CN108460376A - 一种低功耗掌静脉识别设备及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低功耗掌静脉识别设备，包括液晶触控显示屏、掌静脉图像传感器、超声波距离传感器；超声波距离传感器根据待识别对象的距离信息控制设备的工作模式；超声波距离传感器的探测距离为2‑5m。本发明充分发挥了超声波传感器、高清摄像头和掌静脉图像传感器的各自功能，以软件和硬件结构做有机结合，配合切合实际的应用场景，通过超声波模块测试前方物体距离，检测是否存在使用者。在不存在使用者的情况下，液晶显示屏、摄像头等设备进入待机模式。本发明设备和系统可以实现节能降耗、延长设备寿命的效果。

Description

一种低功耗掌静脉识别设备及系统
技术领域
本发明涉及一种低功耗掌静脉识别设备及系统。
背景技术
掌静脉识别技术，是静脉识别的一种，属于生物识别技术，其通过专用摄像头获取手掌静脉的图像，将静脉的数字图像存贮在计算机系统中，并经过特定采集计算方法生成特征值，从而使用特征值进行比对和识别。掌静脉识别技术参考文献：发明名称“手掌静脉摄像装置”，公开号CN105072998A。
掌静脉识别技术的优点有：1、安全性高：属于内生理特征，不会磨损，难以伪造。2、非接触式采集：卫生性好，使用体验佳。3、活体识别：依靠静脉血液流动成像，死人静脉无法成像。4、准确率高：拒真率可达0.01％，认假率可达0.00001％。其中，拒真率是指本人拒绝率FRR，即对张三进行识别，却没有认出张三的概率；识假率是指他人误识率FAR，即对张三进行识别，却把张三认成了李四的概率。
但是，现有掌静脉识别系统普遍采用的按照特定时间(如30秒)无操作后进入待机模式，导致系统功耗大、重新启动的响应时间慢。
发明内容
本发明针对掌静脉识别系统应用中产生功耗大、响应时间慢的问题，提出一种低功耗掌静脉识别设备及系统。
本发明的技术解决方案是：
一种低功耗掌静脉识别设备，包括液晶触控显示屏和掌静脉图像传感器，其特殊之处是，还包括超声波距离传感器；所述超声波距离传感器根据待识别对象的距离信息控制设备的工作模式；所述超声波距离传感器的探测距离为2-5m。
为减小设备体积，上述超声波距离传感器最好设置在掌静脉识别设备的液晶触控显示屏周围。
一种低功耗掌静脉识别系统，包括掌静脉识别设备，所述掌静脉识别设备包括液晶触控显示屏和掌静脉图像传感器，其特征在于，还包括超声波距离传感器、待机和能源管理系统；所述超声波距离传感器向掌静脉识别设备传输待识别对象的距离信息；所述待机和能源管理系统根据超声波距离传感器的距离信息控制液晶触控显示屏和掌静脉图像传感器的工作模式；所述超声波距离传感器的探测距离为2-5m。
为减小系统体积，上述超声波距离传感器一般设置在掌静脉识别设备的液晶触控显示屏周围。
本发明的有益效果：
本发明充分发挥了超声波传感器、高清摄像头和掌静脉图像传感器的各自功能，以软件和硬件结构做有机结合，配合切合实际的应用场景，通过超声波模块测试前方物体距离，检测是否存在使用者。在不存在使用者的情况下，液晶显示屏、摄像头等设备进入待机模式(零功耗)；存在使用者的情况下，液晶显示屏、摄像头等设备进入工作模式(正常功耗)。因此，本发明设备和系统可以实现节能降耗、延长设备寿命的效果。
具体说明如下：
1)识别对象不进入3m区域时，系统为低功耗待机模式。相对于现有技术普遍采用的按照特定时间(如30秒)无操作后进入待机模式，本发明处理更合理、更准确、更智能。
2)识别对象进入3m至1m区域，系统开始工作，进行人脸属性识别处理，此时掌静脉识别系统仍然处于待机状态，两种识别处理不会同时进行，不相互影响，不会产生资源冲突。特别是在系统连接互联网的环境下，人脸属性识别的运算处理都集中在云服务器端，掌静脉识别设备负担很小，仅完成拍照、上传、接收反馈结果的操作，功耗极小。设备在单机运行的情况下，由于人脸属性识别只是对照片的人脸进行性别和年龄的判断，不需要进行比对和识别，对计算机系统的性能要求不高，因此也不会产生较大的功耗。
3)识别对象进入1m区域，人脸属性识别处理已经完成(人步行的速度平均每秒1.38米，2m距离需要时间1.44秒，进行人脸属性识别处理时间充裕)，开始掌静脉识别处理。由于本发明处理性能的大幅提升，处理时间大幅降低，即计算机高速运算的时间减少，随之产生的热量也大幅降低，充分体现了本发明节能降耗的特点。设备工作温度的降低可以延长半导体电子设备的使用寿命，也体现了新技术环保方面的价值。
本发明尤其改善了配备尺寸较大的液晶显示屏计算机生物识别系统的能耗问题。以下列型号系统配置为例：
计算机主板：SNE-J1900K-R2(含CPU、内存、硬盘)；
超声波模块：US-100；
液晶显示屏：G150XTN03.1；
摄像头模块：RER-USBFHD01M；
掌静脉模块：FAT13M3S1。
1)采用该技术之前的功耗为1056W：
(计算机主板24W+超声波模块0.5W+液晶显示屏14W+摄像头模块1W+掌静脉模块4.5W)X 24＝系统24小时整体功耗1056W。
2)采用该技术之后的系统能耗为627W：(24小时中累积高功耗工作时间按照2小时计算)
(计算机主板24W+超声波模块0.5W)X 24+(液晶显示屏14W+摄像头模块1W+掌静脉模块4.5W)X 2＝系统24小时整体功耗627W。
