CN103632127A - 基于云计算的智能生物特征识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明基于云计算的智能生物特征识别系统包含设置于客户端的采集系统、模板生成系统和总控系统，及设置在云端服务器的比对系统和存储生物特征的生物特征库，芯片内的系统完成特征采集、模板生成和总体控制，预留多种生物特征采集设备的升级配置接口，设备简单，功能强大，生物特征库和比对服务在云端服务器完成。本系统大大降低生物特征识别系统的建设成本，使得生物特征识别可以迅速普及到民用安防领域，保卫社会安定。多种模式的生物特征识别可以增加个人身份认证的安全性和准确性，提高安全保卫的安全性。多种模式的生物特征识别可以照顾到某些生物特征临时失效或者永久失效的人群。<u/>

Description

基于云计算的智能生物特征识别系统

技术领域

本发明涉及云计算技术、生物特征识别技术和嵌入式技术，主要应用在安防领域，能有效提高安防领域身份识别的安全性、便利性和高效性。

背景技术

本发明采用云计算技术、生物特征识别技术和嵌入式技术。

狭义的云计算是指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源(硬件、平台、软件)，提供资源的网络被称为“云”，“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费，这种特性经常被称为像水电一样使用IT基础设施。

广义云计算是指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务。

生物特征识别技术是根据每个人独有的可以采样和测量的生物学特征和行为学特征而进行身份识别的技术。生物特征识别技术的分类：基于生理特征的生物特征识别技术下有：1、指纹识别。 2、膜识别技术。3、人脸识别。4、其它生理特征识别有：（1）视网膜识别（2）手型识别（3）掌纹识别（4）DNA 识别；基于行为特征的生物特征识别技术有：1．签名识别。2．声纹识别。3．步态识别。在目前的民用安防系统中，身份识别手段基本上只靠指纹识别或者虹膜识别中的一种，手段单一，安全性不高。另外，单一的身份识别手段不便于残疾人。例如指纹识别对上肢残疾的残疾人就无法使用，虹膜识别岁盲人也无法使用。如果将两种或两种以上的生物特征结合, 将会使识别系统的安全性提高。多生物特征识别技术就是结合多种生理或行为特征进行人的身份识别的技术。

嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。嵌入式技术执行专用功能并被内部计算机控制的设备或者系统。嵌入式系统不能使用通用型计算机，而且运行的是固化的软件（firmware），终端用户很难或者不可能改变固件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于云计算的智能生物特征识别芯片系统，该系统应具有识别模式多样、成本低且效率高的特点。

本发明的技术方案为：基于云计算的智能生物特征识别系统，其包含设置于客户端的采集系统、模板生成系统和总控系统，及设置在云端服务器的比对系统和存储生物特征的生物特征库；

采集系统存储采集设备的驱动程序，具有统一接口，支持多种采集设备的连接；采集系统包扩采集模块，采集模块控制采集设备完成对生物特征的采集，并将采集的生物特征信息传递至模板生成系统；

模板生成系统存储生物特征专用模板及模板加工处理程序，模板生成系统接收到采集系统传递的生物特征信息，调用模板加工处理程序生成识别模板，并将识别模板传递至总控系统；

总控系统包含生物特征处理模块，生物特征处理模块接收模板生成系统传递的识别模板，并将识别模板传递至云端服务器的比对系统，同时，接收比对系统返回的处理结果，发出匹配或不匹配的信号；

比对系统接收生物特征处理模块的识别模板与云端生物特征库内存储的生物特征进行比对，并将比对结果返回生物特征处理模块。

采集系统进一步含判断模块，判断模块判断统一接口连接的采集设备是否能够识别，能够识别时，通知采集模块开启采集设备进行生物特征采集；不能识别时，则向总控系统发出发现新设备、要求导入该设备驱动程序的请求；

总控系统进一步包含移动存储设备识别子模块、生物特征识别设备升级模块及生物特征识别模板升级模块；

其中，移动存储设备识别子模块检测该设备驱动程序导入接口是否存在移动存储设备，并将检测结果传递至总控系统；

其中，生物特征识别设备升级模块包括设备驱动程序导入接口和驱动程序导入子模块，驱动程序导入子模块接收总控系统导入驱动程序的指令后，完成自移动存储设备至采集系统的驱动程序导入，并将导入成功或不成功的结果传递至总控系统；

生物特征识别模板升级模块包含模板升级程序导入接口及新模板及处理程序导入子模块，该新模板及处理程序导入子模块接收总控系统导入的指令后，搜索移动存储设备中相应的新模板及处理程序，并负责进行导入和安装，安装完成后通知移动存储设备识别子模块并退出；

