CN105575011A - 一种智能虹膜支付机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能虹膜支付机，该智能虹膜支付机包括机身及安装在机身上的触控显示屏、虹膜识别器、条形码扫描设备、银联卡插口、小票打印口、二维码模块、支付模块；虹膜识别器包括虹膜图像获取模块、识别算法模块、特征提取模块、编码模块、虹膜数据库、数据匹配模块、虹膜识别移动端；条形码扫描设备包括红外控制发射模块、滤光模块、红外接收模块、信号放大、解码模块、机械光路组件。本发明的智能虹膜支付机和支付方法，顾客基于选购商品的条形码数据进行品数据的自助采集，支持顾客自助结账，能够提高超市的结账效率，最大限度的减少超市的排队长度，同时也大大提高了支付的安全性。

Description

一种智能虹膜支付机

技术领域

本发明属于智能识别领域，尤其涉及一种智能虹膜支付机。

背景技术

在传统的超市购物形式下，顾客在超市购物总是不得不提着或者推着一大堆的商品在超市拥挤的过道中穿行，并且需要在收银台前排长队等待收银员对每件商品进行扫描、结算、收银，结账效率低，现在，迫切需要一套面向大型超市的商品自助结账系统，每个人的眼睛虹膜都是唯一的，这个身体密码比指纹、钥匙、数字密码的安全系数更高，通过虹膜支付可以提高超市的结账效率，最大限度的减少超市的排队长度，降低超市的拥挤程度，给顾客轻松愉快的购物体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能虹膜支付机，旨在解决现有的超市支付方式结账效率低，不便捷的问题。

本发明是这样实现的，一种智能虹膜支付机包括机身及安装在机身上的触控显示屏、虹膜识别器、条形码扫描设备、银联卡插口、小票打印口、二维码模块、支付模块；

所述的虹膜识别器、条形码扫描设备、银联卡插口、小票打印口、二维码模块与所述的支付模块连接；

所述的虹膜识别器包括虹膜图像获取模块、识别算法模块、特征提取模块、编码模块、虹膜数据库、数据匹配模块；

所述的虹膜识别器还包括虹膜识别移动端，该虹膜识别移动端设置有与手机连接的USB接口；

所述的图像获取模块用于拍摄用户虹膜，并获取相应的认证虹膜；

所述的识别算法模块包括图像质量评估模块和虹膜预处理模块，用于对虹膜图像进行定位、归一化、图像增强的预处理；

所述的特征提取模块用于对虹膜预处理后提取认证的虹膜的特征点，并计算所提取的认证虹膜各特征点的特征值；

所述的编码模块采用图像特征提取算法对虹膜图像的感兴趣部分进行特征提取并编码；

所述的数据匹配模块用于将所提取并编码的的认证虹膜的特征点的特征值与虹膜数据库中的数据进行对比，并在所提取的并编码的认证虹膜的特征点的特征值与虹膜数据库中的数据相符时确认该用户通过身份认证；

所述的条形码扫描设备包括红外控制发射模块、滤光模块、红外接收模块、信号放大、解码模块、机械光路组件，所述红外控制发射模块产生红外线状光束反射到待测条码上，读取的一维条码反射光经滤光模块、红外接收模块处理，传送给信号放大和解码模块进行条码解码识别；

所述机械光路组件包括装有多个不同角度反射镜的旋转电机，以及多个相匹配的分光反射镜；所述机械光路组件将所述红外控制发射模块产生的红外光束处理后形成多条不同角度红外光组成的网格状光网；

