CN105117697A - 指纹识别方法、指纹识别装置及其终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种指纹识别方法、指纹识别装置及其终端设备。该指纹识别方法包括：向待检测对象发射光信号；感测并接收经待检测对象反射的光信号，将反射光信号转换为电信号并输出；接收电信号，根据电信号，通过计算光信号反射前后光量差的变化，计算待检测对象的脉搏信号，以判断待检测对象是否为活体；以及确定待检测对象为活体后，进行指纹识别验证。该方法根据人体血液对光源的反射吸收原理，检测经待检测对象反射前后的光总量的变化，来计算待检测对象的脉搏信号，进而判断待检测对象是否为活体，从而解决了现有指纹识别装置存在的使用假体手指进行身份识别的安全隐患。

Description

指纹识别方法、指纹识别装置及其终端设备

技术领域

本发明涉及生物特征识别技术领域，尤其涉及一种具有活体检测功能的指纹识别方法、指纹识别装置及其终端设备。

背景技术

生物特征识别技术是利用人的生理特征或行为特征，来进行个人身份的鉴定。目前，已被用于生物识别的生理特征有手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等，其中尤以指纹为最可靠的生理特征，因此指纹识别技术的应用最为广泛。

在现有的常规指纹识别装置中，仅识别待检测对象的指纹图案，再与系统中已记录的指纹图案进行比对。若判断指纹图案一致，则判定待检测对象的指纹图案验证通过。然而，现在市场上出现了专门仿制指纹膜的技术，通过复制待检测对象的指纹图案，可在类似硅胶等材料上复制指纹。因复制的指纹与待检测对象的指纹图案相同，使用该复制的指纹也同样能通过常规指纹识别装置的验证，这对指纹识别应用的安全性带来了极大的隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有活体检测功能的指纹识别方法、指纹识别装置及其终端设备。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

本发明一方面提供了一种指纹识别方法，包括：向待检测对象发射光信号；感测并接收经所述待检测对象反射的光信号，将所述反射光信号转换为电信号并输出；接收所述电信号，根据所述电信号，通过计算所述光信号反射前后光量差的变化，计算所述待检测对象的脉搏信号，以判断所述待检测对象是否为活体；以及，确定所述待检测对象为活体后，进行指纹识别验证。

于一实施例中，所述光信号包括：绿光信号、红外光信号及红光信号的至少其中之一；当所述光信号包括所述绿光信号、所述红外光信号及所述红光信号中的至少两种时，所述光信号为由该至少两种光信号组成的混合光信号。

于另一实施例中，该方法还包括：设定控制模式，根据所述控制模式，在不同时间段向所述待检测对象发射所述绿光信号、所述红外光信号、所述红光信号或者所述混合光信号。

于再一实施例中，所述计算所述光信号反射前后光量差的变化包括：当所述光信号为所述混合光信号时，计算对应时间段所述光信号反射前后的光总量的差值变化，其中所述光总量为被发射的、组成所述混合光信号的所述至少两种光信号的光量之和。

于再一实施例中，该方法还包括：计算所述不同时间段的所述光信号反射前后的光量差的平均值，根据所述光量差的平均值计算所述待检测对象的脉搏信号。

于再一实施例中，所述计算所述待检测对象的脉搏信号，以判断所述待检测对象是否为活体包括：判断所述脉搏信号是否符合人体正常的心率特征，从而判断所述待检测对象是否为活体。

本发明一方面提供了一种指纹识别装置，包括：光源模块，用于向待检测对象发射光信号；光感知模块，用于感测并接收经所述待检测对象反射的光信号，将所述反射光信号转换为电信号并输出；处理模块，与所述光感知模块耦接，用于接收所述电信号，根据所述电信号，通过计算所述光信号反射前后光量差的变化，计算所述待检测对象的脉搏信号，以判断所述待检测对象是否为活体；以及，指纹识别模块，与处理模块相连接，接收所述处理模块对所述待检测对象的判断结果，并在确定所述待检测对象为活体后，对所述待检测对象进行指纹识别验证。

于一实施例中，所述光信号包括：绿光信号、红外光信号及红光信号的至少其中之一；当所述光信号包括所述绿光信号、所述红外光信号及所述红光信号中的至少两种时，所述光信号为由该至少两种光信号组成的混合光信号。

于再一实施例中，该装置还包括：控制模块，与所述光源模块耦接，用于在不同时间段控制向所述待检测对象发射所述绿光信号、所述红外光信号、所述红光信号或者所述混合光信号。

