專利名稱：：袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)識別領(lǐng)域，用于閱讀或識別圖形，例如指紋的識別方法或裝置，尤其涉及一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)和方法。現(xiàn)有技術(shù)包括用于根據(jù)對人們指紋或虹膜的具體特征的查驗(yàn)從而對個別人員進(jìn)行獨(dú)特標(biāo)識的各種技術(shù)。其中有1994年3月1日授權(quán)于Daugman的美國專利5,291,560,1996年11月5日和1998年5月12日授于Wildes等人的美國專利5,572,596及5,751,836，在1997年9月PROCEEDINGSOFTHEIEEE第85卷第9期第1365-1388頁上的ANILK.JAIN等人文章“指紋的身份鑒別系統(tǒng)”，以及，一種用于將指紋或虹膜圖像特征信息以紅外無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，這在申請日為1996年12月24日、中國專利號為ZL96223146.0的申請文本中已經(jīng)公開。上述專利文獻(xiàn)所述的是，利用指紋或虹膜識別方法能夠正確地表征一個人的特定身份。由于指紋與虹膜的身份雙重識別方法可以增強(qiáng)生物識別的安全和可靠程度，所以，作為例子，指紋與虹膜雙重識別可以充當(dāng)個人身份的密鑰并被用于以下目的如，計算機(jī)入網(wǎng)控制、機(jī)場與金庫等高級人室管理系統(tǒng)的控制、電子身份證或賀駛執(zhí)照的密碼鑒別、醫(yī)療信息或特別文件的專管人員特征碼確認(rèn)以及各種類別的非接觸式安全門禁系統(tǒng)和自動取款機(jī)(ATM)的控制，等等。但是，現(xiàn)有技術(shù)的指紋或虹膜識別系統(tǒng)和方法在實(shí)際應(yīng)用中存在著以下問題1．由于現(xiàn)有技術(shù)用于獲取指紋或虹膜圖像信息的方法是利用各自不同的分離式組合成像系統(tǒng)裝置來獲取用戶的指紋或虹膜的圖像數(shù)據(jù)，這種系統(tǒng)裝置體積大，成本高。2．由于現(xiàn)有技術(shù)用于在指紋或虹膜識別中將成像系統(tǒng)裝置的安裝方案均采用了固定的公共使用的形式，即這種方案不能做到該裝置只供專人使用和被用戶隨身攜帶以移動方式使用。3．由于現(xiàn)有技術(shù)用于實(shí)時獲取的指紋或虹膜圖像數(shù)據(jù)同數(shù)據(jù)庫中的參考模型指紋或虹膜相互匹配的數(shù)據(jù)傳輸是在整個識別系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行的，這種一一對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)形式限制了計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的目的在于提供一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)和方法，它能對在現(xiàn)有技術(shù)的指紋或虹膜識別系統(tǒng)和方法中所存在的上述三種問題提出解決的方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法，包括對指紋和虹膜圖像獲取數(shù)據(jù)、識別數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸和計算機(jī)模式識別，其特點(diǎn)是，識別方法的步驟包括(1)運(yùn)用CMOS成像芯片和數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)將指紋和虹膜成像系統(tǒng)作成袖珍式成像系統(tǒng)；該袖珍式成像系統(tǒng)為用戶專人使用和能移動使用，實(shí)現(xiàn)在一個袖珍成像系統(tǒng)中同時獲取指紋與虹膜圖像的特征信息；(2)對獲取圖像進(jìn)行定位和預(yù)處理；(3)用紅外無線傳輸技術(shù)將指紋與虹膜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行紅外無線數(shù)據(jù)輸出至信息接收部分；(4)在信息接收部分由紅外數(shù)據(jù)輸入預(yù)先確定人員的存儲的指紋與虹膜模型樣本，將它們同實(shí)時的指紋與虹膜相比較，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，在計算機(jī)進(jìn)行模式識別判定該用戶是否屬于預(yù)先確定人員。在上述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法中，其中，所述的數(shù)字信號處理技術(shù)，把輸入的虹膜圖像和指紋的功率譜分布圖進(jìn)行預(yù)處理，其內(nèi)容和步驟包括(1)進(jìn)行圖像二值化，確定一個閾值，把瞳孔這一背景從圖像中分離出來；(2)基于二值圖用矩方法來確定瞳孔的中心位置；設(shè){f(i,j)},i,j=1,2,3,…,n是區(qū)域二值圖像成抑制背景以后的區(qū)域圖像，它的u,v統(tǒng)計矩定義為m(u,v)=Σi=1nΣj=1nf(i,j)iujv]]>i=m(1,0)/m(0,0)j→=m(0,1)/m(0,0)]]>其中(i,)便是該區(qū)域形心的位置，當(dāng){f(i,j)}為瞳孔區(qū)及其四周區(qū)域的二值圖時，(i,)即為瞳孔的中心坐標(biāo)；(3)以瞳孔的中心坐標(biāo)為原點(diǎn)，用瞳孔長軸的尺度作為直徑在虹膜區(qū)域范圍內(nèi)作圓來采取特征數(shù)據(jù)；(4)將虹膜數(shù)據(jù)和指紋的功率譜特征數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，然后DSP控制起動紅外無線傳輸裝置工作。