手持式身份验证装置、身份验证方法与身份验证系统

摘要

本发明提供一种手持式身份验证装置、身份验证方法与身份验证系统。通过手持式验证装置获取使用者的人脸图像序列与眼睛图像序列，以比对人脸图像序列与预设的人脸图像特征是否相符，以及比对眼睛图像序列与预设的虹膜图像特征是否相符。通过手持式验证装置，提供使用者界面进行密码验证程序。并且，检测使用者在使用者界面上的多个注视位置，据以确定密码字串。进而，验证密码字串与合格用户的预设密码是否相符。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种出入口管控方式，且特别是有关于一种手持式身份 验证装置、身份验证方法与身份验证系统。

背景技术

在信息科技发达的今日，为了限制进入特定区域的人员，因而在特定区 域的入口安装手持式身份验证装置。例如，办公室大门、电梯、工厂、仓库、 捷运入口、机场特定入口、医院等。而一般门禁系统大多使用遥控器或识别 卡来作为开启门禁系统的依据。人们需使用被允许的遥控器或识别卡进行感 应，待门禁系统确认无误之后，才能进入门禁系统所管控的区域。然而，一 般的门禁系统并无法有效地管控进出人员的身份，人们只要持有被允许的遥 控器或识别卡即可通过门禁系统的验证。

发明内容

本发明提供一种手持式身份验证装置、身份验证方法与身份验证系统， 可利用眼动状态来输入密码，让密码的输入更为多样化。

本发明的手持式验证装置的身份验证方法，包括：提供手持式验证装置， 以便一使用者进行身份验证；通过手持式验证装置获取使用者的人脸图像序 列与眼睛图像序列；比对人脸图像序列与预设的人脸图像特征是否相符；比 对眼睛图像序列与预设的虹膜图像特征是否相符；通过手持式验证装置，提 供使用者界面进行密码验证程序；检测使用者在使用者界面上的多个注视位 置，据以确定一密码字串；以及验证密码字串与合格用户的预设密码是否相 符。

在本发明的一实施例中，上述使用者界面包括一密码输入选单。而上述 身份验证方法还包括：基于预设密码产生多个候选字符，并显示上述候选字 符在密码输入选单，其中上述候选字符分别对应至上述注视位置，并且依据 检测到的使用者在其中一注视位置，在上述候选字符中选择一输入字符。之 后，判断输入字符是否正确。在输入字符为正确的情况下，累计一字符长度， 并将以上述输入字符加入至密码字串。若字符长度尚未到达预设密码的密码 长度，重新基于预设密码产生多个候选字符，并显示上述候选字符在密码输 入选单，以继续依据检测到使用者在其中一注视位置选择后续的输入字符。 在输入字符为正确的情况下，若字符长度到达预设密码的密码长度，产生解 锁信号至保全设备。在输入字符错误的情况下，随机产生候选字符并显示上 述候选字符在密码输入选单，以及在选择上述候选字符其中之一之后，继续 随机产生候选字符并显示上述候选字符在密码输入选单，直到退出密码验证 程序。

在本发明的一实施例中，上述在第1次产生候选字符时，以预设密码的 第1码来作为其中一个候选字符；并且在第N-1次所选择的输入字符为正确 的情况下，在第N次重新产生候选字符时，以预设密码的第N码来作为其中 一个候选字符。在此，N为大于1的整数，并且N为小于或等于密码长度的 整数。

在本发明的一实施例中，上述身份验证方法还包括：在显示密码输入选 单的情况下，倘若在一预设时间内未检测到在上述候选字符中选择其中之一， 则退出密码验证程序。

在本发明的一实施例中，上述身份验证方法还包括：通过图像获取单元 获取使用者的人脸图像序列。若人脸图像序列与与预设的人脸图像特征相符， 驱动虹膜获取单元去获取使用者的眼睛图像序列。眼睛图像序列与预设的虹 膜图像特征相符，提供使用者界面进行密码验证程序。

