本發(fā)明涉及信息安全控制技術，包括但不限于金融、安防(門禁控制)、信息安全、遙控等領域，具體涉及一種具備指紋識別功能的卡片裝置。

背景技術：

傳統(tǒng)的射頻識別(rfid)卡技術在市場上已經有數十年的應用，尤其在安防和門禁控制領域。但一直以來，難以解決的是盜用和冒用問題，降低了它的安全性，影響了系統(tǒng)的準確運行。

現(xiàn)有的射頻識別卡技術最通常的應用就是門禁控制。事先在門禁系統(tǒng)中登錄一張射頻識別卡卡片信息，當用戶進入控制區(qū)域時，在門禁閱讀器上刷這張射頻識別卡(接觸或非接觸方式)，該卡片信息將通過閱讀器上傳到門禁控制后臺的軟硬件管理系統(tǒng)，后臺系統(tǒng)讀取這些信息，判斷該持卡用戶是否具有進入的權限，然后控制與門禁閱讀器相關的電子門鎖，對授權用戶驅動電鎖打開；對非授權用戶，發(fā)出警示并保持門鎖鎖閉。

顯然，傳統(tǒng)射頻識別卡技術的缺點是，如果有人借用或盜用他人的門禁卡，系統(tǒng)將難以識別他/她的真實身份，從而提供給借用盜用者不應該得到的權限。這是傳統(tǒng)射頻識別卡系統(tǒng)多年來一直難以解決的問題。

以指紋識別、人臉識別為代表的生物識別技術，可以彌補射頻識別卡技術和系統(tǒng)的缺陷。尤其是指紋識別系統(tǒng)，隨著硬件技術的進步，可以做得越來越小，微型化的指紋識別系統(tǒng)與射頻識別卡技術的結合終于成為了現(xiàn)實。

現(xiàn)有的具備指紋識別的射頻識別卡技術，因為技術的局限，采用的都是無源系統(tǒng)，即是說他們需要通過被動方式，從系統(tǒng)外的射頻識別卡閱讀器，或者通過usb連接線，從外界以無線(線圈感應)或有線方式(usb接口等)獲得電源，其獲得方式要么因為無線獲取而不穩(wěn)定，要么因為連線方式而不方便(需要外接設備或電源)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的特征和優(yōu)點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本發(fā)明而學習。

為克服現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提供一種具備指紋識別功能的卡片裝置以及相應的充電裝置，實現(xiàn)指紋識別系統(tǒng)和傳統(tǒng)卡片裝置的結合，準確地判斷持卡者的真實身份，從而保證整個系統(tǒng)的安全性，同時采用主動工作方式的有源電池供電系統(tǒng)，使整個卡片裝置的可靠性、穩(wěn)定性提高，同時用戶可以采用插卡式的方式進行充電操作，簡便而又快捷。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

根據本發(fā)明的一個方面，提供一種具備指紋識別功能的卡片裝置，其包括依次相連的指紋采集單元、指紋識別處理單元和控制信號輸出單元，其中：

指紋采集單元，用于采集按壓在其上的手指指紋圖像；

指紋識別處理單元，其對指紋采集單元所采集的指紋進行存儲和比對，并根據比對結果選擇性地激活控制信號輸出單元；

控制信號輸出單元，其接收指紋識別處理單元的激活指令而對外輸出控制信號；

卡片裝置還包括可充電電池，其與卡片裝置厚度相適應，用于對指紋采集單元、指紋識別處理單元和控制信息輸出單元進行供電；可充電電池具有或連接有智能卡通用觸點接口模塊，作為可充電電池的充電接口。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，可充電電池為厚度在0.5mm-1.5mm之間的超薄型鋰電池，智能卡通用觸點接口模塊采用iso7816標準智能卡芯片觸點。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，智能卡通用觸點接口模塊還與指紋識別處理單元連接，作為指紋識別處理單元的對外數據連接接口。

根據本發(fā)明的一個實施例，指紋識別處理單元包括：

存儲模塊，用于存儲指紋特征模板；

微處理器，用于從指紋采集單元采集的指紋圖像中抽取能自動識別的特征，形成指紋特征模板并存儲于存儲模塊中；并用于從存儲模塊調取所存儲的指紋特征模板，與指紋采集單元采集的指紋進行比對，并根據比對結果選擇性地激活控制信號輸出單元。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，微處理器還用于對所形成的指紋特征模板進行加密，并存儲于存儲模塊中。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，存儲模塊還用于存儲兩種以上的加密算法，微處理器根據從指紋采集單元采集的指紋圖像的指紋特征和采集時的動作特征，根據預設的程序選擇相應的加密算法得出相應的加密數字信號，并通過控制信號輸出單元輸出到外部讀取信號的裝置上。

根據本發(fā)明的一個實施例，采集時的動作特征包括但不限于同一手指的采集頻率特征、不同手指的順序指紋采集動作特征、同一手指不同角度的采集特征。

根據本發(fā)明的一個實施例，控制信號輸出單元采用射頻識別(rfid)模塊，根據指紋識別處理單元的比對結果選擇性地激活和釋放射頻識別信號，以被外部的射頻識別卡閱讀器所讀取。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，卡片裝置還內置有無線充電接收模塊，用于與外部發(fā)射裝置配合使用，以對指紋采集單元、指紋識別處理單元和控制信息輸出單元進行無線充電。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，卡片裝置具有與指紋識別處理單元連接的藍牙模塊或zigbee模塊，用于與外部電子裝置無線連接，為外部電子裝置中的應用提供指紋識別認證。

本發(fā)明的優(yōu)選方案中，卡片裝置還包括低電壓報警指示燈，其與可充電電池相連，用于提醒用戶及時充電。

根據本發(fā)明的一個實施例，卡片裝置呈現(xiàn)為下列尺寸范圍的卡片形式：長度40mm-100mm；寬度40mm-60mm；厚度0.8mm-2mm。

另一個方面，本發(fā)明提供一種對上述卡片裝置進行充電的充電裝置，其包括卡槽，卡槽中設置有與卡片裝置上的智能卡通用觸點接口模塊相配合的充電接口模塊，充電接口模塊連接到充電模塊，以在卡片裝置插入卡槽時，充電模塊對卡片裝置進行充電。

在優(yōu)選方案中，充電接口模塊采用與iso7816標準智能卡芯片觸點相匹配的接口。

在優(yōu)選方案中，充電裝置包括usb接口模塊，usb接口模塊與充電模塊連接，用于使充電模塊連接外部電源；usb接口模塊還與充電接口模塊連接，以便卡片裝置通過usb接口模塊與外部電子裝置進行數據連接。

利用本發(fā)明采用的主動工作方式的電池供電系統(tǒng)，卡片裝置隨時可以上電工作，上電初始化時間小于0.3秒，上電后可以立即進行指紋識別認證，以及發(fā)射驗證結果，整個處理時間在1.5秒之內。這種工作方式，只要電池電量足夠(電壓較低需要充電前本裝置會有提示)，其工作和控制狀態(tài)都會非常穩(wěn)定和可靠。而現(xiàn)有的采用無線取電的被動方式，需要將相應裝置貼近外部閱讀器取電——相當于臨時充電，取電時間根據閱讀器的功率大小和質量高低各有不同，但時間基本都超過1秒，有的甚至3－5秒，呈現(xiàn)不確定狀態(tài)。而且這種臨時充電的電量電壓未必穩(wěn)定，可能導致系統(tǒng)工作錯亂。所以主動方式具備更佳的性能表現(xiàn)，但因為加工工藝和控制裝置厚度的原因，采用可充電電池供電的難度較大，本發(fā)明是在這些難點上進行了多年研發(fā)改進的結果。

本發(fā)明針對現(xiàn)有射頻識別卡系統(tǒng)的缺陷，在傳統(tǒng)的卡片中引入指紋識別系統(tǒng)，同時采用主動工作方式的有源電池供電系統(tǒng)，使整個卡片裝置的可靠性、穩(wěn)定性提高，而且用戶可以采用插卡式的方式進行充電操作，簡便而又快捷。

