CN105981049A - 生物阻抗欺骗检测 - Google Patents

Abstract

实施例涉及光学生物计量读取器中的基于生物阻抗的欺骗检测。例如，实施例操作在具有与实质上透明保护层所覆盖的实质上透明生物阻抗源电极和接收机电极集成的压盘的生物计量读取器的情境中。多频率输入信号可以(通过保护层)从源电极注入到声称的皮肤位点中，从而接收机电极接收响应信号。询问响应信号，以遍布多个频率公式化所述声称的皮肤位点对所述输入信号的色散生物阻抗响应。然后可以根据所述色散生物阻抗响应进行生物计量欺骗确定。欺骗确定可以用于欺骗检测、出现性检测和/或其它功能。

Description

生物阻抗欺骗检测

技术领域

该申请总体上涉及生物计量。更具体地说，该申请涉及生物计量欺骗检测。

背景技术

生物计量读取器(例如光学指纹读取器)在消费者应用中正日益变得普遍。例如，个人计算机、小区电话、自动柜员机(ATM)以及其它应用正开始合并用于用户标识和/或认证的生物计量。“生物计量”通常指代活体的特性的统计分析。生物计量的一个类别包括“生物计量标识”，其一般操作在两个模式之一下，以提供人的自动化标识或验证人的声称的身份。生物计量感测技术测量人的物理特征或行为特性，并且将这些特征与相似的预先记录的测度进行比较，以确定是否存在匹配。一般用于生物计量标识的物理特征包括面部、虹膜、手部几何、静脉结构以及指纹。其中的最后一个是最流行的所有生物计量标识特征。当前，用于分析所收集的指纹的技术包括光学技术、电容性技术、射频技术、热学技术、超声技术以及若干其它较不普遍的技术。

生物计量传感器——特别是指纹生物计量传感器——通常倾向于为各种形式的欺骗采样所击败。在指纹读取器的情况下，已知用于对读取器呈现嵌入在某种非生物材料(例如纸张、凝胶、环氧物、乳胶等)中的所授权的用户的指纹图案的各种技术。因此，即使指纹读取器可以被考虑以可靠地确定出现或缺少匹配指纹图案，对于整个系统安全性还关键的是，确保匹配图案是从真正的活体手指获取的，这可能难以通过很多普通传感器来确证。

发明内容

其中，实施例提供用于光学生物计量读取器中的基于生物阻抗的欺骗检测的新颖系统和方法。例如，实施例操作在具有与实质上透明保护(例如玻璃化)层所覆盖的(例如以透明导电氧化物制成的)实质上透明生物阻抗源电极和接收机电极集成的压盘的生物计量读取器的情境中。多频率输入信号可以(通过保护层)从源电极注入到声称的皮肤位点中，从而接收机电极接收响应信号。询问响应信号，以遍布多个频率公式化所述声称的皮肤位点对所述输入信号的色散生物阻抗响应。然后可以根据所述色散生物阻抗响应进行生物计量欺骗确定。欺骗确定可以用于欺骗检测、出现性检测和/或其它功能。

根据一个实施例集合，提供一种生物计量传感器。所述传感器包括：压盘；源电极和接收机电极，部署在所述压盘上；绝缘保护层，部署在所述压盘上，并且覆盖所述源电极和接收机电极；成像系统，其操作为使用光学波长通过所述压盘形成声称的皮肤位点的图像；以及控制器。所述控制器操作为：将输入信号从所述源电极注入到经由所述保护层与所述源电极和所述接收机电极耦合的声称的皮肤位点中，由此使得所述接收机电极接收响应信号，所述输入信号包括多个频率；询问所述响应信号，以遍布所述多个频率公式化所述声称的皮肤位点对所述输入信号的色散生物阻抗响应；以及根据所述色散生物阻抗响应来确定所述声称的皮肤位点是否为活体手指。在一些这样的实施例中，所述控制器操作为：通过以下操作根据所述色散生物阻抗响应来确定所述声称的皮肤位点是否为活体手指：将所述色散生物阻抗响应应用于电集总式组件模型，以确定所述声称的皮肤位点的外表色散响应，所述电集总式组件模型将通过所述保护涂层与所述源电极和所述接收机电极耦合的至少一个特性皮肤位点描述为电组件的布置；以及计算所述声称的皮肤位点的所述外表色散响应对所存储的色散模型的对应性。在其它这些实施例中，所述控制器操作为：询问所述响应信号，以通过对所述响应信号进行采样遍布所述多个频率公式化所述声称的皮肤位点对所述输入信号的所述色散生物阻抗响应，以将所述色散生物阻抗响应公式化为时域响应；以及所述控制器操作为：通过计算所述色散生物阻抗响应对所存储的时域色散模型的对应性根据所述色散生物阻抗响应来确定所述声称的皮肤位点是否为活体手指。

附图说明

结合附图描述本公开：

图1示出根据各个实施例的说明性生物计量传感器的框图；

图2示出根据各个实施例的电集总式组件模型的说明性实施例；

图3示出根据各个实施例的具有以多个不同的照射角度使用多个离散波长照射的多谱生物计量成像系统的示例成像环境；

图4A示出根据各个实施例的用于生物阻抗欺骗检测系统的实施例的说明性迹线布局；

图4B示出根据各个实施例的用于生物阻抗欺骗检测系统的实施例的另一说明性迹线布局；

图5A和图5B分别示出用于单导线(例如，如图4A中)和双导线(例如，如图4B中)电极布置的简化电模型；

图6示出实现方式(例如图4A和图4B所示的实现方式)中的防护带的特定效果；

图7示出根据各个实施例的用于执行基于生物阻抗的欺骗确定的说明性方法的流程图；

图8示出根据一些这样的实施例的用于传感器的说明性迹线布局；

图9A示出对于源电极和接收机电极二者使用分立式电极阵列的说明性二指电极布局；

图9B示出对于接收机电极和单个大源电极使用分立式电极阵列的另一说明性二指电极布局；

图10A示出对于接收机电极和横穿中心的单个大源电极使用分立式电极阵列的说明性手掌或四指电极布局；

图10B示出对于源电极和接收机电极二者使用分立式电极阵列的另一说明性手掌或四指电极布局；

图11示出对于小形因子应用所设计的说明性单指电极布局的替选实施例；

图12A和图12B分别示出具有附近存在生物阻抗电极和分离的连续性电路的传感器有源区块的光学指纹读取器的实现方式的顶视图和侧视图；

图13示出用于展现在各种条件下的活体手指针对欺骗的说明性色散特性的图线集合；

图14A提供本发明实施例中所使用的多谱生物计量传感器的前视图；以及

图14B提供本发明另一实施例中所使用的光学局部解剖成像设备的普通配置的三维视图。

在附图中，相似的组件和/或特征可以具有相同标号。此外，可以通过标号后接在相似组件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的各种组件。如果在说明书中仅使用第一标号，则描述可应用于具有同一第一标号的相似组件中的任一，而无论第二标号如何。

具体实施方式

生物计量传感器——特别是指纹生物计量传感器——在很多环境中正变得流行。例如，指纹生物计量传感器有助于对于安全建筑、区域或资产、自动柜员机(ATM)、智能电话、膝上型计算机以及其它类型的计算式资产；身份证以及其它类型的凭证等增强很多访问控制系统的安全性。很多传统指纹生物计量传感器依赖于全内反射(TIR)，以用于形成指纹图像。基于TIR的传感器被设计为利用压盘-空气接口与压盘-皮肤接口之间的折射率的差。当手指与传感器的压盘接触时，指纹的脊与压盘接触，由此形成压盘-皮肤接口区域，并且指纹的谷由此并不覆盖压盘-空气接口区域。可以利用脊与谷之间的折射率的差以形成图像。例如，图像可以通过黑色示出所有脊并且通过白色示出所有谷，或通过白色示出所有脊并且通过黑色示出所有谷(例如，其典型地是二进制类型的图像)。

为了本公开的目的，术语“手指”、“指纹”和“指纹图像”意图包括从单个手指、多个手指、中间手指关节、手掌、手部的整个手掌表面和/或身体上的任何另外皮肤位点以及另外活体或非活体对象(例如文档、条码、凭证等)收集的位点和图像。

术语“多谱成像”、“MSI”以及“多成像”指代用于在单个测量会话期间获取手指的多个图像的方法和系统，其中，多个图像中的至少两个是在不同的光学条件下收集的。不同的光学条件可以包括但不限于不同的照射波长、不同的照射角度(在方位角和高程中，并且可以包括传感器成像表面和空气或另外周围介质所限定的光学临界角度的任一侧上的高程)、不同的照射偏振条件、不同的成像角度(在方位角和高程中，并且可以包括传感器成像表面和空气或另外周围介质所限定的光学临界角度的任一侧上的高程)、不同的成像焦平面、不同的成像空间分辨率、不同的成像时间分辨率、不同的成像偏振条件以及实质上改动所得图像的其它这些条件。此外，除非另外声明，否则入射角度、照射角度、成像角度等可以指代高程角度和/或方位角角度。除非另外声明，否则高程角度是相对于入射表面的法线测量的。

术语“全内反射成像”和“TIR成像”指代成像的方法，其中，成像系统的光轴位于相对于传感器成像表面的法线并且大于该表面的光学临界角度的某角度。实施例可以包括TIR成像、直接成像、TIR照射和直接照射的任何组合。此外，多个照射源和/或成像器可以处于高程和/或方位角的多个角度处。临界角度是两种介质在接口的任一侧上的折射率的函数，并且对于玻璃-空气接口近似为42度。因为TIR成像系统的光轴位于超越传感器表面的临界角度，所以表面当未触摸时充当(成像器可见的)镜，并且可以在具有合适的光学特性的材料与传感器直接接触的这些位置中终止充当镜。

在手指或另外材料接触传感器表面的位置中，建立新的临界角度。然而，为了本公开的目的，术语“临界角度”将指代传感器(即压盘表面)和周围环境(出于多数目的，其假设为空气)所建立的角度。此外，如本领域公知的那样，归因于例如折射、反射、衍射以及其它这些效应的现象，光将在各介质之间的边界处改变角度。当射线角度在该申请中称为大于或小于临界角度时，例如，声明指代射线在可操作的边界(例如传感器成像表面)处的角度而非同一射线在任何其它边界或介质处的角度，除非如此明确声明。

术语“直接成像”指代这样的成像的方法，其中，成像系统的光轴位于小于该表面的光学临界角度的相对于传感器成像表面的角度处。

术语“不透明”指代吸收、散射或反射材料上入射的光的物理性质。材料在可见谱中、特定谱中或波长带内可以是不透明的。如果材料上入射的90％的光受材料散射、反射或吸收，则材料看作是不透明的。术语“透明”指代允许光穿过材料的物理性质。材料在可见谱或特定波长带中可以是透明的。如果材料上入射的90％的光穿过材料，则材料看作透明的。术语“半透明”指代允许特定波长或波长带中的光穿过材料的物理性质。

这些类型和其它类型的传统指纹生物计量传感器一般对于环境条件是敏感的。例如，当存在过度湿气、灰尘等时，TIR效应可能受挫，并且无法可靠地生成有用的指纹图像。相应地，基于TIR的传感器可能并不适合于过度湿气是可能的(例如很多户外应用)、过度灰尘是可能的(例如很多工业应用)等的很多应用。很多传统类型的指纹生物计量传感器也易受各种类型的攻击。一些类型的攻击包括例如通过刮擦或钻探通过压盘针对传感器自身的物理篡改。其它类型的攻击包括通过各种形式的欺骗样本来击败传感器。在指纹读取器的情况下，已知用于对读取器呈现嵌入在某种非生物材料(例如纸张、凝胶、环氧物、乳胶等)中的所授权的用户的指纹图案的各种技术。例如，基于TIR的传感器可以形成与来自环氧物指纹欺骗实质上相同的来自真实指纹的图像。因此，即使指纹读取器可以看作可靠地确定出现或缺少匹配指纹图案，对于整个系统安全性还关键的是，确保匹配图案是从真正的活体手指获取的，这可能难以通过很多普通传感器来确证。

