专利名称：一种基于视线跟踪的密码输入控制方法
技术领域：
本发明涉及一种密码输入控制方法，属于视频、多媒体信号处理及智能化控制技 术领域。
背景技术：
随着科学的发展以及信息保密的需求，密码输入系统已成为人们生活中密不可少 的一部分，例如金融交易中的账户密码输入、防盗门密码输入、手机或电脑的解锁密码以及 个人机密或隐私文件的查阅密码输入等，为人们的财产、商业机密或个人隐私提供了安全 性保证。然而，密码输入系统越来越广泛的应用在给人们带来方便的同时也存在不少的安 全隐患。由于目前的密码输入系统都要使用密码键盘或触摸屏系统进行密码输入，这都离 不开手和键盘或屏幕的接触，这为不法分子窃取用户密码提供了可乘之机。他们可以利用 从不同的角度偷窥、偷装针孔摄像机拍摄密码输入过程、在键盘上或屏幕上贴附用于指纹 提取的薄膜来窃取用户密码，甚至可通过键盘磨损来破解用户电脑、手机或防盗门密码，给 人们带来巨大的损失。
发明内容
针对现有密码输入技术存在的安全隐患，本发明提供一种简单方便、安全性更高 的基于视线跟踪的密码输入控制方法。本发明的基于视线跟踪的密码输入控制方法，通过对采集到的人脸图像进行处理 来获取人眼的特征参数，进而估计出人眼在屏幕上注视点的位置，并根据注视点的位置完 成密码的输入控制，具体包括以下步骤(1)人脸图像预处理及人眼特征参数提取根据人脸的结构特性进行人脸检测并 在符合人脸结构特性的人脸区域内进行人眼特征参数的提取；上述步骤(1)的具体实现步骤为A当接收到激励信号时，通过摄像机及红外光源拍摄人脸图像，根据灰度特性及人 脸结构特性从所拍摄的人脸图像中去除背景噪声的影响；B根据人眼的位置结构及瞳孔与角膜反射点之间的灰度差从识别出的人脸区域中 进行人眼定位；C从定位出的人眼区域中提取用于视线跟踪的瞳孔中心坐标及反射点坐标的人眼 特征参数；(2)估计当前注视点位置采用基于相似三角形的双光源视线跟踪实现从人眼特 征参数到当前注视点位置的估计；上述步骤O)的具体实现步骤如下A采用相似三角形的方法估计注视点的大致位置；B将一个固定位置的红外光源作为参考目标，根据该参考目标的估计值与真实值之间的误差进行注视点位置估计结果的校正，得到精确的注视点位置。(3)根据注视点位置进行密码输入操作控制根据注视点的位置，利用时间门限 及声音反馈来控制密码输入的操作。上述步骤(3)的具体实现步骤为A判断估计出的注视点位置是否在数字键或指令键区域，若在则计时，当视线在该 位置驻留超过一定时间门限，系统便接受该输入指令；B通过声音反馈输入指令的状态，当用户听到声音反馈时表明该指令已被系统接 受，用户可通过视线来控制下一条指令的输入。实现上述基于视线跟踪的密码输入控制方法的密码输入系统，包括一个能够显示 密码输入键盘及其他操作按钮的显示屏，并在显示屏幕下边界的中间位置安放一个摄像 头，用于人脸图像的拍摄；另外，分别在显示屏的左下角、右下角以及左上角各放置一个红 外光源，其中，左下角和右下角的红外光源用于从人眼特征到屏幕上注视点位置的估计，左 上角的红外光源则被作为参考目标位置，用于视线估计的校正。本发明利用视线跟踪对密码输入进行控制，由于没有手与键盘或触摸屏的直接接 触行为，不用担心输密码时被偷窥也不会留下任何指纹，可有效地防止用户密码被窃取；另 外，不通过键盘输入密码，避免了不同个体之间通过键盘上残留的细菌病毒形成交叉感染； 具有简单方便、安全性更高的特点。
图1是本发明基于视线跟踪的密码输入控制方法的原理框架图。图2是本发明中密码输入系统的结构示意图。图3是屏幕上注视点估计原理图。图4是注视点估计实验结果图。
具体实施例方式本发明基于视线跟踪的密码输入控制方法的实现需要一个如图2所示的密码输 入系统，该系统包括一个能够显示密码输入键盘及其他操作按钮的显示屏，并在显示屏幕 下边界的中间位置安放一个摄像头，用于人脸图像的拍摄；另外，分别在显示屏的左下角、 右下角以及左上角各放置一个红外光源，其中，左下角和右下角的红外光源用于从人眼特 征到屏幕上注视点位置的估计，左上角的红外光源则被作为参考目标位置，用于视线估计 的校正。图1给出了本发明基于视线跟踪的密码输入控制方法的原理框架图，以ATM机密 码输入系统为例来介绍本发明的具体实施步骤如下1.人脸图像预处理及人眼特征参数的提取。通过对所拍摄图像进行预处理来识别 人脸，防止不法分子遮挡脸部盗取存款，并对通过人脸检测的图像进行人眼定位及人眼特 征参数提取。其具体实施步骤如下(1)当银行卡插入时启动摄像机及红外光源，从所拍摄图像中寻找符合人脸结构 特性的人脸区域，若不存在符合条件的人脸区域则表明疑似非法作案并强制退卡，若存在 则继续下面的操作。
