CN113723154A - 一种活体指纹识别装置、智能门锁及活体指纹识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活体指纹识别装置、智能门锁以及活体指纹识别方法，活体指纹识别装置包括：生物检测模块，用于检测被检体的生物特征信息；活体判断模块，用于将检测到的被检体的生物特征信息与第一预设生物信息进行比较，以判断被检体是否为活体，若生物特征信息在第一预设生物信息范围内，则被检体为活体；指纹检测模块，用于检测被检体的指纹信息；指纹验证模块，用于将检测到的被检体的指纹信息与注册指纹信息进行比较，注册指纹信息是由用户预先注册的。在本装置中，只有当同时满足被检体为活体且检测的指纹信息与注册指纹信息一致这两个条件时，验证才能通过，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高了装置的安全性。

Description

一种活体指纹识别装置、智能门锁及活体指纹识别方法

技术领域

本发明涉及指纹识别技术领域，特别涉及一种活体指纹识别装置、智能门锁及活体指纹识别方法。

背景技术

随着信息技术和电子技术的发展，电子设备(平板、手机、智能门锁等)已经与人们的生活密不可分，随之而来电子设备的安全问题也备受关注。目前，通常用指纹作为信息特征进行设备的解锁，即利用指纹识别系统对设备进行安全管理。但是指纹解锁存在一个很大的漏洞，即通过提取残留指纹，再利用明胶、硅胶或者橡胶等材料制作成的与提取的指纹纹路一致的指纹套，将指纹套戴在手指上或者假手指上，即可骗过指纹识别系统，这样，对指纹识别系统构成了极大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中指纹识别系统无法识别假指纹，安全性较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种活体指纹识别装置，包括：生物检测模块，用于检测被检体的生物特征信息；活体判断模块，用于将检测到的被检体的生物特征信息与第一预设生物信息进行比较，以判断被检体是否为活体，若生物特征信息在第一预设生物信息范围内，则被检体为活体；指纹检测模块，用于检测被检体的指纹信息；指纹验证模块，用于将检测到的被检体的指纹信息与注册指纹信息进行比较，注册指纹信息由用户预先注册在活体指纹识别装置中；其中，若被检体为活体且指纹信息与注册指纹信息一致，则验证通过。

采用上述技术方案，将活体指纹识别装置，采用生物检测模块、活体判断模块、指纹检测模块以及指纹验证模块结合设置在指纹识别装置中，当同时满足被检体为活体且检测的指纹信息与注册指纹信息一致这两个条件时，验证才能通过，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高了指纹识别装置的安全性。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：健康检测模块，用于在活体判断模块判断被检体是否为活体之后，当被检体为活体时，将检测到生物特征信息与第二预设生物信息进行比较，以判断被检体的健康状态；第一预设生物信息范围包含第二预设生物信息范围；其中，若生物特征信息不在第二预设生物信息范围内，则被检体处于不健康状态。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：报警模块，用于在健康检测模块判断被检体的将康状态之后，当被检体处于不健康状态时进行报警。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，生物检测模块具体为介电常数检测模块，用于检测被检体的介电常数信息。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，介电常数检测模块包括：检测电极，用于检测被检体的电容；施密特振荡单元，用于将检测到的被检体的电容转换为频率信号，输出频率信号；鉴频器，用于接收频率信号，将频率信号转换为电压信号，输出电压信号；低通滤波单元，用于接收电压信号并处理后输出；模拟数字转换单元，用于接收经过低通滤波单元输出的处理后的电压信号，将处理后的电压信号转换为数字信号，并将数字信号输出至活体判断模块。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，施密特振荡单元包括：第一电阻、第一电容以及第一施密特触发器；其中，第一电容的第一端与检测电极相连，用于接收被检体的电容，第一电容的第二端与接地端相连；第一施密特触发器的输入端分别与第一电阻的第一端以及第一电容的第一端相连，第一施密特触发器的输出端与鉴频器相连，用于输出频率信号；第一电阻的第二端与第一施密特触发器的输出端相连。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，施密特振荡单元还包括：第二施密特触发器；第二施密特触发器的输入端与第一施密特触发器的输出端相连，第二施密特触发器的输出端与鉴频器相连。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：数字滤波单元，与模拟数字转换单元相连。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，低通滤波单元具体包括：第二电阻和第二电容；其中，第二电阻的第一端与鉴频器的输出端相连，用于接收电压信号；第二电阻的第二端和第二电容的第一端均与模拟数字转换单元相连，用于输出处理后的电压信号；第二电容的第二端与接地端相连。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，第一预设生物信息为预先设置的与人体介电常数相关的第一频率范围，活体判断模块用于将检测到的被检体的介电常数信息与第一频率范围进行比较，以判断被检体是否为活体；若介电常数信息在第一频率范围内，则被检体为活体。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：激活模块，用于在活体判断模块判断被检体是否为活体之后，在指纹检测模块检测被检体的指纹信息之前，且当被检体为活体时，激活指纹检测模块以检测被检体的指纹信息。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：接触检测模块，用于在生物检测模块检测被检体的生物特征信息之前，检测被检体的触摸，当检测到被检体触摸时，激活生物检测模块以检测被检体的生物特征信息。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：存储模块，用于在生物检测模块检测被检体的生物特征信息之前，存储注册指纹信息，和/或，第一预设生物信息。

