一種基於指紋圖像識別的電子鎖的製作方法
2023-06-13 07:10:51
專利名稱：一種基於指紋圖像識別的電子鎖的製作方法
技術領域：
本發明屬於安全技術防範領域，涉及圖像處理、模式識別、自動控制等技術，更具體地涉及一種基於指紋圖像識別的電子鎖。
背景技術：
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傳統的機械式密碼鎖，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，配以相應硬體電路，完成密碼的設置、存儲、識別、顯示、驅動電磁執行器並檢測其驅動電流值、接收傳感器送來的報警信號、發送數據等功。大體工作原理是微處理器接收鍵入的代碼，並與存儲在EEPROM中的密碼進行比較，如果密碼正確，則驅動電磁執行器開鎖；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控器報警。同時，微處理器將每次開鎖操作和此時電磁執行器的驅動電流值作為狀態信息發送給智能監控器，同時將接收來自傳感器接口的報警信息也發送給智能監控器，作為智能化分析的依據。按照輸入密碼方式不同，電子鎖可分為以下幾類(I)按鍵式電子鎖採用鍵盤(或組合按鈕)輸入開鎖密碼，操作方便。內部控制電路常採用電子鎖專用集成電路。(2)撥盤式電子鎖採用機械撥盤開關輸入開鎖密碼。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繫可以是聲、光、電磁等多種形式。(4)觸摸式電子鎖採用觸摸方法輸入開鎖密碼，操作簡單。相對於按鍵開關，觸摸開關使用壽命長，造價低，因此優化了電子鎖控制電路。(5)生物特徵式電子鎖將聲音、虹膜、指紋等人體生物特徵作為密碼輸入，由計算機進行模式識別控制開鎖，智能化相當高。基於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的重要方向之一。指紋鎖一般包括指紋採集裝置和電控鎖兩部分，現有的指紋採集裝置一般皆以光學原理採集指紋特徵，經比對驗證後，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閉。部分指紋鎖產品在使用過程中，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於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，特徵提取和特徵匹配。特徵提取就是利用圖像處理的方法對一幅指紋圖像進行特徵提取，提取有用的特徵信息進行存儲為以後的指紋辨識做好準備；特徵匹配是指將現有的指紋圖像與指紋特徵庫中指紋模板作比對來決定是否來自同一手指。
發明內容
I.發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，本發明公開了一種基於指紋圖像識別的電子鎖。2.硬體系統結構如圖I所示，包括如下部分指紋採集裝置(I)、電控裝置(2)、電源裝置(3)、把手 ⑷、鎖心(5)、鎖舌(6)、內殼(7)、外殼⑶；指紋採集裝置採集指紋圖像；電源裝置給指紋鎖供電，可以採用乾電池或其他直流電源； 把手轉動帶動機械傳動機構動作,使得鎖舌收入內殼；鎖心為傳統的鑰匙鎖心，當指紋鎖因電源故障或其他故障時，備用的開鎖方法；鎖舌收入內殼時，鎖具為打開狀態，鎖舌未收入內殼時，鎖具為鎖緊狀態；內殼和外殼配合螺絲可以將鎖具固定在安裝位置。上述指紋採集裝置(I)是指紋鎖的關鍵部件之一，由光電式、電容式、壓敏式或超聲波式傳感器構成，其性能參數直接影響到鎖具的性能。上述電控裝置(2)是指紋鎖的關鍵部件之一，如附圖
2所示，包括如下部分數位訊號處理器(21)、存儲器(22)、電動機(23)、電磁鐵(24)；數位訊號處理器(21)為核心處理器，接收指紋採集裝置採集的指紋圖像，運行指紋識別算法(25)，完成指紋圖像特徵提取和指紋圖像特徵匹配，聲光報警並與外界通信；
存儲器(22)與數位訊號處理器交換數據，存儲數位訊號處理器的主程序、初始化子程序和指紋識別算法程序，存儲指紋圖像特徵資料庫；電動機(23)由數位訊號處理器控制，其運動通過蝸輪蝸杆傳動機構帶動一部分鎖舌運動，使得這部分鎖舌可以收入內殼；電磁體(24)由數位訊號處理器控制，其運動克服彈簧機構的張力帶動其餘部分鎖舌收入內殼。3.軟體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)首先採集指紋圖像，並進行圖像預處理，然後用一定的算法進行特徵提取，並去除偽特徵點，最後把這些特徵存入資料庫；在線部分(252)首先採集指紋圖像，並進行圖像預處理，然後用相同的算法進行特徵提取，並去除偽特徵點，同時從資料庫中提取指紋特徵與之比對，判斷是否是相同的指紋，最後輸出匹配結果。特徵提取的主要任務是提取分叉點和端點，對於像素P的8鄰域，紋線交叉點數 Cn(P)和紋線端點數Sn(P)分別表示為
