本發(fā)明涉及身份認證領(lǐng)域，尤其涉及一種穿戴式智能設(shè)備身份認證方法及裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著微處理器、傳感器和計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，穿戴式智能設(shè)備在全球用戶中的滲透率不斷提高，多樣化的穿戴式智能設(shè)備逐漸在工業(yè)、醫(yī)療、軍事、教育、娛樂等多個領(lǐng)域表現(xiàn)出重要的研究價值和應(yīng)用潛力。

穿戴式智能設(shè)備中通常攜帶大量的傳感器，用來收集用戶的健康、愛好、日程安排等隱私信息，這些隱私信息由于涉及用戶的人身和財物的安全，對于用戶來說至關(guān)重要，必須進行加密保護，防止泄露。但是，目前市面上大部分的穿戴式智能設(shè)備都沒有對其檢測保存的用戶隱私信息進行保護的能力，少數(shù)幾種穿戴式智能設(shè)備只采用傳統(tǒng)的保護方式(口令、IC卡、條紋碼、磁卡或鑰匙)來進行用戶隱私信息保護，這些方式存在著容易丟失、遺忘、復制以及被盜用等諸多不利因素，無法對用戶的隱私信息進行有效保護，不能很好的保證用戶的隱私和安全，給用戶使用穿戴式智能設(shè)備帶來潛在的風險，不利于穿戴式智能設(shè)備的推廣和應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要針對上述穿戴式智能設(shè)備不能對用戶隱私信息進行有效保護、不能很好的保證用戶的隱私和安全的問題，提供一種穿戴式智能設(shè)備身份認證方法。

此外，本發(fā)明還提供一種穿戴式智能設(shè)備身份認證裝置。

本發(fā)明提供的一種穿戴式智能設(shè)備身份認證方法，包括如下步驟：

步驟S10：在選定的測試頻率段內(nèi)，采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S參數(shù)，對S參數(shù)進行特征提取獲取S21參數(shù)；

步驟S20：對S21參數(shù)進行分析，確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段；

步驟S30：在最優(yōu)頻率段內(nèi)，采集M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)，將在最優(yōu)頻率段內(nèi)獲得的S21參數(shù)進行處理，得到用來代表用戶身份的認證模板，將得到的認證模板用來對用戶進行身份認證；

步驟S40：在最優(yōu)頻率段內(nèi)，采集M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)作為身份認證數(shù)據(jù)，并與認證模板進行比對，若比對通過則身份認證成功，否則身份認證不成功。

在其中的一個實施方式中，所述步驟S10具體為：

采用心電肢體電極和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行采集，所述心電肢體電極具有夾子結(jié)構(gòu)將兩個電極固定在用戶手前臂兩側(cè)，兩個電極分別連接所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個接口，在所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀限定的300KHz-1.5GHz測試頻率段內(nèi)，通過所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)。

在其中的一個實施方式中，所述步驟S20具體為：

選擇多個其他用戶，對于每個其他用戶，在選定的測試頻率段內(nèi)，采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)人體后的S21參數(shù)；

對所有用戶的S21參數(shù)進行相似度和差異度分析，確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段。

在其中的一個實施方式中，所述對所有用戶的S21參數(shù)進行相似度和差異度分析的步驟具體為：

計算多個用戶在同一測試時間相同頻率點S21參數(shù)的方差；計算同一用戶在多次不同的測試中同一頻率點S21參數(shù)的方差，通過兩類方差進行相似度和差異度分析。

在其中的一個實施方式中，所述最優(yōu)頻率段為650MHz-750MHz。

在其中的一個實施方式中，所述步驟S30具體為：

在最優(yōu)頻率段內(nèi)，采集多組M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)作為訓練數(shù)據(jù)；

清洗多組訓練數(shù)據(jù)中誤差不滿足要求的訓練數(shù)據(jù)；

采用清洗后剩余的訓練數(shù)據(jù)生成對用戶進行身份認證的認證模板。

在其中的一個實施方式中，所述清洗多組訓練數(shù)據(jù)中誤差不滿足要求的訓練數(shù)據(jù)的步驟具體為：

將多組訓練數(shù)據(jù)取平均得到初始模板；

計算每組訓練數(shù)據(jù)與初始模板的歐式距離，將歐式距離大于閾值的訓練數(shù)據(jù)清洗掉。

在其中的一個實施方式中，所述采用清洗后剩余的訓練數(shù)據(jù)生成對用戶進行身份認證的認證模板的步驟具體為：將剩余的訓練數(shù)據(jù)取平均得到最終的認證模板。

