[發明專利]一種三維手勢驗證方法及系統

有效

• 申請號: 201610033405.4
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105718776B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 史卓;安亞磊;李映輝;馬洋洋;玉珂
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06F21/32
• 分類號: G06F21/32;G06F3/01
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

1.一種三維手勢驗證方法，包括如下步驟：

步驟1，用戶通過客戶端向服務器端發送注冊或登錄請求；

步驟2，服務器端在接收到客戶端發送的注冊或登錄請求后，隨機生成三維手勢文件中包括手指和手掌的坐標、朝向和運動軌跡的三維手勢驗證碼，并記錄該三維手勢驗證碼所包含的信息后，將三維手勢驗證碼發送到客戶端；

步驟3，客戶端接收到服務器端發送來的三維手勢驗證碼文件，并將其進行顯示；

步驟4，用戶在客戶端的體感攝像機的有效范圍內做出預定的初始化動作，初始化完成后，客戶端提示用戶初始化完成；

步驟5，用戶繼續在客戶端的體感攝像機有效范圍內做出客戶端顯示的三維手勢，并做初步匹配判斷，客戶端將初步匹配的三維手勢封裝成相應的三維手勢文件發送回服務器端；

步驟6，服務器將客戶端返回的三維手勢文件與步驟2所發送給客戶端的三維手勢驗證碼進行特征提取和匹配，最終得到匹配成功或失敗的結果，匹配成功則在客戶端顯示相應訪問頁面，匹配失敗則重新發送三維手勢驗證碼到客戶端；

其特征是，

服務器端向客戶端發送的三維手勢驗證碼包括靜態三維手勢驗證碼或動態三維手勢驗證碼；與之相應地，客戶端向服務器端返回的三維手勢文件也為靜態三維手勢文件或動態三維手勢文件；

當三維手勢文件和三維手勢驗證碼均為靜態時，服務器進行特征提取和匹配的過程具體如下：

步驟1)，根據手指檢測算法獲得靜態三維手勢文件的手指個數；

步驟2)，當步驟1)所檢測到的三維手勢文件的手指個數與三維手勢驗證碼的手指個數匹配時，根據手指距離手掌中心最遠規律，將手的輪廓點的坐標轉換成以手掌中心為原點的極坐標系，然后分析輪廓曲線中的局部最大值，最后根據映射規則將輪廓點的尖點位置映射為指尖坐標；

步驟3)，基于步驟2)所得到的指尖坐標，根據歐式距離在三維空間的應用，計算靜態三維手勢文件中的每兩根手指的指尖距離d_ij；

步驟4)，采用體感攝像機采集手指朝向特征信息；

步驟5)，基于步驟4)所采集到的手指朝向特征信息，計算靜態三維手勢文件中的每兩根手指的指間夾角α_ij；

步驟6)，將步驟3)所計算出的靜態三維手勢文件中的每2根手指的指尖距離d_ij分別進行歸一化處理后再計算平均值，并將靜態三維手勢文件中的每2根手指的指尖距離d_ij的平均值與三維手勢驗證碼中所對應的2根手指的指尖距離采用相關系數法計算出相關系數同時，將步驟5)所計算出的靜態三維手勢文件中的每2根手指的指間夾角α_ij分別進行歸一化處理后再計算平均值，并將靜態三維手勢文件中的每2根手指的指間夾角α_ij的平均值與三維手勢驗證碼中所對應的2根手指的指間夾角采用相關系數法計算出相關系數

步驟7)，當每2根手指的且均成立時，服務器認定靜態三維手勢與三維手勢驗證碼匹配成功，否則，服務器認定為靜態三維手勢和三維手勢驗證碼匹配失敗；其中為服務器端預設的三維手勢驗證碼所對應的兩指尖距離的相關系數匹配閾值，為服務器端預設的三維手勢驗證碼所對應的兩手指夾角的相關系數匹配閾值；

當三維手勢文件和三維手勢驗證碼均為動態時，服務器進行特征提取和匹配的過程具體如下：

步驟(1)，根據靜態三維手勢特征提取方法，對動態三維手勢每一幀三維手勢進行特征提取；即

步驟1)，根據手指檢測算法獲得靜態三維手勢文件的手指個數；

步驟2)，當步驟1)所檢測到的三維手勢文件的手指個數與三維手勢驗證碼的手指個數匹配時，根據手指距離手掌中心最遠規律，將手的輪廓點的坐標轉換成以手掌中心為原點的極坐標系，然后分析輪廓曲線中的局部最大值，最后根據映射規則將輪廓點的尖點位置映射為指尖坐標；

步驟3)，基于步驟2)所得到的指尖坐標，根據歐式距離在三維空間的應用，計算靜態三維手勢文件中的每兩根手指的指尖距離d_ij；

步驟4)，采用體感攝像機采集手指朝向特征信息；

步驟5)，基于步驟4)所采集到的手指朝向特征信息，計算靜態三維手勢文件中的每兩根手指的指間夾角α_ij；

步驟6)，將步驟3)所計算出的靜態三維手勢文件中的每2根手指的指尖距離d_ij分別進行歸一化處理后再計算平均值，并將靜態三維手勢文件中的每2根手指的指尖距離d_ij的平均值與三維手勢驗證碼中所對應的2根手指的指尖距離采用相關系數法計算出相關系數同時，將步驟5)所計算出的靜態三維手勢文件中的每2根手指的指間夾角α_ij分別進行歸一化處理后再計算平均值，并將靜態三維手勢文件中的每2根手指的指間夾角α_ij的平均值與三維手勢驗證碼中所對應的2根手指的指間夾角采用相關系數法計算出相關系數

步驟7)，當每2根手指的且均成立時，服務器認定靜態三維手勢與三維手勢驗證碼匹配成功，否則，服務器認定為靜態三維手勢和三維手勢驗證碼匹配失敗；其中為服務器端預設的三維手勢驗證碼所對應的兩指尖距離的相關系數匹配閾值，為服務器端預設的三維手勢驗證碼所對應的兩手指夾角的相關系數匹配閾值；

步驟(2)，根據質心距離函數，將其運用在三維空間中，增加第三維信息，提取出三維手勢運動軌跡；

步驟(3)，根據軌跡點的重新采樣解決縮放手勢，同樣的平移通過x、y、z坐標標準化特征提取；

步驟(4)，根據三維空間坐標旋轉算法，計算出動態三維手勢當前幀與上一幀相應旋轉軸的旋轉角θ_t；

步驟(5)，當每一幀靜態三維手勢特征值與相應的三維手勢驗證碼特征值相匹配時，計算每一幀三維手勢軌跡特征C[t]是否與三維手勢驗證碼的特征軌跡C₀[t]相匹配；當旋轉角則服務器認定動態三維手勢和三維手勢驗證碼匹配成功，當旋轉角超出此范圍，則服務器認定動態三維手勢和三維手勢驗證碼匹配失敗；其中θ_i和θ_j分別為三維手勢驗證碼旋轉角允許范圍的最小值和最大值。