一种指纹识别IC交通卡及其服务系统的制作方法

本发明涉及一种带有指纹识别功能的IC交通卡，以及采用该IC交通卡的服务系统。

背景技术：

在高速发展的信息时代，传统IC交通卡的安全性和服务质量的弊端越来越突出。交通卡采用不记名无密码支付，导致卡片丢失而被盗刷的现象屡屡可见。市场需要对信息资金安全及便捷支付技术提出更高的要求。指纹特征具有固有的唯一性、稳定性、恒久性以及可采集性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：将指纹识别功能集成在IC交通卡上。

为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种指纹识别IC交通卡，包括用于存储交通卡数据的存储单元，交通卡数据至少包括当前交通卡的卡号，由存取控制单元读取存储单元内的数据或将数据写入存储单元，存取控制单元经由支付通信单元与外部的读卡器建立数据通信，其特征在于，在所述存储单元内还存储有与当前交通卡的卡号绑定的指纹数据，还包括获取启动单元、指纹获取单元、指纹匹配单元及管理通信单元，其中：

获取启动单元，用于接收外部读卡器的信号，接收到信号后，启动指纹获取单元；

指纹获取单元，用于实时获取使用者的指纹数据，并传输给指纹匹配单元；

指纹匹配单元，将通过存取控制单元获取的存储单元内的指纹数据与通过指纹获取单元获取的指纹数据相比较，仅在匹配的情况下，由所述存取控制单元将交通卡数据发送至外部的读卡器；

存取控制单元经由管理通信单元与外部的智能设备建立数据通信，外部的智能设备经由管理通信单元及存取控制单元读取所述存储单元内的交通卡数据及指纹数据，或外部的智能设备经由管理通信单元及存取控制单元相所述存储单元内写入指纹数据。

优选地，所述获取启动单元采用响应外部的读卡器发出的电磁波的谐振电路，由谐振电路产生电容从而使得所述指纹获取单元工作。

优选地，所述指纹数据包括与一个用户对应的一个指纹信息或与一个用户对应的多个指纹信息或与多个用户对应的多个指纹信息。

优选地，所述指纹信息为指纹的灰度共生矩阵，该灰度共生矩阵通过以下方法得到：

利用指纹纹络梯度方向角校正指纹图像旋转方向，并确定指纹中心点以其作为公共特征点的指定区域，选取水平相邻的两个像素位置算子计算指定区域的灰度共生矩阵。

优选地，计算所述灰度共生矩阵的特征作为所述指纹信息。

本发明的另一个技术方案是提供了一种交通卡服务系统，其特征在于，包括指纹数据首次录入设备、上述的指纹识别IC交通卡、读卡器、手持式智能设备、数据中心，其中：

用户首次办理指纹识别IC交通卡时，通过指纹数据首次录入设备录入用户的指纹数据，该指纹数据一方面存入指纹识别IC交通卡的存储单元内，另一方面指纹数据与当前指纹识别IC交通卡的卡号绑定后上传至数据中心，数据中心存储有各指纹识别IC交通卡的卡号及指纹数据与用户通过手持式智能设备设定的用户名及交通卡状态四者之间的映射关系；

读卡器，用于激活指纹识别IC交通卡内的获取启动单元，从而启动指纹获取单元实时获取指纹后利用指纹匹配单元进行指纹匹配，仅在匹配成功后，指纹识别IC交通卡将交通卡数据发送给读卡器，读卡器将获得的交通卡数据上传至数据中心，由数据中心获得当前指纹识别IC交通卡的交通卡状态，读卡器依据交通卡状态对当前指纹识别IC交通卡进行电子现金操作；

手持式智能设备，用于获取当前指纹识别IC交通卡的指纹数据及交通卡数据；用于设定与当前指纹识别IC交通卡对应的用户名，并将用户名与当前指纹识别IC交通卡的卡号绑定后上传至数据服务中心；用于访问数据中心，对与当前指纹识别IC交通卡的卡号相对应的交通卡状态进行修改，或对与当前指纹识别IC交通卡的卡号相对应的指纹数据、用户名、交通卡状态进行查询；用于设定新的指纹数据，新的指纹数据一方面上传至数据中心，另一方面下发至当前指纹识别IC交通卡的存储单元。

优选地，通过所述手持式智能设备为当前指纹识别IC交通卡进行充值。

优选地，通过卡号绑定的指纹信息作为唯一凭证进行卡片丢失后挂失，解挂状态调整操作。

本发明在IC交通卡中采用指纹识别模块作为信息凭证，能实现不影响原有无密支付的便捷体验，并能确保资金使用安全。IC交通卡内部集成微处理器MPU，设计自适应指纹识别算法实现对指纹的高速识别，提高公共场合下的指纹验证处理速度。同时，本发明基于智能手机近场通信，编写与卡片配套的手机应用程序APP，通过指纹作为唯一标识来进行卡片操作，实现实时高效的卡片安全支付。手机APP同时进行IC卡管理操作，读卡器读取IC卡号查询其是否存在或者已挂失等，为用户提供完整卡片服务与现实安全支付解决方案。

