在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法技术

本发明专利技术涉及信息安全领域，公开了在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法，包括如下步骤：笔顺特征预学习，得到预学习笔迹样本集合的笔画状态转移概率矩阵；笔顺特征注册，计算注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵；笔顺特征认证，根据所有概率值计算同时观测到测试手写笔迹样本中所有相同且稳定的一步状态转移笔顺的概率，依据概率，结合笔画特征，判断测试手写笔迹样本是否为真实笔迹。本发明专利技术在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法，能有效提取出笔顺特征，并估算稳定且一致笔画书写顺序特征在人群中出现的概率，在小样本约束条件下尽可能挖掘出注册笔迹中有鉴别价值的笔顺书写方式，提升了认证准确性。

A method of extracting and authenticating stroke order feature in online handwriting authentication

【技术实现步骤摘要】
在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法
本专利技术涉及信息安全领域，具体涉及在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法。
技术介绍
在线笔迹认证是指利用专门输入设备在线获取用户的手写笔迹，经比较其中所蕰涵的个性化特征从而实现用户身份鉴别的一项技术。所谓笔顺就是笔画在书写时间上表现出来的前后位置关系。笔迹学研究表明，笔顺是人们在习字书写初期最早需要关注的特征之一，一旦习得以后，相对于字形布局、书写速度、笔画用力等特征，笔顺具有高度一致性和稳定性，一般情况下难以改变。特别是那些违反标准书写规范规定的、在人群中罕有出现、具有高度个性化的笔顺，对提升笔迹认证系统的准确性，具有重要意义和作用。可是，在现有的在线笔迹认证系统中，笔迹数据以离散的采样点信息所表示，笔顺特征的提取涉及笔迹分割、笔画类型识别等一系列难题，导致现有技术对笔顺特征提取能力不足，且对特定笔顺特征稀有程度定量性分析缺失。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法，能有效提取出笔顺特征，并估算稳定且一致笔画书写顺序特征在人群中出现的概率，在小样本约束条件下尽可能挖掘出注册笔迹中有鉴别价值的笔顺书写方式，提升了认证准确性。为实现上述目的，本专利技术所设计的在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法，包括如下步骤：A)笔顺特征预学习：收集人群关于标准汉字c的手写笔迹样本取得预学习笔迹样本集合，识别所有所述预学习笔迹样本集合中的笔画类型，依据每一个所述预学习笔迹样本集合中前后相邻的两段被识别的笔画类型，计算所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵，设每段笔画的状态为该笔画被识别的笔画类型，所述笔画状态转移矩阵是一个(O+2)×(O+2)的矩阵，其中O表示书写规范定义的标准汉字c中包含的所有笔画个数，其中的2表示引入的不包含在书写规范中的开始和结束状态，矩阵中第i行第j行元素表示所有所述预学习笔迹样本集合的任意两个相邻的笔画从被识别为第i个笔画类型的状态转移到被识别为第j个笔画类型的状态的样本个数，然后将所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中第i行第j行元素与第i行所有元素之和相除，得到所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移概率矩阵，其中，所述第i行所有元素之和是指对所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中第i行所有元素求和，所述手写笔迹样本的个数是能反映某一组织或某一地区人们关于标准汉字c的笔顺特征统计分布的最低要求的样本个数；所述手写笔迹是指通过专用的数据传感设备实时采集书写过程中笔尖运动产生的各种信息所获得的与时间相关的时序信号序列，专感器在每个采样时刻采集的数据包括但不限于笔尖的二维位置信息、笔尖施加在书定平面上的压力等信息；所述标准汉字c的手写笔迹样本是指书写人手写的可被其他人正确辩识的或只能被少数人辩识的或只能被书写者自己辩识为标准汉字c的非标准手写体笔迹；所谓辩