从电阻触摸屏获取动态签名多维空间数据及预处理

从电阻触摸屏获取动态签名多维空间数据及预处理

研究与设计

　　电　子　测　量　技　术

　　ELECTRONICMEASUREMENT

TECHNOLOGY

第33卷第3期

2010年3月　

从电阻触摸屏获取动态签名多维空间数据及预处理

王党利　马宝吉　宁生科

(西安工业大学工业中心　西安　710021)

摘　要:利用笔触点压力和运动学模型扩展电阻式触摸屏应用范围.给出了电阻式触摸屏三维数据测量公式和运动学模型,依据笔移动二维坐标,计算出笔点速度、角度和加速度空间数据,有利于动态签名后续处理更多特性提取。算法包括笔事件的判断,随机误差的消除,断点的数据插补,软件流程图。该方法扩展了电阻触摸屏提供的数据类型,可满足动态签名空间数据的需求。

关键词:电阻触摸屏;动态签名;空间数据;速度;加速度;预处理中图分类号:TP212.9　　文献标识码:A

Accesstoobtainmulti2dimensionalspatialdataofsignatureandpretreatmentfromWangDangli　MaBaoji(IndustrialCenter,Xiπ,XianAbstract:Thepurposeofscreenapplicationsscopewithpen2pointpressureandkinematicsdatameasurementformulasandkinematicsmodelaregiven,calculateddatavelocity,angleandaccelerationbyusingpenmobilecoordinates,moredynamicsignatureareextractedfromthesedatainfollowhandle,algorithmsincludethejudgeofpenevents,theeliminationofrandomerrors,breakpointdatainterpolation,andsoftwareflowchart.Themethodextendsthedatatypeprovidedbyresistivetouchscreen,meetingspatialdataneedsofdynamicsignature.

Keywords:resistivetouchscreen;dynamicsignatures;spatialdata;speed;acceleration;pretreatment

0　引　　言

银行金融系统以及个人身份识别等重要场合,签名所

采用的设备是专业的输入板和压力笔甚至关节压力手套,这类设备价格昂贵携带不方便,不适合移动场合需求。电阻触摸屏目前在移动设备应用广泛,研究其在动态签名对身份识别方面有重要意义。由于日常电阻触摸屏在书写应用识别的时候,仅采样笔触点的二维坐标X、Y,当该数据应用于身份识别的时候,容易被模仿,不能起到数据保护作用,有必要从书写过程提取更多的空间特征信息数据。

1　用运动学扩展动态签名数据类型

1.1　动态签名识别所需的基本数据类型

动态签名是一种分析个体手写签名来进行身份认证的一种生物识别技术,注重的是手写签名过程中笔压等动态行为特征参数的变化,通过分析签名人手写签名的书写风格、笔顺、笔压、书写速度、抬笔间隙等动态及空间属性识别签名人的身份。典型的手写签名验证系统包括4个

环节[1]:第一是签名信息的数据获取,经输入设备采集实时的手写签名信息;第二是签名信息预处理,过程包括去噪、归一化等操作,目的是将采集到的数据变成适宜于进行特片提取的形式;第三是特征提取。从预处理后的数据中提取能充分反映各人书写风格,同时又相对稳定的特征;第四是特征匹配和判决,即采用某种判别规则,将提取的特征信息与标准签名样本进行匹配,得出鉴别结果。由于特征提取及识别算法环节,不同的系统差别较大,不做讨论。文中着重讨论签名信息的数据获取和信息预处理这两个过程。由于动态签名需要采样点X、Y坐标,采样时间,笔触点压力这4类基本信息,才能进行其他数据的提取,所以就需要从触摸屏测量出采样触点压力,X、Y坐标,才能计算出笔点的速度、加速度等特征参数。1.2　利用运动学概念引入运动参数

笔尖在屏幕上所画线的轨迹可以看作是一个运动的点所形成,点的运动参数与笔尖的运动参数相同。可以通过采样得到一系列移动点坐标X、Y值,通过相邻坐标值的变化,可以求得两点的平均速度,由于采样时间非常短,一般在5ms左右,所以认为求得点的速度为每个采样点的

