CN207164848U - 一种基于光电转换和人体自然信息的门禁系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型创造提供了一种基于光电转换和人体自然信息的门禁系统，包括平行光源、人体外形特征采集模块、称重电路模块、控制箱以及服务器。根据比对结果进行身份识别，系统据此决定是否开启门禁。该门禁系统兼具高效性、便捷性和隐蔽性，在安保、公安、物业、政府部门和企事业单位，具有广泛的应用价值。

Description

一种基于光电转换和人体自然信息的门禁系统

技术领域

本发明创造涉及一种门禁系统，尤其是一种基于光电转换和人体自然信息的门禁系统。

背景技术

目前的门禁系统多数基于钥匙锁、指纹锁、密码锁、感应卡锁和眼纹锁等。然而，它们普遍存在如下缺点(一项或多项)：(1)信息采集需要人体靠近采集器完成；(2)信息采集需要人工配合完成；(3)操作繁琐；(4)操作时间过长；(5)成本较高。上述缺点阻碍了其在诸如电梯、会场出入口等场合的应用。因此有必要设计出一种基于人体普通自然信息采集原理的快速身份识别系统，以满足上述需求。

发明内容

本发明创造要解决的技术问题是现有的门禁系统大多需要人工配合操作，且系统结构复杂，成本较高。

为了解决上述技术问题，本发明创造提供了一种基于光电转换和人体自然信息的门禁系统，包括平行光源、人体外形特征采集模块、称重传感模块、控制箱以及服务器；人体外形特征采集模块包括阵列式分布的感光管以及感光信号采集电路；平行光源与人体外形特征采集模块上阵列式分布的感光管相对；称重传感模块包括称重传感器以及信号调理电路；称重传感模块位于平行光源与人体外形特征采集模块之间，且称重传感器位于称重传感模块的顶部；在控制箱内设有微处理器和电源模块；各个感光管分别与感光信号采集电路的各个信号采集端相连，感光信号采集电路的输出端与微处理器的一路信号输入接口相连；称重传感器与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与微处理器的另一路信号输入接口相连；微处理器的通信接口与服务器的通信接口相连；电源模块为微处理器、平行光源、感光管、感光信号采集电路、称重传感器以及信号调理电路供电。

采用平行光源和感光管阵列的组合设计能够实时的人体外形特征采集，在人体未遮光位置处的感光管输出高电压，对应为数字信号1，遮光(即阴影)位置处的感光管输出低电压，对应为数字信号0，由于每个人体几乎无一例外地符合颈部收窄和臀部放宽的形体普遍规律，此外，上述普遍规律之中还隐含了更具特征化的个体信息，例如头、颈部、躯干、臀部和下肢的垂直长度的原始信息，以及上述各部分相互间的比例关系，对这些信息加以利用可以更方便地进行身份识别；利用称重传感模块采集人体体重数据，可进一步增强识别的准确性。

作为本发明创造系统的进一步限定方案，感光管通过平板支架阵列式分布安装，且平板支架与平行光源相对；感光信号采集电路包括移位寄存器、锁存器、地址译码器以及信号调理电路；信号调理电路包括放大器和比较器，放大器的输出端与比较器的输入端相连，放大器的输入端作为信号调理电路的信号输入端，比较器的输出端作为信号调理电路的信号输出端；各个信号调理电路的信号输入端分别与各个感光管相连，各个信号调理电路的信号输出端分别与各个移位寄存器的输入端相连；各个移位寄存器的输出端分别与各个锁存器的输入端相连，各个锁存器的输出端通过总线连接至微处理器的输入接口；微处理器的输出接口通过地址译码器连接各个锁存器的使能端口。利用包含了放大器、比较器、移位寄存器、锁存器以及地址译码器的感光信号采集电路满足了人体形体信息的数字化处理和传输。

作为本发明创造系统的进一步限定方案，信号调理电路包括信号放大器和数模转换器；信号放大器的输入端作为信号调理电路的输入端与称重传感器相连；信号放大器的输出端与数模转换器的采集输入端相连，数模转换器的输出端作为信号调理电路的输出端与微处理器的信号输入接口相连。

