專利名稱：指紋寄存柜人機接口技術及其管理方法
技術領域：
本發明屬于指紋識別應用技術人機接口技術范疇，它采用圖形結合文字說明的人機界面 提供給用戶操作方便、易于使用的人機接口；同時通過同一人機接口為設備管理者提供一個 安全機制健全、便于管理的指紋識別寄存裝置管理方法。
背景技術：
目前的公共場所臨時寄存保管應用產品中，技術成熟并且被廣泛使用的仍然是條碼掃描 和鍵盤輸入數字密碼寄存柜。
很顯然生物識別技術將為這一應用(技術)提供一個更方便且安全可靠的解決方案，生 物識別技術根據人體自身的生理特征來識別個人的身份，它不需要使用者記住任何密碼,也不 需隨身攜帶像智能卡、條碼紙之類的東西。因此這種技術是目前最為方便與安全的識別技術。 生物識別技術包括虹膜識別技術、視網膜識別技術、面部識別技術、聲音識別技術、指紋識 別等多種技術。其中指紋識別技術是目前最為成熟的、應用也最為廣泛的生物識別技術。每 個人指紋的皮膚紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同，也就是說，這些指紋特征是唯一的， 并且終生不變。依靠這種唯一性和穩定性，我們就可以把一個人同他的指紋對應起來，通過 將采集到的指紋和預先保存的指紋模板進行比較，就可以達到驗證使用者真實身份的目的。
指紋識別系統是通過指紋采集、分析和對比指紋特征來實現快速準確的身份認證。指紋 采集器采集到指紋圖像后，才能被計算機進行識別、處理。采集到的指紋圖像的質量會直接 影響到識別的精度以及指紋識別系統的處理速度，因此指紋采集技術是指紋識別系統的關鍵 技術之一！
指紋識別技術可靠性很大程度取決于生成特征文件和特征文件合并生成指紋模板，特征 點數據是取之于那些指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置。形成的指紋圖像的特征數 據，通常稱為"指紋模板"。指紋識別就是通過將新采集的指紋圖像特征數據模板與保存在指 紋庫的特征數據模板進行比較，計算它們的相似程度，最后得出匹配與否的識別結果，以鑒 定個人的身份的方法。
由上看出，指紋識別技術的核心技術是指紋圖像的采集和圖像處理與識別技術(及通常 所說的指紋識別算法)。而指紋圖像處理與識別及特征文件的生成又在很大程度上取決于指紋 圖像的采集。特別是在人員流動性大的公共場所使用的指紋寄存柜，由于使用的操作人員良莠不齊， 對指紋識別技術和設備的熟悉了解程度各不相同，造成使用習慣、熟練程度各不相同。因此 為了使指紋識別寄存裝置達到普及性的、較好的使用效果，需要一種友好、簡潔的用戶使用 操作界面，以便于用戶在使用過程中實現髙質量的指紋圖像采集，以達到髙可靠的識別率， 從而達成良好的使用效果。
之前也有提出了將指紋識別技術的應用于在物品寄存保管這一領域的技術解決方案。中 國實用新型專利專利號ZL02278549. 3,中國專利公開(公告〉號CN2561029公開一種《投幣式 指紋門禁保管箱》，提出一種計算機控制、用指紋作密碼的投幣式指紋門禁保管箱。該技術對 于用戶操作時的指紋采集，以及設備管理方面的錢幣處理，非正常情況下的開柜處理以及其 它的管理功能均未提出解決辦法。
中國專利申請號200610085207. 9,公開(公告)號CN1870057公開一種《指紋識別金屬 柜智能管理控制系統及其管理控制方法》,采用計算機主機控制，并通過USB通訊接n連接"指 紋識別控制器"。該技術對于用戶操作時的指紋采集、在指紋登錄時需要管理員授權，不具備 用戶自操作特性，因此不適用于人員髙流動、高周轉頻率使用場所；在設備管理方面上該技 術強調聯網功能，對非正常情況下的開柜處理、以及其它的管理功能均未提出解決辦法，不 具有現場維護和可管理性！
現有技術的缺陷無論什么樣的指紋應用技術與聯網解決方案，其核心和基礎都離不開 前端指紋圖象采集和指紋模板生成與比對，只有在用戶是使用過程中易于獲得髙質量的指紋 圖象采集、形成指紋模板的技術才是具有實用性的技術，后續的聯網與擴展應用才具有實際 意義。由于公開的技術很多只是概念化的技術，從而導致實用性不強、不具備實際使用價值。 現有技術對于設備的管理也很少提出有價值和創造性的解決方案，因為設計再可靠的技術也 有出現意外而失效的時候。例如注冊用戶指紋的手指意外受傷而不能操作、或傷口破壞了原 來的指紋特征導致不能開啟屬于本用戶合法權限的箱柜，這時候就需要設備現場管理人員在 具有完善的安全審計的條件下開啟該用戶的箱柜。由于上述種種原因導致指紋識別技術很少 見到在大流動性人流量場所的實際應用！由此可見高質量的指紋圖象采集和設備的易用性成 為這些指紋識別技術在這些場所應用的"技術瓶頸"。
發明內容
本發明的目的是它采用圖形界面結合文字說明的方式構成的交互式人機接n技術在指
紋圖象采集時易于獲得高質量的指紋圖象，操作時為使用者提供給用戶界面友好、操作方便、易于使用的指紋識別技術寄存裝置；同時通過同一人機接口為設備管理者提供一個便于現場 管理、安全審計機制健全、管理功能完善的指紋識別寄存裝置管理方法。以適應于在公共場 所、大流動性人流量場所使用的指紋識別技術應用設備和裝置。
