基于超声波成像与识别技术的保险柜系统及其密匙

1.一种基于超声波成像与识别技术的保险柜系统，所述基于超声波成像与识别技术的保险柜系统装在保险柜主体上，其特征在于：所述基于超声波成像与识别技术的保险柜系统包括超声波传感器模块、超声波图像处理模块、中央系统模块和安全锁开关模块；所述超声波传感器模块包括超声波发射换能器、超声波接收换能器；所述超声波发射换能器用于产生并向特制密匙定向发射超声波；所述超声波接收换能器接收来自密匙的反射波并转换成电信号传输给所述的超声波图像处理模块；所述超声波图像处理模块，根据超声波传感器模块接收到的电信号进行成像处理，并将成像结果传输到中央系统模块；所述中央系统模块对成像信息进行分析，并与内部储存的解锁图像信息进行对比，如符合解锁要求则向安全锁开关模块发送解锁信号；所述密匙的解锁密码通过图形或文字的形式隐藏在密匙内部，密匙包括储存图形或文字密码的核心部分和用于封装该核心部分的外壳；所述核心部分镂空形成图案或文字或者选用声阻抗不同的材料形成图案或文字。
2.根据权利要求1所述的基于超声波成像与识别技术的保险柜系统，其特征在于：所述超声波传感器模块包括单换能器或由多换能器组成的超声波换能器阵列。
3.根据权利要求1所述的基于超声波成像与识别技术的保险柜系统，其特征在于：所述中央系统模块集成CPU、存储器、I/O接口和电源管理单元，并装有嵌入式操作系统， I/O接口用于扩展外围设备。

基于超声波成像与识别技术的保险柜系统及其密匙\n技术领域\n[0001] 本发明涉及保险柜安全技术领域，特别涉及基于超声波成像与识别技术的保险柜系统及其密钥。\n背景技术\n[0002] 随着社会经济的快速发展，人们收入提高，以及人们的社会生活日益频繁，外出频率高、时间长，如何保障财产安全成了人们普遍关注的问题，保险柜成为人们存放贵重物品和机密文件的安全寄托之处。市面上比较常见的保险柜柜类产品中，普通采用的密码有：机械类、电子类、生物识别类等等。\n[0003] 机械类密码保险柜的特点是密码采用了全机械结构，产品性能非常可靠稳定，产品终身无需任何维护，所以成本低。而缺点是使用时必须按照固定的模式开启，所以操作较为繁琐且密码的更改需要专业人员来操作，密码不能指定。根据机械保险柜的特点，机械保险柜适合银行，家庭等不需要更改密码的场合使用。\n[0004] 电子类密码保险柜是当今保险柜市场的主力军，市场占有率最高。传统的电子类密码保险柜采用键盘输入式，密码的输入一般采用小键盘，键帽有固定数字和非固定数字区别。密码需要记忆，要求防止失密和被窃。随着计算机技术的发展，电子类密码保险柜发展出一系列新式的电子识别技术，常见的电子识别技术有：条码识别、磁卡识别、IC卡识别、射频识别。新式电子识别技术具有成本较低、操作简单、系统智能化和密码设置更改灵活等优点。但新式电子识别技术的抗干扰能力差，磁卡容易受到强磁场干扰，IC卡容易受静电干扰，RFID卡容易受电磁波干扰。\n[0005] 新兴的生物识别保险柜生通过计算机与光、声、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性（如指纹、脸像、虹膜等）和行为特征（如笔迹、声音等）来进行个人身份鉴定。生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和方便性。生物特征识别技术具不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身携带和随时随地可用等优点。生物识别保险柜一般采用指纹识别、虹膜识别和人面识别：\n[0006] （1）指纹识别是最古老的生物特征识别技术，在很多领域中都得到了成功的运用。\n指纹识别主要根据人体指纹的纹路、细节特征等信息对操作或被操作者进行身份鉴定。每个人都有自己唯一的、持久不变的指纹，将指纹识别运用到保险柜上，保密性强，易用。\n[0007] （2）人面识别技术是根据人的脸面特征的唯一性特点而进行的个体识别和确认技术。人的面部特征的唯一性，可以在脸上某一单一器官或部位上得以体现，更重要的是可在这些单一特征之间的位置、距离、角度、数量、形状和模式等相互关系上得以体现，而且这些面部特征都具有一定的稳定性。\n[0008] （3）虹膜识别是当前应用最为方便和精确的生物识别技术。虹膜是一个位于瞳孔和巩膜之间的环状可视部分，具有终生不变性和差异性，与其它的生物特征相比， 虹膜识别具有高独特性、高稳定性、防伪性好、易使用性、分析方便等优点。\n[0009] 结合现今保险柜市场需求和现有保险柜技术的技术特点进行分析，现有保险柜技术存在以下不足：\n[0010] （1）机械式密码保险柜，操作繁琐，易用性差，密码量少。