移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法，分為注冊和識別兩個階段。在注冊階段，通過智能移動設備自帶的攝像頭獲取待注冊用戶的掌紋圖像，并通過網(wǎng)絡上傳到服務器，服務器端經(jīng)過手掌定位與感興趣區(qū)域提取、掌紋特征提取等一系列算法，將該用戶的信息存儲于數(shù)據(jù)庫中。在認證階段，通過智能移動設備自帶的攝像頭獲取用戶的掌紋圖像，并上傳到服務器，服務器端通過同樣的算法得到待認證用戶的掌紋特征，與數(shù)據(jù)庫中存儲的掌紋特征進行匹配，進而判斷該用戶是否為已注冊用戶。本方法既擺脫了傳統(tǒng)掌紋識別不便攜的缺點，又不受智能移動設備硬件性能的限制，同時由于算法的核心部署在服務器上，增強了系統(tǒng)的安全性，大大擴展了掌紋識別的應用領域。
【專利說明】移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證的解決方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及手機、平板電腦等移動智能設備的普及，移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入人們的生活。越來越多的人已經(jīng)習慣通過移動互聯(lián)網(wǎng)進行網(wǎng)站登陸、移動支付、轉(zhuǎn)賬、繳費等，為人們的生活帶來極大的便利。由于這一切是線上交易，交易雙方并不見面，交易雙方很難確認對方的真實身份，這樣就給線上交易帶來了極大的安全風險。目前，線上交易主要是通過密碼或者手機驗證碼來驗證交易人的身份，但是手機上的密碼往往非常簡單容易被破解，手機驗證碼驗證的是手機，而不是人的身份，任何人都可以用該手機進行交易，一旦設備丟失，密碼被破解，支付過程的安全便完全沒有保障。因此傳統(tǒng)的基于密碼或手機驗證碼的身份認證方式已經(jīng)很難滿足智能移動平臺的網(wǎng)絡支付對安全性的要求。
[0003]人體生物特征識別技術(shù)是通過分析人體本身所具有的生物特征來對身份進行識別的方法。由于生物特征不會被忘記、丟失，并且具有足夠的信息量，因而很難破解，所以可以克服傳統(tǒng)身份認證的缺陷。為了滿足用戶隨時隨地進行移動互聯(lián)網(wǎng)上身份認證的需要，只有能直接利用手機、平板電腦等移動終端自帶的成像裝置方便進行采集并識別的生物特征才適合于移動支付的身份認證。
[0004]在常用的生物特征識別技術(shù)中，指紋識別應用范圍最為廣泛，虹膜的識別精度很高，然而這兩種生物特征的采集區(qū)域較小，需要高分辨率的圖像才能取得滿意的識別精度，普通移動設備的成像系統(tǒng)很難采集到能夠滿足識別要求的高分辨率指紋或虹膜圖像，因此不能滿足移動互聯(lián)網(wǎng)領域身份認證的要求。而人臉、手形和掌紋的區(qū)域較大，相關的識別技術(shù)并不需要很高的圖像分辨率，因此可以直接通過移動設備自帶的成像裝置方便地進行采集并識別。但手形特征的區(qū)分能力較弱，其識別精度不能滿足移動互聯(lián)網(wǎng)身份認證的需求。而人臉識別由于如下原因，也無法用于無處不在的移動互聯(lián)網(wǎng)身份認證:(1)人臉識別的準確率不能達到移動支付等移動互聯(lián)網(wǎng)應用場合的安全性要求；(2)人臉特征容易被盜取，通過偷拍或者利用公開的照片等手段來獲取；(3)人臉識別技術(shù)依賴前置攝像頭，不適合沒有配備前置攝像頭的設備；(4)人臉識別的精度受外界光照影響很大，并且在光線較弱或者完全黑暗的場合，無法工作。
[0005]掌紋在移動互聯(lián)網(wǎng)身份認證領域具有得天獨厚的優(yōu)勢:(1)由于后置攝像頭已成為移動設備的標準配置，掌紋可以通過移動設備的后置攝像頭方便采集；(2)掌紋很難在用戶不知情的情況下被高質(zhì)量獲??；(3)掌紋信息很豐富，區(qū)分能力較強，識別精度很高；