在本发明的一实施例中，上述身份验证方法还包括：检测使用者是否位 在图像获取单元的第一检测范围内，以在使用者位于第一检测范围内时，分 析图像获取单元所获取的使用者的人脸图像序列；检测使用者是否位于手持 式身份验证装置的虹膜获取单元的第二检测范围内，在使用者位于第二检测 范围内时，分析虹膜获取单元所获取的使用者的眼睛图像序列；以及倘若使 用者不在第一检测范围或第二检测范围内，发出第一提示信息或第二提示信 息。

在本发明的一实施例中，上述身份验证方法还包括：若密码字串与合格 用户的预设密码相符，产生一解锁信号至保全设备。

在本发明的一实施例中，上述身份验证方法还包括：可在使用者界面中 进一步显示一求救图示与一解锁图示。在解锁图示被致能时，执行密码验证 程序。在求救图示被致能时，产生警示信号至保全设备，并执行密码验证程 序。

本发明的手持式身份验证装置包括：显示单元、存储单元、图像获取单 元、虹膜获取单元以及处理单元。处理单元耦接至显示单元、存储单元、图 像获取单元及虹膜获取单元。存储单元包括图像识别模块、密码验证模块以 及眼动追踪模块。图像获取单元用以获取使用者的人脸图像序列。虹膜获取 单元用以获取使用者的眼睛图像序列。处理单元执行图像识别模块、密码验 证模块以及眼动追踪模块。上述图像识别模块分析人脸图像序列与眼睛图像 序列，以判断使用者是否为合格用户。上述眼动追踪模块检测使用者在使用 者界面上的多个注视位置，并据以确定一密码字串。密码验证模块验证密码 字串与合格用户的预设密码是否相符。

本发明的身份验证系统包括手持式验证装置以及远端验证主机。手持式 验证装置包括图像获取单元、虹膜获取单元以及传输单元。远端验证主机包 括处理单元、存储单元以及传输单元。处理单元耦接至存储单元及传输单元。 存储单元中包括图像识别模块、密码验证模块以及眼动追踪模块。上述图像 识别模块分析人脸图像序列与眼睛图像序列，以判断使用者是否为合格用户。 上述眼动追踪模块检测使用者在使用者界面上的多个注视位置，并据以确定 一密码字串。密码验证模块验证密码字串与合格用户的预设密码是否相符。

基于上述，利用生物特征信息来进行身份辨识，并配合密码输入来取代 传统遥控器或识别卡的感应，不仅可减少人们携带太多遥控器或识别卡的负 担，还可提高安全性。并且，利用眼动状态来输入密码，让密码的输入更为 多样化。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合 附图作详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的手持式身份验证装置的方块图；

图2A及图2B是根据本发明一实施例的手持式验证装置的身份验证方法 的流程图；

图3A～图3C是根据本发明一实施例的手持式身份验证装置的操作示意 图；

图4是根据本发明一实施例的具有求救图示的使用者界面的示意图；

图5是根据本发明一实施例的密码输入选单的示意图；

图6是根据本发明一实施例的身份验证系统的方块图。

附图标记说明：

100：手持式身份验证装置；

110：图像获取单元；

120：虹膜获取单元；

130：处理单元；

140：存储单元；

141：信息库；

142、631：图像识别模块；

143、632：密码验证模块；

144、633：眼动追踪模块；

150：显示单元；

160、640：传输单元；

R1、R2：圆圈；

401：解锁图示；

402：求救图示；

500：密码输入选单；

501：密码显示格；

502：候选字符视窗；

600：身份验证系统；

610：远端验证主机；

620：处理单元；

630：存储单元；

S20～S25、S205～S250：手持式验证装置的身份验证方法各步骤。

具体实施方式

图1是根据本发明一实施例的手持式身份验证装置的方块图。请参照图 1，手持式身份验证装置100包括图像获取单元110、虹膜获取单元120、处 理单元130、存储单元140、显示单元150以及传输单元160。处理单元130 耦接至图像获取单元110、虹膜获取单元120、存储单元140、显示单元150 以及传输单元160。

