CN103870805B

CN103870805B - 一种移动终端生物特征成像方法和装置

Info

Publication number: CN103870805B
Application number: CN201410052586.6A
Authority: CN
Inventors: 王晓鹏
Original assignee: EYESMART TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: EYESMART TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2017-08-15
Anticipated expiration: 2034-02-17
Also published as: EP2908512A2; US20150235070A1; US9690970B2; CN103870805A; EP2908512A3

Abstract

公开了一种能够切换滤光片的生物特征成像设备和方法。该生物特征成像设备包括用于对感兴趣区域的生物特征进行光学成像的光学镜头部件、用于将包含所述生物特征的光学图像转换成电子图像的图像传感器、当开启时对感兴趣区域的生物特征进行红外光照明的红外光源和可切换滤光片单元。可切换滤光片单元包括用于阻碍非可见光通过的第一滤光片、用于允许红外光通过的第二滤光片、用于移动第一滤光片和第二滤光片的位置的驱动机构和驱动控制器。驱动控制器产生使驱动机构将第一滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第一驱动信号或者使驱动机构将第二滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第二驱动信号。

Description

一种移动终端生物特征成像方法和装置

技术领域

本发明涉及光学成像，具体地涉及生物特征成像技术。

背景技术

生物特征识别技术在身份识别领域的应用正在不断扩大。生物特征识别技术利用用户的诸如指纹、虹膜、静脉等固有生物特征的成像，作为身份确认的依据。与利用密码或者身份卡等的传统身份确认手段相比，生物特征识别技术具有个体唯一、不需要记忆、不易被窃取、操作便捷、安全级别高等诸多优点。尤其是在诸如智能手机、平板电脑和笔记本电脑等移动终端上，生物特征识别技术作为一种安全便捷的身份识别手段，已经有取代传统身份确认手段的趋势。在移动终端进行生物特征识别过程中，普遍采用摄像头进行成像。例如，智能手机的操作系统在开机时或者应用在需要进行支付操作时可以利用前置摄像头对用户的生物特征，如虹膜、人脸等进行成像，然后通过图像处理来确认用户的身份。

目前移动终端的摄像头普遍采用一种有利于可见光下成像的滤光片。这是因为，自然界中存在各种波长的光线，人眼可识别的光线（即可见光）的波长范围在320nm-760nm之间，超过760nm的光线人眼就无法识别，比如红外光等。这些非可见光会使得摄像头里面的CCD或者CMOS感光器件受到影响，产生彩色失真。因此，为解决色彩失真问题，增强成像效果，一般在感光器件前附加有一低通滤光片，该滤光片阻碍了非可见光的进入。

另一方面，研究表明，在对生物特征成像时，特别是对虹膜/人脸/三维人脸/静脉等成像时，红外光（尤其是近红外光）下成像能够获得更好的效果。例如，虹膜特征在不同人种和个体之间的成像效果不尽相同。白种人、黑种人的虹膜组织色素较浅，更容易在可见光下获得比较清晰的成像，而黄种人虹膜组织色素较深，在可见光下可能不易采集获得足够的光学信息成像。通过红外光源照明并且在感光器件前附加允许近红外光通过的滤光片进行红外光下成像, 有助于提高成像质量以满足虹膜识别算法和软件的质量要求。另外，三维人脸识别使用近红外光源成像要比使用可见光成像识别准确度要高，因为在红外光下人脸皮肤的反射特性会更好，从而影像传感器能够接收到更多的特征细节来区分3D人脸识别所需要的深度信息。然而如上面所介绍的，移动终端的摄像头中的低通滤光片将会阻碍非可见光（包括红外光）进入感光器件，对于这样的移动终端，即使额外附加允许近红外光通过的滤光片，也无法进行近红外光下成像。

一种解决方式是，去除移动终端的摄像头中的低通滤光片，仅使用同时允许可见光和红外光都通过的双带通滤光片进行红外光下成像。然而，配有这种滤光片的摄像头在拍照的时候会同样也允许自然界里的红外光通过, 这会导致在阳光下拍摄的图像明显偏红，一般很难通过软件调整色差，影响拍照的成像效果。