在上述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法中，其中，所述的信息接收部分包括若干個紅外適配器和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包含計算機(jī)模式識別與指紋/虹膜參考模型兩項內(nèi)容。在上述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法中，其中，所述的紅外適配器的工作包括紅外數(shù)據(jù)接收與發(fā)送兩種工作過程當(dāng)工作在紅外數(shù)據(jù)發(fā)送時它被連接在計算機(jī)的RS232串口上，將RS232電平進(jìn)行TTL電平變換，然后通過自身的時鐘信號對數(shù)據(jù)進(jìn)行3/16數(shù)據(jù)調(diào)制，并經(jīng)符合IrDA國際標(biāo)準(zhǔn)化的LED進(jìn)行紅外數(shù)據(jù)發(fā)送；當(dāng)作為紅外數(shù)據(jù)接收，則完成上述相反的工作過程。在上述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法中，其中，在步驟(3)中，所述的紅外無線傳輸技術(shù)包括紅外數(shù)據(jù)輸出和紅外數(shù)據(jù)輸入，按照IrDA的國際標(biāo)準(zhǔn)，紅外無線傳輸指紋與虹膜數(shù)據(jù)的目標(biāo)在于保證0.01-1m的距離范圍內(nèi)，半角寬度0-15度內(nèi)在最高115.2k波特率下，工作在半雙工方式；所述的紅外數(shù)據(jù)輸出部分，將指紋與虹膜圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過放大/壓縮處理之后，進(jìn)入編碼/解碼，進(jìn)行紅外通信信號調(diào)頻，再作用于驅(qū)動電路處理，驅(qū)動紅外發(fā)光管進(jìn)行紅外發(fā)射并由一個偏置電路提供一個靜態(tài)工作電流；所述的紅外數(shù)據(jù)輸入部分，將紅外數(shù)據(jù)信號進(jìn)行紅外接收，再濾波/放大，經(jīng)過編碼/解碼調(diào)制獲得與輸出的原始圖像數(shù)據(jù)基本相似的數(shù)字信號，并和I/O控制接口相連。在上述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法中，其中，在步驟(4)中，所述的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法包含神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和識別二個過程；所述的訓(xùn)練過程是，首先，把輸入的圖像進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以接收的數(shù)據(jù)，其次，是特征提取，把原始的圖像信號特征轉(zhuǎn)換為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以使用的數(shù)字特征，第三，將特征數(shù)據(jù)送入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而其網(wǎng)絡(luò)輸出和該指紋與虹膜圖像對應(yīng)的理想輸出相比較，調(diào)整人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，直到差別最??；所述的識別過程是，經(jīng)圖像預(yù)處理，特征提取，送至訓(xùn)練后的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)想，并實(shí)時地在網(wǎng)絡(luò)輸出輸出與該圖像特征信號對應(yīng)的識別結(jié)果。一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)，包括信息發(fā)射裝置和信息接收裝置二大部分，其特點(diǎn)是所說的信息發(fā)射裝置由一個用戶指紋與虹膜成像檢測裝置、一個圖像定位與預(yù)處理裝置及一個紅外無線傳輸裝置組成；所說的信息發(fā)射裝置具體制作成長方體形袖珍盒式，盒的右側(cè)面置有一個紅外數(shù)據(jù)發(fā)射器和一個紅外數(shù)據(jù)接收器，正面靠右置有紅外驅(qū)動電路，編碼/解碼器，放大/壓縮電路；在盒的上側(cè)面置有電源、照明眼球發(fā)光二極管組；在盒的正面中上方置有虹膜定位對準(zhǔn)器、CMOS成像器和焦距微調(diào)器；正面左上方置有指紋采樣板、光束準(zhǔn)直器；盒正面下方置有照明指紋發(fā)光二級管陣列和數(shù)字信號處理器(DSP)；所說的信息接收裝置由若干個紅外適配器、計算機(jī)模式識別裝置和用戶指紋與虹膜參考模型組成；在上述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)中，其中，所述的指紋與虹膜成像檢測裝置包括一個CMOS成像器，成像透鏡，焦距微調(diào)器，照明眼球發(fā)光二極管組，虹膜定位對準(zhǔn)器，光漫射器、指紋采樣板，菲涅爾成像透鏡陣列，光束準(zhǔn)直器，照明指紋發(fā)光二級管組和基板；照明指紋發(fā)光二極管組通過光束準(zhǔn)直器和基板，照明指紋采樣板經(jīng)菲涅爾成像透鏡陣列指紋的功率譜分布圖像送到CMOS成像器(108)上；照明眼球發(fā)光二極管組經(jīng)光漫射器、虹膜定位對準(zhǔn)器、成像透鏡和焦距微調(diào)器照明虹膜并成像于CMOS成像器上。本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1．本發(fā)明由于運(yùn)用CMOS成像芯片和數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)將指紋與虹膜成像系統(tǒng)裝置做成可以放入口袋里的袖珍式系統(tǒng)，且采用了系統(tǒng)芯片集成，不僅提高了整個系統(tǒng)的可靠性，而且還大大地降低了它的成本。2．本發(fā)明由于做成了這種輕小型的成像系統(tǒng)裝置，由此可以做到專人使用和移動使用，用戶將自已的眼球放入成像系統(tǒng)視野，即使他或她的眼球與系統(tǒng)接觸，也不會感到不快。