一种手机上基于传感器的手势身份认证系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及手机上基于传感器的身份认证领域，具体来讲是一种手机上基于传感 器的手势身份认证系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的网络化智能化，手机成为人们生活中的必需品，伴随而来的就是与之 息息相关的安全隐私问题，而手机相应的用户身份认证技术也随之成为热点研究问题。
[0003] 以前，大多数人所使用传统认证方法，如口令、PIN以及绘图密码等，人们为了方便 通常会设置比较简单的密码，很容易被他人所获取进而成功进入系统。而基于生物的认证 方法中，如指纹、手掌、面部和虹膜等生理特征认证，往往需要额外的设备作支撑。并且，由 于戴帽子、头发遮挡或光线等外界因素，会对面部的认证产生影响；由于手指干燥、碰伤、纹 路较浅，也会对指纹或手掌认证产生影响;这些受环境影响因素比较大。因此亟需一种更安 全、便捷的身份认证方式。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种手机上基于传感器的手 势身份认证系统及方法，无需额外设备作为支撑，受环境影响因素小，在手机上安全便捷的 进行用户的身份认证。
[0005] 为达到以上目的，本发明采取一种手机上基于传感器的手势身份认证系统，包括： 加速度传感器，用于记录用户手势在移动过程中的实时加速度信息;方向传感器，用于记录 用户手势在移动过程中的方位角度信息;预处理模块，对加速度传感器和方向传感器中记 录的用户手势的信息进行滤波去噪和等频率采样;计算模块，通过全局序列对齐算法分别 计算加速度信息和方位角度信息的匹配分数，通过匹配分数和用户做出的同样手势信息计 算出阀值，并将需要验证的用户手势信息与阀值相比较;模板库模块，用于存储所有用户手 势的原始样本，以及存储计算模块算出的匹配分数和阀值。
[0006] 在上述技术方案的基础上，所述用户手势分为三种，分别为用户手持手机翻转摇 晃的动作、用户手持手机进行空中签名的动作以及用户手持手机进行接电话的动作。
[0007] 在上述技术方案的基础上，所述用户手持手机重复作出三次相同的手势，加速度 传感器和方向传感器分别获取每一次用户手势信息作为原始样本。
[0008] 在上述技术方案的基础上，所述预处理模块包括用于滤波去噪的低通巴特沃斯滤 波器，还包括重采样恢复等频率采样的采样模块。
[0009] 本发明还提供一种手机上基于传感器的手势身份认证方法，包括如下步骤：
[0010] si.用户手持手机重复作出三次相同的手势，加速度传感器和方向传感器分别获 取每一次用户手势信息作为原始样本，经过预处理模块处理后，传输至计算模块和模板库 丰旲块；
[0011] S2.计算模块分别将每个传感器得到的三次原始样本，进行两两之间匹配，通过全 局序列对齐算法计算每次匹配后的结果，再取三个结果的平均值，得到每个传感器的原始 匹配分数，并将每个传感器的原始匹配分数传输至模板库模块；
[0012] S3.用户再次做出三次同样手势信息作为评估样本，加速度传感器和方向传感器 分别获取每次评估样本，经过预处理模块处理后，传输至计算模块；
[0013] S4.计算模块将每个传感器每次获取的评估样本，分别与模板库模块中该传感器 对应的三个原始样本通过全局序列对齐算法计算，将计算结果取平均值，得到每个传感器 每次的评估匹配分数，将每个传感器每次的评估匹配分数除以该传感器的原始匹配分数， 得到的最大值作为该传感器的阀值；
[0014] S5.当用户使用手机作出一次手势进行验证时，加速度传感器和方向传感器分别 获取验证手势信息，经过预处理模块处理后，计算模块将每个传感器得到的验证手势信息， 分别与三个原始样本通过全局序列对齐算法计算，将计算结果取平均值，得到每个传感器 的验证匹配分数，再除以该传感器的原始匹配分数，得到的值与该传感器的阀值比较，当每 个得到的值都不小于对应传感器的阀值时，用户验证用过。
[0015] 在上述技术方案的基础上，所述每个传感器采集到的用户手势信息以时间序列的 方式存储并计算，所述全局序列对齐算法是在明确定义的矩阵基础上，对于长度不等的时 间序列得到最好的对齐结果。
