CN111357013A - 生物计量成像系统和使用生物计量成像系统确定生物计量对象的特性的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种包括显示器面板的生物计量成像系统。显示器面板包括：多个显示像素，所述多个显示像素被配置成发射可见光并且能够被控制以在显示器中形成图像，以及多个不可见光发射元件，所述多个不可见光发射元件被配置成发射线性偏振不可见光；摄像装置，被配置成接收取向相对于所发射的线性偏振光进行旋转的偏振不可见光；以及控制电路系统，控制电路系统被配置成：激活多个不可见光发射元件以朝着生物计量对象发射线性偏振光；以及控制摄像装置以基于由生物计量对象反射的具有偏振的光捕获图像，所述偏振相对于所发射的线性偏振光进行旋转。

Description

生物计量成像系统和使用生物计量成像系统确定生物计量对 象的特性的方法

技术领域

本发明涉及一种包括显示器面板的生物计量成像系统，并且涉及一种使用生物计量成像系统确定生物计量对象的特性的方法。特别地，本发明涉及一种包括显示器面板的生物计量成像系统。

背景技术

为了提供增强的安全性和/或提高的用户便利性，越来越多地使用各种类型的生物计量系统。特别地，虹膜识别和面部识别正变得更普遍地用作生物计量验证和认证技术。

伴随着新型的生物计量系统，仍然需要确保成像目标属于真实的活人。因此，应当以与针对现有生物计量系统例如指纹成像系统类似的方式采用活体方法和抗欺骗方法。

确定观察到的眼睛是否属于活人的一种已知方法是观察当眼睛被可见光照亮时的瞳孔扩张和瞳孔收缩。然而，在现有的用于面部识别或虹膜识别的生物计量系统中，通常使用一个或更多个单独的光源，例如红外光发射二极管IR-LED和/或紫外光发射二极管UV-LED来照射生物计量对象例如人的面部或虹膜，并且单独的摄像装置例如红外摄像装置用于给由IR-LED光源照射的对象拍照。因此，由于在照射下的瞳孔扩张或瞳孔收缩需要可见光，因此将需要附加的光源。此外，直接对准眼睛的可见光可能会刺激眼睛。

也可以通过观察特定的和特征性的眼睛运动来确定眼睛属于活人。然而，与消费设备例如智能电话中的生物计量认证和验证系统所预期的时间相比，这种观察花费较长时间。

因此，鉴于上述方法的缺点，期望提供用于生物计量成像系统中的活体检测的改进的方法和系统。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺点和其他缺点，本发明的目的是提供一种有利于生物计量成像中的活体检测的生物计量成像系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括显示器面板的生物计量成像系统。显示器面板包括多个显示像素，所述多个显示像素被配置成发射可见光并且能够被控制以在显示器中形成图像，以及多个不可见光发射元件，所述多个不可见光发射元件被配置成发射线性偏振不可见光；摄像装置，摄像装置被配置成接收取向相对于所发射的线性偏振光进行旋转的偏振不可见光；以及控制电路系统，控制电路系统被配置成：激活多个不可见光发射元件以朝着生物计量对象发射线性偏振光；以及控制摄像装置以基于由生物计量对象反射的具有偏振的光捕获图像，所述偏振相对于所发射的线性偏振光进行旋转。

显示器面板在本上下文中被解释成意指包括已知的显示技术中所需的所有层和部件的显示器。显示器面板包括像素阵列，其中每个像素可以包括一个或更多个光发射元件。像素可以例如包括红色、绿色及蓝色光发射区域，其中根据已知的显示技术，每个光发射区域可以包括单独的光发射元件。像素的各个光发射元件或光发射区域也可以被称为子像素。

在光学生物计量成像系统中，例如在面部识别和虹膜识别系统中，在照射为用户的面部或眼睛形式的生物计量对象时，期望使用不可见光来照射生物计量对象以避免用户被可见光干扰。因此，不可见光发射元件是被配置成发射不可见光例如红外(IR)光或紫外(UV)光的光元件。

