[发明专利]基于肌电信号和孪生神经网络的智能手机用户认证方法和系统

说明书

本发明提供了一种基于肌电信号和孪生神经网络的智能手机用户认证方法和系统，属于智能设备身份认证技术领域。本系统包括：Myo臂环，安装在智能处理设备上的肌电信号分段处理模块、孪生神经网络训练模块和臂环旋转无关性设计模块，以及安装在智能手机上的解锁系统。本方法包括：通过Myo臂环采集用户拿取手机过程中的肌电信号，并进行分段提取为肌电信号矩阵，利用肌电信号矩阵训练卷积孪生神经网络，网络的输出是两肌电信号的相似度；训练好的孪生神经网络移植到智能手机中，根据肌电信号的相似度对用户进行认证。本发明通过用户拿起手机这个动作来进行身份认证，使用方便，经验证，具有很好的普适性和实时性，实现的身份认证安全性更高。

技术领域

本发明属于智能设备身份认证技术领域，特别涉及一种基于肌电信号和孪生神经网络的智能手机用户认证方法和系统。

背景技术

屏幕锁定是智能手机防止未授权访问的一项重要安全功能。近年来，已经有各种解锁技术来保护智能手机的安全性。其中基于生物特征的技术，包括指纹和面部识别，已逐渐取代了传统的基于密码的方法。与密码方法相比，基于生物特征的方法可以实现安全便捷的身份验证。但是，这些方法仍然有一些缺陷。例如，可以用特殊材质获取指纹，从而解锁智能手机；3D打印的头部模型和胶带眼镜可以轻易地欺骗苹果的FaceID身份验证系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种更加安全可靠的智能设备认证方式，并克服目前基于生物特征的方法解锁智能手机存在一些缺陷。本发明提供了一种基于肌电信号和孪生神经网络的智能手机用户认证方法和系统，用户通过佩戴Myo臂环，只需拿起手机，即可实现身份认证。

本发明的基于肌电信号和孪生神经网络的智能手机用户认证系统，包括：Myo臂环，安装在智能处理设备上的肌电信号分段处理模块、孪生神经网络训练模块和臂环旋转无关性设计模块，以及安装在智能手机上的解锁系统。其中，用户佩戴Myo臂环，采集用户拿取手机过程中的肌电信号。肌电信号分段处理模块Myo臂环采集到的肌电信号提取为肌电信号矩阵。孪生神经网络训练模块利用肌电信号矩阵训练一种卷积孪生神经网络，该网络有两个输入，网络输出两个输入值的相似程度，并根据该相似程度实现用户认证。

孪生神经网络训练模块利用训练数据对孪生神经网络进行训练，对训练好的孪生神经网络进行等错误率分析，找到最佳分类阈值，然后将训练好的孪生神经网络和最佳分类阈值输出给智能手机上的解锁系统。

为了解决Myo臂环的旋转问题，用户可以随意佩戴该臂环，不需要每次佩戴时进行校准，臂环旋转无关性设计模块使用数据增强的方法获取孪生神经网络的训练数据，通过旋转Myo臂环，移动传感器的位置，每旋转一次就采集一次用户拿取手机过程中的肌电信号，将从同一用户获取的肌电信号矩阵的标签设置为同一个认证身份。

所述的解锁系统包括肌电信号分段处理模块、注册模块和认证模块；用户通过注册模块采集用户拿取手机过程中的肌电信号，输入肌电信号分段处理模块提取肌电信号矩阵，添加用户的认证身份标签，并保存在本地；认证模块存储训练好的孪生神经网络以及最佳分类阈值；需要认证时，认证模块对实时采集的肌电信号通过肌电信号分段处理模块提取肌电信号矩阵，将实时的肌电信号矩阵与保存在本地的肌电信号矩阵输入孪生神经网络，计算两个肌电信号矩阵对应的输出向量的欧氏距离，并与最佳分类阈值进行比较，如果小于阈值，则认证成功，否则，认证失败。

相应地，本发明的一种基于肌电信号和孪生神经网络的智能手机用户认证方法，包括如下步骤：

步骤1，采集肌电信号训练数据；

用户佩戴Myo臂环，采集用户拿取手机过程中的肌电信号，并为采集的肌电信号添加用户身份标签；Myo臂环包括8个传感器通道，采集训练数据时，顺时针旋转Myo臂环8次，每次旋转使当前一个传感器的位置由上一个传感器替代，每次旋转后测量一次肌电信号，得到8组不同的肌电信号，设置8组肌电信号的标签为同一个用户身份；

步骤2，对采集的肌电信号进行分割，提取肌电信号矩阵；