CN101625781B - 指纹寄存柜人机接口技术及其管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是公开一种指纹寄存柜人机接口技术及其管理方法，系统采用生物识别技术中的指纹识别技术结合人机接口技术完成人们在公共场所所需的物品临时安全寄存工作，该技术的特征是：只需2到3个按键与液晶显示器所显示的图型和文字相结合的显示内容构成的交互式人机接口，采用基于直觉引导的方式指引用户进行日常的存取操作；通过同样的人机接口也可以使设备管理人员在具有高度安全的安全制约机制下很方便的对设备进行诸如时间设定与校正、用户界面语言设定、费率设定、取钱币操作、非正常状态下的开柜处理、安全审计等设备的后台管理操作。其优点是同一人机接口兼具用户界面简洁、易于使用；管理界面易于管理、管理功能全面、安全机制健全的特性。

Description

指纹寄存柜人机接口技术及其管理方法

技术领域

本发明属于指纹识别应用技术人机接口技术范畴，它采用图形结合文字说明的人机界面提供给用户操作方便、易于使用的人机接口；同时通过同一人机接口为设备管理者提供一个安全机制健全、便于管理的指纹识别寄存装置管理方法。

背景技术

目前的公共场所临时寄存保管应用产品中，技术成熟并且被广泛使用的仍然是条码扫描和键盘输入数字密码寄存柜。

很显然生物识别技术将为这一应用(技术)提供一个更方便且安全可靠的解决方案，生物识别技术根据人体自身的生理特征来识别个人的身份，它不需要使用者记住任何密码，也不需随身携带像智能卡、条码纸之类的东西。因此这种技术是目前最为方便与安全的识别技术。生物识别技术包括虹膜识别技术、视网膜识别技术、面部识别技术、声音识别技术、指纹识别等多种技术。其中指纹识别技术是目前最为成熟的、应用也最为广泛的生物识别技术。每个人指纹的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，这些指纹特征是唯一的，并且终生不变。依靠这种唯一性和稳定性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过将采集到的指纹和预先保存的指纹模板进行比较，就可以达到验证使用者真实身份的目的。

指纹识别系统是通过指纹采集、分析和对比指纹特征来实现快速准确的身份认证。指纹采集器采集到指纹图像后，才能被计算机进行识别、处理。采集到的指纹图像的质量会直接影响到识别的精度以及指纹识别系统的处理速度，因此指纹采集技术是指纹识别系统的关键技术之一！

指纹识别技术可靠性很大程度取决于生成特征文件和特征文件合并生成指纹模板，特征点数据是取之于那些指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置。形成的指纹图像的特征数据，通常称为“指纹模板”。指纹识别就是通过将新采集的指纹图像特征数据模板与保存在指纹库的特征数据模板进行比较，计算它们的相似程度，最后得出匹配与否的识别结果，以鉴定个人的身份的方法。

由上看出，指纹识别技术的核心技术是指纹图像的采集和图像处理与识别技术(及通常所说的指纹识别算法)。而指纹图像处理与识别及特征文件的生成又在很大程度上取决于指纹图像的采集。

特别是在人员流动性大的公共场所使用的指纹寄存柜，由于使用的操作人员良莠不齐，对指纹识别技术和设备的熟悉了解程度各不相同，造成使用习惯、熟练程度各不相同。因此为了使指纹识别寄存装置达到普及性的、较好的使用效果，需要一种友好、简洁的用户使用操作界面，以便于用户在使用过程中实现高质量的指纹图像采集，以达到高可靠的识别率，从而达成良好的使用效果。

之前也有提出了将指纹识别技术的应用于在物品寄存保管这一领域的技术解决方案。中国实用新型专利专利号ZL02278549.3，中国专利公开(公告)号：CN2561029公开一种《投币式指纹门禁保管箱》，提出一种计算机控制、用指纹作密码的投币式指纹门禁保管箱。该技术对于用户操作时的指纹采集，以及设备管理方面的钱币处理，非正常情况下的开柜处理以及其它的管理功能均未提出解决办法。

中国专利申请号200610085207.9，公开(公告)号：CN1870057公开一种《指纹识别金属柜智能管理控制系统及其管理控制方法》，采用计算机主机控制，并通过USB通讯接门连接“指纹识别控制器”。该技术对于用户操作时的指纹采集、在指纹登录时需要管理员授权，不具备用户自操作特性，因此不适用于人员高流动、高周转频率使用场所；在设备管理方面上该技术强调联网功能，对非正常情况下的开柜处理、以及其它的管理功能均未提出解决办法，不具有现场维护和可管理性！

现有技术的缺陷：无论什么样的指纹应用技术与联网解决方案，其核心和基础都离不开前端指纹图象采集和指纹模板生成与比对，只有在用户是使用过程中易于获得高质量的指纹图象采集、形成指纹模板的技术才是具有实用性的技术，后续的联网与扩展应用才具有实际意义。由于公开的技术很多只是概念化的技术，从而导致实用性不强、不具备实际使用价值。现有技术对于设备的管理也很少提出有价值和创造性的解决方案，因为设计再可靠的技术也有出现意外而失效的时候。例如注册用户指纹的手指意外受伤而不能操作、或伤口破坏了原来的指纹特征导致不能开启属于本用户合法权限的箱柜，这时候就需要设备现场管理人员在具有完善的安全审计的条件下开启该用户的箱柜。由于上述种种原因导致指纹识别技术很少见到在大流动性人流量场所的实际应用！由此可见高质量的指纹图象采集和设备的易用性成为这些指纹识别技术在这些场所应用的“技术瓶颈”。

发明内容

本发明的目的是：它采用图形界面结合文字说明的方式构成的交互式人机接门技术在指纹图象采集时易于获得高质量的指纹图象，操作时为使用者提供给用户界面友好、操作方便、易于使用的指纹识别技术寄存装置；同时通过同一人机接口为设备管理者提供一个便于现场管理、安全审计机制健全、管理功能完善的指纹识别寄存装置管理方法。以适应于在公共场所、大流动性人流量场所使用的指纹识别技术应用设备和装置。

