CN106485823A - 基于wisp标签的用户自定义手势的认证门禁系统和认证方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动态认证门禁系统，具体为一种基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统和认证方法。该系统包括以WISP标签为基础的门禁卡片、以标签阅读器为基础的门禁感应装置和以计算机为基础的后台设备，门禁感应装置和后台设备通过网线连接，门禁卡片的卡片壳体选取塑料容器，塑料容器内放置WISP标签，WISP标签内集成有三轴加速度计且烧录能够提取三轴加速度计数值的程序。本发明提供了一种基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统和认证方法，本系统允许用户可以自行定义认证动作，提高了该门禁系统的实用性和安全性，当非授权用户需要临时进入门禁系统时，授权用户只需告诉用户自己预先定义的自定义认证动作，即完成用户之间的授权传递。

Description

基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统和认证方法

技术领域

本发明涉及动态认证门禁系统，具体为一种基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统和认证方法。

背景技术

门禁系统在我们日常生活中广泛应用，其作用是允许授权用户进入，阻挡非授权用户进入。但是，现有门禁系统的卡片，丢失易被非法复制。如果门禁系统采取生物识别的方式，例如指纹识别、面部识别、虹膜识别等，这些认证方法一般情况下难以复制。这种做法虽然提高了门禁系统的安全性，但是对于前期的安装和后期的维护来说费用高昂，不利于广泛推广。而且，这些系统不能够进行用户授权传递，不允许临时用户正常的出入门禁系统。因此，运用一种用户自定义动作的动态认证门禁系统，灵活地完成用户之间的授权传递很有必要。

发明内容

本发明为了解决现有门禁系统实用性不强、安全性不高、不能够进行用户授权传递的问题，提供了一种基于WISP(Wireless Identification and Sensing Platform，无源识别感知平台)标签的用户自定义动作与手指温度相结合的认证门禁系统和认证方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统，包括以WISP标签为基础的门禁卡片、以标签阅读器为基础的门禁感应装置和以计算机为基础的用户数据存储和处理的后台设备，门禁感应装置和后台设备通过网线连接，门禁卡片的卡片壳体选取塑料容器，塑料容器内放置第一WISP标签，第一WISP标签内集成有三轴加速度计且烧录能够提取三轴加速度计数值的程序。

上述的基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统，塑料容器内还放置有第二WISP标签，第二WISP标签内集成有温度传感器且烧录能够提取标签外部温度数值的程序，第一WISP标签和第二WISP标签在塑料容器内相对放置，塑料容器上在第二WISP标签上的温度传感器对应位置开口，方便用户手指触碰。

上述的基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统的认证方法，包括以下步骤：

第一步：用户把自定义认证动作录入系统：用户手持门禁卡片在门禁感应装置前做自定义认证动作，门禁感应装置接收到门禁卡片发出的自定义认证动作对应的ID号并传给后台设备，后台设备由自定义认证动作提取出动作特征并存储；

第二步：用户手持门禁卡片做开门认证动作，系统对用户所做开门认证动作感知，并对感知数据预处理：当用户手持门禁卡片做开门动作的时候，第一WISP标签内三轴加速度计的计算公式如下所示：A_t＝a_t+n_t,t＝1,2,...，其中A_t代表了三轴加速计的加权平均值，该值描述了在t时刻三轴加速度计的合成值a_t和噪声干扰n_t，分别代表了X轴、Y轴、Z轴的加速度计在t时刻的实际值；

第三步：系统对用户开门认证动作的特征进行提取：采用高阶累积的方法找出用户开门认证动作的特征A(t)＝{A₁,A₂,...,A_t}代表了三轴加速度计的序列，A_t等于三轴加速计的加权平均值，三阶累积量等于三阶矩其描绘了三轴加速度计加权平均值概率分布的不均衡程度，τ_i代表延迟i，τ_j代表延迟j，的计算表示如下：

第四步：系统提取开门认证动作特征与用户数据库中特征比对，完成用户动作识别。

上述的基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统的认证方法，系统还提取用户手指测量温度的起始值、结束值、最大值、最小值、均值，对于用户手指温度的特征向量表示如下为：Tem＝{Tem_start,Tem_end,Tem_max,Tem_min,Tem_mean}，系统需要对温度数据提取特征向量来比对用户存储的温度特征。

本发明提供了一种基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统和认证方法，本系统允许用户可以自行定义认证动作，提高了该门禁系统的实用性和安全性，当非授权用户需要临时进入门禁系统时，授权用户只需告诉用户自己预先定义的自定义认证动作，即可完成用户之间的授权传递，解决了现有门禁系统实用性不强、安全性不高、不能够进行用户授权传递的问题。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为门禁卡片的结构示意图。