本发明提出的基于灰度共生矩阵的自适应指纹识别算法提高了指纹识别的实时性与准确度，将传统的非接触式IC卡加入指纹识别模块转化为具备安全便捷的支付IC卡，同时结合手机APP建立一个终端与服务相结合的系统。在IC卡片挂失技术上提供指纹凭证。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、不改变原有IC交通卡读写机制：新卡只是在卡片内部添加指纹识别模块，相当于存储器的开合装置，所有原有的识别IC卡的识别终端仍可使用，并且老卡也可正常使用，降低成本的同时也降低了投资风险。

2、不影响原有IC交通卡系统快速实时便捷的交互：设计的指纹识别IC卡采用先进的微处理器MPU来处理指纹，采用基于灰度共生矩阵的自适应指纹识别算法匹配指纹，验证通过后即可与读卡器交换卡片数据，保证了便捷性。

3、新增手机APP管理：IC卡配套APP，实现对卡的即时管理，提供的指纹管理极大地方便一人多个指纹和多用户指纹验证，方便日常使用，提升用户满意度。

4、保护资金信息安全：若丢失IC卡，仅需要验证数据库中的指纹信息，即可挂失，提高了信息资金安全性。

附图说明

图1是本发明系统的整体框图；

图2是本发明中基于灰度共生矩阵的自适应指纹识别算法实施流程图；

图3是IC卡运行原理框图；

图4是本发明系统的手机APP服务内容图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的目的是使用指纹识别来加强IC交通卡的安全便捷支付，同时建立一个终端与服务相结合的系统。为此，本发明公开了一种体积小且可灵活适用于不同场合的指纹识别IC交通卡，内部电路结构如图1所示。卡内有片内电源为各个模块提供工作电压，其存取控制单元采用高速微处理器MPU，由微处理器MPU对电可擦可编程只读存储器进行存取操作。电可擦可编程只读存储器内除存储有交通卡数据外，还存储有指纹数据。交通卡数据包括当前指纹识别IC交通卡的卡号等一些卡片的基本信息。本发明中采用指纹灰度共生矩阵特征作为指纹数据，电可擦可编程只读存储器可以存储一个用户的一个指纹灰度共生矩阵特征，或者一个用户的多个指纹灰度共生矩阵特征，或者多个用户的多个指纹灰度共生矩阵特征。指纹灰度共生矩阵特征通过如下方法获得：

结合图2，利用指纹纹络梯度方向角校正指纹图像旋转方向，并确定指纹中心点以其作为公共特征点的指定区域，选取水平相邻的两个像素位置算子计算指定区域的灰度共生矩阵，再计算得到灰度共生矩阵的特征值作为指纹灰度共生矩阵特征。

通过获取指纹灰度共生矩阵特征，可以减少在指纹采集过程中，指纹中心点偏移、纹络方向旋转以及指纹残缺导致识别度不高等问题。

图1中的指纹识别核心模块包括了指纹的实时获取以及指纹的匹配两个方面。指纹的实时获取可采用现有的指纹采集设备来实现，指纹采集设备集成在指纹识别IC交通卡的卡片上，当指纹识别IC交通卡接收到读卡器发出的电磁波时，指纹识别IC交通卡内部的谐振电路产生电容，从而开始指纹的实时采集，并通过手指按压等方式来采集指纹。获取到指纹图像后，可以先进行预处理，然后再提取指纹图像的指纹灰度共生矩阵特征。

指纹的匹配时，将实时获得的指纹图像的指纹灰度共生矩阵特征与存储在电可擦可编程只读存储器内的指纹灰度共生矩阵特征进行匹配，从而得出匹配，或不匹配。只有在匹配的情况下，指纹识别IC交通卡才向外部的读卡器发送交通卡数据，根据交通卡数据中包含的卡号进一步判断当前读卡器是否能够对当前指纹识别IC交通卡进行电子现金的操作。

本实施例的指纹识别IC交通卡采用了微处理器MPU及指纹识别核心模块保证了实时性，可实现高速高效实时安全的刷卡体验。同时，指纹识别IC交通卡通过射频接口，利用NFC等技术建立与手持式智能设备(例如手机)的数据通信，实现对指纹识别IC交通卡的交互式管理。

