CN108427944A - 一种指纹识别系统和识别方法 - Google Patents
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Abstract
一种指纹识别系统，包括液晶屏、中央处理器、语音模块、存储单元、指纹识别模块、红色光源、绿色光源、图形处理器、光电二极管阵列、第一摄像机、第二摄像机和显示器，所述液晶屏、语音模块、存储单元、指纹识别模块、红色光源、绿色光源、图形处理器分别和中央处理器连接；所述光电二极管阵列输出端与图形处理器输入端连接。所述第一摄像机、第二摄像机输出端分别和图形处理器输入端连接；所述显示器输入端和图形处理器输出端连接。本发明还包括一种指纹识别方法。本发明随机选择手部指纹识别区域，以防非法用户事先伪造指纹；特有的手势识别，提高指纹验证的灵活性；手部透光性验证，有效识别人体和非人体。
Description
技术领域
本发明属于门禁安防领域，具体涉及一种指纹识别系统和识别方法。
技术背景
目前，指纹识别技术已经广泛应用于各个领域，如指纹打卡签到、指纹识别门禁等等。其基本工作流程是在识别装置中录取某一手指的指纹或者手掌纹，之后识别时将手指放在指纹识别系统的识别区即可。
但传统的指纹识别系统有两个弊端，一是可以通过胶带、硅胶等易提取指纹的物质，进行指纹的伪造蒙骗识别装置；二是指纹识别设备识别区域固定且单一，用户录取某个指纹（如右手食指），则只需要该指纹即可完成验证，指纹极易伪造，则冒名顶替的情况难以避免。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种指纹识别系统和识别方法，随机选择手部指纹识别区域，并进行手部透光性验证，减小伪造指纹的可能性。
本发明的技术方案是一种指纹识别系统，包括液晶屏、中央处理器、图形处理器、语音模块、存储单元、指纹识别模块、红色光源、绿色光源、光电二极管阵列和多个压力传感器，所述液晶屏、语音模块、存储单元、指纹识别模块、红色光源、绿色光源、图形处理器分别和中央处理器连接；所述光电二极管阵列输出端与图形处理器输入端连接；所述压力传感器输出端与中央处理器连接。
进一步的，所述指纹识别系统还包括第一摄像机、第二摄像机和显示器，所述第一摄像机、第二摄像机输出端分别和图形处理器输入端连接；所述显示器输入端和图形处理器输出端连接。
进一步的，所述光电二极管阵列包括多个光电二极管，所述光电二极管拼接形成一个整体，用于手部透光情况检测。
进一步的，所述红色光源为红色光LED；所述绿色光源为绿色光LED。
一种指纹识别方法，具体步骤如下，
步骤1：等概率随机选择左手或者右手；
步骤2：对步骤1选定的手的手掌和5个手指，一一等概率随机确定是否对其进行指纹验证；
步骤3：对于步骤2确定的手的部位，选择相应的手势，在液晶屏显示此手势，语音提示用户将步骤1选定的手按照相应的手势放在指纹识别区；
步骤4：通过光电二极管阵列获取用户手形和手部透光数据，判断用户手形是否与步骤3确定的手势一致；
步骤4.1：如果手形与手势一致，则执行步骤5；
步骤4.2：如果手形与手势不一致，结束本流程；
步骤5：比对多个压力传感器的压力数值；
步骤5.1：如果多个压力传感器的压力数值不相等，则执行步骤6；
步骤5.2：如果多个压力传感器的压力数值相等，结束本流程；
步骤6：提取用户指纹，并与存储单元中预先存储合法用户的指纹匹配；
步骤6.1：如果用户指纹匹配成功，则执行步骤7；
步骤6.2：如果用户指纹不匹配，通过第一摄像机采集用户手图像，通过第二摄像机采集用户头部图像，并在显示器向管理员显示用户手图像和用户头部图像，认定用户非法进入，结束本流程；
步骤7：根据步骤4获取的用户手部透光数据，判断用户手指和掌部透光率是否在合理范围；
步骤7.1：如果用户手指和掌部透光率在合理范围，则认定用户合法进入；
步骤7.2：如果用户手指和掌部透光率不在合理范围，通过第一摄像机采集用户手图像，通过第二摄像机采集用户头部图像，并在显示器向管理员显示用户手图像和用户头部图像，认定用户非法进入。
本发明的有益效果：
1）随机选择手部指纹识别区域，以防非法用户事先伪造指纹；
2）特有的手势识别，提高指纹验证的灵活性；
3）手部透光性验证，有效识别人体和非人体；
4）多点压力传感器，识别人手部按压的压力分布差异化现象。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明电路结构示意图。
