CN108763903B - 验证装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种验证装置。验证装置形成有可信执行环境。验证装置还包括微处理器和微存储器，微处理器和微存储器均在可信执行环境中运行。微存储器存储有红外模板和深度模板。微处理器用于获取目标物体的验证红外图像；判断验证红外图像是否与红外模板相匹配；若是，获取目标物体的验证深度图像；判断验证深度图像是否与深度模板相匹配；和若是，验证通过。本发明还公开了一种电子设备。微处理器和微存储器均运行在可信执行环境中，判断验证红外图像与红外模板是否相匹配，判断验证深度图像与深度模板是否相匹配，在比对是否匹配的过程中，验证红外图像、红外模板、验证深度图像和深度模板不容易被篡改和盗用，信息的安全性较高。

Description

验证装置和电子设备

技术领域

本发明涉及生物识别技术领域，更具体而言，涉及一种验证装置和电子设备。

背景技术

在相关技术中，终端通常通过对比用户输入的人脸图像，与预存的人脸图像模板之间的差异性来验证用户是否具有相关的使用权限，然而，在比对过程中，人脸图像或人脸图像模板等容易被篡改或盗用，导致终端内的信息的安全性较低。

发明内容

本发明实施方式提供一种验证装置和电子设备。

本发明实施方式的验证装置形成有可信执行环境，所述验证装置还包括微处理器和微存储器，所述微处理器和所述微存储器均在所述可信执行环境中运行，所述微存储器存储有红外模板和深度模板，所述微处理器用于：

获取目标物体的验证红外图像；

判断所述验证红外图像是否与所述红外模板相匹配；

若是，获取目标物体的验证深度图像；

判断所述验证深度图像是否与所述深度模板相匹配；和

若是，验证通过。

在某些实施方式中，所述微处理器还用于：

若判断所述验证红外图像与所述红外模板不匹配，则验证不通过。

在某些实施方式中，所述微处理器还用于：

若判断所述验证深度图像与所述深度模板不匹配，则验证不通过。

在某些实施方式中，所述微处理器还用于：

控制激光投射器向目标物体投射激光；

获取由目标物体调制后的激光图案；和

处理所述激光图案得到所述验证深度图像。

在某些实施方式中，所述微处理器还用于：

获取目标物体的模板红外图像，并存入所述微存储器中以作为所述红外模板；和

获取目标物体的模板深度图像，并存入所述微存储器中以作为所述深度模板。

在某些实施方式中，所述微处理器还用于：

控制激光投射器向目标物体投射激光；

获取由目标物体调制后的激光图案；和

处理所述激光图案以得到所述模板深度图像。

在某些实施方式中，所述微处理器还用于：

获取由目标物体调制后的多帧激光图案；

处理多帧所述激光图案得到多帧初始深度图像；和

合成多帧所述初始深度图像以得到所述模板深度图像。

在某些实施方式中，所述验证装置还形成有非可信执行环境，所述验证装置还用于：

获取目标物体的彩色图像，并存入所述非可信执行环境中；和

从所述非可信执行环境中获取所述彩色图像，并控制显示屏显示所述彩色图像。

在某些实施方式中，所述验证深度图像通过结构光的原理获取、或通过飞行时间的原理获取、或通过双目立体视觉的原理获取。

本发明实施方式的电子设备包括：

红外摄像头，用于采集目标物体的红外图像；

激光投射器，用于向目标物体投射激光；和

上述任一实施方式所述的验证装置，所述微处理器与所述红外摄像头、所述微处理器与所述激光投射器均连接。

本发明实施方式的验证装置和电子设备中，微处理器和微存储器均运行在可信执行环境中，判断验证红外图像与红外模板是否相匹配，判断验证深度图像与深度模板是否相匹配，在比对是否匹配的过程中，验证红外图像、红外模板、验证深度图像和深度模板不容易被篡改和盗用，电子设备内的信息的安全性较高。

本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的电子设备的结构示意图；

图2是本发明实施方式的电子设备的模块示意图；

图3是本发明实施方式的激光投射器的结构示意图；

图4至图6是本发明实施方式的激光投射器的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本发明的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1和图2，本发明实施方式的电子设备100包括激光投射器10、红外摄像头20和验证装置30。电子设备100可以是手机、平板电脑、智能手表、智能手环、智能穿戴设备等，在本发明实施例中，以电子设备100是手机为例进行说明，可以理解，电子设备100的具体形式并不限于手机。

