CN1972186B - 一种移动式身份认证系统及其认证方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字图像处理、模式识别和无线通讯技术领域，尤其是一种移动式身份认证系统及认证方法，在手机或PDA等移动设备上利用掌纹图像识别实现身份认证的方法，其步骤包括：掌纹图像获取；掌纹特征抽取；计算特征之间的相似度得分；身份判别。移动设备上的摄像头是掌纹的成像装置；在识别过程中进行特征抽取和特征比对的计算平台可以根据需求灵活选用本地的移动终端或者远程服务器。本发明的身份认证系统具有移动、安全、方便和经济等优点，拓展了身份认证的时空范围。本发明可用于移动设备和数据的访问控制、便携设备遥控功能的权限控制、以及移动金融、商务、政务、警务、边检、医疗、保险、社保等无线应用中的身份鉴别。

Description

一种移动式身份认证系统及其认证方法

技术领域

本发明涉及数字图像处理、模式识别和无线通讯等技术领域，特别是一种在手机和PDA等移动设备上实现基于掌纹图像识别的移动式身份认证系统及其认证方法。

背景技术

现在内嵌摄像头的手机和个人数字助理(PDA，或个人掌上电脑)越来越普及，它们自身的移动计算和存储功能也越来越强，相应的无线应用软件也在蓬勃发展。

公知的移动通信设备手机，由射频芯片、手机处理器、和外部设备构成。参见图1，公知的移动通信设备手机，是由射频芯片2.1，模拟基带电路2.2，数字基带电路2.3，以及外部设备2.4构成。模拟基带电路2.2，数字基带电路2.3构成手机的核心。随着集成技术的不断提高，目前已将模拟、数字基带电路集成到一块IC芯片中，统称手机控制处理器。

数字基带电路2.3主要由数字信号控制处理器DSP2.31、微控制单元MCU2.32构成。数字信号控制处理器DSP负责基带信号的调制解调、信道编/解码、话音编/解码、加密解密功能；微控制单元MCU通过外设接口2.321与连接液晶显示屏、键盘板、蜂音器、SIM卡等外设2.4相连；MCU在系统软件2.322的控制管理下，负责用户接口，应用软件、以及高层协议栈的运行。其中，发信过程为送话器的语音信号经过模拟基带芯片2.2的8KHZ抽样及A/D变换器2.22形成均匀量化的数据流，经语音编码2.311、信道编码2.312、加密2.313、均衡处理2.314，形成270.833Kbit/s的TDMA帧数据流，送模拟基带芯片2.2的GMSK调制电路2.21D/A转换后，形成I、Q信号，由交送射频收发模块中的调频发射电路2.12调制成900MHZ或1800MHZ射频信号，进行功率放大，经射频T/R收发转换2.11，从天线发射出去。收信与发信相反，将天线接收的信号经T/R转换2.11，进行变频、低噪声中频放大、解调，产生基带I、Q信号2.13，送至模拟基带芯片2.2的无线信号GMSK解调电路2.21，将模拟的I、Q信号进行数字化，恢复出数字基带信号，再做D/A变换2.22，话音从话机送出。

如今，人们已经可以用移动终端处理银行账户、炒股、网上购物等，已经有技术将手机和PDA等移动设备作为遥控器开启汽车、房门或家电。另外人们往往在移动设备上也存储有一些机密的数据，如短信息、私人文档等。在开放的无线网络中，许多应用系统都需要可靠的身份认证机制，一些数据资源也要求根据用户的身份设置不同的访问权限，现在常用的身份识别方式是密码，它的弊端一是不安全，可能被破解或者泄漏；二是不方便，现代人常常为需要记住大批的密码而发愁。本发明就是充分利用移动设备自带的成像装置，使用掌纹图像识别技术来取代密码，从而提高移动应用和数据的安全性。

像人脸、虹膜和指纹一样，掌纹识别也是一种生物识别技术，每个人的手掌上都有成百上千条皱纹线，不同人手掌纹线的位置、方向和宽度都存在较大差异，掌纹识别就是利用手掌皮肤纹理的细节特征对人们的身份进行认证。和其他生物识别技术相比，掌纹识别具有很多优点：

唯一性高。人的手掌面积远大于指纹区域的面积，所以从直观的角度而言(实验数据也证明了这一点)，掌纹的信息含量远高于指纹。并且掌纹是和基因无关的生物特征，即使是双胞胎、同一人的左右手的掌纹图像也大相径庭。

