CN105631375B - 对电子标签做空间定位、3d签名及人机交互的方法、设备 - Google Patents

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Abstract

一种对电子标签做空间定位、3D签名及人机交互的方法、设备，在电子设备上设置成三维分布的至少三组阵列天线，每一组阵列天线包括在一个维度上延展的多个天线阵元；对电子标签做空间定位时，开启所述电子标签阅读器，产生射频电磁场；感应到所述射频电磁场中存在电子标签时，采集各组阵列天线中各个天线阵元上产生的感应电压；根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置信息。基于该对电子标签做空间定位的方法、设备，本发明还提供了3D签名及人机交互的方法和设备。本发明可可使用电子标签进行空间签名，从平面笔迹到空间笔迹，增大了签名的安全系数。

Description

对电子标签做空间定位、3D签名及人机交互的方法、设备
技术领域
本发明涉及电子标签及其应用，更具体地，涉及一种基于生物电子标签的特征提取、验证方法及其设备、标签。
背景技术
RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。近场通信(NearField Communication，NFC)，又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输。这个技术由免接触式射频识别(RFID)演变而来。
电子标签进入电子标签阅读器产生的射频电磁场后，会被动或者主动发送某一频率的信号；电子标签阅读器读取信息并解码后，至中央信息系统进行有关数据处理。电子标签阅读器有时也可将信息写入电子标签。
电子标签阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式有：感应耦合(InductiveCoupling)及后向散射耦合(Backscatter Coupling)两种。其中，采用感应耦合时，标签进入射频电磁场后，接收阅读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息。采用后向散射耦合时，基于雷达原理模型发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。
目前已有通过电子标签对用户的合法身份进行验证的电子签名系统。但是现有的电子签名系统存在不少安全漏洞，电子标签(Tag)的电子编码容易被模仿或截获，进而导致大量的非法用户访问。
已有专利提出采用指纹鉴权的方式，加强安全保障。但目前的指纹鉴权方式下，指纹容易被模仿或被非法获取。
另外，目前也有通过对书写笔迹进行签定来实现身份验证的方法，但目前的书写笔迹均是平面的，容易模仿，还不能实现对空间书写笔迹的采集。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种对电子标签做空间定位的方法、电子设备及基于此实现3D签名、人机交互的方法、电子设备。
为了解决上述技术问题，本发明提供了
一种对电子标签做空间定位的方法，应用于具有电子标签阅读器的电子设备，所述方法包括：
在所述电子设备上设置成三维分布的至少三组阵列天线，每一组阵列天线包括在一个维度上延展的多个天线阵元；
开启所述电子标签阅读器，产生射频电磁场；
感应到所述射频电磁场中存在电子标签时，采集各组阵列天线中各个天线阵元上产生的感应电压；
根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置信息。
较佳地，
在所述电子设备上设置成三维分布的至少三组阵列天线，每一组阵列天线包括在一个维度上延展的多个天线阵元，包括：
在所述电子设备上设置两两之间相互垂直的三组阵列天线，构成一直角坐标系，每一组阵列天线包括的所述多个天线阵元为在一直线上均匀分布的多个微带天线，构成所述直角坐标系统的坐标点。
根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置，包括：分别确定所述三组阵列天线中感应电压最大的三个天线阵元；将所述三个天线阵元的标识信息或对应的坐标位置作为所述空间位置信息。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子设备，包括用于对电子标签做空间定位的系统，所述系统包括：
至少三组阵列天线，设置在所述电子设备上且成三维分布，每一组阵列天线包括在一个维度上延展的多个天线阵元；
电子标签阅读器模块，与所述各组阵列天线中各个天线阵元分别电连接，用于在开启后，产生射频电磁场，并在感应到所述射频电磁场中存在电子标签时，采集各组阵列天线中各个天线阵元上产生的感应电压；
定位模块，用于根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置信息。
较佳地，
所述至少三组阵列天线为在所述电子设备上成三维分布的三组阵列天线，所述三组阵列天线两两之间相互垂直构成一直角坐标系，每一组阵列天线包括的所述多个天线阵元为均匀分布且成一直线的多个微带天线，构成所述直角坐标系统的坐标点；
所述定位模块根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置，包括：分别确定所述三组阵列天线中感应电压最大的三个天线阵元；将所述三个天线阵元的标识信息或对应的坐标位置作为所述空间位置信息。
较佳地，
所述三组阵列天线中有两组设置在所述电子设备同一表面的相邻两条边上，另一组设置在所述相邻两条边的交界处，且垂直于所述表面或可转动到垂直于所述表面的位置。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种3D电子签名的方法，包括：
电子设备开启电子标签阅读器功能，产生射频电磁场；
所述电子设备在签名过程中，使用上述对电子标签做空间定位的方法，对在所述射频电磁场中随用户书写而运动的电子标签做持续的空间定位；
所述电子设备根据空间定位得到的空间位置信息确定空间书写轨迹，将所述空间书写轨迹作为此次采集的所述用户的3D签名笔迹。
较佳地，
所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签；所述方法还包括：所述电子设备在签名过程中使用基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存；或者
所述方法还包括：所述电子设备在签名过程中通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过验证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存。
较佳地，
所述方法还包括：所述电子设备在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；或者
所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签；所述方法还包括：所述电子设备在签名过程中使用基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，再基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；或者
所述方法还包括：所述电子设备在签名过程中通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，再基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，此次签名验证通过。
较佳地，
所述基于生物电子标签的身份验证方法包括：
所述电子设备在签名过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
所述电子设备判断在签名过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份验证通过。
较佳地，
所述生物电子标签为指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的；所述指纹电子标签包括：一具有弹性的薄膜基板；由附着在所述薄膜基板上的导电层形成的一天线，所述天线包括一指纹区域，所述指纹区域在所述指纹电子标签与手指贴合时形成印出指纹图案的一微带天线；及，覆盖在所述天线上并与所述薄膜基板贴合的一保护膜；或者
