CN1977293A - 个人手势签名 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种验证用户身份并基于所述身份验证来控制对用户特定数据或行为的访问的***和方法。所述方法通过接收识别密钥对身份进行验证，并且通过将所述识别密钥与预先存储的参考识别密钥进行对比，来控制对所述用户特定数据或行为的访问。所述识别密钥通过以下步骤获取：当用户用手作出手势时，通过记录所述用户的手的轨迹来视频记录所述手势；从所述视频记录到的手势中提取手势特征；以及通过将包括所述手势特征的识别密钥与包括参考手势特征的预先存储的参考识别密钥进行比较，来执行所述验证。相对诸如虹膜扫描或脸部识别等“静态”方法而言，这种手势签名最大的优点在于其可靠性。手势签名中固有的动态数据大大提高了验证的置信度。

Description

个人手势签名
本发明涉及一种基于用户作出的手势对所述用户的身份进行验证的方法。本发明还涉及一种用于验证用户身份的***。
总体而言，目前的数字用户验证方法要么不安全要么不便捷。个人密码或PIN码会被盗取或偷窥，从而被欺诈导致误用。使用依赖对话的编码(例如TAN)虽然增加了安全性，但是却给这些编码的存贮和处理增加了不便。因此，生物特征被预测为一种私人的但方便的用于克服这些缺陷的方式。然而，这些方式中的许多存在不足：
声音印模-这种方法仍然不够可靠。这种方法原则上是个不错的选择，因为它使用大部分相关设备均使用的麦克风。而且，在各种情况下，言语为一种自然的交流形式。然而，要求用户在商店结帐处大声说出验证用语令人尴尬，或者一些设备仍然未使用麦克风(这种设备的例子包括遥控器等)。
指印模-虽然认为这种方法足够安全，但是需要更多的硬件。而且，要求设备具有明显大得多的存储空间。
虹膜扫描、面部识别等-这些先进的生物用户验证方法要求专门的额外硬件和/或在计算资源方面相当昂贵。
数字化笔迹签名-对于支付应用而言，这种方法是个不错的选择。用于记录笔迹签名的接触性显示屏也已经应用于多种装置中，例如美国专利US 6539101中就描述了一种内含生物特征的钢笔/尖笔(例如指印模扫描仪)。然后将这些信息与基于笔迹的用户授权结合使用从而提高安全性。
本发明的一个目的是提供一种解决上述问题的设备和方法。
所述目的是通过一种验证用户身份并基于所述身份验证来控制对用户特定数据或行为的访问的方法得以实现的，所述方法通过接收识别密钥对所述身份进行验证，并且通过将所述识别密钥与预先存储的参考识别密钥进行对比，从而控制对所述用户特定的数据或行为的访问，所述识别密钥通过以下步骤获取：
-当用户用手作出手势时，通过记录所述用户的手的轨迹来视频记录所述手势；
-从所述视频记录到的手势中提取手势特征；
-通过将一个包括所述手势特征的识别密钥与包括参考手势特征的预先存储的参考识别密钥进行比较，从而执行所述验证。
相对诸如虹膜扫描或脸部识别等“静态”方法而言，这种手势签名最大的优点在于其可靠性。手势签名中固有的动态数据大大提高了验证的置信度。
在安全性、可靠性、便捷性以及材料清单类别方面的其它优点为：
安全性：通过将个人特征与个人动态动作相结合，可获得技术上最高级别的安全性。
可靠性：由于仅需记录粗略动作而不必记录小的细节，因此即使在较为不利的情况(照明条件、噪音)下，也可以获得可靠的手势签名。
便捷性：可在一定距离内记录手势，或通过一个硬件最为普及的手持式设备(例如通过视频)记录手势。
材料清单：由于对运动的检测不太依赖于对特定小细节的准确记录，因此简单且价廉的记录设备就可以完成工作。
