网络分布式指纹识别系统及其实现方法

专利名称：网络分布式指纹识别系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种指纹识别系统及其实现方法，尤其涉及一种基于网络连接 及指纹识别芯片、算法应用的网络分布式指纹识别系统及其实现方法。
背景技术：
在现实的生活、工作中，用于宾馆、楼宇门禁、银行证券的账户管理等的 个人身份识别技术越来越受到人们的关注，而且这种关注程度随着人们文化、 生活水平的日渐提高也在不断地提出新的要求。以往用于使用者个人身份确认
的有形钥匙、IC卡或者无形密码等，都在长期的应用过程中凸显出其不足的一
面。例如钥匙的易被复制性、帐户密码难于记忆且易于丢失及遗忘，即使IC 卡结合无形密码，仍会存在因疏忽造成的ic卡遗失且密码外泄的问题。故 而，寻求一种与生俱来、因人而异的生物特征作为个人身份认定的技术，是当 前乃至未来一个切实可行的发展方向。
生物认证技术是一项新兴的利用人体生物特征来确定个人身份的技术，可 广泛应用于刑侦、安全、银行等领域与不同人体对号入座。现有应用中最突出 的人体生物特征便是指纹和DNA，其中尤以指纹因其易于主观采集和客观物理 比较等特点，成为最早且最常使用的人体生物特征。因此，指纹识别技术在生 物认证领域中占有重要的地位，具有广阔的发展前景。
目前的指纹识别系统大都应用在本机状态，无论是门禁系统，还是个人计 算机账户管理系统，都有着广泛而成熟的应用。但是该技术层面并不适合大型 客户群系统的应用。究其原因，主要是一些联网设备由于网络传输的信息缺少
4有效的加解密手段存在安全隐患，给用户造成极大不便；并且受到所使用的指
纹识别芯片和算法限制，其系统不能使用无须外加存储器或闪存的单片ARM CPU来实现，故而该类系统的构建价格通常非常昂贵。

发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于网络连接的网络分布式指纹识 别系统及其实现方法，进一步扩展指纹识别技术的应用方式，解决指纹识别网 络应用的可实施性及自适应性。
本发明的目的，将通过以下装置性技术方案来实现
网络分布式指纹识别系统，其特征在于所述指纹识别系统包括通过网络 连接的中心服务器和至少一个终端指纹识别器，以基于TCP/IP协议的网络传 输作为通信平台；其中所述中心服务器为装载有指纹获取、识别软件且具有数
据库系统的计算机，并通过数据接口连接有相同于终端指纹识别器的指纹采集 仪。
进一步地，任一所述终端指纹识别器为独立器件，包括一单片机处理单
元、 一触摸自动上电开关，以及通过PCB线路与单片机处理单元焊连的指纹采 集仪、Ethernet接口、控制输出端口和看门狗单元等外围电路，其中所述单片 机处理单元与指纹采集仪连接到同一个触摸自动上电开关上，以获取工作所需 电压。
更进一步地，所述终端指纹识别器还包括备用电池、USB接口、至少一个 LED指示灯，以及选择性连接的输入键盘和LCD显示屏。
更进一步地，所述单片机处理单元为LPC2XXX、 LM3S6965或其他以 ARM7为核心的单片CPU。更进一步地，所述指纹采集仪指的是基于划擦式指纹芯片ATW31X为核心 的器件，或具有指纹采集功能的同类器件。
进一歩地，所述中心服务器与指纹采集仪相连的数据接口为USB接口、
串U、并口或其他计算机可识别兼容的接口形式。
以上述网络分布式指纹识别系统为依托，本发明目的的实现方法是 I 、用户在终端指纹识别器或中心服务器的指纹采集仪上注册指纹模板，
中心服务器的数据库系统分套存储所有指纹模板，并通过网络传输到对应终端
指纹识别器存储独有的指纹模板；
II、 对应各自专属的终端指纹识别器，用户手指碰触指纹采集仪上电并记 录指纹特征值，同时自检网络情况；
III、 网络正常情况下，终端指纹识别器将记录的指纹特征值加密(数据打 碎)、发送给中心服务器，由中心服务器对返回的加密指纹特征值解密(碎片 重组)并与步骤I中注册存储的对应指纹模板进行比对；而当网络异常或中心 服务器故障情况下，由终端指纹识别器本机程序比对记录的指纹特征值与独有 存储的指纹模板；
IV、 根据比对结果，由终端指纹识别器做出断电、报错、开锁或送出正确 信号的控制输出。