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从电阻触摸屏获取动态签名多维空间数据及预处理

　第33卷电　子　测　量　技　术

2.2　电阻触摸屏平面坐标测量

即时速度。通过相邻点的速度变化可求出加速度的大小。设采样时间间隔为Δt,取得所画曲线上连续三个采样点分别为Ai(Xi,Yi)、A(i+1)(X(i+1),Y(i+1))、A(i+2)(X(i+2),Y(i+2)),由于采样点的时间间隔非常小,相邻2点轨迹可看作直线,可求得Ai点X、Y方向的速度大小为|VXi|=|Xi-X(i+1)|/Δt;|VYi|=|Yi-Y(i+1)|/Δt,同理得到A(i+1)点的速度大小为|VX(i+1)|=|X(i+1)-X(i+2)|/Δt;|VY(i+1)|=|Y(i+1)-Y(i+2)|/Δt,这样可计算出Ai点X、Y方向加速度大小为|aXi|=|VXi-VX(i+1)|/Δt;|aYi|=|VYi-VY(i+1)|/Δt,把采样间隔时间Δt看作单位时间,就可直接利用采样值进行简单的运算求出各个点的速度和加速度,利用坐标的差值求正切,可求出速度与X轴的方向夹角变化。两条相同的运动轨迹,速度、加速度曲线未必相同。这些数据包括许多运动特征,提供后面识别算法进行处理。

2　电阻式触摸屏的三维数据测量

2.1　电阻触摸屏结构

电阻式触摸屏是一种压力传感器,它将矩形区域中触摸点(X,Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压[2]。如图1所示为四线电阻触摸屏横截面,是一个多层的复合膜,,,,当手指或触摸笔按压玻璃表面时,,这种结构中玻璃珠间的距离决定了触摸屏的敏感度。通常这些玻璃非常小(一般小于千分之一英寸)玻璃珠互相放置得越近,敏感度越小,压力就要越大,才能使两层玻璃片可靠接触。导电层所用材料为氧化铟(ITO

),为弱导电体。当手指触摸屏幕时,平常绝缘的两层导电层在触摸点位置就有了一个接触,电阻触摸屏接触点等效电路如图2所示。

设触摸屏所加驱动电压Vref,测量点电压为Vmeas,(RX2+RX1)及(RY2+RY1)可测量X、Y轴总电阻得到。计算触点的X,Y坐标分为如下两步:

首先,计算Y坐标,在Y+电极施加驱动电压Vref,Y-电极接地,X+作为引出端测量得到接触点的电压Vmeas,由于ITO层均匀导电,电压Vmeas/Vref之比等于RY1/(RY2+RY1),即RY1=(RY2+RY1)×Vmeas/Vref。其次,计算X坐标,在X+电极施加驱动电压Vref,X-电极接地,Y+作为引出端测量得到接触点的电压,由于ITO层均匀导电,电压Vmeas/Vref之比等于RX1/(RX2+RX1),即RX1=(RX2+RX1)×Vmeas/Vref。2.3　电阻触摸屏Z轴压力测量

四线电阻式触摸屏除了可以得到触点的X/Y坐标,还可以测得触点的压力,这是因为测量触摸压力的原理与ITO(氧化铟)ITO导电膜的电导率

λ公式为ρ=ρ0(1+30/d)(d),即ITO电

,接触电阻越小。ITO导电膜的电阻,上下层ITO发生接触,在触点上实际是有电阻存在的,如图2的Rtouch,压力越大,接触越充分,电阻越小,通过测量这个电阻的大小可以量化压力大小。测量步骤如下:首先,X-接地,X+接电源,Y+接A/D得到触点的X坐标。其次X-接地,Y+接电源,X+接A/D得到Z1点的位置Z1。最后,X-接地,Y+接电源,Y-接A/D得到Z2点的位置Z2。测量了X坐标,Z1、Z2大小,再测量X、Y轴的总电阻值RX-all和RY-all就可以计算了。Rtouch=(Z2-Z1)/IRX1,IRX1=Z1/RX1,所以Rtouch=RX1(Z2/Z1-1),设测量时X点的电压量化坐标为ADX,n为A/D转换的位数,Rtouch=RX-all×ADX×(Z2/Z1-1)/2n。如果Z1的测量值接近或等于0(在测量过程中当触摸点靠近接地的X总线时),计算将出现一些问题,通过采

用一个弱上拉电阻将触摸屏其中一层上拉,另外一层用强下拉电阻下拉,可有效改善这个问题。通过上式可测算出触点的电阻大小,有一个缺陷,就是没有考虑电极抽头引线和驱动电极电路的寄生电阻,这部分电阻不包含在ITO电阻之内,而且受环境温度 …… 此处隐藏：5838字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……