3．本發(fā)明由于成像系統(tǒng)裝置的定位是由用戶本人直接操作完成的，所以不僅不需要像現(xiàn)有技術(shù)中那樣復(fù)雜的對準(zhǔn)定位設(shè)施，而且還能實(shí)現(xiàn)在一個成像系統(tǒng)裝置中同時獲取指紋與虹膜圖像的特征信息。4．本發(fā)明由于采用了一個將指紋與虹膜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行無線數(shù)字通信的紅外無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，而該紅外無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(ⅰ)紅外發(fā)射器和紅外探測器的成本很低，且能高速運(yùn)轉(zhuǎn)；(ⅱ)紅外光譜區(qū)域很寬，在全世界范圍內(nèi)使用，不受任何管制；(ⅲ)保密性強(qiáng)；(ⅳ)不存在象無線電那樣的多路衰減現(xiàn)象；(ⅴ)有雙向交互通信功能，因此，利用紅外無線傳輸指紋與虹膜數(shù)據(jù)適合短距離、流動性大的通信應(yīng)用，比如多節(jié)點(diǎn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。5．本發(fā)明由于在紅外無線數(shù)據(jù)輸出目標(biāo)信息至信息接收部分采用了信息接收部分由預(yù)先確定人員的存儲的指紋與虹膜模型樣本，將它們同由紅外數(shù)據(jù)輸入的實(shí)時指紋與虹膜相比較，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，在計算機(jī)進(jìn)行模式識別判定，因此能正確識別與判定該用戶是否屬于預(yù)先的確定人員。通過以下對本發(fā)明袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)和方法的一實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1是依據(jù)本發(fā)明提出的袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)和方法的功能框圖；圖2是本發(fā)明指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)中信息發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)中信息接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明提出的袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)和方法的信息接收裝置中指紋與虹膜圖像特征雙重檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖2中CMOS成像芯片的功能框圖；圖6是圖4中菲涅爾成像透鏡陣的列結(jié)構(gòu)與功能框圖，其中，圖6a是小透鏡矩孔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6b是在平行光照射下指紋圖像的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖3中數(shù)字信號處理(DSP)芯片的功能框圖；圖8是圖3中紅外適配器的工作原理框圖；圖9是依據(jù)本發(fā)明提出的袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)和方法中用紅外無線傳輸指紋與虹膜數(shù)據(jù)的基本工作原理框圖，其中，圖9a是紅外數(shù)據(jù)輸出基本工作原理框圖9b是紅外數(shù)據(jù)輸入基本工作原理框圖；圖10是依據(jù)本發(fā)明提出的袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)和方法中對一個輸入的指紋與虹膜圖像特征自動識別的計算步驟流程圖，其中，圖10a是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程的計算步驟流程圖；圖10b是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別過程的計算步驟流程圖。請參見圖1所示，這是袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)，包括信息發(fā)射裝置和信息接收裝置二大部分，其中，信息發(fā)射裝置是由一個用戶指紋與虹膜成像特征雙重檢測裝置1、一個圖像定位與預(yù)處理子系統(tǒng)2和一個紅外無線數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)3所組成的袖珍式信息發(fā)射裝置(用虛線方框Ⅰ表示)，信息接收裝置是由若干個紅外適配器4(其數(shù)量多少是根據(jù)實(shí)用需求所確定)、計算機(jī)模式識別子系統(tǒng)5和用戶指紋與虹膜參考模型6三項組成(用虛線方框Ⅱ)。這里的指紋與虹膜參考模型指的是由該系統(tǒng)識別的預(yù)先確定人員的存儲的指紋與虹膜模型樣本，將它們同實(shí)時輸入的指紋與虹膜相比較并利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(其詳細(xì)內(nèi)容將在圖10中描述)在計算機(jī)模式識別子系統(tǒng)中判定該用戶是否屬于那個預(yù)先確定人員。如圖2所示，信息發(fā)射裝置部分包括一個紅外數(shù)據(jù)發(fā)射器304和一個紅外數(shù)據(jù)接收器306，紅外驅(qū)動電路303，編碼/解碼器302，放大/壓縮電路301，一個電源7，焦距微調(diào)器106、照明眼球發(fā)光二極管組105，虹膜定位對準(zhǔn)器107，CMOS成像器108，指紋采樣板101，光束準(zhǔn)直器102，照明指紋發(fā)光二極管組103和數(shù)字信號處理器(DSP)104。