识是指建立手写体笔迹与标准汉字之间的对应关系；所述标准汉字c是目前已被广泛使用的具有标准书写样式和表现形式的汉字；B)笔顺特征注册：收集注册用户关于标准汉字c的若干个注册手写笔迹样本，组成注册手写笔迹样本集合，采用与所述步骤A)中笔顺特征预学习相同的方法，计算所述注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵，其中所述注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵的大小、矩阵的构造方法、每个元素的含义及计算方法与笔顺特征预学习中所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵完全相同，然后根据注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中每个元素的大小与预先设定的阈值进行比较，若大于该阈值，则判定由该元素定义的两个相邻笔画笔顺是稳定的；所述注册手写笔迹样本是指在注册阶段注册用户书写并提交的用户身份已知的手写笔迹，所述用户身份已知是指手写笔迹书写者的身份是已知的；C)笔顺特征认证：待认证用户提交一个关于标准汉字c的测试手写笔迹样本，根据所述测试手写笔迹样本中前后相邻的两段被识别的笔画类型，在所述注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中查找所有与注册手写笔迹样本相同且稳定的一步状态转移笔顺，并依据相同且稳定的一步状态转移笔顺的类型在所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中取出所有相应的概率值，根据所有所述概率值计算同时观测到测试手写笔迹样本中所有相同且稳定的一步状态转移笔顺的概率，依据所述概率，结合笔画特征，判断测试手写笔迹样本是否为真实笔迹，其中，所述一步状态转移笔顺是指前后相邻的两段笔画，所述笔画的状态由前一段笔画被识别的笔画类型跳转到后一段笔画被识别的笔画类型，其中，笔画状态转移矩阵中每个元素对应一种一步状态变化笔顺；所述笔画状态转移矩中元素的下标与被识别的笔画类型在由书写规范定义的标准笔画类型序列中的位置相对应，所述相同的一步状态转移笔顺是指注册手写笔迹样本一步状态转移笔顺和测试手写笔迹样本一步状态转移笔顺的前一段笔画被识别的笔画类型和后一段笔画被识别的笔画类型均是相同的，所述稳定的一步状态转移笔顺是指注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中相应元素值大于阈值的一步状态变化笔顺；用户所述测试手写笔迹样本是指在认证阶段待认证用户书写并提交的用户身份未知且有待确认的手写笔迹，所述用户身份未知是指还未确认书写手写笔迹的用户身份与模板笔迹的用户身份是否相一致，有待进一步确认；所述待认证用户是指真实身份未得到确认的用户。优选地，所述步骤A)中，笔顺特征预学习包括如下步骤：A1)设S＝{s1,s2,...,sN}表示海量的足够多书写者手写的关于标准汉字c的预学习笔迹样本集合，每位书写者提供1至3个样本，设T＝{t1,t2,...,tO}表示标准汉字c包含的所有基本笔画集合，O表示标准汉字c包含的所有基本笔画数；所述足够多的书写者是指集合S中的手写笔迹样本所包含的笔顺特征具有广泛的代表性，涵盖了手写汉字c各种笔顺特征的所有可能变化，N表示集合S中的笔迹个数；所述标准汉字是目前已被广泛使用的具有标准书写样式和表现形式的汉字；A2)定义笔画状态转移图，设G＝＜V,E＞表示笔画状态转移图，其中V＝{t0,t1,t2,...,tO,tO+1}表示图G的结点集合，其中ti∈T，1≤i≤O，t0,tO+1是两个虚拟的笔画类型，分别表示笔画的开始和结束状态，设表示图G中有向边的连接权值矩阵，ei,j表示从结点ti到tj有向边的权值，ei,j取值范围为大于0的非负整数，初始状态时ei,j＝0，0≤i≤O+1，0≤j≤O+1；A3)初始化循环变量k＝1；A4)识别笔迹中各段笔画的类型，其中符号xm，ym，fm分别表示传感器在第m时刻获取笔尖二维位置信息和笔尖的正向压力信息，1≤m≤nk，nk表示手写笔迹样本sk∈S中包含的采样点个数，设表示笔画类型识别算法识别手写笔迹sk∈S中每一段笔画得到的笔画类型集合，xk表示手写笔迹sk∈S中包含的笔画数，1≤oj≤O，1≤j≤xk,1≤k≤N，O表示标准汉字c包含的所有基本笔画数，N表示集合S中包含的笔迹个数；将虚拟的笔画类型t0和tO+1加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法，其特征在于：包括如下步骤：/nA)笔顺特征预学习：收集人群关于标准汉字c的