基本介紹
- 中文名：視覺互動的ATM取款系統
- 外文名：ATMteller system of visual interaction
1.功能與特性
本系統的開發基於PC機平台，植入WinXP作業系統，以XP系統為例來進行系統的開發，因為我們用的是C++進行開發，所以再移植到別的平台上時比較靈活，可以移植到很多嵌入式平台。
系統採用近紅外LED作為光源，在鏡頭上用紅外截止濾光片濾去850nm波長紅外光之外的一切光波；用CCD攝像機實時獲取人眼的圖像，對圖像進行處理和分析，分析得出人眼的瞳孔中心位置及光斑位置等信息（如圖1所示）。
首先，系統對人眼進行跟蹤；然後，獲取人眼的圖像，對圖像進行處理，得到人眼的瞳孔中心位置；之後，利用單攝像機、顯示螢幕、人眼及紅外光源這幾個空間坐標映射，得出人眼注視螢幕坐標；最後，ATM模擬程式根據坐標點進行相應的回響（如圖2所示）。
圖1 系統示意圖
圖2 坐標系示意圖包括正常的ATM取款和查詢餘額等操作。系統的關鍵在於人眼注視坐標點的計算，其他部分都是服務於這個技術的套用。
1.1 後台功能
首先，系統對人眼進行跟蹤；然後，獲取人眼的圖像，對圖像進行處理，得到人眼的瞳孔中心位置；之後，利用單攝像機、顯示螢幕、人眼及紅外光源這幾個空間坐標映射，得出人眼注視螢幕坐標；最後，ATM模擬程式根據坐標點進行相應的回響。
1.2 前台功能
正常ATM機的整個業務邏輯過程，包括開戶和用戶正常業務。
開戶：插入身份證，進行人眼參數和銀行賬號的綁定，並用人眼進行初始密碼設定。
正常業務：首先，插入身份證，從庫中提取本人的眼睛參數；然後根據人眼參數進行程式里的人眼參數設定，如果人眼參數不符合，那么就無法定位注視點；如果符合，那就可以進行正常的業務。
本系統對精度和實時性要求都很高，我們都採用最最佳化的方法來解決。算法上，對每一個環節都採用了多種算法進行比較，綜合分析，研究出最小時間複雜度的算法；實時性上，對CCD的監測速度和圖像採集卡的預處理速度進行了折中，每秒獲取並處理24幀圖片，達到了很好的實時效果。
本系統利用角膜反射原理，從一種全新的用視覺跟蹤的方法來實現眼控技術。用眼操作規避了手動操作會帶來的種種安全隱患，使ATM安全性得到一個質的升華。
安全性高。人眼操作讓ATM的操作過程有一個全新的方式，不用擔心現在不法分子採用的錄相偷窺的不法手段，再高超的偷窺也無濟於事。
系統自適應性高。對於任何不同的人，系統可以提取其眼球特徵，對其特定的參數做處理，最終達到最佳的效果和最高的精度。
適用人群廣。對於身體有殘疾的人群，也可用方便使用ATM取款機，操作者可以更加方便地操作ATM，不用再動手。
本系統成本低。硬體設備價格便宜，用到的材料都是生活中比較常用的，銀行企業實施起來也比較容易，可以在現有的系統上載入本系統，也可以比較低的成本換成全新的眼控ATM系統。
2. 概要描述
系統採用視覺互動的方法來代替手動操作，規避了現在的不法分子在ATM犯罪的種種手段。使得ATM系統的安全性從技術上得到一個提升。不僅在安全性方面得到了巨大的提升，在套用方面也得到了很大的擴展，對於身體有殘疾的人群也能很容易地使用ATM系統，不用擔心有密碼泄露。即使不法分子得到了銀行卡也無從下手。
2.1 背景分析