在其中的一個實施方式中，所述步驟S40具體為：

計算清洗后剩余的訓練數(shù)據(jù)所生成特征向量與認證模板之間的加權(quán)歐式距離，將計算得到的最大加權(quán)歐式距離作為判定閾值；

計算身份認證數(shù)據(jù)與認證模板之間的加權(quán)歐式距離，若加權(quán)歐式距離不大于判定閾值則用戶身份認證成功，否則認證不成功。

本發(fā)明提供的一種穿戴式智能設(shè)備身份認證裝置，包括：

參數(shù)采集模塊，在選定的測試頻率段內(nèi)，采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S參數(shù)，對S參數(shù)進行特征提取獲取S21參數(shù)；

最優(yōu)頻率段確定模塊，對S21參數(shù)進行分析，確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段；

認證模板生成模塊，在最優(yōu)頻率段內(nèi)，控制所述參數(shù)采集模塊采集M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)，將在最優(yōu)頻率段內(nèi)獲得的S21參數(shù)進行處理，得到用來代表用戶身份的認證模板，將得到的認證模板用來對用戶進行身份認證；

身份認證模塊，在最優(yōu)頻率段內(nèi)，控制所述參數(shù)采集模塊采集M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)作為身份認證數(shù)據(jù)，與認證模板進行比對，若比對通過則身份認證成功，否則身份認證不成功。

在其中的一個實施方式中，所述參數(shù)采集模塊采用心電肢體電極和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行采集，所述心電肢體電極具有夾子結(jié)構(gòu)將兩個電極固定在用戶手前臂兩側(cè)，兩個電極分別連接所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個接口，在所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀限定的300KHz-1.5GHz測試頻率段內(nèi)，通過所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)。

在其中的一個實施方式中，所述最優(yōu)頻率段為650MHz-750MHz。

本發(fā)明穿戴式智能設(shè)備身份認證方法及裝置，基于人體通信的原理，結(jié)合生物識別技術(shù)，在用戶使用穿戴式智能設(shè)備時，在測試頻率段采集測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)確定最優(yōu)頻率段，并在最優(yōu)頻率段內(nèi)采集S21參數(shù)進行處理，得到用來代表用戶身份的最終認證模板，通過將采集的用戶身份認證數(shù)據(jù)與認證模板進行比對，實現(xiàn)對用戶身份的認證，利用人體生物特征不可復制的唯一性，不會丟失、不會遺忘，很難偽造和假冒等優(yōu)點，對用戶的隱私信息進行有效保護，很好的保證用戶的隱私和安全，避免給用戶使用穿戴式智能設(shè)備帶來潛在風險，極大的利于穿戴式智能設(shè)備的推廣和應(yīng)用。同時，基于人體通信的生物識別方法來實現(xiàn)對穿戴式智能設(shè)備采集的信息保密，利用人體通信微體積、低功耗、高安全、方便快捷的特點對身份認證系統(tǒng)進行便攜式設(shè)計，且屬于輕量級算法，運用的訓練數(shù)據(jù)大量減少，更適合實際應(yīng)用。

附圖說明

圖1是一個實施例中的穿戴式智能設(shè)備身份認證方法的流程圖；

圖2是一個實施例中的心電肢體電極安裝示意圖；

圖3是一個具體實施例中5個用戶在同一測試時間段測試得到的S21參數(shù)曲線示意圖；

圖4是一個具體實施例中一個用戶在4個不同測試時間段測試得到的S21參數(shù)曲線示意圖；

圖5是一個具體實施例中兩類方差曲線的示意圖；

圖6是另一個具體實施例中最優(yōu)頻率段下5個不同用戶的特征曲線示意圖；

圖7是另一個具體實施例中最優(yōu)頻率段下同一個用戶在不同測試時間段的特征曲線示意圖；

圖8是一個實施例中的穿戴式智能設(shè)備身份認證裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

人體生物特征具有人體所固有的不可復制的唯一性，而且不會丟失、不會遺忘，很難偽造和假冒，因此采用人體生物特征進行生物識別具有更強的安全性與方便性。例如，指紋、虹膜、人臉、聲音、靜脈等人體生物特征已經(jīng)取得了比較好的識別效果。除了這些比較成熟的生物識別技術(shù)之外，還有許多新興的技術(shù)，如耳朵識別、人體氣味識別、血管識別、步態(tài)識別等也被使用。

