CN109657620A - 一种生物特征采集装置、方法及身份验证的系统、设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种本发明所提供的生物特征采集装置，包括显示面板、传输面板、图像传感器、显示源、第一透镜、第二透镜及分光镜；入射光信号进入所述显示面板，通过所述传输面板进入所述分光镜，经所述分光镜反射，射入所述第一透镜，经所述第一透镜对焦后，在所述图像传感器上形成清晰的图像；所述显示源发出射光信号，所述出射光信号射入所述第二透镜，经所述第二透镜对焦后，透射所述分光镜，并在所述传输面板上形成清晰的图像，通过所述传输面板，到达所述显示面板。使得本发明还能充当显示装置，丰富了生物特征采集装置的功能，拓宽了其应用场景。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的生物特征采集方法及身份验证的系统、设备。

Description

一种生物特征采集装置、方法及身份验证的系统、设备

技术领域

本发明涉及生物特征采集领域，特别是涉及一种生物特征采集装置、方法及身份验证的系统、设备。

背景技术

随着科技的发展，人们越来越认识到传统身份采集与验证在安全性和便利性上的局限，传统身份采集与验证包括证件验证和密码验证，其中证件验证需要随身携带身份验证证件，较为不便且易于伪造，安全性不高；密码验证需要记忆额外的密码，增加负担，同样较为不便，近年来，越来越多的人选择生物特征验证，生物特征验证指用受验证者自身的生物特征进行身份验证，如指纹验证、虹膜验证及面部验证等手段。

现有的生物特征采集装置大多功能单一，只有采集生物特征一个功能，比如现有技术中的光学指纹识别，利用棱镜的方式将入射光束引导至手指指纹处实现照明，再用同一个棱镜将反射光束传播至成像单元成像，功能单一、占地空间大造成了空间的浪费，同时也限制了生物特征采集装置的应用场景，如何为生物特征采集装置集成其他功能，拓宽其使用场景，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物特征采集装置、方法及身份验证的系统、设备，以解决现有技术中生物特征采集装置功能单一，使用场景狭小的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种生物特征采集装置，包括显示面板、传输面板、图像传感器、显示源、第一透镜、第二透镜及分光镜；

入射光信号进入所述显示面板，通过所述传输面板进入所述分光镜，经所述分光镜反射，射入所述第一透镜，经所述第一透镜对焦后，在所述图像传感器上形成清晰的图像；

所述显示源发出射光信号，所述出射光信号射入所述第二透镜，经所述第二透镜对焦后，透射所述分光镜，并在所述传输面板上形成清晰的图像，通过所述传输面板，到达所述显示面板。

可选地，在所述生物特征采集装置中，所述传输面板包括光纤面板及梯度折射率材料制造的面板。

可选地，在所述生物特征采集装置中，所述分光镜包括分光棱镜及分光分束镜。

可选地，在所述生物特征采集装置中，所述透镜为侧面进行过遮光处理的透镜。

可选地，在所述生物特征采集装置中，所述图像传感器包括电荷耦合元件及互补金属氧化物半导体元件。

可选地，在所述生物特征采集装置中，所述显示源包括LCD显示源、OLED显示源、DLP显示源及LCOS显示源。

本发明还提供了一种生物特征采集方法，使用上述任一种的生物特征采集装置完成生物特征采集，包括：

所述显示源发射出单色光，以照亮待检测人员的身份特征；

所述图像传感器接收经所述身份特征反射回的光束形成的图像；

所述图像传感器将所述图像转换为数字信号，获得所述待检测人员的身份信息。

可选地，在所述生物特征采集方法中，所述显示源发射单色光的持续时间的范围为0.02秒至0.04秒，包括端点值。

本发明还提供了一种身份验证系统，所述身份验证系统包括上述任一种生物特征采集装置。

本发明还提供了一种身份验证设备，所述身份验证设备包括上述任一种生物特征采集装置。

本发明所提供的生物特征采集装置，包括显示面板、传输面板、图像传感器、显示源、第一透镜、第二透镜及分光镜；入射光信号进入所述显示面板，通过所述传输面板进入所述分光镜，经所述分光镜反射，射入所述第一透镜，经所述第一透镜对焦后，在所述图像传感器上形成清晰的图像；所述显示源发出射光信号，所述出射光信号射入所述第二透镜，经所述第二透镜对焦后，透射所述分光镜，并在所述传输面板上形成清晰的图像，通过所述传输面板，到达所述显示面板。本发明通过分光镜在装置内部创造两条光路，两条光路互不影响，互相独立，一条由内到外，一条由外到内，使得本发明所提供的生物特征采集装置除了采集生物特征之外，还能充当显示装置，丰富了生物特征采集装置的功能，拓宽了生物特征采集装置的应用场景。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的生物特征采集装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明提供的生物特征采集装置的另一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明提供的生物特征采集方法的一种具体实施方式的流程示意图；