尝试可靠地标识并且利用真实(活体)指纹与假冒(欺骗)指纹之间的差异的不同类型的传感器采用多种欺骗检测方法。然而，每种方法具有各种限制。例如，很多基于光学差异的方法要么太简单而无法得到期望的结果(例如，它们产生过度数量的假阳性或假阴性)，要么另外它们倾向于依赖于非常复杂的数值模型、机器学习算法等(其对算法训练中未包括的新的欺骗威胁可能不起作用。)。很多基于电差异的方法倾向于对很多条件的高度敏感的，例如，指纹是否正确地定位；指纹是否太潮湿，太干燥，很脏等；检测表面上是否存在汗液或其它液体等。此外，当电极或导线受损坏或另外并非正确地运作(其可能因正常磨损、腐蚀性环境条件、篡改等而产生)时，电方法可能是无效或不可靠的，并且以保护材料来覆盖电极可能将传统的基于电的欺骗检测测量呈现为无效的。

如上所述，多数传统指纹生物计量传感器方法(例如基于TIR的方法)可能典型地在过度湿气和/或其它条件的情境中是不可靠的。此外，很多传统欺骗检测方法(例如基于电的(基于生物阻抗的)方法)可能相似地在过度湿气和/或其它条件的情境中是不可靠的。相应地，对于将欺骗检测集成到基于TIR的传感器中的尝试倾向于为在潮湿条件或其它不可靠的条件下不良地操作的欺骗检测方法所满足；如果传感器无论如何不能可靠地检测指纹图像，则图像是否为欺骗可能是不重要的。例如，一些这样的集成传感器方法仅在首先获取指纹图像并且确定图像是否可用于其期望的生物计量目的之后执行基于电的欺骗检测。

在对于校准去掉(calibrate out)不想要的数据或另外增强期望的性质的测量的尝试中，一些其它传统方法使用多个解耦合的传感器。例如，一种类型的现有技术方法使用四电极布置，其中，声称的皮肤位点耦合到电极，第一对电极用于通过声称的皮肤位点发送电流，第二对电极用于测量(作为电流的结果)穿过声称的皮肤位点发展的电压。该方法据称能够进行阻抗测量的深度标定，旁路角质层(死皮肤细胞的外部高阻抗层)。该布置标定活皮肤层的测量，并且因为实际涂层厚度可能典型地处于至少100微米或比角质层厚四倍，所以对于角质层，尤其是针对在电极上具有介电保护涂层的电极阵列是高度敏感的。与之对比，通过双电极布置采取的阻抗测量典型地受角质层的阻抗支配，其归因于角质层的非常薄的性质(即10-40微米左右)可能显现难以在欺骗中复制的相对高的电容值，因为这将涉及同时将三维指纹表面图案呈现给传感器的相似厚度的高阻抗层。

与之对比，在此所描述的实施例可以计算用于双电极测量的集总式模型参数，并且可以表征这些参数的色散。在一些实施例中，穿过作为活体手指的声称的皮肤位点可以包括：对展现人体组织的范围中的色散的非常薄的高阻抗介质的阻抗特性进行展现。即使周围湿度条件和温度条件可能影响模型参数的绝对值，它们也将不倾向于消除角质层的电容性性质或模型参数的色散特性。

在此描述用于将鲁棒性加入到生物计量指纹读取器的新颖技术。实施例包括将绝缘的基于生物阻抗的欺骗检测功能性与基于多谱成像(MSI)的生物计量功能性集成的指纹生物计量传感器。在一个实现方式中，提供包括压盘的MSI指纹传感器。实质上透明的生物阻抗电极部署在压盘上，并且受实质上透明的绝缘保护层覆盖(例如，以保护电极不受正常磨损、恶意刮擦等)。例如，甚至在出现湿气时，基于MSI的传感器可以用于“看透”电极和保护层，并且(例如在多谱照射之下使用直接成像)形成声称的皮肤位点的可靠的生物计量图像。生物阻抗电极(源电极和接收机电极)可以用于传递时变信号通过与保护层接触的声称的皮肤位点，并且时变信号可以包括多个频率(例如，其可以遍布频率范围受扫描)。实现方式可以还包括控制器，其可以测量声称的皮肤位点对于时变信号的生物阻抗响应，作为生物阻抗响应的函数计算遍布多个频率的声称的皮肤位点的色散特性(例如，包括：将量值-相位响应变换到电阻-电容(R-C)空间中)，并且根据色散特性来输出欺骗确定。例如，保护层可能加入电容(即，其为非导电的，从而其可以充当介电体)，这样可能挫败传统生物阻抗测量；并且皮肤位点或保护层上的过度湿气可能形成替代电流路径，这样也可能挫败传统生物阻抗测量。甚至在保护层的情境中，并且甚至在出现过度湿气时，使用基于R-C空间中的色散特性的新颖欺骗检测方法可以产生可靠的欺骗检测。相应地，特定实现方式被设计为遍历例如环境条件的范围(例如，在潮湿手指或干燥手指的情况下，在出现汗液时，等)可靠地并且鲁棒地操作。

图1示出根据各个实施例的说明性生物计量传感器100的框图。针对情境示出声称的皮肤位点160。如在此所使用的那样，“声称的皮肤位点”意图包括生物计量传感器100正尝试执行生物计量功能(例如基于生物阻抗的欺骗检测)的任何东西(例如真实手指、欺骗等)。生物计量传感器100的实施例包括成像系统110、照射系统120以及生物阻抗系统130，全都受控于控制器140。如在此所使用的那样，成像系统110和照射系统120可以实现为任何合适的光学生物计量传感器。例如，一些实施例包括在多谱照射之下执行直接成像的生物计量传感器。控制器140可以实现为任何合适的控制器系统，其可以包括一个或多个处理器、专用或多功能硬件或软件等。虽然成像系统110、照射系统120和生物阻抗系统130示出为分离的系统，但它们可以都实现为控制器140的部分。例如，控制器140可以包括专用照射电路、成像电路、生物阻抗处理电路等。

可以通过压盘150执行生物计量传感器100的生物计量功能。压盘150可以包括多个层，包括子压盘152、一个或多个电极层154以及保护层156(其可以包括一个或多个保护层)。“层”可以通过任何合适的方式得以形成，包括例如，可以通过在可以包括子压盘152的顶部表面的一个或多个衬底层上沉积一个或多个导电迹线来形成电极层154；并且保护层156可以然后沉积在电极层154的顶部上作为玻璃化层等。当声称的皮肤位点160与压盘150接触时，其可以实际上与保护层156的最顶表面接触(例如，由此变得通过可以充当介电体的保护层与电极层通过电容方式耦合)。如在此所使用的那样，子压盘152、电极层154和保护层156可以制造为对于成像系统110和照射系统120实质上是透明的，从而可以通过压盘150的多个层执行光学生物计量功能。注意，仅以说明性方式示出压盘150的层。例如，层并非是按比例示出的，一些层可以不与其它层同等延伸，一些层可以覆盖其它层等。例如，电极层154可以是非常薄的，并且保护层156可以填充电极层154中的间隙，由此有效地与电极层154重叠。此外，虽然一些实现方式可以具有多个电极层154(例如，以减少声称的皮肤位点与迹线或其它导电元件之间的电容性耦合)，但多个导电层在一些情况下可能显现负光学效果(例如，其可能难以在多个氧化物层上保持实质透明性)，并且增加制造成本。相应地，一些实施例仅包括单个电极层154。这样可以有助于确保电极和迹线对于光学生物计量系统保持实质上透明，但这样也可能增加声称的皮肤位点耦合到这两个电极及其迹线的可能性。此外，在此所描述的色散方法可以在单个电极层154的情境中操作。

在此所描述的实施例使用用于基于生物阻抗的欺骗检测的“双电极”方法。如在此所使用的那样，术语“双电极”并非意图限制实现方式中所使用的电极的数量，而是另外描述用于信号注入和测量的特定方法。例如，如上所述，“四电极”方法等使用一个电极集合以传递信号通过声称的皮肤位点(例如，传递电流通过手指)，并且使用(与第一电极集合解耦合的)分离的电极集合以测量响应(例如，作为用于测量归因于手指的阻抗穿过手指从电流发展的电压的探针)。与之对比，双电极方法使用单个电极集合以传递信号通过声称的皮肤位点从发射机电极进入接收机电极，并且测量接收机电极处的接收到的信号。在双电极方法中，测量并非与所注入的信号解耦合；反之，对于基于生物阻抗的欺骗确定所使用的是声称的皮肤位点对所注入的信号自身的影响。这种“双电极”方法的很多实施例可以包括多于两个的电极。例如，一些实现方式包括单个发射机电极以及两个接收机电极(以及防护带电极)。一些其它实现方式包括多个电极的阵列，其可以有选择地被激活作为发射机和/或接收机电极，例如，以更好地适用于不同的手指定向、不同的手指大小等。这些实现方式中的每一个在此仍看作“双电极”方法，因为欺骗检测是基于声称的皮肤位点对所注入的信号自身的影响的。

如所示那样，生物阻抗系统130可以驱动电信号通过一个或多个迹线132进入一个或多个发射机电极134中。发射机电极134可以经由保护层156将信号注入到声称的皮肤位点160中。例如，当声称的皮肤位点160与保护层156接触时，其以电容方式与发射机电极134耦合。声称的皮肤位点160也可以通过电容方式与一个或多个接收机电极136耦合，从而接收机电极136接收声称的皮肤位点160所变换的所注入的信号。生物阻抗系统130可以进一步通过与接收机电极136耦合的一个或多个迹线132(与耦合到发射机电极134的迹线不同的迹线)对接收到的信号进行接收。所注入的信号可以是任何合适的电流信号或电压信号。在一个实现方式中，电压信号由发射机电极134注入，并且电流信号(在由声称的皮肤位点160(并且潜在地由迹线132、发射机电极134、接收机电极136以及保护层156)变换之后)由接收机电极136接收。在替选实施例中，电流信号可以由发射机电极134注入，并且变换后的电流信号可以由接收机电极136接收；电流信号可以由发射机电极134注入，并且变换后的电压信号可以由接收机电极136接收；或电压信号可以由发射机电极134注入，并且变换后的电压信号可以由接收机电极136接收。在所有这些实现方式中，所注入的信号包括多个频率。如以下更充分地描述的那样，可以顺序地(例如，通过随着时间变化频率)或同时地(例如，通过注入阶跃波形或冲击波形、宽带重复式波形等)包括多个频率。

如在此所描述的那样，生物阻抗系统130可以(例如通过控制器140的生物阻抗功能)从接收到的信号测量频域信息和/或时域信息，以确定声称的皮肤位点的色散特性(即，遍布多个频率比较所注入的信号如何受声称的皮肤位点影响)。例如，在一个实现方式中，可以在多个频率处进行阻抗量值和相位的测量，这些测量可以根据系统的电集总式组件模型(例如通过保护层与电极和迹线以电容方式耦合的特性皮肤位点的模型等)变换到电阻-电容(RC)空间中，以计算声称的皮肤位点的RC色散。可以然后关于真实手指的期望的RC色散对该RC色散进行分析(例如，数学上进行相关)，以确定声称的皮肤位点可能是真实手指还是欺骗。为此，如所示那样，控制器140的一些实施例可以与可以包括电集总式组件模型172和色散模型174的数据存储体170耦合(或与之进行通信)。在一些实现方式中，色散模型174指示特性组织(例如真实活体人指尖的外部层)将如何倾向于遍布特定频率显现色散。在其它实现方式中，色散模型174可以包括真实组织将如何在普通条件下显现色散、真实组织将如何在各种环境中(例如对于干燥针对潮湿皮肤等)显现色散、一个或多个欺骗将如何显现色散等的一个或多个模型。

一些实施例包括附加的和/或替选的功能性。一些实现方式使用生物阻抗功能性、MSI成像功能性和/或其组合，以检测手指或另外皮肤接触点何时处于压盘上或附近(例如，对于出现性检测，以“唤醒”生物计量系统等)。其它实现方式使用生物阻抗功能性、MSI成像功能性和/或其组合，以提供关于正确的手指定位的反馈。例如，生物阻抗测量可以协助确定是否正确地放置皮肤位点以用于MSI生物计量成像；或MSI成像可以用于协助确定是否正确地放置皮肤位点以用于生物阻抗欺骗检测(例如，和/或在特定实现方式中确定皮肤位点(一个手指、多个手指、手掌等)的类型)、皮肤位点的定向等。其它实现方式可以使用生物阻抗功能性和MSI成像功能性的组合，以在活体手指和各种类型的欺骗样本等之间进行区分。例如，使用基于生物阻抗的技术更好地(例如更快速地，更可靠地，等)检测一些类型的欺骗，而单独地或与生物阻抗信息组合而使用基于多谱成像的技术更好地检测其它类型的欺骗。其它实现方式包括用于将防护带合并到生物阻抗功能性中以在各种条件之下增强特定能力的各种技术。其它实现方式将连续性电路(例如实质上透明的蜿蜒网格)与传感器的压盘集成，以提供和/或增强篡改检测能力。在此更充分地描述各个实施例的这些和其它特征。

