本發(fā)明涉及手指靜脈識(shí)別技術(shù)，具體涉及一種基于智能手機(jī)分離處理的手指靜脈識(shí)別系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的手指靜脈識(shí)別技術(shù)是基于采集和處理結(jié)合在一起的設(shè)備平臺(tái)，采集到手指靜脈圖像數(shù)據(jù)后，再進(jìn)行預(yù)處理，特征提取和認(rèn)證識(shí)別，由于手指靜脈圖像對(duì)比度和信噪比都比較低，需要較復(fù)雜的增強(qiáng)算法，如gabor濾波，在特征提取方面需要用到諸如surf等復(fù)雜的局部特征點(diǎn)提取，提取特征后還需要壓縮，上述算法關(guān)系到識(shí)別精度，有大量的浮點(diǎn)數(shù)和迭代運(yùn)算，即要求該設(shè)備平臺(tái)具有很強(qiáng)的計(jì)算能力和較大的內(nèi)存空間。

目前，市面上的手指靜脈識(shí)別設(shè)備大多是集采集和處理于一體，設(shè)備硬件成本較高，難以滿(mǎn)足大范圍推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明首先提供一種基于智能手機(jī)分離處理的手指靜脈識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)將手指靜脈采集和信息處理分離處理，借助于現(xiàn)有的智能手機(jī)，將復(fù)雜的處理算法移植到智能手機(jī)上，有效降低系統(tǒng)硬件成本，便于推廣。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

一種基于智能手機(jī)分離處理的手指靜脈識(shí)別系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于，包括手指靜脈采集終端和智能手機(jī)平臺(tái)，所述手指靜脈采集終端和智能手機(jī)平臺(tái)之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信實(shí)現(xiàn)信息交互，其中：

所述手指靜脈采集終端包括近紅外光源模塊、近紅外攝像頭、微控制器以及第一無(wú)線(xiàn)通信模塊，所述近紅外光源模塊和近紅外攝像頭模塊相對(duì)設(shè)置，二者之間預(yù)留有用于放置手指的采集槽，所述微控制器一方面用于控制所述紅外光源模塊的光照強(qiáng)度，另一方面通過(guò)所述近紅外攝像頭采集手指靜脈信息，并通過(guò)所述第一無(wú)線(xiàn)通信模塊上傳至智能手機(jī)平臺(tái)；

所述智能手機(jī)平臺(tái)設(shè)置有與所述第一無(wú)線(xiàn)通信模塊相匹配的第二無(wú)線(xiàn)通信模塊，該智能手機(jī)平臺(tái)通過(guò)所述第二無(wú)線(xiàn)通信模塊接收所述手指靜脈采集終端上傳的手指靜脈信息，智能手機(jī)平臺(tái)中的信號(hào)處理器提取手指靜脈信息的信號(hào)特征，并將其反饋到手指靜脈采集終端中；

手指靜脈采集終端通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)設(shè)的信號(hào)特征匹配，最終輸出手指靜脈識(shí)別結(jié)果。

基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明在功能上將手指靜脈識(shí)別的四個(gè)識(shí)別過(guò)程(采集，預(yù)處理，特征提取和匹配識(shí)別)分離出來(lái)，將需要大量計(jì)算資源的預(yù)處理和特征提取移至智能手機(jī)上進(jìn)行，在手指靜脈采集終端上保留原有的現(xiàn)場(chǎng)活體采集和認(rèn)證的功能，簡(jiǎn)化了手指靜脈識(shí)別終端的設(shè)計(jì)，只需保留采集和簡(jiǎn)單的匹配功能，從而降低計(jì)算資源要求，節(jié)約系統(tǒng)硬件成本。

進(jìn)一步地，所述智能手機(jī)平臺(tái)中設(shè)置有內(nèi)核、數(shù)字信號(hào)處理器、圖像處理單元以及液晶顯示器，數(shù)字信號(hào)處理器主要用于圖像信息的預(yù)處理，圖像處理單元用于實(shí)現(xiàn)圖像特征提取。

進(jìn)一步地，所述第一無(wú)線(xiàn)通信模塊和第二無(wú)線(xiàn)通信模塊為藍(lán)牙模塊，當(dāng)然也可以采用其它無(wú)線(xiàn)通信方式，比如wifi網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)一步地，在所述手指靜脈采集終端設(shè)置有二維碼，所述智能手機(jī)平臺(tái)通過(guò)掃描該二維碼自動(dòng)鏈接進(jìn)入服務(wù)器，并下載用于實(shí)現(xiàn)手指靜脈識(shí)別的處理軟件。