在一实施例中，所述视频记录部件置于棒(wand)中，当用户作出手势时手持所述棒，并且所述手的轨迹是由所述视频记录部件从记录到的视频信号中获得的。UI(用户接口)棒为一种广泛用于休闲并且与设备在一定距离内互动的商品。因此，当顾客已经将UI棒用作虚拟的购物篮时，同样使用UI棒进行结帐验证会更为快速及便利。但是，在起居室中，当人控制娱乐设施、在悠闲放松的心情下选择内容，并在某个时间进行验证的情况下，手势签名肯定会比笔迹签名方便得多，尤其是通过(互动)电视进行家庭购物的情况。
在一实施例中，所述棒包括保护***，所述保护***确保只有注册用户可以正当地使用该棒。因此，只有注册用户才可以使用棒，还可以利用所述棒的特征唯一地识别出用户的手势。
将手势签名与棒的独一无二的电子ID结合起来使用能进一步提高安全性。由于仅在特定棒的情况下验证才能通过，因此未经授权的人盗用该棒的情况几乎是不可能的。当针对特定交易的细节而各自给出棒密码验证签名时，不可能出现黑客滥用低级别数字个人ID数据的情况。这类数字个人ID数据包括日期和时间，但也包括在管理应用程序、交易服务器以及在所述特定交易中的棒之间交换的数据。这样就避免了将传送的数字验证数据用于其它交易中。
在一实施例中，所述视频记录部件置于用户周围并指向所述用户的手，以便以视频来记录作出手势过程中的手，所述手势的轨迹从所记录到的手势中提取。因此，用户无须携带任何特殊的工具，因为记录部件是置于诸如商店等环境中的。因此，用户使用手势来作为用户签名的成本更低。
本发明还涉及一种计算机可读媒体，所述媒体中存储有使处理单元执行上述方法的指令。
本发明还涉及一种用于验证用户身份并基于所述身份验证来控制对用户特定数据或行为的访问的验证***，所述方法通过接收识别密钥对所述身份进行验证，然后基于将所述识别密钥与预先存储的参考识别密钥进行对比，从而控制对所述用户特定的数据或行为的访问，所述验证***包括：
-视频记录部件，其用于在用户用手作出手势时通过记录所述用户的手的轨迹来视频记录所述手势；
-处理部件，其用于从所述视频记录到的手势中提取手势特征；
-处理部件，其用于将包括所述手势特征的识别密钥与包括参考手势特征的预先存储的参考识别密钥进行比较，从而执行所述验证。
在一实施例中，所述***还包括：
-包括所述视频记录部件的棒，所述棒适于在用户作出手势时被用手握住；
-处理部件，其用于从通过所述棒内的视频记录部件记录到的视频中获取所述手的轨迹。
在一实施例中，所述***还包括：
-置于用户周围的视频记录部件，其适用于在用户作出手势时视频记录所述用户的手。
-处理部件，其用于从通过所述视频记录部件记录到的视频中获取所述手的轨迹。
以下将参见附图来描述本发明的优选实施例，其中：
图1显示了一种使用手势识别对用户身份进行验证的方法；
图2显示了第一种记录手势的方法；
图3显示了一种用于记录手势的UI棒；
图4显示了第二种记录手势的方法。
在图1中，阐述了一种使用手势识别对用户身份进行验证的方法。用户表示为101，而103表示执行所述方法的计算机。本实例是关于使用用户手势对用户101的身份进行验证。首先，在步骤105中开始验证。开启视频记录部件启动视频记录手势，此时验证开始。然后，接着，在107步骤中，视频记录部件记录用户101作出的手势，框109显示用户的手正作出的手势。为了知道手势何时完毕，例如，可通过特定的手势或由与计算机通信的硬件(例如遥控装置)发送信号至计算机103，来表明手势完毕。在步骤111中，从视频记录到的手势中提取手势特征(E_GC)。例如，可由图像识别***在记录到的视频中寻找特定特征，来完成上述的提取步骤。然后，在步骤113中将手势特征与参考手势特征(R_GC)115进行比较(CMP)，所述参考手势特征为预先存储于计算机103内存中的手势特征。然后在步骤117中，确定所提取到的手势特征是否与预先存储的手势特征相同。如果手势特征相同或极为相似，则在步骤121中通过用户的身份验证，并允许实施特定的行为和/或访问用户特定的数据，例如阅读或修改数据。如果手势不同同或者具有很大区别，则在步骤119中不通过用户的身份验证(ID！OK)，然后不允许使用者实施特定的行为和/或不能访问用户特定的数据，例如阅读或修改数据。