由于該信息發(fā)射裝置是供專人用的，因此通過虹膜定位對準(zhǔn)器107、指紋采樣板101和焦距微調(diào)器106能獲得專門用戶最合適的指紋與虹膜圖像，其運(yùn)作過程是首先，用戶在手持信息發(fā)射裝置時，必須有一個手指放置在指紋采樣板上101，且記住是用哪一個手指，以及怎樣的位置采樣的，以便在往后的操作過程中能夠重復(fù)同樣的或基本一致的動作。其次，將用戶的眼球靠上虹膜定位對準(zhǔn)器107，若發(fā)現(xiàn)對準(zhǔn)十字叉線不清晰，通過焦距微調(diào)器106作前后焦距的調(diào)節(jié)，直至十字叉線清楚為止。從虹膜定位對準(zhǔn)器107兩側(cè)的發(fā)光二極管陣列所發(fā)射出近紅外波長的光束，該波長光束不會強(qiáng)烈刺激眼球故不會引起用戶的厭煩。這些光線通過光漫射器109(請配合參見圖4所示)，照明用戶眼球，即也照清楚了虹膜部位并漫反射到CMOS成像器108上形成圖像。與此同時，按在指紋采樣板101上的指紋通過照明指紋發(fā)光二極管陣列103射出的并由光束準(zhǔn)直器102準(zhǔn)直的光束照明再由菲涅爾成像透鏡陣列110(請配合參見圖4所示)完成FFT運(yùn)算，(更詳細(xì)的內(nèi)容將在圖6中表述)這一光計算結(jié)果將以光功率譜分布圖的形式被CMOS成像器108獲得。其三，數(shù)字信號處理器(DSP)104把輸入的虹膜圖像和指紋的功率譜分布圖進(jìn)行圖像預(yù)處理，其內(nèi)容包括(ⅰ)進(jìn)行圖像二值化，因?yàn)橥椎幕译A和周圍虹膜的灰階存在明顯的差異，可確定一個閾值，把瞳孔從背景中分離出來；(ⅱ)基于二值化圖用矩方法來確定瞳孔的中心位置。設(shè){f(i,j)},i,j=1,2,3,…,n是區(qū)域二值圖像成抑制背景以后的區(qū)域圖像，它的u,v統(tǒng)計矩定義為m(u,v)=Σi=1nΣj=1nf(i,j)iujv]]>i=m(1,0)/m(0,0)j→=m(0,1)/m(0,0)]]>其中(i,)便是該區(qū)域形心的位置，當(dāng){f(i,j)}為瞳孔區(qū)及其四周區(qū)域的二值圖時，(i,)即為瞳孔的中心坐標(biāo)；(ⅲ)以瞳孔的中心坐標(biāo)為原點(diǎn)，用大于瞳孔長軸的尺度作為直徑在虹膜區(qū)域范圍內(nèi)作圓來采集特征數(shù)據(jù)，由于發(fā)光二極管的光源是受控的，所以用戶的瞳孔大小不會產(chǎn)生明顯變化以至影響識別，且這些分布在圓環(huán)狀里的數(shù)據(jù)也不受眼球的旋轉(zhuǎn)影響。(ⅳ)將虹膜數(shù)據(jù)和指紋的功率譜特征數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，然后DSP控制起動紅外線傳輸裝置工作。有關(guān)CMOS成像器108、數(shù)字信號處理器104(DSP)芯片功能將在圖5和圖7中作詳細(xì)的介紹。最后，該信息發(fā)射裝置利用電源7、紅外數(shù)據(jù)發(fā)射304/接收器306、紅外驅(qū)動電路303、編碼/解碼器302和放大/壓縮電路301完成紅外無線通信，即以光子作為信息載體，在較短距離內(nèi)以快速、安全、準(zhǔn)確與方便的特點(diǎn)進(jìn)行個人身份特征數(shù)據(jù)的無線傳輸。如圖3中所示，信息接收裝置部分包括若干個紅外適配器4和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。然而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包含著計算機(jī)模式識別5與指紋/虹膜參考模型6二項內(nèi)容。紅外適配器4的數(shù)量不限，即只要采用紅外無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的門禁系統(tǒng)或計算機(jī)入網(wǎng)終端都能安置上這種紅外適配器。這些紅外適配器具有符合IrDA國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的紅外數(shù)據(jù)通信接口，因此通過Internet網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)世界范圍的指紋與虹膜的個人身份雙重識別的應(yīng)用，有關(guān)紅外適配器工作原理的進(jìn)一步介紹將在圖8中表述。如圖4所示，這是袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)和方法的信息發(fā)射裝置中指紋與虹膜圖像特征雙重檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括一個CMOS成像器108、成像透鏡112、焦距微調(diào)器106、照明眼球發(fā)光二極管組105、一個虹膜定位對準(zhǔn)器107、光漫射器109、指紋采樣板101、菲涅爾成像透鏡陣列110、光束準(zhǔn)直器102、照明指紋發(fā)光二極管陣列103和基板111。照明指紋發(fā)光二極管陣列103通過光束準(zhǔn)直器102和基板111照明指紋采樣板101，經(jīng)菲涅爾成像透鏡陣列110將指紋功率譜分布圖像送到CMOS成像器108上；照明眼球發(fā)光二極管組105經(jīng)過光漫射器109、虹膜定位對準(zhǔn)器107、成像透鏡112和焦距微調(diào)器106作用，照明虹膜并成像在CMOS成像器108上。如圖4所示，當(dāng)手指按到指紋采樣板時101時，相當(dāng)按動了該裝置的工作起動開關(guān)，也就是該裝置接通了電源，CMOS成像器108進(jìn)入工作狀態(tài)，照明指紋發(fā)光二極管陣列103或眼球發(fā)光二極管陣列105正常發(fā)光。由于該裝置的基板111為光學(xué)透明基板(如由玻璃或塑料等材料組成)，所以照明指紋發(fā)光二極管陣列103所發(fā)射出來的光束經(jīng)過光束準(zhǔn)直器102被投射到指紋采樣板101上，該采樣板101是半透射半反射光學(xué)器件，則按在上面的指紋圖像便可反射到CMOS成像器108。