采集方便，用户界面友好。人们常常挥手致意，手的灵活性也高，所以掌纹图像的采集很方便、速度也快。

用户的接受程度高。人们常常由指纹联想到罪犯，人脸图像又往往和个人隐私关联，而对掌纹却没有什么顾忌。

成本低廉。只需要低分辨率的掌纹图像(100dpi，几万像素左右)就可以满足识别算法的需求，现有的绝大多数的普通摄像头都超过这个标准。所以在带摄像头的移动设备上采用掌纹识别进行身份认证有得天独厚的优势，充分利用已有的硬件资源，不需要改造现有的移动设备或者重新安装特殊的生物特征传感器。关于掌纹识别，现已有多种掌纹识别方法，如利用掌纹图像中不同朝向的线条状区域的相对灰度信息进行掌纹识别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种安全、便携的移动式身份认证系统，以在于机和PDA等移动设备上实现利用掌纹识别来进行身份认证。

为了实现上述目的，本发明提供了一种移动式身份认证系统，包括：中央处理器、存储器、图像采集装置、无线信号收发装置，其中，还包括：设置在所述存储器上的掌纹识别模块，用于在所述中央处理器的控制下，对通过所述图像采集装置采集的掌纹图像进行特征抽取，并将所述抽取的掌纹图像特征与存储在所述存储器和/或一远程服务器上的掌纹特征模板数据库中的特征模板进行特征比对，计算其相似度，并根据所述比对的结果实现身份判别；当利用所述远程服务器的掌纹特征模板数据库进行比对时，所述系统本地和远程服务器间利用所述无线信号收发装置通过无线信号信道传输数据和/或识别结果。

所述的系统，其中，所述特征抽取及特征比对的计算平台可以根据需求选用本地移动终端和/或远程服务器；当选用远程服务器时，所述远程服务器与所述系统本地移动设备利用无线数据收发的通道传输数据。

所述的系统，其中，所述掌纹特征模板数据库记录的信息包括：注册的掌纹特征模板、用户姓名、用户权限等信息，其中，所述掌纹特征模板与所述用户姓名、用户权限信息相关联。

所述的系统，其中，所述监控模块进一步包括：

一注册模式监控模块，用于使所述监控模块工作在注册模式下；

一识别模式监控模块，用于使所述监控模块工作在监控模块下；

其中，当所述监控模块工作在注册模式下时，所述监控模块利用所述图像采集装置采集一幅或多幅来自同一只手的掌纹图像并进行特征提取和编码，保存在掌纹特征模板数据库中，并建立所述掌纹特征模板和个人身份的关联；当所述监控模块工作在识别模式下时，所述监控模块通过比对所述掌纹特征模板数据库中存储的特征模板和现场采集的用户掌纹图像的特征模板，来确定用户身份是否合法。

所述的系统，其中，所述远程服务器上的掌纹特征模板数据库可以通过有线或者无线网络和本地移动设备连通，可以根据需要将所述掌纹特征模板数据库下载到本地移动设备，所述本地移动设备上的特征模板也可以用于更新所述远程服务器上的掌纹特征模板数据库。

所述的系统，其中，所述的掌纹图像的成像光源是自然光、所述图像采集装置自带的闪光灯、和/或外接的红外发光二极管辅助成像光源。

所述的系统，其中，所述的掌纹图像是彩色图像或黑白图像。

所述的系统，其中，所述监控模块进一步包括一掌纹图像特征提取及编码模块，用于运用模式识别、信号处理等方法设计掌纹图像的特征表达模型，根据原始掌纹图像的灰度信息变换得到分类能力强的、凸现个体差异的、鲁棒的、便于存储和计算的特征编码。

所述的系统，其中，进一步包括一掌纹特征相似性计算模块，用于计算两个掌纹特征之间的相似性得分，根据预先定义的相似性测量模型计算两个特征向量或模板之间的匹配程度，所述匹配程度用概率或距离等度量进行表达。

所述的系统，其中，判断两幅掌纹图像是否来自同一人取决于它们的特征模板之间的相似性是否足够高。

所述的系统，其中，所述的移动掌纹识别系统可用于移动设备和数据的访问控制、便携设备遥控功能的权限控制、以及移动金融、商务、政务、警务、边检、医疗、保险、社保等无线应用中的身份鉴别。