本發明是這樣實現的，指紋寄存器人機接口展現給用戶的有三部分存包鍵、取包鍵； 顯示部分(如LCD液晶顯示器)和指紋采集窗口。當用戶進行存取操作時，按下存包鍵，具 有微處理機的控制器檢査寄存柜是否還有空柜，如沒有空柜則通過采用圖形和文字說明組合 方式的內容(以下簡稱"圖文顯示內容")提醒用戶沒有空閑的柜可使用；如有空閑的寄存柜， LCD液晶顯示器"圖文顯示內容"提示用戶進行投幣或和直接進行指紋注冊登錄， 一次正常 的指紋注冊登錄一般需要對同一指紋進行兩次不同的指紋圖象釆集，為了提取更多的指紋特 征，指紋識別算法從兩次釆集的圖象中最大限度提取指紋的特征數據以形成指紋模板，從而 完成指紋登錄注冊任務。在指紋登錄注冊過程中，"圖文顯示內容"首先提醒用戶將手指放到 指紋采集窗口進行第一次指紋圖象采集，采集成功后"圖文顯示內容"提醒用戶將手指移開 指紋采集窗口，然后"圖文顯示內容"再提醒用戶進行第二次指紋圖象采集。兩次指紋圖 象采集成功后，指紋識別模塊采用指紋識別算法將提取的指紋特征數據形成指紋模板，寄存 柜控制軟件賦予該指紋模板與欲分配給該用戶寄存物品時使用的箱柜號一一對應關聯的編 號，并將該指紋模板存儲到指紋識別模塊的指紋模板庫，同時開器該柜門并且通過"圖文顯 示內容"提示顯示該箱柜的柜號，并提醒用戶寄存物品和關好柜門。用戶按照提示在指定的 柜內放好要存放的物品后關上柜門，就完成存放物品的任務。
當用戶進行取操作時，按下取包鍵，顯示部分"圖文顯示內容"首先提醒用戶將手指放 到指紋采集窗口進行指紋圖象采集，采集成功形成指紋驗證的指紋模板后，指紋識別模塊對 該指紋模板與所有保存在指紋識別模塊的指紋庫內的指紋模板特征數據模板進行1: N的搜索 對比，如沒有發現相匹配的指紋模板，則通過"圖文顯示內容"提醒用戶沒有指紋和物品寄 存的記錄；如發現匹配的指紋模板，則通過電子鎖驅動機構將該指紋模板相一一對應的柜門 開啟，同時顯示部分通過"圖文顯示內容"顯示該箱柜的柜號，提醒用戶取走寄存物品后關 好柜門。
關于指紋圖像采集，目前應用最廣泛和成熟的光學指紋采集設備始于1971年，其原理 是利用光的全反射(FTIR)原理。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線構成的圖象由CCD 獲得，反射光的強弱依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃間的油脂和水 分。光線經玻璃照射到谷的地方后會在玻璃與空氣的界面發生全反射，光線被反射到CCD， 而射向脊的光線(皮膚與玻璃間的油脂和水分)不發生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，這樣就在CCD上形成了指紋的圖像。由于在玻璃棱鏡表面或多或 少會有的殘留指紋印跡或其他弄贓的痕跡，在指紋圖象采集時采集時間與成象質量密切相關， 如果采集時間過早，指紋還沒有穩定的壓在玻璃表面而形成全反射圖象就會采集到很淡的殘 留指紋圖象；由于圖象在CCD或CMOS成像處理也需要一定的時間，如果采集時間太晚又不能 獲取穩定、完整的指紋圖象，因此，在一次正常的觸壓過程，只有一個很短(幾十到一百毫 秒)的最佳采集"時間窗口"。
為了選擇合適的指紋圖象釆集時機獲得高質量清晰的指紋圖象。更好的解決辦法是將第 3按鍵在存取操作時作為指紋采集裝置的輸入感應確認鍵。具體方法是第三鍵采用電容感應 輸入技術，其環型電極放置在橢元形光學指紋采集窗口后采集裝置前，當用戶手指壓在棱鏡 玻璃表面時與環形電極形成耦合使電容發生微小的改變，傳感器件采用電子開關，將一個未 知采樣電容的感應充電到已知電位，然后轉移電荷到測量電路。經過一個或多個充電-轉移周 期后，通過測量電荷即可確定感應板上的電容。該過程采用微處理器控制的MOSFET晶體管開 關，故當手指壓在棱鏡玻璃表面時，傳感器件能夠通過精確而可靠地測量電容的微小變化從 而感知到手指對指紋采集裝置玻璃表面的觸壓。檢測到手指的觸壓后，經過一個短暫延時(通 常幾十毫秒)，進行指紋圖象的采集，從而確保獲得穩定的髙質量的部分全反射指紋圖象。而 且這一過程對用戶而言是自動進行并且隱蔽的，用戶手指觸壓是在不知不覺、自然而然的使 用過程中被檢測到，并在最佳的采集時間完成指紋圖象采集這一關鍵操作。
本發明更好的解決辦法是顯示內容以圖形、圖標或動畫再配以相應文字說明的方式更加 明確的提示用戶使用時寄存柜對操作的反餓或將要進行的下一操作的內容。由于圖形比較直 觀、形象化具有一定的跨地域的通用性和可識別性，而文字則因國家地域不同而有很大的不 同。因此形象化的圖形、圖標再配以及可以選擇的多語言文字說明可大大提髙該寄存柜系統 的可使用區域，擴大可服務的用戶人群范圍。具體方法是系統軟件設置一個"語言文字參數"， 針對同一圖形或動畫的不同種類文字說明存儲在系統Flash Memory的不同的存儲"頁"的相 同地址，"語言文字參數"與不同種類文字說明的"頁地址"具有對應關系，當選定了 "語育 文字參數"后，相應圖形或動畫的文字說明便從對應的該頁的相應地址讀取相應的語言文字 進行顯示，當"語言文字參數"變化時，存儲顯示不同種類文字說明的存儲"頁"地址也發 生變化，從而顯示的文字說明內容改變為新的語言的文字說明，這樣系統軟件通過管理人員 改變"語言文字參數"的設定值就可以改變文字說明的語言文字種類。
