CN103336800B - 基于行为分析的指纹存储比对的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于行为分析的指纹存储比对的方法，涉及指纹比对领域，该方法为：基于用户的行为特征对指纹库中的每个指纹模板加上时间频度标签和空间位置标签，将指纹模板根据时间频度和空间位置进行分级，将比对过程分为本地比对、网络比对和服务器比对三个级别，对应最常用的本地指纹库、常用的网络指纹库以不常用的服务器指纹库，每一次比对过程先发生在本地指纹库，本地比对成功即获得结果；如果本地比对失败，则进行网络比对，使用某一个地区范围的指纹库进行分布式比对，成功即获得结果；如果网络比对失败，则进行服务器比对，使用服务器存储的不常用指纹库进行比对。本发明能有效缩小比对范围，缩短比对时间，提高比对效率。
Description
技术领域
本发明涉及指纹比对领域，特别是涉及一种基于行为分析的指纹存储比对的方法。
背景技术
生物认证技术是利用人体生物特征来确定个人身份的技术，可以广泛应用于刑侦、安全、银行等领域。目前应用中，指纹识别和DNA识别技术较为成熟，其中指纹因易于采集、特征容易比较等特点，成为最常使用的人体生物特征，指纹识别也迅速占领了大部分的生物识别技术市场。指纹比对作为一种生物识别技术，在很多领域都得到了广泛的应用。判断指纹是否合法，需要通过指纹比对算法将待比对指纹特征值与比对指纹特征值进行比较，当两枚指纹的相似度大于阈值的时候，即判定该指纹合法。在存储指纹数据的时候，对于简单的应用，存储特征值即可，但安全级别要求较高的场合需要存储指纹的原始图片。在小规模的应用中，指纹特征值的比对以及原始指纹图片的存储可以轻松满足需求。
但是，随着指纹用户量的增加，指纹库逐渐增大，在大规模的指纹存储与比对应用中，尤其是当指纹库达到万级，甚至百万级时，要从N个指纹模板中找出当前需要认证的指纹，N为大于1的自然数，指纹的1：N比对就会对设备、算法、时间提出非常高的要求。为了缩短指纹比对时间，传统的方式是：给指纹绑定一个编码，在进行指纹比对时，先进行编码的比对，找到编码对应的指纹之后再进行比对，从而将1：N的比对转化为1:1的比对，或者采用集群式大型计算机来进行比对，这些虽然能够在一定程度上缩短指纹比对的时间，但并没有从根本上解决问题，对于多用户同时进行大规模比对时，依然无法较好应对。当指纹用户输出一个指纹时，传统的方式需要将指纹提交给大型的后台指纹数据库，依据数据库的形态，可能采用集中式比对或者分布式比对，这样使得每次比对都必须采用1：N的方式进行，当N较大时，效率非常低，耗时较长。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于行为分析的指纹存储比对的方法，能够有效缩小指纹的比对范围，缩短指纹的比对时间，提高指纹的比对效率。
本发明提供的基于行为分析的指纹存储比对的方法，包括以下步骤：存储指纹的服务器基于用户的行为特征，对指纹库中的每个指纹模板加上时间频度标签和空间位置标签，将指纹模板根据时间频度和空间位置进行不同的分级，将每次比对过程分解为本地比对、网络比对和服务器比对三个级别，分别对应最常用的本地指纹库、常用的网络指纹库以及不常用的服务器指纹库，每一次比对过程最先发生在本地指纹库，进行本地比对，如果本地比对成功，则获得结果；如果本地比对失败，则进行网络比对，使用某一个地区范围的指纹库进行分布式网络比对，如果网络比对成功，则获得结果；如果网络比对失败，则进行服务器比对，使用服务器存储的不常用指纹库进行比对，如果服务器比对成功，则返回结果，如果服务器比对失败，则返回比对失败信息。
在上述技术方案的基础上，所述指纹模板的时间频度标签也叫使用频度标签，指纹库中的每个指纹，对应一个使用频度标签，用于标明该指纹的使用情况，使用频度分为四级，使用频度最高的为A级，最近三个月使用过的为B级，最近一年使用过的为C级，使用频度最低的为D级，指纹模板存储在多个库中，在全部指纹库备份中标记其存储位置，将使用者的指纹存放在其使用频度最高的本地节点，其周围的本地节点与该本地节点一起构成网络指纹库。
在上述技术方案的基础上，所述指纹库的存储结构分为两层，包括服务器存储和本地节点存储，使用频度为A、B级的指纹模板存储在本地，使用频度为C、D级的指纹模板存储在服务器端，所有的本地指纹库通过网络联系在一起，组成网络指纹库；同时，所有的指纹库都在服务器端保存一个副本，该副本为指纹库备份之用，当某一个本地节点损坏产生数据丢失时，用于对该本地节点的数据进行恢复；当服务器端损坏时，服务器将通过网络从各个本地指纹库进行数据恢复。