于再一实施例中，所述计算所述光信号反射前后光量差的变化包括：当所述光信号为所述混合光信号时，计算对应时间段所述光信号反射前后的光总量的差值变化，其中所述光总量为被发射的、组成所述混合光信号的所述至少两种光信号的光量之和。

于再一实施例中，所述处理模块还用于计算所述不同时间段的所述光信号反射前后的光量差的平均值，根据所述光量差的平均值计算所述待检测对象的脉搏信号。

于再一实施例中，所述计算所述待检测对象的脉搏信号，以判断所述待检测对象是否为活体包括：判断所述脉搏信号是否符合人体正常的心率特征，从而判断所述待检测对象是否为活体。

本发明再一方面提供了一种终端设备，包括上述任一种指纹识别装置。

本发明提供的指纹识别装置和识别方法根据人体血液对光源的反射吸收原理，检测经待检测对象反射前后的光总量的变化，来计算待检测对象的脉搏信号，进而判断待检测对象是否为活体，从而解决了现有指纹识别装置存在的使用假体进行身份识别的安全隐患。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1为根据一示例实施例示出的指纹识别装置的结构图。

图2为根据一示例实施例示出的采用绿光光源进行活体检测的示意图。

图3为根据一示例实施例示出的采用红外光光源进行活体检测的示意图。

图4为根据一示例实施例示出的采用红光光源进行活体检测的示意图。

图5为根据一示例实施例示出的同时采用绿光光源和红外光光源进行活体检测的示意图。

图6为根据一示例实施例示出的指纹识别方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的方法、组元、材料等，也可以实践本发明的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明。

图1为根据一示例实施例示出的指纹识别装置的结构图。如图1所示，该指纹识别装置1包括：指纹识别模块11、光源模块12、光感知模块13、处理模块14、控制模块15及身份验证模块16。

指纹识别模块11例如为一指纹识别传感器，用于感测待检测对象的指纹信息。优选地，指纹识别模块11为一电容式指纹识别传感器芯片。

光源模块12用于向待检测对象发射光信号，例如可以包括绿光光源子模块121、红光光源子模块122及红外光光源子模块123，分别发射不同颜色的光信号。绿光光源子模块121、红光光源子模块122及红外光光源子模块123例如可以分别为绿光LED芯片、红光LED芯片及红外光LED芯片。

光感知模块13用于感知并接收光源模块12发射的并经待检测对象反射的反射光信号，并将反射光信号转化为电信号输出。光感知模块32例如可以为对光敏感的感光器。

处理模块14用于接收光感知模块13发送的转换的电信号，根据血液流动对光源的不同反射吸收原理，计算待检测对象的脉搏信号，进而判断出作用于指纹识别模块11的待检测对象是否为活体。

处理模块14与指纹识别模块11耦接，指纹识别模块11接收处理模块对待检测对象的判断结果，并在确定待检测对象为活体后，被激活并开始对待检测对象进行指纹识别操作。

身份验证模块16用于根据指纹识别模块11获得的指纹信息进行身份验证。

下面根据血液吸收绿光并发射红光的原理，说明如何根据血液流动对光源的不同反射吸收原理，计算待检测对象的脉搏信号。

本发明是基于反射式光体积描记器(ReflectionPhotoPlethysmograph)的原理来实现对人体脉搏信号进行检测。

图2为根据一示例实施例示出的采用绿光光源进行活体检测的示意图。如图2所示，在本实施例中，利用血液对绿色光源的吸收原理，计算待检测对象的脉搏信号。首先使用绿光光源子模块121向待检测对象发射绿光信号，光感知模块13可以感知并接收任意时间点经待检测对象反射的绿光。由于心脏跳动时，流经手指微血管的血液会增加，吸收的绿光也会增加，因此接收到的被反射的绿光信号相应减少；而在心跳间隔期间，流经手指微血管的血液会减少，吸收的绿光也会随之减少，因此接收到的被反射的绿光信号相应增加。通过计算反射前后的绿光的光量的差值，可以计算出人体的脉搏信号，进而辨识出活体。

通常人体正常的心率范围在每分钟60次至100次之间，因此例如可以根据计算出的脉搏信号是否符合人体正常的心率要求，来判断待检测对象是否为活体。需要说明的是，此仅为一示例的判断方法，本发明不限于此。

图3为根据一示例实施例示出的采用红外光光源进行活体检测的示意图。如图3所示，在本实施例中，利用血液对红色光源的反射原理，计算待检测对象的脉搏信号。首先使用红外光光源子模块123向待检测对象发射红外光信号，光感知模块13可以感知并接收任意时间点经待检测对象反射的红外光。由于心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，因此接收到的被反射的红外光信号也会相应增加；而在心跳间隔期间，流经手指微血管的血液会减少，因此接收到的被反射的红外光信号也会相应减少。通过计算反射前后的红外光的光量的差值，可以计算出人体的脉搏信号，进而辨识出活体。