总控系统接收采集系统中的判断模块的请求，开启设备驱动程序导入接口，通知移动存储设备识别子模块检测设备驱动程序导入接口是否具有移动存储设备，当存在移动存储设备时，通知驱动程序导入子模块将驱动程序导入；导入成功后，总控系统开启模板升级程序导入接口，并通知新模板及处理程序导入子模块导入专用模板及模板加工处理程序。

总控系统还包含校验子模块，校验子模块调用采集子系统读取新接入设备的设备识别码，再与即将导入的设备驱动程序的识别码进行匹配，匹配成功后，再通知驱动程序导入子模块导入相应的驱动程序。

所述移动存储设备识别子模块无法检测到移动存储设备时，总控系统关闭设备程序导入接口及模板升级程序导入接口。

所述生物特征库包含设置在云端服务器中多个子数据库，每一个子数据库存储一种生物特征。

本发明的有益效果如下。

1、本发明基于云计算的整个架构的设计，采集系统、模板生成系统和总控系统集成在一个芯片上，使得生物特征的采集、模板生成及控制功能完全在一个单独的芯片内完成，设备简单，功能强大。

2、统一接口、设备驱动程序导入接口、模板升级专用USB接口的设计，使得芯片具有强大的扩展功能，能够适应任何一种新的生物特征识别设备。总控系统控制各升级接口的打开和关闭，达到节能，减少芯片发热量，防止用户误操作，保证芯片的可靠性。三个接口是不一样的，各自独立，这样就可以做到设备和驱动程序可以同步安装，相互检验，保证安装的成功率和简易性。

3、本发明采用生物特征从采集到识别的全过程的流程设计，保证架构设计能满足识别流程的顺利完成。

4、总控系统的设计是针对生物特征采集和模板生成以及提交识别等各环节进行控制，实现控制流的顺畅和高效。

5、采集系统的设计，考虑到多种生物特征的采集，实现采集的快速和扩展性。

6、模板生成系统的设计，考虑到模板的多样性和扩展性，生物特征库设计要灵活，能适应多种数据格式，并保证比对查询的高效性。

7、比对系统的设计，由于比对系统的效率是系统运行效率的保证，特别是多种生物特征同时比对，因此需要比对对算法进行深入研究，以适应系统的要求。

8、大大降低生物特征识别系统的建设成本，使得生物特征识别可以迅速普及到民用安防领域，保卫社会安定。

9、多种模式的生物特征识别可以增加个人身份认证的安全性和准确性，提高安全保卫的安全性。

10、多种模式的生物特征识别可以照顾到某些生物特征临时失效或者永久失效的人群，例如残疾人。

附图说明

图1为本发明的系统构成图。

图2为采集系统的构成图。

图3为采集系统的原理图。

图4为模板生成系统的原理图。

图5为总控系统的构成图。

图6为总控系统中生物特征处理模块的原理图。

图7为生物特征识别设备升级模块的构成图。

图8为生物特征识别模板升级模块的构成图。

图9为云端服务器比对系统与生物特征库的原理图。

图10为总控系统、采集系统及模板生成系统之间的关系图。

图11本发明的各模块之间相互作用的工作流程图。

具体实施方式

本发明基于云计算的智能生物特征识别系统包含客户端和服务器端，其将多种生物特征采集、模板生成和识别结果控制处理等功能集成在一个芯片内，预留多种生物特征采集设备的升级配置接口，芯片内的系统完成特征采集、模板生成和总体控制，芯片在客户端使用，生物特征库和比对服务在云端服务器完成。

如图 1所示，基于云计算的智能生物特征识别系统包含集成在客户端芯片内的采集系统1、模板生产成系统2、总控系统3以及设置在云端服务器的比对系统4和生物特征库5。以下将重点介绍各系统的构成、功能及相互之间的作用关系。

如图2所示，其为采集系统的构成图。采集系统1具有统一接口11，支持包括指纹采集设备、声纹采集设备、虹膜采集设备、手型采集设备和人脸图像采集设备等多种生物特征采集设备。该统一USB接口，可扩展成USB  HUB，可同时连接多个USB设备。采集系统存储和管理各种采集设备的驱动程序，管理和控制生物特征采集设备完成生物特征的采集。