基于上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本發(fā)明還提出一種基于智能手機(jī)分離處理的手指靜脈識(shí)別方法，按照以下步驟進(jìn)行：

s1：通過(guò)手指靜脈采集終端采集手指靜脈圖像；

s2：手指靜脈采集終端對(duì)步驟s1所采集的手指靜脈圖像加密；

s3：手指靜脈采集終端將加密后的手指靜脈圖像通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式上傳到智能手機(jī)平臺(tái)；

s4：智能手機(jī)平臺(tái)對(duì)加密后的手指靜脈圖像進(jìn)行解密還原；

s5：智能手機(jī)平臺(tái)對(duì)解密還原后的手指靜脈圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理；

s6：智能手機(jī)平臺(tái)對(duì)增強(qiáng)后的手指靜脈圖像進(jìn)行特征提取，得到特征向量；

s7：智能手機(jī)平臺(tái)對(duì)提取后的特征向量進(jìn)行壓縮加密；

s8：智能手機(jī)平臺(tái)將壓縮加密后的特征向量下載到手指靜脈采集終端中；

s9：手指靜脈采集終端對(duì)下載的特征向量進(jìn)行解密處理；

s10：手指靜脈采集終端判斷下載的特征向量是否用于進(jìn)行判斷識(shí)別，如果是，則進(jìn)入步驟s11，否則，該特征向量是用于注冊(cè)的特征向量，將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中；

s11:手指靜脈采集終端將解密后的特征向量與數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)特征向量進(jìn)行匹配；

s12：由所述手指靜脈采集終端向外輸出匹配結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述智能手機(jī)平臺(tái)還設(shè)置有用于輸出提示用戶(hù)將手指放置到手指靜脈采集終端上的步驟。

進(jìn)一步地，步驟s2中的圖像加密采用混沌logistic置亂加密。

進(jìn)一步地，所述混沌logistic置亂加密的密鑰由所述手指靜脈采集終端每天隨機(jī)產(chǎn)生，并在與所述智能手機(jī)平臺(tái)握手連接時(shí)，通過(guò)握手信號(hào)傳送給智能手機(jī)平臺(tái)。

進(jìn)一步地，所述手指靜脈采集終端中的近紅外攝像頭獲取得到的原始圖像大小為320*240，微控制器將其裁剪為160*64的大小后再做加密處理，通過(guò)圖像裁剪，僅僅選擇部分?jǐn)y帶靜脈圖像信息的圖片進(jìn)行異地處理，從而有效降低數(shù)據(jù)的傳輸量。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明將手指靜脈圖像采集和識(shí)別處理過(guò)程分開(kāi)，簡(jiǎn)化手指靜脈識(shí)別采集設(shè)備的硬件和軟件，降低其硬件平臺(tái)成本，采集平臺(tái)中的微控制器只需要控制攝像頭，光源和與無(wú)線(xiàn)通信模塊即可，充分利用現(xiàn)有手機(jī)上硬件處理數(shù)字圖像的能力，有效克服了現(xiàn)有系統(tǒng)因?yàn)橛布杀酒叨y以市場(chǎng)普及的缺陷，同時(shí)設(shè)備之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對(duì)較少，有效保證了信息處理的實(shí)時(shí)性。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖；

圖2為本發(fā)明的信息處理流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

需要注意的是，除非另有說(shuō)明，本申請(qǐng)使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。

如圖1所示，本實(shí)施例中首先提供一種基于智能手機(jī)分離處理的手指靜脈識(shí)別系統(tǒng)，包括手指靜脈采集終端和智能手機(jī)平臺(tái)，所述手指靜脈采集終端和智能手機(jī)平臺(tái)之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊實(shí)現(xiàn)信息交互，其中：

所述手指靜脈采集終端包括近紅外光源模塊、近紅外攝像頭、微控制器以及第一無(wú)線(xiàn)通信模塊，所述近紅外光源模塊和近紅外攝像頭模塊相對(duì)設(shè)置，二者之間預(yù)留有用于放置手指的采集槽，所述微控制器一方面用于控制所述紅外光源模塊的光照強(qiáng)度，另一方面通過(guò)所述近紅外攝像頭采集手指靜脈信息，并通過(guò)所述第一無(wú)線(xiàn)通信模塊上傳至智能手機(jī)平臺(tái)；

所述智能手機(jī)平臺(tái)設(shè)置有與所述第一無(wú)線(xiàn)通信模塊相匹配的第二無(wú)線(xiàn)通信模塊，該智能手機(jī)平臺(tái)通過(guò)所述第二無(wú)線(xiàn)通信模塊接收所述手指靜脈采集終端上傳的手指靜脈信息，智能手機(jī)平臺(tái)中的信號(hào)處理器提取手指靜脈信息的信號(hào)特征，并將其反饋到手指靜脈采集終端中；