[0016] 在上述技术方案的基础上，所述用户手势分为三种，分别为用户手持手机翻转摇 晃的动作、用户手持手机进行空中签名的动作以及用户手持手机进行接电话的动作。
[0017] 在上述技术方案的基础上，所述用户作出手势的同时需要将一根手指与手机屏幕 保持接触。
[0018] 在上述技术方案的基础上，所述用户将三种手势信息分别作为原始样本存入模板 库模块，两个传感器再分别采集每种手势信息作为评估样本，通过计算得到每种手势的阀 值，用户根据实际使用情况，至少选择其中一种手势进行验证。
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] 1、通过用户手持手机作出手势进行认证，无需额外的设备作为支撑，注册及使用 过程简单方便，不会受环境因素影响。
[0021] 2、用户手势可以使用行为习惯动作，无需额外记住，避免了PIN、图形密码忘记的 情况发生，也防止了 PIN、图形密码的外泄或被盗的发生，提高用户认证的安全性。
[0022] 3、除了用户手势作为原始样本的录入，还需要用户再次做出手势作为评估样本， 二者结合计算出阀值，用户在认证时需要通过阀值比对认证，匹配认证效果好，进一步增加 了用户认的安全性和准确性。
[0023] 4、用户手势分为三种，分别为用户手持手机翻转摇晃的动作、用户手持手机进行 空中签名的动作以及用户手持手机进行接电话的动作;可以都存储在手机中，而根据不同 的使用情况，选取不同的用户手势进行验证，方便快捷。
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例手机上基于传感器的手势身份认证系统示意图；
[0025]图2为本发明实施例手机上基于传感器的手势身份认证方法示意图。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0027] 如图1所示，本发明手机上基于传感器的手势身份认证系统，主要包括加速度传感 器、方向传感器、预处理模块、计算模块和模板库模块。
[0028] 加速度传感器用于记录用户手势在移动过程中的实时加速度信息；由于当手机垂 直向上抛掷时，获得的加速度值是涵盖了重力加速度g的，因而获得的数据要减去重力加速 度在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的分量。方向传感器用于记录用户手势在移动过程中的方位 角度信息。由于用户手势在执行时，方向和速度会在不停的变化，因此将加速度和方向两者 信息结合起来进行认证。
[0029] 预处理模块，用于对加速度传感器和方向传感器中记录的用户手势的信息进行滤 波去噪和等频率采样。具体的，预处理模块包括低通巴特沃斯滤波器和采样模块，由于传感 器本身的噪声因素和人为操作时的轻微抖动，因此采用低通巴特沃斯滤波器进行滤波去噪 处理。由于手机内置的传感器是一种触发模式，即一有动作，里面就会实时的触发产生数 据，因此得到的数据并不是等采样间隔的，需要通过采样模块，进行重采样恢复出等频率采 样的数据。
[0030] 计算模块，通过全局序列对齐算法分别计算加速度信息和方位角度信息的匹配分 数，通过匹配分数和用户做出的同样手势信息计算出阀值，并将需要验证的用户手势信息 与阀值相比较。其中全局序列对齐算法基于动态规划的思想，在一个明确定义的矩阵的基 础上，对于长度不等的时间序列得到最好的对齐结果，通过找到最佳的路径从M(l，l)到Μ (m，m)，从而得到最大化的分数Mmm。
[0031] 模板库模块，用于存储所有用户手势的原始样本，以及存储计算模块算出的匹配 分数和阀值。用户手势分为三种，分别为用户手持手机翻转摇晃的动作、用户手持手机进行 空中签名的动作以及用户手持手机进行接电话的动作。所述用户手持手机重复作出三次相 同的手势，加速度传感器和方向传感器分别获取每一次用户手势信息作为原始样本。
[0032]如图2所示，为本发明实施例手机上基于传感器的手势身份认证方法示意图，本实 施例中，以一种用户手势为例，具体步骤如下：
[0033] S1.用户手持手机重复作出三次相同的手势，加速度传感器和方向传感器分别获 取每一次用户手势信息作为原始样本，原始样本经过预处理模块处理后，