机械式密码保险柜发展时间最长，破解技术最为成熟，安全性差。\n[0011] （2）电子密码保险柜，电子密码抗干扰性能差，解锁密码容易被复制或破解，存在安全隐患。\n[0012] （3）指纹识别对手的干湿度要求比较严，而且日常生活中容易将指纹印留在光滑物品表面，指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性，容易泄露或被伪造。\n[0013] （4）虹膜识别和人面识别都具有识别率高、非接触性、造假困难的优点，不过识别算法复杂，设备成本昂贵，不适合一般用户。\n[0014] 超声波成像识别技术是一种令人瞩目的新技术，已广泛应用在现代无损检测技术中。超声波能够检测出物体中的缺陷，并确定其位置、大小、形状和性质。在材料中超声波的传播行为与材料的机械性能和质量相关，物体的超声图像可提供直观的可视化信息。超声波成像识别的基本原理是，超声波在通过不同声阻抗介质界面时会发生较强反射，而且介质之间的差别越大反射就会越大，对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波，然后对反射回来的超声波进行接收并根据这些反射回来的超声波的先后、幅度等情况就可以判断出这个组织中含有的各种介质的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息，其中反射回来的超声波的先后可以反映出反射界面离探测表面的距离，幅度则可以反映出介质的大小、对比差别程度等特性。\n发明内容\n[0015] 本发明的目的在于克服现有保险柜技术的不足，提出一种成本较低，且安全系数较高的基于超声波成像与识别技术的保险柜系统其密匙。本发明可广泛应用在现代无损检测技术中的超声波成像技术应用于保险柜密码识别。本发明主要技术特点是利用超声波照射到两种不同介质的交界面处产生发射、折射、散射、绕射、衰减的特性，通过超声波成像技术识别隐藏在特制密匙内部的图形或文字密码。本发明所述的保险柜系统融合计算机技术和超声波成像与识别技术，具备电子类保险柜操作管理方便的优点，同时将保险柜密码以图形或文字的形式储存在特制密匙内部，特制密匙不易被复制、伪造，大大提高安全性。超声波成像识别技术成本大大低于生物识别技术，而且识别精度高，可创建复杂密码，安全性高。\n[0016] 本发明是通过下述技术方案实现的：\n[0017] 一种基于超声波成像与识别技术的保险柜系统，所述基于超声波成像与识别技术的保险柜系统装在保险柜主体上，其特征在于：所述基于超声波成像与识别技术的保险柜系统包括超声波传感器模块、超声波图像处理模块、中央系统模块和安全锁开关模块；所述超声波传感器模块包括超声波发射换能器、超声波接收换能器；所述超声波发射换能器用于产生并向特制密匙定向发射超声波；所述超声波接收换能器接收来自密匙的反射波并转换成电信号传输给所述的超声波图像处理模块；所述超声波图像处理模块，根据超声波传感器模块接收到的电信号进行成像处理，并将成像结果传输到中央系统模块；所述中央系统模块将成像模块得到的成像信息进行分析，并与内部储存的解锁图像信息进行对比，如符合解锁要求则向安全锁开关模块发送解锁信号。\n[0018] 进一步的，所述超声波传感器模块包括单换能器或由多换能器组成的超声波换能器阵列。\n[0019] 进一步的，所述中央系统模块集成CPU、存储器、I/O接口、电源管理单元，具有逻辑运算能力，并装有嵌入式操作系统，系统可通过I/O接口扩展外围设备。\n[0020] 进一步的，密匙的解锁密码通过图形或文字的形式隐藏在密匙内部。\n[0021] 进一步的，密匙包括储存图形或文字密码的核心部分和用于封装该核心部分的外壳。所述核心部分镂空形成图案或文字或者选用声阻抗不同的材料形成图案或文字[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：\n[0023] （1）与传统机械式密码保险柜相比，本发明采用智能化系统管理，操作管理方便，易用性和灵活性强。\n[0024] （2）与电子类保险柜技术相比，本发明提出的特制密匙提供一种更加安全、复杂的密码储存方式。\n[0025] （3）与生物识别保险柜技术相比，本发明的基于超声波成像与识别技术的解锁装置的设备投入和使用费用相对较低，适合一般用户使用，推广效益大。\n[0026] （4）抗干扰能力强，不受电磁干扰，能适应各种环境噪声。\n[0027] （5）超声波传感器模块可采用超声波相控阵技术，可进一步提高成像识别精度，可以设计更加复杂精密的解锁图形或文字密码，进一步提高密码安全系数。\n附图说明\n[0028] 图1为实施方式中的用于超声波识别的密匙结构示意图。