CN104007929A - 基于手势识别的移动终端解锁方法及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于手势识别的移动终端解锁方法以及移动终端，所述方法包括：获取与用户的图案解锁手势对应的解锁指令，所述解锁指令包含所述图案解锁手势对应的解锁图案和至少一手势模式特征；确定所述解锁指令对应的解锁图案与一预设的授权用户解锁图案是否相同；与所述解锁图案与所述授权用户解锁图案相同对应的，确定所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征是否与一授权用户的至少一手势模式特征匹配；与所述用户的至少一手势模式特征与所述授权用户的至少一手势模式特征匹配对应的，对所述移动终端进行解锁。采用本发明记载的解锁方法，可保证在用户的密码失窃之后，仍然有一定的防护作用，提高移动终端的使用安全性。

Description

基于手势识别的移动终端解锁方法及移动终端

技术领域

本发明涉及模式识别技术，尤其涉及一种基于手势识别的移动终端解锁方法及移动终端。

背景技术

基于Android系统设备图案解锁模式识别的用户认证技术研究是指可以学习用户解锁手势习惯和模式的密码认证技术，该系统通过对用户手势划动节奏和习惯的不同，实现对真实用户和非法用户的区分。

根据网易手机讯，截止到2013年5月17号，Android系统手机在全球市场占有率已达到75％，而这一数据仍在继续增长，目前已接近80％，而Android系统在中国的市场占有率更高，因而该技术将有广泛的应用市场。并且随着手机性能的提高，手机中涉及的个人隐私也越来越多，而用户对手机的主要安全防护措施就是屏幕锁，且屏幕锁用的最多的就是图案锁，当解锁手势比较简单时，通过基于字典的暴力破解方法就能够很快破解，熟悉的人更是如此。

生物认证技术由于其使用每个人所特有的生理特征(如指纹、掌纹、人脸、虹膜等)或行为特征(如笔迹，手迹等)，而这些特征在很大程度上具有唯一性和不可模仿性，极大地减少了用户被冒名顶替的风险。

其中，触摸屏基本上是所有移动终端都有的，使用触摸屏作为特征提取工具，具有成本低廉，极其方便并对用户不会造成任何影响的优点，具有重大的研究价值。由于人们日常习惯和个人性格的不同，使得每个人在输入自己的手势时均形成了自己独特的模式。因此手势模式可以代表用户身份。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种能够准确对使用移动终端的用户进行认证的方法和使用该方法的系统。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种基于手势识别的移动终端解锁方法，具体包括：

获取与用户的图案解锁手势对应的解锁指令，所述解锁指令包含所述图案解锁手势对应的解锁图案和至少一手势模式特征；

确定所述解锁指令对应的解锁图案与一预设的授权用户解锁图案是否相同；

与所述解锁图案与所述授权用户解锁图案相同对应的，确定所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征是否与一授权用户的至少一手势模式特征匹配；

与所述用户的至少一手势模式特征与所述授权用户的至少一手势模式特征匹配对应的，对所述移动终端进行解锁。

另一方面，本发明还提供一种基于手势识别解锁的移动终端，具体包括：

获取模块，用于获取与用户的图案解锁手势对应的解锁指令，所述解锁指令包含所述图案解锁手势对应的解锁图案和至少一手势模式特征；

解锁图案比对模块，用于确定所述解锁指令对应的解锁图案与一预设的授权用户解锁图案是否相同；

手势模式特征匹配模块，用于在所述解锁图案与所述授权用户解锁图案相同时，检测所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征是否与一授权用户的至少一手势模式特征相匹配；

解锁模块，用于当所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征与一授权用户的至少一手势模式特征匹配时，解锁该移动终端。

本发明的至少一个技术方案与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用用户的手势划动行为对用户进行认证，可以保证在用户的密码失窃之后，仍然有一定的防护作用；(2)对手势模式特征的模式识别算法进行研究，提高识别的精度；(3)本发明在提高设备安全性能的同时，不需要引入任何的硬件开销。

附图说明

图1为本发明实施例的一种解锁方法的流程图；

图2为本发明实施例的一种解锁界面的示意图；

图3为图2所示的解锁图案提取的用户的图案解锁手势对应的时间序列特征；

图4为本发明实施例一种解锁方法对所述单类分类器模型进行训练和测试的示意图；

图5为本发明实施例的一种移动终端的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本申请实施例提供了一种基于手势识别的移动终端解锁方法，包括：

S110获取与用户的图案解锁手势对应的解锁指令，所述解锁指令包含所述图案解锁手势对应的解锁图案和至少一手势模式特征；

S120确定所述解锁指令对应的解锁图案与一预设的授权用户解锁图案是否相同；

S130与所述解锁图案与所述授权用户解锁图案相同对应的，确定所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征是否与一授权用户的至少一手势模式特征匹配；

S140与所述用户的至少一手势模式特征与所述授权用户的至少一手势模式特征匹配对应的，对所述移动终端进行解锁。

本申请实施例中所述图案解锁手势是指根据移动终端的解锁图案，由人手在触摸屏幕上连续或不连续的划动动作。典型的利用图案解锁手势进行解锁的方式如图2。对于本领域技术人员来说，解锁手势不限于在屏幕上的划动，还可以包括通过其它方式被识别的手势，如通过移动终端的摄像头采集的手势。

