CN105389545B - 利用超声波检测指纹的方法以及生物识别机器人系统 - Google Patents

利用超声波检测指纹的方法以及生物识别机器人系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用超声波检测指纹的方法，由所述超声波脉冲发射器与所述超声波信号接收器组成检测单元，对所述检测单元赋值M(x，y)；利用所述检测单元对其对应的点进行距离测量，将第Xn行上的第Y个和第Y+1个所述检测单元检测到的点的距离DY、DY+1做比较从而获得特征向量进行储存；对待识别人员的手指指纹进行测距，然后将所述检测数据与对比数据库中的对比数据进行逐一匹配。本发明采用差值计算算法简单，并且特定标识由三种符号构成，其判断精度较高，并且比对效率较高。一种生物识别机器人系统，由于该生物识别机器人系统利用了上述的指纹检测方法，由于其运算规则简单，不仅检测对比效率较高，并且，检测精度也较高。

Description

利用超声波检测指纹的方法以及生物识别机器人系统
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，特别是涉及一种利用超声波检测指纹的方法以及一种生物识别机器人系统。
背景技术
传统的生物识别技术包括有指纹检测、虹膜检测等，指纹检测是通过摄像头采集手指指纹，然后利用处理器调取储存的标准指纹进行对比。其对比过程是利用处理器对图像(指纹图像)进行对比的，如此，存在对比算法复杂，造成检测时间长等问题，不适合大数据库的使用。
发明内容
(一)技术问题
如何解决传统指纹检测存在的算法复杂、检测效率低的问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种利用超声波检测指纹的方法，
包括工控机系统、超声波脉冲发射器、超声波信号接收器以及检测保护管体，所述超声波脉冲发射器以及所述超声波信号接收器均设置于所述检测保护管体内，所述工控机系统与所述超声波脉冲发射器以及所述超声波信号接收器信号连接；
所述超声波脉冲发射器与所述超声波信号接收器组成检测单元，将所述检测单元按照矩阵方式排列，并对所述检测单元赋值M(x，y)；
利用所述检测单元对其对应的点进行距离测量，D＝C*T，
将第Xn行上的第Y个和第Y+1个所述检测单元检测到的点的距离DY、DY+1做比较，如果两者相同则标记为B、如果比较值为负值则标记为F、如果比较值为正值则标记为Z；
将同一行的Xn对比值作为一组对比单元，然后对Ym、Ym+1两列上的Xn进行计算得到下一组对比单元直至计算完毕，获得对比数据，才用该对比数据作为特征向量进行储存；
依据上述采集方法获得全部人员的对比数据进行储存得到对比数据库；
将需要识别的人员手握住所述检测保护管体，由所述超声波脉冲发射器发出超声波对被识别人员的手指指纹进行测距，然后将相邻的两个所述检测单元检测到的距离值对比获得检测数据，然后将所述检测数据与对比数据库中的对比数据进行逐一匹配，当所述检测数据中全部的数据与对比数据库中的数据一致时，则判定通过，如果全不一致，则判定不通过；
其中，D为距离、C为声音在空气中的传播速度、T为时间，M\N\X\Y均为正整数。
优选地，所述对比数据库中储存的对比数据为按照所述检测单元X顺序排列；所述检测数据为按照所述检测单元X顺序排列；将所述检测数据按照X数值的正序或者倒序与所述对比数据逐一对比。
优选地，当所述检测数据中全部的数值与所述对比数据全部的数值相似度大于99％时，该对应的对比数据为通过数据，此时认定被检测人通过；如果小于95％则认定被检测人不通过；其余则提示重新获取检测数据重新检测；如果重新检测获得检测数据仍然判定需要重新检测时，则继续重新检测，当重新检测超过三次时，则认定不通过；其中相似度为：在对所述检测数据中的数值进行逐一对比时，相同的数值数量占总数量的百分比。
优选地，当所述通过数据的组数大于1时，选取相似度值最大的一组对比数据为通过数据。
优选地，所述检测保护管体为玻璃管或塑料管。