图中：1-卡片壳体，2-第一WISP标签，3-第二WISP标签，4-三轴加速度计，5-温度传感器。

具体实施方式

基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统，包括以WISP标签为基础的门禁卡片、以商用标签阅读器为基础的门禁感应装置和以计算机为基础的用户数据存储和处理的后台设备，门禁感应装置和后台设备通过网线连接，门禁卡片如图2所示，卡片壳体1选取塑料容器，是为了减少信号屏蔽，塑料容器内放置有两个位置相对的WISP标签，一个WISP标签内集成有三轴加速度计ADXL330，另一个WISP标签内集成有温度传感器LM94021，塑料容器上在WISP标签上的温度传感器对应位置开一个小口，方便用户手指触碰。

上述的基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统的认证方法，包括以下步骤：

第一步：用户做自定义认证动作并录入系统，用户手持门禁卡片在门禁感应装置前做自定义认证动作，门禁感应装置接收到门禁卡片发出的自定义认证动作对应的动态ID号并传给后台设备，后台设备由自定义认证动作提取出动作特征并存储。用户可以自行定义认证动作，提高了该门禁系统的实用性和安全性，用户能够根据自己的行为习惯，自行定义认证动作，用户只需在门禁感应装置前，手持门禁卡片重复十次同一个动作。系统便可将用户动作存储在用户数据库中，不像其他门禁系统，不能够进行用户传递。当非授权用户需要临时进入门禁系统时，授权用户只需告诉用户自己预先定义的自定义认证动作，即可完成用户之间的授权传递。如果非法用户通过非法的渠道取得了用户门禁卡，同时通过非法的渠道得知了用户自定义认证动作，该系统依然能够起到防范作用。为了防止此类事件的发生，授权用户需要高级别防护，在用户对系统进行用户自定义认证动作存储的时候，可以同时录入用户正常手指温度范围。不同用户之间手指的温度差异很大，但是对于同一个用户而言，用户的手指温度基本恒定维持在一个特定范围内。也就是说就算非法用户即使取得了卡片，得知了用户自定义认证动作，由于手指温度不匹配，依然无法进入门禁系统。这样，该系统就达到了“双重保险”的效果，即完成了用户间的用户授权传递，同时也防止了用户之间的非法授权传递。

第二步：用户手持门禁卡片做开门认证动作，系统对用户所做开门认证动作进行感知，并对感知数据预处理。WISP标签为了区分不同的感知数据，例如，温度和加速度值，对不同WISP标签的ID进行了定义。如果此WISP标签用来感知外部温度，其起始ID定义为0X0E；如果，该WISP标签用来获取加速度值，其起始ID定义为0X0B。由于要同时感知温度和加速度值，不可能在一个WISP标签上进行数据感知，故选取两个WISP标签，共同组成我们的门禁卡片。

一个WISP标签上集成了型号为ADXL330的三轴加速度计，系统能够实时的对三轴加速度数据进行处理。当用户手持门禁卡片做动作的时候，三轴加速度计的计算公式如下所示：

A_t＝a_t+n_t,t＝1,2,...(1)

其中A_t代表了三轴加速计的加权平均值，该值描述了在t时刻三轴加速度计的合成值a_t和噪声干扰n_t。其中，噪声干扰n_t服从零均值的高斯随机变量分布，变量为σ²，n_t～Ν(0,σ²)，分别代表了X轴、Y轴、Z轴的加速度计在t时刻的实际值。

由于WISP标签的工作频率在920M～925M频段之间，该频段与传统的RFID(Radiofrequency identification，射频识别)标签共用一个频段，而且射频干扰，噪声干扰等原因会对原始信号产生一定的干扰。

系统采用了成熟的离散小波变化的方法进行去噪。该方法具有两个优点：1.能够根据去噪的实际需要，灵活变化去噪分辨率；2.能够在细粒度多尺度分析中达到较高的精度。

尽管同一个用户做相同的动作，动作幅度和动作持续时间也不一样。为了减少这种差异，系统需要对感知的数据在去噪处理后，进行归一化处理，以简化后续用户动作识别的过程，降低识别的复杂度。

第三步：系统对用户开门认证动作的特征进行提取。本系统选取了高阶累积量的方法进行特征提取。因为对于用户自定义认证动作非线性、非静止和易被干扰的特性，采取高阶累积量的方法能够最大程度的保留原始信号信息；对于后续的动作识别要求较高的去噪性能，但是对于用户自定义动作又不可能完全没有噪声。用户特征的提取直接影响了后续的系统判断和动作识别。基于以上分析，本发明采用高阶累积找出用户定义动作特征。A(t)＝{A₁,A₂,...,A_t}代表了三轴加速度计的序列，其中的A_t等于三轴加速计的加权平均值。

