一种基于时序光谱的身份识别方法与流程

1.本发明涉及身份识别技术领域，尤其涉及一种基于时序光谱的身份识别方法。


背景技术：

2.现有的身份识别系统，多是利用密码、机械锁具、射频装置等安全控制技术的设置来实现限制的功能，达到身份识别和安全控制的目的。虽然它们都具有性能稳定的优点，但易被破解是其致命的弱点。因此，需要设计一种基于时序光谱的识别方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于时序光谱的身份识别方法，解决背景技术中提到的技术问题。实现准确识别身份成本低廉的同时，克服了容易被技术破解情况。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
5.一种基于时序光谱的身份识别方法，所述方法包括如下步骤：
6.步骤1：密码器插入识别器后，密码器采集输入电压是否与预设电压相同，如不同时，密码器不工作并提示，如果相同时，进入下一步；
7.步骤2：密码器与识别器数据通信配比时钟，然后密码器发出控制信号控制光信号发生装置，光信号发生装置发出若干不同波长的光，光的强度随时间变化的，每个波长的光强度相同或者不同；
8.步骤3：光经过滤光镜传到识别器的光谱识别模块中，光谱识别模块识别光波形成时序光谱，然后把识别的时序光谱与识别器内部存储的时序光谱进行对比，当对比成功时，身份识别成功。
9.进一步地，当初次使用时，用户在密码器上设置数字密码，数字密码的位数与密码器发出的光波的个数相同，数字密码作为滤光镜衰减系数，密码器把数字密码传给识别器，识别器从预设的序列库中随机抽取九个位数序列与数字密码进行随机组合，随机组合的过程为把序列内部的数据与数字密码进行随机打乱，然后再随机抽取与数字密码位数相同的作为组合序列，得到十个控制序列，控制序列中的竖直代表波长的光强度，序列的内部数字是0-9的数字，0表示熄灭，9表示最亮的状态，序列的每个数字最为一个波长光的控制码，然后控制序列传给密码器，同时识别器存储控制序列，并根据控制序列运算出时序光谱数据。
10.进一步地，步骤2中，密码器根据初始设置中识别器返回的控制序列，在十个固定时间间隔内分别使用十组控制序列控制光信号发生装置装每个led等的亮度，其中每个led灯发出的光的波长均不同，led灯的个数为三个，每个序列中的数字为三个，密码器产生pwm控制led灯，控制方式为电压恒定，调节电流大小。
11.进一步地，三个led灯产生波长分别为α1-α2、α3-α4、α5-α6的光，三个led灯最亮的光照强度为a1、a2、a3，三个led灯的光强调节参数分别为k1、k2、k3，则可以计算每个时段的光谱光照总强度为：
12.b1＝k1*a1 k2*a2 k3*a3：
13.三个滤光镜阻隔光波波长为β1-β2、β3-β4、β5-β6，其中β1＜α1，β2＞α1且β2＜α2，β3＜α3，β4＞α3且β4＜α4，β5＜α5，β6＞α5且β6＜α6，设滤光镜阻隔系数为n1、n2、n3，三种个led光线到出光孔衰减系数分别为m1、m2、m3则有出光孔三种光出光强度分别为：
14.a1＝m1*(n1*(β2-α1/α2-α1)*k1*a1 (α2-β2/α2-α1)*k1*a1)；
15.a2＝m2*(n2*(β4-α3/α4-α3)*k2*a2 (α4-β4/α4-α3)*k2*a2)；
16.a3＝m3*(n3*(β6-α5/α6-α5)*k3*a3 (α6-β6/α6-α5)*k3*a3)；
17.则总出光强度为：b2＝a1 a2 a3；
18.光谱识别模块设置四个识别装置分别识别三个led灯的光强度和识别总光强度，识别总光强度的识别装置设置在中间，设出光孔三种光到对应识别装置的衰减系数分别为m4、m5、m6，到达识别总光强度的识别装置的衰减系数分别为m7、m8、m9，则有分别到达光谱分析模块的光强为：
19.a4＝m4*a1：
20.a5＝m5*a2：
21.a6＝m6*a3：