图像获取单元110用以获取人脸图像序列。虹膜获取单元120用以获取 眼部图像序列。图像获取单元110例如是采用电荷耦合元件(Chargecoupled device，简称CCD)镜头、互补式金氧半晶体管(Complementarymetaloxide semiconductortransistors，简称CMOS)镜头的摄像机、照相机等。虹膜获取 单元120例如是红外线镜头的摄像机、照相机等。于较佳实施例，包含但不 限于，也可用单一摄像机执行虹膜获取单元120与图像获取单元110的功能。

在此，手持式身份验证装置100是以程序来实现身份验证方法。即，存 储单元140中存储有多个程序片段，上述程序片段在被安装后，会由处理单 元130来执行。例如，存储单元140中包括图像识别模块142、密码验证模 块143以及眼动追踪模块144，其分别由一或多个程序片段而组成，以分别 执行多个功能。而存储单元140还包括信息库141，以存储合格用户的帐号 信息。

处理单元130例如为中央处理单元(CentralProcessingUnit，简称CPU) 或是其他可程序化的微处理器(microprocessor)等。存储单元140例如是任 意型式的固定式或可移动式随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称 RAM)、只读存储器(Read-OnlyMemory，简称ROM)、快闪存储器(Flash memory)、硬盘或其他类似装置或这些装置的组合。

眼动追踪模块144检测使用者在使用者界面上的多个注视位置，并据以 确定密码字串。例如，通过眼动追踪模块144分析眼睛图像序列藉以检测使 用者的眼动状态。图像识别模块142分析人脸图像序列与眼睛图像序列，以 判断使用者是否为手持式身份验证装置100所允许的合格用户。并且，在判 定使用者为合格用户后，密码验证模块143执行密码验证程序。密码验证模 块143验证密码字串与合格用户的预设密码是否相符。

下述配合上述手持式身份验证装置100，说明其身份验证方法。图2A及 图2B是根据本发明一实施例的手持式验证装置的身份验证方法的流程图。

请参照图2A，在步骤S20中，通过手持式身份验证装置100获取使用者 的人脸图像序列与眼睛图像序列。即，由图像获取单元110来获取人脸图像 序列，由虹膜获取单元120来获取眼睛图像序列。人脸图像序列包括多个人 脸图像。眼睛图像序列包括多个眼睛图像或虹膜图像。

接着，在步骤S21中，图像识别模块142比对人脸图像序列与预设的人 脸图像特征。并且，在步骤S22中，图像识别模块142比对眼睛图像序列与 预设的虹膜图像特征。通过步骤S21与步骤S22来判断使用者是否为合格用 户。在人脸图像序列与预设的人脸图像特征相符，且眼睛图像序列与预设的 虹膜图像特征相符的情况下，判定使用者为合格用户。

之后，在步骤S23中，通过手持式身份验证装置100提供一使用者界面 来进行密码验证程序。在步骤S24中，依据检测使用者在使用者界面上的多 个注视位置，据以确定一密码字串。并且，在步骤S25中，验证密码字串与 合格用户的预设密码是否相符。

接着，请参照图2B，在步骤S205中，图像识别模块142基于信息库141 内预设的人脸图像特征及虹膜图像特征判断使用者是否为特定帐号的合格用 户。若判定使用者不是合格用户，图像识别模块142结束身份验证程序。若 判定使用者为合格用户，在步骤S210中，图像识别模块142读取使用者对应 的预设密码，并传送识别结果至密码验证模块143以执行步骤S215，进入密 码验证程序。

举例来说，手持式身份验证装置100通过图像获取单元110获取使用者 的人脸图像序列，在接收到人脸图像序列后，处理单元130会驱动图像识别 模块142来分析人脸图像序列以获得人脸图像特征。而图像识别模块142判 断人脸图像特征是否与信息库141所存储的其中一组帐号信息预设的人脸图 像特征相符。换言之，图像识别模块142在获得人脸图像特征之后，会去查 询信息库141，将人脸图像特征与所存储的帐号信息人脸图像特征逐一进行 比对，以寻找是否有与相符人脸图像特征。图像识别模块142可利用AdaBoost 演算法或其他现有的人脸辨识演算法(如，利用Haar-like特征来进行人脸辨 识动作)来获得各图像中的脸部物件，以脸部物件来获取出人脸图像特征。