在上述技术方案的基础上，所述指纹的比对流程如下：当指纹用户在系统中某一个本地节点输出待对比指纹后，系统将优先执行本地指纹库比对，如果本地比对成功，则直接获得比对成功的结果；如果本地比对失败，则该本地节点将待比对指纹发往服务器，由服务器转发给其管理的其他本地节点，每个本地节点采用各自的本地指纹库进行网络比对，并返回网络比对结果，如果网络比对成功，系统返回比对成功的结果；如果网络比对失败，服务器调用服务器内部的不常用指纹库进行服务器比对，如果服务器比对成功，系统返回比对成功的结果；如果服务器比对失败，则系统返回比对失败的结果。
在上述技术方案的基础上，所述本地指纹库比对成功后，本地节点将本地指纹库中的使用频度更新，更新使用频度后，本地指纹库中如果没有出现使用频度为C、D级的指纹模板，则保持当前指纹库状态；如果出现使用频度为C、D级的指纹模板，则将该模板发往服务器中的不常用指纹库进行存储，并将其从本地指纹库中删除，以保证本地指纹库中存放的均为最常用的指纹。
在上述技术方案的基础上，所述网络指纹库比对成功后，成功比对该指纹模板的本地节点在向服务器返回结果的同时，也将该指纹模板发送给服务器，由服务器将比对结果以及该指纹模板一起转发给源节点，源节点获得指纹模板后，将其加入本地指纹库，并设置其使用频度为B级。
在上述技术方案的基础上，所述服务器在不常用指纹库中比对成功后，由服务器将该指纹模板以及比对结果一起发给源节点，同时服务器将该指纹模板从不常用指纹库中删除；源节点在获得该指纹模板后，将该指纹模板加入本地指纹库，并设置该指纹模板的使用频度。
在上述技术方案的基础上，每当指纹模板存储位置变化时，服务器都将全部指纹备份库中每个指纹模板的存储位置进行更新，并定期与各个本地节点核对存储位置。
在上述技术方案的基础上，所述本地节点包括控制主板、指纹采集模块、本地存储器、网络接口和触摸显示屏，所述指纹采集模块、本地存储器、网络接口、触摸显示屏均与控制主板相连，指纹采集模块给指纹用户提供指纹输入接口，并将采集到的指纹图像转换为数字图像传给控制主板；控制主板用于处理子节点控制程序的运行、人机交互控制、指纹图像特征值的提取、本地指纹比对以及信令的处理；触摸显示屏用于对外提供人机交互界面；本地存储器用于存储指纹；网络接口用于提供内外部的数据以及信令通道。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明采用本地与服务器两层存储方式，本地、网络、服务器三层比对方式，通过分析指纹用户的行为规律，将指纹用户的指纹信息随着该用户行为中时间、空间上的特点进行分级存储和比对，将大规模的指纹比对拆解为小范围的比对，避免用户指纹的每次比对都需要对整个指纹库进行搜索，能够提高指纹的本地比对的命中率和整体的对比效率，有效解决大规模指纹库1：N比对效率低下的问题，非常适合应用在网吧指纹认证、售票指纹认证、门禁指纹认证等需要大规模指纹比对的安全认证场合。
(2)本发明的本地指纹库中仅保存使用频度最高或者最近使用的指纹模板，能够控制本地比对规模，减少比对时间。
(3)网络指纹库采用分布式计算，对多个本地节点同时进行比对计算，能够有效提高计算效率，避免使用大型服务器进行比对计算。
附图说明
图1是本发明实施例中指纹存储比对系统的结构框图。
图2是本发明实施例中单个比对区域的结构框图。
图3是本发明实施例中指纹库的存储结构框图。
图4是本发明实施例中比对指纹的流程图。
图5是本发明实施例中本地节点的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例中的指纹存储比对系统包括上级服务器和若干比对区域中的子服务器，上级服务器包括信令控制模块、不常用指纹库和全部指纹库备份模块，信令控制模块完成所有信令的转发、回复以及控制指令的下达；不常用指纹库用于存储其管理区域中不常用指纹模块的存储与比对；全部指纹库备份模块用于对本区域内的所有指纹模板进行备份，防止节点损坏而导致的数据丢失。
参见图2所示，每个比对区域中包括子服务器和若干本地节点，每个子服务器也包括信令控制模块、不常用指纹库和全部指纹库备份模块，根据实际使用规模的不同，可以采用多个子服务器进行级联管理，每个子服务器管理n个本地节点，n为大于1的自然数，子服务器与其管理的n个本地节点构成一个比对区域，当实际使用规模较大时，可以组成多个比对区域，增加一个上级服务器来对所有的比对区域进行管理。以此类推，当更大规模的使用时，图1中所示上级服务器与其管理的n个比对区域形成一个中等比对区域，多个中等比对区域之上可以再增加一级上级服务器进行管理。
