模塊查詢是否存儲有用戶筆跡識別匹配模板，若有，則進入筆跡認證階段，執行步驟(7);否則，進入筆跡註冊階段，執行步驟(3)； (3)獲取註冊筆跡信息: 用戶通過移動終端用戶識別系統輸入模塊的觸控螢幕，輸入相同形狀的筆跡兩次，獲得兩組用戶筆跡信息，將該兩組用戶筆跡信息作為註冊筆跡信息傳送給預處理模塊； (4)獲取註冊筆跡標準採樣序列: 4a)通過數據獲取子模塊，對註冊筆跡信息中的兩組用戶筆跡信息進行採樣，得到兩個由平面坐標與採樣時間組成的初始三維坐標序列； 4b)通過空間域變換子模塊，移除兩個初始三維空間坐標序列中的採樣時間，得到兩個二維平面坐標序列，對該兩個序列進行坐標平移和坐標拉伸，得到兩個相對坐標序列； 4c)通過時域變換子模塊，對兩個相對坐標序列進行採樣，獲得兩個採樣點個數固定的標準採樣序列，並將該兩個採樣點個數固定的標準採樣序列作為註冊筆跡標準採樣序列傳送給特徵提取模塊； (5)構建識別匹配模板: 5a)通過特徵序列計算子模塊，求註冊筆跡標準採樣序列中兩個標準採樣序列的均值，得到一組坐標序列，將該坐標序列作為特徵序列； 5b)採用門限值計算子模塊中的偏離法，計算註冊筆跡標準採樣序列中兩個標準採樣序列的偏離度，將該偏離度值作為識別門限值； 5c)將特徵序列和識別門限值組成識別匹配模版，並將識別匹配模板傳送給存儲子模塊進行存儲； (6)判定是否進行筆跡認證: 用戶接口子模塊通過用戶選項來判斷是否進行筆跡認證，若是，則進入筆跡認證階段，執行步驟(7);否則，執行步驟(2)； (7)獲取認證筆跡信息: 用戶通過移動終端用戶識別系統輸入模塊的觸控螢幕，輸入相同形狀的筆跡一次，獲得一組用戶筆跡信息，將該組用戶筆跡信息作為認證筆跡信息傳送給預處理模塊； (8)獲取認證筆跡標準採樣序列: 8a)通過數據獲取子模塊，對認證筆跡信息中的用戶筆跡信息進行採樣，得到一個由平面坐標與採樣時間組成的初始三維坐標序列； Sb)通過空間域變換子模塊，移除初始三維空間坐標序列中的採樣時間，得到一個二維的平面坐標序列，對該序列進行坐標平移和坐標拉伸，得到一個相對坐標序列； Sc)通過時域變換子模塊，對該相對坐標序列進行採樣，獲得一個採樣點個數固定的標準採樣序列，並將該採樣點個數固定的標準採樣序列作為認證筆跡標準採樣序列傳送給用戶接口與識別模塊； (9)判定用戶輸入筆跡與模板是否匹配: 匹配計算子模塊比較認證筆跡準採樣序列與步驟5a)的特徵序列通過偏離法計算的偏離度是否小於用戶接口子模塊設置的識別匹配閾值，若小於，則認為用戶身份認證通過，執行步驟(10);否則，用戶身份認證失敗，執行步驟(2)； (10)通過認證: 用戶接口子模塊通過用戶接口將用戶身份認證通過的結果返回給用戶，移動終端用戶識別系統允許用戶使用移動終端。
6.根據權利要求5所述的基於書寫過程的移動終端用戶識別方法，其特徵在於，步驟4b)、步驟Sb)所述的坐標平移和坐標拉伸按照下式進行:
7.根據權利要求5所述的基於書寫過程的移動終端用戶識別方法，其特徵在於，步驟4c)、步驟Sc)所述的採樣按照下式進行:
8.根據權利要求5所述的基於書寫過程的移動終端用戶識別方法，其特徵在於，步驟5b)、步驟(9)所述的偏離法是通過下式計算兩個序列偏離度的方法:
9.根據權利要求5所述的基於書寫過程的移動終端用戶識別方法，其特徵在於，步驟(9)所述識別匹配閾值的變化範圍是1.0~2.0。
【文檔編號】G06F21/31GK103473491SQ201310392827
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月1日 優先權日:2013年9月1日
【發明者】李暉, 朱輝, 張雲, 劉航, 朱樂翔, 廖揚 申請人:西安電子科技大學