CN1658222A - 生物活体指纹出入控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种生物活体指纹出入控制方法，包括有指纹登记，建立指纹模板；指纹比对，采集指纹图像，通过与指纹模板库里相应位置保存的指纹进行单独匹配；指纹搜索，采集指纹图像，通过与指纹模板库所有指纹进行逐一搜索；外部控制：当搜索或者比对结果正确时，系统发出控制信号，可控制外部扩展的执行机构进行相关的操作。该系统包括指纹控制器、外部扩展的执行机构、电源与网络控制器、管理计算机，指纹控制器安装在控制对象外侧，通过控制线分别接外部扩展的执行机构，并与电源与网络控制器相连，电源与网络控制器接管理计算机。连接不同的外部扩展执行机构，可广泛应用在不同的领域：金融、公共安全、保险、逻辑安全以及教育服务等。
Description
所属领域
本发明涉及一种出入控制方法和系统，特别是一种生物活体指纹出入控制方法和系统。
背景技术
传统的出入控制系统，是采用签名登记或个人识别卡方式，个人识别卡的方式就是给每个有权进入的人发一张个人识别卡，卡片相当于一把钥匙，系统根据该卡的卡号和当前时间等信息，判断该卡持有人是否具备出入控制的权限。但在当今日益复杂的社会里，犯罪技术的高明性不得不迫使保安防范的意识提高，对一些保密性较强的地方，如：银行金库、珠宝行、考场、监狱等地方用个人识别卡作为出入控制方式已不能达到防范的要求，由此利用人体生理特征来进行身份确认已变得非常必要，生理特征识别系统又分为指纹、虹膜、面纹、掌纹等。具有唯一性特征的人体生理特征作为识别依据的出入控制系统无疑是最先进的，也是最安全的。在现阶段，在以生理特征的识别技术中，指纹技术是目前最成熟的一种。
目前，传统的指纹识别器中最重要的技术部件——传感器主要有两类，第一类是采用压敏元件开发的压力传感器；第二类是运用光学原理使用CCD采集指纹图象信息再送入计算机进行图象处理。对于第一类，识别的精度受到传感器上压敏元件分布的精度和密度的影响，压敏元件分布的越均匀，压敏元件的密度越大，则传感器的精度就会越好，但目前的资料显示，该类指纹识别系统的精度不是很高。对于第二类，即采用CCD镜头的指纹识别器，因为CCD镜头中的感光元件的密度可以做到很高的水平，所以采用CCD镜头的指纹识别系统也能够达到很高的精度，但是价格昂贵是阻止这类识别器进入市场的主要原因。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种生物活体指纹出入控制方法和系统，它防伪性高，抗干扰性强，使用方便，安全性高，性价比高。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：生物活体指纹出入控制方法，其特征在于：它包括有以下步骤：
①指纹登记：新用户输入ID号，建立指纹模板，用户将同一手指三次按放在指纹传感器上分别获取指纹图像并生成指纹特征点数据，将这三次特征点数据优化组合生成指纹模板存储，或将系统连接电脑后，通过系统管理软件直接下载保存于计算机数据库中的指纹模板数据；
②指纹比对：当有指纹输入，采集指纹图像，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，通过与指纹模板库里相应位置保存的指纹模板进行比对，并将比对结果包含时间信息储存；
③指纹搜索：当有指纹输入，采集指纹图像，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，通过与指纹模板库里保存的所有指纹模板进行全局搜索，并将搜索结果包含时间信息储存；
④外部控制：获取搜索或比对结果后，将用户信息和比对结果连同当前时间通过LCD和声光进行提示；当搜索或者比对结果正确时候，系统发出控制信号，可控制外部扩展的执行机构进行相关的操作。
指纹登记方法中生成的指纹模板存储于存储器中或保存于插入的IC卡中。