相应地，本发明实施例还提供了一种智能门锁，包括上述任一实施例提供的活体指纹识别装置。

相应地地，本发明实施例还提供一种活体指纹识别方法，包括：生物检测步骤，检测被检体的生物特征信息；活体判断步骤，将检测到的被检体的生物特征信息与第一预设生物信息进行比较，以判断被检体是否为活体，若生物特征信息在第一预设生物信息范围内，则被检体为活体；指纹检测步骤，检测被检体的指纹信息；指纹验证步骤，将检测到的被检体的指纹信息与注册指纹信息进行比较，注册指纹信息由用户预先注册；其中，若被检体为活体且指纹信息与注册指纹信息一致，则验证通过。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别方法中，在活体判断步骤之后，还包括：健康检测步骤，当被检体为活体时，将检测到的生物特征信息与第二预设生物信息进行比较，以判断被检体的健康状态；第一预设生物信息范围包含第二预设生物信息范围；其中，若生物特征信息不在第二预设生物信息范围内，则被检体处于不健康状态。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别方法中，在健康检测模块之后，还包括：报警步骤，当被检体处于不健康状态时进行报警。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别方法中，生物检测步骤具体为人体介电常数检测步骤，用于检测被检体的介电常数信息。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别方法中，在活体判断步骤之后，在指纹检测步骤之前，还包括：激活步骤，当被检体为活体时，执行指纹检测步骤。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别方法中，在生物检测步骤之前，还包括：接触检测步骤，检测被检体的触摸；当检测到被检体触摸时，执行生物检测步骤。

可选地，在本发明实施例提供的活体指纹识别方法中，在生物检测步骤之前，还包括：存储步骤，存储注册指纹信息，和/或，第一预设生物信息。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

通过将生物检测模块、活体判断模块、指纹检测模块以及指纹验证模块结合设置在指纹识别装置中，利用活体判断模块判断被检体是否为活体以及利用指纹验证模块判断被检体的指纹信息是否能与注册指纹信息相匹配；只有在同时满足被检体为活体且检测的指纹信息与注册指纹信息一致这两个条件时，验证才能通过，这样能够降低指纹识别装置被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高了指纹识别装置的安全性。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式提供的活体指纹识别装置的结构示意图一；

图2是本发明一具体实施方式提供的活体指纹识别装置的结构示意图二；

图3是本发明一具体实施方式提供的活体指纹识别装置中介电常数检测模块的具体结构示意图之一；

图4是本发明一具体实施方式提供的活体指纹识别装置中介电常数检测模块的具体结构示意图之二；

图5是本发明一具体实施方式提供的活体指纹识别方法的流程图；

图6是本发明一具体实施方式提供的经过第一施密特触发器和第二施密特触发器前后信号的波形对比图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“该”等词语也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。取决于语境，如在此所使用的词语“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

目前，在活体指纹识别装置中，一般利用心电检测或者光电心率检测技术来判断被检体是否活体，但是利用光电检测模块检测人体的心率，其电路结构复杂，检索过程繁冗；心电检测虽然相对光电检测电路简单，但是仍存在电路复杂，检测反应时间长等问题，不能达到快速识别活体的效果，并且使得活体指纹识别装置的尺寸无法进一步缩小。

参考图1，根据本发明的具体实施方式的一种活体指纹识别装置，包括：生物检测模块1、活体判断模块2、指纹检测模块3和指纹识别模块4。

生物检测模块1用于检测被检体的生物特征信息，活体判断模块2用于将检测到的被检体的生物特征信息与第一预设生物信息进行比较，以判断被检体是否为活体；其中，若生物特征信息在第一预设生物信息范围内，则被检体为活体。

这里所说的生物特征信息既可以是心率参数，也可以是心电参数，还可以是生物体的介电常数以及与生物体介电常数相关的频率信息等参数，只要是能够表征生物体特性的参数即可，在此不作限制。相应的，上面所说的预设生物信息自然既可以是人体的心率参数范围，也可以是人体的心电参数范围，还可以是人体的介电常数参数以及与人体介电常数相关的频率的范围等等，只要是能够表征人体的参数即可，在此不作限定。同样的，这里的生物检测模块1既可以是光电心率检测模块，也可以是心电检测模块，还可以是介电常数检测模块，在此也不作限定。

值得注意的是，由于每个人的体质差异，其生物特征信息不能完全相同，会有一定的波动范围，即人体的生物特征信息不是某个确定的数值，而是具有一定的范围。换句话说就是，在该范围内的可以判断为人体(活体)。

