CN109816841A

CN109816841A - 手指静脉识别的门禁装置

Info

Publication number: CN109816841A
Application number: CN201910260388.1A
Authority: CN
Inventors: 周卫斌; 路玉斯; 胡阳阳; 范晋博; 信振朝
Original assignee: Tianjin University of Science and Technology
Current assignee: Tianjin University of Science and Technology
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2019-05-28

Abstract

本发明涉及生物特征识别技术领域，提出了一种手指静脉识别的门禁装置，其特征在于：包括三部分，采集终端、锁体部分、远程服务器。采集终端包括电源、电源驱动电路、指静脉采集电路、ARM处理器、LCD显示电路、LCD显示屏、音频输出电路、喇叭以及蓝牙模块，锁体部分包括电磁锁和蓝牙接收模块，远程服务器为PC电脑。电源通过电源驱动电路与ARM处理器相连，指静脉采集电路与ARM处理器相连，ARM处理器通过LCD显示电路将对讲可视信息传输到LCD显示屏，通过音频输出电路将音频提示通过喇叭传出，ARM处理器对指静脉识别和电路之间的逻辑通信进行控制，ARM处理器配置摄像头，通过网路与加密算法传输给远程服务器进行处理，通过蓝牙模块将信息发送给锁体部分。

Description

手指静脉识别的门禁装置

技术领域

本发明涉及生物特征识别技术领域，特别是涉及一种手指静脉识别的门禁装置。

背景技术

人体生物特征主要包括两大类：外部生物特征和内部生物特征。外部生物特征如指纹、虹膜和人脸等。内部生物特征如手指静脉、手背静脉和手掌静脉等。在外部生物特征中，由于指纹识别具有很强的唯一性、稳定性、易用性等特点，应用极为广泛。但是，在指纹识别中，必须要求使用者在录入指纹时保持手指洁净、光滑，因为任何存在于指纹上的脏东西或者污点都能给识别带来困难，且指纹易于伪造，导致指纹识别技术的安全系数比较低，与外部生物特征相比，内部生物特征很难盗取和伪造，因此具有更高的安全性能，在内部生物特征中，因为手指静脉特征具有很强的普遍性和唯一性，因此手指静脉识别成为近年来生物识别技术开辟的新领域。

门禁系统广泛的应用于酒店、海关、小区、会展、火车站等对人员的身份认证要求很高的场所。目前市面上的门禁系统大多采用刷卡、输入密码等管控方式。用户进入时，需要需要像坐公交车刷卡一样，轻轻接触或靠近读卡器，就可以读取到卡片信息，进行刷卡操作；或者，需要在门禁系统上输入提前设定的密码，密码匹配后才可以进入。然而在实际应用中，IC卡可能丢失，密码可能被用户忘记，给门禁管理造成诸多不便。而且，还存在着一卡多用的情况，不利于人员统一管理。

发明内容

本发明提供了一种手指静脉识别的门禁装置。

手指静脉识别的门禁装置主要包括三部分，采集终端、锁体部件、服务器。采集终端是整个装置的核心设备，包括电源、电源驱动电路、指静脉采集电路、ARM处理器、LCD显示电路、LCD显示屏、音频输出电路、喇叭以及蓝牙发送模块，锁体部件包括电磁锁和蓝牙接收模块，服务器为PC电脑。

电源通过电源驱动电路与ARM处理器相连，指静脉采集电路与ARM处理器相连，ARM处理器通过LCD显示电路将对讲可视信息传输到LCD显示屏，通过音频输出电路将音频提示通过喇叭传出，ARM处理器对指静脉识别和电路之间的逻辑通信进行控制，ARM处理器配置摄像头，通过网路与加密算法传输给远程服务器进行处理，通过蓝牙模块将信息发送给锁体部分。手指静脉识别的门禁装置工作过程如下：

1.手指静脉图像采集，采集器每次采集3个候选图片传送到本地ARM进行初步的互相关比对，确定是同一个指静脉之后，将3个后选图片经过网络传输到服务器中；

2.手指静脉特征提取，在服务器中进行大量的计算提取静脉特征，并建立数据库将身份信息与静脉特征匹配存储；

3.手指静脉特征比对，比对前采集器将采集需要进行对比的静脉图片，经过网络传输到服务器，进行计算之后提取到静脉特征，并与数据库中的静脉特征进行比对，匹配点最多并且超过阈值的匹配对象为最可能项，判定为匹配成功。

优选的，采集终端：负责与用户进行基本的交互；远程服务器：负责图像的运算与数据存储工作；锁体部件：负责对门锁的控制，实现门禁的物理效果。语音模块：根据指静脉识别结果和门禁控制信息，向使用者发出语音提醒信息；触摸屏：根据不同的操作情况进行相应的按键与对话框提示。

本发明的有点在于，使采集与计算分离，有效的降低硬件成本，实现一对多，一个服务器为多个采集终端处理数据。采集终端与门锁部件实现无线通信，并且可以实现一个采集终端控制多个门锁部件。

本发明的有点在于，在指静脉识别的过程中，由于手指放入的姿势不同、光照不同。很难保证同一个体在指静脉录入时采集的模板和匹配时提取的有效信息是一致的。大多数都会发生旋转、偏移。这给高精度识别带来了不小的挑战。基于此本发明提出了一种改进的Zernike矩识别算法，以此来更好的表征指静脉纹路的全局特征，提高识别精度。

