工业人机界面的操作权限确定方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种工业人机界面的操作权限确定方法及系统。该操作权限确定方法包括以下步骤：录入所有用户指纹，并将所有用户指纹及其对应身份及操作权限存储至数据库；读取使用者指纹，并生成相应的指纹图像；对该指纹图像进行图像处理以得到特征图像；从特征图像中提取指纹特征；从数据库中提取用户指纹，并将提取的指纹特征和用户指纹逐匹配；给予使用者和匹配的用户指纹相对应的操作权限，并进入一用户界面。本发明的工业人机界面的操作权限确定方法及系统便于使用者操作，无需输入密码来确认权限的动作，能够有效防止操作者忘记操作密码而耽误操作，还能有效杜绝权限以外的使用者盗取密码后进行操作，因而兼具便捷性和安全性。
【专利说明】工业人机界面的操作权限确定方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业人机界面，特别是涉及一种工业人机界面的操作权限确定方法及系统。
【背景技术】
[0002]人机界面(Human Machine Interact1n,简称HMI),又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
[0003]人机结合面是人机系统中的中心环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
[0004]目前，人机界面也大量运用于工业设备上，例如电力控制设备等。工业人机界面(Industrial Human-machine Interface 或简称 Industrial HMI)是一种带微处理器的智能终端，一般用于工业场合，实现人和机器之间的信息交互，包括文字或图形显示以及输入等功能。目前也有大量的工业人机界面因其成熟的人机界面技术和高可靠性而被广泛用于智能楼宇、智能家居、城市信息管理、医院信息管理等非工业领域，因此，工业人机界面正在向应用范围更广的高可靠性智能化信息终端发展。
[0005]根据功能的不同，工业人机界面习惯上被分为文本显示器、触摸屏人机界面和平板电脑三大类。文本显示器一般采用单片机控制，图形化显示功能较弱，成本较低，适合低端的工业人机界面应用。触摸屏人机界面采用较高等级的嵌入式电脑设计，目前比较流行的设计是采用32位的ARM微处理器，主频一般在10MHz以上，采用Linux或WinCE等嵌入式操作系统。触摸屏人机界面具备丰富的图形功能，能够实现各种需求的图形显示、数据存储、联网通讯等功能，且可靠性高，成本比平板电脑低，体积小，是工业场合的首选，近期也逐渐替代工业PC成为主流的智能化信息终端。平板电脑是扁平设计的工业PC机，一般采用X86架构的设计，Windows XP操作系统，带触摸屏，CPU功能强大，可以完成大量的数据运算以及存储，缺点是成本较高，且部分带硬盘和风扇的设计降低系统可靠性。
[0006]工业人机界面一般会配套组态软件，以方便客户的图形化编程。组态软件是一种可视化的图形界面编程工具，一般与厂家的硬件配套使用，不同的工业人机界面硬件一般搭配自己的组态软件。目前人机界面组态软件也开始向开放式的方向发展，比如基于WinCE的组态软件可以用于各种有WinCE操作系统的工业人机界面硬件。
[0007]现有的工业人机界面简单的区分为输入(Input)与输出(Output)两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令(命令)的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命。工业设备具有环境复杂、操作人员多元化的特点，现在市面上所指的工业人机界面多指通过软件较简单的操作控制。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的工业人机界面必须依赖密码输入等手段来确定操作者的权限，因而便捷程度较低且安全性保密性不够高的缺陷，提出一种工业人机界面的操作权限确定方法及系统。
[0009]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
