基于手机的心电身份认证装置及方法制造方法及图纸

一种基于手机的心电身份认证装置和方法，该装置包括心电信号采集模块和心电信号处理和身份认证模块，心电信号采集模块包括用于采集心电信号的传感器，心电信号处理和身份认证模块包括预处理模块、特征提取模块和认证模块，预处理模块用于对传感器采集的心电信号进行滤波处理以消除干扰，特征提取模块用于检测心电信号中的各个基准点以提取出准周期性的心搏信号作为原始心电特征，对心搏进行分段波形矫正后，再利用PCA降维并提取系数特征作为最终心电特征，认证模块用于判定测试样本是否身份认证成功。本发明专利技术能够保证用户身份认证的真实性，实现活体生物可靠识别的同时降低了现有方案所需的专业设备成本。

Electrocardiogram authentication device and method based on mobile phone

An ECG authentication device and method for mobile phone based on the device, including ECG signal acquisition module and ECG signal processing and authentication module, ECG signal acquisition module comprises a sensor for ECG signal acquisition, signal processing and authentication module including preprocessing module, feature extraction module and authentication module, preprocessing module for the ECG signal collected by the sensor is filtered to eliminate interference, a feature extraction module for the detection of ECG signal in each reference point to extract heartbeat signal quasi periodic as the original ECG features of cardiac segmented waveform correction, then use PCA dimensionality reduction and feature extraction coefficient as the final ECG feature, the authentication module is used for test samples whether identity authentication is successful. The invention can ensure the authenticity of the user identity authentication, realize the reliable identification of living organisms and reduce the cost of the professional equipment required by the existing scheme.