所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的；或者
所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的。
较佳地，
所述电子设备在签名过程中，在进行空间定位的同时还记录电子标签运动到每一个定位点的时间信息，以确定所述电子标签在射频电磁场中移动的位置、速度和方向。
较佳地，
所述实时采集的所述用户的生物特征信息包括指纹信息、手指静脉信息和温度信息中的一种或多种。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子设备，可实现3D电子签名，包括：
如上所述的用于对电子标签做空间定位的系统，用于在签名过程中，对在所述射频电磁场中随用户书写而运动的电子标签做持续的空间定位；
签名生成模块，用于根据空间定位得到的空间位置信息确定空间书写轨迹，将所述空间书写轨迹作为此次采集的所述用户的3D签名笔迹。
较佳地，
所述电子设备还包括：
基于生物电子标签进行身份验证的系统：用于在签名过程中，对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，通知签名存储模块；
签名存储模块，用于在收到所述通知后，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存；
或者
所述电子设备还包括：
生物特征验证模块，用于在签名过程中，通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过验证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，通知签名存储模块；
签名存储模块，用于在收到所述通知后，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存。
较佳地，
所述电子设备还包括：
签名验证模块，用于在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；
或者
所述电子设备还包括：
基于生物电子标签进行身份验证的系统，用于在签名过程中，对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，通知签名验证模块；
签名验证模块，用于在收到所述通知后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；
或者
所述电子设备还包括：
生物特征验证模块，用于在签名过程中，通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，通知签名验证模块；
签名验证模块，用于在收到所述通知后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过。
较佳地，
所述基于生物电子标签进行身份验证的系统，包括：
电子标签阅读器模块，用于在开启后，在签名过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
验证判决模块，用于判断在签名过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份验证通过。
较佳地，
所述用于对电子标签做空间定位的系统在签名过程中，在进行空间定位的同时还记录电子标签运动到每一个定位点的时间信息，以确定所述电子标签在射频电磁场中移动的位置、速度和方向。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种3D人机交互的方法，包括：
电子设备开启电子标签阅读器功能，产生射频电磁场；
所述电子设备在3D人机交互过程中，使用如上所述的方法，对在所述射频电磁场中随用户肢体运动的电子标签做持续的空间定位；
所述电子设备根据空间定位得到的空间位置信息确定所述用户肢体在射频电磁场中的运动轨迹；
将所述射频电磁场中的运动轨迹转换为3D全息影像空间中的运动轨迹，据此确定所述用户的操作。
较佳地，
所述电子设备在3D人机交互过程中，使用如上所述的由三组阵列天线构成一直角坐标系的方法，对在所述射频电磁场中随用户肢体运动的电子标签做持续的空间定位；
将所述射频电磁场中的运动轨迹转换为3D全息影像空间中的运动轨迹，包括：
将所述电子设备上设置的三组阵列天线构成的直角坐标系作为3D全息影像空间的三维空间坐标系，将所述电子标签在所述直角坐标系中的运动轨迹作为所述3D全息影像空间中的运动轨迹。
较佳地，
所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签；
所述方法还包括：所述电子设备在3D人机交互过程中，使用基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，接受所述用户的操作，如身份验证不通过，不接受所述用户的操作；
所述基于生物电子标签的身份验证方法包括：
所述电子设备在3D人机交互过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
所述电子设备判断在3D人机交互过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份验证通过，如否，则身份验证不通过。
较佳地，
所述生物电子标签为指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的；所述指纹电子标签包括：一具有弹性的薄膜基板；由附着在所述薄膜基板上的导电层形成的一天线，所述天线包括一指纹区域，所述指纹区域在所述指纹电子标签与手指贴合时形成印出指纹图案的一微带天线；及，覆盖在所述天线上并与所述薄膜基板贴合的一保护膜；或者
所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的；或者
所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子设备，用于3D人机交互，包括：
如上所述的对电子标签做空间定位的系统，用于在3D人机交互过程中，对在所述射频电磁场中随用户肢体运动的电子标签做持续的空间定位；
操作识别模块，用于根据空间定位得到的空间位置信息确定所述用户肢体在射频电磁场中的运动轨迹，将所述运动轨迹转换为3D全息影像空间中的运动轨迹，据此识别所述用户的操作。
较佳地，
所述对电子标签做空间定位的系统使用如上所述的有三组阵列天线构成一直角坐标系的对电子标签做空间定位的系统；
所述操作识别模块根据空间定位得到的空间位置信息确定所述用户肢体在射频电磁场中的运动轨迹，包括：
将所述电子设备上设置的三组阵列天线构成的直角坐标系作为所述3D全息影像空间的三维空间坐标系，将所述电子标签在所述直角坐标系中的运动轨迹作为所述3D全息影像空间中的运动轨迹。
较佳地，
所述电子设备还包括：
基于生物电子标签进行身份验证的系统，用于在3D人机交互过程中，对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，接受所述用户的操作，如身份验证不通过，不接受所述用户的操作；
所述基于生物电子标签进行身份验证的系统包括：
电子标签阅读器模块，用于在开启后，在3D人机交互过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
验证判决模块，用于判断在3D人机交互过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份验证通过，如否，则身份验证不通过。
上述方案实现了对电子标签做空间定位，在此基础上，可使用电子标签进行空间签名，从平面笔迹到空间笔迹，增大了签名的安全系数，而且在签名的过程中还可以基于生物电子标签或通过采集用户的生物特征信息对签名人的身份进行验证，进一步保证了签名的安全性，并且将验证和签名有机融合，非常方便。在对电子标签做空间定位的基础上，还可以使用电子标签进行3D人机交互。
附图说明
图1是本发明实施例一指纹电子标签的结构示意图；
图2是图1指纹电子标签佩戴在手指上时的示意图；
图3是图1指纹电子标签的指纹区域印出指纹图案的示意图；
图4是本发明实施例二方法的流程图；
图5是本发明实施例二电子设备的模块图；