在本申请实施例中所述解锁指令是设备(例如本申请实施例中所述的移动终端)的输入模块(例如设备的触摸屏或者摄像头等传感模块)在采集到所述图案解锁手势后生成的信号指令，其中包含所述图案解锁手势对应的解锁图案和至少一手势模式特征。

在本申请实施例中，所述至少一手势模式特征可以为一个手势模式特征，例如下面所述的时间序列特征。在本申请其它实施例中，所述至少一手势模式特征还可以为多个手势模式特征，例如上面所述的时间序列特征以及在每个图案点上的按压压力等其它特征。本申请下面的实施例中以所述至少一手势模式特征为所述时间序列特征为例进行说明。

在本申请实施例中，所述时间序列特征包括：所述用户的所述图案解锁手势在一解锁图案中的各图案点停留的时间、以及所述用户的所述图案解锁手势在所述解锁图案中任意相邻的图案点之间划动的时间间隔。

例如，在图2所示出的解锁界面中，共有9个图案点210，9个图案点之间具备8段划动连线220。对于不同的使用者，完成同样的解锁图案，由于个人习惯等不同，每个使用者在9个图案点上的任何一个停留的时间均可能是不同；同样，在任意相邻2个图案点之间完成划动的时间间隔也可能是不同，因此本申请实施例可以通过所述时间序列特征来进行用户身份的识别。本申请实施例中，所述解锁图案可以是按某一特定顺序划过9个图案点的连线，也可以是仅划过部分图案点的连线。如果移动终端内存储有所有授权用户进行手势解锁时的解锁图案和图案解锁手势的时间序列特征，在解锁时，先后验证解锁图案的一致性和时间序列特征的一致性，则非授权用户即使破解了解锁图案也无法对手机进行解锁。

图3示出了按图2所示的解锁图案提取的用户的图案解锁手势对应的时间序列特征，该时间序列特征即：用户输入解锁图案时在各图案点停留的时间与在任意相邻的图案点之间划动的时间间隔。其中T1、T2、T3…表示用户在图案点上的停留时间，而L1、L2、L3…表示用户在不同的图案点之间的划动时间间隔。时间序列特征并不限于附图2所示的形式，如可仅采用在各图案点的停留时间或仅采用不同的图案点之间的划动时间间隔作为时间序列特征；而使用者在各图案点停留的平均时间以及任意两个图案点之间划动的平均时间间隔亦可作为所述时间序列特征。

把授权用户的图案解锁手势的时间序列特征作为一个类别，而除该用户之外的所有其他人的手势的时间序列特征看成是另一个类别。很显然，我们无法获取用户之外的所有其他人这个类别的训练样本，再怎么获取都是不充分的，可以用于训练的就是授权用户自己的解锁手势。这和模式识别领域的单类问题(One-Class Problem)是完全吻合的。单类分类器(One Class Classification，OCC)的目的就是定义一个围绕该目标类物体的边界，接受尽量多的目标类物体，而尽可能的拒绝其它类。本申请实施例希望采取基于单类分类器的解锁手势认证方法对用户对手机解锁进行验证。因此本申请实施例的步骤S120中可以通过一单类分类器(One Class Classification，OCC)模型确定所述用户的至少一手势模式特征是否与所述授权用户的至少一手势模式特征匹配。

在本申请实施例中，为了得到适合的单类分类器，所述方法在所述步骤S110之前还包括：

根据所述授权用户的多个图案解锁手势对所述单项分类器模型进行训练。

如图4所示，当给移动终端设置一个新的授权用户时，需要对所述新的授权用户进行图案解锁手势训练，在本申请实施例中，需要用户输入训练解锁图案，例如所述训练解锁图案采用图2中的解锁图案，此外，用户还可以根据个人意愿设置不同的图案进行训练，并将训练完成的图案设置为解锁图案。

在本申请实施例中，通过采集的时间序列特征借助单类分类器进行分类。常用的单类分类方法包括混合高斯方法、Parzen窗密度估计法、支持向量数据描述方法、K中心法、K均值法、单类支持向量分类器方法(One-class SVM)以及采用线性规划的新颖性检测方法。对于单类支持向量分类器方法，其应用于负样本难以收集的场合，故在本实施方式中采用单类支持向量分类器模型作为本申请实施例的单类分类器模型。

单类支持向量分类方法的主体思想是通过法线方向为ω的超平面分割数据样本χ_i和原点使得间隙ρ(margin)最大，由此有

ω·x_i≥ρ-ξ_i,ξ_i≥0   (1)

$\max (\mathrm{\ρ}-\frac{1}{\mathrm{vN}}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\ξ}}_i),\left|\right|\mathrm{\ω}\left|\right|=1,v\∈\left(\mathrm{0,1}\right]---\left(2\right)$