【技术实现步骤摘要】
基于手机的心电身份认证装置及方法
本专利技术涉及身份认证
，特别是涉及基于手机的心电身份认证装置及方法。
技术介绍
当今社会对于生物特征识别的需求日益增长，各种使用生物特征识别身份的方法层出不穷。最常见的有以下几种方式：1.指纹、掌纹识别指纹和掌纹识别源远流长。指纹由于其具有终身不变性、唯一性和方便性，在相当长一段时间值呢几乎成为生物特征识别的代名词。指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。纹线有规律的排列形成不同的纹型。纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点(minutiae)。2.虹膜识别的眼睛结构由巩膜、虹膜、瞳孔晶状体、视网膜等部分组成。虹膜是位于黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，其包含有很多相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等的细节特征。而且虹膜在胎儿发育阶段形成后，在整个生命历程中将是保持不变的。这些特征决定了虹膜特征的唯一性，同时也决定了身份识别的唯一性。因此，可以将眼睛的虹膜特征作为每个人的身份识别对象。3.人脸识别人脸识别，特指利用分析比较的计算机技术。人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域，人脸追踪侦测，自动调整影像放大，夜间红外侦测，自动调整曝光强度；它属于生物特征识别，是对生物体(一般特指人)本身的生物特征来区分生物体个体。除了以上识别方式，还有声纹、步态、笔迹等识别方式。现有的识别方式大多存在不足，除了虹膜识别以外，其他都不是活体采集，都可以用一定的方式冒充。而虹膜识别需要专业设备，对技术要求比较高。所以，我们需要一种可以进行活体采集有对于设备要求较低的识别方式。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提供基于手机的心电身份认证装置及方法，进行活体识别，并降低对识别设备的要求，提高识别的安全性和便捷性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于手机的心电身份认证装置，包括安装在手机的正面、背面和/或周侧上的心电信号采集模块和安装在手机内的心电信号处理和身份认证模块，所述心电信号采集模块包括用于采集心电信号的传感器，所述心电信号处理和身份认证模块包括预处理模块、特征提取模块和认证模块，其中所述预处理模块用于对所述传感器采集的心电信号进行滤波处理以消除干扰，所述特征提取模块用于检测心电信号中的各个基准点以提取出准周期性的心搏信号作为原始心电特征，对心搏进行分段波形矫正后，再利用PCA降维并提取系数特征作为最终心电特征，所述认证模块使用基于模板匹配的方法来判定测试样本是否身份认证成功。优选地，其中所述心电信号采集模块的传感器包括至少一对电极，所述一对电极分布在手机正面和背面中间位置，或者分布在在手机两侧边，或者分布在手机的顶部和底部，或者分布在手机的顶部两端，或者分布在手机的底部两端，或者分布在手机的正面或背面的上方两个角，或者分布在手机的正面或背面的下方两个角，或者分布在手机的正面或背面的两个斜对角。所述电极包括由柔性材料封装为一体的触面层和与所述触面层电连接的连接端子，所述触面层用于与手指皮肤接触以采集心电信号，所述连接端子将所述心电信号传送到手机内部电路，所述柔性材料为食品级或医疗级的液态硅胶或固态硅胶全包密封成型，所述触面层为食品级或医疗级的不锈钢、铜片、镍带、铁或锰钢。所述心电信号采集模块还包括按照各电极的分布位置对应设置的触摸感应器，所述触摸感应器用于检测手指是否接触电极，并在检测到手指接触电极时向手机中的处理器发出信号，处理器检测到信号后控制所述心电信号采集模块进行信号采集。所述各个基准点包括心搏的P波起点(Ps)、P波终点(Pe)，R波峰(R)，J波起点(J)、T波峰(Tp)和T波终点(Te)。所述特征提取模块包括基准点检测及分段模块、分段波形矫正模块以及PCA降维及特征提取模块，所述基准点检测及分段模块用于检测心电信号中的各个基准点并基于基准点对波形分段，所述分段波形矫正模块用于进行分段波形矫正以消除心率变异带来的心搏差异，所述PCA降维及特征提取模块利用主成分分析进行降维并提取系数特征作为最终心电特征；其中所述基准点检测及分段模块通过以下方式进行基准点检测及波形分段：心电信号通过小波变换方式确定心搏的R波的位置，或以心电信号的的二阶差分信号的极小值确定心搏的R波的粗略位置，再确定在R波的粗略位置处的一阶差分信号最接近于零的那个点，据此定位R波峰(R)的位置；以距离各R波峰(R)左侧160-180毫秒范围内的一处为P波起点(Ps)；以距离各R波峰(R)左侧80-100毫秒范围内的一处为P波终点(Pe)；以距离各R波峰右侧80-100毫秒范围内的一处为J波起点(J)；以各R波峰右侧一段区域内的最大值处为T波峰(Tp)，该段区域从J波起点(J)开始到2/3个当前RR间期处截止；以T波峰(Tp)右侧一阶差分信号首次由负到正的位置处为T波终点(Te)。所述分段波形矫正模块通过以下方式进行分段波形矫正：对心搏信号进行分段重采样，其中对各P波段进行上采样，经过上采样后延长P波段时长，使各P波段时长统一为460-500毫秒；对于各QRS波段时长保持不变；对于各T波段，分别对J～Tp段和Tp～Tp段进行下采样，使得各T波段重采样后的两小段各自时长统一为10-20毫秒。所述PCA降维及特征提取模块提取保持贡献率在设定阈值以上的各轴系数作为系数特征，设定阈值优选为99％。所述传感器包括设置在手机边框两侧的长条形传感器。一种基于手机的心电身份认证方法，使用所述的心电身份认证装置，所述方法包括预处理步骤、特征提取步骤和认证步骤，其中所述预处理步骤包括对所述传感器采集的心电信号进行滤波处理以消除干扰，所述特征提取步骤包括检测心电信号中的各个基准点以提取出准周期性的心搏信号作为原始心电特征，对心搏进行分段波形矫正后，再利用PCA降维并提取系数特征作为最终心电特征，所述认证步骤包括使用基于模板匹配的方法来判定测试样本是否身份认证成功。优选地，所述各个基准点包括心搏的P波起点(Ps)、P波终点(Pe)，R波峰(R)，J波起点(J)、T波峰(Tp)和T波终点(Te)。所述特征提取步骤中，通过以下方式进行基准点检测及波形分段：以心电信号的二阶差分信号的极小值确定心搏的R波的粗略位置，再确定在R波的粗略位置处的一阶差分信号最接近于零的那个点，据此定位R波峰(R)的位置；以距离各R波峰(R)左侧160-180毫秒范围内的一处为P波起点(Ps)；以距离各R波峰(R)左侧80-100毫秒范围内的一处为P波终点(Pe)；以距离各R波峰右侧80-100毫秒范围内的一处为J波起点(J)；以各R波峰右侧一段区域内的最大值处为T波峰(Tp)，该段区域从J波起点(J)开始到2/3个当前RR间期处截止；以T波峰(Tp)右侧一阶差分信号首次由负到正的位置处为T波终点(Te)。所述特征提取步骤中，通过以下方式进行分段波形矫正：对心搏信号进行分段重采样，其中对各P波段进行上采样，经过上采样后延长P波段时长，使各P波段时长统一为460-500毫秒；对于各QRS波段时长保持不变；对于各T波段，分别对J～Tp段和Tp～Tp段进行下采样，使得各T波段重采样后的两小段各自时长统一为10-20毫秒。所述特征提取步骤中，提取保持贡献率在设定阈值以上的各轴系数作为系数特征，设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于手机的心电身份认证装置，其特征在于,包括安装在手机的正面、背面和/或周侧上的心电信号采集模块和安装在手机内的心电信号处理和身份认证模块，所述心电信号采集模块包括用于采集心电信号的传感器，所述心电信号处理和身份认证模块包括预处理模块、特征提取模块和认证模块，其中所述预处理模块用于对所述传感器采集的心电信号进行滤波处理以消除干扰，所述特征提取模块用于检测心电信号中的各个基准点以提取出准周期性的心搏信号作为原始心电特征，对心搏进行分段波形矫正后，再利用PCA降维并提取系数特征作为最终心电特征，所述认证模块使用基于模板匹配的方法来判定测试样本是否身份认证成功。

