CN202120281U - 防指纹残留的光学指纹识别模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种防指纹残留的光学指纹识别模块，包括外壳、光源、采集棱镜、透镜组、成像电路、指纹处理器、感应单元，其特征在于，所述感应单元包括感应层、挠性电路板和第一印刷电路板；感应层通过挠性电路板与第一印刷电路板电性连接；一方面利用感应单元的电容检测要求接触，而指纹残留进入采集棱镜需要外界光辅助照射，两个条件相互冲突的原理来防指纹残留。另一方面在感应层的上方增加一层透明AF层与手指直接接触，来降低指纹残留的附着度，同时在指纹处理器中增加了指纹残留判定单元，采用与指纹残留欺骗机理相同的特征域判定方法来准确识别指纹残留。本实用新型综合地解决了指纹识别系统中指纹残留的问题，提高了系统的安全性。

Description

防指纹残留的光学指纹识别模块

技术领域

本实用新型涉及光学指纹识别领域，尤其涉及防指纹残留的光学指纹识别模块。

背景技术

光学指纹采集器是最早出现的指纹采集器，也因其使用时间长、性能可靠、价格便宜成为现阶段使用最为普遍的指纹采集器，然而，对于这种接触式采集传感器，由于手指上的皮脂或者污染物影响，会在指纹识别设备上留下一个残留图像(指纹残留)，利用外界光照射传感器或者利用显影粉就有可能检测到该指纹残留。合法用户留下的指纹残留如果被采集为数字图像并进入指纹匹配，有可能通过匹配，导致非法用户利用该残留指纹通过，对指纹识别系统的安全性构成威胁。

指纹残留的问题在光学指纹采集中是一个综合性问题，首先，指纹残留往往来源于附着在采集面上的带有指纹纹理的油脂，采集面上附着的油脂的多少是构成指纹残留的关键因素，且这些残留的油脂进入采集仪形成欺骗的必要条件是有外界光辅助照射；其次，采集面上的指纹残留印迹往往较浅，附着在采集面上较浅的指纹残留在早期的指纹识别系统中不易被识别，因而不会对指纹识别系统构成太大的威胁。然而随着指纹识别算法的提高，现有的指纹识别系统对较模糊的指纹图像也能够进行识别，这也给指纹残留通过指纹识别系统的识别带来了机会。因此，仅通过单一手段解决指纹残留问题已不能达到较好的效果。

发明内容

为了解决上述技术问题本实用新型提供了一种防指纹残留的光学指纹识别模块，包括外壳、光源、采集棱镜、透镜组、成像电路、指纹处理器、感应单元，其特征在于，所述感应单元包括感应层、挠性电路板和第一印刷电路板；

所述感应层位于采集棱镜的上方，所述感应层的上方为透明AF层，所述AF层与手指直接接触；所述感应层和AF层之间还有一层透明绝缘层；所述感应层通过挠性电路板与第一印刷电路板电性连接；

所述第一印刷电路板上安装有电容检测芯片、电源及其他相关元器件；

所述成像电路和指纹处理器安装在第二印刷电路板上；

所述指纹处理器包括有指纹残留判定单元；

所述指纹处理器分别与成像电路、感应单元、光源电气连接。

AF(Antic Fingerprints，防指纹)膜也叫抗污膜，其材料以氟化物为主，能够将水和油与镜片的接触面积减少，使油和水滴不易粘附于镜片表面。在手指的接触表面镀上一层AF膜，就能够减少指纹在采集面上油脂的附着度，防止指纹残留对指纹采集的欺骗。

进一步的，本实用新型中所述第一印刷电路板和第二印刷电路板垂直连接并通过焊接实现彼此电连接。

所述透镜组为定焦透镜模组，通过支架胶粘在第二印刷电路板上；所述透镜组的光心与成像电路的感光靶面中心重合。

所述指纹处理器还包括图像采集单元、图像处理单元、特征提取单元、指纹注册单元、指纹匹配单元、匹配模板单元和临时模板单元。

本指纹识别模块中的感应单元能够检测手指的生物感应电容，从而判定是否是活体手指。同时感应单元的感应层位于采集面上方，能够与手指近距离接触，使得外界光无法照射到采集面上，这与指纹残留形成欺骗的条件相互冲突，因此，指纹残留无法进入采集棱镜形成欺骗。为降低指纹面油脂的附着度，本实用新型在感应层的上方还增加了一层AF层，让手指与AF层直接接触。同时，本实用新型的指纹处理器中包含指纹残留判定单元，采用与指纹残留欺骗机理相同的特征域判定方法，利用指纹残留图像的特征模板与最后一次使用留下的指纹特征模板完全相同的特点(图像间无几何变换)，能够准确的识别出指纹残留。本实用新型综合地解决了指纹识别系统中指纹残留的问题，提高了系统的安全性。

附图说明

图1是本实用新型实施例的剖面图；

图2是本实用新型实施例感应单元的连接示意图；

图3是本实用新型实施例感应单元的电路原理图；

图4是本实用新型的电路连接示意图；

图5是本实用新型指纹处理器的功能模块框图；

图6是本实用新型指纹处理器的匹配及残留判定流程图；

图7是本实用新型指纹处理器的注册流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型做详细说明。

防指纹残留的光学指纹识别模块，参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，包括外壳1、光源2、采集棱镜3、透镜组4、成像电路5、指纹处理器6、感应单元7。

感应单元7包括感应层71、挠性电路板72和第一印刷电路板73，感应层71位于采集棱镜3的上方，感应层71可以镀在采集棱镜3的采集面上，也可以以制作成膜片状贴在采集棱镜3的采集面。感应层71的上方覆盖有一层透明AF层31，用于手指直接接触，所述AF层31可以采用真空镀膜或蒸发工艺的方式镀于感应层71的表面，感应层71与AF层31之间还有一层透明绝缘层32，绝缘层32用于保护感应层71。第一印刷电路板73上安装有电容检测芯片、电源及其他相关元件，第一印刷电路板73安装在采集棱镜3的下方，感应层71通过挠性电路板72与第一电路板73焊接在一起(参见图2)，从而使感应层71与电容检测芯片彼此实现电连接。如图3所示，电容检测芯片选用型号为TTP2230，感应层71(图中显示为TP)通过绕行电路板72与TTP2230芯片的I脚相连，感应单元7的电容检测信号通过TTP2230芯片Q引脚输出至指纹处理器6。

成像电路5、指纹处理器6安装在第二印刷电路板8上。第二印刷电路板8安装在外壳1的底部，第一印刷电路板73与第二印刷电路板8垂直连接，并且通过焊接彼此实现电连接。

光源2由导光板和发光二极管组成，导光板与采集棱镜3的入射面紧贴，发光二极管焊接在第一电路板73上，且发光二极管与指纹处理器6电气连接。透镜组4为定焦透镜模组，可通过模造成型，或是根据物镜距的要求来调整焦距并固定而成，其焦距和物镜距都是固定的，能对固定距离成像，透镜组4通过支架胶粘在第二印刷电路板8上，透镜组4的光心与成像电路5的感光靶面中心重合。成像电路5是半导体成像传感器CMOS成像电路，安装在第二印刷电路板8上，成像电路5的输出信号与指纹处理器6相连接。

指纹处理器6作为光学指纹识别模块的主控制单元，本实施例中选用型号为FSC7002的指纹识别专用集成芯片，安装在第二电路板8上，FSC7002采用的是纯硬件单芯片的解决方案，由高速硬件加解密、高性能MCU、指纹芯片内全硬件处理及丰富的接口所组成的单芯片解决方案，使整个系统的性价比高、系统功耗低、系统可靠性强，FSC7002的内部还增加了对指纹残留的判断过程，提高了系统的安全性。如图5所示，指纹处理器6具有以下功能模块：