此外，采集系统1包含判断模块12和采集模块13。判断模块12的功能在于，判断统一接口11连接的生物特征采集设备是否能够识别，当不能识别该生物特征采集设备时，判断模块12向总控系统3发出发现新设备、要求导入该设备驱动程序的请求。当判断模块12判断可以识别该设备时，采集模块13控制生物特征采集设备完成对生物特征的采集，并将采集的生物特征信息传递至模板生成系统3。采集设备采集生物特征为现有技术，在此不再赘述。

如图3所示，其为采集系统的原理图。采集模块13通过统一接口11获取采集设备中的生物特征信息，并将该生物特征信息传递至模板生成系统。采集系统存储的各种生物特征采集设备驱动程序通过生物特征采集设备驱动程序导入接口导入。

如图4所示，其为模板生成系统的原理图。模板生成系统2存储各种生物特征专用模板及模板加工处理程序，每一款生物特征专用模板与一种生物特征采集设备相对应。在导入生物特征采集设备时，通过模板升级程序导入接口一并安装该设备对应的生物特征专用模板及模板加工处理程序。模板生成系统2接收到采集系统1采集的生物特征信息，调用模板加工处理程序生成识别模板，并将识别模板传递至总控系统3。

如图5所示，其为总控系统的构成图。总控系统3包含生物特征处理模块31、生物特征识别设备升级模块32、生物特征识别模板升级模块33及移动存储设备识别子模块34、校验子模块35。其中，生物特征处理模块31接收模板生成系统2传递的识别模板，并通过网络接口将识别模板发送至云端服务器的比对系统4。同时接收云端服务器比对系统4返回的处理结果，发出匹配或不匹配的控制信号。该生物特征处理模块31支持局域网连接（有线）和无线网（WiFi）连接。其中，移动存储设备识别子模块34识别USB移动存储设备，并将检测结果反馈给总控系统。

如图7所示，其为生物特征识别设备升级模块的构成图。其包括一个专门的设备驱动程序导入接口311（USB接口）和驱动程序导入子模块312。

以下详细描述生物特征识别设备升级模块的各模块功能。

当采集子系统的统一接口11接入一种新的生物特征采集设备时，采集子系统不能驱动该设备正常工作，或者无法与该设备进行通信，则向总控系统发出发现新设备、要求导入该设备驱动程序的请求。总控系统接受请求后，开通设备驱动程序导入接口311（也称：USB接口），并调用移动存储设备识别子模块34检测该接口311上是否连接USB存储设备，如检测到USB移动存储设备，则调用驱动程序导入子模块312将存储在USB移动存储设备上的驱动程序导入。此外，总控系统3还包含校验子模块35，校验子模块35调用采集子系统读取新接入设备的设备识别码，再与即将导入的设备驱动程序的识别码进行匹配，匹配成功后，再通知驱动程序导入子模块312导入相应的驱动程序。校验子模块的设置有效的防止导入错误的驱动程序。接口311与统一接口11是不一样的，各自独立，这样就可以做到设备和驱动程序可以同步安装，相互检验，保证安装的成功率和简易性。

其中，驱动程序导入接口311（USB接口）专门用于导入设备驱动程序。由总控系统直接控制开通和关闭。该接口只有在开通期间才能导入设备驱动程序。设备驱动程序导入完成后由总控系统关闭该USB接口。USB接口的开通和关闭，通过对USB接口电路的改造，增加开关电路完成。需要说明的是，一般的USB接口都是处于开通状态，随时接收USB设备的接入。但是，基于云计算的智能生物特征识别系统是集成在一个芯片上，如果USB接口始终保持接通，在用户插入与驱动程序无关的USB设备时，会产生一定功耗，首先是不利于节能，其次是某些USB设备会干扰芯片的正常工作。这种只有在设备升级期间才开放USB接口的设计首先是为了节能，减少芯片发热量，另外就是防止用户误操作，保证芯片的可靠性。

其中，移动存储设备识别子模块用于识别USB移动存储设备。总控系统控制设备驱动程序导入接口311（USB接口）开通后，启动移动存储设备识别子模块34。移动存储设备识别子模块34根据需要启动，而不是常驻内存保持始终运行，主要是为了节约芯片的内存资源和CPU资源。移动存储设备识别子模块34检测到USB移动存储设备时，则调用驱动程序导入子模块312将存储在USB移动存储设备上的驱动程序导入。驱动程序成功导入后，驱动程序导入子模块312通知USB移动存储设备识别程序导入成功并退出，移动存储设备识别子模块34则通知总控制程序关闭USB接口311，并在USB接口311关闭后自动退出。