通过优化可以获得的解的超平面就是离原点最远的一个最优分类面。其中ν是一个实数，ν∈(0,1]，N是数据样本点的个数，ξ_i是每个数据样本在分类器中的惩罚因子。

分类面的作用就是一旦得到分类面，就可以分类正常和异常的用户了。当有新的数据样本x_i，则ω·x_i≥ρ-ξ_i，x_i为合法用户；反之，为非法用户。

如图4所示，在训练的过程中，可以通过测试解锁图案对所述单类支持向量分类器模型进行测试，并根据测试输出的识别率和错误率对所述单类支持向量分类器模型的参数进行调整，最终得到所述单类支持向量分类器模型。

本申请实施例的一种可能应用场景如下：

当完成上述训练后，使用者解锁该移动终端时，在移动终端的解锁界面输入解锁图案。此时，移动终端先将使用者输入的解锁图案的形状与预设的授权用户的解锁图案的形状进行比对：

如果使用者输入的解锁图案的形状与预设的授权用户的解锁图案的形状不一致，则判断该使用者设定为非法用户，不能解锁该移动终端；

当使用者输入的解锁图案的形状与预设的授权用户的解锁图案的形状完全一致时，进一步将由使用者输入所述解锁图案时的图案解锁手势中提取的时间序列特征送入单类支持向量分类器模块：

当所述单类支持向量分类器模块判断该时间序列特征与该解锁图案对应的授权用户的时间序列特征匹配时，则认为该使用者为授权用户，解锁该移动终端；

当匹配不成功时，则判断该使用者设定为非法用户，不能解锁该移动终端。

如图5所示，本申请实施例提供了一种基于手势识别解锁的移动终端500，包括：

获取模块510，用于获取与用户的图案解锁手势对应的解锁指令，所述解锁指令包含所述图案解锁手势对应的解锁图案和至少一手势模式特征；

解锁图案比对模块520，用于确定所述解锁指令对应的解锁图案与一预设的授权用户解锁图案是否相同；

手势模式特征匹配模块530，用于在所述解锁图案与所述授权用户解锁图案相同时，检测所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征是否与一授权用户的至少一手势模式特征相匹配；

解锁模块540，用于当所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征与一授权用户的至少一手势模式特征匹配时，解锁该移动终端。

在本申请实施例一种可能的实施方式中，所述手势模式特征匹配模块530进一步用于，通过单类分类器模型确定所述用户的至少一手势模式特征是否与所述授权用户的至少一手势模式特征匹配。

所述单类分类器模型为单类支持向量分类器模型。

在本申请实施例一种可能的实施方式中，所述装置500还包括：

训练模块，用于根据所述授权用户的多个图案解锁手势对所述单项分类器模型进行训练。

本申请实施例中各模块功能的实现参见上面方法实施例中各步骤对应的描述，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种基于手势识别的移动终端解锁方法，其特征在于，包括：

获取与用户的图案解锁手势对应的解锁指令，所述解锁指令包含所述图案解锁手势对应的解锁图案和至少一手势模式特征；

确定所述解锁指令对应的解锁图案与一预设的授权用户解锁图案是否相同；

与所述解锁图案与所述授权用户解锁图案相同对应的，确定所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征是否与一授权用户的至少一手势模式特征匹配；

与所述用户的至少一手势模式特征与所述授权用户的至少一手势模式特征匹配对应的，对所述移动终端进行解锁。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征是否与一授权用户的至少一手势模式特征匹配包括：

通过单类分类器模型确定所述用户的至少一手势模式特征是否与所述授权用户的至少一手势模式特征匹配。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单类分类器模型为单类支持向量分类器模型。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述至少一手势模式特征包括时间序列特征。

5.权利要求4所述的方法，其特征在于，所述时间序列特征包括：所述用户的所述图案解锁手势在一解锁图案中的各图案点停留的时间。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述时间序列特征还包括：所述用户的所述图案解锁手势在所述解锁图案中任意相邻的图案点之间划动的时间间隔。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法在所述获取与用户的图案解锁手势对应的解锁指令之前还包括：

根据所述授权用户的多个图案解锁手势对所述单项分类器模型进行训练。

8.一种基于手势识别解锁的移动终端，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取与用户的图案解锁手势对应的解锁指令，所述解锁指令包含所述图案解锁手势对应的解锁图案和至少一手势模式特征；

解锁图案比对模块，用于确定所述解锁指令对应的解锁图案与一预设的授权用户解锁图案是否相同；

手势模式特征匹配模块，用于在所述解锁图案与所述授权用户解锁图案相同时，检测所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征是否与一授权用户的至少一手势模式特征相匹配；

解锁模块，用于当所述解锁指令包含的所述用户的所述至少一手势模式特征与一授权用户的至少一手势模式特征匹配时，解锁该移动终端。

9.如权利要求8所述的移动终端，其特征在于，

所述手势模式特征匹配模块进一步用于，通过单类分类器模型确定所述用户的至少一手势模式特征是否与所述授权用户的至少一手势模式特征匹配。

10.如权利要求9所述的移动终端，其特征在于，所述单类分类器模型为单类支持向量分类器模型。