所述的系统，其中，所述移动式身份认证系统为一手机或PDA。

本发明还提供了一种适用于移动身份认证系统的身份认证方法，其中，包括：

步骤一，利用图像采集装置采集掌纹图像；

步骤二，在系统本地或远程服务器抽取掌纹图像特征并进行编码；

步骤三，将所述抽取的掌纹图像特征与存储在本地存储器和/或远程服务器上的掌纹特征模板数据库中的特征模板进行特征比对，计算其相似度，并根据所述比对的结果实现身份判别；

其中，当利用所述远程服务器抽取掌纹图像特征并进行编码或利用所述远程服务器的掌纹特征模板数据库进行比对时，所述系统本地和远程服务器间利用所述无线信号收发装置通过无线信号信道传输数据和/或识别结果。

所述的方法，其中，进一步包括通过有线或者无线网络连通所述系统本地移动终端和所述远程服务器的步骤，以将所述远程服务器上设置的掌纹特征模板数据库下载到所述系统本地移动设备，或将所述本地移动设备上的特征模板传输道远程服务器以更新所述远程服务器上的掌纹特征模板数据库。

所述的方法，其中，进一步包括选择监控模块工作模式的步骤；所述工作模式包括注册模式和识别模式；其中，当选择所述注册模式时，进一步包括图像采集装置采集一幅或多幅来自同一只手的掌纹图像并对所述采集的掌纹图像进行特征提取和编码，保存在掌纹特征模板数据库中，并建立所述掌纹特征模板和个人身份的关联的步骤；当选择所述识别模式时，进一步包拈比对所述掌纹特征模板数据库中存储的特征模板和现场采集的用户掌纹图像的特征模板，以确定用户身份是否合法的步骤。

所述的方法，其中，所述掌纹图像特征提取及编码是运用模式识别、信号处理等方法设计掌纹图像的特征表达模型，根据原始掌纹图像的灰度信息变换得到分类能力强的、凸现个体差异的、鲁棒的、便于存储和计算的特征编码。

所述的方法，其中，所述计算掌纹特征相似性的步骤是根据预先定义的相似性测量模型计算两个特征向量或模板之间的匹配程度，所述匹配程度用概率或距离等度量进行表达。

所述的方法，其中，当进行比对的特征模板之间的相似性足够高时，判断比对的两幅掌纹图像来自同一人。

所述的方法，其中，所述步骤一进一步包括：

步骤11，将所述图像采集装置的图像预览框的边界对齐掌心区域的边界；

步骤12，采集掌心区域的图像。

所述的方法，其中，所述步骤11具体包括：将所述图像预览框的上边缘对齐食指、中指和无名指与手掌区域的交接线，同时将预览框的左右边缘分别对齐掌心区域的左右边界的步骤。

所述的方法，其中，所述步骤一进一步包括通过参考坐标定位的方式将所述采集的掌纹图像裁剪出感兴趣区域的步骤，所述步骤二为对所述裁剪出的进行特征提取，其中所述采集的掌纹图像为整个手掌的图像或部分手掌区域的图像。

根据识别结果可能触发移动设备或者应用不同的响应，如通过认证后容许用户使用移动设备或者访问设备中某个加密数据，通过认证后容许用户登录和操作网上银行帐号等。

本发明有益的效果是：

就地取材，充分利用移动设备上的影像功能、计算功能和存储功能，在不需要附加投入的情况下搭建了安全、方便、快捷、经济的身份认证系统。

克服了时间和空间的限制，本发明的身份认证系统可以随时随地利用手持设备确认自己或者他人的身份，特别适合于对于安全性和实时性要求较高的移动应用，如网络炒股、无线支付等。

本发明的移动掌纹识别系统应用特别广泛，可用于移动设备和数据的访问控制、便携设备遥控功能的权限控制、以及移动金融、商务、政务、警务、边检、医疗、保险、社保等无线应用中的身份鉴别。为公平、诚信、和谐社会的建设，为国家的稳定、公共的安全以及个人合法权利保驾扩航。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有技术的手机工作原理示意图；