幾十年來，電容感應觸摸輸入技術一直被認為是理想的用戶界面。不過，直到最近它才 被設計進大批量生產的消費類電子產品。目前有多家公司提供相關的器件和解決方案，如英國的Quantum Research公司，半導體芯片供應商賽普拉斯(Cypress)由具有CapSense功能 的器件和PSoC可配置混合信號片上系統微控制器構成的CapSense電容式感應解決方案；美 國模擬器件公司(ADI)用于手持消費類電子產品的可編程14通道電容數字轉換器(CDC) AD7142。針對本發明而言較好的技術方案可以是存、取按鍵均釆用電容感應觸摸輸入技術， 用戶通過對標有"存""取"的按鍵標識觸摸，就會被器件電容感應輸入器件感應檢測而輸入 到微處理的輸入、輸出端口進行處理。由于按鍵沒有機械接觸和機械磨損，大大提髙在高頻 率頻繁使用環境下的設備耐用性，同時給用戶更好的使用感受。電容式的觸摸感應還有另外一個應用，就是接近式感應，亦即用戶無需觸摸到產品，只 要接近產品就能被感應到。接近式感應的實現是在前面所描述的電容感應觸摸輸入技術中通 過減小傳感器上的固有電容來相對放大外來的電容變化，從而能感應10cm范圍內的人體接 近。本發明更好的解決辦法采用電容感應輸入方式在用戶接近指紋寄存柜時自動喚醒平時處 于節能的睡眠狀態的設備進入工作狀態，產品的顯示屏背光亮起，并通過圖文內容顯示歡迎 界面，增加用戶使用時的交互似的樂趣和給用戶非常友好的使用體驗，同時順應了節能、綠 色環保的趨勢。本技術更好的解決辦法是在在指紋模板注冊和指紋驗證識別過程中，圖形界面通過"圖 文顯示內容"提醒用戶注冊和指紋驗證失敗原因并及時提出更正的辦法。前面的說明中可以 看出，指紋圖象的采集質量與指紋模板的形成是所有指紋識別技術的關鍵與核心，雖然指紋 識別算法也很重要。因為指紋識別算法所要處理的全部指紋特征信息均包含在所采集的指紋 圖象之中。因此作為一個好的指紋識別應用技術的人機界面的重要標志之一是它是否在各 種環境和使用條件下都能很好的引導用戶完成高質量的指紋圖象采集以及形成指紋模板這一 關鍵任務！正如該技術領域工程技術人員所共知對于光學指紋采集裝置而言，有許多因素 會導致采集失敗如指紋圖像太干、太淡而不能生成特征，指紋圖像太濕、太糊而也不能生 成特征，殘留指紋的影響或手指在傳感器窗口的按指長時間未移開等原因均可導致指紋采集 失敗或采集圖象質量不高。指紋寄存柜與其他任何設備一樣，再可靠的技術也有出現意外而失效的時候，加之本身 也需要進行管理、設定與維護操作，因此完善的管理維護功能是設備所必須的。很多類似的 寄存設備采用用戶使用界面和管理維護界面分離設置的方式。普通用戶使用用戶界面，當需 要進行設備管理時管理者使用包括其他輸入鍵盤、接口或設置開關的管理界面進行對設備的 管理。這樣無形之中增加了系統的復雜性和構成成本，同時兩個界面也使管理操作變得繁瑣。 本發明通過同一用戶界面所具有的3個按鍵，采用賦予同一按鍵在使用界面和管理界面不同功能的方法完成對設備的各種管理操作。這些管理操作包括非正常開柜、取幣、工作參數 設定與工作狀態查詢、工作模式選擇等操作，并且這些操作需要不同的安全級別。
本發明的指紋寄存柜管理方法特征之一是設定具有三種"管理角色"的指紋，它們分別 是設備廠商管理者指紋(簡稱A管理指紋)，它是設備生產廠商對設備進行維護操作人員的指 紋，該指紋在如下的情況下行使管理權限設備的售后服務，設備維修固件升級，以及進行 現場設備現場管理指紋、現場管理操作監督指紋的登錄與刪除管理。
設備現場管理操作指紋(簡稱B管理指紋)，該指紋所代表的管理者操作者負責對寄存 柜設備進行現場的日常的管理、維護操作。
現場管理操作監督指紋(簡稱C管理指紋)，該指紋代表的管理者負責在有高安全級別 要求的管理操作時(如取錢幣操作)對現場管理者對寄存柜設備進行管理操作進行監督。
這三種"管理角色"的指紋根據不同的管理任務單獨或通過組合完成設備的現場管理維 護任務，簡單的管理任務由單獨的"現場管理操作監督指紋"授權就可以執行，涉及到用戶 寄存財物安全、及其他需要更高安全的管理操作時則需要兩個管理指紋通過組合授權才能進 行操作。如取"取錢幣操作操作"需要A、 B雙方管理者指紋共同授權的才能完成；"非常規
開柜操作"需要B、 C雙方管理者指紋共同授權的才能完成；"費率設定操作"需要A、 B雙方
管理者指紋共同授權的才能完成。
常規的日常管理操作任務，只需B管理指紋授權就可以進行，這些常規的管理任務包括 說明文字語言設定、時間設定與校正、錢幣總數查詢、箱柜占用狀態査詢等日常管理。在用 戶存取使用界面，設備現場管理者采用與普通用戶相同的取包操作步驟，寄存柜控制系統會 自動引導系統進入到日常管理、維護操作界面。具體實現方法是，在正常取包操作采集到指 紋并形成指紋模板后與所有保存在指紋識別模塊指紋庫的指紋模板進行1: N的搜索對比時， 在指紋庫中找到與之匹配的B管理指紋后就自動引導系統進入到設備管理操作界面。進入設