发明内容

因此，需要一种能够解决至少上述问题之一的方案。

根据本发明的一个方面，提供一种生物特征成像设备。该生物特征成像设备包括用于对感兴趣区域的生物特征进行光学成像的光学镜头部件、用于将包含所述生物特征的光学图像转换成电子图像的图像传感器、当开启时对感兴趣区域的生物特征进行红外光（以下所提到的红外光包括近红外光和中远红外光）照明的红外光源（包括近红外光谱和中远红外光谱光源）和可切换滤光片单元。可切换滤光片单元包括用于阻碍非可见光通过的第一滤光片、用于允许红外光通过的第二滤光片、用于移动第一滤光片和第二滤光片的位置的驱动机构和驱动控制器。驱动控制器产生使驱动机构将第一滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第一驱动信号或者使驱动机构将第二滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第二驱动信号。

其中，红外光源可以包括至少两个可以发射近红外光谱或者中远红外光谱的红外灯光源，例如LED光源。所述至少两个红外光源可以被分成两个组，所述两个组可以分别位于光学镜头部件的两侧。所述两个组的红外光源可以被配置为具有特定的发射角度并且以交叉的方式对感兴趣区域的生物特征进行照明。所述两个组的红外光源可以被配置为在时间上交替对感兴趣区域的生物特征进行照明。优选的，红外光源可以包括可发射近红外光谱或者中远红外光谱的有机发光二极管OLED光源，该OLED光源可以和图像传感器集成在同一基板上，形成既能发射红外光源同时也能够接收红外光源并成像的图像传感器。

所述驱动机构可以包括当电流流过时产生磁场的线圈、磁铁、摆针和与摆针相连的承载装置。摆针根据线圈所产生的磁场与磁铁的磁场之间的作用力而顺时针或逆时针转动。承载装置承载第一滤光片和第二滤光片，并能够随摆针的转动而相应地移动第一滤光片或第二滤光片到光学镜头部件的光学路径上。所述驱动机构还可以包括固定线圈和磁铁的金属片。所述驱动机构可以被配置为在驱动机构未通电时使第一滤光片处于光学镜头部件的光学路径上。所述承载装置可以具有滑轨结构以利于移动。滑轨上可以设定有控制脚。所述承载装置还被配置用于固定光学镜头部件。所述驱动机构可以包括微机电系统致动器。第一滤光片和第二滤光片可以被集成到微机电系统致动器的内部，利用内置线圈或者弹簧结构或位移结构来控制切换。该微机电系统致动器和成像传感器以及光学镜头部件可以形成整体的生物特征成像模组。可切换滤光片单元可以位于光学镜头部件前方或者位于图像传感器与光学镜头部件之间。

所述驱动控制器可以被配置为响应于以下事件中的至少一个而产生第一驱动信号：

拍照应用被调用；

具有生物特征识别功能的应用未被调用或者退出；

用户选择通过第一滤光片成像的输入；和

在生物特征为脸部特征的情况下未识别用户的脸部或者虽识别脸部但所述光学镜头部件与脸部的距离超出阈值。

所述驱动控制器可以被配置为响应于以下事件中的至少一个而产生第二驱动信号：

具有生物特征识别功能的应用被调用；

用户选择通过第二滤光片成像的输入；

在生物特征为脸部特征的情况下识别用户的脸部并且所述光学镜头部件与脸部的距离低于阈值；和

用户对包含所述生物特征成像设备的移动终端或与所述光学镜头部件匹配的外置移动终端的解锁输入。

所述驱动控制器可以被配置为响应于用户的与要识别的生物特征类型有关的特定操作而产生相应的驱动信号。所述生物特征包括以下至少一项：虹膜、三维人脸、视网膜、眼纹、唇纹、面部和静脉。

根据本发明的另一个方面，提供了一种包括上述生物特征成像设备的移动终端。

根据本发明的再一个方面，提供了一种生物特征成像方法。该方法包括：

产生用于将阻碍非可见光通过的第一滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第一驱动信号或者用于将允许红外光通过的第二滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第二驱动信号；

