CN107203647B - 基于生物特征的学生信息采集方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于生物特征的学生信息采集方法及装置，所述装置包括信息采集输入设备：用于采集学生的身份信息、人脸信息、虹膜信息、指纹信息、语言信息，并传输至信息处理设备；信息输出设备：用于显示和播放操作指令；信息处理设备：用于对采集学生的身份信息、人脸信息、虹膜信息、指纹信息、语言信息进行处理，建立与该学生相对应的生物特征信息库，并将生物特征信息库通过互联网传输至学习教务处服务器。本发明解决当前高校在学生信息采集方面的单一性、操作的复杂性等诸多问题，提供一种基于生物特征的学生信息采集方法及装置，利用云技术通过互联网接口将其发送到学校教务处信息系统中保存，具有一次采集、长期有效的特点。

Description

基于生物特征的学生信息采集方法及装置
技术领域
本发明涉及生物识别和智能信息化技术领域，具体地指一种基于生物特征的学生信息采集方法及装置。
背景技术
现阶段，学生信息采集大多仍停留在人工获取的方式，必须有专人负责学生身份采集、认证。例如，开学注册报到时，必须由专人负责新生信息登记、注册流程，然后交由学校数据中心进行储存，人力资源开销较大，耗时较长。
在此基础上，现高校多采用了网络在线注册或手机APP注册的方式，可以通过浏览网页来填写注册信息，或者下载本校手机应用程序来完成信息录入；但是互联网登记方式通常需要网络接入，在没有网络的情况下会相当不便；且在线填写信息通常费时费力；部分学校也采用电话问询、邮件问询等方式，优点是不受地域影响，但带来的缺点是时间和空间问题，如电话无人接听、邮件时效性问题。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于解决当前高校在学生信息采集方面的单一性、操作的复杂性等诸多问题，提供一种基于生物特征的学生信息采集方法及装置，利用云技术通过互联网接口将其发送到学校教务处信息系统中保存，具有一次采集、长期有效的特点。
为实现上述目的，本发明提出一种基于生物特征的学生信息采集装置的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
1)采集学生身份信息并核对；
2)采集学生的人脸信息、虹膜信息、指纹信息并进行图像处理；。
3)采集学生的语音信息；
4)建立与该学生相对应的生物特征信息库；
5)将所述生物特征信息库发送至学校教务处服务器；
6)工作人员核对学生身份信息与生物特征信息，审核通过后存储于教务处信息系统，完成该学生的信息采集。
优选地，所述步骤2)中对学生的人脸信息、虹膜信息、指纹信息处理的过程包括对采集的图像信息进行归一化处理、灰度化处理、图像增强处理。
优选地，所述步骤2)中对人脸信息、虹膜信息的图像信息经过图像增强处理后进行平均平滑处理。
优选地，所述步骤2)中对指纹信息经过图像增强处理后进行细化处理。
优选地，所述对采集的图像信息进行归一化处理、灰度化处理、图像增强处理的步骤为：
a)将图像信息根据灰度转换公式grey(i,j)＝0.30R(i,j)+0.58G(i,j)+0.12B(i,j)转换，其中(i,j)为每点处坐标,grey(i,j)为图像每点对应灰度值，R(i,j)、G(i,j)、B(i,j)表示原始图像对应点处的R、G、B三通道颜色值，得到图像信息中每个点对应的灰度值；
b)取
Figure BDA0001356348870000021
大小窗口，
Figure BDA0001356348870000022
为标记单位，将所述窗口中心与图像中心重合，计算其平均灰度值
Figure BDA0001356348870000023
然后将所述窗口分别移动
Figure BDA0001356348870000024
单位，分别对其窗口中的图像计算平均灰度值得第一灰度值
Figure BDA0001356348870000025
第二灰度值
Figure BDA0001356348870000026
第三灰度值
Figure BDA0001356348870000027
第四灰度值
Figure BDA0001356348870000028
c)分别对窗口移动后灰度值
Figure BDA0001356348870000029
计算第一跃迁参数
Figure BDA00013563488700000210
