CN110741382A - 生物特征识别装置、方法和电子设备 - Google Patents

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CN110741382A CN201980002480.6A CN201980002480A CN110741382A CN 110741382 A CN110741382 A CN 110741382A CN 201980002480 A CN201980002480 A CN 201980002480A CN 110741382 A CN110741382 A CN 110741382A
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Abstract

本申请实施例提供了一种生物特征识别装置、方法和电子设备，该生物特征识别装置包括：第一光发射器、第二光发射器和图像传感器，其中，该第一光发射器用于产生第一光信号，该第一光信号用于透过该图像传感器上方的玻璃盖板，并经该玻璃盖板上的手指反射到该玻璃盖板的下方；该第二光发射器用于产生第二光信号，该第二光信号用于斜射到该手指，并经过该手指内部的皮下组织散射到该玻璃盖板的下方；该图像传感器用于根据经由该手指反射的该第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由该手指内部的皮下组织散射的该第二光信号，进行静脉识别。本申请实施例的生物特征识别装置、方法和电子设备，有利于提高生物特征识别装置的安全性和便捷性。

Description

生物特征识别装置、方法和电子设备
技术领域
本申请实施例涉及生物识别技术领域，更具体地，涉及一种生物特征识别装置、方法和电子设备。
背景技术
随着手机行业的高速发展，生物特征识别装置可以是采用光学指纹识别技术、超声波指纹识别技术和电容式指纹识别技术等的指纹识别装置，这些技术只具有单一的识别功能，安全性相对较低；生物特征识别装置还可以是手指静脉识别装置，通常体积较大，不利于应用小型化集成化。因此，已公开的生物特征识别装置已经无法满足对人们对安全性和便捷性的需求。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种生物特征识别装置、方法和电子设备，有利于提高生物特征识别装置的安全性和便捷性。
第一方面，提供了一种生物特征识别装置，包括：第一光发射器、第二光发射器和图像传感器，其中，所述第一光发射器用于产生第一光信号，所述第一光信号用于透过所述图像传感器上方的玻璃盖板，并经所述玻璃盖板上的手指反射到所述玻璃盖板的下方；所述第二光发射器用于产生第二光信号，所述第二光信号用于斜射到所述手指，并经过所述手指内部的皮下组织散射到所述玻璃盖板的下方；所述图像传感器用于根据经由所述手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
可选地，所述第一光信号为红外光信号，所述第二光信号为红外光信号。可以通过异空间的打光方式，基于受抑全反射的光学指纹识别与手指内部静脉散射光成像的原理，将光学指纹识别技术和静脉识别技术合一，可以做到高度的生物识别安全性。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器产生的所述第一光信号用于经所述手指的指腹反射至所述玻璃盖板的下方；所述第二光发射器产生的所述第二光信号用于经所述手指的指关节内的皮下组织散射至所述玻璃盖板的下方。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的下方或所述玻璃盖板的侧面，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的上方。
在一种可能的实现方式中，所述玻璃盖板为方形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的四边的位置。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的两条对边的位置，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的另外两条对边的位置。
在一种可能的实现方式中，所述玻璃盖板为圆形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器以圆环形方式设置在所述玻璃盖板的周围的位置。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器的打光区域形成的圆环形的外边缘与所述第二光发射器打光区域形成的圆环形的内边缘重叠。
在一种可能的实现方式中，所述生物特征识别装置还包括：光波导，用于将所述第一光信号导入所述玻璃盖板。
在一种可能的实现方式中，所述生物特征识别装置还包括：光学组件，设置于所述玻璃盖板和所述图像传感器之间，用于将经由所述手指反射的所述第一光信号和经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号传输至所述图像传感器。
在一种可能的实现方式中，所述光学组件包括周期性小孔阵列、微远心镜头阵列组、微距镜头或周期性光纤波导。
在一种可能的实现方式中，所述微远心镜头阵列组包括物方远心镜头阵列，或所述微远心镜头阵列组包括双远心镜头阵列和物方远心镜头阵列，所述双远心镜头阵列设置于所述物方远心镜头阵列的上方。