激光投射器10可向目标物体投射激光，同时激光投射器10投射的激光可以是带有特定的散斑或条纹等图案。红外摄像头20能够采集目标物体的红外图像，或接收由目标物体调制后的激光图案。在本发明实施例中，电子设备100还包括红外补光灯50，红外补光灯50可用于向外发射红外光，红外光被用户反射后被红外摄像头20接收以便于红外摄像头20采集到更清晰的红外图像。

验证装置30可以是电子设备100的应用处理器(Application Processor，AP)，验证装置30形成有可信执行环境(Trusted Execution Environment，TEE)31和非可信执行环境(Rich Execution Environment，REE)32，可信执行环境31中的代码和内存区域都是受访问控制单元控制的，不能被非可信执行环境32中的程序所访问。

用户在使用电子设备100时，电子设备100的某些功能要求对用户的身份进行验证，验证通过后，用户才能获得使用这些功能的权限，例如用户需要验证后才能解锁屏幕，需要验证后才能完成支付，需要验证后才能查看短信等。在本发明实施例中，验证装置30需要验证当前用户的人脸红外图像是否与红外模板相匹配，当通过红外模板的验证后，再验证当前用户的人脸深度图像是否与深度模板相匹配，当通过深度模板的验证后，授权用户相关的权限。其中，红外模板与深度模板可以是用户在验证前提前录入电子设备100的，红外模板可以是授权用户的人脸红外图像，人脸红外图像可以是平面的图像。深度模板可以是授权用户的人脸深度图像。

验证装置30包括微处理器33和微存储器34，微处理器33和微存储器34均在可信执行环境31中运行，或者说，微处理器33是在可信执行环境31中开辟的处理空间，微存储器34是在可信执行环境31中开辟的存储空间。微存储器34内可以存储有红外模板和深度模板，微处理器33可以提取微存储器34中的红外模板和深度模板以用于比对。微处理器33可用于获取目标物体的验证红外图像；判断验证红外图像是否与红外模板相匹配；若是相匹配，则获取目标物体的验证深度图像；判断验证深度图像是否与深度模板相匹配；和若是相匹配，则验证通过。

具体地，验证红外图像可以是当前用户的人脸红外图像，验证红外图像可以由红外摄像头20采集得到，在采集过程中，微处理器33可以控制红外补光灯50发出红外光以补充环境中的红外光量。采集到的验证红外图像通过移动产业处理器接口(Mobile IndustryProcessor Interface，MIPI)311传输到微处理器33中以使微处理器33获取到验证红外图像。微处理器33将验证红外图像与红外模板进行比对以判断二者是否相匹配，然后输出比对结果。由于微处理器33是在可信执行环境31中运行，因此在比对过程中，验证红外图像和红外模板均不会被其他程序获取、篡改或盗用，提高了电子设备100的信息安全性。

当微处理器33判断验证红外图像与红外模板相匹配后，可以认为用户当前输入的平面图像与录入时输入的平面图像是来源于同一用户，而由于红外模板和验证红外图像均为平面的图像，验证红外图像容易被伪造，例如用二维照片进行验证等。因此，进一步通过判断目标物体的深度图像是否与深度模板相匹配，可以更好地验证当前用户是否为录入深度模板时的用户。

微处理器33获取目标物体的验证深度图像，并与深度模板进行比对以判断二者是否相匹配，然后输出比对结果。其中验证深度图像可以是当前用户的人脸深度图像。由于微处理器33是在可信执行环境31中运行，因此在比对过程中，验证深度图像和深度模板均不会被其他程序获取、篡改或盗用，提高了电子设备100的信息安全性。

请继续参阅图1和图2，在一个实施例中，微处理器33获取目标物体的验证深度图像具体可以通过以下方式得到：控制激光投射器10向目标物体投射激光；获取由目标物体调制后的激光图案；和处理激光图案得到验证深度图像。具体地，微处理器33与激光投射器10连接，微处理器33与红外摄像头20连接，微处理器33分别控制激光投射器10向目标物体投射激光，控制红外摄像头20采集由目标物体调制的激光图案。微处理器33再通过移动产业处理器接口311获取由红外摄像头20发送的激光图案，微处理器33中可以存储有激光投射器10投射的激光的标定信息，微处理器33通过处理激光图案与该标定信息得到目标物体不同位置的深度信息并形成验证深度图像。当然，验证深度图像的具体的获取方式不限于本实施例中的通过结构光的原理获取，在其他实施例中，验证深度图像可以是通过飞行时间的原理获取，或通过双目立体视觉的原理获取。

激光投射器10投射的激光可以是红外光，激光投射到不同材质上被调制后的激光图案也会有不同，例如激光投射到人的皮肤、橡胶、木头等材质上时，激光被调制后的激光图案会有不同，因此，目标物体的材质信息也能够在验证深度图像中有所体现，只有当材质是人的皮肤时，验证深度图像才能与深度模板相匹配以通过验证。

当微处理器33判断验证深度图像与深度模板相匹配时，则验证通过，验证通过后，当前用户可以获得在电子设备100的相应操作权限。

综上，微处理器33和微存储器34均运行在可信执行环境31中，判断验证红外图像与红外模板是否相匹配，判断验证深度图像与深度模板是否相匹配，在比对是否匹配的过程中，验证红外图像、红外模板、验证深度图像和深度模板不容易被篡改和盗用，电子设备100内的信息的安全性较高。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，微处理器33还用于在判断验证红外图像与红外模板不匹配时，则验证不通过。另外，微处理器33还用于在判断验证深度图像与深度模板不匹配时，则验证不通过。

具体地，验证红外图像与红外模板不匹配时，则微处理器33验证不通过，当前用户不能获得相关权限，而可以不再需要获取验证深度图像并进行比对。当验证红外图像与红外模板相匹配，而验证深度图像与深度模板不匹配时，则微处理器33也验证不通过，当前用户不能获得相关权限。当微处理器33验证不通过后，验证装置30可以控制电子设备100的显示屏60显示“验证不通过，请再次输入”等字样，或者控制电子设备100产生预定的振动，以提示当前用户验证不通过。

接下来将结合上述内容对红外模板和深度模板的生成方式进行具体描述，可以理解，红外模板和深度模板可以是在用户进行上述验证之前就生成好的。

在某些实施方式中，微处理器33还用于获取目标物体的模板红外图像，并存入微存储器34中作为红外模板；和获取目标物体的模板深度图像，并存入微存储器34中以作为深度模板。

具体地，用户在电子设备100中输入生成红外模板的指令后，微处理器33控制红外摄像头20采集用户的模板红外图像，模板红外图像可以是用户的人脸红外图像，红外摄像头20通过移动产业处理器接口311将采集到模板红外图像传输给微处理器33，由此微处理器33获取到模板红外图像并可将其存入到微存储器34中作为红外模板。

用户在电子设备100中输入生成深度模板的指令后，微处理器33控制激光投射器10向目标物体投射激光后，还可以控制红外摄像头20采集由目标物体调制后的激光图案，微处理器33再通过移动产业处理器接口311从红外摄像头20获取该激光图案。微处理器33处理该激光图案以得到深度图像，具体地，微处理器33中可以存储有激光投射器10投射的激光的标定信息，微处理器33通过处理激光图案与该标定信息得到目标物体不同位置的深度信息并形成模板深度图像。模板深度图像可以是用户的人脸深度图像，由此微处理器33获取到模板深度图像并可将其存入到微存储器34中作为深度模板。

在某些实施方式中，在获取目标物体的模板深度图像时，微处理器33获取由目标物体调制后的多帧激光图案；并处理多帧激光图案以得到多帧初始深度图像；最后再合成多帧初始深度图像以得到模板深度图像。

具体地，作为深度模板的模板深度图像可以是由多个不同角度获取的用户人脸的初始深度图像合成得到，多个初始深度图像可以通过处理多帧激光图案得到，而多帧激光图案可以是用户的头部摆动到不同角度后获取的。例如用户可以在显示屏60的显示内容的指引下，头部分别做左摆、右摆、上摆和下摆的摆动动作，摆动过程中，激光投射器10可以持续向人脸投射激光，红外摄像头20采集多帧被调制后的激光图案，微处理器33获取该多帧激光图案并处理得到多帧初始深度图像，微处理器33再合成该多帧初始深度图像得到模板深度图像，模板深度图像包括了用户人脸的正面、左侧、右侧、下侧等角度的深度信息。如此，在用户需要进行验证时，可以获取不同的角度的用户人脸深度图像以与深度模板进行比对，而不需要要求用户严格按照某个角度对准红外摄像头20，减短用户验证的时间。

请参阅图1和图2，在某些实施方式中，验证装置30还用于获取目标物体的彩色图像，并存入非可信执行环境32中；和从非可信执行环境32中获取彩色图像，并控制显示屏60显示彩色图像。

具体地，电子设备100还包括可见光摄像头40，可见光摄像头40与验证装置30连接，具体地，可见光摄像头40可通过集成电路(CInter-Integrated Circuit,I2C)总线70、移动产业处理器接口321与验证装置30连接。验证装置30可用于使能可见光摄像头40、关闭可见光摄像头40或重置可见光摄像头40。可见光摄像头40可用于采集彩色图像，验证装置30通过移动产业处理器接口321从可见光摄像头40中获取彩色图像，并将该彩色图像存入非可信执行环境32中。非可信执行环境32中存储的数据可以由其他程序调取，在本发明实施例中，彩色图像可以被电子设备100的显示屏60获取并显示。可见光摄像头40与红外摄像头20可以同时工作，验证装置30获取彩色图像可以与微处理器33获取模板红外图像或模板深度图像同步进行，用户可以通过观察显示屏60中显示的彩色图像，调整头部的转向以便于红外摄像头20采集更准确的红外图像或激光图案。

请参阅图3，在某些实施方式中，激光投射器10包括基板组件11、镜筒12、光源13、准直元件14、衍射光学元件(diffractive optical elements，DOE)15、及保护盖16。

基板组件11包括基板111和电路板112。电路板112设置在基板111上，电路板112用于连接光源13与电子设备100的主板，电路板112可以是硬板、软板或软硬结合板。在如图4所示的实施例中，电路板112上开设有通孔1121，光源13固定在基板111上并与电路板112电连接。基板111上可以开设有散热孔1111，光源13或电路板112工作产生的热量可以由散热孔1111散出，散热孔1111内还可以填充导热胶，以进一步提高基板组件11的散热性能。

镜筒12与基板组件11固定连接，镜筒12形成有收容腔121，镜筒12包括顶壁122及自顶壁122延伸的环形的周壁124，周壁124设置在基板组件11上，顶壁122开设有与收容腔121连通的通光孔1212。周壁124可以与电路板112通过粘胶连接。

保护盖16设置在顶壁122上。保护盖16包括开设有出光通孔160的挡板162及自挡板162延伸的环形侧壁164。

光源13与准直元件14均设置在收容腔121内，衍射光学元件15安装在镜筒12上，准直元件14与衍射光学元件15依次设置在光源13的发光光路上。准直元件14对光源13发出的激光进行准直，激光穿过准直元件14后再穿过衍射光学元件15以形成激光图案。

光源13可以是垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser,VCSEL)或者边发射激光器(edge-emitting laser，EEL)，在如图3所示的实施例中，光源13为边发射激光器，具体地，光源13可以为分布反馈式激光器(Distributed FeedbackLaser，DFB)。光源13用于向收容腔112内发射激光。请结合图4，光源13整体呈柱状，光源13远离基板组件11的一个端面形成发光面131，激光从发光面131发出，发光面131朝向准直元件14。光源13固定在基板组件11上，具体地，光源13可以通过封胶17粘结在基板组件11上，例如光源13的与发光面131相背的一面粘接在基板组件11上。请结合图3和图5，光源13的侧面132也可以粘接在基板组件11上，封胶17包裹住四周的侧面132，也可以仅粘结侧面132的某一个面与基板组件11或粘结某几个面与基板组件11。此时封胶17可以为导热胶，以将光源13工作产生的热量传导至基板组件11中。

请参阅图3，衍射光学元件15承载在顶壁122上并收容在保护盖16内。衍射光学元件15的相背两侧分别与保护盖16及顶壁122抵触，挡板162包括靠近通光孔1212的抵触面1622，衍射光学元件15与抵触面1622抵触。

具体地，衍射光学元件15包括相背的衍射入射面152和衍射出射面154。衍射光学元件15承载在顶壁122上，衍射出射面154与挡板162的靠近通光孔1212的表面(抵触面1622)抵触，衍射入射面152与顶壁162抵触。通光孔1212与收容腔121对准，出光通孔160与通光孔1212对准。顶壁122、环形侧壁164及挡板162与衍射光学元件15抵触，从而防止衍射光学元件15沿出光方向从保护盖16内脱落。在某些实施方式中，保护盖16通过胶水粘贴在顶壁162上。

