專利名稱：一種基于指紋圖像識別的電子鎖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于安全技術(shù)防范領(lǐng)域，涉及圖像處理、模式識別、自動控制等技術(shù)，更具體地涉及一種基于指紋圖像識別的電子鎖。
背景技術(shù)：
電子密碼鎖簡稱電子鎖，具有防盜報警功能的電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式密碼鎖，克服了機械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點，使密碼鎖無論在技術(shù)上還是在性能上都大大提聞一步。電子鎖以微處理器為核心，配以相應(yīng)硬件電路，完成密碼的設(shè)置、存儲、識別、顯示、驅(qū)動電磁執(zhí)行器并檢測其驅(qū)動電流值、接收傳感器送來的報警信號、發(fā)送數(shù)據(jù)等功。大體工作原理是微處理器接收鍵入的代碼，并與存儲在EEPROM中的密碼進行比較，如果密碼正確，則驅(qū)動電磁執(zhí)行器開鎖；如果密碼不正確，則允許操作人員重新輸入密碼，最多可輸入三次；如果三次都不正確，則微處理器通過通信線路向智能監(jiān)控器報警。同時，微處理器將每次開鎖操作和此時電磁執(zhí)行器的驅(qū)動電流值作為狀態(tài)信息發(fā)送給智能監(jiān)控器，同時將接收來自傳感器接口的報警信息也發(fā)送給智能監(jiān)控器，作為智能化分析的依據(jù)。按照輸入密碼方式不同，電子鎖可分為以下幾類(I)按鍵式電子鎖采用鍵盤(或組合按鈕)輸入開鎖密碼，操作方便。內(nèi)部控制電路常采用電子鎖專用集成電路。(2)撥盤式電子鎖采用機械撥盤開關(guān)輸入開鎖密碼。許多按鍵式電子鎖可以改造成撥盤式電子鎖。(3)電子鑰匙式電子鎖使用電子鑰匙輸入(或作為)開鎖密碼。電子鑰匙是構(gòu)成控制電路的重要組成部分。電子鑰匙可以由元器件或由元器件構(gòu)成的單元電路組成，做成小型手持單元形式。電子鑰匙和主控電路的聯(lián)系可以是聲、光、電磁等多種形式。(4)觸摸式電子鎖采用觸摸方法輸入開鎖密碼，操作簡單。相對于按鍵開關(guān)，觸摸開關(guān)使用壽命長，造價低，因此優(yōu)化了電子鎖控制電路。(5)生物特征式電子鎖將聲音、虹膜、指紋等人體生物特征作為密碼輸入，由計算機進行模式識別控制開鎖，智能化相當高。基于指紋圖像識別的電子鎖因智能化程度高，而成為當前電子鎖研發(fā)的重要方向之一。指紋鎖一般包括指紋采集裝置和電控鎖兩部分，現(xiàn)有的指紋采集裝置一般皆以光學原理采集指紋特征，經(jīng)比對驗證后，啟動電控鎖中的電機或電磁鐵等裝置，操拉鎖舌、鎖栓動作，控制鎖具的開啟和關(guān)閉。部分指紋鎖產(chǎn)品在使用過程中，存在著識別時間長、識別準確率低的問題，阻礙了指紋鎖的大面積推廣和使用。指紋鎖的性能在很大程度上取決于指紋識別算法的高效性和可靠性。指紋識別算法主要解決兩個問題，特征提取和特征匹配。特征提取就是利用圖像處理的方法對一幅指紋圖像進行特征提取，提取有用的特征信息進行存儲為以后的指紋辨識做好準備；特征匹配是指將現(xiàn)有的指紋圖像與指紋特征庫中指紋模板作比對來決定是否來自同一手指。

發(fā)明內(nèi)容
I.發(fā)明目的為了提高指紋鎖的性能，即縮短識別時間、提高識別準確率，本發(fā)明公開了一種基于指紋圖像識別的電子鎖。2.硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括如下部分指紋采集裝置(I)、電控裝置(2)、電源裝置(3)、把手 ⑷、鎖心(5)、鎖舌(6)、內(nèi)殼(7)、外殼⑶；指紋采集裝置采集指紋圖像；電源裝置給指紋鎖供電，可以采用干電池或其他直流電源； 把手轉(zhuǎn)動帶動機械傳動機構(gòu)動作,使得鎖舌收入內(nèi)殼；鎖心為傳統(tǒng)的鑰匙鎖心，當指紋鎖因電源故障或其他故障時，備用的開鎖方法；鎖舌收入內(nèi)殼時，鎖具為打開狀態(tài)，鎖舌未收入內(nèi)殼時，鎖具為鎖緊狀態(tài)；內(nèi)殼和外殼配合螺絲可以將鎖具固定在安裝位置。上述指紋采集裝置(I)是指紋鎖的關(guān)鍵部件之一，由光電式、電容式、壓敏式或超聲波式傳感器構(gòu)成，其性能參數(shù)直接影響到鎖具的性能。上述電控裝置(2)是指紋鎖的關(guān)鍵部件之一，如附圖
2所示，包括如下部分數(shù)字信號處理器(21)、存儲器(22)、電動機(23)、電磁鐵(24)；數(shù)字信號處理器(21)為核心處理器，接收指紋采集裝置采集的指紋圖像，運行指紋識別算法(25)，完成指紋圖像特征提取和指紋圖像特征匹配，聲光報警并與外界通信；
存儲器(22)與數(shù)字信號處理器交換數(shù)據(jù)，存儲數(shù)字信號處理器的主程序、初始化子程序和指紋識別算法程序，存儲指紋圖像特征數(shù)據(jù)庫；電動機(23)由數(shù)字信號處理器控制，其運動通過蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)帶動一部分鎖舌運動，使得這部分鎖舌可以收入內(nèi)殼；電磁體(24)由數(shù)字信號處理器控制，其運動克服彈簧機構(gòu)的張力帶動其余部分鎖舌收入內(nèi)殼。3.軟件算法流程指紋識別算法包括兩部分離線部分(251)和在線部分(252)，如圖3所示；離線部分(251)首先采集指紋圖像，并進行圖像預(yù)處理，然后用一定的算法進行特征提取，并去除偽特征點，最后把這些特征存入數(shù)據(jù)庫；在線部分(252)首先采集指紋圖像，并進行圖像預(yù)處理，然后用相同的算法進行特征提取，并去除偽特征點，同時從數(shù)據(jù)庫中提取指紋特征與之比對，判斷是否是相同的指紋，最后輸出匹配結(jié)果。特征提取的主要任務(wù)是提取分叉點和端點，對于像素P的8鄰域，紋線交叉點數(shù) Cn(P)和紋線端點數(shù)Sn(P)分別表示為
權(quán)利要求
1.一種基于指紋圖像識別的電子鎖，包括指紋采集裝置(I)、電控裝置(2)、電源裝置(3)、把手(4)、鎖心(5)、鎖舌￠)、內(nèi)殼(7)、外殼(8);指紋采集裝置采集指紋圖像；電源裝置給指紋鎖供電，可以采用干電池或其他直流電源；把手轉(zhuǎn)動帶動機械傳動機構(gòu)動作，使得鎖舌收入內(nèi)殼；鎖心為傳統(tǒng)的鑰匙鎖心，當指紋鎖因電源故障或其他故障時，備用的開鎖方法；鎖舌收入內(nèi)殼時，鎖具為打開狀態(tài)，鎖舌未收入內(nèi)殼時，鎖具為鎖緊狀態(tài)；內(nèi)殼和外殼配合螺絲可以將鎖具固定在安裝位置；其特征在于指紋采集裝置a)由光電式、電容式、 壓敏式或超聲波式傳感器構(gòu)成；電控裝置(2)包括數(shù)字信號處理器(21)、存儲器(22)、電動機(23)、電磁鐵(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子鎖，其特征在于數(shù)字信號處理器(21)為核心處理器， 接收指紋采集裝置采集的指紋圖像，運行指紋識別算法(25)，完成指紋圖像特征提取和指紋圖像特征匹配、聲光報警并與外界通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子鎖，其特征在于存儲器(22)與數(shù)字信號處理器交換數(shù)據(jù)，存儲數(shù)字信號處理器的主程序、初始化子程序和指紋識別算法程序，存儲指紋圖像特征數(shù)據(jù)庫。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電子鎖，其特征在于電動機(23)由數(shù)字信號處理器控制， 其運動通過蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)帶動一部分鎖舌運動，使得這部分鎖舌可以收入內(nèi)殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求I和4所述的電子鎖，其特征在于電磁體(24)由數(shù)字信號處理器控制，其運動克服彈簧機構(gòu)的張力帶動其余部分鎖舌收入內(nèi)殼。
6.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的電子鎖，其特征在于指紋識別算法包括兩部分離線部分(251)和在線部分(252);離線部分(251)首先采集指紋圖像，并進行圖像預(yù)處理，然后用一定的算法進行特征提取，并去除偽特征點，最后把這些特征存入數(shù)據(jù)庫；在線部分 (252)首先采集指紋圖像，并進行圖像預(yù)處理，然后用相同的算法進行特征提取，并去除偽特征點，同時從數(shù)據(jù)庫中提取指紋特征與之比對，判斷是否是相同的指紋，最后輸出匹配結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求I和6所述的電子鎖，其特征在于特征提取的主要任務(wù)是提取分叉點和端點，對于像素P的8鄰域，紋線交叉點數(shù)Cn(P)和紋線端點數(shù)Sn(P)分別表示為cn(P)=\fJ\P^-P\ (P9 = P1)⑴^ ；=1Sn(P) = ZPl ⑵,:1其中，端點滿足Cn(P) = 1，Sn(P) = I ;分叉點滿足Cn(P) = 3，Sn(P) = 3，得到包含偽特征點的特征點集。
8.根據(jù)權(quán)利要求I和7所述的電子鎖，其特征在于對包含偽特征點的特征點集，運行去除偽特征點算法，包括如下步驟(1)根據(jù)圖像的整體特性，設(shè)定一個坐標界限(Xmim，Yffliffl)和(X_，Y_)，對于任一端點 P，其坐標(Xp，Yp)，如果(Xp < XJ I I (Yp < Ymin) I I (Xp > Xmax) I I (Yp > Yman)，則認為是紋線端點的始端或者末尾；(2)對于毛刺噪聲，設(shè)定一個閾值d，設(shè)任意一端點P、任一分叉點Q，如果IP-QI< d，則認為P和Q為毛刺噪聲造成的兩個偽特征點；(3)對于紋線斷續(xù)噪聲，設(shè)定一個閾值d，設(shè)任意兩端點P1,P2，如果IP1-P2 < d，則認為P1和P2為紋線斷續(xù)造成的兩個偽特征點；(4)對于紋線粘連噪聲，設(shè)定一個閾值d，設(shè)任意兩分叉點Q1,Q2，如果IQ1-Q2I < d，則認為Q1和Q2為紋線粘連噪聲造成的兩個偽特征點；(5)氣泡噪聲，設(shè)定一個閾值d，設(shè)任意兩端點P1,P2,如果IP1-P21 < d，則認為P1和P2 為氣泡造成的兩個偽特征點。
9.根據(jù)權(quán)利要求I和6所述的電子鎖，其特征在于建立指紋模板數(shù)據(jù)庫，每個模板存儲所提取圖像的全部有效特征點，其中每個特征點存儲其類型nType和坐標值(x, y)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于指紋圖像識別的電子鎖，包括指紋采集裝置(1)、電控裝置(2)、電源裝置(3)、把手(4)、鎖心(5)、鎖舌(6)、內(nèi)殼(7)、外殼(8)；指紋采集裝置(1)由光電式、電容式、壓敏式或超聲波式傳感器構(gòu)成；電控裝置(2)包括數(shù)字信號處理器(21)、存儲器(22)、電動機(23)、電磁鐵(24)。對原始指紋圖像進行預(yù)處理，然后對其特征點進行存儲，運行去除偽特征點算法，可以有效地減少要保存的數(shù)據(jù)量，縮短存儲和讀取數(shù)據(jù)庫的時間，從而提高特征匹配的速度，提高特征匹配的準確性。該電子鎖特征匹配速度快、準確性高。
文檔編號G06K9/00GK102535985SQ201210055689
公開日2012年7月4日 申請日期2012年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月4日
發(fā)明者滕詣迪, 葛龍 申請人:南京理工大學常熟研究院有限公司