图4为根据一示例实施例示出的采用红光光源进行活体检测的示意图。如图4所示，在本实施例中，利用血液对红色光源的反射原理，计算待检测对象的脉搏信号。首先使用红光光源子模块122向待检测对象发射红光信号，光感知模块13可以感知并接收任意时间点经待检测对象反射的红光。由于心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，因此接收到的被反射的红光信号也会相应增加；而在心跳间隔期间，流经手指微血管的血液会减少，因此接收到的被反射的红光信号也会相应减少。通过计算反射前后的红光的光量的差值，可以计算出人体的脉搏信号，进而辨识出活体。

由于血液吸收绿光并反射红光，如果仅使用绿光作为发射光源，发射光经血液吸收后可能导致仅有少量的反射光返回至光感知模块13，导致反射前后的光量差计算误差比较大。因此，本发明还提供了一种同时采用绿光光源和红光光源进行活体检测的方法。如图5所示，在本实施例中，同时使用绿光光源子模块121和红外光光源子模块123向待检测对象发射绿光信号和红外光信号，光感知模块13可以感知并接收任意时间点经待检测对象反射的绿光和红外光。由于心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，血液吸收的绿光会增加，反射的红外光也会增加，因此接收到的被反射的绿光信号会减少而红外光信号则会增加；而在心跳间隔期间，流经手指微血管的血液会减少，血液吸收的绿光会减少，反射的红外光也会减少，因此接收到的被反射的绿光信号会增加而红光信号则会相应减少。由于同时使用绿光和红外光作为发射光源，发射的光总量较大，因此反射后的光总量仍然较大，反射前后的光总量的差值误差较小，通过计算反射前后的光总量的差值，可以更精确地计算出人体的脉搏信号，进而辨识出活体。

此外，还可以同时使用绿光光源和红光光源一起作为发射光源，或者同时使用红光光源和红外光光源一起作为发射光源，再或者同时使用绿光光源、红光光源和红外光光源一起作为发射光源，来实现对人体脉搏信号的检测，具体的检测原理同上述，在此不再赘述。

进一步地，还可以通过一与光源模块12耦接的控制模块15根据控制模式控制在不同时段使用单一光源(例如，单独点亮绿光光源子模块121或红光光源子模块122或红外光光源子模块123)，或者多种光源组合(例如，点亮绿光光源子模块121、红光光源子模块122及红外光光源子模块123的其中两个或全部)来实现对人体脉搏信号的检测，得到不同时段的人体脉搏信号，再计算多个不同时段的平均值，进而得到更准确的脉搏信号。

本发明提供的指纹识别装置根据人体血液对光源的反射吸收原理，检测经待检测对象反射前后的光总量的变化，来计算待检测对象的脉搏信号，进而判断待检测对象是否为活体，从而解决了现有指纹识别装置存在的使用假体进行身份识别的安全隐患。

本发明还提供了一种包含上述指纹识别装置的终端设备。该终端设备例如为智能手机、平板电脑等，通常被配置为包括：显示屏、触摸屏、盖板玻璃、存储、片上系统(systemonchip)、CPU、GPU、内存、Wi-Fi连接、蓝牙连接、USB连接、电池、外接电源、计算机可读媒体及软件等，但本发明不以此为限。

本发明提供的指纹识别装置被集成于该终端设备中，例如被集成在该终端设备的屏幕或者外壳中，并位于终端设备的屏幕或者外壳的顶表面上；还可以与终端设备的控制按钮或者开关元件组合使用，也可以直接嵌入到终端设备的盖板玻璃或壳体内单独使用。总之，能根据终端设备的情况，进行适应性的调整，以方便用户的使用。当指纹识别装置与终端设备的控制按钮或者开关元件组合使用时，在指纹识别装置的下方还需要设置有压敏元件，以感应用户在操作该控制按钮或者开关元件时的按压操作。

图6为根据一示例实施例示出的指纹识别方法的流程图。如图6所示，该方法2包括：

步骤S210，向待检测对象发射光信号。

例如，光源模块12向待检测对象发射光信号。进一步还可以设定控制模块，以通过控制模块15控制单独点亮绿光光源子模块121或红光光源子模块122或红外光光源子模块123，或者控制点亮绿光光源子模块121、红光光源子模块122及红外光光源子模块123的其中两个或全部，以使点亮的光源子模块发射对应颜色的光信号。