備管理界面后，人機接口釆用圖形化菜單結合文字說明的方式顯示可進行的管理操作選項。.. 這時在日常存取操作界面的"存"、"取"按鍵功能在此時改變為管理功能的菜單選項引導鍵， 按"存"和"取"按鍵可以上下(或左右)順序的改變選中的管理功能圖標，如變換到所需 操作的功能圖標時用手指在指紋采集窗口按下就可以選定該操作---此時的指紋采集窗口已 不再進行指紋采集，其隱蔽在采集窗口后的電容感應輸入已作為管理功能的選項確認鍵。選 項被確認后，管理菜單進入語言選項，顯示列出的可供選擇語言，同樣，按"存""取"鍵可 在可選擇的語言間順序切換，當達到所需的語言選項后，用手指在指紋采集窗口按下就可以完成對該語言的選定操作。完成相應的語言選定操作后系統會自動返回到上一級菜單或返回 到曰常存取操作界面。當要進行更高安全級別操作時，由現場管理指紋采用同上的方法引導系統進入操作管理 界面，進入管理界面后按"存"和"取"按鍵順序的改變選中管理功能圖標，其中包括需要 更高安全級別授權的菜單選項圖標，要進行諸如此類更高安全級別的操作，按指紋采集窗口 對該項功能進行選中后，系統會顯示提示需要現場管理操作"監督指紋"(簡稱C管理指紋)， 同時指紋采集窗口恢復指紋采集功能并等待現場管理操作監督者指紋的采集，管理操作監督 者確認該操作并在指紋采集窗口按下手指，系統采集指紋圖象并進行與所有保存在指紋識別 模塊的指紋庫的"監督指紋"指紋模板進行l: l的對比，結果與之匹配就允許系統進入到該 操作的操作下一界面界面。如果比對結果不匹配，則系統不能進入更高安全級別操作的下一 操作界面。本發明的指紋寄存柜管理方法的另一特征是具有多種工作模式可供選擇通過設定設備 可在無付費單次存取模式、^t費單次存取模式、付費記時單次存取模式和付費記時多次存取 模式這幾種模式下工作，其中付費記時存取模允許用戶在設定的有效時間內多次開啟柜門。無付費單次存取模式比較適用于商場、超市的顧客存包柜，該模式為進入商場和超市的 顧客提供一次性的臨時物品寄存。當用戶需要存包時按下存包鍵，人機接口圖文界面提示用 戶進行指紋模板登錄，將通過兩次指紋圖象采集形成的指紋模板存儲到指紋模板存儲空間， 并賦予該指紋模板與欲分配給該用戶使用的箱柜號一一對應關聯的編號，同時開啟該柜門并 且通過"圖文顯示內容"顯示該箱柜的柜號，提醒用戶寄存物品和關好柜門。取包時用戶按 下取包鍵，"圖文顯示內容"首先提醒用戶將手指放到指紋釆集窗口進行指紋驗證，指紋識別 模塊對該指紋與指紋庫的指紋模板特征數據模板進行1: N的搜索對比，如發現匹配的指紋模 板，則通過電子鎖驅動機構將該指紋模板相對應的柜門開啟，"圖文顯示內容"顯示該箱柜 的柜號，提醒用戶取走寄存物品后關好柜門，并且從指紋庫中刪除對應的指紋模板記錄。如 沒有發現相匹配的指紋模板，則通過"圖文顯示內容"提醒用戶沒有匹配的指紋和相關的物 品寄存的記錄。付費單次存取模式應用在需要付費的場所，如海濱浴場的衣物寄存柜，該工作模式與前 面描述的無付費單次存取模式不同之處是在用戶按存放鍵存取衣物時，用戶界面提醒用戶 需投足設定數目的硬幣或紙幣才能進入到指紋注冊登錄界面進行指紋模板注冊，其余的存、 取操作與無付費單次存取模式完全相同。付費記時單次存取模式，適合于車站、機場、碼頭等高流量場所，的旅客行李臨時存放 服務。該模式的用戶界面提供用戶自由設定需要行李存放的時間。具體實現方法是用戶按"存"按鍵后，圖文顯示內容提示用戶選擇存放時間，寄存柜人機接口顯示一個經統計得到 使用頻率最高的存放時間，并通過顯示提示用戶通過按"存""取"鍵可以調整所需的存放時 間，調整時間的方法是；按"存"一次可增加一個時間單元，按"取"鍵一次可減少一個時 間單元，當用戶選擇到合適的存放時間后，按指紋采集窗口便可確定選定的存放時間。選定 時間后寄存柜系統顯示并提醒用戶通過錢幣接收單元交付所需的錢幣，用戶交付錢幣后寄存 柜系統進行指紋采集和指紋模板注冊與登錄，其后的操作同無付費單次存取模式。
付費記時多次存取模式，該模式特別適合于球場、酒吧、健身房等環境，用戶在設定的 時間內有多次開柜取物的需求，如打球過程中査看移動電話是否有未接電話、信息，取錢包 買飲料等。
正如本領域技術人員所共知，其人機接口的顯示部分同樣也可以是其他方式如OLED顯 示。與圖形配合文字說明的同時可增加語音說明的方式，并且該語音說明的音量可調節大小 和關閉以適應不同的使用環境。
正如本領域技術人員所共知，本發明的指紋采集裝置除了采用光學指紋采集裝置外也可 以采用半導體指紋采集，如硅電容指紋圖像傳感器、半導體壓感式傳感器、半導體溫度感應 傳感器；或超聲波指紋圖像采集技術，但從目前整體性能與實用角度來看，還是傳統型光學 指紋采集裝置是目前應用比較廣泛的指紋采集技術，具有良好的性能價格比。
優點及積極效果首先，由于操作界面只有"存"、"取"按鍵和采用圖形和文字說明相 結合的用戶界面，操作界面簡潔、直觀，用戶操作時毋須做更多的選擇，易于識別和操作使 用，即便用戶不識字也可以在圖標的引導下完成存取操作。其次，采用電容感應技術作為指 紋圖象采集的輸入觸發鍵，大大提高指紋圖象采集的質量，從而生成高質量的指紋識別模板， 提高了指紋識別技術的可靠性和技術實用性。第三，釆用電容感應輸入技術無磨損、無機械 接觸按鍵，提高使用壽命，特別使用于髙流量高、，周轉率使用場所。第四，由于釆用電容攀 應自動喚醒技術，使設備在不工作時處于休眠的低功耗狀態，當用戶接近時自動進入工作狀 態，這不僅給用戶良好的使用感受，更可以節能環保。第五，通過同一人機接口實現具有嚴 格安全審計與制約機制的現場可管理性，便于對設備及時、方便的管理以便于給用戶提供優 質、安全的服務。第六，由于采用該技術的,旨紋寄存柜具有多種模式可選擇，因此可廣泛地 適應各種不同需求場所和不同環境的使用。
