本發(fā)明涉及一種智能移動(dòng)設(shè)備配對(duì)方法，特別涉及一種利用智能移動(dòng)設(shè)備攝像頭的基于目標(biāo)追蹤的配對(duì)方法，用于在未設(shè)置兩個(gè)設(shè)備前首次引入和連接兩個(gè)設(shè)備一起工作時(shí)的設(shè)備配對(duì)，屬于移動(dòng)計(jì)算應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著智能移動(dòng)設(shè)備的普及和流行，如智能手機(jī)和智能眼鏡，隨之而來(lái)的是許多新的應(yīng)用場(chǎng)景，其中，很多應(yīng)用場(chǎng)景需要智能移動(dòng)用戶與其他用戶或智能移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行交互，如文件共享和團(tuán)隊(duì)協(xié)作游戲等。實(shí)現(xiàn)這種應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)先決條件是設(shè)備配對(duì)，即第一次在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行引入和連接，以便在沒(méi)有預(yù)先設(shè)置的情況下一起工作。目前，兩個(gè)智能移動(dòng)設(shè)備(發(fā)起者設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備)之間的設(shè)備配對(duì)存在兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：一是發(fā)起者設(shè)備如何在周圍設(shè)備中識(shí)別目標(biāo)設(shè)備，二是如何實(shí)現(xiàn)發(fā)起者設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備之間的密鑰共享。

2、為了解決這些問(wèn)題，常用的一種方法是要求用戶在設(shè)備上創(chuàng)建唯一的id，如條形碼，或者一種設(shè)備唯一的屬性，也稱為標(biāo)識(shí)符或指紋，然后兩個(gè)用戶詢問(wèn)彼此的id或指紋進(jìn)行匹配。這種方法在設(shè)備連接之前，需要共享一個(gè)通用的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，而且不能在用戶選擇目標(biāo)設(shè)備的過(guò)程中提供空間感知，從而影響用戶體驗(yàn)，尤其是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的應(yīng)用場(chǎng)景。另一種常見(jiàn)的方法是基于鄰近度的方法，通過(guò)共享環(huán)境信號(hào)，如無(wú)線信號(hào)的信道狀態(tài)信息，從信號(hào)中推導(dǎo)出共享密鑰進(jìn)行配對(duì)。這類方法雖然能夠識(shí)別一組距離較近的設(shè)備，但不能識(shí)別其中某一個(gè)特定的目標(biāo)設(shè)備，而且設(shè)備之間需要處于較短的距離。此外，還有一種方法是利用音頻信號(hào)進(jìn)行配對(duì)，這種方法要求用戶通過(guò)手持智能手機(jī)或搖晃設(shè)備做出一個(gè)特定的指向手勢(shì)進(jìn)行目標(biāo)設(shè)備的選擇，然而這種手勢(shì)動(dòng)作不適用于所有的智能移動(dòng)設(shè)備。

3、綜上所述，現(xiàn)有的主流方法存在一些不足，亟需新方法來(lái)克服其局限性。本發(fā)明允許用戶在空中揮動(dòng)手指來(lái)直接選擇想要配對(duì)的設(shè)備進(jìn)行連接。該方法可以利用手指追蹤軌跡中的關(guān)鍵特征來(lái)發(fā)現(xiàn)用戶想要與哪個(gè)設(shè)備進(jìn)行交互的意圖，即識(shí)別目標(biāo)設(shè)備，然后設(shè)計(jì)密鑰生成和密鑰修正算法，增強(qiáng)設(shè)備配對(duì)后信息交互的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是：實(shí)現(xiàn)一種用戶友好且安全的智能移動(dòng)設(shè)備配對(duì)方法，提出一種利用攝像頭的基于目標(biāo)追蹤的智能移動(dòng)設(shè)備配對(duì)方法。

2、本發(fā)明的思想是：通過(guò)使用現(xiàn)有智能移動(dòng)設(shè)備配備的攝像頭對(duì)用戶揮動(dòng)的手指進(jìn)行追蹤，利用和分析手指追蹤的軌跡，識(shí)別出目標(biāo)設(shè)備，然后生成一個(gè)共享密鑰并在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行分發(fā)，從而使兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行配對(duì)，并保障設(shè)備配對(duì)后信息交互的安全性。

3、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于目標(biāo)追蹤的智能移動(dòng)設(shè)備配對(duì)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

