CN105427440B - 一种安全电子锁及开锁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全电子锁及开锁方法，包括以下步骤：S1.原始图像采集步骤；S2.原始图像预处理步骤；S3.原始图像验证步骤；S4.手指活体验证步骤；S5.开锁步骤。本发明中要实现电子锁开锁，需要先后进行原始图像验证、手指活体验证以及密码验证等多重验证，只有当所有验证全部通过才能实现开锁，大大提高了电子锁的安全性能；在进行手指活体验证时，将采集得到的特征数据耦合成三维数据，在该三维数据中依据指纹中心点定位算法获取指纹中心点，并通过指纹中心点与手指静脉的相对位置来判断手指是否为活体，从而防止他人伪造手指通过验证，提高了电子锁的安全性能。

Description

一种安全电子锁及开锁方法

技术领域

本发明涉及生物识别技术领域，特别是涉及一种安全电子锁的开锁方法。

背景技术

生物认证技术现在已经获得广泛认可，并且已经通过国家认证机构的认证，并广泛应用于各行各业。指纹由于其具有终生不变性、唯一性和方便性，已经几乎成为生物特征识别的代名词。指纹是指人的手指末端正面皮肤上凹凸不平产生的纹线。纹线有规律的排列形成不同的纹型。纹线的起点、终点、结合点和分叉点称为指纹的细节特征点。然而现有的指纹识别存在以下缺陷：（1）某些人或某些群体的指纹特征少，难以成像；（2）每一次使用指纹时都会在采集头上留下用户的指纹印痕，而这些指纹印痕存在被用来复制指纹的可能性，如某电器商城里的指纹套和指纹膜等；（3）指纹是用户的重要个人信息，某些应用场合用户担心信息泄露，埋下重大安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种安全电子锁的开锁方法，要实现电子锁开锁，需要先后进行原始图像验证、手指活体验证以及密码验证等多重验证，大大提高了电子锁的安全性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种安全电子锁的开锁方法，包括指纹静脉采集验证装置和电子锁本体，指纹静脉采集验证装置包括外壳、信号处理部、设置在外壳内部的腔体、设置在腔体和外壳之间的图像采集器和用于驱动图像采集器旋转的电机，信号处理部包括微处理器和数字信号处理器，图像采集器包括支撑部，外壳内壁和支撑部内壁上均设有衬底层，支撑部内壁的第一侧面上设有图像传感器和第一光源，第一光源倾斜设置在图像传感器的四周，支撑部内壁的第二侧面上设有第二光源，支撑部内壁的第一侧面和第二侧面相对，图像传感器、第一光源、第二光源、电机和数字信号处理器均与微处理器连接，微处理器与电子锁本体连接。

所述图像传感器、第一光源和第二光源的安装座表面设有衬底层。

所述衬底由哑光材料或黑色磨砂材料制成。

所述支撑部呈四岔爪型或筒套型。

所述腔体由透明材料制成。

所述外壳设有腔体门。

一种安全电子锁的开锁方法，包括以下步骤：

S1.原始图像采集步骤：图像采集器围绕手指进旋转，在旋转过程中采集手指的原始特征图像，直到完成手指360度的原始特征图像采集，该原始特征图像包括指纹图像、表皮静脉图像和透视静脉图像，并将原始特征图像存储到第一加密储存芯片的临时缓冲区；

S2.原始图像预处理步骤：与第一加密储存芯片绑定的数字信号处理器访问该第一加密储存芯片的临时缓冲区，对原始特征图像依次进行滤波、图像二值化和细化处理；然后，微处理器对第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像与注册时留在第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像进行对比验证，当验证成功时，将第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像转存到第一加密存储芯片的加密数据区，直到将手指的原始特征图像采集完毕；

S3.原始图像验证步骤：微处理器将经过数字信号处理器预处理的原始特征图像与注册时留在第一加密存储芯片的加密数据区的原始特征图像进行对比验证，当验证成功时，从经过数字信号处理器预处理的原始特征图像中提取特征数据，该特征数据包括指纹特征数据、表皮静脉特征数和透视静脉特征数据，然后对特征数据进行加密，并将加密后的特征数据存储至加密数据临时存储区；

S4.手指活体验证步骤：当原始图像验证成功后，微处理器将存储在加密数据临时存储区的特征数据耦合成待验证三维特征数据，并将该待验证三维特征数据与存储在加密存储区的注册三维特征数据进行对比验证，当验证成功时，判断手指为活体，微处理器发出开锁信号；

