[发明专利]基于振动信号的智能终端触碰认证方法及系统

权利要求书

1.一种基于振动信号的智能终端触碰认证方法，其特征在于，当智能终端检测到手指触摸时，通过主动产生特定振动信号并通过IMU传感器收集振动信号，并从中分别提取出生物特征、行为特征以及独立的触碰行为特征；然后采用基于孪生网络架构的神经网络对生物特征进行分类，实现行为无关的智能终端触碰认证；

所述的特定振动信号通过调节开关信号产生，其每个循环周期包括振动冲激信号、马达激活信号和余振消除部分；

所述的触碰行为特征具体是指：用户在使用智能终端时，手指与智能终端的接触，包括与智能设备的正面、侧面以及后面的接触时的行为特征，包括触碰位置和触碰力度特征；

所述的基于孪生网络架构的神经网络，具体为训练过程中需要成对的训练样本的孪生网络，对于每一个训练样本，使用用户标签和触碰行为特征作为参考进行训练样本挑选，对于有着同样的标签的一组训练样本，当且仅当它们的触碰行为特征不相似时，将它们选作训练样本；对于有着不同标签的一组训练样本，且仅当它们的触碰行为特征相似时，将它们选作训练样本；

两个样本x,y的触碰行为特征相似度由皮尔逊相关系数衡量：其中：和分别为向量为x和y中元素的平均值，每个向量包含n个元素，当r_x,y大于预先设定的阈值h，则认为两个样本具有相似的触碰行为特征，否则认为二者的触碰行为特征不相似，从而迫使分类器不依赖于触碰行为特征完成分类，从而使得孪生网络能够从信号特征中进一步提取与触碰行为无关的生物特征。

2.根据权利要求1所述的基于振动信号的智能终端触碰认证方法，其特征是，所述的收集振动信号，先将收到的振动信号分割为暂态振动阶段、稳定振动阶段和衰退阶段。

3.根据权利要求1所述的基于振动信号的智能终端触碰认证方法，其特征是，所述的提取，包括基于小波变化的特征提取、基于倒谱变换的特征提取、触碰位置特征提取、触碰力度特征提取，具体为：从暂态振动阶段提取得到小波变换后得到的时频谱、从稳定振动阶段提取倒谱、从移动终端的麦克风提取音频信号的峰值及其对应时间作为触碰位置特征、提取振动信号在共振频率附近的能量值作为触碰力度特征，其中：f_r为振动信号的共振频率，Δf定义了能量计算带宽，f(t)是原始信号，即暂态振动阶段的振动信号。

4.根据权利要求1或3所述的基于振动信号的智能终端触碰认证方法，其特征是，所述的提取，具体包括：

1)从接收信号的暂态振动阶段提取特征，由于在暂态振动阶段，振动信号的频率不断变化，需要对原始振动信号进行变换，使之同时获得良好的时域和频域解析度，因此，利用连续小波变换对暂态振动阶段的振动信号进行变换：

其中：CWT_f(a,τ)是获得的时频谱；f(t)是原始信号，即暂态振动阶段的振动信号；ψ_a,τ(t)是小波基函数，其中a和τ分别表示时域和频域的解析度，表示小波基函数时延为t的形式，选择Morlet函数作为小波基函数以达到更好的时域和频域解析度，将小波变换后得到的时频谱作为暂态振动阶段的信号特征；

2)基于倒谱变换的特征提取：利用倒谱变换获取稳定振动阶段信号中包含边频带在内的各种频率成分：C_y(q)＝F^-1(logS_y(f(t)))，其中：C_y(q)为获得的倒谱；S_y(f(t))为信号的功率谱密度；F^-1对应逆傅里叶变换(IFFT)，将得到的倒谱作为稳定振动阶段的信号特征；

3)触碰位置特征：振动信号经由三条路径到达麦克风，发送振动信号的冲激阶段在麦克风接收信号上最先出现的峰值对应手机内部振动传输的路径，第二个峰值对应通过空气中的声波直线传输的路径，第三个峰值对应通过触碰手指的反射传播的路径，提取麦克风接收信号中的峰值和对应时间，作为触碰位置特征；

4)触碰力度特征提取：计算振动信号在共振频率附近的能量值其中：f_r为振动信号的共振频率，Δf定义了能量计算带宽。