所述的二维码模块设置在小票打印口内部，用于生成与购物清单相对应的二维码，该二维码模块包括：

彩色功能图形生成模块，用于根据二维条码符号的版本生成二维条码的彩色像素功能图形；

黑白编码区生成模块，用于生成二维条码的黑白像素编码区；

彩色功能图形解码模块，用于接收输入的二维条码符号，识别二维条码符号的彩色像素模块，解码出二维条码符号的彩色像素功能图形；

编码信息提取模块，用于根据所述彩色功能图形解码模块解码出的所述彩色像素功能图形提取二维条码的黑白像素编码区信息；

编码区信息解码模块，用于接收所述黑白像素编码区信息，对所述黑白像素编码区信息进行解码；

其中，所述二维条码的彩色像素功能图形位于对应标准二维条码的原功能图形区域内，标准二维条码的原功能图形区域中空余出来的像素块用于数据编码。

进一步，所述的虹膜图像的定位采用由粗到精的定位方法，首先对虹膜内边缘圆心和半径的进行粗定位，然后精确定位虹膜的内外边缘，最后将将虹膜区域分割出来；

所述的粗定位利用人眼的灰度级变化的突变和虹膜的环状特性，进行人眼睛的瞳孔的圆心和半径粗定位；

当瞳孔的圆心和半径大致确定之后，根据虹膜的圆形结构特征，对虹膜的内外边缘进行精定位，采用面积分代替线积分：

$max|G_0\left(R\right)\&times;\frac{\&part;}{\&part;R}\underset{D}{\&Integral;\&Integral;}\frac{D(x,y)}{2\mathrm{\&pi;}R}d\mathrm{\&delta;}|,(R_0-\mathrm{\&Delta;}R<R<R_0+\mathrm{\&Delta;}R)$

式中，D(x,y)为利用Canny算子获得的灰度边缘图像，G₀(r)表示高斯函数，

r₀表示粗定位后的瞳孔半径，Δr表示确定的搜索范围。

进一步，以瞳孔圆心为中心点，将虹膜的环形区域归一化为矩形区域，首先设虹膜图像的内外边缘的交点位置分为(x_i(θ)，y_i(θ))和(x₀(θ)，y₀(θ))通过下式将虹膜图像中的每一点全部映射到极坐标(r，θ)中：

$\left\{\begin{array}{c}x(r,\mathrm{\&theta;})=(1-r)x_i\left(\mathrm{\&theta;}\right)+r{x}_0\left(\mathrm{\&theta;}\right)\\ y(r,\mathrm{\&theta;})=(1-r)y_i\left(\mathrm{\&theta;}\right)+r{y}_0\left(\mathrm{\&theta;}\right)\end{array}\right.$

在对虹膜进行归一化的同时，对噪声进行相应标记，生成一个与归一化虹膜相对应的噪声屏蔽模板，在该噪声屏蔽模板中，噪声信息被标记为0，虹膜信息被标记为1。

进一步，所述的条形码扫描设备还包括与信号解码处理模块连接的数据传输模块，用于将解码后的数据传送给外接设备；

所述数据传输模块为无线发射发射装置，通过射频将解码后产生的数据发射给外接设备；或者所述数据传输模块具有USB接口，将解码后的数据转换成为USB传输信号通过USB接口进行传输；

或者所述数据传输模块将解码后的数据转换成为ps2键盘格式数据进行传输；或者所述数据传输模块具有串行接口，将解码后的数据转换成为串口数据信号进行传输。

进一步，所述的二维码模块还包括：

数据分析模块，用于接收输入的编码数据，根据编码数据的字符类型、数据量、纠错等级选择二维条码符号的版本；

通知所述彩色功能图形生成模块生成所述版本的二维条码的彩色像素功能图形，将所述编码数据发送给所述黑白编码区生成模块，所述黑白编码区生成模块根据接收的所述编码数据生成二维条码的黑白像素编码区。

一种超市智能虹膜支付方法包括：

步骤一、顾客通过条形码扫描设备进行商品条码扫描，识别条形码，得到商品编码，获取商品信息并显示；

步骤二、确认商品信息，确定是否将商品添加到采购清单；

步骤三、支付模块通过触控显示屏向顾客显示结算信息，确认结算信息，自助支付；

步骤四、通过虹膜识别器识别虹膜，通过触控屏显示与虹膜绑定的银行卡，选择支付银行卡，输入支付密码，完成支付；

步骤五、打印购物清单、清单二维码、支付凭证。

本发明的智能虹膜支付机和支付方法，顾客基于选购商品的条形码数据进行品数据的自助采集，支持顾客自助结账，能够提高超市的结账效率，最大限度的减少超市的排队长度，同时也大大提高了支付的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的超市智能虹膜支付的内部构成图；