本发明基于上述指纹识别IC交通卡还提供了一种交通卡服务系统，包括用于指纹识别IC交通卡首次办理时的指纹录入设备、上述的指纹识别IC交通卡、读卡器、手持式智能设备(以下以手机为例进行说明)以及数据中心。

用户在首次办理指纹识别IC交通卡时，通过指纹录入设备录入用户的指纹数据，将该指纹数据与指纹识别IC交通卡的卡号绑定后，一方面上传至数据中心，另一方面将指纹数据录入指纹识别IC交通卡。数据中心存储有各指纹识别IC交通卡的卡号及指纹数据与用户通过手持式智能设备设定的用户名及交通卡状态四者之间的映射关系。

用户在刷卡过程中，读卡器发射电磁波，指纹识别IC交通卡内部谐振电路产生电容，指纹识别核心模块开始采集用户的指纹图像，对指纹图像进行预处理后，获得指纹图像的指纹灰度共生矩阵特征，将该指纹灰度共生矩阵特征与指纹识别IC交通卡内预先存储的指纹灰度共生矩阵特征进行匹配，仅在匹配的情况下，指纹识别IC交通卡向读卡器发送交通卡数据，由读卡器将交通卡数据上传至数据中心，他人捡到卡片也会因为指纹验证无法通过而不能使用。数据中心根据交通卡数据中的卡号找到与其对应的交通卡状态，若交通卡状态显示当前指纹识别IC交通卡处于正常使用中，则读卡器才能对指纹识别IC交通卡进行电子现金操作。

交通卡状态通过手机来设定。手机通过近场通信等技术与指纹识别IC交通卡建立数据通信，并通过其上运行的APP对指纹识别IC交通卡进行管理与查询。用户使用手机时，先利用手机获得用户的指纹数据，APP将该指纹数据上传至数据中心后，若能够找到与指纹数据对应的指纹识别IC交通卡的卡号，则用户能够成功登录该APP。用户登录APP后，一方面可以查询到数据中心内与该卡号对应的相应数据，另一面也可以查询到相应的指纹识别IC交通卡内存储的交通卡数据及指纹数据，从而可以为指纹识别IC交通卡办理充值业务。

另外一方面，通过APP也可以对数据中心及指纹识别IC交通卡的数据进行管理，具体而言，用户可以通过APP在数据中心及指纹识别IC交通卡内录入新的指纹数据，将该指纹数据与卡号及特定的用户名绑定。还可以删除数据中心及指纹识别IC交通卡内已录入的指纹数据。更为重要的是，用户一旦将指纹识别IC交通卡丢失后，可以登录APP，将卡号对应的交通卡状态修改为“挂失”。一但读卡器查询到当前指纹识别IC交通卡的交通卡状态为“挂失”，则不会对当前指纹识别IC交通卡进行电子现金操作，从而有效解决交通卡丢失带来的资金保障问题。

如图3所示为，本发明提供的指纹识别IC交通卡运行原理框图。在指纹识别IC交通卡使用时具有安全高效的支付体验。在支付便捷稳定的同时，保障资金信息安全。具体步骤如下：

步骤A1：当指纹识别IC交通卡进入读卡器范围时，LC谐振电路产生感应电流，形成卡内电源；

步骤A2：根据A1中形成的卡内电源，指纹识别模块开始工作，以指纹中心点建立灰度共生矩阵的特征值与存储器指纹数据比对，判断识别结果，形成自身开关操作；

步骤A3：A2完成后，连接电源与应用电路的射频接口模块开始工作；

步骤A4：卡内存储控制芯片对信号进行调制解调、处理命令和请求；

步骤A5：最后电可擦可编程只读存储器EEPROM作为卡内的数据存储记录卡内的交易记录和特征信息。

如图4所示，为本发明系统的手机APP服务内容图。手机APP在整体系统搭建中起到很大的作用，通过智能手机的指纹识别功能和近场通信接口，APP提供指纹识别IC交通卡服务的具体步骤如下：

步骤B1：用户办理指纹识别IC交通卡时可通过办卡中心扫APP二维码下载APP或者到手机应用市场下载；

步骤B2：B1完成后，通过验证指纹和卡号匹配来登录APP操作，避免传统注册账号登录的繁琐操作；

步骤B3：登录成功后，在APP上查询卡片服务器开放数据库中卡号所包含的信息，包括个人信息和卡片信息；

步骤B4：在卡片贴近手机时，利用手机近场通信功能对卡片“资金”进行查询、充值、挂失和解挂等操作。

步骤B5：在卡片贴近手机时，利用手机近场通信功能对卡片进行指纹管理。能够实现一个用户多个指纹和多用户多指纹录入、删除操作，以增加卡片的使用范围。