在一种可能的实现方式中，所述生物特征识别装置还包括：滤波片，设置于所述玻璃盖板和所述图像传感器之间，用于对经由所述手指反射的所述第一光信号和经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号进行过滤。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器和所述第二光发射器交替打光。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器和所述第二光发射器同时打光，所述图像传感器包括：第一图像传感器单元，所述第一光信号经过所述手指的指腹反射后，传输至所述第一图像传感器单元，所述第一图像传感器单元用于对经由所述指腹反射的所述第一光信号，进行指纹识别；第二图像传感器单元，所述第二光信号经过所述手指的指关节内的皮下组织散射后，传输至所述第二图像传感器单元，所述第二图像传感器单元用于对经由所述指关节内的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器在打光时的打光方式为直流打光或周期性点亮打光。
在一种可能的实现方式中，所述第二光信号的红外光波段为840nm或940nm。
在一种可能的实现方式中，所述生物特征识别装置还包括所述玻璃盖板。
第二方面，提供了一种生物特征识别方法，应用于生物特征识别装置中，所述生物特征识别装置包括：第一光发射器、第二光发射器和图像传感器，所述生物特征识别方法包括：所述第一光发射器产生第一光信号，所述第一光信号用于透过所述图像传感器上方的玻璃盖板，并经所述玻璃盖板上的手指反射到所述玻璃盖板的下方；所述第二光发射器产生第二光信号，所述第二光信号用于斜射到所述手指，并经过所述手指内部的皮下组织散射到所述玻璃盖板的下方；所述图像传感器根据经由手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
在一种可能的实现方式中，所述第一光信号用于经所述手指的指腹反射至所述玻璃盖板的下方，所述第二光信号用于经所述手指的指关节内的皮下组织散射至所述玻璃盖板的下方。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的下方或所述玻璃盖板的侧面，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的上方。
在一种可能的实现方式中，所述玻璃盖板为方形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的四边的位置。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的两条对边的位置，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的另外两条对边的位置。
在一种可能的实现方式中，所述玻璃盖板为圆形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器以圆环形的方式设置在所述玻璃盖板的周围的位置。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器的打光区域形成的圆环形的外边缘与所述第二光发射器的打光区域形成的圆环形的内边缘重叠。
在一种可能的实现方式中，所述图像传感器根据经由手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别，包括：所述图像传感器交替地根据经由所述手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
在一种可能的实现方式中，所述图像传感器包括第一图像传感器单元和第二图像单元，所述图像传感器根据经由手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别，包括：所述第一图像传感器单元在根据所述指腹反射的所述第一光信号进行指纹识别的同时，所述第二图像传感器单元根据所述指关节内的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
在一种可能的实现方式中，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器在打光时的打光方式为直流打光或周期性点亮打光。
在一种可能的实现方式中，所述第一光信号为红外光信号，所述第二光信号为红外光信号。
在一种可能的实现方式中，所述第二光信号的红外光波段为840nm或940nm。
第三方面，提供了一种电子设备，包括第一方面或第一方面中任一可能的实现方式中所述的生物特征识别装置。
在一种可能的实现方式中，所述电子设备包括：控制电路，用于控制所述第一光发射器产生所述第一光信号和所述第二光发射器产生所述第二光信号。
在实际应用中，该控制电路可以设置于该生物特征识别装置中，或者也可以设置于该生物特征识别装置所安装的电子设备中，即该控制电路的功能可以在电子设备中实现，或者也可以部分在该生物特征识别装置中实现，部分在电子设备中实现。
在一种可能的实现方式中，所述生物特征识别装置设置于所述电子设备的背面或侧面。
本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
图1是本申请实施例提供的生物特征识别装置的示意图。
图2是本申请实施例提供的生物特征识别装置的一种实现方式的示意图。
图3是本申请实施例提供的生物特征识别装置的另一种实现方式的示意图。
图4是本申请实施例的第一光发射器和第二光发射器的一种布局的示意图。
图5是本申请实施例的第一光发射器和第二光发射器的另一种布局的示意图。
图6示出了物方远心镜头的成像原理图。
图7示出了像方远心镜头的成像原理图。
图8示出了双远心镜头的成像原理图。
图9是本申请实施例提供的生物特征识别装置的另一实现方式的示意图。
图10是本申请实施例提供的生物特征识别方法的示意图。