人體通信在生物識別方面是一項新興技術(shù)，其特點是利用人體作為信號或者信息傳輸?shù)拿劫|(zhì)。人體是一個電磁兼容體系，具有導電率、介電常數(shù)。由于不同人體之間的骨骼、肌肉以及血液等生理構(gòu)造不完全相同、存在差異，故不同人體之間的介電常數(shù)也存在差異，所以利用不同人體之間存在的差異能夠來對不同用戶進行身份識別，故本發(fā)明方法基于人體通信的原理，結(jié)合生物識別技術(shù)根據(jù)人體生物特征來對穿戴式智能設(shè)備用戶進行身份識別，有效保護用戶的隱私信息。

具體的，如圖1所示，該穿戴式智能設(shè)備身份認證方法包括如下步驟：

步驟S10：在選定的測試頻率段內(nèi)，采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S參數(shù)(散射參數(shù))，對S參數(shù)進行特征提取獲取S21參數(shù)(散射參數(shù)的正向傳輸系數(shù)，作為穿戴式智能設(shè)備身份認證的特征)。

為充分利用不同人體之間的差異以及人體通信原理，該方法采用電容耦合方式，采集測試信號流經(jīng)人體后的S參數(shù)并獲取S21參數(shù)。S21參數(shù)幅值(作為特征值)變化能夠直接反映出信號流經(jīng)人體的增益，通過不同人體的S21參數(shù)的差異能夠進行身份認證，將S21參數(shù)作為同用戶的特征來進行區(qū)分認證。采集N個頻率點作為特征點。

該實施例中，該步驟具體為：采用電容耦合方式，設(shè)置兩個電極，其中一個為發(fā)射電極，另一個為接收電極，測試信號由發(fā)射電極流出流經(jīng)人體，由接收電極接收。更進一步的，為方便和更準確的測試，該步驟中在選定的測試頻率段內(nèi)，采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶手前臂的S參數(shù)。

結(jié)合圖2，該步驟具體的：采用心電肢體電極和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行采集，心電肢體電極具有夾子結(jié)構(gòu)將兩個電極固定在用戶手前臂兩側(cè)(優(yōu)選的，距離手腕6cm處)，兩個電極分別連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個接口，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀限定的300KHz-1.5GHz測試頻率段內(nèi)，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)。可選的，測試信號可采用測試頻率段內(nèi)的正弦信號。

為能夠充分對S21參數(shù)進行分析，該步驟中，采集多組N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S參數(shù)，對S參數(shù)進行特征提取獲取S21參數(shù)。即采集多組S21參數(shù)，多組S21參數(shù)分別在不同測試時間采集。

步驟S20：對S21參數(shù)進行分析，確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段。

在獲取到用戶S21參數(shù)后，雖然不同人體的S21參數(shù)具有差異性，但是在測試頻率段內(nèi)并不是所有的頻率點下的S21參數(shù)都能夠看出明顯差異性，故需要確定適合用于與其他用戶進行身份區(qū)分，適合對用戶進行身份認證的最優(yōu)頻率段。

為能夠確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段，該步驟具體為：

選擇多個其他用戶，對于每個其他用戶，在選定的測試頻率段內(nèi)，采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)人體后的S21參數(shù)。這樣對多個用戶的S21參數(shù)進行采集并分析，獲得適合進行身份認證的最優(yōu)頻率段。每個其他用戶N個頻率點下S21參數(shù)也采集多組，且多組在不同測試時間采集。

對所有用戶的S21參數(shù)進行相似度和差異度分析，確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段。其中，相似度是指同一個用戶在不同的測試時間測得的數(shù)據(jù)是相似的，差異度是指不同用戶之間測得的數(shù)據(jù)存在較大差異，通過相似度和差異度能夠確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段。優(yōu)選的，對所有用戶的S21參數(shù)進行相似度和差異度分析具體為：計算多個用戶在同一測試時間相同頻率點S21參數(shù)的方差；計算同一用戶在多次不同的測試中同一頻率點S21參數(shù)的方差，通過兩類方差(可繪制兩類方差的曲線來直觀分析)進行相似度和差異度分析。

