CN106127172A - 一种非接触3d指纹采集的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种非接触3D指纹采集的装置及方法，该装置包括：壳体，壳体内设置有电路板和指纹采集器；电路板包括第一控制模块；指纹采集器包括指纹采集模块和定位模块；定位模块将光线投射到手指对象上的第一位置点；指纹采集模块接收从第一位置点反射的光线，将光信号转化为电信号，并将电信号发送至第一控制模块；第一控制模块根据电信号判断第一位置点是否为标准点，标准点为直径小于第一门限，光照强度大于第二门限的光圈；若是，则指纹采集模块从多个方向采集指纹图像，并将指纹图像传输至第一控制模块；第一控制模块根据指纹图像建构3D指纹图像。本发明实施例还提供了一种非接触3D指纹采集的方法。

Description

一种非接触3D指纹采集的装置及方法

技术领域

本发明涉及立体成像技术、机器视觉技术和光学技术在指纹识别方面的应用，尤其涉及一种非接触3D指纹采集的装置及方法。

背景技术

指纹，由于其具有终身不变性，唯一性和方便性，已为生物识别技术所广泛应用，指纹识别广泛应用于门禁、考勤系统等产品中，起到身份识别的作用，在通常方法中，指纹识别技术主要是通过图像采集器将现场采集到的指纹特征与指纹库中保存的指纹特征进行比较，判断是否匹配，得出处理结果。传统的方法中，读取指纹时，用户需要将手指与指纹采集器相互接触，手指按压到指纹采集器上，获取二维指纹特征进行分析处理，之后得到处理结果，匹配或不匹配，在这种传统的方法中，若是在光滑物体上复制指纹印记，通过假冒的指纹试图通过指纹验证指纹识别装置存在极大的可能性，因此，传统的指纹识别技术很容易造假，防伪较困难。

发明内容

本发明实施例提供了一种非接触3D指纹采集的装置及方法，防伪性好，提高了身份识别的安全度。

本发明的第一方面，提供了一种非接触3D指纹采集的装置，该装置包括：壳体，所述壳体内设置有指纹采集器；所述指纹采集器包括指纹采集模块、定位模块和第一控制模块，所述第一控制模块设置于电路板上；

定位模块将光线投射到手指对象上的第一位置点；

指纹采集模块接收从第一位置点反射的光线，将光信号转化为电信号，并将电信号发送至第一控制模块；

第一控制模块根据电信号判断第一位置点是否为标准点，标准点为直径小于第一门限，光照强度大于第二门限的光圈；

若是，则指纹采集模块从多个方向采集指纹图像，并将指纹图像传输至第一控制模块；

第一控制模块根据指纹图像建构3D指纹图像。

可选的，电路板包括第二控制模块和存储模块；

第一控制模块将3D指纹图像传输至第二控制模块；

第二控制模块根据3D指纹图像和存储模块存储的指纹图像进行匹配处理，得到处理结果。

可选的，电路板上设置有第一光源；指纹采集模块包括反射镜成像组件和图像采集组件；反射镜成像组件包括多个不同方向的平面反射镜，图像采集组件包括多个镜头，各镜头内的图像接受面设置有传感器；

