專利名稱：基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統及其密匙的制作方法
技術領域：
本發明涉及保險柜安全技術領域，特別涉及基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統其密鑰。
背景技術：
隨著社會經濟的快速發展，人們收入提高，以及人們的社會生活日益頻繁，外出頻率高、時間長，如何保障財產安全成了人們普遍關注的問題，保險柜成為人們存放貴重物品和機密文件的安全寄托之處。市面上比較常見的保險柜柜類產品中，普通采用的密碼有機械類、電子類、生物識別類等等。機械類密碼保險柜的特點是密碼采用了全機械結構，產品性能非常可靠穩定，產品終身無需任何維護，所以成本低。而缺點是使用時必須按照固定的模式開啟，所以操作較為繁瑣且密碼的更改需要專業人員來操作，密碼不能指定。根據機械保險柜的特點，機械保險柜適合銀行，家庭等不需要更改密碼的場合使用。電子類密碼保險柜是當今保險柜市場的主力軍，市場占有率最高。傳統的電子類密碼保險柜采用鍵盤輸入式，密碼的輸入一般采用小鍵盤，鍵帽有固定數字和非固定數字區別。密碼需要記憶，要求防止失密和被竊。隨著計算機技術的發展，電子類密碼保險柜發展出一系列新式的電子識別技術，常見的電子識別技術有條碼識別、磁卡識別、IC卡識另IJ、射頻識別。新式電子識別技術具有成本較低、操作簡單、系統智能化和密碼設置更改靈活等優點。但新式電子識別技術的抗干擾能力差，磁卡容易受到強磁場干擾，IC卡容易受靜電干擾，RFID卡容易受電磁波干擾。新興的生物識別保險柜生通過計算機與光、聲、生物傳感器和生物統計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性(如指紋、臉像、虹膜等)和行為特征(如筆跡、聲音等)來進行個人身份鑒定。生物識別技術比傳統的身份鑒定方法更具安全、保密和方便性。生物特征識別技術具不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身攜帶和隨時隨地可用等優點。生物識別保險柜一般采用指紋識別、虹膜識別和人面識別
(I)指紋識別是最古老的生物特征識別技術，在很多領域中都得到了成功的運用。指紋識別主要根據人體指紋的紋路、細節特征等信息對操作或被操作者進行身份鑒定。每個人都有自己唯一的、持久不變的指紋，將指紋識別運用到保險柜上，保密性強，易用。(2)人面識別技術是根據人的臉面特征的唯一性特點而進行的個體識別和確認技術。人的面部特征的唯一性，可以在臉上某一單一器官或部位上得以體現，更重要的是可在這些單一特征之間的位置、距離、角度、數量、形狀和模式等相互關系上得以體現，而且這些面部特征都具有一定的穩定性。(3)虹膜識別是當前應用最為方便和精確的生物識別技術。虹膜是一個位于瞳孔和鞏膜之間的環狀可視部分，具有終生不變性和差異性，與其它的生物特征相比，虹膜識別具有高獨特性、高穩定性、防偽性好、易使用性、分析方便等優點。結合現今保險柜市場需求和現有保險柜技術的技術特點進行分析，現有保險柜技術存在以下不足
(I)機械式密碼保險柜，操作繁瑣，易用性差，密碼量少。機械式密碼保險柜發展時間最長，破解技術最為成熟，安全性差。(2)電子密碼保險柜，電子密碼抗干擾性能差，解鎖密碼容易被復制或破解，存在安全隱患。(3)指紋識別對手的干濕度要求比較嚴，而且日常生活中容易將指紋印留在光滑物品表面，指紋痕跡存在被用來復制指紋的可能性，容易泄露或被偽造。(4)虹膜識別和人面識別都具有識別率高、非接觸性、造假困難的優點，不過識別算法復雜，設備成本昂貴，不適合一般用戶。超聲波成像識別技術是一種令人矚目的新技術，已廣泛應用在現代無損檢測技術中。超聲波能夠檢測出物體中的缺陷，并確定其位置、大小、形狀和性質。在材料中超聲波的傳播行為與材料的機械性能和質量相關，物體的超聲圖像可提供直觀的可視化信息。超聲波成像識別的基本原理是，超聲波在通過不同聲阻抗介質界面時會發生較強反射，而且介質之間的差別越大反射就會越大，對一個物體發射出穿透力強、能夠直線傳播的超聲波，然后對反射回來的超聲波進行接收并根據這些反射回來的超聲波的先后、幅度等情況就可以判斷出這個組織中含有的各種介質的大小、分布情況以及各種介質之間的對比差別程度等信息，其中反射回來的超聲波的先后可以反映出反射界面離探測表面的距離，幅度則可以反映出介質的大小、對比差別程度等特性。