第二跃迁参数
Figure BDA00013563488700000211
第三跃迁参数
Figure BDA00013563488700000212
第四跃迁参数
Figure BDA00013563488700000213
经算术平均
Figure BDA0001356348870000031
得跃迁阈值TH；
d)构造垂直和水平方向上两个梯度函数Δxg,Δyg，其中，
Δxg＝grey(i,j)-grey(i+1,j+1)
Δyg＝grey(i,j+1)-grey(i+1,j)
e)令边界参数
Figure BDA0001356348870000032
当R′(i,j)≥TH时，即认为(i,j)为图像边界跃点，得图像边界函数阈值左边界left＝|max({R′i(i,j)}|，上边界top＝|max({R′j(i,j)}|，得到核心图像矩形区域边界，
f)对图像亮度Brightness(i,j)、对比度Contrast(i,j)矫正，记：
Figure BDA0001356348870000033
Figure BDA0001356348870000034
得到一幅平衡亮度与对比度的图像。
一种用于上述基于生物特征的学生信息采集方法的装置，包括机柜，其特殊之处在于，所述机柜上方设置有信息采集输入设备和信息输出设备，所述机柜下方设置有信息处理设备；
所述信息采集输入设备：用于采集学生的身份信息、人脸信息、虹膜信息、指纹信息、语言信息，并传输至信息处理设备；
所述信息输出设备：用于显示和播放操作指令；
所述信息处理设备：用于对所述采集学生的身份信息、人脸信息、虹膜信息、指纹信息、语言信息进行处理，建立与该学生相对应的生物特征信息库，并将所述生物特征信息库通过互联网传输至学习教务处服务器。
进一步地，所述信息采集输入设备包括高清摄像头、虹膜采集器、MIC麦克风、身份证/学生证扫描仪、键盘和指纹采集器。
更进一步地，所述信息输出设备包括立体声扬声器、触摸显示器。
更进一步地，所述信息处理设备包括处理器、信息存储器和互联网接口。
更进一步地，所述机柜上方设置有触摸显示器，所述触摸显示器的侧面设置有立体声扬声器和MIC麦克风，所述触摸显示器的顶部设置有高清摄像头和虹膜采集器，所述触摸显示器下方、机柜台面上设置有身份证/学生证扫描仪、键盘和指纹采集器，所述机柜下方设置有处理器、信息存储器，所述机柜背面设置有互联网接口，所述触摸显示器、立体声扬声器、MIC麦克风、高清摄像头、虹膜采集器、身份证/学生证扫描仪、键盘、指纹采集器、互联网接口的控制端均与处理器连接。
本发明综合运用云技术与生物识别技术，致力于打造校园内的智能信息化系统，将采集得到的学生多重生物特征信息作为身份识别核心，运用在校园生活的各个方面。本发明作为智慧校园闭环的起始链条，承担学生信息采集识别、格式化存储的功能，其下游产业可以利用采集到的信息进行学生身份验证、资金管理，并且信息高度实名，几乎不存在他人盗用风险；采集所得的信息通常变化不大，每学年更新一次基本可以保证，并且不需要任何额外的成本，不需要任何实物作为验证手段，另一方面也降低了升级成本；采用云技术，将信息统一与学校信息数据中心管理，自动化流程也降低了维护成本，可以使人工、管理两方面成本都降到最低，达到“一次投资，长期使用”的效果。
本发明具有如下优点：
1)本发明使用生物特征信息采集技术，检测速度快；全程仅需学生参与，无需工作人员值守，减少了人力开销，加快了学生信息采集速度；
2)本发明使用自动化流程，自动进行生物特征信息检测、信息提取存储以及互联通讯，并将检测的得到的信息上传至学校数据库，相较于人工采集速度慢、易出错的特点，避免了集中登记人手不足、采集时间长的问题；
3)本发明相较于电话问询、邮件问询方式，避免了由于时间冲突和空间引起的信息传递时延，信息准确有效，且保证了信息的实时性；
4)本发明采用多维生物特征信息采集技术，检测较准确，且由于生物特征信息的特殊性，几乎不存在信息出错、冒用的情况，采集信息可靠、安全；
5)本发明使用云技术自动进行信息采集识别，无需专人值守，减少人力消耗，加快登记流程；限制登记地点，避免信息时延以及误差，有学生当场确认，确保信息准确无误；
6)本发明相较于网络登记方式，本装置易于维护，仅需维护数台装置设备即可用于全校学生信息登记，避免网络无法使用情况下需要等级的问题；避免了高并发向学校数据库发送数据，使学校服务器瘫痪无响应的情况；