第一光源发出的光线投射到手指对象，从手指对象反射的光线反射入镜头，投射到传感器，传感器将光信号转换为电信号，每个传感器与镜头设置有预置角度。

可选的，指纹采集模块还包括第二光源，第二光源包括至少两个LED灯，LED灯设置于每两个镜头之间，第二光源用于为镜头补充光源。

可选的，定位模块包括发射电路和反射镜；

发射电路发射的光线照射在反射镜上，通过反射镜将光线投射到手指对象上的第一位置点。

可选的，电路板还包括加密模块、晶体振荡电路和数据通信模块；加密模块、晶体振荡电路和数据通信模块均与第二控制模块连接；

晶体振荡电路用于为第二控制模块提供时钟信号；

加密模块用于对数据进行加密处理；

数据通信模块用于接收或发送外部设备传输的数据。

可选的，壳体上设置有通用串行总线USB接口，电路板包括降压集成电路；

USB接口用于连接外部电源；

降压集成电路用于将外部电源降压后，为装置供电。

可选的，装置还包括玻璃层，玻璃层设置于指纹采集器上方，用于将指纹采集器封装于壳体内，玻璃层的内层涂布有滤光层，滤光层用于过滤预置波段的光线。

可选的，装置还包括遮光罩，遮光罩与壳体活动连接。

本发明的第二方面，提供了一种非接触3D指纹采集的方法，方法应用于上述第一方面所提供的装置，方法包括：

发射出光线投射到手指对象上的第一位置点；

判断第一位置点是否为标准点，标准点为直径小于第一门限，光照强度大于第二门限的光圈；

若是，则从多个方向采集指纹图像；

根据多个方向的指纹图像建构3D指纹图像；

根据3D指纹图像和存储的指纹图像进行匹配处理，得到处理结果。

可选的，方法还包括：

若第一位置点不为标准点，则进行语音提示，以通知用户调整手指位置。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例中，通过为了获取不同方向上指纹的准确性，对用户手指的位置进行定位，确定用户的手指放置的位置为标准采集位置后，从至少多个方向，多角度的采集手指的指纹图像，根据采集的指纹图像建构3D图像，极大的提高了建构的3D图像的准确性，降低了伪造指纹的可能性，防伪性好，提高了身份识别的安全度。

附图说明

图1为本发明实施例中非接触3D指纹采集装置的侧视结构示意图；

图2为本发明实施例中指纹采集器的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例中非接触3D指纹采集装置操作示意图；

图4为本发明实施例中非接触3D指纹采集装置的一个实施例的方框结构示意图；

图5为本发明实施例中非接触3D指纹采集装置的指纹成像光学示意图；

图6为本发明实施例中非接触3D指纹采集装置的另一个实施例的方框结构示意图；

图7为本发明实施例中非接触3D指纹采集装置的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种非接触3D指纹采集装置及方法，用于防止指纹伪造，提高了身份识别的安全度。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例中，为了获取指纹的准确性，对用户手指的位置进行定位，确定用户的手指放置的位置是否为标准采集位置，当确定了用户手指的位置为标准采集位置时，从多个方向采集手指的指纹图像，根据采集的指纹图像建构3D图像，将建构的3D图像与预存储的图像进行匹配，得到处理结果。

本发明提供了一种非接触3D指纹采集的装置，该装置的一个实施例包括：

为了便于理解，首先对该装置的结构进行说明：

请结合图1进行理解，图1为该装置的侧视图10，装置包括壳体、指纹采集器12和玻璃层11，壳体内设置有电路板13，电路板13可以为PCD板，也可以为PCB板。玻璃层11将指纹采集器12和电路板封装于壳体内。电路板上设置有第一控制模块124、第二控制模块132，存储模块138、反射镜成像组件底座(图中未示)和第一光源131。第一光源131可以为至少两组LED贴片灯。例如，该第一光源131可以为贴片式450nm的蓝色LED，用于为指纹采集器12补充光线。

其中，存储模块138与第二控制模块132连接，存储模块138用于存储用户指纹数据。

请结合图2进行理解，图2为装置的俯视结构示意图20。指纹采集器12包括指纹采集模块122、定位模块123和第一控制模块124，指纹采集器12和第一控制模块124连接。其中，指纹采集模块122包括反射镜成像组件、图像采集组件和第二光源1223。第二光源1223可以至少两个3mm插件式的450nm蓝光LED，该第二光源1223用于为指纹采集器12采集指纹时补充光线。需要说明的是，定位模块123的发射光源可以为激光，在实际应用中，也可以为其他光源。优选的，该定位模块可以为激光定位模块。本发明实施例中的定位模块以激光定位模块为例进行说明。定位模块包括发射电路，本发明实施例中的发射电路以激光发射电路为例进行说明。