附閨說明圖l、指紋寄存柜人機接口示意圖。圖2、圖型文字用戶界面示意圖。圖3、指紋電容感應輸入示意圖。圖4、指紋注冊流程示意圖。圖5、普通管理操作授權流程6、高安全級管理操作組合授權流程圖。圖7、無付費單次存取模式流程圖。圖8、付費單次存取模式流程圖。圖9、付費記時單次存取模式流程圖。
圖10、付費記時多次存取模式流程圖腿麯誠技術解決方案及實施涉及多個方面，現結合附圖對每一部分進行進一步的詳細說明 圖l為指紋寄存柜人機接口示意圖。其右側為存放用戶物品的柜體(1)，它由一定數目 的箱柜(2)組合到一起而形成，每個柜體內的虛線部分為電子鎖(3),箱柜的開啟是微處理 器(4)通過電子鎖驅動部分(5)驅動。它的操作人機接口由輸入按鍵由"存"(6)、"取"(7)按鍵，顯示部分如液晶顯示器(8)，指紋輸入與識別模塊(9),錢幣接收識別與處理單 元(10),實時時鐘電路部分(11)、微處理器(4),微處理器內具有RAM、 ROM和進行邏輯判 斷和運算處理的算術邏輯單元(ALU)， ROM內有控制數據處理、輸入輸出、電子鎖驅動的程 序，以及在掉電時可以對箱柜占用數據進行存儲的非易失存儲器FLASH MEMORY (12)和電容 感應處理芯片。本發明是由存、取按鍵和與顯示部分構成的交互式人機接口，顯示部分采用 上部為圖形下部為文字說明的組合的方式顯示對操作者的操作響應和將要進行的操作提示來 引導操作者完成存取操作或寄存柜的管理操作。另外對普通用戶隱蔽的第3按鍵也在存取操 作和管理操作中起重要作用，該按鍵在存取操作時作為指紋采集裝置的輸入感應確認鍵；而 在寄存柜管理操作時作為管理功能選項輸入確認鍵。作為指紋采集裝置的輸入感應確認鍵時 是對使用操作者隱蔽且自動進行的，是在用戶不知不覺、自然而然的使用過程中觸發這一按 鍵并實現輸入，使指紋采集裝置在最佳的采集時間完成指紋圖象釆集這一關鍵操作；作為管 理功能選項輸入確認鍵時，管理操作過程中對管理操作者所選定的操作進行確認時使用該鍵， 使用該鍵時管理者將手指觸及指紋采集裝置的采集玻璃窗，通過隱蔽在采集窗周圍的電容感 應電極接收到由于耦合而改變的電容量的值檢測到這一確認輸入。這一過程看起來和指紋釆集時的操作完全相同，但確有本職的區別，作為作為管理功能選項輸入確認鍵時在微處理機 的控制下指紋采集裝置是不進行指紋圖象采集工作的。
圖2為圖型文字用戶界面示意圖。左圖為存包流程的圖型文字用戶界面顯示內容，用戶 按下存包鍵，具有微處理機的控制板檢査寄存柜是否還有空柜，如沒有空柜"圖文顯示內容" 提醒用戶沒有空閑的柜可使用；如有空閑的寄存柜"圖文顯示內容"提示用戶進行指紋注冊 登錄， 一次正常的指紋注冊登錄一般需要對同一指紋進行兩次不同的指紋圖象采集，指紋識別 算法從兩次采集的圖象中最大限度提取指紋的特征數據以形成指紋模板。在指紋登錄注冊過 程中，"圖文顯示內容"首先提醒用戶將手指放到指紋釆集窗口進行第一次指紋圖象采集，采 集成功后"圖文顯示內容"提醒用戶將手指移開指紋釆集窗口，然后"圖文顯示內容"再 提醒用戶進行第二次指紋圖象采集。然后指紋識別模塊采用指紋識別算法將提取的指紋特征 數據形成指紋模板，寄存柜控制軟件賦予該指紋模板一個與分配給該指紋用戶寄存物品時使 用的箱柜號一一對應的編號，并將該指紋模板存儲到指紋識別模塊的指紋模板庫，同時開器 該柜門并且通過"圖文顯示內容"提示顯示該箱柜的柜號，并提醒用戶寄存物品和關好柜門。 用戶按照提示在指定的柜內放好要存放的物品后關上柜門，就完成存放物品的任務。
右圖為取包流程的圖型文字用戶界面顯示內容。按下取包鍵，顯示部分"圖文顯示內容" 首先提醒用戶將手指放到指紋采集窗口進行指紋驗證的指紋圖象采集，采集成功形成指紋模 板后，"圖文顯示內容"系統進行指紋識別工作，如沒有發現相匹配的指紋模板，"圖文顯示 內容"提醒用戶沒有指紋和物品寄存的記錄；如發現匹配的指紋模板，"圖文顯示內容"顯示 該箱柜的柜號同時通過電子鎖驅動機構將該指紋模板對應的柜門開啟，"圖文顯示內容"提醒 用戶取走寄存物品后關好柜門。
從圖中可看出，顯示器的上部為操作提示的圖片或動畫，它清楚的提示用戶將要進行的 操作如請驗證指紋，或正在進行的操作如取包流程的指紋識別、以及操作的結果如存、取包 操作的柜門開啟提示等。顯示器的下部為圖片或動畫的文字說明，它進一步對上面圖形或動 畫進行清楚的說明幫助用戶對操作提示或反饋的理解。
當然，顯示內容下面的文字說明部分還可以是其它語種的文字說明，通管理員選擇設定 以便給不同國家或地區用戶在使用時提供方便。
