CN105867661B - 一种基于模糊掌纹识别的鼠标及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模糊掌纹识别的鼠标及其使用方法，包括鼠标本体和电子元件；所述鼠标本体上设有采集窗、触发窗，鼠标本体内部设有数据采集模块、数据接收发射模块、触发模块；结合传感器技术、模式识别技术和可靠性原理，以电脑鼠标为载体进行设计。本发明首先存储并传输使用者的掌纹信息，判定手掌放在鼠标上人的身份，根据判定完成对电脑的解锁操作；开创了电脑人机交互的新体验，增强了鼠标作为一种电脑外设的安全性。

Description

一种基于模糊掌纹识别的鼠标及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于模糊掌纹识别的鼠标及其使用方法，属于电子设备技术领域。

背景技术

智能信息化生活的到来使得电脑的普及度越来越高，在私人或者商用电脑中寄存着重要的价值信息，由此带来巨量的安全隐患。传统的加密手段一般采取的是普通密钥加密，直接在电脑上设置密码进行加密。这样的加密方式必然导致大量重复地输入密匙，安全性与便捷性已渐渐落后于这个时代。电脑外设作为电脑中不可缺少的部件，更便于承担必要的新兴功能。鼠标作为电脑最重要的外设之一，能够结合生物特征识别加密技术满足电脑加密的要求。而掌纹识别的可靠性与便捷性决定了其更易于运用在电脑外设领域。

将掌纹识别加密运用的鼠标中主要有两个问题：1、成本限制；2、系统的可靠性。众所周知，专业的掌纹采集设备价格高昂，根本不适合运用在普通的私人设备中，所以若要设计出能够应用于实际的生物特征加密的电脑外设，必须选取低成本的信息采集硬件。针对这个问题，研究人员舍弃了传统的扫描采集掌纹的方法，改用低成本的摄像头直接获取掌纹图像。而这一选择又必然带来掌纹图像的模糊，纹理特征会因此丢失。接着研究人员采用非接触式掌纹识别的方法，然而非接触式系统也存在固有缺陷，如采集时由于手掌的摆放位置，导致手掌处于景深之外而产生离焦模糊，以及采集设备的物理特性不好而导致图像出现散焦模糊现象等，这些都会导致识别系统性能的降低。在识别系统中图像的模糊是一项较为新颖的问题，具有较大的研究价值，对于模糊图像识别的相关问题国内外的研究成果较少。

发明内容

本发明旨在提供一种基于模糊掌纹识别的鼠标，将生物特征识别技术运用到鼠标等电子产品领域，主要解决了使用鼠标情境下使用者掌纹的无障碍采集的问题，采集掌纹后数据的存储与传输问题，模糊掌纹的处理与分析识别的问题以及本发明的可靠性设计与验证。

本发明采用基于VO分解模型的掌纹识别法进行掌纹特征的提取与匹配解决了掌纹图像模糊的问题。模糊的掌纹图像可通过VO分解模型分解为纹理图与结构图，通过实验分析，舍弃纹理图，采用结构图作为匹配的模板图像。为了提高特征的可区分性，采用分块的梯度方向直方图提取结构层中的稳定特征，最后采用归一化相关性分类器度量特征间的相似度。可靠性的加强主要通过修复系统算法以及设计合理的传感器模型实现。

本发明提供了一种基于模糊掌纹识别的鼠标，包括鼠标本体和电子元件；所述鼠标本体上设有采集窗、触发窗，鼠标本体内部设有数据采集模块、数据接收发射模块、触发模块；

所述数据采集模块包括摄像头、数据预存储器、电压跟随电路、反射光路和补光电路；所述摄像头设置在鼠标的内部中心，与采集窗对应设置；所述数据预存储器包括模数转换芯片与存储芯片,存储芯片通过模数转换芯片与摄像头相连；所述电压跟随电路是一个用三极管构成的共集电路，所用三极管为可调三极管；所述反射光路包括反射镜与镜架，反射镜与采集窗呈60~90度角且反射镜能够将采集窗射入的光线反射到摄像头内；所述补光电路由LED灯与感光电阻串联组成；在光线不足的情况下感光电阻阻值减小，LED分得的电压增大从而使得灯更亮补足光线；