优选地，所述检测单元的X取值范围为80-300个；所述检测单元的Y取值范围为80-300个。
本发明还提供了一种生物识别机器人系统，包括工控机系统、超声波脉冲发射器、超声波信号接收器、检测保护管体以及电子锁，所述超声波脉冲发射器以及所述超声波信号接收器均设置于所述检测保护管体内，所述工控机系统与所述超声波脉冲发射器以及所述超声波信号接收器信号连接；
所述超声波脉冲发射器与所述超声波信号接收器组成一组检测单元，将所述检测单元按照矩阵方式排列，并对所述检测单元赋值M(x，y)；
利用所述检测单元对其对应的点进行距离测量，D＝C*T，
将第Xn行上的第Y个和第Y+1个所述检测单元检测到的点距离DY、DY+1做比较，如果两者相同则标记为B、如果比较值为负值则标记为F、如果比较值为正值则标记为Z；
将同一行的Xn对比值作为一组对比单元，然后对Ym、Ym+1两列上的Xn进行计算得到下一组对比单元直至计算完毕，获得对比数据；
依据上述采集方法获得全部人员的对比数据进行储存得到对比数据库；
将需要识别的人员手握住所述检测保护管体，由所述超声波脉冲发射器发出超声波对被识别人员的手指指纹进行测距，然后将相邻的两个所述检测单元检测到的距离值对比获得检测数据，然后将所述检测数据与对比数据库中的对比数据进行逐一匹配，当所述检测数据中全部的数据与对比数据库中的数据有一致的则判定通过；
所述工控机系统与所述电子锁连接，当判定通过后，由所述工控机系统控制所述电子锁打开；
其中，D为距离、C为声音在空气中的传播速度、T为时间，M\N\X\Y均为正整数。
(三)有益效果
本发明利用现有的超声波测距设备构成检测组件，对人体手掌进行测距，然后计算相邻的两个点之间的距离差值，利用距离差值标记作为人体指纹的特定标识。采用本发明提供的方法，仅需要采集人体指纹测算点之间的距离差值并与储存的特定标识进行匹配就能够对生物体进行识别，其采用超声波测距精准度较高，采用差值计算算法简单，并且特定标识由三种符号构成，其判断精度较高。
本发明提供的生物识别机器人系统利用了上述的指纹检测方法，由于其运算规则简单，不仅检测对比效率较高，并且，检测精度也较高。
附图说明
图1为本发明实施例中由检测单元构成的矩阵结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1，图1为本发明实施例中由检测单元构成的矩阵结构示意图。
本发明提供了一种利用超声波检测指纹的方法，该方法使用的设备包括工控机系统、超声波脉冲发射器、超声波信号接收器以及检测保护管体，超声波脉冲发射器以及超声波信号接收器均设置于检测保护管体内，工控机系统与超声波脉冲发射器以及超声波信号接收器信号连接；超声波脉冲发射器与超声波信号接收器组成一组检测单元，将检测单元按照矩阵方式排列，并对检测单元赋值M(x，y)；利用检测单元对其对应的点进行距离测量，D＝C*T，将第Xn行上的第Y个和第Y+1个检测单元检测到的点距离DY、DY+1做比较，如果两者相同则标记为B、如果比较值为负值则标记为F、如果比较值为正值则标记为Z；将同一行的Xn对比值作为一组对比单元，然后对Ym、Ym+1两列上的Xn进行计算得到下一组对比单元直至计算完毕，获得对比数据；依据上述采集方法获得全部人员的对比数据进行储存得到对比数据库；将需要识别的人员手握住检测保护管体，由超声波脉冲发射器发出超声波对被识别人员的手指指纹进行测距，然后将相邻的两个检测单元检测到的距离值对比获得检测数据，然后将检测数据与对比数据库中的对比数据进行逐一匹配，当检测数据中全部的数据与对比数据库中的数据有一致的则判定通过，如果全不一致，则判定不通过；其中，D为距离、C为声音在空气中的传播速度、T为时间，M\N\X\Y均为正整数。
在上述方案中，本发明采用超声波矩阵对人体手掌指纹部分进行扫描，通过超声波回声测算检测单元与指纹上被检测点的距离，然后与同列的被检测点进行减法计算，从而得到一个计算结果，该计算结果包括有三种情况；如果两点距离相同，超声波测距差值为0，标记为B；如果同列中，上一个点为指纹凸起点，下一个点为指纹凹点，则超声波测距差值为正值，标记为Z；如果同列中，上一个点为指纹凹点，下一个点为指纹凸起点，则超声波测距差值为负值，标记为F。