图2 为指纹识别系统结构示意图。
图3 为光电二极管阵列5示意图。
图4为指纹识别模块8示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，一种指纹识别系统，包括第一摄像机1、第二摄像机2、显示器9、液晶屏3、中央处理器7、图形处理器6、语音模块4、存储单元10、指纹识别模块8、红色光源11、绿色光源12、光电二极管阵列5和5个压力传感器13，所述液晶屏3、语音模块4、存储单元10、指纹识别模块8、红色光源11、绿色光源12、图形处理器6分别和中央处理器7连接；所述光电二极管阵列5输出端与图形处理器6输入端连接；所述压力传感器13输出端与中央处理器7连接；第一摄像机1、第二摄像机2输出端分别和图形处理器6输入端连接；所述显示器9输入端和图形处理器6输出端连接。红色光源11为红色光LED；绿色光源12为绿色光LED。外部拓展接口与中央处理器7连接，用于连入安防报警系统或监控中心机房。
如图3所示，光电二极管阵列5包括多个光电二极管5.1，光电二极管5.1拼接形成一个整体，用于手部透光情况检测。
如图4所示，红色光源11、绿色光源12和5个压力传感器13分别设置于指纹识别区。
使用的图形处理器6型号为TMS320VC5402。指纹识别模块8采用FM-108光学指纹采集模块。使用的光电二极管5.1型号为S5870。语音模块4采用ISD4004芯片。存储单元10采用CY7C1049SRAM存储芯片。
一种指纹识别方法，具体步骤如下，
步骤1：等概率随机选择左手或者右手；
步骤2：对步骤1选定的手的手掌和5个手指，一一等概率随机确定是否对其进行指纹验证；
步骤3：对于步骤2确定的手的部位，选择相应的手势，在液晶屏3显示此手势，语音提示用户将步骤1选定的手按照相应的手势放在指纹识别区；
步骤4：通过光电二极管阵列5获取用户手形和手部透光数据，判断用户手形是否与步骤3确定的手势一致；
步骤4.1：如果手形与手势一致，则执行步骤5；
步骤4.2：如果手形与手势不一致，结束本流程；
步骤5：比对多个压力传感器13的压力数值；
步骤5.1：如果多个压力传感器13的压力数值不相等，则执行步骤6；
步骤5.2：如果多个压力传感器13的压力数值相等，结束本流程；
步骤6：提取用户指纹，并与存储单元10中预先存储合法用户的指纹匹配；
步骤6.1：如果用户指纹匹配成功，则执行步骤7；
步骤6.2：如果用户指纹不匹配，通过第一摄像机1采集用户手图像，通过第二摄像机2采集用户头部图像，并在显示器9向管理员显示用户手图像和用户头部图像，认定用户非法进入，结束本流程；
步骤7：根据步骤4获取的用户手部透光数据，判断用户手指和掌部透光率是否在合理范围；
步骤7.1：如果用户手指和掌部透光率在合理范围，则认定用户合法进入；
步骤7.2：如果用户手指和掌部透光率不在合理范围，通过第一摄像机1采集用户手图像，通过第二摄像机2采集用户头部图像，并在显示器9向管理员显示用户手图像和用户头部图像，认定用户非法进入。
录入指纹信息时，需要将整个手部按在指纹识别区。手部可供识别的有5个手指的指纹，外加手心处的掌纹，双手则是12个识别区。这12个识别区域都录入指纹识别系统。识别时，指纹识别系统随机选择左手或者右手进行识别，随机选择手部的若干个识别区域，即可能有 ，即126种组合方式。一般情况下，得到别人的某一个或者两个手指的指纹很容易，但是得到十个指纹外加掌纹的可能性极小，尤其是掌纹。并且，在进行指纹识别时，指纹识别系统随机选择手掌的某几个区域进行指纹验证，具有随机性。
当光照射手掌和手指时，由于手具有一定的透光性，活体手掌由于皮肤、血液的原因，透射出的光呈现红色，有特定的波长范围、光强度范围等光学性质，将该数据预先存储在指纹识别系统的存储单元，通过光电二极管阵列5采集到的透射光，如果透射光数据处于该范围，则认定为活体，由此可以实现活体检测。如果是其他替代品（如3D打印的手掌模型），在混合光照射后，透射出的光的波长与正常手指透射光的波长明显不同；如果使用指纹膜欺骗验证，为避免自己的指纹也被投射出来，指纹膜需要一定的厚度，或者薄但是不透光，如果手掌附着有指纹膜等物品，透光性质明显与实际手掌不同。该方法在一定程度上避免了指纹膜等欺骗手段。红光穿透性最好，绿色光颜色纯、亮度高，红色光源和绿色光源适用于手部透光性检测。
在光照射手掌时，光电二极管阵列5能够采集到手掌的轮廓。手掌呈并拢、V形、W形，VVV形等等，光电二极管阵列5能够采集相应的手势轮廓，由此可以实现手势识别。