与现有公开技术相比，本发明创造的有益效果或优势在于，兼具了高效性、便捷性和隐蔽性，理由如下：头、颈部、躯干、臀部和下肢的尺寸数据，以及相互间的比例信息，人体体重信息以及与前述信息的相关性，均为人类个体的重要特征信息，完全重合的概率极小。然而，现有的公开技术，例如DNA基因谱、指纹、眼纹、声纹、密码锁、感应卡锁等，虽在很多场合已获成功应用，然而，其识别的准确性限制了识别的便捷性，在很多场合的应用仍然受限，例如：电梯、会场、车站的出入口，等。这些场合对识别技术的要求是，一、高效性，即快速地输出识别结果；二、便捷性，即无需测试对象配合；三、隐蔽性，即正在发生的检测不被检测对象所察觉。本发明创造的公开，可满足上述应用需求，因而在安保、公安、物业、政府部门和企事业单位，具有广泛的应用价值。

附图说明

图1为本发明创造的系统组成结构示意图；

图2为本发明创造的系统电路整体结构示意图；

图3为本发明创造的人体外形特征采集模块电路结构框图；

图4为本发明创造的称重传感模块电路结构框图；

图5为本发明创造的感光管阵列布局正视图。

具体实施方式

如图1-5所示，本发明创造公开的基于光电转换和人体自然信息的门禁系统包括：平行光源1、人体外形特征采集模块2、称重传感模块3、控制箱4以及服务器5。人体外形特征采集模块2包括阵列式分布的感光管以及感光信号采集电路；平行光源1与人体外形特征采集模块2上阵列式分布的感光管相对；称重传感模块3包括称重传感器以及信号调理电路；称重传感模块3位于平行光源1与人体外形特征采集模块2之间，且称重传感器位于称重传感模块3的顶部；在控制箱4内设有微处理器和电源模块；各个感光管分别与感光信号采集电路的各个信号采集端相连，感光信号采集电路的输出端与微处理器的一路信号输入接口相连；称重传感器与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与微处理器的另一路信号输入接口相连；微处理器的通信接口与服务器5的通信接口相连；电源模块为微处理器、平行光源1、感光管、感光信号采集电路、称重传感器以及信号调理电路供电。

进一步地，感光管通过平板支架阵列式分布安装，且平板支架与平行光源1相对；感光信号采集电路包括移位寄存器、锁存器、地址译码器以及信号调理电路；信号调理电路包括放大器和比较器，放大器的输出端与比较器的输入端相连，放大器的输入端作为信号调理电路的信号输入端，比较器的输出端作为信号调理电路的信号输出端；各个信号调理电路的信号输入端分别与各个感光管相连，各个信号调理电路的信号输出端分别与各个移位寄存器的输入端相连；各个移位寄存器的输出端分别与各个锁存器的输入端相连，各个锁存器的输出端通过总线连接至微处理器的输入接口；微处理器的输出接口通过地址译码器连接各个锁存器的使能端口。

进一步地，信号调理电路包括信号放大器和数模转换器；信号放大器的输入端作为信号调理电路的输入端与称重传感器相连；信号放大器的输出端与数模转换器的采集输入端相连，数模转换器的输出端作为信号调理电路的输出端与微处理器的信号输入接口相连。

图3中给出了一种组合方式以说明感光信号采集电路结构形式，各个感光管的感应电流经其对应的放大器放大后，由比较器予以判决，判决门限根据实验数据予以设置，合适的判决门限应保证人体未遮挡光线时判决器输出高电平，反之则输出低电平，由此完成了对感光信号的二进制数字化转换；然后，每一行阵列的感光管输出的二进制数据序列首先存入移位寄存器，然后由微处理器控制其向某一方向移动，每移动K位1次则存入锁存器1次，其中K为微处理器的感光状态数据输入接口位数；微处理器需要读取上述数据时，首先通过输出接口输出寻址数据，经地址译码器解码后使得该地址对应的锁存器向感光状态数据输入接口输出有效，其它锁存器输出无效，由此完成了寻址和感光信息的读取。

本发明创造的基于光电转换和人体自然信息的门禁系统在工作时的步骤为：

步骤1，由平行光源1向人体外形特征采集模块2上阵列分布的感光管投射平行光，在平行光源1与感光管之间的光线被人体遮挡时，各个感光管相连的感光信号采集电路输出各个感光管的二进制感光状态信息，由微处理器接收二进制感光状态信息；

步骤2，由设置在平行光源1与人体外形特征采集模块2之间的称重传感模块3的称重传感器采集人体的重量信号，重量信号经放大和模数变换后作为人体称重数据输入微处理器；

步骤3，微处理器将接收的二进制感光状态信息以及人体的重量信号发送至远程的服务器5，服务器5将二进制感光状态信息与数据库中存储的各个感光管的位置信息相结合，测算出人体形状参数；