22.到达识别总光强度的识别装置的光强为：
23.b3＝m7*a1 m8*a2 m9*a3；
24.设四个识别装置对光强的识别时的衰减为m10、m11、m12、m13则四个识别正确光强为：
25.c1＝m10*a4：
26.c2＝m11*a5；
27.c3＝m12*a6；
28.c4＝m13*b4；
29.则第一个时间点的光谱数据为c1、c2和c3，每固定间隔时间采样即可得到一个光谱图，同时c4作为验证光谱，然后把采集的所有光谱按照时间排列，即可得到时序光谱数据，然后把采集的时序光谱数据与识别器存储的时序光谱进行对比，即可完成身份验证。
30.进一步地，实现该方法的装置包括密码器和识别器，密码器与识别器套插设置，密码器包括密码器壳体、显示屏、电源公头、数据交换公头和传光管，显示屏设置在密码器壳体上，电源公头、数据交换公头和传光管设置在密码器壳体的前端，密码器壳体内设置有led灯组、驱动电路、电压采样电路和密码器控制器，电压采样电路的输入端与电源公头连接，电压采样电路的输出端与密码器控制器连接，驱动电路的输入端与电压采样电路连接，驱动电路的输出端与led灯组连接，驱动电路的控制端与密码器控制器连接，控制器与数据交换公头连接，led灯组设置在传光管的底部；
31.识别器包括识别器壳体、电源母头、数据交换母头和传光管套孔，电源母头、数据交换母头和传光管套孔设置在识别器壳体的一端，电源公头插入电源母头，数据交换公头插入数据交换母头，传光管插入传光管套孔，识别器壳体内设置有识别器控制器、变压电路和光谱识别模块，变压电路的输入端与外部电源连接，输出端分别与电源母头和识别器控制器连接，光谱识别模块设置在传光管套孔的底部并与识别器控制器连接。
32.进一步地，密码器还包括光敏传感器，光敏传感器设置在传光管内侧，光敏传感器与密码器控制器连接，光敏传感器检测传光管内有光线时，密码器不工作。
33.进一步地，led灯组包括三个产生不同波长的led灯，三个led灯设置在一块平板上，三个led灯三角设置。
34.进一步地，光谱识别模块包括三个光强度识别装置和一个总光强度识别装置，光强度识别装置与led灯相对设置，光强度识别装置包括虑光片和光强度探头，虑光片设置在光强度探头的前端，总光强度识别装置包括光强度探头，且设置在三个光强度识别装置的中间，光强度探头与识别器控制器连接。
35.光谱分析模块由特殊波段滤光镜和光敏电路组成，当led灯光进入识别器时，光敏电阻前的滤光镜滤光后只有某些特定波段的光能通过滤光镜射向光敏电路。光敏电路的光敏电阻两端电压会改变，通过单片机2采样可以得出这个波段光谱强度。
36.电压升压模块将电源输出电压升压到预设特定值，同时单片机2将控制升压模块恒压输出给dc母口，后经过dc母口和dc公头给时序光谱密钥供电。当时序光谱内电压分析模块分析得出输入电压为非预设特定值时，单片机1将不会控制led灯产生时序光谱，同时会通过数据交换通知单片机2不进行识别。
37.时序光谱由时序光谱密钥中的单片机1控制led灯的输入电压，供电间隔，以及滤光镜的滤光作用产生，会因为led灯的输入电压，供电间隔，滤光镜的不同而不同。
38.时序光谱密钥上的滤光镜可以是多个，但至少为一个，外壳体上有开口可以安装和更换滤光镜。
39.识别器与开光连接，当时序光谱识别正确时，单片机2可控制开关打开。
40.时序光谱密钥上的发光led灯可以是多个，led灯越多产生的光谱越复杂。
41.光谱密钥还可以配备矩阵键盘，初始化时设定四个数字作为密码，当光谱密钥丢失时，他人亦无法通过识别认证。
42.光谱密钥还可以配备光敏电路与单片机1电连接，当拆开外壳体1时有光照进入光敏电路单片机1将控制led不发光以提高破解难度。
43.识别器有四组或多组光波信号分析模块，且它们按其中三个或多个围成圆形，另一个在圆形中心的方式排列，四组或多组光波信号分析模块分别分析正常光和其他三个或多个led灯的发光强度。