图中：1、虹膜识别器；1-1、图像获取模块；1-2、识别算法模块；1-3、特征提取模块；1-4、编码模块；1-5、虹膜数据库；1-6、数据匹配模块；1-7、虹膜识别移动端；2、条形码扫描设备；3、银联卡插口；4、小票打印口；5、二维码模块；6、支付模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

如图1所示，本发明是这样实现的，一种智能虹膜支付机包括机身及安装在机身上的触控显示屏、虹膜识别器1、条形码扫描设备2、银联卡插口3、小票打印口4、二维码模块5、支付模块6；

所述的虹膜识别器1、条形码扫描设备2、银联卡插口3、小票打印口4、二维码模块5与所述的支付模块6连接；

所述的虹膜识别器1包括虹膜图像获取模块1-1、识别算法模块1-2、特征提取模块1-3、编码模块1-4、虹膜数据库1-5、数据匹配模块1-6；

所述的虹膜识别器还包括虹膜识别移动端1-7，该虹膜识别移动端1-7设置有与手机连接的USB接口；

所述的图像获取模块1-1用于拍摄用户虹膜，并获取相应的认证虹膜；

所述的识别算法模块1-2包括图像质量评估模块和虹膜预处理模块，用于对虹膜图像进行定位、归一化、图像增强的预处理；

所述的特征提取模块1-3用于对虹膜预处理后提取认证的虹膜的特征点，并计算所提取的认证虹膜各特征点的特征值；

所述的编码模块1-4采用图像特征提取算法对虹膜图像的感兴趣部分进行特征提取并编码；

所述的数据匹配模块1-6用于将所提取并编码的的认证虹膜的特征点的特征值与虹膜数据库1-5中的数据进行对比，并在所提取的并编码的认证虹膜的特征点的特征值与虹膜数据库1-5中的数据相符时确认该用户通过身份认证；

所述的条形码扫描设备2包括红外控制发射模块、滤光模块、红外接收模块、信号放大、解码模块、机械光路组件，所述红外控制发射模块产生红外线状光束反射到待测条码上，读取的一维条码反射光经滤光模块、红外接收模块处理，传送给信号放大和解码模块进行条码解码识别；

所述机械光路组件包括装有多个不同角度反射镜的旋转电机，以及多个相匹配的分光反射镜；所述机械光路组件将所述红外控制发射模块产生的红外光束处理后形成多条不同角度红外光组成的网格状光网；

所述的二维码模块5设置在小票打印口4内部，用于生成与购物清单相对应的二维码，该二维码模块包括：

彩色功能图形生成模块，用于根据二维条码符号的版本生成二维条码的彩色像素功能图形；

黑白编码区生成模块，用于生成二维条码的黑白像素编码区；

彩色功能图形解码模块，用于接收输入的二维条码符号，识别二维条码符号的彩色像素模块，解码出二维条码符号的彩色像素功能图形；

编码信息提取模块，用于根据所述彩色功能图形解码模块解码出的所述彩色像素功能图形提取二维条码的黑白像素编码区信息；

编码区信息解码模块，用于接收所述黑白像素编码区信息，对所述黑白像素编码区信息进行解码；

其中，所述二维条码的彩色像素功能图形位于对应标准二维条码的原功能图形区域内，标准二维条码的原功能图形区域中空余出来的像素块用于数据编码。

进一步，所述的虹膜图像的定位采用由粗到精的定位方法，首先对虹膜内边缘圆心和半径的进行粗定位，然后精确定位虹膜的内外边缘，最后将将虹膜区域分割出来；

所述的粗定位利用人眼的灰度级变化的突变和虹膜的环状特性，进行人眼睛的瞳孔的圆心和半径粗定位；

当瞳孔的圆心和半径大致确定之后，根据虹膜的圆形结构特征，对虹膜的内外边缘进行精定位，采用面积分代替线积分：

$max|G_0\left(R\right)\&times;\frac{\&part;}{\&part;R}\underset{D}{\&Integral;\&Integral;}\frac{D(x,y)}{2\mathrm{\&pi;}R}d\mathrm{\&delta;}|,(R_0-\mathrm{\&Delta;}R<R<R_0+\mathrm{\&Delta;}R)$

