CN107274534A - 具备指纹识别功能的卡片装置及相应的充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具备指纹识别功能的卡片装置以及相应的充电装置，指纹采集单元采集按压在其上的手指指纹图像；指纹识别处理单元对所采集的指纹进行存储和比对，并根据比对结果选择性地激活控制信号输出单元；控制信号输出单元接收激活指令而对外输出控制信号；还包括可充电电池，其与卡片装置厚度相适应，用于对指纹采集单元、指纹识别处理单元和控制信息输出单元进行供电；可充电电池具有或连接有智能卡通用触点接口模块，作为充电接口。本发明实现了指纹识别系统和传统卡片装置的结合，保证了系统安全性，同时采用主动工作方式的有源电池供电系统，使卡片装置的可靠性、稳定性提高，用户可以采用插卡式的方式进行充电操作，简便而又快捷。

Description

具备指纹识别功能的卡片装置及相应的充电装置

技术领域

本发明涉及信息安全控制技术，包括但不限于金融、安防(门禁控制)、信息安全、遥控等领域，具体涉及一种具备指纹识别功能的卡片装置。

背景技术

传统的射频识别(RFID)卡技术在市场上已经有数十年的应用，尤其在安防和门禁控制领域。但一直以来，难以解决的是盗用和冒用问题，降低了它的安全性，影响了系统的准确运行。

现有的射频识别卡技术最通常的应用就是门禁控制。事先在门禁系统中登录一张射频识别卡卡片信息，当用户进入控制区域时，在门禁阅读器上刷这张射频识别卡(接触或非接触方式)，该卡片信息将通过阅读器上传到门禁控制后台的软硬件管理系统，后台系统读取这些信息，判断该持卡用户是否具有进入的权限，然后控制与门禁阅读器相关的电子门锁，对授权用户驱动电锁打开；对非授权用户，发出警示并保持门锁锁闭。

显然，传统射频识别卡技术的缺点是，如果有人借用或盗用他人的门禁卡，系统将难以识别他/她的真实身份，从而提供给借用盗用者不应该得到的权限。这是传统射频识别卡系统多年来一直难以解决的问题。

以指纹识别、人脸识别为代表的生物识别技术，可以弥补射频识别卡技术和系统的缺陷。尤其是指纹识别系统，随着硬件技术的进步，可以做得越来越小，微型化的指纹识别系统与射频识别卡技术的结合终于成为了现实。

现有的具备指纹识别的射频识别卡技术，因为技术的局限，采用的都是无源系统，即是说他们需要通过被动方式，从系统外的射频识别卡阅读器，或者通过USB连接线，从外界以无线(线圈感应)或有线方式(USB接口等)获得电源，其获得方式要么因为无线获取而不稳定，要么因为连线方式而不方便(需要外接设备或电源)。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种具备指纹识别功能的卡片装置以及相应的充电装置，实现指纹识别系统和传统卡片装置的结合，准确地判断持卡者的真实身份，从而保证整个系统的安全性，同时采用主动工作方式的有源电池供电系统，使整个卡片装置的可靠性、稳定性提高，同时用户可以采用插卡式的方式进行充电操作，简便而又快捷。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种具备指纹识别功能的卡片装置，其包括依次相连的指纹采集单元、指纹识别处理单元和控制信号输出单元，其中：

指纹采集单元，用于采集按压在其上的手指指纹图像；

指纹识别处理单元，其对指纹采集单元所采集的指纹进行存储和比对，并根据比对结果选择性地激活控制信号输出单元；

控制信号输出单元，其接收指纹识别处理单元的激活指令而对外输出控制信号；

卡片装置还包括可充电电池，其与卡片装置厚度相适应，用于对指纹采集单元、指纹识别处理单元和控制信息输出单元进行供电；可充电电池具有或连接有智能卡通用触点接口模块，作为可充电电池的充电接口。

本发明的优选方案中，可充电电池为厚度在0.5mm-1.5mm之间的超薄型锂电池，智能卡通用触点接口模块采用ISO7816标准智能卡芯片触点。

本发明的优选方案中，智能卡通用触点接口模块还与指纹识别处理单元连接，作为指纹识别处理单元的对外数据连接接口。

根据本发明的一个实施例，指纹识别处理单元包括：

存储模块，用于存储指纹特征模板；

微处理器，用于从指纹采集单元采集的指纹图像中抽取能自动识别的特征，形成指纹特征模板并存储于存储模块中；并用于从存储模块调取所存储的指纹特征模板，与指纹采集单元采集的指纹进行比对，并根据比对结果选择性地激活控制信号输出单元。