移动存储设备识别子模块34在执行过程中始终检测USB接口311，如果在一定时间内（用户在初始化时可以设定，缺省为180秒）没有检测到USB设备，则通知总控制程序关闭USB接口311，并在USB接口311关闭后自动退出。

其中，驱动程序导入子模块312从移动存储设备上导入设备驱动程序。驱动程序导入子模块312根据总控制程序检测到的新设备的设备识别在USB移动设备中搜索相应的驱动程序。驱动程序需要符合标准的Windows设备驱动程序格式。标准的Windows设备驱动程序中包含设备识别码等信息。对于非标准的Windows设备驱动程序，可以通过专门的转换程序进行转换，将驱动程序转换成标准的Windows设备驱动程序。驱动程序导入子模块在搜索相应的驱动程序后，负责进行导入和安装，并在安装完成后进行新设备的连接测试，测试成功后通知移动存储设备识别子模块并退出。移动存储设备识别子模块则通知总控系统完成导入并退出。测试不成功时通知移动存储设备识别子模块导入失败并退出，移动存储设备识别子模块再通知总控系统导入失败，要求总控系统关闭USB接口311并退出。

如图8所示，其为生物特征识别模板升级模块的构成图。其包含模板升级专用USB接口321及新模板及处理程序导入子模块322。

当总控系统接到新设备驱动程序导入成功的信息后，打开模板升级程序导入接口321，并启动USB移动存储设备识别程序。当USB移动存储设备识别程序检测到USB接口321连接到USB移动存储设备时，通知总控系统，由总控系统调用模板导入程序，完成模板及模板处理程序的导入。模板导入程序根据模板识别码以及模板处理程序的识别码进行导入。这样，就可以在接入新的生物特征识别设备时，相应的生物特征模板和模板处理程序同步升级。

以下详细描述生物特征识别模板升级模块的各模块功能。

其中，模板升级专用USB接口321专门用于导入新模板及模板处理程序。由总控系统直接控制开通和关闭。同设备驱动程序导入接口311相同的是，该模板升级专用USB接口321只有在开通期间才能导入模板的驱动程序。新模板及模板处理程序导入完成后由总控系统关闭USB接口321。USB接口321的开通和关闭，通过对USB接口电路的改造，增加开关电路完成。

其中，移动存储设备识别子模块与生物特征设备升级模块中的相同，均用于识别USB移动存储设备。总控系统控制新模板及处理程序导入接口321（USB接口）开通后，启动移动存储设备识别子模块。移动存储设备识别子模块根据需要启动，而不是常驻内存保持始终运行，主要是为了节约芯片的内存资源和CPU资源。移动存储设备识别子模块检测到USB移动存储设备，则调用新模板及处理程序导入子模块将存储在USB移动存储设备上的新模板及处理程序导入。成功导入后，新模板及处理程序导入子模块通知USB移动存储设备识别程序导入成功并退出，移动存储设备识别子模块则通知总控制程序关闭USB接口321，并在USB接口321关闭后自动退出。移动存储设备识别子模块在执行过程中始终检测USB接口321，如果在一定时间内（用户在初始化时可以设定，缺省为180秒）没有检测到USB设备，则通知总控制程序关闭USB接口321，并在USB接口321关闭后自动退出。

其中，新模板及处理程序导入子模块322从移动存储设备上导入新模板及处理程序。新模板及处理程序导入子模块322根据总控制程序检测到的新设备的设备识别在USB移动设备中搜索相应的新模板及处理程序。新模板及处理程序由专业公司进行开发，并符合通用标准格式。对于非标准格式新模板及处理程序，可以通过专门的转换程序进行转换。新模板及处理程序导入子模块在搜索相应的新模板及处理程序后，负责进行导入和安装，安装完成后通知移动存储设备识别子模块并退出。移动存储设备识别子模块则通知总控系统完成导入并退出。安装不成功时通知移动存储设备识别子模块导入失败并退出，移动存储设备识别子模块再通知总控系统导入失败，要求总控系统关闭USB接口321并退出。

如图9所示，其为比对系统与生物特征库的原理图，比对系统放在云端进行，由网络中的一台核心服务器进行控制。本发明是对多种生物特征进行比对，核心服务器将每种比对任务的实现分布在不同的服务器上，为了提高比对效率，每种生物特征的比对都单独运行，每一种相应的生物特征库也分别建立在不同的服务器上。比对系统将比对结果返回总控系统的生物特征处理模块31，生物特征处理模块31显示或输出结果。