式中，D(x,y)为利用Canny算子获得的灰度边缘图像，G₀(r)表示高斯函数，

r₀表示粗定位后的瞳孔半径，Δr表示确定的搜索范围。

进一步，以瞳孔圆心为中心点，将虹膜的环形区域归一化为矩形区域，首先设虹膜图像的内外边缘的交点位置分为(x_i(θ)，y_i(θ))和(x₀(θ)，y₀(θ))通过下式将虹膜图像中的每一点全部映射到极坐标(r，θ)中：

$\left\{\begin{array}{c}x(r,\mathrm{\&theta;})=(1-r)x_i\left(\mathrm{\&theta;}\right)+r{x}_0\left(\mathrm{\&theta;}\right)\\ y(r,\mathrm{\&theta;})=(1-r)y_i\left(\mathrm{\&theta;}\right)+r{y}_0\left(\mathrm{\&theta;}\right)\end{array}\right.$

在对虹膜进行归一化的同时，对噪声进行相应标记，生成一个与归一化虹膜相对应的噪声屏蔽模板，在该噪声屏蔽模板中，噪声信息被标记为0，虹膜信息被标记为1。

由于角膜反射和光源位置等因素的影响，虹膜图像上的光照分布不能完全均匀，从而影响后继的纹理分析效果。为了更好的提高识别效率，在特征提取之前必须先对归一化的虹膜图像进行增强。本发明对归一化后的虹膜图像采用局部的直方图均衡化。经过直方图均衡化后的图像是一幅灰度级均匀分布的图像，图像灰度级的动态范围得到增大，从而实现了图像增强，减少了非均匀光照的影响。经过以上预处理以后的虹膜展开图像。

传统的虹膜特征提取采用一维log－Gabor滤波器进行。对于二维虹膜图像，其虹膜纹理的特征信息不仅反映在径向方向上，同时也体现在角度方向上，如果采用一维log－Gbaor滤波器对虹膜特征进行提取，将失去虹膜二维特征信息丢失。为了克服一维log－Gabor滤波器特征提取算法带来的不足，能够从径向和角度两个方向上同时提取虹膜纹理的信息，本发明实施例采用二维Gabor滤波器对虹膜特征进行提取。根据频域分析，二维Log－Gabor是一种特定方向的带通滤波器。一个滤波器只能够对一定的频率和方向进行覆盖，称为一个通道。通过采用二维Log－Gabor滤波器从径向和方向对虹膜特征进行提取。因为二维Log－Gabor滤波在提取虹膜特征的尺度信息的同时也提取其方向结构特征，得到的特征更加细化和全部，加大了对虹膜局部纹理信息的分析和表达。因此，本发明实施例采用二维Log－Gabor滤波得到的特征滤波器在提取虹膜特征方面效果更好。

进一步，所述的条形码扫描设备2还包括与信号解码处理模块连接的数据传输模块，用于将解码后的数据传送给外接设备；

所述数据传输模块为无线发射发射装置，通过射频将解码后产生的数据发射给外接设备；或者所述数据传输模块具有USB接口，将解码后的数据转换成为USB传输信号通过USB接口进行传输；

或者所述数据传输模块将解码后的数据转换成为ps2键盘格式数据进行传输；或者所述数据传输模块具有串行接口，将解码后的数据转换成为串口数据信号进行传输。

进一步，所述的二维码模块5还包括：

数据分析模块，用于接收输入的编码数据，根据编码数据的字符类型、数据量、纠错等级选择二维条码符号的版本；

通知所述彩色功能图形生成模块生成所述版本的二维条码的彩色像素功能图形，将所述编码数据发送给所述黑白编码区生成模块，所述黑白编码区生成模块根据接收的所述编码数据生成二维条码的黑白像素编码区。