摄像头的主要作用是拍摄掌纹，尽量得到较为清晰的掌纹图像；数据预存储器主要是暂时存储图像数据，尤其是在注册过程中，必然要连续多次采样，这些数据暂时由其存储；电压跟随电路主要保证工作电压不受噪声波动；考虑到手掌覆盖鼠标时，会使采集窗口形成暗室，所以添加补光电路使掌纹能够顺利采集。

所述数据接收发射模块为无线收发模块，包括DF数据发射模块与超再生接收模块，DF发射模块主要由电感、电容、电阻、三极管组成的振荡电路，所述超再生接收模块由双运算放大器芯片、三极管、电容以及可变电感组成；无线发射模块位于鼠标内掌托处，位置偏右，无线收入模块单独成一个器件可插在电脑USB接口上；主要对采集的数据进行接收，以及实现鼠标与电脑的通信。

所述触发模块在数据采集窗口设置，触发模块包括以光电传感器与温度传感器为主的电路，模块与摄像头的供电电路串联；

整个设计功耗最大的是摄像头，让摄像头一直处于工作状态不符合低功耗的设计传统。掌纹识别的部分也并不需要一直处于开机状态，所以需要在数据采集窗口安放触发模块。当手掌初次覆盖数据采集窗时，数据采集模块启动，完成数据采集，系统设定N秒后待机。

本发明通过VO模型处理掌纹图像：VO模型通过提取结构图，处理掌纹图像。采集后的图像直接通过无线模块传入电脑，进行ROI提取；ROI图像使用VO图像分解模型得到模糊掌纹的结构层图像,采用分块的梯度方向直方图提取结构层中的稳定特征；将结构图进行分块，通过BHOG稳定特征提取法提取出每块的掌纹特征，将每一F_hog进行并联，获得最终的掌纹的特征向量。

本发明提供了上述基于模糊掌纹识别的鼠标的使用方法，包括以下步骤：

（1）触发：通过机械或者软件激活，设定好预定的采集窗内光线的参数，将手掌自然放在鼠标上，手掌盖住触发窗，光线与温度的变化使鼠标的补光电路与摄像头运行；

（2）采集掌纹：补光电路将采集窗内的光线调节到预定参数后，摄像头开始采集图像，将图像送入电脑，电脑通过VO模型算法求得所采集图像的结构图，将结构图求平均得出最后的匹配模板；

（3）掌纹识别：手掌放在鼠标上之后，手掌盖住触发窗，触发窗内光线与温度发生变化，触发鼠标运行；LED补光电路将采集窗内光线维持在预定水平，掌纹反射的光线通过反射镜反射被摄像头接收；摄像头连拍掌纹图片，经由处理器得出平均的掌纹图像数据，通过无线发射端发射到电脑，电脑通过预先储备的模板将两者进行匹配，从而得出鼠标使用者的身份。

上述使用方法中，所述步骤（2）中采集的图像为10~20幅；所述步骤（3）中摄像头连拍的掌纹图片为10~20张。

上述使用方法中，所述LED补光电路为以感光电阻与LED灯为主要器件的调光电路，LED灯与感光电阻串联，在光线不足的情况下感光电阻阻值减小，LED分得的电压增大从而使得灯更亮补足光线。

本发明的有益效果：本发明结合传感器技术、模式识别技术和可靠性原理，以电脑鼠标为载体进行设计。该设计的基础功能是存储并传输使用者的掌纹信息，判定手掌放在鼠标上人的身份，根据判定完成对接电脑的解锁操作；本发明开创了电脑人机交互的新体验，增强了鼠标作为一种电脑外设的安全性。