本发明实施例提供一种基于行为分析的指纹存储比对的方法，包括以下步骤：
存储指纹的服务器基于用户的行为特征，对指纹库中的每个指纹模板加上时间频度标签和空间位置标签，将指纹模板根据时间频度和空间位置进行不同的分级，将每次比对过程分解为本地比对、网络比对和服务器比对三个级别，分别对应最常用的本地指纹库、常用的网络指纹库以及不常用的服务器指纹库，每一次比对过程最先发生在本地指纹库，进行本地比对，如果本地比对成功，即可立刻获得结果；如果本地比对失败，则立即进行网络比对，使用某一个地区范围的指纹库进行分布式网络比对，如果网络比对成功，即可立刻获得结果；如果网络比对失败，则进行服务器比对，使用服务器存储的不常用指纹库进行比对，如果服务器比对成功，则返回结果；如果服务器比对失败，则返回比对失败信息。
参见图3所示，指纹模板的时间频度标签也叫使用频度标签，指纹库中的每个指纹，对应一个使用频度标签，用于标明该指纹的使用情况。使用频度分为四级，使用频度最高的为A级，最近三个月使用过的为B级，最近一年使用过的为C级，使用频度最低的为D级。指纹模板允许存储在多个库中，在全部指纹库备份中标记其存储位置。实际生活中，每个人的经常活动范围大多为一固定区域，且其使用频度多为一个节点最高，围绕其周围呈辐射状。因此，将使用者的指纹存放在其使用频度最高的本地节点，其周围的本地节点与该本地节点一起构成网络指纹库，将会有效提高指纹比对效率，缩短比对时间；当指纹进行网络比对时，多个本地节点采用分布式计算，计算速率高，对服务器的要求非常低。
因此，为保证系统的高效比对以及指纹库的数据安全，本发明实施例中指纹库的存储结构分为两层，包括服务器存储和本地节点存储，使用频度较高的指纹模板(A、B级)存储在本地，使用频度较低的指纹模板(C、D级)存储在服务器端，所有的本地指纹库通过网络联系在一起，组成网络指纹库。同时，所有的指纹库都在服务器端保存一个副本，该副本为指纹库备份之用，当某一个本地节点损坏产生数据丢失时，用于对该本地节点的数据进行恢复；同样，当服务器端损坏时，服务器将通过网络从各个本地指纹库进行数据恢复。
参见图4所示，指纹比对的具体流程如下：
当指纹用户在系统中某一个本地节点输出待对比指纹后，系统将优先执行本地指纹库比对，如果本地比对成功，则如图4中的虚线1所示，将直接获得比对成功的结果；如果本地比对失败，则如图4中的虚线2所示，该本地节点将待比对指纹发往服务器，由服务器转发给其管理的其他本地节点，每个本地节点采用本地指纹库进行网络比对，并返回网络比对结果，如果网络比对成功，则如图4中的虚线2所示，系统返回比对成功的结果；如果网络比对失败，则如图4中的虚线3所示，服务器调用服务器内部的不常用指纹库进行服务器比对，如果服务器比对成功，则如图4中的虚线3所示，系统返回比对成功的结果；如果服务器比对失败，则如图4中的虚线4所示，系统返回比对失败的结果。
在虚线1所示的过程中，本地指纹库比对成功后，本地节点将本地指纹库中的使用频度更新，更新使用频度后，本地指纹库中如果没有出现使用频度为C、D级的指纹模板，则保持当前指纹库状态；如果出现使用频度为C、D级的指纹模板，则将该模板发往服务器中的不常用指纹库进行存储，并将其从本地指纹库中删除，以保证本地指纹库中存放的均为最常用的指纹。
在虚线2所示的过程中，网络指纹库比对成功后，成功比对该指纹模板的本地节点在向服务器返回结果的同时，也将该指纹模板发送给服务器，由服务器将比对结果以及该指纹模板一起转发给源节点，源节点获得指纹模板后，将其加入本地指纹库，并设置其使用频度为B级。
在虚线3所示的过程中，服务器在不常用指纹库中比对成功后，由服务器将该指纹模板以及比对结果一起发给源节点，同时服务器将该指纹模板从不常用指纹库中删除。同样，源节点在获得该指纹模板后，将该指纹模板加入本地指纹库，并设置该指纹模板的使用频度。
上述虚线1、2、3的过程中，每当指纹模板存储位置变化时，服务器都将全部指纹备份库中每个指纹模板的存储位置进行更新，并定期与各个本地节点核对存储位置，以保证系统指纹库的完整和数据安全。
本发明实施例的指纹存储比对系统中，服务器一般采用具有大容量硬盘以及高性能计算能力的计算机，本地节点一般采用具有指纹输入设备、人机交互界面等的专业设备。