图2为本发明一实施例的手机工作原理示意图；

图3为掌纹识别流程图，其中，左边是注册过程；右边是识别过程；

图4为掌纹图像获取的示意图；

图4b为掌纹图像定位结果示意图；

图4c为图4b的归一化结果示意图；

图5为基于掌纹识别的手机汽车钥匙开锁流程图。

具体实施方式

对照图1，图2为本发明一实施例的移动式身份认证系统的原理图，包括有：壳体、控制电路、掌纹摄像头202、掌纹识别模块201、显示屏、键盘、天线、射频电路、电声转换器件。掌纹识别模块201设置在作为控制电路一部分的存储器中，在控制电路的中央处理器的控制作用下接收掌纹摄像头202采集的掌纹图像，在移动设备本地或远程服务器提取其特征并编码成特征模板与设置本地或远程服务器中的掌纹特征模板数据库中的特征模块进行比对，以通过掌纹图像的识别进行身份认证。本地移动设备和远程服务器之间可通过天线、射频电路进行数据传输。

在手机或PDA等移动设备上有内嵌或者外置的摄像头，用于拍摄人的手掌图像；利用不同人掌纹图像上的纹线差异特征实现个人身份认证；掌纹识别包括步骤：掌纹图像获取、掌纹特征抽取、计算特征之间的相似度得分、身份判别；在识别过程中进行特征抽取和特征比对的计算平台可以根据需求灵活选用本地的移动终端或者远程服务器，如果选用远程服务器，它与移动设备之间存在着无线数据收发的通道，如特征提取在本地完成，将特征模板传输到远程服务器后在服务器端完成特征匹配，然后将识别结果返回移动设备；在移动设备本地或者远程服务器上存在着一个掌纹特征模板数据库，记录了注册的掌纹特征、用户姓名、用户权限等信息。

图3是本发明一实施例的基于掌纹图像识别的移动身份认证方法的流程框图。本发明的基于掌纹图像识别的身份认证系统工作在两种状态下：注册模式和识别模式。在注册模式下，用移动设备采集若干幅来自同一只手的掌纹图像并进行特征提取和编码，保存在掌纹特征模板数据库中，并建立这些图像模板和个人身份的关联，如图3，具体包括：步骤301，拍摄掌纹图像；步骤302，特征提取；步骤303，编码形成掌纹模板；步骤304，保存掌纹模块更新掌纹特征模板数据库。在识别模式下，系统通过对比存储的模板和用户临时采集的掌纹图像的特征来确定该用户身份是否合法，具体包括：步骤301，拍摄掌纹图像；步骤302，特征提取；步骤303，编码形成掌纹模板；步骤305、306，根据掌纹特征模板数据库中的数据，计算采集的掌纹模板和数据库中所有模板的相似度；步骤307，判断相似度是否超过给定的阀值，如是，则身份认证成功，步骤309，如否，则身份认证失败，步骤308。不论是注册模式还是识别模式，身份识别方法都要进行特征提取，在识别模式下还要进行特征匹配。

由图3得出，在移动设备上实现自动掌纹图像识别算法包括步骤：

1)将移动设备的摄像头对准掌心区域拍摄掌纹图像以采集数字化图像；

2)特征提取，即提取掌纹图像的可区分特征；

3)形成临时采集掌纹图像的特征模板；

4)计算注册模板和临时采集掌纹图像的特征模板之间的相似性得分；

5)根据相似性得分的大小对个人的身份进行认证。

为了克服同一人不同时刻采集的掌纹图像之间的平移、旋转和尺度变换，本发明的身份认证方法针对手机和PDA等移动设备的特点设计了新颖的图像获取方法。掌纹图像获取就是启动移动设备的数码照片拍摄功能，将图像预览框的边界对齐掌心区域的边界，如将预览框的上边缘对齐食指、中指和无名指与手掌区域的交接线，同时将预览框的左右边缘分别对齐掌心区域的左右边界，然后采集掌心区域的数码照片，如图4所示。所述的掌纹图像获取也可以是拍摄整个手掌或者部分手掌区域的图像，然后在程序中通过参考坐标定位的方式裁减出感兴趣区域进行特征提取。其中，掌纹图像的成像光源可以是自然光，也可以是移动设备自带的闪光灯、外接的红外发光二极管等辅助成像光源。形成的掌纹图像可以是彩色图像，也可以是黑白图像。

进行特征抽取和特征比对时，如选择远程服务器，则所述的远程服务器上的掌纹特征模板数据库可以通过有线或者无线网络和移动设备连通，可以根据需要也可将远程服务器上的掌纹特征模板数据库中的数据下载到移动设备，移动设备上的特征模板也可以用于更新远程服务器上的特征模板数据库。