指纹检测模块3用于检测被检体的指纹信息，这里的指纹检测技术是现有技术中的成熟技术，在此不做赘述。指纹验证模块4用于将检测到的被检体的指纹信息与注册指纹信息进行比较，其中，注册指纹信息由用户预先注册在活体指纹识别装置中。若被检体为活体且指纹信息与注册指纹信息一致，则验证通过。

需要注意的是，这里指的验证通过，具体是在活体判断模块2根据检测到的生物特征信息与预设生物信息进行比较以及指纹验证模块4根据检测到的指纹信息与注册指纹信息进行比较的基础上，进行判断验证是否通过的，即只有同时满足被检体为活体且检测的指纹信息与注册指纹信息一致这两个条件，验证才能通过；只满足其中一个条件时，验证是不能通过的。

本发明采用活体判断模块与指纹验证模块相结合，当同时满足被检体为活体且检测的指纹信息与注册指纹信息一致这两个条件时，验证才能通过，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高了指纹识别装置的安全性。

本发明提供的活体指纹识别装置可以被用于电子设备(如平板、手机等)、门禁系统以及其他一些需要验证用户身份的设备系统中，在此不做限定。

如图2所示，作为本发明的一个优选实施方式，指纹识别装置还可以包括：健康检测模块5，在活体判断模块2判断被检体是否为活体之后，若被检体为活体，健康检测模块5将检测到的被检体的生物特征信息与第二预设生物信息进行比较，以判断被检体的健康状态；其中，若生物特征信息不在第二预设生物信息范围内，则被检体处于不健康状态；其中，第一预设生物信息范围包含第二预设生物信息范围。具体地，第一预设生物信息和第二预设生物信息可以被设置在活体判断模块中，也可以被单独设置在其他的存储模块中，需要使用时，再从存储模块中进行调取。在此，对预设生物信息的存储位置不作限定。

即，当装置识别出被检体为活体时，还能够根据该被检体的生物特征信息判断其健康状态并给出反馈，便于用户及时了解自身的身体状态。需要注意的是，如果活体判断模块2判断被检体不是活体，那么就无须利用健康检测模块5对被检体进行健康诊断，以节省装置用电量。

具体地，由于人体的身体健康状况不同，其生物特征信息的范围亦不同，因此如本方案中所说的，虽然被检体的生物特征信息在第一预设生物信息范围内，即被检体虽然是活体，但是其不一定健康，需要利用第二预设生物信息进行判断健康状态。此时，如果被检体的生物特征信息在第二预设范围内，则被检体处于健康状态；如果被检体的生物特征信息不在第二预设生物信息范围内，那么被检体就处于不健康状态，当然这里的被检体是对于活体(也就是人)来说的。若不被检体不是活体，就不需要讨论健康与否了。如上所说，这里的第二预设生物信息范围可以为人体心率参数范围、人体心电参数范围、人体的介电常数范围以及与人体介电常数相关的频率的范围等，该第二预设生物信息被预先设置在装置中。

作为本发明的一个优选实施方式，活体指纹识别装置还可以包括：报警模块6，在健康检测模块判断被检体的将康状态之后，当被检体处于不健康状态时，报警模块6进行报警。优选的，当被检体的生物特征信息低于第一阈值，报警模块进行第一报警；若生物特征信息高于第二阈值，报警模块进行第二报警。这里的第一阈值和第二阈值分别为第二预设生物信息范围的下限和上限。

即，如果报警模块不被触发，则表明被检体的健康状态正常，只有当健康状态异常(即被检体处于不健康状态时)，报警模块才会被触发。其中，报警又可以分为两种形式：第一报警和第二报警，且第一报警与第二报警不同。具体地，第一报警和第二报警可以是语音报警(两种报警的语音内容不同)，也可以是不同的灯光闪烁报警(例如，第一报警用红灯闪烁进行报警，而第二报警则用绿灯闪烁进行报警)，只要是可以区分出不同的报警信号即可，在此不作限定。另外，报警模块可以直接与健康检测模块相连，也可以不与健康检测模块相连，而是与控制器相连，当健康检测模块检测到被检体处于不健康状态时，通过控制器控制报警模块进行报警。

如上所说，生物检测模块1可以是光电心率检测模块、心电检测模块或者介电常数检测模块等，优选的，在本发明的一个实施方式中，生物检测模块1可以为介电常数检测模块10，用于检测被检体的介电常数信息；相应的，预设生物信息为预先设置的与人体介电常数相关的第一范围，活体判断模块2将检测到的被检体的介电常数信息与第一范围进行比较，以判断被检体是否为活体；若介电常数信息在第一范围内，则被检体为活体。具体地，预设生物信息可以被设置在活体判断模块中，也可以被单独设置在其他的存储模块中，需要使用时，再从存储模块中进行调取。在此，对预设生物信息的存储位置不作限定。

由于不同物体有不同的介电常数，因此通过检测被检体的介电常数是否为接近人体介电常数的方法可以确定被检体是否为人体。并且人体介电常数探测活体与传统光电血氧探测活体以及心电探测活体相比，电路设计更简便，算法更精简，因而成本更低；并且介电常数的检测电路的灵敏度高，反应时间短。通常情况下，心电检测需要多秒的时间才能够产生反应，而介电常数检测只需要1至2秒，即可出结果，因而其检测更快速。