图11是本申请实施例提供的生物特征识别装置在电子设备的安装示意图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请实施例的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
本申请实施例涉及的生物特征识别装置可应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式以及其他具有生物识别装置的移动终端或者其他终端设备。生物特征信息包括但不限于：指纹、虹膜、视网膜、基因、声音、人脸、手掌几何、静脉、步态和笔迹中的任意一项或者多项。
已公开且应用于终端设备的指纹识别装置可以采用屏下光学指纹识别技术，超声波指纹识别技术，电容式指纹识别技术等。这些技术仅仅具有单独的识别功能，安全性相对低。
手指静脉是生物体内部的信息，具有唯一性和不可复制性，且手指静脉认证采用活体认证技术所以安全性更高。目前的手指静脉识别装置，通常体积较大，不利于应用小型化集成化，不利于直接用于手机内部等场合。
因此，本申请实施例提供了一种生物特征识别装置，可以是将指纹识别和静脉识别一体的装置。本申请实施例提供的生物特征识别装置可以解决现有生物特征识别装置识别单一的问题，从而能够安全性；另外，本申请实施例的生物特征识别装置有利于应用小型化集成化，从而可以直接应用于手机等终端设备内。
应理解，本申请实施例的生物特征识别装置，还可以是将掌纹识别和掌静脉识别一体的装置。或者还可以是以上各种与其他生物识别技术相结合的装置，本申请实施例对此不作限定。
图1示出了本申请实施例提供的生物特征识别装置100的示意图。如图1所示，该生物特征识别装置100可以包括：第一光发射器110、第二光发射器120和图像传感器130，其中，
所述第一光发射器110用于产生第一光信号，所述第一光信号用于透过所述图像传感器130上方的玻璃盖板，并经所述玻璃盖板上的手指反射到所述玻璃盖板的下方；
所述第二光发射器120用于产生第二光信号，所述第二光信号用于斜射到所述手指，并经过所述手指内部的皮下组织散射到所述玻璃盖板的下方；
所述图像传感器130用于根据经由所述手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
需要说明的是，本申请实施例中的第一光发射器和第二光发射器发射的光信号可以是红外光，也可以是其他光线，例如，用于指纹识别的光信号可以是绿光等可见光。优选地，该第一光发射器产生的第一光信号为红外光信号，该第二光发生器产生的第二光信号也为红外光信号。可选地，用于指纹识别的红外光信号的光波段可以是840nm，也可以是940nm。
为了便于理解，先以红外光为例介绍一下本申请实施例中的指纹识别原理和指静脉识别原理。
1、受抑全反射原理的光学指纹识别。当近红外光在薄玻璃盖板内传播时，玻璃盖板内的光线几乎处于全反射的状态，玻璃盖板的上下方几乎不透光。当玻璃盖板上方有手指按压时，指纹的脊线会接触玻璃盖板的上表面，破坏局部区域的全反射状态，进而将光反射到玻璃盖板的下方。玻璃盖板下方放置图像传感器及其配套电子系统就可以对指纹进行成像识别。
2、指静脉识别原理。静脉识别技术，是采用了光传播技术来进行手指静脉对比和识别的一项生物识别技术，每个人的手指或者手掌内部都分布着特定排列的静脉。静脉内的血液含氧量低，其对红外光的吸收率较大，而静脉周围的生物组织的光吸收率小。由于手指静脉的形状具有唯一性和稳定性，每个人的手指静脉图像都不相同，同一个人不同的手指的静脉图像也不相同。基于此，可利用手指的静脉分布图像来进行用户身份识别。具体地，可以从手指的侧面朝指关节处打光，光在静脉以及手指的皮下组织内部传播散射，会有一部分光从垂直方向射入图像传感器上。图像传感器接收到图像后，通过图像预处理、特征增强等操作可以将静脉准确显示并进一步识别。
应理解，指静脉识别可以基于手指内部的任何皮下组织，例如，可以是手指内部的静脉，具体地可以是指腹的静脉、指关节的静脉等。
可选地，在本申请实施例中，所述第一光发射器产生的所述第一光信号用于经所述手指的指腹反射至所述玻璃盖板的下方；所述第二光发射器产生的所述第二光信号用于经所述手指的指关节内的皮下组织散射至所述玻璃盖板的下方。任何能够满足上述光路的空间布局，都可以是本申请所要保护的技术方案。例如，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的下方或所述玻璃盖板的侧面，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的上方。图2示出了第一光发射器设置于玻璃盖板的侧面，第二光发射器设置于玻璃盖板的上方。而图3则示出了第一光发射器设置于玻璃盖板的下方，第二光发射器设置于玻璃盖板的上方。如图2所示，第二光发射器设置在玻璃盖板的上方边缘，第一光发射器设置在玻璃盖板的侧面。如图3所示，第二光发射器设置在玻璃盖板的上方边缘，第一光发射器设置在玻璃盖板的下方边缘。应理解，图2和图3仅用于示意，不用于限定。例如，若玻璃盖板的尺寸与图像传感器的尺寸匹配，那么该第二光发射器可以设置在玻璃盖板的上方边缘。再例如，若玻璃盖板的尺寸远大于图像传感器(如手机后盖的大小)，则第二光发射器不位于玻璃盖板的上方边缘，而是位于玻璃盖板上方稍微靠近玻璃盖板中心的位置。
