CN106529454A - 生物识别装置及生物识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物识别装置及其生物识别方法，属于生物识别领域。包括：按照预设阵列排列的多个微采集单元；每个微采集单元用于采集指纹上波谷和汗孔对应的第一信号以及指纹上嵴纹对应的第二信号，并将第一信号和第二信号转换为电信号且发送至处理单元；处理单元用于根据多个微采集单元发送的电信号识指纹上的波谷、嵴纹和汗孔中的至少一种。由于微采集单元的尺寸相对传统的电学式方块阵列的尺寸很小，故采集图像提取的细节点数目相对较多，生物识别的精度较高；还可识别汗孔，仅用十几个汗孔就可生物识别，且在有汗渍和水等情况下也能准确地进行生物识别，通过汗孔识别结合识别的波谷和嵴纹，可增强生物识别的安全性、准确性和不易被复制性。

Description

生物识别装置及生物识别方法

技术领域

本发明属于生物识别技术领域，具体涉及一种生物识别装置及生物识别方法。

背景技术

目前，生物识别技术越来越被广泛地应用在各个领域中。由于指纹具有终身不变性、唯一性和方便性，目前指纹识别几乎已成为生物识别的代名词。

目前的指纹识别方法主要包括接触式(电学式)和非接触式(光学式、超声波式)。其中，非接触式主要利用光波或超声波传感器发射和接收经手指波谷和嵴纹反射回来的波形。一般来讲，接触式的电学式的指纹识别效果差于非接触式的光学或超声波，因为电学式传感器采集图像时的接触面积远远小于光学传感器和超声波传感器采集图像时的面积，导致了其采集的图像提取的细节点数目少，电学式方块阵列导致精度不高，因此，提取的细节点不能彼此正确的匹配。但光学和超声波式相比于电学式，易产生杂乱反射波形，从而影响识别效果，非接触式存在问题如下：1、三角误差，即当被测物体与传感器成一定角度的时候，所探测的距离和实际距离有个三角误差。2、多次反射，这种现象在探测非直角面时比较常见。声波经过多次反弹才被传感器接收到，因此实际的探测值并不是真实的距离值。3、噪音，虽然多数超声波传感器的工作频率为40-45Khz，远远高于人类能够听到的频率，但是周围环境也会产生类似频率的噪音，这些都会引起传感器接收到错误的信号。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种生物识别装置及生物识别方法，以在提高生物识别的精度和识别率的同时，增强生物识别的安全性、准确性和不易被复制性。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种生物识别装置，包括：