44.在本发明提供的身份识别系统中，所述时序光谱密钥包括有单片机1、dc公头、电压分析模块、dc公头插入识别器dc母口时，电源接通电压分析模块，单片机与电压分析模块电连接，当电压输入电压正常时，单片机1控制led灯产生有特殊强度的时序光谱信号并通过数据交换接口通知识别器开始识别。
45.外壳体上设置有防尘罩卡口，在不使用时序光谱密钥时可盖上防尘罩，防止灰尘进入密钥。
46.在本发明提供的身份识别系统中，所述身份识别系统还包括有开关，所述信号分析模块控制单片机2进而所述开关的开闭。
47.本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
48.本发明三个或多个不同波长led灯按圆形规则排列后发出的灯光理论上可以有无数种组合，形成具有特殊光强的时序光谱，而识别器滤光镜亦为过滤特殊波长的镜片，具备该光谱的灯光强度信息除了本发明的led灯密钥外其他设备无法复制，杜绝了技术破解的可能性。
附图说明
49.图1是本发明流程图；
50.图2是本发明实现方法的装置结构示意图；
51.图3是本发明实现方法的装置电路框图；
52.图4是本发明实现方法的装置led灯组结构示意图；
53.图5是本发明实现方法的装置接收探头结构示意图。
54.附图中，1-密码器壳体，2-识别器壳体，3-显示屏，4-电源公头，5-数据交换公头，6-传光管，7-电源母头，8-数据交换母头，9-传光管套孔，10-led灯，11-虑光片，12-光强度探头。
具体实施方式
55.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
56.如图1所示，一种基于时序光谱的身份识别方法，所述方法包括如下步骤：
57.步骤1：密码器插入识别器后，密码器采集输入电压是否与预设电压相同，如不同时，密码器不工作并提示，如果相同时，进入下一步。当初次使用时，用户在密码器上设置数字密码，数字密码的位数与密码器发出的光波的个数相同，数字密码作为滤光镜衰减系数，密码器把数字密码传给识别器，识别器从预设的序列库中随机抽取九个位数序列与数字密码进行随机组合，随机组合的过程为把序列内部的数据与数字密码进行随机打乱，然后再随机抽取与数字密码位数相同的作为组合序列，得到十个控制序列，控制序列中的竖直代表波长的光强度，序列的内部数字是0-9的数字，0表示熄灭，9表示最亮的状态，序列的每个数字最为一个波长光的控制码，然后控制序列传给密码器，同时识别器存储控制序列，并根据控制序列运算出时序光谱数据。
58.步骤2：密码器与识别器数据通信配比时钟，然后密码器发出控制信号控制光信号发生装置，光信号发生装置发出若干不同波长的光，光的强度随时间变化的，每个波长的光强度相同或者不同。密码器根据初始设置中识别器返回的控制序列，在十个固定时间间隔内分别使用十组控制序列控制光信号发生装置装每个led等的亮度，其中每个led灯发出的光的波长均不同，led灯的个数为三个，每个序列中的数字为三个，密码器产生pwm控制led灯，控制方式为电压恒定，调节电流大小。
59.步骤3：光经过滤光镜传到识别器的光谱识别模块中，光谱识别模块识别光波形成时序光谱，然后把识别的时序光谱与识别器内部存储的时序光谱进行对比，当对比成功时，身份识别成功。
60.使用三个不同三原色led灯作为发光源，它们分别产生波长为α1-α2、α3-α4、α5-α6(α1＜α2＜α3＜α4＜α5＜α6)初始光照强度为a1、a2、a3的光线，它们的光强调节参数分别为k1、k2、k3，k1、k2、k3则与控制序列有关，例如：k1＝序列数字*0.1。则可以计算每个时段的光谱光照总强度为：
61.b1＝k1*a1 k2*a2 k3*a3；
62.发射孔三个滤光镜阻隔光波波长为β1-β2、β3-β4、β5-β6其中β1＜α1，β2＞α1且β2＜α2，用户初始输入的密码为100，设滤光镜阻隔系数为n1，则n1即为密码1对应的阻隔系数，密码器内部设置对应的数字与阻隔系数，密码为0时，没有设置滤光镜，三种led光线到出光孔衰减系数分别为m1、m2、m3则有出光孔三种光出光强度分别为：
