CN117253296B - 一种用于身份认证的3d成像系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用于身份认证的3D成像系统。该系统包括：若待测对象出现在3D成像模组的身份认证范围内，则控制红外成像装置采集待测对象的红外参考图像；红外参考图像中至少包括原始红外散斑图像；根据红外参考图像确定活检参考图像，在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，将活检参考图像中的目标红外散斑图像、目标红外泛光图像和目标深度图像输入面部活检模型进行活体判定；在待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，将活检参考图像中的目标红外散斑图像和目标红外泛光图像输入手掌活检模型进行活体判定；在面部活检模型和/或手掌活检模型判定待测对象为活体情况下，再对待测对象进行身份认证。本申请能提高身份认证的准确性，降低认证成本。

Description

一种用于身份认证的3D成像系统

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，具体涉及身份认证领域，尤其涉及一种用于身份认证的3D成像系统。

背景技术

身份认证场景中通常应用图像处理技术和活体检测技术，实现用户身份认证。活体检测技术是一种用于确定用户真实生理特征的技术。将活体检测应用于身份认证场景，可以帮助用户甄别身份认证中存在的欺诈行为，保障用户的利益。图像处理技术用于为活体检测技术提供进行活检所必须的图像数据，用于活体检测的图像数据的准确性以及图像数据的采集成本将直接影响身份认证的准确性和认证成本。

相关技术中，借助外部设备如使用热成像设备为活体检测提供图像数据，此类方法准确率高，但需要使用额外的器件，使得身份认证成本居高不下。还会通过可见光成像装置采集包括用户动态信息如眨眼、张嘴、摇头、点头的图像数据，并基于此类图像数据进行活体检测，仅能抵御照片这种静态图像的攻击，无法甄别利用用户相关动作的录制视频应对活体检测以及身份认证的欺诈行为，存在身份认证的准确性较低的问题。

发明内容

本申请提供了一种用于身份认证的3D成像系统，可以达到提高身份认证的准确性，降低认证成本的目的。

根据本申请的第一方面，提供了用于身份认证的3D成像系统，所述系统包括：指令输入模块、3D成像模组和主芯片；其中，所述主芯片分别与所述指令输入模块和所述3D成像模组通信连接；

所述指令输入模块，用于在待测对象出现在所述3D成像模组的身份认证范围内的情况下生成身份认证指令，并将所述身份认证指令发给所述主芯片；

所述主芯片包括：控制模块、图像处理模块、活体检测模块和身份认证模块；所述控制模块响应于所述身份认证指令生成图像采集指令，并将所述图像采集指令发给所述3D成像模组；其中，所述3D成像模组至少包括红外成像装置和红外结构光投射器；所述红外结构光投射器用于投射散斑红外光；

所述3D成像模组响应于所述图像采集指令控制所述红外成像装置对所述待测对象进行图像采集以得到所述待测对象的红外参考图像；所述红外参考图像中至少包括原始红外散斑图像；其中，所述原始红外散斑图像通过所述红外成像装置在所述红外结构光投射器投射的散斑红外光下对所述待测对象进行图像采集得到；

所述图像处理模块用于根据所述红外参考图像为所述活体检测模块确定用于对所述待测对象进行活检所需的活检参考图像；其中，所述活体检测模块包括：面部活检模型和手掌活检模型；

在所述待测对象所属的对象类型为面部的情况下，将所述活检参考图像中的目标红外散斑图像、目标红外泛光图像和目标深度图像输入所述面部活检模型进行活体判定；在所述待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，将所述活检参考图像中的目标红外散斑图像和目标红外泛光图像输入所述手掌活检模型进行活体判定；

在所述面部活检模型和/或所述手掌活检模型判定所述待测对象为活体情况下，所述身份认证模块对所述待测对象进行身份认证。

本申请技术方案，若待测对象出现在3D成像模组的身份认证范围内，则控制红外成像装置采集待测对象的红外参考图像；红外参考图像中至少包括原始红外散斑图像；根据红外参考图像确定活检参考图像，在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，将活检参考图像中的目标红外散斑图像、目标红外泛光图像和目标深度图像输入面部活检模型进行活体判定；在待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，将活检参考图像中的目标红外散斑图像和目标红外泛光图像输入手掌活检模型进行活体判定；在面部活检模型和/或手掌活检模型判定待测对象为活体情况下，再对待测对象进行身份认证。本申请将待测对象的红外散斑图像、红外泛光图像和深度图像用于活体检测和身份认证，多种图像联合使用，提升了活体检测的可靠性和准确性。将活体检测用于身份认证场景，可以避免使用照片、三维模型、动态视频的伪造攻击，进而提高了身份认证的准确性和可靠性。本申请无需借助额外设备如热成像设备，仅需借助基础的3D成像模组即可实现活体检测和身份认证，降低了身份认证的成本。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请提供的用于身份认证的3D成像系统的一种结构示意图；

图2为根据本申请提供的3D成像模组的一种结构示意图；

图3为根据本申请提供的3D成像模组的另一种结构示意图；

图4为根据本申请提供用于身份认证的3D成像系统的一种使用流程图；

图5为根据本申请提供的红外结构光投射器的一种结构示意图；

图6为根据本申请提供的红外成像装置的一种结构示意图；

图7为根据本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图；

图8为根据本申请提供的红外泛光投射器的俯视图；

图9为根据本申请提供的红外泛光投射器的侧视图；

图10中的10（a）为根据本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图；

图10中的10（b）为根据本申请提供的红外泛光投射单元的出光视场角示意图；

图10中的10（c）为根据本申请提供的红外泛光投射器中红外泛光投射单元所投射的矩形光斑的示意图；

图11为根据本申请提供的红外光源的一种结构示意图；

图12为根据本申请提供的红外光投射器的一种结构示意图；

图13为根据本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图；

图14为根据本申请提供用于身份认证的3D成像系统的另一种使用流程图；

图15为本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图；

图16为本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“目标”以及“候选”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1是根据本申请提供的用于身份认证的3D成像系统的一种结构示意图；本实施例可适用于利用生物特征进行身份认证的情况，本实施例所提供的用于身份认证的3D成像系统可运行在电子设备中。

如图1所示，该系统包括：指令输入模块101、主芯片102和3D成像模组103；其中，主芯片102分别与指令输入模块101和3D成像模组103通信连接；

指令输入模块101，用于在待测对象出现在3D成像模组103的身份认证范围内的情况下生成身份认证指令，并将身份认证指令发给主芯片102；

主芯片102包括：控制模块1021、图像处理模块1022、活体检测模块1023和身份认证模块1024；控制模块102响应于身份认证指令生成图像采集指令，并将图像采集指令发给3D成像模组103；其中，3D成像模组103至少包括红外成像装置和红外结构光投射器；红外结构光投射器用于投射散斑红外光；

3D成像模组103响应于图像采集指令控制红外成像装置对待测对象进行图像采集以得到待测对象的红外参考图像；红外参考图像中至少包括原始红外散斑图像；其中，原始红外散斑图像通过红外成像装置在红外结构光投射器投射的散斑红外光下对待测对象进行图像采集得到；

图像处理模块1022用于根据红外参考图像为活体检测模块1021确定用于对待测对象进行活检所需的活检参考图像；其中，活体检测模块包括：面部活检模型和手掌活检模型；

在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，将活检参考图像中的目标红外散斑图像、目标红外泛光图像和目标深度图像输入面部活检模型进行活体判定；在待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，将活检参考图像中的目标红外散斑图像和目标红外泛光图像输入手掌活检模型进行活体判定。

