CN111310521B - 一种图像采集装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种图像采集装置及电子设备，所述图像采集装置包括：透光盖板；光源部件；传感器部件；透镜，所述透镜位于所述光源部件和传感器部件之间，所述透镜的中心轴与所述光源部件的法线形成预设角度的夹角，其中，所述光源部件的法线平行于所述光源部件的第一面指向第二面的方向；其中，所述光源部件产生的光线透过所述透光盖板后经所述待采集物体散射，散射的光线经所述透镜聚焦至所述传感器部件；所述光源部件位于所述透镜的景深之外，所述待采集物体位于所述透镜的景深之内。通过本发明提供的方案能够极大地提高图像采集装置的信噪比，实现对待采集物体的离屏检测。

Description

一种图像采集装置及电子设备
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，具体地涉及一种图像采集装置及电子设备。
背景技术
生物特征识别技术在信息安全领域发挥着越来越重要的作用，其中，指纹识别技术已成为移动互联网领域广泛应用的身份识别、设备解锁的关键技术手段之一。
在设备的屏占比越来越大的趋势下，传统的电容式指纹识别已经不能满足需求，而超声波指纹识别则存在技术成熟度和成本等方面的问题，光学指纹识别是有望成为屏下指纹识别的主流技术方案。
现有的光学指纹成像方案，主要利用几何光学成像原理实现对待采集物体的图像采集。这样的方案虽然能在一定程度上得到较清晰的图像，但是，在采集“干手指”的指纹图像时，现有的光学指纹采集方案无法得到清晰地、完整的干手指指纹图像。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何提高图像采集装置的信噪比，实现对待采集物体的离屏检测。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像采集装置，包括：透光盖板，所述透光盖板具有相对的第一面和第二面，所述透光盖板的第一面适于与待采集物体相接触；光源部件，所述光源部件具有相对的第一面和第二面，所述光源部件的第一面与所述透光盖板的第二面贴合；传感器部件，所述传感器部件位于所述光源部件的第二面下方；透镜，所述透镜位于所述光源部件和传感器部件之间，所述透镜的中心轴与所述光源部件的法线形成预设角度的夹角，其中，所述光源部件的法线平行于所述光源部件的第一面指向第二面的方向；其中，所述光源部件产生的光线透过所述透光盖板后经所述待采集物体散射，散射的光线经所述透镜聚焦至所述传感器部件。
可选的，所述光源部件位于所述透镜的景深之外，所述待采集物体位于所述透镜的景深之内。
可选的，所述待采集物体位于所述透镜的景深之内是指：所述待采集物体与所述透光盖板的第一面的距离在预设距离内的部分位于所述透镜的景深之内。
可选的，所述光源部件位于所述透镜的景深之外是指：所述光源部件到所述透镜的最大距离小于所述透镜的最小成像距离。
可选的，所述传感器部件的法线平行于所述光源部件的法线，其中，所述传感器部件的法线平行于所述传感器部件的第一面指向第二面的方向。
可选的，所述传感器部件的法线与所述透镜的中心轴形成所述预设角度的夹角，其中，所述传感器部件的法线平行于所述传感器部件的第一面指向第二面的方向。
可选的，所述传感器部件的法线平行于所述透镜的中心轴，其中，所述传感器部件的法线平行于所述传感器部件的第一面指向第二面的方向。
可选的，所述传感器部件与所述光源部件的距离根据所述透镜的焦距确定。
可选的，所述预设角度的夹角的角度范围为5至30度。
可选的，所述光源部件为显示面板。
可选的，所述显示面板选自：液晶显示屏、有源阵列式有机发光二极管显示屏以及微发光二极管显示屏。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：上述图像采集装置；处理器，所述处理器与所述图像采集装置耦合，并适于接收所述图像采集装置采集到的待采集物体的图像。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例提供一种图像采集装置，包括：透光盖板，所述透光盖板具有相对的第一面和第二面，所述透光盖板的第一面适于与待采集物体相接触；光源部件，所述光源部件具有相对的第一面和第二面，所述光源部件的第一面与所述透光盖板的第二面贴合；传感器部件，所述传感器部件位于所述光源部件的第二面下方；透镜，所述透镜位于所述光源部件和传感器部件之间，所述透镜的中心轴与所述光源部件的法线形成预设角度的夹角，其中，所述光源部件的法线平行于所述光源部件的第一面指向第二面的方向；其中，所述光源部件产生的光线透过所述透光盖板后经所述待采集物体散射，散射的光线经所述透镜聚焦至所述传感器部件。