一阶累积量的值描述了概率分布的中心，代表了一阶矩，也就是加速度序列的均值，的计算表示如下：

二阶累积量代表方差，表示三轴加速度计加权平均值概率分布的偏离度，τ_i代表延迟i，代表二阶矩，的计算表示如下：

三阶累积量等于三阶矩其描绘了三轴加速度计加权平均值概率分布的不均衡程度，τ_j代表延迟j，的计算表示如下：

如果用户需要增加手指温度作为验证，该系统需要对温度数据提取以下特征来比对用户存储的手指温度特征。系统需要提取用户手指测量温度的起始值、结束值、最大值、最小值、均值。对于用户手指温度的特征向量可以如下表示：

Tem＝{Tem_start,Tem_end,Tem_max,Tem_min,Tem_mean} (6)

所述步骤(4)：系统提取动作特征与用户数据库中特征比对，完成用户动作识别。

Claims (5)

1.基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统，其特征在于包括以WISP标签为基础的门禁卡片、以标签阅读器为基础的门禁感应装置和以计算机为基础的用户数据存储和处理的后台设备，门禁感应装置和后台设备通过网线连接，门禁卡片的卡片壳体(1)选取塑料容器，塑料容器内放置第一WISP标签(2)，第一WISP标签(2)内集成有三轴加速度计(4)且烧录能够提取三轴加速度计数值的程序。

2.根据权利要求1所述的基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统，其特征在于塑料容器内还放置有第二WISP标签(3)，第二WISP标签内集成有温度传感器(5)且烧录能够提取标签外部温度数值的程序，第一WISP标签和第二WISP标签在塑料容器内相对放置，塑料容器上在第二WISP标签上的温度传感器对应位置开口，方便用户手指触碰。

3.如权利要求1所述的基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统的认证方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：用户将自定义认证动作录入系统：用户手持门禁卡片在门禁感应装置前做自定义认证动作，门禁感应装置接收到门禁卡片发出的自定义认证动作对应的动态ID号并传给后台设备，后台设备由自定义认证动作提取出动作特征并存储；

第二步：用户手持门禁卡片做开门认证动作，系统对用户所做开门认证动作感知，并对感知数据预处理：当用户手持门禁卡片做开门动作的时候，第一WISP标签内三轴加速度计的计算公式如下所示：A_t＝a_t+n_t,t＝1,2,...，其中A_t代表了三轴加速计的加权平均值，该值描述了在t时刻三轴加速度计的合成值a_t和噪声干扰n_t，分别代表了X轴、Y轴、Z轴的加速度计在t时刻的实际值；

第三步：系统对用户开门认证动作的特征进行提取：采用高阶累积找出用户开门认证动作特征A(t)＝{A₁,A₂,...,A_t}代表了三轴加速度计的序列，其中A_t等于三轴加速计的加权平均值，三阶累积量等于三阶矩其描绘了三轴加速度计加权平均值概率分布的不均衡程度，τ_i代表延迟i，τ_j代表延迟j，的计算表示如下：

第四步：系统提取开门认证动作特征与用户数据库中存储的用户特征比对，完成用户动作识别。

4.如权利要求2所述的基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统的认证方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：用户将自定义认证动作录入系统：用户手持门禁卡片在门禁感应装置前做自定义认证动作，门禁感应装置接收到门禁卡片发出的自定义认证动作对应的动态ID号并传给后台设备，后台设备由自定义认证动作提取出动作特征并存储；

第二步：用户手持门禁卡片做开门认证动作，系统对用户所做开门认证动作感知，并对感知数据预处理：当用户手持门禁卡片做开门动作的时候，第一WISP标签内三轴加速度计的计算公式如下所示：A_t＝a_t+n_t,t＝1,2,...，其中A_t代表了三轴加速计的加权平均值，该值描述了在t时刻三轴加速度计的合成值a_t和噪声干扰n_t，分别代表了X轴、Y轴、Z轴的加速度计在t时刻的实际值；

第三步：系统对用户开门认证动作的特征进行提取：采用高阶累积找出用户开门认证动作特征A(t)＝{A₁,A₂,...,A_t}代表了三轴加速度计的序列，其中A_t等于三轴加速计的加权平均值，三阶累积量等于三阶矩其描绘了三轴加速度计加权平均值概率分布的不均衡程度，τ_i代表延迟i，τ_j代表延迟j，的计算表示如下：

第四步：系统提取开门认证动作特征与用户数据库中存储的用户特征比对，完成用户动作识别。

5.如权利要求4所述的基于WISP标签的用户自定义手势的认证门禁系统的认证方法，其特征在于系统还提取用户手指测量温度的起始值、结束值、最大值、最小值、均值，对于用户手指温度的特征向量表示如下为：Tem＝{Tem_start,Tem_end,Tem_max,Tem_min,Tem_mean}，系统需要对温度数据提取特征向量来比对用户存储的温度特征。