圖3為指紋電容感應輸入結構示意圖。為了選擇合適的指紋圖象采集時機以獲得高質量 清晰的指紋圖象。更好的解決辦法是將第3按鍵在存取操作時作為指紋采集裝置的輸入感應 確認鍵。如圖所示，圖中光學指紋采集裝置(4)安裝在操作面板(1)后，操作面板上開有 其形狀接近手指第一節所觸壓時形成指紋輪廓形狀的采集窗口 (2)，第三鍵感應電極(3)作為隱蔽的指紋采集輸入感應確認鍵采用環行的金屬薄膜結構，放置在面板(1)之后、光學指 紋采集裝置棱鏡(5)玻璃表面前，第3鍵感應電極的指紋輪廓形狀口略小于面板的指紋采集 口。由于一般的光學指紋采集裝置都有面積遠大于手指面積的矩形表面，因此有足夠的面積 放置第3鍵感應電極。當用戶手指壓在棱鏡玻璃表面時與環形感應電極(3)便可以形成良好 的耦合從而使電容發生改變，這一信號輸入到電容感應傳感芯片進行處理。電容感應傳感芯 片的檢測方法是系統包含一個基于微處理器控制的MOSFET晶體管電子開關，它將一個持續的 時間很短的電脈沖施加到感應電極上并對它進行充電，然后開關打開，緊接著第二個電開關 將電壓轉移釋放到一個采樣電容上，當采樣電容上的電壓達到一個預先設定的閾值時，這一轉 換動作就停止，一個或多個充電-轉移周期后，達到這一電壓所需的周期數(充電時間)隨后被 計算出來作為感應板上的電容的測量結果。當一根手指接近感應電電極時，可將電極的電容 量有效地增加一點，傳感器件能夠通過精確而可靠地通過測量第3鍵感應電極(3)電容的微 小變化從而感知到手指對指紋采集裝置玻璃表面的觸壓。檢測到指紋觸壓后，微處理機控制 經過一個短暫延時(通常幾十毫秒)后進行指紋圖象的采集，從而獲得高質量穩定的部分全 反射指紋圖象。由于用戶看不到也感覺不到感應電極的存在，所以這一過程對用戶而言是自 動進行并且隱蔽的，是在不知不覺、自然而然的使用過程中被檢測到并觸發指紋圖象采集這 一操作。由于第3鍵感應電極(3)對普通用戶是隱蔽的，這一特點可使其在指紋寄存柜管理操 作時被管理操作人員作為管理功能的選項確認鍵。這時檢測到由于指紋觸壓而導致的輸入后， 微處理機作為普通的按鍵輸入來處理。圖4為指紋注冊流程示意圖，現結合實施流程圖進行說明。正如前面所述指紋模板的形成是指紋識別的關鍵，本發明在指紋圖象采集和模板生成過 程中采用通過圖文用戶界面交互式的不斷反饋采集和處理的的結果，使用戶在系統的的反饋 和指引下糾正指紋注冊中的錯誤因素，形成高質量的用戶指紋模板。1、 圖文用戶界面提示用戶進行指紋圖象釆集，并進行指紋采集操作。2、 系統軟件對指紋圖象采集結果進行判斷，如不成功就及時反饋給用戶并提示進行重 新采集。3、 直到指紋圖象采集成功，系統進行指紋特征提取操作。4、 有許多因素會導致指紋特征提取操作失敗，如指紋圖像太千、太淡；指紋圖像太濕、太糊以及殘留指紋都會影響指紋特征提取操作。因此圖文用戶界面及時的反饋能使用戶明白 導致失敗原因以便糾正錯誤重新采集和特征提取操作。5、 為了更多的提取指紋特征， 一般的指紋模板生成需要兩次指紋圖象釆集和特征提取， 然后綜合兩次的指紋特征合并而形成指紋識別模板。因此在第一次指紋圖象采集和特征提取 成功之后還要進行第二次指紋圖象采集和特征提取操作，和前次采集一樣圖文用戶界面及時 的反饋采集和特征提取的結果，引導用戶完成第二次指紋圖象釆集和特征提取的任務。
6、 第二次指紋圖象采集和特征提取操作完成后，系統將兩次提取的指紋特征合并形成 指紋模板。
7、 同樣指紋模板的生成也有許多干擾因素，如用戶錯誤的將兩次指紋圖象采集提供不 同手指的指紋、用戶長時間將手指按在指紋采集窗口而導致無效的第二次指紋釆集等，因此 需要通過圖文用戶界面提示用戶模板失敗的原因，從而引導用戶重新進行指紋注冊工作。
8、 指紋模板的生成后系統將指紋模板存儲到指紋識別模塊的指紋庫中，并賦予相應的 編號，圖文用戶界面通知用戶指紋模板編號對應的箱柜號而完成指導工作紋模式板的注冊操 作。
圖5為普通管理操作授權及操作流程圖，選擇"說明文字語言選擇"操作并結合附圖予 以說明。其實現的方法是
1、 用戶存取使用界面，現場管理者采用與普通用戶相同的取包操作按"取"按鍵。
2、 寄存柜控制器此時并不知道是要進行管理操作，同正常取包操作一樣提示操作者進
行指紋驗證，在采集到指紋形成并進行指紋模板后與所有保存在指紋識別模塊的指紋庫的指
紋模板特征數據模板進行l: N的搜索對比，如在指紋庫中找到與之匹配的B管理指紋后就系
統判斷為該次操作并非普通的取包操作，而是現場管理員要進行的管理操作，于是自動引導 系統進入到設備管理操作界面。
3、 如在與指紋識別模塊的指紋庫的指紋模板特征數據模板進行h N的搜索對比后，在 指紋庫中找到了與之匹配的其他指紋，系統就判斷該次操作為普通的取包操作，并按取包操 作的流程顯示柜號、開啟柜門，然后刪除該用戶在指紋識別模塊中的指紋模板。
4、 如在與指紋識別模塊的指紋庫的指紋模板特征數據模板進行h N的搜索對比后，沒_ 有找到了與之匹配的其他指紋，則顯示無匹配指紋因此沒有權限進行任何操作而結束操作。
5、 管理操作在系統進入設備管理界面后，人機接口采用圖形化菜單結合文字說明的方 式顯示可進行的管理操作圖標菜單選項，每一個管理操作選項由對應的一個選項值，如"時 間設定"為1，"提示語言選擇"2，"狀態査詢"為3等等。系統進入設備管理界面后會設定 一個默認的"操作選項值"如設定為1——"時間設定"。
6、 這時在日常存取操作界面的"存"、"取"按鍵功能在此時改變為管理功能的菜單選 項引導鍵，按"存"和"取"按鍵可以周而復始的順序的改變"操作選項值"，并同時改變被選中的并具有文字說明的管理功能圖標。如默認的"操作選項值"如設定為1——"時間設 定"，按"存"鍵將會使"操作選項值"改變為2——"提示語言選擇"，同時"圖文提示信 息"會出現被選中的"提示語言文字選擇"圖標；默認的"操作選項值"為1時，按"取" 鍵將會使"操作選項值"改變為3—"狀態査詢"，同時"圖文提示信息"會出現被選中的 "狀態查詢"圖標。如此類推。7、 如菜單圖標變換到管理員需要的被選中的"提示語言文字選擇"圖標時，管理員再 用手指在指紋采集窗口按下就可選定該操作，此時的指紋采集窗口已不進行指紋采集，位于 采集窗口后的隱蔽的電容感應輸入已作為管理功能的選項確認鍵。8、 "提示語言文字選擇"操作選項被確認后，管理菜單進入語言選項操作選項菜單，菜 單顯示列出的可選擇語言，同樣，每一個語言選項由對應的一個"語言選項值"，如"簡體中 文"為1,"英語"2,"繁體中文"為3，"日語"為4等等。按"存""取"鍵可在不同的可 選擇的語言間順序切換。假如目前設定為"簡體中文"，"語言選項值"為1，管理員要將其 改變為"日語"，管理員按3次"存"按鍵，"語言選項值"就順序的由1到2再變到3，最 后變成4——即"日語"。9、 當語言選項菜單圖標達到所需的"日語"語言選項，管理用手指在指紋采集窗口按 下就可以完成對該語言的選定。這樣就完成了改變操作提示語言由"簡體中文"到"日語" 的語言設定變化操作。10、 完成相應的語言選定操作后系統會自動返回到上一級菜單或日常存取操作界面。其 他的日常管理操作可如法炮制。圖6為高安全級管理操作組合授權流程圖，具體實施選擇"取錢幣操作"這一需要更髙 安全級別授權的具體操作為例并結合附圖予以說明。與普通管理操作一樣，系統由管理指紋引導系統進入操作管理界面，進入管理界面后按 "存"和"取"按鍵順序的改變選中管理功能圖標，操作同上面描述的完全相同，不再重復 敘述。這里僅就在選擇了需要更高級別的安全授權的操作部分予以說明。在這些管理功能閨 標中包括需要更高安全級別授權的菜單選項圖標，如"非常規開柜操作"、"費率設定操作"、 "取錢幣操作"等，假設管理者要取出當天的所有錢幣，管理員選中"取錢幣操作"，并在 指紋采集窗口按下手指進行確認1、系統判斷該操作是更高安全級別授權的操作，按照系統的設置，該操作需要具有"管 理操作監督指紋"的管理監督者到場進行監督，以免在錢幣數目清點是提供必要的幫助或監 督。這時系統顯示提示需要"C管理者"到場并進行"管理操作監督指紋"驗證，同時指紋采集窗口恢復指紋采集功能并等待"C管理者"進行指紋的采集，"C管理者"確認同意監督 該操作并在指紋采集窗口按下手指。
2、 系統采集該指紋并進行與保存在指紋識別模塊的指紋庫中的"管理操作監督指紋" 指紋模板特征數據模板進行1: 1的對比。
3、 比對結果與之匹配就授權系統進入到該操作的下一個更髙安全級別操作界面，現場 管理操作員在管理操作監督者的監督下開啟錢幣柜柜門。系統記錄下詳細的操作日志，曰志
內容包括，取錢幣的時間，所取出錢幣的總數。
4、 然后系統返回到日常存取操作界面。
5、 如果和"管理操作監督指紋"不匹配則系統不能進入該操作的下一個更高安全級別
操作界面，系統記錄下詳細的日志，日志內容包括，欲開啟時間，欲冒充"c管理指紋"的
指紋模板，以供事后安全審計。
圖7為無付費單次存取模式流程圖。其左側是用戶存包時的流程圖當用戶需要存包時
按下存包鍵，具有微處理器的控制板檢査寄存柜是否還有空柜，其具體辦法是微處理器系統
非易失存儲器如EEPROM或FLASH M賜ORY內具有一個與箱柜數目"~一對應的"箱柜狀態數據 表"，其作用是記錄所有箱柜的狀態，當箱柜被指定某用戶使用后將該寄存器數據字節置位為 "FF"，如沒有被占用則復位為"00"，通過對所有寄存器數據字節進行搜尋比較就可以發現 空閑的箱柜。如搜尋"箱柜狀態數據表"沒有發現空柜則通過"圖文顯示內容"提醒用戶沒 有空閑的柜可使用，用戶只有等待其他用戶取走存放物品釋放出空柜后才能進行物品存放； 如有空閑的寄存柜，LCD液晶顯示器"圖文顯示內容"提示用戶進行指紋注冊登錄，將通過 兩次指紋圖象采集形成正確的指紋模板賦予該指紋模板與欲分配給該用戶使用的箱柜號一一 對應關聯的編號并存儲到指紋模板存儲空間，將該箱柜的"箱柜狀態數據"設置為"占用"， 并同時開啟該柜門并且通過"圖文顯示內容"顯示該箱柜的柜號，提醒用戶寄存物品和關好 柜門。
其右側是用戶取包時的流程圖取包時用戶按下取包鍵，"圖文顯示內容"首先提醒用. 戶將手指放到指紋采集窗口進行指紋驗證指紋圖象采集，采集成功形成指紋模板后，指紋識 別模塊對該指紋與指紋庫的指紋模板特征數據模板進行l: N的搜索對比，如沒有發現相匹配 的指紋模板，則通過"圖文顯示內容"提醒用戶沒有指紋和物品寄存的記錄。如發現匹配的 指紋模板，則通過電子鎖驅動機構將該指紋模板相一一對應的柜門開啟，"圖文顯示內容" 顯示該箱柜的柜號，并且從指紋庫中刪除對應的指紋模板記錄，將該箱柜的狀態記錄數據設 置為"空閑"，提醒用戶取走寄存物品后關好柜門。圖8為付費單次存取模式流程圖，該模式與上述無付費單次存取模式操作基本相同，其 存包操作略有不同，取包模式完全相同。其存包模式的不同之處是，在有空閑箱柜的前提下， 用戶要進行存包操作的指紋注冊前必須通過錢幣處理單元支付系統支付設定的錢幣數目。圖9為付費記時單次存取模式流程圖。該模式與上述付費單次存取模式操作基本相同， 其存包操作略有不同，取包模式完全相同。其存包模式的不同之處是在有空閑箱柜的前提下， 用戶對寄存的時間做選擇，具體實現方法是當用戶按"存"包鍵微處理器的控制板檢査寄 存柜還有空柜后，"圖文顯示內容"顯示默認的時間和幣值，并提示用戶可以通過按"存" 鍵增加一個單元時間(如30分鐘)，按"取"鍵一次減少一個單元時間的方法增加或減少寄 存時間；當用戶選定好寄存時間后，"圖文顯示內容"提醒用戶通過錢幣處理單元支付相應所 需的錢幣數目，然后進行指紋注冊及存放操作。