由此，所述图像采集装置能够实现对待采集物体的离屏检测。具体地，所述透镜的中心轴与所述光源部件的法线形成预设角度的夹角，能够实现非均匀照明，较之现有均匀照明的成像方案能够将信噪比提高，使得透射光照射到未接触透光盖板的待采集物体后所成的像能够被探测，从而能够得到待采集物体未接触到透光盖板的那部分区域的图像。进一步地，通过调节光源部件、透镜之间的距离，使得光源部件本身通过透镜的成像为虚像(或不成像)，最大化降低光源部件对图像采集效果的影响。进一步地，通过调节透光盖板和透镜的距离，确保待采集物体位于所述透镜的景深之内，从而使得待采集物体通过透镜的成像为清晰的像，实现对待采集物体的图像采集。
进一步，所述传感器部件的法线与所述透镜的中心轴形成所述预设角度的夹角，其中，所述传感器部件的法线平行于所述传感器部件的第一面指向第二面的方向。由此，可以优化经透镜聚焦的光线在传感器部件上的成像质量。
附图说明
图1是现有光学指纹成像的示意图；
图2是本发明实施例的一种图像采集装置的示意图；
图3是本发明实施例的另一种图像采集装置的示意图。
具体实施方式
如背景技术所言，现有的指纹采集装置存在诸多缺陷，尤其在应对诸如干手指的指纹采集场景中，存在采集到的指纹图像清晰度低的问题。
本文中出现的“干手指”是指：如指腹处的皮肤纹路较浅的手指、干燥度较高的手指、皮脂分泌不足的手指等，采集到的指纹图像中指纹纹路浅而细，清晰度较低的手指。
例如，较之皮脂分泌正常的正常手指，皮脂分泌不足的手指的指纹纹路较硬，当手指按压到指纹采集器上时，指纹纹路(如凸纹)与指纹采集器的指纹采集屏幕的接触面积不会随着手指按压力度的变化而变化，这就导致最终采集到的指纹图像中线条又细又浅，整体成像不清晰。
现有的图像采集装置的结构可以参考图1所示，图像采集装置100从上到下依次包括：透光盖板120、光源板130、透镜140和传感器150，其中，透镜140的中轴线L1是平行于透光盖板120的法线L2设置的。光源板130发出的光线中的一部分向下照射，一部分向上照射，其中，向上照射的光线在待采集物体110未与透光盖板120接触的区域，其中一部分直接被透光盖板120反射，另一部分透射后进入空气，再被待采集物体110散射，该散射光中一小部分沿着原路从透光盖板120接触的区域重新返回进入透光盖板120；向上照射的光线在待采集物体110与透光盖板120接触的区域，其中大部分被待采集物体110散射。两种情况的光路不同，导致返回进入传感器150的光线强度不同，形成指纹图像。
本申请发明人经过分析发现，现有图像采集装置100的信噪比差，具体而言，现有这种均匀照明的成像结构，导致光源板130直接向下发射的光线会对向上传播后被透光盖板120反射和待采集物体110散射回来的光线经过透镜140的成像产生影响。本申请发明人经过分析发现，现有的所述图像采集装置100中，向上的光线中不超过4％的光线能够被反射，其中一小部分会成功通过透镜140成像到传感器150，因而透过透光盖板120被待采集物体110散射的光线由于干手指等因素就很难在传感器150形成有效指纹图像。
因而，现有的图像采集装置只能对待采集物体(如手指)接触良好，或者说，按压充分接触到图像采集装置的透光盖板的部分进行成像。这就导致现有的图像采集装置采集到的干手指的指纹图像的清晰度低，因为干手指与透光盖板的接触面积小。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像采集装置，包括：透光盖板，所述透光盖板具有相对的第一面和第二面，所述透光盖板的第一面适于与待采集物体相接触；光源部件，所述光源部件具有相对的第一面和第二面，所述光源部件的第一面与所述透光盖板的第二面贴合；传感器部件，所述传感器部件位于所述光源部件的第二面下方；透镜，所述透镜位于所述光源部件和传感器部件之间，所述透镜的中心轴与所述光源部件的法线形成预设角度的夹角，其中，所述光源部件的法线平行于所述光源部件的第一面指向第二面的方向；其中，所述光源部件产生的光线透过所述透光盖板后经所述待采集物体散射，散射的光线经所述透镜聚焦至所述传感器部件；所述光源部件位于所述透镜的景深之外，所述待采集物体位于所述透镜的景深之内。