眼睛是人類從周圍世界中獲取信息的重要器官，承擔著信息採集的任務。人眼有上百萬根神經通向腦部，這些神經是信息進入中樞神經系統的主要通道；同時中樞神經系統又根據信息加工的過程，實施反饋信息來控制眼球的狀態，如瞳孔的大小、晶狀體曲率、眼球的位置與運動速度等，以便更有效地採集視覺信息。眼睛是外界信息進入人腦的主要通道，對其運動情況的研究有助於理解人類的信息加工過程。因此，通過對眼器官運動的研究，可以無損傷地探索中樞神經系統的信息加工與控制機制。這不僅對神經科學和醫學臨床診斷有重要意義，而且對機器人學、人機系統工程、自動化工程、人機工效學等都有理論價值和套用價值。
在任何一種人—機—環境系統中，作為工作主體的人，既要靠巨觀的掃視來掌握全局，又要靠細緻的注視來完成精確的控制動作。當人在複雜環境中操縱任何一種儀器設備時，要靠眼睛來觀察環境，同時也要用眼睛來觀察機器的儀表和螢幕。分析眼睛的運動就可知道人在操縱時如何分配注意力，同時了解儀表、螢幕及外景應如何設計和合理配置才能獲得更好的人機互動，既減輕操作人員的工作負擔又可避免出差錯，切實提高人機工效，這在軍事、駕駛、宇航等領域有明顯的實際意義。在人機界面設計中，對眼動信息的研究可使人的建模多一維信息，從而使人機界面的研究得以大大深化。
目前，手動輸入技術極為普遍並較為成熟，語音識別技術已接近實用，指紋識別技術以及頭和身體跟蹤技術已在虛擬現實技術中普遍套用，視線跟蹤技術處於萌芽狀態。
但人們對於將視線跟蹤套用於人機互動非常感興趣，原因在於其直接性、自然性和雙向性。顯而易見，對於可視形式的目標選擇和操縱任務，任何其他通道（如手、頭）都是在視覺通道指導下進行的，即用戶首先掃描定位到感興趣對象，再引導其他通道的選擇或操縱動作。因此，眼注視是一種非常好的能使人機對話變得簡便、自然的候選輸入通道，將視線套用於人機互動可帶來直接性、自然性和雙向性等優點。將人的眼睛作為輸入媒介，通過眼睛盯視，對外部設備進行控制可以實現多任務操作，在一些工業控制、機器人學和臨床醫學上有著廣泛的發展前景。視線跟蹤在人機互動領域有著廣闊的套用前景，例如能理解人的意圖的智慧型計算機和機器人；具有互動功能的家用電器；虛擬現實和遊戲。視線跟蹤技術是未來智慧型人機接口的關鍵技術之一。對於一個具有正常視力的人，他的正確閱讀速率可以隨著字元從小到大變化而上升，基本上可以達到150～250字/分。如果利用眼睛作為計算機的輸入工具，速度將會比手快得多。利用人眼睛的反應速度比手要快的多，可以設計適合眼睛操縱的設備。這樣利用眼睛的特徵，設計適合於眼睛操縱的設備來充分利用眼睛的功能是一項很有潛力的套用領域。眼睛也是反映人的心理活動的視窗。
研究和利用眼睛動作具有重要意義和價值。眼動檢測技術作為研究和利用眼睛動作的一種重要手段，其套用非常廣泛。像在軍事領域中進行人的因素研究；在閱讀中進行有關視覺加工的研究；在生物工程中進行有關幫助殘疾人通信的研究。其他套用如注意力分析；虛擬現實；人機互動等。眼動研究對國防建設的現代化也具有重要的現實意義。對眼動檢測技術進行研究，進而開發眼動檢測設備，同時將眼動檢測技術向其他領域拓展，套用前景十分廣闊，將為國家經濟建設和社會發展做出貢獻。如瞳孔孔徑動態變化測量分析裝置，用於定量檢測正常人瞳孔對光反射；用於監視駕駛司機工作狀態的實時監視系統；用於犯罪偵破的專用眼動檢測系統；用於迅速、準確地判斷人的前庭神經系統功能的視頻眼動測量系統。前庭神經系統是人進行空間定向，保持人體平衡的重要系統。前庭神經系統的功能檢查和評定是診斷各種眩暈病症不可缺少的手段；也是太空人、飛行員選拔和訓練的重要依據。