[0010]本发明提供了一种工业人机界面的操作权限确定方法，包括以下步骤:
[0011]S1、录入所有用户的用户指纹，对每一用户指纹进行身份设置和操作权限设置，并将所有用户指纹及其对应身份及操作权限存储至一数据库；
[0012]S2、读取一使用者的指纹，并根据读取的指纹生成一指纹图像；
[0013]S3、对该指纹图像进行图像处理，以得到一特征图像；
[0014]S4、从该特征图像中提取指纹特征，指纹特征包括图像中的端点、分叉点、孤立点、短分叉和环中的至少一类图像特征；
[0015]S5、从该数据库中提取用户指纹，并将提取的指纹特征和用户指纹逐一匹配，并选取匹配成功的用户指纹；
[0016]S6、给予该使用者和选取的用户指纹相对应的操作权限，并进入一用户界面。
[0017]其中，该用户界面可以根据实际需要设置，举例来说，可以是手机等终端设备的开机界面，或者是电脑上一操作系统的登陆后界面，抑或是某一网站的首页界面。
[0018]较佳地，S5包括以下步骤:
[0019]S51、获取最近一段时间内该数据库中的各个用户指纹匹配成功的次数，并根据该次数由大到小的顺序进行排序；
[0020]S52、根据排序的结果将提取的指纹特征依次和各个用户指纹进行匹配，并在匹配任意一用户指纹成功时执行步骤S6，在和所有用户指纹的匹配均失败时拒绝该用户的后续操作。
[0021]在大多终端设备的实际使用中，在一段时间内通常都会有一个或若干用户频繁登陆。与较为复杂运算量较大的指纹匹配过程相比，对数据库中已存有的数据进行排序要简单很多。因此，通过上述步骤设置，很多时候能够大幅降低设备的运算量，提高匹配的效率，减少消耗的时间。
[0022]较佳地，S2中采用半导体电容传感器，通过该使用者的手指触摸后形成的电容值生成该指纹图像。
[0023]具体来说，采用半导体电容传感器生成指纹图像的原理、过程大体如下。首先根据指纹的嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同，来判断什么位置是嵴什么位置是峪。通过对每个像素点上的电容感应颗粒预先充电到某一参考电压。当手指接触到半导体电容指纹表现上时，因为嵴是凸起、峪是凹下，根据电容值与距离的关系，会在嵴和峪的地方形成不同的电容值。然后利用放电电流进行放电。因为嵴和峪对应的电容值不同，所以其放电的速度也不同。嵴下的像素(电容量高)放电较慢，而处于峪下的像素(电容量低)放电较快。根据放电率的不同，可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。
[0024]较佳地，S3中的图像处理包括对该指纹图像进行二值化处理和细化处理。
[0025]较佳地，S3包括以下步骤:
[0026]S31、根据该指纹图像上各个像素处嵴的局部走向，在相应像素附近位置增强和该局部走向相同方向的像素、减弱不同于该局部走向方向的像素，以增强该指纹图像的对比度；
[0027]S32、对该指纹图像做平滑处理；
[0028]S33、对该指纹图像做二值化处理，以减少中间灰度值的像素数量；
[0029]S34、对该指纹图像做细化处理，将该指纹图像中嵴的宽度降为单个像素的宽度或预设览度；
[0030]S35、将经S31-S34的处理后形成的该指纹图像作为该特征图像，然后执行S4。
[0031]经上述处理后，图像具备更大的对比度，更加清晰真实，整个图像在明暗效果上也较为均匀一致，并且图像数据量将会有可观地减少，大大提高了后续匹配动作的效率而在精度上也基本不会有什么损失。
[0032]本发明还提供了一种工业人机界面的操作权限确定系统，包括:
[0033]一数据库，用于存储所有用户的用户指纹，并设置有每一用户指纹对应的身份和操作权限；
[0034]一指纹图像获取模块，用于读取一使用者的指纹，并根据读取的指纹生成一指纹图像；
[0035]一图像处理模块，用于对该指纹图像进行图像处理以得到一特征图像；
[0036]一特征提取模块，用于从该特征图像中提取指纹特征，指纹特征包括图像中的端点、分叉点、孤立点、短分叉和环中的至少一类图像特征；