本发明利用现有的超声波测距设备构成检测组件，对人体手掌进行测距，然后计算相邻的两个点之间的距离差值，利用距离差值标记作为人体指纹的特定标识。采用本发明提供的方法，仅需要采集人体指纹测算点之间的距离差值并与储存的特定标识进行匹配就能够对生物体进行识别，其采用超声波测距精准度较高，采用差值计算算法简单，并且特定标识由三种符号构成，其判断精度较高。
具体地，对比数据库中储存的对比数据为按照检测单元X赋值排列；检测数据为按照检测单元X赋值排列；将检测数据按照X数值的正序或者倒序与对比数据逐一对比。
当数据库容量较大时，可能会出现特定标识数据一致的情况，当检测数据中全部的数值与对比数据全部的数值相似度大于99％时，该对应的对比数据为通过数据，此时认定被检测人通过；如果小于95％则认定被检测人不通过；其余则提示重新获取检测数据重新检测；如果重新检测获得检测数据仍然判定需要重新检测时，则继续重新检测，当重新检测超过三次时，则认定不通过；其中相似度为：在对检测数据中的数值进行逐一对比时，相同的数值数量占总数值数量的百分比。
基于上述方案，当通过数据的组数大于1时，选取相似度值最大的一组对比数据为通过数据。
具体地，检测保护管体为玻璃管或塑料管。
具体地，检测单元的X取值范围为80-300个；检测单元的Y取值范围为80-300个。当然，本发明不仅限于于上述数值范围，当采用纳米技术将检测单元制成体积非常小(例如微米级别)时，可以通过增加检测单元的设置数量，提高本发明对生物识别的精准度。
本发明提供的生物识别机器人系统利用了上述的指纹检测方法，由于其运算规则简单，不仅检测对比效率较高，并且，检测精度也较高。
超声波是指频率在2万赫兹以上的机械振动波，能够传递超声波的物质，称为传声介质，超声波在传声介质中的传播特点是具有明确指向性的束状传播，这种声波能够成束地发射并用于定向扫查人体组织。
超声波的基本物理量
1、频率(f)：是指单位时间内质点振动的次数。单位是赫兹(Hz)、千赫(KHz)、兆赫(MHz)。超声的频率在20KHz以上，而医学诊断用超声的频率一般在兆赫级，称为高频超声波，常用频率范围2～10兆赫。频率越高，波的纵向分辨力越好。周期(T)则是一个完整的波通过某点所需的时间，有f·T＝1。
2、波长(λ)：表示在均匀介质中的单频声波行波振动一个周期时间内所传播的距离，也就是一个波周期在空间里的长度。波的纵向分辨力的极限是半波长，因此了解人体软组织中传导的超声波长有助于估计超声波分辨病灶大小的能力。
3、声速(C)：是指声波在介质中传播的速度。声速是由弹性介质的特性决定的，不同介质的声速是不同的。人体各种软组织之间声速的差异很小，约5％左右，所以在各种超声诊断仪器检测人体脏器时，假设各种软组织的声速是相等的，即采用了人体软组织平均声速的概念。目前，较多采用人体软组织平均声速的数值是1540m/s。实际上人体不同软组织脏器及体液的声速是有差别的，因此声像图上显示的目标，无论是脏器或病灶，其位置及大小与实际的结构相比，都存在误差，但不致影响诊断结论。
超声成像的原理
超声成像(ultrasonicimaging)是利用超声波的声成像，目前的医用超声诊断仪都是利用超声波照射人体，通过接收和处理载有人体组织或结构性质特征信息的回波，获得人体组织性质与结构的可见图像的方法和技术，超声成像具有自己独特的优点，是其它成像所不能代替的：
1、较高的软组织分辨力：组织只要有1‰的声阻抗差异，仪器就能检测出并显示其反射回波。目前，超声成像已能在近二十厘米的检测深度范围，获取优于1毫米的图像空间分辨力。
2、具有高度的安全性：当严格控制声强低于安全阈值时，超声可能成为一种无损伤的诊断技术，对操作人员更是十分安全。
3、实时成像：它能高速实时成像，可以观察运动的器官，并节省检查时间。
4、使用简便，费用较低，用途广泛。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (7)

1.一种利用超声波检测指纹的方法，其特征在于，