虽然在此参照单指纹生物计量系统描述一些实施例，但相似的技术可以应用于多指纹生物计量系统、掌纹生物计量系统和/或其它合适的类型的生物计量系统。此外，在特定布置或选择组件、省略特定组件等(包括特定迹线布局、电路示意图等)的情况下示出并且描述很多实现方式。这些说明性实现方式意图使得描述清楚并且关注于特定发明功能性，而非意图限制本公开所覆盖的很多可能的实现方式。

实施例可以在各种情境中(包括例如，在电极与声称的皮肤位点之间的保护层的情境中、在压盘上的汗液或水的情境中等)可靠地操作。例如，系统的电集总式组件模型可以被设计为包括保护层，由此考虑保护层对色散的影响。此外，甚至在这些保护层的情境中和/或在压盘上出现离子溶液等时，使用各种色散方法(例如，使用变为RC空间的非线性变换)可以协助强调真实皮肤的色散特性。

图2示出根据各个实施例的电集总式组件模型200的说明性实施例。电集总式组件模型200可以是图1的电集总式组件模型152的实现方式。在一些实现方式中，电集总式组件模型200是有效地将系统的一些或所有部分建模为一个或多个电阻器和一个或多个电容器的布置的电阻-电容(RC)集总式组件模型。模型可以包括如需要的那样多或少的细节，以产生在此所描述的期望的色散信息。例如，电集总式组件模型200的一些实施例仅包括电极和手指，而其它实施例包括电极、手指、保护层、迹线等。此外，一些实施例包括简单的模型(例如仅单个电阻器和电容器)，而一些实施例是更复杂的(例如，电路包括有源元件、非线性元件以及无源元件等)。一些模型参数(例如电极迹线电阻)可以得以一次表征，从而不必通过每个生物阻抗测量来重新计算它们。光学信息可以用于调整模型参数(例如，部分地覆盖电极的手指的面积可以用于调整模型中的电极的电容)。

如所示那样，一些实施例包括注入信号路径和接收信号路径的集总式模型，其可以包括发射机电极210的集总式模型(其可以包括或可以不包括发射机迹线215的集总式模型)以及接收机电极220的集总式模型(其可以包括或可以不包括接收机迹线225的集总式模型)。信号路径可以包括附加元件(未示出)(例如信号驱动器、放大器、缓冲器等的模型)。从发射机电极到接收机电极的信号路径可以建模为包括保护层230的集总式模型以及手指240的集总式模型。因为信号可以(在从发射机电极到手指的途径上，以及在从手指到接收电极的途径上)有效地多次穿过保护层，所以一些实现方式可以将保护层的集总式模型建模为模型的多个部分、多个子模型等。例如，保护层的多个部分可以建模为(例如通过电阻器等)耦合的信号路径的分立式部分。

可以按任何合适的细节等级设计手指240的集总式模型。例如，在兴趣频率范围中，电阻性色散的主要源是遍布多个频率的组织中的电流路径的改变。在较低频率处，细胞膜的电容呈现高阻抗，从而电流主要在细胞内流体中流动，细胞内流体在较低有效截面的情况下较长，产生较高的电阻率。在较高频率处，电流路径经过细胞，产生较低的电阻率。离子流体归因于其缺少宏观结构而可以遍布多个频率呈现恒定的电流路径。介电色散与偏振结构(例如分子或宏观结构)的松弛时间有关。水和离子溶液倾向于具有非常短的松弛时间，从而它们直到非常高的频率才展现色散。然而，在组织中，较大的分子和细胞膜可以具有更慢的松弛时间，从而它们可以在较低频率处(即于在此所描述的实施例所测量的范围中)展现色散。相应地，手指240的集总式模型可以被设计为遍布兴趣频率范围展现适当类型的色散。一个这样的模型示出为插图240'。电流可以在各种途径中穿过皮肤细胞，包括通过细胞外材料(其为导电的并且可以实质上显现为电阻器(Re))在细胞周围，通过细胞内材料(其也是导电的，并且可以实质上显现为电阻器(Ri))在细胞内，穿过细胞膜进入并且离开细胞(膜是无源的，从而在周围导电材料的情境中，其与介电体相似地进行动作，并且有效地显现为电容器(Cm))，或穿过离子通道进入并且离开细胞(由此显现与电阻器(Rm)相似的行为)。可以使用手指240的很多其它集总式模型。

一些实现方式偏好对于期望的性能足够的最简单的模型，因为这样可以简化计算并且可以允许生物阻抗的更快并且更频繁的询问。特别是在与光学测量同时测量生物阻抗(例如，以确保它们与同一对象对应)的实施例中，可能期望在对于光学成像所使用的实质上相同的短时间帧(例如，小于200毫秒)中收集所有生物阻抗信息。较快的生物阻抗获取也可以允许更多成对电极之间的询问，以提供声称的皮肤位点的更精确的空间表征(例如，以保护抵抗部分欺骗，其中，真实手指呈现给电极，但别处的欺骗要么使得身份模糊，要么在使得活体手指检测通过的同时将充足的指纹面积与欺骗匹配)。生物阻抗的瞬时改变或跳动式改变可以用作附加信息，以用于确定声称的皮肤位点的活性。

如上所述，实施例可以在生物计量成像系统(例如图1的成像系统110和照射系统120)的情境中操作。图3示出根据各个实施例的具有以多个不同的照射角度使用多个离散波长照射的多谱生物计量成像系统的示例成像环境300。该实施例中的多谱传感器301包括：一个或多个光源303，其以角度θ₁照射手指160(例如，或具有纹理特征的任何另外声称的皮肤位点)；一个或多个光源333，其以角度θ₂照射手指；以及成像系统323，其可以包括数字成像系统。虽然示出处于多个照射角度的多个光源(303、333)，但其它实现方式可以在任何合适的布置中包括任何合适数量的光源(303、333)。例如，在此所描述的某功能性包括所谓的直接照射和/或直接成像，从而以小于临界角度实现照射和成像之一或二者。替代地，角度θ₁可以小于临界角度θ_C，角度θ₂可以大于临界角度(即一个光源可以被配置用于直接照射，而另一光源可以被配置用于全内反射(TIR)照射)。可以方便地选择光源(303、333)的数量以实现特定照射等级，提供多个照射波长，提供多个偏振条件，满足封装要求，并且满足多谱生物计量传感器301的其它结构约束。

照射从源(303、333)穿过照射光器件(305、335)，其将照射成形为期望的形式(例如泛光、光线、光点等的形式)。照射光器件(305、335)为了方便而示出为包括透镜，但可以更一般地包括一个或多个透镜、一个或多个镜和/或其它光学元件的任何组合。照射光器件(305、335)也可以包括扫描器机构(未示出)，以在所指定的一维或二维图案中扫描照射光。光源(303、333)可以包括点源、线源、区块源，或可以在不同的实施例中包括一系列这些源。源(303、333)可以是窄带源(例如单色LED和激光器二极管)，或可以是宽带源(例如白光LED或白炽源)。在光源(303、333)包括一系列源的情况下，这一系列源可以是相同的波长或不同的波长。不同的源(303、333)可以是相同地配置的，或它们可以彼此不同。

在光穿过照射光器件(305、335)之后，其穿过压盘150，并且照射手指160或另外声称的皮肤位点，从而反射光导向到成像系统323。可以通过这样的方式来配置压盘150：进入压盘150的照射将以期望的角度横穿压盘150。在以角度θ₁照射皮肤位点的照射系统309的情况下，切面150b定向得与照射轴大致垂直。类似地，在以角度θ₂照射皮肤位点的照射子系统339的情况下，切面150c以更陡的角度定向为近似与对应照射角度垂直。

在一些实施例中，角度θ₁小于临界角度，角度θ₂大于临界角度，临界角度定义为全内反射(TIR)产生的角度。插图351示出与计算具有不同的折射率的两种材料之间的接口处的临界角度关联的几何。如本领域所知，光的折射将通常产生在该接口处。折射的角度对于不同的照射角度将是不同的，并且将由以下形式的公式掌控：

n₀sinΘ₀-n₁sinΘ₁，

其中，n₀是介质0中的折射率，n₁是介质3中的折射率，角度θ₀和θ₁是在从法线到接口的各个介质中测量的。

当n₀小于n₁时，临界角度θ_C由下式给出：

${\mathrm{\Θ}}_c{\sin }^{-1}\left(\frac{n_0}{n_1}\right)$

在n₀近似等于与空气对应的1.0，并且n₁近似等于与某类型的玻璃对应的1.5的情况下，临界角度近似为41.8度。在例如此种情况下，照射角度θ₁可以范围从0上至近似40度，而照射角度θ₂将处于大于41.8度但小于压盘与手指皮肤(或任何合适的皮肤或声称的皮肤)之间的接口所限定的临界角度的角度。对于具有1.4的折射率的皮肤，该次级临界角度近似为70.0度。

在θ₁小于临界角度的情况下，来自照射子系统309的照射光穿过压盘150a的顶部切面，并且如果出现在压盘150上或高于其，则将照射手指160的所有部分。照射手指160的光的一部分将从皮肤表面受反射，而该光的第二部分将穿越进入皮肤并且经受光学效应(例如散射和吸收)。通常，进入手指皮肤的光的部分将反向散射离开皮肤并且反向穿越进入压盘150中。这种成像在以小于临界角度执行成像的情况下通常在此称为“直接成像”。虽然一些实现方式从源自定向在小于相对于压盘的临界角度处的照射源的光执行直接成像(例如，形成声称的皮肤位点的直接图像)，但其它实现方式可以使用源自定向在大于相对于压盘的临界角度处的照射源的光或源自定向在临界角度的一侧或两侧处的照射源的光的组合。注意，可以在没有多谱功能性的情况下使用直接成像方法来实现在此所描述的一些实施例的功能性。例如，一个或多个照射源可以受调谐和/或滤波，以产生实质上处于相同波长处的光。

在θ₂大于临界角度并且缺少手指的情况下，来自照射子系统339的光将不穿过切面150a，并且将反向反射进入压盘150中。光将仅在具有合适的折射率的皮肤或其它介质与切面150a直接光学接触的这些位置中横穿切面150a处的接口。在压盘150与手指160之间的接触点处，光将以先前所描述的方式部分地受皮肤的表面反射，并且部分地受皮肤吸收。然而，在照射波长为这样：光在皮肤中传输得并不非常远然后受吸收的情况下，每个接触点处所散射的光良好地定位到该点。对于紫外谱区域、可见谱区域以及近红外谱区域中的各种不同波长，情况如此。具体地说，具有比近似580nm更短的波长的可见光极大地受血红素吸收，并且因此保持良好地定位到照射点。

当受照射子系统309或339照射时，可以通过适当成像系统对皮肤所散射或反射的光进行成像。图3示出成像子系统323包括具有数字阵列315以及适用于将从对象反射的光汇聚到阵列上的检测光器件313的数字成像布置的实施例。例如，检测光器件313可以包括透镜、镜、针孔、这些元件的组合，或可以使用本领域技术人员公知的其它光学元件。阵列可以包括硅成像阵列(例如CCD阵列或CMOS阵列、InGaAs阵列或任何其它合适的检测器阵列)。在一些实例中，成像子系统323可以还包括光学滤波器321。光学滤波器321可以是短波长通过滤波器，其实质上阻挡比照射波长范围更长的波长的光。由于比近似580nm更长的光的波长可以实质上横穿手指，因此发明人已经发现这种配置在出现亮的宽带周围光照时提供有利的性能。在亮的阳光下，这种长波长光可能使得检测器阵列321饱和，阻碍获取图像。在使得所有期望的照射波长通过的同时用滤波器321来阻挡该长波长光可以因此是有益的。

在一些实例中，滤波器321可以是彩色滤波器阵列，其可以进一步合并作为数字阵列315的部分。彩色滤波器阵列321可以包括公知的拜尔图案中的红-绿-蓝滤波器阵列。在一些实例中，滤波器元件可以运作为发送与标准红-绿-蓝波长不同的波长，可以包括附加波长，和/或可以被布置在与拜尔图案不同的图案中。在包括该彩色滤波器阵列321的实例中，光源(303、333)可以是白光或宽带源。替代地，光源(303、333)可以包括具有处于彩色滤波器阵列321所包括的滤波器元件的通带内的多个窄带源(例如LED)。在一些实施例中，在近似400-1000nm的波长范围内提供照射光。在其它实施例中，使用谱的可见范围内(即大约400-700nm的范围中)的波长。在一些情况下，使用多个实质上离散的波长，例如在三个照射波长分别与大约600nm处的红色、540nm处的绿色和450nm处的蓝色对应的实施例中。