指纹搜索和比对方法有以下三种：a、用户通过键盘输入ID，如有指纹按上，采集到指纹图像数据，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，通过与该ID号相对应指纹模板库里保存的指纹进行匹配比对，并将比对结果包含时间信息储存；b、当用户将手指按放在指纹传感器上时，系统采集指纹图像，提取特征点，形成指纹特征点数据，通过与指纹模板库里所有的指纹数据逐一搜索，并将搜索结果包含时间信息存储；c、有合法IC卡插入到IC卡插槽中，如有指纹按上，采集到指纹图像数据，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，读取IC中数据存储区中保留的指纹模板数据，通过解密处理与提取的指纹数据相匹配比对，并将比对结果包含时间信息储存；
生物活体指纹出入控制系统它包括指纹控制器、外部扩展的执行机构、电源与网络控制器、管理计算机，指纹控制器安装在控制对象外侧，用于检测输入到指纹输入部件的指纹数据，它通过控制线分别接外部扩展的执行机构，通过通讯总线和电源与网络控制器相连，电源与网络控制器接管理计算机。
电源与网络控制器为系统提供直流稳压电源，并提供了RS232/RS485以及TCP/IP三种网络接口，能够直接同管理计算机接口。
指纹控制器中设置有传感器是微电场检测传感器，传感器有16,384个独立的感应单元，排列成128×128的方阵，方阵又被划成8个长方形的子阵，每个子阵128行×16列，以芯片右下凹角为基准，感应单元排列成水平带状，横穿传感器，传感器是一个被激活的天线阵列，专门接收驱动环发送的微弱信号。
通过上面的叙述可以看出，本发明具有以下优点：
活体指纹采集：要求被检测的手指是活体才能得到指纹图像。
防伪性高：采用目前最先进的真皮层指纹采集技术，真正有效地杜绝假手指。
抗干扰性强：由于是对真皮层进行采集，对手指的污染、干燥、潮湿等情况有较强的自适应性，抗干扰能力较强
拒真率：小于百分之一(可按需要调节)
认假率：小于百万分之一(可按需要调节)
指纹处理时间：小于2秒。
用人体指纹作为识别依据是因为指纹身份确认方式与其它身份确认方式(如：磁卡、IC卡、密码等)相比较具有以下无可比拟的优点：
使用方便：指纹身份确认方式的身份确认依据(指纹)与使用者主体不可分离，与生俱来，具有独特的单一性和排他性，不会遗忘、难以伪造、不会损坏、不会被盗用、永不丢失，克服了其它身份确认方式存在的与使用者主体分离，认卡不认人、易遗忘、易损坏、易被盗用、易丢失、可伪造等不足和缺陷。
安全性更高：由于指纹所具有的上述特性，因此与其它身份确认方式相比具有更高的安全性，为出入控制系统提供了最佳的安全保障。同时也可将加密智能卡技术与生物活体技术相结合，可以达到更高的安全性。
可以按需要选择不同控制对象，支持多种执行机构，满足不同场合的需要。
内部存储器自动记录系统管理操作与指纹比对或搜索情况，实现对出入控制系统使用的历史记录管理。还可通过连接计算机，将管理记录与比对记录读入计算机存档或打印。
管理计算机可以实时控制门禁控制器的状态，可以对指定指纹控制器进行操作，实现远程控制、锁定等功能。
用户指纹模板数据可在指纹控制器和管理计算机之间上传和下载。
指纹控制器采用先进的嵌入式系统设计，独立于管理计算机，可单独使用，也可多机联网。
具备数据保持功能，即使系统长时间掉电，其内部数据也不会丢失。
提供RS232、RS485和TCP/IP通讯接口，可采用多种通讯方式进行联网。
本项目产品可应用领域包括：
①金融服务(电子银行，包括网上银行、电子商务、证券业和证券交易、网络上商务对商务数据及证券的相互交换、金融划帐等)；
②保险与医疗卫生(病人身份验证、电子受益的身份认证、病史了解准入、用药准入及处方认证)；
③逻辑安全(英特网准入的身份认证及客户具体特征、虚拟私人网络的准入身份认证、内网和外网的准入与安全、消除个人电脑的密码与口令)；
④身份证(软件，申请证书的认证与准入、政府的任命及服务规划、设施安全、准入控制、预付服务/活动准入、考勤)；
⑤教育服务：可应用于防止替考、假文凭、假学历、假证书、假档案等现象；
