CN102063740A - 基于手掌静脉网络特征认证的实名制火车票检票系统 - Google Patents

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程冰冰
王升辉
李志超
丁晓明
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Beijing Jiaotong University
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Beijing Jiaotong University
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Abstract

本发明提供了一种基于手掌静脉网络特征认证的实名制火车票检票系统。在AM开发平台上，集成了手掌静脉网络特征采集器和二维条码扫描枪。系统通过静脉网络特征采集提取、特征数据压缩加密处理，并分为身份特征的注册与认证两个不同过程的处理，将手掌静脉生物特征与二维条码有机结合，在确保用户信息安全的基础上，解决了实名制火车票检票实时性问题。

Description

基于手掌静脉网络特征认证的实名制火车票检票系统
技术领域
本发明属于信息安全技术领域，尤其涉及一种基于手掌静脉网络特征认证的实名制火车票检票系统。
背景技术
随着时代的发展，人们对于自己的信息安全越来越重视，对于个人信息保护的需求也越来越迫切。当前我国基本国情是人口众多，在乘坐火车等交通工具时本身就存在买票卖票难等问题，而黄牛党的存在，非法贩卖车票等现象无异于雪上加霜。为此，铁道部出台了一系列政策，其中最关键的就是实名制火车票制度。但这种实名制火车票主要存在以下几个关键问题：
1.将旅客的姓名和身份证号码打印在了票面上，造成了个人信息的泄露，信息安全受到了很大威胁；
2.在买票和检票时有效证件繁多，或是身份证件丢失，都会造成时间的浪费，在人流量很大的情况下会给人们带来很多的不便；
3.现有实名制火车票会增加售票的信息录入时间和验票的信息核对时间，降低工作效率，影响人流疏散，加剧人群滞留，容易形成挤压伤人事件隐患；
4.如果实名制要求旅客登记的内容只是姓名、性别、年龄、证件号码，那么就很有可能造成假证件的泛滥和证件出租成风，而且还不能杜绝票贩子的倒票渺票行为。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于手掌静脉网络特征认证的实名制火车票检票系统。
本发明的技术方案包括如下步骤：
手掌静脉采集模块获得手掌静脉图像；
利用中值滤波算法对采集到的图像进行预处理；
利用手掌静脉网络提取算法对预处理后的图像进行处理，得到二值化的纯手掌静脉网络图像；
利用特征提取算法提取出手掌静脉特征，保存至预先设定的数组中；
得到手掌静脉特征后，对提取的静脉网络特征进行置乱，设定算法密钥，将密文进行无损数据压缩，系统进一步添加用户身份信息，得到二维条码信息，将所述信息送至PDF147码生成程序生成二维条码，完成注册功能；
利用扫描设备读出二维条码，对所述信息进行上述过程的逆处理得到与二维条码对应的静脉特征信息，与检票时提取的静脉特征一起送至比对算法，完成认证功能。
所述手掌静脉采集模块为近红外手掌静脉采集器。
所述采集器的照明系统位于采集器的底部，为红外LED阵列。
所述采集器上表面刻有5道手指形状的凹槽。
所述采集器采用密封结构设计。
所述采集器的成像系统利用可调节曝光量的摄像头，摄像头输出为8位二进制直接输出，使用DSP的IO口直接读写。
本发明所提供系统的软件核心是手掌静脉网络特征提取和认证算法，由手掌静脉图像采集部分、手掌静脉网络提取部分、加解密部分、压缩解压缩部分、打印堆叠式二维码PDF417码部分和认证部分等六部分组成。
本发明将生物认证技术及二维码技术结合在一起，用以解决现有实名制火车票实行过程中存在的实时性不高和信息泄漏的问题，将用户的身份认证信息(手掌静脉网络特征)加密后嵌入到符合国标的二维条码中，然后打印到火车票上，检票时通过扫描二维条码得到特征信息与当场采集的用户手掌静脉网络特征对比认证。这样在售票时无需录入身份证号等信息，检票时亦无需出示任何身份证件，从而在确保检票实时性的基础上，保证了用户信息的安全。
附图说明
下面结合附图对本发明作详细说明：
图1为系统框图；
图2为制票过程图；
图3为检票过程图；
图4为系统软件流程图；
图5为静脉特征处理流程图。
具体实施方式
本发明的系统框图如图1所示，其中虚线框内各个模块均在嵌入式开发平台上实现。硬件核心为嵌入式开发平台如AM开发平台的工业级处理器芯片。硬件总体上分为三大部分：采集部分、平台部分和扫描部分。采集部分采用自行设计的手掌静脉网络特征采集器，通过功能扩展板与开发板相连，完成对手掌静脉网络特征的采集；扫描部分采用市场上比较主流的扫描枪，通过RS232串口与开发板相连，通过扫描注册得到的堆叠式二维码PDF417码获得验证信息；对于嵌入式开发平台部分，利用现有一般开发板的硬件资源，在开发板上集成采集模块和扫描模块，利用开发板上的CPU的系统资源，一方面对采集到的手掌静脉网络进行一系列快速处理，最终将其特征嵌入到二维条码中，完成注册(此过程可利用PC机完成)，如图2所示；另一方面对扫描枪获得的数据进行一系列快速处理，将其与现场采集的手掌静脉网络特征对比，完成认证(检票)，如图3所示。