附图说明

图1为本发明鼠标的主视图。

图2为图1的右视图。

图3为图1的俯视图。

图4为本发明掌纹识别的工作流程方框图。

图5为VO算法掌纹识别匹配流程图。

图6为DF发射模块电路图。

图7为超再生接收模块的电路图。

图8为补光电路图。

图9为电压跟随电路图。

图10为系统的电路连接图。

图中：1-鼠标本体，2-补光灯，3-采集窗，4-反射镜，5-光电传感器，6-摄像头，7-无线收发模块，8-触发窗，9-PCB板，10-电感，11-电阻，12-电容，13-三极管，14-晶振，15-感光电阻，16-LED灯，17-温控闸开关，18为电源，19-运算放大器芯片，20-双运算放大器，21-可变电感。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

如图1~3、6~9所示，一种基于模糊掌纹识别的鼠标，包括鼠标本体1和电子元件；其特征在于：所述鼠标本体1上设有采集窗3、触发窗8，鼠标本体内部设有数据采集模块、数据接收发射模块、触发模块；

所述数据采集模块包括摄像头6、数据预存储器、电压跟随电路、反射光路和补光电路；所述摄像头6设置在鼠标的内部中心，与采集窗3对应设置；所述数据预存储器包括模数转换芯片与存储芯片,存储芯片通过模数转换芯片与摄像头相连；所述电压跟随电路是一个用三极管构成的共集电路，所用三极管为可调三极管；所述反射光路包括反射镜与镜架，反射镜与采集窗呈60~90度角且反射镜能够将采集窗射入的光线反射到摄像头内；所述补光电路由LED灯16与感光电阻15串联组成；

所述数据接收发射模块为无线收发模块7，包括DF数据发射模块与超再生接收模块，DF数据发射模块位于鼠标内掌托处，位置偏右，超再生接收模块单独成一个器件，插在电脑USB接口上；

所述触发模块在数据采集窗口设置，位于触发窗8内部，触发模块包括以光电传感器与温度传感器为主的电路，模块与摄像头的供电电路串联。

进一步地，所述DF发射模块是由电感、电容、电阻、三极管组成的振荡电路，所述超再生接收模块由双运算放大器芯片19、三极管13、电容12以及可变电感21组成。

本发明的工作原理：

如图4所示，触发模块成功触发后，工作主要分为机主注册以及使用验证两部分。掌纹图像采集主要在鼠标上完成，鼠标后端加装小型摄像头，透过抗雾化玻璃直接对附着的手掌进行拍照采集。采集后的图像直接通过无线模块传入电脑，进行ROI提取。ROI图像经过VO分解模型处理，被提取出结构图。将结构图进行分块，通过BHOG稳定特征提取法提取出每块的掌纹特征，将每一Fhog进行并联，获得最终的掌纹的特征向量。机主注册阶段，直接将特征向量存库当做匹配模板，在使用者验证阶段则需要将其与事先存库的模板进行匹配。匹配时直接采用NCC度量特征向量间的相似度，相似度大于一定的阈值我们认为是真匹配。成功匹配后将解锁电脑，否则电脑将提示警告。

具体的操作方法：模板采集阶段是在设备运行之初。通过机械或者软件激活，设定好预定的采集窗内光线的参数，将手掌自然放在鼠标上，手掌盖住触发窗，光线与温度的变化使鼠标的补光电路与摄像头运行。补光电路将采集窗内的光线调节到预定参数后，摄像头开始采集10幅图像，将图像送入电脑，电脑通过VO模型算法求得10幅图像的结构图，将结构图求平均得出最后的匹配模板。掌纹识别的流程与采集相似，手掌放在鼠标上之后，手掌盖住触发窗，触发窗内光线与温度发生变化，触发鼠标运行。LED补光电路将采集窗内光线维持在预定水平，掌纹反射的光线通过反射镜反射被小型相机接收。小型相机连拍10到20张掌纹图片，经由处理器得出平均的掌纹图像数据，通过无线发射端发射到电脑，电脑通过预先储备的模板将两者进行匹配，从而得出鼠标使用者的身份。见图5所示的掌纹识别匹配流程图。

基于VO模型的掌纹识别算法设计流程图见图5。通过VO模型算法把掌纹图像的ROI分解为纹理层图像与结构层图像，舍弃纹理层图像，将结构层图像进行分块，进行特征量提取，得出每个块的F_hog，将其串联得出掌纹的最终特征向量。

