[发明专利]一种基于步态识别的手机身份验证方法

摘要

本发明公开了一种基于步态识别的手机身份验证方法。其实现方案是：先采集步态信号并变换、处理，然后提取步态周期和步态模式，确定特征向量矩阵后进行识别和验证步态。本发明通过对坐标系的转换，解决了手机在方向和位置上的不稳定性；通过消除噪声分量使得步态验证的准确性有所提高。

主权项

1.一种基于步态识别的手机身份验证方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获取步态信号；步骤二：采集的数据处理；步骤三：步态提取；步骤四：确定特征向量矩阵；步骤五：识别步态，进行手机身份验证；其中，步骤一中获取步态信号，按如下步骤进行：当手机在口袋中且步行时，手机在方向和位置上出现不稳定性，出现错位、迷失错误以及错位和定向障碍；基于手机传感器的可用性，以地球坐标系为基准来进行步态数据采集，使步态信号总是在一个固定的坐标系统表示，该系统对设备的方向不敏感，即将代表步态信号的加速度矢量从不稳定移动坐标系统转变到一个稳定的系统中；(1‑1)数据采集，加速度计在三个正交轴的X,Y,Z轴作用于手机，并对手机进行检测；行走时加速度计输出的加速采样序列被认为是步态信号，每个采样信号是一个3维失量，各部分是作用于每个维度的重力和用户的运动力量的组合，用a表示加速度矢量，用a(X)表示在X轴上检测到的加速度的值，具体地：a＝(a(X),a(Y),a(Z))由加速度计的特点，原始加速度总是包括重力加速度部分，额外激活重力虚拟传感器，确定手机在步态捕获过程中重力加速度在三个坐标轴上的分量，以消除重力的影响，得到只含有个人纯步态信息的采样；重力传感器的输出是一个3分量的矢量，g表示重力加速度矢量，g(X)表示在X轴检测到的重力加速度的值，具体地：g＝(g(X),g(Y),g(Z))为解决错位和定向障碍问题，激活一个方向合成传感器，与加速度计、重力传感器一起监控手机的方向移动状态，方向传感器输出的是一个3分量的矢量，O表示方向传感器输出的方向向量，α,β,γ分别表示围绕手机X,Y,Z轴的旋转程度，具体地：o＝(α,β,γ)(1‑2)步态信号变换，传感器检测一段时间后，得到n个手机传感器的加速度a_i，旋转矢量o_i和重力g_i，相应地，令A’、G、O分别表示n个手机传感器构成的加速度矩阵、重力加速度矩阵和方向矩阵，具体地：A’＝[a₁’，…，a_i’，…，a_n’]^T∈R^n×3G＝[g₁，…，g_i，…，g_n]^T∈R^n×3加速度包括重力加速度和步态信号对应的加速度，消除加速度中重力加速度的影响，得到纯步态信号的加速度，具体有A＝A’‑G，所述A为纯步态信号的加速度矩阵，A＝[a₁，…，a_i，…，a_n]^T∈R^n×3；根据每个手机传感器输出的方向向量o_i得到旋转矩阵R_i，其中，R_i可以将加速度矢量从移动坐标系统转换到地球坐标系统，具体地：因此地球坐标系统中的纯步态信号的加速度矢量为a_i＝a_iR_i，可以表示为：变换后的纯步态信号的加速度矢量是在地球坐标系中给出的，其中变换后Z轴表示垂直方向，垂直于地面，X轴和Y轴代表水平平面，平行于地面；用户可以在水平平面向任何方向步行，变换后X轴和Y轴上的步态信号是在同一个时刻捕获，所以不单独使用X轴和Y轴信号，使用X轴和Y轴合成信号a^(XY)，a^(XY)＝(a₁^(XY)，…，a_i^(XY)，…，a_n^(XY))，其中步态信号的加速度矢量表示在地球坐标系上的2个维度；步态信号的幅度用维度M表示为a^(M)，a^(M)＝(a₁^(M)，…，a_i^(M)，…，a_n^(M))，其中步态变换后的步态信号加速度最终表示在3个维度上，具体地：