CN107066925A - 一种指纹采集装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及指纹识别领域，公开了一种指纹采集装置和方法。本发明实施方式中，提供了一种指纹采集装置，包括：扫描探针、压电传感器和处理器；扫描探针、压电传感器和处理器依次连接；扫描探针，用于以预设平面为基准，扫描预设区域，并根据该预设区域的表面的形貌振动；压电传感器，用于根据该扫描探针在振动时的振幅，输出电压信号；处理器，用于利用该电压信号，绘制该预定区域的表面的形貌图。本实施方式中，还提供了与指纹采集装置对应的方法。本发明实施方式，无需接触人体即可采集指纹，无需提取指纹特征，增加了指纹识别的准确性，简化了指纹识别的流程，从而提高了指纹识别的速度。

Description

一种指纹采集装置和方法

技术领域

本发明涉及指纹识别领域，特别涉及一种指纹采集装置和方法。

背景技术

随着科技的发展，生活中很多地方使用到指纹的采集和识别技术。现在的指纹识别采集技术大致分为三个方式：光学采集，电容传感器和生物射频。光学采集，基于光学发射装置发射的光线，射到手指上再反射回机器以获取数据；电容传感器，是利用一定间隔的安装的两个电容，利用指纹的凹凸，在手指滑过指纹检测仪器时接通或断开两个电容的电流以检测指纹资料；射频传感器，通过传感器发射微量的射频信号，穿透手指的表皮层获取里层的纹路以获取信息。

发明人在实现本发明的过程中发现，目前常用按压式对指纹进行采集，并在指纹匹配前，一般通过摄像头拍摄指纹的图像；对图像进行处理，一般包括有指纹区域检测、图像质量判断、方向图和频率估计、图像增强以及细化等；对指纹进行分类，在提取指纹特征，主要包括纹线的起点、终点、结合点和分叉点等。按压式在采集指纹时，与指纹采集装置接触的手指表面会产生形变，影响指纹采集的准确性；按压式图像采集面积小，没有足够的特征点，需要用复杂的图像比对算法进行识别，流程繁琐，并且有概率出现识别不了的指纹。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供种指纹采集装置和方法，无需接触人体即可采集指纹，无需提取指纹特征，增加了指纹识别的准确性，简化了指纹识别的流程，从而提高了指纹识别的速度。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种指纹采集装置，包括：扫描探针、压电传感器和处理器；扫描探针、压电传感器和处理器依次连接；扫描探针，用于以预设平面为基准，扫描预设区域，并根据预设区域的表面的形貌振动；压电传感器，用于根据扫描探针在振动时的振幅，输出电压信号；处理器，用于利用电压信号，绘制预定区域的表面的形貌图。

本发明的实施方式还提供了一种指纹采集方法，包括：扫描探针以预设平面为基准，扫描预设区域；根据预设区域的表面的形貌振动；压电传感器根据扫描探针在振动时的振幅，输出电压信号；利用电压信号，绘制预定区域的表面的形貌图；将形貌图作为采集到的指纹。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过使用扫描探针采集指纹，而在采集指纹的整个过程中都不会接触人体表面，避免了因接触人体表面造成的指纹形变；通过电压信号绘制预定区域的表面形貌图，将形貌图作为采集到的指纹，因为根据电压信号绘制的表面形貌图，指纹图像清晰，避免了在光学采集中摄像头拍摄模糊的情况，增加了指纹采集的准确性；同时不需对生成的图像进行处理，也无需对指纹进行分类，而是直接将输出的第一电压信号与预设信号比对即可得到结果，简化了指纹识别的流程，加快了指纹识别的速率。

另外，扫描探针以蛇形方式扫描预设区域。通过蛇形方式扫描预设区域，确保预设区域内表面的完整性。

另外，预设平面为水平面。将水平面作为预设平面，为振幅设置了一个相对的参照物，使振幅的大小值都是以同一标准计算，确保扫描的准确性。

另外，还包括：设置在预设区域的夹具，用于固定待扫描的手指。探针扫描轻微的振动都会影响扫描结果，因而，固定待扫描的手指，防止手指抖动而影响扫描结果。

另外，处理器为独立设置的终端。将独立设置的终端作为处理器，增加了指纹采集装置的灵活性。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的一种指纹采集装置的结构示意图；