并且人体的介电常数受人体内水分含量的影响(水的介电常数大于人体的介电常数)，通常情况下，人体中水的含量大概占70％左右，当人体水分越低时，人体的介电常数也会越小。并且人体水分含量多少可以间接反映人体的健康状态。因此，可以利用检测人体的介电常数来判断人体是否处于缺水状态，以辅助判断人体的健康状况。

作为本发明的一个优选实施方式，参考图3，介电常数检测模块10可以包括检测电极11、施密特振荡单元12、鉴频器13、低通滤波单元14以及模拟数字转换单元15；其中，检测电极11用于检测被检体的电容；施密特振荡单元12接收该检测到的电容并将其转换为频率信号输出至鉴频器13，鉴频器13将该频率信号转换为电压信号输出至低通滤波单元14，低通滤波单元14接收该电压信号并处理后输出(其中处理的主要是去除电压信号中的噪声电压信号，并且噪声电压信号主要是指频率为50Hz的市电信号)，然后模拟数字转换单元15接收经过低通滤波单元14输出的处理后的电压信号并将该处理后的电压信号转换为数字信号输出至活体指纹识别装置中的活体判断模块2，该数字信号即为包含介电常数信息的信号。

由于模拟数字转换单元15输出的数字信号中包括了因仪器影响而产生的噪声信号，导致信号受到干扰，需要将噪声信号去掉，以消除仪器对于计算介电常数的影响。因此，参考图3，作为本发明的一个优选方式，该介电常数检测模块10还包括数字滤波单元16，与模拟数字转换单元15相连，即数字滤波单元16连接于模拟数字转换模块15和活体判断模块2之间，用于接收模拟数字装换单元15输出的数字信号并对其进行去噪处理后输出至活体判断模块2。

由于前置电子设备可能会在信号采集和处理过程中，其设备本身也会产生仪器噪声，因此这里的数字滤波单元16能够消除仪器噪声干扰。

优选的，模拟数字转换单元15可以为模拟数字转换器(Analog-to-digitalconverter，ADC)，其可以将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号。数字滤波单元16可以为数字滤波器(Digitalfilter)，数字滤波器可以按照程序计算信号，达到滤波的目的，即通过对数字滤波器的存储器编写程序，就可以实现各种滤波功能。对数字滤波器来说，增加功能就是增加程序，不用增加元件，不受元件误差的影响；对低频信号的处理也不用增加芯片的体积。因此用数字滤波方法可以摆脱模拟滤波器被元件限制的困扰，具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。

在具体实施时模拟数字转换单元15、数字滤波单元16以及活体判断模块2可以集成在单片机中。即，结合人体介电常数反馈出来的电容特性，通过施密特触发器构建一个施密特振荡电路，不同物体接触到检测电极，则振荡频率也不相同，而后鉴频器将频率信号转为电压信号，单片机通过数据计算与匹配，确定接触物是否是人体，进而给出判定结果。

优选的，生物检测模块1可以设置在指纹检测模块3附近，检测电极11设置在用于采集手指指纹信息的指纹检测模块3的下方，使得当被检体的手指触摸到指纹检测模块3时，手掌可以触摸到生物检测模块1中的检测电极11，从而使得检测电极11可以获取被检体的介电常数信息。

如图4所示，作为本发明的一个优选方式，施密特振荡单元12包括第一电阻R1、第一电容C1以及第一施密特触发器D1；其中，第一电容C1的第一端与检测电极11相连，用于接收被检体的电容，即被检体的电容通过检测电极11被耦合到第一电容C1上；第一电容C1的第二端与接地端相连。第一施密特触发器D1的输入端分别与第一电阻R1的第一端以及第一电容C1的第一端相连，第一施密特触发器D1的输出端与鉴频器13相连，用于输出频率信号至鉴频器13。第一电阻R1的第二端与第一施密特触发器D1的输出端相连。

由于第一施密特触发器D1输出的信号很可能存在边缘模糊，不能呈现规则方波的形式，需要对其进行再次加固稳定，因此，作为本发明的一个优选实施方式，施密特振荡单元12还包括第二施密特触发器D2，第二施密特触发器D2的输入端与第一施密特触发器D1的输出端相连，第二施密特触发器D2的输出端与鉴频器13相连，即第二施密特触发器D2连接于第一施密特触发器D1与鉴频器13之间。