图6是本发明实施例三方法的流程图；
图7是本发明实施例三电子设备的模块图；
图8是本发明实施例四方法的流程图；
图9A是本发明实施例四中三组阵列天线布置的示意图，图9B-图9D分别是图9A中三组阵列天线的结构示意图；
图10是本发明实施例四电子设备的模块图；
图11是本发明实施例五方法的流程图；
图12是本发明实施例五电子设备的模块图；
图13是本发明实施例六方法的流程图；
图14是本发明实施例六3D全息影像空间与直角坐标系关系的示意图；
图15是本发明实施例六电子设备的模块图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
实施例一
薄膜电子标签已广泛存在，但并未有用户人体实时参与生成的生物电子标签。本实施例的指纹电子标签就可以通过与手指的贴合，而形成一生物电子标签，该生物电子标签物理特性的唯一性由用户指纹的唯一性来达成。
本实施例的指纹电子标签如图1所示，包括：
一具有弹性的薄膜基板10；
由附着在所述薄膜基板10上的导电层形成的一天线20，所述天线包括一指纹区域201，所述指纹区域201在所述指纹电子标签与手指贴合时形成印出指纹图案的一微带天线；
覆盖在所述天线上并与所述薄膜基板贴合的一保护膜30；及
封装在所述薄膜基板和保护膜之间并与所述天线电连接的一芯片40。
因为薄膜基板10和保护膜30大小相同且贴合在一起，图中采用“10(30)”的方式来表示其标示的位置处即存在薄膜基板10又存在保护膜30。薄膜基板10可以选用聚氯乙烯(PVC)薄膜。为了方便将上述标签粘贴在手指上，较佳地，该薄膜基板10为一自粘性薄膜基板，其未附着有导电层的表面具有粘性。但本发明不局限于此，在佩戴时也可以借助胶带等其他物品来实现标签和手指的固定。
如图所示，本实施例的天线20总体上为一环形天线，但在局部变形为指纹区域201，形成为微带天线，微带天线的谐振频率容易通过在适当位置开槽而得到调整，开槽可以改变微带天线之前的表面电流路径，使电流绕槽边曲折绕行，有效路径变长，相当于增长了线圈长度。经理论和实践验证，开槽的可调频薄基片印刷微带天线的谐振频率调整幅度可以超过50％。较佳地，指纹区域201位于所述薄膜基板的中部，图中虽然表示为椭圆形，但也可以为圆形、矩形或其他各种规则、不规则的形状，只要方便印出指纹即可。天线20可以采用纳米银浆通过印刷的方式附着在薄膜基板10上，但不局限于此，也可以采用银、铜、石墨、石墨烯或超声融化材料等其他材质，通过其他工艺附着在薄膜基板10。
芯片40与天线20电连接时可以采用倒装芯片(Flip Chip)技术将芯片40的两极与天线的两极互连。芯片40安装在薄膜基板10的一侧。芯片40中可预先存储一标识如序列号(可以由任何符号构成)，该序列号可标识特定的指纹电子标签。芯片40也可以采用具有处理能力和/或大容量数据存储能力的芯片来完成更为复杂的功能。对于本发明的指纹电子标签来说，芯片40是可选的，无芯片40时，可以将天线20设计为一闭合结构以构成一闭合回路，也可以在标签佩戴到手指上时，由天线20与人体形成一闭合回路。
用于薄膜电子标签封装的保护膜的材质从不干胶、纸、无纺布到塑料，多种多样，本实施例选用PVC薄膜，将这一层PVC薄膜覆盖在作为基板的PVC自粘性薄膜上，通过冷胶合方式胶合成一体，再模切成膜片，膜片大小可以根据需要设计，如可以为25mm×40mm～30mm×50mm。
图2所示是将指纹电子标签1佩戴在手指上时的示意图。如图所示，指纹电子标签1具有指纹区域201，佩戴时将指纹区域201贴合在手指指腹的指纹部位，再将其他部分顺势贴合在手指上，芯片40部分被置于指甲上，起到一定支撑保护作用。
此时，由于指纹区域201与指纹部位紧贴，如图3所示，指纹2的图案会凸印在指纹区域201(类似于印刷天线图案)，这相当于在微带天线上开槽，改变了原天线的物理特性，即指纹区域201印出的指纹图案使得指纹区域201形成为一带有指纹开槽特性的微带天线。而且由于指纹丰富的变化，比单纯改变线圈长度更能增加不同标签的频率的变化大小。由于用户指纹的唯一性，从而获得具有独一无二频率特性的可唯一代表某用户的生物电子标签(指用户人体实时参与形成的电子标签)。该生物电子标签对电子标签阅读器的射频电磁场的激励会产生独特的反馈信号，电子标签阅读器可识别这个唯一的标签。
当手指离开指纹电子标签时，指纹电子标签的材质具有弹性故可以回复原状，指纹区域中指纹印记消失，可保证指纹不被非法窃取。即使某个用户的平面的指纹图案被窃取，他人也无法生成本实施例的生物电子标签，因而生物电子标签除用户本人外，他人难以模仿。
实施例二
基于实施例一形成的生物电子标签或者其他形式的生物电子标签，具有与用户生物特征如指纹对应的生理特性，这些物理特性可以通过某种方式提取和保存，并用于对生物电子标签的验证。
本实施例涉及一种基于生物电子标签的生物特征提取方法及相应的电子设备，如图4所示，该方法包括：
步骤110，电子设备开启电子标签阅读器功能，发射射频信号；
应当说明的是，本文(包括本实施例和其他实施例)中的电子设备可以包括一个实体装置，也可以包括相互有线或无线连接用于完成生物特征提取的多个实体装置。该电子设备的一个典型应用是智能手机，但本发明不局限于此，可以是任何具有电子标签(如RFID标签或NFC标签)阅读器功能和逻辑处理能力的电子设备如IPAD、PDA、PC等等，也可以是由电子标签阅读器及其连接的具有逻辑处理能力的另一装置构成。电子标签阅读器又可称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)等。
步骤120，所述电子设备基于设定的多个频率中的每一频率，对射频电磁场内的生物电子标签做以下测试；以该频率发射射频信号并逐次改变所述射频信号的发射功率，确定能够检测到所述生物电子标签响应的最小发射功率，得到一对频率-功率值；其中，所述生物电子标签为用户的人体实时参与形成的电子标签；
以实施例一的指纹电子标签形成的生物电子标签为例，用户在手指上佩戴该指纹电子标签形成生物电子标签，用户将手指置于电子标签阅读器(以NFC读写器为例)的工作范围内，NFC读写器在设定的一频率下，以低功率向标签发送信号，逐渐增强发射功率，直到检测到标签有响应(即检测到射频电磁场中存在有电子标签)，此时的功率即该频率下的最小响应功率。或者，在该设定的频率下，从高功率向标签发送信号，逐渐降低发射功率，直到检测到标签无响应，则最后一个检测到响应的功率即该频率下的最小响应功率。依次对设定的多个频率进行上述测试，即可获取每一频率对应的最小响应功率，记录为一对频率-功率值。设定的频率的数目要保证得到的序列与指纹唯一对应，可根据经验、测试结果、统计数据等方式选择。
步骤130，所述电子设备将所述测试得到的所有频率-功率值组成所述用户特定的频率-最小响应功率序列，作为所述用户的生物特征信息保存。
上述得到的用户特定的频率-最小响应功率序列对应于用户指纹，也可称为该用户的电子指纹，可以唯一标识一个指纹形成的生物电子标签。不同生物电子标签对于多个频率的最小响应功率是不同的，因此可以建立用户电子指纹数据库，即一系列特定频率与其最小响应功率的列表，例如：
指纹1：(13.28，2.5)；(13.00,4)；……；(12.72，8)。
指纹2：(13.28，4.0)；(13.00,8)；……；(12.72，15)。
………………………………………………………
指纹n：(13.28，8.0)；(13.00,15)；……；(12.72，23)。
用户的电子指纹可以保存在用户终端中。也可以由权威认证部门采集认证，可以通过认证网站在线采集，用户也可以亲自到相应机构去认证。认证后的电子指纹信息存放于安全数据库服务器。
生物电子标签可以利用手指上指纹、静脉等生物特征实时生成生物电子标签，可以采用粘贴、涂抹、佩戴、植入等方式将生物特征与电子标签结合。生物电子标签难于复制伪造，天然直接唯一代表某一生物。如可以采用实施例一中指纹电子标签贴合在所述用户的手指上而形成的生物电子标签，但本发明不局限于此，例如，生物电子标签也可以是以用户的手指为天线(不同指纹在射频电磁场中也会体现出不同的频率特性)，与用户的人体形成闭合回路而形成的；或者，是在用户的手指上涂抹天线材质(如石墨烯等强导电性能的材质)作为天线以获得加强的指纹特征，与用户人体形成闭合回路而形成的。
在保存用户特定的频率-最小响应功率序列时，对于多用户的场景，还需要将频率-最小响应功率序列与生物电子标签对应起来，以方便在之后对用户进行验证时，可以选择到对应的频率-最小响应功率序列。为了达到这个目的，进行上述特征提取时，在步骤120之前，还可以包括：所述电子设备读取所述生物电子标签的标识信息(该标识信息可以保存在生物电子标签的芯片中)，将所述标识信息和所述用户特定的频率-最小响应功率序列对应保存。