4、1)當(dāng)一個(gè)用戶(發(fā)起者設(shè)備)想要與另一個(gè)用戶(目標(biāo)設(shè)備)進(jìn)行交互，該用戶揮動(dòng)手指對(duì)著想要互動(dòng)的目標(biāo)設(shè)備，在空中做一個(gè)特定的手勢(shì)，即在空中畫一個(gè)圖形；

5、2)發(fā)起者設(shè)備和周圍若干設(shè)備(周圍設(shè)備包括目標(biāo)設(shè)備)都使用現(xiàn)有的攝像頭對(duì)發(fā)起者用戶的手勢(shì)進(jìn)行手指追蹤，并記錄追蹤軌跡；

6、3)發(fā)起者設(shè)備和周圍設(shè)備從手指追蹤軌跡中提取密鑰；

7、4)周圍設(shè)備使用步驟3)提取的密鑰對(duì)消息進(jìn)行加密，并連同設(shè)備id發(fā)送給發(fā)起者設(shè)備；

8、5)發(fā)起者設(shè)備使用步驟3)提取的密鑰對(duì)接收到的消息進(jìn)行解密，查找并識(shí)別目標(biāo)設(shè)備，獲取目標(biāo)設(shè)備的id，并可以使用該密鑰對(duì)消息進(jìn)行加密處理，從而建立安全的配對(duì)連接。

9、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟1)發(fā)起者用戶在空中做手勢(shì)，即畫一個(gè)圖形，該圖形是一筆畫成的；這個(gè)圖形可以由系統(tǒng)定義，也可以由用戶自定義。

10、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟2)對(duì)發(fā)起者用戶在空中所做手勢(shì)進(jìn)行手指軌跡，軌跡結(jié)果在二維平面可表示為一張軌跡點(diǎn)圖。

11、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟3)在圖形手勢(shì)的執(zhí)行過(guò)程中，發(fā)起者設(shè)備追蹤手指的運(yùn)動(dòng)，并得到一個(gè)作為第一人稱視圖的由追蹤軌跡形成的圖形，記為g。同時(shí)，每個(gè)周圍設(shè)備di,i∈{1,2,…n}，n＝周圍設(shè)備的數(shù)量，也追蹤手指的運(yùn)動(dòng)，得到一個(gè)從其他視圖的由追蹤軌跡形成的圖形，記為gi。因?yàn)樵搱D形是發(fā)起者用戶正對(duì)目標(biāo)設(shè)備執(zhí)行的，所以來(lái)自目標(biāo)設(shè)備dt的軌跡圖gt和來(lái)自發(fā)起者設(shè)備的軌跡圖g是相似性圖形。相似圖形雖然大小不同，卻具有相同的形狀。在相似圖形中，對(duì)應(yīng)的邊是成比例的，各邊的對(duì)應(yīng)邊的比例都是相同的。所以，利用相似圖形的屬性，發(fā)起者設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備可以生成共享密鑰。給定一個(gè)設(shè)備g或di，其手指追蹤軌跡記為p(i)＝[x(i),y(i)]t，將p(i)平均劃分為l段，得到一組劃分點(diǎn)的序列。為了使每個(gè)劃分點(diǎn)平滑，進(jìn)一步將每個(gè)劃分點(diǎn)替換為其鄰居的平均值(比如前后兩個(gè)鄰居點(diǎn)和它自己的平均值)。在劃分點(diǎn)中，任意兩點(diǎn)都可以構(gòu)造一個(gè)向量。根據(jù)相似圖形的性質(zhì)，g或di中兩個(gè)向量的長(zhǎng)度比值與gt中相應(yīng)向量的長(zhǎng)度比值相同。因此，可以利用比率的組合作為共享密鑰ki。此外，為了減少圖差異造成的誤差，將比率的值四舍五入。

12、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟4)可以使用無(wú)線信道廣播的形式進(jìn)行信息發(fā)送。

13、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟5)發(fā)起者設(shè)備如果解密成功，則識(shí)別到目標(biāo)設(shè)備。在解密過(guò)程中，由于手指追蹤軌跡不能有絕對(duì)的置信度，因此捕獲的圖可能會(huì)被扭曲。所以g和gt并不是完全相似的圖。為了進(jìn)一步解決這個(gè)問(wèn)題，如果解密不成功，允許發(fā)起者設(shè)備嘗試更改密鑰中的數(shù)字來(lái)解密消息。此過(guò)程有兩個(gè)規(guī)則：一是一次只能更改一個(gè)數(shù)字，最多可以更改b個(gè)數(shù)字；二是密鑰中的數(shù)字只能糾正為其最近鄰e的非負(fù)整數(shù)。