手指靜脈采集終端通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)設(shè)的信號(hào)特征匹配，最終輸出手指靜脈識(shí)別結(jié)果。

實(shí)施過(guò)程中，所述第一無(wú)線(xiàn)通信模塊和第二無(wú)線(xiàn)通信模塊為藍(lán)牙模塊。

為了更好的實(shí)現(xiàn)手指靜脈圖像的分離式處理，所述智能手機(jī)平臺(tái)中設(shè)置有內(nèi)核、數(shù)字信號(hào)處理器、圖像處理單元以及液晶顯示器。

基于目前智能手機(jī)的發(fā)展，智能手機(jī)平臺(tái)中的手指靜脈識(shí)別系統(tǒng)通常設(shè)置成一款專(zhuān)用的app軟件，為了方便軟件下載和安裝，在所述手指靜脈采集終端設(shè)置有二維碼，該二維碼對(duì)應(yīng)一個(gè)軟件下載地址，所述智能手機(jī)平臺(tái)通過(guò)掃描該二維碼自動(dòng)鏈接進(jìn)入服務(wù)器，并下載用于實(shí)現(xiàn)手指靜脈識(shí)別的處理軟件，通過(guò)安裝預(yù)設(shè)的處理軟件，智能手機(jī)平臺(tái)即可與手指靜脈采集終端之間進(jìn)行近距離藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)連接。

如圖2所示，本實(shí)施例還提出一種基于智能手機(jī)分離處理的手指靜脈識(shí)別方法，在具體處理過(guò)程中，按照以下步驟進(jìn)行：

s1：當(dāng)智能手機(jī)平臺(tái)與手指靜脈采集終端建立藍(lán)牙連接后，所述智能手機(jī)平臺(tái)上預(yù)先安裝的用于實(shí)現(xiàn)手指靜脈識(shí)別的app軟件即開(kāi)始工作，先輸出提示信息，提示用戶(hù)將手指放置到手指靜脈采集終端上，用戶(hù)做出該動(dòng)作后，手指靜脈采集終端檢測(cè)到該手指放置在合適的位置時(shí)，即可通過(guò)近紅外攝像頭采集該用戶(hù)的手指靜脈圖像；

為了減少信息傳輸量，所述手指靜脈采集終端中的近紅外攝像頭獲取得到的原始圖像大小為320*240，微控制器將其裁剪為160*64的大小后再進(jìn)入步驟s2做加密處理，裁剪后的靜脈圖像記為i0，每個(gè)像素的灰度值都在[0255]之間。

s2：手指靜脈采集終端對(duì)步驟s1所采集的手指靜脈圖像加密；

在本實(shí)施例中，獲得原始手指靜脈圖像i0后進(jìn)行混沌logistic置亂加密，logistic函數(shù)是源于一個(gè)人口統(tǒng)計(jì)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其系統(tǒng)方程形式如下：

x(k+1)＝u*x(k)*[1-x(k)](k＝0,1,…,n)(1)

該方程只需要2個(gè)參數(shù)，分別是初值x(0)和參數(shù)u，在滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件時(shí)：

①：0<x(0)<1；②：3.5699456...<u<＝4

logistic函數(shù)工作于混沌狀態(tài)。例如可以取x(0)＝0.1和u＝4，當(dāng)?shù)鷑次后，就得到了x(1)、x(2)、…，x(n)的序列。那么這就是一個(gè)混沌序列，是一維的暫且稱(chēng)作序列a，也就是我們想要得到的序列，該序列數(shù)值在(0,1)之間，可以映射到(0,255)之間。如果n的取值與靜脈roi區(qū)域的像素值一樣多，即n＝160*64，將該序列也排列成160*64大小的一個(gè)矩陣，稱(chēng)為b。

將圖像矩陣a與矩陣b每個(gè)對(duì)應(yīng)位置(i,j)的像素值進(jìn)行異或運(yùn)算得到新的加密后的圖像c，如下公式所示：

i1(i,j)＝i0(i,j)⊕b(i,j)