(4)掌紋識別受外界影響較小，可在任何情況下進行身份認證。當外界光線不足或者完全黑暗時，可自動開啟設備的閃光燈等補光裝置進行補光，從而完成識別。正是由于掌紋的這些優(yōu)勢，使得掌紋識別成為移動互聯(lián)網(wǎng)身份安全認證的唯一可行方案。
[0006]傳統(tǒng)的掌紋識別主要由圖像采集、感興趣區(qū)域提取、掌紋特征提取、掌紋特征匹配等模塊組成。其中圖像采集由與計算機相聯(lián)接的攝像頭完成，用戶信息和掌紋特征存儲在計算機的磁盤中，也就是說，整個掌紋識別系統(tǒng)部署在一臺計算機上。另外，傳統(tǒng)的掌紋識別需要專用的圖像采集設備，不便于系統(tǒng)集成，也不便于攜帶，因此其應用場合受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明的目的是提供一種基于移動互聯(lián)網(wǎng)的掌紋識別方法，通過智能移動設備的攝像頭采集掌紋，采集到的圖像上傳到服務器進行感興趣區(qū)域提取、特征提取、特征匹配等操作，再將結(jié)果返回到智能移動設備上(根據(jù)需要感興趣區(qū)域提取、特征提取等操作也可在移動終端上進行)，也就是說，整個識別過程是分布式部署。這樣，既擺脫了傳統(tǒng)掌紋識別不便攜的缺點，又不受智能移動設備硬件性能的限制，同時由于算法的核心部署在服務器上，增強了系統(tǒng)的安全性，大大擴展了掌紋識別的應用領域。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種基于移動互聯(lián)網(wǎng)的掌紋識別方法，包括以下步驟:
一、注冊階段
1、首先錄入注冊用戶的身份標識；
2、通過智能移動設備自帶的攝像頭獲取待注冊用戶的掌紋圖像，拍攝掌紋圖像時，用戶將手掌的特定部位與虛擬關鍵點對齊，完成拍攝；
3、根據(jù)虛擬關鍵點的位置確定感興趣區(qū)域；
4、在感興趣區(qū)域內(nèi)進行掌紋特征提?。?br> 5、存儲用戶注冊信息、掌紋特征，完成注冊；
二、認證階段
1、用戶輸入身份標識；
2、通過智能移動設備自帶的攝像頭獲取用戶的掌紋圖像，拍攝掌紋圖像時，用戶將手掌的特定部位與虛擬關鍵點對齊，完成拍攝；
3、根據(jù)虛擬關鍵點的位置確定感興趣區(qū)域；
4、在感興趣區(qū)域內(nèi)進行掌紋特征提?。?br> 5、將提取的掌紋特征與注冊的掌紋特征進行匹配；
6、若匹配成功，則進行后繼操作；若匹配失敗，則拒絕后繼操作。
[0009]本發(fā)明的特點如下:
1、本發(fā)明所述的身份認證方法中，手掌定位和圖像采集在客戶端的智能移動設備上進行，掌紋特征存儲在服務器上，掌紋特征的匹配也在服務端進行，客戶端和服務端通過網(wǎng)絡進行通信，保證了個人信息和認證過程的安全性。
[0010]2、本發(fā)明在圖像采集時應用一種基于虛擬關鍵點的手掌定位方法，在保證認證系統(tǒng)使用便捷性的同時，最大程度地實現(xiàn)了手掌的準確定位，保證了識別的精度。
[0011]3、本發(fā)明提出了一種簡單、快速、高精度的掌紋特征提取和匹配算法，該算法在處理能力有限的智能移動設備上，能進行實時準確的身份識別。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明體系結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為用戶自定義虛擬關鍵點的示意圖； 圖3為虛擬關鍵點定義方法I的示意圖；
圖4為使用虛擬關鍵點定義方法I定義的虛擬關鍵點采集手掌圖像過程；
圖5為虛擬關鍵點定義方法2的示意圖；
圖6為使用虛擬關鍵點定義方法2定義的虛擬關鍵點采集手掌圖像過程；
圖7為感興趣區(qū)域確定方法；
圖8為注冊過程流程圖；