由此，所述图像采集装置能够极大地提高图像采集装置的信噪比，实现对待采集物体的离屏检测。具体地，所述透镜的中心轴与所述光源部件的法线形成预设角度的夹角，能够实现非均匀照明，较之现有均匀照明的成像方案能够将信噪比提高，使得透射光照射到未接触透光盖板的待采集物体后所成的像能够被探测，从而能够得到待采集物体未接触到透光盖板的那部分区域的图像。进一步地，通过调节光源部件、透镜之间的距离，使得光源部件本身通过透镜的成像为虚像(或不成像)，最大化降低光源部件对图像采集效果的影响。进一步地，通过调节透光盖板和透镜的距离，确保待采集物体位于所述透镜的景深之内，从而使得待采集物体通过透镜的成像为清晰的像，实现对待采集物体的图像采集。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图2本发明实施例的一种图像采集装置的示意图。本实施例的方案可以应用于指纹采集场景。
具体地，在本实施例中，图像采集装置200可以包括：透光盖板220，所述透光盖板220可以具有相对的第一面220a和第二面220b，所述透光盖板220的第一面220a可以适于与待采集物体210相接触。
例如，所述待采集物体210可以是手指。
在一个实施例中，所述透光盖板220可以是单层结构或者多层结构，单层结构可以是玻璃盖板或者有机透光材质盖板，单层结构的透光盖板220也可以是具有其他功能的盖板，如可以是触摸屏。多层结构可以是多层玻璃盖板或者多层有机透光材质盖板或者是玻璃盖板与有机透光材质盖板的结合。
更为具体地，所述图像采集装置200还可以包括：光源部件230，所述光源部件230可以具有相对的第一面230a和第二面230b，所述光源部件230的第一面230a与所述透光盖板220的第二面220b贴合。
在一个实施例中，所述光源部件230可以是在一块板上设置有多个的光源。
在一个实施例中，所述光源部件230可以为显示面板，如液晶显示屏、有源阵列式有机发光二极管显示屏或微发光二极管显示屏。
所述光源部件230可以具有多个光源，所述光源可以是点光源、线光源、或具有其他拓扑结构的光源。
进一步地，所述图像采集装置200还可以包括：传感器部件250，所述传感器部件250可以位于所述光源部件230的第二面230b下方。
其中，下方是指：沿所述光源部件230的第一面230a指向第二面230b的方向。换言之，所述图像采集装置200从上至下依次包括：透光盖板220、光源部件230、透镜240和传感器部件250，待采集物体210从上方接触所述透光盖板220的第一面220a，所述图像采集装置200对所述待采集物体210进行图像采集。
在一个实施例中，所述传感器部件250可以用于获取光线，可以包括有多个感光单元(图未示)。
在一个实施例中，所述传感器部件250可以设置于光源部件230的下方，光线可以穿过光源部件230上光源之间的间隙进入到传感器部件250中。
进一步地，所述图像采集装置200还可以包括：透镜240，所述透镜240可以位于所述光源部件230和传感器部件250之间。
在一个实施例中，所述传感器部件250与所述光源部件230的距离可以根据所述透镜240的焦距确定。其中，所述传感器部件250与所述光源部件230的距离是指：所述传感器部件250到所述光源部件230的平均距离。
优选地，所述透镜240的焦距可以尽可能的小，由此在所述传感器部件250上的成像较小，能够降低传感器部件250的成本。
进一步地，所述光源部件230的法线L5可以平行于所述透光盖板220的法线L4，其中，所述光源部件230的法线L5平行于所述光源部件230的第一面230a指向第二面230b的方向，所述透光盖板220的法线L4平行于所述透光盖板220的第一面220a指向第二面220b的方向。换言之，所述透光盖板220和光源部件230可以平行设置。
进一步地，所述透镜240的中心轴L3与所述光源部件230的法线L5可以形成预设角度的夹角θ。由此，可以形成不均匀的照明，降低光源部件230向下照射的光线对传感器部件250的影响，提高所述图像采集装置200的信噪比。
优选地，所述预设角度的夹角θ的角度范围为5至30度。
进一步地，所述光源部件230产生的光线透过所述透光盖板220后经所述待采集物体210散射，散射的光线经所述透镜240聚焦至所述传感器部件250。由此，通过调节所述透镜240的设置角度，使得透射光照射到未接触透光盖板的待采集物体后所成的像能够被探测，并能够成像在所述传感器部件250。
进一步地，所述光源部件230位于所述透镜240的景深之外，所述待采集物体210位于所述透镜240的景深之内。
在一个实施例中，所述待采集物体210位于所述透镜的景深之内可以是指：所述待采集物体210与所述透光盖板220的第一面220a的距离在预设距离x内的部分位于所述透镜240的景深之内。由此，确保所述预设距离x内的待采集物体210均能够通过透镜240在所述传感器部件250形成清晰的像。
优选地，所述预设距离x可以为0至1毫米。