(2)对于通过人脸检测的图像，则根据瞳孔及反射点的灰度差从检测出的人脸区 域中定位眼睛区域。人脸图像中瞳孔与角膜上的反射点在灰度特性上存在很大的差异，反射点具有较 高的灰度值而瞳孔区域则具有较低的灰度值，根据图像中所有像素点灰度值的最大值及最 小值可计算获得高阈值T_ref Iect以及低阈值T_black，用T_ref Iect和T_black分别对人 脸图像进行二值化，则可得到带有干扰的反射点区域以及瞳孔区域。根据反射点及瞳孔区 域的大小、位置、距离以及结构特性去除区域中的干扰区域，去除干扰的反射点区域与大致 的瞳孔区域的交集即为人眼角膜上的反射点，据此，可以定位出较为精确的人眼区域。(3)利用边缘检测以及椭圆拟合的方法，从定位出的人眼区域中提取用于视线跟 踪的瞳孔中心坐标(X' Py' P)和屏幕左右下角以及左上角三个红外光源在角膜上的反射 点坐标K X (^2 ^ X (K ^)等人眼特征参数。2.当前注视点位置估计。采用相似三角的方法来估计屏幕上注视点的位置，如图 3所示，并通过设置参考目标的方式来校正注视点估计的结果，实现当前注视点的精确估 计。其具体实施步骤如下(1)根据人眼注视特性及摄像机成像原理，采用相似三角形的方法估计注视点的 大致位置0 ,5 )，该坐标位置可通过如下公式计算获得 \
权利要求
1.一种基于视线跟踪的密码输入控制方法，其特征是，通过对采集到的人脸图像进行 处理来获取人眼的特征参数，进而估计出人眼在屏幕上注视点的位置，并根据注视点的位 置完成密码的输入控制，具体包括以下步骤(1)人脸图像预处理及人眼特征参数提取根据人脸的结构特性进行人脸检测并在符 合人脸结构特性的人脸区域内进行人眼特征参数的提取；(2)估计当前注视点位置采用基于相似三角形的双光源视线跟踪实现从人眼特征参 数到当前注视点位置的估计；(3)根据注视点位置进行密码输入操作控制根据注视点的位置，利用时间门限及声 音反馈来控制密码输入的操作。
2.根据权利要求1所述的基于视线跟踪的密码输入控制方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体实现步骤为A当接收到激励信号时，通过摄像机及红外光源拍摄人脸图像，根据灰度特性及人脸结 构特性从所拍摄的人脸图像中去除背景噪声的影响；B根据人眼的位置结构及瞳孔与角膜反射点之间的灰度差从识别出的人脸区域中进行 人眼定位；C从定位出的人眼区域中提取用于视线跟踪的瞳孔中心坐标及反射点坐标的人眼特征 参数；
3.根据权利要求1所述的基于视线跟踪的密码输入控制方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体实现步骤如下A采用相似三角形的方法估计注视点的大致位置；B将一个固定位置的红外光源作为参考目标，根据该参考目标的估计值与真实值之间 的误差进行注视点位置估计结果的校正，得到精确的注视点位置。
4.根据权利要求1所述的基于视线跟踪的密码输入控制方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体实现步骤为A判断估计出的注视点位置是否在数字键或指令键区域，若在则计时，当视线在该位置 驻留超过一定时间门限，系统便接受该输入指令；B通过声音反馈输入指令的状态，当用户听到声音反馈时表明该指令已被系统接受，用 户可通过视线来控制下一条指令的输入。
全文摘要
本发明提供了一种基于视线跟踪的密码输入控制方法，该密码输入控制方法具体包括以下步骤(1)人脸图像预处理及人眼特征参数提取根据人脸的结构特性进行人脸检测并在符合人脸结构特性的人脸区域内进行人眼特征参数的提取；(2)估计当前注视点位置采用基于相似三角形的双光源视线跟踪实现从人眼特征参数到当前注视点位置的估计；(3)根据注视点位置进行密码输入操作控制根据注视点的位置，利用时间门限及声音反馈来控制密码输入的操作。本发明可有效地防止用户密码被窃取，不通过键盘输入密码，避免了不同个体之间通过键盘上残留的细菌病毒形成交叉感染；具有简单方便、安全性更高的特点。
文档编号G06F3/01GK102129554SQ201110067148
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者刘琚, 孙建德, 张 杰, 杨彩霞 申请人:山东大学