本发明提供的系统最小基于AM处理器就可实现，只需一个RS232串口接扫描枪，一个视频输入口接摄像头模拟输入模块和一个VGA接口连接显示屏，利用一般平台都会自带的蜂鸣器发出提示音来判断是否认证成功。
硬件部分中手掌静脉采集器与扫描枪取得的数据是认证比对信息的来源，而显示屏则能实时地显示手掌静脉采集的图片，可以将人的手掌静脉网络直观地展现在眼前。
手掌静脉采集器利用红外光透射、摄像头采集的原理，红外灯的波长约为850nm，设计红外灯控制电路，控制光强，利用红外照射手掌，静脉血细胞吸收红外线，形成灰度差，从而得到血管的网络分布，进而提取出手掌静脉网络信息，利用功能扩展板将摄像头输入的模拟信号转化成数字信号并送入嵌入式开发板进行处理。功能扩展板能够检测NTSC/PAL/SECAM 4*10位等格式的视频，支持对RGB和YCbCr信号进行A/D转换。此外，可利用嵌入式开发板上的VGA模块实时地将采集的图像显示在VGA显示屏。
扫描枪接到嵌入式开发平台的RS232串口接口。通过扫描票面上的二维条码，可以还原出原来的静脉网络特征系数，与通过手掌静脉采集器获取的手掌静脉特征进行匹配认证，达到了本系统的检票认证目的，如图3所示。
系统流程如附图4所示，总体而言，可将软件系统分为采集模块、手掌静脉特征提取模块、静脉特征信息处理模块和认证模块。手掌静脉的采集使用低成本的NTSC制式的摄像头，基于V4L2协议标准，通过mmap映射方法，分别为capture和display建立内存映射。数据流采用帧缓冲机制，将capture缓冲区的数据拷贝到display缓冲区，实现CRT实时观察图像采集效果。为了使捕获到符合要求的手掌静脉图像，系统设计了裁切图像和提取Y分量操作。裁切图像从原始720*480的图像中裁切出居中的380*480的图像区域，提取Y分量操作是将采样格式为4:2:2的YCbCr中提取需要的Y分量，舍弃色度分量Cb和Cr。
得到手掌静脉特征后，系统做一系列的数据处理，如图5所示。先对提取的静脉网络特征进行置乱，设定算法密钥k，k为待加密静脉网络特征矩阵的长度，将密文进行无损数据压缩，系统再添加用户身份信息，得到需要的二维条码信息，将此信息送至PDF147码生成程序就可生成二维条码，完成注册功能。利用扫描枪读出二维条码，对该信息进行上述过程的逆处理就可得到与二维条码对应的静脉特征信息，与检票时提取的静脉特征一起送至比对算法，完成认证功能。
其中设计的PDF417码生成程序得到的堆叠式二维码PDF417码与普通二维条码不同之处如表1所示。
表1 二维条码区别表
Figure BSA00000348285000051
认证模块主要运用了归一化相关思想。当拿到上一模块得到的两块数据后，从扫描枪得到的数据当中截取一个小窗，然后让这个小窗在现场采集的手掌静脉特征数据上逐点滑动，并作归一化相关，连续3次，分别取每次的最大归一化系数，得到其相应的坐标，若三个坐标间满足线性关系，就判定认证成功，利用认证算法使蜂鸣器响一声；否则，认证不成功，蜂鸣器长响。
本发明提供系统的使用方法包括以下步骤：
1.将手掌放在采集器上，在显示终端会看到清晰地手掌静脉图像；
2.在控制终端输入指令利用系统算法将手掌静脉图像截取并进行处理，得到个体手掌静脉特征；
3.使用注册软件将手掌静脉特征嵌入到符合国标的PDF417码打印于车票上；
4.检票时，乘客将手掌放在采集器上，检票员使用扫描枪扫描车票二维条码，会得到检票通过，或是检票失败的提示音。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于手掌静脉网络特征认证的实名制火车票检票系统，其特征在于，
手掌静脉采集模块获得手掌静脉图像；
利用中值滤波算法对采集到的图像进行预处理；
利用手掌静脉网络提取算法对预处理后的图像进行处理，得到二值化的纯手掌静脉网络图像；
利用特征提取算法提取出手掌静脉特征，保存至预先设定的数组中；
得到手掌静脉特征后，对提取的静脉网络特征进行置乱，设定算法密钥，将密文进行无损数据压缩，系统进一步添加用户身份信息，得到二维条码信息，将所述信息送至PDF147码生成程序生成二维条码，完成注册功能；
利用扫描设备读出二维条码，对所述信息进行上述过程的逆处理得到与二维条码对应的静脉特征信息，与检票时提取的静脉特征一起送至比对算法，完成认证功能。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手掌静脉采集模块为近红外手掌静脉采集器。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集器的照明系统位于采集器的底部，为红外LED阵列。
4.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述采集器上表面刻有5道手指形状的凹槽。
5.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述采集器采用密封结构设计。
6.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述采集器的成像系统利用可调节曝光量的摄像头，摄像头输出为8位二进制直接输出，使用DSP的IO口直接读写。
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