CN111177677A - 用于手表佩戴者的面部认证的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于手表(1)的佩戴者的面部认证的方法,包括以下步骤:‑发起(10)认证过程,该认证过程包括由佩戴者执行的至少一个触发运动/手势的检测子步骤(11);‑捕获(13)与在光学传感器(3)的前方从一个方向回转到另一个方向的佩戴者的面部相关的至少一个图像序列;‑获取(17)与所述至少一个序列的每个图像相关联的面部的表面几何数据;‑从捕获的所述至少一个图像序列和从获取的所述几何数据生成(18)佩戴者的面部的三维模型;‑确定(19)基于与基于三维模型检测到的手表(1)的佩戴者的面部的多个特征特性相关的识别数据而生成的识别指数;以及‑如果识别指数大于参考识别指数,则识别(21)佩戴者。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于手表佩戴者的面部认证的方法。
本发明还涉及实现该方法的手表以及计算机程序。
背景技术
手表包括可以由佩戴者使用的一组功能。除了时间调节或日期调节之外,此类功能还可以涉及特定于佩戴者并且用于访问个性化服务很的机密或私人数据的使用。该数据是例如密钥、证书、认证码、密码和个人代码,它们允许执行手表与公司的专用网络的安全连接,与诸如银行服务器的安全服务器的认证,或用于发送和接收签名和/或加密电子邮件的安全消息传递服务。因此,因而应当理解,重要的是能够确保对使用手表的此类功能的访问。
为此,在现有技术中已知用于认证的方法,该方法被设计为通过输入PIN类型的密码来确保对手表的这些功能的使用的访问。
然而,由于第三方可以相对容易地观察到手表的佩戴者输入密码,因此这种认证方法并不完全令人满意。此外,该机制要求佩戴者记住密码,这可能会令人反感。
可以理解的是,因此需要寻找一种替代解决方案,特别是该解决方案不具有现有技术的缺点。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提出一种用于提出同样易于实现的对佩戴者进行强健认证的手表的佩戴者的面部认证的方法。
为此,本发明涉及一种用于手表的佩戴者的面部识别的方法,该方法包括以下步骤:
-发起认证过程,该认证过程包括由佩戴者执行的至少一个触发运动/手势的检测的子步骤;
-捕获与在光学传感器的前方从一个方向回转到另一个方向的佩戴者的面部相关的至少一个图像序列;
-获取与所述至少一个序列的每个图像相关联的面部的表面几何数据;
-从捕获的所述至少一个图像序列和从获取的所述几何数据生成佩戴者的面部的三维模型;
-确定基于与基于三维模型检测到的手表的佩戴者的面部的多个特征特性相关的识别数据而生成的识别指数;以及
-如果识别指数大于参考识别指数,则识别佩戴者。
在其它实施例中:
-发起步骤包括确定与光学传感器相对放置的佩戴者的面部属于生物的子步骤;
-捕获步骤包括当佩戴者的面部的在光学传感器的前方从一个方向回转到另一个方向时获取形成该面部所有部分的多个图像的子步骤。
-获取的子步骤包括针对面部的每个相同部分的分别采用两种不同曝光的至少两个图像的捕获阶段:针对可见光的一种曝光,以及针对红外光的一种曝光。
-获取的子步骤包括手表的佩戴者的视觉和/或声音引导的阶段,旨在维持:
·手表处于稳定或基本上稳定的位置;
·佩戴者的面部处于相对于光学传感器的最优位置,以便使其包含在所述至少一个图像序列的每个图像中;
-获取步骤与捕获步骤同时或基本上同时执行;
-确定步骤包括处理子步骤,在该处理子步骤期间,将来自三维模型的识别数据与相对于参考三维模型的预先记录的识别数据进行比较,以便确定该识别数据之间的对应关系;
-所述至少一个触发运动/手势在与该手表的光学传感器相对的佩戴者的面部的定位期间由佩戴者的包括手表的身体的一部分执行。
本发明还涉及实施该方法的特别智能的手表,该手表包括处理单元、光学传感器、至少一个光源以及行为和/或生理传感器,所述处理单元连接到光学传感器,所述至少一个光源,以及行为和/或生理传感器。
本发明还涉及一种包括程序代码指令的计算机程序,当所述计算机程序由手表的处理单元执行时,用于执行该方法的步骤。
附图说明
从以下参考附图给出的其目的是为了提供信息而不是限制本发明的描述中,其它细节和优点将变得显而易见,在附图中:
-图1示出了根据本发明实施例的与用于手表佩戴者的面部认证的方法有关的流程图,以及
-图2示出了根据本发明实施例的实现该方法的手表。
具体实施方式
图1示出了用于对手表1的佩戴者的面部认证的方法。该方法的目的是基于尤其使用光学传感器3执行的佩戴者面部的三维建模/表示来对手表1的佩戴者执行可靠认证。
这种方法由手表1,特别是智能手表来实现。图2中所示的这种手表1以非穷举性和非限制性的方式包括:
-处理单元2;
-光学传感器3;
-混合显示表盘4,其设置有第一模拟显示部件和第二数字和/或字母数字显示部件;
-发光二极管或激光二极管类型的第一光源5;
-红外类型的第二光源6;
-被设计用作照相闪光灯的第三光源7;
-声音接口,诸如扬声器;
-通信模块;
-机械或电子机芯,以及
-行为和/或生理传感器8。
手表1的该处理单元2包括物理和软件资源,特别是与存储器元件协作的至少一个处理器。这些存储器元件包括相对于佩戴者面部的参考三维模型,相对于包含在参考三维模型中的佩戴者面部的特征特性的信息数据,以及参考识别指数。这种处理单元2尤其链接/连接到光学传感器3、显示表盘4、第一、第二和第三光源5、6、7、声音接口、通信模块、机芯,以及环境、行为和/或生理传感器。
在该手表1中,被称为矩阵图像传感器的光学传感器3可以例如包括采用CCD技术(电荷转移技术)或采用被称为CMOS技术的传感器。这种传感器包括光敏图像点(或像素)的矩阵。这里,该点矩阵也被称为“像素矩阵”并且包括具有对光的优异灵敏度的N×M个单位像素。在一个替代方案中,这种传感器3可以包括对光敏感的有机膜来代替传统的感光点(photosites)。这种光学传感器3还包括模数转换器。注意,该光学传感器3能够实现自动聚焦功能,同样是自动的“变焦”功能以及捕获红外图像的功能。此外,该光学传感器3可以基于飞行时间(TOF)的原理进行操作,以便实时测量诸如佩戴者的面部的三维场景,在这种情况下,为了消除多余的环境光,光学传感器3可以包括红外带通滤波器。
此外,行为传感器8能够测量手表1的佩戴者的所有类型的行为特征,例如诸如手表1的佩戴者的运动或手势。为此,这些行为传感器8可以包括加速度计、陀螺仪或微型多轴陀螺仪类型(诸如使用MEMS技术制造的多轴传感器)的一个或多个惯性传感器,其能够根据与加速度计和/或陀螺仪相关联的多个轴来检测角速度和线性加速度。关于生理传感器8,它们能够测量与佩戴者的生物体的功能有关的参数,诸如例如脉搏、血氧饱和度、皮肤的阻抗、血压、呼吸速率、呼吸性心律失常、皮肤温度、出汗频率速率、人体的红外线辐射、血氧或血流饱和度。注意,手表1还可以包括专门适于测量环境参数(例如诸如温度、大气压等)的环境传感器。
这种方法包括认证过程的发起步骤10,该步骤包括由佩戴者执行的至少一个触发运动/手势的检测子步骤11。该所述至少一个触发运动/手势在与该手表1的光学传感器3相对的佩戴者面部的定位期间由包括手表1的佩戴者的身体的一部分执行。这种步骤10目的在于在某些条件下发起认证过程,该条件通过执行下面说明的该步骤10的检测子步骤11和确定子步骤12来满足。
检测子步骤11允许通过确保佩戴者确实对将要发起的认证过程负责来预先识别手表1的佩戴者。为此,当佩戴者希望被认证时,佩戴者然后执行例如配置有手表1的佩戴者的手臂和/或佩戴者的手腕的至少一个预定的运动/手势。然后,在已经执行了由处理单元2执行的处理的各种操作之后,由处理单元2对来自已经捕获了由佩戴者执行的该所述至少一个运动/手势的行为传感器7的至少一条测量数据来识别所述至少一个运动/手势。注意,这些操作特别涉及将所述至少一条测量数据与一个或多个参考阈值进行比较。
如上所述,该步骤10还包括确定子步骤12,该确定子步骤确定与光学传感器3相对放置的佩戴者的面部属于生物。这种子步骤12旨在验证与传感器相对放置的面部实际上是希望被认证的手表的佩戴者的面部,而不是可以例如在照片、视频或雕塑中包含的其面部的复制品。在这种子步骤12期间,处理单元2对在与光学传感器3相对定位的面部执行的至少一条生理测量数据执行处理的各种操作,旨在将所述至少一条测量数据与一个或多个参考阈值比较。可以基于从该面部发出的红外辐射、该面部的至少一只眼睛的瞳孔大小在暴露于用作照相闪光灯的第三光源6之后的变化、眼睑的眨眼检测等来建立该测量。