在300KHz-1.5GHz測試頻率段內(nèi)，通過對S21參數(shù)進行相似度和差異度分析，確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段為650MHz-750MHz。

圖3至圖5是一個具體實施例中確定最優(yōu)頻率段的示意過程，在該具體實施例中，選取10個用戶采集數(shù)據(jù)，進行采集工作，包括8名男性、2名女性，年齡范圍是23-34歲，體重在45-75千克之間，身高在150-183cm。在300KHz-1.5GHz的全頻段上平均采集1601個頻率點。用戶的數(shù)據(jù)分別在不同的測試時間段采集，共采集1800組。

選取5個用戶，做出5個用戶在同一測試時間段測試得到的S21參數(shù)曲線，如圖3。做出一個用戶在4個不同測試時間段測試得到的S21參數(shù)曲線，如圖4。根據(jù)圖3和圖4可以看出每個人在全頻段的S21參數(shù)曲線都是相似的趨勢，不同用戶之間在不同的頻率段存在不同的差異。

然后進行S21參數(shù)相似度和差異度的分析。計算兩類方差，第一類是10名用戶在同一測試時間段相同頻率點S21參數(shù)的方差；第二類是同一用戶在9次不同的測試中，在同一頻率點S21參數(shù)的方差，并得到兩類方差的曲線如圖5所示。根據(jù)圖5，曲線1代表不同用戶之間的差異，曲線2代表同一用戶在不同測試時間段的差異，在身份認證中，需要的是相對穩(wěn)定，并且不同用戶之間差異大的特征，從圖5中發(fā)現(xiàn)能夠的滿足這個要求的頻段在650MHz-750MHz之間。其他的頻段，如300KHz-650MHz中，曲線1趨近于0，表示不同用戶個體之間差異不大，而在750MHz-850MHz之間，曲線2起伏不定，說明特征在這個頻段不是很穩(wěn)定，同一人在不同測試時間段測得的特征差異比較大，均不適合。

步驟S30：在最優(yōu)頻率段內(nèi)，采集M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)，將在最優(yōu)頻率段內(nèi)獲得的S21參數(shù)進行處理，得到用來代表用戶身份的認證模板，將得到的認證模板用來對用戶進行身份認證。

在確定了適合進行用戶身份認證的最優(yōu)頻率段后，由于在最優(yōu)頻率段內(nèi)，不同用戶S21參數(shù)存在較大明顯的差異，故在最優(yōu)頻率段內(nèi)采集S21參數(shù)生成用來進行身份認證的認證模板，可以有效的對不同用戶進行身份認證。優(yōu)選的，M設(shè)定為21，即采集21個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)。

圖6至圖7為另一個具體實施例中在最優(yōu)頻率段內(nèi)S21參數(shù)的示意圖。在該實施例中，選取10個用戶，在650MHz-750MHz最優(yōu)頻率段內(nèi)，平均采集21個頻率點作為特征點，21個特征點共同組成一個特征曲線。數(shù)據(jù)分別在早上、下午采集兩次，共采集五天，共計十次。在每次數(shù)據(jù)采集過程中，每人采集3組，每組的時間間隔不低于5分鐘。圖6是在650MHz-750MHz下5個不同用戶的特征曲線，圖7是在650MHz-750MHz下同一個用戶在不同測試時間段的特征曲線。通過圖6和圖7能夠知道在優(yōu)選頻道段內(nèi)不同用戶之間差異明顯，而同一個用戶比較穩(wěn)定、差異不大。

在采集了M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)后，進行處理得到用來代表用戶身份的認證模板。該步驟中，進行處理得到用來代表用戶身份的認證模板具體為：

在最優(yōu)頻率段內(nèi)，采集多組M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)作為訓練數(shù)據(jù)。這樣先采集多組S21參數(shù)作為訓練數(shù)據(jù)，每組有M個頻率點(即特征點)，每組訓練數(shù)據(jù)生成一個特征向量。

清洗多組訓練數(shù)據(jù)中誤差不滿足要求的訓練數(shù)據(jù)。因為在測試過程中，由于實驗儀器位置以及用戶測試位置的變動，在整個測試過程中，同一人測試得到的所有訓練數(shù)據(jù)不是完全一樣的，在一定范圍內(nèi)浮動。但是由于一些操作問題，有些訓練數(shù)據(jù)存在較大的偏差，這就需要將這些訓練數(shù)據(jù)剔除。具體的，將多組訓練數(shù)據(jù)取平均得到初始模板；計算每組訓練數(shù)據(jù)與初始模板的歐式距離，將歐式距離大于閾值的訓練數(shù)據(jù)清洗掉。這樣，采用歐式距離法來清除誤差大于閾值的訓練數(shù)據(jù)，保證訓練質(zhì)量的合理性。