可选地，布局在玻璃盖板周围的第一光发射器和第二光发射器可以是圆形布局也可以是方形布局。在一种可能的实施例中，玻璃盖板为方形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的四边的位置。例如，第一光发射器布置在玻璃盖板的侧面四周或者是玻璃盖板下方沿玻璃盖板边缘的四周。第二光发射器布置在玻璃盖板上方沿玻璃盖板边缘的四周。其中，第一光发射器的打光区域与第二光发射器的打光区域可以完全重叠，也可以部分重叠或者不重叠。再例如，如图4所示，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的两条对边的位置，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的另外两条对边的位置。在另一种可能的实施例中，玻璃盖板为圆形，所述玻璃盖板为圆形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器以圆环形方式设置在所述玻璃盖板的周围的位置。例如，第一光发射器布置在玻璃盖板下方沿玻璃盖板边缘的周围，第二光发射器布置在玻璃盖板上方沿玻璃盖板边缘的周围。其中，第一光发射器的打光区域与第二光发射器的打光区域可以完全重叠，也可以部分重叠或者不重叠。再例如，如图5所示，所述第一光发射器的打光区域形成的圆环形的外边缘与所述第二光发射器打光区域形成的圆环形的内边缘重叠。
可选地，在一些实施例中，该第一光发射器和第二光发射器可以为能够产生红外光的发光二极管(LED)，激光二极管(LD)或光电二极管等。在另外一些实施例中，该第一光发射器和第二光发射器可以为垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，VCSEL)或其他半导体激光器等，本申请实施例对此不作限定。
可选地，在本申请实施例中，该生物特征识别装置还可以包括光波导。该光波导是引导光信号在其中传播的介质装置，又称介质光波导。例如，该光波导可以将第一光信号导入玻璃干板内，其设置位置如图2所示。该光波导还可以将第二光信号朝玻璃上方区域打光。具体地，在本申请实施例中，可以通过光波导将第一光信号导入玻璃盖板，当指纹或者指关节按压在生物识别区域上，基于受抑全反射的原理，指纹的脊线会反射部分光信号，同时将这部分光信号反射到玻璃盖板下方的图像传感器上；也可以通过光波导，将第二光信号直接朝玻璃盖板上方区域打光，这些光信号照射在手指两侧，将指关节内部静脉区域照亮。这些光信号将在手指内部散射，指关节内部静脉和静脉周围生物组织的光吸收率有差异，这个差异将以光信号传输的形式在图像传感器上成像。
可选地，在本申请实施例中，该生物特征识别装置中还包括：光学组件，设置于所述玻璃盖板和所述图像传感器之间，用于将经由所述手指反射的所述第一光信号和经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号传输至所述图像传感器。
其中，所述光学组件的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，周期性小孔阵列、微远心镜头阵列组、微距镜头或周期性光纤波导等。其中，周期性小孔阵列，可以接收几乎垂直方向的光来成像。短焦距物方远心透镜阵列也可以做超薄光学成像，这两个方案的厚度可以做到超薄。还可以使用微距镜头，这个类似于手机镜头但是其焦距更短，可以用来成像，只是厚度更厚一些。微距镜头相对于周期性小孔方案或者短焦距物方远心透镜阵列等形式的成像器件，整个模块的厚度会更加厚。
具体地，在一种实施例中，所述导光层可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔阵列，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的光信号或者经过手指内部的皮下组织散射回来的光信号，垂直入射到所述准直单元的光线可以穿过并被其下方的图像传感器接收。
在另一种实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的光信号或者经过手指内部的皮下组织散射回来的光信号汇聚到其下方的图像传感器，以使得所述图像传感器可以基于接收的光信号进行成像，从而得到所述手指的指纹图像和静脉图像。
在另一种可替代的实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，所述微透镜层具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在所述图像传感器上方，从手指反射回来的光信号或者经过手指内部的皮下组织散射回来的光信号通过所述微透镜阵列汇聚并传输到其下方的图像传感器。应当理解，上述光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用，比如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。
在其他实施例中，所述导光层或光路引导结构还可以是微距镜头或者周期性光纤波导。
可选地，在本申请实施例中，所述导光层或者光路引导结构还可以是如图2或图3所示的微远心镜头阵列组。
所谓远心镜头，实质为普通镜头与小孔成像原理的结合。其可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，不随景深变化而变化，并且无视差，将其应用于生物识别技术中，可以提高生物识别的精度。
通常，远心镜头又可以分为物方远心镜头、像方远心镜头和双远心镜头。下面结合图6至图8来说明各种远心镜头的原理。
图6示出了物方远心镜头的成像原理。如图6所示，在普通透镜的像方焦平面处放置个孔径光阑，这个孔径光阑的作用是只让平行入射的物方光线(如光线1和光线2)可以到达像平面成像，从几何关系可以看出这时像没有近大远小的关系了。也就是说，相当于物体在无穷远处。
图7示出了像方远心镜头的成像原理。如图7所示，在普通透镜的物方焦平面处放置个孔径光阑，使像方主光线(如光线1和光线2)平行于光轴，像方远心镜头的放大倍数与像距无关。
图8示出了双远心镜头的成像原理。如图8所示，双远心镜头兼于物方远心镜头和像方远心镜头的优点。由两组透镜(如透镜1和透镜2)构成，两组透镜的共焦面处装有孔径光阑，使其主光线(如光线1和光线2)在物方和像方均与光轴平行。