传感器布局和组件可以有利地选择为使得光源(303、333)进入数字成像子系统323的直接反射最小化。在一个实施例中，通过相对地定向照射光器件和检测光器件从而检测到的直接反射光的量得以最小化来减少这些直接反射。例如，照射光器件305和检测光器件313的光轴可以按某角度放置，从而放置在压盘表面150a上的镜并不将显著量的照射光导向到成像子系统323中。以相似的方式，检测光器件313应定向为避免在压盘表面150a处经受全内反射的来自照射子系统339的光。

在一个实施例中，以使得成像器能够“看透”压盘表面150a而非受该表面处的全内反射影响的方式定向成像子系统323的光轴。以此方式，成像子系统323能够获得在所有点而非仅手指接触并且是必要折射率的这些点处由手指散射并且反射的光的图像。通常可以通过以小于θ_C的临界角度的角度定向成像子系统323来满足该约束。在一些情况下，成像子系统323可以定向得近似与压盘切面150a垂直。

在另一实施例中，以使得成像器仅看见来自正确的折射率的皮肤与压盘表面150a光学接触的这些点的光的方式定向成像子系统323的光轴。可以通过以大于临界角度θ_C的角度放置成像器323来实现该操作。如果成像器定位在其在缺少接触表面150a的手指或另外材料时看见照射光的这样的位置和角度处，则其称为“亮场”成像条件。在此情况下，与手指的接触点将显现得相对暗。如果成像器定位在其在缺少接触表面150a的手指或另外材料时并不看见照射光的这样的位置和角度处，则其称为“暗场”成像条件。在此情况下，与手指的接触点将显现得相对亮。在一些情况下，可以采用本领域公知的光学折流、光学阻挡涂层和/或其它技术，以减少乱真散射光的效应，并且由此增加任一成像条件下，并且尤其是暗场成像条件下的图像质量。

多谱传感器301所包括的光学组件的特定特性可以实现为满足不同的形数约束。例如，在多谱传感器实现在变速杆的顶部中作为系统的部分以验证车辆的驾驶者的身份的实施例中，光源(303、333)和数字阵列315可以不配合在所构建的变速杆手柄内。在该实施例中，可以实现光学中继系统。例如，可以使用包括与内视镜(bore scope)相似的单独透镜的中继光器件，或替代地，可以使用例如直光镜(orthoscope)中所使用的光纤。在其它情况下，可以通过使用镜来折叠照射子系统(309、339)和/或成像子系统323的光学路径，以减少总体大小。用于实现光学中继系统和/或折叠光学系统的另外其它技术对于本领域技术人员将是明显的。以此方式，传感器的组件可以定位得远距采样表面，或被配置为配合其它形数约束。

多谱传感器可以在照射会话期间按顺序取得多个图像。例如，在不同的波长、偏振条件和/或角度的多个源的情况下，第一源可以照射，在此时间期间，相机获取并且存储图像。第一源然后消光，并且第二源受照射，在此时间期间，获取并且存储第二图像。该序列于是对于所有源继续，并且可以还包括在没有源照射的情况下收集的“暗”图像。此外，任何或所有图像条件可以在照射会话期间重复任意次数。可以通过各种方式组合所得图像，以用于后续处理。例如，可以在所照射的状态中的每一个与暗图像之间生成差异图像。这两种类型的图像之间的差异允许照射与背景照射分离的效果。根据本发明其它方面，差异图像可以于是用于进一步处理。

如在此进一步描述的那样，实施例包括与压盘集成、与压盘耦合、放置在压盘上或另外部署在压盘上的生物阻抗欺骗检测系统。生物阻抗欺骗检测系统包括源电极和接收机电极，其操作为将电信号发送到与电极接触的声称的皮肤位点，并且从与电极接触的声称的皮肤位点接收电信号。例如，一个或多个功能层380可以部署在压盘150的成像表面150a上，包括具有源电极和接收机电极的层以及保护层(例如玻璃化层)。这样可以(例如单独地或与成像组合)用于确定声称的皮肤位点是否为真实的活体手指或另外皮肤位点。在一些实现方式中，一个层(例如包括电极的同一层或不同层)包括刻图的导体，以用于检测针对生物计量传感器301的篡改。

在该实施例中，当声称的皮肤位点与压盘150接触(例如，“触摸表面150a”等)时，声称的皮肤位点实际上与最顶功能层380(例如保护层)接触。相应地，生物计量传感器301可以被设计为通过功能层380对声称的皮肤位点进行照射并且成像。故此，生物阻抗欺骗检测系统的电极和其它暴露的特征可以制造为对于照射子系统和/或成像子系统实质上透明(即，透明或半透明得足以让充足的光穿过，以允许照射功能和成像功能得以执行)。例如，压盘150a的“顶部”表面可以看作包括功能层380，包括实质上透明玻璃化层所涂敷的实质上透明电极层，并且生物计量成像器的照射组件和/或成像组件可以相对于最顶部层的最顶部表面聚焦。在一些实施例中，生物阻抗欺骗检测系统操作为提供另外功能性，例如出现性检测、位置检测、篡改检测等。

一些实施例在MSI生物计量传感器的情境中操作。图14A在前视图中示意性地示出合适的系统的一个示例。该实施例采取可以用于从个体同时收集生物计量数据的多谱传感器的形式。如在此所使用的那样，“多谱数据”指代在单个照射会话期间在多个独特光学条件之下收集的所有图像的集合。不同的光学条件可以包括偏振条件的差异、照射角度的差异、成像角度的差异以及照射波长的差异。在一些光学条件下，图像可能受接口处的全内反射(“TIR”)现象的出现性和分布影响。这些图像在此称为“TIR图像”，并且与“直接图像”区分，“直接图像”是在实质上不受TIR效应的出现或缺少所影响的光学条件下收集的图像。

多谱传感器1401包括具有一个或多个光源1403的照射子系统1423以及具有相机1417的检测子系统1425。附图描述照射子系统1423包括多个照射子系统1423a和1423b的实施例，但对可以包括的照射子系统1423或检测子系统1425的数量不存在限制。例如，照射子系统1423的数量可以方便地选择为实现特定照射等级，以满足封装要求，并且满足多谱传感器1401的其它结构性约束。照射光从源1403穿过照射光器件1405，照射光器件1405将照射成形为期望形式(例如泛光、光线、光点等的形式)。照射光器件1405为了方便示出为包括透镜，但可以更一般地包括一个或多个透镜、一个或多个镜和/或其它光学元件的任何组合。照射光器件1405也可以包括扫描器机构(未示出)，以在所指定的一维或二维图案中扫描照射光。光源1403可以包括点源、线源、区块源，或可以在不同的实施例中包括一系列这些源。在一个实施例中，例如通过部署光通过然后受导向朝向皮肤位点1426的线性偏振器1407来将照射光提供为偏振光。

在一些实例中，光源1403可以包括一个或多个准单色源，其中，在窄波长带上提供光。这些准单色源可以包括例如发光二极管、激光器二极管或量子点激光器的设备。替代地，光源1403可以包括宽带源(例如白炽灯或辉光条)。在宽带源的情况下，照射光可以穿过带通滤波器1409，以窄化照射光的谱宽度。在一个实施例中，带通滤波器1409包括一个或多个离散光学带通滤波器。在另一实施例中，带通滤波器1409包括连续可变滤波器，其旋转地或线性地移动(或具有旋转移动和线性移动的组合)，以改变照射光的波长。在又一实施例中，带通滤波器1409包括可调谐滤波器元件(例如液晶可调谐滤波器、声光可调谐滤波器、可调谐Fabry-Perot滤波器或本领域技术人员公知的另外滤波器机构)。

在来自光源1403的光穿过照射光器件1405并且可选地通过光学滤波器1409和/或偏振器1407之后，其受导向朝向皮肤位点1426。虽然皮肤位点1426在附图中示出为包括手指的表面，但皮肤位点可以更一般地包括包含上述局部解剖特征的任何皮肤位点。注意，在一些实施例中，皮肤位点包括来自手的多个部分的表面(例如来自多个手指的表面)。光受导向通过压盘1420并且通过一个或多个附加层1422(例如电极层、绝缘保护层等)。优选地，层1422在照射光的波长处实质上是透明的。

传感器布局和组件可以有利地选择为使得进入检测光器件1415的照射的直接反射最小化。在一个实施例中，通过相对地定向照射子系统1423和检测子系统1425从而检测到的直接反射光的量得以最小化来减少这些直接反射。例如，照射子系统1423和检测子系统1425的光轴可以按各角度放置，从而放置在压盘1420上的镜并不将显著量的照射导向到检测子系统1425中。此外，照射子系统1423和检测子系统1425的光轴可以按相对于压盘1420的各角度放置，从而这两个子系统的角谱宽度小于系统的临界角度；这种配置避免归因于压盘1420与皮肤位点1426之间的TIR的显著影响。

用于减少直接反射光的替选实施例使用光学偏振器。可以有利地采用线性偏振器和圆形偏振器二者，以使得光学测量对于特定皮肤深度更敏感，如本领域技术人员公知的那样。在图14所示的实施例中，照射光由线性偏振器1407偏振。检测子系统1425可以于是还包括线性偏振器1411，其被布置有实质上与照射偏振器1407正交的其光轴。以此方式，光必须经受多个散射事件，以显著改变其偏振状态。这些事件当光穿透皮肤的表面时产生，并且在很多散射事件之后反向散射到检测子系统1425。以此方式，与皮肤位点1426的接口处的表面反射得以减少。

检测子系统1425可以包括检测光器件，其包括透镜、镜和/或将压盘1420附近的区域的图像形成到相机1417上的其它光学元件。检测光器件1425可以还包括扫描机构(未示出)，以按顺序将压盘区域的各部分中继到相机1417上。检测子系统1425可以被配置为：对已经穿透皮肤的表面的并且在离开皮肤之前在皮肤和/或下面组织内经受光学散射光敏感。在一些情况下，光源1403可以是在没有照射子系统1423中的谱滤波器1409的情况下所使用的宽带光源。此外，包括不同带通滤波器的微阵列的彩色滤波器阵列可以直接合并到相机1417的图像阵列上。出现在很多彩色成像芯片上的特定普通彩色滤波器阵列是拜尔滤波器，其描述红色带通滤波器、绿色带通滤波器和蓝色带通滤波器的布置，如本领域技术人员公知的那样。

如上所述，测量在不同的偏振条件之下取得的图像可能是有利的。通过参照两个照射子系统1423a和1423b可见用于进行该操作的方式的示例。在该实施例中，一个照射子系统1423a包括相对于检测偏振器1411处于交叉偏振条件下的线性偏振器1407a。第二照射子系统1423b省略线性偏振器1407b。在该配置中，可以通过偏振的照射子系统1423a收集第一图像，其将实质上表示皮肤319的表面之下的光学散射和其它效应。然后可以通过非偏振的照射子系统1423b收集第二图像。虽然偏振器1411放置在检测子系统1425中，但该第二图像中的照射光不受偏振，并且所得图像将部分地归因于光的表面反射和十分浅的散射以及来自皮肤位点1426的光的较深散射。这两个图像的组合可以用于提供附加的有用信息。

照射子系统1423和检测子系统1425可以被配置为：在各种光学领域中并且在各种波长处操作。一个实施例使用实质上在400-1000nm的区域中反射光的光源1403；在此情况下，相机1417可以基于硅酮检测器元件或对于这些波长处的光敏感的本领域技术人员公知的其它检测器材料。在另一实施例中，光源可以在包括1.0-2.5μm的近红外领域的波长处发射辐射，在此情况下，相机1417可以包括以InGaAs、InSb、PbS、MCT以及对于这些波长处的光敏感的本领域技术人员公知的其它材料制成的元件。

在另一替选中，照射子系统1423包括宽带照射子系统，并且检测子系统1425包括成像光器件1415和1419、交叉线性偏振器1411以及色散光学元件1413。色散光学元件1413可以包括可以是透射性或反射性的一维光栅或二维光栅、棱镜或本领域公知的任何另外光学组件，以产生光的路径的偏离作为光的波长的函数。在所示实施例中，第一成像光器件1419作用于对从皮肤位点619反射的光进行准直，以用于透射通过交叉线性偏振器1411和色散元件1413。光的谱分量由色散元件1413有角度地分离，并且由第二成像光器件1415分离地汇聚到相机1417上。