相应地，本实施例的电子设备包括基于生物电子标签提取生物特征的系统，如图5所示，所述系统包括：
电子标签阅读器模块11，用于在开启后，基于设定的多个频率中的每一频率，对射频电磁场内的生物电子标签做以下测试；以该频率发射射频信号，并逐次改变所述射频信号的发射功率，确定能够检测到所述生物电子标签响应的最小发射功率，得到一对频率-功率值；其中，所述生物电子标签为用户的人体实时参与形成的电子标签。
特征提取控制模块13，用于配置所述频率和功率，控制所述电子标签阅读器模块完成所述测试，及将所述测试得到的所有频率-功率值组成所述用户特定的频率-最小响应功率序列，作为所述用户的生物特征信息保存。
较佳地，所述电子标签阅读器模块还用于读取所述生物电子标签的标识信息；所述特征提取控制模块保存所述用户特定的频率-最小响应功率序列时，将所述标识信息对应保存。
实施例三
实施例二基于生物电子标签完成生物特征的提取后，可以使用提取的生物特征信息对用户进行验证。本实施例即提出相应的一种基于生物电子标签的身份验证方法及相应的电子设备。
如图6所示，本实施例基于生物电子标签的身份验证方法包括：
步骤210，电子设备开启电子标签阅读器功能；
步骤220，所述电子设备周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应，所述生物电子标签为待验证用户的人体实时参与形成的电子标签；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
上述电子设备可以是具有NFC功能的手机，或具有NFC功能的专用的身份验证设备，但不局限于此。
以手机为例，可以在手机上的NFC功能(包含电子标签阅读器功能)上开启分时切换电子标签阅读器工作频率和功率的验证模式。预期用户特定的频率-最小响应功率序列可以从安全数据库服务器或本机的获得，以用于设置NFC功能验证模式的工作频率和功率。根据实施例二获取用户特定的频率-最小响应功率序列的过程可以知道，只有预期用户人体实时参与形成的生物电子标签能对此如此设置频率和功率的射频信号产生持续的响应，即周而复始的每一时间片中都能检测到响应。
本步骤中，所述生物电子标签可以是实施例一的指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的；或者，所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的；或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的。
步骤230，所述电子设备判断在至少一个周期长的验证过程中，是否持续检测到所述生物电子标签的响应(即周而复始的每一时间片中都能检测到响应)，如是，则验证通过，即确定所述待验证用户为所述预期用户。
如果在至少一个周期长的验证过程中，持续检测到所述生物电子标签的响应，说明当前检测的生物电子标签具有预期用户特定的频率-最小响应功率序列。而由于生物电子标签是用户人体实时参与形成的，不同用户形成的生物电子标签不同，因而验证生物电子标签是预期用户的生物电子标签，即可确定待验证用户是预期用户。
为了实现一个电子设备对多用户的验证，所述电子设备周期性地发射射频信号之前，还包括：读取所述生物电子标签的标识信息，根据所述标识信息查找到对应的用户特定的频率-最小响应功率序列，将查找到的频率-最小响应功率序列作为所述预期用户特定的频率-最小响应功率序列。具体在查找时，可以在电子设备本地查找，也可以访问网络中的存储有用户频率-最小响应功率序列的服务器来查找。
相应地，本实施例的一种电子设备包括基于生物电子标签进行身份验证的系统，如图7所示，所述系统包括：
电子标签阅读器模块21，用于在开启后，周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应，所述生物电子标签为待验证用户的人体实时参与形成的电子标签；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
验证判决模块23，用于判断在至少一个周期长的验证过程中，是否持续检测到所述生物电子标签的响应，如是，则验证通过，即确定所述待验证用户为所述预期用户。
较佳地，所述电子标签阅读器模块21还用于在周期性地发射射频信号之前，读取所述生物电子标签的标识信息，根据所述标识信息查找到对应的用户特定的频率-最小响应功率序列，将查找到的频率-最小响应功率序列作为所述预期用户特定的频率-最小响应功率序列。
实施例四
本实施例涉及一种对电子标签做空间定位的方法及相应的电子设备，如图8所示，所述方法包括：
步骤310，在电子设备上设置成三维分布的至少三组阵列天线，每一组阵列天线包括在一个维度上延展的多个天线阵元；
上述阵列天线可以是NFC或RFID天线阵列。较佳地，采用微带天线作为天线阵元，微带天线如可以是矩形的或其他形状的贴片。
图9A、图9B、图9C和图9D所示是在电子设备上设置三组阵列天线的一个示例。该电子设备以手机为例。
如图9A所示，在手机5的一个表面如下表面上设置两两之间相互垂直的三组阵列天线，包括如图9B所示的第一组阵列天线51、图9C所示的第二组阵列天线52和图9D所示的第三组阵列天线53，构成一直角坐标系，三组阵列天线分别对应于X、Y、Z轴。其中，第一组阵列天线51和第二组阵列天线52设置手机同一表面的相邻两条边上，第三组阵列天线53设置在所述相邻两条边的交界处，且垂直于所述表面或可转动到垂直于所述表面的位置，不使用时可以收起来。
如图9B-图9D所示，每一组阵列天线包括的所述多个天线阵元为在一直线上均匀分布的多个微带天线，构成所述直角坐标系统的坐标点。如第一组阵列天线51包括天线阵元x1,x2,…,x8；第二组阵列天线52包括天线阵元y1,y2,…,y8；第三组阵列天线53包括天线阵元z1,z2,…,z8。图中的天线阵元的个数仅为示例，每组阵列天线包括的天线阵元的数目可以根据定位精度的要求选择。
步骤320，开启所述电子标签阅读器，产生射频电磁场；
步骤330，感应到所述射频电磁场中存在电子标签时，采集各组阵列天线中各个天线阵元上产生的感应电压；
步骤340，根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置信息。
具体地，可以分别确定所述三组阵列天线中感应电压最大的三个天线阵元；将所述三个天线阵元的标识信息或对应的坐标位置作为所述空间位置信息。因为生物电子标签在射频电磁场中运动时，获得了感应电动势，进而将能量反馈回来，各个天线阵列分别获得感应电压，电子设备分别判断各组天线阵列的各个天线阵元引出的馈线上的电压。分别在X,Y,Z轴方向分布的三组天线中，每组必然各有一个天线阵元xn,yn,zn与该标签的垂直距离最近，接收到标签发出的信号最强，所以可以认为天线阵元xn,yn,zn即代表指纹电子标签的坐标值xn,yn,zn，即手指当前所在空间坐标值可以表示为(xn,yn,zn)。为了表示方便，坐标值也可以由天线阵元的标识如索引来代替，该索引可以在要确定具体空间位置时再转换为坐标值。
相应地，本实施例的电子设备包括用于对电子标签做空间定位的系统，如图10所示，所述系统包括：
阵列天线模块31，包括设置在所述电子设备上且成三维分布的至少三组阵列天线及相应的电路，每一组阵列天线包括在一个维度上延展的多个天线阵元。关于阵列天线可以参照上文的记载及图9A-图9D。
电子标签阅读器模块33，与所述各组阵列天线中各个天线阵元分别电连接，用于在开启后，产生射频电磁场，并在感应到所述射频电磁场中存在电子标签时，采集各组阵列天线中各个天线阵元上产生的感应电压。
定位模块35，用于根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置信息，如分别确定所述三组阵列天线中感应电压最大的三个天线阵元；将所述三个天线阵元的标识信息或对应的坐标位置作为所述空间位置信息。
实施例五
基于实施例四的对电子标签的空间定位的方法，可以将现有的用户在纸张上的签名扩展到3D电子签名，并且可以使用手机类的终端来实现。
本实施例涉及一种3D电子签名的方法及相应的电子设备，如图11所示，所述方法包括：
步骤410，电子设备开启电子标签阅读器功能，产生射频电磁场；
步骤420，所述电子设备在签名过程中，使用实施例四所述对电子标签做空间定位的方法，对在所述射频电磁场中随用户书写而运动的电子标签做持续的空间定位；