掌纹图像特征的提取就是运用模式识别、信号处理等方法设计掌纹图像的特征表达模型，根据原始掌纹图像的灰度信息变换得到分类能力强的、凸现个体差异的、鲁棒的、便于存储和计算的特征编码。计算两个掌纹特征之间的相似性得分就是根据预先定义的相似性测量模型计算两个特征向量或者模板之间的匹配程度，这种匹配程度也可以用概率、距离等度量进行表达。判断两幅掌纹图像是否来自同一人取决于它们的特征模板之间的相似性是否足够高。根据识别结果可能触发移动设备或者应用不同的响应，如通过认证后容许用户使用移动设备或者访问设备中某个加密数据，通过认证后容许用户登录和操作网上银行帐号等。

其中，应用在本发明的移动式身份认证系统上的掌纹图像的特征提取及编码的方法可以采用现有公知的各种方法。如可在本发明一实施例的移动式身份认证系统中利用本发明人另一专利申请文献中公开的利用掌纹图像中不同朝向的线条状区域的相对灰度信息的识别方法来进行掌纹识别，其包括如下步骤：掌纹图像预处理；应用各向异性的二维高斯滤波器对归一化掌纹图像的每个区域沿多个不同的方向进行空域滤波；将两两垂直方向的滤波结果进行比对编码，构建该图像的特征向量；计算两幅掌纹图像的特征向量之间的Hamming距离；根据计算所得的Hamming距离判断上述的两幅掌纹图像是否来自同一人。具体的步骤如下：

步骤S1：参考点定位S1。采用数字图像处理中经典的角点检测方法可以定位掌纹图像中食指和中指之间的角点A、无名指和小拇指之间的角点B，通过线段AB建立统一的坐标系：AB作为x轴，AB中点作为原点，AB的中垂线作为y轴(见图4b)。

步骤S2：感兴趣区域提取。在统一坐标系中的固定位置截取固定大小的位于手掌中部的矩形图像区域用于特征提取，这个矩形区域称为归一化的掌纹图像(见图4b和图4c)。对于来自同一人在不同时刻采集的掌纹图像，不论原始图像是否有平移、旋转的变化(由于掌纹图像的采集一般采用固定的物距，所以没有尺度变化)，通过步骤S1和S2得到的归一化掌纹图像应该都是对应于手掌中纹路信息丰富的同一区域。

步骤S3：多方向低通滤波。应用各向异性的二维高斯滤波器对归一化掌纹图像的每个区域沿多个不同的方向进行空域滤波，每次滤波的结果就是该区域在某个方向上灰度值的加权和。二维高斯滤波器有如下的表达式：

其中θ是滤波器的朝向，取值范围从0到π，δ_x和δ_y分别是高斯滤波器在x方向和y方向的标准方差，一般取δ_x/δ_y＞3，控制滤波器的形状是长条形，用于测量长条形区域的加权灰度信息。

步骤S4：特征编码。将两两垂直方向的滤波结果进行比对，将比对的结果按照约定的规则进行编码，如规则“如果90°方向的滤波结果大于0°方向的滤波结果，则该比对的结果编码成1，否则编码为0”。最后所有的编码结果联合组成掌纹图像的特征向量，按字节存储。

步骤S5：特征匹配。系统根据用户的输入特征和数据库中所有的特征模板一一匹配。计算两幅掌纹图像(一般而言，其中的一幅掌纹图像是注册时预先采集，另一幅是认证过程中临时采集)的特征编码的Hamming距离，它的值是从0到1之间的浮点数。Hamming距离值越小，两幅图像的相似性越高，来自同一人的可能性越大。

步骤S6：识别决策。根据掌纹识别系统不同的应用场合设置不同的阈值，对应着不同的错误接受率(FAR，False Accept Rate)和错误拒绝率(FRR，FalseReject Rate)。当Hamming距离小于预先定义的阈值时，判断用户通过身份认证，否则给出末通过认证的信息。