⑥可应用于设备包括个人电脑、服务器及大型储存器、网络终端、电脑相关产品及办公设备、自助银行(ATM自动取款机)、投币电话、售点智能卡。
在国内，预测未来十年中，按金卡工程的总体目标为二亿张左右。简单的认为若将指纹识别技术只用于要求保密性能好、需要身份识别的环境中，估计若使ATM的应用达到台湾当前的水平，全国需要4.5万台；若ECR和POS在全国各大中商场的配备率达到20％，则至少需要200万台。而对于世界，从包括金融、存取控制与身份识别等有需要使用指纹识别技术的行业看，则需IC卡10亿张，大批的读写设备需要安装或改造，这里都为指纹识别技术的推广应用提供了广阔的空间。
性能指标见下表：
| 项目 | 参数 | |
| 确认响应时间 | 平均＜2秒 | |
| 登记时指纹输入次数 | 3次/2次 | |
| 指纹输入面积 | 13mm×13mm | |
| 认假率(FAR) | 0.01％以下 | |
| 拒真率(FRR) | 1％以下 | |
| 指纹登记个数 | 512枚 | |
| 体积 | 195×120×44 | |
| 管理和比对记录个数 | 8000条 | |
| 接口 | RS232/RS485/TCPIP | |
| 工作环境 | 温度/湿度 | -10℃～50℃/＜93％ |
本发明运用了生物信息传感技术，根据此技术开发的微电场检测传感器，是生物信息指纹控制器区别于通常指纹控制器的一个最重要的闪光点。我们知道不同形状的物体在周围产生的电场的形状也会不同，微电场检测传感器利用了该特性来确定指纹。与前两类控制器所采用的传感器相比较，微电场传感器具有很多突出的优点：
第一，电场是无处不在，运用电场检测，与常规的指纹控制器相比，在某种意义上说具有“透视”的功能。一般说来沾有灰尘、手指受过伤、指纹较浅…等因素会造成使用压力传感器或CCD镜头采样的控制器的精度下降，但使用微电场传感器能够透过表皮，完全不受以上几个方面因素的影响，更深入的说，就目前我们使用的微电场传感器器甚至可以检测到手指骨的形状，这就是前面所说的“透视”功能。
第二，由于采用电场检测，使得我们可以采集到更大面积的指纹，与压力传感器相比，我们采集的指纹信息不仅仅包括与传感器接触处的指纹，还包括了该手指上接触处周围的指纹，数据量的增加，可以为用户提供更高的安全保证。我们不难看出，微电场检测传感器的使用，提高了指纹识别器的安全性，可靠性和方便性。虽然手指处的电场非常的微弱，精确的测量存在极大的困难，但目前的加工工艺已能达到要求，从而使控制器的性能得到了保证。
生物信息指纹控制器中采用了全新的独特的压缩算法，试验证明，该算法是科学的、有效的、实用的，对于其它产品，我们没有更详细的资料，不易说明比较各自的优劣。性能比较见下表。
| 指标 | 某类考勤机* | 生物信息指纹控制 | |
| 有效指纹输入面积 | 20×20mm2 | 14×14mm2 | |
| 指纹登记个数 | 100枚/个 | 无限 | |
| 响应时间 | 2秒左右 | 1秒以下 | |
| 识别率 | 99.9％ | 99.9％ | |
| 每个指纹占用字节 | 400-500Byte | 128Byte | |
| 比对准确率 | 认假率 | 0.001％以下 | 0.001％以下 |
| 拒真率 | 0.001％以下 | 0.003％以下 | |
| 使用环境 | 温度 | 0~45℃ | 0~50℃ |
| 湿度 | 20~80％ | 20~80％ | |
| 外形尺寸 | 400×300×178mm3 | 120×71×43mm3 | |
| 电源 | DC12V，1.5A | DC5V，250mA | |
| 报价 | 4千元以上 | 2千元左右 | |
*此类考勤机使用的是CCD镜头
附图说明
图1为本发明动作流程图。
其中A为指纹登记流程图。
B为指纹比对流程图。
C为指纹搜索流程图。
图2为本发明一种实施例安装示意图。
图3为本发明系统电路原理图。
图4为本发明一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述：
