[發明專利]基于動態特征分區的在線手寫簽名驗證方法

有效

• 申請號: 201710128731.8
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106934362B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 楊力;晉曉艷;田亞平;王小琴;韓孜怡;張程輝;王濟焱
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種基于動態特征分區的在線手寫簽名驗證方法，包括以下步驟：

(1)預處理用戶的手寫簽名：

(1a)在采集設備上在線輸入用戶的多個手寫簽名，對用戶書寫時的運動軌跡進行等時間間隔采樣；

(1b)提取手寫簽名中每個點的坐標值和壓力值；

(1c)計算手寫簽名中所有點的坐標值的均值；

(1d)利用預處理方法，對采集到的手寫簽名進行預處理；

(2)確定基準簽名：

(2a)將與每個點相鄰的前后兩個點的坐標差與采集時間間隔的比，作為每個點的速度；將與每個點相鄰的前后兩個點的速度差與采集時間間隔的比，作為每個點的加速度；將每個點縱坐標方向的速度與橫坐標方向的速度的夾角，作為每個點的速度方向角；

(2b)從用戶的所有手寫簽名中任選一個手寫簽名，將所選手寫簽名中所有點的坐標值、壓力值、速度、加速度、速度方向角的最大值、最小值、均值、方差，組成一個特征向量；

(2c)判斷是否獲得用戶所有手寫簽名的特征向量，若是，則執行步驟(2d)，否則，執行步驟(2b)；

(2d)從用戶的所有手寫簽名中任選一個手寫簽名，按照下式，計算所選手寫簽名的特征向量與用戶其它手寫簽名的特征向量之間歐式距離的平均值：

其中，表示用戶第i個手寫簽名的特征向量與其它手寫簽名的特征向量之間歐式距離的平均值，J表示手寫簽名的總數，∑表示求和操作，||·||表示求歐式距離操作，f_i表示用戶第i個手寫簽名的特征向量，f_j表示用戶第j個手寫簽名的特征向量；

(2e)判斷是否獲得用戶所有手寫簽名的特征向量與其它手寫簽名的特征向量之間歐式距離的平均值，若是，得到所有的平均值，從平均值中選擇最小的手寫簽名作為用戶的基準簽名，執行步驟(3)，否則，執行步驟(2d)；

(3)選取最穩定的特征：

(3a)從坐標值、壓力值、速度、加速度、速度方向角對應的特征中任選一個特征，用所選的特征對用戶的所有手寫簽名進行長度規整，得到所有手寫簽名的點數與基準簽名的點數相等的結果；

(3b)從用戶的基準簽名中任選一個點，從坐標值、壓力值、速度、加速度、速度方向角對應的特征中任選一個特征，根據下式，計算所選特征的值：

其中，表示模板第m個點第n個特征的值，表示第個手寫簽名第m個點第n個特征的值；

(3c)判斷是否獲得模板所有點的所有特征值，若是，則執行步驟(3d)，否則，執行步驟(3b)；

(3d)從用戶的所有手寫簽名中任選一個手寫簽名，根據下式，計算所選簽名與模板之間的距離：

其中，d_a表示用戶第a個手寫簽名與模板之間的距離，K表示第a個手寫簽名點的總數，P表示坐標值、壓力值、速度、加速度、速度方向角對應特征的總數，表示第a個手寫簽名的第k個點的從坐標值、壓力值、速度、加速度、速度方向角對應特征中所選的第p個特征的值，表示模板對應點的對應特征的值；