[0037]一指纹匹配模块，用于从该数据库中提取用户指纹，并将提取的指纹特征和用户指纹逐一匹配，并选取匹配成功的用户指纹；
[0038]一确认模块，用于给予该使用者和选取的用户指纹相对应的操作权限，并进入一用户界面。
[0039]较佳地，该指纹匹配模块包括一排序单元和一匹配单元。
[0040]该排序单元用于获取最近一段时间内该数据库中的各个用户指纹匹配成功的次数、并根据该次数由大到小的顺序进行排序。该匹配单元用于根据排序的结果将提取的指纹特征依次和各个用户指纹进行匹配，并在匹配任意一用户指纹成功时启用该确认模块，在和所有用户指纹的匹配均失败时拒绝该用户的后续操作。
[0041]较佳地，该指纹图像获取模块具有半导体电容传感器，用于通过该使用者的手指触摸后形成的电容值生成该指纹图像。
[0042]较佳地，该图像处理模块所进行的图像处理包括对该指纹图像进行二值化处理和细化处理。
[0043]较佳地，该图像处理模块包括一对比增强单元、一平滑处理单元、一二值化处理单元和一细化处理单元。
[0044]其中，该对比增强单元用于根据该指纹图像上各个像素处嵴的局部走向，在相应像素附近位置增强和该局部走向相同方向的像素、减弱不同于该局部走向方向的像素，以增强该指纹图像的对比度，然后将处理后的该指纹图像发送至该平滑处理单元。
[0045]该平滑处理单元用于对接收到的该指纹图像做平滑处理并发送至该二值化处理单元，该二值化处理单元用于对该指纹图像进行二值化处理以减少中间灰度值的像素数量并将该指纹图像发送至该细化处理单元。
[0046]该细化处理单元用于对接收到的该指纹图像做细化处理，将该指纹图像中嵴的宽度降为单个像素的宽度或预设宽度，然后将处理后形成的该指纹图像作为该特征图像，并启用该特征提取模块。
[0047]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
[0048]本发明的积极进步效果在于:
[0049]本发明的工业人机界面的操作权限确定方法及系统便于使用者操作，无需输入密码来确认权限的动作，能够有效防止操作者忘记操作密码而耽误操作，还能有效杜绝权限以外的使用者盗取密码后进行操作，因而兼具便捷性和安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1为本发明实施例1的工业人机界面的操作权限确定方法的流程图。
[0051]图2为本发明实施例1的工业人机界面的操作权限确定系统的示意图。
【具体实施方式】
[0052]下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0053]实施例1
[0054]参考图1所示，本实施例的电力设备人机界面的操作权限确定方法，包括以下步骤:
[0055]S1、录入所有用户的用户指纹，对每一用户指纹进行身份设置和操作权限设置，并将所有用户指纹及其对应身份及操作权限存储至一数据库；
[0056]S2、读取一使用者的指纹，并根据读取的指纹生成一指纹图像；
[0057]S3、对该指纹图像进行图像处理，以得到一特征图像；
[0058]S4、从该特征图像中提取指纹特征，指纹特征包括图像中的端点、分叉点、孤立点、短分叉和环；
[0059]S51、获取最近一段时间内该数据库中的各个用户指纹匹配成功的次数，并根据该次数由大到小的顺序进行排序；
[0060]S52、根据排序的结果将提取的指纹特征依次和各个用户指纹进行匹配，并在匹配任意一用户指纹成功时执行步骤S6，在和所有用户指纹的匹配均失败时拒绝该用户的后续操作；
[0061]S6、给予该使用者和选取的用户指纹相对应的操作权限，并进入一用户界面。
[0062]其中，S3包括以下步骤:
[0063]S31、根据该指纹图像上各个像素处嵴的局部走向，在相应像素附近位置增强和该局部走向相同方向的像素、减弱不同于该局部走向方向的像素，以增强该指纹图像的对比度；
[0064]S32、对该指纹图像做平滑处理；
[0065]S33、对该指纹图像做二值化处理，以减少中间灰度值的像素数量；
[0066]S34、对该指纹图像做细化处理，将该指纹图像中嵴的宽度降为单个像素的宽度或预设览度；
[0067]S35、将经S31-S34的处理后形成的该指纹图像作为该特征图像，然后执行S4。