在本上下文中，生物计量对象被认为是人的眼睛。因此，所描述的系统可以用于需要活体检测的虹膜识别系统。

已知可以通过朝着眼睛发射偏振光并且通过观察反射光中的偏振的变化来识别人眼睛的某些区别特征。特别地，已知可以通过发射线性偏振光并且观察经反射的交叉偏振光即相对于所发射的光具有90°旋转的反射光来观察具体的特征。该特征是由于人眼睛的双折射特性(在眼睛中反射时旋转光的偏振)而产生的，并且可以在反射光中观察到得到的折射图案。应当注意，也可以观察到针对其他偏振旋转的特性化特征。然而，在下文中，交叉偏振即在所发射的光与所接收的光之间旋转90°将被用作示例性实施方式。

鉴于以上内容，本发明基于以下认识：在显示器面板中有利地集成所需的不可见光发射元件，不可见光发射元件发射偏振光，有利于所描述的活体检测方法，由此简化了生物计量成像系统中的活体检测。

通过激活多个不可见光发射元件以朝着人眼睛发射线性偏振光，以及控制摄像装置以基于由生物计量对象反射的具有偏振的光捕获图像，该偏振相对于所发射的线性偏振光旋转90°，可以进一步分析得到的眼睛的图像以确定眼睛是否属于真人。

根据本发明的一个实施方式，多个不可见光发射元件中的每一个可以包括第一线性偏振滤光器。由此，从不可见光发射元件发射的光随着其通过滤光器而变得偏振。所有光发射元件优选地具有提供相同的偏振的滤光器，使得所有发射的不可见光具有相同的偏振。

根据本发明的一个实施方式，摄像装置可以有利地包括相对于光发射元件的第一线性偏振滤光器具有90°旋转的第二线性偏振滤光器。由此，摄像装置仅捕获相对于已穿过第一偏振滤光器的由不可见光发射元件发射的偏振光具有垂直偏振的不可见光。

根据本发明的一个实施方式，第一偏振滤光器和/或第二偏振滤光器可以是偏振涂层。由此，可以将偏振滤光器直接施加至不可见光发射元件和/或摄像装置上，而不需要执行过滤的单独部件。

根据本发明的一个实施方式，生物计量成像系统还可以包括位于所述多个显示像素与显示器面板的盖玻璃之间的偏振层。一些类型的显示器面板例如OLED显示器通常包括偏振层以增强显示对比度并且阻挡显示器中的内部反射。由此，这种现有的偏振层可以用于使由不可见光发射元件发射的光偏振。当利用这种偏振层作为第一线性偏振滤光器时，在摄像装置中包括的第二线性偏振滤光器被配置成相对于第一线性偏振滤光器具有垂直偏振。

根据本发明的一个实施方式，在以偏振层的形式设置第一偏振滤光器的情况下，偏振层可以包括在被配置成发射不可见光的显示像素的子集的位置处的开口。由此，通过偏振层中的开口发射非偏振不可见光。非偏振不可见光可以用于常规虹膜识别成像。在以90°偏振从眼睛反射的光中产生的双折射引起的特征可能会模糊虹膜识别所需的虹膜特征。因此，通过发射非偏振光，具有所描述的偏振滤光器的相同的摄像装置也可以用于虹膜识别，原因是对于所发射的非偏振光将看不到双折射引起的特征。然而，也可以在发射仅偏振不可见光的同时使用所描述的系统来执行常规虹膜识别。也可以通过从显示器面板发射偏振不可见光和非偏振不可见光两者例如通过激活显示器面板中的所有不可见光发射元件来执行虹膜识别。