如圖4中菲涅爾成像透鏡陣列110將一個指紋圖像分割成由1-2毫米邊長的正方形所組成的子圖像二維列陣，每一個子圖像對應(yīng)一個菲涅爾成像透鏡來實(shí)現(xiàn)光學(xué)傅里葉變換后所獲得的光功率分布圖，由于指紋映射到各個子圖像中的幾何特征是不同的，所以經(jīng)傅里葉變換后的光功率譜分布圖也是不一樣的。這些特征量被CMOS成像器108探測獲得并傳送到DSP芯片104同預(yù)先存儲的用戶指紋特征參考模型進(jìn)行比較識別。如圖4中，當(dāng)眼球接觸到虹膜定位對準(zhǔn)器107時，虹膜特征部位被照明虹膜發(fā)光二極管發(fā)射的，又經(jīng)過光漫射器處理過的漫射光所照亮。由于用戶在預(yù)先存儲其虹膜參考模型數(shù)據(jù)時，曾通過焦距微調(diào)器的調(diào)正，已經(jīng)取得了能清晰看到十字叉線的正確定位。因此，在用戶使用這個已調(diào)試正常的專用裝置過程中，他或她的眼球一旦碰到虹膜定位對準(zhǔn)器便能容易的看清十字叉線這一目標(biāo)，同時也能清楚地將他或她的虹膜圖像被CMOS成像器108所獲取，其圖像數(shù)據(jù)在DSP芯片104中同預(yù)先存儲的用戶虹膜圖像參考模型進(jìn)行快速比較與識別。如圖5所示，這是CMOS成像器108的功能框圖，它是在1998年8月由美國Photobit公司推出的數(shù)字芯片成像器PB-159DX，它在1/4平方英寸面積里包容512×384個象素108-1，每一個象素為7.9μm，該芯片成像器具備芯片上控制邏輯108-2和片上實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，它有很低的功耗，8bit數(shù)字視頻輸出108-3和可編程(I2C接口)，還設(shè)有行列解調(diào)器108-2，行列邏輯108-5,8條附加暗行108-6,5bitDAC即參照DAC108-7，采樣/同步108-8，數(shù)字控制驅(qū)動器108-9。由CMOS成像器提供的新增功能包括部分或全部集成的電路、隨機(jī)存取、可積分時間、視頻處理、背景減除和數(shù)字化。CMOS成像器將成為用戶ASIC(專用集成電路)庫中的一個標(biāo)準(zhǔn)單元，用戶根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計與配置。最終在一塊不到10美元的芯片上實(shí)現(xiàn)全分辨率攝像機(jī)的功效。如圖6所示，這是菲涅爾成像透鏡陣列的結(jié)構(gòu)與功能示意圖，它表示了二元位相型菲涅爾透鏡列陣(BPFLAs)110的結(jié)構(gòu)與功能，BPFLAs是根據(jù)菲涅爾波帶的近軸衍射原理設(shè)計其掩模圖形，并以制作大規(guī)模集成電路的工藝方法經(jīng)制版、光刻、離子束刻觸等過程完成器件制作。BPFLAs結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是體積小、重量輕、設(shè)計與制作精確、集成度高，如圖6a所示的每一小透鏡的矩孔為1.5mm×1.5mm，在2英寸石英基片上可制作出24×24個八階位相型菲涅爾透鏡列陣，其衍射效率可達(dá)77.3％,λ主=0.5461um,f=71.42mm。BPFLAs可以在平行光分束、多路成像以及傅里葉變換等方面具有很優(yōu)良的光學(xué)功能，在圖6b中顯示出在平行光或準(zhǔn)平行光照明下的指紋圖像平面(P1)110-1可以通過在平面(P2)110-2上的BPFLAs完成傅里葉變換，并在頻譜平面(P3)110-3產(chǎn)生光功率譜分布圖。如圖7所示，這是數(shù)字信號處理(DSP)104的芯片功能框圖，它是美國TI公司于1983年推出的TMS320C10芯片為例的框圖，包括采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，將程序存儲器ROM104-2和數(shù)據(jù)存儲器RAM104-1的總線分開，以便最大限度地提高處理能力。片內(nèi)有114字×16bit數(shù)據(jù)RAM，還有1.5K字×16-bit程序ROM。片外程序RAM可擴(kuò)展至4K字×16-bit，數(shù)據(jù)總線傳輸速率為40Mbit/s。TMS320C10的時鐘頻率為20MHz，指令周期為200ns，它的CPU帶有32-bitALU(算術(shù)邏輯單元)及ACC(累加器)，16×16-bit并行乘法器，2個16-bit輔助寄存器，0-15-bit桶形移位器，4×12-bit堆棧，最多可接受4層嵌套子程序或中斷。該芯片還有8個I/O口。如圖8所示，這是紅外適配器4的工作/原理框圖，包括紅外數(shù)據(jù)接收與發(fā)送兩種工作過程。當(dāng)工作在紅外數(shù)據(jù)發(fā)送時它被連接在計算機(jī)的RS232串口上401，計算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過自身的普通UART/USART轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，經(jīng)RS232接口傳送至紅外適配器。紅外適配器首先要完成電平轉(zhuǎn)換，將RS232電平變換為TTL電平402，然后通過自身的時鐘信號404對數(shù)據(jù)進(jìn)行3/16調(diào)制403，并經(jīng)符合IrDA國際標(biāo)準(zhǔn)的LED進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送405；作為紅外數(shù)據(jù)接收，則完成其上述相反的工作過程。如圖9所示，這是紅外無線傳輸指紋與虹膜數(shù)據(jù)的基本工作原理，其中，圖9a紅外數(shù)據(jù)輸出，圖9b是紅外數(shù)據(jù)輸入。按照IrDA(InfraRedDataAssociation)即紅外數(shù)據(jù)通訊協(xié)會的國際標(biāo)準(zhǔn)，紅外無線傳輸指紋與虹膜數(shù)據(jù)的目標(biāo)在于保證0.01-1m的距離范圍內(nèi)，半角寬度0-15度內(nèi)，在最高115.2K波特率下的無差錯通訊。該紅外數(shù)據(jù)輸出模式切換到輸入模式時，它是工作在半雙工方式，也就是允許一定的延遲。這是因?yàn)?，紅外數(shù)據(jù)的輸出和輸入鏈路使用相同的介質(zhì)和波長，同時一般沒有隔離措施，在輸出時，輸出的紅外數(shù)據(jù)信號往往會被自身接收到，形成自發(fā)自收的干擾。紅外數(shù)據(jù)傳輸鏈路的主要器件是紅外收發(fā)器模塊，這類器件一般以表面封裝，內(nèi)部包含發(fā)射紅外信號和紅外發(fā)光二極管和驅(qū)動電路，以及接收紅外信號的紅外光電二極管和放大、比較電路。在發(fā)射與接收的端面還集成發(fā)射透鏡與接收透鏡。HP公司生產(chǎn)的HSDL-1000系列和Temic公司的TFD3000系列為其代表產(chǎn)品。紅外數(shù)據(jù)傳輸中可以使用HSDL-7000編碼解碼器，它是由獨(dú)立的編碼模塊與解碼模塊集成的芯片，在和紅外收發(fā)器模塊結(jié)合使用時，提供信號的調(diào)制和解調(diào)功能。這類器件一方面能提供與傳統(tǒng)I/O控制芯片的接口，另一方面則聯(lián)接紅外收發(fā)器或者其他紅外數(shù)傳輸鏈別器件的驅(qū)動電路。為了給傳輸鏈路提供較純凈的電源，還需采用電源濾波電路。如圖9a為指紋與虹膜圖像數(shù)據(jù)的紅外輸出部分，將指紋與虹膜圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過放大/壓縮處理301之后，進(jìn)入編碼/解碼器302進(jìn)行紅外通信信號調(diào)制，再由這些調(diào)制后的信號直接作用于驅(qū)動電路303，驅(qū)動電路驅(qū)動紅外發(fā)光二極管(或紅外激光二極管)發(fā)射出相應(yīng)的紅外信號304。偏置電路305是為發(fā)射提供一個靜態(tài)工作電流。放大與壓縮電路301的作用是控制輸入信號的強(qiáng)度，使紅外發(fā)光二極管(或紅外激光二極管)的驅(qū)動電流在線性工作范圍內(nèi)變化，這樣做既不會產(chǎn)生非線性失真，又能得到較大的光功率輸出。圖8b是指紋與虹膜圖像數(shù)據(jù)的紅外輸入部分，紅外光電二極管進(jìn)行紅外接收306，將接收到的紅外數(shù)據(jù)信號進(jìn)行濾波/放大307后，再經(jīng)過編碼/解碼器調(diào)制可以獲得與輸出的原始圖像數(shù)據(jù)基本相似的數(shù)字信號，并和I/O控制接口309相連接。如圖10所示，這是描述對一個輸入的指紋與虹膜圖像特征自動識別的計算步驟流程。因計算流程采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動識別圖像目標(biāo)技術(shù)，因此它包含網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和識別二個過程。如圖10(a)所示，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中，首先要把輸入的圖像進(jìn)行預(yù)處理501，例如運(yùn)用圖像二值化、基于矩確定瞳孔中心和功率譜特征采集等等方法，試圖將普通的圖像轉(zhuǎn)換成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以接收的數(shù)據(jù)；其次是特征提取502，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別的特征提取和傳統(tǒng)模式識別中的特征提取存有差異，即在傳統(tǒng)模式識別器中對輸入的信號特征需進(jìn)行全面深入的數(shù)學(xué)剖析，使其所提取的特征不僅能表征樣本，而且還要使樣本之間的識別距離盡可能地大，以便在后續(xù)參考模型與樣本匹配中能有實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。然而在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別中，特征提取的目的是把原始的圖像信號特征轉(zhuǎn)換為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可使用的數(shù)字特征，再由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到樣本之間的分割曲面。當(dāng)然，這些特征也是能夠良好地表征樣本的，但不必人為地拉大樣本之間的識別距離。第三，將特征數(shù)據(jù)送入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)503的輸入端，而其輸出值504和該指紋與虹膜圖像對應(yīng)的理想輸出505相比較，根據(jù)差別來調(diào)整人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值506，一直調(diào)到這個差別為最小。依此類推，將所有的指紋與虹膜的參考模型都訓(xùn)練至它們同理想輸出之間的誤差為最小。這樣就形成了參考模型都“記憶”到人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中去了，并具備了自適應(yīng)學(xué)習(xí)的性能，也就是說不需人的介入，它便能自行抽取不易表達(dá)的知識和經(jīng)驗(yàn)。圖10(b)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別過程，其中的圖像預(yù)處理507、特征提取508同圖10a中的一致，而這里的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)509是受過訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)待識別的指紋與虹膜圖像特征信號送人該網(wǎng)絡(luò)后，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)便進(jìn)行“聯(lián)想”，并且實(shí)時地在網(wǎng)絡(luò)輸出510獲得與該圖像特征信號對應(yīng)的輸出，即完成了對一個輸入的指紋與虹膜圖像的識別結(jié)果511。由于待識別的圖像允許和訓(xùn)練時的圖像參考模型存有一定的差別，這種差別一般是由許多不規(guī)則的外界噪聲所影響造成的。因此人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一定的容錯特性，這是傳統(tǒng)模式識別所沒有的非線性映射能力。BP(BackPropagation)網(wǎng)絡(luò)算法DYSTAL(DynamicallyStableAssociativeLearning)網(wǎng)的分類對象可以是特征圖像或特征失量，所以它們均可作為指紋與虹膜圖像特征自動識別的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。本發(fā)明應(yīng)用范圍較大并具有如下有益效果，它可以充當(dāng)個人身份的密鑰，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)入網(wǎng)控制，如電子貨幣網(wǎng)(EDI)、Internet和Intranet等；可以以指紋與虹膜作為生物識別特征，建立全自動高級人室管理系統(tǒng)，例如應(yīng)用于機(jī)場、銀行金庫和軍事基地等；可以將個人的指紋與虹膜特征數(shù)據(jù)輸入到電子身份證或駕駛執(zhí)照等證件的數(shù)據(jù)存儲集成芯片內(nèi)，則它和照片可組合成無法偽造的個人證件；可以實(shí)時確認(rèn)出自動取款機(jī)(ATM)、智能卡、信用卡等金融服務(wù)系統(tǒng)的真實(shí)用戶；可以作為各種類別的非接觸式安全門禁或開關(guān)系統(tǒng)的控制，如汽車的起動裝置、智能通道和保險箱等系統(tǒng)裝置的控制。權(quán)利要求1．一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法，包括對指紋和虹膜圖像獲取數(shù)據(jù)、識別數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸和計算機(jī)模式識別，其特征在于識別方法的步驟是(1)運(yùn)用CMOS成像芯片和數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)將指紋和虹膜成像系統(tǒng)作成袖珍式成像系統(tǒng)；該袖珍式成像系統(tǒng)為用戶專人使用和能移動使用，實(shí)現(xiàn)在一個袖珍成像系統(tǒng)中同時獲取指紋與虹膜圖像的特征信息；(2)對獲取圖像進(jìn)行定位和預(yù)處理；(3)用紅外無線傳輸技術(shù)將指紋與虹膜圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行紅外無線數(shù)據(jù)輸出至信息接收部分；(4)在信息接收部分由紅外數(shù)據(jù)輸入預(yù)先確定人員的存儲的指紋與虹膜模型樣本，將它們同實(shí)時的指紋與虹膜相比較，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，在計算機(jī)進(jìn)行模式識別判定該用戶是否屬于預(yù)先確定人員。2．如權(quán)利要求1所述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法，其特征在于所述的數(shù)字信號處理技術(shù)，把輸入的虹膜圖像和指紋的功率譜分布圖進(jìn)行預(yù)處理，其內(nèi)容和步驟包括(1)進(jìn)行圖像二值化，確定一個閾值，把瞳孔這一背景從圖像中分離出來；(2)基于二值圖用矩方法來確定瞳孔的中心位置；設(shè){f(i,j)},i,j=1,2,3,…,n是區(qū)域二值圖像成抑制背景以后的區(qū)域圖像，它的u,v統(tǒng)計矩定義為m(u,v)=Σi=1nΣj=1nf(i,j)iujv]]>i=m(1,0)/m(0,0)j→=m(0,1)/m(0,0)]]>其中(i,)便是該區(qū)域形心的位置，當(dāng){f(i,j)}為瞳孔區(qū)及其四周區(qū)域的二值圖時，(i,)即為瞳孔的中心坐標(biāo)；(3)以瞳孔的中心坐標(biāo)為原點(diǎn)，用瞳孔長軸的尺度作為直徑在虹膜區(qū)域范圍內(nèi)作圓來采取特征數(shù)據(jù)；(4)將虹膜數(shù)據(jù)和指紋的功率譜特征數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，然后DSP控制起動紅外無線傳輸裝置工作。3．如權(quán)利要求1所述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法，其特征在于所述的信息接收部分包括若干個紅外適配器(4)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包含計算機(jī)模式識別(5)與指紋/虹膜參考模型(6)二項內(nèi)容。4．如權(quán)利要求3所述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法，其特征在于所述的紅外適配器(4)的工作包括紅外數(shù)據(jù)接收與發(fā)送兩種工作過程當(dāng)工作在紅外數(shù)據(jù)發(fā)送時它被連接在計算機(jī)的RS232串口(401)上，將RS232電平進(jìn)行TTL電平變換(402)，然后通過自身的時鐘信號(404)對數(shù)據(jù)進(jìn)行3/16數(shù)據(jù)調(diào)制(403)，并經(jīng)符合IrDA國際標(biāo)準(zhǔn)化的LED進(jìn)行紅外數(shù)據(jù)發(fā)送(405)；當(dāng)作為紅外數(shù)據(jù)接收，則完成上述相反的工作過程。5．如權(quán)利要求1所述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法，其特征在于在步驟(3)中，所述的紅外無線傳輸技術(shù)包括紅外數(shù)據(jù)輸出和紅外數(shù)據(jù)輸入，按照IrDA的國際標(biāo)準(zhǔn)，紅外無線傳輸指紋與虹膜數(shù)據(jù)的目標(biāo)在于保證0.01-1m的距離范圍內(nèi)，半角寬度0-15度內(nèi)在最高115.2k波特率下，工作在半雙工方式；所述的紅外數(shù)據(jù)輸出部分，將指紋與虹膜圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過放大/壓縮(301)處理之后，進(jìn)入編碼/解碼(302)，進(jìn)行紅外通信信號調(diào)頻，再作用于驅(qū)動電路(303)處理，驅(qū)動紅外發(fā)光管進(jìn)行紅外發(fā)射(304)并由一個偏置電路(305)提供一個靜態(tài)工作電流；所述的紅外數(shù)據(jù)輸入部分，將紅外數(shù)據(jù)信號進(jìn)行紅外接收(306)，再濾波/放大(301)，經(jīng)過編碼/解碼(308)調(diào)制獲得與輸出的原始圖像數(shù)據(jù)基本相似的數(shù)字信號，并和I/O控制(309)接口相連。6．如權(quán)利要求1所述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法，其特征在于在步驟(4)中，所述的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法包含神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和識別二個過程，所述的訓(xùn)練過程是，首先，把輸入的圖像進(jìn)行預(yù)處理(501)，轉(zhuǎn)換成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以接收的數(shù)據(jù)，其次，是特征提取(502)，把原始的圖像信號特征轉(zhuǎn)換為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以使用的數(shù)字特征，第三，將特征數(shù)據(jù)送入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(503)，而其網(wǎng)絡(luò)輸出(504)和該指紋與虹膜圖像對應(yīng)的理想輸出(505)相比較，調(diào)整人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值(506)，直到差別最?。凰龅淖R別過程是，經(jīng)圖像預(yù)處理(507)，特征提取(508)，送至訓(xùn)練后的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(509)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)想，并實(shí)時地在網(wǎng)絡(luò)輸出(510)輸出與該圖像特征信號對應(yīng)的識別結(jié)果(511)。7．一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)，包括信息發(fā)射裝置和信息接收裝置二大部分，其特征在于所述的信息發(fā)射裝置由一個用戶指紋與虹膜成像檢測裝置(1)、一個圖像定位與預(yù)處理(2)裝置及一個紅外無線傳輸(3)裝置組成；所說的信息發(fā)射裝置具體制作成長方體形袖珍盒式，盒的右側(cè)面置有一個紅外數(shù)據(jù)發(fā)射器(304)和一個紅外數(shù)據(jù)接收器(306)，正面靠右置有紅外驅(qū)動電路(303)，編碼/解碼器(302)，放大/壓縮電路(301)；在盒的上側(cè)面置有電源(7)、照明眼球發(fā)光二極管組(105)；在盒的正面中上方置有虹膜定位對準(zhǔn)器(107)、CMOS成像器(108)和焦距微調(diào)器(106)；正面左上方置有指紋采樣板(101)、光束準(zhǔn)直器(102)；盒正面下方置有照明指紋發(fā)光二級管陣列(103)和數(shù)字信號處理器(DSP)(104)；所述的信息接收裝置由若干個紅外適配器(4)、計算機(jī)模式識別(5)裝置和用戶指紋與虹膜參考模型(6)組成；8．如權(quán)利要求7所述的一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別系統(tǒng)，其特征在于所述的指紋與虹膜成像檢測裝置(1)包括一個CMOS成像器(108)，成像透鏡(112)，焦距微調(diào)器(106)，照明眼球發(fā)光二極管組(105)，虹膜定位對準(zhǔn)器(107)，光漫射器(109)、指紋采樣板(101)，菲涅爾成像透鏡陣列(110)，光束準(zhǔn)直器(102)，照明指紋發(fā)光二級管組(103)和基板(111)；照明指紋發(fā)光二極管組(103)通過光束準(zhǔn)直器(102)和基板(111)，照明指紋采樣板(101)經(jīng)菲涅爾成像透鏡陣列(110)指紋的功率譜分布圖像送到CMOS成像器(108)上；照明眼球發(fā)光二極管組(105)經(jīng)光漫射器(109)、虹膜定位對準(zhǔn)器(107)、成像透鏡(112)和焦距微調(diào)器(106)照明虹膜并成像于CMOS成像器(108)上。全文摘要本發(fā)明涉及一種袖珍式指紋與虹膜的身份雙重識別方法,包括對指紋和虹膜圖像獲取數(shù)據(jù)、識別數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸和計算機(jī)模式識別,其步驟是:將指紋和虹膜成像系統(tǒng)作成袖珍式且獲取指紋與虹膜圖像的特征信息;對獲取圖像進(jìn)行定位和預(yù)處理;將指紋與虹膜圖像數(shù)據(jù)輸出至信息接收部分;將預(yù)先確定人員的存儲的指紋與虹膜模型樣本同實(shí)時的指紋與虹膜相比較,利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,在計算機(jī)進(jìn)行模式識別判定該用戶是否屬于預(yù)先確定人員。文檔編號G06K9/00GK1235318SQ9911360公開日1999年11月17日申請日期1999年4月5日優(yōu)先權(quán)日1999年4月5日發(fā)明者王汝笠申請人:斯瑪特電子科技(上海)有限公司