实施例：本实施例用于实现门禁与考勤功能，如图1所示，生物活体指纹出入控制方法，它包括有以下步骤：
①指纹登记：新用户输入ID号，建立指纹模板，用户将同一手指三次按放在指纹传感器上分别获取指纹图像并生成指纹特征点数据，将这三次特征点数据优化组合生成指纹模板存储，或将系统连接电脑后，通过管理系统软件直接下载保存于计算机数据库中的指纹模板数据；
②指纹比对：用户输入ID号后，当有指纹输入，采集指纹图像，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，通过与指纹模板库里相应位置保存的指纹模板数据进行单个比对，并将比对结果包含时间信息储存；
③指纹搜索：当有指纹输入，采集指纹图像，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，通过与指纹模板库里保存的所有指纹模板进行全局搜索，并将搜索结果包含时间信息储存；
④外部控制：获取搜索或比对结果后，将用户信息和比对结果连同当前时间通过LCD和声光进行提示；当搜索或者比对结果正确时候，系统发出控制信号，可控制外部扩展的执行机构进行相关的操作。
指纹比对方法有两种：a、用户通过键盘输入ID，如有指纹按上，采集到指纹图像数据，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，通过与该ID号相对应指纹模板库里保存的指纹进行匹配比对，并将比对结果包含时间信息储存；b、当用户将手指按放在指纹传感器上时，系统采集指纹图像，提取特征点，形成指纹特征点数据，通过与指纹模板库里所有的指纹数据逐一搜索，并将搜索结果包含时间信息存储。
生物活体指纹出入控制系统，如图2、3、4所示，它包括指纹控制器、外部扩展的执行机构，本实施例中为电子锁、门磁、出门按钮、还包括电源与网络控制器、管理计算机，指纹控制器安装在门外侧，用于检测输入到指纹输入部件的指纹数据，它通过控制线分别接电子锁、门磁、出门按钮，通过通讯总线和电源与通讯控制器相连，电源与通讯控制器接管理计算机。出门按钮位于门内。所述的电子锁通过控制线与指纹门禁控制器和出门按扭相连，指纹门禁控制器或出门按扭通过打开电子锁开、关门。门磁提供门状态检测，当门处于非法开门或破坏开门的状态下，指纹门禁控制器检测门磁状态，并予以声光报警提示。
所述的电源与网络控制器为系统提供10小时不间断直流稳压电源，并提供了RS232/RS485以及TCP/IP三种网络接口，能够直接同管理计算机接口。
指纹控制器是采用半导体指纹传感技术，传感器有16,384个独立的感应单元(element)，排列成128×128的方阵。方阵又被划成8个长方形的子阵(每个子阵128行×16列)。以芯片右下凹角为基准，感应单元排列成水平带状，横穿传感器。传感器是一个被激活的天线阵列，专门接收驱动环发送的微弱信号。当手指置于传感器上时，一个微细的信号从驱动环耦合到手指真皮表层上，并随着指纹的纹脊和纹谷的变化而变化。对于信号场的这种细微变化，被传感器上的感应单元一一感知出来，借此形成指纹图像。电感式传感器，此类型传感器的特色是对真皮层进行探测，而不是对表皮层进行探测。
经过性能优异的指纹图象识别软件进行处理，生成指纹特征码保存下来。
使用时，用户/门禁管理员可以在要通行的指纹控制器上进行指纹注册，在该控制器上建立自己的指纹模板，也可以在管理计算机处通过指纹控制器录入指纹，管理计算机通过网络系统将该用户的指纹数据下载到指定的指纹控制器里，使该用户/管理员具备了通行该门禁的权限。
管理员可以对指纹控制器进行各种管理操作，包括添加新通行人员、删除通行人员、设定该门禁通行的安全等级、系统时间等。
用户进门时输入已登记的授权进出的指纹信息，经过查对比较后，指纹控制器控制电子门锁开关门，其进出信息存储在指纹控制器上；出门时可通过按出门按钮，直接开门。
管理软件通过网络系统收集各指纹控制器上门禁通行记录和管理记录，形成相应数据报表，存储或打印。