注意的是,这种确定子步骤12可以与检测子步骤11同时或基本同时地实现。
一旦已经执行了发起步骤10,则该方法然后涉及执行相对于在光学传感器3的前方从一个方向回转到另一个方向的佩戴者面部的至少一个图像序列的捕获步骤13。更确切地,该步骤13包括当佩戴者面部在光学传感器3的前方从一个方向回转到另一个方向时形成该面部的所有部分的多个图像的获取子步骤14。这里应当理解,佩戴者的面部在光学传感器3的前面的回转是以如下方式进行的,捕获形成面部的所有部分。该子步骤14包括针对面部的每个相同部分的分别采用两种不同曝光的至少两个图像的捕获阶段15:针对可见光的一种曝光,以及针对红外光的一种曝光。
在这些条件下,该子步骤14允许获得佩戴者面部的至少两个图像序列,该面部的第一图像序列,其表面被可见光照亮,以及该面部的第二图像序列,其表面被红外光照亮。
注意,使用包括暴露于可见光的面部的图像允许在这些图像中促进相对于面部皮肤的颜色或纹理的面部特征特性的检测。使用包括暴露于红外光的面部的图像是有利的,因为与使用以可见光捕获的面部的图像相比,其对照明条件的依赖性较小。
这种子步骤14还包括手表1的佩戴者的视觉和/或声音引导阶段16,旨在维持:
-手表1处于稳定或基本上稳定的位置,和/或
-佩戴者的面部处于相对于光学传感器3的最优位置,以便使其包含在所述至少一个图像序列的每个图像中。
注意,在该子步骤14期间,处理单元2可以控制光学传感器3的聚焦和“变焦”功能,以便有助于在每个捕获的图像序列的每个图像中保持佩戴者的面部。
然后,该方法包括在相对于佩戴者面部捕获至少一个图像序列的步骤的实现期间对于与所述至少一个序列的每个图像相关联的面部的表面几何数据的获取步骤17。在该步骤17期间,当佩戴者的面部在光学传感器3的前方从一个方向回转到另一个方向时,针对第一序列和第二序列中包括的每个获取的图像生成该几何数据。更精确地,在佩戴者的面部回转期间,激光类型的结构光的光束因此以扫描面部的这些部分中的每个部分的三维形状的方式投射到存在于第一序列和第二序列的每个图像中的面部的每个捕获部分上。
这种获取步骤17与捕获步骤13同时或基本上同时执行。然后,将第一序列和第二序列的图像与跟每个图像相关联的对应的几何数据一起存档在处理单元2的存储器元件中。
然后,该方法包括从所述至少一个捕获的图像序列以及从所获取的几何数据生成佩戴者的面部的三维模型的生成步骤18。在该步骤18期间,处理单元2基于所述至少一个图像序列和几何数据来实现构建佩戴者面部的三维模型的算法。这种算法可以包括对第一序列和第二序列的图像进行预处理的阶段,以便校正它们可能包含的缺陷,诸如峰、谷或不想要的部分(诸如头发或衣服)的存在,或者在面部上存在的附件。因此,该面部可以通过消除峰、填充谷和分割面部的有用部分来校正瑕疵。为此,可以将二维中值滤波器应用于输入处的每个图像,以便消除噪声。该噪声可以是与其邻居不相干的像素形式。然后,该阶段可以涉及应用二维插值,以便填充由于面部的深色区域(诸如虹膜、眉毛,或者非常简单地当张开嘴时)吸收激光或结构光而产生的谷。基于针对这些序列中的每一个所获得的图像和对应的几何数据,特别是通过实现三维网格划分的过程来生成三维模型。
该方法然后包括基于与基于所生成的三维模型检测到的手表1的佩戴者的面部的多个特征特性相关的识别数据而生成的识别指数的确定步骤19。面部的这些特征特性(也称为面部的点特性)允许在三维中分析面部的结构。换句话说,这些特征特性允许将面部解释为在高度、宽度和深度上分配的一组特性特征。相对于以下方面,此类特性特征可以是以非限制性且非穷举性的方式关于:
-面部的几何形状;
-面部表面部分的几何形状;
-面部部分的相对位置;
-面部的皮肤的纹理或该皮肤区域的纹理;
-面部的皮肤的色相/颜色或该皮肤区域的色相/颜色。
例如,这些特性特征可能是皱纹、下巴、雀斑、疤痕、嘴唇、嘴角、鼻子、鼻尖、耳朵、耳尖、眼睛之间的距离、鼻脊之间的距离、下巴的距离等。
优选地,为确定识别指数而考虑的面部的这种特征特性包括在面部表情期间保持稳定的佩戴者面部的区域/区带中。
在该步骤19期间,执行处理子步骤20,在该子步骤期间将来自三维模型的识别数据与预先记录在单元2的存储器元件中的识别数据进行比较,以便确定该识别数据之间的对应关系。根据该比较的结果,由此由处理单元2生成识别指数。处理子步骤20可以涉及针对其实现使用有限的可配置数量的识别数据。可以根据相对于执行这种认证方法的快速性所期望的给出该方法的稳健性来对这种数量进行参数化。