7)本发明方法上采用了中心有选择性的图像增强算法，有助于不同时间、天气条件下光照环境不一时的图像增强。
附图说明
图1为本发明基于生物特征的学生信息采集装置的框图。
图2为本发明基于生物特征的学生信息采集装置的组件连接图。
图3为本发明基于生物特征的学生信息采集装置的结构示意图。
图4为本发明基于生物特征的学生信息采集方法的流程图。
图5为本发明基于生物特征的学生信息采集方法中图像处理的流程图。
图中：高清摄像头1，虹膜采集器2，立体声扬声器3，触摸显示器4，MIC麦克风5，身份证/学生证扫描仪6，键盘7，互联网接口8，指纹采集器9，处理器10，信息存储器11。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明一种基于生物特征的学生信息采集装置，如图1所示，包括信息采集输入设备、信息输出设备、和信息处理设备。
其中，信息采集输入设备用于采集学生的身份信息、人脸信息、虹膜信息、指纹信息、语言信息，并传输至信息处理设备；信息输出设备用于显示和播放操作指令；信息处理设备用于对采集学生的身份信息、人脸信息、虹膜信息、指纹信息、语言信息进行处理，建立与该学生相对应的生物特征信息库，并将生物特征信息库通过互联网传输至学习教务处服务器。
如图2所示，信息采集输入设备包括高清摄像头1、虹膜采集器2、MIC麦克风5、身份证/学生证扫描仪6、键盘7和指纹采集器9。信息输出设备包括立体声扬声器3、触摸显示器4。信息处理设备包括处理器10、信息存储器11和互联网接口8。
如图3所示，本装置包括机柜12，机柜12上方设置有触摸显示器4，触摸显示器4的侧面设置有立体声扬声器3和MIC麦克风5，触摸显示器4的顶部设置有高清摄像头1和虹膜采集器2，触摸显示器4下方、机柜12台面上设置有身份证/学生证扫描仪6、键盘7和指纹采集器9，机柜12下方设置有处理器10、信息存储器11，机柜12背面设置有互联网接口8，触摸显示器4、立体声扬声器3、MIC麦克风5、高清摄像头1、虹膜采集器2、身份证/学生证扫描仪6、键盘7、指纹采集器9、互联网接口8的控制端均与处理器10连接。
如图4所示，本发明提出一种基于生物特征的学生信息采集装置的方法，包括如下步骤：
1)采集学生身份信息并核对。
待登记学生正位站在装置机前，按触摸显示器4提示于身份证/学生证扫描仪6扫描第二代身份证或者学生证，处理器10从信息存储器11中调取学生信息发送至触摸显示器4。
触摸显示器4显示学生已在教务系统留存的信息，学生确认无误后进入下一步；若有误，提示学生通过键盘7键入需要修改的信息。
2)采集学生的人脸信息、虹膜信息、指纹信息并进行图像处理。
21)立体声扬声器3播放提示信息，学生正视高清摄像头1，同时观察触摸显示器4确保面部完整录入，待处理器10识别成功后立体声扬声器3播放提示学生进行下一步；
22)控制虹膜采集器2的套管伸出，立体声扬声器3播放提示信息，提示学生将眼睛分别对准虹膜采集器2的套管，待处理器10识别完成后立体声扬声器3播放提示学生进行下一步；
23)立体声扬声器3播放提示信息，提示学生使用指纹采集器9录入指纹，待处理器10识别完成后立体声扬声器3提示学生进行下一步。
如图5所示，对学生的人脸信息、虹膜信息进行图像处理的过程包括：
a)将图像信息根据灰度转换公式grey(i,j)＝0.30R(i,j)+0.58G(i,j)+0.12B(i,j)转换，其中(i,j)为对应每点坐标，grey(i,j)为图像每点对应灰度值，R(i,j)、G(i,j)、B(i,j)表示原始图像对应点处的R、G、B三通道颜色值，得到图像信息中每个点对应的灰度值；
b)取
Figure BDA0001356348870000071
大小窗口，
Figure BDA0001356348870000072
为标记单位，将所述窗口中心与图像中心重合，计算其平均灰度值
Figure BDA0001356348870000073
然后将所述窗口分别移动
Figure BDA0001356348870000074
单位，分别对其窗口中的图像计算平均灰度值得第一灰度值
Figure BDA0001356348870000075
第二灰度值
Figure BDA0001356348870000076
第三灰度值
Figure BDA0001356348870000077
第四灰度值
Figure BDA0001356348870000078