本发明的优选方案中，微处理器还用于对所形成的指纹特征模板进行加密，并存储于存储模块中。

本发明的优选方案中，存储模块还用于存储两种以上的加密算法，微处理器根据从指纹采集单元采集的指纹图像的指纹特征和采集时的动作特征，根据预设的程序选择相应的加密算法得出相应的加密数字信号，并通过控制信号输出单元输出到外部读取信号的装置上。

根据本发明的一个实施例，采集时的动作特征包括但不限于同一手指的采集频率特征、不同手指的顺序指纹采集动作特征、同一手指不同角度的采集特征。

根据本发明的一个实施例，控制信号输出单元采用射频识别(RFID)模块，根据指纹识别处理单元的比对结果选择性地激活和释放射频识别信号，以被外部的射频识别卡阅读器所读取。

本发明的优选方案中，卡片装置还内置有无线充电接收模块，用于与外部发射装置配合使用，以对指纹采集单元、指纹识别处理单元和控制信息输出单元进行无线充电。

本发明的优选方案中，卡片装置具有与指纹识别处理单元连接的蓝牙模块或ZigBee模块，用于与外部电子装置无线连接，为外部电子装置中的应用提供指纹识别认证。

本发明的优选方案中，卡片装置还包括低电压报警指示灯，其与可充电电池相连，用于提醒用户及时充电。

根据本发明的一个实施例，卡片装置呈现为下列尺寸范围的卡片形式：长度40mm-100mm；宽度40mm-60mm；厚度0.8mm-2mm。

另一个方面，本发明提供一种对上述卡片装置进行充电的充电装置，其包括卡槽，卡槽中设置有与卡片装置上的智能卡通用触点接口模块相配合的充电接口模块，充电接口模块连接到充电模块，以在卡片装置插入卡槽时，充电模块对卡片装置进行充电。

在优选方案中，充电接口模块采用与ISO7816标准智能卡芯片触点相匹配的接口。

在优选方案中，充电装置包括USB接口模块，USB接口模块与充电模块连接，用于使充电模块连接外部电源；USB接口模块还与充电接口模块连接，以便卡片装置通过USB接口模块与外部电子装置进行数据连接。

利用本发明采用的主动工作方式的电池供电系统，卡片装置随时可以上电工作，上电初始化时间小于0.3秒，上电后可以立即进行指纹识别认证，以及发射验证结果，整个处理时间在1.5秒之内。这种工作方式，只要电池电量足够(电压较低需要充电前本装置会有提示)，其工作和控制状态都会非常稳定和可靠。而现有的采用无线取电的被动方式，需要将相应装置贴近外部阅读器取电——相当于临时充电，取电时间根据阅读器的功率大小和质量高低各有不同，但时间基本都超过1秒，有的甚至3－5秒，呈现不确定状态。而且这种临时充电的电量电压未必稳定，可能导致系统工作错乱。所以主动方式具备更佳的性能表现，但因为加工工艺和控制装置厚度的原因，采用可充电电池供电的难度较大，本发明是在这些难点上进行了多年研发改进的结果。

本发明针对现有射频识别卡系统的缺陷，在传统的卡片中引入指纹识别系统，同时采用主动工作方式的有源电池供电系统，使整个卡片装置的可靠性、稳定性提高，而且用户可以采用插卡式的方式进行充电操作，简便而又快捷。

本发明卡片装置可自带可充电锂电池，以主动方式供应整个装置电源，并通过智能卡通用触点接口模块(优选ISO7816标准智能卡芯片触点)作为与充电器的连接触点，同时可以实现与卡片装置的数据连接，以便通过充电装置的USB接口连接外部电子装置。传统的智能卡通用触点接口只是数据连接接口，而本发明将其实现为卡片装置上的充电接口，这一方面是超薄型设计工艺的巧妙安排，这样的接口漂亮美观，符合大众对芯片卡的通常认识；另一方面实现了插卡式充电，使得充电或数据连接方便而又快捷。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明卡片装置一个实施例的工作原理示意图；

图2为本发明卡片装置另一实施例的工作原理示意图；

图3为本发明充电装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明的实施例中，提供一种具备指纹识别功能的卡片装置，其包括依次相连的指纹采集单元101、指纹识别处理单元102和控制信号输出单元106，其中：