S5.开锁步骤：电子锁本体根据开锁信号进行开锁。

步骤S4和步骤S5之间还包括密码验证步骤：当密码验证成功后，微处理器将开锁信号发送至电子锁。

步骤S2中，当验证失败时，微处理器为验证失败的原始特征图像加上时间戳，并将该原始特征图像转存到第二存储芯片的临时数据区；在一定时间范围内，微处理器检测到第二存储芯片的临时数据区存储的同一生物的原始特征图像的数量超过阈值时进行报警处理；当临时存储区的存储到原始图像的数量超过阈值时进行报警。

步骤S2中，当原始特征图像采集未全部完成时，若发生验证失败，微处理器将存储于第一加密存储芯片的加密数据区的原始特征图像彻底删除。

步骤S4包括以下子步骤：

S41.微处理器将存储在加密数据临时存储区的特征数据采用3D数据拟合算法进行拟合，得到待验证三维特征数据；

S42.获取待验证三维特征数据中指纹中心点与所有静脉的相对位置，并将该相对位置与注册三维特征数据中指纹中心点与所有静脉的相对位置进行对比验证，当两者一致时，则验证成功，判断手指为活体；

S43.微处理器发出开锁信号。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中要实现电子锁开锁，需要先后进行原始图像验证、手指活体验证以及密码验证等多重验证，大大提高了电子锁的安全性能；

（2）本发明中进行手指活体验证时，将采集得到的特征数据耦合成三维数据，在该三维数据中依据指纹中心点定位算法获取指纹中心点，并通过指纹中心点与手指静脉的相对位置来判断手指是否为活体，从而防止他人伪造手指通过验证，提高了电子锁的安全性能；

（3）本发明的验证速度快，从用户放入手指进行验证到验证成功开锁或验证失败的时间不超过2s。

附图说明

图1为本发明指纹静脉采集验证装置的示意图；

图2为本发明中采集表皮静脉图像的示意图；

图3为本发明中采集透视静脉图像的示意图；

图4为本发明一种安全电子锁的开锁方法的流程图；

图5为本发明中3D数据拟合算法的一个实施例的示意图；

图中，1-外壳，2-支撑部，3-腔体，4-第四光源，5-第一光源，6-图像传感器，7-第二光源，8-第三光源。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1、图2和图3所示，一种安全电子锁的开锁方法，包括指纹静脉采集验证装置和电子锁本体，指纹静脉采集验证装置包括外壳1、信号处理部、设置在外壳1内部的腔体3、设置在腔体3和外壳1之间的图像采集器和用于驱动图像采集器旋转的电机，信号处理部包括微处理器和数字信号处理器，图像采集器包括支撑部2，外壳1内壁和支撑部2内壁上均设有衬底层，支撑部2内壁的第一侧面上设有图像传感器6和第一光源5，第一光源5倾斜设置在图像传感器6的四周，支撑部2内壁的第二侧面上设有第二光源7，支撑部2内壁的第一侧面和第二侧面相对，图像传感器6、第一光源5、第二光源7、电机和数字信号处理器均与微处理器连接，微处理器与电子锁本体连接。

所述支撑部2内壁的第三侧面上设有第三光源8，所述支撑部2内部的第四侧面上设有第四光源4，第三光源8和第四光源4均与微处理器连接。第一光源5、第二光源7、第三光源8和第四光源4均包括近红外LED灯和白色LED灯，微处理器根据图像传感器6采集的需要点亮不同的近红外LED灯或白色LED灯。

所述图像传感器6、第一光源5和第二光源7的安装座表面设有衬底层。所述衬底由哑光材料或黑色磨砂材料制成，减小衬底反射光对图像采集的影响，改善采集到的图像的质量，有利于提高后续特征识别的正确率。

所述支撑部2呈四岔爪型或筒套型。

所述外壳1上设有腔体门，该腔体门的开启信号是由接近检测的光敏电阻及另一发明中的猫眼控制的，在检测到人体靠近时，腔体门自动打开。

所述腔体3由透明材料制成。

进一步的，还包括盘式滑环，图像传感器6、第一光源5、第二光源7、第三光源8和第四光源4均通过盘式滑环与微处理器连接，盘式滑环用于在图像采集器高速旋转的情况下，保证图像采集器能及时准确的将采集到的原始特征图像传输至信号处理部。

