本實(shí)用新型涉及一種基于指紋識(shí)別的鼠標(biāo)，屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

物特征識(shí)別技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到身份認(rèn)證領(lǐng)域，包括指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、靜脈識(shí)別以及虹膜識(shí)別等，其中以指紋識(shí)別較具有代表性。指紋識(shí)別與人臉識(shí)別相比，不會(huì)受變化特征以及年齡的影響；與靜脈識(shí)別和虹膜識(shí)別相比，指紋識(shí)別對(duì)采集設(shè)備的要求更低，采集過程也更為迅速。指紋識(shí)別技術(shù)已在近年來成為生物特征識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

生物特征識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用與當(dāng)前快節(jié)奏智能化的生活息息相關(guān)，手機(jī)作為最先最大量普及的數(shù)碼產(chǎn)品，它的身份認(rèn)證模式是這個(gè)領(lǐng)域的先驅(qū)。手機(jī)的身份認(rèn)證也在近幾年由傳統(tǒng)的手動(dòng)密碼認(rèn)證過渡到了指紋識(shí)別認(rèn)證。智能化生活的深入發(fā)展使得電腦的普及率越來越高，有價(jià)值的信息往往被人們寄存在自己的電腦中，由此也帶來巨量的安全隱患。電腦傳統(tǒng)的加密手段一般是普通密鑰加密，即直接在電腦上設(shè)置密碼。這樣的加密方式勢(shì)必導(dǎo)致大量重復(fù)地輸入密匙，安全性與便捷性已漸漸落后于這個(gè)時(shí)代。2014年3月，日本富士通推出了全球首款利用掌紋識(shí)別的筆記本電腦。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵核心是一枚位于電腦右下角的掃描式指紋識(shí)別傳感器，使用時(shí)將手掌懸浮在傳感器上端就能解鎖電腦。這款設(shè)計(jì)并沒有得到大規(guī)模推廣，原因在于便捷性欠佳以及掌紋識(shí)別傳感器成本過高。直接在電腦上安裝識(shí)別傳感器的做法雖然可以達(dá)到利用生物特征進(jìn)行身份認(rèn)證的目的，但卻需要刻意地將手掌放在指定區(qū)域，便捷性欠佳。同時(shí)，利用掃描來獲取待測(cè)指紋圖像，必然要增加硬件的成本。本實(shí)用新型將利用鼠標(biāo)作為載體開發(fā)一種電腦指紋身份認(rèn)證系統(tǒng)，鼠標(biāo)作為最重要和最靈活的外設(shè)，能夠結(jié)合指紋識(shí)別加密技術(shù)帶來全新的電腦身份認(rèn)證方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種基于指紋識(shí)別的鼠標(biāo)，將生物特征識(shí)別技術(shù)運(yùn)用到鼠標(biāo)等電子產(chǎn)品領(lǐng)域，主要解決了使用鼠標(biāo)情境下使用者指紋的無障礙采集的問題，采集指紋后數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸問題，指紋的處理與分析識(shí)別的問題以及本實(shí)用新型的可靠性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

本實(shí)用新型提供了一種基于指紋識(shí)別的鼠標(biāo)，包括鼠標(biāo)本體、指紋身份認(rèn)證的配套電子元件；所述鼠標(biāo)本體上設(shè)有數(shù)據(jù)采集窗口、觸發(fā)窗口，鼠標(biāo)本體內(nèi)部設(shè)有指紋信息采集模塊、指紋信息處理機(jī)、觸發(fā)模塊、GSM通信模塊；所述數(shù)據(jù)采集窗口位于鼠標(biāo)左鍵一側(cè)，窗口是透明的，且窗口整體為下凹式，與拇指肚貼合；所述觸發(fā)窗口鑲嵌在數(shù)據(jù)采集窗口內(nèi)，為直徑1~3毫米的圓形小孔；所述指紋信息采集模塊包括接觸式電容指紋傳感器、數(shù)據(jù)預(yù)存儲(chǔ)器、電壓跟隨電路；所述指紋傳感器設(shè)置在數(shù)據(jù)采集窗口對(duì)應(yīng)處，與按壓在鼠標(biāo)上的拇指相對(duì)；所述數(shù)據(jù)預(yù)存儲(chǔ)器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與存儲(chǔ)芯片,存儲(chǔ)芯片通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與指紋傳感器相連；所述電壓跟隨電路是一個(gè)用三極管構(gòu)成的共集電路；所述指紋信息處理機(jī)為以微處理器為主的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，指紋信息處理機(jī)設(shè)置在鼠標(biāo)的后方，即：指紋信息處理機(jī)整體位于手掌自然按壓在鼠標(biāo)的著力點(diǎn)偏后處，通過數(shù)據(jù)預(yù)存儲(chǔ)器與指紋傳感器相連；所述觸發(fā)模塊在數(shù)據(jù)采集窗口設(shè)置，觸發(fā)模塊是以光敏電阻與限流電阻為主的電路，該模塊與指紋傳感器的供電電路直接串聯(lián)；所述GSM通信模塊內(nèi)嵌在鼠標(biāo)內(nèi)，直接與指紋信息處理機(jī)連接，由指紋信息處理機(jī)控制。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集窗口是一種類拇指肚形狀的仿生窗口，其特征在于略微凹陷更適宜拇指按壓。