根据所产生的驱动信号将第一滤光片或者第二滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上；以及

通过光学镜头部件和相应的滤光片进行日常成像或者红外光下生物特征成像。

所述产生步骤可以包括响应于以下事件中的至少一个而产生第一驱动信号：

拍照应用被调用；

具有生物特征识别功能的应用未被调用或者退出；

用户选择通过第一滤光片成像的输入；和

所述产生步骤可以包括响应于以下事件中的至少一个而产生第二驱动信号：

具有生物特征识别功能的应用被调用；

用户选择通过第二滤光片成像的输入；

用户对包含所述光学镜头部件的移动终端或者与所述光学镜头部件匹配的外置移动终端的解锁输入。

所述产生步骤可以包括响应于用户的与要识别的生物特征类型有关的特定操作而产生相应的驱动信号。

所述生物特征成像还包括启动红外光源对生物特征进行照明。

附图说明

现在将参照以下附图更具体地描述本发明，附图中：

图1示出根据本公开一个方面的生物特征成像设备100的示意图；

图2A和2B示出根据所示本公开一个方面的配有两个LED光源的移动终端示意图；

图3示出了根据本公开一个方面的可切换滤光片单元140的示意图；

图4示出根据一个示例性实施例利用线圈实现的驱动机构143的示意图；

图5A和5B示出根据一个示例性实施例的光学镜头基座和滤光片承载装置的一体化设计；

图6示出根据另一个示例性实施例利用微机电系统致动器(MEMS Actuator)实现的驱动机构143的示意图；

图7示出了根据本公开一个方面的生物特征成像方法700的示意流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更充分地描述本发明实施例，在附图中示出了本发明实施例。然而，可以用很多不同形式来实施本发明，并且本发明不应理解为受限于在此所阐述的实施例。在全文中，使用相似的标号表示相似的元件。

在此所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非意欲限制本发明。如在此所使用的那样，单数形式的 “一个”、“这个”意欲同样包括复数形式，除非上下文清楚地另有所指。还应当理解，当在此使用时，术语“包括”指定出现所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除出现或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

除非另外定义，否则在此所使用的术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员所共同理解的相同意义。在此所使用的术语应解释为具有与其在该说明书的上下文以及有关领域中的意义一致的意义，而不能以理想化的或过于正式的意义来解释，除非在此特意如此定义。

下面结合附图对本公开作进一步详细描述。

图1示出根据本公开一个方面的生物特征成像设备100的示意图。典型地，生物特征成像设备100可以被配置在诸如智能手机、平板电脑之类的移动终端中，能够对用户的生物特征在红外光下成像以便移动终端的操作系统、应用等识别用户的身份，同时避免或降低对移动终端的日常成像的影响。在本文中，将虹膜作为生物特征的实例来描述本公开的实施例，但本领域技术人员应当理解，生物特征还包括视网膜、三维人脸、眼纹、唇纹、面部以及静脉等。

如图1所示，生物特征成像设备100包括光学镜头部件110、图像传感器120、红外光源130以及可切换滤光片单元140。

光学镜头部件110用于对感兴趣区域13的生物特征12（例如虹膜）进行光学成像。具体地，光学镜头部件110可以包括一个或一组光学镜头，其实现在一个固定成像焦平面的生物特征信息的成像。光学镜头的材料可以采用全玻璃镜头、全塑料镜头、玻璃与塑料镜头相结合或者液体镜头等混合材料。光学镜头部件110还可以包括用于固定光学镜头的固定结构和用于调节光学镜头焦距的对焦结构。对焦结构可以调节光学镜头的成像特性以实现对感兴趣区域13的生物特征进行自动对焦控制。感兴趣区域13指代光学镜头部件成像能够保持聚焦清晰的区域，即光学镜头部件能够对位于感兴趣区域中的生物特征进行清晰成像。对于移动终端来说，可以考虑对生物特征成像设备进行微型化。在本申请人的中国发明专利申请No.2013104942981中介绍了这样一种技术，在此以引用方式包含于此。

图像传感器120用于将从光学镜头部件110获取的生物特征的光学图像转换成电子图像。具体地，图像传感器120可以包括电荷耦合元件（CCD）和金属氧化物半导体元件（CMOS）等感光元件，并利用感光元件将生物特征的光学成像转换成电子信号以获得相应的电子图像。在一个实施例中，电子图像包括静态图像和动态图像格式，动态图像是由多帧静态图像按照时间顺序排列组合在一起的静态图像流，也称视频格式。电子图像可以被存储成预定的图像格式，包括但不限于BMP, JPEG、TIFF、RAW、GIF和PNG等。

红外光源130用于对感兴趣区域13进行红外光照明，以便获得生物特征的红外成像。例如，红外光源130可以是移动终端上配置的LED光源，每个LED灯的光源波长优选地在750nm ~ 950nm 范围内，即近红外光波段。红外光源130的数量可以为一个或更多。与使用一个红外光源相比，使用更多个红外光源可以增强照明效果。为了简单起见，以下将以配有两个LED光源的移动终端为例进行讨论，本领域技术人员能够理解，同样的构思可以也用于具有三个或更多个红外光源的情况。

