CN102201917B

CN102201917B - 一种可用于atm机的身份认证方法及装置

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Publication number: CN102201917B
Application number: CN201110088593.8A
Authority: CN
Inventors: 李忠海
Original assignee: Shenyang Aerospace University
Current assignee: Shenyang Aerospace University
Priority date: 2011-04-10
Filing date: 2011-04-10
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2031-04-10
Also published as: CN102201917A

Abstract

一种可用于ATM机的身份认证方法及装置，以DM642为中心，图像采集模块、图像显示模块、网络通信模块、串口通信模块、系统存储模块、硬盘读写模块分别通过端口video port 0、video port 2、EMAC、McBSP1、EMIFA、EMIFB与DM642相连。模式选择模块与网络通信模块和FPGA控制模相连接来控制对服务器和本地硬盘的访问。电源管理模块为各个模块提供所需电压。以上各模块构成一个以DM642为中心的配置有标准接口的集成电路板。本发明利用TI公司的数字信号处理芯片TMS320DM642为中心，结合网络技术和一定的数据库技术，开发出一种可以基于网络运行，也可以独立运行，可以应用于ATM机，也可应用于其他身份认证领域的嵌入式身份认证装置。

Description

一种可用于ATM机的身份认证方法及装置

技术领域:本发明专利涉及图像处理、生物特征识别和电子信息领域，是一种通过对客户的人脸图像信息的拍摄、处理、识别来判定客户身份是否合法，可以用在银行的自动取款机、门禁系统和其他一些安全性较高的场所。

背景技术:用户身份的识别和验证一直是安防系统的重要研究问题。传统的方法如账号，密码、IC卡、磁卡等在网络日益发展的今天，已经无法满足安全的需要。生物特征识别技术为这些问题的解决提供了一定的途径。生物特征身份认证识别技术是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术，能有效地增强系统的安全性能。人脸识别技术是生物特征识别技术的一种，具有安全可靠、特征唯一、不易伪造、不可窃取等优点，是身份认证技术的研究热点。

人脸识别在现实生活中的应用实例不多，特别是在金融领域中的一些身份认证中并不多见。中国专利号：200910054553.4提出一种包含与ATM主机相连的摄像单元、面部数据提取单元、比对认证单元的ATM机用户的身份认证装置，该装置与ATM主机结合一体，安装复杂，使用不方便。中国专利号：200810171797.6提出一种基于服务器—客户机的视频身份认证系统及装置，由于是将采集到的视频传输到服务器上进行身份认证，这种方式增加了服务器和通信负担。中国专利号：200820080791.3提出一种红外人脸识别和指纹识别的双重身份认证设备，其主要是先通过人脸识别然后再进行指纹识别，识别方法复杂，速度不符合要求。综上所述，人脸识别技术在ATM机上已经有所应用，但缺少一种使用范围广、安装携带方便、产品识别能力强的人脸识别认证装置。

发明内容：为了弥补上述技术的不足和提高身份自动认证技术的准确性和安全性，本发明利用TI公司的数字信号处理芯片TMS320DM642（以下简称DM642）为中心，开发出一种有本地、网络、自动和数据库建立四种运行模式的人脸识别身份认证装置，以及一种基于该装置的人脸识别的身份认证方法，该装置不仅可以应用于ATM机，还也可应用于其他身份认证领域。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可用于ATM机的身份认证装置，以DM642为中心，图像采集模块、图像显示模块、网络通信模块、串口通信模块、系统存储模块、硬盘读写模块分别通过端口video port0、video port2、EMAC、McBSP1、EMIFA、EMIFB与DM642相连。模式选择模块与网络通信模块和FPGA控制模块相连接来控制对服务器和本地硬盘的访问。电源管理模块为各个模块提供所需电压。以上各模块构成一个以DM642为中心的配置有标准接口的集成电路板。

模式选择模块的设计主要是通过2-4译码器读取2位拨码开关的输入电平并译码，译码器的4个译码输出信号分别代表本地模式、网络模式、自动模式和数据库建立模式。将代表本地模式、自动模式和数据库建立模式的译码信号通过或门操作再与DM642使能FPGA控制器信号相与后接到FPGA在使能端，以此来实现在上述三种模式任一模式下且DM642使能FPGA控制器的情况下，FPGA控制器都能读写硬盘。同样道理，网络模块也是这样受到模式选择模块的控制的。