根据本发明的一个实施方式，多个显示像素的至少一个子集可以均包括不可见光发射元件。换句话说，这种显示像素包括被配置成发射可见光的光发射元件和一个或更多个被配置成发射不可见光的光发射元件两者。由此，不可见光发射元件可以无缝地集成在显示像素中并且可以通过显示器面板直接利用不可见偏振光照射生物计量对象，而不需要显示器面板的外部的附加的光源。根据例如不可见光发射元件的光发射特性，不可见光发射元件相对于显示像素的总数的密度可以根据不同应用的需求而变化。不可见光发射元件也可以在显示器面板中具有不均匀的分布。例如，可以在显示器的更可能接近生物计量对象的一部分中存在更多的不可见光发射元件。以智能电话作为示例应用，显示器面板中的不可见光发射元件的密度可以在显示器面板的上部中比在下部中高。

因此，在本发明的一个实施方式中，多个显示像素的至少一个子集的显示像素可以包括红色、绿色及蓝色光发射元件以及不可见光发射元件。还可以形成其中所有显示像素都包括不可见光发射元件的显示器面板，这例如可以简化制造和设计，原因是所有显示像素将具有相同的特性。

根据本发明的一个实施方式，多个显示像素的第一子集可以由不可见光发射元件组成，并且多个显示像素的第二子集可以包括红色、绿色及蓝色光发射元件。由此，可以形成其中仅由不可见光发射元件组成的像素可以被视为代替正常RGB显示像素的显示器面板。可以基于特定显示器面板的要求来选择这种不可见光发射像素的密度和分布。

根据本发明的一个实施方式，控制电路系统还可以被配置成基于在所捕获的图像中观察到的生物计量对象的双折射特性来确定生物计量对象是否属于真人。因此，可以实现活体检测或反欺骗。可以通过分析基于交叉偏振光的所获取的图像以确定是否产生预期的折射图案来执行活体检测。还可以将基于交叉偏振光的图像与使用非偏振光捕获的图像进行比较以确定这两个图像之间的差异是否对应于预期的折射图案。

根据本发明的一个实施方式，不可见光发射元件可以是红外光发射元件或紫外光发射元件。光发射元件可以例如是发光二极管。

还提供了一种包括根据前述权利要求中任一项所述的生物计量成像系统的电子设备。电子设备可以是智能电话、平板计算机或膝上型计算机。然而，所描述的生物计量成像系统可以同样地包括在用于生物计量验证的固定系统中，只要该系统包括显示器面板即可。

根据本发明的第二方面，提供了一种使用生物计量成像系统确定生物计量对象的特性的方法。该系统包括：显示器面板，该显示器面板包括：多个显示像素，所述多个显示像素被配置成发射可见光并且能够被控制以在显示器中形成图像，以及多个不可见光发射元件，所述多个不可见光发射元件被配置成发射线性偏振不可见光；以及摄像装置，摄像装置被配置成接收相对于所发射的线性偏振光具有一定旋转的偏振不可见光。该方法包括：激活所述多个不可见光发射元件以朝着生物计量对象发射线性偏振光；以及控制摄像装置以基于由生物计量对象反射的具有偏振的光捕获图像，所述偏振相对于所发射的线性偏振光进行旋转。

如上面讨论的，摄像装置可以有利地被配置成捕获相对于所发射的光具有90°偏振旋转的光。然而，其他偏振旋转也是可能的。

根据本发明的一个实施方式，该方法还可以包括：基于所捕获的图像来确定生物计量对象的双折射特性；以及基于生物计量对象的双折射特性来确定生物计量对象是否属于真人。

根据本发明的一个实施方式，该方法还可以包括：在所捕获的图像中识别生物计量对象的折射图案；将折射图案与一组预定折射图案进行比较；以及，如果所识别的折射图案对应于所述一组预定折射图案中的折射图案，则确定生物计量对象属于真人。

可以假定已知针对不同偏振旋转的可能的折射图案。针对90°偏振光的折射图案可以例如是同消色线，也被称为角膜同消色线。

根据本发明的一个实施方式，该方法还可以包括：基于从生物计量对象反射的所有光来捕获生物计量对象的第二图像；以及将第二图像与基于由生物计量对象反射的具有偏振的光的所捕获的图像进行比较，所述偏振相对于所发射的线性偏振光旋转90°。