指纹控制器是指纹出入控制系统中的主要设备，指纹控制器可以扫描接收待通行用户的指纹数据进行现场比对，根据比对结果执行开门或关门，并将本次操作记录到系统数据库中，供系统管理员调用查看。
电子锁是本实施例中指纹出入控制系统的执行机构，指纹控制器或出门按扭通过打开电锁开、关门。目前市面上电子锁种类很多，针对不同类型的门有不同的选择。
出门按扭用于门内，当门内员工出门时直接按出门按扭，打开电子锁。
门磁：提供门状态检测，当门处于非法开门或破坏开门的状态下，指纹控制器检测门磁状态，并予以声光报警提示。
电源与通讯控制器：指纹控制器的电源系统由电源与网络控制器提供10小时不间断直流稳压电源，并提供了RS232/RS485以及TCP/IP三种网络接口，能够直接同管理计算机接口。
Claims (6)
1、生物活体指纹出入控制方法，其特征在于：它包括有以下步骤：
①指纹登记：新用户输入ID号，建立指纹模板，用户将同一手指三次按放在指纹传感器上分别获取指纹图像并生成指纹特征点数据，将这三次特征点数据优化组合生成指纹模板存储，或将系统连接电脑后，通过系统管理软件直接下载保存于计算机数据库中的指纹模板数据；
②指纹比对：当有指纹输入，采集指纹图像，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，通过与指纹模板库里相应位置保存的指纹模板进行比对，并将比对结果包含时间信息储存；
③指纹搜索：当有指纹输入，采集指纹图像，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，通过与指纹模板库里保存的所有指纹模板进行全局搜索，并将搜索结果包含时间信息储存；
④外部控制：获取搜索或比对结果后，将用户信息和比对结果连同当前时间通过LCD和声光进行提示；当搜索或者比对结果正确时候，系统发出控制信号，可控制外部扩展的执行机构进行相关的操作。
2、根据权利要求1所述的生物活体指纹出入控制方法，其特征在于：所述的指纹登记方法中生成的指纹模板存储于存储器中或保存于插入的IC卡中。
3、根据权利要求1所述的生物活体指纹出入控制方法，其特征在于：所述的指纹搜索和比对方法有以下三种：a、用户通过键盘输入ID，如有指纹按上，采集到指纹图像数据，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，通过与该ID号相对应指纹模板库里保存的指纹进行匹配比对，并将比对结果包含时间信息储存；b、当用户将手指按放在指纹传感器上时，系统采集指纹图像，提取特征点，形成指纹特征点数据，通过与指纹模板库里所有的指纹数据逐一搜索，并将搜索结果包含时间信息存储；c、有合法IC卡插入到IC卡插槽中，如有指纹按上，采集到指纹图像数据，提取指纹特征点，并将指纹特征点作为原始比对指纹数据，读取IC中数据存储区中保留的指纹模板数据，通过解密处理与提取的指纹数据相匹配比对，并将比对结果包含时间信息储存。
4、生物活体指纹出入控制系统，其特征在于：它包括指纹控制器、外部扩展的执行机构、电源与网络控制器、管理计算机，指纹控制器安装在控制对象外侧，用于检测输入到指纹输入部件的指纹数据，它通过控制线分别接外部扩展的执行机构，通过通讯总线和电源与网络控制器相连，电源与通讯控制器接管理计算机。
5、根据权利要求4所述的生物活体指纹出入控制系统，其特征在于：所述的电源与网络控制器为系统提供直流稳压电源，并提供了RS232/RS485以及TCP/IP三种网络接口，能够直接同管理计算机接口。
6、根据权利要求4所述的生物活体指纹出入控制系统，其特征在于：所述的指纹控制器中设置有传感器是微电场检测传感器，传感器有16,384个独立的感应单元，排列成128×128的方阵，方阵又被划成8个长方形的子阵，每个子阵128行×16列，以芯片右下凹角为基准，感应单元排列成水平带状，横穿传感器，传感器是一个被激活的天线阵列，专门接收驱动环发送的微弱信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |