基于脚步触发的地铁刷卡方法与流程

本发明涉及特征分析领域，尤其涉及一种基于脚步触发的地铁刷卡方法。

背景技术：

指纹检测技术的发展得益于现代电子集成制造技术和快速可靠的算法的研究。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，对这些数据进行比对也不是简单的相等与不相等的问题，而是使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。现代电子集成制造技术使得我们可以制造相当小的指纹图像读取设备，同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行两个指纹的比对运算的可能。

另外，匹配算法可靠性也不断提高，指纹识别技术已经非常实用。

技术实现要素：

为了解决地铁刷卡智能化水平不高的技术问题，本发明提供了一种基于脚步触发的地铁刷卡方法，从图像中提取指纹特征，确定提取到的指纹特征对应的通行卡卡号，基于所述通行卡卡号对相应的通行卡进行划账动作，从而提高地铁收费的速度和效率，更关键的是，在图像处理中，对图像中的各类噪声进行幅值分析，以将幅值超过限量的噪声类型作为主要噪声类型，确定图像中的主要噪声类型的数量，并基于图像中的主要噪声类型的数量映射对应的图像质量等级，以在图像质量等级较高时方采用指纹特征提取模式，从而避免不必要的运算资源的浪费；同时，利用图像边缘信息越多，图像越复杂的特性，在图像边缘信息多时，选择更精确的自适应滤波设备进行滤波处理，在图像边缘信息少时，选择性价比更高的wiener滤波设备进行滤波处理。

根据本发明的一方面，提供一种基于脚步触发的地铁刷卡方法，该方法包括使用一种基于脚步触发的地铁刷卡系统来进行刷卡，所述基于脚步触发的地铁刷卡系统包括：声音检测设备，设置在地铁入口，用于检测地铁入口处的声音信号，以作为现场声音信号输出；脚步分析设备，与所述声音检测设备连接，设置在地铁入口，用于接收所述现场声音信号，并分析所述现场声音信号中脚步成分的幅值，当所述现场声音信号中脚步成分的幅值超限时，发出扫描触发信号；指纹识别设备，设置在地铁入口处的检测台上，用于在接收到所述扫描触发信号时，退出省电模式，对检测台上的指纹进行现场数据捕获，以获得对应的现场指纹图像，并输出所述现场指纹图像；主要噪声提取设备，与所述指纹识别设备连接，位于所述指纹识别设备的附近，用于接收所述现场指纹图像，并对所述现场指纹图像中的各类噪声进行幅值分析，以将幅值超过限量的噪声类型作为主要噪声类型，确定所述现场指纹图像中的主要噪声类型的数量，并基于所述现场指纹图像中的主要噪声类型的数量映射对应的图像质量等级；目标恢复设备，分别与所述指纹识别设备和所述主要噪声提取设备连接，用于在所述图像质量等级高于预设等级阈值时，对所述现场指纹图像中与图像边沿相邻的每一个目标进行目标边沿扩展，以获得所述现场指纹图像对应的边沿扩展图像；外形锐化设备，与所述目标恢复设备连接，用于获取所述边沿扩展图像中的每一个目标外形，在所述边沿扩展图像中，对所述边沿扩展图像中的每一个目标外形进行锐化处理，以获得并输出与所述边沿扩展图像对应的外形锐化图像；信息检测设备，与所述外形锐化设备连接，用于接收所述外形锐化图像，对所述外形锐化图像中的每一个像素点进行是否为边缘像素点的检测动作，并输出所述外形锐化图像的全部像素点数量和所述外形锐化图像的全部边缘像素点数量；信息分析设备，与所述信息检测设备连接，用于接收所述外形锐化图像的全部像素点数量和所述外形锐化图像的全部边缘像素点数量，将所述外形锐化图像的全部像素点数量除以所述外形锐化图像的全部边缘像素点数量以获得边缘参考倍数；滤波切换设备，与所述信息分析设备连接，用于接收所述边缘参考倍数，并在所述边缘参考倍数超过限量时，发出第一滤波切换信号，以及在所述边缘参考倍数未超过限量时，发出第二滤波切换信号；wiener滤波设备，分别与所述滤波切换设备和所述信息检测设备连接，用于在接收到所述第二滤波切换信号时，从省电状态进入工作状态，并在所述工作状态下执行以下操作：对所述外形锐化图像执行小波域的wiener滤波处理，以获得相应的滤波图像以作为第一滤波图像输出；自适应滤波设备，分别与所述滤波切换设备和所述信息检测设备连接，用于在接收到所述第一滤波切换信号时，从省电状态进入工作状态，并在所述工作状态下执行以下操作：对所述外形锐化图像进行小波分割以获得第一层到第p层的各个高频系数以及获得第p层的各个低频系数，将数值低于预设阈值的高频系数设置为零，数值不低于预设阈值的高频系数设置为其原值的三分之一，并基于第p层的各个低频系数和处理后的第一层到第p层的各个高频系数进行图像的重新构建，以获得所述外形锐化图像对应的滤波图像以作为第二滤波图像输出；信号整合设备，分别与所述wiener滤波设备和所述自适应滤波设备连接，用于将所述第一滤波图像或所述第二滤波图像作为信号整合图像，并输出所述信号整合图像；电力供应设备，分别与所述wiener滤波设备和所述自适应滤波设备连接，用于为所述wiener滤波设备和所述自适应滤波设备提供电力供应；动态范围检测设备，设置在地铁入口，与所述信号整合设备连接，用于接收所述信号整合图像，对所述信号整合图像的当前动态范围进行检测，以获得所述当前动态范围；动态范围调整设备，与所述动态范围检测设备连接，用于接收所述信号整合图像和所述当前动态范围，并基于所述当前动态范围对所述信号整合图像进行动态范围调整，以使得所述信号整合图像的动态范围扩展到预设动态范围区间，所述动态范围调整设备输出调整后的范围修正图像；编号解析设备，与所述动态范围调整设备连接，用于接收所述范围修正图像，从所述范围修正图像中提取指纹特征，确定提取到的指纹特征对应的通行卡卡号，基于所述通行卡卡号对相应的通行卡进行划账动作；其中，所述目标恢复设备在所述图像质量等级小于或等于预设等级阈值时，进入省电模式；其中，在所述目标恢复设备中，对所述现场指纹图像中与图像边沿相邻的每一个目标进行目标边沿扩展包括：将所述现场指纹图像中与图像边沿相邻的每一个目标作为对应的不完整目标，基于所述现场指纹图像中的不完整目标的外形对所述不完整目标在所述现场指纹图像之外的部分进行预测性扩展。

