當(dāng)今節(jié)能環(huán)保再次成為全球關(guān)注的問題,而作為快速發(fā)展的安防行業(yè)也不例外,并出現(xiàn)了出現(xiàn)具備環(huán)保節(jié)能特征安防產(chǎn)品的新潮。眾所周知,人體生物特征技術(shù)與產(chǎn)品是安防行業(yè)的重要產(chǎn)業(yè)之一,在應(yīng)用極為廣泛與發(fā)展的的同時,不能忽視對環(huán)境潛移默化的影響。其中門禁識別系統(tǒng)也是一典型,它也應(yīng)從自身產(chǎn)品入手,去實(shí)現(xiàn)節(jié)能,去做到環(huán)保。為此本文將以門禁識別系統(tǒng)在環(huán)保應(yīng)用現(xiàn)狀中所面臨挑戰(zhàn)為例述起,從而引發(fā)具備環(huán)保節(jié)能的新穎指紋識別技術(shù)總體設(shè)計(jì)的開拓,并以所研發(fā)聞世的手指靜脈識別技術(shù)與產(chǎn)品為例,對其技術(shù)特征與應(yīng)用作研討,與此同時也對其與常規(guī)門禁系統(tǒng)特性作比較說明?;跀⑹龇奖惚疚南葟某R?guī)門禁系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)述起。
門禁系統(tǒng)管理是現(xiàn)代安全防范系統(tǒng)的重要組成部分,隨著國內(nèi)對門禁系統(tǒng)的安全性、先進(jìn)性和穩(wěn)定性要求的提高,目前比較常用門禁系統(tǒng)主要有指紋、掌形、虹膜和以射頻卡為代表的生物特征識別系統(tǒng)。通常門禁系統(tǒng)又稱出入管理控制系統(tǒng),是一種管理人員進(jìn)出的智能化管理系統(tǒng),其功能可概括為:管理什么人什么時間可以進(jìn)出那些門,并提供事后的查詢報(bào)表等等。常見的門禁系統(tǒng)有:密碼門禁系統(tǒng)、接觸卡門禁系統(tǒng)、非接觸卡門禁系統(tǒng)、生物識別門禁系統(tǒng)等。如用途廣泛的指紋門禁系統(tǒng)就是一典例。指紋門禁統(tǒng)系統(tǒng)以手指取代傳統(tǒng)的鑰匙及現(xiàn)有的IC、ID卡功能,它利用人體指紋的各異性和不變性,為用戶提供安全可靠的加密手段,使用時只需將手指平放在指紋采集儀的采集窗口上,即可完成開鎖任務(wù),操作十分簡便。而且避免了傳統(tǒng)機(jī)械鎖、識別卡、密碼鎖等由于鑰匙的丟失與盜用、識別卡的偽造或密碼鎖的破譯所造成的損失,同時系統(tǒng)還具有屏幕漢字顯示功能,從而增強(qiáng)門禁的防護(hù)措施,實(shí)現(xiàn)了安全管理的功能。由于它是利用人體生物特征指紋來進(jìn)行身份安全識別,采用高科技的數(shù)字圖像處理、生物識別及DSP算法等技術(shù),用于門禁安全、進(jìn)出人員識別控制,應(yīng)該說是符合安防要求的門禁系統(tǒng)。
雖則指紋、掌形、虹膜等生物特征識別的門禁系統(tǒng)它們不僅要在安全性,方便性,易管理性等方面都各有特長,但隨著節(jié)能環(huán)保的大趨勢與新要求,很重要的是門禁系統(tǒng)應(yīng)有新的開拓與突破。