指纹识别区的5个压力传感器13用于识别用户按压指纹识别区的压力分布差异现象，如果5个压力传感器的压力数值完全一样，说明此情形非正常手部按压。
在手势验证不通过时，将停止验证。指纹验证不通过时，通过第一、第二摄像机2采集验证者的手掌图像和头部图像，即采集冒充者的特征信息。在手指透光率验证不符合时，除采集验证者的手掌和头部图像外，还会向管理员通报参与验证的指纹对应的用户身份信息，因为指纹验证通过，而透光率验证却未通过，则说明是有用户的指纹被盗用（冒用），因此需要向管理员通报被盗用的指纹对应的用户信息，以便做出对应的补救措施。
本发明的工作原理：首先录入合法用户双手手指和手掌指纹制作合法用户指纹库，并保存在本指纹识别系统存储单元10；用本指纹识别系统验证用户权限时，本指纹识别系统随机选择左手或右手进行指纹识别，左手或右手经选定后，以选定左手为例，本系统对左手的5个手指和手掌一一随机确定是否进行指纹验证。然后，对随机选择确定的手指随机选择相应的手势，如并拢型、V字型、W型、VVV型。手势经选定后，本指纹识别系统提示用户将左手按选定的手势放在指纹识别区。随后，本指纹识别系统提取用户手势和手透光情况，判断用户手势是否与本指纹识别系统提示的手势相符。手势验证后，比对压力传感器压力数值是否正常。如通过压力数值比对，本指纹识别系统提取用户指纹，将用户指纹与本指纹识别系统合法用户指纹库比对。如果用户通过指纹验证，本指纹识别系统进一步判断用户手透光率是否在合理范围。如果用户透光率正常，则认定用户身份合法，用户取得相应权限。如果用户没通过指纹验证或用户手透光率不正常，本指纹识别系统通过第一摄像机1取得用户手图像，通过第二摄像机2取得用户头部图像，并通过显示器9向管理员显示用户手和头部图像。
本发明的一种实施例在城镇安全风险评估与应急保障技术研究（项目号：2016YFC0802500）之子课题城市多部门协同的网格化安全监测和保障技术装备及集成信息平台的相关研究中得到应用，有效减少了指纹伪造的情况，增强了安全性。
Claims (5)
1.一种指纹识别系统，包括液晶屏（3）、中央处理器（7）、语音模块（4）和指纹识别模块（8），其特征在于，还包括图形处理器（6）、光电二极管阵列（5）和多个压力传感器（13），所述液晶屏（3）、语音模块（4）、存储单元（10）、指纹识别模块（8）、红色光源（11）、绿色光源（12）、图形处理器（6）分别和中央处理器（7）连接；所述光电二极管阵列（5）输出端与图形处理器（6）输入端连接；所述压力传感器（13）输出端与中央处理器（7）连接。
2.根据权利要求1所述的指纹识别系统，其特征在于，还包括第一摄像机（1）、第二摄像机（2）和显示器（9），所述第一摄像机（1）、第二摄像机（2）输出端分别和图形处理器（6）输入端连接；所述显示器（9）输入端和图形处理器（6）输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的指纹识别系统，其特征在于，所述光电二极管阵列（5）包括多个光电二极管（5.1），所述光电二极管（5.1）拼接形成一个整体，用于手部透光情况检测。
4.根据权利要求1或2所述的指纹识别系统，其特征在于，所述红色光源（11）为红色光LED；所述绿色光源（12）为绿色光LED。
5.采用权利要求2所述的指纹识别系统的指纹识别方法，其特征在于，具体步骤如下，
步骤1：等概率随机选择左手或者右手；
步骤2：对步骤1选定的手的手掌和5个手指，一一等概率随机确定是否对其进行指纹验证；
步骤3：对于步骤2确定的手的部位，选择相应的手势，在液晶屏（3）显示此手势，语音提示用户将步骤1选定的手按照相应的手势放在指纹识别区；
步骤4：通过光电二极管阵列（5）获取用户手形和手部透光数据，判断用户手形是否与步骤3确定的手势一致；
步骤4.1：如果手形与手势一致，则执行步骤5；
步骤4.2：如果手形与手势不一致，结束本流程；
步骤5：比对多个压力传感器（13）的压力数值；
步骤5.1：如果多个压力传感器（13）的压力数值不相等，则执行步骤6；
步骤5.2：如果多个压力传感器（13）的压力数值相等，结束本流程；
步骤6：提取用户指纹，并与存储单元10中预先存储合法用户的指纹匹配；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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