采用清洗后剩余的訓練數(shù)據(jù)生成對用戶進行身份認證的認證模板。具體的，將剩余的訓練數(shù)據(jù)取平均得到最終的認證模板(即將剩余特征向量中的每個特征點取平均)。

步驟S40：在最優(yōu)頻率段內(nèi)，采集M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)作為身份認證數(shù)據(jù)，并與認證模板進行比對，若比對通過則身份認證成功，否則身份認證不成功。

在最終獲得對用戶進行身份認證的身份模板后，可采用最終的身份模板來對用戶進行身份認證，判斷是否為用戶。該步驟中，在最優(yōu)頻率段內(nèi)采集用戶的S21參數(shù)作為身份認證數(shù)據(jù)，與認證模板進行比對。

由于S21參數(shù)(特征值)的不穩(wěn)定，故采用加權(quán)歐式距離來進行比對。具體的，包括：

計算清洗后剩余的訓練數(shù)據(jù)所生成特征向量與認證模板之間的加權(quán)歐式距離，將計算得到的最大加權(quán)歐式距離作為判定閾值。

計算身份認證數(shù)據(jù)與認證模板之間的加權(quán)歐式距離，若加權(quán)歐式距離不大于判定閾值則用戶身份認證成功，否則認證不成功。

采用加權(quán)歐式距離的計算方式可以克服傳統(tǒng)的歐氏距離不能突出特征值權(quán)重的缺點，并且判定閾值與權(quán)值全部通過清洗后的訓練數(shù)據(jù)生成，故能更為準確的來對用戶身份進行認證。

該穿戴式智能設(shè)備身份認證方法通過反復實驗檢測和比對，對訓練數(shù)據(jù)清洗效果、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析、固定閾值下的等錯誤率(EER)等性能進行評價，均達到良好的身份認證效果，能夠很好的應(yīng)用于穿戴式智能設(shè)備身份認證。并且與K均值聚類(KNN)、樸素貝葉斯分類(NBM)和支持向量機(SVM)等方式進行對比，更具有準確度高，數(shù)據(jù)需求更少，更輕量級的優(yōu)勢。

該穿戴式智能設(shè)備身份認證方法，基于人體通信的原理，結(jié)合生物識別技術(shù)，在用戶使用穿戴式智能設(shè)備時，在測試頻率段采集測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)確定最優(yōu)頻率段，并在最優(yōu)頻率段內(nèi)采集S21參數(shù)進行處理，得到用來代表用戶身份的最終認證模板，通過將采集的用戶身份認證數(shù)據(jù)與認證模板進行比對，實現(xiàn)對用戶身份的認證，利用人體生物特征不可復制的唯一性，不會丟失、不會遺忘，很難偽造和假冒等優(yōu)點，對用戶的隱私信息進行有效保護，很好的保證用戶的隱私和安全，避免給用戶使用穿戴式智能設(shè)備帶來潛在風險，極大的利于穿戴式智能設(shè)備的推廣和應(yīng)用。同時，該方法基于人體通信的生物識別方法來實現(xiàn)對穿戴式智能設(shè)備采集的信息保密，利用人體通信微體積、低功耗、高安全、方便快捷的特點對身份認證系統(tǒng)進行便攜式設(shè)計，且屬于輕量級算法，運用的訓練數(shù)據(jù)大量減少，更適合實際應(yīng)用。

同時，本發(fā)明還提供一種穿戴式智能設(shè)備身份認證裝置，如圖8所示，該裝置包括：

參數(shù)采集模塊100，在選定的測試頻率段內(nèi)，采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S參數(shù)(散射參數(shù))，對S參數(shù)進行特征提取獲取S21參數(shù)(散射參數(shù)的正向傳輸系數(shù)，作為穿戴式智能設(shè)備身份認證的特征)。

為充分利用不同人體之間的差異以及人體通信原理，該裝置采用電容耦合方式，采集測試信號流經(jīng)人體后的S參數(shù)并獲取S21參數(shù)。S21參數(shù)幅值(作為特征值)變化能夠直接反映出信號流經(jīng)人體的增益，通過不同人體的S21參數(shù)的差異能夠進行身份認證，將S21參數(shù)作為同用戶的特征來進行區(qū)分認證。采集N個頻率點作為特征點。