應(yīng)用廣泛的是接觸式卡與非接觸式卡兩種門禁識別系統(tǒng)。接觸式卡要求持卡者將門禁卡與識別器相接觸,以此讀取卡內(nèi)信息;而非接觸卡門禁系統(tǒng)的門禁卡在距門禁識別器的短距離內(nèi),就可以進(jìn)行信息識別與記錄。雖然這兩種主流門禁識別系統(tǒng)可以說是識別度高,準(zhǔn)確率高,門禁卡體積小,攜帶起來方便,但面臨新的挑戰(zhàn)與安全隱患。
如典型的指紋技術(shù)是最早應(yīng)用于門禁系統(tǒng),但指紋識別方式本身存在比較嚴(yán)重的安全隱患。這種暴露在人體外部的生物特征比較容易被復(fù)制,另外在公司這樣用戶比較多的場合,接觸式的指紋認(rèn)證方式并不符合衛(wèi)生要求。指紋識別的不足還體現(xiàn)在幾個方面:對環(huán)境的要求很高,對手指的濕度、清潔度等都很敏感,臟、油、水都會造成識別不了或影響到識別的結(jié)果;某些人或某些群體的指紋特征少,甚至無指紋,所以難以成像;對于脫皮、有傷痕等低質(zhì)量指紋存在識別困難、識別率低的問題, 對于一些手上老繭較多的體力勞動者等部分特殊人群的注冊和識別困難較大;每一次使用指紋時都會在指紋采集頭上留下用戶的指紋印痕,而這些指紋痕跡存在被用來復(fù)制指紋的可能性;指紋識別時的操作規(guī)范要求較高。
生物識別使得人們無需在手持?jǐn)?shù)張門禁卡,只需與人臉、眼部虹膜或者指紋識別器接觸或者在近距離內(nèi)掃描,即可識別成功,可以大量減少了門禁卡的生產(chǎn)。然而,生物識別技術(shù)就完美無缺了嗎?據(jù)了解,生物識別對環(huán)境以及使用者要求都較高。比如指紋不能出現(xiàn)劃傷、眼睛不能出現(xiàn)紅腫出血、面部不能有傷等情況,甚至胡子的多少都會影響識別器的準(zhǔn)確度與靈敏度。同時,安裝高度與使用者高度不好調(diào)節(jié)。倘若生物識別成為主流門禁識別系統(tǒng),那么它所產(chǎn)生的節(jié)能環(huán)保意義將會比這一技術(shù)本身帶來的價(jià)值大很多,因此生物識別門禁系統(tǒng)的普及對于安防行業(yè)節(jié)能環(huán)保有著重要的意義。
需要指出的是,銀行卡、公交一卡通都是門禁識別卡的延伸應(yīng)用,適用范圍已經(jīng)滲透到生活中的方方面面。隨著社會的發(fā)展和生活節(jié)奏的加快,辦公樓大廳,圖書館等公共場所的人流量越來越大,控制這些場所的正常運(yùn)行和保障公眾安全成為管理機(jī)構(gòu)的重要任務(wù)。從節(jié)能環(huán)保的角度考慮,中國有過億的人口,門禁卡持有量是相當(dāng)可觀的,那么各式門禁卡的發(fā)行量也是無法估量的。因此考慮,若是大力推廣多卡合一的一卡通,不僅可以方便攜帶使用。還可以大大減少發(fā)行其他卡類的數(shù)量。這在一定程度上正緩解了卡資源的浪費(fèi)情況,同時還符合節(jié)能環(huán)保的理念。
然而如何將醫(yī)學(xué)科學(xué)、生物識別節(jié)能優(yōu)勢與傳統(tǒng)門禁卡的優(yōu)勢結(jié)合起來,這才是安防門禁企業(yè)需要深思的問題。面對門禁系統(tǒng)應(yīng)面臨新的挑戰(zhàn),于是新穎指紋識別技術(shù)呼之而出。
指紋生物識別技術(shù)指使用指紋特征來對人進(jìn)行識別。那末新穎指紋識別技術(shù)總體設(shè)計(jì)思想如何吶?