在面部活检模型和/或手掌活检模型判定待测对象为活体情况下，身份认证模块对待测对象进行身份认证。

其中，红外参考图像是通过红外成像装置对待测对象进行图像采集得到。红外参考图像至少包括原始红外散斑图像。其中，原始红外散斑图像中分布有一系列伪随机的散斑点。红外结构光投射器发射出带一定特征信息的散斑红外光投射在待测对象表面，待测对象反射的光在红外成像装置上所成的像即为原始红外散斑图像。

然后，图像处理模块1022根据红外参考图像为活体检测模块1021确定用于对待测对象进行活检所需的活检参考图像活检参考图像。可选的，活检参考图像包括目标红外散斑图像、目标红外泛光图像、目标深度图像和目标可见光图像中的至少一种。

其中，目标红外散斑图像通过图像处理模块1022对原始红外散斑图像进行预处理得到。示例性的，预处理可以包括去噪声、裁剪、binning和旋转等操作。

目标深度图像通过图像处理模块1022对目标红外散斑图像和预先存储的参考红外散斑图像进行匹配计算得到，具体的，本申请提供的用于身份认证的3D成像系统中预先存储有某一距离的参考红外散斑图像，通过在参考红外散斑图像上截取出与目标红外散斑图像同一区域的作为参考目标红外散斑图像，找到目标红外散斑图像与参考目标红外散斑图像相匹配的像素点对，基于相匹配的像素点对利用三角形计算原理计算得到。

其中，在3D成像模组中还包括红外泛光投射器的情况下，目标红外泛光图像可以通过图像处理模块1022对红外成像装置在红外泛光投射器投射的均匀红外光下采集得到的原始红外泛光图像进行预处理得到。也可以通过图像处理模块1022基于红外参考图像中的原始红外散斑图像确定。可选的，图像处理模块1022将目标红外散斑图像输入散斑消除模型消除原始红外散斑图像中的散斑得到待测对象的目标红外泛光图像。

其中，散斑消除模型用于消除目标红外散斑图像中的散斑。散斑消除模型通过预先训练得到。其中，目标红外散斑图像通过对原始红外散斑图像进行预处理得到。

可选的，用于训练散斑去除模型的训练样本包括若干由红外散斑图像和红外泛光图像构成的图像对。同一图像对中的红外散斑图像和红外泛光图像，通过红外成像装置在红外结构光投射器和红外泛光投射器的补光下分别采集得到。也就是说，同一图像对中的红外散斑图像和红外泛光图像，进行采集时所对应的光照条件不同。

通过使用散斑消除模型，对目标红外散斑图像进行散斑消除确定目标红外泛光图像，无需在3D成像模组中额外设置红外泛光投射器，有利于降低三维成像模组的生产成本和组装成本，且有利于实现三维成像模组的小型化设计。

图2为在3D成像模组中不包括红外泛光投射器的情况下，根据本申请提供的3D成像模组的一种结构示意图。图2中红外结构光投射器以202示出，红外成像装置以203示出。图2中的201表示主板。如图2所示，3D成像模组中，红外结构光投射器202和红外成像装置203间隔安装在主板201上。3D成像系统中的主芯片102也贴装在主板上（图2中未示出）。图3为在3D成像模组中包括红外泛光投射器的情况下，根据本申请提供的3D成像模组的另一种结构示意图。相比于图2，图3在红外结构光投射器202和红外成像装置203之间增设了红外泛光投射器302。如图3所示，3D成像模组中，红外结构光投射器202、红外泛光投射器302和红外成像装置203依次间隔安装在主板201上。

图4为根据本申请提供用于身份认证的3D成像系统的一种使用流程图。值得注意的是，在本申请提供的3D成像系统中的3D成像模组采用如图2所示的结构时，红外参考图像仅包括原始红外散斑图像；在本申请提供的3D成像系统中的3D成像模组采用如图3所示的结构时，红外参考图像除了包括原始红外散斑图像外还包括原始红外泛光图像。

以3D成像系统中的3D成像模组采用如图2所示的结构为例，参考图4和图1对本申请提供用于身份认证的3D成像系统的使用流程进行说明。

当在3D成像模组103的身份认证范围内检测到被测对象后，指令输入模块101会生成身份认证指令并输出至控制模块1021，控制模块1021响应于身份认证指令生成图像采集指令，基于图像采集指令启动3D成像模组103，具体的，同时启动3D成像模组103中的红外成像装置和红外结构光投射器。红外结构光投射器将散斑红外光投射至待测对象，待测对象反射至红外成像装置成像并输出待测对象的红外参考图像。

具体的，若待测对象所属的对象类型是面部，则控制红外成像装置203采集面部的红外参考图像；若待测对象所属的对象类型是手掌，则控制红外成像装置203采集手掌的红外参考图像。此时，红外参考图像中仅包括原始红外散斑图像。

图像处理模块1022根据红外参考图像为活体检测模块1021确定用于对待测对象进行活检所需的活检参考图像。活体检测模块1023包括：面部活检模型和手掌活检模型。这样可以支持对多种活检方式，能够避免单一认证方式的不便，如手上有东西不方便时可以进行面部活体检测，面部有遮挡物时，可以进行手掌活体检测。另外，对于某些身份认证要求安全极高的场景，可以联合使用多种活检方式，增加认证准确性。

在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，将活检参考图像中面部的目标红外散斑图像、目标红外泛光图像和目标深度图像输入面部活检模型进行活体判定；在待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，将活检参考图像中手掌的目标红外散斑图像和目标红外泛光图像输入手掌活检模型进行活体判定。

可以知道的是，活检参考图像的图像尺寸将直接影响活体检测的速度。可选的，在将活检参考图像输入活体检测模型进行活体判定之前，对活检参考图像进行binning以及裁剪等操作，将活检参考图像的图像尺寸缩小到目标图像尺寸。其中，目标图像尺寸在这里不作限定，具体根据实际业务需求确定。示例的，目标图像尺寸为112×112或者96×96。

在面部活检模型和/或手掌活检模型判定待测对象为活体情况下，身份认证模块对待测对象进行身份认证。

身份认证一般会将面部的原始红外散斑图像重新进行图像处理，如去噪、校正、消散斑和binning等操作，最终得到尺寸较输入活检参考图像尺寸更大的面部红外泛光图像，现常用的图像尺寸有224×224。然后，提取面部红外泛光图像中的特征信息，与系统内合法身份的特征信息进行匹配，若匹配成功则身份认证成功，若匹配失败则重新获取图像，进行下一轮的身份认证，超出检测时间后系统停止采图等待下一身份认证指令。

在一个可选的实施例中，面部活检模型包括如图4所示的第一面部活检模型、第二面部活检模型和第三面部活检模型。其中，第一面部活检模型基于面部红外散斑图像构成的活检图像样本训练得到；第一面部活检模型用于在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，对活检参考图像中的目标红外散斑图像进行处理并输出第一面部活检结果；第二面部活检模型基于面部红外泛光图像构成的活检图像样本训练得到；第二面部活检手掌模型用于在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，对活检参考图像中的目标红外泛光图像进行处理并输出第二面部活检结果；第三面部活检模型基于面部深度图像构成的活检图像样本训练得到；第三面部活检模型用于在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，对活检参考图像中的目标深度图像进行处理并输出第三面部活检结果；其中，活检图像样本包括正例图像样本和负例图像样本。正例图像样本通过对真实存在的面部或者手掌进行图像采集得到，负例图像样本通过对虚拟制作的面部或手掌进行图像采集得到。