本發(fā)明卡片裝置可自帶可充電鋰電池，以主動方式供應整個裝置電源，并通過智能卡通用觸點接口模塊(優(yōu)選iso7816標準智能卡芯片觸點)作為與充電器的連接觸點，同時可以實現(xiàn)與卡片裝置的數據連接，以便通過充電裝置的usb接口連接外部電子裝置。傳統(tǒng)的智能卡通用觸點接口只是數據連接接口，而本發(fā)明將其實現(xiàn)為卡片裝置上的充電接口，這一方面是超薄型設計工藝的巧妙安排，這樣的接口漂亮美觀，符合大眾對芯片卡的通常認識；另一方面實現(xiàn)了插卡式充電，使得充電或數據連接方便而又快捷。

通過閱讀說明書，本領域普通技術人員將更好地了解這些技術方案的特征和內容。

附圖說明

下面通過參考附圖并結合實例具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和實現(xiàn)方式將會更加明顯，其中附圖所示內容僅用于對本發(fā)明的解釋說明，而不構成對本發(fā)明的任何意義上的限制，在附圖中：

圖1為本發(fā)明卡片裝置一個實施例的工作原理示意圖；

圖2為本發(fā)明卡片裝置另一實施例的工作原理示意圖；

圖3為本發(fā)明充電裝置的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，在本發(fā)明的實施例中，提供一種具備指紋識別功能的卡片裝置，其包括依次相連的指紋采集單元101、指紋識別處理單元102和控制信號輸出單元106，其中：

指紋采集單元101，用于采集按壓在其上的手指指紋圖像；

指紋識別處理單元102，其對指紋采集單元101所采集的指紋進行存儲和比對，并根據比對結果選擇性地激活控制信號輸出單元106；

控制信號輸出單元106，其接收指紋識別處理單元的激活指令而對外輸出控制信號；

卡片裝置還包括可充電電池105，其與卡片裝置厚度相適應，用于對指紋采集單元101、指紋識別處理單元102和控制信息輸出單元106進行供電；可充電電池105具有或連接有智能卡通用觸點接口模塊109，作為可充電電池的充電接口。

可充電電池采用厚度在0.5mm-1.5mm之間的超薄型鋰電池，智能卡通用觸點接口模塊109采用iso7816標準智能卡芯片觸點。超薄型可充電鋰電池，負責為整個卡片上的電子部件及電路提供電源。它通過iso7816標準的智能卡觸點與專用的充電器連接，定期充電；超薄型可充電鋰電池是符合本裝置加工工藝要求的電池，其充電時間短，每次只須充電20－30分鐘即可充滿。超薄型鋰電池與iso7816標準智能卡芯片觸點的搭配組合是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。

優(yōu)選地，作為本發(fā)明的另一個實施例，如圖2所示，智能卡通用觸點接口模塊109還可以與指紋識別處理單元102連接，作為指紋識別處理單元102的對外數據連接接口。圖2中其它的原理和結構與圖1所示的實施例相同。

作為本發(fā)明的具體實現(xiàn)形式，指紋識別處理單元102包括：

存儲模塊104，用于存儲指紋特征模板；

微處理器(mcu)103，用于從指紋采集單元101采集的指紋圖像中抽取能自動識別的特征，形成指紋特征模板并存儲于存儲模塊104中；并用于從存儲模塊104調取所存儲的指紋特征模板，與指紋采集單元101采集的指紋進行比對，并根據比對結果選擇性地激活控制信號輸出單元106。

微處理器(mcu)103運行指紋算法、管理存儲及卡片裝置上的其他事務處理，以及最終決定是否激活和釋放控制信號輸出單元106，例如激活和釋放射頻識別(rfid)信號。指紋算法主要包括兩部分：其一，指紋圖像處理和特征抽取算法，負責從指紋圖像中抽取電腦可以自動識別的各種特征及其位置，形成一個指紋特征文件，名為指紋特征模板；其二，指紋比對算法。通過指紋特征抽取算法處理后得到的指紋特征模板，存儲在存儲模塊104中，當持卡者使用卡片時，將手指按壓在指紋采集單元101上，系統(tǒng)將再次通過指紋特征抽取算法獲得該手指特征模板文件，然后通過指紋比對算法，與存儲模塊104中原先形成并儲存的指紋特征模板進行比對，得出比對結果。

為增加指紋特征模板的安全性，防止指紋特征模板被偽造或替換，微處理器103還用于對所形成的指紋特征模板進行加密，并存儲于存儲模塊104中。

在一個優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明還提供一種使卡片裝置開啟多個裝置并提高安全性的技術，具體的實現(xiàn)方式是在存儲模塊104中存儲兩種以上的加密算法，微處理器103根據從指紋采集單元101采集的指紋圖像的指紋特征和采集時的動作特征，根據預設的程序選擇相應的加密算法得出相應的加密數字信號，并通過控制信號輸出單元106輸出到外部讀取信號的裝置上。采集時的動作特征包括但不限于同一手指的采集頻率特征、不同手指的順序指紋采集動作特征、同一手指不同角度的采集特征。

本實施例中，控制信號輸出單元106可以采用射頻識別(rfid)模塊，根據指紋識別處理單元102的比對結果選擇性地激活和釋放射頻識別信號，以被外部的射頻識別卡閱讀器107所讀取。當然，本發(fā)明的控制信號輸出單元106并不限于rfid模塊，也可能采用其它接觸式或非接觸式的控制信號輸出模塊，例如傳統(tǒng)的ic卡、磁卡控制信號輸出模塊。

以射頻識別(rfid)模塊為例，傳統(tǒng)標準的射頻識別模塊，通過無線方式，向外發(fā)送編碼信息。在本專利裝置中，該模塊受控于微處理器mcu在進行指紋識別后的結果：若識別成功，mcu將激活該模塊使之可以正常工作；若指紋比對失敗，該模塊將繼續(xù)處于休眠狀態(tài)，不進行任何工作。

射頻識別卡閱讀器107是在本專利裝置之外，但與之有關聯(lián)的設備。本專利裝置在指紋識別成功之后，卡片上的微處理器mcu將激活卡上的射頻識別模塊，后者將發(fā)射編碼信息，并被射頻識別卡閱讀器107讀取，任何相關信息再傳送至后臺管理系統(tǒng)進行相關判斷和處理。

外接專用鋰電池充電器108用于對本發(fā)明的卡片裝置進行充電，具體介紹可參見圖3及下文的描述。

優(yōu)選地，本發(fā)明的卡片裝置還內置有無線充電接收模塊(圖1中未示出)，用于與外部發(fā)射裝置配合使用，以對指紋采集單元、指紋識別處理單元和控制信息輸出單元進行無線充電。實現(xiàn)主動式供電和被動式供電相結合，方便用戶在任何情況下對卡片的使用。無線充電接收模塊可以采用國際標準(例如qi、pma、a4wp充電標準)的無線充電接收模組。

卡片裝置還可以具有與指紋識別處理單元102連接的藍牙模塊或zigbee模塊(圖1中未示出)，用于與外部電子裝置無線連接，為外部電子裝置中的應用提供指紋識別認證。

本發(fā)明的卡片裝置可呈現(xiàn)為下列尺寸范圍的卡片形式：長度40mm-100mm；寬度40mm-60mm；厚度0.8mm-2mm?？ㄆb置還可以包括低電壓報警指示燈(圖1中未示出)，其與可充電電池相連，用于提醒用戶及時充電。

如圖3所示，本發(fā)明還提供一種對上述卡片裝置進行充電的充電裝置108，其包括卡槽，卡槽中設置有與卡片裝置上的智能卡通用觸點接口模塊相配合的充電接口模塊1081，充電接口模塊1081連接到充電模塊1083，以在卡片裝置插入卡槽時，充電模塊1083對卡片裝置進行充電。充電接口模塊1081優(yōu)選地采用與iso7816標準智能卡芯片觸點相匹配的接口。

在一個優(yōu)選的實施方案中，充電裝置包括usb接口模塊1082，usb接口模塊1082與充電模塊1083連接，用于使充電模塊1083連接外部電源；usb接口模塊1082還與充電接口模塊1081連接，以便卡片裝置通過usb接口模塊1082與外部電子裝置進行數據連接。

本發(fā)明的實施例中，該充電裝置是一個帶卡槽的扁平結構物，將卡片裝置插入充電器卡槽中，卡片上的iso7816觸點即與卡槽內部的觸腳對應接觸，然后該充電裝置通過usb連線外接電腦或電源，對卡片裝置進行充電或數據連接。