進(jìn)一步地，所述觸發(fā)窗口設(shè)置在數(shù)據(jù)采集窗口的內(nèi)部，均勻分布1~5個(gè)小型窗口，每個(gè)窗口對(duì)應(yīng)獨(dú)立的觸發(fā)電路。

進(jìn)一步地，所述指紋傳感器的采集面與數(shù)據(jù)采集窗口緊密貼合，通過采集窗口與按壓在鼠標(biāo)側(cè)壁的大拇指相對(duì)應(yīng)接觸。

所述觸發(fā)模塊電路為以光敏電阻與限流電阻為主要器件的電路，限流電阻一端連接指紋信息處理機(jī)，光敏電阻燈與限流電阻串聯(lián)，在光線不足的情況下光敏電阻阻值減小，限流電阻分得的電壓增大，連接指紋信息處理機(jī)的一端輸出由低電平變化為高電平，從而發(fā)出驅(qū)動(dòng)指紋采集模塊工作的指令。

整個(gè)設(shè)計(jì)功耗最大的是指紋采集模塊，讓指紋傳感器一直處于工作狀態(tài)不符合低功耗的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)。指紋識(shí)別的部分也并不需要其一直處于開機(jī)狀態(tài)，所以需要在數(shù)據(jù)采集窗口處安放觸發(fā)模塊。當(dāng)大拇指初次覆蓋數(shù)據(jù)采集窗時(shí)，觸發(fā)啟動(dòng)，進(jìn)而使得數(shù)據(jù)采集模塊啟動(dòng)，完成數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)設(shè)定N秒后待機(jī)。

本實(shí)用新型采用基于鏈碼的指紋識(shí)別方法進(jìn)行指紋特征的提取，并采用基于方向場(chǎng)描述子的匹配方法進(jìn)行匹配，匹配效率滿足實(shí)際使用的要求。指紋圖像可通過Gabor濾波的方法進(jìn)行濾波增強(qiáng)。為了提高特征的可區(qū)分性，特征點(diǎn)提取前將指紋圖像分割成15*15的像素塊，用脊線方向來對(duì)各個(gè)塊的方向進(jìn)行仿真。通過從上到下從左到右掃描一幅指紋圖像，獲得指紋圖像中脊線的輪廓。然后，逆時(shí)針方向追蹤脊線的輪廓，并把脊線上的元素信息記錄在一個(gè)數(shù)組里。每一個(gè)輪廓元素就是輪廓上的每一個(gè)像素點(diǎn)。它包括這個(gè)像素點(diǎn)的x, y坐標(biāo)、輪廓上像素的斜率或者方向以及附加的信息如曲率等。通過統(tǒng)計(jì)記錄的信息即可得到指紋圖像的細(xì)節(jié)點(diǎn)信息。

可靠性的加強(qiáng)主要通過修復(fù)系統(tǒng)算法以及設(shè)計(jì)合理的傳感器模型實(shí)現(xiàn)，匹配則借助基于方向場(chǎng)描述子的匹配方法進(jìn)行匹配。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型結(jié)合傳感器技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、可靠性驗(yàn)證技術(shù)以及無線通信技術(shù)，以電腦鼠標(biāo)為載體進(jìn)行設(shè)計(jì)；首先存儲(chǔ)并傳輸使用者的指紋信息，判定手掌放在鼠標(biāo)上人的身份，根據(jù)判定完成對(duì)電腦桌面的解鎖操作；豐富了電腦人機(jī)交互的新體驗(yàn)，增強(qiáng)了鼠標(biāo)作為一種電腦外設(shè)的便捷性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型鼠標(biāo)的外觀圖。

圖2為圖1的數(shù)據(jù)采集以及觸發(fā)窗口圖。

圖3為本實(shí)用新型指紋識(shí)別的工作流程方框圖。

圖4為基于鏈碼的指紋識(shí)別匹配流程圖。

圖5為系統(tǒng)的電路連接圖。

圖6為GSM模塊原理圖。

圖7為觸發(fā)電路總圖。

圖8為電壓跟隨電路圖。

圖中：1-觸發(fā)窗口，2-數(shù)據(jù)采集窗口，3-鼠標(biāo)本體，4-TC315GSM，5-ZIF，6-身份芯片，7-ATMEGA128處理器，8-LED指示燈，9-SP3232，10-指紋處理機(jī)接口，11-排線，12-天線，13-電阻，14-光敏電阻，15-運(yùn)算放大器。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例：

如圖1~3所示，一種基于指紋識(shí)別的鼠標(biāo)，包括鼠標(biāo)本體3，指紋身份認(rèn)證的配套電子元件；所述鼠標(biāo)本體上設(shè)有數(shù)據(jù)采集窗口2、觸發(fā)窗口1，鼠標(biāo)本體3內(nèi)部設(shè)有指紋信息采集模塊、指紋信息處理機(jī)、觸發(fā)模塊、GSM通信模塊。