通过图14B示意性地示出用于采取光学局部解剖传感器的形式的实施例的合适的系统的另一示例。如在此所使用的那样，短语“光学局部解剖成像”并非意图限制。实际上，在此所讨论的技术和方法允许不仅提取局部解剖特征而且还提取包括反射特征(例如，其中，反照率和色度)的皮肤位点的所成像的部分的其它特征。在一些实例中，仅使用局部解剖信息，但在其它情况下，使用局部解剖和其它信息的组合。附图是高度示意性的，并且意图示出直接收集以不同照射角度取得的多个图像。在实际实现方式中，附图所示的不同组件可以包封为单个单元，其中，附图示出该包封的内部组件。

光学局部解剖传感器1430包括多个光源1434，其中的每一个可以使用例如发光设备(“LED”)或激光器二极管(“LD”)实现为实质上单色光源。可以使用具有适当的光学滤波器元件的窄带源或宽带源替代地生成实质上单色光。来自源1434的光导向到包括用于当与皮肤位点1440接触时收集细胞的如上所述的覆盖膜的压盘1442。压盘和膜在源的波长处至少部分地是透明的，从而皮肤位点1440可以受照射并且通过相机1444得以成像。“直接”收集图像表示相机1444所收集的图像中的每一个不限于皮肤位点1440光学接触的区块，而可以附加地包括皮肤位点1440的其它区块。

光源1434通常被部署为提供不同的照射角度，并且可以在一些实施例中在圆形周围以圆周方式被部署在实质上与压盘1442平行的平面中。在一些实例中，源1434均匀地被部署在圆形周围，即，处于方位角均匀分布中，但在其它实施例中，部署可以是不均匀的。当源1434被部署在整个圆形的周围时，它们可以提供皮肤位点1440的360°询问，但在其它实施例中，例如，当光源1434的位置限定半圆形时，仅圆形的一部分可以具备覆盖。

通常期待在相机1444和皮肤位点1440相对于彼此实质上是固定的并且光源在成像期间按固定顺序受照射的情形下部署光学局部解剖传感器1430。相同的成像原理可以应用在可以在数学上考虑皮肤位点1440与相机1444之间的相对运动的其它情形中。因为布置具有固定的几何，所以可以使用包括分析先前所获取的光学局部解剖成像数据的各种技术来校准特定传感器1430。这些校准可以于是有利地应用于通过特定传感器进行的未来测量。具体地说，因为设备1430通常用于对具有相似光学特性的已知的并且有限的样本类(即指纹)进行成像，所以先前所收集的数据集合可以用于得到成像的规则、系数、特征、关系以及其它方面。可以使用机器学习算法来分析并且细化各种量，以增强不同指纹的分析。

光源1434与压盘1442的相对位置提供皮肤位点1440的近场照射。这样可以使得照射强度和照射角度穿过压盘1442所限定的对象平面而变化。可以根据期望通过平坦场化来收集照射强度变化，并且据信，对称式系统设计可以部分地补偿照射角度的变化。

注意，图14A和图14B所示的直接成像结构无需皮肤位点与收集膜或压盘的完全接触，因为直接成像仍使得能够对不接触的这些部分进行成像。这样允许比传统指纹成像器的数据——特别是可以具有将皮肤位点表面呈现得对于与表面接触的地方不自然的自然曲率的这些皮肤位点表面——的更大收集。一个示例是手掌的自然凹入形状，并且存在相似地弯曲的其它皮肤位点表面。

参照图4A，示出根据各个实施例的用于任何生物阻抗欺骗检测系统400a的实施例的说明性迹线布局。欺骗检测系统400a包括多个电极410，都与进入到连接器接口区域450的导电迹线415耦合。例如，所有迹线415可以进入到布局的特定一个或多个区域，以促进经由连接器等将欺骗检测系统耦合到控制器(未示出)(例如一个或多个电路、处理器、计算系统等)。欺骗检测系统400a包括部署布局的压盘150。在一些实现方式中，仅欺骗检测系统的一部分(例如压盘150的一部分)暴露(例如，示出为暴露的区块430)，从而手指或另外皮肤位点可以仅在该区域中与欺骗检测系统400a电接触和/或光学接触。

所示布局包括至少一个“源”电极410a(例如发射机)以及至少两个“接收机”电极410b，其可以是静态指定或动态指定(其中，给定的电极在源与接收机之间以电子方式切换)。其它布局可以包括电极410的任何合适的数量和/或布置。在一些实施例中，通过导电的并且实质上透明的材料(例如，使用透明导电氧化物(TCO)半导体(例如铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)等))来实现电极410(以及至少迹线415的暴露部分)。电极410可以是用于执行基于生物阻抗的欺骗检测的任何合适的形状或大小。在一些实现方式中，电极410的大小和/或放置方式谨慎地被设计为容纳不同的手指大小(例如，小得足以分离以容纳小的手指)和/或覆盖压盘150的暴露的区块的大部分。例如，对于电极410布置(例如所示的布置)可能非常困难的是，在小得足以避免与电极接触的同时产生大得足以在光学上可识别为指纹的欺骗(例如，以允许恶意用户与将欺骗式指纹暴露给光学成像系统同时地将真实手指暴露给生物阻抗电极410)。

电极410和/或迹线415也可以被设计为提供附加功能性。例如，它们可以在厚度上小于或等于期望的刮擦穿透保护深度，成形或大小化以允许横穿电极的连续性检测等。这样可以允许电极运作为篡改检测元件。如下所述，一些实施例包括压盘的检测表面上或其附近的层上刻图的附加篡改检测元件(例如透明导电网格等)。

保护玻璃化覆盖层(例如二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)等)可以被部署在电极410、迹线415和/或压盘150的其它区域之上(例如整个压盘之上、压盘的暴露的区块430之上等)。一些实现方式使得连接器接口区域暴露，以促进将系统与一个或多个其它系统耦合。保护层可以硬得和/或厚得足以有助于使得对电极410和迹线415的破坏最小化。层也可以是光学透明的并且电绝缘的，但薄得足以允许经由电极410的皮肤位点与兴趣频率区域中的时变信号之间的电耦合(如下所述)。注意，在不影响通过压盘的成像的光学质量的情况下在玻璃或相似的衬底上构建透明的导电电极可能是有挑战性的。例如，在对于关于导电迹线415和电极410所使用的透明导电材料的光学透射和阻挡之间可以存在折衷。较高的阻抗可能使得电测量降级，而较低的透射可能使得光学测量降级。例如，如果电阻相似于或大于皮肤的电阻，则测量的信噪将削弱，这样可能倾向于减少系统的精度和动态范围。此外，高迹线电阻可能在任何防护带(如下所述)与接收机电极410b之间创建电压电势差，这样可能影响防护带的有效性并且干扰测量(例如，实现方式典型地假设防护带正设置在与接收机电极相同的电压电势(或某另外特定相对电势)处，以缓和防护带与接收机电极之间流动的接口电流)。

依赖于全内反射(TIR)效应并且还对于活性检测使用生物阻抗的生物计量系统典型地依赖于分析TIR图像以确定与手指接触的电极区块。给定TIR图像的几乎二进制性质(皮肤仅当与压盘良好光学接触时改动玻璃/空气反射接口)，这种计算依赖于一致的皮肤/玻璃接口。这种一致性可能在很多普通条件(例如干燥手指)下并不可靠地出现，这样可能归因于升高的错误拒绝率(FRR)或对生物阻抗信号与活体手指之间的关系的更松弛的容限而倾向于危及性能。另一方面，当确定与压盘接触的皮肤的区块时，多谱(MSI)方法可能并不获知皮肤干燥性。以上参照图3描述这些MSI方法(或不包括多谱信息的其它直接成像方法)的一些示例。

至少因为TIR系统典型地因压盘上的水(或因潮湿手指)而呈现得无效，所以它们的生物阻抗测量无需容纳这些条件。然而，MSI指纹验证对于潮湿条件可以是鲁棒的，从而可以期望确保结合MSI所使用的生物阻抗测量在潮湿压盘和手指条件下是有效的。在此描述用于使得能够在潮湿条件下进行有效生物阻抗测量的多种新颖方法。一种这样的方法使用防护带420。如下所述，一些实现方式包括一个或多个防护带420，用于沉降可以沿着检测表面(例如，沿着压盘的表面(例如玻璃化层)并且不通过声称的皮肤位点)行进的电流，这样可以有助于在潮湿条件下增加生物阻抗测量的精度。另一种这样的方法利用例如使用时域分析和/或集总式模型分析以甚至在潮湿条件下执行可靠的基于生物阻抗的欺骗检测的电阻-电容(RC)空间中的色散特性。

MSI系统(例如，如图3所示)可以“看穿”与压盘接触的东西，这样提供在解释生物阻抗信号方面势必有用的信息。检测与压盘接触的干燥皮肤是这种能力的一个方面，但MSI也可以表征可以影响生物阻抗信号的电极附近的皮肤(例如大区块成像器中十分靠近压盘但不与之直接接触的手指或手掌的部分)。MSI也可以找寻暴露对欺骗生物阻抗系统的尝试但归因于缺少与压盘的接触而无法由TIR系统看见的远离压盘的表面光学线索或不一致性。其可以包括电极附近的指纹或表面不连续性、或设计为模仿或击败生物阻抗皮肤测量的压盘附近的机电部分。

如上所述，可以选择用于电极410、迹线415、压盘150、玻璃化层等的材料，以使得它们对任何期望的光学生物计量成像功能性的各个光学影响最小化。例如，可以在关于一个或多个玻璃化和/或另外类型的堆叠层的布置之上、之下、之间或其中实现实质上透明电极410，并且电极410和其它一个或多个层可以通过合适的方式与压盘150的成像表面集成。在一个实现方式中，电极410集成到压盘150中，而不形成分开的层。无论具体实现方式如何，电极410等的出现性都可能在TIR生物计量成像系统情境中不起作用。例如，系统的电极410和/或其它组件的出现性可能干扰基于TIR的系统的接口处的折射率的改变的检测。相应地，一些实现方式包括直接成像功能性(例如直接多谱生物计量扫描器)，以支持压盘150接口处或其附近的生物计量(例如指纹)和/或其它对象(例如光学码等)的成像。甚至在这些实现方式中，某种光学损耗可能产生。例如，在电极410的区域中可能存在百分之十光学损耗，其可以显现为所得生物计量图像中的赝像。一些实现方式在皮肤位点或另外对象的成像期间或此之后主动校正这些赝像。

为了示出基于生物阻抗的欺骗检测与基于光学的欺骗检测之间的潜在交互，假设通过将凝胶物质泼浇到指纹的铸模中并且允许凝胶固化来创建欺骗。(承载欺骗指纹的)欺骗可以然后应用于潮湿的活体指尖(其承载下面的真实指纹)。如果欺骗(凝胶层)太厚，则下面的手指将不经由电极与测量信号耦合，并且基于生物阻抗的系统将检测出欺骗。如果欺骗薄得足以经由电极将下面的手指与测量信号耦合，则声称的皮肤位点的直接成像将倾向于形成欺骗指纹和活体指纹二者的图像，这样可以再次产生检测欺骗。与之对比，由于欺骗式指纹仅是与压盘光学接触的指纹，因此包括生物阻抗欺骗检测的传感器将倾向于形成仅欺骗式指纹的图像。

源电极410a可以操作为将时变电压信号(例如在500Hz和100MHz的范围内的频率中快速地变化的周期性波形(例如正弦或另外波形)，其中，范围的下端受限于皮肤的高阻抗，而上端受限于电极迹线的传输线效应)施加到皮肤。优选的范围是大约5千赫兹至大约100千赫兹，因为这是可以使得迹线阻抗低于皮肤阻抗的范围，保留测量精度。该范围在关于对解决源信号的每个改变的响应允许若干周期性周期的同时还使得能够在(人类用户感知的)短时间中进行测量。频率可以穿过频率的范围(例如以线性方式或非线性方式)连续地倾斜，(例如按顺序地或不按顺序地)在各频率之间跳转，或以任何另外合适的方式变化其频率。对于生物阻抗测量可以使用任何合适的信号。在一个实现方式中，单个正弦电压信号或电流信号通过源电极410a发送到声称的皮肤位点中，并且可以接连使用不同频率正弦。在另一实现方式中，阶跃电压信号或电流信号通过源电极410a发送到声称的皮肤位点中。例如，傅立叶变换可以用于将从该信号的阶跃响应记录的多个时间序列样本转换为多个频率样本。在另一实现方式中，宽谱重复式波形(例如锯齿波、方波)电压信号或电流信号通过源电极410a发送到声称的皮肤位点中。例如，再次，傅立叶变换可以用于将信号的阶跃响应中的多个时间序列样本转换为多个频率样本。在另一实现方式中，设计为优化信噪比(SNR)的任意波形(例如强调特定频率范围的波形)通过源电极410a发送到声称的皮肤位点中作为单个“阶跃”波形或重复(例如周期性)波形。