首先采用的是指紋傳感器,它可以運(yùn)用電容、光學(xué)、壓力或熱感技術(shù)來獲取手指特征的圖像。最常用的指紋傳感器解決方案首先使用激光或近紅外線或LED 燈照亮指紋,然后使用 CCD 或價(jià)格較為低廉的 CMOS 傳感器進(jìn)行圖像采集。指紋傳感器通常為自包含模塊,其包括可將模擬信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字化數(shù)據(jù)流的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。分辨率、動態(tài)范圍和像素密度均是決定圖像質(zhì)量并影響傳感器精確度的因素。 一旦采集到圖像,數(shù)字信息將被傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器以生成匹配。匹配過程的第一步即調(diào)節(jié)掃描的指紋。指紋閱讀器很少將完整指紋用于識別。而是 DSP 使用算法提取每個指紋的特征和樣式,以生成獨(dú)特的數(shù)字代碼。軟件流中的第二步是讀取從掃描的圖像中生成的代碼,然后將其與數(shù)據(jù)庫的潛在匹配項(xiàng)進(jìn)行比較。比較步驟將需要系統(tǒng)訪問聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫或非易失性存儲器中的指紋信息。
在生物識別指紋掃描中對實(shí)時信號處理的需要使 C55x DSP 成為這一應(yīng)用的一個引入注目的解決方案。C55x 在主動和被動模式下的低功耗功能使其成為指紋掃描應(yīng)用的絕配,因?yàn)樵诮^大部分的時間里,處理器都處于低功耗模式。C55x DSP 的外設(shè)集成包括片上 LDO、片上存儲器和用于連接的USB Phy。安裝片上外設(shè)憑借簡化電路板布局和減少芯片總數(shù)降低了系統(tǒng)總成本。當(dāng)通信外設(shè)與處理器被安裝在同一芯片上時,保護(hù)您的器件免受 ESD的來源的傷害也很重要??梢耘c人體接觸的所有 IO或通信外設(shè)或 ESD 的其它來源均應(yīng)受到保護(hù)。像TPD3E001 這樣的器件可以為 USB 2.0 接口提供高達(dá) 15kV 的多通道 ESD 保護(hù)。
圖1 為新穎指紋識別總體設(shè)計(jì)方案框圖
C55x上發(fā)現(xiàn)的 LCD 橋接器可用于顯示消息或選項(xiàng)菜單。如TSC2003 觸摸屏控制器與應(yīng)用的集成為用戶提供了一種從顯示的菜單選擇選項(xiàng)的方法。此應(yīng)用還內(nèi)置了音頻功能,可以警報(bào)和預(yù)先錄制的語音命令兩種形式為用戶提供反饋。這可以通過C55x 的音頻處理功能,為音頻 DAC 提供數(shù)字音頻流。如用DAC3120 等器件包含能夠驅(qū)動 2.5 瓦單聲道揚(yáng)聲器的內(nèi)置 AB 類放大器,可以將數(shù)字音頻流轉(zhuǎn)換成模擬信號并提高系統(tǒng)集成的能力。由此所構(gòu)建新穎指紋識別總體設(shè)計(jì)方案見圖1所示框圖。
在圖1新穎指紋識別總體設(shè)計(jì)方案框圖中灰色虛線區(qū)內(nèi)為指紋識別器基本部件,而白色虛線區(qū)內(nèi)為指紋識別器可選用的外設(shè)特性。該新穎指紋識別技術(shù)用于各種應(yīng)用,包括電子門禁系統(tǒng)、智能卡、車輛點(diǎn)火開關(guān)控制系統(tǒng)、帶指紋控制存取功能的 USB記憶棒及許多其它應(yīng)用。指紋掃描儀中的數(shù)字信號處理元件可執(zhí)行濾波、轉(zhuǎn)換、特征提取、匹配運(yùn)算及其它算法等復(fù)雜的 DSP 功能。
有了指紋傳感器和實(shí)時信號處理DSP,然后再通過醫(yī)學(xué)應(yīng)用科學(xué)的結(jié)合就成為新穎指紋識別總體設(shè)計(jì)思想,并由此以構(gòu)建出有環(huán)保特征的典型產(chǎn)品--手指靜脈識別裝置。值此以構(gòu)建的新型指紋識別器-手指靜脈識別裝置為例作分析。
醫(yī)學(xué)依據(jù)。手指靜脈是一種新的生物特征識別技術(shù),它源于醫(yī)學(xué)科技領(lǐng)域?qū)θ祟惔竽X功能活動管理的高級開發(fā)項(xiàng)目,在這項(xiàng)開發(fā)中,近紅外線被用來觀察血液流量的增加情況,當(dāng)近紅外線透過人體組織時,靜脈血管中的血紅蛋白對近紅外線具有明顯的吸收作用,從而使靜脈血管分布特征在圖像中以不同的灰度值得到表征。由于伸長方向的隨機(jī)性,使得個體的指靜脈血管分布呈現(xiàn)各異的結(jié)構(gòu),因此能夠確定兩幅靜脈圖像是否來自于同一個手指。同時發(fā)現(xiàn),這種技術(shù)同時也適用于手指靜脈圖像的采集工作。那末手指靜脈識別技術(shù)架構(gòu)又是怎樣吶?