根据本发明的一个实施方式，该方法还可以包括：如果在基于偏振光的图像中观察到在第二图像中未观察到的图案，则确定生物计量对象属于真人。

本发明的第二方面的附加效果和特征在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的那些效果和特征。

当研究所附权利要求书和以下描述时，本发明的进一步的特征和优点将变得明显。本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创建除了以下描述的实施方式之外的实施方式。

附图说明

现在将参照示出本发明的示例实施方式的附图更详细地描述本发明的这些方面和其他方面，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物计量成像系统；

图2示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物计量成像系统的特征；

图3示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物计量成像系统的特征；

图4A至图4B是概述根据本发明的实施方式的方法的一般步骤的流程图；

图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物计量成像系统的特征；

图6A至图6C示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物计量成像系统的特征；

图7A至图7B示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物计量成像系统的特征。

具体实施方式

在本详细描述中，参照在智能电话中包括的成像系统主要描述了根据本发明的生物计量成像系统和用于使用成像系统来确定生物计量对象的特性的方法的各种实施方式。然而，应当注意，所描述的系统和方法可应用于一系列不同的应用中。

图1示意性地示出了包括根据本发明的实施方式的生物计量成像系统的智能电话100。生物计量成像系统包括形成智能电话100的一部分的显示器面板102。显示器面板102又包括以像素阵列布置的多个显示像素104。显示像素104是根据任何已知的显示技术的常规显示像素，其中显示像素104是能够被控制以在显示器中形成可见图像。

显示器面板102还包括被配置成发射线性偏振不可见光的单独可控的多个不可见光发射元件112。不可见光发射元件112可以是红外(IR)或紫外(UV)光发射二极管。

如在图1的放大部分中所例示的，每个所示的显示像素104包括红色、绿色、及蓝色(RGB)光发射元件106、108、110以及不可见光发射元件112。在图2中示出了显示器面板102的替选配置，其中，不可见光发射元件112被布置为像素阵列中的单独的像素，每个不可见光发射元件112代替RGB像素。

不可见光发射元件112被配置成发射线性偏振不可见光，并且生物计量成像系统还包括摄像装置118，摄像装置118被配置成接收相对于所发射的线性偏振光的具有一定旋转的偏振不可见光。在此，摄像装置118被示出为布置在智能电话的有源显示区域外部中的前置摄像装置118。然而，应当注意，可以以其他配置来设置摄像装置118，例如以集成在显示器中的摄像装置的形式来设置，以达到与本文所描述的相同的效果。摄像装置118还可以被配置成感测可见光和不可见(IR和/或UV)光两者。

此外，生物计量成像系统包括被配置成控制生物计量成像系统的控制单元116。控制单元116可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另外的可编程设备。控制单元116还可以或者替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备或数字信号处理器。在控制单元116包括可编程设备例如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的情况下，处理器还可以包括控制可编程设备的操作的计算机可执行代码。

控制单元116的功能还可以被集成在用于控制智能电话100的显示器面板102或其他特征的控制单元中。

将参照示意性地示出了使用所描述的系统的生物计量成像的图3和示意性地概述了根据本发明的实施方式的方法的步骤的图4A至图4B来描述生物计量成像系统的操作原理。

控制单元116被配置成激活400多个不可见光发射元件112以朝着人眼睛300的形式的生物计量对象300发射线性偏振光，并且控制402摄像装置118以基于由生物计量对象300反射的具有偏振的光捕获402图像，所述偏振相对于所发射的线性偏振光进行旋转。

由不可见光发射元件112发射的光穿过第一线性偏振滤光器302。由此，朝着眼睛300发射具有已知偏振的线性偏振光304。光304在眼睛300中反射，并且由于眼睛300特别是角膜的双折射特性，反射光306的至少一部分将在反射之后具有不同的偏振。在图3中，反射光306被示出为旋转90°即交叉偏振，以简化说明并且避免使附图混乱。然而，实际上，反射光306可以包括具有所有偏振的光。