进一步地，步骤I中所述用户的指纹模板注册是通过用户同一手指至少三 次划擦指纹采集仪，记录各次的采集结果整合为一套来存储的。
进一步地，步骤m中所述比对过程是指将指纹特征值与对应的整套指纹模
板进行逐个比对。即将采集到的实时指纹特征值与注册时的第一枚指纹模板比 对，如成功则结束比对；否则便顺次与第二或第三枚指纹模板再进行比对。本发明的网络分布式指纹识别系统及其实现方法，其有益效果在于 该网络分布式指纹识别系统提供了用户从中心服务器到终端指纹识别器注 册、存储指纹模板和识别、比对个人指纹特征的灵活性，兼顾了中心服务器基 于网络的集群应用和当网络或中心服务器故障时终端本机识别模式的自适应 性。此外，在网络传输过程中通过内部软件本身的加密、解密算法，提高了指 纹模板数据基于网络的通信安全性。


图1是本发明指纹识别系统的网络拓扑结构图； 图2是本发明指纹识别系统注册指纹及指纹识别的应用流程图； 图3是本发明终端指纹识别器优选实施例的模块结构示意图； 图4是本发明终端指纹识别器另一实施例的模块结构示意图； 图5是本发明终端指纹识别器又一实施例的模块结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明网络分布式指纹识别系统的结构特征、实现方法及有益效果更 易于理解，以下结合若干实施例及其附图进行详细而非限制性的描述。
本发明为进一步扩展指纹识别技术的应用方式，解决指纹识别网络应用的 可实施性及自适应性，把指纹控制和识别技术通过网络与服务器相结合，使之 成为一个网络分布式多用途智能化控制系统。该指纹识别系统非但能在网络环 境下通过加密通信应用，对各终端设备实施控制，还能在网络或中心服务器发 生故障时，自动切换到终端本机模式，单独实施控制。
如图1所示，是本发明网络分布式指纹识别系统的拓扑结构图。由图中所 示可见该指纹识别系统由一台中心服务器1与多台终端指纹识别器(41、42、 43、 44……4N-1、 4N)通过网络3连接构成。其中该中心服务器1是一台 装载有指纹获取、识别软件，且具有数据库系统的普通计算机，并通过USB 接口连接有相同于终端指纹识别器的指纹采集仪2。而网络3是基于TCP/IP传 输协议的，可以应用于不同物理层网络(以太网、无线网等)。 实施例一
作为本发明指纹识别的核心，各终端指纹识别器是相互独立的器件，以平 等的地位接入网络3。如图3所示的终端指纹识别器优选实施例结构模块示意 图可见，其结构包括一单片机处理单元21、 一触摸自动上电开关27，以及通 过PCB线路与单片机处理单元21焊连的指纹采集仪22、 Ethernet接口 24、控 制输出端口 23、看门狗单元28及LED指示灯261、 262等外围电路，其中所 述单片机处理单元21与指纹采集仪22连接到同一个触摸自动上电开关27 上，通过手指触摸形式给终端系统上电，获取工作所需电压。所以终端指纹识 别器平时不耗电，仅在正常使用时才耗费电能。其中单片机处理单元21是该 终端的核心芯片，装载有指纹获取、识别的软件进行程序处理、识别控制输 出，且具有用于存储指纹模板及指纹特征值的闪存单元。它是以ARM7为核心 的单片CPU，其型号可以选用LPC2XXX、 LM3S6965或其他同类高性价比单 片机。而指纹采集仪22也是一性能稳定、优越性较好的指纹采集芯片，本例 中选用的是由ATRUA公司生产的ATW31X芯片制成的指纹采集器件。该单片 机处理单元21和指纹采集仪22连接到同一个触摸自动上电开关27上，通过 用户手指碰触获取两芯片工作所需电源。
作为单片机处理单元21的附属器件也各具特殊功能，具体地该输出控 制端口 23用于将指纹识别结果输出，达到断电、报错、开锁或送出正确信号等控制输出；该Ethernet接口 24用于将该终端指纹识别器接入网络，发送并接 收来自网络中心服务器的数据信号；该LED指示灯可以为多个(实施例中图 示为两个261、 262)，主耍起到该终端工作的状态指示作用；而该看门狗单元 28为由电阻、电容或电感等电子器件构成的滤波、限流、限压电路。 实施例二