一种可用于ATM机的身份认证方法，以上述的ATM机身份认证装置为基础，在连接本地人脸数据库或网络数据库的情况下，系统首先读取HPI口低四位状态即模式选择开关经译码后的输出状态，根据译码器的输出状态判定当前系统所处的模式。人脸识别身份的方法主要通过以下步骤实现：

步骤1：获取ID卡号

系统空闲时处于等待获取ATM主机传送的ID卡号的状态。当获取ID卡号后，DM642会根据当前模式，将ID卡号发送给FPGA控制器或服务器：本地模式和自动模式下发给FPGA控制器，网络模式下，通过网络模块发送给服务器。

步骤2：获取模版特征数据

在步骤1FPGA控制器或服务器已获取ID卡号的基础上，FPGA控制器和服务器均会根据ID卡号在硬盘或服务器上搜索相应的模版特征数据，找到相应的模版特征数据后将数据传送给DM642。当在自动工作模式下，ID卡号会首先被FPGA控制器获取，当在本地数据库上找不到相应数据时，DM642会将ID卡号发给服务器，从网络数据库中继续检索相应数据。无论哪种模式，当找不到相应数据时，均会通知DM642，DM642会通知ATM主机结束本次身份认证，系统进入等待获取ID卡号的空闲状态。

步骤3：获取合格的人脸图像

启动人脸自动检测程序，在摄像机视野内检测是否有人脸图像出现。如果没有人脸图像，会在显示器上提示客户输入人脸信息；如果有人脸图像，则检测人脸姿势是否符合要求，若不符合要求，会在显示器上提示客户调整姿势，直到获取合格的人脸图像信息为止。

步骤4：提取人脸特征数据

对步骤3获取的合格人脸图像进行的特征提取主要通过以下处理过程：去除背景、中值滤波、二值化、对比度增强、多尺度几何分解（Curvelet变换）。经过多尺度几何分解变换后，得到一组图像在不同尺度下的特征数据。

步骤5：对比特征数据的差异

在步骤2获取模版特征数据的基础上，DM642会计算同一尺度下对应的人脸特征数据与模版特征数据之间差的欧氏距离，并将各尺度下的欧氏距离值求方差。

步骤6：判定并返回认证结果

将步骤5求得的方差值与人为设定的阈值比较大小。当该方差值大于阈值时，判定采集的人脸图像和模版图像不是同一人，否则，认为采集的人脸图像和模版图像是同一人。DM642将识别结果反馈给ATM主机，此次身份认证结束，系统进入等待获取ID卡号的状态。

本发明利用TI公司的数字信号处理芯片TMS320DM642为中心，结合网络技术和一定的数据库技术，开发出一种可以基于网络运行，也可以独立运行，可以应用于ATM机，也可应用于其他身份认证领域的嵌入式身份认证装置。该装置通过嵌入以多尺度几何为主的图像处理算法和以欧氏距离为的匹配准则，可以达到通过人脸图像判定身份合法性的效果。

附图说明：

图1系统硬件电路组成框图。

图2模式选择模块电路图。

图3身份认证方法流程图。

具体实施方式：

如图1所示，一种可用于ATM机的身份认证装置，以DM642为中心，图像采集模块、图像显示模块、网络通信模块、串口通信模块、系统存储模块、硬盘读写模块分别通过端口video port0、video port2、EMAC、McBSP1、EMIF、EMIF（CE2空间）与DM642相连。模式选择模块使能网络通信模块、FPGA控制模块。电源管理模块为各个模块提供所需电压。上述各模块构成一个留有标准接口的集成电路板，如图1中实线内的部分所示。

下面是对每个模块具体实现的详细介绍：

图像采集模块包括依次连接的摄像机、BNC接口、滤波电路、视频解码器TVP5150，最后接入DM642的video port0端口。其中的滤波电路是常用的滤波电路。图像显示模块包括依次连接的DM642的video port2端口、视频编码芯片SAA7121、显示器的VGA接口、液晶显示器。网络通信模块包括依次连接的DM642的EMAC端口、以太网自适应收发器LXT971、电磁隔离器件YL18-2050S、RJ-45接口和服务器，并且LXT971的使能端受到模式选择模块的输出信号控制。串口通信模块包括依次连接的DM642的McBSP1端口、电平转换芯片MAX232、串口和ATM主机。电源管理模块包括依次连接的5V电源、电源接口、线性稳压芯片TPS54310，为系统提供所需的3.3v与1.4v电压。