与当前其他身份确认方法相比，本发明的移动身份认证系统及方法的新颖性主要在于：

1)利用移动设备摄像头拍摄的掌纹图像进行身份识别，用户只需要在现有的智能手机或者PDA上安装一套掌纹识别软件就可以搭建一个安全、方便、零硬件成本的身份认证系统。

2)非接触的掌纹图像采集方式。现有的掌纹识别系统一般都需要用户将手掌放在一个玻璃板上，并且用钉子来固定手掌的位置，这种掌纹图像采集方式既不卫生，也不友好。本发明利用手掌的结构信息，采用视频交互的方式让用户自己找到合适的手掌中心区域进行非接触成像，既免除了图像定位和预处理的步骤，克服了注册和识别图像之间的平移、旋转和尺度差异，又提供了一个亲切友好的人机交互界面。并且用户可以根据自己手掌的大小自适应调整手掌和摄像头的距离，充分利用手掌区域的纹路信息。

3)灵活配置掌纹特征提取和比对的计算平台，以及掌纹特征模板数据库的存储平台，能够适应不同应用的需求。例如用户只需要用掌纹识别系统来控制移动设备的登录和操作移动设备中的个人数据，所有的计算和存储完全可以在移动设备本地完成。但是如果用户想登录网上银行，在银行的远程数据库中保存有用户的掌纹特征模板，在这种情况下的最好方案是掌纹图像采集和特征抽取在本地完成，将特征模板通过无线网络加密发送到远程的银行服务器，在远程服务器上完成比对后，网上银行才向用户开放账户操作权限。

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明：

实施例1：基于掌纹识别的手机汽车钥匙

在手机内嵌入非接触IC芯片，就可以具有遥控功能，这是已有技术。在本例中用户选择用手机作为汽车的钥匙，在车锁和手机IC芯片中写入对应的秘密信息(可以是密钥)。假设手机IC芯片具有以下特点：

一是保护的，内部的信息无法破解；

二是可控的，可以用控制指令启动或者停止射频信息的传输。

上述手机汽车钥匙的好处是方便，一般用户都有手机，不必另外携带汽车钥匙出行。但是如果用户丢失了手机的话，他的汽车也有被盗的危险。

如果在具备汽车钥匙功能的手机上安装一套掌纹识别应用模块，用户首先将自己的掌纹特征注册并加密到手机上的存储单元，并选择只有通过掌纹识别后才能启动汽车钥匙。那么该用户以后开启汽车车锁的步骤如图5所示，包括：

步骤501，按下手机上的快捷键启动掌纹识别系统，系统进入数码拍摄；

步骤502，将手机上的摄像头对准自己的手掌中部采集照片；

步骤503，提取特征；

步骤504，和注册模板进行特征匹配；

步骤505，通过身份验证；

步骤506，激活手机上的非接触IC芯片；

步骤507，通过和车锁的无线通讯打开车门。

其中用户只需要操作前两个步骤(步骤501、502)，其他都是自动完成，掌纹的特征提取可以选用Ordinal特征(如掌纹图像中不同朝向的线条状区域的相对灰度信息特征，只需要加减运算，见本发明人的另一个专利申请)，模板大小约为几百个字节，现有的主流手机的计算能力和存储空间完全够用，整个方案完全切实可行，整个流程大约需要2至3秒。

引入了本发明的移动掌纹识别系统后，手机汽车钥匙更加安全，即使坏人得到了车主的手机也无法开启车锁。实施例2：基于掌纹识别的便携式嫌疑犯排查系统；

犯有前科的犯罪人员在进入监狱或者公安局的时候就收集他们的掌纹特征，全国建立犯罪分子中心掌纹数据库，通过有线或者无线网络动态更新。每个嫌疑人每个手掌各3幅图像，每幅掌纹图像的特征大小为512字节，假设收集有1000万嫌疑犯的掌纹特征，数据库的存储空间约为30G字节，现有单块硬盘的容量一般都在80G到200G，足够记录全国所有犯罪分子的中心掌纹数据库。巡逻的警察配有移动掌纹识别系统，即在PDA上安装有掌纹识别软件和通信软件。在街上如果看到可疑的逃犯，警察可以用PDA上的摄像头采集疑犯的掌纹图像，在本地自动提取掌纹特征(512字节)，并将其发送到全国的掌纹数据比对服务器，通过并行计算搜索犯罪分子中心掌纹数据库，只要发现该特征和数据库中某个模板的相似度超过某个阈值，将返回到PDA的信息是嫌犯可疑，带回派出所进一步审查；否则直接放行。现有的PDA无线上网的带宽一般都在几十K每秒，整个流程利用现有技术可以在10秒内完成。这样便衣警察可以将高科技的网上追逃设备放入口袋轻松打击犯罪分子。