本装置的工作原理为：图像采集器围绕手指进旋转，在旋转过程中采集手指的原始特征图像，直到完成手指360度的原始特征图像采集，该原始特征图像包括指纹图像、表皮静脉图像和透视静脉图像，并将原始特征图像存储到第一加密储存芯片的临时缓冲区；与第一加密储存芯片绑定的数字信号处理器访问该第一加密储存芯片的临时缓冲区，对原始特征图像依次进行滤波、图像二值化和细化处理；然后，微处理器对第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像与注册时留在第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像进行对比验证，当验证成功时，将第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像转存到第一加密存储芯片的加密数据区，直到将手指的原始特征图像采集完毕；微处理器将经过数字信号处理器预处理的原始特征图像与注册时留在第一加密存储芯片的加密数据区的原始特征图像进行对比验证，当验证成功时，从经过数字信号处理器预处理的原始特征图像中提取特征数据，该特征数据包括指纹特征数据、表皮静脉特征数和透视静脉特征数据，然后对特征数据进行加密，并将加密后的特征数据存储至加密数据临时存储区；当原始图像验证成功后，微处理器将存储在加密数据临时存储区的特征数据耦合成待验证三维特征数据，并将该待验证三维特征数据与存储在加密存储区的注册三维特征数据进行对比验证，当验证成功时，判断手指为活体，微处理器发出开锁信号电子锁本体根据开锁信号进行开锁。

如图4所示，一种安全电子锁的开锁方法，包括以下步骤：

S1. 原始图像采集步骤：图像采集器围绕手指进旋转，在旋转过程中采集手指的原始特征图像，直到完成手指360度的原始特征图像采集，该原始特征图像包括指纹图像、表皮静脉图像和透视静脉图像，并将原始特征图像存储到第一加密储存芯片的临时缓冲区。

图像采集器每次围绕手指旋转一定角度，直到完成手指360度的原始特征图像采集，图像采集器每旋转一次便采集一次手指的特征图像。

S2.原始图像预处理步骤：与第一加密储存芯片绑定的数字信号处理器访问该第一加密储存芯片的临时缓冲区，对原始特征图像依次进行滤波、图像二值化和细化（定位特征点，特征点包括端点和分叉点）处理；然后，微处理器对第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像与注册时留在第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像进行对比验证，当验证成功时，将第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像转存到第一加密存储芯片的加密数据区，直到将手指的原始特征图像采集完毕。

步骤S2中，当验证失败时，微处理器为验证失败的原始特征图像加上时间戳，并将该原始特征图像转存到第二存储芯片的临时数据区；在一定时间范围内（该时间范围可以根据需要自行设定），微处理器检测到第二存储芯片的临时数据区存储的同一生物的原始特征图像的数量超过阈值时进行报警处理；当临时存储区的存储到原始图像的数量超过阈值时进行报警。所述报警的方式包括声音报警或文本报警或光报警中的一种或多种。

步骤S2中，当原始特征图像采集未全部完成时，若发生验证失败，微处理器将存储于第一加密存储芯片的加密数据区的原始特征图像彻底删除。

S3. 原始图像验证步骤：微处理器将经过数字信号处理器预处理的原始特征图像与注册时留在第一加密存储芯片的加密数据区的原始特征图像进行对比验证，当验证成功时，从经过数字信号处理器预处理的原始特征图像中提取特征数据，该特征数据包括指纹特征数据、表皮静脉特征数和透视静脉特征数据，然后对特征数据进行加密，并将加密后的特征数据存储至加密数据临时存储区。

S4.手指活体验证步骤：当原始图像验证成功后，微处理器将存储在加密数据临时存储区的特征数据耦合成待验证三维特征数据，并将该待验证三维特征数据与存储在加密存储区的注册三维特征数据进行对比验证，当验证成功时，判断手指为活体，微处理器发出开锁信号。

步骤S4包括以下子步骤：

S41.微处理器将存储在加密数据临时存储区的特征数据采用3D数据拟合算法进行拟合，得到待验证三维特征数据；

S42.获取待验证三维特征数据中指纹中心点与所有静脉的相对位置，并将该相对位置与注册三维特征数据中指纹中心点与所有静脉的相对位置进行对比验证，当两者一致时，则验证成功，判断手指为活体；

S43.微处理器发出开锁信号。

步骤S4和步骤S5之间还包括密码验证步骤：当密码验证成功后，微处理器将开锁信号发送至电子锁。

下面以一个例子对3D数据拟合算法作进一步的说明，该例子并不作为对本发明中3D数据拟合算法的限定，如图5所示，本例中采用16位计数（16进制微处理器），图3中1、2位表示分层（01表示指纹图像层，10表示表皮静脉图像层，11表示透视静脉图像层）；3～7位表示图像灰度等级（31表示纯黑，0表示白色），8～12位表示轮廓等级（31表示轮廓为4毫米，每一等级表示0.125毫米），13～15位表示该数据的序号，该3位序号表示位耦合成9位，对特征点数进行计数，16位表示特征点类型（1表示分叉点，0表示端点）。在上述13～15位的序号耦合后，该数据构成以整体，相邻序号数据的特征点数据是连贯的，同时通过算法将各组数据耦合在一起，构成一个更大的数据组，同时提取对应位上的数据进行耦合，将隔层数据各自耦合成一个三维数组。