若找到与人脸图像序列相符的预设的人脸图像特征，则图像识别模块142 会进一步驱动虹膜获取单元120获取使用者的眼睛图像序列，藉以分析眼睛 图像序列以获得虹膜图像特征。接着，图像识别模块142将虹膜图像特征与 上述帐号信息(即，上述相匹配预设的人脸图像特征对应的帐号信息)中的 预设虹膜图像特征进行比对，以判断所获得的虹膜图像特征与预设的虹膜图 像特征是否相符。若所获得的虹膜图像特征与预设的虹膜图像特征相符，图 像识别模块142判定使用者为合格用户。

一般来说，虹膜充满可量化以明确辨别人眼的特征，图像识别模块142 通过分析量化这些特征的模式及彼此的空间关系，以进行辨识。例如，图像 识别模块142会先在眼睛图像序列中排除眼皮遮盖处、影深(deepshadow)、 倒影(specularreflection)等地方，接着快速找出虹膜合适、可用的区块，并 就此区块获取特征进行分析。

另一方面，倘若图像识别模块142未找到与所获的人脸图像特征相符的 帐号信息，则判定使用者不是合格用户，结束身份验证程序。另外，即便图 像识别模块142找到与人脸图像特征相符的帐号信息，倘若虹膜图像特征的 比对不合适，也判定使用者不是合格用户，因而结束身份验证程序。

另外，在其他实施例中，手持式身份验证装置100也可先获取虹膜图像， 在成功获得虹膜图像特征之后，再进行人脸图像的获取。在此并不限制获得 人脸图像特征与虹膜图像特征的顺序。

图3A～图3C是根据本发明一实施例的手持式身份验证装置的操作示意 图。在图3A所示，使用者将手持式身份验证装置100拿起，使得图像获取 单元110得以对准自己的脸部，并且，显示单元150会同时显示出图像获取 单元110所获取到的人脸图像，如图3B所示。在此，假设手持式身份验证装 置100在距离使用者的脸部约40cm～50cm(第一检测范围)处时，在显示 单元150中显示“系统检测中”的信息。而在使用者超出第一检测范围时，在 显示单元150中显示“无法检测”的第一提示信息。

在此，可利用一红外线测距元件及/或图像分析方式判断图像获取单元 110及虹膜获取单元120与使用者的脸部之间的距离，并在检测到已达一工 作距离后，发出声音提示或文字提示。

在成功获得人脸图像特征之后，由图像识别模块142来判断所获得的人 脸图像特征是否符合其中一组帐号信息的预设的人脸图像特征。在确定所获 得的人脸图像特征与存在于信息库141的预设的人脸图像特征相匹配之后， 进行虹膜图像的获取。在此，使用者将手持式身份验证装置100置于脸部前 方约13cm～15cm(第二检测范围)处，并且，显示单元150会同时显示出 使用者的眼部图像(可以是单眼图像或双眼图像)，如图3C所示。使用者观 看显示单元150以调整其眼睛的位置，使得眼睛可以置于显示单元150的中 央。当显示单元150中的圆圈R1变为圆圈R2时，表示使用者的眼睛已经置 于适当的位置，使得虹膜获取单元120得以成功取得虹膜图像。而在使用者 超出第二检测范围时，在显示单元150中显示“无法辨识信息”的第二提示信 息。

回到图2B，为了避免使用者是在受到胁迫之下来进行身份验证，在判定 使用者为合格用户之后，也就是在步骤S205之后，并且在进入步骤S215之 前，于步骤S207中，还可进一步先于显示单元150的使用者界面中显示一求 救图示与一解锁图示。在解锁图示被致能时，执行密码验证程序。在求救图 示被致能时，在步骤S209中，图像识别模块142产生警示信号，并通过传输 单元160传送警示信号至保全设备，之后也执行密码验证程序。

举例来说，图4是根据本发明一实施例的具有求救图示的使用者界面的 示意图。请参照图4，在图像识别模块142判定使用者为合格用户之后，在 显示单元150显示如图4所示的使用者界面，使用者界面中包括求救图示402 与解锁图示401。