本实施例中，所述电子标签位于手指上和/或由手指参与形成。在签名过程中，用户可以但不局限于书写文字，用户甚至可以创作书画作品。
步骤430，所述电子设备根据空间定位得到的空间位置信息确定空间书写轨迹，将所述空间书写轨迹作为此次采集的所述用户的3D签名笔迹。
较佳地，在签名过程中，可通过电子标签阅读器或电子设备中的处理器，在进行空间定位的同时还记录电子标签运动到每一个定位点的时间信息，与上述空间位置信息合成一个时空坐标(xn,yn,zn,tn)。据此可以计算电子标签/手指在射频电磁场中移动的位置、速度和方向，得到的速度和方向信息可以更为详尽地反应用户的书写习惯，可以用于做更为精确的笔迹鉴定。另外，还可以通过红外线感应器等设备加入手指形状、通过GPS或无线通讯基站加入地理位置等内容。
在金融交易、文件签署等应用场景中需要对使用上述步骤410、420、430获得的3D电子签名进行验证，因此需要预先保存一个经过认证的该用户的3D签名笔迹。具体地，在电子设备本地或认证机构进行签名认证，可以采用以下两种示例性的方式：
第一种方式：
电子标签使用用户人体实时参与形成的生物电子标签；
较佳地，所述生物电子标签为实施例一中的指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的；所述指纹电子标签包括：一具有弹性的薄膜基板；由附着在所述薄膜基板上的导电层形成的一天线，所述天线包括一指纹区域，所述指纹区域在所述指纹电子标签与手指贴合时形成印出指纹图案的一微带天线；及，覆盖在所述天线上并与所述薄膜基板贴合的一保护膜；但本发明不局限于此，如所述生物电子标签也可以是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的；或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的，等等。
电子设备在签名过程中使用基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存，否则可以丢弃。
其中，基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行验证的方法与实施例三类似，包括：
所述电子设备在签名过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列(可以从本地获取或从网络认证权威机构获取)中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
所述电子设备判断在签名过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则此次3D签名中的指纹信息认证通过，即认为身份验证通过。否则此次签名认证不通过。若签名中的指纹信息认证通过，则可以将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存，否则丢弃。
第二种方式：
电子设备在签名过程中通过电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证(相当于对用户做身份验证)，如验证通过，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过验证的3D签名笔迹保存，否则可以丢弃。其中用户经过认证的生物特征信息可以由相应的权威机构或用户或其他方式采集得到，在签名认证过程，电子设备可以在本地或从网络认证权威机构获取到用户经过认证的生物特征信息。
这种方式不同于第一种方式，不是利用人体实时参与形成生物电子标签，而是通过传感器来实时采集用户的生物特征信息。生物特征的获取可以选用射频指纹传感器或其他指纹传感器，或静脉特征识别器，或温度传感器等等。传感器采集的生物特征信息可以直接传送给电子设备，或者通过手指上的电子标签转发给电子设备。
当然，得到用户经过验证的3D签名笔迹并不局限于以上两种方式，在确定是用户本人操作时(如具有相应权限)，可以直接将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为该用户经过认证的3D签名笔迹。但是，上述两种方式改变了这种传统的签名认证方式，使得认证更为方便和安全。用户经过认证的3D签名笔迹可以和用户特定的频率-最小响应功率序列一起，保存在电子设备本地或认证机构的网络服务器中的安全数据库的相应用户名下。
在金融交易、文件签署等应用场景中使用上述步骤410、420、430获得的用户的3D签名笔迹即为待验证的签名。具体地，验证的过程可以采用以下三种示例性的方式：
第一种方式
电子设备在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过。对比鉴定可以在电子设备本地进行或者请求网络权威认证机构或其他机构进行，具体的笔迹鉴定方法不是本发明的内容。
第二种方式
电子标签使用用户人体实时参与形成的生物电子标签；
较佳地，所述生物电子标签为实施例一中的指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的；所述指纹电子标签包括：一具有弹性的薄膜基板；由附着在所述薄膜基板上的导电层形成的一天线，所述天线包括一指纹区域，所述指纹区域在所述指纹电子标签与手指贴合时形成印出指纹图案的一微带天线；及，覆盖在所述天线上并与所述薄膜基板贴合的一保护膜；但本发明不局限于此，如所述生物电子标签也可以是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的；或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的，等等。
电子设备在签名过程中使用基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，再基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过。如身份验证不通过或者鉴定不通过，则此次签名验证不通过。
其中，基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户身份进行验证的方法与实施例三类似，包括：
所述电子设备在签名过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
所述电子设备判断在签名过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份(指纹信息)验证通过，否则此次签名验证整个都不通过。若签名中的身份(指纹信息)验证通过，则可以进一步将同时获得的签名笔迹与本地或由网络权威认证机构基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹进行对比鉴定，判断签名验证是否通过。
使用实施例三基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行验证的过程是利用用户特定的频率-最小响应功率序列来设置电子标签阅读器的发射频率和功率，即在手指签名动作的整个过程中，电子标签阅读器都保持实施例三中所描述的频率-最小响应功率值周期性切换模式，若签名过程中的每个时间片都检测到了手指的坐标位置，则表明身份(指纹)验证通过。所以身份(指纹)验证过程和电子标签的定位过程(即获得的签名笔迹)完全有机地融合在一起，不需要分别进行验证。如果指纹验证没有通过，签名验证必然不能通过；而若能得到完整的签名笔迹，即可表明指纹是合法的，可以进一步鉴定签名笔迹。
第三种方式
所述电子设备在签名过程中通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，再基于所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过。其中，上述传感器实时采集的所述用户的生物特征信息包括指纹信息、手指静脉信息和温度信息中的一种或多种。
在完成上述签名后，还可以将此次采集的所述用户的3D签名笔迹以图像和/或视频的方式保存在可收藏的实体上。
相应地，本发明提供的电子设备可实现3D电子签名，如图12所示，包括：
实施例四中对电子标签做空间定位的系统41，用于在签名过程中，对在所述射频电磁场中随用户书写而运动的电子标签做持续的空间定位。较佳地，该系统在签名过程中，在进行空间定位的同时还记录电子标签运动到每一个定位点的时间信息，以确定所述电子标签在射频电磁场中移动的位置、速度和方向。