上述的激光投射器10的光源13采用边发射激光器，一方面边发射激光器较VCSEL阵列的温漂较小，另一方面，由于边发射激光器为单点发光结构，无需设计阵列结构，制作简单，激光投射器10的光源成本较低。

分布反馈式激光器的激光在传播时，经过光栅结构的反馈获得功率的增益。要提高分布反馈式激光器的功率，需要通过增大注入电流和/或增加分布反馈式激光器的长度，由于增大注入电流会使得分布反馈式激光器的功耗增大并且出现发热严重的问题，因此，为了保证分布反馈式激光器能够正常工作，需要增加分布反馈式激光器的长度，导致分布反馈式激光器一般呈细长条结构。当边发射激光器的发光面131朝向准直元件14时，边发射激光器呈竖直放置，由于边发射激光器呈细长条结构，边发射激光器容易出现跌落、移位或晃动等意外，因此通过设置封胶17能够将边发射激光器固定住，防止边发射激光器发生跌落、位移或晃动等意外。

请参阅图3和图6，在某些实施方式中，光源13也可以采用如图6所示的固定方式固定在基板组件11上。具体地，激光投射器10包括多个支撑块18，支撑块18可以固定在基板组件11上，多个支撑块18共同包围光源13，在安装时可以将光源13直接安装在多个支撑块18之间。在一个例子中，多个支撑块18共同夹持光源13，以进一步防止光源13发生晃动。

在某些实施方式中，保护盖16可以省略，此时衍射光学元件15可以设置在收容腔121内，衍射光学元件15的衍射出射面154可以与顶壁122相抵，激光穿过衍射光学元件15后再穿出通光孔1212。如此，衍射光学元件15不易脱落。

在某些实施方式中，基板111可以省去，光源13可以直接固定在电路板112上以减小激光投射器10的整体厚度。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种验证装置，其特征在于，所述验证装置形成有可信执行环境，所述验证装置还包括微处理器和微存储器，所述微处理器和所述微存储器均在所述可信执行环境中运行，所述微存储器存储有红外模板和深度模板，所述深度模板由多个不同角度获取的用户人脸的初始深度图像合成得到，所述微处理器用于：

获取目标物体的验证红外图像；

判断所述验证红外图像是否与所述红外模板相匹配；

若是，获取目标物体的所述多个不同角度中任一角度的验证深度图像；

判断所述任一角度的验证深度图像是否与所述深度模板相匹配；和

若是，验证通过。

2.根据权利要求1所述的验证装置，其特征在于，所述微处理器还用于：

若判断所述验证红外图像与所述红外模板不匹配，则验证不通过。

3.根据权利要求1所述的验证装置，其特征在于，所述微处理器还用于：

若判断所述验证深度图像与所述深度模板不匹配，则验证不通过。

4.根据权利要求1所述的验证装置，其特征在于，所述微处理器还用于：

控制激光投射器向目标物体投射激光；

获取由目标物体调制后的激光图案；和

处理所述激光图案得到所述验证深度图像。

5.根据权利要求1所述的验证装置，其特征在于，所述微处理器还用于：

获取目标物体的模板红外图像，并存入所述微存储器中以作为所述红外模板；和

获取目标物体的模板深度图像，并存入所述微存储器中以作为所述深度模板。

6.根据权利要求5所述的验证装置，其特征在于，所述微处理器还用于：

控制激光投射器向目标物体投射激光；

获取由目标物体调制后的激光图案；和

处理所述激光图案以得到所述模板深度图像。

7.根据权利要求6所述的验证装置，其特征在于，所述微处理器还用于：

获取由目标物体调制后的多帧激光图案；

处理多帧所述激光图案得到多帧初始深度图像；和

合成多帧所述初始深度图像以得到所述模板深度图像。

8.根据权利要求5所述的验证装置，其特征在于，所述验证装置还形成有非可信执行环境，所述验证装置还用于：

获取目标物体的彩色图像，并存入所述非可信执行环境中；和

从所述非可信执行环境中获取所述彩色图像，并控制显示屏显示所述彩色图像。

9.根据权利要求1所述的验证装置，其特征在于，所述验证深度图像通过结构光的原理获取、或通过飞行时间的原理获取、或通过双目立体视觉的原理获取。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

红外摄像头，用于采集目标物体的红外图像；

激光投射器，用于向目标物体投射激光；和

权利要求1至9任意一项所述的验证装置，所述微处理器与所述红外摄像头、所述微处理器与所述激光投射器均连接。

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