[0068]经上述处理后，图像具备更大的对比度，更加清晰真实，整个图像在明暗效果上也较为均匀一致，并且图像数据量将会有可观地减少，大大提高了后续匹配动作的效率而在精度上也基本不会有什么损失。
[0069]本实施例中，S51中所说的“最近一段时间”是指最近一周的时间。S2中采用半导体电容传感器，通过该使用者的手指触摸后形成的电容值生成该指纹图像。具体来说，采用半导体电容传感器生成指纹图像的过程大致如下。
[0070]首先根据指纹的嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同，来判断什么位置是嵴什么位置是峪。通过对每个像素点上的电容感应颗粒预先充电到某一参考电压。当手指接触到半导体电容指纹表现上时，因为嵴是凸起、峪是凹下，根据电容值与距离的关系，会在嵴和峪的地方形成不同的电容值。然后利用放电电流进行放电。因为嵴和峪对应的电容值不同，所以其放电的速度也不同。嵴下的像素(电容量高)放电较慢，而处于峪下的像素(电容量低)放电较快。根据放电率的不同，可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。
[0071]实施例2
[0072]参考图2所示，本实施例的电力设备人机界面的操作权限确定系统，包括一数据库1、一指纹图像获取模块2、一图像处理模块3、一特征提取模块4、一指纹匹配模块5和一确认模块6。
[0073]该数据库用于存储所有用户的用户指纹，并设置有每一用户指纹对应的身份和操作权限。该指纹图像获取模块用于读取一使用者的指纹，并根据读取的指纹生成一指纹图像。该图像处理模块用于对该指纹图像进行图像处理以得到一特征图像。
[0074]该特征提取模块用于从该特征图像中提取指纹特征，这里所说的指纹特征包括图像中的端点、分叉点、孤立点、短分叉和环。该指纹匹配模块用于从该数据库中提取用户指纹，并将提取的指纹特征和用户指纹逐一匹配，并选取匹配成功的用户指纹。该确认模块用于给予该使用者和选取的用户指纹相对应的操作权限，并进入一用户界面。
[0075]其中，该指纹匹配模块包括一排序单元和一匹配单元。
[0076]该排序单元用于获取最近一段时间内该数据库中的各个用户指纹匹配成功的次数、并根据该次数由大到小的顺序进行排序。该匹配单元用于根据排序的结果将提取的指纹特征依次和各个用户指纹进行匹配，并在匹配任意一用户指纹成功时启用该确认模块，在和所有用户指纹的匹配均失败时拒绝该用户的后续操作。
[0077]并且，该指纹图像获取模块具有半导体电容传感器，用于通过该使用者的手指触摸后形成的电容值生成该指纹图像。此外，该图像处理模块具体则包括一对比增强单元、一平滑处理单元、一二值化处理单元和一细化处理单元。
[0078]其中，该对比增强单元用于根据该指纹图像上各个像素处嵴的局部走向，在相应像素附近位置增强和该局部走向相同方向的像素、减弱不同于该局部走向方向的像素，以增强该指纹图像的对比度，然后将处理后的该指纹图像发送至该平滑处理单元。
[0079]该平滑处理单元用于对接收到的该指纹图像做平滑处理并发送至该二值化处理单元，该二值化处理单元用于对该指纹图像进行二值化处理以减少中间灰度值的像素数量并将该指纹图像发送至该细化处理单元。
[0080]该细化处理单元用于对接收到的该指纹图像做细化处理，将该指纹图像中嵴的宽度降为单个像素的宽度或预设宽度，然后将处理后形成的该指纹图像作为该特征图像，并启用该特征提取模块。
[0081]虽然以上描述了本发明的【具体实施方式】，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种工业人机界面的操作权限确定方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、录入所有用户的用户指纹，对每一用户指纹进行身份设置和操作权限设置，并将所有用户指纹及其对应身份及操作权限存储至一数据库； 52、读取一使用者的指纹，并根据读取的指纹生成一指纹图像； s3、对该指纹图像进行图像处理，以得到一特征图像； s4、从该特征图像中提取指纹特征，指纹特征包括图像中的端点、分叉点、孤立点、短分叉和环中的至少一类图像特征； 55、从该数据库中提取用户指纹，并将提取的指纹特征和用户指纹逐一匹配，并选取匹配成功的用户指纹； 56、给予该使用者和选取的用户指纹相对应的操作权限，并进入一用户界面。