該實施例中，參數(shù)采集模塊100采用電容耦合方式，設(shè)置兩個電極，其中一個為發(fā)射電極，另一個為接收電極，測試信號由發(fā)射電極流出流經(jīng)人體，由接收電極接收。更進一步的，為方便和更準確的測試，參數(shù)采集模塊100在選定的測試頻率段內(nèi)，采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶手前臂的S參數(shù)。

結(jié)合圖2，參數(shù)采集模塊100使用心電肢體電極和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行采集，心電肢體電極具有夾子結(jié)構(gòu)將兩個電極固定在用戶手前臂兩側(cè)(優(yōu)選的，距離手腕6cm處)，兩個電極分別連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個接口，在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀限定的300KHz-1.5GHz測試頻率段內(nèi)，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)?？蛇x的，測試信號可采用測試頻率段內(nèi)的正弦信號。

為能夠充分對S21參數(shù)進行分析，參數(shù)采集模塊100采集多組N個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S參數(shù)，對S參數(shù)進行特征提取獲取S21參數(shù)。即采集多組S21參數(shù)，多組S21參數(shù)分別在不同測試時間采集。

最優(yōu)頻率段確定模塊200，對S21參數(shù)進行分析，確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段。

在獲取到用戶S21參數(shù)后，雖然不同人體的S21參數(shù)具有差異性，但是在測試頻率段內(nèi)并不是所有的頻率點下的S21參數(shù)都能夠看出明顯差異性，故需要確定適合用于與其他用戶進行身份區(qū)分，適合對用戶進行身份認證的最優(yōu)頻率段。

為能夠確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段，最優(yōu)頻率段確定模塊200具體操作為：

最優(yōu)頻率段確定模塊200選擇多個其他用戶，對于每個其他用戶，在選定的測試頻率段內(nèi)，控制參數(shù)采集模塊100采集N個頻率點下測試信號流經(jīng)人體后的S21參數(shù)。這樣對多個用戶的S21參數(shù)進行采集并分析，獲得適合進行身份認證的最優(yōu)頻率段。每個其他用戶N個頻率點下S21參數(shù)也采集多組，且多組在不同測試時間采集。

最優(yōu)頻率段確定模塊200對所有用戶的S21參數(shù)進行相似度和差異度分析，確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段。其中，相似度是指同一個用戶在不同的測試時間測得的數(shù)據(jù)是相似的，差異度是指不同用戶之間測得的數(shù)據(jù)存在較大差異，通過相似度和差異度能夠確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段。優(yōu)選的，最優(yōu)頻率段確定模塊200對所有用戶的S21參數(shù)進行相似度和差異度分析具體為：最優(yōu)頻率段確定模塊200計算多個用戶在同一測試時間相同頻率點S21參數(shù)的方差；計算同一用戶在多次不同的測試中同一頻率點S21參數(shù)的方差，通過兩類方差(可繪制兩類方差的曲線來直觀分析)進行相似度和差異度分析。

在300KHz-1.5GHz測試頻率段內(nèi)，最優(yōu)頻率段確定模塊200通過對S21參數(shù)進行相似度和差異度分析，確定適合用于進行身份認證的最優(yōu)頻率段為650MHz-750MHz。

結(jié)合圖3至圖5是一個具體實施例中確定最優(yōu)頻率段的示意過程，在該具體實施例中，選取10個用戶采集數(shù)據(jù)，進行采集工作，包括8名男性、2名女性，年齡范圍是23-34歲，體重在45-75千克之間，身高在150-183cm。在300KHz-1.5GHz的全頻段上平均采集1601個頻率點。用戶的數(shù)據(jù)分別在不同的測試時間段采集，共采集1800組。

選取5個用戶，做出5個用戶在同一測試時間段測試得到的S21參數(shù)曲線，如圖3。做出一個用戶在4個不同測試時間段測試得到的S21參數(shù)曲線，如圖4。根據(jù)圖3和圖4可以看出每個人在全頻段的S21參數(shù)曲線都是相似的趨勢，不同用戶之間在不同的頻率段存在不同的差異。