指纹采集单元101，用于采集按压在其上的手指指纹图像；

指纹识别处理单元102，其对指纹采集单元101所采集的指纹进行存储和比对，并根据比对结果选择性地激活控制信号输出单元106；

控制信号输出单元106，其接收指纹识别处理单元的激活指令而对外输出控制信号；

卡片装置还包括可充电电池105，其与卡片装置厚度相适应，用于对指纹采集单元101、指纹识别处理单元102和控制信息输出单元106进行供电；可充电电池105具有或连接有智能卡通用触点接口模块109，作为可充电电池的充电接口。

可充电电池采用厚度在0.5mm-1.5mm之间的超薄型锂电池，智能卡通用触点接口模块109采用ISO7816标准智能卡芯片触点。超薄型可充电锂电池，负责为整个卡片上的电子部件及电路提供电源。它通过ISO7816标准的智能卡触点与专用的充电器连接，定期充电；超薄型可充电锂电池是符合本装置加工工艺要求的电池，其充电时间短，每次只须充电20－30分钟即可充满。超薄型锂电池与ISO7816标准智能卡芯片触点的搭配组合是本发明的优选实施方案。

优选地，作为本发明的另一个实施例，如图2所示，智能卡通用触点接口模块109还可以与指纹识别处理单元102连接，作为指纹识别处理单元102的对外数据连接接口。图2中其它的原理和结构与图1所示的实施例相同。

作为本发明的具体实现形式，指纹识别处理单元102包括：

存储模块104，用于存储指纹特征模板；

微处理器(MCU)103，用于从指纹采集单元101采集的指纹图像中抽取能自动识别的特征，形成指纹特征模板并存储于存储模块104中；并用于从存储模块104调取所存储的指纹特征模板，与指纹采集单元101采集的指纹进行比对，并根据比对结果选择性地激活控制信号输出单元106。

微处理器(MCU)103运行指纹算法、管理存储及卡片装置上的其他事务处理，以及最终决定是否激活和释放控制信号输出单元106，例如激活和释放射频识别(RFID)信号。指纹算法主要包括两部分：其一，指纹图像处理和特征抽取算法，负责从指纹图像中抽取电脑可以自动识别的各种特征及其位置，形成一个指纹特征文件，名为指纹特征模板；其二，指纹比对算法。通过指纹特征抽取算法处理后得到的指纹特征模板，存储在存储模块104中，当持卡者使用卡片时，将手指按压在指纹采集单元101上，系统将再次通过指纹特征抽取算法获得该手指特征模板文件，然后通过指纹比对算法，与存储模块104中原先形成并储存的指纹特征模板进行比对，得出比对结果。

为增加指纹特征模板的安全性，防止指纹特征模板被伪造或替换，微处理器103还用于对所形成的指纹特征模板进行加密，并存储于存储模块104中。

在一个优选的实施方案中，本发明还提供一种使卡片装置开启多个装置并提高安全性的技术，具体的实现方式是在存储模块104中存储两种以上的加密算法，微处理器103根据从指纹采集单元101采集的指纹图像的指纹特征和采集时的动作特征，根据预设的程序选择相应的加密算法得出相应的加密数字信号，并通过控制信号输出单元106输出到外部读取信号的装置上。采集时的动作特征包括但不限于同一手指的采集频率特征、不同手指的顺序指纹采集动作特征、同一手指不同角度的采集特征。

本实施例中，控制信号输出单元106可以采用射频识别(RFID)模块，根据指纹识别处理单元102的比对结果选择性地激活和释放射频识别信号，以被外部的射频识别卡阅读器107所读取。当然，本发明的控制信号输出单元106并不限于RFID模块，也可能采用其它接触式或非接触式的控制信号输出模块，例如传统的IC卡、磁卡控制信号输出模块。

以射频识别(RFID)模块为例，传统标准的射频识别模块，通过无线方式，向外发送编码信息。在本专利装置中，该模块受控于微处理器MCU在进行指纹识别后的结果：若识别成功，MCU将激活该模块使之可以正常工作；若指纹比对失败，该模块将继续处于休眠状态，不进行任何工作。

射频识别卡阅读器107是在本专利装置之外，但与之有关联的设备。本专利装置在指纹识别成功之后，卡片上的微处理器MCU将激活卡上的射频识别模块，后者将发射编码信息，并被射频识别卡阅读器107读取，任何相关信息再传送至后台管理系统进行相关判断和处理。