63.a1＝m1*(n1*(β2-α1/α2-α1)*k1*a1 (α2-β2/α2-α1)*k1*a1)
64.a2＝m2*k2*a2
65.a3＝m3*k3*a3
66.总出光强度为：
67.b2＝a1 a2 a3
68.使用四个光谱分析模块它们分别读取波长为α1-α2、α3-α4、α5-α6、α1-α6的光线的光照强度，三个led以圆形排列(正三角)，四个光谱分析模块其中三个以圆形排列(正三角)，另一个在圆心，圆心的光谱分析模块读取光线波长为α1-α6。设出光孔三种光到对应光谱识别模块的衰减系数分别为m4、m5、m6，到达圆心光谱识别模块的衰减系数分别为m7、m8、m9。则有分别到达光谱分析模块的光强为：
69.a4＝m4*m1*(n*(β2-α1/α2-α1)*k1*a1 (α2-β2/α2-α1)*k1*a1)
70.a5＝m5*m2*k2*a2
71.a6＝m6*m3*k3*a3
72.到达圆心光谱分析模块的光强为：
73.b3＝m7*a1 m8*a2 m9*a3
74.设四个光谱分析模块对光强的识别时的衰减为m10、m11、m12、m13则四个识别正确光强为：
75.c1＝m10*a4
76.c2＝m11*a5
77.c3＝m12*a6
78.c4＝m13*b4
79.led灯电路输入为0-5v，设led灯的输入电压范围是v1-v2，伏安特性曲线在v2时电流为e2,且满足v1》0v,v2《5v,则在led发光强度最大时内阻r1为
80.r1＝v2/e2
81.适配电阻r为
82.r＝5*r1/v2 r1。
83.光谱分析模块采用电路输入为5v，设光敏电阻阻值变化范围是r1-r2,感光强度范围是0-μ1，令单片机采样电压范围是0-3v则电路采样re电阻为
84.re＝3/2*r1
85.四个电阻的正确采样点压为
86.ve1＝5*re/{r1 [c1/μ1*(r2-r1)] re}
[0087]
ve2＝5*re/{r1 [c2/μ1*(r2-r1)] re}
[0088]
ve3＝5*re/{r1 [c3/μ1*(r2-r1)] re}
[0089]
ve4＝5*re/{r1 [c4/μ1*(r2-r1)] re}。
[0090]
则第一个时间点的光谱数据为c1、c2和c3，每固定间隔时间采样即可得到一个光
谱图，然后把采集的所有光谱按照时间排列，即可得到时序光谱数据，然后把采集的时序光谱数据与识别器存储的时序光谱进行对比，即可完成身份验证。
[0091]
如图2-5所示，实现该方法的装置包括密码器和识别器，密码器与识别器套插设置，密码器包括密码器壳体1、显示屏3、电源公头4、数据交换公头5和传光管6，显示屏3设置在密码器壳体1上，电源公头4、数据交换公头5和传光管6设置在密码器壳体1的前端，密码器壳体1内设置有led灯组、驱动电路、电压采样电路和密码器控制器，电压采样电路的输入端与电源公头4连接，电压采样电路的输出端与密码器控制器连接，驱动电路的输入端与电压采样电路连接，驱动电路的输出端与led灯组连接，驱动电路的控制端与密码器控制器连接，控制器与数据交换公头(5)连接，led灯组设置在传光管6的底部。
[0092]
识别器包括识别器壳体2、电源母头7、数据交换母头8和传光管套孔9，电源母头7、数据交换母头8和传光管套孔9设置在识别器壳体2的一端，电源公头4插入电源母头7，数据交换公头5插入数据交换母头8，传光管6插入传光管套孔9，识别器壳体2内设置有识别器控制器、变压电路和光谱识别模块，变压电路的输入端与外部电源连接，输出端分别与电源母头7和识别器控制器连接，光谱识别模块设置在传光管套孔9的底部并与识别器控制器连接。
[0093]
本发明实施例中，密码器还包括光敏传感器，光敏传感器设置在传光管6内侧，光敏传感器与密码器控制器连接。光敏传感器主要是用于检测传光管6是否已经完全插入到传光管套孔9，也就是处于黑暗的情况，光敏传感器检测的值小于设定的固定值。