c)计算第一跃迁参数
Figure BDA0001356348870000079
第二跃迁参数
Figure BDA00013563488700000710
Figure BDA0001356348870000081
第三跃迁参数
Figure BDA0001356348870000082
第四跃迁参数
Figure BDA0001356348870000083
Figure BDA0001356348870000084
经算术平均
Figure BDA0001356348870000085
得跃迁阈值TH；
d)构造垂直和水平方向上两个梯度函数Δxg,Δyg，其中，
Δxg＝grey(i,j)-grey(i+1,j+1)
Δyg＝grey(i,j+1)-grey(i+1,j)
e)令边界参数
Figure BDA0001356348870000086
当R′(i,j)≥TH时，即认为(i,j)为图像边界跃点，得图像边界函数阈值左边界left＝|max({R′i(i,j)}|，上边界top＝|max({R′j(i,j)}|，得到焦点图像矩形区域边界，
f)对图像亮度Brightness(i,j)、对比度Contrast(i,j)矫正，其中原始图像宽度为M，高度为N，计：
Figure BDA0001356348870000087
Figure BDA0001356348870000088
得到一幅平衡亮度与对比度的图像。
g)特征提取，对灰度、归一化的人脸AAM(Active Appearance Model)主成分分析提取人脸特征；对二值化的指纹进行定位、特征识别与匹配、分区特征提取；对灰度化的指纹获取指纹特征并提取交下一步处理，指纹形态特征包括中心(上、下)和三角点(左、右)等，细节特征点主要包括纹线的起点、终点、结合点和分叉点。
对预处理人脸图像进行处理，采用“对齐-定点-建库”三步走，得到人脸特征信息，使用拟定的数据格式暂存于信息存储器11中；将采集得到的指纹图像获取指纹特征并提取进行存储；将采集得到的虹膜图像采用虹膜图像算法提取出虹膜识别所需的特征点，并对其进行编码储存。
3)采集学生的语音信息
立体声扬声器3播放提示信息，提示学生朗读显示的一段文字，控制MIC麦克风5记录声纹信息，可选择是否通过，控制立体声扬声器3播放，检查录入是否成功；将采集得到的语音录音按WAV格式编码储存。
4)建立与该学生相对应的生物特征信息库。将上述步骤得到的数据文件中所含数据按拟定格式添加到数据库中，存储于信息存储器11。
5)通过互联网接口8将生物特征信息库发送至学校教务处服务器，发送至学校数据中心储存，至此“采集-识别-入库”流程完成。
6)工作人员核对学生身份信息与生物特征信息，审核通过后存储于教务处信息系统，完成该学生的信息采集。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以设计出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于生物特征的学生信息采集方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)采集学生身份信息并核对；
2)采集学生的人脸信息、虹膜信息、指纹信息并进行图像处理；对学生的人脸信息、虹膜信息、指纹信息处理的过程包括对采集的图像信息进行归一化处理、灰度化处理、图像增强处理；
对学生的人脸信息、虹膜信息进行图像处理的过程包括：
a)将图像信息根据灰度转换公式grey(i,j)＝0.30R(i,j)+0.58G(i,j)+0.12B(i,j)转换，其中(i,j)为对应每点坐标，grey(i,j)为图像每点对应灰度值，R(i,j)、G(i,j)、B(i,j)表示原始图像对应点处的R、G、B三通道颜色值，得到图像信息中每个点对应的灰度值；
b)取
Figure FDA0002221969920000011
大小窗口，
Figure FDA0002221969920000012
为标记单位，将所述窗口中心与图像中心重合，计算其平均灰度值
Figure FDA0002221969920000013
然后将所述窗口分别移动
Figure FDA0002221969920000014
单位，分别对其窗口中的图像计算平均灰度值得第一灰度值
Figure FDA0002221969920000015
第二灰度值