近年來，國外已發展了多種視頻眼動測量系統，可以迅速、準確地判斷人的前庭神經系統功能。眼動檢測技術和數字人像技術、生物識別技術緊密相關，在公共安全、經濟和生活中具有廣闊的套用前景。正如比爾·蓋茨所說：“以人類生物特徵（指紋、語音、臉像等）進行身份驗證的生物識別技術，在今後數年內將成為IT產業最為重要的技術革命。”毫無疑問，對基於臉像、虹膜的生物識別技術和眼動檢測技術的結合技術進行研究，將人體生物特徵識別與視線跟蹤技術結合在一起，實現具有人體識別與眼動跟蹤功能為一體的實時檢測系統，將使儀器具有更高智慧型性和更多用途，這將是具有重要意義和價值及創新性的工作。
2.2 相關工作
現在基地視覺跟蹤的眼控技術研究還不成熟，我們做了大量的調查，現有的視覺控制的技術大多採用生物原理，研究的設備大多是頭戴式的。
身份鑑別技術在信息安全中處於非常重要的地位，是其他安全機制的基礎。只有實現了有效的身份鑑別，才能保證訪問控制、安全審計、入侵防範等安全機制的有效實施。隨著金融建設的信息化發展，黑客入侵事件頻頻發生，賬戶被盜用的事件屢見不鮮，使得金融信息化的進一步發展面臨巨大的挑戰，採用完善的身份鑑別技術是解決這些問題的關鍵。
身份識別是指用戶向系統出示自己身份證明的過程。身份鑑別是系統查核用戶的身份證明的過程，實質上是查明用戶是否具有他所請求資源的存儲和使用權。人們通常把這兩項工作統稱為身份鑑別，它是判明和確認通信雙方真實身份的兩個重要環節。身份鑑別必須做到準確無誤的將對方辨認出來，同時還應該提供雙向的鑑別，即相互證明自己的身份。信息技術領域的身份鑑別是通過將一個證據與實體身份綁定來實現的。實體可能是用戶、主機、應用程式甚至進程。證據與身份之間是一一對應的關係，雙方通信過程中，一方實體向另一方提供這個證據證明自己的身份，另一方通過相應的機制來驗證證據，以確定該實體是否與證據所宣稱的身份一致。
現有的身份識別技術可分為口令式、晶片式、口令晶片結合式以及生物識別技術。
2.3 套用前景
人總是通過五官從周圍世界獲取信息，並根據這些信息來指導自己的行動，而其中80%到90%的信息是由視覺來獲得的。因此，了解人們如何利用視覺來獲取信息就顯得至關重要。作為探求人類如何從視覺獲取信息的一種重要手段，眼動測量一直是國內外有關學者所關注與研究的課題。近年來，隨著紅外技術和微電子技術的飛速發展，測量眼睛運動的方法已日趨成熟，其套用涉及商業、軍事、娛樂、日常生活、人機工程學等各個領域，前景十分廣闊。
本研究的套用範圍極其廣泛。在軍事領域中進行人的因素研究；在閱讀中進行有關視覺加工的研究；在生物工程中進行有關幫助殘疾人通信的研究。眼動研究對國防建設的現代化也具有重要的現實意義。對眼動檢測技術進行研究，進而開發眼動檢測設備，同時將眼動檢測技術向其他領域拓展，套用前景將十分廣闊，為國家經濟建設和社會發展做出貢獻。瞳孔孔徑動態變化測量分析裝置，用於定量檢測正常人瞳孔對光反射；用於監視駕駛司機工作狀態的實時監視系統；用於犯罪偵破的專用眼動檢測系統；用於迅速、準確地判斷人的前庭神經系統功能的視頻眼動測量系統。前庭神經系統是人進行空間定向，保持人體平衡的重要系統。前庭神經系統的功能檢查和評定是診斷各種眩暈病症不可缺少的手段；也是太空人、飛行員選拔和訓練的重要依據。近年來，國外已發展了多種視頻眼動測量系統，可以迅速、準確地判斷人的前庭神經系統功能。眼動檢測技術和數字人像技術、生物識別技術緊密相關，在公共安全、經濟和生活中具有廣闊的套用前景。