由于单个远心镜头进行成像，通常需要比较大的成像面，因此整个透镜组会比较厚。但是将远心镜头阵列化微型化之后，就可以对一定距离的物体成像，从而可以应用于生物识别技术中。因此，所述光学组件中的导光层或者光路引导结构可以是微远心镜头阵列组。
微远心镜头阵列组，顾名思义，可以是各种阵列化微型化的远心镜头单元的组合。例如，该微远心镜头阵列组只包括物方远心镜头阵列，如图2和图3所示，在透镜后方焦点处放置一个微小孔径光阑，让物方的光信号以平行角度进入镜头，小孔光阑处为透镜焦点，这样可以将物方的光线汇聚于焦点处，以提高图像传感器的接收效率。再例如，如图9所示，该微远心镜头阵列组可以包括双远心镜头阵列和物方远心镜头阵列，该物方远心镜头阵列可以设置在双远心镜头阵列的下方，其中，该双远心镜头阵列主要接收由人体手指反射形成的光信号或经过手指内部的皮下组织散射的光信号，并且接收的是垂直方向小角度的光信号；而该物方远心镜头阵列则用来对从该双远心镜头阵列传输下来的光信号进行准直和聚焦，而图像传感器的感应阵列则可以接收物方远心镜头阵列传输下来的光信号，并基于该光信号进行成像。
可选地，在本申请实施例中，所述生物特征识别装置还包括：
滤波片，设置于所述玻璃盖板和所述图像传感器之间，用于对经由所述手指反射的所述第一光信号和经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号进行过滤。可选地，该滤波片可以设置在图像传感器与光学组件之间。应理解，在具体实现上，该滤波片的位置并不局限在光学组件的下方，也可以是包括在光学组件内部，或者，也可以包括两层滤波片，二者分别设置在光学组件的上方和下方。甚至也可以省略掉，本申请对此不作限制。
应理解，滤波片可以用来减少不期望的背景光，以提高图像传感器对接收到的光的光学感应。例如，该滤波片可以是红外窄带滤波片。
可选地，第一光发射器和第二光发射器可以交替打光。例如，可以通过独立的电路来控制第一光发射器和第二光发射器的灯光的亮灭。此时用于指纹识别的图像传感器和用于静脉识别的图像传感器可以为同一个图像传感器。该第一光发射器的打光区域和第二光发射器的打光区域可以重叠也可以不重叠。在此情况下，指纹识别和静脉识别的顺序不作限定。
可选地，该第一光发射器和第二光发射器可以同时打光。此时用来指纹识别的图像传感器和用来静脉识别的图像传感器可以不是同一个图像传感器。例如，所述图像传感器包括：第一图像传感器单元，所述第一光信号经过所述手指的指腹反射后，传输至所述第一图像传感器单元，所述第一图像传感器单元用于对经由所述指腹反射的所述第一光信号，进行指纹识别；第二图像传感器单元，所述第二光信号经过所述手指的指关节内的皮下组织散射后，传输至所述第二图像传感器单元，所述第二图像传感器单元用于对经由所述指关节内的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。其中，该第一图像传感器单元和第二图像传感器单元可以分别是一个完整的图像传感器，或者可以分别包括一个图像传感器中的部分感应单元。也就是说，第一图像传感器单元在进行指纹识别的同时，第二图像传感器单元可以进行静脉识别。
可选地，该图像传感器可以为互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxide Semiconductor，CMOS)图像传感器，CMOS图像传感器工艺较成熟，中心敏感波长的范围通过工艺掺杂更容易实现，成本相对电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)低，驱动电路相对CCD更简单。该图像传感器也可使用其他类型的图像传感器，本申请实施例对此不作限定。
可选地，本申请实施例中的玻璃盖板可以是电子设备的玻璃盖板，也可以与生物特征识别装置封装为一起。即本申请实施例中的生物特征识别装置可以包括所述玻璃盖板。
可以通过多帧短曝光，可以快速地获取多帧图像来获取更多的图像，进而做更精准的识别。
可选地，本申请实施例所提供的生物特征识别装置还可以用于检测其他生物统计数据，例如，在指纹扫描期间还可以检测用户的心跳或心率。因此，所公开技术中的生物特征识别装置可以是一种多功能生物特征识别装置，可以提供对电子设备的安全访问，还可以提供其他生物统计数据分析，例如心跳或心率等代表活体的信息。例如，可以通过连续获取多帧的图像，从图像的数据中进一步提取心率等代表活体的信息。
下面将描述本申请提供的一个具体实施例。在图像传感器上方放置玻璃盖板，玻璃盖板下表面蒸镀有红外窄带滤波功能膜层，玻璃盖板的下方放置CMOS图像传感器。玻璃盖板与CMOS图像传感器之间有一定的空气层。玻璃盖板与CMOS图像传感器的四周或者两边或者单边设置有光波导。光波导将红色LED光导入玻璃盖板。图像传感器表面每个像素的单元表面生长有物方远心微透镜阵列。玻璃盖板的上方靠近边沿的位置放置微型红外LED阵列或者红外LED光源，作为静脉红外打光的光源。红外LED可以通过独立的电路来控制灯光的亮灭。独立的电路将图像传感器采集到的光信号传输至微控制单元(Micro ControlUnit，MCU)或者其他能够处理信息的平台。红外LED的打光方式可以是直流打光，也可以是周期性点亮打光方式。其中周期性点亮打光方式能一定程度削弱外界光的干扰。通过单独点亮玻璃盖板下方的LED，将红外光导入玻璃内部全反射，当手指按压玻璃上表面，手指的脊线部分会将玻璃内部的光反射入玻璃下方的图像传感器，图像采集指纹数据做处理识别。通过单独点亮玻璃盖板上方的红外LED，光穿透手指或者指关节，指关节内的静脉会在图像传感器上成像，采集图像做处理可以进行静脉识别。通过将指纹识别和静脉识别结果做融合可以做到高安全性的识别。可以通过多帧静脉采集图像的方法，从静脉图像中提取活体心率信号，进而可以做更高级别的生物安全识别。