【技术特征摘要】
1.一种基于手机的心电身份认证装置，其特征在于,包括安装在手机的正面、背面和/或周侧上的心电信号采集模块和安装在手机内的心电信号处理和身份认证模块，所述心电信号采集模块包括用于采集心电信号的传感器，所述心电信号处理和身份认证模块包括预处理模块、特征提取模块和认证模块，其中所述预处理模块用于对所述传感器采集的心电信号进行滤波处理以消除干扰，所述特征提取模块用于检测心电信号中的各个基准点以提取出准周期性的心搏信号作为原始心电特征，对心搏进行分段波形矫正后，再利用PCA降维并提取系数特征作为最终心电特征，所述认证模块使用基于模板匹配的方法来判定测试样本是否身份认证成功。2.如权利要求1所述的基于手机的心电身份认证装置，其特征在于,所述电极包括由柔性材料封装为一体的触面层和与所述触面层电连接的连接端子，所述触面层用于与手指皮肤接触以采集心电信号，所述连接端子将所述心电信号传送到手机内部电路，所述柔性材料为食品级或医疗级的液态硅胶或固态硅胶全包密封成型，所述触面层为食品级或医疗级的不锈钢、铜片、镍带、铁或锰钢。3.如权利要求1所述的基于手机的心电身份认证装置，其特征在于,所述心电信号采集模块还包括按照各电极的分布位置对应设置的触摸感应器，所述触摸感应器用于检测手指是否接触电极，并在检测到手指接触电极时向手机中的处理器发出信号，处理器检测到信号后控制所述心电信号采集模块进行信号采集。4.如权利要求1所述的基于手机的心电身份认证装置，其特征在于,所述各个基准点包括心搏的P波起点(Ps)、P波终点(Pe)，R波峰(R)，J波起点(J)、T波峰(Tp)和T波终点(Te)，所述特征提取模块包括基准点检测及分段模块、分段波形矫正模块以及PCA降维及特征提取模块，所述基准点检测及分段模块用于检测心电信号中的各个基准点并基于基准点对波形分段，所述分段波形矫正模块用于进行分段波形矫正以消除心率变异带来的心搏差异，所述PCA降维及特征提取模块利用主成分分析进行降维并提取系数特征作为最终心电特征；其中所述基准点检测及分段模块通过以下方式进行基准点检测及波形分段：心电信号通过小波变换方式确定心搏的R波的位置，或以心电信号的二阶差分信号的极小值确定心搏的R波的粗略位置，再确定在R波的粗略位置处的一阶差分信号最接近于零的那个点，据此定位R波峰(R)的位置；以距离各R波峰(R)左侧160-180毫秒范围内的一处为P波起点(Ps)；以距离各R波峰(R)左侧80-100毫秒范围内的一处为P波终点(Pe)；以距离各R波峰右侧80-100毫秒范围内的一处为J波起点(J)；以各R波峰(R)右侧一段区域内的最大值处为T波峰(Tp)，该段区域从J波起点(J)开始到2/3个当前RR间期处截止；以T波峰(Tp)右侧一阶差分信号首次由负到正的位置处为T波终点(Te)。5.如权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，时光博，雷夏飞，张拓，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，深圳市岩尚科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44