上述加密過(guò)程的密鑰是：u和x(0)，可以由所述手指靜脈采集終端每天隨機(jī)產(chǎn)生，并在與所述智能手機(jī)平臺(tái)握手連接時(shí)，通過(guò)握手信號(hào)傳送給智能手機(jī)平臺(tái)，便于后續(xù)解密處理。

s3：手指靜脈采集終端將加密后的手指靜脈圖像通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信方式上傳到智能手機(jī)平臺(tái)；

s4：智能手機(jī)平臺(tái)對(duì)加密后的手指靜脈圖像進(jìn)行解密還原；

結(jié)合前面描述，當(dāng)智能手機(jī)平臺(tái)中的app程序接收到i1圖像后，再用下述公式解密恢復(fù)出i0圖像，d與a是相同的圖像：

i0(i,j)＝i1(i,j)⊕b(i,j)

由于密鑰由手指靜脈采集終端隨機(jī)產(chǎn)生，一天一密，手指靜脈采集終端將加密后的手指靜脈圖像和動(dòng)態(tài)密碼上傳給智能手機(jī)平臺(tái)，智能手機(jī)平臺(tái)app解密獲得原始的手指靜脈圖像，再做預(yù)處理。

s5：智能手機(jī)平臺(tái)對(duì)解密還原后的手指靜脈圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理；

在圖像增強(qiáng)處理過(guò)程中，通常包括中值濾波，灰度均衡，以及三個(gè)尺度八個(gè)方向的gabor濾波，gabor濾波核的公式描述如下：

其中i為虛數(shù)單位，ψ＝0，σ為尺度，θ為濾波方向，當(dāng)取三個(gè)尺度，八個(gè)方向后，可以得到24個(gè)gabor濾波模板，將這些濾波模板分別與手指靜脈圖像進(jìn)行卷積后得到24個(gè)結(jié)果圖像，再將每個(gè)位置上的最小值取出來(lái)融合為一副圖像，從而獲得增強(qiáng)后的靜脈圖像并記錄為i2。

s6：智能手機(jī)平臺(tái)對(duì)增強(qiáng)后的手指靜脈圖像進(jìn)行特征提取，得到特征向量；使用增強(qiáng)后的靜脈圖像進(jìn)行特征提取，如先提取uniformlbp特征，再將lbp特征圖分成16*16的塊，統(tǒng)計(jì)每個(gè)塊中的58種uniformlbp特征的直方圖，原圖像大小為160*64，分塊16*16,即有40個(gè)塊，每個(gè)塊有58個(gè)字節(jié)，連接所有塊的lbp直方圖數(shù)據(jù)作為特征向量t0，該向量為40*58＝2320個(gè)字節(jié)；

s7：智能手機(jī)平臺(tái)對(duì)提取后的特征向量進(jìn)行壓縮加密；

實(shí)施過(guò)程中，依然通過(guò)前面的混沌logistic置亂加密進(jìn)行壓縮加密，最后后變?yōu)樘卣飨蛄縯1；

s8：智能手機(jī)平臺(tái)將壓縮加密后的特征向量t1下載到手指靜脈采集終端中；

s9：手指靜脈采集終端對(duì)下載的特征向量進(jìn)行解密處理；

s10：手指靜脈采集終端判斷下載的特征向量是否用于進(jìn)行判斷識(shí)別，如果是，則進(jìn)入步驟s11，否則，該特征向量是用于注冊(cè)的特征向量，將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中；

s11:手指靜脈采集終端將解密后的特征向量與數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)特征向量進(jìn)行匹配；

s12：由所述手指靜脈采集終端向外輸出匹配結(jié)果。

通過(guò)上述過(guò)程可以理解，手指靜脈采集終端接收到加密后的特征向量t1后，如果是屬于注冊(cè)信息，則直接存儲(chǔ)在外存儲(chǔ)器flash中，如果是做匹配識(shí)別，就先將t1解密為特征向量t0，將恢復(fù)的特征向量t0與所有已注冊(cè)的特征向量進(jìn)行距離匹配，選取出距離最小的注冊(cè)特征向量與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，低于該閾值即識(shí)別該手指靜脈為距離最小的用戶(hù)，從而向外輸出匹配結(jié)果，使其可以進(jìn)行門(mén)禁或執(zhí)行打卡操作。

基于上述構(gòu)思，可以理解，本實(shí)施例通過(guò)在功能上將手指靜脈識(shí)別的四個(gè)識(shí)別過(guò)程(采集，預(yù)處理，特征提取和匹配識(shí)別)分離出來(lái)，將需要大量計(jì)算資源的預(yù)處理和特征提取移至智能手機(jī)上進(jìn)行，在手指靜脈采集終端保留原有的現(xiàn)場(chǎng)活體采集和認(rèn)證的功能。簡(jiǎn)化手指靜脈識(shí)別終端的設(shè)計(jì)，只需保留采集和簡(jiǎn)單的匹配功能，降低計(jì)算資源要求，節(jié)約硬件成本。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)的范圍當(dāng)中。