图2是本发明第二实施方式的一种指纹采集装置的工作示意图；

图3是本发明第二实施方式的一种指纹采集装置中扫描探针的扫描路径示意图；

图4是本发明第三实施方式的一种指纹采集方法的流程图；

图5是本发明第四实施方式的一种指纹采集方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种指纹采集装置。本实施方式的指纹采集装置100，具体如图1所示，其包括但不限于：扫描探针101、压电传感器102和处理器103。

扫描探针101，用于以预设平面为基准，扫描预设区域，并根据该预设区域的表面的形貌振动。扫描探针101是通过其端粗细只有一个原子大小的探针在非常近的距离上探索物体表面的情况，可以分辨出极小尺度上的表面特征。探针尖端的原子和样品表面的原子具有特殊的作用力，且该作用力随着距离的变化非常显著。通过驱动扫描探针101的悬臂使扫描探针101在预设区域内振动，当扫描探针101在经过凸起表面时，与凸起表面间的吸引力变大，扫描探针101的振幅变小；当扫描探针101在经过凹进去的表面时，与凹进去的表面间的吸引力变小，扫描探针的振幅变大。

压电传感器102，用于根据该扫描探针在振动时的振幅，输出电压信号。扫描探针101与压电传感器102连接，当扫描探针101经过凸起表面时，吸引力变大，扫描探针101的振幅变小，改变压电传感器102两端的电压，使扫描探针101以恒定的振幅振动，同时，压电传感器102输出此时恒定振幅的电压信号；当扫描探针101经过凹进去的表面时，吸引力变小，振幅变大，改变压电传感器102两端的电压，使扫描探针101以恒定的振幅振动，压电传感器102输出此时恒定振幅的电压信号。

处理器103，用于利用压电传感器输出的电压信号，绘制该预定区域的表面的形貌图。处理器103收到压电传感器102输出的电压信号，根据大小不同的电压信号，可以绘制出该区域的表面形貌图。

具体的说，扫描探针101、压电传感器102和处理器103依次连接。为了保证采集指纹的准确性，预先设置一个平面作为基准平面，基准平面可以是平滑的地面或桌面等。为了更加准确的采集指纹，加快采集的时间，预先设置扫描区域，该预设区域可以是手指表面的区域。在本实施方式中，以平滑的桌面作为采集指纹的基准平面，以手指表面区域作为预设采集区域，扫描探针101可以使用隔行扫描的方式对预设区域内表面进行扫描，扫描的方式是以驱动扫描探针101的悬臂使扫描探针101在该预设区域内以恒定的振幅振动，同时，压电传感器103输出电压信号，当扫描探针101经过手指表面凸起表面时，扫描探针101与凸起表面的吸引力变大，为了保持扫描探针101的振幅恒定，改变压电传感器102两端的电压，压电传感器102输出改变的电压信号；当扫描101经过手指表面凹进去的表面时，扫描探针101与凹进去的表面间的吸引力变小，改变压电传感器102两端的电压，保持扫描探针101的振幅恒定，压电传感器102输出改变的电压信号。处理器103根据压电传感器102输出的不同的电压信号，绘制出预设区域的表面形貌图，将该形貌图作为采集到的指纹。

相对于现有技术而言，本实施方式中提供的指纹采集装置，使用扫描探针采集指纹，在采集指纹的整个过程中都不会接触人体表面，避免了因接触人体表面造成的指纹形变，提升了指纹采集的准确性；通过电压信号绘制预定区域的表面形貌图，并将该形貌图作为采集到的指纹，指纹清晰，更利于对指纹的识别，避免了在光学采集指纹中摄像头拍摄模糊的情况，增加了指纹采集的准确性。

本发明的第二实施方式涉及一种指纹采集装置。第二实施方式在第一实施方式基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在第二实施方式中，设置在预设区域的夹具，用于固定待扫描的手指，扫描探针以蛇形方式进行扫描，处理器为独立设置的终端。

具体的说，扫描探针101随着距离的变化显著，为了避免在扫描中出现因手指抖动出现的采集误差，在预设区域内设置夹具，用于固定带扫描的手指。夹具不能遮挡扫描探针101对手指的扫描。处理器103为独立设置的终端。本实施方式以图2所示的装置工作示意图为例进行说明。

扫描探针101、压电传感器102和处理器103依次连接。其中，处理器103为独立设置的终端，可以为计算机。预先设置一个平面作为基准平面，本实施方式以水平面为基准平面。预先设置扫描区域，该区域可以为手指表面的区域。驱动扫描探针101的悬臂使扫描探针101在该预设区域内以恒定的振幅上下振动，并以一定的频率振动，其中，扫描探针在二维平面移动频率越快，扫描速度也就越快。同时，压电传感器103输出电压信号，扫描探针101使用蛇形扫描的方式对预设区域内表面进行扫描，扫描路径如图3所示。当扫描探针101经过手指表面凸起表面时，扫描探针101与凸起表面的吸引力变大，改变压电传感器102两端的电压，压电传感器102输出改变的电压信号；当扫描101经过手指表面凹进去的表面时，扫描探针101与凹进去的表面间的吸引力变小，改变压电传感器102两端的电压，压电传感器102输出改变的电压信号。处理器103根据压电传感器102输出的不同的电压信号，绘制出预设区域的表面形貌图，将该形貌图作为采集到的指纹，其中，绘制的表面形貌图可以是二维图像，其中，二维形貌图中，可以使用不同颜色深度用于判断指纹表面的凹凸形状，例如，黑色的表示凸起的表面，白色表示凹进去的表面；也可以是三维图像。

此外，值得一提的是，可以在预设区域中设置多个采样点，扫描探针101仅在各采样点中根据表面的形貌振动，采样点越多，绘制的形貌图就越清晰，获得的指纹也就越清晰。

本实施方式中，预设基准平面为水平面，使扫描探针的振幅大小都以同一标准计算，水平面作为基准平面计算更方便简单；通过设置夹具固定手指，防止手指抖动而影响扫描结果，且以蛇形方式对预设区域进行扫描，确保预设区域内表面的完整性。独立设置的终端作为处理器，增加了指纹采集装置使用的灵活性。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本发明第三实施方式涉及一种指纹采集方法，具体流程如图4所示，包括：

步骤401：扫描探针根据预设区域的表面的形貌振动。

具体的说，预设平面可以为平滑的地面、桌面等。预设区域可以为需要采集指纹的手指表面区域。扫描探针以预设平面为基准，扫描预设区域，扫描探针在扫描时根据该预设区域的表面形貌图振动，振动时扫描探针会有一个振幅。当扫描探针经过手指表面凸起表面时，扫描探针与凸起表面的吸引力变大，振幅则变小；当扫描101经过手指表面凹进去的表面时，扫描探针101与凹进去的表面间的吸引力变小，振幅则变大。

步骤402：压电传感器根据该扫描探针在振动时的振幅输出电压信号。

具体的说，压电传感器与扫描探针和处理器连接，当扫描探针在预设去域内以恒定的振幅振动，当扫描探针经过手指表面凸起表面时，扫描探针与凸起表面的吸引力变大，振幅则变小，改变压电传感器两端电压，使探针与表面间的距离恒定不变，压电传感器同时输出电压信号，当扫描101经过手指表面凹进去的表面时，扫描探针101与凹进去的表面间的吸引力变小，振幅则变大，改变电压传感器两端电压，压电传感器同时输出电压信号。根据扫描探针在扫描的表面的形貌振动，压电传感器输出不同的电压信号。

步骤403：利用该电压信号绘制该预定区域的表面形貌图。

具体的说，处理器接收压电传感器输出的不同电压信号，根据该电压信号，可以绘制处预定区域的表面形貌图，其中，绘制的形貌图可以是二维图像，也可以是三维图像。

步骤404：将该形貌图记作采集到的第一指纹。

具体的说，经过步骤403得到的预定区域的表面的形貌图记作采集到的第一指纹。

相对于现有技术而言，本实施方式中提供的一种指纹采集方法，通过扫描探针以预设平面为基准平面，统一扫描的数据，在预设区域内扫描，压电传感器根据扫描探针的振幅输出电压信号并以该电压信号绘制预设区域内的表面形貌图，使得无需接触人体即可采集指纹，避免了因接触人体造成的指纹形变，提高了指纹采集的准确性，且通过电压信号绘制预设区内的表面形貌图，形成的第一指纹更加清晰，更利于指纹的识别。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的第四实施方式涉及一种指纹采集方法。第四实施方式是对第三实施方式的改进，主要改进之处在于：在第四实施方式中，为预设区域设置多个采样点，扫描探针在预设区域中各采样点的表面振动；在将形貌图作为采集到的指纹后，对指纹进行识别。具体流程如图5所示，包括：

步骤501：在预设区域设置多个采样点。

具体的说，以水平面作为基准平面，预设区域为待采集手指的手指表面，为预设区域设置多个采样点，采样点越多，扫描探针扫描的越细致，采集到的指纹的分辨率就会越高，可以根据实际需求，设置采样点的数量。

步骤502：扫描探针根据该预设区域中各采样点的表面的形貌振动。

具体的说，扫描探针只在预设区域中各个采样点的表面振动，扫描探针根据各采样点的表面的形貌振动，例如，在预设区域内设置100个采样点，扫描探针在100个采样点中根据表面形貌振动。

步骤503：压电传感器根据该扫描探针在振动时的振幅输出电压信号。

具体的说，扫描探针仅在各采样点振动，同时，压电传感器仅在采样点振动时输出电压信号。

步骤504：利用该电压信号绘制该预定区域的表面形貌图。

步骤505：将该形貌图记作采集到的第一指纹。

步骤506：比对该第一指纹和预存的指纹，输出比较结果。

具体的说，预存的指纹，可以时预存在数据库内的指纹，当处理器绘制出第一指纹后，处理器将获取数据库中存储的指纹，处理器提取一个预存的指纹，与绘制的第一指纹进行比对，比较第一指纹和预存指纹的相似度，并根据相似度，输出比较结果。

此外，步骤503至步骤505与第三实施例的步骤402至步骤404大致相同，为了减少重复，步骤503至步骤505不在做赘述。

本实施方式中提供了一种指纹采集方法，通过在预设区域设置采样点，扫描探针仅在各采样点中振动，采样点越多，采集到的指纹图像越清晰，使得采集到的指纹图像的分辨率可以根据实际需要用户自己设置，提高了指纹采集的可控性；通过比对第一指纹和预存指纹的相似度输出指纹识别的结果，简化了指纹识别的流程，加快了指纹识别的速度。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请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。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种指纹采集装置，其特征在于，包括：扫描探针、压电传感器和处理器；

所述扫描探针、所述压电传感器和所述处理器依次连接；

所述扫描探针，用于以预设平面为基准，扫描预设区域，并根据所述预设区域的表面的形貌振动；

所述压电传感器，用于根据所述扫描探针在振动时的振幅，输出电压信号；

所述处理器，用于利用所述电压信号，绘制所述预定区域的表面的形貌图。

2.根据权利要求1所述的指纹采集装置，其特征在于，所述扫描探针以蛇形方式扫描所述预设区域。

3.根据权利要求1所述的指纹采集装置，其特征在于，所述预设平面为水平面。

4.根据权利要求1所述的指纹采集装置，其特征在于，还包括：设置在所述预设区域的夹具，用于固定待扫描的手指。

5.根据权利要求1所述的指纹采集装置，其特征在于，所述处理器为独立设置的终端。

6.一种指纹采集方法，其特征在于，包括：

扫描探针以预设平面为基准，扫描预设区域，所述扫描探针在扫描时根据所述预设区域的表面的形貌振动；

压电传感器根据所述扫描探针在振动时的振幅，输出电压信号；

利用所述电压信号，绘制所述预定区域的表面的形貌图；

将所述形貌图作为采集到的第一指纹。

7.根据权利要求6所述的指纹采集方法，其特征在于，在所述扫描探针扫描预设区域时，以蛇形方式扫描。

8.根据权利要求6所述的指纹采集方法，其特征在于，还包括：

为所述预设区域设置多个采样点；

所述扫描探针在扫描时根据所述预设区域的表面的形貌振动中，具体为：

所述扫描探针在扫描时根据所述预设区域中各所述采样点的表面的形貌振动。

9.根据权利要求6所述的指纹采集方法，其特征在于，所述预设平面为水平面。

10.根据权利要求6所述的指纹采集方法，其特征在于，将所述形貌图作为采集到的指纹后，包括：

比对所述第一指纹和预存的指纹；

根据所述第一指纹和预存的指纹的相似度，输出比较结果。