本发明是这样实现的，指纹寄存器人机接口展现给用户的有三部分：存包键、取包键；显示部分(如LCD液晶显示器)和指纹采集窗口。当用户进行存取操作时，按下存包键，具有微处理机的控制器检查寄存柜是否还有空柜，如没有空柜则通过采用图形和文字说明组合方式的内容(以下简称“图文显示内容”)提醒用户没有空闲的柜可使用；如有空闲的寄存柜，LCD液晶显示器“图文显示内容”提示用户进行投币或和直接进行指纹注册登录，一次正常的指纹注册登录一般需要对同一指纹进行两次不同的指纹图象采集，为了提取更多的指纹特征，指纹识别算法从两次采集的图象中最大限度提取指纹的特征数据以形成指纹模板，从而完成指纹登录注册任务。在指纹登录注册过程中，“图文显示内容”首先提醒用户将手指放到指纹采集窗口进行第一次指纹图象采集，采集成功后“图文显示内容”提醒用户将手指移开指纹采集窗口，然后“图文显示内容”再提醒用户进行第二次指纹图象采集。两次指纹图象采集成功后，指纹识别模块采用指纹识别算法将提取的指纹特征数据形成指纹模板，寄存柜控制软件赋予该指纹模板与欲分配给该用户寄存物品时使用的箱柜号一一对应关联的编号，并将该指纹模板存储到指纹识别模块的指纹模板库，同时开器该柜门并且通过“图文显示内容”提示显示该箱柜的柜号，并提醒用户寄存物品和关好柜门。用户按照提示在指定的柜内放好要存放的物品后关上柜门，就完成存放物品的任务。

当用户进行取操作时，按下取包键，显示部分“图文显示内容”首先提醒用户将手指放到指纹采集窗口进行指纹图象采集，采集成功形成指纹验证的指纹模板后，指纹识别模块对该指纹模板与所有保存在指纹识别模块的指纹库内的指纹模板特征数据模板进行1∶N的搜索对比，如没有发现相匹配的指纹模板，则通过“图文显示内容”提醒用户没有指纹和物品寄存的记录；如发现匹配的指纹模板，则通过电子锁驱动机构将该指纹模板相一一对应的柜门开启，同时显示部分通过“图文显示内容”显示该箱柜的柜号，提醒用户取走寄存物品后关好柜门。

关于指纹图像采集，目前应用最广泛和成熟的光学指纹采集设备始于1971年，其原理是利用光的全反射(FTIR)原理。光线照到压有指纹的玻璃表面，反射光线构成的图象由CCD获得，反射光的强弱依赖于压在玻璃表面指纹的脊和谷的深度以及皮肤与玻璃间的油脂和水分。光线经玻璃照射到谷的地方后会在玻璃与空气的界面发生全反射，光线被反射到CCD，而射向脊的光线(皮肤与玻璃间的油脂和水分)不发生全反射，而是被脊与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的地方，这样就在CCD上形成了指纹的图像。由于在玻璃棱镜表面或多或少会有的残留指纹印迹或其他弄赃的痕迹，在指纹图象采集时采集时间与成象质量密切相关，如果采集时间过早，指纹还没有稳定的压在玻璃表面而形成全反射图象就会采集到很淡的残留指纹图象；由于图象在CCD或CMOS成像处理也需要一定的时间，如果采集时间太晚又不能获取稳定、完整的指纹图象，因此，在一次正常的触压过程，只有一个很短(几十到一百毫秒)的最佳采集“时间窗口”。

为了选择合适的指纹图象采集时机获得高质量清晰的指纹图象。更好的解决办法是将第3按键在存取操作时作为指纹采集装置的输入感应确认键。具体方法是第三键采用电容感应输入技术，其环型电极放置在椭元形光学指纹采集窗口后采集装置前，当用户手指压在棱镜玻璃表面时与环形电极形成耦合使电容发生微小的改变，传感器件采用电子开关，将一个未知采样电容的感应充电到已知电位，然后转移电荷到测量电路。经过一个或多个充电-转移周期后，通过测量电荷即可确定感应板上的电容。该过程采用微处理器控制的MOSFET晶体管开关，故当手指压在棱镜玻璃表面时，传感器件能够通过精确而可靠地测量电容的微小变化从而感知到手指对指纹采集装置玻璃表面的触压。检测到手指的触压后，经过一个短暂延时(通常几十毫秒)，进行指纹图象的采集，从而确保获得稳定的高质量的部分全反射指纹图象。而且这一过程对用户而言是自动进行并且隐蔽的，用户手指触压是在不知不觉、自然而然的使用过程中被检测到，并在最佳的采集时间完成指纹图象采集这一关键操作。

本发明更好的解决办法是显示内容以图形、图标或动画再配以相应文字说明的方式更加明确的提示用户使用时寄存柜对操作的反馈或将要进行的下一操作的内容。由于图形比较直观、形象化具有一定的跨地域的通用性和可识别性，而文字则因国家地域不同而有很大的不同。因此形象化的图形、图标再配以及可以选择的多语言文字说明可大大提高该寄存柜系统的可使用区域，扩大可服务的用户人群范围。具体方法是系统软件设置一个“语言文字参数”，针对同一图形或动画的不同种类文字说明存储在系统Flash Memory的不同的存储“页”的相同地址，“语言文字参数”与不同种类文字说明的“页地址”具有对应关系，当选定了“语言文字参数”后，相应图形或动画的文字说明便从对应的该页的相应地址读取相应的语言文字进行显示，当“语言文字参数”变化时，存储显示不同种类文字说明的存储“页”地址也发生变化，从而显示的文字说明内容改变为新的语言的文字说明，这样系统软件通过管理人员改变“语言文字参数”的设定值就可以改变文字说明的语言文字种类。

几十年来，电容感应触摸输入技术一直被认为是理想的用户界面。不过，直到最近它才被设计进大批量生产的消费类电子产品。目前有多家公司提供相关的器件和解决方案，如英国的Quantum Research公司，半导体芯片供应商赛普拉斯(Cypress)由具有CapSense功能的器件和PSoC可配置混合信号片上系统微控制器构成的CapSense电容式感应解决方案；美国模拟器件公司(ADI)用于手持消费类电子产品的可编程14通道电容数字转换器(CDC)AD7142。针对本发明而言较好的技术方案可以是存、取按键均采用电容感应触摸输入技术，用户通过对标有“存”“取”的按键标识触摸，就会被器件电容感应输入器件感应检测而输入到微处理的输入、输出端口进行处理。由于按键没有机械接触和机械磨损，大大提高在高频率频繁使用环境下的设备耐用性，同时给用户更好的使用感受。