更具体地，在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述wiener滤波设备在省电状态下和工作状态下耗电量不同，所述自适应滤波设备在省电状态下和工作状态下耗电量不同。

更具体地，在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述wiener滤波设备在接收到所述第一滤波切换信号时，从工作状态进入省电状态。

更具体地，在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述wiener滤波设备在进入省电状态时，停止对所述外形锐化图像执行小波域的wiener滤波处理，直接将所述外形锐化图像作为第一滤波图像输出。

更具体地，在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述自适应滤波设备在接收到所述第二滤波切换信号时，从工作状态进入省电状态。

更具体地，在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述自适应滤波设备在进入省电状态时，停止对所述外形锐化图像进行小波分割，直接将所述外形锐化图像作为第二滤波图像输出。

更具体地，在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述目标恢复设备输出的边沿扩展图像的面积大于所述现场指纹图像的面积。

更具体地，在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：在所述主要噪声提取设备中，所述现场指纹图像中的主要噪声类型的数量越少，对应的图像质量等级越高。

更具体地，在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：

所述脚步分析设备还用于当所述现场声音信号中脚步成分的幅值未超限时，发出扫描停止信号；其中，所述指纹识别设备还用于当接收到所述扫描停止信号时，进入省电模式。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于脚步触发的地铁刷卡系统的外形结构图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的实施方案进行详细说明。

指纹检测即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。

指纹检测技术涉及图像处理、模式识别、计算机视觉、数学形态学、小波分析等众多学科。由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。由于每次捺印的方位不完全一样，着力点不同会带来不同程度的变形，又存在大量模糊指纹，如何正确提取特征和实现正确匹配，是指纹识别技术的关键。

为了克服上述不足，本发明搭建一种基于脚步触发的地铁刷卡方法，该方法包括使用一种基于脚步触发的地铁刷卡系统来进行刷卡。所述基于脚步触发的地铁刷卡系统能够有效解决相应的技术问题。