在图2A和2B所示的实施例中，移动终端上配有两个LED光源以增强照明效果。这两个LED光源可以均位于光学镜头部件的某一侧。例如，当光学镜头部件位于移动终端正面的左上方时，这两个LED光源可以位于移动终端正面的右上方，相隔一定距离垂直排列，如图2A所示。

或者，这两个LED光源可以分别位于光学镜头部件的两侧，如图2B所示。对于如虹膜等特征，由于人的双眼的对称性，单侧LED光源组的实施例可能会导致左右眼光源的照明不均匀性，从而影响成像效果。通过将两个LED光源分布于光学镜头部件的两侧，可以改善照明均匀性，从而提高成像效果。此外，特别是对于佩戴眼镜的用户，单侧光源组的入射光形成的镜片反射光斑会对虹膜特性形成强烈的干扰，影响后续虹膜识别效果。在一个实施例中，这两个LED光源可以具有特定的发射角度，以交叉的方式进行照明。例如当光学镜头部件位于移动终端正面的左上方时，一个LED光源可以位于光学镜头部件的左侧，用于对用户的右眼的虹膜纹理特征进行照明，另一个LED光源位于光学镜头部件的右侧（例如移动终端正面的右上方），用于对用户的左眼的虹膜纹理特征进行照明。这种交叉照明的方式可以有效地抑制眼镜镜片反射光斑对虹膜特性的干扰，提高识别效率。LED光源的发射角度可以根据具体的应用场景而调节。例如，以用户与移动终端之间的连线方向（一般为用户的正前方）为基准方向，如果LED光源与要照明的眼睛距离远，则LED光源的发射角度与基准方向的夹角可以较小；反之，如果LED光源与要照明的眼睛距离近，则LED光源的发射角度与基准方向的夹角可以较大。

另外，两个LED光源的照明模式可以优选地设置为左右交替照明模式。两个LED光源不同时照明，而是单侧的灯给另外一侧（对称侧）的眼睛照明，然后灭，同时另外一侧的灯亮，给其对称侧的眼睛照明。交替照明的频率可以通过电路调节，可以在操作系统、应用等之中进行设置和更改。这种在时间上交替照明的模式可以去除两颗灯同时工作状态下彼此的影响，使虹膜生物成像效果更优质和稳定。

优选地，红外光源可以包括可发射近红外光谱或者中远红外光谱的有机发光二极管OLED光源，该红外OLED光源可以和CMOS/CCD图像传感器集成在同一块硅基板上，形成OLED CMOS或者OLED CCD图像传感器；该OLED CMOS / OLD CCD图像传感器既能发射红外光源，同时也能够接收红外光源并成像。这样红外光源和图像传感器合二为一，集成为一个整体，减少了体积并且节约了装配成本。

可切换滤光片单元140能够根据需要切换不同的滤光片，以满足不同成像场合的需要。例如，在需要日常成像（如用户自拍）的时候，将阻碍非可见光通过的低带通滤光片放置于光学镜头部件110的光学路径上；而在需要对生物特征进行红外成像的时候，将阻碍非可见光通过的低带通滤光片移开，将允许红外光通过的高带通滤光片放置于光学镜头部件110的光学路径上。这样，生物特征成像设备100既支持对用户的生物特征在红外光下成像以便准确地识别用户的身份，又避免了对日常成像的影响。

图3示出了根据本公开一个方面的可切换滤光片单元140的示意图。

可切换滤光片单元140包括第一滤光片141、第二滤光片142、驱动机构143和驱动控制器144。第一滤光片141可以是阻碍非可见光（如红外光）通过的低带通滤光片或者是有利于日常成像效果的其他滤光片，例如带宽的光谱范围允许波长范围在300nm-700nm之间的光通过。材料可以是聚碳酸酯（PC）、亚克力、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、有机玻璃等。滤光片也可以在这些材料上镀膜实现。

第二滤光片142可以是允许红外光（包括近红外光）通过的滤光片，例如带宽的光谱范围允许波长范围在700nm-1400nm之间的特定波段的光通过。材料可以是聚碳酸酯（PC）、亚克力、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、有机玻璃。滤光片也可以在这些材料上镀膜实现。有利地是，第二滤光片142与红外光源130的光谱范围相适应，从而允许红外光源130的光通过。在一个实施例中，可切换滤光片单元140可以位于光学镜头部件110的前方。在另一实施例中，可切换滤光片单元140也可以位于图像传感器120与光学镜头部件110之间，这样不容易受到外界损坏或者污染，可以延长使用寿命。

驱动机构143用于移动第一滤光片141和第二滤光片142的位置从而使其中一个滤光片位于光学镜头部件110的光学路径上。以下将描述两个实现驱动结构143的示例性实施例。

图4示出根据一个示例性实施例利用线圈实现的驱动机构143的示意图。

如图4所示，驱动机构143包括线圈1431、磁铁1432、摆针1433、承载装置1434。承载装置1434可以固定和承载第一滤光片141和第二滤光片142。磁铁1432例如可以是圈状，摆针1433可以是塑料等较轻材料制成。摆针1432一端与磁铁1432相连，当线圈1431在通电时，产生与磁铁1432的磁场相反或相同的磁场，利用磁极排斥或相吸的力驱动摆针1432摆动。摆针1432另一端与承载装置1433相连，从而当摆针1432摆动时使承载装置1433和所承载的滤光片移动，使期望的滤光片处于位于光学镜头部件110的光学路径上。

例如，在额定负载和额定电压条件下，当根据来自驱动控制器144的驱动信号向线圈1431施加高电平时，线圈1431的上下圆弧处会分别形成电磁N极和S极。这个线圈磁场与磁铁的磁场相斥，在磁极排斥作用下，驱动摆针1433顺时针从第一位置旋摆到第二位置，同时带动滤光片承载装置1434向右移动，此时第二滤光片142被移动到位于光学镜头部件110的光学路径上，即，第二滤光片142被切换到处于工作状态，移动终端可以进行红外光下生物特征成像。

然后，当根据来自驱动控制器144的驱动信号向线圈1431施加低电平时，线圈的上下圆弧处会分别形成电磁S极和N极，在磁极相互吸引的作用下，驱动摆针1433逆时针从第二位置旋摆到第一位置，同时带动滤光片承载装置向左滑动，此时第一滤光片141被移动到位于光学镜头部件110的光学路径上，即，第一滤光片141被切换到处于工作状态，移动终端可以进行日常成像。

承载装置1434可以具有滑轨结构来方便移动。滑轨可以采用特定的设计来减小整体滑动摩擦，增加使用寿命，提高滑动速度。例如可以采用双滑轨，宽度较细，滑轨上可根据实际的位移距离来设定控制脚来防止滤光片的移动过度导致非正常工作。

线圈和磁铁外部还可以用金属片来固定。除了固定的作用，金属片也可以破坏磁环，起到对外消磁的作用，从而避免对/来自外界的干扰。这种结构设计的另一个优点是即使突然断电（例如移动终端关机），磁铁也能在没有任何供能的情况下吸住金属片，从而使摆针1432恢复到第一位置，这样第一滤光片141处于工作状态，使摄像头能够进行日常拍照。

可以通过控制电源电压高低和改变正负的方式来进行滤光片切换控制，还可以增加外接电路转接板来实现复杂控制。转接板供电电压可以高于激发线圈产生磁场所需要的触发电压，根据触发电压的高低不同来控制滤光片的切换。

图5A和5B示出根据一个示例性实施例的光学镜头基座和滤光片承载装置的一体化设计。如图5A所示，对于诸如移动终端的摄像头这样的光学镜头部件，一般用基座通过例如螺纹连接来固定该光学镜头部件。图5B是驱动机构的承载装置的实物图片，其固定和承载第一滤光片和第二滤光片。在一个实施例中，可以将光学镜头基座与滤光片承载装置设计为一体，即，用滤光片承载装置承担固定光学镜头部件的作用。这种设计充分节省了移动终端内有限的空间，同时也减少了装配程序。

图6示出根据另一个示例性实施例利用微机电系统致动器实现的驱动机构143的示意图。

微机电系统致动器是以硅晶圆为基础的微机电机械执行器，包括可垂直移动的外壳结构组件、提供恢复应力的内置线圈或弹簧和控制外壳结构组件的静电梳状驱动器组成，采用半导体工艺来制造，有机械和电子特性。梳状驱动器是一对导电结构，当施加直流电压时，静电荷所产生的吸引力使梳状驱动器被拉到一起。在图5所示的示例中，第一滤光片141和第二滤光片142被承载装置固定于一个平面上，可以被线圈或弹簧拉动经过光学镜头部件110的光学路径，从而快速在第一滤光片141与第二滤光片142之间切换。为了进一步减小体积，第一滤光片141和第二滤光片142也可以重叠布置在光学镜头部件110的光学路径上，使用两个线圈或弹簧分别移动这两个滤光片来实现滤光片的切换。

相较于其他电机，微机电系统致动器能够将电机里面所需要的三个部件（线圈,磁体和弹簧）整合成为一个单一组件，解决了三个组件之间的复杂物理连接，另外，第一滤光片和第二滤光片被集成到了微机电系统致动器的内部，利用内置线圈或者弹簧结构或位移结构来控制切换，并且微机电系统致动器和成像传感器以及光学镜头部件形成了一个整体的生物特征成像模组，体积做到更小，减小了它们之间的物理惯性应力影响，从而能够更加快速精确地移动，比普通电机的控制速度能够快2-4倍。同时采用半导体工艺来制造，特别是光刻技术，所以功耗能够控制到更小。

驱动控制器144产生驱动控制信号以控制驱动机构143进行滤光片切换。驱动控制器144可以通过各种方式，例如通过DSP芯片的方式或者通过电源电压直接来对驱动结构进行控制。应当注意，驱动控制器144的智能程度可以是不同的。在简单的情况下，它可以被设计为接收来自操作系统或其他应用的切换滤光片的命令，产生相应的驱动控制信号。除此之外，它也可以包括操作系统或其他应用中根据不同场合和输入判断滤光片切换的功能，这样移动终端可以在不必修改操作系统或其他应用的情况下即可支持滤光片的切换，有利于红外光下生物特征成像的普及推广。总之应当理解的是，这里的驱动控制器144不应狭义地解释为仅仅包括产生驱动控制信号的部件，而是可以包括具有在各种情况下控制滤光片切换的控制功能的硬件、软件及组合，例如，这种控制功能有可能是由移动终端中的单独硬件和软件实现，也可能是作为移动终端的通用处理器以及已有操作系统或应用的一部分实现的。无论何种情况，这些实现控制功能的硬件、软件及组合都应当视为处于驱动控制器144的范围之内。

驱动控制器144根据不同的成像场合产生驱动信号，使得驱动机构143移动相应的滤光片进入光学镜头部件110的光学路径上。例如，驱动控制器144可以响应于移动终端调用常见的拍照应用而生成驱动第一滤光片141的驱动信号，从而通过第一滤光片141获得质量较佳的日常照片，驱动控制器144也可以响应于调用具有生物特征识别功能的操作系统或某些特定应用（如移动支付应用、加密应用、手机屏幕解锁等）或者响应于启用红外光源130而生成驱动第二滤光片142的驱动信号，从而通过第二滤光片142获得质量较佳的对生物特征的红外成像。当具有生物特征识别功能的应用未被调用或者退出时，可以产生驱动第一滤光片141的驱动信号。在一个实施例中，可以允许驱动控制器144响应于用户通过按键、点击触摸屏、语音命令等输入方式的选择来产生相应的驱动信号，从而选择相应的成像模式。在另一个实施例中，也可以通过例如人脸识别、距离测量等方式来判断用户意图进入的成像模式。例如，如果生物特征成像设备100是用于识别脸部的特征（如虹膜），那么生物特征成像设备100在成像时，如果没有识别到人脸，那么可以判断不需要进入红外成像模式，即，只要使用第一滤光片141即可。如果识别到人脸，那么一种可能是需要对用户进行生物特征成像，另一种可能是用户在进行自拍。可以通过测量用户的感兴趣区域与光学镜头部件或者移动终端之间的距离来判断成像模式。一般而言，对虹膜进行成像要求的距离较短，因为只要能够获得用户脸部中感兴趣区域的成像即可。相反，用户在自拍的时候往往会将镜头尽可能远离脸部以使整个脸部处于成像区域内。因此，可以根据用户脸部与光学镜头部件之间的距离和/或取景范围来自动进入相应的成像模式。在另一个实施例中，当开机时、或者屏幕处于锁起状态或屏幕保护状态时，可以根据用户的解锁输入（如在触摸屏上滑动手指）自动进入红外成像模式，因为这种情况下一般会要求用户进行身份验证，而不大可能直接进行日常拍照。在一个实施例中，可以允许用户通过特定的操作模式来方便地切换成像模式，例如，用户可以在短时间内连续两次按下物理或虚拟的拍照按钮，或者长时间持续按住拍照按钮来切换成像模式。用户还可以利用与要识别的生物特征类型有关的特定操作来指示成像模式的切换。例如，如果生物成像设备100用于识别脸部的生物特征（如虹膜），那么用户可以通过在一定的时间段内眨眼两次或更多次来通知切换成像模式。如果生物成像设备100用于识别指纹，那么用户可以通过做出特定手势（如竖起大拇指或者用拇指和食指合拢为O形）来通知切换成像模式。驱动控制器144响应于对相应操作的识别，产生相应的驱动信号以选择相应的成像模式。用户用于指示成像模式的特定操作可以是操作系统或应用预先定义的，也可以由用户根据个人偏好自行定义。