若第一面部活检结果、第二面部活检和第三面部活检结果均为活体的情况下，则面部活检模型判定待测对象为活体；

相应的，手掌活检模型包括如图4所示的第一手掌活检模型和第二手掌活检模型；第一手掌活检模型基于手掌红外散斑图像构成的活检图像样本训练得到；第一手掌活检模型用于在待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，对活检参考图像中的目标红外散斑图像进行处理并输出第一手掌活检结果；第二手掌活检模型基于手掌红外泛光图像构成的活检图像样本训练得到；第二手掌活检模型用于在待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，对活检参考图像中的目标红外泛光图像进行处理并输出第二手掌活检结果。若第一手掌活检结果和第二手掌活检结果均为活体，则手掌活检模型判定所述待测对象为活体。

然而，值得注意的是，图4中示出的情况并不能对本申请所提供的用于身份认证的3D成像系统造成限定。

在一个可选的实施例中，面部活检模型可同时处理红外散斑图像、红外泛光图像和深度图像三种活检参考图像。相应的，手掌活检模型可同时处理红外散斑图像和红外泛光图像两种活检参考图像。

可选的，面部活检模型基于面部红外散斑图像、面部红外泛光图像和面部深度图像构成的活检图像样本训练得到；面部活检模型用于在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，对活检参考图像中的目标红外散斑图像、目标红外泛光图像和目标深度图像进行处理以对待测对象进行活体判定。

可选的，手掌活检模型基于手掌红外散斑图像和手掌红外泛光图像构成的活检图像样本训练得到；手掌活检模型用于在待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，对活检参考图像中的目标红外散斑图像和目标红外泛光图像进行处理以对待测对象进行活体判定。

本申请技术方案，若待测对象出现在3D成像模组的身份认证范围内，则控制红外成像装置采集待测对象的红外参考图像；红外参考图像中至少包括原始红外散斑图像；根据红外参考图像确定活检参考图像，在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，将活检参考图像中的目标红外散斑图像、目标红外泛光图像和目标深度图像输入面部活检模型进行活体判定；在待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，将活检参考图像中的目标红外散斑图像和目标红外泛光图像输入手掌活检模型进行活体判定；在面部活检模型和/或手掌活检模型判定待测对象为活体情况下，再对待测对象进行身份认证。本申请将待测对象的红外散斑图像、红外泛光图像和深度图像用于活体检测和身份认证，多种图像联合使用，提升了活体检测的可靠性和准确性。将活体检测用于身份认证场景，可以避免使用照片、三维模型、动态视频的伪造攻击，进而提高了身份认证的准确性和可靠性。本申请无需借助额外设备如热成像设备，仅需借助基础的3D成像模组即可实现活体检测和身份认证，降低了身份认证的成本。

实施例二

图5为根据本申请提供的红外结构光投射器的一种结构示意图。具体的，图5是对图2和图3示出的红外结构光投射器的结构进行进一步地细化。

图5包括5（a）和5（b）两个部分。其中，图5中的5（a）为红外结构光投射器的一种结构示意图；图5中的5（b）为红外结构光投射器的另一种结构示意图。

参见图5中的5（a），红外结构光投射器202主要包含电路板501、激光光源502、准直镜503、衍射光学元件504，激光光源502电联于电路板501上，电路板501可以是软硬结合板、陶瓷基板或PCB板等，用于为激光光源502供电，激光光源502一般可以是vcsel（垂直腔面激光发射器）、hcsel（水平腔面激光发射器)或者eel（边缘发射激光器）等，由多个伪随机分布的发光孔组成，发光波长在700-1300nm间，可以是850nm、905nm或者940nm等的红外波长，准直镜503由透镜和镜筒组成，透镜可以是由一片或多片镜片组成，镜片固定在镜筒上，衍射光学元件504固定在准直镜503的镜筒的台阶面上，激光光源502发出的光经准直镜503后准直为平行光束，平行光束再经衍射光学元件504复制扩散为带一定特征信息的结构光，如常见的散斑红外光，散斑红外光照射在待测对象上后，反射的光束经红外成像装置成像。

在一个可选的实施例中，红外结构光投射器202还可以是如图5中5（b）所示的另一种结构。参见图5中的5（b），红外结构光投射器202由电路板501、激光光源502、结构支架505及准直衍射一体化光学元件506组成，结构支架505通过胶水固定在501上，准直衍射一体化光学元件506则通过胶水固定在505的台阶面上，与图5中5（a）所示出的红外结构光投射器202不同的是，图5中5（b）的红外结构光投射器中没有准直镜，使用准直衍射一体化光学元件506实现了上述准直镜的准直功能以及衍射光学元件的衍射功能，准直衍射一体化光学元件506可以是通过在一片光学元件的基础上集成准直微结构面和衍射微结构面来实现，也可以使用一个微结构面来实现如上述的准直和衍射功能，如该微结构面可以是基于衍射原理设计的光栅微结构面，也可以是基于广义斯涅耳原理设计的超表面微结构面。

图6是对图2和图3示出的红外成像装置的结构进行进一步地细化。图6包括6（a）、6（b）和6（c）三个部分。其中，图6中6（a）为红外成像装置的一种结构示意图；图6中6（b）为红外成像装置的另一种结构示意图；图6中6（c）为红外成像装置的又一种结构示意图。

其中，参见图6中的6（a），红外成像装置203主要包含电路板601、成像芯片602、成像镜头603和红外窄带滤光片604组成，成像镜头603由透镜和镜筒组成，透镜可以是由一片或多片镜片组成，镜片固定在镜筒上，透镜单元用于接收散斑结构光经待测对象反射后所形成的反射散斑红外光，并将其聚焦成像在成像芯片602上，从而生成相应的原始红外散斑图像。红外窄带滤光片604被设置为与红外结构光投射器202内激光光源502的波长相匹配的窄带滤光片，其用于过滤杂散光以仅使与红外结构光投射器202发射的散斑红外光光束相应的反射散斑光束进入成像芯片，从而获取到更加精确的原始红外散斑图像。

在一个可选的实施例中，红外成像装置203还可以是如图6中6（b）的另一种结构。其中，图6中6（b）主要包括电路板601、成像芯片602、结构支架605、超表面透镜606和红外窄带滤光片604。结构支架605上有两个固定台阶面，超表面透镜606和红外窄带滤光片604分别固定在结构支架605的两个台阶面上；与图6中6（a）提供的结构不同的是，图6中6（b）提供的结构用超表面透镜606替代了传统基于几何光学成像原理设计的成像透镜，超表面透镜606基于广义斯涅耳定律，通过引入表面亚波长尺寸单元结构来产生突变相位，使超表面的二维平面结构具有特殊电磁属性，可实现对入射光的振幅，相位和偏振等灵活的调控，具有强大的光场操控能力，一般是在高透过率的基材，如石英、SiO2、聚合物材料或者PC上形成一层由多个亚波长尺寸单元按一定规律排列的微结构面；通过定义输入场和输出场的光场分布及光场信息如幅度和偏振信息等，即可求出超表面在不同位置下的相位分布，通过相位分布及超表面基材和微结构面的材料选取，计算可得到微结构面的结构分布。

在一个可选的实施例中，红外成像装置203还可以是如图6中6（c）的又一种结构。其中，图6中6（c）主要包含电路板601、成像芯片602、结构支架607、红外超表面透镜608，结构支架607上有一个固定台阶面，红外超表面透镜608固定在结构支架607的台阶面上；与图6中6（b）提供的结构不同的是，图6中6（c）提供的结构中的红外超表面透镜608集成了成像透镜成像及红外窄带滤光片的滤光功能。

值得注意的是，图5所示出的红外结构光投射器和图6所示出的红外成像装置，可以作为独立的器件通过连接器连接于主板201上，也可以直接贴于主板201上，即图5中的电路板501与图6中的电路板601均为主板201，即红外结构光投射器和红外成像装置共基板设计，相关实施例均在本发明保护范围中。

实施例三

图7是本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图。图7包括7（a）和7（b）两个部分。其中，图7中的7（a）和图7中的7（b）中所包括红外泛光投射器的结构不同。

参见图7中的7（a）和图7中的7（b），3D成像模组103包括主板201、红外结构光投射器202、红外泛光投射器302和红外成像装置203；图3所提供的3D成像模组结构为红外泛光投射器302位于红外结构光投射器202与红外成像装置203之间。与图3所提供的3D成像模组结构不同的是，在图7中7（a）和图7中7（b）示出的3D成像模组结构中红外泛光投射器302为环形结构，围绕在红外结构光投射器202和红外成像装置203的周围。

图8和图9对图7示出的红外泛光投射器302的结构进行进一步地细化。图8为红外泛光投射器302的俯视图，图9为红外泛光投射器302的侧视图。其中，图8包括8（a）和8（b）两个部分。其中，图8中8（a）为红外泛光投射器的一种结构示意图；图8中8（b）为红外泛光投射器的另一种结构示意图。图8中8（a）和图8中8（b）分别与图7中7（a）和图7中7（b）相对应。为了便于理解，参照图8和图9对图7中7（a）和图7中7（b）示出的3D成像模组结构进行区分。先对图8中8（a）和图9提供的红外泛光投射器的结构进行说明。

如图8中8（a）和图9所示，红外泛光投射器302包括至少两颗红外光源7021和一个环形导光环7022。红外成像装置203和红外结构光投射器202处于环形导光环7022的内部区域。

环形导光环7022包括：出光面7022（b）和入光面7022（a）；出光面7022（b）呈圆环状；入光面7022（a）呈圆台状。入光面7022（a）为表面光滑的透明体；出光面7022（b）为表面磨砂的透明体；入光面7022（a）的上沿周长与出光面7022（b）的外沿周长相等；入光面7022（a）和出光面7022（b）；环形导光环7022的出光面7022（b）与入光面7022（a）呈第一角度θ；其中，第一角度θ为10°至70°。

至少两颗红外光源7021等间距的分布在出光面7022（b）向下投影所形成的环形内，环形导光环的出光面7022（b）与红外光源的发光面平行，红外光源的发光面距出光面为第一高度h；其中，第一高度h为3mm至10mm；

7021（a）为红外光源7021照射在环形导光环3022的出光部7022（b）上的光斑截面示意图，红外光源7021发出的红外光一部分经过环形导光环7022的出光面7022（b）出射至待测对象，一部分不经过环形导光环7022的出光面7022（b）出射至待测对象。

可选的，为了兼顾加工成本和光学效果，环形导光环7022一般使用PMMA或PC材质通过3D打印得到，入光面7022（a）和出光面7022（b）的光滑程度可通过后续抛光、喷砂等工艺控制。

图7中7（a）和图8中8（a）提供的结构中出光面7022（b）呈圆环状，入光面7022（a）呈圆台状；与图7中7（a）和图8中8（a）不同的是，图7中7（b）和图8中8（b）中环形导光环7022的出光面7022（b）呈椭圆环状；入光面7022（a）呈椭圆台状。

如图9所示，红外泛光投射器302还包括连接部件9022（c）。其中，连接部件9022（c）用于将红外泛光投射器的环形导光环与主板或其他结构件固定在一起。可选的，连接部件9022（c）与环形导光环为一体成型。其中，环形导光环的入光面和出光面为一体成型，这样可以降低红外泛光投射器的生产成本，有利于降低身份认证系统的成本。

进一步的，图7中7（a）中的三维成像模组103的主板为圆形，如图7中7（b）中的三维成像模组103的主板为矩形。当然，可以理解的是，主板201也可以设置为异形。主板201的形状在这里不作限定，具体根据实际情况确定。优选的，将三维成像模组103的主板设计为矩形，因为矩形结构占地面积小，可以节省空间，有利于实现三维成像模组的小型化设计。

本申请技术方案通过采用如图7所示的3D成像模组结构，将环形导光环的入光面设置为圆台状或椭圆台状，并将红外光源的发光面和环形导光环的出光面之间的距离设置为第一高度，且控制红外光源发出的红外光一部分经过环形导光环的出光面出射至待测对象，一部分不经过环形导光环的出光面出射至待测对象，可以避免光照中心过亮四周过暗的情况，可以达到均匀照度的效果。将红外泛光投射器的环形导光环设置为圆台状或者椭圆台状，可以使红外泛光投射器投射的红外光更均匀。同时，还可以降低红外泛光投射器对于安装精度的要求。

可以理解的是，红外光源3021投射出来的光斑与红外光成像装置203的接收视场重合区域的占比越大，红外泛光的光斑利用率越高。红外光成像装置203一般是矩形视场，图7中7（a）和图8中8（a）中红外泛光投射器302中红外光源3021投射出来的光斑是圆形，图7中7（b）和图8中8（b）中红外泛光投射器302中红外光源3021投射出来的光斑是类椭圆形，类椭圆形相较于圆形更加接近于矩形。优选的，将泛光投射器302设置为如图7中7（b）的椭圆状，这样可以在兼顾方便加工的基础上，使出射光斑为类椭圆形，可以提高光斑的利用率。

实施例四

图10为根据本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图，图10包括10（a）、10（b）和10（c）三个部分。其中，图10中的10（a）为对图3示出的红外泛光投射器的结构进行进一步地细化。图10中的10（b）为红外泛光投射单元的出光视场角示意图。图10中的10（c）为红外泛光投射器中红外泛光投射单元所投射的矩形光斑的示意图。

如图10中的10（a）所示，该三维成像模组103包括：红外结构光投射器202、红外泛光投射器302和红外光成像装置203；红外泛光投射器302介于红外光成像装置203和红外结构光投射器202之间，红外结构光投射器202、红外泛光投射器302和红外光成像装置203单列排布在三维成像的主板201上；红外泛光投射器302包括至少两颗红外泛光投射单元在图10中的10（a）中以编号1002（a）、1002（b）、1002（c）和1002（d）示出。可以理解的是，图10中的10（a）中示出的红外泛光投射单元为4颗的情况仅作说明使用，并不对本申请实施例造成限定。在这里不对红外泛光投射器302中红外泛光投射单元的颗数作限定，红外泛光投射器302中红外泛光投射单元的颗数具体根据实际情况确定。

参见图10中的10（a）所示，至少两颗红外泛光投射单元1002（a）到1002（d）呈矩形状紧密排列。

图11对图10中10（a）和图10中10（b）示出的红外泛光投射单元的结构进行进一步地细化，图11包括两个部分11（a）和11（b）。其中，图11中11（a）为红外泛光投射单元的一种结构示意图；图11中11（b）为红外泛光投射单元的另一种结构示意图。

参见图11中11（a），红外泛光投射单元包括红外光源和透镜，图11中11（a）中红外光源以黑色矩形示出，透镜以白色半圆示出。红外光源电联在三维成像模组的主板201上；红外泛光投射单元发出的光束经过透镜扩散为视场角更大的均匀红外光。红外光源可以是vcsel发光阵列或者LED等，红外光源的发射波长范围为700-1300nm，一般有850nm、905nm、940nm等。

在一个可选的实施例中，红外泛光投射单元还可以是如图11中11（b）所示的另一种结构。参见图11中的11（b），红外泛光投射单元包括红外光源和矩形匀光片；红外光源在图11中的11（b）中以黑色矩形示出，矩形匀光片在图11中的11（b）中以白色矩形示出。

红外光源连接在三维成像模组的主板201上；矩形匀光片置于红外光源的上表面；矩形匀光片用于将红外光源发出的光束进行整形匀光。

与现有的红外泛光投射单元不同，本申请中红外光源发出的红外光以偏离光源中轴的方向从矩形匀光片的上表面射出。也就是说，本申请中红外光源发出的红外光并不以光源中轴为对称轴。现有的泛光投射器中红外光源发出的光斑都是中心对称的，而本申请实施例中红外光源发出的红外光经矩形匀光片调制为矩形偏心光斑。

其中，光源中轴与红外光源上表面垂直。将红外光源的光源中轴所在方向确定为0°，将顺时针的方向定义为正向，相对的，将逆时针的方向定义为负向。其中，正向是指角度增加的方向，负向是指角度减少的方向。

可选的，图10中10（a）和图10中10（b）中红外泛光投射器的红外泛光投射单元采用如图11中11（b）所示的结构，也就是说，图10中10（a）和图10中10（b）中红外泛光投射器发出的光斑为矩形偏心光斑。这是因为，单颗泛光投射单元投射出的是矩形光斑，将多颗泛光投射单元拼接得到的红外泛光投射器302投射出的也是矩形光斑。而红外光成像装置203一般是矩形视场，红外泛光投射器302投射出来的光斑与红外光成像装置203的接收视场重合区域的占比越大，光斑利用率越高。利用红外泛光投射器302投射出呈矩形光斑的均匀红外光，对红外光成像装置203进行补光，可以提高红外泛光投射器的光能利用率。

每个红外泛光投射单元发出的红外光均为矩形偏心光斑，不同红外泛光投射单元偏离光源中轴的方向不同，示例性的，红外泛光投射单元1002（a）可以从光源中轴向顺时针方向偏离。红外泛光投射单元1002（b）可以从光源中轴向逆时针方向偏离。为了便于表述，将光源中轴所在的方向作为y轴，将与光源中轴相垂直的方向作为x轴，在图10中10（b）中建立视场角坐标系。基于参考视场角坐标系对红外投射单元的出光视场角进行描述。例如，图10中10（b）中红外泛光投射单元1002（a）水平出光视场角范围为-70°~0°，红外泛光投射单元1002（b）水平出光视场角为0°到70°。通过将两颗红外泛光投射单元投射的光斑沿x轴方向（即水平方向）进行拼接，可以得到如图10中10（c）所示的矩形光斑，拼接得到的矩形光斑，其水平方向的出光视场角为-70°~70°。参见图10中10（c），1002（a）指向的灰色矩形为红外泛光投射单元1002（a）形成的矩形偏心光斑，1002（b）指向的灰色矩形为红外泛光投射单元1002（b）形成的矩形偏心光斑。在实际应用场景中，考虑到装配误差或制造公差，可以将红外泛光投射单元1002（a）的水平出光视场角的范围设计得较实际应用值稍大点，如设计为-70°~5°，将红外泛光投射单元1002（b）的水平出光视场角范围设计为-5°~70°保证两个红外泛光投射单元发出的光束完整拼接，拼接处不会有缝隙，也可以是其它任意角度进行拼接，均在本发明保护范围内。本申请通过将多个红外泛光投射单元拼接使用，可以大大增加红外泛光投射器总的出光功率。

可以知道的是，红外泛光投射单元中的矩形匀光片用于对红外光源发出的光束进行整形匀光。通过更改矩形匀光片的设计可以调整红外泛光投射单元的出光视场角。

但是，矩形匀光片的设计难度会随着出光视场角的增大而增加。在需要红外泛光投射单元以较大的出光视场角发射红外光的情况下，如水平出光视场角大于120°时，则再难以通过更改矩形匀光片的设计实现。即使通过更改矩形匀光片的设计将红外泛光单元的出光视场角增加到了所需大小，但是还可能会存在投射光斑均匀性差，出光光功率低的问题。本申请实施例中红外泛光投射单元投射出来的光束为偏心的矩形光斑场，通过将多个红外泛光投射单元拼接扩大出光视场角，在减小矩形匀光片的设计难度的同时，保证了矩形匀光片的匀光整形质量。

在一个可选的实施例中，将红外泛光投射单元1002（a）和1002（b）的设置为相同的出光视场角，例如将红外泛光投射单元1002（a）和1002（b）的出光视场角均设置为-70°到5°，在实际拼接时，再将可以将1002（b）旋转180°当做1002（a）用，这样这样多个红外泛光投射单元可以用同样的设计，只是组装方向不一样即可，可以减少了红外泛光投射器使用的种类，从而降低了红外泛光投射单元的设计成本。

实施例五

图12是根据本申请提供的红外光投射器的一种结构示意图。其中，红外结构光投射器属于3D成像模组的一部分，由红外结构光投射器和红外泛光投射器集成得到。

图12包括12（a）和12（b）两个部分。其中，图12中12（a）为红外光投射器的一种结构示意图；图12中12（b）为红外光投射器的另一种结构示意图。

其中图12中的12（a）所示的红外结构光投射器包含：电路板1201、第一激光光源1202、垫高片1203、第二激光光源1204、准直镜1205、衍射光学元件1206，第一激光光源1202位于准直镜1205的焦平面，第二激光光源1204通过垫高片1203垫高位于准直镜1205的虚焦平面，第一激光光源1202可以是vcsel、hcsel或者eel，其波长为红外波段，第一激光光源1202的发射波长可以根据实际需求进行选择，示例性的，第一激光光源1202的发射波长可以是850nm、905nm或者940nm等。第一激光光源1202上面分布有多个随机排布的点阵，用于发射散斑红外光。第二激光光源1304可以是led、vcsel、hcsel或eel，第二激光光源1204上面分布一个或多个发光点，发光点之间的排列可以是规律排列也可以是随机排列，波长与第一激光光源1202一致，用于发射均匀红外光；垫高片1203可以是PCB、陶瓷基板或金属基板，目的是将第二激光光源垫高，并将第二激光光源电性能转接到电路板1201上；准直镜1205由成像透镜和镜筒组成，成像透镜由一片或多片镜片组成，一般材料有玻璃或树脂，镜筒用于固定镜片，准直镜1205用于将焦平面发出的激光光束准直为平行光束。衍射光学元件1206用于将入射光束衍射并复制为更大视场角的光束，通过胶水固定在1205的台阶面上；

可选的，第一激光光源1202和第二激光光源1204的位置也可以互换，如第一激光光源1202通过垫高片垫高，而第二激光光源1204直接贴附在电路板1201上，此时只需保证第一激光光源1202位于准直镜的焦平面、第二激光光源1204位于准直镜的虚焦平面即可。

在一个可选的实施例中，红外光投射器还可以是如图12中12（b）所示的另一种结构，红外光投射器包括电路板1201、第一激光光源1202、垫高片1203、第二激光光源1204、结构支架1207及准直衍射一体化光学元件1208。结构支架1205通过胶水固定在电路板1201上，准直衍射一体化光学元件1208则通过胶水固定在结构支架1207的台阶面上。

图12中12（b）的红外光投射器较图12中12（a）不同的是，图12中12（b）提供的红外光投射器使用准直衍射一体化光学元件1208实现了图12中12（a）中准直镜的准直功能以及衍射光学元件的衍射功能。

准直衍射一体化光学元件1208可以是通过在一片光学元件的基础上集成准直微结构面和衍射微结构面来实现，也可以使用一个微结构面来实现如上述的准直和衍射功能，如该微结构面可以是基于衍射原理设计的光栅微结构面，也可以是基于广义斯涅耳原理设计的超表面微结构面。

值得注意的是，图12所示出的红外光投射器，可以作为独立的器件通过连接器连接于主板201上，也可以直接贴于主板201上也即图12中的电路板1201为主板201。

针对于图12中12（a）和图12中12（b）示出的红外光投射器，当点亮第一激光光源1202时，第二激光光源1204停止工作，此时第一激光光源1202发出的光经准直镜1205准直为平行光，第一激光光源1202的光斑经准直镜1205成像后，成与第一激光光源1202的发光孔分布一样的清晰光斑点图，再经衍射光学元件1206复制并扩散为更大视场角的散斑红外光。当点亮第二激光光源1204时，第一激光光源1202停止工作，因第二激光光源1204处于准直镜1205的虚焦位置，第二激光光源1204的光斑经准直镜1205后成像为多个模糊扩散的光斑点，光斑点相互重叠在一起，成分布均匀的泛光，再经衍射光学元件1206复制并扩散为更大视场角的均匀红外光。

通过控制模块1021在不同时间间隔驱动第一激光光源1202和第二激光光源1204工作，即可在红外结构光投射器上同时实现红外结构光投射器和红外泛光投射器结的功能，节省了设备成本和空间。

实施例六

图13是根据本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图。图13对图3所示出的3D成像模组进行进一步优化。

如图13所示，3D成像模组除了图3中主板201、红外结构光投射器202、红外泛光投射器302和红外成像装置203以外，3D成像模组还包括可见光投射器1302和彩色成像装置1303。可见光投射器1302和彩色成像装置1303介于红外成像装置203和红外结构光投射器202之间。

其中，可见光投射器1302用于投射均匀可见光；彩色成像装置1303在可见光投射器1302投射的均匀可见光下对待测对象进行图像采集得到待测对象的原始可见光图像。接下来，即可将原始可见光图像用于身份认证。

在图13所提供的3D成像模组的基础上，本申请提供了用于身份认证的3D成像系统的另一种使用流程图，具体参见图14。图14是对图4所示出的用于身份认证的3D成像系统使用流程的优化。区别于图4所提供的使用流程，图14所提供的使用流程包括了与可见光图像相关的部分。

参考图14，控制模块1021除了控制红外成像装置203采集待测对象的红外参考图像以外，还会控制可见光投射器1302投射均匀可见光，并控制彩色成像装置1303在可见光投射器1302投射的均匀可见光下对待测对象进行图像采集得到原始可见光图像。具体的，若待测对象所属的对象类型是面部，则通过彩色成像装置1303采集面部的原始可见光图像；若待测对象所属的对象类型是手掌，则控制彩色成像装置1303采集手掌的原始可见光图像。然后，图像处理模块1022对原始可见光图像进行预处理，得到待测对象的目标可见光图像。

区别于图4示出的使用方法，图14中面部活检模型还包括第四面部活检模型；其中，第四面部活检模型基于面部可见光图像构成的活检图像样本训练得到。在待测对象所属的对象类型为面部的情况下，将面部的目标可见光图像输入第四面部活检模型，通过第四面部活检模型对面部的目标可见光图像进行处理并输出第四面部活检结果。

然后，参考第四面部活检结果与第一面部活检模型、第二面部活检模型和第三面部活检模型输出的第一面部活检结果、第二面部活检结果和第三面部活检结果，对待测对象进行活体判定。具体的，若第一面部活检结果、第二面部活检、第三面部活检结果和第四面部活检结果均为活体的情况下，则面部活检模型判定待测对象为活体。

相应的，图14中手掌活检模型还包括第三手掌活检模型；第三手掌活检模型基于手掌可见光图像构成的活检图像样本训练得到。在待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，将手掌的目标可见光图像输入第三手掌活检模型，通过第三手掌活检模型对手掌的目标可见光图像进行处理并输出第三手掌活检结果。

然后，参考第三手掌活检结果与第一手掌活检模型和第二手掌活检模型输出的第一手掌活检结果和第二手掌活检结果，对待测对象进行活体判定。具体的，若第一手掌活检结果、第二手掌活检结果和第三手掌活检结果均为活体，则手掌活检模型判定待测对象为活体。

在面部活检模型和/或手掌活检模型判定待测对象为活体情况下，身份认证模块对待测对象进行身份认证。

将待测对象的可见光图像与待测对象的红外散斑图像、红外泛光图像和深度图像用于身份认证，可以丰富身份认证中所使用图像的类型，有利于增强身份认证的可靠性和准确性。这是因为，可见光图像与红外散斑图像和红外泛光图像对应的是不同波段。在不同波段的光照条件下得到的活检参考图像特征信息有差异。以手掌为例进行说明，波长在700nm到1000nm的近红外光谱区的光对生物组织有较强的穿透能力，且血液中的氧合血红蛋白和还原血红蛋白对红外波长的光吸收率相对较高，因此在红外光照射下，手掌静脉部分会因为对光线有较多的吸收而呈暗色，此外由于红外光照射下，手掌的掌纹信息较弱，掌静脉信息较明显，而可见光对皮肤的穿透能力弱，难以到达皮下组织内丰富的静脉血管中，无法形成静脉暗区图像，在可见光照射下，手掌的掌纹信息明显。

如图13所示，3D成像模组同时包括红外结构光投射器202、红外泛光投射器302和可见光投射器1302，以及红外成像装置203和彩色成像装置1303。

当可见光投射器1303开启时，红外成像装置203成像不会受均匀可见光的影响，因为红外成像装置203中设置的红外窄带滤光片可以将可见光滤除；同理，当红外结构光投射器202或红外泛光投射器302开启时，彩色成像装置1303成像不会受散斑红外光或者均匀红外光影响，因为彩色成像装置1303中设置的滤光片可以将红外光滤除。

因此，在一个可选的实施例中，在待测对象出现在3D成像模组103的身份认证范围内，并判定红外成像装置203和/或彩色成像装置1303的成像质量均满足要求后，控制模块1021可以同时启动红外结构光投射器202和可见光投射器1302，再启动红外泛光投射器302。当同时启动红外结构光投射器202和可见光投射器1302时，红外成像装置203和彩色成像装置1303同时开启，红外成像装置203采集原始红外散斑图像，彩色成像装置1303采集原始可见光图像。当启动红外泛光投射器302时，红外成像装置203开启，采集原始红外泛光图像。此外，也可以先启动红外泛光投射器302，再同时启动红外结构光投射器202和可见光投射器1302，还可以先同时启动红外泛光投射器302和可见光投射器1302，再启动红外结构光投射器202；或是先启动红外结构光投射器202，再同时启动红外泛光投射器302和可见光投射器1302。

这样做可以让彩色成像装置1303和红外成像装置203同时曝光输出图像，提高图像采集的效率。例如，如果间隔启动红外结构光投射器202、红外泛光投射器302和可见光投射器1302，此时，如果彩色成像装置1303和红外成像装置203的输出阵列均为30fps，则1s钟最多只能输出10帧原始红外散斑图像、10帧原始红外泛光图像和10帧原始可见光图像。若在启动红外泛光投射器302或者红外结构光投射器202中一个的情况下，同时启动可见光投射器1302，则1s钟最多可以输出15帧原始红外散斑图像、15帧原始红外泛光图像和15帧原始可见光图像，如此提高图像采集的效率。

在一个可选的实施例中，红外成像装置203和彩色成像装置1303可以各自封装为独立的成像相机或集成于同一个成像相机。

红外成像装置203和彩色成像装置1303可以各自封装为独立的成像相机，可以节省成本和降低组装难度。在独立封装红外成像装置203和彩色成像装置1303时，红外成像装置203和彩色成像装置1303可采用图6所示的结构。

值得注意的是，此时成像相机的设计需要针对可见光波段和红外波段设计成像透镜，保证可见光波段和红外波段通过都有好的成像质量，滤光片需要设计为双通滤光片，使得可见光源和红外光源的光束都能通过，成像芯片需要设计为对可见光和红外光都可以成像并输出相关图像数据。

实施例七

图15是本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图。图15对图13以及图7所示出的3D成像模组进行进一步优化。图15包括15（a）和15（b）两个部分，分别与图7中7（a）和图7中7（b）相对应。

通过比对图7中7（a）和图15中15（a），以及图7中7（b）和图15中15（b）可以发现，图15中15（a）和图15中15（b）的3D成像模组103除了包括主板201、红外结构光投射器202、红外泛光投射器302和红外成像装置203以外，还包括彩色成像装置1303和可见光投射器1302。可见光投射器1302包含至少两颗可见光光源1502。彩色成像装置1303在可见光投射器1302投射的均匀可见光下对待测对象进行图像采集得到原始可见光图像。

具体的，在图7中7（a）和图7中7（b）的红外泛光投射器302的基础上，增加了可见光光源1502。参见图15中15（a）和图15中15（b）, 可见光光源1502与红外结构光投射器302中的红外光源7021，在环形导光环的出光面3022（b）向下投影所形成的环形内等间距地间隔排列。控制模块1021可以控制可见光光源1502与红外光源3021间隔时间点亮。

彩色成像装置1303与红外成像装置203和红外结构光投射器202同处于环形导光环3022的内部区域，且彩色成像装置1303介于红外成像装置203和红外结构光投射器202之间。

环形导光环3022的出光面3022（b）与可见光光源1502的发光面平行，可见光光源1502的发光面距环形导光环3022的出光面3022（b）为第二高度；其中，第二高度为3mm至10mm；

可见光光源1502发出的可见光一部分经过环形导光环的出光面7022（b）出射至待测对象，一部分不经过环形导光环的出光面7022（b）出射至待测对象。

图16是本申请提供的3D成像模组的又一种结构示意图。图16对图10以及图7所示出的3D成像模组进行进一步优化。图16与图10中的10（a）相对应。

通过比对图10中的10（a）和图16可以发现，图16的3D成像模组103除了包括主板201、红外结构光投射器202、红外泛光投射器302和红外成像装置203以外，还包括彩色成像装置1303和可见光投射器1302。

可见光投射器1302包含至少两颗可见光投射单元。彩色成像装置1303在可见光投射器1302投射的均匀可见光下对待测对象进行图像采集得到原始可见光图像。

具体的，图16在图10中10（a）的红外泛光投射器302的基础上，增设了可见光投射器1302。可见光投射器1302由至少两颗可见光投射单元1602，在图16中以编号1602（a）、1602（b）、1602（c）和1602（d）示出。至少两颗可见光投射单元呈矩形状紧密排列；可见光投射器1302与红外泛光投射器302间隔排列；红外成像装置203和彩色成像装置1303可以各自封装为独立的成像相机或集成于同一个成像相机。

可见光投射单元的结构可采用图11中11（b）所示的结构，包括可见光光源和矩形匀光片；矩形匀光片置于可见光光源的上表面；可见光光源发出的均匀可见光经过矩形匀光片后以偏离光源中轴的方向从所述矩形匀光片的上表面射出；可见光投射单元投射出的光斑为偏心矩形光斑，至少两颗可见光投射单元发出的至少两个偏心矩形光斑拼接得到视场角更大的矩形光斑。

上述技术方案，通过在三维成像模组中设置可见光投射器和可见光成像装置，为采集待测对象的可见光图像提供了硬件支持，将待测对象的可见光图像与待测对象的红外散斑图像，红外泛光图像和深度图像用于活体检测，有利提高活体检测的可靠性和准确性。

本公开的技术方案中，所涉及的用户数据的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于身份认证的3D成像系统，其特征在于，所述系统包括：指令输入模块、主芯片和3D成像模组；其中，所述主芯片分别与所述指令输入模块和所述3D成像模组通信连接；

所述指令输入模块，用于在待测对象出现在所述3D成像模组的身份认证范围内的情况下生成身份认证指令，并将所述身份认证指令发给所述主芯片；

所述主芯片包括：控制模块、图像处理模块、活体检测模块和身份认证模块；所述控制模块响应于所述身份认证指令生成图像采集指令，并将所述图像采集指令发给所述3D成像模组；其中，所述3D成像模组至少包括红外成像装置和红外结构光投射器；所述红外结构光投射器用于投射散斑红外光；

所述3D成像模组响应于所述图像采集指令控制所述红外成像装置对所述待测对象进行图像采集以得到所述待测对象的红外参考图像；所述红外参考图像中至少包括原始红外散斑图像；其中，所述原始红外散斑图像通过所述红外成像装置在所述红外结构光投射器投射的散斑红外光下对所述待测对象进行图像采集得到；

所述图像处理模块用于根据所述红外参考图像为所述活体检测模块确定用于对所述待测对象进行活检所需的活检参考图像；其中，所述活体检测模块包括：面部活检模型和手掌活检模型；

在所述待测对象所属的对象类型为面部的情况下，将所述活检参考图像中的目标红外散斑图像、目标红外泛光图像和目标深度图像输入所述面部活检模型进行活体判定；在所述待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，将所述活检参考图像中的目标红外散斑图像和目标红外泛光图像输入所述手掌活检模型进行活体判定；

在所述面部活检模型和/或所述手掌活检模型判定所述待测对象为活体情况下，所述身份认证模块对所述待测对象进行身份认证；

所述3D成像模组还包括红外泛光投射器；所述红外参考图像还包括红外泛光图像；所述红外泛光投射器用于投射均匀红外光；所述红外成像装置在所述红外泛光投射器投射的均匀红外光下采集所述待测对象的原始红外泛光图像；

其中，所述红外泛光投射器包括至少两颗红外光源和一个环形导光环；所述环形导光环包括：出光面和入光面；所述出光面呈圆环状或椭圆环状；所述入光面呈圆台状或椭圆台状；所述入光面为表面光滑的透明体；所述出光面为表面磨砂的透明体；所述入光面的上沿周长与所述出光面的外沿周长相等；所述入光面和所述出光面是一体成型；所述环形导光环的出光面与入光面呈第一角度；其中，所述第一角度为10°至70°；所述至少两颗红外光源等间距的分布在所述出光面向下投影所形成的环形内，所述环形导光环的出光面与所述红外光源的发光面平行，所述红外光源的发光面距所述出光面为第一高度；其中，所述第一高度为3mm至10mm；所述红外光源发出的红外光一部分经过所述环形导光环的出光面出射至所述待测对象，一部分不经过所述环形导光环的出光面出射至所述待测对象；所述红外成像装置和所述红外结构光投射器处于所述环形导光环的内部区域；

或者，

所述红外泛光投射器由至少两颗红外泛光投射单元；所述至少两颗红外泛光投射单元呈矩形状紧密排列；所述红外泛光投射单元包括红外光源和矩形匀光片；所述矩形匀光片置于所述红外光源的上表面；所述红外光源发出的均匀红外光经过所述矩形匀光片后以偏离光源中轴的方向从所述矩形匀光片的上表面射出；所述红外泛光投射单元投射出的光斑为偏心矩形光斑，所述至少两颗红外泛光投射单元发出的至少两个偏心矩形光斑拼接得到视场角更大的矩形光斑。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像处理模块根据所述红外参考图像为所述活体检测模块生成用于对所述待测对象进行活检所需的活检参考图像，包括：