每个接收机电极410b可以操作为沉降从源电极410a流过皮肤(或声称的皮肤位点)的电流。在一些实现方式中，可以分离地(例如，在时间上同时地、依次地、独立地等)测量每个源/接收机配对。例如，可以在每个接收机电极410b处测量电流或电压，以生成接收到的信号波形、时间序列样本集合等。在一些实现方式中，可以变换或另外转换接收到的信息，以用于在进行欺骗确定中使用。例如，接收到的电压信号可以转换为电流信号(或反之亦然)，时域信息可以使用傅立叶变换(或另外数学变换)而变换为频域信息，并且相位信息可以使用数学建模和变换技术而变换为电阻和电容信息，依此类推。

在一些实施例中，可以利用多个源/接收机电极配对，以对于正测量的声称的手指提供双轴定位信息。例如，通常可以假设，当正确地放置手指时，尤其是与不正确地放置的手指相比，多个接收机电极将沉降非常相似的电流的量(或在其它配置中，可预测地不同的量)。特定实现方式可以使用双轴定位信息，以将指示用户的手指是否正确地放置、不正确地放置，如何调整放置等的实质上立即的反馈提供给用户(例如听觉信号和/或视觉信号)。虽然光学信息可以提供相似的反馈，但其倾向于是更慢的。一些实现方式可以使用双轴定位信息，以执行其它功能(例如校准、出现性检测等)。例如，仅当双轴定位信息指示活体手指正确地放置在传感器上时，系统可以“唤醒”。在包括光学成像功能性的实施例中，可以对于双轴位置信息替代地或附加地使用光学信息，以确认、改进或另外作用于检测到的位置信息。虽然所示实施例示出三个电极410(例如，其可以通过具有最小数量的迹线来提供双轴位置信息)，但其它实施例可以使用电极410的其它数量和/或配置，以提供相似或相同的功能性。此外，一些实施例可以使用多个源/接收机配对，以独立地询问声称的指纹上的多个位置，这样可以在仍使得生物计量活体手指检测通过的同时减少可能施加部分欺骗的区块。

如上所述，电极410可以与导电(例如透明)迹线415耦合。当设计这些迹线415的宽度时，可以存在多个折衷。例如，较宽的迹线415可能倾向于显现较低的迹线电阻，但也可能使用更多不动产，并且可能倾向于以如同较大电极那样有效地进行动作的这样的方式来与皮肤耦合，有效地减少生物计量测量的空间特异性。所示实施例在暴露的压盘150表面上使用窄的迹线宽度，并且在其它地方使用较宽的迹线宽度。暴露的区块430中的窄迹线宽度可以使得迹线415对电极区块外部的皮肤位点(或声称的皮肤位点)的耦合最小化，这样可以有助于防止系统的部分欺骗(例如，在电极受欺骗覆盖但真实皮肤覆盖迹线的情况下)。非暴露的区块中的较宽迹线宽度可以有助于使得迹线电阻最小化，这样可能另外使得测量降级。

一些实施例对于每个电极使用两条导线，这样可以提供特定益处(例如迹线电阻处理、反馈控制、篡改检测等)。一个这样的实现方式示出于图4B中，图4B示出根据各个实施例的用于生物阻抗欺骗检测系统400b的实施例的另一说明性迹线布局。为了清楚，布局和标记示出为实质上追随以上参照图4A所描述的实现方式，并且压盘150和暴露的区块430得以示出。如所示那样，对于每个电极410，一条导线用于电流驱动(例如信号)，另一条导线用于电压反馈(例如探测)。在该配置中，由于可以直接测量归因于流过电阻性迹线415的电流导致的电压降(例如，假设近似无电流流过电压检测导线)，因此迹线415可以具有较高的电阻，而不影响测量。一些实现方式将该类型的反馈合并到模拟前端电子中，以补偿迹线电阻。虽然图4B示出所有电极410实现为双导线电极410，但其它实施例将一些电极410实现为单导线，而其它实施例将其实现为双导线，以减少导线计数并且简化布局设计。例如，一个实现方式使用单导线源电极410a、双导线接收机电极410b以及双导线防护带420。

如图4A和图4B所示，一些实施例还包括一个或多个防护带420(仅示出一个)。防护带420位于源电极410a与接收机电极410b之间，并且可以操作为沉降沿着压盘与声称的皮肤位点之间的接口流动的电流。例如，一些实现方式关注于测量穿过皮肤(例如通过表皮的一个或多个外部层(例如角质层))的电流。因为表面电流并不穿过皮肤，所以可以期望分离地沉降这些电流，以缓和这些表面电流对穿过皮肤的电流的测量的影响。此外，表面电流可以源自例如通过将潮湿手指施加在欺骗检测系统上，通过将盐水放置在欺骗检测系统上等的对于表面的导电性的故意的或偶然的增加。再次，通过防护带420沉降该电流可以有助于使得它们对测量的影响最小化。在一些实现方式中，防护带420可以受驱动到与接收机电极410b实质上相同的电压电势，这样可以促进它们的表面电流的沉降。替选实施例可以将防护带420实现为覆盖电极410未占据的所有或多数区块的填充平面，但大区块填充可能倾向于通过将真正流过皮肤的电流沉降得远离接收机电极410b而“浪费”该电流。该实现方式可能倾向于由源电极410a包括较高的电流驱动以及较低的迹线电阻。

图5A和图5B分别示出用于单导线(例如，如图4A中)和双导线(例如，如图4B中)电极布置的简化电模型500。如图5A所示，在没有双导线反馈的情况下，迹线电阻(标记为Rsrc、Rgb、Rrcv)可能干扰皮肤阻抗510的测量。皮肤阻抗510可以表示皮肤的外部层(例如角质层)的阻抗效应。例如，因为进入接收机电极410b的电流可能出自流出源电极410a或防护带420的表面电流，所以防护带420和接收机电极410b可能不具有相等的电压电势。如图5B所示，来自双导线电极的电压反馈可以确保电极410具有良好受控的电压电势。例如，来自电极410的电压可以反馈到运算放大器的负输入。由于可忽略的电流流过该迹线，因此可以在电极410上强制运算放大器的负输入的虚拟电压基准。因此，防护带420和接收机电极410b可以具有实质上相同的电压电势，支持所有进入接收机电极410b的电流已经穿过皮肤阻抗510的测量假设。在一些实施例中，双导线方法可以允许对每个电极410测试连接性。由于连接性的丢失可以指示可能危及系统或将其呈现为不可用的压盘上刮擦或其它篡改，因此该操作可以用于例如篡改检测。

图6示出实现方式(例如图4A和图4B所示的实现方式)中的防护带420的特定效果。各种图线展示，通过协助确保接收机电极检测到的任何电流已经穿过皮肤，防护带可以使得活体皮肤测量对于皮肤-压盘接口上的水和湿气更鲁棒。图6示出关于潮湿条件和干燥条件(例如，通过在测量之前以盐水使得手指和欺骗潮湿来仿真“潮湿”条件)的皮肤阻抗曲线(量值针对频率图线600a在左边，相位针对频率图线600b在右边)。如上所述，生物阻抗电极410可以用于使得电信号穿过声称的皮肤位点，从而可以测量对信号的响应。通过(依次地，同时地等)使用多个频率，响应测量可以示出遍布多个频率(例如多个离散频率、频率的范围等)的色散响应。一些实现方式利用可以表示为实部分量和虚部分量或量值分量和相位分量的生物阻抗的复杂测量。实现方式可以仅利用量值测量，仅利用相位测量，或利用二者的任何合适的组合。在一些实施例中，测量可以从时域测量变换为频域测量，从量值-相位测量变换为电阻-电容测量等。

图6中的曲线的比较展示，防护带420可以使得测量对于导电表面污染(例如盐水、仿拟的汗液)是鲁棒的。具体地说，在防护带在位的情况下，“潮湿”皮肤阻抗继续测量为电容性的(例如，与干燥条件相似)；而在没有防护带的情况下，“潮湿”皮肤阻抗测量得更电阻性(平坦的量值斜率和零相位)。此外，与“潮湿”皮肤相比的关于“潮湿”欺骗的量值与相位之间的分离是显著更大的，并且在有防护带420的情况下比没有防护带420的情况下更可区分。如以上所展示的那样，包括一个或多个防护带420的实施例可以有助于防止系统因使用盐水或其它导电液体而被击败，可以有助于避免与出汗的手关联的用户烦扰，并且可以有助于加强对构成真实皮肤的东西的约束(由此使得欺骗更困难)。

各个实施例可以通过任何合适的方式执行测量功能。在一些实现方式中，阻抗计系统用于将源信号传送通过源电极410a，测量通过接收机电极410b的返回信号，并且相应地生成阻抗测量。其它实现方式使用其它电路和/或功能组件以执行阻抗测量和/或其它测量。此外，可以通过任何合适的方式执行欺骗检测(例如活体针对欺骗式皮肤位点的分类)。如上所述，阻抗的量值分量和/或相位分量(例如实部分量和/或虚部分量)可以在一个或多个频率处受测量，并且馈送到算法中。算法可以包括对原始数据参数(例如相位、量值、斜率等)赋阈值，和/或算法可以包括机器学习。例如，机器学习可以包括在(例如包括湿气、灰尘等的)可变条件下对构成真实皮肤的大数据集合进行分类，并且可以可选地包括(例如也在可变条件下)通过各种欺骗取得的数据。算法可以还包括从分离的形态获取以确认活体皮肤、皮肤的电测量的时域改变等的光学信息和/或其它信息。例如，基于生物阻抗的欺骗检测可以用于检测特定类别的欺骗，这样可以减少留给使用基于光学的方法进行检测的欺骗类别的数量，由此简化光学欺骗检测模型。

以上(例如参照图6A和图6B)参照频域生物阻抗测量描述一些实施例。例如，阻抗测量电路可以在多个频率中的每一个处生成正弦波形，并且测量源频率中的每一个处的响应。替代地，一些实施例可以使用时域生物阻抗测量。例如，非正弦电压信号或电流信号(例如锯齿波、三角波或任何另外合适的周期性或非周期波形或脉冲信号)可以用于同时有效地将多个正弦频率注入到皮肤位点中，并且手指的唯一阻抗签名可以测量为时域响应(即接收机电极处检测到的所得电流波形或电压波形)。一些实现方式以足够的速率对所得波形进行采样，以精确地捕获所得形状。由于所得波形有效地包括各频率的谱，并且手指阻抗以在活体手指与欺骗之间可预测地并且可区分地有差异的这样的方式遍布该谱而变化，因此该波形可以与输入波形显著不同。相应地，可以分析所得波形的形状，以确定其是否可能表示活体手指。在各个实现方式中，分析可以比较所得形状与已知的模板或阈值，根据真实手指或欺骗的大数据集合使用机器学习算法来分析所得波形，和/或以任何另外相似的方式实现欺骗检测。

如在此所描述的那样，一些实施例利用真实皮肤的特征阻抗色散，以用于执行欺骗确定。多种机制考虑皮肤中的阻抗色散。在兴趣频率范围中，电阻性色散的主要源是组织中的电流路径针对频率的改变。在较低频率处，细胞膜的电容倾向于呈现较高的阻抗，从而电流主要在细胞内流体中流动。这可以看作较长并且较低的有效截面，产生较高的电阻率。在较高频率处，电流路径倾向于行进通过细胞，这样可以产生较低的电阻率。因此，皮肤的宏观结构可以影响不同频率处的皮肤对电流的响应。与之相比，离子流体(例如盐水)归因于其缺少宏观结构而可以针对频率呈现恒定的电流路径。介电色散与偏振结构(例如分子或宏观结构)的松弛时间有关。水和离子溶液倾向于具有非常短的松弛时间，从而它们倾向于仅在非常高的频率处展现色散。然而，在组织中，较大的分子和细胞膜可以具有远更慢的松弛时间，并且可以在较低频率处展现色散。相应地，一些实现方式测量组织将倾向于展现色散但离子溶液将不倾向于展现色散的频率范围中的色散。