手写笔迹样本取得预学习笔迹样本集合，识别所有所述预学习笔迹样本集合中的笔画类型，依据每一个所述预学习笔迹样本集合中前后相邻的两段被识别的笔画类型，计算所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵，设每段笔画的状态为该笔画被识别的笔画类型，所述笔画状态转移矩阵是一个(O+2)×(O+2)的矩阵，其中O表示书写规范定义的标准汉字c中包含的所有笔画个数，其中的2表示引入的不包含在书写规范中的开始和结束状态，矩阵中第i行第j行元素表示所有所述预学习笔迹样本集合的任意两个相邻的笔画从被识别为第i个笔画类型的状态转移到被识别为第j个笔画类型的状态的样本个数，然后将所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中第i行第j行元素与第i行所有元素之和相除，得到所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移概率矩阵，其中，所述第i行所有元素之和是指对所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中第i行所有元素求和，所述手写笔迹样本的个数是能反映某一组织或某一地区人们关于标准汉字c的笔顺特征统计分布的最低要求的样本个数；/n所述手写笔迹是指通过专用的数据传感设备实时采集书写过程中笔尖运动产生的各种信息所获得的与时间相关的时序信号序列，专感器在每个采样时刻采集的数据包括但不限于笔尖的二维位置信息、笔尖施加在书定平面上的压力等信息；/n所述标准汉字c的手写笔迹样本是指书写人手写的可被其他人正确辩识的或只能被少数人辩识的或只能被书写者自己辩识为标准汉字c的非标准手写体笔迹；所谓辩识是指建立手写体笔迹与标准汉字之间的对应关系；/n所述标准汉字c是目前已被广泛使用的具有标准书写样式和表现形式的汉字；/nB)笔顺特征注册：收集注册用户关于标准汉字c的若干个注册手写笔迹样本，组成注册手写笔迹样本集合，采用与所述步骤A)中笔顺特征预学习相同的方法，计算所述注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵，其中所述注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵的大小、矩阵的构造方法、每个元素的含义及计算方法与笔顺特征预学习中所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵完全相同，然后根据注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中每个元素的大小与预先设定的阈值进行比较，若大于该阈值，则判定由该元素定义的两个相邻笔画笔顺是稳定的；所述注册手写笔迹样本是指在注册阶段注册用户书写并提交的用户身份已知的手写笔迹，所述用户身份已知是指手写笔迹书写者的身份是已知的；/nC)笔顺特征认证：待认证用户提交一个关于标准汉字c的测试手写笔迹样本，根据所述测试手写笔迹样本中前后相邻的两段被识别的笔画类型，在所述注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中查找所有与注册手写笔迹样本相同且稳定的一步状态转移笔顺，并依据相同且稳定的一步状态转移笔顺的类型在所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中取出所有相应的概率值，根据所有所述概率值计算同时观测到测试手写笔迹样本中所有相同且稳定的一步状态转移笔顺的概率，依据所述概率，结合笔画特征，判断测试手写笔迹样本是否为真实笔迹，其中，所述一步状态转移笔顺是指前后相邻的两段笔画，所述笔画的状态由前一段笔画被识别的笔画类型跳转到后一段笔画被识别的笔画类型，其中，笔画状态转移矩阵中每个元素对应一种一步状态变化笔顺，所述笔画状态转移矩中元素的下标与被识别的笔画类型在由书写规范定义的标准笔画类型序列中的位置相对应，所述相同的一步状态转移笔顺是指注册手写笔迹样本一步状态转移笔顺和测试手写笔迹样本一步状态转移笔顺的前一段笔画被识别的笔画类型和后一段笔画被识别的笔画类型均是相同的，所述稳定的一步状态转移笔顺是指注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中相应元素值大于阈值的一步状态变化笔顺；/n所述测试手写笔迹样本是指在认证阶段待认证用户书写并提交的用户身份未知且有待确认的手写笔迹，所述用户身份未知是指还未确认书写手写笔迹的用户身份与模板笔迹的用户身份是否相一致，有待进一步确认；所述待认证用户是指真实身份未得到确认的用户。/n...