下面将分别描述两种常用的记录手势原始数据的方法，一种称为外部手势记录器，另一种称为手持式的手势记录器。
外部手势记录器具有固定的传感器。有若干种已知的***从一个或多个外部视频信号中获取信息(例如指向信息)从而获取用户的手的轨迹，所述外部视频信号从位于用户周围的视频记录部件中获得。有类似的***从视频信号获取手语信息。为了滤掉一般性的基本动作，所有这些***须使手势的个体特征尽可能地抽象化。对于手语***而言，个人的变化被认为是将手势分类这一任务的一个障碍。在本发明的***中，必须实现一个不同的目标。原始数据的压缩程度无须达到“识别”的理想程度。使用外部视频记录部件的优点在于，这些外部视频记录部件可以提供更多的脸部识别数据，这些数据可与基于手势的个人识别结合在一起，而形成一个复合的识别***。
附图2显示了外部手势记录器的一个示例。在该实施例中，摄像头201指向用户的手203，并记录用户正作出的手势。摄像头可以与计算机连接并与其通信，此处的计算机用于进行任何关于记录手势的进一步处理。图中所述的处理步骤为：在207步骤中将手势记录为视频信号后，从记录到的视频信号中提取手势特征，即步骤209(E_GC)。例如，可根据应当能够提取手势特征的位置在哪里，而采用一个或多个摄像头。
手持***具有内置的传感器用以记录设备的动作。已知的***包括用于虚拟现实***中的手套(gloves)或3D鼠标，或者可在(远程)屏幕上书写的光笔。但是，与识别普通手势相比，本发明的任务还是有区别的。
根据本发明，可使用附图3所示的一种UI棒301。棒301一端包括摄像头303，而另一端包括手柄305。在图3中，棒还包括按键307。例如，可激活该按键表示手势开始，也可表示手势结束，之后就可以开始提取手势特征。棒的壳体内可包括诸如计算机205的功能，或者用于例如将所检测到的手势数据无线传输至外部计算机。当使用具有内置视频摄像头的UI棒时，手势特征提取步骤就要求检测原始视频图像中的移动元素。通过采用目标跟踪算法，可重建摄像头的运动(至少在二维投影中重建)，然后输入这些数据进行验证。可设有若干个内置传感器，在所述传感器上建立这种***。目前用于跟踪3D手势的***一般基于磁性或超声定位。将这些***与基于视频的动作分析结合使用，就可改进***在特定应用方面的性能。可将关于棒运动的原始信息输入验证机器，例如类似于目前使用的基于笔迹的用户验证机器。必要的更改仅仅包括，使基本分类模型适应于输入数据维数的增加或多样化。
附图4阐述了使用附图3的UI棒301进行记录手势的第二种方法。用户用手401握住UI棒301的同时作出手势，手势数据传输至计算机403，此处的计算机适合用于进行任何关于记录手势的进一步处理。所述的这种预处理可以为：在步骤405中将手势记录为视频信号后，从所记录得到的视频信号中提取手势特征，即步骤407(E_GC)。
UI棒代表一种优选的示例，在这种情况下，手势签名很自然地与其它相关活动融合在一起，例如控制家庭娱乐设施或在现实世界或虚拟世界中购物等。
UI棒可为一种用于控制家庭娱乐设施的用户接口设备。仅通过指着菜单以及设备特征(如按键)，就能轻易进行功能选择并完成某项任务。而且，手势也可用于提供其它信息(例如指向扩音器，然后顺时针方向转动以提高音量)。任何时候用户想访问付费的或有年龄限制的内容时，用户须提供身份认证。除目前的必须输入PIN码才能获取信息的***外，用户身份的确认(即验证)也可以通过所提议的手势签名来完成。用户仅须“在空中”写下某些个人标识符，然后对这些标识符进行相应的处理。