参见图5所示，本地节点包括控制主板、指纹采集模块、本地存储器、网络接口和触摸显示屏，指纹采集模块、本地存储器、网络接口、触摸显示屏均与控制主板相连，其中指纹采集模块给指纹用户提供指纹输入接口，并将采集到的指纹图像转换为数字图像传给控制主板；控制主板包括处理器以及其他设备的驱动电路，主要用于处理子节点控制程序的运行、人机交互控制、指纹图像特征值的提取、本地指纹比对以及信令的处理；触摸显示屏用于对外提供人机交互界面；本地存储器用于存储指纹；网络接口用于提供内外部的数据以及信令通道。
本发明实施例的原理如下：
本发明实施例依据使用者的实际行为习惯分析，将指纹库按实际使用频度以及使用区域来进行存放和比对，符合指纹认证的大部分实际应用情况。实际上，指纹用户的行为，在时间上和空间上通常存在一定的规律性，例如某个用户在某个时间段经常使用A指纹终端设备进行指纹认证，在另外一个时间段经常使用B指纹终端设备进行指纹认证。同一个服务器控制下的各个节点，组成一个比对区域，比对区域中的指纹组成网络指纹库，与使用者的行为习惯中的经常活动范围对应。通过对指纹用户的行为进行分析统计，将指纹用户的指纹信息随着该用户行为中时间、空间上的特点进行分级存储和比对，通过拆解比对过程，将指纹比对依据用户的行为习惯特征优先进行小范围的比对，避免用户指纹的每次比对都需要对整个指纹库进行搜索，能够有效缩小比对范围，提高单次比对命中率，减少指纹比对时间，提高系统比对效率。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型属在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种基于行为分析的指纹存储比对的方法，其特征在于，包括以下步骤：
存储指纹的服务器基于用户的行为特征，对指纹库中的每个指纹模板加上时间频度标签和空间位置标签，将指纹模板根据时间频度和空间位置进行不同的分级，将每次比对过程分解为本地比对、网络比对和服务器比对三个级别，分别对应最常用的本地指纹库、常用的网络指纹库以及不常用的服务器指纹库，每一次比对过程最先发生在本地指纹库，进行本地比对，如果本地比对成功，则获得结果；如果本地比对失败，则进行网络比对，使用某一个地区范围的指纹库进行分布式网络比对，如果网络比对成功，则获得结果；如果网络比对失败，则进行服务器比对，使用服务器存储的不常用指纹库进行比对，如果服务器比对成功，则返回结果，如果服务器比对失败，则返回比对失败信息。
2.如权利要求1所述的基于行为分析的指纹存储比对的方法，其特征在于：所述指纹模板的时间频度标签也叫使用频度标签，指纹库中的每个指纹，对应一个使用频度标签，用于标明该指纹的使用情况，使用频度分为四级，使用频度最高的为A级，最近三个月使用过的为B级，最近一年使用过的为C级，使用频度最低的为D级，指纹模板存储在多个库中，在全部指纹库备份中标记其存储位置，将使用者的指纹存放在其使用频度最高的本地节点，其周围的本地节点与该本地节点一起构成网络指纹库。
3.如权利要求2所述的基于行为分析的指纹存储比对的方法，其特征在于：所述指纹库的存储结构分为两层，包括服务器存储和本地节点存储，使用频度为A、B级的指纹模板存储在本地，使用频度为C、D级的指纹模板存储在服务器端，所有的本地指纹库通过网络联系在一起，组成网络指纹库；同时，所有的指纹库都在服务器端保存一个副本，该副本为指纹库备份之用，当某一个本地节点损坏产生数据丢失时，用于对该本地节点的数据进行恢复；当服务器端损坏时，服务器将通过网络从各个本地指纹库进行数据恢复。
4.如权利要求3所述的基于行为分析的指纹存储比对的方法，其特征在于：所述指纹的比对流程如下：
当指纹用户在系统中某一个本地节点输出待对比指纹后，系统将优先执行本地指纹库比对，如果本地比对成功，则直接获得比对成功的结果；如果本地比对失败，则该本地节点将待比对指纹发往服务器，由服务器转发给其管理的其他本地节点，每个本地节点采用各自的本地指纹库进行网络比对，并返回网络比对结果，如果网络比对成功，系统返回比对成功的结果；如果网络比对失败，服务器调用服务器内部的不常用指纹库进行服务器比对，如果服务器比对成功，系统返回比对成功的结果；如果服务器比对失败，则系统返回比对失败的结果。
5.如权利要求4所述的基于行为分析的指纹存储比对的方法，其特征在于：所述本地指纹库比对成功后，本地节点将本地指纹库中的使用频度更新，更新使用频度后，本地指纹库中如果没有出现使用频度为C、D级的指纹模板，则保持当前指纹库状态；如果出现使用频度为C、D级的指纹模板，则将该模板发往服务器中的不常用指纹库进行存储，并将其从本地指纹库中删除，以保证本地指纹库中存放的均为最常用的指纹。