如图10所示，本发明中芯片中总控系统3控制着采集系统1和模板生成系统2，采集系统1的采集接口设计成统一的USB接口，即统一接口11，以适应各种生物特征采集设备。模板生成系统2负责将采集到的生物特征转换成相应的模板，当统一接口11增加新的生物特征设备时，通过总控系统中的设备驱动程序导入接口311（USB接口）导入新设备的驱动程序，同时通过总控系统中的新模板及处理程序导入接口321（USB接口）来增加新的模板和模板处理程序。

如图11所示，其为本发明的各模块之间相互作用的工作流程图。采集系统1控制多种生物特征采集设备采集生物特征, 采集系统1将采集到的多种生物特征传送至模板生成系统2, 模板生成系统2将采集到的多种生物特征经过处理生成识别模板。模板生成系统2将生成的识别模板交给总控系统3。总控系统3根据生物特征的类型，将特征发送到云端相应的比对系统。比对系统4到对应的特征数据库中进行比对。比对完成后将比对结果发送回总控系统。总控系统根据比对结果发出匹配不匹配的控制信号。

Claims (5)

1.基于云计算的智能生物特征识别系统，其特征在于：

包含设置于客户端的采集系统、模板生成系统和总控系统，及设置在云端服务器的比对系统和存储生物特征的生物特征库；

采集系统存储采集设备的驱动程序，具有统一接口，支持多种采集设备的连接；采集系统包括采集模块，采集模块控制采集设备完成对生物特征的采集，并将采集的生物特征信息传递至模板生成系统；

模板生成系统存储生物特征专用模板及模板加工处理程序，模板生成系统接收到采集系统传递的生物特征信息，调用模板加工处理程序生成识别模板，并将识别模板传递至总控系统；

总控系统包含生物特征处理模块，生物特征处理模块接收模板生成系统传递的识别模板，并将识别模板传递至云端服务器的比对系统，同时，接收比对系统返回的处理结果，发出匹配或不匹配的信号；

比对系统接收生物特征处理模块的识别模板与云端生物特征库内存储的生物特征进行比对，并将比对结果返回生物特征处理模块。

2.如权利要求1所述的基于云计算的智能生物特征识别系统，其特征在于：

采集系统进一步含判断模块，判断模块判断统一接口连接的采集设备是否能够识别，能够识别时，通知采集模块开启采集设备进行生物特征采集；不能识别时，则向总控系统发出发现新设备、要求导入该设备驱动程序的请求；

总控系统进一步包含移动存储设备识别子模块、生物特征识别设备升级模块及生物特征识别模板升级模块；

其中，移动存储设备识别子模块检测该设备驱动程序导入接口是否存在移动存储设备，并将检测结果传递至总控系统；

其中，生物特征识别设备升级模块包括设备驱动程序导入接口和驱动程序导入子模块，驱动程序导入子模块接收总控系统导入驱动程序的指令后，完成自移动存储设备至采集系统的驱动程序导入，并将导入成功或不成功的结果传递至总控系统；

生物特征识别模板升级模块包含模板升级程序导入接口及新模板及处理程序导入子模块，该新模板及处理程序导入子模块接收总控系统导入的指令后，搜索移动存储设备中相应的新模板及处理程序，并负责进行导入和安装，安装完成后通知移动存储设备识别子模块并退出；

总控系统接收采集系统中的判断模块的请求，开启设备驱动程序导入接口，通知移动存储设备识别子模块检测设备驱动程序导入接口是否具有移动存储设备，当存在移动存储设备时，通知驱动程序导入子模块将驱动程序导入；导入成功后，总控系统开启模板升级程序导入接口，并通知新模板及处理程序导入子模块导入专用模板及模板加工处理程序。

3.如权利要求2所述的基于云计算的智能生物特征识别系统，其特征在于：

总控系统还包含校验子模块，校验子模块调用采集子系统读取新接入设备的设备识别码，再与即将导入的设备驱动程序的识别码进行匹配，匹配成功后，再通知驱动程序导入子模块导入相应的驱动程序。

4.如权利要求3所述的基于云计算的智能生物特征识别系统，其特征在于：移动存储设备识别子模块无法检测到移动存储设备时，总控系统关闭设备程序导入接口及模板升级程序导入接口，并在接口关闭后自动退出。

5.如权利要求4所述的基于云计算的智能生物特征识别系统，其特征在于：生物特征库包含设置在云端服务器中多个子数据库，每一个子数据库存储一种生物特征。

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