眼动追踪模块144会检测使用者的眼动状态，以基于眼动状态致能求救 图示402或解锁图示401。例如，眼动追踪模块144检测到使用者的眼睛凝 视解锁图示401约1.5～2秒时，则解锁图示401将会被致能。或者，眼动追 踪模块144检测到使用者的眼睛凝视致能求救图示402约1.5～2秒时，则致 能求救图示402将会被致能。

在解锁图示401被致能时，继续执行步骤S210，以及执行密码验证程序 (即，步骤S215)。在求救图示402被致能时，手持式身份验证装置100会 发出警示信号至保全设备，如步骤S209所示。之后，继续执行步骤S210， 以及执行密码验证程序(即，步骤S215)。也就是说，即便使用者选择了求 救图示402，则手持式身份验证装置100在通知保全设备的同时，还是会进 入密码验证程序。

在步骤S210中，图像识别模块142自使用者对应的帐号信息中，读取使 用者的预设密码。并且，图像识别模块142会驱动密码验证模块143，使得 密码验证模块143执行密码验证程序，如步骤S215所示，其包括步骤S220～ 步骤S250。在其他实施例中，步骤S207也可在步骤S210之后才执行。

另外，在图像识别模块142判定使用者为合格用户之后，也会去驱动眼 动追踪模块144来检测使用者的眼动状态，藉以检测使用者在使用者界面上 的注视位置。据此，在执行密码验证程序中，密码验证模块143会基于眼动 状态来选定输入字符。眼动状态包括瞳孔位移、瞳孔移动方向、凝视位置以 及眨眼动作至少其中之一。例如以瞳孔位移与瞳孔移动方向以及凝视位置来 判断所选择的候选字符为何，并且以眨眼动作来判断是否欲以所选择的候选 字符作为输入字符，也或用预设的凝视时间作为确定输入指令。

眼动触发方式如下所述，例如，将手持式身份验证装置100置于脸前约 15cm处，当眼睛凝视某一按键、数字或图示约1.5～2秒时，则此按键、数字 或图示将会被触发。如果在触发前变更凝视位置，则不会触发。

在密码验证程序下，在步骤S220中，密码验证模块143在显示单元150 中显示密码输入选单。具体而言，密码验证模块143提供上述密码输入选单， 以在密码输入选单中显示多个候选字符供使用者来进行眼动输入。当图像识 别模块142判定使用者为合格用户而发出相关信号至密码验证模块143时， 密码验证模块143会基于上述所读取到的预设密码来产生多个候选字符，并 显示这些候选字符至密码输入选单。在此，每一个候选字符在使用者界面中 会对应至一个注视位置。

图5是根据本发明一实施例的密码输入选单的示意图。为便于说明，在 此以预设密码的密码长度为4码来进行说明，然而，并不以此为限，在其他 实施例中，预设密码的密码长度可以根据需求来进行限定。请参照图5，图 像获取单元110设置在显示单元150的上方，虹膜获取单元120设置在显示 单元150的下方。密码输入选单500显示在显示单元150的使用者界面中。 在密码输入选单500中包括候选字符视窗502以及一密码显示格501。密码 显示格501用以显示目前已输入至第几个数字。候选字符视窗502包括四个 候选字符，但并非限于此数目，候选字符的数目可根据使用者需求而调整。

密码验证模块143在第1次产生多个候选字符时，以预设密码的第1码 来作为其中一个候选字符，而其余候选字符为随机产生。并且，密码验证模 块143在第N-1次所选择的输入字符为正确的情况下，在第N次重新产生候 选字符时，以预设密码的第N码来作为其中一个候选字符，其中N为大于1 的整数，并且N为小于或等于密码长度的整数。

在选定输入字符之后，在步骤S230中，密码验证模块143判断输入字符 是否正确。在此，密码验证模块143依据目前的输入次数来判断输入字符是 否正确。例如，在第1次选定输入字符时，判断输入字符是否与预设密码的 第1码相匹配。