按照预设阵列排列的多个微采集单元；

每个所述微采集单元，用于采集指纹上波谷和汗孔对应的第一信号以及指纹上嵴纹对应的第二信号，并将所述第一信号和所述第二信号转换为电信号且发送至处理单元；

处理单元，用于根据多个所述微采集单元发送的电信号识别所述指纹上的波谷、嵴纹和汗孔中的至少一种。

优选地，所述微采集单元包括压电材料层；

所述压电材料层，用于采集指纹上波谷、嵴纹和汗孔各自对应的压力信号并将其转换为电信号。

优选地，所述压电材料层为梯形结构；

所述梯形结构的朝向指纹的一端的尺寸小于远离指纹的一端的尺寸。

优选地，所述压电材料层为拱形结构；所述拱形结构的拱面朝向指纹设置。

优选地，所述微采集单元包括两个电极形成的电容。

优选地，所述微采集单元还包括支撑柱；所述支撑柱设置在所述压电材料层上，用于支撑待识别的手指。

优选地，所述微采集单元还包括支撑柱；所述支撑柱设置在所述电容的朝向待识别的手指的电极上，用于支撑待识别的手指。

优选地，所述处理单元包括集成电路层。

作为另外一个技术方案，本发明还提供了一种生物识别方法，包括以下步骤：

所述微采集单元采集指纹上波谷和汗孔对应的第一信号以及指纹上嵴纹对应的第二信号，并将所述第一信号和所述第二信号转换为电信号且发送至所述处理单元；

所述处理单元根据所述微采集单元发送的电信号识别所述指纹上的波谷、嵴纹和汗孔中的至少一种。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的生物识别装置，由于微采集单元的尺寸相对传统的电学式方块阵列的尺寸很小，因此，采集图像提取的细节点数目相对较多，因而生物识别的精度较高。另外，由于微采集单元的尺寸相对于汗孔的尺寸也小很多，因此，通过该装置还可以识别汗孔，且仅用十几个汗孔就可以进行生物识别，即使在有汗渍和水等情况下也能准确地进行生物识别，不仅使得识别过程不受环境限制，从而应用范围比较广，而且在汗孔识别的基础上结合波谷和嵴纹进行生物识别，可以增强生物识别的安全性、准确性和不易被复制性。此外，采用该装置进行汗孔识别相对现有的通过汗液进行化学识别的方式而言，不会受到手指移动导致汗液移动而造成识别率低的问题。

附图说明

图1为本发明实施例2提供的第一种生物识别装置的结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的第二种生物识别装置的结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的生物识别装置进行波谷和嵴纹识别的示意图；

图4为本发明实施例2提供的生物识别装置进行汗孔识别的示意图；

图5为本发明实施例3提供的生物识别装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的生物识别装置及生物识别方法进行详细描述。

实施例1

本发明实施例提供了一种生物识别装置，其包括按照预设阵列排列的多个微采集单元和处理单元1：其中：

每个微采集单元用于采集指纹上波谷和汗孔对应的第一信号，以及采集嵴纹对应的第二信号，并将第一信号和第二信号转换为电信号且发送至处理单元。

处理单元用于根据多个微采集单元发送的电信号识别指纹上的波谷、嵴纹和汗孔中的至少一种。

关于每个微采集单元的具体尺寸，可以根据需要设定，保证其能识别到波谷、嵴纹和汗孔即可。

具体地，处理单元包括集成电路层。

下面详细描述处理单元识别指纹上的波谷、嵴纹和汗孔的工作原理。首先说明：指纹上的波谷、嵴纹和汗孔各自的尺寸、波谷和嵴纹之间位置关系、嵴纹和汗孔等存在有一定的生物规律；多个微采集单元按照的是已知的预设阵列进行排列的。基于此，根据多个微采集单元发送第一信号和第二信号各自对应的电信号，可以确定每个微采集单元对应的指纹的形貌是为嵴纹还是为波谷或者汗孔，再根据上述一定的生物规律和预设阵列排布方式，即可确定汗孔和波谷的位置，从而进行生物识别。

上述生物识别装置中，按照预设阵列排列的多个微采集单元可以为微机电系统(MEMS)，微机电系统是在微电子技术基础上发展起来的集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源、信号处理和控制电路等于一体的微型器件或结构，其被广泛应用于高新技术产业，其是一个独立的智能系统，其尺寸在几毫米甚至更小。目前广泛应用于微传感器、微阀、微泵、微喷、微针、微流量计等。

其中，微采集单元的尺寸可从1um到1mm，如MEMS微针，可制作到直径30um，这与汗孔100-200um的普遍大小相比，要小的多。因此，通过上述生物识别装置，能够识别汗孔，当然更能识别波谷和嵴纹，因此，上述生物识别装置在使用时，既可以通过对汗孔的识别来达到生物识别的目的，也可以通过对波谷和嵴纹的识别来达到生物识别的目的，还可以通过汗孔、波谷和嵴纹相结合的方式达到生物识别的目的。

当单独使用汗孔识别或波谷嵴纹识别进行生物识别时，识别方式比较简单。当通过汗孔、波谷和嵴纹相结合的方式进行生物识别时，可以增强生物识别的安全性、准确性和不易被复制性，识别结果更加准确。

本发明提供的生物识别装置，由于微采集单元的尺寸相对传统的电学式方块阵列的尺寸很小，因此，采集图像提取的细节点数目相对较多，因而生物识别的精度较高。另外，由于微采集单元的尺寸相对于汗孔的尺寸也小很多，因此，通过该装置还可以识别汗孔，且仅用十几个汗孔就可以进行生物识别，即使在有汗渍和水等情况下也能准确地进行生物识别，不仅使得识别过程不受环境限制，从而应用范围比较广，而且在汗孔识别的基础上结合波谷和嵴纹进行生物识别，可以增强生物识别的安全性、准确性和不易被复制性。此外，采用该装置进行汗孔识别相对现有的通过汗液进行化学识别的方式而言，不会受到手指移动导致汗液移动而造成识别率低的问题。

实施例2

本实施例提供的生物识别装置与上述实施例1提供的生物识别装置相类似，二者的相同点在此不再赘述，下面仅描述二者的不同点。

具体地，图1和图2是本实施例提供的两种生物识别装置的结构示意图。在该实施例中，微采集单元4包括压电材料层41；其中，压电材料层41用于采集指纹上波谷、嵴纹和汗孔各自对应的压力信号并将其转换为电信号。

具体地，由于波谷和汗孔相对嵴纹来说是下凹的，因此，在指纹接触微采集单元4时，波谷和汗孔位置处对应的微采集单元4感应到的压力信号为0，转换得到的电信号则为0，而嵴纹处则能够感应到相对较大的压力信号，转换得到的电信号则相对较大。

关于压电材料层41的结构可以有很多种。具体实施时，包括但不限于有如下两种：

第一种：如图1所示，该压电材料层41为梯形结构，且该梯形结构的朝向指纹的一端的尺寸小于远离指纹的一端的尺寸。

第二种：如图2所示，该压电材料层41为拱形结构，且该拱形结构的拱面朝向指纹设置。

关于压电材料层41的材料，选用受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，包括水晶(石英晶体)、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等压电晶体，以及压电聚合物，如聚偏氟乙烯(PVDF)(薄膜)及以它为代表的其他有机压电(薄膜)材料。

可选地，如图1和图2所示，微采集单元4还包括支撑柱42；支撑柱42设置在压电材料层41上，用于支撑待识别的手指。

支撑柱42可用常见的金属或者半导体材料制备，其主要作用为支撑，如常见的SiNx、Mo、AlNvMo、Si、或者CF制程中的光阻材料等。

如图3所示，由于波谷和嵴纹对于多个微采集单元4下压电材料产生的电信号的不同，微采集单元4可识别指纹波谷和嵴纹，以此可以精确识别人体指纹信息。

如图4所示，因嵴纹与嵴纹上的汗孔对于微采集单元产生4的电信号不同，因此，上述生物识别装置可进行汗孔的识别。

另外，如图3和图4所示，上述生物识别装置可识别指纹波谷和嵴纹，还可以可识别嵴纹上的汗孔，此两种识别方式互不干扰，因此，可通过上述生物识别装置达到测量两种人体特征的效果。两种生物特征识别方式可分别使用或者同时使用，同时使用时可以增加生物识别的可靠性、准确性和不易被复制性，同时可以为指纹识别提供更多的选择。比传统的电学式指纹识别精度更高，不易被干扰，接收到的信号直接代表了波谷、嵴纹和汗孔的高度、形状大小，因此，识别结果更加准确。

本发明实施例提供的生物识别装置，由于微采集单元的尺寸相对传统的电学式方块阵列的尺寸很小，因此，采集图像提取的细节点数目相对较多，因而生物识别的精度较高。另外，由于微采集单元的尺寸相对于汗孔的尺寸也小很多，因此，通过该装置还可以识别汗孔，且仅用十几个汗孔就可以进行生物识别，即使在有汗渍和水等情况下也能准确地进行生物识别，不仅使得识别过程不受环境限制，从而应用范围比较广，而且在汗孔识别的基础上结合波谷和嵴纹进行生物识别，可以增强生物识别的安全性、准确性和不易被复制性。此外，采用该装置进行汗孔识别相对现有的通过汗液进行化学识别的方式而言，不会受到手指移动导致汗液移动而造成识别率低的问题。