3)由上述计算结果得出结论，采用超声波模块检测前方物体距离，从而控制相关模块待机和工作的技术，可以使得同样硬件配置的系统，在相同的使用场景下的日功耗由1056W下降到627W，能耗降低40％左右。
附图说明
图1是掌静脉识别系统1:N识别场景下的一般工作流程图；
图2是掌静脉识别系统根据识别对象与系统之间的距离进行处理的示意图；
图3是掌静脉识别系统的物理结构示意图，其中，1-液晶触控显示屏，2-高清摄像头，3-射频模块，4-超声波距离传感器，5-掌静脉图像传感器；
图4是掌静脉识别系统的内部结构示意图；
图5是本发明软件系统结构示意图；
图6是本发明距离检测系统处理流程图；
图7是本发明外部电气控制系统和Arduino指令系统处理流程图；
图8是本发明系统各主要模块工作关系及流程图。
具体实施方式
本发明的技术方案如下：
一、方法流程
如图2所示，掌静脉识别设备上安装有距离感应装置，根据识别对象与掌静脉识别系统之间的距离，进行相应处理：
1)距离3m以上：整个系统处于低功耗模式系统待机。
2)距离3m(阈值S2)至1m：液晶触控显示屏处于工作状态，掌静脉识别系统处于低功耗模式。
3)距离1m(阈值S1)以内：掌静脉识别系统等待识别对象放置手掌，一旦获取手掌静脉图像，进入掌静脉识别处理流程，逐一比对特征值，最终返回识别结果。
二、掌静脉识别系统的结构
系统正面结构如图3所示，说明如下：
1)液晶触控显示屏，提供基本的人机交互的输入输出功能。
2)高清摄像头，拍摄人面部数字照片。
3)超声波距离传感器，利用超声波判断系统前方物体(人)的距离。
4)掌静脉图像传感器，利用近红外线成像技术拍摄手掌静脉血管数字图像。
5)射频模块，利用射频模块为系统提供读写射频卡的扩展功能，以便进一步对待识别对象进行识别。
系统内部结构如图4所示，主要模块功能说明如下：
1)X86架构主板：提供承载CPU、硬盘、内存的主要电子线路板，是掌静脉识别系统的计算和处理核心，并提供LAN、电源、串口、USB等外部接口。
2)电源变压器：将220V交流电转换为12V和5V的直流电，为主板供电。
3)摄像头模块：通过USB接口控制摄像头工作并传输图像信息。
4)超声波模块：通过串行口操作超声波发射和接收，并计算和传输距离数据。
5)射频模块：通过串行口操作射频发射和接收，并计算和传输射频卡数据。
6)Arduino微处理器控制模块：通过USB接口操作微处理器，进行数模转换、电平信号输出等操作。
7)继电器：通过接收微处理器电平信号，完成电路打开和关闭的操作，从而控制外部电气设备工作。
掌静脉识别系统中主要元器件型号参数见表二：
名称 型号参数
计算机主板 SNE-J1900K-R2
CPU Intel Celeron J1900
内存 DDR3 1333 2G
硬盘 32G固态硬盘
液晶触摸显示屏 分辨率：1024*768
摄像头 500万高清摄像头
射频模块 M15
超声波距离传感器 US-100
掌静脉图像传感器 FAT13M3S1
微处理器 Arduino uno R3
继电器 JQC-3FF-S-Z
喇叭 5W立体声喇叭
系统外壳 铝合金边框+钣金后壳
表二
三、软件系统结构
软件系统的结构如图5所示，主要内容和相互关系说明如下：
1)操作系统采用Windows7。
2)数据库采用windows平台下的通用关系型数据库。
3)基础开发采用.NET Framework平台。
4)距离检测系统的工作流程参见图6，其负责通过超声波传感器，待识别对象(人)到系统的距离信息。当距离小于3m时，通知UI系统(用户界面系统)，并通过待机和能源管理系统，结束系统待机模式，开始进入工作状态。
5)距离检测系统检测到距离小于3m且大于1m时，通知液晶触控显示屏进入工作状态。
6)距离检测系统检测到距离小于1m时，通知掌静脉识别系统，使掌静脉图像传感器进入工作状态。
7)当掌静脉图像传感器捕获手掌静脉图像后，掌静脉识别系统将静脉图像生成新的特征值A，并将其逐个在N中进行比对，查找匹配的特征码，并将匹配成功与否(识别结果)反馈给UI系统，通过液晶屏幕等展示给识别对象(人)。

Claims (4)

1.一种低功耗掌静脉识别设备，包括液晶触控显示屏和掌静脉图像传感器，其特征在于，还包括超声波距离传感器；所述超声波距离传感器根据待识别对象的距离信息控制设备的工作模式；所述超声波距离传感器的探测距离为2-5m。
2.根据权利要求1所述一种低功耗掌静脉识别系统，其特征在于，所述超声波距离传感器设置在掌静脉识别设备的液晶触控显示屏周围。
3.一种低功耗掌静脉识别系统，包括掌静脉识别设备，所述掌静脉识别设备包括液晶触控显示屏和掌静脉图像传感器，其特征在于，还包括超声波距离传感器、待机和能源管理系统；所述超声波距离传感器向掌静脉识别设备传输待识别对象的距离信息；所述待机和能源管理系统根据超声波距离传感器的距离信息控制液晶触控显示屏和掌静脉图像传感器的工作模式；所述超声波距离传感器的探测距离为2-5m。
4.根据权利要求3所述一种低功耗掌静脉识别系统，其特征在于，所述超声波距离传感器设置在掌静脉识别设备的液晶触控显示屏周围。
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