然后,如果该识别指数大于参考识别指数,则该方法包括佩戴者的识别步骤21。该参考指数允许验证在生成步骤18期间构造的佩戴者面部的三维模型的识别数据与预先记录在处理单元2的存储器元件中并且相对于佩戴者面部的参考三维模型的识别数据之间的对应关系。换句话说,当所确定的识别指数大于参考识别指数时,所生成的三维模型与佩戴者面部的参考三维模型具有大量相似性。相反,当所确定的识别指数小于或等于参考识别指数时,所生成的三维模型与参考三维模型之间的相似性数量不足,并且因此不能识别佩戴者。在该情况下,可以向佩戴者广播视觉和/或声音消息,以向佩戴者通知尚未识别出佩戴者。
本发明还涉及一种包括程序代码指令的计算机程序,当所述计算机程序由手表1的处理单元2执行时,用于执行该方法的步骤10至21。
Claims (10)
1.一种用于手表(1)的佩戴者的面部认证的方法,包括以下步骤:
-发起(10)认证过程,所述认证过程包括由所述佩戴者执行的至少一个触发运动/手势的检测子步骤(11);
-捕获(13)与在光学传感器(3)的前方从一个方向回转到另一个方向的所述佩戴者的所述面部相关的至少一个图像序列;
-获取(17)与所述至少一个序列的每个图像相关联的所述面部的表面几何数据;
-从捕获的所述至少一个图像序列和从获取的所述几何数据生成(18)所述佩戴者的所述面部的三维模型;
-确定(19)基于与基于所述三维模型检测到的所述手表(1)的所述佩戴者的所述面部的多个特征特性相关的识别数据而生成的识别指数;以及
-如果所述识别指数大于参考识别指数,则识别(21)所述佩戴者。
2.根据前述权利要求所述的方法,其中,所述发起步骤(10)包括确定与所述光学传感器(3)相对放置的所述佩戴者的所述面部属于生物的确定子步骤(12)。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述捕获步骤(13)包括当所述佩戴者的所述面部在所述光学传感器(3)的前方从一个方向回转到另一个方向时获取形成该面部的所有部分的多个图像的获取子步骤(14)。
4.根据前述权利要求所述的方法,其中,所述获取子步骤(14)包括针对所述面部的每个相同部分的分别采用两种不同曝光的至少两个图像的捕获阶段(15):针对可见光的一种曝光,以及针对红外光的一种曝光。
5.根据权利要求3和4中任一项所述的方法,其中,所述获取子步骤(14)包括所述手表(1)的所述佩戴者的视觉和/或声音引导(16)的阶段,旨在维持:
-所述手表(1)处于稳定或基本上稳定的位置,和/或
-所述佩戴者的所述面部处于相对于所述光学传感器(3)的最优位置,以便使其包含在所述至少一个图像序列的每个图像中。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,获取步骤(17)与所述捕获步骤(13)同时或基本上同时执行。
7.根据前述权利要求所述的方法,其中,所述确定步骤(19)包括处理子步骤(20),在所述处理子步骤期间,将来自所述三维模型的所述识别数据与相对于参考三维模型的预先记录的识别数据进行比较,以便确定该识别数据之间的对应关系。
8.根据前述权利要求所述的方法,其中,所述至少一个触发运动/手势在与该手表(1)的所述光学传感器(3)相对的所述佩戴者的面部的定位期间由包括所述手表(1)的所述佩戴者的身体的一部分执行。
9.一种特别是智能的手表(1),其实现根据前述权利要求中的任一项所述的方法,所述手表(1)包括处理单元(2)、光学传感器(3)、至少一个光源(5,6,7)以及行为和/或生理传感器(8),所述处理单元(2)连接到所述光学传感器(3)、所述至少一个光源(5,6,7)以及所述行为和/或生理传感器(8)。
10.一种计算机程序,包括程序代码指令,当所述计算机程序由手表(1)的所述处理单元(2)执行时,用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤(10至21)。
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