技術(shù)架構(gòu)。手指靜脈識別采用了光傳播技術(shù)來進(jìn)行手指靜脈對比和識別的工作。近紅外線穿過人類的手指時,部分射線就會被血管中的血色素吸收,從而捕捉到獨(dú)有的手指靜脈圖樣,然后再和預(yù)先注冊的手指靜脈圖樣進(jìn)行比較,對個人進(jìn)行身份鑒定,其手指靜脈識別技術(shù)架構(gòu)見圖2所示。經(jīng)醫(yī)學(xué)實(shí)踐證明,手指靜脈的形狀具有唯一性和穩(wěn)定性,即每個人的手指靜脈圖像都不相同,同一個人不同的手指的靜脈圖像也不相同。健康成年人的靜脈形狀不再發(fā)生變化,這就為指靜脈提供了醫(yī)學(xué)依據(jù)。所以,基于手指靜脈圖像原理的識別技術(shù)就有可能成為現(xiàn)實(shí)。從而可利用手指內(nèi)的靜脈分布圖像來進(jìn)行身份別。
圖2 所示為手指靜脈識別技術(shù)架構(gòu)
手指靜脈系統(tǒng)識別流程。圖3為手指靜脈系統(tǒng)的識別流程圖。
圖3 所示手指靜脈識別流程
從圖3可知,先是靜脈掃描,LED在手指一方發(fā)射近紅外線,透射手指,在手指另一方,照相機(jī)拍攝靜脈圖像。從提取到手指靜脈影像的過程,此過程主要是捕捉到手指靜脈影像,然后提取手指靜脈特征信息(即手指靜脈形狀,其形狀見圖3中下端放大的示意圖),并與事先注冊的手指靜脈特征進(jìn)行比對從而確認(rèn)登錄者的身份。為通過掃描圖樣和原有注冊登記的圖樣進(jìn)行對比,就可得出相關(guān)識別結(jié)果(即,通過掃描圖樣和原有注冊登記的圖樣進(jìn)行對比,就可得出相關(guān)識別結(jié)果)。
其指靜脈識別算法采用紋理追蹤的方法提取指靜脈中的線結(jié)構(gòu)信息,通過線結(jié)構(gòu)的匹配進(jìn)行個體識別,可運(yùn)行在PC環(huán)境和嵌入式DSP平臺上。
同其它生物識別技術(shù)相比較而言,該手指靜脈識別技術(shù)具備以下三大主要優(yōu)勢:其一、由于手指靜脈藏匿于身體內(nèi)部,所以不存在仿制或失竊的風(fēng)險(xiǎn),人類手部表面的皮膚條件不會對識別工作造成影響。其二、 非侵入性和非接觸性成像技術(shù)對紅外線的采用,可以確保使用者的便捷性和清潔性。相對于某些生物識別技術(shù),手指靜脈認(rèn)識技術(shù)是非接觸式的,在公共場合會比較衛(wèi)生。其三、 由于手指靜脈形狀的相對穩(wěn)定性和捕捉影像清晰性,所以可對低分辨率相機(jī)拍攝的圖樣資料進(jìn)行小型的簡單數(shù)據(jù)影像技術(shù)處理。其四、安全性高。手指靜脈識別技術(shù)的原理是匹配手指內(nèi)部靜脈的紋路圖。因?yàn)殪o脈血管是隱藏在手指內(nèi)部的,因此極難復(fù)制和盜取,與別的利用人體體外特征進(jìn)行認(rèn)證的技術(shù)相比較,這種方式的安全性更高。同時,靜脈認(rèn)證能感知手指內(nèi)的血液流動和血壓情況,能夠在識別的過程同時進(jìn)行活體檢測。其五、準(zhǔn)確率高 采樣樣本是在人體內(nèi)部,所以匹配過程中受到外界的干擾非常小。手指輕輕一放,觸發(fā)高度準(zhǔn)確識。根據(jù)嚴(yán)格的醫(yī)學(xué)證明和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì),F(xiàn)RR(拒真率) 為0.01%,F(xiàn)AR(認(rèn)假率) 為0.0001%,F(xiàn)TE(注冊失敗率)為0%。