一些实施例寻求将系统的集总式元件模型(例如图1的电集总式组件模型152或图2的电集总式组件模型200)拟合为系统在多个频率处所测量的内容。例如，实施例可以通过利用集总式组件模型来实现基于生物阻抗的欺骗检测(和/或出现性检测、篡改检测等)。例如，集总式组件模型可以包括表示皮肤并且表示正建模的系统的电极的分离的电阻性组件和/或电容性组件(例如，和/或迹线、防护带等，根据需要，并且随着时间修正)；或者，集总式模型的组件可以表示系统的多个部分(例如表示电极耦合以及皮肤的角质层的层的单个电容性元件)。以此方式，集总式组件模型可以用于仿真对电信号的特征色散响应。这种所仿真的特征响应可以存储为特征色散响应，以用于“真实手指”是一个组件的建模的生物计量系统。替代地或附加地，集总式组件模型可以用于对包括电极以及一种或多种类型的欺骗的系统进行建模。在各个实施例中，集总式组件模型可以被设计为显现足以执行期望的生物计量功能的色散响应的任何细节等级。例如，更复杂的集总式组件模型可以提供真实皮肤位点与欺骗之间的更可靠的区分，而对于简单的出现性检测和/或其它功能可能需要更低的精度。模型的精度可能受所建模的系统组件中所包括的细节等级影响。例如，更精密的皮肤模型可以提供更精确的RC色散响应，而对于电极，通过校准来表征它们的RC(例如，从而它们对于100kHz之下的频率不应展现色散)可能足矣。注意，系统的响应的模型当离子流体出现在压盘上时可以是没有色散的十分精确的模型。使用更复杂的模型可以包括更多的数据点，这样可能增加复杂度和/或减慢测量。

图13示出用于展现在各种条件下的活体手指针对欺骗的说明性色散特性的图线集合1300。每条图线1300假设所注入的信号具有至少两个频率。图线1300a(通过为了清楚而绘制的趋势线)示出两个频率处(例如计算或测量的)电阻值。图线1300a展示，活体手指(无论是干燥的，在滴落的水的情况下潮湿的，还是在盐水的情况下潮湿的)显现其电阻随着所注入的信号的频率增加的明显降低(即负斜率)，而在盐水的情况下潮湿的欺骗以及单独的盐水遍布两个频率显现相对稳定的电阻。图线1300b(通过为了清楚而绘制的趋势线)示出两个频率处(例如计算或测量的)电容值。图线1300b展示，活体手指(无论是干燥的，在滴落的水的情况下潮湿的，还是在盐水的情况下潮湿的)显现其电阻随着所注入的信号的频率增加的明显降低(即负斜率)，而在盐水的情况下潮湿的欺骗以及单独的盐水遍布两个频率显现电容的增加(即正斜率)。图线1300c示出电容性色散(即遍布两个频率的电容的斜率)针对电阻性色散(即遍布两个频率的电阻的斜率)。如上所述，活体手指(无论是干燥的，在滴落的水的情况下潮湿的，还是在盐水的情况下潮湿的)显现负电容性色散以及负电阻性色散，而在盐水的情况下潮湿的欺骗以及单独盐水显现正电容性色散和近零电阻性色散。相应地，涉及活体手指的所有结果出现在图线1300c的左下区域中，而涉及欺骗或离子溶液的结果出现在图线1300c的右上区域中；从而活体手指可明显地区分于其它条件。

使用现有技术以构建集总式元件模型可以显著地改进系统的灵敏度(只要模型合理地表示系统)，因为其可以有助于隔离兴趣信号与噪声或其它不期望的响应信号信息。如上所述，只要捕获多个频率信息，就可以通过多种方式来获取关于拟合电模型参数所收集的数据。在一个实施例中，具有单个正弦的电压或电流受驱动到电极，并且接收到的电流信号或电压信号(例如在其从源电极通过声称的皮肤位点和/或其它电流路径穿越进入一个或多个接收机电极中之后)受测量。可以通过(例如接连)驱动不同的频率正弦来关于多个频率收集数据。在另一实施例中，阶跃电压信号或电流信号受驱动到电极，并且接收到的电流信号或电压信号受测量。在该实施例中，单个源信号包括多个(叠加的，同时的)频率。故此，傅立叶变换等可以用于穿过多个频率(例如多个频率样本)将时域信息(例如阶跃响应中的多个时间序列样本)转换为频域信息。在另一实施例中，宽谱重复式波形(例如锯齿波、方波等)电压信号或电流信号受驱动到电极，并且接收到的电流信号或电压信号受测量。再次，傅立叶变换等可以用于穿过多个频率将来自接收到的响应信号的时域信息转换为频域信息。在另一实施例中，任意波形可以被设计为优化SNR(例如，以强调特定频率范围)，并且可以受驱动到电极。例如，信号可以作为单个“阶跃”或作为重复式波形受驱动到电极。

在一些实施例中，如上所述，接收到的信号可以变换到集总式模型空间中，以计算色散特性。例如，可以在第一频率处(例如，当依次注入频率时，或在使用傅立叶变换执行频率分解之后等)进行阻抗量值测量和阻抗相位测量，并且可以在第二频率处进行阻抗量值测量和阻抗相位测量。四个测量可以用于根据电集总式组件模型有效地求解RC空间中的四个变量：第一频率处的电阻、第二频率处的电阻、第一频率处的电容以及第二频率处的电容(或电阻、电容、电阻的斜率以及电容的斜率)。电阻和电容随着频率的改变是RC色散。计算出的RC色散可以与色散模型(例如图1的色散模型174)进行比较，以执行欺骗确定。

在其它实施例中，可以直接对时域响应进行建模，以执行欺骗确定(即，对于具有多个叠加的频率的所注入的信号)。例如，可以(例如通过对接收机电极处接收到的信号进行采样)测量时域信号响应。因为所注入的信号包括多个频率，所以声称的皮肤位点的色散效应可以显现为对接收到的波形的形状的影响。形状的改变可以是所注入的波形和声称的皮肤位点的特性的函数(即，信号路径中的声称的皮肤位点和其它元件可以显现影响接收到的信号的形状的传递函数)。接收到的信号可以与(例如存储为图1的色散模型174的)期待的接收到的信号进行比较，以执行欺骗确定。在一些实施例中，可以预处理时域响应，例如，以在对时域响应进行建模之前消除电极阻抗(和/或其它阻抗)的影响(例如，可以在测量之外有效地校准电极和/或其它阻抗源)。

图7示出根据各个实施例的用于执行基于生物阻抗的欺骗确定的说明性方法700的流程图。实施例操作在生物计量传感器(例如比如参照图1所描述的生物计量传感器)的情境中。例如，所述方法的实施例可以由与生物阻抗系统和成像系统进行通信的控制器执行。(例如，包括照射系统、光器件等的)成像系统可以操作为形成通过压盘的声称的皮肤位点的图像，其中，压盘包括生物阻抗系统的各种组件(例如源电极、接收机电极以及覆盖源电极和接收机电极的保护层)。生物阻抗系统的各个组件可以描述为“部署在压盘上”，其意图表示它们是以关于有效地变为压盘的顶部表面(或变为其部分)的这样的方式制造的。

方法700的实施例通过以下操作开始于级704：将输入信号从源电极注入到经由保护层与源电极和接收机电极耦合的声称的皮肤位点中，由此使得接收机电极接收响应信号。如上所述，输入信号(依次地或同时地)包括多个频率。在级708，实施例可以询问响应信号，以遍布多个频率公式化声称的皮肤位点对输入信号的色散生物阻抗响应。在级712，实施例可以根据色散生物阻抗响应来确定声称的皮肤位点是否为活体手指。

以上关于执行级708的询问和/或级712的基于生物阻抗的欺骗确定描述各种技术。两种类别的方法示出为子处理750a(包括级716和720)以及子处理750b(包括级724和728)。子处理750a可以通过以下操作(例如从级708)继续：将色散生物阻抗响应应用于电集总式组件模型(例如RC集总式组件模型)，以确定声称的皮肤位点的外表色散响应。如上所述，电集总式组件模型作为电组件的布置可以至少描述通过保护涂层与源电极和接收机电极耦合的特性皮肤位点。一些实现方式可以在电集总式组件模型中还包括保护涂层、导线和/或生物计量系统的其它组件。在级720，可以计算声称的皮肤位点对所存储的色散模型的各外表色散响应之间的对应性。例如，离子溶液、欺骗等可以示出少有或没有色散、不规则的色散等，而真实手指可以示出穿过特定频率范围的特征色散。

子处理750b可以通过以下操作在级724(例如，从级704)继续：询问响应信号，以遍布多个频率公式化声称的皮肤位点对输入信号的色散生物阻抗响应。例如，一些实现方式可以对响应信号进行采样，以将色散生物阻抗响应公式化为时域响应。在级728，实施例可以通过计算色散生物阻抗响应对所存储的时域色散模型的对应性根据色散生物阻抗响应来确定声称的皮肤位点是否为活体手指。

在此所公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个动作。方法和/或动作在不脱离权利要求的范围情况下可以彼此互换。换言之，除非指定动作的特定顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定动作的顺序和/或使用。可以通过能够执行对应功能的任何合适的方式来执行以上所描述的特定系统组件的方法和功能的各种操作。

图8-图11示出可以实现以提供各种特征的附加实施例和替选实施例。例如，以上关于缓和迹线与皮肤之间的耦合描述各种技术。一些实施例通过屏蔽迹线来解决这种耦合。图8示出根据一些这样的实施例的用于传感器的说明性迹线布局800。如所示那样，可以通过反转电极信号来驱动与主源电极迹线810平行的一个或多个附加迹线815。该操作可以产生电场的局部化消除，这样可以在屏蔽的区域中减少电极信号对皮肤的耦合。在接收机迹线820上，附近的屏蔽迹线825可以受驱动到与电极相同的电势，这样可以偏转将另外进入接收机迹线820信号中的一些，并且可以由此减少皮肤与接收机迹线820之间的耦合。

虽然以上在单指电极布局的情境中描述多个实施例，但很多其它布局是可能的。这些替选布局可以在单个手指、多个同时手指(例如来自一只手或两只手的一次两个手指)、拍纹、掌纹等的情境中用于生物阻抗欺骗检测。图9A-图11示出一些这样的布局的示例。图9A示出对于源电极和接收机电极二者使用分立式电极阵列的说明性二指电极布局900a。图9B示出对于接收机电极和单个大源电极使用分立式电极阵列的另一说明性二指电极布局900b。在每个布局900中，两个手指910可以放置在电极阵列上，从而至少一个源电极920、一个接收机电极930以及防护带940与手指910耦合(直接耦合或间接耦合)。图10A示出对于接收机电极和横穿中心的单个大源电极使用分立式电极阵列的说明性手掌或四指电极布局1000a。图10B示出对于源电极和接收机电极二者使用分立式电极阵列的另一说明性手掌或四指电极布局1000b。如图9中那样，在每个布局1000中，四个手指(或手掌)1010可以放置在电极阵列上，从而至少一个源电极1020、一个接收机电极1030以及防护带1040与手指1010耦合(直接耦合或间接耦合)。

注意，布局(例如图9A-图10B所示的布局)可以用于提供附加特征。例如，下面的光学系统可以协助检测声称的皮肤位点的出现性、位置和/或特性形状等。这些特性可以用于确定哪些电极要激活并且在哪些配置中。在特定实现方式中，可以关于激活或禁用而选择电极。此外，在特定实现方式中，可以激活电极作为源或接收机。例如，通过有选择地激活适当的电极作为源或接收机，实现方式(例如图10A所示的实现方式)可以用于放置在相对于压盘的各个定向中的一个或多个手指。

图11示出对于小形数应用所设计的说明性单指电极布局1100的替选实施例。如所示那样，源1120、防护带1140以及接收机1130电极同心地被部署，以提供紧凑的检测区块。实施例可以将压盘150集成到外壳1150中，提供用于手指1110的生物计量检测的区块。该实施例可以用于将欺骗检测加入到生物计量访问，以用于多种应用，包括例如智能电话、计算机、工业装备控制、武器、保险箱、汽车点火、自动柜员机等。

篡改检测

以上描述使用生物计量读取器的各种应用(例如光学指纹读取器上构建的访问控制系统)。在一些这样的应用中，期望生成传感器破坏的指示。例如，一些国家中的银行特征在于基于经由键区接收到的个人身份号码以及经由光学指纹读取器接收到的指纹而对消费者进行标识并且认证的ATM。这些系统一般因开裂、(例如通过小刀和钥匙)刮擦等而易受传感器损坏。ATM拥有者(例如银行)可能期望接收传感器受损坏并且无法正确地被读取的早期告警信息，从而他们可以快速地采取补救行动。