图4为本发明提供的生物特征采集装置需要满足的光路关系示意图；

图5为本发明提供的生物特征采集装置的图像传感器采集到的生物特征的图像示例；

图6为本发明提供的生物特征采集装置的显示源显示的图案示例。

具体实施方式

在开始介绍本发明前，首先介绍几种身份验证方法：

1.钥匙、身份卡识别：实现方法简单易懂。缺点是：钥匙、身份卡可能丢失，造成识别失败，且有被窃取风险。

2.密码识别：由于其功能实现较为容易、稳定性好，已经得到市场上广泛应用。但其缺点也是显而易见的，即简单的数字串密码容易被破解，而复杂的密码虽然安全性好，但不易被记住，频繁输入的情况下也增加了使用的繁琐度。同时密码有被窃取的风险。

3.光学指纹识别：利用棱镜的方式将入射光束引导至手指指纹处实现照明，再用同一个棱镜将反射光束传播至成像单元。优点是指纹属于个人特征，用户无需额外携带认证物品。该方案无法以用户界面的方式实现交互功能，且表面污渍对指纹识别影响大。

以上方案由于其安全性、便携性、可靠性的问题，以及用户交互的缺失，都不是最优方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种生物特征采集装置，其一种具体实施方式的结构示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，包括显示面板101、传输面板102、图像传感器105、显示源107、第一透镜104、第二透镜106及分光镜103；

入射光信号进入上述显示面板101，通过上述传输面板102进入上述分光镜103，经上述分光镜103反射，射入上述第一透镜104，经上述第一透镜104对焦后，在上述图像传感器105上形成清晰的图像；

上述显示源107发出射光信号，上述出射光信号射入上述第二透镜106，经上述第二透镜106对焦后，透射上述分光镜103，并在上述传输面板102上形成清晰的图像，通过上述传输面板102，到达上述显示面板101。

更进一步地，上述传输面板102包括光纤面板及梯度折射率材料制造的面板；上述传输面板102的作用是将图像信息从一端面传输至另一端面，并保持图像信息的无损传递，例如清晰度、亮度、可视角度等不受传输距离的影响，同时可以实现平面图像与曲面图像的转换，因此无论上述显示面板101本身造型是平面还是不规则面，都可以很好适应面型，将图像无损传输，除此之外，光纤面板表面硬度高，容易维护，稳定性好，使用寿命长。

更进一步地，上述分光镜103包括分光棱镜及分光分束镜；上述分光镜103是一种可以将一束光分成多束的光学装置。通常由光学玻璃镀膜而成。

更进一步地，上述上述透镜为侧面进行过遮光处理的透镜；进行过侧面遮光处理后可有效避免杂散光束影响，从而提高成像及生物特征采集质量。上述透镜的作用是对经过上述透镜的光信号进行调焦，使上述光信号能在投影面上清晰成像，因此，本发明提供的生物特征采集装置中的透镜也可以被其他其他反射或是衍射光学元件替代，只要满足上述条件即可；

需要特别注意的是，为满足上述清晰成像条件，光路需要满足如图4所示的条件，图4中L是上述分光镜103的边长，也即显示成像系统的像方视场宽度,F’是上述第二透镜106的有效焦距，H是上述显示源107表面到成像面的距离，α是上述入射光信号的光路与上述出射光信号的光路两者光轴的夹角，β是上述显示源107成像的近轴可视角。当上述显示源107放置在上述第二透镜106前F’的距离时，H位置的成像面和上述显示源107共轭，有清晰的像，并在全角度β范围内可见。由分光镜103的特性可知上述入射光信号的光路与上述出射光信号的光路所成角度α为90°；当然由于上述分光镜103的结构不同，α也可能是其他介于0°至180°之间的数值，本具体实施方式中，为了方便上述分光镜103的加工与安装，选用的是正方体分光棱镜。

更进一步地，上述图像传感器105包括电荷耦合元件及互补金属氧化物半导体元件；上述图像传感器105的作用是将入射光信号传输过来的生物特征信息进行处理，转成数字信号交给外部电路的计算机处理。针对不同的信号输入，计算机会根据内置数据库判断是否是已授权的生物特征，随后再把反馈给使用者是否通过识别，图5即为生物特征的采集示例。

更进一步地，上述显示源107包括LCD显示源107、OLED显示源107、DLP显示源107及LCOS显示源107；具体选择可以根据应用场景，如室内户外、车内车外的环境亮度来决定，上述显示源107需要显示的图案可以由外部电路的计算机生成，图6为上述显示源107显示的图案示例。