尤其是準(zhǔn)確可靠,其它生物識別技術(shù)是無可此比喻。這是為什么吶?其因是光傳播技術(shù)可以確保能夠拍攝到高對比度的手指靜脈影像,而不受皮膚表面的褶皺、紋理、粗糙度、干濕度等任何缺陷和瑕疵的影響。由于手指靜脈圖樣對比只需要少量的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù),所以日立公司可以開發(fā)出世界上最為快速和精準(zhǔn)的個人身份識別系統(tǒng),并將其在體形小巧、界面友好、價(jià)格適宜的個人身份識別裝置中得以有效應(yīng)用。
由此可知,與其它生物識別技術(shù)的比較,手指靜脈識別技術(shù)在復(fù)制與盜取上比臉型、掌型、指紋及虹膜其難度要大得多;在識別準(zhǔn)確度與使用便攜度上上比臉型、掌型、指紋及虹膜要高得多。尤其是相對于指紋技術(shù)來講,使用更加方便、衛(wèi)生,更加人性化。指靜脈識別則有效的避免傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)安全隱患上的不足,為環(huán)保節(jié)能的生物特征識別技術(shù)與產(chǎn)品開拓了一條切實(shí)保護(hù)人身財(cái)產(chǎn)安全的新路
手指靜脈識別技術(shù)所擁有的優(yōu)勢使其迅速被市場認(rèn)可,為此它被廣泛應(yīng)用于金融系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、電腦安全等。
手指靜脈識別門禁系統(tǒng)構(gòu)建與在企業(yè)門禁管理中的應(yīng)用
手指靜脈由于其安全性高、準(zhǔn)確率高、唯一性、非接觸等優(yōu)點(diǎn)可被廣泛應(yīng)用于門禁安全領(lǐng)域,為辦公環(huán)境到安居環(huán)境提供了一個方便、衛(wèi)生,更加人性化的理想安全解決方案。那末典型的手指靜脈識別門禁系統(tǒng)(以日立產(chǎn)為例)結(jié)構(gòu)組成是怎樣的吶?其圖3.1(a)為組成示意圖。從圖4.1(a)可知其主要組成有I/O控制器、ID管理服務(wù)器、IC卡讀寫器、手指靜脈識注冊終端構(gòu)建。其主要功能指標(biāo)如下:項(xiàng)目一為最大注冊用戶數(shù)量包括:其一、ID管理服務(wù)器多達(dá)56000個ID;其二、識別終端有ID+手指靜脈注冊,每個系統(tǒng)最多6,000個ID(2根手指/ID) 和單獨(dú)使用門禁卡,每個系統(tǒng)最多50.000個ID。項(xiàng)目二為識別方式:其一為1:1識別方式,6,000個ID,12,000根手指(每個ID注冊2根手指);其二為1:N識別方式,64個ID128根手指(每個ID注冊2根手指)。項(xiàng)目三為:支持語種英文、中文簡體字。項(xiàng)目四為:支持匯卡種類:其一為HID iCLASS門禁卡(16k/2)[卡內(nèi)可以儲存手指靜脈數(shù)據(jù);其二為Mifare門禁卡(僅支持序列號比照.卡內(nèi)無法儲存手指靜脈數(shù)據(jù))。項(xiàng)目五為:手指靜脈注冊時間小于1秒(1根手指);手指靜脈識別時間小于1秒(1根手指)。項(xiàng)目六為:FAR(認(rèn)假率) 0.000l%;FRR(拒真率) 為 0.01%。項(xiàng)目七為:通信接口:其一為RS485;其二為 Wiegand 26—44bit(用途:與等三方控制器相連接);其二為LAN(用途:與服務(wù)器相連接)。項(xiàng)目八為:電源,電壓 DCl2V(DCl2V±5%) ,電流3A。其圖4.1(b)為手指靜脈識別終端放大及應(yīng)用示意圖。