2.如权利要求1所述的操作权限确定方法，其特征在于，S5包括以下步骤: 551、获取最近一段时间内该数据库中的各个用户指纹匹配成功的次数，并根据该次数由大到小的顺序进行排序； 552、根据排序的结果将提取的指纹特征依次和各个用户指纹进行匹配，并在匹配任意一用户指纹成功时执行步骤s6，在和所有用户指纹的匹配均失败时拒绝该用户的后续操作。
3.如权利要求1所述的操作权限确定方法，其特征在于，S2中采用半导体电容传感器，通过该使用者的手指触摸后形成的电容值生成该指纹图像。
4.如权利要求1所述的操作权限确定方法，其特征在于，S3中的图像处理包括对该指纹图像进行二值化处理和细化处理。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的操作权限确定方法，其特征在于，S3包括以下步骤: 531、根据该指纹图像上各个像素处嵴的局部走向，在相应像素附近位置增强和该局部走向相同方向的像素、减弱不同于该局部走向方向的像素，以增强该指纹图像的对比度； 532、对该指纹图像做平滑处理； 533、对该指纹图像做二值化处理，以减少中间灰度值的像素数量； s34、对该指纹图像做细化处理，将该指纹图像中嵴的宽度降为单个像素的宽度或预设宽度； S35、将经S31-s34的处理后形成的该指纹图像作为该特征图像，然后执行s4。
6.一种工业人机界面的操作权限确定系统，其特征在于，包括: 一数据库，用于存储所有用户的用户指纹，并设置有每一用户指纹对应的身份和操作权限； 一指纹图像获取模块，用于读取一使用者的指纹，并根据读取的指纹生成一指纹图像； 一图像处理模块，用于对该指纹图像进行图像处理以得到一特征图像； 一特征提取模块，用于从该特征图像中提取指纹特征，指纹特征包括图像中的端点、分叉点、孤立点、短分叉和环中的至少一类图像特征； 一指纹匹配模块，用于从该数据库中提取用户指纹，并将提取的指纹特征和用户指纹逐一匹配，并选取匹配成功的用户指纹； 一确认模块，用于给予该使用者和选取的用户指纹相对应的操作权限，并进入一用户界面。
7.如权利要求6所述的操作权限确定系统，其特征在于，该指纹匹配模块包括一排序单元和一匹配单元； 该排序单元用于获取最近一段时间内该数据库中的各个用户指纹匹配成功的次数、并根据该次数由大到小的顺序进行排序； 该匹配单元用于根据排序的结果将提取的指纹特征依次和各个用户指纹进行匹配，并在匹配任意一用户指纹成功时启用该确认模块，在和所有用户指纹的匹配均失败时拒绝该用户的后续操作。
8.如权利要求6所述的操作权限确定系统，其特征在于，该指纹图像获取模块具有半导体电容传感器，用于通过该使用者的手指触摸后形成的电容值生成该指纹图像。
9.如权利要求6所述的操作权限确定系统，其特征在于，该图像处理模块所进行的图像处理包括对该指纹图像进行二值化处理和细化处理。
10.如权利要求6-9中任意一项所述的操作权限确定系统，其特征在于，该图像处理模块包括一对比增强单元、一平滑处理单元、一二值化处理单元和一细化处理单元； 该对比增强单元用于根据该指纹图像上各个像素处嵴的局部走向，在相应像素附近位置增强和该局部走向相同方向的像素、减弱不同于该局部走向方向的像素，以增强该指纹图像的对比度，然后将处理后的该指纹图像发送至该平滑处理单元； 该平滑处理单元用于对接收到的该指纹图像做平滑处理并发送至该二值化处理单元，该二值化处理单元用于对该指纹图像进行二值化处理以减少中间灰度值的像素数量并将该指纹图像发送至该细化处理单元； 该细化处理单元用于对接收到的该指纹图像做细化处理，将该指纹图像中嵴的宽度降为单个像素的宽度或预设宽度，然后将处理后形成的该指纹图像作为该特征图像，并启用该特征提取模块。
【文档编号】G06F21/32GK104376245SQ201410549410
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】汪鑫 申请人:上海嘉炽自动化系统工程有限公司