如由图3进一步所示的，摄像装置118设置有相对于第一偏振滤光器302旋转90°的第二线性偏振滤光器308。不严格要求第二偏振滤光器308相对于第一偏振滤光器302旋转90°。例如，在45°与135°之间的任何旋转都可以提供允许执行活体检测的结果。

因此，摄像装置118被配置成接收相对于所发射的线性偏振光304具有90°旋转的偏振不可见光306。基于由摄像装置118接收的经过滤的偏振光来捕获图像并且基于所捕获的图像来确定404生物计量对象300的双折射特性。此外，可以基于双折射特性确定406生物计量对象300是否属于真人。

图5以不同取向的角膜同消色线500、502、504、506形式示意性地示出了人眼睛的示例折射图案。用于活体检测的方法还可以包括：在所捕获的图像中识别生物计量对象300的折射图案，以及将该折射图案与一组预定折射图案例如同消色线500、502、504、506进行比较。如果所识别的折射图案对应于上述一组预定折射图案中的折射图案，则可以确定眼睛300属于真人。

还可以通过将基于交叉偏振器302、308的捕获的图像与利用不具有偏振滤光器的常规摄像装置捕获的正常图像进行比较来执行活体检测，以及确定在基于非偏振光捕获的正常图像中不明显的任何图案是否在基于偏振的经过滤的光的图像中是可见的。

图6A至图6C示意性地示出了生物计量成像系统的各种实施方式，具体描述了偏振滤光器的示例配置。在图6A中，偏振滤光器以布置在显示器面板102的像素104与盖玻璃602之间的偏振层600的形式设置。应当理解，根据所使用的显示技术，可以在不改变所描述的系统的操作原理的情况下将一个或更多个附加层定位在偏振层600的任一侧上。

图6B是图2B所示的像素配置的侧视图，其中多个显示像素的第一子集由不可见光发射元件112组成，并且其中多个显示像素104的第二子集由红色、绿色及蓝色光发射元件106、108、110组成。在图6B中，仅在包括不可见光发射元件112的像素的位置处设置了涂层604形式的偏振滤光器。还可以在不可见光发射元件112的仅选择子集上设置偏振涂层，使得显示器面板102能够发射偏振不可见光和非偏振不可见光两者。

在图6C中，偏振层602包括在被配置成发射不可见光的显示像素的子集(即如图1所示的包括RGB光发射元件106、108、110和不可见光发射元件112的像素或如图2所示的由仅不可见光发射元件112组成的像素)的位置处的开口。由此，所描述的显示器中的不可见光发射元件112可以用作虹膜识别系统或面部识别系统中的光源以照射生物计量对象。因此，也可以利用使用所描述的摄像装置118的所描述的系统实现虹膜识别。还可以提供用于捕获不可见光但没有偏振滤光器的附加摄像装置(未示出)。

图7A和图7B示意性地示出了显示器面板102的仅选择的部分702、704、706包括不可见光发射元件112的实施方式。在此，不可见光发射元件112定位在显示器面板102的在智能电话100的正常使用期间假定最接近生物计量对象300的区域中。在图7A中，显示器面板的矩形上部702包括不可见光发射元件112，并且在图7B中，两个基本上圆形部704、706被视为包括不可见光发射元件112。在正常使用情况下，两个基本上圆形部704、706可以被假定成大致对应于用户的眼睛的位置。

虽然已经参照本发明的具体示例性实施方式描述了本发明，但是许多不同的变更、修改等对于本领域技术人员将变得明显。而且，应当注意，可以以各种方式省略、互换或布置系统和方法的一部分，只要系统和方法仍能够执行本发明的设计目的即可。

另外，根据对附图、公开内容和所附权利要求书的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施方式的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载特定方案的仅有事实不表示不能有利地使用这些方案的组合。

Claims (18)

1.一种生物计量成像系统，包括：

显示器面板(102)，所述显示器面板(102)包括：多个显示像素(104)，所述多个显示像素(104)被配置成发射可见光并且能够被控制以在显示器中形成图像；以及多个不可见光发射元件(112)，所述多个不可见光发射元件(112)被配置成发射线性偏振不可见光；