步骤S220，感测并接收经待检测对象反射的光信号，并将该反射的光信号转换为电信号输出。

例如，光感知模块13感知并接收光源模块12发射的并经待检测对象反射的光信号，并将反射光信号转化为电信号输出。

步骤S230，接收该电信号，并根据该电信号，利用血液对光源的反射吸收原理，计算待检测对象的脉搏信号，进而判断该待检测对象是否为活体。

例如，处理模块14接收光感知模块13发送的转换的电信号，根据血液流动对光源的不同反射吸收原理，计算待检测对象的脉搏信号，进而判断出作用于指纹识别模块11的待检测对象是否为活体。

具体地，如图2所示，根据一实施例，利用血液对绿色光源的吸收原理，计算待检测对象的脉搏信号。首先使用绿光光源子模块121向待检测对象发射绿光信号，光感知模块13可以感知并接收任意时间点经待检测对象反射的绿光。由于心脏跳动时，流经手指微血管的血液会增加，吸收的绿光也会增加，因此接收到的被反射的绿光信号相应减少；而在心跳间隔期间，流经手指微血管的血液会减少，吸收的绿光也会随之减少，因此接收到的被反射的绿光信号相应增加。通过计算反射前后的绿光的光量的差值，可以计算出人体的脉搏信号，进而辨识出活体。

通常人体正常的心率范围在每分钟60次至100次之间，因此例如可以根据计算出的脉搏信号是否符合人体正常的心率要求，来判断待检测对象是否为活体。需要说明的是，此仅为一示例的判断方法，本发明不限于此。

或者，如图3所示，根据另一实施例，利用血液对红色光源的反射原理，计算待检测对象的脉搏信号。首先使用红外光光源子模块123向待检测对象发射红外光信号，光感知模块13可以感知并接收任意时间点经待检测对象反射的红外光。由于心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，因此接收到的被反射的红外光信号也会相应增加；而在心跳间隔期间，流经手指微血管的血液会减少，因此接收到的被反射的红外光信号也会相应减少。通过计算反射前后的红外光的光量的差值，可以计算出人体的脉搏信号，进而辨识出活体。

再者，如图4所示，根据再一实施例，利用血液对红色光源的反射原理，计算待检测对象的脉搏信号。首先使用红光光源子模块122向待检测对象发射红光信号，光感知模块13可以感知并接收任意时间点经待检测对象反射的红光。由于心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，因此接收到的被反射的红光信号也会相应增加；而在心跳间隔期间，流经手指微血管的血液会减少，因此接收到的被反射的红光信号也会相应减少。通过计算反射前后的红光的光量的差值，可以计算出人体的脉搏信号，进而辨识出活体。

由于血液吸收绿光并反射红光，如果仅使用绿光作为发射光源，发射光经血液吸收后可能导致仅有少量的反射光返回至光感知模块13，导致反射前后的光量差计算误差比较大。因此，本发明还提供了一种同时采用绿光光源和红光光源进行活体检测的方法。如图5所示，在本实施例中，同时使用绿光光源子模块121和红外光光源子模块123向待检测对象发射绿光信号和红外光信号，光感知模块13可以感知并接收任意时间点经待检测对象反射的绿光和红外光。由于心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，血液吸收的绿光会增加，反射的红外光也会增加，因此接收到的被反射的绿光信号会减少而红外光信号则会增加；而在心跳间隔期间，流经手指微血管的血液会减少，血液吸收的绿光会减少，反射的红外光也会减少，因此接收到的被反射的绿光信号会增加而红光信号则会相应减少。由于同时使用绿光和红外光作为发射光源，发射的光总量较大，因此反射后的光总量仍然较大，反射前后的光总量的差值误差较小，通过计算反射前后的光总量的差值，可以更精确地计算出人体的脉搏信号，进而辨识出活体。

此外，还可以同时使用绿光光源和红光光源一起作为发射光源，或者同时使用红光光源和红外光光源一起作为发射光源，再或者同时使用绿光光源、红光光源和红外光光源一起作为发射光源，来实现对人体脉搏信号的检测，具体的检测原理同上述，在此不再赘述。

进一步地，还可以通过控制模块15根据设定的控制模式控制在不同时段使用单一光源(例如，单独点亮绿光光源子模块121或红光光源子模块122或红外光光源子模块123)，或者多种光源组合(例如，点亮亮绿光光源子模块121、红光光源子模块122及红外光光源子模块123的其中两个或全部)来实现对人体脉搏信号的检测，得到不同时段的人体脉搏信号，再计算多个不同时段的平均值，进而得到更准确的脉搏信号。