实施例3

本实施例提供的生物识别装置与上述实施例1和2提供的生物识别装置相类似，二者的相同点在此不再赘述，下面仅描述二者的不同点。

具体地，图5是本实施例中的生物识别装置的结构示意图。在该实施例中，如图5所示，微采集单元4包括两个电极5形成的电容，通过电容变化来感知信号。具体地，由于波谷和汗孔相对嵴纹来说是下凹的，因此，在指纹接触多个微采集单元4时，波谷和汗孔位置处对应的微采集单元4不能与手指接触，因此，电容不会发生变化，则电容变化带来的电信号则为0，而嵴纹处则能够感应到相对较大的电容变化，电容变化带来的电信号则相对较大。

可选地，仍如图3所示，微采集单元4还包括支撑柱42；支撑柱42设置在电容的朝向待识别的手指的电极上，用于支撑待识别的手指。

本发明实施例提供的生物识别装置，由于微采集单元的尺寸相对传统的电学式方块阵列的尺寸很小，因此，采集图像提取的细节点数目相对较多，因而生物识别的精度较高。另外，由于微采集单元的尺寸相对于汗孔的尺寸也小很多，因此，通过该装置还可以识别汗孔，且汗孔识别仅用十几个汗孔就可以进行生物识别，即使在有汗渍和水等情况下也能准确地进行生物识别，不仅使得识别过程不受环境限制，从而应用范围比较广，而且在汗孔识别的基础上结合波谷和嵴纹进行生物识别，可以增强生物识别的安全性、准确性和不易被复制性。此外，采用该装置进行汗孔识别相对现有的通过汗液进行化学识别的方式而言，不会受到手指移动导致汗液移动而造成识别率低的问题。

实施例4

本发明还提供了一种生物识别方法，该生物识别方法应用于上述实施例1至实施例3中的生物识别装置，该生物识别方法包括如下步骤：

微采集单元采集指纹上波谷和汗孔对应的第一信号以及指纹上嵴纹对应的第二信号，并将所述第一信号和所述第二信号转换为电信号且发送至所述处理单元；

处理单元根据微采集单元发送的电信号识指纹上的波谷、嵴纹和汗孔中的至少一种。

关于微采集单元的具体组成、形态等内容已在上述实施例1至实施例3中进行了详细阐述，具体可参见上述各实施例中的内容，此处不再赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种生物识别装置，其特征在于，包括：

按照预设阵列排列的多个微采集单元；

每个所述微采集单元，用于采集指纹上波谷和汗孔对应的第一信号以及指纹上嵴纹对应的第二信号，并将所述第一信号和所述第二信号转换为电信号且发送至处理单元；

处理单元，用于根据多个所述微采集单元发送的电信号识别所述指纹上的波谷、嵴纹和汗孔中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的生物识别装置，其特征在于，所述微采集单元包括压电材料层；

所述压电材料层，用于采集指纹上波谷、嵴纹和汗孔各自对应的压力信号并将其转换为电信号。

3.根据权利要求2所述的生物识别装置，其特征在于，所述压电材料层为梯形结构；

所述梯形结构的朝向指纹的一端的尺寸小于远离指纹的一端的尺寸。

4.根据权利要求2所述的生物识别装置，其特征在于，所述压电材料层为拱形结构；

所述拱形结构的拱面朝向指纹设置。

5.根据权利要求1所述的生物识别装置，其特征在于，所述微采集单元包括两个电极形成的电容。

6.根据权利要求2所述的生物识别装置，其特征在于，所述微采集单元还包括支撑柱；

所述支撑柱设置在所述压电材料层上，用于支撑待识别的手指。

7.根据权利要求5所述的生物识别装置，其特征在于，所述微采集单元还包括支撑柱；

所述支撑柱设置在所述电容的朝向待识别的手指的电极上，用于支撑待识别的手指。

8.根据权利要求1所述的生物识别装置，其特征在于，所述处理单元包括集成电路层。

9.一种应用于上述权1至权8中任一权利要求所述的生物识别装置的生物识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述微采集单元采集指纹上波谷和汗孔对应的第一信号以及指纹上嵴纹对应的第二信号，并将所述第一信号和所述第二信号转换为电信号且发送至所述处理单元；

所述处理单元根据所述微采集单元发送的电信号识别所述指纹上的波谷、嵴纹和汗孔中的至少一种。