功能图形中引入有限彩色像素块，在现实的纸质印刷、手机显示和识读上，对一般性票务应用的打印系统、显示电子票的手机屏幕而言，没有特殊要求，现实可操作性较好。本发明的二维码模块引入有限彩色像素块作用于功能图形，这个彩色可以是除了黑白之外的任意一种，这对现在一般的票务打印系统如电影票、火车票等是完全可以满足的，其次彩色像素块只用于定义功能图形，而数据区域图形仍然主要遵循黑白二维条码的既有规则。本发明的解码方法，不需要解码设备分离颜色图层，对功能图形的彩色像素也有明确的、相对黑白色较易区分的预定义彩色值，这个算法规则中，印刷差异/屏幕显示差异/环境光线差异对彩色像素部分的影响极小，基本不会造成误读率。

一种超市智能虹膜支付方法包括：

步骤一、顾客通过条形码扫描设备进行商品条码扫描，识别条形码，得到商品编码，获取商品信息并显示；

步骤二、确认商品信息，确定是否将商品添加到采购清单；

步骤三、支付模块通过触控显示屏向顾客显示结算信息，确认结算信息，自助支付；

步骤四、通过虹膜识别器识别虹膜，通过触控屏显示与虹膜绑定的银行卡，选择支付银行卡，输入支付密码，完成支付；

步骤五、打印购物清单、清单二维码、支付凭证。

本发明的智能虹膜支付机和支付方法，顾客基于选购商品的条形码数据进行品数据的自助采集，支持顾客自助结账，能够提高超市的结账效率，最大限度的减少超市的排队长度，同时也大大提高了支付的安全性。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种智能虹膜支付机，其特征在于，所述的智能虹膜支付机包括机身及安装在机身上的触控显示屏、虹膜识别器、条形码扫描设备、银联卡插口、小票打印口、二维码模块、支付模块；

所述的虹膜识别器、条形码扫描设备、银联卡插口、小票打印口、二维码模块与所述的支付模块连接；

所述的虹膜识别器包括虹膜图像获取模块、识别算法模块、特征提取模块、编码模块、虹膜数据库、数据匹配模块；

所述的虹膜识别器还包括虹膜识别移动端，该虹膜识别移动端设置有与手机连接的USB接口；

所述的图像获取模块用于拍摄用户虹膜，并获取相应的认证虹膜；

所述的识别算法模块包括图像质量评估模块和虹膜预处理模块，用于对虹膜图像进行定位、归一化、图像增强的预处理；

所述的特征提取模块用于对虹膜预处理后提取认证的虹膜的特征点，并计算所提取的认证虹膜各特征点的特征值；

所述的编码模块采用图像特征提取算法对虹膜图像的感兴趣部分进行特征提取并编码；

所述的数据匹配模块用于将所提取并编码的的认证虹膜的特征点的特征值与虹膜数据库中的数据进行对比，并在所提取的并编码的认证虹膜的特征点的特征值与虹膜数据库中的数据相符时确认该用户通过身份认证；

所述的条形码扫描设备包括红外控制发射模块、滤光模块、红外接收模块、信号放大、解码模块、机械光路组件，所述红外控制发射模块产生红外线状光束反射到待测条码上，读取的一维条码反射光经滤光模块、红外接收模块处理，传送给信号放大和解码模块进行条码解码识别；

所述机械光路组件包括装有多个不同角度反射镜的旋转电机，以及多个相匹配的分光反射镜；所述机械光路组件将所述红外控制发射模块产生的红外光束处理后形成多条不同角度红外光组成的网格状光网；

所述的二维码模块设置在小票打印口内部，用于生成与购物清单相对应的二维码，该二维码模块包括：

彩色功能图形生成模块，用于根据二维条码符号的版本生成二维条码的彩色像素功能图形；

黑白编码区生成模块，用于生成二维条码的黑白像素编码区；

彩色功能图形解码模块，用于接收输入的二维条码符号，识别二维条码符号的彩色像素模块，解码出二维条码符号的彩色像素功能图形；

编码信息提取模块，用于根据所述彩色功能图形解码模块解码出的所述彩色像素功能图形提取二维条码的黑白像素编码区信息；

编码区信息解码模块，用于接收所述黑白像素编码区信息，对所述黑白像素编码区信息进行解码；

其中，所述二维条码的彩色像素功能图形位于对应标准二维条码的原功能图形区域内，标准二维条码的原功能图形区域中空余出来的像素块用于数据编码。

2.如权利要求1所述的智能虹膜支付机，其特征在于，所述的虹膜图像的定位采用由粗到精的定位方法，首先对虹膜内边缘圆心和半径的进行粗定位，然后精确定位虹膜的内外边缘，最后将将虹膜区域分割出来；