电容式的触摸感应还有另外一个应用，就是接近式感应，亦即用户无需触摸到产品，只要接近产品就能被感应到。接近式感应的实现是在前面所描述的电容感应触摸输入技术中通过减小传感器上的固有电容来相对放大外来的电容变化，从而能感应10cm范围内的人体接近。本发明更好的解决办法采用电容感应输入方式在用户接近指纹寄存柜时自动唤醒平时处于节能的睡眠状态的设备进入工作状态，产品的显示屏背光亮起，并通过图文内容显示欢迎界面，增加用户使用时的交互似的乐趣和给用户非常友好的使用体验，同时顺应了节能、绿色环保的趋势。

本技术更好的解决办法是在在指纹模板注册和指纹验证识别过程中，图形界面通过“图文显示内容”提醒用户注册和指纹验证失败原因并及时提出更正的办法。前面的说明中可以看出，指纹图象的采集质量与指纹模板的形成是所有指纹识别技术的关键与核心，虽然指纹识别算法也很重要。因为指纹识别算法所要处理的全部指纹特征信息均包含在所采集的指纹图象之中。因此作为一个好的指纹识别应用技术的人机界面的重要标志之一是：它是否在各种环境和使用条件下都能很好的引导用户完成高质量的指纹图象采集以及形成指纹模板这一关键任务！正如该技术领域工程技术人员所共知：对于光学指纹采集装置而言，有许多因素会导致采集失败：如指纹图像太干、太淡而不能生成特征，指纹图像太湿、太糊而也不能生成特征，残留指纹的影响或手指在传感器窗口的按指长时间未移开等原因均可导致指纹采集失败或采集图象质量不高。

指纹寄存柜与其他任何设备一样，再可靠的技术也有出现意外而失效的时候，加之本身也需要进行管理、设定与维护操作，因此完善的管理维护功能是设备所必须的。很多类似的寄存设备采用用户使用界面和管理维护界面分离设置的方式。普通用户使用用户界面，当需要进行设备管理时管理者使用包括其他输入键盘、接口或设置开关的管理界面进行对设备的管理。这样无形之中增加了系统的复杂性和构成成本，同时两个界面也使管理操作变得繁琐。本发明通过同一用户界面所具有的3个按键，采用赋予同一按键在使用界面和管理界面不同功能的方法完成对设备的各种管理操作。这些管理操作包括：非正常开柜、取币、工作参数设定与工作状态查询、工作模式选择等操作，并且这些操作需要不同的安全级别。

本发明的指纹寄存柜管理方法特征之一是设定具有三种“管理角色”的指纹，它们分别是设备厂商管理者指纹(简称A管理指纹)，它是设备生产厂商对设备进行维护操作人员的指纹，该指纹在如下的情况下行使管理权限：设备的售后服务，设备维修固件升级，以及进行现场设备现场管理指纹、现场管理操作监督指纹的登录与删除管理。

设备现场管理操作指纹(简称B管理指纹)，该指纹所代表的管理者操作者负责对寄存柜设备进行现场的日常的管理、维护操作。

现场管理操作监督指纹(简称C管理指纹)，该指纹代表的管理者负责在有高安全级别要求的管理操作时(如取钱币操作)对现场管理者对寄存柜设备进行管理操作进行监督。

这三种“管理角色”的指纹根据不同的管理任务单独或通过组合完成设备的现场管理维护任务，简单的管理任务由单独的“现场管理操作监督指纹”授权就可以执行，涉及到用户寄存财物安全、及其他需要更高安全的管理操作时则需要两个管理指纹通过组合授权才能进行操作。如取“取钱币操作操作”需要A、B双方管理者指纹共同授权的才能完成；“非常规开柜操作”需要B、C双方管理者指纹共同授权的才能完成；“费率设定操作”需要A、B双方管理者指纹共同授权的才能完成。

常规的日常管理操作任务，只需B管理指纹授权就可以进行，这些常规的管理任务包括：说明文字语言设定、时间设定与校正、钱币总数查询、箱柜占用状态查询等日常管理。在用户存取使用界面，设备现场管理者采用与普通用户相同的取包操作步骤，寄存柜控制系统会自动引导系统进入到日常管理、维护操作界面。具体实现方法是，在正常取包操作采集到指纹并形成指纹模板后与所有保存在指纹识别模块指纹库的指纹模板进行1∶N的搜索对比时，在指纹库中找到与之匹配的B管理指纹后就自动引导系统进入到设备管理操作界面。进入设备管理界面后，人机接口采用图形化菜单结合文字说明的方式显示可进行的管理操作选项。这时在日常存取操作界面的“存”、“取”按键功能在此时改变为管理功能的菜单选项引导键，按“存”和“取”按键可以上下(或左右)顺序的改变选中的管理功能图标，如变换到所需操作的功能图标时用手指在指纹采集窗口按下就可以选定该操作---此时的指纹采集窗口已不再进行指纹采集，其隐蔽在采集窗口后的电容感应输入已作为管理功能的选项确认键。选项被确认后，管理菜单进入语言选项，显示列出的可供选择语言，同样，按“存”“取”键可在可选择的语言间顺序切换，当达到所需的语言选项后，用手指在指纹采集窗口按下就可以完成对该语言的选定操作。完成相应的语言选定操作后系统会自动返回到上一级菜单或返回到日常存取操作界面。

当要进行更高安全级别操作时，由现场管理指纹采用同上的方法引导系统进入操作管理界面，进入管理界面后按“存”和“取”按键顺序的改变选中管理功能图标，其中包括需要更高安全级别授权的菜单选项图标，要进行诸如此类更高安全级别的操作，按指纹采集窗口对该项功能进行选中后，系统会显示提示需要现场管理操作“监督指纹”(简称C管理指纹)，同时指纹采集窗口恢复指纹采集功能并等待现场管理操作监督者指纹的采集，管理操作监督者确认该操作并在指纹采集窗口按下手指，系统采集指纹图象并进行与所有保存在指纹识别模块的指纹库的“监督指纹”指纹模板进行1∶1的对比，结果与之匹配就允许系统进入到该操作的操作下一界面界面。如果比对结果不匹配，则系统不能进入更高安全级别操作的下一操作界面。