外接专用锂电池充电器108用于对本发明的卡片装置进行充电，具体介绍可参见图3及下文的描述。

优选地，本发明的卡片装置还内置有无线充电接收模块(图1中未示出)，用于与外部发射装置配合使用，以对指纹采集单元、指纹识别处理单元和控制信息输出单元进行无线充电。实现主动式供电和被动式供电相结合，方便用户在任何情况下对卡片的使用。无线充电接收模块可以采用国际标准(例如Qi、PMA、A4WP充电标准)的无线充电接收模组。

卡片装置还可以具有与指纹识别处理单元102连接的蓝牙模块或ZigBee模块(图1中未示出)，用于与外部电子装置无线连接，为外部电子装置中的应用提供指纹识别认证。

本发明的卡片装置可呈现为下列尺寸范围的卡片形式：长度40mm-100mm；宽度40mm-60mm；厚度0.8mm-2mm。卡片装置还可以包括低电压报警指示灯(图1中未示出)，其与可充电电池相连，用于提醒用户及时充电。

如图3所示，本发明还提供一种对上述卡片装置进行充电的充电装置108，其包括卡槽，卡槽中设置有与卡片装置上的智能卡通用触点接口模块相配合的充电接口模块1081，充电接口模块1081连接到充电模块1083，以在卡片装置插入卡槽时，充电模块1083对卡片装置进行充电。充电接口模块1081优选地采用与ISO7816标准智能卡芯片触点相匹配的接口。

在一个优选的实施方案中，充电装置包括USB接口模块1082，USB接口模块1082与充电模块1083连接，用于使充电模块1083连接外部电源；USB接口模块1082还与充电接口模块1081连接，以便卡片装置通过USB接口模块1082与外部电子装置进行数据连接。

本发明的实施例中，该充电装置是一个带卡槽的扁平结构物，将卡片装置插入充电器卡槽中，卡片上的ISO7816触点即与卡槽内部的触脚对应接触，然后该充电装置通过USB连线外接电脑或电源，对卡片装置进行充电或数据连接。

本发明装置是由指纹识别算法、MCU、RFID技术、指纹采集芯片、电池、加密芯片及算法等核心因素的组合，并以卡片或类似形态的呈现之装置，而且是自带超薄型可充电锂电池供电的主动式设备，本发明还包括标准充电接口和USB充电器。此一特点，使本发明装置与其他类似产品以完全不同的工作方式进行，其工作方式可靠性稳定性更高，具备创新特色。

本发明超薄卡片的实现主要是采用了超小型电子元件,包括超薄可充电锂电池,以及柔性PCB制版和卡片封装工艺达到的。数据加密算法可以采用标准DES算法，也可以采用其它的专用算法。

下面以射频识别(RFID)卡片装置为例介绍本发明的工作方式，本发明是以指纹识别作为RFID卡是否激活工作的前置开关，用途包括：金融(各类银行卡)、安防(门禁门锁)、身份认证等等。其工作方式和原理如下：

1)系统初始化：本发明装置可以登录1人以上最多10人，1枚以上最多100枚指纹。系统初始化时，通过卡片上指示灯的指示和引导，持卡人(以及可能使用该卡片的其他相关人员)完成自己的指纹登录，系统将该等指纹图像，通过指纹特征抽取算法处理后，形成指纹特征模板文件(template)，存储在卡片上的存储模块中；

2)未使用已登录手指按压时，该装置处于休眠状态，其射频识别卡功能处于关闭状态；

3)系统使用时，持卡人按压已登录过的指纹，卡片内的指纹比对算法将该指纹与存储模块中的指纹特征模板进行比对，根据比对结果，进行相应控制操作；

4)比如将本发明用作门禁系统时，若指纹比对成功，卡片上的射频识别卡模块将被激活，行使正常的射频识别卡功能，发射相应的编码到射频识别卡阅读器，完成门禁控制和授权；

5)若将本发明用于金融卡，则指纹比对成功后，该金融卡将被激活，可以行使正常金融卡的所有功能；

6)若将本发明用作个人身份证件，则指纹比对成功后，可以证明该持卡人人证合一的验证得到通过，可行使他/她的个人权利。

由此可见，本发明装置，彻底解决了重要证卡被借用、盗用的安全隐患，成为高安全证卡系统的全新选择。

本发明将彻底解决传统射频识别卡系统安全性问题，以物理门禁控制为例，通过将传统射频识别卡门禁系统使用者手中的门禁卡进行替换，更换为本发明的指纹射频识别卡，而原来系统中门禁阅读器、控制线路、门禁控制器、后台门禁管理软件及系统等均无需改动或更换，只需要将新采用的指纹射频识别卡在原来系统中进行登记即可。此后原来的整个门禁系统将完全被提升至指纹门禁系统，持卡者验证指纹后卡片被激活然后进行正常刷卡进出控制区域。当然，一个传统门禁系统中，也可以根据控制区域的重要程度，只更换部分持卡者的卡片，系统无需任何改变即可兼容普通射频识别卡和指纹射频识别卡：高安全要求的区域使用指纹射频识别卡，低安全程度的使用普通射频识别卡。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (13)