圖9為認證過程流程圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0014]本發(fā)明提供的移動互聯(lián)網(wǎng)的掌紋身份認證方法，分為注冊和識別兩個階段。在注冊階段，通過智能移動設備自帶的攝像頭獲取待注冊用戶的掌紋圖像，并通過網(wǎng)絡上傳到服務器，服務器端經(jīng)過手掌定位與感興趣區(qū)域提取、掌紋特征提取等一系列算法，將該用戶的信息(包括用戶標識、掌紋特征等)存儲于數(shù)據(jù)庫中。在認證階段，通過智能移動設備自帶的攝像頭獲取待注冊用戶的掌紋圖像，并通過網(wǎng)絡上傳到服務器，服務器端通過同樣的算法得到待認證用戶的掌紋特征，與數(shù)據(jù)庫中存儲的掌紋特征進行匹配，進而判斷該用戶是否為已注冊(合法)用戶。
[0015]從體系結(jié)構(gòu)上來看，本發(fā)明分為服務器端和客戶端兩部分。如圖1中所示，手掌定位、掌紋圖像采集在移動客戶端完成，采集的掌紋圖像通過網(wǎng)絡上傳到服務端。掌紋特征提取和匹配在服務端完成，認證的結(jié)果(合法/非法)通過網(wǎng)絡傳輸發(fā)送回移動客戶端，或在服務端執(zhí)行特定的操作，如進行支付或交易等。另外，根據(jù)具體應用需求，感興趣區(qū)域提取、掌紋特征提取也可以在移動客戶端實現(xiàn)，以減少網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
[0016]1、手掌定位
本發(fā)明所采用的掌紋特征提取與匹配算法需要從采集到的原始掌紋圖像中提取最富含掌紋特征的一部分區(qū)域，后續(xù)的特征提取等處理完全在此區(qū)域上進行，這一過程稱為感興趣區(qū)域提取。感興趣區(qū)域提取可以保留原始圖像中對特征提取最有意義的區(qū)域，去除冗余信息，同時由于子圖像比原始圖像的尺寸要小，可以加快后續(xù)處理的速度。在本發(fā)明中，掌紋圖像是通過智能移動設備自帶的攝像頭采集的，采集環(huán)境和手部姿態(tài)都難以控制，導致常用的感興趣區(qū)域提取算法所需要的某些關鍵點(如指尖、指縫等)無法穩(wěn)定的檢測到。
[0017]針對這一問題，本發(fā)明使用一種基于虛擬關鍵點的手掌定位方法。即在移動設備的屏幕上顯示一組位置預定義的點，拍攝掌紋圖像時，用戶將手掌的特定部位與虛擬關鍵點對齊，完成拍攝。后續(xù)的感興趣區(qū)域提取依據(jù)虛擬關鍵點的位置進行，這樣可以保證每次提取的感興趣區(qū)域是同一手掌區(qū)域。
[0018]定義虛擬關鍵點的方式有很多種。如可以在用戶注冊時交互式的由用戶自己定義關鍵點，即在注冊時，用戶以自然、舒適的方式擺放手掌，并根據(jù)手掌圖像自定義一組虛擬關鍵點，然后系統(tǒng)保存用戶定義的虛擬關鍵點的位置，為該用戶在以后的每次圖像采集中提供參考。圖2所示為這種虛擬關鍵點定義的一個例子，虛擬關鍵點定義為掌紋主線與手掌邊緣的交點，以及中指與無名指指縫之間的點，即圖2中ABC三點。在采集圖像時，用戶將掌紋主線與手掌邊緣的交點，以及中指與無名指指縫之間的點對準ABC三點即可。
[0019]上述的定義方法中，虛擬關鍵點由用戶在注冊時自己點選，這個過程比較繁瑣，在實際應用時用戶需要一個學習過程且操作不便，影響了掌紋認證系統(tǒng)的用戶體驗。
[0020]本發(fā)明中所使用的虛擬關鍵點不需要用戶自定義，而是在系統(tǒng)中預先定義好，用戶在拍攝手掌圖像時只需要將手掌的特定部位與系統(tǒng)預定義的虛擬關鍵點對齊即可，省去了用戶自定義虛擬關鍵點的步驟，增強了掌紋認證系統(tǒng)的用戶友好度。
[0021]本發(fā)明中使用兩種虛擬關鍵點定義方法:
虛擬關鍵點定義方法I
如圖3所示，在定義方法I中，虛擬關鍵點定義為掌紋主線與手掌邊緣的交點，即圖3中的A、B兩點。線段AB的角度可以通過以下方式對大量用戶的使用習慣來進行統(tǒng)計學習，其確定方法如下(令手掌圖像和屏幕的左上角為坐標原點，向右、向下為正方向):
1、用戶以最自然、舒適的方式伸直和放置手掌；
2、對每個用戶的同一側(cè)手掌采集々幅手掌圖像，即?個用戶總共采集/|= /€ X/I/幅掌紋圖像，作為訓練樣本；
3、在這幅圖上標記出掌紋主線與手掌邊緣交點I4和；
4、線段AB的角度的計算方法如下:
(1)對于每一幅手掌圖像，設是復平面內(nèi)的兩點，則向量可以表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: 一、注冊階段 (1)首先錄入注冊用戶的身份標識； (2)通過智能移動設備自帶的攝像頭采集待注冊用戶的掌紋圖像，采集掌紋圖像時，使用基于虛擬關鍵點的手掌定位方法進行拍攝； (3)根據(jù)虛擬關鍵點的位置確定感興趣區(qū)域； (4)在感興趣區(qū)域內(nèi)進行掌紋特征提??； (5)存儲用戶注冊信息、掌紋特征，完成注冊； 二、認證階段 (1)用戶輸入身份標識； (2)通過智能移動設備自帶的攝像頭采集用戶的掌紋圖像，采集掌紋圖像時，使用基于虛擬關鍵點的手掌定位方法進行拍攝； (3)根據(jù)虛擬關鍵點的位置確定感興趣區(qū)域； (4)在感興趣區(qū)域內(nèi)進行掌紋特征提取； (5)將提取的掌紋特征與注冊的掌紋特征進行匹配； (6)若匹配成功，則進行后繼操作；若匹配失敗，則拒絕后繼操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法，其特征在于所述基于虛擬關鍵點的手掌定位方法步驟如下: (1)定義掌紋主線與手掌邊緣的交點A、B兩點為虛擬關鍵點； (2)對每個用戶的同一側(cè)手掌采集々幅手掌圖像，即《個用戶總共采集n = A^x m幅掌紋圖像，作為訓練樣本；(3)在這/7幅圖上標記出掌紋主線與手掌邊緣交點久，4；I * * * * Ti I * J ii (4)計算線段AB的角度； (5)在確定了線段AB角度的基礎上，在采集圖像時，用戶將掌紋主線與手掌邊緣的交點對準AB兩點進行采集即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法，其特征在于所述基于虛擬關鍵點的手掌定位方法步驟如下: (1)定義掌紋主線與手掌邊緣的交點A、B兩點和中指與無名指指縫之間的點C為虛擬關鍵點； (2)定義經(jīng)過中指與無名指指縫之間點C的直線為匪，直線NM與線段AB平行； (3)對每個用戶的同一側(cè)手掌采集々幅手掌圖像，即?個用戶總共采集n= kx m幅掌紋圖像，作為訓練樣本； (4)在這/7幅圖上標記出掌紋主線與手掌邊緣交點設其坐

1-- ft.丄f~標分別為(Oxl:%(?,~)和(A1 Jjl)…,(bxn,h};;);(5)計算線段AB的角度沒； (6)在/7幅圖像中，標記出中指和無名指指縫之間的點(1，設其坐標分別為(CvC1 ).....(C.....C.J,假設最終確定的線段AB的長度為7，則直線MN到線段AB的
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法，其特征在于所述線段AB的角度的計算步驟如下:(1)對于每一幅手掌圖像，設\B是復平面內(nèi)的兩點，則向量可以表示為:

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法，其特征在于所述感興趣區(qū)域DEFH的確定過程用下式表示:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法，其特征在于所述掌紋特征提取過程如下: (1)對掌紋的感興趣區(qū)域圖像在#個方向上分別計算I到#階導數(shù)，得到Mx況個導數(shù)圖像，記為正>.= , = Uf xAr ; (2)對于每個導數(shù)圖像ID1，計算每個像素值的符號，得到符號圖像/q,即:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動互聯(lián)網(wǎng)掌紋身份認證方法，其特征在于所述掌紋特征匹配規(guī)則表示為:
【文檔編號】H04L9/32GK103793642SQ201410074050
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】鄔向前, 卜巍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學