因此，本申请实施例提供的生物特征识别装置，可以通过异空间异时间的打光方式，基于受抑全反射与手指内部静脉散射光成像的原理，将超薄光学指纹识别技术和静脉识别技术合一，还通过多帧拍照图像处理可提取生物活体信息，可进一步提升生物识别的安全性。将多种生物识别技术结合，可以做到高度的生物识别安全性。
以上，结合图1至图9详细说明了本申请实施例的生物特征识别装置。以下，结合图10介绍说明本申请实施例的生物特征识别方法200。
应理解，图10示出了本申请实施例的生物特征识别方法的详细的步骤或操作，但这些步骤或操作仅是示例，本申请实施例还可以执行其它操作或者图10的各种操作的变形。此外，图10中的各个步骤可以分别按照与图10所呈现的不同的顺序来执行，并且有可能并非要执行图10中的全部操作。
根据本申请实施例的生物特征识别方法可以应用于生物特征识别装置中，该生物特征识别装置为上文所述的生物特征识别装置100，该生物特征识别方法可以进行指纹识别和静脉识别。以下将结合图10说明本申请实施例的生物特征识别方法，当然，本申请实施例的生物特征识别方法也可以不限于是进行指纹识别和静脉识别，或者也可以对指纹识别和静脉识别的顺序作调整等，本申请实施例对此不作限定。
如图10所示，该方法200包括以下部分或全部内容：
S210，所述第一光发射器产生第一光信号，所述第一光信号用于透过所述图像传感器上方的玻璃盖板，并经所述玻璃盖板上的手指反射到所述玻璃盖板的下方；
S220，所述第二光发射器产生第二光信号，所述第二光信号用于斜射到所述手指，并经过所述手指内部的皮下组织散射到所述玻璃盖板的下方；
S230，所述图像传感器根据经由手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
其中，所述第一光发射器、所述第二光发射器和所述图像传感器可以是上文所述生物特征识别装置100中的第一光发射器、第二光发射器和图像传感器。具体工作过程可参考前文的相关描述，这里不再赘述。
可选地，在本申请实施例中，所述第一光信号用于经所述手指的指腹反射至所述玻璃盖板的下方，所述第二光信号用于经所述手指的指关节内的皮下组织散射至所述玻璃盖板的下方。
可选地，在本申请实施例中，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的下方或所述玻璃盖板的侧面，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的上方。
可选地，在本申请实施例中，所述玻璃盖板为方形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的四边的位置。
可选地，在本申请实施例中，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的两条对边的位置，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的另外两条对边的位置。
可选地，在本申请实施例中，所述玻璃盖板为圆形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器以圆环形的方式设置在所述玻璃盖板的周围的位置。
可选地，在本申请实施例中，所述第一光发射器的打光区域形成的圆环形的外边缘与所述第二光发射器的打光区域形成的圆环形的内边缘重叠。
可选地，在本申请实施例中，所述图像传感器根据经由手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别，包括：所述图像传感器交替地根据经由所述手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
可选地，在本申请实施例中，所述图像传感器包括第一图像传感器单元和第二图像单元，所述图像传感器根据经由手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别，包括：所述第一图像传感器单元在根据所述指腹反射的所述第一光信号进行指纹识别的同时，所述第二图像传感器单元根据所述指关节内的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
可选地，在本申请实施例中，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器在打光时的打光方式为直流打光或周期性点亮打光。
可选地，在本申请实施例中，所述第一光信号为红外光信号，所述第二光信号为红外光信号。
可选地，在本申请实施例中，所述第二光信号的红外光波段为840nm或940nm。
本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述各种实施例中所述的生物特征识别装置。
可选地，该电子设备还可以包括控制电路，用于控制生物特征识别装置中的所述第一光发射器产生所述第一光信号和生物特征识别装置中的所述第二光发射器产生所述第二光信号。例如，可以控制第一光发射器和第二光发射器交替打光。再例如，可以控制第一光发射器和/或第二光发射器的打光方式是周期性打光方式还是直流打光方式。
应理解，在实际应用中，该控制电路可以设置于该生物特征识别装置中，或者也可以设置于该生物特征识别装置所安装的电子设备中，即该控制电路的功能可以在电子设备中实现，或者也可以部分在该生物特征识别装置中实现，部分在电子设备中实现，本申请实施例对此不作限定。
可选地，生物特征识别装置可以安装到电子设备的背面或侧面。具体地，如图11所示，该生物特征识别装置可以安装于电子设备的侧面或背面等未设置按键的位置。所述电子设备还包括显示屏。例如，所述电子设备可以包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑或可穿戴设备等，本申请实施例对此不作限定。
