CN114463790A - 光学指纹识别和防伪的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学指纹识别和防伪的方法及系统，该方法包括：提供探测光斑，所述探测光斑照射至识别对象表面，所述探测光斑包括识别区和呈现预设图案的防伪区；其中，所述防伪区产生第一探测光，所述识别区产生第二探测光；提供感光成像单元，所述感光成像单元接收识别对象所反射的探测光，形成指纹感测图像；分离所述指纹感测图像中与所述识别区探测光对应的指纹识别信息和与所述防伪区探测光对应的指纹防伪信息；提取所述指纹防伪信息中特征参数而判断识别对象为二维手指或者三维手指。本发明能够在保证指纹识别设备的安全性的同时进一步提高指纹识别和防伪检测的效率。

Description

光学指纹识别和防伪的方法及系统

技术领域

本发明涉及光学指纹识别领域，特别涉及一种光学指纹识别和防伪的方法及系统。

背景技术

随着通信技术的迅速发展，用户对移动终端的需求越来越大，同时对移动终端的使用体验要求也越来越高。为了更好地满足用户的使用需求，指纹识别作为一种较为成熟的生物识别技术，在移动终端中得到了广泛的应用。其中，移动终端实现指纹识别的核心部分为光学指纹传感器。

如图1所示，一般的光学指纹传感器包括：传感器像素阵列、透镜4、遮光层3、OLED(Organic Light-Emitting Diode有机发光二极管)屏和透明层1。使用时，OLED屏2正面发出探测光线，该探测光线被按压在屏幕上的手指反射，透过OLED屏2汇聚到透镜4下方的传感器像素阵列中，该传感器像素阵列接收检测光后，能获取表示指纹的光学图像。由于指纹波峰波谷反射的光线强度有差异，从而可以拍到清晰的指纹纹理图片。其中，该指纹纹理图片为二维的灰度图。

由于目前手指反射光携带的指纹信号所对应的指纹纹理图片为灰度图，其只能反映平面对比度，因此，很容易被2D(二维平面)假指纹攻击，导致应该光学指纹传感器的设备安全性不足。

为了克服上述问题，申请人提供了一种解决方式，请参阅中国专利公开号：CN111274906A，其分别点亮指纹识别光斑和指纹防伪光斑，通过两次采图，分别获得对应的图像，后续再基于获取的防伪图像，进行分析指纹特征后辨别三维手指或者二维手指。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施方式所要解决的技术问题是提供了一种光学指纹识别和防伪的方法及系统，其能够在保证指纹识别设备的安全性的同时进一步提高指纹识别和防伪检测的效率。

本发明实施方式的具体技术方案是：

一种光学指纹识别和防伪的方法，包括：提供探测光斑，所述探测光斑照射至识别对象表面，所述探测光斑包括识别区和呈现预设图案的防伪区；其中，所述防伪区产生第一探测光，所述识别区产生第二探测光；

提供感光成像单元，所述感光成像单元接收识别对象所反射的探测光，形成指纹感测图像；

分离所述指纹感测图像中与所述识别区探测光对应的指纹识别信息和与所述防伪区探测光对应的指纹防伪信息；

提取所述指纹防伪信息中特征参数而判断识别对象为二维手指或者三维手指。

在一个优选的实施方式中，所述光学指纹识别和防伪的方法还包括：基于所述指纹识别信息判断所述识别对象所携带的指纹特征。

在一个优选的实施方式中，所述感光成像单元包含呈阵列分布的第一感光像素和第二感光像素；所述第一感光像素接收所述第一探测光，所述第二感光像素接收所述第二探测光。

在一个优选的实施方式中，所述感光成像单元中所述第一感光像素的数目小于所述第二感光像素数目。

在一个优选的实施方式中，所述第一感光像素按预设规则排均匀分布于所述感光成像单元中。

在一个优选的实施方式中，所述防伪区设置于所述识别区内，所述第一探测光中包括所述第二探测光以及防伪特征波段光。

在一个优选的实施方式中，所述第一感光像素包含滤光层；所述第一感光像素接收第一探测光中所述防伪特征波段光。

在一个优选的实施方式中，采用OLED显示屏中三色发光像素单元形成所述探测光斑。

在一个优选的实施方式中，所述第二探测光为OLED中绿色和蓝色发光像素单元合成光，所述第一探测光为OLED中蓝色、绿色和红色发光像素单元合成光。

在一个优选的实施方式中，所述光学指纹识别和防伪的方法还包括提供用于接收所述识别对象反射的所述探测光斑照射至所述识别对象的光信号的光学镜头构件，将所述感光像素单元设置于所述光学镜头构件下方。

在一个优选的实施方式中，对应于所述光学镜头中部区域的探测光斑的探测光的强度低于所述探测光斑其他部分的探测光强度。

一种光学指纹识别和防伪的系统，应用于具有指纹识别区的电子设备，在所述电子设备对识别对象进行指纹识别防伪时，所述系统控制所述电子设备在指纹识别区域显现指纹的探测光斑；

所述探测光斑包括识别区和呈现预设图案的防伪区，所述防伪区产生第一探测光，所述识别区产生第二探测光；

所述系统还包括：光学指纹识别和防伪装置和算法模块；

所述光学指纹识别和防伪装置包括：

光学镜头构件，接收所述识别对象反射的所述探测光斑照射至所述识别对象的光信号；以及

感光成像单元，设置于所述光学镜头构件下方，形成所述识别对象在所述探测光斑的照射下的指纹感测图像；

其中，所述算法模块分离所述指纹感测图像中指纹识别信息和指纹防伪信息；所述算法模块提取所述指纹防伪信息中特征参数判断所述识别对象为二维手指或者三维手指。

在一个优选的实施方式中，所述感光成像单元包含呈阵列分布的第一感光像素和第二感光像素；所述第一感光像素接收所述第一探测光，所述第二感光像素接收所述第二探测光。

在一个优选的实施方式中，所述第一感光像素的数目小于所述第二感光像素的数目。

在一个优选的实施方式中，所述第一感光像素按照预设规则均匀分布于所述感光成像单元中。

在一个优选的实施方式中，所述算法模块依据所述第一感光像素和第二感光像素分离所述指纹感测图像中指纹识别信息和指纹防伪信息。

在一个优选的实施方式中，所述探测光斑的防伪区设置于所述探测光斑的识别区内，所述第一探测光包括所述第二探测光和防伪特征波段光。

在一个优选的实施方式中，所述指纹识别区设置于所述电子设备的显示屏内。

在一个优选的实施方式中，所述显示屏为OLED显示屏，所述探测光斑由所述OLED屏的发光像素产生。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：本申请说明书中所提供的光学指纹识别和防伪的方法，通过对探测光斑进行改进，其至少包括能产生第一探测光的防伪区和能产生第二探测光的识别区，其中第一探测光和第二探测光的波段相错开，不重叠；再通过利用感光成像单元接收识别对象所反射的探测光，形成指纹感测图像；最后分离所述指纹感测图像中与所述识别区探测光对应的指纹识别信息和与所述防伪区探测光对应的指纹防伪信息。整体上，一次采图，即可实现指纹识别和防伪检测，不仅能够在保证指纹识别设备的安全性，而且进一步提高了识别效率。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为现有技术中一种OLED屏下模组的结构示意图；

图2为本发明实施方式中提供的指纹防伪方法的步骤流程图；

图3a为本发明实施方式中提供第一种探测光斑的示意图；

图3b为本发明实施方式中提供第二种探测光斑的示意图；

图3c为本发明实施方式中提供第三种探测光斑的示意图；

图3d为本发明实施方式中提供第四种探测光斑的示意图；

图4为本发明实施方式中提供的感光成像单元的示意图；

图5为图4中局部位置F处防伪区域和识别区域的分布示意图；

图6为一种利用防伪算法进行分离的流程图；

图7为一种防伪算法模型结构示意图；

图8为本发明实施方式中提供的指纹防伪装置的结构示意图。

以上附图的附图标记：

1、透明层；2、OLED屏；3、遮光层；4、透镜；5、感光像素单元；51、第一感光像素；52、第二感光像素；53、第三感光像素；20、探测光斑；21、识别区；22、防伪区；30、光学镜头构件；31、滤光层；40、算法模块；50、感光成像单元。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施方式提供了一种光学指纹识别和防伪的方法及系统，在目前能够准确区分或者判断是二维指纹，还是三维指纹，避免用二维指纹信息代替三维指纹进行指纹识别或者解锁，提高指纹识别的安全性的基础上作了进一步改进，通过一次采图，即可实现指纹识别和防伪检测，提高了指纹识别和检测的效率。

在本说明书中，以该光学指纹识别和防伪的方法及系统应用于一种手机通讯设备进行举例，但不限制该光学指纹识别和防伪的方法及系统应用于其他电子设备，例如指纹锁，或者其他需要利用指纹进行识别和解锁的电子设备。

在常用手机通讯设备中，一种典型的显示屏为OLED屏。根据已有技术对OLED屏的介绍，该OLED屏可以理解为一种自发光的显示装置。在本说明书实施方式的介绍中，主要以OLED屏作为指纹检测的探测光源为例进行重点展开解释。如手机的OLED屏幕上，处于指纹感应区域的OLED像素阵列，可以发出光斑照亮手指以采集用户指纹。

应当理解，对于非自发光显示屏，可以利用内置光源或外置光源，结合光路引导，使得探测光照射到识别对象的场景，其光学指纹识别和防伪的原理与上述自发光显示装置原理一致，本申请在此不再展开赘述。

请结合参阅图2至图6，为了优化现有的指纹防伪技术，特别是提高指纹识别和防伪检测的效果，从而提高用户体验，本说明书中提供一种改进的光学指纹识别和防伪技术。该光学指纹识别和防伪的方法及系统主要对探测光斑20作了改进，该探测光斑20可以包括识别区21和呈预设图案的防伪区22。其中，防伪区22和识别区21所产生的探测光的参数至少存在一种不同。例如，该防伪区22和识别区21的探测光的波段不同。在本说明书实施方式的介绍中，主要以具有不同波段探测光的防伪区22和识别区21进行举例介绍，对于探测光其他参数的不同可以参照该波段参数的实施方式进行类推，本申请在此不再重复举例。

基于光波段的不同，利用感光成像单元仅需一次获取，即可获得带有指纹识别信息和指纹防伪信息的指纹感测图像，后续对该指纹感测图像进行分离，能进行指纹识别和指纹防伪判断。

进一步的，在感光成像单元的部分像素阵列上增加了滤光层31，形成用于接收防伪区22产生的第一探测光被识别对象反射后的探测光，通过主要利用滤光层31的手段对第一探测光的防伪特征波段光进行拾取。

使用时，设置有防伪区22和识别区21的探测光斑20点亮，两个区域的光斑发出的光经过识别对象反射后投射至感光成像单元，经过感光成像单元接收反射光形成指纹感测图像。后续再通过滤光层31过滤后的图像信息结合算法，或者利用特定的算法等将所述指纹感测图像进行分离，形成用于指纹识别的指纹识别图像和用于指纹防伪判断的指纹防伪图像。

需要说明的是：对于以波段参数进行区分的第一探测光和第二探测光而言，该第一探测光和第二探测光的发光波段相互错开，避免重叠(即至少存在一个差异波段)。而第一探测光或者第二探测光本身可以选择不同波段的搭配和组合，本申请在此并不作具体限定，例如，该第一探测光可以为红光、蓝光、绿光的组合；该第二探测光相对第一探测光缺失红光，即可以为蓝光和绿光的组合。任意第一探测光、第二探测光不同波段的搭配和组合均受本专利保护。

下面结合具体的附图和实施方式详细说明本申请。

请参阅图2，本申请实施方式中提供一种光学指纹识别和防伪的方法，该光学指纹识别和防伪的方法可以包括如下步骤：

步骤S10：提供探测光斑20，所述探测光斑20照射至识别对象表面，所述探测光斑20包括识别区21和呈现预设图案的防伪区22；其中，所述防伪区22产生第一探测光，所述识别区21产生第二探测光；

步骤S12：提供感光成像单元，所述感光成像单元接收识别对象所反射的探测光，形成指纹感测图像；

步骤S14：分离所述指纹感测图像中与所述识别区21探测光对应的指纹识别信息和与所述防伪区22探测光对应的指纹防伪信息；

步骤S16：提取所述指纹防伪信息中特征参数而判断识别对象为二维手指或者三维手指。

在实施方式中，该识别对象即被采集物体，该被采集物体一般为带有3D指纹的手指，当然其也有可能是带有2D假指纹的物体。利用本说明书所提供的光学指纹识别和防伪的方法，能通过一次采图，能实现指纹识别的同时将该2D假指纹和3D真指纹进行高效准确地识别。

在本实施方式中，首先可以通过光源(例如自发光OLED显示屏)形成探测光斑20，用于发射探测光照射至识别对象表面。该探测光斑20的个数可以为一个，当然也可以为多个，本申请在此并不作具体的限定。

具体的，探测光斑20包括识别区21和呈现预设图案的防伪区22。其中，防伪区22产生第一探测光，识别区21产生第二探测光。该第一探测光和第二探测光为两种不同的探测光。例如，该第一探测光和第二探测光所包含的探测光的波段可以不同。该第一探测光相对第二探测光可以多一些波段的光，或者相对第二探测光少一些波段的光。总之，这第一探测光和第二探测光不相同即可。以便于后续基于不同的探测光进行指纹识别信息和指纹防伪信息的区分。

其中，第一探测光可以是发单色光的单一波段光，也可以是多波段混合光。在应用于OLED显示屏自身光源作为探测光时，第一探测光可以为多波段混合光，即该第一波段包括至少两个子波段。在这类应用的实施例中，依据不同图案的防伪区，第一探测光可以是两个为OLED显示屏发光三像素中两种颜色的光：蓝光和绿光，第二探测光包括：蓝光、绿光和红光。或者，第一探测光是OLED显示屏发光三像素中三色光：蓝色、绿色和红色混色的白色光；第二探测光为蓝光和绿光的混色光。在以上描述的第一探测光和第二探测光组合的优选实施例中，第一探测光和第二探测光差别的地方就在于红光。在以上所描述的实施例中，红光是作为防伪特征波段光，该防伪特征波段光也即是第一探测光和第二探测光之间的差异之处。在以上例举的红光作为防伪特征波段光时，该防伪特征波段光既可以出现在第一探测光中，也可以出现在第二探测光中。

在较为优选的实施例中，选择红光作为防伪特征波段光的原因是，真实的人体手指受皮肤组织的皮层厚度、血红蛋白浓度、黑色素含量等因素的影响，人体皮肤组织对红色光线的反射性能与硅胶、纸张和胶带等人工材料有较为显著的差别。

当此识别和防伪的方法所应用的光学指纹识别和防伪装置时，该光学指纹识别和防伪装置所采用的光学成像组件是光学镜头时，探测光斑20整体可以作为渐变光斑。该渐变光斑的特征为对应镜头中心区域的探测光斑20的亮度相对其他位置的探测光的亮度会低一些。这样去设置探测光斑20的亮度可以增强光斑边缘区域的亮度，提升边缘指纹的信号。具体的，该渐变的探测光斑20从中心区域向边缘，调整发光像素点的数量比例或者强度实现的，变化率可以是线性或非线性的。

至少两个波段光可以提高屏幕发光强度，减少曝光。此外，在配合两种波段以上的滤光层31进行图像采集时，可以获得识别对象在多个波段的反射率，提高防伪能力。

以下例举了几种探测光斑中防伪光斑图案的实施例，以便于本领域技术人员可以更清楚的理解本申请中所涉及的技术方案。

在分布形式上，该第一探测光形成的呈现预设图案的防伪区22可以为按照预定排布方式形成的编码光斑，所述预定排布方式包括：线状、点状、环状中的一种或多种组合。也就是说，防伪区22可以是按一定模式排布的线状、点状、环状等一种或多种组成的编码光斑。该第二探测光形成的识别区21可以是均匀亮度光斑，也可以是亮度、颜色等参数按一定规律变化的光斑。

在整个探测光形成的探测光斑20上，该防伪区22与该识别区21可以不重叠，或者该防伪区22可以设置于该识别区21内。

如图3a所示，在该实施方式中，该防伪区22的预设图案为成多个线状分布的条纹光斑。如图3b所示，在该实施方式中，探测光形成的探测光斑20与上述图3a类似，不同之处在于：该防伪区22的预设图案的条纹光斑的长度为贯穿整个探测光斑20。当然，两者在条纹的间隔和单个条纹的宽度等参数上也可以不同。

不同预设图案的防伪区，防伪区22和识别区21在探测光斑20中的面积占比也不相同。具有此种图案防伪区22的探测光斑20相对其他探测光斑20而言，由于对系统位置之间的校准要求较低，其鲁棒性较好。

以图3a或图3b所示预设防伪图案的探测光斑进行说明，探测光斑20中防伪区22的面积小于识别区21的面积。具体的防伪区22的面积占比，可依据防伪图案在感光像素单元5所产生的指纹防伪信息中特征参数的提取的临界值去设置防伪图案在探测光斑20中的占比。以OLED屏中部分发光像素形成探测光斑20为例，该发光像素点数量与光斑的面积成正比，发光像素点数量越多，光斑的面积就越大。针对图3a和图3b所示防伪区22的图案，和依据指纹防伪信息中特征参数的提取，防伪区22和识别区21的发光像素点的数量比例大于1:19且小于1:1。

针对多组不同防伪区22和识别区21的发光像素点比例所对应的指纹防伪信息中特征参数的提取的，在此种预设图案的防伪区22中，防伪区22与识别区21的宽度比例可以为3:17，有利于形成能够达到显著识别2D假指纹(即二维假手指)的指纹防伪图像。

在以上所例举的图3a和图3b所示的这类防伪区在整个探测光斑20所占面积比例较低的情况下，防伪区22和识别区21可以分开设置。以OLED显示屏的发光像素形成探测光斑为例，防伪区22和识别区21分开设置也即是防伪区22的第一探测光不包含第二探测光中的部分波段。具体，例如防伪区22的第一探测光为红光、而第二探测光对应为蓝色、绿光或者蓝绿混合光。由于防伪区22不存在第二探测光，因此防伪区22缺少用于识别的第二探测光，导致防伪区22在感光像素单元5中的成像仅只能用来防伪，无法用于识别。对于图3a或者图3b所示实施例而言，防伪区22的占比低，在不影响响指纹识别的FA和FR的情况下，防伪区22和识别区21分开设置对于此类光学指纹识别和防伪系统还是实际可行的。

然而，在一些其他更为优化的实施例中，防伪区22是设置于识别区21内的，也即防伪区22的图案会占用与识别区21的位置，但是也并不影响识别区21的识别。以OLED显示屏的发光像素形成探测光斑20为例，防伪区22的第一探测光会包含第二探测光的波段。例如第二探测光是蓝光和绿光的混合光，而第一探测光包含第二探测光以及红光，导致最终防伪区22的第一探测光会呈白色。

由于在以上描述的实施例中，探测光斑20中预设图案的防伪区22的面积占比较低。若此防伪和判断方法依赖第一探测光在感光像素单元形成指纹防伪信息时，可能会导致感光像素单元需要较长的曝光时间才能获得足以进行甄别的指纹防伪信息。然而，在后续随着半导体工艺的发展，感光像素单元5的感光量和灵敏度的提升，此种需要延长曝光时间的风险会有所降低或者消除。

以上描述的两类实施例中，虽然探测光斑20中防伪区22的防伪图案一致，然而由于防伪区22和识别区21的第一探测光和第二探测光设置的不同，也会导致探测光斑20中识别区域面积的不同。在实际的光学指纹识别和防伪装置中，可以依据其自身硬件的设置和指纹识别信息和指纹防伪信息分离的难易程度，选择合适的防伪区22图案以及对应的第一探测光和第二探测光设置。

以下内容接着例举一些探测光斑20中防伪图案的实施例，请参阅图3c和图3d。图3c中，防伪区22的预设图案为位于探测光斑20中心区域的防伪区；图3d中预设图案的防伪区22包括若干离散分布于整个探测光斑的圆形区域。图3c和图3d所示防伪区域的面积较以上所介绍的实施例的占比会较高。

为避免防伪区域面积过大而影响识别区的指纹信息的识别，此防伪区22设置于识别区21内。以OLED显示屏的发光像素形成探测光斑20为例进行说明，防伪区22的第一探测光为蓝光、绿光的混合光而第二探测光为第一探测光和红光和混合光，即为白光。在此实施例中，第二探测光包含了第一探测光的波段，其中蓝光、绿光的混合光主要用于识别，而红光作为防伪特征波段光进行防伪识别。在此，只是以红光作为防伪特征波段光进行举例说明，并不以此为限。

如图3c和图3d所示这类防伪区22的面积占比较大的实施例，探测光斑20剩余的面积仍大于防伪区22的面积时，第二探测光的发光面积大于第一探测光的发光面积。而第一探测光和第二探测光中都包含用于识别的探测光。在以上介绍的防伪区22的面积占比较大的实施例中，第二探测光包括防伪特征波段光，可以提高整个防伪特征波段光的面积占比的同时，也不影响识别区用于识别的探测光的面积。另外，由于此种防伪特征波段光的面积占比较大，因此可以相对有效缩小感光成像单元获取所需要的指纹防伪信息时所需的曝光时间，利于缩短探测光斑采集指纹信息所需时间，提高用户使用体验。

综上，由以上实施例中例举了多种图案的防伪光斑。依据防伪区22的图案在整个面积的占比较小时，例如图3a和图3b，探测光斑20中识别区21和防伪区22可以不重叠或者重叠。而当探测光斑20中预设图案的防伪区面积占比较大时，防伪区22和识别区21重叠更利于提高指纹识别的准确度和精确度。在此不重叠应理解为防伪区22的第一探测光中不包含第二探测光中的波段。重叠可以理解为防伪区22的第一探测光中包含第二探测光中的波段。

虽然预设图案的防伪光斑的面积占比较小的实施例仅例举了条纹光斑，但不应只局限于此的条纹状光斑，应可以采用其他图案的防伪区。同理，虽然预设图案的防伪光斑的面积占比较大的实施例，仅例举了较简单易行的圆形防伪区，但也可以采用其他规则或者非规则的几何形状的防伪区22。

虽然以上例举的第二探测光的波段均是混色光，然而第二探测光也可以采用单色光。依据探测光所产生的硬件装置的不同，第二探测光也可以是非可见光。只要第一探测光和第二探测光不同即可，可以第二探测光是单色光，而第一探测光是混色光；第一探测光和第二探测光颜色不同也可，或者第一探测光和第二探测光的波段不同等。第一探测光和第二探测光的不同的其他方式，恕难以穷举，只要本领域技术人员依据以上所例举的实施例，经过合理推导和变形应都在本申请中所定义第一探测光和第二探测光不同以足以分离指纹防伪信息和指纹识别信息的权利要求书所请求的保护范围内。另外，当以上所描述的探测光斑20下方的光学指纹识别和防伪装置中光学处理器件以光学镜头构件为主时，探测光斑20可以设置成中心区相对周边偏暗的一些图案，以增强光斑边缘区域的强度而提高光学指纹识别和防伪装置中感光成像单元中边缘区域的指纹成像质量。例如，如图3c和图3d所例举的这种探测光斑20的图案，在实现防伪检测的同时，可以一定程度缓解光学镜头构件下感光成像单元中心和边缘成像亮度不均匀的问题。

在步骤S10中通过提供照射至识别对象表面的探测光斑20，形成能产生第一探测光的防伪区22，以及能产生第二探测光的识别区21后，可以通过步骤S12，提供感光成像单元，利用该感光成像单元接收识别对象所反射的探测光，以形成指纹感测图像。

在本实施方式中，通过探测光斑20照亮识别对象时，被所述识别对象反射的光能被感光成像单元接收。感光成像单元接收识别对象反射的第一探测光和第二探测光形成包含指纹识别信息和指纹防伪信息的指纹图像。

执行步骤S14:分离所述指纹感测图像中与所述识别区21探测光对应的指纹识别信息和与所述防伪区22探测光对应的指纹防伪信息。

在此，例举一种图4所示的硬件上进行指纹图像中的指纹识别信息和指纹防伪信息进行分离的方式。

如图4和图5所示，具体的，所述感光成像单元可以包含呈阵列分布的第一感光像素51和第二感光像素52。其中，第一感光像素51接收第一探测光或第二探测光中防伪特征波段光，第二感光像素52接收第二探测光或者第二探测光和第一探测光中的用于识别的探测光。第一感光像素51所接收的防伪特征波段光的图像信息数据的输出通道与第二感光像素52所接收的用于识别的探测光的图像信息数据的输出通道分离，从而可简单快速分离出指纹感测图像中指纹识别信息和指纹防伪信息。

其中，根据第一感光像素51和第二感光像素52所对应接收的探测光所实现的功能的不同，即指纹识别图像对图像的面积需要较大，可以将感光成像单元中第一感光像素51的数目设置为小于第二感光像素52数目。

在这种以不同种的感光像素对探测光中识别的探测光和防伪的探测光进行分离的实施例中，第一感光像素51按照预设规则或者规律分布于感光成像单元中或者呈现特定图案。如图4所示第一感光像素51的排列规则为：第一感光像素51周期性间隔重复排列，均匀分布于感光成像单元中。当然，若已知感光成像单元的指纹防伪信息集中出现的位置，也可以按照指纹防伪信息在感光成像单元出现的位置分布而对应排布该第一感光像素51，本申请在此处仅是结合附图4和附图5对第一感光像素的排布方式做具体说明，并不以此作为限定第一感光像素51的排布方式。第一感光像素51在感光成像单元中的排布方式可以依据实际需要进行设定，并非得均匀分布于感光成像单元中，也可以呈现预设图案而分布于感光成像单元中。当该第一感光像素51均匀分布于感光成像单元中，有利于可靠地保证感光成像单元的所有区域都能采集到识别对象所反射的探测光斑中防伪特征波段光的成像信息。

对以上所例举的利用感光成像单元中感光像素的区分而进行指纹识别信息和指纹防伪信息的分离的实施方式而言，在形成指纹感测图像时，该识别区21探测光对应的指纹识别信息的多少主要取决于第二感光像素52在感光成像单元中的占比，而与其他因素无关。因此，通过保证该第二感光像素52在感光成像单元中具有较高的占比，满足指纹识别的需求即可保证在提取指纹识别信息时，形成可靠有效的指纹识别图像。同时，也利于减轻完全依靠算法识别进行指纹识别信息和指纹防伪信息的分离时，算法模块复杂度和难易程度。

在此感光成像单元的实施例中，在感光成像单元的第一感光像素51上增加了滤光层31，将第一感光像素51与感光成像单元中其他感光像素进行区分。

具体的，该滤光层31可以为彩色滤光层，其可以使得彩色滤光层下对应的感光像素上接收经过彩色滤光层滤光后的探测光。例如以防伪特征波段光为红光时，彩色滤光层可为红色滤光层，这样保证仅红光能通过红色滤光层后被滤光层下的第一感光像素51接收，而其他用于识别的探测光，例如蓝光和绿光会被滤除。

如图5所示的一个具体的实施方式，感光成像单元中还包括第三感光像素53，该第三感光像素53和第一感光像素51角接相邻而形成为2*2的像素阵列单元。该第三感光像素53并未用于采集被识别对象反射回的探测光中的防伪特征波段光，也未用作采集被识别对象反射回的用于识别的探测光。该第三感光像素53的信息可以结合感光成像单元中其他的感光像素而获取识别对象的颜色信息。

在一次采图后，根据像素点对应的特定波段，可将感光成像单元采集到的图像分离成指纹识别图像和指纹防伪图像。

在以上所描述的感光成像单元的实施例中，第一感光像素51在整个感光成像单元中的占比大约是1/32。具体地，由于需要兼顾识别的准确性和精确性以及防伪的准确性，第一感光像素51在整个感光成像单元中的比例不宜过大。当然，在其他感光成像单元的实施例中，第一感光像素51在感光成像单元的位置和数量可以依据探测光斑20中的防伪区22的图案适应性调整和变化。综合而言，在第一感光像素51能够使得获得的防伪信息的准确率达到预期标准时，第一感光像素51在感光成像单元中的占比越小越好。这样，感光成像单元中用于识别的感光像素会较多，利于提高指纹识别信息的准确率和精确度。

在形成指纹感测图像之后，可以将指纹感测图像进行分离，形成用于指纹识别的指纹识别图像和用于指纹防伪判断的指纹防伪图像。

在基于包含指纹识别信息和指纹防伪信息的指纹防伪图像的基础上，可以利用算法模块对感光成像单元接收到的指纹感测图像对应感光成像单元中不同的区域进行分离，可以形成指纹识别图像和指纹防伪图像分别用于指纹识别和指纹防伪判断。

对于设置有滤光层31的感光成像单元的实施方式而言，感光成像单元中不同的感光像素输出的图像信息对应不同的通道，方便算法模块对接收到的指纹感测图像不同区域的图像信息进行分离，可以根据滤光层31上面滤光单元所在位置的对应通道提取组成指纹防伪图像，剩余其他种类的像素通过插值补全后可形成指纹识别图像。

算法模块可提取指纹防伪图像中的防伪特征而判断识别对象是二维手指信息还是三维手指信息。具体的，算法模块可以包括分离算法和防伪算法。其中，该分离算法可以使用滤光层31的方式简单获取，也可以使用深度学习的方式在不依赖滤光层的条件下进行分离。该防伪算法可以使用传统特征提取方式，在对分离出的指纹防伪图像预处理后提取与防伪区图案对应的防伪特征来判别识别对象的指纹是2D或者3D指纹，也可以搭建深度学习网络对防伪图像进行端到端的分类，实现二维指纹与三维指纹的防伪判断。

在一个具体的实施场景下，当指纹防伪图案呈竖条纹状，其对应的探测光斑为图3a或图3b所示的探测光斑时，利用分离算法进行分离的过程如图6所示，其中，图6中上面部分a为分离获得的识别图像，下面部分b为分离获得的防伪图像。

进一步的，该算法模块的防伪算法可以为防伪深度学习算法，其可以是人工搭建或自动搜索的神经网络结构，由卷积、归一化、池化、全连接等一个或多个模块构成。通过提取大量的特定图案的防伪区的探测光斑所对应的同一指纹二维和三维的防伪图像差别而形成防伪判定特征，将此防伪判定特征作为神经网络的输入，也可以将指纹识别图像一起输入以增强算法模块中防伪算法模型的鲁棒性。

在一个具体的实施场景下，当利用分离算法分离获得识别图像和防伪图像后，其核心防伪处理步骤如图7所示，其中，上面部分c为针对分离获得的识别图像的处理流程，利用该分离获得的识别图像作为输入之一用来辅助防伪判断，下面部分d为分离获得防伪图像的处理流程。

也就是说，上述防伪算法模型采用带深度监督的卷积神经网络，网络结构采用指纹特征、探测光斑20的识别图案特征等多输入结构，与对应的防伪图像信息进行融合，更灵活和准确地从多维度提取防伪判定特征，提高活体检测准确率。

当在其他感光成像单元未设置不同种类的感光像素用来区分指纹识别信息和指纹防伪信息时，算法模块中的分离算法相对以上所描述的可以利用不同种类的感光像素来区分指纹识别信息和指纹防伪信息的算法模块中的分离算法会复杂一些。对于这类实施例中，算法模块中的分离算法可以采用深度学习算法对感光成像单元所输出的既包含指纹识别信息也包含指纹防伪信息的原始图像进行学习，实现对图像中指纹识别信息和指纹防伪信息的分离。

具体地，算法模块中的分离算法的训练数据集可选择同一预设图案的防伪区22的探测光斑20照射下相同指纹的二维手指和三维手指在感光成像单元上获得原始混合图像，和以下两种图像之一。第一种图像：防伪图像，该防伪图像由以上探测光斑中仅由防伪区22照射的相同指纹的二维手指和三维手指在感光成像单元上获得原始防伪图像；第二种图像：识别图像，该识别图像由以上探测光斑中仅由识别区照射的相同指纹的二维手指和三维手指在感光成像单元上获得原始识别图像。并且这些训练数据需包含相同指纹变换位置的二维手指和三维手指所获得的原始图像。

分离算法可以选用生成式对抗网络。一般来说，生成式对抗网络包括生成器和网络判别器。将原始混合图像作为生成器的输入，将生成器输出的结果和第一种图像、第二种图像中至少一种图像一起输入网络判别器中，判断生成器输出结果的可靠性。经过训练后的生成器能够将原始混合图像转换为指纹识别图像或指纹防伪图像。算法模块可以依据生成器中生成的指纹识别图像或者指纹防伪图像获得生成器的输出之外的另一种图像而实现将指纹识别信息和指纹防伪信息从原始图像中分离。

分离算法的训练数据集可以大量采集不同防伪图案的探测光斑20照射二维手指和三维手指而在感光成像单元中获得的原始图像来训练分离算法模型针对不同预设图案的探测光斑20输出对应的指纹识别图像或者指纹防伪图像，也可实现不同预设图案防伪区22的探测光斑20照射识别对象时，感光成像单元中指纹识别信息和指纹防伪信息的分离。

这类实施例中的算法模块中的防伪算法与以上所描述的利用不同种感光像素进行指纹识别信息和指纹防伪信息分离所涉及的算法模块中防伪算法可以采用相同的方案或模型，因此，在此不再重复描述。

以上所描述的光学指纹识别和防伪的方法应用于OLED显示屏电子设备时，以上所描述的探测光斑可采用OLED显示屏中三色发光像素单元形成。这样利于简化应用此光学指纹识别和防伪的方法的光学指纹识别装置的复杂度。当然，也可以独立设置光源形成以上所描述的探测光斑20，这无疑会增加光学指纹识别装置的复杂度和制作成本。

以探测光斑20采用OLED显示屏中三色发光像素单元形成为例进行说明，图3a和图3b,所示防伪区22的图案占比较小的探测光斑20这类实施例中，第二探测光为OLED中绿色和蓝色发光像素单元合成光，第一探测光为OLED中蓝色、绿色和红色发光像素单元合成光。对于图3c和图3d所示的防伪区22的图案占比较大的探测光斑这类实施例中，第二探测光为OLED中蓝色、绿色和红色发光像素单元合成光，第一探测光为OLED中绿色和蓝色发光像素单元合成光。在此例举第一探测光和第二探测光的实施例中，第一探测光和第二探测光的区别是否存在红色发光像素。红色发光像素作为防伪特征波段光既可出现于第一探测光中也可以出现于第二探测光中，只要第一探测光和第二探测光所包含的波段不同即可。

在其他的实施例中，也可以利用OLED屏中两种发光像素来形成第一探测光和第二探测光。例如第一探测光为红光和蓝光，第二探测光为蓝光；或者第一探测光为蓝光，第二探测光为红光和蓝光。由于OLED显示屏具有三种发光像素，其中两种的组合，在此不一一进行例举。红色发光像素作为防伪特征波段光的优势已在以上内容有描述，在此不再赘述。理论上也可以只用OLED屏中一种发光像素来形成探测光斑20，然后由于这样照射至识别对象的光强会减弱而影响感光成像单元的成像质量，也会延长整个指纹信息采集的曝光时间，所以并非为优选方案。

以上所描述的光学指纹识别和防伪的方法，可应用于光学指纹识别装置中。这类光学指纹识别装置中的其中光学处理部分的主要结构为光学镜头构件。探测光斑20照射至识别对象，识别对象反射的光信号由光学镜头构件收集。感光像素单元设置于光学镜头构件下方，感光像素单元5大致设置于光学镜头构件的成像面的位置。目前以上所例举的预设图案防伪区22的探测光斑20照射识别对象，通过光学镜头构件对应于二维手指和三维手指可以在感光成像单元上形成不同的指纹防伪信息。

光学镜头构件类的光学指纹识别装置中在进行指纹图像的采集时，容易出现感光成像单元中部的感光像素接收的光强较大，而感光成像单元边缘的感光像素接收的光强相对中部位置会较低，这样导致最终的指纹图像边缘位置质量不佳。因此，为缓解由于光学镜头构件这种光学指纹识别装置所存在的中部和边缘光强不均匀的问题，可将对应于光学镜头构件中部区域的探测光斑20的探测光的强度低于探测光斑其他部分的探测光强度。这样，有利于提高光学指纹识别装置输出的图像质量。

整体上，本申请说明书中所提供的光学指纹识别和防伪的方法，通过对探测光斑20进行改进，其至少包括能产生第一探测光的防伪区22和能产生第二探测光的识别区21，再通过利用感光成像单元接收识别对象所反射的探测光，形成指纹感测图像；分离所述指纹感测图像中与所述识别区21探测光对应的指纹识别信息和与防伪区22探测光对应的指纹防伪信息。整体上，一次采图，即可实现指纹识别和防伪检测，不仅能够在保证指纹识别设备的安全性，而且进一步提高了识别防伪的效率。

在此对以上所描述的光学指纹识别和防伪的方法应用于一种电子设备时形成光学指纹识别和防伪的系统进行说明。在电子设备对识别对象进行指纹识别防伪时，该电子设别的系统控制电子设备在指纹识别区域显现指纹的探测光斑20。

请参阅图8简略的示意了该系统，以下结合图8对此系统做进一步的描述和说明。该电子设备具有指纹识别区21。该电子设备可以为具有指纹识别需求的电子设备，例如手机、平板、电脑等。

在电子设备对识别对象进行指纹识别防伪时，系统控制所述电子设备在指纹识别区21域显现指纹的探测光斑20。探测光斑20包括识别区21和呈现预设图案的防伪区22，防伪区22产生第一探测光，识别区21产生第二探测光。该系统还包括：光学指纹识别和防伪装置和算法模块40。

光学指纹识别和防伪装置包括：光学镜头构件30和感光成像单元50。光学镜头构件30用于接收识别对象反射的探测光斑20照射至识别对象的光信号。具体的，该光学镜头构件30可以包括：光学镜头或者和设置于光学镜头下方的微透镜结构，实现将透过探测光斑20的指纹信号在感光成像单元50中成像。

感光成像单元50设置于所述光学镜头构件30下方，形成所述识别对象在所述探测光斑20的照射下的指纹感测图像。感光成像单元50的设置在以上光学指纹识别和防伪的方法的实施例中有较为详细的描述，在此不做重复描述和说明。

算法模块40可设置于电子设备的核心控制系统中，对感光成像单元50输出的指纹感测图像进行处理。算法模块40便于电子设备的系统对设置于该电子设别中的光学指纹识别和防伪装置进行控制。以指纹识别区21设置于电子设备的显示屏内进行说明。该显示屏若为OLED显示屏，系统可以通过控制显示屏而形成如上所描述的探测光斑20。

该光学指纹识别和防伪的系统依据不同电子设备的系统设置需求，基于此探测光斑20进行识别对象的指纹信息的检测，基于算法模块40分离的指纹识别图像和指纹防伪图像，可以先对指纹识别图像进行识别，也可以先对指纹防伪图像进行识别，此外还可以同时对两者进行识别，其可以根据具体需求而灵活设定，本申请在此并不作唯一限定。

具体应用的进一步说明，例如，系统可设定先进行防伪判断在判断识别对象为三维指纹时时，再开始识别流程，否则终止指纹认证过程。当然，系统也可以设定为在电子设备进行指纹识别为注册用户时结合防伪进行判断，若判断识别对象为二维手指则终止指纹认证过程，在此不做限定。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (19)

1.一种光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，包括：

提供探测光斑，所述探测光斑照射至识别对象表面，所述探测光斑包括识别区和呈现预设图案的防伪区；其中，所述防伪区产生第一探测光，所述识别区产生第二探测光；

提供感光成像单元，所述感光成像单元接收识别对象所反射的探测光，形成指纹感测图像；

分离所述指纹感测图像中与所述识别区探测光对应的指纹识别信息和与所述防伪区探测光对应的指纹防伪信息；

提取所述指纹防伪信息中特征参数而判断识别对象为二维手指或者三维手指。

2.如权利要求1所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，还包括：基于所述指纹识别信息判断所述识别对象所携带的指纹特征。

3.如权利要求1所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，所述感光成像单元包含呈阵列分布的第一感光像素和第二感光像素；所述第一感光像素接收所述第一探测光，所述第二感光像素接收所述第二探测光。

4.如权利要求3所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，所述感光成像单元中所述第一感光像素的数目小于所述第二感光像素数目。

5.如权利要求4所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，所述第一感光像素按预设规则排均匀分布于所述感光成像单元中。

6.如权利要求3所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，所述防伪区设置于所述识别区内，所述第一探测光中包括所述第二探测光以及防伪特征波段光。

7.如权利要求6所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，所述第一感光像素包含滤光层；所述第一感光像素接收第一探测光中所述防伪特征波段光。

8.如权利要求1至7任一所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，采用OLED显示屏中三色发光像素单元形成所述探测光斑。

9.如权利要求8所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，所述第二探测光为OLED中绿色和蓝色发光像素单元合成光，所述第一探测光为OLED中蓝色、绿色和红色发光像素单元合成光。

10.如权利要求1所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，还包括提供用于接收所述识别对象反射的所述探测光斑照射至所述识别对象的光信号的光学镜头构件，将所述感光像素单元设置于所述光学镜头构件下方。

11.如权利要求10所述的光学指纹识别和防伪的方法，其特征在于，对应于所述光学镜头构件中部区域的探测光斑的探测光的强度低于所述探测光斑其他部分的探测光强度。

12.一种光学指纹识别和防伪的系统，应用于具有指纹识别区的电子设备，其特征在于，在所述电子设备对识别对象进行指纹识别防伪时，所述系统控制所述电子设备在指纹识别区域显现指纹的探测光斑；

所述探测光斑包括识别区和呈现预设图案的防伪区，所述防伪区产生第一探测光，所述识别区产生第二探测光；

所述系统还包括：光学指纹识别和防伪装置和算法模块；

所述光学指纹识别和防伪装置包括：

光学镜头构件，接收所述识别对象反射的所述探测光斑照射至所述识别对象的光信号；以及

感光成像单元，设置于所述光学镜头构件下方，形成所述识别对象在所述探测光斑的照射下的指纹感测图像；

其中，所述算法模块分离所述指纹感测图像中指纹识别信息和指纹防伪信息；所述算法模块提取所述指纹防伪信息中特征参数判断所述识别对象为二维手指或者三维手指。

13.如权利要求12所述的光学指纹识别和防伪的系统，其特征在于，所述感光成像单元包含呈阵列分布的第一感光像素和第二感光像素；所述第一感光像素接收所述第一探测光，所述第二感光像素接收所述第二探测光。

14.如权利要求13所述的光学指纹识别和防伪的系统，其特征在于，所述第一感光像素的数目小于所述第二感光像素的数目。

15.如权利要求14所述的光学指纹识别和防伪的系统，其特征在于，所述第一感光像素按照预设规则均匀分布于所述感光成像单元中。

16.如权利要求13所述的光学指纹识别和防伪的系统，其特征在于，所述算法模块依据所述第一感光像素和第二感光像素分离所述指纹感测图像中指纹识别信息和指纹防伪信息。

17.如权利要求12所述的光学指纹识别和防伪的系统，其特征在于，所述探测光斑的防伪区设置于所述探测光斑的识别区内，所述第一探测光包括所述第二探测光和防伪特征波段光。

18.如权利要求12所述的光学指纹识别和防伪的系统，其特征在于，所述指纹识别区设置于所述电子设备的显示屏内。

19.如权利要求18所述的光学指纹识别和防伪的系统，其特征在于，所述显示屏为OLED显示屏，所述探测光斑由所述OLED屏的发光像素产生。

Images