權利要求
1.一種基於指紋圖像識別的電子鎖，包括指紋採集裝置(I)、電控裝置(2)、電源裝置(3)、把手(4)、鎖心(5)、鎖舌￠)、內殼(7)、外殼(8);指紋採集裝置採集指紋圖像；電源裝置給指紋鎖供電，可以採用乾電池或其他直流電源；把手轉動帶動機械傳動機構動作，使得鎖舌收入內殼；鎖心為傳統的鑰匙鎖心，當指紋鎖因電源故障或其他故障時，備用的開鎖方法；鎖舌收入內殼時，鎖具為打開狀態，鎖舌未收入內殼時，鎖具為鎖緊狀態；內殼和外殼配合螺絲可以將鎖具固定在安裝位置；其特徵在於指紋採集裝置a)由光電式、電容式、 壓敏式或超聲波式傳感器構成；電控裝置(2)包括數位訊號處理器(21)、存儲器(22)、電動機(23)、電磁鐵(24)。
2.根據權利要求I所述的電子鎖，其特徵在於數位訊號處理器(21)為核心處理器， 接收指紋採集裝置採集的指紋圖像，運行指紋識別算法(25)，完成指紋圖像特徵提取和指紋圖像特徵匹配、聲光報警並與外界通信。
3.根據權利要求I所述的電子鎖，其特徵在於存儲器(22)與數位訊號處理器交換數據，存儲數位訊號處理器的主程序、初始化子程序和指紋識別算法程序，存儲指紋圖像特徵資料庫。
4.根據權利要求I所述的電子鎖，其特徵在於電動機(23)由數位訊號處理器控制， 其運動通過蝸輪蝸杆傳動機構帶動一部分鎖舌運動，使得這部分鎖舌可以收入內殼。
5.根據權利要求I和4所述的電子鎖，其特徵在於電磁體(24)由數位訊號處理器控制，其運動克服彈簧機構的張力帶動其餘部分鎖舌收入內殼。
6.根據權利要求I和2所述的電子鎖，其特徵在於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)首先採集指紋圖像，並進行圖像預處理，然後用一定的算法進行特徵提取，並去除偽特徵點，最後把這些特徵存入資料庫；在線部分 (252)首先採集指紋圖像，並進行圖像預處理，然後用相同的算法進行特徵提取，並去除偽特徵點，同時從資料庫中提取指紋特徵與之比對，判斷是否是相同的指紋，最後輸出匹配結果。
7.根據權利要求I和6所述的電子鎖，其特徵在於特徵提取的主要任務是提取分叉點和端點，對於像素P的8鄰域，紋線交叉點數Cn(P)和紋線端點數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，得到包含偽特徵點的特徵點集。
8.根據權利要求I和7所述的電子鎖，其特徵在於對包含偽特徵點的特徵點集，運行去除偽特徵點算法，包括如下步驟(1)根據圖像的整體特性，設定一個坐標界限(Xmim，Yffliffl)和(X_，Y_)，對於任一端點 P，其坐標(Xp，Yp)，如果(Xp < XJ I I (Yp Xmax) I I (Yp > Yman)，則認為是紋線端點的始端或者末尾；(2)對於毛刺噪聲，設定一個閾值d，設任意一端點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徵點；(3)對於紋線斷續噪聲，設定一個閾值d，設任意兩端點P1,P2，如果IP1-P2 < d，則認為P1和P2為紋線斷續造成的兩個偽特徵點；(4)對於紋線粘連噪聲，設定一個閾值d，設任意兩分叉點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徵點；(5)氣泡噪聲，設定一個閾值d，設任意兩端點P1,P2,如果IP1-P21 < d，則認為P1和P2 為氣泡造成的兩個偽特徵點。
9.根據權利要求I和6所述的電子鎖，其特徵在於建立指紋模板資料庫，每個模板存儲所提取圖像的全部有效特徵點，其中每個特徵點存儲其類型nType和坐標值(x, y)。
全文摘要
本發明公開了一種基於指紋圖像識別的電子鎖，包括指紋採集裝置(1)、電控裝置(2)、電源裝置(3)、把手(4)、鎖心(5)、鎖舌(6)、內殼(7)、外殼(8)；指紋採集裝置(1)由光電式、電容式、壓敏式或超聲波式傳感器構成；電控裝置(2)包括數位訊號處理器(21)、存儲器(22)、電動機(23)、電磁鐵(24)。對原始指紋圖像進行預處理，然後對其特徵點進行存儲，運行去除偽特徵點算法，可以有效地減少要保存的數據量，縮短存儲和讀取資料庫的時間，從而提高特徵匹配的速度，提高特徵匹配的準確性。該電子鎖特徵匹配速度快、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 優先權日2012年3月4日
發明者滕詣迪, 葛龍 申請人:南京理工大學常熟研究院有限公司