图1为根据本发明实施方案示出的基于脚步触发的地铁刷卡系统的外形结构图，所述系统包括：

声音检测设备，设置在地铁入口，用于检测地铁入口处的声音信号，以作为现场声音信号输出；

脚步分析设备，与所述声音检测设备连接，设置在地铁入口，用于接收所述现场声音信号，并分析所述现场声音信号中脚步成分的幅值，当所述现场声音信号中脚步成分的幅值超限时，发出扫描触发信号；

检测台安装板1，中间设有两个圆孔用于检测台的安装，其下端与指纹识别设备的上端连接；

指纹识别设备2，设置在地铁入口处的检测台上，用于在接收到所述扫描触发信号时，退出省电模式，对检测台上的指纹进行现场数据捕获，以获得对应的现场指纹图像，并输出所述现场指纹图像；

主要噪声提取设备，与所述指纹识别设备连接，位于所述指纹识别设备的附近，用于接收所述现场指纹图像，并对所述现场指纹图像中的各类噪声进行幅值分析，以将幅值超过限量的噪声类型作为主要噪声类型，确定所述现场指纹图像中的主要噪声类型的数量，并基于所述现场指纹图像中的主要噪声类型的数量映射对应的图像质量等级；

目标恢复设备，分别与所述指纹识别设备和所述主要噪声提取设备连接，用于在所述图像质量等级高于预设等级阈值时，对所述现场指纹图像中与图像边沿相邻的每一个目标进行目标边沿扩展，以获得所述现场指纹图像对应的边沿扩展图像；

外形锐化设备，与所述目标恢复设备连接，用于获取所述边沿扩展图像中的每一个目标外形，在所述边沿扩展图像中，对所述边沿扩展图像中的每一个目标外形进行锐化处理，以获得并输出与所述边沿扩展图像对应的外形锐化图像；

信息检测设备，与所述外形锐化设备连接，用于接收所述外形锐化图像，对所述外形锐化图像中的每一个像素点进行是否为边缘像素点的检测动作，并输出所述外形锐化图像的全部像素点数量和所述外形锐化图像的全部边缘像素点数量；

信息分析设备，与所述信息检测设备连接，用于接收所述外形锐化图像的全部像素点数量和所述外形锐化图像的全部边缘像素点数量，将所述外形锐化图像的全部像素点数量除以所述外形锐化图像的全部边缘像素点数量以获得边缘参考倍数；

滤波切换设备，与所述信息分析设备连接，用于接收所述边缘参考倍数，并在所述边缘参考倍数超过限量时，发出第一滤波切换信号，以及在所述边缘参考倍数未超过限量时，发出第二滤波切换信号；

wiener滤波设备，分别与所述滤波切换设备和所述信息检测设备连接，用于在接收到所述第二滤波切换信号时，从省电状态进入工作状态，并在所述工作状态下执行以下操作：对所述外形锐化图像执行小波域的wiener滤波处理，以获得相应的滤波图像以作为第一滤波图像输出；

自适应滤波设备，分别与所述滤波切换设备和所述信息检测设备连接，用于在接收到所述第一滤波切换信号时，从省电状态进入工作状态，并在所述工作状态下执行以下操作：对所述外形锐化图像进行小波分割以获得第一层到第p层的各个高频系数以及获得第p层的各个低频系数，将数值低于预设阈值的高频系数设置为零，数值不低于预设阈值的高频系数设置为其原值的三分之一，并基于第p层的各个低频系数和处理后的第一层到第p层的各个高频系数进行图像的重新构建，以获得所述外形锐化图像对应的滤波图像以作为第二滤波图像输出；

信号整合设备，分别与所述wiener滤波设备和所述自适应滤波设备连接，用于将所述第一滤波图像或所述第二滤波图像作为信号整合图像，并输出所述信号整合图像；

电力供应设备，分别与所述wiener滤波设备和所述自适应滤波设备连接，用于为所述wiener滤波设备和所述自适应滤波设备提供电力供应；

动态范围检测设备，设置在地铁入口，与所述信号整合设备连接，用于接收所述信号整合图像，对所述信号整合图像的当前动态范围进行检测，以获得所述当前动态范围；

动态范围调整设备，与所述动态范围检测设备连接，用于接收所述信号整合图像和所述当前动态范围，并基于所述当前动态范围对所述信号整合图像进行动态范围调整，以使得所述信号整合图像的动态范围扩展到预设动态范围区间，所述动态范围调整设备输出调整后的范围修正图像；