如图4所示，是本发明终端指纹识别器另一实施例的模块结构示意图。由 图4对比图3可见，该终端指纹识别器的主要器件及连接方式大致相同，区别 仅在于在单片机处理单元21上通过线路连接了一个键盘输入单元291，以满足 该网络分布式指纹识别系统在特殊应用环境下用户能够进行简单的数字输入。
实施例三
如图5所示，是本发明终端指纹识别器又一实施例的模块结构示意图。由 图5对比图4可见，该终端指纹识别器的主要器件及连接方式也大致相同，区 别仅在于在单片机处理单元21上通过线路又连接了一个LCD显示屏292，以 满足用户对该网络分布式指纹识别系统人机界面的需求。此外，通过从单片机 处理单元21引出的USB接口 25，能够使得该终端指纹识别器在需要的情况下 方便直接与计算机相连，从单独使用切换至网络应用。
上述实施例二和实施例三中终端指纹识别器的键盘输入单元291和LCD 显示屏292为选择性的构件，并非以此限定该指纹识别系统的结构形式。根据 应用的不同要求，该单片机处理单元还可连接其他简单的附属单元。
由以上三个实施例介绍的终端指纹识别器与中心服务器接入以太网构成的 网络分布式指纹识别系统。其实际工作过程如图2所示的流程图可见
指纹模板的注册阶段该网络分布式指纹识别系统提供了中心服务器直接注册和终端木机采集后 通过网络加密传输的远程注册两种注册途径。对于中心服务器直接注册来说， 通过与该中心服务器USB接口相连的指纹采集仪，由用户直接手指碰触采集 指纹特征值，并通过中心服务器装载的指纹获取、识别软件将指纹模板分套注 册存储在中心服务器的数据库系统中，再按照预设的程序将注册的指纹模板通 过网络分发到对应的终端上。对于终端本机远程注册来说，终端指纹识别器采
集指纹特征值，除本地存储独有的指纹模板外，还可通过TCP/IP协议的网络
加密通信传输至中心服务器，完成服务器端数据库系统的指纹模板注册。
其中指纹模板的分套注册是通过用户同一手指至少三次划擦指纹采集仪， 记录各次的采集结果整合为一套来存储的。这样做的目的是为了降低整个指纹 识别系统的在指纹比对时的拒真率，避免只注册一枚指纹模板的情况下，系统 多次无法识别用户指纹特征值而拒绝响应或报错的尴尬情境发生。
指纹特征值的比对阶段
首先、用户在终端指纹识别器上通过手指碰触指纹采集仪，首先激活触摸 自动上电开关，将工作电源接入终端指纹识别器，然后通过用户手指划擦终端 器件记录指纹特征值，并自启动网络状态检测程序。
然后、根据网络自检的结果，终端指纹识别器自动判定指纹比对的方式。 对于网络正常情况下，该指纹识别系统以网络应用为高优先级，终端指纹识别 器将采集到的指纹特征值打碎，并以该加密方式通过网络发送到中心服务器，
再由中心服务器通过内部程序对该指纹特征值碎片进行重组解密，继而在服务 器端将该指纹特征值与数据库中已注册的对应各套的指纹模板进行逐一比对， 具体做法是将实时指纹特征值与注册时的一套指纹的第一枚指纹模板比对，如成功则结束比对；否则便顺次与这套指纹的第二或第三枚指纹模板再进行比 对。最后将比对结果通过网络加解密通信的方式反馈给对应的终端。对于网络 异常或中心服务器故障的情况，终端指纹识别器直接调用木机单片机处理单元 的指纹识别程序和预存的指纹模板进行比对，比对方法与网络模式相同。
最后、根据比对结果，由终端指纹识别器做出断电、报错、开锁或送出正 确信号的控制输出，实现指纹识别系统的网络化控制应用。当某一用户不再需 要使用该指纹识别系统时，可以在中心服务器和终端分别通过软件注销该套指 纹模板。
通过以上多个实施例的结构和工作过程的描述，本发明网络分布式指纹识 别系统及其实现方法的有益效果显而易见(1)提供了用户从屮心服务器到 终端指纹识别器多元化的指纹模板注册、存储方式和比对、识别指纹特征的灵 活选择。(2)对于网络或中心服务器的意外故障，该系统提供了网络模式与 本机模式自动切换的适应性选择，进一步保障了该系统运行的稳定性。(3)
通过基于TCP/IP传输协议的网络和加、解密通信技术进行指纹模板数据的传 输，也进一步提高了指纹识别控制的安全性。(4)通过用户触摸终端的上 电、定时自动待机断电的运作模式，有效节省了能源消耗，延长了单位能耗下 终端系统的使用寿命。(5)基于TCP/IP的传输协议，可以应用于不同物理层 网络，便于用户利用现有网络资源实现简单架构。