包括工控机系统、超声波脉冲发射器、超声波信号接收器以及检测保护管体，所述超声波脉冲发射器以及所述超声波信号接收器均设置于所述检测保护管体内，所述工控机系统与所述超声波脉冲发射器以及所述超声波信号接收器信号连接；
所述超声波脉冲发射器与所述超声波信号接收器组成检测单元，将所述检测单元按照矩阵方式排列，并对所述检测单元赋值M(x，y)；
利用所述检测单元对其对应的点进行距离测量，D＝C*T，
将第Xn行上的第Y个和第Y+1个所述检测单元检测到的点的距离DY、DY+1做比较，如果两者相同则标记为B、如果比较值为负值则标记为F、如果比较值为正值则标记为Z；
将同一行的Xn对比值作为一组对比单元，然后对Ym、Ym+1两列上的Xn进行计算得到下一组对比单元直至计算完毕，获得对比数据，才用该对比数据作为特征向量进行储存；
依据上述采集方法获得全部人员的对比数据进行储存得到对比数据库；
将需要识别的人员手握住所述检测保护管体，由所述超声波脉冲发射器发出超声波对被识别人员的手指指纹进行测距，然后将相邻的两个所述检测单元检测到的距离值对比获得检测数据，然后将所述检测数据与对比数据库中的对比数据进行逐一匹配，当所述检测数据中全部的数据与对比数据库中的数据一致时，则判定通过，如果全不一致，则判定不通过；
其中，D为距离、C为声音在空气中的传播速度、T为时间，M\N\X\Y均为正整数。
2.根据权利要求1所述的利用超声波检测指纹的方法，其特征在于，
所述对比数据库中储存的对比数据为按照所述检测单元X顺序排列；
所述检测数据为按照所述检测单元X顺序排列；
将所述检测数据按照X数值的正序或者倒序与所述对比数据逐一对比。
3.根据权利要求2所述的利用超声波检测指纹的方法，其特征在于，
当所述检测数据中全部的数值与所述对比数据全部的数值相似度大于99％时，所述对比数据为通过数据，此时认定被检测人通过；如果小于95％则认定被检测人不通过；其余则提示重新获取检测数据重新检测；
如果重新检测获得检测数据仍然判定需要重新检测时，则继续重新检测，当重新检测超过三次时，则认定不通过；
其中相似度为：在对所述检测数据中的数值进行逐一对比时，相同的数值数量占总数量的百分比。
4.根据权利要求3所述的利用超声波检测指纹的方法，其特征在于，
当所述通过数据的组数大于1时，选取相似度值最大的一组对比数据为通过数据。
5.根据权利要求4所述的利用超声波检测指纹的方法，其特征在于，
所述检测保护管体为玻璃管或塑料管。
6.根据权利要求4所述的利用超声波检测指纹的方法，其特征在于，
所述检测单元的X取值范围为80-300个；
所述检测单元的Y取值范围为80-300个。
7.一种生物识别机器人系统，其特征在于，
包括工控机系统、超声波脉冲发射器、超声波信号接收器、检测保护管体以及电子锁，所述超声波脉冲发射器以及所述超声波信号接收器均设置于所述检测保护管体内，所述工控机系统与所述超声波脉冲发射器以及所述超声波信号接收器信号连接；
所述超声波脉冲发射器与所述超声波信号接收器组成一组检测单元，将所述检测单元按照矩阵方式排列，并对所述检测单元赋值M(x，y)；
将第Xn行上的第Y个和第Y+1个所述检测单元检测到的点距离DY、DY+1做比较，如果两者相同则标记为B、如果比较值为负值则标记为F、如果比较值为正值则标记为Z；
将同一行的Xn对比值作为一组对比单元，然后对Ym、Ym+1两列上的Xn进行计算得到下一组对比单元直至计算完毕，获得对比数据；
将需要识别的人员手握住所述检测保护管体，由所述超声波脉冲发射器发出超声波对被识别人员的手指指纹进行测距，然后将相邻的两个所述检测单元检测到的距离值对比获得检测数据，然后将所述检测数据与对比数据库中的对比数据进行逐一匹配，当所述检测数据中全部的数据与对比数据库中的数据有一致的则判定通过；
所述工控机系统与所述电子锁连接，当判定通过后，由所述工控机系统控制所述电子锁打开；
其中，D为距离、C为声音在空气中的传播速度、T为时间，M\N\X\Y均为正整数。
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