图7示出了根据本公开一个方面的生物特征成像方法700的流程图。

在步骤710中，产生用于第一滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第一驱动信号或者用于将第二滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第二驱动信号。在步骤720中，根据所产生的驱动信号将第一滤光片或者第二滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上。在步骤630中，通过光学镜头部件和相应的滤光片进行日常成像或者红外光下生物特征成像。

如之前所提及的，所述产生步骤可以包括响应于以下事件中的至少一个而产生第一驱动信号：拍照应用被调用；具有生物特征识别功能的应用未被调用或者退出；用户选择通过第一滤光片成像的输入；和在生物特征为脸部特征的情况下未识别用户的脸部或者虽识别脸部但所述光学镜头部件与脸部的距离超出阈值。所述产生步骤可以包括响应于以下事件中的至少一个而产生第二驱动信号：具有生物特征识别功能的应用被调用；用户选择通过第二滤光片成像的输入；在生物特征为脸部特征的情况下识别用户的脸部并且所述光学镜头部件与脸部的距离低于阈值；和用户对包含所述光学镜头部件的移动终端或者与所述光学镜头部件匹配的外置移动终端的解锁输入。所述产生步骤可以包括响应于用户的与要识别的生物特征类型有关的特定操作而产生相应的驱动信号。该方法还可以包括启动红外光源对生物特征进行照明。

可切换滤光片单元具有体积小、成本低的优点。通过引入可切换滤光片单元，能够方便地实现利用通用传统的摄像头实现红外光虹膜采集和成像的功能，而不影响日常的拍照效果。此外，通过根据不同场景智能地切换相应的滤光片，进一步提高了生物特征成像技术的易用性。

虽然已经结合具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以做出许多改变和修改，并且可以对其元件进行等效替换，而不背离本发明的真正范围。此外，可以做出许多修改来使本发明的教导与特定情况适配，而不背离其中心范围。因此，本发明并不限于这里作为实现本发明而构思的最佳模式而公开的特定实施例，相反本发明包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims

1.一种生物特征成像设备，包括：

光学镜头部件，用于对感兴趣区域的生物特征进行光学成像；

图像传感器，用于将包含所述生物特征的光学图像转换成电子图像；

红外光源，用于当开启时对感兴趣区域的生物特征进行红外光照明；和

可切换滤光片单元，包括：

第一滤光片，用于阻碍非可见光通过；

第二滤光片，用于允许红外光通过；

驱动机构，用于移动第一滤光片和第二滤光片的位置；和

驱动控制器，用于根据不同场合和输入判断如何切换滤光片并产生使驱动机构将第一滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第一驱动信号或者使驱动机构将第二滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第二驱动信号；

其中红外光源包括至少两个LED光源，所述至少两个LED光源被分成两个组，所述两个组分别位于光学镜头部件的两侧，所述两个组的LED光源被配置为具有特定的发射角度并且以相互交叉的方式分别对不同感兴趣区域的生物特征进行照明，位于光学镜头部件一侧的一组LED光源对光学镜头部件另一侧的感兴趣区域的生物特征进行照明，位于光学镜头部件该另一侧的另一组LED光源对光学镜头部件的该一侧的感兴趣区域的生物特征进行照明。