可选地，电子设备还可以包括上述玻璃盖板。
应理解，生物特征识别装置的具体工作过程可参考前文的相关描述，这里不再赘述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及电路，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的电路、支路和单元，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的支路是示意性的，例如，该单元的划分，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一个支路，或一些特征可以忽略，或不执行。
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，本申请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(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以该权利要求的保护范围为准。

Claims (33)

1.一种生物特征识别装置，其特征在于，所述生物特征识别装置包括：第一光发射器、第二光发射器和图像传感器，其中，
所述第一光发射器用于产生第一光信号，所述第一光信号用于透过所述图像传感器上方的玻璃盖板，并经所述玻璃盖板上的手指反射到所述玻璃盖板的下方；
所述第二光发射器用于产生第二光信号，所述第二光信号用于斜射到所述手指，并经过所述手指内部的皮下组织散射到所述玻璃盖板的下方；
所述图像传感器用于根据经由所述手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
2.根据权利要求1所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述第一光发射器产生的所述第一光信号用于经所述手指的指腹反射至所述玻璃盖板的下方；所述第二光发射器产生的所述第二光信号用于经所述手指的指关节内的皮下组织散射至所述玻璃盖板的下方。
3.根据权利要求1或2所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的下方或所述玻璃盖板的侧面，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的上方。
4.根据权利要求3所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述玻璃盖板为方形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的四边的位置。
5.根据权利要求4所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的两条对边的位置，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的另外两条对边的位置。
6.根据权利要求3所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述玻璃盖板为圆形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器以圆环形方式设置在所述玻璃盖板的周围的位置。
7.根据权利要求6所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述第一光发射器的打光区域形成的圆环形的外边缘与所述第二光发射器打光区域形成的圆环形的内边缘重叠。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述生物特征识别装置还包括：
光波导，用于将所述第一光信号导入所述玻璃盖板。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述生物特征识别装置还包括：
光学组件，设置于所述玻璃盖板和所述图像传感器之间，用于将经由所述手指反射的所述第一光信号和经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号传输至所述图像传感器。
10.根据权利要求9所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述光学组件包括周期性小孔阵列、微远心镜头阵列组、微距镜头或周期性光纤波导。
11.根据权利要求10所述的生物特征识别装置，其特征在于，
所述微远心镜头阵列组包括物方远心镜头阵列，或
所述微远心镜头阵列组包括双远心镜头阵列和物方远心镜头阵列，所述双远心镜头阵列设置于所述物方远心镜头阵列的上方。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述生物特征识别装置还包括：
滤波片，设置于所述玻璃盖板和所述图像传感器之间，用于对经由所述手指反射的所述第一光信号和经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号进行过滤。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述第一光发射器和所述第二光发射器交替打光。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述第一光发射器和所述第二光发射器同时打光，所述图像传感器包括：
第一图像传感器单元，所述第一光信号经过所述手指的指腹反射后，传输至所述第一图像传感器单元，所述第一图像传感器单元用于对经由所述指腹反射的所述第一光信号，进行指纹识别；