1.一种具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，包括依次相连的指纹采集单元、指纹识别处理单元和控制信号输出单元，其中：

指纹采集单元，用于采集按压在其上的手指指纹图像；

指纹识别处理单元，其对所述指纹采集单元所采集的指纹进行存储和比对，并根据比对结果选择性地激活所述控制信号输出单元；

控制信号输出单元，其接收所述指纹识别处理单元的激活指令而对外输出控制信号；

所述卡片装置还包括可充电电池，其与所述卡片装置厚度相适应，用于对所述指纹采集单元、指纹识别处理单元和控制信息输出单元进行供电；所述可充电电池具有或连接有智能卡通用触点接口模块，作为所述可充电电池的充电接口。

2.根据权利要求1所述的具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，所述可充电电池为厚度在0.5mm-1.5mm之间的超薄型锂电池，所述智能卡通用触点接口模块采用ISO7816标准智能卡芯片触点。

3.根据权利要求1或2所述的具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，所述智能卡通用触点接口模块还与所述指纹识别处理单元连接，作为所述指纹识别处理单元的对外数据连接接口。

4.根据权利要求1所述的具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，所述指纹识别处理单元包括：

存储模块，用于存储指纹特征模板；

微处理器，用于从所述指纹采集单元采集的指纹图像中抽取能自动识别的特征，形成指纹特征模板并存储于所述存储模块中；并用于从所述存储模块调取所存储的指纹特征模板，与所述指纹采集单元采集的指纹进行比对，并根据比对结果选择性地激活所述控制信号输出单元。

5.根据权利要求4所述的具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，所述微处理器还用于对所形成的指纹特征模板进行加密，并存储于所述存储模块中。

6.根据权利要求4所述的具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，所述存储模块还用于存储两种以上的加密算法，所述微处理器根据从所述指纹采集单元采集的指纹图像的指纹特征和采集时的动作特征，根据预设的程序选择相应的加密算法得出相应的加密数字信号，并通过所述控制信号输出单元输出到外部读取信号的装置上；所述采集时的动作特征包括但不限于同一手指的采集频率特征、不同手指的顺序指纹采集动作特征、同一手指不同角度的采集特征。

7.根据权利要求1所述的具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，所述控制信号输出单元采用射频识别(RFID)模块，根据所述指纹识别处理单元的比对结果选择性地激活和释放射频识别信号，以被外部的射频识别卡阅读器所读取。

8.根据权利要求1所述的具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，所述卡片装置还内置有无线充电接收模块，用于与外部发射装置配合使用，以对所述指纹采集单元、指纹识别处理单元和控制信息输出单元进行无线充电。

9.根据权利要求1所述的具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，所述卡片装置具有与所述指纹识别处理单元连接的蓝牙模块或ZigBee模块，用于与外部电子装置无线连接，为外部电子装置中的应用提供指纹识别认证。

10.根据权利要求1所述的具备指纹识别功能的卡片装置，其特征在于，所述卡片装置还包括低电压报警指示灯，其与所述可充电电池相连，用于提醒用户及时充电。

11.一种对权利要求1所述的卡片装置进行充电的充电装置，其特征在于，包括卡槽，所述卡槽中设置有与所述卡片装置上的智能卡通用触点接口模块相配合的充电接口模块，所述充电接口模块连接到充电模块，以在所述卡片装置插入所述卡槽时，所述充电模块对所述卡片装置进行充电。

12.根据权利要求11所述的充电装置，其特征在于，所述充电接口模块采用与ISO7816标准智能卡芯片触点相匹配的接口。

13.根据权利要求11或12所述的充电装置，其特征在于，所述充电装置包括USB接口模块，所述USB接口模块与所述充电模块连接，用于使所述充电模块连接外部电源；所述USB接口模块还与所述充电接口模块连接，以便所述卡片装置通过所述USB接口模块与外部电子装置进行数据连接。