14、如果不考慮加密的功能，配對(duì)方法可以簡(jiǎn)化為以下步驟：

15、1)當(dāng)一個(gè)用戶(發(fā)起者用戶)想要與另一個(gè)用戶(目標(biāo)設(shè)備)進(jìn)行交互，該用戶揮動(dòng)手指對(duì)著想要互動(dòng)的目標(biāo)設(shè)備，直接在空中點(diǎn)擊該設(shè)備；

16、2)周圍若干設(shè)備(周圍設(shè)備包括目標(biāo)設(shè)備)使用現(xiàn)有的攝像頭對(duì)發(fā)起者用戶的手勢(shì)進(jìn)行手指追蹤，并記錄追蹤軌跡；

17、3)周圍設(shè)備從手指追蹤軌跡中提取特征向量；

18、4)周圍設(shè)備將提取的特征向量的性質(zhì)連同設(shè)備id發(fā)送給發(fā)起者設(shè)備；

19、5)發(fā)起者設(shè)備通過(guò)檢查接收到的特征向量，查找并識(shí)別目標(biāo)設(shè)備，獲取目標(biāo)設(shè)備的id，從而建立快速的配對(duì)連接。

20、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟1)發(fā)起者用戶在空中直接點(diǎn)擊想要互動(dòng)的目標(biāo)設(shè)備；點(diǎn)擊是一種直觀且自然的手勢(shì)，而且在人們?nèi)粘＝换セ顒?dòng)中也經(jīng)常被用于表達(dá)選擇某個(gè)物體。

21、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟2)對(duì)發(fā)起者用戶在空中所做手勢(shì)進(jìn)行手指軌跡，軌跡結(jié)果在二維平面可表示為一張軌跡點(diǎn)圖。

22、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟3)在圖形手勢(shì)的執(zhí)行過(guò)程中，每個(gè)周圍設(shè)備di,i∈{1,2,…n}，n＝周圍設(shè)備的數(shù)量，追蹤手指的運(yùn)動(dòng)得到追蹤軌跡。給定一個(gè)設(shè)備di及其手指追蹤軌跡p(i)＝[x(i),y(i)]t，從軌跡中提取一個(gè)代表軌跡趨勢(shì)的特征向量其中指的是在y(i)中值最大的k個(gè)點(diǎn)的平均值，指的是在y(i)中值最小的k個(gè)點(diǎn)的平均值。然后計(jì)算特征向量v(i)的絕對(duì)斜率s(v(i))，這個(gè)斜率表示v(i)的方向與x軸的正方向之間的夾角的絕對(duì)切線值。

23、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟4)可以使用無(wú)線信道廣播的形式進(jìn)行信息發(fā)送。

24、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟5)在追蹤手指運(yùn)動(dòng)并提取特征向量后，參與的周圍設(shè)備報(bào)告其計(jì)算的s(v(i))。根據(jù)點(diǎn)擊手勢(shì)的特性，目標(biāo)設(shè)備應(yīng)該捕獲到具有垂直于x軸特性的線形軌跡，因此目標(biāo)設(shè)備應(yīng)該具有最大的s(v(i))。發(fā)起者設(shè)備可以通過(guò)比較接收到的值s(v(i))，從而識(shí)別目標(biāo)設(shè)備，獲取目標(biāo)設(shè)備的id，從而快速配對(duì)連接。

25、有益效果

26、本發(fā)明的有益效果是通過(guò)設(shè)計(jì)一種面向智能移動(dòng)設(shè)備的用戶友好且安全的設(shè)備配對(duì)系統(tǒng)，用戶只需向目標(biāo)設(shè)備揮動(dòng)手指做手勢(shì)，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無(wú)線連接。該發(fā)明使用智能移動(dòng)設(shè)備現(xiàn)成的攝像頭，設(shè)計(jì)了基于手指追蹤軌跡的密鑰生成和修正算法，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境下安全設(shè)備配對(duì)的密鑰協(xié)商。該方法從一個(gè)新的角度設(shè)計(jì)智能移動(dòng)設(shè)備的配對(duì)方法，并可以在現(xiàn)成的設(shè)備上作為軟件實(shí)現(xiàn)。如果不考慮加密的功能，該方法可以簡(jiǎn)化，只通過(guò)提取手指追蹤軌跡的特征向量，找到目標(biāo)設(shè)備，完成快速配對(duì)。