(3e)判斷是否獲得用戶所有手寫簽名與模板之間的距離，若是，則執行步驟(3f)，否則，執行步驟(3d)；

(3f)求所有手寫簽名與模板之間距離的均值和方差；

(3g)根據下式，計算所選特征的穩定性：

其中，w_b表示所選特征的穩定性，u表示用戶所有手寫簽名與模板之間距離的均值，σ表示用戶所有手寫簽名與模板之間距離的方差；

(3h)判斷是否獲得用戶所有手寫簽名特征的穩定性，若是，選擇穩定性最小的特征作為最穩定的特征，執行步驟(4)，否則，執行步驟(3a)；

(4)對手寫簽名進行長度規整：

(4a)從用戶的所有手寫簽名中任選一個手寫簽名，計算所選手寫簽名與基準簽名任意兩點的最穩定特征之間的歐式距離；

(4b)從所選手寫簽名中任選一點，從基準簽名中任選一點，按照下式，計算所選手寫簽名的所選點與基準簽名的所選點之間的匹配距離：

其中，D(β,γ)表示所選手寫簽名第β個點與基準簽名第γ個點之間的匹配距離，d(β,γ)表示所選手寫簽名的第β個點與基準簽名的第γ個點的最穩定特征之間的歐式距離，D(β-1,γ)表示所選手寫簽名第β-1個點與基準簽名第γ個點之間的匹配距離，D(β-1,γ-1)表示所選手寫簽名第β-1個點與基準簽名第γ-1個點之間的匹配距離，D(β-1,γ-2)表示所選手寫簽名第β-1個點與基準簽名第γ-2個點之間的匹配距離；

(4c)判斷是否獲得所選手寫簽名的所有點與基準簽名的所有點的匹配距離，若是，執行步驟(4d)，否則，執行步驟(4b)；

(4d)利用動態規整算法，確定所選手寫簽名與基準簽名的匹配路徑；

(4e)判斷是否獲得用戶所有手寫簽名的匹配路徑，若是，則執行步驟(4f)，否則，執行步驟(4a)；

(4f)求所有手寫簽名每個點的橫縱坐標值的平均值，將該平均值作為模板對應點的坐標值；

(5)獲取所有分區的所有手寫簽名與模板距離的均值、方差：

(5a)按照速度方向角、速度、壓力三個動態特征對基準簽名進行分區，得到基準簽名的8個分區；

(5b)從基準簽名的所有分區中任選一個分區，從用戶的所有手寫簽名中任選一個手寫簽名，按照下式，計算所選手寫簽名在所選分區與模板分別在x,y方向的距離：

其中，分別表示第t個手寫簽名在分區s與模板在x,y方向的距離，Q表示分區s的點的總數，x^s,t,q、y^s,t,q分別表示第t個手寫簽名在分區s的第q個點的橫縱坐標值，分別表示模板在分區s的第q個點的橫縱坐標值；

(5c)判斷是否獲得所有手寫簽名在所選分區與模板的距離，若是，則執行步驟(5d)，否則，執行步驟(5b)；

(5d)計算所有手寫簽名在所選分區與模板距離的均值、方差；

(5e)判斷是否獲得所有分區的所有手寫簽名與模板距離的均值、方差，若是，則執行步驟(6)，否則，執行步驟(5b)；

(6)計算所有分區的所有手寫簽名的判別邊界值：

(6a)從基準簽名的所有分區中任選一個分區，從用戶的所有手寫簽名中任選一個手寫簽名，按照判別邊界公式，計算所選手寫簽名在所選分區的判別邊界；

(6b)判斷是否獲得所有分區的所有手寫簽名的判別邊界，若是，則執行步驟(7)，否則，執行步驟(6a)；

(7)確定最穩定分區：

(7a)從基準簽名的所有分區中任選一個分區，計算所選分區的所有判別邊界的均值和方差；

(7b)根據下式，計算所選分區的權重：

其中，w_r表示所選分區r的權重，u^r表示所選分區r的判別邊界的均值，σ^r表示所選分區r的判別邊界的方差；

(7c)判斷是否獲得用戶所有分區的權重，若是，執行步驟(7d)，否則，執行步驟(7a)；

(7d)從所有權重中選擇權重最小的分區作為最穩定分區；

(8)識別待驗證者手寫簽名的真偽：

(8a)從最穩定分區的所有判別邊界中選擇最大的值，作為最穩定分區的閾值；

(8b)采集待驗證者的手寫簽名，利用預處理方法，對待驗證者的手寫簽名進行預處理；

(8c)采用步驟(4)的相同方法，對待驗證者的手寫簽名進行長度規整；

(8d)采用步驟(5b)的相同方法，計算待驗證者的手寫簽名在最穩定分區與模板的距離；

(8e)按照判別邊界公式，計算待驗證者的手寫簽名在最穩定分區的判別邊界；

(8f)將待驗證者的手寫簽名的判別邊界小于最穩定分區閾值的手寫簽名確定為真實手寫簽名，否則為偽造手寫簽名。