\n[0029] 图2为实施方式中的基于超声波成像与识别技术的保险柜系统的原理框图。\n[0030] 图3为实施方式中的解锁流程图。\n具体实施方式\n[0031] 下面结合附图对本发明作进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施方式表述的范围。\n[0032] 本实施方式所述的密匙结构如图1所示，包括储存密码的核心部分和用于封装的外壳部分。上述特制密匙可以通过以下工艺制造：核心部分上的图形或文字密码可以通过多种工艺方法来实现，例如镂空形成图案，或者选用与核心部分声阻抗不同的材料形成图案。完成核心部分后，使用固体材料对核心部分进行封装，将核心部分隐藏在外壳内部，核心部分上的图形或文字密码只能通过超声扫描的方式进行成像识别。特制密匙可以根据需要，通过特定的外壳封装，伪装成饰品、普通钥匙、U盘等物品。\n[0033] 本发明所述基于超声波成像与识别技术的保险柜系统安装在带安全门的保险柜体上，所述的基于超声波成像与识别技术的保险柜系统，系统模块及其连接关系如图2所示，包括超声波传感器模块、超声波图像处理模块、中央系统模块和安全锁开关模块。\n[0034] 上述超声波传感器模块包括超声波发射换能器和超声波接收换能器。换能器数目可以根据成像识别精度的需求，采用单超声换能器或超声换能器列阵。对于复杂程度高的密码，可采用超声相控阵技术，使用阵列换能器，并通过调整各阵元发射/接收信号的相位延迟，控制合成波阵面的曲率、指向、孔径等，达到波束聚焦、偏转、波束形成等多种相控效果，形成更清晰的成像，进一步提高成像识别精度。\n[0035] 上述超声波图像处理模块包括对发射波进行模数转换的模数转化器(A/D)和运行超声成像算法的DSP处理芯片。\n[0036] 上述中央系统模块可采用FPGA技术。基于FPGA的SOPC片上可编程系统包括CPU、存储器、I/O接口、电源管理单元等系统设计所必须的模块，具有设计灵活，可裁减、可扩充、可升级、软硬件在系统可编程的功能。中央系统I/O接口包括USB接口、串行通信接口和网络接口。中央系统外围设备还设置有LCD显示屏，触控操作设备和音频输出设备。\n[0037] 本发明的基于超声波成像与识别技术的保险柜系统的一个具体实施例：\n[0038] 超声波传感器模块采用4通道16阵元的超声相控阵，包括相控超声波发射换能器和接收换能器。超声波图像处理模块包括模数转化器(A/D)和DSP处理芯片，对反射波进行模数转换和运行超声成像算法。中央系统模块采用FPGA技术，采用ARM系列处理器作为中央处理器，连接ROM储存器、RAM储存器、电源管理单元和I/O接口，并安装Linux操作系统。电源管理单元包括AC/DC转换电路和UPS后备电源，平时使用通过AC/DC转换的外部电源供电，发生外部电源故障或停电时切换UPS后备电源，以确保系统正常工作。基于FPGA的中央系统模块通过扩展，加入LCD触摸显示屏、音频输出设备和无线网络接口。LCD触摸显示屏显示中央系统的操作界面，显示系统的运行状态。加入触摸功能，为用户提供一种直观的人机交互方式，通过触摸功能，对系统进行设定操作。除触摸输入外，本发明不限于采用按键式键盘设备，语音操作设备提供控制输入。音频输出设备可根据系统的指令发出提示音或警报音。中央系统模块的无线网络接口，用户可通过互联网对系统进行远程监控管理，发生非法入侵时，系统可通过互联网、手机网络向用户发送警报信息。中央系统采用智能化管理，用户可以通过远程登录或LCD触摸屏操作输入系统管理员密码，获取系统最高权限后，用户可进行删除、添加或更改系统解锁图像信息，修改管理员密码，更改警报音，警报信息绑定指定手机号码等系统设定的操作。\n[0039] 本发明的解锁工作流程如图3所示：\n[0040] 步骤1用户需要打开保险柜时，将特制密匙插入超声波扫描槽，用户通过触摸屏向系统提出解锁请求。\n[0041] 步骤2 超声波传感器模块中的发射换能器向扫描槽内的特制密匙定向发射超声波，发射换能器发射的超声波在特制密匙内部发生反射，接收换能器接收特制密匙的反射波，并转换成电信号，传输到图像处理模块。\n[0042] 步骤3 图像处理模块中的模数转化器(A/D)对发射波电信号进行A/D采样、量化成数字信号，然后DSP处理芯片根据超声波成像算进行处理，生成数字图像并传输到中央系统模块。\n[0043] 步骤4 中央系统模块接收到特制密匙内部的数字图像后，系统读取储存器中预设的解锁图像信息，并将特制密匙内部数字图像与用户设定的解锁图像信息进行分析比较。\n[0044] 步骤5校验通过后中央系统模块向安全锁模块发出解锁信号，进行解锁，同时LCD显示屏显示解锁成功的信息，音频设备发出解锁成功提示音。