最優(yōu)頻率段確定模塊200然后進行S21參數(shù)相似度和差異度的分析。計算兩類方差，第一類是10名用戶在同一測試時間段相同頻率點S21參數(shù)的方差；第二類是同一用戶在9次不同的測試中，在同一頻率點S21參數(shù)的方差，并得到兩類方差的曲線如圖5所示。根據(jù)圖5，曲線1代表不同用戶之間的差異，曲線2代表同一用戶在不同測試時間段的差異，在身份認證中，需要的是相對穩(wěn)定，并且不同用戶之間差異大的特征，從圖5中發(fā)現(xiàn)能夠的滿足這個要求的頻段在650MHz-750MHz之間。其他的頻段，如300KHz-650MHz中，曲線1趨近于0，表示不同用戶個體之間差異不大，而在750MHz-850MHz之間，曲線2起伏不定，說明特征在這個頻段不是很穩(wěn)定，同一人在不同測試時間段測得的特征差異比較大，均不適合。

認證模板生成模塊300，在最優(yōu)頻率段內(nèi)，控制所述參數(shù)采集模塊100采集M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)，將在最優(yōu)頻率段內(nèi)獲得的S21參數(shù)進行處理，得到用來代表用戶身份的認證模板，將得到的認證模板用來對用戶進行身份認證。

在確定了適合進行用戶身份認證的最優(yōu)頻率段后，由于在最優(yōu)頻率段內(nèi)，不同用戶S21參數(shù)存在較大明顯的差異，故認證模板生成模塊300在最優(yōu)頻率段內(nèi)采集S21參數(shù)生成用來進行身份認證的認證模板，可以有效的對不同用戶進行身份認證。優(yōu)選的，M設(shè)定為21，即采集21個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)。

圖6至圖7為另一個具體實施例中在最優(yōu)頻率段內(nèi)S21參數(shù)的示意圖。在該實施例中，選取10個用戶，在650MHz-750MHz最優(yōu)頻率段內(nèi)，平均采集21個頻率點作為特征點，21個特征點共同組成一個特征曲線。數(shù)據(jù)分別在早上、下午采集兩次，共采集五天，共計十次。在每次數(shù)據(jù)采集過程中，每人采集3組，每組的時間間隔不低于5分鐘。圖6是在650MHz-750MHz下5個不同用戶的特征曲線，圖7是在650MHz-750MHz下同一個用戶在不同測試時間段的特征曲線。通過圖6和圖7能夠知道在優(yōu)選頻道段內(nèi)不同用戶之間差異明顯，而同一個用戶比較穩(wěn)定、差異不大。

在采集了M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)后，認證模板生成模塊300進行處理得到用來代表用戶身份的認證模板，具體為：

在最優(yōu)頻率段內(nèi)，控制參數(shù)采集模塊100采集多組M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)作為訓練數(shù)據(jù)。這樣先采集多組S21參數(shù)作為訓練數(shù)據(jù)，每組有M個頻率點(即特征點)，每組訓練數(shù)據(jù)生成一個特征向量。

認證模板生成模塊300清洗多組訓練數(shù)據(jù)中誤差不滿足要求的訓練數(shù)據(jù)。因為在測試過程中，由于實驗儀器位置以及用戶測試位置的變動，在整個測試過程中，同一人測試得到的所有訓練數(shù)據(jù)不是完全一樣的，在一定范圍內(nèi)浮動。但是由于一些操作問題，有些訓練數(shù)據(jù)存在較大的偏差，這就需要將這些訓練數(shù)據(jù)剔除。具體的，認證模板生成模塊300將多組訓練數(shù)據(jù)取平均得到初始模板；計算每組訓練數(shù)據(jù)與初始模板的歐式距離，將歐式距離大于閾值的訓練數(shù)據(jù)清洗掉。這樣，采用歐式距離法來清除誤差大于閾值的訓練數(shù)據(jù)，保證訓練質(zhì)量的合理性。

認證模板生成模塊300采用清洗后剩余的訓練數(shù)據(jù)生成對用戶進行身份認證的認證模板。具體的，將剩余的訓練數(shù)據(jù)取平均得到最終的認證模板(即將剩余特征向量中的每個特征點取平均)。

身份認證模塊400，在最優(yōu)頻率段內(nèi)，控制所述參數(shù)采集模塊100采集M個頻率點下測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)作為身份認證數(shù)據(jù)，與認證模板進行比對，若比對通過則身份認證成功，否則身份認證不成功。