Figure FDA0002221969920000016
第三灰度值
Figure FDA0002221969920000017
第四灰度值
Figure FDA0002221969920000018
c)计算第一跃迁参数
Figure FDA0002221969920000019
第二跃迁参数
Figure FDA00022219699200000110
Figure FDA00022219699200000111
第三跃迁参数
Figure FDA00022219699200000112
第四跃迁参数
Figure FDA00022219699200000113
Figure FDA00022219699200000114
经算术平均
Figure FDA00022219699200000115
得跃迁阈值TH；
d)构造垂直和水平方向上两个梯度函数Δxg,Δyg，其中，
Δxg＝grey(i,j)-grey(i+1,j+1)
Δyg＝grey(i,j+1)-grey(i+1,j)
e)令边界参数
Figure FDA00022219699200000116
当R′(i,j)≥TH时，即认为(i,j)为图像边界跃点，得图像边界函数阈值左边界left＝|max({R′i(i,j)}|，上边界top＝|max({R′j(i,j)}|，得到焦点图像矩形区域边界，
f)对图像亮度Brightness(i,j)、对比度Contrast(i,j)矫正，其中原始图像宽度为M，高度为N，计：
Figure FDA0002221969920000021
Figure FDA0002221969920000022
得到一幅平衡亮度与对比度的图像；
3)采集学生的语音信息；
4)建立与该学生相对应的生物特征信息库；
5)将所述生物特征信息库发送至学校教务处服务器；
6)工作人员核对学生身份信息与生物特征信息，审核通过后存储于教务处信息系统，完成该学生的信息采集。
2.根据权利要求1所述的基于生物特征的学生信息采集方法，其特征在于：所述步骤2)中对人脸信息、虹膜信息的图像信息经过图像增强处理后进行平均平滑处理。
3.根据权利要求1所述的基于生物特征的学生信息采集方法，其特征在于：所述步骤2)中对指纹信息经过图像增强处理后进行细化处理。
4.一种用于实现权利要求1～3中任一权利要求所述的基于生物特征的学生信息采集方法的装置，包括机柜(12)，其特征在于：所述机柜(12)上方设置有信息采集输入设备和信息输出设备，所述机柜(12)下方设置有信息处理设备；
所述信息采集输入设备：用于采集学生的身份信息、人脸信息、虹膜信息、指纹信息、语言信息，并传输至信息处理设备；
所述信息输出设备：用于显示和播放操作指令；
所述信息处理设备：用于对所述采集学生的身份信息、人脸信息、虹膜信息、指纹信息、语言信息进行处理，建立与该学生相对应的生物特征信息库，并将所述生物特征信息库通过互联网传输至学习教务处服务器。
5.根据权利要求4所述的基于生物特征的学生信息采集装置，其特征在于：所述信息采集输入设备包括高清摄像头(1)、虹膜采集器(2)、MIC麦克风(5)、身份证/学生证扫描仪(6)、键盘(7)和指纹采集器(9)。
6.根据权利要求4所述的基于生物特征的学生信息采集装置，其特征在于：所述信息输出设备包括立体声扬声器(3)、触摸显示器(4)。
7.根据权利要求4所述的基于生物特征的学生信息采集装置，其特征在于：所述信息处理设备包括处理器(10)、信息存储器(11)和互联网接口(8)。
8.根据权利要求4所述的基于生物特征的学生信息采集装置，其特征在于：所述机柜(12)上方设置有触摸显示器(4)，所述触摸显示器(4)的侧面设置有立体声扬声器(3)和MIC麦克风(5)，所述触摸显示器(4)的顶部设置有高清摄像头(1)和虹膜采集器(2)，所述触摸显示器(4)下方、机柜(12)台面上设置有身份证/学生证扫描仪(6)、键盘(7)和指纹采集器(9)，所述机柜(12)下方设置有处理器(10)、信息存储器(11)，所述机柜(12)背面设置有互联网接口(8)，所述触摸显示器(4)、立体声扬声器(3)、MIC麦克风(5)、高清摄像头(1)、虹膜采集器(2)、身份证/学生证扫描仪(6)、键盘(7)、指纹采集器(9)、互联网接口(8)的控制端均与处理器(10)连接。
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