其中，反射镜成像组件设置于反射镜成像组件底座上，该反射镜成像组件包括多个平面反射镜1221，用于采集多个方向的指纹图像，各平面反射镜1221顺应光路设置，分别与水平面成不同的角度。本实施例中平面反射镜1221的个数以3个为例进行说明。图像采集组件包括镜头1222和互补金属氧化物的半导体(complementary Metal-semiconductor，缩略词为CMOS)传感器，CMOS传感器可以为200万像素的传感器。

CMOS传感器设置于镜头1222内的图像接收面，镜头1222的数量至少为三个，CMOS传感器的数量与镜头1222的数量相同，本发明实施例中镜头1222的数量以三个为例进行说明，CMOS传感器与镜头1222之间设置有预置角度。的三个镜头1222垂直固定于一个固定板125的一面，固定板125垂直设置于电路板上。其中，三个镜头1222中，每两个镜头之间设置有一个LED灯，该LED灯与固定板125具有预置角度，以扩大第二光源发射光线的范围。每个镜头1222的前面设置有至少一个平面反射镜1221，每个平面反射镜1221与镜头1222具有预置角度，以使不同方向的光线射入镜头1222，每个平面反射镜1221所反射的光线的方向不同，方向可以保证将手指的至少三个方向(以指甲的方向为上方，三个方向指：手指的下方，手指的左侧和右侧)的指纹反射到镜头1222。需要说明的是，上述对于镜头1222及平面放射镜1221的数量只是举例子说明，而并非限制性说明。

激光定位模块123包括激光发射电路1231和反射镜1232，激光定位模块123设置于固定板125的另一面。

激光发射电路1231，CMOS传感器和第二光源1223均与第一控制模块124连接。第一控制模块124与第二控制模块132连接。

上面对该装置的结构做了说明，下面对该装置采集指纹的过程进行具体说明：

请参阅图4所示，为了获取指纹的准确性，首先需要确定用户手指80放置的位置是否为标准采集位置。本发明实施例中通过激光定位模块123对手指80的位置进行定位，激光发射电路1231发射的激光经过反射镜1232反射到用户的手指80对象上，激光发射电路1231与该反射镜1232具有预置角度，该光线投射到手指80对象上的第一位置点。从第一位置点反射的光线进入镜头1222，经过CMOS传感器，CMOS传感器将光信号转化为电信号，并将电信号发送至第一控制模块124。

第一控制模块124根据电信号判断第一位置点是否为标准点800，标准点800为直径小于第一门限，光照强度大于第二门限的光圈，例如，第一门限为2mm。优选的，该标准点800还可以进一步结合在手指80上的具体位置来体现，例如，可以结合图3进行理解，用户手指80的第一关节801之上包括指尖802、指中803，在指尖802和第一关节801之间存在一个中心点，该中心点的位置距离指尖802和第一关节801的距离相等，该标准点800也可以结合该第一位置点是否为中心点来判断，因此，判断第一位置点是否为标准点800，可以通过光圈的直径、光圈的光照强度及光圈是否为中心点中的至少两个因素来判定。本发明实施例中通过光圈的直径、光圈的光照强度及中心点判断用户手指80的位置是否为标准采集位置，极大的提高了判断的准确率。

若该第一位置点为标准点800，则指纹采集模块122从至少三个方向采集指纹图像。具体的，请结合图5进行理解，图5为指纹成像光学示意图，例如，第一光源131和/或第二光源1223发出的光线照射到用户的手指80，从手指80反射回来的光线从镜头1222对应的平面反射镜1221射入镜头1222，经过镜头1222内图像接收面的CMOS传感器，每个不同方向的CMOS传感器将获取的光信号转换为电信号，CMOS传感器将电信号发送至第一控制模块124，第一控制模块124根据接收到的电信号建构3D指纹图像。需要说明的是，平面反射镜1221可以用于延长光路，例如，光路延长的范围可以为130mm至150mm，从而使该装置的体积更加小型化，使用更灵活，适用范围更广。

第一控制模块124将3D指纹图像传输至第二控制模块132。第二控制模块132根据3D指纹图像和存储模块138存储的指纹图像进行匹配处理，得到处理结果。该处理结果包括匹配和不匹配。

可选的，若该第一位置点不为标准点800，光圈的直径大于2mm，第一位置点不为中心点，第一控制模块124可以控制与其连接的音频模块发出语音提示，以提示用户需要调整手指80的位置。

例如，若手指放置的位置不为标准采集位置可能包括两种情况：第一种，手指距离该装置较近，光圈变大、光照强度减弱且光圈偏向于第一关节801。第二种，手指距离该装置的距离较远，光圈变大、光照强度减弱且光圈偏向于指尖802。

可选的，请参阅图6所示，电路板板还包括加密模块134、晶体振荡电路133、降压集成电路135和数据通信模块136、光源控制电路137。该加密模块134、晶体振荡电路133、光源控制电路137、降压集成电路135和数据通信模块136均与第二控制模块132连接。

其中，晶体振荡电路133用于为第二控制模块132提供时钟信号。

加密模块134用于对用户的重要数据进行加密处理，对用户的数据提供良好的保护。

装置的壳体包括USB接口，该USB接口可以为该装置提供外部电源，降压集成电路135用于将外部电源进行降压后，为装置提供稳定电源。

数据通信模块136，用于与外部服务器进行通信，接收或发送数据。例如，外部的主机服务器内可以存储有用户的3D指纹数据库，第一控制模块124可以将建构的3D指纹图像发送给服务器，服务器进行快速匹配，并将匹配结果发送给数据通信模块136，极大的提高了数据的匹配速度，也提高了识别精度。

可选的，请参阅图7所示，该装置还包括遮光罩701，该遮光罩701与壳体702活动连接，例如遮光罩701和壳体702可以通过卡扣连接，遮光罩与壳体可拆卸连接，当该装置处于强光环境下，可以在该装置上增加遮光罩，以遮挡外部环境的强光线，以使该装置适应强光照环境。

可选的，遮光罩701前方设置有手指距离标准板703，该手指距离标准板703设置与壳体702上方，并与壳体702活动连接，手指距离标准板703与手指微接触，手指距离标准板703的高度为标准点800的高度，当用户手指与该手指距离标准板703微接触时，手指的放置的高度与标准点的高度相同，用户需要向前或向后挪动手指，即可以使手指放置标准采集位置，加快了手指放置为标准采集位置的速度，节省了用户指纹采集时间。

可选的，也可以在玻璃层11内部涂布一层滤光层，该滤光层可以用于过滤预置波段范围外的光线，而激光发射电路发出的激光，和第一光源131和第二光源1223发出的光线可以通过，以使装置提高抗外界光干扰的能力。

需要说明的是，该装置也可以在壳体上做镶嵌设计，将该装置设置于其他设备上，当其他设备需要该装置提供辅助功能时，作为设备的模块使用，提高了装置的使用性和灵活性。

本发明实施例中，通过为了获取不同方向上指纹的准确性，对用户手指的位置进行定位，确定用户的手指放置的位置为标准采集位置后，从至少多个方向，多角度的采集手指的指纹图像，根据采集的指纹图像建构3D图像，极大的提高了建构的3D图像的准确性，且提高了建构的3D图像的仿真性，降低了伪造指纹的可能性，防伪性好，提高了身份识别的安全度。

以上对非接触3D指纹采集装置进行了描述，本发明实施例还提供了一种非接触3D指纹采集的方法，该方法应用于上述实施例所提供的装置，对于该装置的结构，此处不赘述。该方法的一个实施例包括：

激光定位模块将光线投射到手指对象上的第一位置点。

指纹采集模块接收从第一位置点反射的光线，将光信号转化为电信号，并将电信号发送至第一控制模块。

第一控制模块根据电信号判断第一位置点是否为标准点，标准点为直径小于第一门限，光照强度大于第二门限的光圈。

若是，则指纹采集模块从多个方向采集指纹图像，并将指纹图像传输至第一控制模块。

第一控制模块根据指纹图像建构3D指纹图像。

第一控制模块将3D指纹图像传输至第二控制模块。

第二控制模块根据3D指纹图像和存储模块存储的指纹图像进行匹配处理，得到处理结果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种非接触3D指纹采集的装置，其特征在于，包括：壳体，所述壳体内设置有指纹采集器；所述指纹采集器包括指纹采集模块、定位模块和第一控制模块，所述第一控制模块设置于电路板上；所述定位模块将光线投射到手指对象上的第一位置点；

所述指纹采集模块接收从所述第一位置点反射的光线，将光信号转化为电信号，并将所述电信号发送至第一控制模块；

所述第一控制模块根据所述电信号判断所述第一位置点是否为标准点，所述标准点为直径小于第一门限，光照强度大于第二门限的光圈；

若是，则指纹采集模块从多个方向采集指纹图像，并将所述指纹图像传输至所述第一控制模块；

所述第一控制模块根据所述指纹图像建构3D指纹图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电路板包括第二控制模块和存储模块；

所述第一控制模块将所述3D指纹图像传输至所述第二控制模块；

所述第二控制模块根据所述3D指纹图像和所述存储模块存储的指纹图像进行匹配处理，得到处理结果。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电路板上设置有第一光源；所述指纹采集模块包括反射镜成像组件和图像采集组件；所述反射镜成像组件包括多个不同方向的平面反射镜，所述图像采集组件包括多个镜头，各所述镜头内的图像接收面设置有传感器；

所述第一光源发出的光线投射到手指对象，从所述手指对象反射的光线反射入镜头，投射到所述传感器，所述传感器将所述光信号转换为电信号，每个传感器与所述镜头设置有预置角度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述指纹采集模块还包括第二光源，所述第二光源包括至少两个LED灯，所述LED灯设置于每两个镜头之间，所述第二光源用于为所述镜头补充光源。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定位模块包括发射电路和反射镜；

所述发射电路发射的光线照射在所述反射镜上，通过所述反射镜将所述光线投射到手指对象上的第一位置点。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电路板还包括加密模块、晶体振荡电路和数据通信模块；所述加密模块、晶体振荡电路和数据通信模块均与所述第二控制模块连接；

所述晶体振荡电路用于为所述第二控制模块提供时钟信号；

所述加密模块用于对数据进行加密处理；

所述数据通信模块用于接收或发送外部设备传输的数据。

7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，所述壳体上设置有通用串行总线USB接口，所述电路板包括降压集成电路；

所述USB接口用于连接外部电源；

所述降压集成电路用于将所述外部电源降压后，为所述装置供电。

8.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括玻璃层，所述玻璃层设置于所述指纹采集器上方，用于将所述指纹采集器封装于所述壳体内，所述玻璃层的内层涂布有滤光层，所述滤光层用于过滤预置波段的光线。

9.一种非接触3D指纹采集的方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至8任一项所述的装置，所述方法包括：

发射出光线投射到手指对象上的第一位置点；

判断所述第一位置点是否为标准点，所述标准点为直径小于第一门限，光照强度大于第二门限的光圈；

若是，则从多个方向采集指纹图像；

根据所述多个方向的指纹图像建构3D指纹图像；

根据所述3D指纹图像和存储的指纹图像进行匹配处理，得到处理结果。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述第一位置点不为所述标准点，则进行语音提示，以通知用户调整手指位置。