發明內容
本發明的目的在于克服現有保險柜技術的不足，提出一種成本較低，且安全系數較高的基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統其密匙。本發明可廣泛應用在現代無損檢測技術中的超聲波成像技術應用于保險柜密碼識別。本發明主要技術特點是利用超聲波照射到兩種不同介質的交界面處產生發射、折射、散射、繞射、衰減的特性，通過超聲波成像技術識別隱藏在特制密匙內部的圖形或文字密碼。本發明所述的保險柜系統融合計算機技術和超聲波成像與識別技術，具備電子類保險柜操作管理方便的優點，同時將保險柜密碼以圖形或文字的形式儲存在特制密匙內部，特制密匙不易被復制、偽造，大大提高安全性。超聲波成像識別技術成本大大低于生物識別技術，而且識別精度高，可創建復雜密碼，安全性聞。本發明是通過下述技術方案實現的
一種基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統，所述基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統裝在保險柜主體上，其特征在于所述基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統包括超聲波傳感模塊、超聲波圖像處理模塊、中央系統模塊和安全鎖開關模塊；所述超聲波傳感器模塊包括超聲波發射換能器、超聲波接收換能器；所述超聲波發射換能器用于產生并向特制密匙定向發射超聲波；所述超聲波接收換能器接收來自密匙的反射波并轉換成電信號傳輸給所述的超聲波圖像處理模塊；所述超聲波圖像處理模塊，根據超聲波傳感模塊接收到的電信號進行成像處理，并將成像結果傳輸到中央系統模塊；所述中央系統模塊將成像模塊得到的成像信息進行分析，并與內部儲存的解鎖圖像信息進行對比，如符合解鎖要求則向安全鎖開關模塊發送解鎖信號。
進一步的，所述超聲波傳感器模塊包括單換能器或由多換能器組成的超聲波換能器陣列。進一步的，所述中央系統模塊集成CPU、存儲器、I/O接口、電源管理單元，具有邏輯運算能力，并裝有嵌入式操作系統，系統可通過I/o接口擴展外圍設備。進一步的，密匙的解鎖密碼通過圖形或文字的形式隱藏在密匙內部。進一步的，密匙包括儲存圖形或文字密碼的核心部分和用于封裝該核心部分的外殼。所述核心部分鏤空形成圖案或文字或者選用聲阻抗不同的材料形成圖案或文字
與現有技術相比，本發明具有以下優點
(I)與傳統機械式密碼保險柜相比，本發明采用智能化系統管理，操作管理方便，易用性和靈活性強。( 2)與電子類保險柜技術相比，本發明提出的特制密匙提供一種更加安全、復雜的密碼儲存方式。(3)與生物識別保險柜技術相比，本發明的基于超聲波成像與識別技術的解鎖裝置的設備投入和使用費用相對較低，適合一般用戶使用，推廣效益大。(4)抗干擾能力強，不受電磁干擾，能適應各種環境噪聲。(5)超聲波傳感器模塊可采用超聲波相控陣技術，可進一步提高成像識別精度，可以設計更加復雜精密的解鎖圖形或文字密碼，進一步提高密碼安全系數。