具体地，检测电极11可以为触摸面板，当被检体接触触摸面板时，人体电容被耦合到第一电容C1，当第一施密特触发器D1接通电源的瞬间，第一电容C1上的电压为0，即第一施密特触发器D1输入端为低电平信号，根据施密特触发器能够翻转高低电平信号的特征，此时，第一施密特触发器D1的输出端输出高电平信号，此高电平信号通过第一电阻R1对第一电容C1进行充电，使得第一电容C1上的电压升高，当第一电容C1的电压升高至第一施密特触发器D1的第一翻转阈值电压时，第一施密特触发器D1的输出端输出低电平信号，此时第一电容C1上的电压高于第一施密特触发器D1的输出端的电压，因而第一电容C1通过第一电阻R11开始放电，直至第一电容C1上的电压降低至第一施密特触发器D1的第一翻转阈值电压时，电路输出再次翻转，第一施密特触发器D1输出高电平信号，如此周而复始形成振荡，其波形如图6中VD1所示。第一施密特触发器D1输出的信号再次经过第二施密特触发器D2翻转输出，其波形如图6中VD2所示，当D1输出高电平信号时，经过D2翻转(即反相)输出为低电平信号，当D1输出低电平信号时，经过D2翻转输出为高电平信号。另外，图6中的VC1代表第一电容上的电压。需要注意的是，此处第二施密特触发器的作用相当于反相器，其设置的目的是为了巩固输出信号的幅度，对输出信号进行二次加固，稳定方波的输出，另外，第二施密特触发器并不改变信号的频率。

具体地，施密特触发器D1的输出信号频率为

当检测电极11将被检体的电容耦合到第一电容C1时，第一电容的电容值发生变化，因而使得施密特触发器D1输出信号的频率也相应变化，因此可以根据输出信号的频率来区分被检体的电容，因为人体的介电常数与人体微电容存在一定的对应关系，因此利用电容与介电常数的关系以及其他是一些相应计算可以相对得到与被检体介电常数有关的信息。另外由于第一施密特触发器D1输出的信号很可能存在边缘模糊，不能呈现规则方波的形式，因此，本装置通过将第一施密特触发器D1输出的信号经过第二施密特触发器D2对该频率信号进行稳定加固，而后在将稳固后的频率信号输出至鉴频器13进行后续处理。具体地，第一电阻的电阻值和第一电容的电容值与检测电极的接触面积相关，可以根据实际情况进行设定，在此不作限制。

继续参考图4，作为本发明的一个优选方式，低通滤波单元14具体包括：第二电阻R2和第二电容C2；其中，第二电阻R2的第一端与鉴频器13的输出端相连，用于接收鉴频器13输出的电压信号；第二电阻R2的第二端分别与第二电容C1的第一端及模拟数字转换单元15相连，用于将处理后的电压信号输出至模拟数字转换单元15；第二电容C2的第二端与接地端相连。

具体地，在检测装置中设置低通滤波器，即RC滤波器，其截至频率可以为50Hz，即只允许频率低于50Hz的信号通过，其目的是为了消除高频电磁波、工频信号等噪声信号的影响，使输出的电压信号更纯净。随着电子产品日益生活化，各种频段的无线电广播、电视发射台、通讯设备、雷达等的工作使空中的电磁波大量增加。这些高频电磁干扰也可通过测量系统与人体连接的导线引入，可能引起测量结果的不稳定，严重时会使测量系统不能工作。这导致各种场合下电磁干扰越来越严重，所以心电信号在采集过程中不仅有50Hz的工频干扰和低频、直流分量的干扰，还有高于人体正常心电高频部分的频率的高频谐波的严重干扰，例如高于100Hz的高频谐波。此外，信号处理所采用的电子设备本身也会产生仪器噪声，这类干扰一般具有较高的频率特性。因此有必要利用RC滤波器进行低通滤波。

本发明中的指纹识别装置，检测电极11将被检体的电容输出至施密特振荡单元12，从而使施密特振荡单元12的输出相应的频率信号，而后鉴频器13将该频率信号转化为电压信号输出至低通滤波单元14，经过低通滤波单元14滤除频率高于50Hz的干扰信号后，该信号被送入到模拟数字转换单元15进行数据采集，数据采集完成后再被输送至数字滤波单元16去噪以去除仪器干扰，然后该去噪后的数字信号输出到活体判断模块2，进行数据处理与数据匹配对比，从而确定该被检体是否为人体。这样通过施密特振荡单元12将被检体的电容转为较为容易分辨的具有一定频率的方波信号，再利用鉴频器将该信号转换为与频率相关的电压信号，在经过之后的模拟数字转换即数据处理，实现了快速方便的辨别被检体的微电容(即介电常数)的效果。因而该电路的检测时间更短，检测更迅速。

需要注意的是，这里所说的数据处理与数据匹配，其实并不是将介电常数检测模块10输出的数字信号通过一些列的算法转化为真正的介电常数，而是将数字信号转化为频率数值，具体的，因为检测电极11检测到被检体的电容，经过施密特震荡单元12以及鉴频器13和模拟数字转换单元15后，被检体的电容值已经被转化为数字信号，在后续的数据处理中，只需要将活体(人体)的介电常数数值经过相应的算法转换为频率数据，即可与数字信号进行比对，相比于再将介电常数检测模块输出的数据信号经过控制器根据繁琐复杂的算法计算得到介电常数而言，再利用该介电常数与活体的介电常数比较而言，此种直接将活体介电常数数值相应的频率存储入控制器，再直接利用被检体的数字信号与该频率进行比对的方法更为简单。

以上只是举例说明本发明实施例提供的介电常数检测模块中的各个单元的具体结构，在具体实施时，上述各单元的具体结构不局限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，再次不作限定。

相应的，作为本发明的一个优选方式，预设生物信息为预先设置的与人体介电常数相关的第一频率，活体判断模块2将检测到的被检体的介电常数信息与第一频率进行比较，以判断被检体是否为活体；若介电常数信息在第一频率范围内，则被检体为活体。

具体的，可以将第一频率范围设置为600KHz～1.5MHz，若检测到的被检体的介电常数信息为800KHz，在第一频率范围内，则表明被检体为活体(即人体)，若检测到的被检体的介电常数信息为1.8MHz，超过了该范围，则该被检体不是活体。

相应的，作为本发明的一个优选实施方式，在健康检测模块5中，第二预设生物信息可以为第二频率，当被检体为活体时，健康检测模块5将检测到的被检体的生物特征信息与第二频率进行比较，以判断被检体的健康状态，若生物特征信息不在第二频率范围内，则被检体处于不健康状态；其中，第一频率范围包含第二频率范围。优选的，可以将第二频率设置为700KHz～1.2MHz，若被检体的介电常数信息为900KHz，在第二频率范围内，则表明被检体是健康的，若被检体的介电常数信息为1.3MHz，超过了第二频率范围，但是仍在第一频率范围内，则该被检体身体处于不健康状态，若被检体的介电常数信息为400KHz，不在第一频率范围内，说明被检体不是活体，不必再对其判断是否健康。即只有被检体为活体时，才进行健康判断。

优选的，报警模块6中，第一阈值可以为700KHz，第二阈值可以为1.2MHz，当被检体的介电常数信息为650KHz时，报警模块6会进行第一报警，比如语音提示体内水分过多或者红灯闪烁；当被检体的介电常数信息为1.4MHz时，报警模块6会进行第二报警，比如语音提示体内缺水或者绿灯闪烁等。

作为本发明的一个优选方式，如图2所示，该活体指纹识别装置还可以包括激活模块7，当被检体为活体时，该激活模块7用于激活指纹检测模块3以检测被检体的指纹信息。

需要注意的是，这里的激活模块7激活指纹检测模块3的过程是在活体判断模块2判断被检体是否为活体之后才进行的。即只有检测到被检体为活体时，才进行激活指纹检测模块3进而检测被检体的指纹信息，若被检体不是活体，则不需要进行指纹检测，也就是说，若被检体不是活体，指纹检测模块3则处于休眠状态，这样可以节省电源，并在一定程度上可以延长装置的使用寿命。

作为本发明的一个优选方式，如图2所示，该活体指纹识别装置还可以包括接触检测模块8，用于在生物检测模块1检测被检体的生物特征信息之前，检测被检体的触摸，当检测到被检体触摸时，激活生物检测模块1以检测被检体的生物特征信息。也就是说，在生物检测模块1进行检测之前，可以通过接触检测模块8判断被检体是否触摸到该装置，如没有触摸到，则继续保持生物检测模块1处于休眠状态，同样的，设置接触检测模块8之后，可以进一步节省电源，并进一步在一定程度上延长装置的使用寿命。

作为本发明的一个优选方式，如图2所示，该活体指纹识别装置还可以包括存储模块9，用于在生物检测模块1检测被检体的生物特征信息之前，存储注册指纹信息，和/或，第一预设生物信息。即用户预先注册的指纹信息和(或者)预先设置的能够表征人体的生物信息可以被存储在该存储模块9中，便于指纹识别模块4和(或者)活体判断模块2调取存储模块9中的数据信息进行数据处理与匹配。

相应地，本发明还提供了一种智能门锁，包括本发明上述实施方式提供的活体指纹识别装置。

相应地，参考图5，本发明的具体实施方式还提供了一种活体指纹识别方法，具体包括：

S1、生物检测步骤，检测被检体的生物特征信息。

具体地，因为每种生物的生物特征信息不同，因此可以选用生物特征信息作为判断被检体是否为人体的依据。这里的生物特征信息可以是心率信息、心电信息、生物体的阻抗信息、微电容信息(即生物体的介电常数信息，人体微电容与人体的介电常数存在一定的对应关系)等任何可以表征生物体特性的信息，再次不作限定。

S2、活体判断步骤，将检测到的被检体的生物特征信息与第一预设生物信息进行比较，以判断被检体是否为活体，若生物特征信息在第一预设生物信息范围内，则被检体为活体。

具体地，预设生物信息可以为人体的心率范围、心电范围、生物阻抗范围、生物介电常数以及与介电常数有关的频率数值范围等等，只要与步骤S1中检测的生物特征信息的种类一致即可，例如，若步骤S1中检测的为与被检体的介电常数相关的频率数值，那么步骤S2中的第一预设生物信息也应该是关于与人体的介电常数相关的频率。

S3、指纹检测步骤，检测被检体的指纹信息。

具体地，这里的指纹检测步骤可以利用任何一种指纹检测技术进行检测，例如微波检测技术、光电信息检测技术等等，由于指纹检测技术目前已是一种较为成熟的检测技术，故在此不做赘述。

S4、指纹验证步骤，将检测到的被检体的指纹信息与注册指纹信息进行比较，注册指纹信息由用户预先注册；其中，若被检体为活体且指纹信息与注册指纹信息一致，则验证通过。

也就是说，如果只满足被检体为活体或者被检体指纹信息与注册指纹信息一致中的一个条件，验证不能通过。只有在同时满足被检体为活体以及检测到的指纹信息能够与注册指纹信息匹配这两个条件，验证才能够通过。

通过将活体检测与指纹检测相结合，能够降低指纹识别过程中被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高指纹识别的安全性。

作为本发明的一个优选方式，该活体指纹识别方法，在活体判断步骤之后，还包括：健康检测步骤，当被检体为活体时，将检测到的被检体的生物特征信息与第二预设生物信息进行比较，以判断被检体的健康状态；其中，

若生物特征信息不在第二预设生物信息范围内，则被检体处于不健康状态；第一预设生物信息范围包含第二预设生物的信息范围。

具体地，如上所说，由于每个人的体质差异，其生物特征信息不能完全相同，会有一定的波动范围，即人体的生物特征信息不是确定的某个数值，而是具有一定的范围。换句话说就是，在该范围内的可以判断为人体(活体)。但是由于某些原因，例如，身体健康状况不同，其生物特征信息的范围亦不同，即如本方案中所说的，可以第二预设生物信息为依据，判断被检体的健康状态，在第二预设生物信息范围内的处于健康状态，否则为不健康状态。具体例子参考检测模块为介电常数检测模块时，健康检测模块中第二预设生物范围的例子。

作为本发明的一个优选实施方式，在健康检测步骤之后，该活体指纹识别方法还可以包括：报警步骤，当被检体处于不健康状态时进行报警。

如上所说，生物特征信息可以为心率信息，心电信息、生物阻抗信息、生物介电常数信息等，作为本发明的一个优选方式，本活体指纹识别方法中的生物特征信息采用与生物介电常数相关的信息，即第一预设生物信息为预先设置的与人体介电常数相关的第一范围，生物检测步骤具体为人体介电常数检测步骤，用于检测被检体的介电常数信息，活体判断步骤具体为将检测到的被检体的介电常数信息与第一范围进行比较，以判断被检体是否为活体；若介电常数信息在第一范围内，则被检体为活体。

作为本发明的一个优选方式，该活体指纹识别方法还可以包括：激活步骤，当被检体为活体时，执行指纹检测步骤。

具体的，该步骤设置在活体判断步骤S2与指纹检测步骤S3之间，即，如果活体判断步骤S2判断被检体不是活体，则不执行指纹检测步骤S3；只有当被检体为活体时，才继续执行指纹检测步骤S3。

作为本发明的一个优选方式，该活体指纹识别方法还可以包括：接触检测步骤，检测被检体的触摸；当检测到被检体触摸时，执行生物检测步骤。

该步骤设置在生物检测步骤S1之前，换句话说就是，只有感测到被检体接触时，才执行生物检测步骤S1。

作为本发明的一个优选方式，该活体指纹识别方法还可以包括：存储步骤，其设置在生物检测步骤S1之前，该存储步骤具体为存储用户预先注册的注册指纹信息，和/或，预先设置的第一预设生物信息，以方便活体判断步骤与指纹识别步骤进行数据的调取与处理。

本发明提供的活体指纹识别装置，采用生物检测模块、活体判断模块、指纹检测模块以及指纹验证模块相结合，当同时满足被检体为活体且检测的指纹信息与注册指纹信息一致这两个条件时，验证才能通过，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高了指纹识别装置的安全性。

另外，活体指纹识别装置中的生物检测模块采用的是介电常数检测模块，相比于传统光电血氧探测活体以及心电探测活体，介电常数检测活体的电路设计更简便，算法更精简，因而成本更低，装置的结构也更加紧凑，装置尺寸较小；并且介电常数的检测电路的反应时间短，检测快速。通常情况下，心电检测需要多秒的时间才能够产生反应，而介电常数检测只需要1至2秒，即可出结果，因而其检测更快速。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (21)

1.一种活体指纹识别装置，其特征在于，包括：

生物检测模块，用于检测被检体的生物特征信息；

活体判断模块，用于将检测到的所述被检体的所述生物特征信息与第一预设生物信息进行比较，以判断所述被检体是否为活体，若所述生物特征信息在所述第一预设生物信息范围内，则所述被检体为活体；

指纹检测模块，用于检测所述被检体的指纹信息；

指纹验证模块，用于将检测到的所述被检体的所述指纹信息与注册指纹信息进行比较，所述注册指纹信息由用户预先注册在所述活体指纹识别装置中；

其中，若所述被检体为活体且所述指纹信息与所述注册指纹信息一致，则验证通过。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：健康检测模块，用于在所述活体判断模块判断所述被检体是否为活体之后，当所述被检体为活体时，将检测到所述生物特征信息与第二预设生物信息进行比较，以判断所述被检体的健康状态；所述第一预设生物信息范围包含所述第二预设生物信息范围；其中，