在商店中，顾客可将UI棒用作一种虚拟的购物栏。在商店的货架前，顾客仅须指着想买的物品，通过手势表明所需数量，然后继续购物。在结帐处，用户可以通过专门显示屏重新检查其“放入购物篮”内的物品，作最后的调整，然后付款。将个人手势用作签名，可使交易更安全而且更便捷。
上述手势既可以是二维手势，也可以是三维手势。一般而言，用户在三维空间中作出手势。手势轨道既可以二维投影，将手势数据记录于该二维投影中。或者，检测手势的三维，因此手势数据为基于三维的数据。
应注意的是，上述实施例是为了说明的目的而非对本发明的限制，本领域的技术人员可以在不偏离所附权利要求的保护范围内设计多种可选的实施例。在所附权利要求书中，在括号内的使用的引用标识符不应视为对权利要求的限制。用语“包括”指的是除了权利要求中列举的元件或步骤之外，还可包括其它的元件或步骤。本发明可通过包括几种不同元件的硬件以及通过合适编程的计算机来得以实施。在包括若干种部件的一项设备权利要求中，所述若干种部件可以用同一个硬件项目来体现。分别在不同从属权利要求中引用的某些方案并不表示这些方案不能结合使用并产生有益效果。

Claims (8)

1.一种验证用户身份并基于所述身份验证来控制对用户特定数据或行为的访问的方法，所述方法通过接收识别密钥对所述身份进行验证，并且通过将所述识别密钥与预先存储的参考识别密钥进行对比，从而控制对所述用户特定的数据或行为的访问，所述识别密钥通过以下步骤获取：
-当用户用手作出手势时，通过记录所述用户的手的轨迹来视频记录手势；
-从所述视频记录到的手势中提取手势特征；
-通过将包括所述手势特征的识别密钥与包括参考手势特征的预先存储的参考识别密钥进行比较，来执行所述验证。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述视频记录部件置于棒中，当用户作出手势时手持所述棒，并且所述手的轨迹是从由所述视频记录部件记录的视频信号中获得的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述棒包括保护***，所述保护***确保只有注册用户才可以正确使用所述棒。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述视频记录部件置于用户周围并指向所述用户的手，用于视频记录作出手势过程中的手，所述手势的轨迹从所述记录的手势中提取。
5.一种计算机可读媒体，所述媒体中存储有使处理单元执行根据权利要求1-4中任一项所述方法的指令。
6.一种用于验证用户身份、并基于所述身份验证来控制对用户特定数据或行为的访问的验证***，所述验证***通过接收识别密钥来对所述身份进行验证，并且通过将所述识别密钥与预先存储的参考识别密钥进行对比，来控制对所述用户特定数据或行为的访问，所述验证***包括：
-视频记录部件，其用于在用户用手作出手势时通过记录所述用户的所述手的轨迹来视频记录手势；
-处理部件，其用于从所述视频记录的手势中提取手势特征；
-处理部件，其用于将包括所述手势特征的识别密钥与包括参考手势特征的预先存储的参考识别密钥进行比较，来执行所述验证。
7.根据权利要求6所述的验证***，其特征在于，所述***还包括：
-包括所述视频记录部件的棒，所述棒适于在用户作出手势时被所述用户用手握住；
-处理部件，其用于从由所述棒内的所述视频记录部件所记录的视频中获取所述手的轨迹。
8.根据权利要求6所述的验证***，其特征在于，所述***还包括：
-适合置于用户周围的视频记录部件，其用于在用户作出手势时视频记录所述用户的手；
-处理部件，其用于从所述视频记录部件所记录的视频中获取所述手的轨迹。
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