综上所述，全面展现了本发明设计的结构特征、实施过程及有益效果。但 并非以此限制本发明实施方式的多样性。因此，但凡对于以上实施例进行简单 修改或等效替换所形成的技术方案，能够实现指纹识别技术网络化多用途应用 的方案，均应视为本发明申请保护的范围内。
权利要求
1. 网络分布式指纹识别系统，其特征在于所述指纹识别系统包括通过网络连接的中心服务器和至少一个终端指纹识别器，以基于TCP/IP协议的网络传输作为通信平台；其中所述中心服务器为装载有指纹获取、识别软件且具有数据库系统的计算机，并通过数据接口连接有相同于终端指纹识别器的指纹采集仪。
2. 根据权利要求1所述的网络分布式指纹识别系统，其特征在于任一 所述终端指纹识别器为独立器件，包括一单片机处理单元、 一触摸自动上电开 关，以及通过PCB线路与单片机处理单元焊连的指纹采集仪、Ethernet接口、 控制输出端口和看门狗单元等外围电路，其中所述单片机处理单元与指纹采集 仪连接到同一个触摸自动上电开关上，以获取工作所需电压。
3. 根据权利要求2所述的网络分布式指纹识别系统，其特征在于所述 终端指纹识别器还包括备用电池、USB接口、至少一个LED指示灯，以及选 择性连接的输入键盘和LCD显示屏。
4. 根据权利要求2所述的网络分布式指纹识别系统，其特征在于所述 单片机处理单元为LPC2XXX、 LM3S6965或其他以ARM7为核心的单片 CPU。
5. 根据权利要求2所述的网络分布式指纹识别系统，其特征在于所述 指纹采集仪指的是基于划擦式指纹芯片ATW31X为核心的器件，或具有指纹采 集功能的同类器件。
6. 根据权利要求1所述的网络分布式指纹识别系统，其特征在于所述 中心服务器与指纹采集仪相连的数据接口为USB接口、串口、并口或其他计算机可识别兼容的接口形式。
7. 网络分布式指纹识别系统的实现方法，其特征在于所述指纹识别系 统包括通过网络连接的中心服务器和至少一个终端指纹识别器，其步骤为-I 、用户在终端指纹识别器或中心服务器的指纹采集仪上注册指纹模板， 中心服务器的数据库系统分套存储所有指纹模板，并通过网络传输到对应终端 指纹识别器存储独有的指纹模板；II、 对应各自专属的终端指纹识别器，用户手指碰触指纹采集仪上电并记 录指纹特征值，同时自检网络情况；III、 网络正常情况下，终端指纹识别器将记录的指纹特征值加密、发送给 中心服务器，由中心服务器对返回的加密指纹特征值解密并与歩骤I中注册存储的对应指纹模板进行比对；而当网络异常或中心服务器故障情况下，由终端 指纹识别器本机程序比对记录的指纹特征值与独有存储的指纹模板；IV、 根据比对结果，由终端指纹识别器做出断电、报错、开锁或送出正确 信号的控制输出。
8. 根据权利要求7所述的网络分布式指纹识别系统的实现方法，其特征 在于步骤I中所述用户的指纹模板注册是通过用户同一手指至少三次划擦指纹采集仪，记录各次的采集结果整合为一套来存储的。
9. 根据权利要求7所述的网络分布式指纹识别系统的实现方法，其特征在于步骤III中所述比对过程是指将指纹特征值与对应的整套指纹模板进行逐 个比对。
全文摘要
本发明公开了一种网络分布式指纹识别系统及其实现方法，包括通过网络连接的中心服务器和至少一个终端指纹识别器，以基于TCP/IP协议的网络传输作为通信平台；其中所述中心服务器为装载有指纹获取、识别软件且具有数据库系统的计算机，并通过数据接口连接有相同于终端指纹识别器的指纹采集仪。指纹模板可在中心服务器和终端指纹识别器上分别得以注册，并通过有线或无线网络传输到对应的终端上；使用时可根据网络自检情况，自动切换远程或本地指纹特征识别模式。提供了用户注册、存储指纹模板和使用的灵活性，兼顾了网络的集群应用和故障情况下的自适应性；而且所有数据传输都经加密处理，进一步提高了指纹识别技术基于网络通信的安全性。
文档编号H04L9/32GK101483524SQ20091002523
公开日2009年7月15日 申请日期2009年2月25日 优先权日2009年2月25日
发明者永 余, 棕 凌, 孔令军, 徐罗斌, 苏 李, 束永慧, 高志顺 申请人:李 苏;孔令军