在此所描述的实施例提供用于将服务篡改和拒绝检测合并到光学指纹读取器中的技术。一些实施例操作在对于欺骗检测使用生物阻抗(例如以上所描述的生物阻抗)的指纹读取器的情境中。例如，(例如在10kHz、100kHz和/或某另外合适的频率处的)电信号可以发送自一个电极，穿过皮肤位点(例如手指)，并且在另一电极处得以接收。分析接收到的信号可以揭示作为用于活体皮肤位点的充足特性的相移和/或阻抗签名(例如测量)，以区分皮肤位点与欺骗式标本(例如皮肤位点的硅酮表示等)。对于欺骗检测使用生物阻抗的指纹读取器可以使用放置在光学压盘上的透明电极，从而电极可以在不显著干扰皮肤位点的光学测量的情况下生成相移和/或阻抗签名。生物阻抗测量可以与光学测量组合，以对用户进行标识和/或认证。

在一些实施例中，生物阻抗电极是透明导电氧化物(TCO)半导体。电极可以是用于执行基于生物阻抗的欺骗检测的任何合适的形状或大小。保护玻璃化覆盖层(例如二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)等)可以沉积在TCO半导体上，并且TCO半导体可以在厚度上小于或等于期望的刮擦穿透保护深度。在一些实现方式中，电极成形或大小化为允许穿过一个或两个电极的连续性检测。例如，电极可以成形为加长的矩形、U形等，并且DC电流可以(例如，在生物阻抗不受测量的同时)穿过电极。电极中的不连续性可以产生电流路径的破坏，这是可以检测的。例如，压盘表面的(例如，通过刮擦进行的)服务攻击的拒绝可以中断传感器连续性/电容检测。这种中断可以被检测并且用于禁止指纹读取器的操作，报告状态，记录视频或图像等。

在其它实施例中，在光学指纹传感器的有源区块上对分离的TCO连续性电路进行刻图。例如，在光学指纹传感器的有源区块上的蜿蜒网格中对铟锡氧化物(ITO，或锡掺杂铟氧化物)、铟锌氧化物等进行刻图。如上所述，TCO连续性电路可以受玻璃化层(例如保护层，如上所述)覆盖，并且根据期望的刮擦穿透保护深度而得以大小化。无论指纹传感器是否具有生物阻抗电极，都可以使用这种方法。例如，当确定中断是否已经产生时，一个实现方式检查生物阻抗电极和分离的连续性电路二者的连续性。在特定实现方式中，指纹传感器包括单个TCO层，从而生物阻抗电极和/或连续性电路以任何合适的方式得以有效地刻图在一起作为层的部分。

为了说明，图12A和图12B分别示出附近存在生物阻抗电极1230和分离的连续性电路1240(示出为蜿蜒网格)的具有传感器有源区块的光学指纹读取器的实现方式的顶视图和侧视图。如所示那样，生物阻抗电极1230和连续性电路1240(以及用于连接器的各个触点1250等)得以刻图在压盘1210上并且受玻璃化层1260涂敷。所示配置并非意图限制其它变形和实施例。

如在此所使用的那样，“连续性检测”意图广泛地包括可检测的归因于物理中断(例如电连续性、电容等)的电改变。例如，一些实现方式使用随机(或伪随机)跳频激励来驱动连续性电路1240，并且连续地监控来自连续性电路1240的频率和/或相位。连续性的丢失、不正确的频率或相位等可以由此触发篡改事件。这种篡改事件可能源于(例如，通过刮擦、切割、钻探、裂开等的)玻璃化层1260的穿透、对TCO导体的破坏等。一些实现方式可以包括其它类型的电极和/或感测(例如手指出现性检测等)。此外，一些实现方式可以对于特定类型的感测使用连续性电路1240(例如，蜿蜒网格中的电容的改变可以增强生物阻抗测量)。

例如，一些实现方式包括光学生物计量读取器(例如基于MSI的指纹扫描器)。读取器可以包括：压盘，其允许与压盘1210有关而定位的皮肤位点的光学测量；透明导体，刻图在压盘1210上(例如作为蜿蜒网格)；以及篡改检测电路，其操作为检测透明导体的中断。一些实现方式可以还包括生物阻抗测量电路，包括部署在压盘1210上的一个或多个电极1230。可以使用透明导电氧化物来实现透明导体和/或电极。可以根据预定穿透保护深度对透明导体进行大小化。例如，一些实现方式包括玻璃化涂层1260，部署在透明导体上。篡改检测电路可以被设计为检测电连续性的中断。相应地，这些实现方式可以响应于检测到透明导体的中断而操作，以禁止光学生物计量读取器的操作，报告光学生物计量读取器的篡改状态，日志记录篡改事件，记录视频或图像等。

其它示例和实现方式处于本公开和所附权利要求的范围和精神内。例如，实现功能的特征也可以在物理上定位在包括作为分布式的各个位置处，从而在不同的物理位置处实现功能的各部分。此外，如在此所使用的那样，在权利要求中包括“……中的至少一个”之前的项的列表中所使用的“或”指示选言性的列表，从而例如“A、B或C中的至少一个”的列表表示A或B或C或AB或AC或BC或ABC(即A和B和C)。此外，术语“示例性”并不表示所描述的示例优于或好于其它示例。

可以在不脱离所附权利要求所限定的教导的技术的情况下进行对在此所描述的技术的各种改变、替换和改动。此外，本公开以及权利要求的范围不限于以上所描述的处理、机器、制造物、物质组分、手段、方法以及动作的特定方面。可以利用与在此所描述的对应方面执行实质上相同的功能或实现实质上相同的结果的目前现有的或稍后待开发的处理、机器、制造物、物质组分、手段、方法或动作。相应地，所附权利要求在其范围内包括这些处理、机器、制造物、物质组分、手段、方法或动作。

Claims (22)

1.一种生物计量传感器，包括：

压盘；

源电极和接收机电极，部署在所述压盘上；

成像系统，其操作为使用光学波长通过所述压盘形成声称的皮肤位点的图像；以及

控制器，其操作为：

将输入信号从所述源电极注入到经由所述保护层与所述源电极和所述接收机电极耦合的声称的皮肤位点中，由此使得所述接收机电极接收响应信号，所述输入信号包括多个频率；

询问所述响应信号，以遍布所述多个频率公式化所述声称的皮肤位点对所述输入信号的色散生物阻抗响应；以及

根据所述色散生物阻抗响应来确定所述声称的皮肤位点是否为活体手指。

2.如权利要求1所述的生物阻抗传感器，还包括：

绝缘保护层，部署在所述压盘上，并且覆盖所述源电极和接收机电极，其中，所述皮肤位点经由所述保护层与所述源电极和所述接收机耦合。

3.如权利要求1所述的生物计量传感器，其中，所述控制器操作为：通过以下操作根据所述色散生物阻抗响应来确定所述声称的皮肤位点是否为活体手指：

将所述色散生物阻抗响应应用于电集总式组件模型，以确定所述声称的皮肤位点的外表色散响应，所述电集总式组件模型作为电组件的布置描述通过所述保护涂层与所述源电极和所述接收机电极耦合的至少一个特性皮肤位点；以及

计算所述声称的皮肤位点的所述外表色散响应对所存储的色散模型的对应性。

4.如权利要求3所述的生物计量传感器，其中，所述电集总式组件模型是电阻性-电容性(RC)模型，所述电组件的布置是至少一个电阻性组件和至少一个电容性组件的布置。

5.如权利要求1所述的生物计量传感器，其中，所述控制器操作为：

询问所述响应信号，以通过以下操作遍布所述多个频率公式化所述声称的皮肤位点对所述输入信号的色散生物阻抗响应；

测量第一频率处的第一阻抗量值、所述第一频率处的第一阻抗相位、第二频率处的第二阻抗量值以及所述第二频率处的第二阻抗相位；以及

将所述色散生物阻抗响应公式化为所述第一阻抗量值、所述第一阻抗相位、所述第二阻抗量值以及所述第二阻抗相位的函数。

6.如权利要求5所述的生物计量传感器，其中，公式化所述色散生物阻抗响应包括：作为所述第一阻抗量值、所述第一阻抗相位、所述第二阻抗量值以及所述第二阻抗相位的函数，计算遍布所述多个频率的电阻性色散以及遍布所述多个频率的电容性色散。

7.如权利要求1所述的生物计量传感器，其中，所述控制器操作为：注入所述输入信号作为在所述多个频率中的第一频率处受驱动达第一时间帧并且在所述多个频率信号中的第二频率信号处受驱动达第二时间帧的单频率正弦。

8.如权利要求1所述的生物计量传感器，其中，所述输入信号包括叠加的所述多个频率。

9.如权利要求8所述的生物计量传感器，其中，所述控制器操作为：询问所述响应信号，以通过以下操作遍布所述多个频率公式化所述声称的皮肤位点对所述输入信号的所述色散生物阻抗响应：

对来自所述响应信号的时域信息进行采样；

作为变换所述时域信息的函数，计算关于所述响应信号的频域信息；以及

根据所述频域信息遍布所述多个频率公式化所述色散生物阻抗响应。

10.如权利要求8所述的生物计量传感器，其中，所述控制器操作为：

询问所述响应信号，以通过对所述响应信号进行采样遍布所述多个频率公式化所述声称的皮肤位点对所述输入信号的所述色散生物阻抗响应，以将所述色散生物阻抗响应公式化为时域响应；以及

通过计算所述色散生物阻抗响应对所存储的时域色散模型的对应性根据所述色散生物阻抗响应来确定所述声称的皮肤位点是否为活体手指。

11.如权利要求10所述的生物计量传感器，其中，所述控制器操作为：在计算所述色散生物阻抗响应对所存储的时域色散模型的对应性之前，通过校准去掉来自所述源电极和所述接收机电极的阻抗贡献，根据所述色散生物阻抗响应来确定所述声称的皮肤位点是否为活体手指。

12.如权利要求8所述的生物计量传感器，其中，所述输入信号是阶跃信号、和脉冲信号或宽谱周期信号之一。

13.如权利要求1所述的生物计量传感器，其中，所述输入信号是电压信号或电流信号，并且所述响应信号是电压信号或电流信号。

14.如权利要求2所述的生物计量传感器，其中，所述压盘、所述源电极、所述接收机电极和所述保护层对于所述成像系统实质上是透明的。

15.如权利要求14所述的生物计量传感器，还包括：

多个电迹线，其将所述控制器电耦合到所述源电极和所述接收机电极，

所述多个电迹线对于所述成像系统实质上是透明的，以及

所述多个电迹线、所述源电极以及所述接收机电极全都部署在所述保护层之下的所述压盘的单个层上。

16.如权利要求2所述的生物计量传感器，还包括：

电极阵列，均有选择地可激活作为源或接收机，

其中，所述控制器进一步操作为：

检测所述声称的皮肤位点通过所述保护层至少与所述电极阵列中的第一电极以及所述电极阵列中的第二电极耦合；

响应于所述检测，有选择地激活所述电极阵列中的第一电极作为所述源电极，并且有选择地激活所述电极阵列中的第二电极作为所述接收机电极。

17.如权利要求1所述的生物计量传感器，还包括：

多个源电极和接收机电极，

其中，所述控制器进一步操作为：询问多个源电极和接收机电极配对，以输出关于所述声称的皮肤位点的双轴定位反馈。

18.如权利要求1所述的生物计量传感器，还包括：

防护带，其部署在所述源电极与所述接收机电极之间的所述压盘上，并且操作为：沉降所述源电极与所述接收机电极之间流动的电流，而不穿过所述声称的皮肤位点。

19.如权利要求2所述的生物计量传感器，还包括：

导体，刻图在所述保护层之下的所述压盘上，所述导体对于所述成像系统实质上是透明的；以及

篡改检测电路，其操作为：检测所述透明导体的中断。

20.如权利要求1所述的生物计量传感器，其中，所述控制器进一步操作为：

当所述控制器根据所述色散生物阻抗响应确定所述声称的皮肤位点是活体手指时，输出出现性检测指示。

21.如权利要求1所述的生物计量传感器，其中，所述成像系统操作为：在多谱照射之下通过所述压盘形成所述声称的皮肤的直接图像。

22.如权利要求2所述的生物计量传感器，还包括：

防护带，其部署在所述源电极与所述接收机电极之间的所述压盘上，并且操作为：沉降沿着所述保护层流动的电流，而不穿过所述声称的皮肤位点。