所述數(shù)據(jù)采集窗口位于鼠標(biāo)左鍵一側(cè)，窗口是透明的，且窗口整體為下凹式，與拇指肚貼合；所述觸發(fā)窗口鑲嵌在數(shù)據(jù)采集窗口內(nèi)，為直徑1~3毫米的圓形小孔；如圖1~2所示，所述數(shù)據(jù)采集窗口2是一種類拇指肚形狀的仿生窗口；所述觸發(fā)窗口1設(shè)置在數(shù)據(jù)采集窗口的內(nèi)部，均勻分布1~5個(gè)小型窗口，每個(gè)觸發(fā)窗口1對(duì)應(yīng)獨(dú)立的觸發(fā)電路。

所述指紋信息采集模塊包括指紋傳感器、數(shù)據(jù)預(yù)存儲(chǔ)器、電壓跟隨電路；所述指紋傳感器設(shè)置在數(shù)據(jù)采集窗口對(duì)應(yīng)處，與按壓在鼠標(biāo)上的拇指相對(duì)；所述數(shù)據(jù)預(yù)存儲(chǔ)器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與存儲(chǔ)芯片,存儲(chǔ)芯片通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與指紋傳感器相連；所述電壓跟隨電路是一個(gè)用三極管構(gòu)成的共集電路。

所述指紋信息處理機(jī)為以微處理器為主的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以最小系統(tǒng)為主，加載以指紋匹配算法為主的程序，指紋信息處理機(jī)整體位于鼠標(biāo)偏后方向，通過數(shù)據(jù)預(yù)存儲(chǔ)器與指紋傳感器相連。所述觸發(fā)模塊在數(shù)據(jù)采集窗口設(shè)置，觸發(fā)模塊包括以光敏電阻與限流電阻為主的電路，模塊與指紋傳感器的供電電路串聯(lián)。所述GSM通信模塊內(nèi)嵌在鼠標(biāo)內(nèi)，直接與指紋信息處理機(jī)連接，受指紋信息處理機(jī)的直接控制。

進(jìn)一步地，所述觸發(fā)模塊電路為以光敏電阻與限流電阻為主要器件的電路，限流電阻一端連接指紋信息處理機(jī)，光敏電阻燈與限流電阻串聯(lián)，在光線不足的情況下光敏電阻阻值減小，限流電阻分得的電壓增大，連接指紋信息處理機(jī)的一端輸出由低電平變化為高電平，從而發(fā)出驅(qū)動(dòng)指紋采集模塊。

本實(shí)用新型的工作原理：

參數(shù)設(shè)置成功并使得觸發(fā)模塊成功觸發(fā)后，工作主要為機(jī)主注冊(cè)以及身份驗(yàn)證兩個(gè)部分。指紋圖像的采集主在鼠標(biāo)上完成，鼠標(biāo)內(nèi)側(cè)大拇指按壓處設(shè)置有采集窗口，通過拇指與指紋傳感器的接觸直接提取指紋信息。采集后的指紋圖像經(jīng)過Gabor濾波增強(qiáng)以及基于鏈碼的特征提取方法提取出指紋的細(xì)節(jié)點(diǎn)信息，將細(xì)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行模糊保險(xiǎn)箱加密后形成最終的匹配樣本。在機(jī)主注冊(cè)階段，直接將最終形成的匹配樣本當(dāng)做匹配模板，在使用者驗(yàn)證階段則將其與事先存庫的模板進(jìn)行匹配即可。匹配時(shí)直接采用方向場(chǎng)描述子的相似度，相似度大于一定的閾值我們認(rèn)為是真匹配。成功匹配后將解鎖電腦屏幕，否則電腦界面將提示警告。在經(jīng)過3～10次錯(cuò)誤匹配后，鼠標(biāo)將鎖定，并通過GSM向機(jī)主發(fā)送報(bào)警信息。

具體的操作方法：模板采集階段是在設(shè)備運(yùn)行之初。機(jī)械或者軟件激活，通過軟件設(shè)定好預(yù)定的參數(shù)并登記機(jī)主的信息。將手自然放在鼠標(biāo)上，大拇指蓋住觸發(fā)窗，光線變化使鼠標(biāo)的觸發(fā)電路工作，并帶動(dòng)指紋采集電路運(yùn)行。指紋傳感器在0.1~10毫秒內(nèi)將完整的指紋圖像采集完畢，并將圖像送入指紋信息處理機(jī)，通過預(yù)處理以及基于鏈碼的特征提取算法求得圖像的細(xì)節(jié)點(diǎn)信息，將細(xì)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過模糊保險(xiǎn)箱加密得出最后的匹配模板。指紋識(shí)別的流程與采集相似，手放在鼠標(biāo)上之后，大拇指蓋住觸發(fā)窗口，觸發(fā)后帶動(dòng)傳感器采集當(dāng)前用戶的指紋信息，通過指紋信息處理機(jī)得出待匹配樣本。利用預(yù)先儲(chǔ)備的模板將兩者進(jìn)行匹配，從而確定鼠標(biāo)使用者的身份。見圖4所示的指紋識(shí)別匹配流程圖。