所述图像处理模块对所述原始红外散斑图像进行预处理，得到待测对象的目标红外散斑图像；

所述图像处理模块对所述目标红外散斑图像和预先存储的参考红外散斑图像进行匹配计算，得到所述待测对象的目标深度图像；

所述图像处理模块将所述目标红外散斑图像输入散斑消除模型消除所述红外散斑图像中的散斑得到所述待测对象的目标红外泛光图像。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像处理模块根据所述红外参考图像为所述活体检测模块生成用于对所述待测对象进行活检所需的活检参考图像，还包括：

所述图像处理模块对所述原始红外散斑图像进行预处理，得到待测对象的目标红外散斑图像；

所述图像处理模块对所述目标红外散斑图像和预先存储的参考红外散斑图像进行匹配计算，得到待测对象的目标深度图像；

所述图像处理模块对所述原始红外泛光图像进行预处理，得到待测对象的目标红外泛光图像。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述3D成像模组中的红外结构光投射器和所述红外泛光投射器集成于红外光投射器；所述红外光投射器包括第一激光光源、第二激光光源和垫高片；所述红外光投射器包括准直衍射一体化光学元件，或者准直镜和衍射光学元件；其中，所述准直衍射一体化光学元件兼具所述准直镜的准直功能和所述衍射光学元件的衍射功能；

第一激光光源的发光面位于所述准直镜或者所述准直衍射一体化光学元件的焦平面；所述第二激光光源经垫高片垫高其发光面位于准直镜或准直衍射一体化光学元件的虚焦平面；

其中，若点亮所述第一激光光源，则所述红外光投射器投射散斑红外光以便所述红外成像装置在所散斑红外光下采集所述待测对象的原始红外散斑图像；若点亮所述第二激光光源，则所述红外光投射器投射均匀红外光以便所述红外成像装置在均匀红外光下采集所述待测对象的原始红外泛光图像。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活检参考图像还包括目标可见光图像；所述3D成像模组还包括可见光投射器和彩色成像装置；

所述彩色成像装置在可见光投射器投射的均匀可见光下对所述待测对象进行图像采集得到原始可见光图像；

所述图像处理模块对所述原始可见光图像进行预处理，得到待测对象的目标可见光图像；

所述彩色成像装置与所述红外成像装置和所述红外结构光投射器同处于所述环形导光环的内部区域，且所述彩色成像装置介于所述红外成像装置和所述红外结构光投射器之间；

所述可见光投射器包含至少两颗可见光光源；所述可见光光源与所述红外结构光投射器中的红外光源，在所述环形导光环的出光面向下投影所形成的环形内等间距地间隔排列，所述环形导光环的出光面与所述可见光光源的发光面平行，所述可见光光源的发光面距所述出光面为第二高度；其中，所述第二高度为3mm至10mm；

所述可见光光源发出的可见光一部分经过所述环形导光环的出光面出射至所述待测对象，一部分不经过所述环形导光环的出光面出射至所述待测对象；

所述红外成像装置和所述彩色成像装置可以各自封装为独立的成像相机或集成于同一个成像相机。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活检参考图像还包括目标可见光图像；所述3D成像模组还包括可见光投射器和彩色成像装置；

所述彩色成像装置在可见光投射器投射的均匀可见光下对所述待测对象进行图像采集得到原始可见光图像；

所述图像处理模块对所述原始可见光图像进行预处理，得到待测对象的目标可见光图像；

所述可见光投射器由至少两颗可见光投射单元；所述至少两颗可见光投射单元呈矩形状紧密排列；所述可见光投射器与所述红外泛光投射器间隔排列；所述红外成像装置和所述彩色成像装置可以各自封装为独立的成像相机或集成于同一个成像相机；

所述可见光投射单元包括可见光光源和矩形匀光片；所述矩形匀光片置于所述可见光光源的上表面；所述可见光光源发出的均匀可见光经过所述矩形匀光片后以偏离光源中轴的方向从所述矩形匀光片的上表面射出；

所述可见光投射单元投射出的光斑为偏心矩形光斑，所述至少两颗可见光投射单元发出的至少两个偏心矩形光斑拼接得到视场角更大的矩形光斑。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其特征在于，所述面部活检模型包括第一面部活检模型、第二面部活检模型和第三面部活检模型；

其中，所述第一面部活检模型基于面部红外散斑图像构成的活检图像样本训练得到；所述第一面部活检模型用于在所述待测对象所属的对象类型为面部的情况下，对所述活检参考图像中的目标红外散斑图像进行处理并输出第一面部活检结果；

所述第二面部活检模型基于面部红外泛光图像构成的活检图像样本训练得到；所述第二面部活检手掌模型用于在所述待测对象所属的对象类型为面部的情况下，对所述活检参考图像中的目标红外泛光图像进行处理并输出第二面部活检结果；

所述第三面部活检模型基于面部深度图像构成的活检图像样本训练得到；所述第三面部活检模型用于在所述待测对象所属的对象类型为面部的情况下，对所述活检参考图像中的目标深度图像进行处理并输出第三面部活检结果；

若所述第一面部活检结果、所述第二面部活检和第三面部活检结果均为活体的情况下，则所述面部活检模型判定所述待测对象为活体；

所述手掌活检模型包括：第一手掌活检模型和第二手掌活检模型；所述第一手掌活检模型基于手掌红外散斑图像构成的活检图像样本训练得到；所述第一手掌活检模型用于在所述待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，对所述活检参考图像中的目标红外散斑图像进行处理并输出第一手掌活检结果；

所述第二手掌活检模型基于手掌红外泛光图像构成的活检图像样本训练得到；所述第二手掌活检模型用于在所述待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，对所述活检参考图像中的目标红外泛光图像进行处理并输出第二手掌活检结果；

若所述第一手掌活检结果和所述第二手掌活检结果均为活体，则所述手掌活检模型判定所述待测对象为活体；

或者，

所述面部活检模型基于面部红外散斑图像、面部红外泛光图像和面部深度图像构成的活检图像样本训练得到；所述面部活检模型用于在所述待测对象所属的对象类型为面部的情况下，对所述活检参考图像中的目标红外散斑图像、目标红外泛光图像和目标深度图像进行处理以对所述待测对象进行活体判定；

所述手掌活检模型基于手掌红外散斑图像和手掌红外泛光图像构成的活检图像样本训练得到；所述手掌活检模型用于在所述待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，对所述活检参考图像中的目标红外散斑图像和目标红外泛光图像进行处理以对所述待测对象进行活体判定。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述活检参考图像还包括目标可见光图像；所述面部活检模型还包括第四面部活检模型；其中，所述第四面部活检模型基于面部可见光图像构成的活检图像样本训练得到；所述第四面部活检模型用于在所述待测对象所属的对象类型为面部的情况下，对所述活检参考图像中的目标可见光图像进行处理并输出第四面部活检结果；

其中，若所述第一面部活检结果、所述第二面部活检、第三面部活检结果和第四面部活检结果均为活体的情况下，则所述面部活检模型判定所述待测对象为活体；

所述手掌活检模型还包括第三手掌活检模型；所述第三手掌活检模型基于手掌可见光图像构成的活检图像样本训练得到；所述第三手掌活检模型用于在所述待测对象所属的对象类型为手掌的情况下，对所述活检参考图像中的目标可见光图像进行处理并输出第三手掌活检结果；

若所述第一手掌活检结果、所述第二手掌活检结果和第三手掌活检结果均为活体，则所述手掌活检模型判定所述待测对象为活体。