2.如权利要求1所述的生物特征成像设备，其中所述两个组的LED光源被配置为在时间上交替对感兴趣区域的生物特征进行照明。

3.如权利要求1中任一个所述的生物特征成像设备，其中红外光源包括可发射近红外光谱或者中远红外光谱的有机发光二极管OLED光源。

4.如权利要求3所述的生物特征成像设备，其中该OLED光源和图像传感器集成在同一基板上，形成既能发射红外光源同时也能够接收红外光源并成像的图像传感器。

5.如权利要求1所述的生物特征成像设备，其中所述驱动机构包括：

线圈，当电流流过时产生磁场；

磁铁；

摆针，用于根据线圈所产生的磁场与磁铁的磁场之间的作用力而顺时针或逆时针转动；和

与摆针相连的承载装置，用于承载第一滤光片和第二滤光片，并能够随摆针的转动而相应地移动第一滤光片或第二滤光片到光学镜头部件的光学路径上。

6.如权利要求5所述的生物特征成像设备，其中所述驱动机构还包括固定线圈和磁铁的金属片。

7.如权利要求5所述的生物特征成像设备，其中所述驱动机构被配置为在驱动机构未通电时使第一滤光片处于光学镜头部件的光学路径上。

8.如权利要求5所述的生物特征成像设备，其中所述承载装置具有滑轨结构以利于移动，并且滑轨上设定有控制脚。

9.如权利要求5所述的生物特征成像设备，其中所述承载装置还被配置用于固定光学镜头部件。

10.如权利要求1所述的生物特征成像设备，其中所述驱动机构包括微机电系统致动器。

11.如权利要求10所述的生物特征成像设备，其中第一滤光片和第二滤光片被集成到微机电系统致动器的内部，利用内置线圈或者弹簧结构或者位移结构来控制切换。

12.如权利要求11所述的生物特征成像设备，其中该微机电系统致动器和成像传感器以及光学镜头部件形成了整体的生物特征成像模组。

13.如权利要求1所述的生物特征成像设备，其中可切换滤光片单元位于光学镜头部件前方或者位于图像传感器与光学镜头部件之间。

14.如权利要求1所述的生物特征成像设备，其中，所述驱动控制器被配置为响应于以下事件中的至少一个而产生第一驱动信号：

拍照应用被调用；

具有生物特征识别功能的应用未被调用或者退出；

用户选择通过第一滤光片成像的输入；和

15.如权利要求1所述的生物特征成像设备，其中，所述驱动控制器被配置为响应于以下事件中的至少一个而产生第二驱动信号：

具有生物特征识别功能的应用被调用；

用户选择通过第二滤光片成像的输入；

用户对包含所述生物特征成像设备的移动终端的解锁输入。

16.如权利要求1所述的生物特征成像设备，其中，所述驱动控制器被配置为响应于用户的与要识别的生物特征类型有关的特定操作而产生相应的驱动信号。

17.如权利要求1至16中任一项所述的生物特征成像设备，其中所述生物特征包括以下至少一项：虹膜、三维人脸、视网膜、眼纹、唇纹、面部和静脉。

18.一种移动终端，所述移动终端包括如权利要求1至17中任一项所述的生物特征成像设备。

19.一种生物特征成像方法，包括：

根据不同场合和输入判断如何切换滤光片并产生用于将阻碍非可见光通过的第一滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第一驱动信号或者用于将允许红外光通过的第二滤光片移动到光学镜头部件的光学路径上的第二驱动信号；

通过光学镜头部件和相应的滤光片进行日常成像或者红外光下生物特征成像；

其中在红外光下进行生物特征成像时：启动两组被配置为具有特定的发射角度并且以相互交叉的方式分别对不同感兴趣区域的生物特征进行照明的红外光源对生物特征进行照明，位于光学镜头部件一侧的一组红外光源对光学镜头部件另一侧的感兴趣区域的生物特征进行照明，位于光学镜头部件该另一侧的另一组红外光源对光学镜头部件的该一侧的感兴趣区域的生物特征进行照明。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述产生步骤包括响应于以下事件中的至少一个而产生第一驱动信号：

拍照应用被调用；

具有生物特征识别功能的应用未被调用或者退出；

用户选择通过第一滤光片成像的输入；和

21.如权利要求19所述的方法，其中所述产生步骤包括响应于以下事件中的至少一个而产生第二驱动信号：

具有生物特征识别功能的应用被调用；

用户选择通过第二滤光片成像的输入；

22.如权利要求19所述的方法，其中所述产生步骤包括响应于用户的与要识别的生物特征类型有关的特定操作而产生相应的驱动信号。