系统存储模块包括与DM642的EMIF接口分别相连的SDRAM、FLASH，EMIF接口在内存中的地址映射分为4个可独立寻址的空间CE[3：0]，可以对这4个寻址空间进行配置，其中，CE0空间配置成32位宽度，只用于SDRAM内存的映射；CE1空间配置成8位宽度，用于Flash的映射；CE2空间配置成16位宽度，用于FPGA控制器从硬盘的读写数据的通道。

硬盘读写模块包括依次连接的DM642的CE2空间的16位数据总线、FPGA控制器、IDE接口和硬盘。该模块接收模式选择模块的硬盘读写使能信号，该使能信号控制着FPGA控制器的工作。当FPGA控制器被使能时，DM642可以和硬盘交换数据

如图2所示：模式选择模块的状态输入电路是由5v电源（图中1所代表的）与2位拨码开关（图中2所代表的）相连后经电阻接地，在拨码开关与电阻相连处分别引出一条线与2-4译码器的输入端S1、S2相连，同时5v电源与2-4译码器的使能端EN直接相连使2-4译码器处于始终工作在状态。2-4译码器的输出端1、2、3经三端输入或门电路相或后与DM642的使能FPGA控制器信号相与，最后将逻辑与门电路的输出与FPGA控制器的使能端EN相连。2-4译码器的输出端3、4经二端输入或门电路相或后的信号与DM642的使能LXT971信号相与，并将相与后的信号与LXT971的使能端EN相连。根据S1和S2的电平高低该装置有四种模式：自动模式、本地模式、网络模式、数据库建立模式。当S1、S2都为ON（打开）时处于数据库建立模式；当S1、S2分别处于OF（闭合）、ON时，处于本地模式；当S1、S2分别处于ON、OF时，处于自动模式；当S1、S2都处于OF时，处于网络模式。其中数据库建立模式为非工作模式，其余三种模式为工作模式。

如图3所示，一种可用于ATM机的身份认证方法是基于上述装置，通过以下步骤实现的：

1、给该发明装置接通5V电源，DSP系统初始化，之后检测开关S1、S2的状态，选择相应的工作模式。

2、系统处于等待获取ID卡号的状态。在此过程中系统会不断检测是否接收到主机传输的ID卡号，如果没有接收到（图3中用“N”表示“否”），则系统继续处于等待状态；若已经接收到（图3中用“Y”表示“是”），则进入下一步处理。

3、根据ID卡号和相应的工作模式，搜索模板数据。系统若工作在本地模式，则在本地硬盘上搜索模板数据；若只工作在网络模式下，则将ID号发送给服务器，由服务器自行搜索相应的模板数据；若处于自动工作模式，本地硬盘会首先搜索，如果没有找到，会继续在服务器上搜索模板数据。无论哪种工作模式下，在没有找到相应的模板数据时，都会告知ATM机没有相应的模板数据，并结束本次认证进入等待获取ID卡号的状态。若找到模板数据会将其暂时存放在SDRAM中。

4、检测人脸，并获取合格的人脸图像。通过人脸检测程序检测定位人脸，并且在人脸的姿势不正确或有遮挡时，该装置会在现实器上给出相应的提示信息。若输入的人脸图像符合要求，则获取相应的人脸图像。

5、对上一步采集到的人脸信息进行特征提取。特征提取主要经过去除背景、中值滤波、二值化、对比度增强、多尺度几何分解（Curvelet变换）。最终得到多尺度几何分解的特征数据。

6、将特征数据和模板数据对比。在同一尺度下，求取第3步得到的模板数据（也是由多尺度几何分解而得到数据）与第5步得到的特征数据之间的欧式距离，并将各尺度下的欧式距离求取方差。

7、判定并返回认证结果。将第6步得到的方差与人为设定的阈值相比较，若大于阈值，则认为不是同一人，否则认为是同一人，将认证结果返回给ATM主机。

8、查询是否退出身份认证程序。查询是否有退出认证程序的命令，有则退出认证程序，否则返回等待获取ID卡号状态，继续进行身份认证。

Claims

1.一种可用于ATM机的身份认证方法，采用的身份认证装置是以DM642为中心，图像采集模块、图像显示模块、网络通信模块、串口通信模块、系统存储模块、硬盘读写模块分别通过端口video port0、video port2、EMAC、McBSP1、EMIFA、EMIFB与DM642相连；模式选择模块与网络通信模块和FPGA控制模块相连接来控制对服务器和本地硬盘的访问；电源管理模块为各个模块提供所需电压；采用上述的ATM机身份认证装置，在连接本地人脸数据库或网络数据库的情况下，系统首先读取HPI口低四位状态即模式选择开关经译码后的输出状态，根据译码器的输出状态判定当前系统所处的模式其具体步骤为：