摄像装置(118)，被配置成接收取向相对于所发射的线性偏振光进行旋转的偏振不可见光；以及

控制电路系统(116)，被配置成：

激活所述多个不可见光发射元件以朝着生物计量对象发射线性偏振光，所述生物计量对象是眼睛；以及

控制所述摄像装置以基于由所述生物计量对象反射的具有偏振的光捕获图像，所述偏振相对于所发射的线性偏振光进行旋转；以及

基于在所捕获的图像中观察到的所述生物计量对象的双折射特性来确定所述生物计量对象是否属于真人。

2.根据权利要求1所述的生物计量成像系统，其中，所述摄像装置被配置成接收相对于所发射的线性偏振光具有90°旋转的偏振不可见光。

3.根据权利要求1或2所述的生物计量成像系统，其中，所述多个不可见光发射元件中的每一个包括第一线性偏振滤光器。

4.根据权利要求3所述的生物计量成像系统，其中，所述摄像装置包括相对于所述第一线性偏振滤光器具有90°旋转的第二线性偏振滤光器。

5.根据权利要求3或4所述的生物计量成像系统，其中，所述第一偏振滤光器和/或所述第二偏振滤光器是偏振涂层。

6.根据前述权利要求中任一项所述的生物计量成像系统，还包括位于所述多个显示像素与所述显示器面板的盖玻璃之间的偏振层。

7.根据权利要求6所述的生物计量成像系统，其中，所述偏振层包括在被配置成发射不可见光的显示像素的子集的位置处的开口。

8.根据前述权利要求中任一项所述的生物计量成像系统，其中，所述多个显示像素的至少一个子集均包括不可见光发射元件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的生物计量成像系统，其中，所述多个显示像素的至少一个子集的显示像素包括红色、绿色及蓝色光发射元件以及不可见光发射元件。

10.根据前述权利要求中任一项所述的生物计量成像系统，其中，所述多个显示像素的第一子集由不可见光发射元件组成，并且其中，所述多个显示像素的第二子集由红色、绿色及蓝色光发射元件组成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的生物计量成像系统，其中，所述不可见光发射元件是红外光发射元件或紫外光发射元件。

12.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的生物计量成像系统的电子设备。

13.一种使用生物计量成像系统确定生物计量对象的特性的方法，所述系统包括：显示器面板(102)，所述显示器面板(102)包括：多个显示像素(104)，所述多个显示像素(104)被配置成发射可见光并且能够被控制以在显示器中形成图像；以及多个不可见光发射元件(112)，所述多个不可见光发射元件(112)被配置成发射线性偏振不可见光；以及摄像装置(118)，所述摄像装置(118)被配置成接收取向相对于所发射的线性偏振光进行旋转的偏振不可见光，所述方法包括：

激活(400)所述多个不可见光发射元件以朝着生物计量对象发射线性偏振光，所述生物计量对象是眼睛；

控制所述摄像装置以基于由所述生物计量对象反射的具有偏振的光捕获(402)图像，所述偏振相对于所发射的线性偏振光进行旋转；

基于所捕获的图像来确定(404)所述生物计量对象的双折射特性；以及

基于所述生物计量对象的所述双折射特性来确定(406)所述生物计量对象是否属于真人。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：在所捕获的图像中识别所述生物计量对象的折射图案；

将所述折射图案与一组预定折射图案进行比较；以及

如果所识别的折射图案对应于所述一组预定折射图案中的折射图案，则确定所述生物计量对象属于真人。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括识别位于所述眼睛的角膜中的折射图案。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述折射图案是同消色线。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，还包括：基于从所述生物计量对象反射的所有光来捕获所述生物计量对象的第二图像；以及

将所述第二图像与基于由所述生物计量对象反射的具有偏振的光的所捕获的图像进行比较，所述偏振相对于所发射的线性偏振光旋转90°。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：如果在基于偏振光的图像中观察到在所述第二图像中没有观察到的图案，则确定所述生物计量对象属于真人。

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