倘若判定输入字符正确，则在步骤S235中，密码验证模块143在输入字 符为正确的情况下，累计一字符长度。接着，在步骤S240中，密码验证模块 143判断输入字符的字符长度是否已到达预设密码的密码长度，以决定是否 要结束密码的输入。

倘若字符长度尚未到达预设密码的密码长度，重新执行步骤S220，密码 验证模块143会重新显示密码输入选单。即，重新基于预设密码产生多个候 选字符，并显示这些候选字符在密码输入选单，以继续基于眼动状态选择后 续的输入字符。另一方面，倘若字符长度到达预设密码的密码长度，则执行 步骤S245，以进行解锁动作。

例如，在第1次所选择的输入字符与预设密码的第1码相匹配时，重新 执行步骤S220，而在第2次产生候选字符时，以预设密码的第2码来作为其 中一个候选字符，而其余候选字符则可以为随机产生。在第2次所选择的输 入字符与预设密码的第2码相匹配时，重新执行步骤S220，在第3次产生候 选字符时，以预设密码的第3码来作为其中一个候选字符，而其余候选字符 则可以为随机产生。以此类推，直到输入字符的字符长度已到达预设密码的 密码长度，才进行解锁动作。

另外，在输入字符错误的情况下，在步骤S250中，持续显示密码输入选 单。详细地说，随机产生多个候选字符并显示这些候选字符在密码输入选单， 并且在选择其中一候选字符之后，继续随机产生多个候选字符并显示这些候 选字符在密码输入选单500，直到退出密码验证程序。

例如，为在显示密码输入选单500的情况下，倘若在预设时间(例如20 秒)内未检测到在候选字符中选择其中之一，则退出密码验证程序。进一步 地说，倘若使用者在20秒内都没有输入任何候选字符、或者图像获取单元 110在20秒内未检测到使用者、或虹膜获取单元120在20秒内未检测到眼 睛的情况下，则密码验证模块143退出密码验证程序。在退出密码验证程序 之后，倘若欲重新执行身份验证，则重新执行步骤S205。

也就是说，只有在输入字符为正确的情况下，下一次所产生的候选字符 中才会有一码是正确的。而在输入字符错误的情况下，下一次将不会依据预 设密码来产生候选字符，而直接随机产生所有的候选字符，并且不会告知使 用者输入错误，而是重复显示密码输入选单500。

另外，上述身份验证方法也可由一远端验证主机来执行，手持式身份验 证装置100只负责获取人脸图像序列及眼睛图像序列。下面再举一例说明。

图6是根据本发明一实施例的身份验证系统的方块图。请参照图6，身 份验证系统600包括手持式身份验证装置100以及远端验证主机610。手持 式身份验证装置100通过传输单元160与远端验证主机610的传输单元640 进行沟通。

在图6中，手持式身份验证装置100包括图像获取单元110、虹膜获取 单元120以及传输单元160。远端验证主机610包括处理单元620、存储单元 630以及传输单元640。处理单元620耦接至存储单元630及传输单元640。 存储单元630中包括图像识别模块631、密码验证模块632以及眼动追踪模 块633，其功能分别与图1的图像识别模块142、密码验证模块143以及眼动 追踪模块144相同，故在此不再赘述。

在本实施例中，手持式身份验证装置100只负责获取人脸图像序列及眼 睛图像序列，之后通过传输单元160传送至远端验证主机610，而由远端验 证主机610来执行人脸辨识、虹膜辨识以及密码验证程序。

综上所述，以密码输入来取代传统遥控器或识别卡的感应，可减少人们 携带太多遥控器或识别卡的负担。并且，提供眼动输入的机制，让密码的输 入更为多样化。另外，由于手持式身份验证装置中所建立的帐号信息包括了 使用者对应的帐号信息，因而在进入密码验证程序之前，通过生物特征信息 来作为第一道把关动作，使得手持式身份验证装置在掌握使用者的身份之后， 才开始进行密码验证程序，可提高进出的安全性。此外，利用手持式身份验 证装置进行验证而非局限于固定位置，使用者可自行手动调整手持式身份验 证装置与自身之间的距离，进而可提高使用者使用的便利性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。