圖1為實施方式中的用于超聲波識別的密匙結構示意圖。圖2為實施方式中的基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統的原理框圖。圖3為實施方式中的解鎖流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但是本發明要求保護的范圍并不局限于實施方式表述的范圍。本實施方式所述的密匙結構如圖1所示，包括儲存密碼的核心部分和用于封裝的外殼部分。上述特制密匙可以通過以下工藝制造核心部分上的圖形或文字密碼可以通過多種工藝方法來實現，例如鏤空形成圖案，或者選用與核心部分聲阻抗不同的材料形成圖案。完成核心部分后，使用固體材料對核心部分進行封裝，將核心部分隱藏在外殼內部，核心部分上的圖形或文字密碼只能通過超聲掃描的方式進行成像識別。特制密匙可以根據需要，通過特定的外殼封裝，偽裝成飾品、普通鑰匙、U盤等物品。本發明所述基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統安裝在帶安全門的保險柜體上，所述的基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統，系統模塊及其連接關系如圖2所示，包括超聲波傳感器模塊、超聲波圖像處理模塊、中央系統模塊和安全鎖開關模塊。上述超聲波傳感器模塊包括超聲波發射換能器和超聲波接收換能器。換能器數目可以根據成像識別精度的需求，采用單超聲換能器或超聲換能器列陣。對于復雜程度高的密碼，可采用超聲相控陣技術，使用陣列換能器，并通過調整各陣元發射/接收信號的相位延遲，控制合成波陣面的曲率、指向、孔徑等，達到波束聚焦、偏轉、波束形成等多種相控效果，形成更清晰的成像，進一步提高成像識別精度。上述超聲波圖像處理模塊包括對發射波進行模數轉換的模數轉化器(A/D)和運行超聲成像算法的DSP處理芯片。上述中央系統模塊可采用FPGA技術。基于FPGA的SOPC片上可編程系統包括CPU、存儲器、I/O接口、電源管理單元等系統設計所必須的模塊，具有設計靈活，可裁減、可擴充、可升級、軟硬件在系統可編程的功能。中央系統I/o接口包括USB接口、串行通信接口和網絡接口。中央系統外圍設備還設置有LCD顯示屏，觸控操作設備和音頻輸出設備。本發明的基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統的一個具體實施例
超聲波傳感器模塊采用4通道16陣元的超聲相控陣，包括相控超聲波發射換能器和接收換能器。超聲波圖像處理模塊包括模數轉化器(A/D)和DSP處理芯片，對反射波進行模數轉換和運行超聲成像算法。中央系統模塊采用FPGA技術，采用ARM系列處理器作為中央處理器，連接ROM儲存器、RAM儲存器、電源管理單元和I/O接口，并安裝Linux操作系統。電源管理單元包括AC/DC轉換電路和UPS后備電源，平時使用通過AC/DC轉換的外部電源供電，發生外部電源故障或停電時切換UPS后備電源，以確保系統正常工作。基于FPGA的中央系統模塊通過擴展，加入LCD觸摸顯示屏、音頻輸出設備和無線網絡接口。LCD觸摸顯示屏顯示中央系統的操作界面，顯示系統的運行狀態。加入觸摸功能，為用戶提供一種直觀的人機交互方式，通過觸摸功能，對系統進行設定操作。除觸摸輸入外，本發明不限于采用按鍵式鍵盤設備，語音操作設備提供控制輸入。音頻輸出設備可根據系統的指令發出提示音或警報音。中央系統模塊的無線網絡接口，用戶可通過互聯網對系統進行遠程監控管理，發生非法入侵時，系統可通過互聯網、手機網絡向用戶發送警報信息。中央系統采用智能化管理，用戶可以通過遠程登錄或LCD觸摸屏操作輸入系統管理員密碼，獲取系統最高權限后，用戶可進行刪除、添加或更改系統解鎖圖像信息，修改管理員密碼，更改警報音，警報信息綁定指定手機號碼等系統設定的操作。本發明的解鎖工作流程如圖3所示