S5.开锁步骤：电子锁本体根据开锁信号进行开锁。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种安全电子锁的开锁方法，该电子锁包括指纹静脉采集验证装置和电子锁本体，指纹静脉采集验证装置包括外壳（1）、信号处理部、设置在外壳（1）内部的腔体（3）、设置在腔体（3）和外壳（1）之间的图像采集器和用于驱动图像采集器旋转的电机，信号处理部包括微处理器和数字信号处理器，图像采集器包括支撑部（2），外壳（1）内壁和支撑部（2）内壁上均设有衬底层，支撑部（2）内壁的第一侧面上设有图像传感器（6）和第一光源（5），第一光源（5）倾斜设置在图像传感器（6）的四周，支撑部（2）内壁的第二侧面上设有第二光源（7），支撑部（2）内壁的第一侧面和第二侧面相对，图像传感器（6）、第一光源（5）、第二光源（7）、电机和数字信号处理器均与微处理器连接，微处理器与电子锁本体连接，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1.原始图像采集步骤：图像采集器围绕手指进旋转，在旋转过程中采集手指的原始特征图像，直到完成手指360度的原始特征图像采集，该原始特征图像包括指纹图像、表皮静脉图像和透视静脉图像，并将原始特征图像存储到第一加密储存芯片的临时缓冲区；

S2.原始图像预处理步骤：与第一加密储存芯片绑定的数字信号处理器访问该第一加密储存芯片的临时缓冲区，对原始特征图像依次进行滤波、图像二值化和细化处理；然后，微处理器对第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像与注册时留在第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像进行对比验证，当验证成功时，将第一加密存储芯片的临时缓冲区的原始特征图像转存到第一加密存储芯片的加密数据区，直到将手指的原始特征图像采集完毕；

S3.原始图像验证步骤：微处理器将经过数字信号处理器预处理的原始特征图像与注册时留在第一加密存储芯片的加密数据区的原始特征图像进行对比验证，当验证成功时，从经过数字信号处理器预处理的原始特征图像中提取特征数据，该特征数据包括指纹特征数据、表皮静脉特征数和透视静脉特征数据，然后对特征数据进行加密，并将加密后的特征数据存储至加密数据临时存储区；

S4.手指活体验证步骤：当原始图像验证成功后，微处理器将存储在加密数据临时存储区的特征数据耦合成待验证三维特征数据，并将该待验证三维特征数据与存储在加密存储区的注册三维特征数据进行对比验证，当验证成功时，判断手指为活体，微处理器发出开锁信号；

S5.开锁步骤：电子锁本体根据开锁信号进行开锁。

2.根据权利要求1所述的一种安全电子锁的开锁方法，其特征在于：所述图像传感器（6）、第一光源（5）和第二光源（7）的安装座表面设有衬底层。

3.根据权利要求1所述的一种安全电子锁的开锁方法，其特征在于：所述衬底由哑光材料或黑色磨砂材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种安全电子锁的开锁方法，其特征在于：所述支撑部（2）呈四岔爪型或筒套型。

5.根据权利要求1所述的一种安全电子锁的开锁方法，其特征在于：所述外壳（1）上设有腔体门。

6.根据权利要求1所述的一种安全电子锁的开锁方法，其特征在于：步骤S4和步骤S5之间还包括密码验证步骤：当密码验证成功后，微处理器将开锁信号发送至电子锁。

7.根据权利要求1所述的一种安全电子锁的开锁方法的开锁方法，其特征在于：步骤S2中，当验证失败时，微处理器为验证失败的原始特征图像加上时间戳，并将该原始特征图像转存到第二存储芯片的临时数据区；在一定时间范围内，微处理器检测到第二存储芯片的临时数据区存储的同一生物的原始特征图像的数量超过阈值时进行报警处理；当临时存储区的存储到原始图像的数量超过阈值时进行报警。

8.根据权利要求1所述的一种安全电子锁的开锁方法，其特征在于：步骤S2中，当原始特征图像采集未全部完成时，若发生验证失败，微处理器将存储于第一加密存储芯片的加密数据区的原始特征图像彻底删除。

9.根据权利要求1所述的一种安全电子锁的开锁方法，其特征在于：步骤S4包括以下子步骤：

S41.微处理器将存储在加密数据临时存储区的特征数据采用3D数据拟合算法进行拟合，得到待验证三维特征数据；

S42.获取待验证三维特征数据中指纹中心点与所有静脉的相对位置，并将该相对位置与注册三维特征数据中指纹中心点与所有静脉的相对位置进行对比验证，当两者一致时，则验证成功，判断手指为活体；

S43.微处理器发出开锁信号。