第二图像传感器单元，所述第二光信号经过所述手指的指关节内的皮下组织散射后，传输至所述第二图像传感器单元，所述第二图像传感器单元用于对经由所述指关节内的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器在打光时的打光方式为直流打光或周期性点亮打光。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述第一光信号为红外光信号，所述第二光信号为红外光信号。
17.根据权利要求16所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述第二光信号的红外光波段为840nm或940nm。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述生物特征识别装置还包括所述玻璃盖板。
19.一种生物特征识别方法，其特征在于，应用于生物特征识别装置中，所述生物特征识别装置包括：第一光发射器、第二光发射器和图像传感器，所述生物特征识别方法包括：
所述第一光发射器产生第一光信号，所述第一光信号用于透过所述图像传感器上方的玻璃盖板，并经所述玻璃盖板上的手指反射到所述玻璃盖板的下方；
所述第二光发射器产生第二光信号，所述第二光信号用于斜射到所述手指，并经过所述手指内部的皮下组织散射到所述玻璃盖板的下方；
所述图像传感器根据经由手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
20.根据权利要求19所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述第一光信号用于经所述手指的指腹反射至所述玻璃盖板的下方，所述第二光信号用于经所述手指的指关节内的皮下组织散射至所述玻璃盖板的下方。
21.根据权利要求19或20所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的下方或所述玻璃盖板的侧面，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的上方。
22.根据权利要求21所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述玻璃盖板为方形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的四边的位置。
23.根据权利要求22所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述第一光发射器设置于所述玻璃盖板的两条对边的位置，所述第二光发射器设置于所述玻璃盖板的另外两条对边的位置。
24.根据权利要求21所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述玻璃盖板为圆形，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器以圆环形的方式设置在所述玻璃盖板的周围的位置。
25.根据权利要求24所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述第一光发射器的打光区域形成的圆环形的外边缘与所述第二光发射器的打光区域形成的圆环形的内边缘重叠。
26.根据权利要求19至25中任一项所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述图像传感器根据经由手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别，包括：
所述图像传感器交替地根据经由所述手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
27.根据权利要求19至25中任一项所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述图像传感器包括第一图像传感器单元和第二图像单元，所述图像传感器根据经由手指反射的所述第一光信号，进行指纹识别，以及根据经由所述手指内部的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别，包括：
所述第一图像传感器单元在根据所述指腹反射的所述第一光信号进行指纹识别的同时，所述第二图像传感器单元根据所述指关节内的皮下组织散射的所述第二光信号，进行静脉识别。
28.根据权利要求19至27中任一项所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述第一光发射器和/或所述第二光发射器在打光时的打光方式为直流打光或周期性点亮打光。
29.根据权利要求19至28中任一项所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述第一光信号为红外光信号，所述第二光信号为红外光信号。
30.根据权利要求29所述的生物特征识别方法，其特征在于，所述第二光信号的红外光波段为840nm或940nm。
31.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至18中任一项所述的生物特征识别装置。
32.根据权利要求31所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
控制电路，用于控制所述第一光发射器产生所述第一光信号和所述第二光发射器产生所述第二光信号。
33.根据权利要求31或32所述的电子设备，其特征在于，所述生物特征识别装置设置于所述电子设备的背面或侧面。
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