附图说明

图1为本发明手指静脉识别的门禁装置的整体构架

图2为本发明手指静脉图像采集器内部原理图

图3为本发明手指静脉识别的门禁装置传输过程帧结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。

如图1所示，给出了本发明的系统结构示意图，手指静脉识别的门禁装置主要包含门锁部件、采集终端、和服务器三部分组成。采集终端通过网络与服务器进行数据交互，采集终端通过蓝牙与门锁部件进行通信。各个组件可以实现单独工作也可以组网工作，一个采集终端可以实现对多个门锁部件的控制，同时一个服务器可以承担多个终端的数据的处理与保存。

如图2所示，是这个门禁装置的最关键部分为指静脉采集器，所有的图形都是通过这个装置采集的，由上到下分别为红外光源、触摸开关、滤光片和CMOS成像元件。本发明采用透射的成像原理，红外光从上方照射穿透手指，CMOS成像元件采集到静脉图像。如果采集装置中的近红外光源照射强度太高时，就会使得采集的图片信息丢失，若是近红外光源的照射强度太低时又会造成采集到的图片产生噪声的现象。而当手指的位移偏大时又有可能会造成阴影现象。所以本发明设计了一个采集外壳进行固定上述元件，确保采集到优质的图像。采集装置设计了独特的外壳结构，为了避免手指旋转带来的影响，本次设计时在滤光片的上面设置了一个可以放置手指的凹槽。除此之外为了保证采集区域的相对固定又在凹槽的前面设计了一个挡板。同时在摄像头上方添加了一块滤光片，不仅可以滤除可见光对图片的影响，还起到了保护镜头遮挡灰尘的作用。

如图3所示是实时帧结构示意图，服务器与采集终端进行通信以及门锁部件与采集终端的通信都是采用这个帧结构加密。帧头：表示帧开始的起点占1个字节，可根据需要定义这里以0x36表示；帧长度：占有两个字节，高字节用0x00表示，低字节依据实际长度定义；密钥：通信网络两端双方约定一致，密钥占用8个字节；传输数据：此处表示传输信息的实时数据，最大为1024bytes；结束：表示帧结束，占用1个字节可定义这里以0x36表示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.手指静脉识别的门禁装置，其特征在于：包括三部分，采集终端、锁体部分、远程服务器。采集终端包括电源、电源驱动电路、指静脉采集电路、ARM处理器、LCD显示电路、LCD显示屏、音频输出电路、喇叭以及蓝牙模块，锁体部分包括电磁锁和蓝牙接收模块，远程服务器为PC电脑。电源通过电源驱动电路与ARM处理器相连，指静脉采集电路与ARM处理器相连，ARM处理器通过LCD显示电路将对讲可视信息传输到LCD显示屏，通过音频输出电路将音频提示通过喇叭传出，ARM处理器对指静脉识别和电路之间的逻辑通信进行控制，ARM处理器配置摄像头，通过网路与加密算法传输给远程服务器进行处理，通过蓝牙模块将信息发送给锁体部分。

2.根据权利要求1所述的手指静脉识别的门禁装置，其特征在于：共三种工作过程，包括手指静脉图像采集、手指静脉特征提取、手指静脉特征比对。手指静脉图像采集，采集器每次采集3个候选图片传送到本地ARM进行初步的互相关比对，确定是同一个指静脉之后，将3个后选图片经过网络传输到服务器中；手指静脉特征提取，在服务器中进行大量的计算提取静脉特征，并建立数据库将身份信息与静脉特征匹配存储；手指静脉特征比对，比对前采集器将采集需要进行对比的静脉图片，经过网络传输到服务器，进行计算之后提取到静脉特征，并与数据库中的静脉特征进行比对，匹配点最多并且超过阈值的匹配对象为最可能项，判定为匹配成功。

3.根据权利要求1所述的手指静脉识别的门禁装置，其特征在于：服务器为PC电脑，可以把对应的指静脉信息写入数据库，并且与终端使用相同的加密密匙。本发明使用手指静脉识别技术，具有非接触式身份进行验证，安全性能高，使用方便，ARM板具有更高的集成度、更快的实时运算速度以及更强的扩展能力，使系统的体积和功耗减小，指静脉数据经过加密后存储数据库上，增加整体系统的安全性。采集终端与锁体部件采集用蓝牙进行通信，实现了无线控制，提高了设备的灵活度。

4.根据权利要求1所述的手指静脉识别的门禁装置，其特征在于：采集装置采用竖向结构，由上到下分别为红外光源、触摸开关、滤光片和CMOS成像元件。本发明采用透射的成像原理，红外光从上方照射穿透手指，CMOS成像元件采集到静脉图像。如果采集装置中的近红外光源照射强度太高时，就会使得采集的图片信息丢失，若是近红外光源的照射强度太低时又会造成采集到的图片产生噪声的现象。而当手指的位移偏大时又有可能会造成阴影现象。所以本发明设计了一个采集外壳进行固定上述元件，确保采集到优质的图像。

5.根据权利要求1所述的手指静脉识别的门禁装置，其特征在于：采集装置设计了独特的外壳结构，为了避免手指旋转带来的影响，本次设计时在滤光片的上面设置了一个可以放置手指的凹槽。除此之外为了保证采集区域的相对固定又在凹槽的前面设计了一个挡板。同时在摄像头上方添加了一块滤光片，不仅可以滤除可见光对图片的影响，还起到了保护镜头遮挡灰尘的作用。

6.根据权利要求1所述的手指静脉识别的门禁装置，其特征在于：在指静脉识别的过程中，由于手指放入的姿势不同、光照不同。很难保证同一个体在指静脉录入时采集的模板和匹配时提取的有效信息是一致的。大多数都会发生旋转、偏移。这给高精度识别带来了不小的挑战。基于此本发明提出了一种改进的Zernike矩识别算法，以此来更好的表征指静脉纹路的全局特征，提高识别精度。