步骤1：获取ID卡号

系统空闲时处于等待获取ATM主机传送的ID卡号的状态，当获取ID卡号后，DM642会根据当前模式，将ID卡号发送给FPGA控制器或服务器：本地模式和自动模式下发给FPGA控制器，网络模式下，通过网络模块发送给服务器；

步骤2：获取模版特征数据

在步骤1FPGA控制器或服务器已获取ID卡号的基础上，FPGA控制器和服务器均会根据ID卡号在硬盘或服务器上搜索相应的模版特征数据，找到相应的模版特征数据后将数据传送给DM642，当在自动工作模式下，ID卡号会首先被FPGA控制器获取，当在本地数据库上找不到相应数据时，DM642会将ID卡号发给服务器，从网络数据库中继续检索相应数据，无论哪种模式，当找不到相应数据时，均会通知DM642，DM642会通知ATM主机结束本次身份认证，系统进入等待获取ID卡号的空闲状态；

步骤3：获取合格的人脸图像

启动人脸自动检测程序，在摄像机视野内检测是否有人脸图像出现，如果没有人脸图像，会在显示器上提示客户输入人脸信息，如果有人脸图像，则检测人脸姿势是否符合要求，若不符合要求，会在显示器上提示客户调整姿势，直到获取合格的人脸图像信息为止；

步骤4：提取人脸特征数据

对步骤3获取的合格人脸图像进行的特征提取主要通过以下处理过程：去除背景、中值滤波、二值化、对比度增强、多尺度几何分解，经过多尺度几何分解变换后，得到一组图像在不同尺度下的特征数据；

步骤5：对比特征数据的差异

在步骤2获取模版特征数据的基础上，DM642会计算同一尺度下对应的人脸特征数据与模版特征数据之间差的欧氏距离，并将各尺度下的欧氏距离值求方差；

步骤6：判定并返回认证结果

将步骤5求得的方差值与人为设定的阈值比较大小，当该方差值大于阈值时，判定采集的人脸图像和模版图像不是同一人，否则，认为采集的人脸图像和模版图像是同一人，DM642将识别结果反馈给ATM主机，此次身份认证结束，系统进入等待获取ID卡号的状态。

2.如权利要求1所述的一种可用于ATM机的身份认证方法，其特征在于：图像采集模块包括依次连接的摄像机、BNC接口、滤波电路、视频解码器TVP5150，最后接入DM642的video port0端口。

3.如权利要求1所述的一种可用于ATM机的身份认证方法，其特征在于：图像显示模块包括依次连接的DM642的video port2端口、视频编码芯片SAA7121、显示器的VGA接口、液晶显示器。

4.如权利要求1所述的一种可用于ATM机的身份认证方法，其特征在于：网络通信模块包括依次连接的DM642的EMAC端口、以太网自适应收发器LXT971、电磁隔离器件YL18-2050S、RJ-45接口和服务器，并且LXT971的使能端受到模式选择模块的输出信号控制。

5.如权利要求1所述的一种可用于ATM机的身份认证方法，其特征在于：串口通信模块包括依次连接的DM642的McBSP1端口、电平转换芯片MAX232、串口和ATM主机。

6.如权利要求1所述的一种可用于ATM机的身份认证方法，其特征在于：电源管理模块包括依次连接的5V电源、电源接口、线性稳压芯片TPS54310，为系统提供所需的3.3v与1.4v电压。

7.如权利要求1所述的一种可用于ATM机的身份认证方法，其特征在于：系统存储模块包括与DM642的EMIF接口分别相连的SDRAM、FLASH，EMIF接口在内存中的地址映射分为4个可独立寻址的空间CE[3：0]，可以对这4个寻址空间进行配置，其中，CE0空间配置成32位宽度，只用于SDRAM内存的映射；CE1空间配置成8位宽度，用于Flash的映射；CE2空间配置成16位宽度，用于FPGA控制器从硬盘的读写数据的通道。

8.如权利要求1所述的一种可用于ATM机的身份认证方法，其特征在于：硬盘读写模块包括依次连接的DM642的CE2空间的16位数据总线、FPGA控制器、IDE接口和硬盘。