本發(fā)明裝置是由指紋識別算法、mcu、rfid技術、指紋采集芯片、電池、加密芯片及算法等核心因素的組合，并以卡片或類似形態(tài)的呈現(xiàn)之裝置，而且是自帶超薄型可充電鋰電池供電的主動式設備，本發(fā)明還包括標準充電接口和usb充電器。此一特點，使本發(fā)明裝置與其他類似產品以完全不同的工作方式進行，其工作方式可靠性穩(wěn)定性更高，具備創(chuàng)新特色。

本發(fā)明超薄卡片的實現(xiàn)主要是采用了超小型電子元件,包括超薄可充電鋰電池,以及柔性pcb制版和卡片封裝工藝達到的。數據加密算法可以采用標準des算法，也可以采用其它的專用算法。

下面以射頻識別(rfid)卡片裝置為例介紹本發(fā)明的工作方式，本發(fā)明是以指紋識別作為rfid卡是否激活工作的前置開關，用途包括：金融(各類銀行卡)、安防(門禁門鎖)、身份認證等等。其工作方式和原理如下：

1)系統(tǒng)初始化：本發(fā)明裝置可以登錄1人以上最多10人，1枚以上最多100枚指紋。系統(tǒng)初始化時，通過卡片上指示燈的指示和引導，持卡人(以及可能使用該卡片的其他相關人員)完成自己的指紋登錄，系統(tǒng)將該等指紋圖像，通過指紋特征抽取算法處理后，形成指紋特征模板文件(template)，存儲在卡片上的存儲模塊中；

2)未使用已登錄手指按壓時，該裝置處于休眠狀態(tài)，其射頻識別卡功能處于關閉狀態(tài)；

3)系統(tǒng)使用時，持卡人按壓已登錄過的指紋，卡片內的指紋比對算法將該指紋與存儲模塊中的指紋特征模板進行比對，根據比對結果，進行相應控制操作；

4)比如將本發(fā)明用作門禁系統(tǒng)時，若指紋比對成功，卡片上的射頻識別卡模塊將被激活，行使正常的射頻識別卡功能，發(fā)射相應的編碼到射頻識別卡閱讀器，完成門禁控制和授權；

5)若將本發(fā)明用于金融卡，則指紋比對成功后，該金融卡將被激活，可以行使正常金融卡的所有功能；

6)若將本發(fā)明用作個人身份證件，則指紋比對成功后，可以證明該持卡人人證合一的驗證得到通過，可行使他/她的個人權利。

由此可見，本發(fā)明裝置，徹底解決了重要證卡被借用、盜用的安全隱患，成為高安全證卡系統(tǒng)的全新選擇。

本發(fā)明將徹底解決傳統(tǒng)射頻識別卡系統(tǒng)安全性問題，以物理門禁控制為例，通過將傳統(tǒng)射頻識別卡門禁系統(tǒng)使用者手中的門禁卡進行替換，更換為本發(fā)明的指紋射頻識別卡，而原來系統(tǒng)中門禁閱讀器、控制線路、門禁控制器、后臺門禁管理軟件及系統(tǒng)等均無需改動或更換，只需要將新采用的指紋射頻識別卡在原來系統(tǒng)中進行登記即可。此后原來的整個門禁系統(tǒng)將完全被提升至指紋門禁系統(tǒng)，持卡者驗證指紋后卡片被激活然后進行正常刷卡進出控制區(qū)域。當然，一個傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)中，也可以根據控制區(qū)域的重要程度，只更換部分持卡者的卡片，系統(tǒng)無需任何改變即可兼容普通射頻識別卡和指紋射頻識別卡：高安全要求的區(qū)域使用指紋射頻識別卡，低安全程度的使用普通射頻識別卡。

以上參照附圖說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領域技術人員不脫離本發(fā)明的范圍和實質，可以有多種變型方案實現(xiàn)本發(fā)明。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特征可用于另一實施例以得到又一實施例。以上僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權利范圍，凡運用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效變化，均包含于本發(fā)明的權利范圍之內。