步骤4，服务器5将人体形状参数以及人体称重数据组合后与数据库中存储的人体基础信息作比对，若在误差阈值范围内查询得到匹配对象，则识别成功，门禁开启，若在误差阈值范围内未查询到匹配对象，则识别失败，门禁保持关闭。

进一步地，步骤3中，人体形状参数包括竖向测量的头长h、颈长n、躯长b、臀长 p以及腿脚长l，人体重量数据为w，步骤4中，服务器5将人体形状以及人体重量组合构成人体特征信息向量C＝[h,n,b,p,l,w]，利用|C-C_i|进行比对，其中C_i＝[h_i,n_i,b_i,p_i,l_i,w_i]为基础信息向量，若存在i满足|C-C_i|＜ε，其中i为基础信息的索引号，ε为误差阈值，则当前的测试对象与数据库中第i个基础信息向量的拥有者匹配，识别成功，门禁开启，若不存在i满足|C-C_i|＜ε，则识别失败，门禁保持关闭。为了增加系统的可靠性和准确性，授权准入人员的基础信息是可以由其本人通过更严格的渠道(例如网上密码系统)予以更新的，其过程是将当前的测量值作为基础信息存入数据库中，以后的信息比对将以更新后的数据为基准。当然，若本设备用于隐蔽性侦测，则基础信息数据由法定机构予以即时更新。

本发明创造公开的门禁系统的设计原理思想为：与身体物理外部形态相关的某些自然信息，例如体型(人体外形各部分尺寸)、体重等，通过电子技术是容易快速测量获取的，可以不需测量对象的配合得以完成的，即可以在测量对象的无察觉条件下实现信息的被动采集；而与身体物理内部形态相关的某些自然信息，例如特征谱(基因、纹谱等)，则不然。此外，若将各项信息构成一个信息向量，则两个人体样本的信息向量匹配重合的概率，将随着向量维度的增加而降低。基于上述两个规律，人体普通自然信息采集原理的快速身份识别系统设计的合理性得以保证，该系统可应用于电梯、.会场、车站的出入口等需要身份权限准入或身份识别的场合。

此外，需要说明的是，将本发明创造作为身份识别的粗选环节(也是初选环节)，而将现有特征谱技术作为精选环节(也是终选确认环节)，二者结合使用，将有力推动身份识别工作效率的提升。

Claims (3)

1.一种基于光电转换和人体自然信息的门禁系统，其特征在于：包括平行光源(1)、人体外形特征采集模块(2)、称重传感模块(3)、控制箱(4)以及服务器(5)；人体外形特征采集模块(2)包括阵列式分布的感光管以及感光信号采集电路；平行光源(1)与人体外形特征采集模块(2)上阵列式分布的感光管相对；称重传感模块(3)包括称重传感器以及信号调理电路；称重传感模块(3)位于平行光源(1)与人体外形特征采集模块(2)之间，且称重传感器位于称重传感模块(3)的顶部；在控制箱(4)内设有微处理器和电源模块；各个感光管分别与感光信号采集电路的各个信号采集端相连，感光信号采集电路的输出端与微处理器的一路信号输入接口相连；称重传感器与信号调理电路的输入端相连，信号调理电路的输出端与微处理器的另一路信号输入接口相连；微处理器的通信接口与服务器(5)的通信接口相连；电源模块为微处理器、平行光源(1)、感光管、感光信号采集电路、称重传感器以及信号调理电路供电。

2.根据权利要求1所述的基于光电转换和人体自然信息的门禁系统，其特征在于：感光管通过平板支架阵列式分布安装，且平板支架与平行光源(1)相对；感光信号采集电路包括移位寄存器、锁存器、地址译码器以及信号调理电路；信号调理电路包括放大器和比较器，放大器的输出端与比较器的输入端相连，放大器的输入端作为信号调理电路的信号输入端，比较器的输出端作为信号调理电路的信号输出端；各个信号调理电路的信号输入端分别与各个感光管相连，各个信号调理电路的信号输出端分别与各个移位寄存器的输入端相连；各个移位寄存器的输出端分别与各个锁存器的输入端相连，各个锁存器的输出端通过总线连接至微处理器的输入接口；微处理器的输出接口通过地址译码器连接各个锁存器的使能端口。

3.根据权利要求1所述的基于光电转换和人体自然信息的门禁系统，其特征在于：信号调理电路包括信号放大器和数模转换器；信号放大器的输入端作为信号调理电路的输入端与称重传感器相连；信号放大器的输出端与数模转换器的采集输入端相连，数模转换器的输出端作为信号调理电路的输出端与微处理器的信号输入接口相连。