签名生成模块43，用于根据空间定位得到的空间位置信息确定空间书写轨迹，将所述空间书写轨迹作为此次采集的所述用户的3D签名笔迹。
进一步地，上述签名可以预先保存，作为经过认证的用户3D签名笔迹，此时：
所述电子设备还包括：
基于生物电子标签进行身份验证的系统：用于在签名过程中，对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，通知签名存储模块；
签名存储模块，用于在收到所述通知后，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存；
或者
所述电子设备还包括：
生物特征验证模块，用于在签名过程中，通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过验证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，通知签名存储模块；
签名存储模块，用于在收到所述通知后，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存。
上述签名还可以作为待验证的签名而加以验证，此时：
所述电子设备还包括：
签名验证模块，用于在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；
或者，所述电子设备还包括：
基于生物电子标签进行身份验证的系统，用于在签名过程中，对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，通知签名验证模块；
签名验证模块，用于在收到所述通知后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；
或者，所述电子设备还包括：
生物特征验证模块，用于在签名过程中，通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，通知签名验证模块；
签名验证模块，用于在收到所述通知后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过。
上述实施例三中基于生物电子标签进行身份验证的系统与实施例三中的系统类似，包括：
电子标签阅读器模块，用于在开启后，在签名过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
验证判决模块，用于判断在签名过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，表示生物特征(指纹)吻合，即身份验证通过。可以由签名验证模块继续处理。
基于上述3D签名方案，用户可以用手指在空中进行书写，将空间书写轨迹(特征书写习惯)与指纹甚至其他生物特性融合，加以数字化，并与整个书写轨迹融合在一起，生成新型的3D亲手签名。在空中书写，增加了维度，且不留痕迹，难于模仿。所述指纹不是与签名分开保存，而是与签名手迹天然实时结合在一起，所以可以保证更高的安全性。签名一次实时完成，对于使用者来说即自然方便，又符合传统习惯。免于取指纹、传统手写签名、盖章分别进行。上述方法可用于证书合同文件等的签署、电子钱包、在线支付、手机和电脑解锁、门禁等应用场景中的签名确认环节，以最接近自然和传统的方式增强交易和信息安全保障；也可用于签名售书、名人笔迹、甚至书画创作及收藏等应用场景。特别是，结合3D全息影像技术，还可实现3D人机界面交互。
实施例六
在配置了3D全息影像技术的电子设备上将3D全息影像空间与电子设备产生的射频电磁场空间重合，使用上述电子标签空间定位技术，还可实现3D人机界面交互。
本实施例的3D人机交互的方法及电子设备，如图13所示，所述方法包括：
步骤510，电子设备开启电子标签阅读器功能，产生射频电磁场，同时电子设备开启3D全息影像空间显示功能；
步骤520，所述电子设备在3D人机交互过程中，使用对电子标签做空间定位的方法，对在所述射频电磁场中随用户肢体运动的电子标签做持续的空间定位；
上述对电子标签做空间定位的方法可以采用实施例四中的方法。
步骤530，所述电子设备根据空间定位得到的空间位置信息确定所述用户肢体在射频电磁场中的运动轨迹；
步骤540，将所述射频电磁场中的运动轨迹转换为3D全息影像空间中的运动轨迹，据此确定所述用户的操作。
本步骤中，可以将电子设备上设置的三组阵列天线构成的直角坐标系作为3D全息影像空间的三维空间坐标系，将所述电子标签在所述直角坐标系中的运动轨迹作为所述3D全息影像空间中的运动轨迹。
如图14所示，其中的实线扁立方体代表手机5101，在手机5101的一表面的XYZ方向分布有三组阵列天线5102、5103、5104，虚线立方体区域5105即为3D影像空间和电磁场空间天然重合的部分，也即是3D人机交互的有效空间。此时，3D全息影像的三维空间坐标系即为步骤310-340所述的天线阵列所标识的三维直角坐标系。计算此空间坐标系中手指所在位置的坐标是否落入3D全息影像的某个热点或控件所在的空间坐标范围，即可判断，智能终端设备(如手机等)是否应该响应手指的动作，此即为3D人机交互。
本实施例可以采用所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签。此时，所述方法还包括：所述电子设备在3D人机交互过程中，使用基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，接受所述用户的操作，如身份验证不通过，不接受所述用户的操作。身份验证不通过时，可以视所述用户为非法用户，停止所述3D人机交互过程。
这种在3D交互过程(及前一实施例的3D签名过程)中进行身份验证的方法，将身份验证有机地与用户操作结合在一起，无需另行的处理，非常方便并且安全性高，具有很好的应用价值。
上述基于生物电子标签的身份验证方法与实施例三类似，包括：
所述电子设备在3D人机交互过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
所述电子设备判断在3D人机交互过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则验证通过，如否，则验证不通过。
较佳地，上述生物电子标签为指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的；所述指纹电子标签包括：一具有弹性的薄膜基板；由附着在所述薄膜基板上的导电层形成的一天线，所述天线包括一指纹区域，所述指纹区域在所述指纹电子标签与手指贴合时形成印出指纹图案的一微带天线；及，覆盖在所述天线上并与所述薄膜基板贴合的一保护膜。但本发明不局限于此，如，所述生物电子标签也可以是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的；或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的，等等。
相应地，本实施例的电子设备用于3D人机交互，如图15所示，包括：
实施例四中对电子标签做空间定位的系统51，用于在3D人机交互过程中，对在所述射频电磁场中随用户肢体运动的电子标签做持续的空间定位；
操作识别模块53，用于根据空间定位得到的空间位置信息确定所述用户肢体在射频电磁场中的运动轨迹，将所述运动轨迹转换为3D全息影像空间中的运动轨迹，据此识别所述用户的操作。
对电子标签做空间定位的系统采用三组阵列天线构成直角坐标系统时，可以将所述电子设备上设置的三组阵列天线构成的直角坐标系作为所述3D全息影像空间的三维空间坐标系，将所述电子标签在所述直角坐标系中的运动轨迹作为所述3D全息影像空间中的运动轨迹。
本实施例的电子设备还可以包括：基于生物电子标签进行身份验证的系统，用于在3D人机交互过程中，对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，接受所述用户的操作，如身份验证不通过，不接受所述用户的操作。
所述基于生物电子标签进行身份验证的系统与实施例三类似，包括：
电子标签阅读器模块，用于在开启后，在3D人机交互过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