由此，采用本实施例的方案，在待采集物体210与透光盖板220相接触的区域，所述光源部件230发出的光线被所述待采集物体210散射后，在所述传感器部件250上成像。
同时，在待采集物体210与透光盖板220未接触的区域，距离所述透光盖板220的第一面220a预设距离x内的待采集物体210能够被穿透所述透光盖板220的光线照射，照射后散射的光线通过透镜240聚焦后同样在所述传感器部件250上成像。
如此，可以实现对待采集物体210的离屏检测，增大对待采集物体210的成像面积。
在一个实施例中，所述光源部件230位于所述透镜240的景深之外是指：所述光源部件230到所述透镜240的最大距离小于所述透镜240的最小成像距离。由此，可以确保所述光源部件230通过所述透镜240在传感器部件250上的成像为虚像(或不成像)，有效降低光源部件230对成像结果的影响。
在一个实施例中，所述传感器部件250的法线L6可以平行于所述光源部件230的法线L5，也即，所述传感器部件250的法线L6与所述透镜240的中心轴L3也形成所述预设角度的夹角θ，其中，所述传感器部件250的法线L6可以平行于所述传感器部件250的第一面250a指向第二面250b的方向。换言之，所述透光盖板220、光源部件230和传感器部件250可以平行设置。
在另一个实施例中，参考图3，所述传感器部件250的法线L6可以平行于所述透镜240的中心轴L3。由此，可以优化经透镜240聚焦的光线在传感器部件250上的成像质量。
本发明实施例还提供一种电子设备，可以包括上述图2或图3所述的图像采集装置200，以及处理器，所述处理器与所述图像采集装置200耦合，并适于接收所述图像采集装置200采集到的待采集物体210的图像。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种图像采集装置，其特征在于，包括：
透光盖板，所述透光盖板具有相对的第一面和第二面，所述透光盖板的第一面适于与待采集物体相接触；
光源部件，所述光源部件具有相对的第一面和第二面，所述光源部件的第一面与所述透光盖板的第二面贴合；
传感器部件，所述传感器部件位于所述光源部件的第二面下方；
透镜，所述透镜位于所述光源部件和传感器部件之间，所述透镜的中心轴与所述光源部件的法线形成预设角度的夹角；
其中，所述光源部件产生的光线透过所述透光盖板后经所述待采集物体散射，散射的光线经所述透镜聚焦至所述传感器部件；
所述光源部件位于所述透镜的景深之外；所述光源部件位于所述透镜的景深之外是指：所述光源部件到所述透镜的最大距离小于所述透镜的最小成像距离。
2.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述待采集物体位于所述透镜的景深之内。
3.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述待采集物体位于所述透镜的景深之内是指：所述待采集物体与所述透光盖板的第一面的距离在预设距离内的部分位于所述透镜的景深之内。
4.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述传感器部件的法线平行于所述光源部件的法线。
5.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述传感器部件的法线与所述透镜的中心轴形成所述预设角度的夹角。
6.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述传感器部件的法线平行于所述透镜的中心轴。
7.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述传感器部件与所述光源部件的距离根据所述透镜的焦距确定。
8.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述预设角度的夹角的角度范围为5度至30度。
9.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述光源部件为显示面板。
10.根据权利要求9所述的图像采集装置，其特征在于，所述显示面板选自：液晶显示屏、有源阵列式有机发光二极管显示屏以及微发光二极管显示屏。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
上述权利要求1至10中任一项所述的图像采集装置；
处理器，所述处理器与所述图像采集装置耦合，并适于接收所述图像采集装置采集到的待采集物体的图像。
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