圖10為付費記時多次存取模式操作流程圖，現結合附圖予以說明。該模式與上述付費 單次存取模式操作基本相同，其存包操作基本相同，取包模式略有不同。其存包模式的不同 之處是允許用戶在設定的時間內可以多次開柜取物，具體實現方法是；在存包操作時一旦指 紋注冊成功、箱柜開啟就將該時刻的實時時鐘數據寫如到與箱柜一一對應的"箱柜狀態數據 表"，該數據在將箱柜設定占用的同時也作為記時的起始時間。當用戶中途要取物時(如打羽 毛球過程中査看手機是否有未接電話或信息)，用戶按"取"鍵，系統人機界面"圖文顯示內 容"提示用戶進行指紋驗證，如沒有在指紋庫中找到匹配指紋則顯示用戶無權限開啟任何箱 柜而結束；如找到匹配的指紋，系統將對應的"箱柜狀態數據表"中的起始時間數據與目前 的實時時鐘進行對比判斷是否在設定的時間之內，如超過設定時間，系統提示用戶補足下一 個單元時間的錢幣后進行下一步操作，這時系統人機界面詢問用戶是中途取物后繼續存放還 是取包離開？如用戶取物后繼續存放就按"存"鍵，這時候，系統開啟指紋模板對應的箱柜、 提醒用戶取物后關好柜門，并保留用戶指紋模板和箱柜的"箱柜狀態數據"的時間數據。如 用戶是準備取物離開就按"取"鍵，這時候系統開啟指紋模板對應的箱柜門、提醒用戶離開.. 時關好柜門，這時系統刪除對應指紋模板、將該箱柜的"箱柜狀態數"的起始時間數據清零 置為空閑，從而結束該次存包操作。在該模式下的設定時間內，用戶可無限次的開啟屬于自 己的箱柜，極大的方便用戶的使用。
權利要求
1、一種指紋寄存柜操作人機接口技術及其管理方法，它由輸入按鍵，顯示部分(如液晶顯示器)，指紋輸入與識別模塊，錢幣接收處理單元、實時時鐘電路部分、微處理器，微處理器內有具有控制數據處理、輸入輸出、電子鎖驅動的程序和非易失存儲器，電子鎖以及電子鎖驅動機構和電源組成，本發明的特征是由存、取按鍵和對普通用戶隱蔽的第3按鍵與顯示部分采用圖形或動畫和文字組合的方式的顯示內容構成的交互式人機接口引導操作者完成存取操作或寄存柜的管理操作。
2、 根據權利要求l所述的指紋寄存柜人機接口技術其特征是存、取按鍵 具有多功能特性在存取操作時作為存、取按鍵，在指紋寄存柜管理操作時作為 菜單功能選項引導鍵。
3、 根據權利要求l所述的指紋寄存柜人機接口技術其特征是所述的按鍵 至少第3鍵采用電容感應輸入方式，第3按鍵在存取操作時作為指紋釆集裝置 的輸入感應確認鍵，在寄存柜管理操作時作為管理功能選項輸入確認鍵。
4、 根據權利要求l所述的指紋寄存柜人機接口技術其特征是圖形和文字 組合的方式用戶界面中的文字可以進行多種語言文字的選擇。
5、 根據權利要求l所述的指紋寄存柜人機接口技術其特征是采用電容感 應輸入方式在使用者接近指紋寄存柜時自動喚醒系統進入工作狀態。
6、 根據權利要求l所述的指紋寄存柜人機接口技術其特征是在指紋模板 注冊和指紋驗證識別過程中，通過圖形和文字組合用戶界面引導使用者進行指 紋的注冊登錄和驗證，提醒用戶注冊和指紋驗證失敗原因并及時提出更正的辦 法。
7、 根據權利要求1所述的指紋寄存柜管理方法其特征是在常規存取操作 模式下由具有管理操作權限的管理指紋直接引導系統進入管理操作界面。
8、 根據權利要求1所述的指紋寄存柜管理辦法其特征是只需B管理者指 紋授權就可以進行說明文字的語言設定、時間設定與校正、錢幣總數查詢、箱 柜占用狀態査詢等日常管理操作。
9、 根據權利要求1所述的指紋寄存柜管理方法其特征是更高安全度的管理任務是在需由三方管理者(A、 B、 C)的指紋按一定方式組合授權的安全機制下完成的，如取錢幣操作是需要A、B雙方管理者指紋共同授權的才能完成；非常 規開柜操作需要B、 C雙方管理者指紋共同授權的才能完成；費率設定操作是需要A、 B雙方管理者指紋共同授權的才能完成，所有操作均保存一定時間內的操作的日志記錄供安全和財務審計査詢。
10、 根據權利要求1所述的指紋寄存柜管理方法其特征是通過管理設定可在無付費單次存取模式、付費單次存取模式、付費記時單次存取和付費記時 多次存取模式多種模式下工作，其中付費記時單次存取模式允許用戶選定需要寄存的時間；其中付費記時多次存取模式允許用戶在設定的有效時間內多次開啟柜門。
全文摘要
本發明是公開一種指紋寄存柜人機接口技術及其管理方法，系統采用生物識別技術中的指紋識別技術結合人機接口技術完成人們在公共場所所需的物品臨時安全寄存工作，該技術的特征是只需2到3個按鍵與液晶顯示器所顯示的圖型和文字相結合的顯示內容構成的交互式人機接口，采用基于直覺引導的方式指引用戶進行日常的存取操作；通過同樣的人機接口也可以使設備管理人員在具有高度安全的安全制約機制下很方便的對設備進行諸如時間設定與校正、用戶界面語言設定、費率設定、取錢幣操作、非正常狀態下的開柜處理、安全審計等設備的后臺管理操作。其優點是同一人機接口兼具用戶界面簡潔、易于使用；管理界面易于管理、管理功能全面、安全機制健全的特性。
文檔編號G07F17/12GK101625781SQ200810045488
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月7日 優先權日2008年7月7日
發明者濤 黃 申請人:濤 黃