综上所述，本发明的身份认证系统具有移动、安全、方便和经济等优点，拓展了身份认证的时空范围。本发明可用于移动设备和数据的访问控制、便携设备遥控功能的权限控制、以及移动金融、商务、政务、警务、边检、医疗、保险、社保等无线应用中的身份鉴别。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种移动式身份认证系统，包括：中央处理器、存储器、图像采集装置、无线信号收发装置，其特征在于，还包括：设置在所述存储器上的掌纹识别模块，用于在所述中央处理器的控制下，对通过所述图像采集装置采集的掌纹图像进行特征抽取，并将所述抽取的掌纹图像特征与存储在所述存储器和/或一远程服务器上的掌纹特征模板数据库中的特征模板进行特征比对，计算其相似度，并根据所述比对的结果实现身份判别；当利用所述远程服务器的掌纹特征模板数据库进行比对时，所述系统本地和远程服务器间利用所述无线信号收发装置通过无线信号信道传输数据和/或识别结果；其中，所述掌纹识别模块进行的特征抽取进一步包括：

所述掌纹识别模块对所述掌纹图像定位参考点，该参考点包括掌纹图像中食指和中指之间的角点A和无名指和小拇指之间的角点B，依据上述两个角点建立坐标系，AB作为x轴，AB中点作为原点，AB的中垂线作为y轴；从该掌纹图像的坐标系的固定位置提取固定大小的位于手掌中部的矩形图像区域以依照滤波器 $f(x,y,\mathrm{\θ})=\exp [-0.5\×({\left(\frac{x\cos \mathrm{\θ}+y\sin \mathrm{\θ}}{{\mathrm{\δ}}_x}\right)}^2+{\left(\frac{-x\sin \mathrm{\θ}+y\cos \mathrm{\θ}}{{\mathrm{\δ}}_y}\right)}^2)]$ 进行多方向的空域低通滤波，θ是滤波器的朝向，取值范围从0到π，δ_x和δ_y分别是滤波器在x方向和y方向的标准方差，δ_x/δ_y＞3，该滤波器的形状是长方形，滤波结果是该矩形图像区域的一方向上的灰度值的加权和；对滤波结果进行编码。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述特征抽取及特征比对的计算平台根据需求选用本地移动终端和/或远程服务器；当选用远程服务器时，所述远程服务器与所述系统本地移动设备利用无线数据收发的通道传输数据。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述掌纹特征模板数据库记录的信息包括：注册的掌纹特征模板、用户姓名或用户权限的信息，其中，所述掌纹特征模板与所述用户姓名或用户权限信息相关联。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述移动式身份认证系统工作在注册模式下或者工作在监控模式下；

其中，当所述移动式身份认证系统工作在注册模式下时，所述移动式身份认证系统利用所述图像采集装置采集一幅或多幅来自同一只手的掌纹图像并进行特征提取和编码，保存在掌纹特征模板数据库中，并建立所述掌纹特征模板和个人身份的关联；当所述移动式身份认证系统工作在识别模式下时，所述移动式身份认证系统通过比对所述掌纹特征模板数据库中存储的特征模板和现场采集的用户掌纹图像的特征模板，来确定用户身份是否合法。

5.根据权利要求1、2或4所述的系统，其特征在于，所述远程服务器上的掌纹特征模板数据库通过有线或者无线网络和本地移动设备连通，根据需要将所述掌纹特征模板数据库下载到本地移动设备，所述本地移动设备上的特征模板用于更新所述远程服务器上的掌纹特征模板数据库。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的掌纹图像的成像光源是自然光、所述图像采集装置自带的闪光灯、和/或外接的红外发光二极管辅助成像光源。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的系统，其特征在于，所述的掌纹图像是彩色图像或黑白图像。

8.根据权利要求1、2、4或6所述的系统，其特征在于，所述移动式身份认证系统进一步包括一掌纹图像特征提取及编码模块，用于运用模式识别或信号处理的方法设计掌纹图像的特征表达模型，根据原始掌纹图像的灰度信息变换得到分类能力强的、凸现个体差异的、鲁棒的、便于存储和计算的特征编码。