验证判决模块，用于判断在3D人机交互过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份验证通过，如否，则身份验证不通过。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
需要说明的是，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (24)

1.一种对电子标签做空间定位的方法，应用于具有电子标签阅读器的电子设备，所述方法包括：
在所述电子设备上设置成三维分布的至少三组阵列天线，每一组阵列天线包括在一个维度上延展的多个天线阵元；
开启所述电子标签阅读器，产生射频电磁场；
感应到所述射频电磁场中存在电子标签时，采集各组阵列天线中各个天线阵元上产生的感应电压，所述电子标签为用户的人体实时参与形成的生物电子标签，所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的，或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的；
根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置信息，不同指纹在射频电磁场中会体现出不同的频率特性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
在所述电子设备上设置成三维分布的至少三组阵列天线，每一组阵列天线包括在一个维度上延展的多个天线阵元，包括：
在所述电子设备上设置两两之间相互垂直的三组阵列天线，构成一直角坐标系，每一组阵列天线包括的所述多个天线阵元为在一直线上均匀分布的多个微带天线，构成所述直角坐标系的坐标点；
根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置，包括：分别确定所述三组阵列天线中感应电压最大的三个天线阵元；将所述三个天线阵元的标识信息或对应的坐标位置作为所述空间位置信息。
3.一种电子设备，其特征在于，包括用于对电子标签做空间定位的系统，所述系统包括：
至少三组阵列天线，设置在所述电子设备上且成三维分布，每一组阵列天线包括在一个维度上延展的多个天线阵元；
电子标签阅读器模块，与所述各组阵列天线中各个天线阵元分别电连接，用于在开启后，产生射频电磁场，并在感应到所述射频电磁场中存在电子标签时，采集各组阵列天线中各个天线阵元上产生的感应电压，所述电子标签为用户的人体实时参与形成的生物电子标签，所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的，或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的；
定位模块，用于根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置信息，不同指纹在射频电磁场中会体现出不同的频率特性。
4.如权利要求3所述的电子设备，其特征在于：
所述至少三组阵列天线为在所述电子设备上成三维分布的三组阵列天线，所述三组阵列天线两两之间相互垂直构成一直角坐标系，每一组阵列天线包括的所述多个天线阵元为均匀分布且成一直线的多个微带天线，构成所述直角坐标系的坐标点；
所述定位模块根据所述感应电压确定所述电子标签的空间位置，包括：分别确定所述三组阵列天线中感应电压最大的三个天线阵元；将所述三个天线阵元的标识信息或对应的坐标位置作为所述空间位置信息。
5.如权利要求3或4所述的电子设备，其特征在于：
所述三组阵列天线中有两组设置在所述电子设备同一表面的相邻两条边上，另一组设置在所述相邻两条边的交界处，且垂直于所述表面或可转动到垂直于所述表面的位置。
6.一种3D电子签名的方法，包括：
电子设备开启电子标签阅读器功能，产生射频电磁场；
所述电子设备在签名过程中，使用如权利要求1或2的方法，对在所述射频电磁场中随用户书写而运动的电子标签做持续的空间定位，所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签，所述生物电子标签为指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的，或者，所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的，或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的；
所述电子设备根据空间定位得到的空间位置信息确定空间书写轨迹，将所述空间书写轨迹作为此次采集的所述用户的3D签名笔迹。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签；所述方法还包括：所述电子设备在签名过程中使用基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存；或者
所述方法还包括：所述电子设备在签名过程中通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过验证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述方法还包括：所述电子设备在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；或者
所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签；所述方法还包括：所述电子设备在签名过程中使用基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，再基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；或者
所述方法还包括：所述电子设备在签名过程中通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，再基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，此次签名验证通过。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：
所述基于生物电子标签的身份验证方法包括：
所述电子设备在签名过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
所述电子设备判断在签名过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份验证通过。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：
所述指纹电子标签包括：一具有弹性的薄膜基板；由附着在所述薄膜基板上的导电层形成的一天线，所述天线包括一指纹区域，所述指纹区域在所述指纹电子标签与手指贴合时形成印出指纹图案的一微带天线；及，覆盖在所述天线上并与所述薄膜基板贴合的一保护膜。
11.如权利要求6或7或8所述的方法，其特征在于：
所述电子设备在签名过程中，在进行空间定位的同时还记录电子标签运动到每一个定位点的时间信息，以确定所述电子标签在射频电磁场中移动的位置、速度和方向。
12.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：
所述实时采集的所述用户的生物特征信息包括指纹信息、手指静脉信息和温度信息中的一种或多种。
13.一种电子设备，可实现3D电子签名，其特征在于，包括：
如权利要求3或4或5所述的用于对电子标签做空间定位的系统，用于在签名过程中，对在所述射频电磁场中随用户书写而运动的电子标签做持续的空间定位，所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签，所述生物电子标签为指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的，或者，所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的，或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的；
签名生成模块，用于根据空间定位得到的空间位置信息确定空间书写轨迹，将所述空间书写轨迹作为此次采集的所述用户的3D签名笔迹。