[0094]
本发明实施例中，led灯组包括三个产生不同波长的led灯，三个led灯设置在一块平板上，三个led灯三角设置。每个led灯产生的波长不同的光，它们分别产生波长为α1
‑‑
α2、α3
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α4、α5
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α6(α1＜α2＜α3＜α4＜α5＜α6)初始光照强度为a1、a2、a3的光线。
[0095]
本发明实施例中，光谱识别模块包括三个光强度识别装置，光强度识别装置与led灯相对设置，光强度识别装置包括虑光片11和光强度探头12，虑光片11设置在光强度探头12的前端，光强度探头12与识别器控制器连接。虑光片11滤除掉其它波段的光，只能接受特定的波长的光，实现一个光强度探头12接收一个led灯的光强度。
[0096]
电压分析模块分析电压正确后，打开电源开关后led灯间断发出的灯光会从led灯光发射口就经滤光镜滤光后射出，led灯光发射口规则圆形，使led灯密钥发出有时序规律和特定光谱光强的时序光波信息。时序光谱密钥本身初始化携带有特定的光谱时序信息。在初次使用本发明的身份识别系统时，需要进行光谱光强时序进行信息采集，此时，光波信号接收模块将接收到的光谱光强时序信息永久存储于单片机，在正常使用时，光波信号分析模块就可以将单片机内存储的信息与光波时序信息对比匹配以识别用户身份。正常工作流程如图1，在初次信息采集完成后，电池通过升压模块分别给dc母口和单片机1供电，当光谱时序密钥插入识别器后，dc母口与dc公头电连接并给电压分析模块供电，但供电电压不正常时显示屏提示识别错误，供电正常后，电压分析模块将给单片机2供电。单片机2通过信息交换母口通知单片机1开始识别，同时控制led灯按特定时序和强度才生特定时序光谱，该光谱经过滤光镜后从led灯光发射口射出。这时识别器的光谱信号接收模块将接收这些光谱时序信息并交由密码分析模块进行比对。在光谱时序密码正确时，通知单片机1控制开关打开，否则通过单片机1通知单片机2在显示器上显示识别失败。光谱时序密钥还可配备数字键盘和多种不同的滤光镜片。在初次信息采集前输入特定数字改变光谱强度信息，以
及更换滤光镜片改变光谱谱段信息，这样在他人拾取光谱时序密钥时依然无法正确打开识别器。
[0097]
光学镜片的数量种类正确也是时序光谱密钥能够使用的必要前提，种类和数量不同产生的时序光谱完全不同。为了方便用户记录光学镜片的种类数量，本发明的时序光谱密钥还会配一个种类数量记录表，用户在无意变更了光学镜片的种类数量时，可以按照种类数量记录表的记录重摆光学镜片,当然，用户也可以使用其他的方式记忆或者记录光学镜片摆放的种类数量。光学镜片固定在时序光谱密钥上后，一般就不会变动它的位置了，因为核对重摆错误使种类数量无法恢复时序光谱密钥就无法使用了。
[0098]
本发明的身份识别系统还包括有开关，所述信号分析模块通过控制信号以控制开关的开合。该开关可以为实体的锁结构，如门锁、车门锁，身份识别成功的用户就可以自由通过。该开关也可以是机密仪器的电子开关，身份识别成功后该仪器才能够正常开启并工作。信号记忆模块内存储的信息与激光信息对比匹配成功时，信号分析模块发出控制信号控制开关的开合，开关可以为一个，也可以为多个。
[0099]
本发明的时序光谱密钥射出的具有特殊光强的时序光谱，多个不同波长led灯按圆形规则排列后发出的灯光理论上可以有无数种组合，形成具有特殊光强的时序光谱，而识别器滤光镜亦为过滤特殊波长的镜片，具备该光谱的灯光强度信息除了本发明的led灯密钥外其他设备无法复制，杜绝了技术破解的可能性。
[0100]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。