所述的粗定位利用人眼的灰度级变化的突变和虹膜的环状特性，进行人眼睛的瞳孔的圆心和半径粗定位；

当瞳孔的圆心和半径大致确定之后，根据虹膜的圆形结构特征，对虹膜的内外边缘进行精定位，采用面积分代替线积分：

$max|G_0\left(R\right)\&times;\frac{\&part;}{\&part;R}\underset{D}{\&Integral;\&Integral;}\frac{D(x,y)}{2\mathrm{\&pi;}R}d\mathrm{\&delta;}|,(R_0-\mathrm{\&Delta;}R<R<R_0+\mathrm{\&Delta;}R)$

式中，D(x,y)为利用Canny算子获得的灰度边缘图像，G₀(r)表示高斯函数，r₀表示粗定位后的瞳孔半径，Δr表示确定的搜索范围。

3.如权利要求1所述的智能虹膜支付机，其特征在于，以瞳孔圆心为中心点，将虹膜的环形区域归一化为矩形区域，首先设虹膜图像的内外边缘的交点位置分为(x_i(θ)，y_i(θ))和(x₀(θ)，y₀(θ))通过下式将虹膜图像中的每一点全部映射到极坐标(r，θ)中：

$\left\{\begin{array}{c}x(r,\mathrm{\&theta;})=(1-r)x_i\left(\mathrm{\&theta;}\right)+{\mathrm{rx}}_0\left(\mathrm{\&theta;}\right)\\ y(r,\mathrm{\&theta;})=(1-r)y_i\left(\mathrm{\&theta;}\right)+{\mathrm{ry}}_0\left(\mathrm{\&theta;}\right)\end{array}\right.$

在对虹膜进行归一化的同时，对噪声进行相应标记，生成一个与归一化虹膜相对应的噪声屏蔽模板，在该噪声屏蔽模板中，噪声信息被标记为0，虹膜信息被标记为1。

4.如权利要求1所述的智能虹膜支付机，其特征在于，所述的条形码扫描设备还包括与信号解码处理模块连接的数据传输模块，用于将解码后的数据传送给外接设备；

所述数据传输模块为无线发射发射装置，通过射频将解码后产生的数据发射给外接设备；或者所述数据传输模块具有USB接口，将解码后的数据转换成为USB传输信号通过USB接口进行传输；

或者所述数据传输模块将解码后的数据转换成为ps2键盘格式数据进行传输；或者所述数据传输模块具有串行接口，将解码后的数据转换成为串口数据信号进行传输。

5.如权利要求1所述的智能虹膜支付机，其特征在于，所述的二维码模块还包括：

数据分析模块，用于接收输入的编码数据，根据编码数据的字符类型、数据量、纠错等级选择二维条码符号的版本；

通知所述彩色功能图形生成模块生成所述版本的二维条码的彩色像素功能图形，将所述编码数据发送给所述黑白编码区生成模块，所述黑白编码区生成模块根据接收的所述编码数据生成二维条码的黑白像素编码区。

6.一种超市智能虹膜支付方法，其特征在于，所述的超市智能虹膜支付方法包括：

步骤一、顾客通过条形码扫描设备进行商品条码扫描，识别条形码，得到商品编码，获取商品信息并显示；

步骤二、确认商品信息，确定是否将商品添加到采购清单；

步骤三、支付模块通过触控显示屏向顾客显示结算信息，确认结算信息，自助支付；

步骤四、通过虹膜识别器识别虹膜，通过触控屏显示与虹膜绑定的银行卡，选择支付银行卡，输入支付密码，完成支付；

步骤五、打印购物清单、清单二维码、支付凭证。