当生物特征接触生物特征采集与显示界面(即本发明中的显示面板101)时，上述显示源107会开启并以单色光照明生物特征，如实线所示光路在图像传感器105上成像，实现生物特征采集的功能。

当此装置作为显示器运作时，通过其他计算模块调制后的图像信号在显示源107上显示，并且经过图1中虚线所示的光路到达上述显示面板101并清晰成像，看起来就像是图像浮现在上述显示面板101表面一样。

本发明提供的生物特征采集装置将生物特征采集和显示功能集成在同一光路中，节约成本的同时，不仅不影响各自功能，还有相辅相成的优点。例如在生物特征接触上述显示面板101时，上述显示源107可以发射白光照亮目标生物特征，使采集过程更为快速高效；上述生物特征采集装置具备的功能可以单独工作，例如在该装置在汽车领域使用时，当汽车开启无需生物特征识别，那么此时该装置可以作为小型显示器来提醒行人或过往车辆，或是在通过高速收费口等需要支付的场景，通过显示二维码来完成快速支付，无需车主再使用手机展示二维码。

本发明所提供的生物特征采集装置，包括显示面板101、传输面板102、图像传感器105、显示源107、第一透镜104、第二透镜106及分光镜103；入射光信号进入上述显示面板101，通过上述传输面板102进入上述分光镜103，经上述分光镜103反射，射入上述第一透镜104，经上述第一透镜104对焦后，在上述图像传感器105上形成清晰的图像；上述显示源107发出射光信号，上述出射光信号射入上述第二透镜106，经上述第二透镜106对焦后，透射上述分光镜103，并在上述传输面板102上形成清晰的图像，通过上述传输面板102，到达上述显示面板101。本发明通过分光镜103在装置内部创造两条光路，两条光路互不影响，互相独立，一条由内到外，一条由外到内，使得本发明所提供的生物特征采集装置除了采集生物特征之外，还能充当显示装置，丰富了生物特征采集装置的功能，拓宽了生物特征采集装置的应用场景。

在具体实施方式一的基础上，进一步对上述显示面板101与上述显示面板101做改进，得到具体实施方式二，其结构示意图如图2所示，包括显示面板101、传输面板102、图像传感器105、显示源107、第一透镜104、第二透镜106及分光镜103；

入射光信号进入上述显示面板101，通过上述传输面板102进入上述分光镜103，经上述分光镜103反射，射入上述第一透镜104，经上述第一透镜104对焦后，在上述图像传感器105上形成清晰的图像；

上述显示源107发出射光信号，上述出射光信号射入上述第二透镜106，经上述第二透镜106对焦后，透射上述分光镜103，并在上述传输面板102上形成清晰的图像，通过上述传输面板102，到达上述显示面板101；

上述传输面板102为光纤面板；

上述生物特征采集装置包括多个显示面板101及多个传输面板102，上述多个传输面板102用于将通过上述多个显示面板101的光信号导入上述分光镜103。

本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式设置了多个光信号的输入通道与输出通道，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。

本具体实施方式利用了光的线性可叠加原理，将多种不同方向的光路的出入口集中到一起，即把上述光纤面板的一端如上述具体实施方式中一样与上述分光镜103导通，另一端却分成多股，分别连接到不同的上述显示面板101上，由此实现多个生物特征的同时录入或同一图像的多界面显示，进一步提高了生物特征信息采集的复杂性上限，使后续生物识别的准确性更高，更难以被仿造，同时也进一步扩大了上述生物特征采集的应用场景，举例说明，比如将本装置设置在门把手上，设置五个显示面板101，使使用者握住门把手准备开门时五个手指的指纹正好落在上述五个显示面板101上，完成高安全等级的身份验证。

本发明还提供了一种生物特征采集方法，上述生物特征采集方法使用上述任一种生物特征采集装置完成生物特征采集，图3为其中一种具体实施方式的流程示意图，称其为具体实施方式三，包括：

步骤S101：上述显示源107发射出单色光，以照亮待检测人员的身份特征。

步骤S102：上述图像传感器105接收经上述身份特征反射回的光束形成的图像。

步骤S103：上述图像传感器105将上述图像转换为数字信号，获得上述待检测人员的身份信息。

更进一步地，上述显示源107发射单色光的持续时间的范围为0.02秒至0.04秒，包括端点值，如0.020秒、0.030秒或0.040秒中任一个。

更进一步地，上述显示源107发射出的单色光包括可见光、红外线和紫外线。

本发明所提供的生物特征采集方法，使用上述任一种生物特征采集装置完成生物特征采集，通过上述显示源107发射出单色光，以照亮待检测人员的身份特征；上述图像传感器105接收经上述身份特征反射回的光束形成的图像；上述图像传感器105将上述图像转换为数字信号，获得上述待检测人员的身份信息。本发明通过分光镜103在装置内部创造两条光路，两条光路互不影响，互相独立，一条由内到外，一条由外到内，使得本发明所提供的生物特征采集方法除了采集生物特征之外，还能显示内部发出的影像，丰富了生物特征采集装置的功能，拓宽了生物特征采集装置的应用场景。

本发明还提供了一种身份验证系统，上述身份验证系统包括上述任一种生物特征采集装置。本发明所提供的身份验证系统，包括上述生物特征采集装置，包括显示面板101、传输面板102、图像传感器105、显示源107、第一透镜104、第二透镜106及分光镜103；入射光信号进入上述显示面板101，通过上述传输面板102进入上述分光镜103，经上述分光镜103反射，射入上述第一透镜104，经上述第一透镜104对焦后，在上述图像传感器105上形成清晰的图像；上述显示源107发出射光信号，上述出射光信号射入上述第二透镜106，经上述第二透镜106对焦后，透射上述分光镜103，并在上述传输面板102上形成清晰的图像，通过上述传输面板102，到达上述显示面板101。本发明通过分光镜103在装置内部创造两条光路，两条光路互不影响，互相独立，一条由内到外，一条由外到内，使得本发明所提供的生物特征采集装置除了采集生物特征之外，还能充当显示装置，丰富了生物特征采集装置的功能，拓宽了生物特征采集装置的应用场景。

本发明还提供了一种身份验证设备，上述身份验证设备包括上述任一种生物特征采集装置。本发明所提供的身份验证设备，包括上述生物特征采集装置，包括显示面板101、传输面板102、图像传感器105、显示源107、第一透镜104、第二透镜106及分光镜103；入射光信号进入上述显示面板101，通过上述传输面板102进入上述分光镜103，经上述分光镜103反射，射入上述第一透镜104，经上述第一透镜104对焦后，在上述图像传感器105上形成清晰的图像；上述显示源107发出射光信号，上述出射光信号射入上述第二透镜106，经上述第二透镜106对焦后，透射上述分光镜103，并在上述传输面板102上形成清晰的图像，通过上述传输面板102，到达上述显示面板101。本发明通过分光镜103在装置内部创造两条光路，两条光路互不影响，互相独立，一条由内到外，一条由外到内，使得本发明所提供的生物特征采集装置除了采集生物特征之外，还能充当显示装置，丰富了生物特征采集装置的功能，拓宽了生物特征采集装置的应用场景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的生物特征采集装置、方法及身份验证的系统、设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种生物特征采集装置，其特征在于，包括显示面板、传输面板、图像传感器、显示源、第一透镜、第二透镜及分光镜；

入射光信号进入所述显示面板，通过所述传输面板进入所述分光镜，经所述分光镜反射，射入所述第一透镜，经所述第一透镜对焦后，在所述图像传感器上形成清晰的图像；

所述显示源发出射光信号，所述出射光信号射入所述第二透镜，经所述第二透镜对焦后，透射所述分光镜，并在所述传输面板上形成清晰的图像，通过所述传输面板，到达所述显示面板。

2.如权利要求1所述的生物特征采集装置，其特征在于，所述传输面板包括光纤面板及梯度折射率材料制造的面板。

3.如权利要求1所述的生物特征采集装置，其特征在于，所述分光镜包括分光棱镜及分光分束镜。

4.如权利要求3所述的生物特征采集装置，其特征在于，所述透镜为侧面进行过遮光处理的透镜。

5.如权利要求1所述的生物特征采集装置，其特征在于，所述图像传感器包括电荷耦合元件及互补金属氧化物半导体元件。

6.如权利要求1所述的生物特征采集装置，其特征在于，所述显示源包括LCD显示源、OLED显示源、DLP显示源及LCOS显示源。

7.一种生物特征采集方法，其特征在于，使用如权利要求1至6任一项所述的生物特征采集装置完成生物特征采集，包括：

所述显示源发射出单色光，以照亮待检测人员的身份特征；

所述图像传感器接收经所述身份特征反射回的光束形成的图像；

所述图像传感器将所述图像转换为数字信号，获得所述待检测人员的身份信息。

8.如权利要求7所述的生物特征采集方法，其特征在于，所述显示源发射单色光的持续时间的范围为0.02秒至0.04秒，包括端点值。

9.一种身份验证系统，其特征在于，所述身份验证系统包括如权利要求1至6任一项所述的生物特征采集装置。

10.一种身份验证设备，其特征在于，所述身份验证设备包括如权利要求1至6任一项所述的生物特征采集装置。