6.如权利要求4所述的基于行为分析的指纹存储比对的方法，其特征在于：所述网络指纹库比对成功后，成功比对该指纹模板的本地节点在向服务器返回结果的同时，也将该指纹模板发送给服务器，由服务器将比对结果以及该指纹模板一起转发给源节点，源节点获得指纹模板后，将其加入本地指纹库，并设置其使用频度为B级。
7.如权利要求4所述的基于行为分析的指纹存储比对的方法，其特征在于：所述服务器在不常用指纹库中比对成功后，由服务器将该指纹模板以及比对结果一起发给源节点，同时服务器将该指纹模板从不常用指纹库中删除；源节点在获得该指纹模板后，将该指纹模板加入本地指纹库，并设置该指纹模板的使用频度。
8.如权利要求4至7中任一项所述的基于行为分析的指纹存储比对的方法，其特征在于：每当指纹模板存储位置变化时，服务器都将全部指纹备份库中每个指纹模板的存储位置进行更新，并定期与各个本地节点核对存储位置。
9.如权利要求2至7中任一项所述的基于行为分析的指纹存储比对的方法，其特征在于：所述本地节点包括控制主板、指纹采集模块、本地存储器、网络接口和触摸显示屏，所述指纹采集模块、本地存储器、网络接口、触摸显示屏均与控制主板相连，指纹采集模块给指纹用户提供指纹输入接口，并将采集到的指纹图像转换为数字图像传给控制主板；控制主板用于处理子节点控制程序的运行、人机交互控制、指纹图像特征值的提取、本地指纹比对以及信令的处理；触摸显示屏用于对外提供人机交互界面；本地存储器用于存储指纹；网络接口用于提供内外部的数据以及信令通道。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Fingerprint storage and comparison method based on behavior analysis Effective date of registration: 20181127 Granted publication date: 20161005 Pledgee: Wuhan rural commercial bank Limited by Share Ltd Optics Valley branch Pledgor: Wuhan Shiji Jinqiao Safety Technology Co., Ltd. Registration number: 2018420000065 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20190612 Granted publication date: 20161005 Pledgee: Wuhan rural commercial bank Limited by Share Ltd Optics Valley branch Pledgor: Wuhan Shiji Jinqiao Safety Technology Co., Ltd. Registration number: 2018420000065 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Fingerprint storage and comparison method based on behavior analysis Effective date of registration: 20190625 Granted publication date: 20161005 Pledgee: Wuhan rural commercial bank Limited by Share Ltd Optics Valley branch Pledgor: Wuhan Shiji Jinqiao Safety Technology Co., Ltd. Registration number: 2019420000024 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20200703 Granted publication date: 20161005 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: WUHAN SHIJI JINQIAO SAFETY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2019420000024 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |