CN103593657B - 指纹采集系统及包括该指纹采集系统的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指纹采集系统及包括该指纹采集系统的电子设备。该系统包括：图像接收板；光学镜组，在所述图像接收板表面的指纹图像通过光学镜组后，输出产生显著畸变的图像，所述光学镜组包括至少一个反射镜和/或透镜；图像传感器，传感来自所述光学镜组的产生显著畸变后的指纹图像。本发明能够防止用户指纹信息被盗。

Description

指纹采集系统及包括该指纹采集系统的电子设备

技术领域

本发明涉及一种指纹识别技术，尤其涉及一种指纹采集系统及包括该指纹采集系统的电子设备。

背景技术

随着科技的发展及公众安全意识的增强，除了一些相对传统的安保领域，指纹采集装置越来越广泛的应用于便携电子产品，如笔记本电脑、移动电话等。

中国专利申请CN 200910171644.6示出了一种现有的指纹采集装置。图1(a)、1(b)所示为一种现有的采用对称光路设计的指纹采集装置70。该指纹采集装置70 包含一光源71、一棱镜72、一光检测器74，及一图像传感器( 未图示)。该光检测器74 包含一光阑740及一聚焦物镜741。该棱镜72 具有一供手指8 贴合的指纹采集面720，一反射面721，及一出射面722。光源71 发出的光经棱镜72 投射至手指8，被手指8 散射后再次进入棱镜72 传播。反射面721将光投射至出射面722，由出射面722 出射至光检测器74 ；进入光阑740 的光进一步被聚焦物镜741聚焦，再传送至图像传感器。该反射面721 相对于该光检测器74的观测轴743左右对称时，即该反射面721 与该观测轴743 所在水平面相交的直线垂直于该观测轴743 时，光检测器74 需设于棱镜72 的出射面722 一侧的中间；反之，该反射面721 相对于该光检测器74 的观测轴743不左右对称时，即该反射面721 与该观测轴743 所在水平面相交的直线不垂直于该观测轴743 时，光检测器74 可不需设于棱镜72 的出射面722 一侧的中间，可设置在例如靠下方或靠下方。然而，该现有技术中，反射面721要么是平面，要么是曲率基本恒定的曲面，其目的均为尽可能地避免指纹光学几何畸变。

申请人为美国光撷科技有限公司的中国专利申请CN02144072.7公开了另一种现有的体积较小的指纹采集装置中，该指纹采集装置利用了光学变形组镜来对指纹进行矫正，以避免光学几何畸变。参考图2来进行说明。光路103进入图像接收板202，将图像从图像接收板反射回来的图像通过光学变形组镜210，更确切的说是通过一组由水平与垂直方向组成的柱面透镜使图像的仿射变形得到矫正。图像沿着光路103到达装置208。如从光学变形组镜210接收补偿图像的图像传感器。图像传感器208所接收到的是已经通过变形光学组镜210得到矫正的图像。

然而，一方面为满足用户对手机、平板电脑、电子书等智能电子设备的保密需求，越来越多的电子设备通过采集用户指纹来进行认证，另一方面，用户越来越担心因指纹泄密而导致用户电子设备盗用或人私密信息被窃取。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够防止用户指纹信息被盗的指纹采集系统及包括该指纹采集系统的电子设备。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种指纹采集系统。该系统包括：图像接收板；光学镜组，在所述图像接收板表面的指纹图像通过光学镜组后，输出产生显著畸变的图像，所述光学镜组包括至少一个反射镜和透镜；图像传感器，传感来自所述光学镜组的产生显著畸变后的指纹图像。

根据本发明的又一面，所述光学镜组可进一步包括：一高斯曲率变化的反射镜；或者，所述光学镜组进一步包括反射镜，所述反射镜的第一部分的高斯曲率为正，另一部分的高斯曲率为负。

根据本发明的又一面，所述光学镜组可进一步包括：棱镜，所述棱镜包括反射面、出射面和作为所述图像接收板的采集面，所述反射面反射来自所述图像接收板的指纹图像，出射面将所述反射面的反射的指纹图像射出所述棱镜，所述反射面的高斯曲率变化；至少一个透镜，所述反射镜出射的指纹图像经过所述至少一个透镜射入所述图像传感器。

根据本发明的又一面，所述光学镜组可进一步包括：棱镜，所述棱镜包括反射面、出射面和作为所述图像接收板的采集面，所述反射面反射来自所述图像接收板的指纹图像，出射面将所述反射面的反射的指纹图像射出所述棱镜；透镜，所述反射镜射出的指纹图像经过所述透镜组射入所述图像传感器；折反光路元件，该折反光路元件设于该棱镜的出射面与该至少一透镜之间或者设于该透镜与该图像传感器之间，其中，所述棱镜的反射面的高斯曲率变化或者所述折反光路元件包括一高斯曲率变化反射面。