14.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于：
所述电子设备还包括：
基于生物电子标签进行身份验证的系统：用于在签名过程中，对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，通知签名存储模块；
签名存储模块，用于在收到所述通知后，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存；
或者
所述电子设备还包括：
生物特征验证模块，用于在签名过程中，通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过验证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，通知签名存储模块；
签名存储模块，用于在收到所述通知后，将此次采集的所述用户的3D签名笔迹作为所述用户经过认证的3D签名笔迹保存。
15.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于：
所述电子设备还包括：
签名验证模块，用于在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；
或者
所述电子设备还包括：
基于生物电子标签进行身份验证的系统，用于在签名过程中，对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，通知签名验证模块；
签名验证模块，用于在收到所述通知后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过；
或者
所述电子设备还包括：
生物特征验证模块，用于在签名过程中，通过所述电子标签接收传感器实时采集的所述用户的生物特征信息，并在签名后，基于预先存储的所述用户经过认证的生物特征信息对接收的所述生物特征信息进行验证，如验证通过，通知签名验证模块；
签名验证模块，用于在收到所述通知后，基于预先存储的所述用户经过认证的3D签名笔迹对此次采集的所述用户的3D签名笔迹进行对比鉴定，如鉴定通过，则此次签名验证通过。
16.如权利要求14或15所述的电子设备，其特征在于：
所述基于生物电子标签进行身份验证的系统，包括：
电子标签阅读器模块，用于在开启后，在签名过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
验证判决模块，用于判断在签名过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份验证通过。
17.如权利要求13或14或15所述的电子设备，其特征在于：
所述用于对电子标签做空间定位的系统在签名过程中，在进行空间定位的同时还记录电子标签运动到每一个定位点的时间信息，以确定所述电子标签在射频电磁场中移动的位置、速度和方向。
18.一种3D人机交互的方法，包括：
电子设备开启电子标签阅读器功能，产生射频电磁场；
所述电子设备在3D人机交互过程中，使用如权利要求1或2的方法，对在所述射频电磁场中随用户肢体运动的电子标签做持续的空间定位，所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签，所述生物电子标签为指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的，或者，所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的，或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的；
所述电子设备根据空间定位得到的空间位置信息确定所述用户肢体在射频电磁场中的运动轨迹；
将所述射频电磁场中的运动轨迹转换为3D全息影像空间中的运动轨迹，据此确定所述用户的操作。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：
所述电子设备在3D人机交互过程中，使用如权利要求2的方法，对在所述射频电磁场中随用户肢体运动的电子标签做持续的空间定位；
将所述射频电磁场中的运动轨迹转换为3D全息影像空间中的运动轨迹，包括：
将所述电子设备上设置的三组阵列天线构成的直角坐标系作为3D全息影像空间的三维空间坐标系，将所述电子标签在所述直角坐标系中的运动轨迹作为所述3D全息影像空间中的运动轨迹。
20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于：
所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签；
所述方法还包括：所述电子设备在3D人机交互过程中，使用基于生物电子标签的身份验证方法对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，接受所述用户的操作，如身份验证不通过，不接受所述用户的操作；
所述基于生物电子标签的身份验证方法包括：
所述电子设备在3D人机交互过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
所述电子设备判断在3D人机交互过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份验证通过，如否，则身份验证不通过。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：
所述生物电子标签为指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的；所述指纹电子标签包括：一具有弹性的薄膜基板；由附着在所述薄膜基板上的导电层形成的一天线，所述天线包括一指纹区域，所述指纹区域在所述指纹电子标签与手指贴合时形成印出指纹图案的一微带天线；及，覆盖在所述天线上并与所述薄膜基板贴合的一保护膜；或者
所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的；或者
所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的。
22.一种电子设备，用于3D人机交互，其特征在于，包括：
如权利要求3或4或5所述的对电子标签做空间定位的系统，用于在3D人机交互过程中，对在所述射频电磁场中随用户肢体运动的电子标签做持续的空间定位，所述电子标签为所述用户的人体实时参与形成的生物电子标签，所述生物电子标签为指纹电子标签贴合在用户手指上而形成的，或者，所述生物电子标签是以用户的手指为天线，与用户的人体形成闭合回路而形成的，或者，所述生物电子标签是在用户手指上涂抹天线材质作为天线，与用户人体形成闭合回路而形成的；
操作识别模块，用于根据空间定位得到的空间位置信息确定所述用户肢体在射频电磁场中的运动轨迹，将所述运动轨迹转换为3D全息影像空间中的运动轨迹，据此识别所述用户的操作。
23.如权利要求22所述的电子设备，其特征在于：
所述对电子标签做空间定位的系统使用如权利要求4所述的对电子标签做空间定位的系统；
所述操作识别模块根据空间定位得到的空间位置信息确定所述用户肢体在射频电磁场中的运动轨迹，包括：
将所述电子设备上设置的三组阵列天线构成的直角坐标系作为所述3D全息影像空间的三维空间坐标系，将所述电子标签在所述直角坐标系中的运动轨迹作为所述3D全息影像空间中的运动轨迹。
24.如权利要求22或23所述的电子设备，其特征在于：
所述电子设备还包括：
基于生物电子标签进行身份验证的系统，用于在3D人机交互过程中，对所述用户进行身份验证，如身份验证通过，接受所述用户的操作，如身份验证不通过，不接受所述用户的操作；
所述基于生物电子标签进行身份验证的系统包括：
电子标签阅读器模块，用于在开启后，在3D人机交互过程中周期性地发射射频信号，并检测生物电子标签的响应；其中，一个周期包括多个时间片，在每一时间片上使用预期用户特定的频率-最小响应功率序列中的一对频率-功率值设置射频信号的频率和发射功率，且所述频率-最小响应功率序列中的所有频率-功率值在一个周期内均被使用；
验证判决模块，用于判断在3D人机交互过程中的每个时间片，是否都能检测到所述生物电子标签的空间位置信息，如是，则身份验证通过，如否，则身份验证不通过。
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