【技术特征摘要】
1.在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法，其特征在于：包括如下步骤：
A)笔顺特征预学习：收集人群关于标准汉字c的手写笔迹样本取得预学习笔迹样本集合，识别所有所述预学习笔迹样本集合中的笔画类型，依据每一个所述预学习笔迹样本集合中前后相邻的两段被识别的笔画类型，计算所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵，设每段笔画的状态为该笔画被识别的笔画类型，所述笔画状态转移矩阵是一个(O+2)×(O+2)的矩阵，其中O表示书写规范定义的标准汉字c中包含的所有笔画个数，其中的2表示引入的不包含在书写规范中的开始和结束状态，矩阵中第i行第j行元素表示所有所述预学习笔迹样本集合的任意两个相邻的笔画从被识别为第i个笔画类型的状态转移到被识别为第j个笔画类型的状态的样本个数，然后将所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中第i行第j行元素与第i行所有元素之和相除，得到所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移概率矩阵，其中，所述第i行所有元素之和是指对所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中第i行所有元素求和，所述手写笔迹样本的个数是能反映某一组织或某一地区人们关于标准汉字c的笔顺特征统计分布的最低要求的样本个数；
所述手写笔迹是指通过专用的数据传感设备实时采集书写过程中笔尖运动产生的各种信息所获得的与时间相关的时序信号序列，专感器在每个采样时刻采集的数据包括但不限于笔尖的二维位置信息、笔尖施加在书定平面上的压力等信息；
所述标准汉字c的手写笔迹样本是指书写人手写的可被其他人正确辩识的或只能被少数人辩识的或只能被书写者自己辩识为标准汉字c的非标准手写体笔迹；所谓辩识是指建立手写体笔迹与标准汉字之间的对应关系；
所述标准汉字c是目前已被广泛使用的具有标准书写样式和表现形式的汉字；
B)笔顺特征注册：收集注册用户关于标准汉字c的若干个注册手写笔迹样本，组成注册手写笔迹样本集合，采用与所述步骤A)中笔顺特征预学习相同的方法，计算所述注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵，其中所述注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵的大小、矩阵的构造方法、每个元素的含义及计算方法与笔顺特征预学习中所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵完全相同，然后根据注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中每个元素的大小与预先设定的阈值进行比较，若大于该阈值，则判定由该元素定义的两个相邻笔画笔顺是稳定的；所述注册手写笔迹样本是指在注册阶段注册用户书写并提交的用户身份已知的手写笔迹，所述用户身份已知是指手写笔迹书写者的身份是已知的；
C)笔顺特征认证：待认证用户提交一个关于标准汉字c的测试手写笔迹样本，根据所述测试手写笔迹样本中前后相邻的两段被识别的笔画类型，在所述注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中查找所有与注册手写笔迹样本相同且稳定的一步状态转移笔顺，并依据相同且稳定的一步状态转移笔顺的类型在所述预学习笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中取出所有相应的概率值，根据所有所述概率值计算同时观测到测试手写笔迹样本中所有相同且稳定的一步状态转移笔顺的概率，依据所述概率，结合笔画特征，判断测试手写笔迹样本是否为真实笔迹，其中，所述一步状态转移笔顺是指前后相邻的两段笔画，所述笔画的状态由前一段笔画被识别的笔画类型跳转到后一段笔画被识别的笔画类型，其中，笔画状态转移矩阵中每个元素对应一种一步状态变化笔顺，所述笔画状态转移矩中元素的下标与被识别的笔画类型在由书写规范定义的标准笔画类型序列中的位置相对应，所述相同的一步状态转移笔顺是指注册手写笔迹样本一步状态转移笔顺和测试手写笔迹样本一步状态转移笔顺的前一段笔画被识别的笔画类型和后一段笔画被识别的笔画类型均是相同的，所述稳定的一步状态转移笔顺是指注册手写笔迹样本集合的笔画状态转移矩阵中相应元素值大于阈值的一步状态变化笔顺；
所述测试手写笔迹样本是指在认证阶段待认证用户书写并提交的用户身份未知且有待确认的手写笔迹，所述用户身份未知是指还未确认书写手写笔迹的用户身份与模板笔迹的用户身份是否相一致，有待进一步确认；所述待认证用户是指真实身份未得到确认的用户。


2.根据权利要求1所述在线笔迹认证中一种笔顺特征的提取及认证方法，其特征在于：所述步骤A)中，笔顺特征预学习包括如下步骤：
A1)设S＝{s1,s2,...,sN}表示海量的足够多书写者手写的关于标准汉字c的预学习笔迹样本集合，每位书写者提供1至3个样本，设T＝{t1,t2,...,tO}表示标准汉字c包含的所有基本笔画集合，O表示标准汉字c包含的所有基本笔画数；所述足够多的书写者是指集合S中的手写笔迹样本所包含的笔顺特征具有广泛的代表性，涵盖了手写汉字c各种笔顺特征的所有可能变化，N表示集合S中的笔迹个数；所述标准汉字是目前已被广泛使用的具有标准书写样式和表现形式的汉字；
A2)定义笔画状态转移图，设G＝＜V,E＞表示笔画状态转移图，其中V＝{t0,t1,t2,...,tO,tO+1}表示图G的结点集合，其中ti∈T，1≤i≤O，t0,tO+1是两个虚拟的笔画类型，分别表示笔画的开始和结束状态，设



表示图G中有向边的连接权值矩阵，ei,j...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹杰，徐志刚，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42