在最終獲得對用戶進行身份認證的身份模板后，身份認證模塊400可采用最終的身份模板來對用戶進行身份認證，判斷是否為用戶?？刂茀?shù)采集模塊100在最優(yōu)頻率段內(nèi)采集用戶的S21參數(shù)作為身份認證數(shù)據(jù)，身份認證模塊400與認證模板進行比對。

由于S21參數(shù)(特征值)的不穩(wěn)定，故身份認證模塊400采用加權(quán)歐式距離來進行比對。具體的：

身份認證模塊400計算清洗后剩余的訓練數(shù)據(jù)所生成特征向量與認證模板之間的加權(quán)歐式距離，將計算得到的最大加權(quán)歐式距離作為判定閾值。

身份認證模塊400計算身份認證數(shù)據(jù)與認證模板之間的加權(quán)歐式距離，若加權(quán)歐式距離不大于判定閾值則用戶身份認證成功，否則認證不成功。

身份認證模塊400采用加權(quán)歐式距離的計算方式可以克服傳統(tǒng)的歐氏距離不能突出特征值權(quán)重的缺點，并且判定閾值與權(quán)值全部通過清洗后的訓練數(shù)據(jù)生成，故能更為準確的來對用戶身份進行認證。

該穿戴式智能設(shè)備身份認證裝置通過反復實驗檢測和比對，對訓練數(shù)據(jù)清洗效果、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析、固定閾值下的等錯誤率(EER)等性能進行評價，均達到良好的身份認證效果，能夠很好的應(yīng)用于穿戴式智能設(shè)備身份認證。并且與K均值聚類(KNN)、樸素貝葉斯分類(NBM)和支持向量機(SVM)等方式進行對比，更具有準確度高，數(shù)據(jù)需求更少，更輕量級的優(yōu)勢。

該穿戴式智能設(shè)備身份認證裝置，基于人體通信的原理，結(jié)合生物識別技術(shù)，在用戶使用穿戴式智能設(shè)備時，在測試頻率段采集測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)確定最優(yōu)頻率段，并在最優(yōu)頻率段內(nèi)采集S21參數(shù)進行處理，得到用來代表用戶身份的最終認證模板，通過將采集的用戶身份認證數(shù)據(jù)與認證模板進行比對，實現(xiàn)對用戶身份的認證，利用人體生物特征不可復制的唯一性，不會丟失、不會遺忘，很難偽造和假冒等優(yōu)點，對用戶的隱私信息進行有效保護，很好的保證用戶的隱私和安全，避免給用戶使用穿戴式智能設(shè)備帶來潛在風險，極大的利于穿戴式智能設(shè)備的推廣和應(yīng)用。同時，該裝置基于人體通信的生物識別方法來實現(xiàn)對穿戴式智能設(shè)備采集的信息保密，利用人體通信微體積、低功耗、高安全、方便快捷的特點對身份認證系統(tǒng)進行便攜式設(shè)計，且屬于輕量級算法，運用的訓練數(shù)據(jù)大量減少，更適合實際應(yīng)用。

本發(fā)明穿戴式智能設(shè)備身份認證方法及裝置，基于人體通信的原理，結(jié)合生物識別技術(shù)，在用戶使用穿戴式智能設(shè)備時，在測試頻率段采集測試信號流經(jīng)用戶人體的S21參數(shù)確定最優(yōu)頻率段，并在最優(yōu)頻率段內(nèi)采集S21參數(shù)進行處理，得到用來代表用戶身份的最終認證模板，通過將采集的用戶身份認證數(shù)據(jù)與認證模板進行比對，實現(xiàn)對用戶身份的認證，利用人體生物特征不可復制的唯一性，不會丟失、不會遺忘，很難偽造和假冒等優(yōu)點，對用戶的隱私信息進行有效保護，很好的保證用戶的隱私和安全，避免給用戶使用穿戴式智能設(shè)備帶來潛在風險，極大的利于穿戴式智能設(shè)備的推廣和應(yīng)用。同時，基于人體通信的生物識別方法來實現(xiàn)對穿戴式智能設(shè)備采集的信息保密，利用人體通信微體積、低功耗、高安全、方便快捷的特點對身份認證系統(tǒng)進行便攜式設(shè)計，且屬于輕量級算法，運用的訓練數(shù)據(jù)大量減少，更適合實際應(yīng)用。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。