步骤S240，确定待检测对象为活体后，进行指纹识别验证。

例如，指纹识别模块11接收处理模块14的判断结果，在确定待检测对象为活体后,激活指纹识别模块，并开始进行指纹识别操作。

之后，身份验证模块16根据指纹识别模块11获得指纹信息进行身份验证。

本发明提供的指纹识别方法根据人体血液对光源的反射吸收原理，检测经待检测对象反射前后的光总量的变化，来计算待检测对象的脉搏信号，进而判断待检测对象是否为活体，从而解决了现有指纹识别装置存在的使用假体进行身份识别的安全隐患。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。

Claims (13)

1.一种指纹识别方法，其特征在于，包括：

向待检测对象发射光信号；

感测并接收经所述待检测对象反射的光信号，将所述反射光信号转换为电信号并输出；

接收所述电信号，根据所述电信号，通过计算所述光信号反射前后光量差的变化，计算所述待检测对象的脉搏信号，以判断所述待检测对象是否为活体；以及

确定所述待检测对象为活体后，进行指纹识别验证。

2.根据权利要求1所述的指纹识别方法，其特征在于，所述光信号包括：绿光信号、红外光信号及红光信号的至少其中之一；当所述光信号包括所述绿光信号、所述红外光信号及所述红光信号中的至少两种时，所述光信号为由该至少两种光信号组成的混合光信号。

3.根据权利要求2所述的指纹识别方法，其特征在于，还包括：设定控制模式，根据所述控制模式，在不同时间段向所述待检测对象发射所述绿光信号、所述红外光信号、所述红光信号或者所述混合光信号。

4.根据权利要求3所述的指纹识别方法，其特征在于，所述计算所述光信号反射前后光量差的变化包括：当所述光信号为所述混合光信号时，计算对应时间段所述光信号反射前后的光总量的差值变化，其中所述光总量为被发射的、组成所述混合光信号的所述至少两种光信号的光量之和。

5.根据权利要求3或4所述的指纹识别方法，其特征在于，还包括：计算所述不同时间段的所述光信号反射前后的光量差的平均值，根据所述光量差的平均值计算所述待检测对象的脉搏信号。

6.根据权利要求1所述的指纹识别方法，其特征在于，所述计算所述待检测对象的脉搏信号，以判断所述待检测对象是否为活体包括：判断所述脉搏信号是否符合人体正常的心率特征，从而判断所述待检测对象是否为活体。

7.一种指纹识别装置，其特征在于，包括：

光源模块，用于向待检测对象发射光信号；

光感知模块，用于感测并接收经所述待检测对象反射的光信号，将所述反射光信号转换为电信号并输出；

处理模块，与所述光感知模块耦接，用于接收所述电信号，根据所述电信号，通过计算所述光信号反射前后光量差的变化，计算所述待检测对象的脉搏信号，以判断所述待检测对象是否为活体；以及，

指纹识别模块，与处理模块耦接，接收所述处理模块对所述待检测对象的判断结果，并在确定所述待检测对象为活体后，对所述待检测对象进行指纹识别验证。

8.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光信号包括：绿光信号、红外光信号及红光信号的至少其中之一；当所述光信号包括所述绿光信号、所述红外光信号及所述红光信号中的至少两种时，所述光信号为由该至少两种光信号组成的混合光信号。

9.根据权利要求8所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括：控制模块，与所述光源模块耦接，用于在不同时间段控制向所述待检测对象发射所述绿光信号、所述红外光信号、所述红光信号或者所述混合光信号。

10.根据权利要求9所述的指纹识别装置，其特征在于，所述计算所述光信号反射前后光量差的变化包括：当所述光信号为所述混合光信号时，计算对应时间段所述光信号反射前后的光总量的差值变化，其中所述光总量为被发射的、组成所述混合光信号的所述至少两种光信号的光量之和。

11.根据权利要求8或9所述的指纹识别装置，其特征在于，所述处理模块还用于计算所述不同时间段的所述光信号反射前后的光量差的平均值，根据所述光量差的平均值计算所述待检测对象的脉搏信号。

12.根据权利要求10所述的指纹识别装置，其特征在于，所述计算所述待检测对象的脉搏信号，以判断所述待检测对象是否为活体包括：判断所述脉搏信号是否符合人体正常的心率特征，从而判断所述待检测对象是否为活体。

13.一种终端设备，其特征在于，包括权利要求7-12任一项所述的指纹识别装置。