圖4.1(a) 為手指靜脈識別門禁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖
圖4.1(b) 為手指靜脈識別終端放大示意圖
在實(shí)際的使用環(huán)境中,手指靜脈系統(tǒng)能夠和企業(yè)(公司、工廠門禁)安防系統(tǒng)以及考勤系統(tǒng)相結(jié)合,詳細(xì)記錄員工出入管理日志,可按照不同的查詢條件查詢,并在發(fā)生危險(xiǎn)的時候報(bào)警。如新型(日立產(chǎn))手指靜脈系統(tǒng)還具備雙重功能,只有不同兩人的不同手指先后通過,才有權(quán)限進(jìn)入安全級要求更高的場所。這將是高端企業(yè)比較好的安全解決方案。其圖4.2為手靜靜脈系統(tǒng)應(yīng)用于企業(yè)門禁管理示意,也是將圖4.1(a)的為手指靜脈識別終端放大及應(yīng)用示意圖。
圖4.2 為手靜靜脈系統(tǒng)應(yīng)用門禁管理示意
應(yīng)用于鐵出入口、辦公樓大廳等公共場所
隨著社會的發(fā)展和生活節(jié)奏的加快,像地鐵出入口,辦公樓大廳,圖書館等公共場所的人流量越來越大,控制這些場所的正常運(yùn)行和安全成為管理機(jī)構(gòu)的重要任務(wù)。用手靜靜脈系統(tǒng)可解決近數(shù)千名人員或各公司員工,在進(jìn)出高峰或上下班的高峰期擁堵的現(xiàn)象,并且將提升為高安全性的公共場所。
為居住環(huán)境安全增加防護(hù)層
智能樓宇系統(tǒng)融合了通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、安全技術(shù)等。在人們在享受高科技帶來的高質(zhì)量生活的同時,居住環(huán)境的安全成為這一切的根本。有它可避免往往出現(xiàn)忘記攜帶卡片或容易被人復(fù)制及盜竊的情況發(fā)生,又避免造成人身不安全與財(cái)產(chǎn)的損害。能夠給住戶帶來更加方便和安全的居住體驗(yàn)。即當(dāng)主人回家或回房時只需要輕輕將手指插入靜脈系統(tǒng),系統(tǒng)就能夠驗(yàn)證有效性。更進(jìn)一步,手指靜脈系統(tǒng)能夠和智能樓宇系統(tǒng)中的電梯聯(lián)動。當(dāng)用戶在大堂門插入手指通過的瞬間,電梯將會自動降到一樓,并在或用戶住戶進(jìn)入電梯的時候,根據(jù)手指靜脈系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的記錄,自動運(yùn)行到用戶所在樓層。而整個過程中,住戶不用按任何按鈕,能夠方便快捷地回到家,這將是一種全新的生活體驗(yàn)。同樣與智能住宅系統(tǒng)類似,對酒店管理也將會是非常方便,實(shí)現(xiàn)了管理的智能化,也能夠提升酒店檔次的一種安全解決方案。
綜上所述,具備環(huán)保節(jié)能特征是安防產(chǎn)品將受到制造廠商與消費(fèi)者的青睞,因?yàn)樗粌H滿足了人們對“環(huán)保與高度安全”的需求,而且識別率高、簡單易用,為各種環(huán)境的安防提供了理想的解決方案。除上述的新穎指紋識別總體設(shè)計(jì)方案是的一典例外,又如智能視分析模塊及應(yīng)用等多種安防技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā),將得到更廣泛的應(yīng)用。