编号解析设备，与所述动态范围调整设备连接，用于接收所述范围修正图像，从所述范围修正图像中提取指纹特征，确定提取到的指纹特征对应的通行卡卡号，基于所述通行卡卡号对相应的通行卡进行划账动作；

其中，所述目标恢复设备在所述图像质量等级小于或等于预设等级阈值时，进入省电模式；

其中，在所述目标恢复设备中，对所述现场指纹图像中与图像边沿相邻的每一个目标进行目标边沿扩展包括：将所述现场指纹图像中与图像边沿相邻的每一个目标作为对应的不完整目标，基于所述现场指纹图像中的不完整目标的外形对所述不完整目标在所述现场指纹图像之外的部分进行预测性扩展。

接着，继续对本发明的基于脚步触发的地铁刷卡系统的具体结构进行进一步的说明。

在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述wiener滤波设备在省电状态下和工作状态下耗电量不同，所述自适应滤波设备在省电状态下和工作状态下耗电量不同。

在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述wiener滤波设备在接收到所述第一滤波切换信号时，从工作状态进入省电状态。

在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述wiener滤波设备在进入省电状态时，停止对所述外形锐化图像执行小波域的wiener滤波处理，直接将所述外形锐化图像作为第一滤波图像输出。

在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述自适应滤波设备在接收到所述第二滤波切换信号时，从工作状态进入省电状态。

在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述自适应滤波设备在进入省电状态时，停止对所述外形锐化图像进行小波分割，直接将所述外形锐化图像作为第二滤波图像输出。

在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：所述目标恢复设备输出的边沿扩展图像的面积大于所述现场指纹图像的面积。

在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：在所述主要噪声提取设备中，所述现场指纹图像中的主要噪声类型的数量越少，对应的图像质量等级越高。

在所述基于脚步触发的地铁刷卡系统中：

所述脚步分析设备还用于当所述现场声音信号中脚步成分的幅值未超限时，发出扫描停止信号；

其中，所述指纹识别设备还用于当接收到所述扫描停止信号时，进入省电模式。

另外，所述编号解析设备由pld器件来实现。可编程逻辑器件pld(programmablelogicdevice)是asic的一个重要分支，是厂家作为一种通用性器件生产的半定制电路，用户可通过对器件编程实现所需要的功能。可编程逻辑阵列pla(programmablelogicarray),与20世纪70年代中期出现，它是由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成。可编程阵列逻辑pal(programmablearraylogic)器件是1977年美国mmi公司率先推出的，它由于输出结构种类很多，设计灵活，因而得到普遍使用。

pal器件的基本结构是把一个可编程的与阵列的输出乘积项馈送到或阵列，pal器件所实现的逻辑表达式具有积之和的形式，因而可以描述任意布尔传递函数。pal器件从内部结构上来说由五种基本类型构成：(1)基本阵列结构；(2)可编程i/o结构；(3)带反馈的寄存器输出结构；(4)异或结构：(5)算术功能结构。

采用本发明的基于脚步触发的地铁刷卡系统，针对现有技术中地铁刷卡机制原理过于落后的技术问题，通过从图像中提取指纹特征，确定提取到的指纹特征对应的通行卡卡号，基于所述通行卡卡号对相应的通行卡进行划账动作，从而提高地铁收费的速度和效率，更关键的是，在图像处理中，对图像中的各类噪声进行幅值分析，以将幅值超过限量的噪声类型作为主要噪声类型，确定图像中的主要噪声类型的数量，并基于图像中的主要噪声类型的数量映射对应的图像质量等级，以在图像质量等级较高时方采用指纹特征提取模式，从而避免不必要的运算资源的浪费；同时，利用图像边缘信息越多，图像越复杂的特性，在图像边缘信息多时，选择更精确的自适应滤波设备进行滤波处理，在图像边缘信息少时，选择性价比更高的wiener滤波设备进行滤波处理，从而解决了上述技术问题。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。