步驟I用戶需要打開保險柜時，將特制密匙插入超聲波掃描槽，用戶通過觸摸屏向系統提出解鎖請求。步驟2超聲波傳感器模塊中的發射換能器向掃描槽內的特制密匙定向發射超聲波，發射換能器發射的超聲波在特制密匙內部發生反射，接收換能器接收特制密匙的反射波，并轉換成電信號，傳輸到圖像處理模塊。步驟3圖像處理模塊中的模數轉化器(A/D)對發射波電信號進行A/D采樣、量化成數字信號，然后DSP處理芯片根據超聲波成像算進行處理，生成數字圖像并傳輸到中央系統模塊。步驟4中央系統模塊接收到特制密匙內部的數字圖像后，系統讀取儲存器中預設的解鎖圖像信息，并將特制密匙內部數字圖像與用戶設定的解鎖圖像信息進行分析比較。步驟5校驗通過后中央系統模塊向安全鎖模塊發出解鎖信號，進行解鎖，同時LCD顯示屏顯示解鎖成功的信息，音頻設備發出解鎖成功提示音。
權利要求
1.一種基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統，所述基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統裝在保險柜主體上，其特征在于所述基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統包括超聲波傳感模塊、超聲波圖像處理模塊、中央系統模塊和安全鎖開關模塊；所述超聲波傳感器模塊包括超聲波發射換能器、超聲波接收換能器；所述超聲波發射換能器用于產生并向特制密匙定向發射超聲波；所述超聲波接收換能器接收來自密匙的反射波并轉換成電信號傳輸給所述的超聲波圖像處理模塊；所述超聲波圖像處理模塊，根據超聲波傳感模塊接收到的電信號進行成像處理，并將成像結果傳輸到中央系統模塊；所述中央系統模塊將成像模塊得到的成像信息進行分析，并與內部儲存的解鎖圖像信息進行對比，如符合解鎖要求則向安全鎖開關模塊發送解鎖信號。
2.根據權利要求1所述的基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統，其特征在于所述超聲波傳感器模塊包括單換能器或由多換能器組成的超聲波換能器陣列。
3.根據權利要求1所述的基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統，其特征在于所述中央系統模塊集成CPU、存儲器、I/O接口和電源管理單元，并裝有嵌入式操作系統，I/O 接口用于擴展外圍設備。
4.一種用于權利要求1所述基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統的密匙，其特征在于密匙的解鎖密碼通過圖形或文字的形式隱藏在密匙內部。
5.根據權利要求4所述的密匙，其特征在于密匙包括儲存圖形或文字密碼的核心部分和用于封裝該核心部分的外殼。
6.根據權利要求5所述的密匙，其特征在于所述核心部分鏤空形成圖案或文字或者選用聲阻抗不同的材料形成圖案或文字。
全文摘要
本發明公開基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統其密匙，所述基于超聲波成像與識別技術的保險柜系統包括超聲波傳感模塊、超聲波圖像處理模塊、中央系統模塊和安全鎖開關模塊；所述超聲波圖像處理模塊，根據超聲波傳感模塊接收到的電信號進行成像處理，并將成像結果傳輸到中央系統模塊；所述中央系統模塊將成像模塊得到的成像信息進行分析，并與內部儲存的解鎖圖像信息進行對比，如符合解鎖要求則向安全鎖開關模塊發送解鎖信號。所述密匙的解鎖密碼通過圖形或文字的形式隱藏在密匙內部。本發明融合計算機技術和超聲波成像與識別技術，具備電子類保險柜操作管理方便的優點，密匙不易被復制、偽造，大大提高安全性。
文檔編號G07C9/00GK102999957SQ20121035436
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月22日 優先權日2012年9月22日
發明者韋崗, 鐘冠平, 楊萃, 馬麗紅 申請人:華南理工大學