9.根据权利要求1、2、4或6所述的系统，其特征在于，进一步包括一掌纹特征相似性计算模块，用于计算两个掌纹特征之间的相似性得分，根据预先定义的相似性测量模型计算两个特征向量或模板之间的匹配程度，所述匹配程度用概率或距离度量进行表达。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，判断两幅掌纹图像是否来自同一人取决于它们的特征模板之间的相似性是否足够高。

11.根据权利要求1、2、4、6或9所述的系统，其特征在于，所述移动式身份认证系统为一手机或PDA。

12.一种适用于权利要求1所述系统的身份认证方法，其特征在于，包括：

步骤一，利用图像采集装置采集掌纹图像；

步骤二，在系统本地或远程服务器抽取掌纹图像特征并进行编码；

步骤三，将所述抽取的掌纹图像特征与存储在本地存储器和/或远程服务器上的掌纹特征模板数据库中的特征模板进行特征比对，计算其相似度，并根据所述比对的结果实现身份判别；

其中，当利用所述远程服务器抽取掌纹图像特征并进行编码或利用所述远程服务器的掌纹特征模板数据库进行比对时，所述系统本地和远程服务器间利用所述无线信号收发装置通过无线信号信道传输数据和/或识别结果；所述步骤二进一步包括：对所述掌纹图像定位参考点，该参考点包括掌纹图像中食指和中指之间的角点A和无名指和小拇指之间的角点B，依据上述两个角点建立坐标系，AB作为x轴，AB中点作为原点，AB的中垂线作为y轴；从该掌纹图像的坐标系的固定位置提取固定大小的位于手掌中部的矩形图像区域以依照滤波器 $f(x,y,\mathrm{\θ})=\exp [-0.5\×({\left(\frac{x\cos \mathrm{\θ}+y\sin \mathrm{\θ}}{{\mathrm{\δ}}_x}\right)}^2+{\left(\frac{-x\sin \mathrm{\θ}+y\cos \mathrm{\θ}}{{\mathrm{\δ}}_y}\right)}^2)]$ 进行多方向的空域低通滤波，θ是滤波器的朝向，取值范围从0到π，δ_x和δ_y分别是滤波器在x方向和y方向的标准方差，δ_x/δ_y＞3，该滤波器的形状是长方形，滤波结果是该矩形图像区域的一方向上的灰度值的加权和；对滤波结果进行编码。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括通过有线或者无线网络连通所述系统本地移动终端和所述远程服务器的步骤，以将所述远程服务器上设置的掌纹特征模板数据库下载到所述系统本地移动设备，或将所述本地移动设备上的特征模板传输到远程服务器以更新所述远程服务器上的掌纹特征模板数据库。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括选择移动式身份认证系统工作模式的步骤；所述工作模式包括注册模式和识别模式；其中，当选择所述注册模式时，进一步包括图像采集装置采集一幅或多幅来自同一只手的掌纹图像并对所述采集的掌纹图像进行特征提取和编码，保存在掌纹特征模板数据库中，并建立所述掌纹特征模板和个人身份的关联的步骤；当选择所述识别模式时，进一步包括比对所述掌纹特征模板数据库中存储的特征模板和现场采集的用户掌纹图像的特征模板，以确定用户身份是否合法的步骤。

15.根据权利要求12、13或14所述的方法，其特征在于，所述掌纹图像特征提取及编码是运用模式识别或信号处理的方法设计掌纹图像的特征表达模型，根据原始掌纹图像的灰度信息变换得到分类能力强的、凸现个体差异的、鲁棒的、便于存储和计算的特征编码。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述计算掌纹特征相似性的步骤是根据预先定义的相似性测量模型计算两个特征向量或模板之间的匹配程度，所述匹配程度用概率或距离的度量进行表达。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，当进行比对的特征模板之间的相似性足够高时，判断比对的两幅掌纹图像来自同一人。

18.根据权利要求12至14、16或17中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括：

步骤11，将所述图像采集装置的图像预览框的边界对齐掌心区域的边界；

步骤12，采集掌心区域的图像。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述步骤11具体包括：将所述图像预览框的上边缘对齐食指、中指和无名指与手掌区域的交接线，同时将预览框的左右边缘分别对齐掌心区域的左右边界的步骤。

20.根据权利要求12至14、16、17或19中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤一进一步包括通过参考坐标定位的方式将所述采集的掌纹图像裁剪出矩形图像区域的步骤，所述步骤二为对所述裁剪出的进行特征提取，其中所述采集的掌纹图像为整个手掌的图像或部分手掌区域的图像。

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