本发明的指纹寄存柜管理方法的另一特征是具有多种工作模式可供选择：通过设定设备可在无付费单次存取模式、付费单次存取模式、付费记时单次存取模式和付费记时多次存取模式这几种模式下工作，其中付费记时存取模允许用户在设定的有效时间内多次开启柜门。

无付费单次存取模式比较适用于商场、超市的顾客存包柜，该模式为进入商场和超市的顾客提供一次性的临时物品寄存。当用户需要存包时按下存包键，人机接口图文界面提示用户进行指纹模板登录，将通过两次指纹图象采集形成的指纹模板存储到指纹模板存储空间，并赋予该指纹模板与欲分配给该用户使用的箱柜号一一对应关联的编号，同时开启该柜门并且通过“图文显示内容”显示该箱柜的柜号，提醒用户寄存物品和关好柜门。取包时用户按下取包键，“图文显示内容”首先提醒用户将手指放到指纹采集窗口进行指纹验证，指纹识别模块对该指纹与指纹库的指纹模板特征数据模板进行1∶N的搜索对比，如发现匹配的指纹模板，则通过电子锁驱动机构将该指纹模板相对应的柜门开启，“图文显示内容”显示该箱柜的柜号，提醒用户取走寄存物品后关好柜门，并且从指纹库中删除对应的指纹模板记录。如没有发现相匹配的指纹模板，则通过“图文显示内容”提醒用户没有匹配的指纹和相关的物品寄存的记录。

付费单次存取模式应用在需要付费的场所，如海滨浴场的衣物寄存柜，该工作模式与前面描述的无付费单次存取模式不同之处是：在用户按存放键存取衣物时，用户界面提醒用户需投足设定数目的硬币或纸币才能进入到指纹注册登录界面进行指纹模板注册，其余的存、取操作与无付费单次存取模式完全相同。

付费记时单次存取模式，适合于车站、机场、码头等高流量场所，的旅客行李临时存放服务。该模式的用户界面提供用户自由设定需要行李存放的时间。具体实现方法是：用户按“存”按键后，图文显示内容提示用户选择存放时间，寄存柜人机接口显示一个经统计得到使用频率最高的存放时间，并通过显示提示用户通过按“存”“取”键可以调整所需的存放时间，调整时间的方法是：按“存”一次可增加一个时间单元，按“取”键一次可减少一个时间单元，当用户选择到合适的存放时间后，按指纹采集窗口便可确定选定的存放时间。选定时间后寄存柜系统显示并提醒用户通过钱币接收单元交付所需的钱币，用户交付钱币后寄存柜系统进行指纹采集和指纹模板注册与登录，其后的操作同无付费单次存取模式。

付费记时多次存取模式，该模式特别适合于球场、酒吧、健身房等环境，用户在设定的时间内有多次开柜取物的需求，如打球过程中查看移动电话是否有未接电话、信息，取钱包买饮料等。

正如本领域技术人员所共知，其人机接口的显示部分同样也可以是其他方式如OLED显示。与图形配合文字说明的同时可增加语音说明的方式，并且该语音说明的音量可调节大小和关闭以适应不同的使用环境。

正如本领域技术人员所共知，本发明的指纹采集装置除了采用光学指纹采集装置外也可以采用半导体指纹采集，如硅电容指纹图像传感器、半导体压感式传感器、半导体温度感应传感器；或超声波指纹图像采集技术，但从目前整体性能与实用角度来看，还是传统型光学指纹采集装置是目前应用比较广泛的指纹采集技术，具有良好的性能价格比。

优点及积极效果：首先，由于操作界面只有“存”、“取”按键和采用图形和文字说明相结合的用户界面，操作界面简洁、直观，用户操作时毋须做更多的选择，易于识别和操作使用，即便用户不识字也可以在图标的引导下完成存取操作。其次，采用电容感应技术作为指纹图象采集的输入触发键，大大提高指纹图象采集的质量，从而生成高质量的指纹识别模板，提高了指纹识别技术的可靠性和技术实用性。第三，采用电容感应输入技术无磨损、无机械接触按键，提高使用寿命，特别使用于高流量高、周转率使用场所。第四，由于采用电容感应自动唤醒技术，使设备在不工作时处于休眠的低功耗状态，当用户接近时自动进入工作状态，这不仅给用户良好的使用感受，更可以节能环保。第五，通过同一人机接口实现具有严格安全审计与制约机制的现场可管理性，便于对设备及时、方便的管理以便于给用户提供优质、安全的服务。第六，由于采用该技术的指纹寄存柜具有多种模式可选择，因此可广泛地适应各种不同需求场所和不同环境的使用。

附图说明

图1、指纹寄存柜人机接口示意图。

图2、图型文字用户界面示意图。

图3、指纹电容感应输入示意图。

图4、指纹注册流程示意图。

图5、普通管理操作授权流程图

图6、高安全级管理操作组合授权流程图。

图7、无付费单次存取模式流程图。

图8、付费单次存取模式流程图。

图9、付费记时单次存取模式流程图。

图10、付费记时多次存取模式流程图

具体实施方式

技术解决方案及实施涉及多个方面，现结合附图对每一部分进行进一步的详细说明：

图1为指纹寄存柜人机接口示意图。其右侧为存放用户物品的柜体(1)，它由一定数目的箱柜(2)组合到一起而形成，每个柜体内的虚线部分为电子锁(3)，箱柜的开启是微处理器(4)通过电子锁驱动部分(5)驱动。它的操作人机接口由输入按键由“存”(6)、“取”(7)按键，显示部分如液晶显示器(8)，指纹输入与识别模块(9)，钱币接收识别与处理单元(10)，实时时钟电路部分(11)、微处理器(4)，微处理器内具有RAM、ROM和进行逻辑判断和运算处理的算术逻辑单元(ALU)，ROM内有控制数据处理、输入输出、电子锁驱动的程序，以及在掉电时可以对箱柜占用数据进行存储的非易失存储器FLASH MEMORY(12)和电容感应处理芯片。本发明是由存、取按键和与显示部分构成的交互式人机接口，显示部分采用上部为图形下部为文字说明的组合的方式显示对操作者的操作响应和将要进行的操作提示来引导操作者完成存取操作或寄存柜的管理操作。另外对普通用户隐蔽的第3按键也在存取操作和管理操作中起重要作用，该按键在存取操作时作为指纹采集装置的输入感应确认键；而在寄存柜管理操作时作为管理功能选项输入确认键。作为指纹采集装置的输入感应确认键时是对使用操作者隐蔽且自动进行的，是在用户不知不觉、自然而然的使用过程中触发这一按键并实现输入，使指纹采集装置在最佳的采集时间完成指纹图象采集这一关键操作；作为管理功能选项输入确认键时，管理操作过程中对管理操作者所选定的操作进行确认时使用该键，使用该键时管理者将手指触及指纹采集装置的采集玻璃窗，通过隐蔽在采集窗周围的电容感应电极接收到由于耦合而改变的电容量的值检测到这一确认输入。这一过程看起来和指纹采集时的操作完全相同，但确有本职的区别，作为作为管理功能选项输入确认键时在微处理机的控制下指纹采集装置是不进行指纹图象采集工作的。

图2为图型文字用户界面示意图。左图为存包流程的图型文字用户界面显示内容，用户按下存包键，具有微处理机的控制板检查寄存柜是否还有空柜，如没有空柜“图文显示内容”提醒用户没有空闲的柜可使用；如有空闲的寄存柜“图文显示内容”提示用户进行指纹注册登录，一次正常的指纹注册登录一般需要对同一指纹进行两次不同的指纹图象采集，指纹识别算法从两次采集的图象中最大限度提取指纹的特征数据以形成指纹模板。在指纹登录注册过程中，“图文显示内容”首先提醒用户将手指放到指纹采集窗口进行第一次指纹图象采集，采集成功后“图文显示内容”提醒用户将手指移开指纹采集窗口，然后“图文显示内容”再提醒用户进行第二次指纹图象采集。然后指纹识别模块采用指纹识别算法将提取的指纹特征数据形成指纹模板，寄存柜控制软件赋予该指纹模板一个与分配给该指纹用户寄存物品时使用的箱柜号一一对应的编号，并将该指纹模板存储到指纹识别模块的指纹模板库，同时开器该柜门并且通过“图文显示内容”提示显示该箱柜的柜号，并提醒用户寄存物品和关好柜门。用户按照提示在指定的柜内放好要存放的物品后关上柜门，就完成存放物品的任务。

右图为取包流程的图型文字用户界面显示内容。按下取包键，显示部分“图文显示内容”首先提醒用户将手指放到指纹采集窗口进行指纹验证的指纹图象采集，采集成功形成指纹模板后，“图文显示内容”系统进行指纹识别工作，如没有发现相匹配的指纹模板，“图文显示内容”提醒用户没有指纹和物品寄存的记录；如发现匹配的指纹模板，“图文显示内容”显示该箱柜的柜号同时通过电子锁驱动机构将该指纹模板对应的柜门开启，“图文显示内容”提醒用户取走寄存物品后关好柜门。

从图中可看出，显示器的上部为操作提示的图片或动画，它清楚的提示用户将要进行的操作如请验证指纹，或正在进行的操作如取包流程的指纹识别、以及操作的结果如存、取包操作的柜门开启提示等。显示器的下部为图片或动画的文字说明，它进一步对上面图形或动画进行清楚的说明帮助用户对操作提示或反馈的理解。

当然，显示内容下面的文字说明部分还可以是其它语种的文字说明，通管理员选择设定以便给不同国家或地区用户在使用时提供方便。

图3为指纹电容感应输入结构示意图。为了选择合适的指纹图象采集时机以获得高质量清晰的指纹图象。更好的解决办法是将第3按键在存取操作时作为指纹采集装置的输入感应确认键。如图所示，图中光学指纹采集装置(4)安装在操作面板(1)后，操作面板上开有其形状接近手指第一节所触压时形成指纹轮廓形状的采集窗口(2)，第三键感应电极(3)作为隐蔽的指纹采集输入感应确认键采用环行的金属薄膜结构，放置在面板(1)之后、光学指纹采集装置棱镜(5)玻璃表面前，第3键感应电极的指纹轮廓形状口略小于面板的指纹采集口。由于一般的光学指纹采集装置都有面积远大于手指面积的矩形表面，因此有足够的面积放置第3键感应电极。当用户手指压在棱镜玻璃表面时与环形感应电极(3)便可以形成良好的耦合从而使电容发生改变，这一信号输入到电容感应传感芯片进行处理。电容感应传感芯片的检测方法是系统包含一个基于微处理器控制的MOSFET晶体管电子开关，它将一个持续的时间很短的电脉冲施加到感应电极上并对它进行充电，然后开关打开，紧接着第二个电开关将电压转移释放到一个采样电容上，当采样电容上的电压达到一个预先设定的阈值时，这一转换动作就停止，一个或多个充电-转移周期后，达到这一电压所需的周期数(充电时间)随后被计算出来作为感应板上的电容的测量结果。当一根手指接近感应电电极时，可将电极的电容量有效地增加一点，传感器件能够通过精确而可靠地通过测量第3键感应电极(3)电容的微小变化从而感知到手指对指纹采集装置玻璃表面的触压。检测到指纹触压后，微处理机控制经过一个短暂延时(通常几十毫秒)后进行指纹图象的采集，从而获得高质量稳定的部分全反射指纹图象。由于用户看不到也感觉不到感应电极的存在，所以这一过程对用户而言是自动进行并且隐蔽的，是在不知不觉、自然而然的使用过程中被检测到并触发指纹图象采集这一操作。

由于第3键感应电极(3)对普通用户是隐蔽的，这一特点可使其在指纹寄存柜管理操作时被管理操作人员作为管理功能的选项确认键。这时检测到由于指纹触压而导致的输入后，微处理机作为普通的按键输入来处理。

图4为指纹注册流程示意图，现结合实施流程图进行说明。

正如前面所述指纹模板的形成是指纹识别的关键，本发明在指纹图象采集和模板生成过程中采用通过图文用户界面交互式的不断反馈采集和处理的的结果，使用户在系统的的反馈和指引下纠正指纹注册中的错误因素，形成高质量的用户指纹模板。

1、图文用户界面提示用户进行指纹图象采集，并进行指纹采集操作。

2、系统软件对指纹图象采集结果进行判断，如不成功就及时反馈给用户并提示进行重新采集。

3、直到指纹图象采集成功，系统进行指纹特征提取操作。

4、有许多因素会导致指纹特征提取操作失败，如指纹图像太干、太淡；指纹图像太湿、太糊以及残留指纹都会影响指纹特征提取操作。因此图文用户界面及时的反馈能使用户明白导致失败原因以便纠正错误重新采集和特征提取操作。

5、为了更多的提取指纹特征，一般的指纹模板生成需要两次指纹图象采集和特征提取，然后综合两次的指纹特征合并而形成指纹识别模板。因此在第一次指纹图象采集和特征提取成功之后还要进行第二次指纹图象采集和特征提取操作，和前次采集一样图文用户界面及时的反馈采集和特征提取的结果，引导用户完成第二次指纹图象采集和特征提取的任务。

6、第二次指纹图象采集和特征提取操作完成后，系统将两次提取的指纹特征合并形成指纹模板。

7、同样指纹模板的生成也有许多干扰因素，如用户错误的将两次指纹图象采集提供不同手指的指纹、用户长时间将手指按在指纹采集窗口而导致无效的第二次指纹采集等，因此需要通过图文用户界面提示用户模板失败的原因，从而引导用户重新进行指纹注册工作。

8、指纹模板的生成后系统将指纹模板存储到指纹识别模块的指纹库中，并赋予相应的编号，图文用户界面通知用户指纹模板编号对应的箱柜号而完成指导工作纹模式板的注册操作。

图5为普通管理操作授权及操作流程图，选择“说明文字语言选择”操作并结合附图予以说明。其实现的方法是：

1、用户存取使用界面，现场管理者采用与普通用户相同的取包操作按“取”按键。

2、寄存柜控制器此时并不知道是要进行管理操作，同正常取包操作一样提示操作者进行指纹验证，在采集到指纹形成并进行指纹模板后与所有保存在指纹识别模块的指纹库的指纹模板特征数据模板进行1∶N的搜索对比，如在指纹库中找到与之匹配的B管理指纹后就系统判断为该次操作并非普通的取包操作，而是现场管理员要进行的管理操作，于是自动引导系统进入到设备管理操作界面。

3、如在与指纹识别模块的指纹库的指纹模板特征数据模板进行1∶N的搜索对比后，在指纹库中找到了与之匹配的其他指纹，系统就判断该次操作为普通的取包操作，并按取包操作的流程显示柜号、开启柜门，然后删除该用户在指纹识别模块中的指纹模板。

4、如在与指纹识别模块的指纹库的指纹模板特征数据模板进行1∶N的搜索对比后，没有找到了与之匹配的其他指纹，则显示无匹配指纹因此没有权限进行任何操作而结束操作。

5、管理操作在系统进入设备管理界面后，人机接口采用图形化菜单结合文字说明的方式显示可进行的管理操作图标菜单选项，每一个管理操作选项由对应的一个选项值，如“时间设定”为1，“提示语言选择”2，“状态查询”为3等等。系统进入设备管理界面后会设定一个默认的“操作选项值”如设定为1——“时间设定”。

6、这时在日常存取操作界面的“存”、“取”按键功能在此时改变为管理功能的菜单选项引导键，按“存”和“取”按键可以周而复始的顺序的改变“操作选项值”，并同时改变被选中的并具有文字说明的管理功能图标。如默认的“操作选项值”如设定为1-“时间设定”，按“存”键将会使“操作选项值”改变为2——“提示语言选择”，同时“图文提示信息”会出现被选中的“提示语言文字选择”图标；默认的“操作选项值”为1时，按“取”键将会使“操作选项值”改变为3-“状态查询”，同时“图文提示信息”会出现被选中的“状态查询”图标。如此类推。

7、如菜单图标变换到管理员需要的被选中的“提示语言文字选择”图标时，管理员再用手指在指纹采集窗口按下就可选定该操作，此时的指纹采集窗口已不进行指纹采集，位于采集窗口后的隐蔽的电容感应输入已作为管理功能的选项确认键。

8、“提示语言文字选择”操作选项被确认后，管理菜单进入语言选项操作选项菜单，菜单显示列出的可选择语言，同样，每一个语言选项由对应的一个“语言选项值”，如“简体中文”为1，“英语”2，“繁体中文”为3，“日语”为4等等。按“存”“取”键可在不同的可选择的语言间顺序切换。假如目前设定为“简体中文”，“语言选项值”为1，管理员要将其改变为“日语”，管理员按3次“存”按键，“语言选项值”就顺序的由1到2再变到3，最后变成4-即“日语”。

9、当语言选项菜单图标达到所需的“日语”语言选项，管理用手指在指纹采集窗口按下就可以完成对该语言的选定。这样就完成了改变操作提示语言由“简体中文”到“日语”的语言设定变化操作。

10、完成相应的语言选定操作后系统会自动返回到上一级菜单或日常存取操作界面。其他的日常管理操作可如法炮制。

图6为高安全级管理操作组合授权流程图，具体实施选择“取钱币操作”这一需要更高安全级别授权的具体操作为例并结合附图予以说明。

与普通管理操作一样，系统由管理指纹引导系统进入操作管理界面，进入管理界面后按“存”和“取”按键顺序的改变选中管理功能图标，操作同上面描述的完全相同，不再重复叙述。这里仅就在选择了需要更高级别的安全授权的操作部分予以说明。在这些管理功能图标中包括需要更高安全级别授权的菜单选项图标，如“非常规开柜操作”、“费率设定操作”、“取钱币操作”等，假设管理者要取出当天的所有钱币，管理员选中“取钱币操作”，并在指纹采集窗口按下手指进行确认：

1、系统判断该操作是更高安全级别授权的操作，按照系统的设置，该操作需要具有“管理操作监督指纹”的管理监督者到场进行监督，以免在钱币数目清点是提供必要的帮助或监督。这时系统显示提示需要“C管理者”到场并进行“管理操作监督指纹”验证，同时指纹采集窗口恢复指纹采集功能并等待“C管理者”进行指纹的采集，“C管理者”确认同意监督该操作并在指纹采集窗口按下手指。

2、系统采集该指纹并进行与保存在指纹识别模块的指纹库中的“管理操作监督指纹”指纹模板特征数据模板进行1∶1的对比。

3、比对结果与之匹配就授权系统进入到该操作的下一个更高安全级别操作界面，现场管理操作员在管理操作监督者的监督下开启钱币柜柜门。系统记录下详细的操作日志，日志内容包括，取钱币的时间，所取出钱币的总数。

4、然后系统返回到日常存取操作界面。

5、如果和“管理操作监督指纹”不匹配则系统不能进入该操作的下一个更高安全级别操作界面，系统记录下详细的日志，日志内容包括，欲开启时间，欲冒充“C管理指纹”的指纹模板，以供事后安全审计。

图7为无付费单次存取模式流程图。其左侧是用户存包时的流程图：当用户需要存包时按下存包键，具有微处理器的控制板检查寄存柜是否还有空柜，其具体办法是微处理器系统非易失存储器如EEPROM或FLASH MEMORY内具有一个与箱柜数目一一对应的“箱柜状态数据表”，其作用是记录所有箱柜的状态，当箱柜被指定某用户使用后将该寄存器数据字节置位为“FF”，如没有被占用则复位为“00”，通过对所有寄存器数据字节进行搜寻比较就可以发现空闲的箱柜。如搜寻“箱柜状态数据表”没有发现空柜则通过“图文显示内容”提醒用户没有空闲的柜可使用，用户只有等待其他用户取走存放物品释放出空柜后才能进行物品存放；如有空闲的寄存柜，LCD液晶显示器“图文显示内容”提示用户进行指纹注册登录，将通过两次指纹图象采集形成正确的指纹模板赋予该指纹模板与欲分配给该用户使用的箱柜号一一对应关联的编号并存储到指纹模板存储空间，将该箱柜的“箱柜状态数据“设置为“占用”，并同时开启该柜门并且通过“图文显示内容”显示该箱柜的柜号，提醒用户寄存物品和关好柜门。

其右侧是用户取包时的流程图：取包时用户按下取包键，“图文显示内容”首先提醒用户将手指放到指纹采集窗口进行指纹验证指纹图象采集，采集成功形成指纹模板后，指纹识别模块对该指纹与指纹库的指纹模板特征数据模板进行1∶N的搜索对比，如没有发现相匹配的指纹模板，则通过“图文显示内容”提醒用户没有指纹和物品寄存的记录。如发现匹配的指纹模板，则通过电子锁驱动机构将该指纹模板相一一对应的柜门开启，“图文显示内容”显示该箱柜的柜号，并且从指纹库中删除对应的指纹模板记录，将该箱柜的状态记录数据设置为“空闲”，提醒用户取走寄存物品后关好柜门。

图8为付费单次存取模式流程图，该模式与上述无付费单次存取模式操作基本相同，其存包操作略有不同，取包模式完全相同。其存包模式的不同之处是，在有空闲箱柜的前提下，用户要进行存包操作的指纹注册前必须通过钱币处理单元支付系统支付设定的钱币数目。

图9为付费记时单次存取模式流程图。该模式与上述付费单次存取模式操作基本相同，其存包操作略有不同，取包模式完全相同。其存包模式的不同之处是在有空闲箱柜的前提下，用户对寄存的时间做选择，具体实现方法是：当用户按“存”包键微处理器的控制板检查寄存柜还有空柜后，“图文显示内容”显示默认的时间和币值，并提示用户可以通过按“存”键增加一个单元时间(如30分钟)，按“取”键一次减少一个单元时间的方法增加或减少寄存时间；当用户选定好寄存时间后，“图文显示内容”提醒用户通过钱币处理单元支付相应所需的钱币数目，然后进行指纹注册及存放操作。

图10为付费记时多次存取模式操作流程图，现结合附图予以说明。该模式与上述付费单次存取模式操作基本相同，其存包操作基本相同，取包模式略有不同。其存包模式的不同之处是允许用户在设定的时间内可以多次开柜取物，具体实现方法是；在存包操作时一旦指纹注册成功、箱柜开启就将该时刻的实时时钟数据写如到与箱柜一一对应的“箱柜状态数据表”，该数据在将箱柜设定占用的同时也作为记时的起始时间。当用户中途要取物时(如打羽毛球过程中查看手机是否有未接电话或信息)，用户按“取”键，系统入机界面“图文显示内容”提示用户进行指纹验证，如没有在指纹库中找到匹配指纹则显示用户无权限开启任何箱柜而结束；如找到匹配的指纹，系统将对应的“箱柜状态数据表”中的起始时间数据与目前的实时时钟进行对比判断是否在设定的时间之内，如超过设定时间，系统提示用户补足下一个单元时间的钱币后进行下一步操作，这时系统人机界面询问用户是中途取物后继续存放还是取包离开？如用户取物后继续存放就按“存”键，这时候，系统开启指纹模板对应的箱柜、提醒用户取物后关好柜门，并保留用户指纹模板和箱柜的“箱柜状态数据”的时间数据。如用户是准备取物离开就按“取”键，这时候系统开启指纹模板对应的箱柜门、提醒用户离开时关好柜门，这时系统删除对应指纹模板、将该箱柜的“箱柜状态数”的起始时间数据清零置为空闲，从而结束该次存包操作。在该模式下的设定时间内，用户可无限次的开启属于自己的箱柜，极大的方便用户的使用。

Claims (9)

1.一种指纹寄存柜人机接口装置，它由输入按键、显示部分、指纹输入与识别模块、钱币接收处理单元、实时时钟电路部分、微处理器、电子锁、电子锁驱动机构和电源组成，在该微处理器内设有控制数据处理、输入输出、电子锁驱动的程序和非易失存储器；在指纹输入与识别模块中设有指纹库，其特征是：由存、取按键和对普通用户隐蔽的第3按键与显示部分采用图形或动画，再配以相应文字说明的方式的显示内容构成的交互式人机接口引导操作者完成存取操作或寄存柜的管理操作；

所述的第3按键采用感应电极(3)作为隐蔽的指纹采集输入感应确认键，该感应电极(3)采用环行的金属薄膜结构，放置在操作面板(1)之后、光学指纹采集装置棱镜(5)玻璃表面前；在操作面板上开有其形状接近手指第一节所触压时形成指纹轮廓形状的采集窗口(2)，感应电极(3)的指纹轮廓形状口略小于面板的指纹采集口；当用户手指压在棱镜玻璃表面时与环形感应电极(3)便可以形成良好的耦合从而使电容发生改变，这一信号输入到电容感应传感芯片进行处理；当一根手指接近感应电极时，将感应电极的电容量有效地增加一点，电容感应传感芯片能够通过精确而可靠地通过测量感应电极(3)电容的微小变化从而感知到手指对指纹采集装置玻璃表面的触压，而后微处理器控制经过一个短暂延时后进行指纹图象的采集，从而获得高质量稳定的部分全反射指纹图象。

2.根据权利要求1所述的指纹寄存柜人机接口装置，其特征是：存、取按键具有多功能特性在存取操作时作为存、取按键，在指纹寄存柜管理操作时作为菜单功能选项引导键。

3.根据权利要求1所述的指纹寄存柜人机接口装置，其特征是：所述的按键至少第3按键采用电容感应输入方式，第3按键在存取操作时作为指纹采集装置的输入感应确认键，在寄存柜管理操作时作为管理功能选项输入确认键。

4.根据权利要求1所述的指纹寄存柜人机接口装置，其特征是：图形和文字组合的方式用户界面中的文字可以进行多种语言文字的选择。

5.根据权利要求1所述的指纹寄存柜人机接口装置，其特征是：采用电容感应输入方式在使用者接近指纹寄存柜时自动唤醒系统进入工作状态。

6.根据权利要求1所述的指纹寄存柜人机接口装置，其特征是：在指纹模板注册和指纹验证识别过程中，通过图形和文字组合用户界面引导使用者进行指纹的注册登录和验证，提醒用户注册和指纹验证失败原因并及时提出更正的办法。

7.一种根据权利要求1所述的指纹寄存柜人机接口装置的管理方法，其特征是：在所述的指纹库中设定具有三种“管理角色”的指纹，它们分别是简称为“A管理者指纹”的设备厂商管理者指纹、简称为“B管理者指纹”的现场管理操作指纹和简称为“C管理者指纹”的现场管理操作监督指纹，该A管理者指纹是设备生产厂商对设备进行维护操作人员的指纹，该指纹在如下的情况下行使管理权限：设备的售后服务，设备维修固件升级，以及进行B管理者指纹、C管理者指纹的登录与删除管理；

该B管理者指纹所代表的管理者操作者负责对寄存柜设备进行现场的日常的管理、维护操作；

该C管理者指纹代表的管理者负责在有高安全级别要求的管理操作时，对现场管理者对寄存柜设备进行管理操作进行监督；

上述三种“管理角色”的指纹根据不同的管理任务单独或通过组合完成设备的现场管理维护任务：在常规存取操作模式下由具有管理操作权限的管理指纹直接引导系统进入管理操作界面，简单的管理任务由单独的B管理者指纹授权执行；涉及到用户寄存财物安全、及其他需要更高安全的管理操作时则需要两个管理指纹通过组合授权才能进行操作；“取钱币操作操作”和“费率设定操作”需要A管理者指纹和B管理者指纹共同授权才能完成；“非常规开柜操作”需要B管理者指纹和C管理者指纹共同授权才能完成；

常规的日常管理操作任务，只需B管理指纹授权进行，这些常规的管理任务包括：说明文字语言设定、时间设定与校正、钱币总数查询、箱柜占用状态查询等日常管理；在用户存取使用界面，设备现场管理者采用与普通用户相同的取包操作步骤，寄存柜控制系统会自动引导系统进入到日常管理、维护操作界面；具体实现方法是，在正常取包操作采集到指纹并形成指纹模板后与所有保存在指纹识别模块指纹库的指纹模板进行1∶N的搜索对比时，在指纹库中找到与之匹配的B管理指纹后就自动引导系统进入到设备管理操作界面；进入设备管理界面后，人机接口采用图形化菜单结合文字说明的方式显示可进行的管理操作选项；这时在日常存取操作界面的“存”、“取”按键功能在此时改变为管理功能的菜单选项引导键，按“存”和“取”按键能够上下或左右顺序的改变选中的管理功能图标，变换到所需操作的功能图标时用手指在指纹采集窗口按下就选定该操作，此时的指纹采集窗口已不再进行指纹采集，其隐蔽在采集窗口后的电容感应输入已作为管理功能的选项确认键；选项被确认后，管理菜单进入语言选项，显示列出的可供选择语言，同样，按“存”“取”键在能够选择的语言间顺序切换，当达到所需的语言选项后，用手指在指纹采集窗口按下就可以完成对该语言的选定操作；完成相应的语言选定操作后系统会自动返回到上一级菜单或返回到日常存取操作界面；

需要更高安全的管理操作，系统进入操作管理界面后按“存”和“取”按键顺序的改变选中管理功能图标，在这些管理功能图标中包括需要更高安全级别授权的菜单选项图标：“非常规开柜操作”、“费率设定操作”、“取钱币操作”，假设管理者要取出当天的所有钱币，管理员在显示选中的“取钱币操作”管理功能图标后，在指纹采集窗口按下手指进行选项确认，系统判断该操作是更高安全级别授权的操作，该操作需要具有C管理指纹的管理监督者到场进行监督，这时指纹采集窗口恢复指纹采集功能，管理操作监督者在指纹采集窗口按下手指时，系统采集指纹图象并与保存在指纹识别模块的指纹库内的C管理指纹的指纹模板进行1∶1的对比，结果与之匹配就允许进行该项更高安全级别操作，并在监督者的监督下开启钱币柜柜门完成“取钱币操作”；如果比对结果不匹配，则系统不能进行该项高安全级别操作。

8.根据权利要求7所述的指纹寄存柜人机接口装置的管理方法，其特征是：所有操作均保存一定时间内的操作的日志记录供安全和财务审计查询。

9.根据权利要求7所述的指纹寄存柜人机接口装置的管理方法，其特征是：通过管理设定在无付费单次存取模式、付费单次存取模式、付费记时单次存取和付费记时多次存取模式多种模式下工作，其中付费记时单次存取模式允许用户选定需要寄存的时间；其中付费记时多次存取模式允许用户在设定的有效时间内多次开启柜门。

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