若所述生物特征信息不在所述第二预设生物信息范围内，则所述被检体处于不健康状态。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：报警模块，用于在所述健康检测模块判断所述被检体的健康状态之后，当所述被检体处于不健康状态时进行报警。

4.如权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，

所述生物检测模块具体为介电常数检测模块，用于检测所述被检体的介电常数信息。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述介电常数检测模块包括：

检测电极，用于检测所述被检体的电容；

施密特振荡单元，用于将检测到的所述被检体的电容转换为频率信号，输出所述频率信号；

鉴频器，用于接收所述频率信号，将所述频率信号转换为电压信号，输出所述电压信号；

低通滤波单元，用于接收所述电压信号并处理后输出；

模拟数字转换单元，用于接收经过所述低通滤波单元输出的处理后的电压信号，将所述处理后的电压信号转换为数字信号，并将所述数字信号输出至活体判断模块。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述施密特振荡单元包括：第一电阻、第一电容以及第一施密特触发器；其中，

所述第一电容的第一端与所述检测电极相连，用于接收所述被检体的电容，所述第一电容的第二端与接地端相连；

所述第一施密特触发器的输入端分别与所述第一电阻的第一端以及所述第一电容的第一端相连，所述第一施密特触发器的输出端与所述鉴频器相连，用于输出所述频率信号；

所述第一电阻的第二端与所述第一施密特触发器的输出端相连。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述施密特振荡单元还包括：第二施密特触发器；所述第二施密特触发器的输入端与所述第一施密特触发器的输出端相连，所述第二施密特触发器的输出端与所述鉴频器相连。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：数字滤波单元，与所述模拟数字转换单元相连。

9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述低通滤波单元具体包括：第二电阻和第二电容；其中，

第二电阻的第一端与所述鉴频器的输出端相连，用于接收所述电压信号；所述第二电阻的第二端和所述第二电容的第一端均与所述模拟数字转换单元相连，用于输出所述处理后的电压信号；

所述第二电容的第二端与接地端相连。

10.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一预设生物信息为预先设置的与人体介电常数相关的第一频率范围，所述活体判断模块用于将检测到的所述被检体的介电常数信息与所述第一频率范围进行比较，以判断所述被检体是否为活体；若所述介电常数信息在所述第一频率范围内，则所述被检体为活体。

11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：激活模块，用于在所述活体判断模块判断所述被检体是否为活体之后，在所述指纹检测模块检测所述被检体的指纹信息之前，且当所述被检体为活体时，激活所述指纹检测模块以检测所述被检体的指纹信息。

12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：接触检测模块，用于在所述生物检测模块检测所述被检体的生物特征信息之前，检测所述被检体的触摸，当检测到所述被检体触摸时，激活所述生物检测模块以检测所述被检体的生物特征信息。

13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：存储模块，用于在所述生物检测模块检测所述被检体的生物特征信息之前，存储所述注册指纹信息，和/或，所述第一预设生物信息。

14.一种智能门锁，其特征在于，包括如权利要求1至13任一项所述的活体指纹识别装置。

15.一种活体指纹识别方法，其特征在于，包括：

生物检测步骤，检测被检体的生物特征信息；

活体判断步骤，将检测到的所述被检体的所述生物特征信息与第一预设生物信息进行比较，以判断所述被检体是否为活体，若所述生物特征信息在所述第一预设生物信息范围内，则所述被检体为活体；

指纹检测步骤，检测所述被检体的指纹信息；

指纹验证步骤，将检测到的所述被检体的所述指纹信息与注册指纹信息进行比较，所述注册指纹信息由用户预先注册；

其中，若所述被检体为活体且所述指纹信息与所述注册指纹信息一致，则验证通过。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述活体判断步骤之后，还包括：健康检测步骤，当所述被检体为活体时，将检测到的所述生物特征信息与第二预设生物信息进行比较，以判断所述被检体的健康状态；所述第一预设生物信息范围包含所述第二预设生物信息范围；其中，

若所述生物特征信息不在所述第二预设生物信息范围内，则所述被检体处于不健康状态。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述健康检测模块之后，还包括：报警步骤，当所述被检体处于不健康状态时进行报警。

18.如权利要求15至17任一项所述的方法，其特征在于，

所述生物检测步骤具体为人体介电常数检测步骤，用于检测所述被检体的介电常数信息。

19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述活体判断步骤之后，在所述指纹检测步骤之前，还包括：激活步骤，当所述被检体为活体时，执行所述指纹检测步骤。

20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述生物检测步骤之前，还包括：接触检测步骤，检测所述被检体的触摸；当检测到所述被检体触摸时，执行所述生物检测步骤。

21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述生物检测步骤之前，还包括：存储步骤，存储所述注册指纹信息，和/或，所述第一预设生物信息。

Images