根据本发明的又一面，所述光学镜组可进一步包括：一面为平面而另一面为曲面的透镜，所述平面构成所述图像接收板，从所述曲面射出的光直接进入或经过所述光学镜组的反射镜反射后进入所述图像传感器。

优选的，光学镜组为使得图像产生非仿射变换的显著畸变的光学镜组。

根据本发明的又一面，所述光学镜组可进一步包括：一枕形变形镜头组，在图像接收板表面的指纹图像通过该枕形镜头组后，输出产生显著枕形畸变的指纹图像；以有/或者一桶形变形镜头组，在图像接收板表面的指纹图像通过该枕形镜头组后，输出产生显著桶形畸变的指纹图像。

不失一般的，产生显著畸变后的指纹图像的10%以上的像素的相对畸变值大于等于5%；优选的，产生显著畸变后的指纹图像的30%以上的像素的相对畸变值大于等于10%。

根据本发明又一方面，还提供了一种包括权利要求1至9中任一项所述的指纹采集系统的电子设备。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以避免用户的真实指纹被泄漏。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1和图2分别是根据现有技术的指纹采集系统的结构示意图；

图3a至图3e分别是根据本发明实施例的指纹采集系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

实施例一

参考图3a，本实施例的指纹采集系统包括图像接收板33、光学镜组31和图像传感器32。图像接收板33表面的指纹图像通过光学镜组31后，输出产生显著畸变的图像。光学镜组31至少包括一反射镜311，可选地，还可以一凸透镜312。顺带说明的是，本发明附图中示出的各部件的位置光系及光的反射和折射路线仅为示意图，不表示精确的大小尺寸关系。

手指1放置在图像接收板33，手指1散射的光透过图像接收板33射到反射镜311上，经反射镜反射到凸透镜312并穿过凸透镜抵达图像传感器32。经过反射镜311的凹凸不平的镜面的反射，指纹图像产生显著畸变，图像传感器32传感来自光学镜组31的产生显著畸变后的指纹图像。在该实施例中，指纹图像的畸变主要由反射镜的凹凸不平的镜面反射产生。本领域技术人员可知，在图像传感器32的传感区域足够大时，凸透镜312可以去除。

该实施例中，凸透镜313主要用于缩小图像。可替换地，可设置一用于缩小图像的透镜组来替代这里的凸透镜313，透镜组至少包括一个透镜。此外，在指纹图像的光路上反射镜311既可以位于所述透镜组的之后也可以位置透镜组之后。

这样，经过该指纹采集系统采集到的指纹图像为经过畸变的指纹图像，这样即使在某种例如手机数据被窃取等极端情况下，也可以避免用户的真实指纹被泄漏，因此用户可以放心地通过指纹进行各种例如手机权限、银行业务等权限认证，不用担心其真实指纹被泄漏。换而言之，即便泄漏了该指纹采集系统采集到的指纹，该指纹也用处不大，因此其无法在用户新更换的指纹采集系统或其它指纹采集系统上认证通过。

可通过调整反射镜311表面各点的高斯曲率，来改变指纹图像的畸变程度。不失一般地，可使得产生显著畸变后的指纹图像的10%以上的像素的相对畸变值大于等于5%。优选的，使得产生显著畸变后的指纹图像的30%以上的像素的相对畸变值大于等于10%。

对于嵌入在欧几里得空间R³中的二维曲面，有两种曲率存在：高斯曲率和平均曲率。为计算在曲面给定点的曲率，考虑曲面和由在该点的法向量和某一切向量所确定的平面的交集。这个交集是一个平面曲线，所以有一个曲率；如果选择其它切向量，这个曲率会改变，并且有两个极值-最大和最小曲率，称为主曲率 k ₁ 和k ₂，极值方向称为主方向。这里我们采用在曲线向和曲面选定法向的相同方向绕转的时候把曲率置为正数，否则为负的约定。

高斯曲率以高斯命名，等于主曲率的乘积，k ₁ k ₂它的单位为1／长度²，对于球、椭球、双叶双曲面的一叶、椭圆抛物面为正，对于伪球面、 单叶双曲面、双曲抛物面为负，对平面、圆柱面为0。它决定了曲面局部是凸（正的时候）还是局部鞍点（负的时候）。

实施例二

参考图3b，本实施例的指纹采集系统也包括图像接收板33、光学镜组31和图像传感器32。本实施例的光学镜组31包括一面为平面而另一面为曲面的透镜313，该透镜313的平面既为透镜315的一部分，也可以同时作为所述图像接收板33。此外，光学镜组31还可包括一反射镜314和一凸透镜316，透镜315的曲面射出的光经过光学镜组的反射镜314反射后进入图像传感器32。凸透镜316的作用与上述实施例一中的凸透镜313类似，也可替换为用于缩小图像的透镜组，在此不再详细说明。

手指1放置在图像接收板33，手指1散射的光透过图像接收板33(即透镜315的平面)进入到透镜315中，并从透镜315的曲面射出至反射镜314，再由反射镜314反射至图像传感器32，光从透镜315的曲面射出时，指纹图像会产生显著畸变，因此传感器传感得到的产生显著畸变后的指纹图像。本领域技术人员可知，通过调整图像传感器32的传感区域平面与透镜315的平面的夹角及透镜315的曲面的各点曲率，也可以由传感器直接传感从透镜315的曲面射出的畸变指纹图像，而无需设置反射镜314。

可通过调整透镜315的曲面上各点的高斯曲率，来改变指纹图像的畸变程度。不失一般地，可使得产生显著畸变后的指纹图像的10%以上的像素的相对畸变值大于等于5%。优选的，使得产生显著畸变后的指纹图像的30%以上的像素的相对畸变值大于等于10%。

不失一般地，优选的，透镜315的曲面的第一部分的高斯曲率为正，透镜315的曲面的另一部分的高斯曲率为负。这样，能够使得指纹图像产生较显著畸变。

顺带说明的是，上述实施例中通过改变光学镜组中透镜曲面或反射镜表面的高斯曲率来改变指纹图像的畸变程度的方式，两样适应于下述各实施例。

此外，还可以将反射镜314设置为高斯曲率变化的反射镜，以使得图像传感器32传感得到的指纹图像的畸变更加显著或复杂，使得产生畸变后的指纹图像更难以通过校正处理复原为用户的真实指纹。

在一种变形例中，光学镜组31可包括为一由一个或多个透镜构成的枕形变形镜头，在图像接收板表面的指纹图像通过该枕形镜头组后，输出在特定的一个或多个方向上产生显著枕形畸变的指纹图像，或者包括一由一个或多个透镜构成的桶形变形镜头，在图像接收板表面的指纹图像通过该枕形镜头组后，输出在特定的一个或多个方向上产生显著桶形畸变的指纹图像。甚至，车在另一变形例中，，光学镜组31可包括枕形变形镜头和桶形变形镜头两者，以产生更加复杂的难以校正回用户真实指纹图像的畸变后的图像。

实施例三

参考图3c，本实施例的指纹采集系统也包括图像接收板33、光学镜组31和图像传感器32。本实施例的光学镜组31包括棱镜317。棱镜317包括反射面3171、出射面3172和作为图像接收板33的采集面。换而言之，棱镜317的采集面即为图像接收板33。反射面3171反射来自采集面的指纹图像。和将所述反射面的反射光射出的出射面。反射面3171的高斯曲率变化，这样，从棱镜317的出射面3172射出的图像为产生显著畸变的指纹图像。本实施例的光学镜组31还可包括透镜318，该产生显著畸变的指纹图像直接被图像传感器32感应或穿过透镜318后再被图像传感器32感应。

实施例四

参考图3d，本实施例的指纹采集系统是实施例三的变形例，也包括图像接收板33、光学镜组31和图像传感器32。在此仅说明与实施例三区别之处，其它未说明的地方可结合实施例三来理解。本实施例的光学镜组31包括棱镜317的反射面为平面，替代其使得指纹图像产生显著畸变的是具有一不规则曲面的透镜319。其光路反射或折射路径与前述实施例三类似，在此不再详细说明。

实施例四

参考图3d，本实施例的指纹采集系统也是实施例三的变形例，也包括图像接收板33、光学镜组31和图像传感器32。在此仅说明与实施例三区别之处，其它未说明的地方可结合实施例三来理解。本实施例的光学镜组31包括棱镜317的反射面为平面，替代其使得指纹图像产生显著畸变的是一折反光路元件313。可将折反光路元件313设置成与实施例一中的反射镜311类似的高斯曲率变化（不恒定）的反射镜，在此不再详细说明。

本实施例中，手指1的指纹散射至棱镜317的反射面3171，反射面3171反射的指纹图像通过凸镜318缩小后，由折反光路元件313反射至图像传感器32。

在本实施例中，可替代地，也可将反射面3171设置为高斯曲率变化的反射面，而将折反光路元件313设置为平面反射镜。

其它实施例

本发明上述实施例的反射镜311、反射面3171和/或折反光路元件313的反射面的第一部分的高斯曲率为正，另一部分的高斯曲率为负。这样，能够使得指纹图像产生更显著畸变。

优选地，上述实施例中，光学镜组31优选为使得图像产生非仿射变换的显著畸变的光学镜组。这可以通过调整上述实施例中反射镜或透镜曲面上各点的高斯曲率来实现。

当用户使用本发明的指纹采集系统采集的指纹进行认证时，由于预先存储的参考指纹图像与用户通过刷指纹而输入的用来认证的指纹图像是通过相同的光学畸变的图像，因此即便指纹采集系统采集的指纹为产生了显著畸变的指纹，通过该指纹采集系统可以照样地完成用户指纹认证。

此外，为防止由于指纹图像畸变，若图像接收板33上的指纹图像的方向变化，则较难通过简单旋转来使得两个不同方向的指纹图像相匹配。因此，优选的，图像接收板33的表面包括便于用户确定手指放置位置的刻度线。

此外，本发明还提供了一包括权利要求1至9中任一项所述的指纹采集系统的电子设备。该电子设备可以为手机、PDA、平板电脑、金融业的刷卡机、电子图像等智能终端，也可以为智能保险箱、银行自动柜员机（ATM机）等。

此外，上述背景技术中涉及的概念和安装方式可以结合至本实施例，并构成本发明的变形实施例。

此外，由于本发明突破了惯性思维，克服了传统技术中对用来认证的指纹图像进行光学畸变进行校正的偏见，除能够较好地避免用户真实指纹泄密以外，还可以节约用于校正指纹图像的光学元件，从而使得指纹采集系统结构更加简单小巧。一定程度上也降低了成本。

此外，本发明的图像传感器32可以是照相机，电荷耦合器件CCD或CMOS图像传感器或各种类型的图像采集传感装置。

此外，虽然本发明各实施例的图像接收板33均示意地性表示为与水平面成一夹角（即倾斜设置），实际上，该图像接收板33可以水平设置甚至与水平面成任意夹角设置，只需相应地适当调整光学镜组的位置或倾角即可。

此外，本发明所指显著畸变，是指普通用户可通过肉眼容易地觉察到产生畸变的指纹图像与用户的真实指纹图像的差异。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种指纹采集系统，其特征在于，包括：

图像接收板；

光学镜组，在所述图像接收板表面的指纹图像通过光学镜组后，输出产生显著畸变的图像，所述光学镜组包括至少一个反射镜和透镜；

图像传感器，传感来自所述光学镜组的产生显著畸变后的指纹图像；

其中，所述光学镜组进一步包括一高斯曲率变化的反射镜；或者，

所述光学镜组进一步包括反射镜，所述反射镜的第一部分的高斯曲率为正，另一部分的高斯曲率为负。

2.根据权利要求1所述的指纹采集系统，其特征在于，所述光学镜组进一步包括：

棱镜，所述棱镜包括反射面、出射面和作为所述图像接收板的采集面，所述反射面反射来自所述图像接收板的指纹图像，出射面将所述反射面的反射的指纹图像射出所述棱镜，所述反射面的高斯曲率变化；

至少一个透镜，所述反射镜出射的指纹图像经过所述至少一个透镜射入所述图像传感器。

3.根据权利要求1所述的指纹采集系统，其特征在于，所述光学镜组进一步包括：

棱镜，所述棱镜包括反射面、出射面和作为所述图像接收板的采集面，所述反射面反射来自所述图像接收板的指纹图像，出射面将所述反射面的反射的指纹图像射出所述棱镜；

透镜，所述反射镜射出的指纹图像经过所述透镜组射入所述图像传感器；

折反光路元件，该折反光路元件设于该棱镜的出射面与该至少一透镜之间或者设于该透镜与该图像传感器之间，其中，

所述棱镜的反射面的高斯曲率变化或者所述折反光路元件包括一高斯曲率变化反射面。

4.根据权利要求1所述的指纹采集系统，其特征在于，所述光学镜组进一步包括：

一面为平面而另一面为曲面的透镜，所述平面构成所述图像接收板，从所述曲面射出的光直接进入或经过所述光学镜组的反射镜反射后进入所述图像传感器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹采集系统，其特征在于，光学镜组为使得图像产生非仿射变换的显著畸变的光学镜组。

6.根据权利要求1所述的指纹采集系统，其特征在于，所述光学镜组进一步包括：

一鱼眼镜头组，在图像接收板表面的指纹图像通过该鱼眼镜头组后，输出产生鱼眼镜头拍摄效果的指纹图像；以及/或者

一枕形变形镜头组，在图像接收板表面的指纹图像通过该枕形镜头组后，输出产生显著枕形畸变的指纹图像；以有/或者

一桶形变形镜头组，在图像接收板表面的指纹图像通过该枕形镜头组后，输出产生显著桶形畸变的指纹图像。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹采集系统，其特征在于，

产生显著畸变后的指纹图像的10%以上的像素的相对畸变值大于等于5%；或者，

产生显著畸变后的指纹图像的30%以上的像素的相对畸变值大于等于10%。

8.一种包括权利要求1至7中任一项所述的指纹采集系统的电子设备。