DF无线发射模块具体组成见图6。DF无线发射模块主要搭建了声表谐振电路，通过谐振效应完成对数据的发送。

超再生接收模块具体组成见图7。超再生接受模块实际上构造了一个LC振荡电路与一个放大电路，通过谐振作用接收信号，并将放大后的信号进行输出。

补光电路的具体组成见图8。当手掌放在鼠标上，鼠标表面温度变化，触动温控开关，补光电路运行。当电路供电电压一定时，LED灯两端的分压受感光电阻影响，照射在感光电阻上的光照越大，感光电阻的电阻值越大，感光电阻两端分压越大，从而LED灯两端的分压变小，光亮调低。反之亦然。

电压跟随电路具体组成见图9。通过对电阻参数的调整，使运放的输入输出电压比无限接近1，从而达到电压跟随的作用。

鼠标的各个模块电路的链接见图10。各个模块并联连接，相互协同工作，通过电压跟随隔离相互之间的影响。

Claims (5)

1.一种基于模糊掌纹识别的鼠标，包括鼠标本体和电子元件；其特征在于：所述鼠标本体上设有采集窗、触发窗，鼠标本体内部设有数据采集模块、数据接收发射模块、触发模块；

所述数据采集模块包括摄像头、数据预存储器、电压跟随电路、反射光路和补光电路；所述摄像头设置在鼠标的内部中心，与采集窗对应设置；所述数据预存储器包括模数转换芯片与存储芯片， 存储芯片通过模数转换芯片与摄像头相连；所述电压跟随电路是一个用三极管构成的共集电路，所用三极管为可调三极管；所述反射光路包括反射镜与镜架，反射镜与采集窗呈60~90度角且反射镜能够将采集窗射入的光线反射到摄像头内；所述补光电路由LED灯与感光电阻串联组成；

所述数据接收发射模块为无线收发模块，包括DF数据发射模块与超再生接收模块，DF数据发射模块位于鼠标内掌托处，位置偏右，超再生接收模块单独成一个器件，插在电脑USB接口上；

所述触发模块在数据采集窗口设置，触发模块包括以光电传感器与温度传感器为主的电路，触发模块与摄像头的供电电路串联。

2.根据权利要求1所述的基于模糊掌纹识别的鼠标，其特征在于：所述DF发射模块是由电感、电容、电阻、三极管组成的振荡电路，所述超再生接收模块由双运算放大器芯片、三极管、电容以及可变电感组成。

3.一种如权利要求1~2任一项所述的基于模糊掌纹识别的鼠标的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）触发：通过机械或者软件激活，设定好预定的采集窗内光线的参数，将手掌自然放在鼠标上，手掌盖住触发窗，光线与温度的变化使鼠标的补光电路与摄像头运行；

（2）采集掌纹：补光电路将采集窗内的光线调节到预定参数后，摄像头开始采集图像，将图像送入电脑，电脑通过VO模型算法求得所采集图像的结构图，将结构图求平均得出最后的匹配模板；

（3）掌纹识别：手掌放在鼠标上之后，手掌盖住触发窗，触发窗内光线与温度发生变化，触发鼠标运行；LED补光电路将采集窗内光线维持在预定水平，掌纹反射的光线通过反射镜反射被摄像头接收；摄像头连拍掌纹图片，经由处理器得出平均的掌纹图像数据，通过无线发射端发射到电脑，电脑通过预先储备的模板将两者进行匹配，从而得出鼠标使用者的身份。

4.根据权利要求3所述的基于模糊掌纹识别的鼠标的使用方法，其特征在于：所述步骤（2）中采集的图像为10~20幅；所述步骤（3）中摄像头连拍的掌纹图片为10~20张。

5.根据权利要求3所述的基于模糊掌纹识别的鼠标的使用方法，其特征在于：所述LED补光电路为以感光电阻与LED灯为主要器件的调光电路，LED灯与感光电阻串联，在光线不足的情况下感光电阻阻值减小，LED分得的电压增大从而使得灯更亮补足光线。