图像采集单元61，利用光学指纹采集原理采集指纹图像，并将采集图像发送到图像处理单元62；

图像处理单元62，将采集到的图像进行图像增强、平滑处理、图像二值化、图像细化等处理，目的主要是为特征提取的有效性、准确性作好准备；

特征提取单元63，将经过处理的指纹图像提取特征，并形成待匹配的指纹特征模或待注册的匹配模板；

指纹匹配单元64，用于将待匹配指纹特征模板与匹配模板进行指纹匹配，并且根据得到的匹配得分判定是否匹配成功；

指纹残留判定单元65，与指纹匹配单元64和临时模板单元68相连，用于将在指纹匹配单元64匹配成功的待匹配的指纹特征模板与临时模板单元68存储的指纹特征模板进行匹配，根据得到的匹配得分和几何变换矢量信息判定待匹配指纹特征模板是否是指纹残留。

指纹注册单元66，用于将待注册指纹特征模板进行指纹注册，并判定是否注册成功；

匹配模板单元67，与指纹匹配单元55相连，用于存储匹配模板；

临时模板单元68，与指纹匹配残留判定单元65和指纹注册单元66相连，用于存储最后一次匹配成功且不是指纹残留的指纹特征模板，或最后一次注册成功的指纹特征模板。

具体实施过程：

手指按压在采集面上时，手指与感应层71形成一个较大耦合电容，电容检测芯片检测到该耦合电容信号，并将该信号输出给指纹处理器6，指纹处理器6根据得到的信号发出指令点亮光源2，使本指纹识别模块处于工作状态。光源2发出的光照射到按压在采集面上的手指上，根据指纹脊线谷线和采集面接触程度的差异发生反射，反射光线再经过透镜组4汇聚到成像电路5形成指纹图像，成像电路5将指纹图像输送到指纹处理器6。当无手指按压在采集面上时，所产生的耦合电容会远小于手指压在采集面上时产生的耦合电容，此时指纹处理器6便不发送指令点亮光源2，光学指纹识别模块保持处于非工作状态。由于手指与AF层31直接接触，AF层31降低了手指表面油脂在采集面上的附着度，降低了指纹残留对本指纹识别模块构成的威胁。

指纹处理器6将接收到的指纹信息进行匹配及残留判定，过程如图6所示，包括：

S11，特征提取单元获取待匹配指纹特征模板；

S12，待匹配指纹特征模板与匹配模板单元67中已存在的匹配模板依次进行匹配，得到匹配得分；

S13，判断匹配是否成功，从S2中得到的所有匹配得分中找出得分最高，并判断该匹配得分是否大于预先设定的匹配阀值，若最高得分大于匹配阀值，则说明待匹配图像匹配成功，进入S14，否则执行S16；

S14，将匹配成功的待匹配指纹特征模板与临时模板单元68中的指纹特征模板进行匹配，得到两模板间的匹配得分和集合变换矢量信息；

S15，判定是否为指纹残留图像，判断S14中得到的匹配得分中的最大得分是否大于匹配阀值并且几何变换矢量信息是否为零或者小于变换阀值，若是，则说明该待匹配图像为指纹残留图像，进入S16，拒绝登陆，否则执行S17，通过登陆并将登陆的待比对特征模板更新到临时模板单元68中；

S16，拒绝登陆；

S17，通过登陆并将通过的待比对指纹特征模板更新到临时模板单元68中。

匹配阈值和变换阈值根据实际测试设定。

由于在注册过程中可能留下的残留可能对下一次指纹匹配造成影响。在指纹注册成功后需将注册成功的指纹特征更新到临时模板单元中，指纹注册过程的流程参见图7：

S21，获取待注册指纹特征模板；

S22，指纹注册；

S23，判断是否注册成功，若是，则进入说S24，否则执行S25，S22和S23通过指纹注册单元66来实现；

S24，将注册成功的指纹特征模板更新到匹配模板单元67中，并同更新临时模板单元68；

S25，拒绝注册。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本实用新型的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本实用新型的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (4)

1.防指纹残留的光学指纹识别模块，包括外壳、光源、采集棱镜、透镜组、成像电路、指纹处理器、感应单元，其特征在于，所述感应单元包括感应层、挠性电路板和第一印刷电路板；

所述感应层位于采集棱镜的上方，所述感应层的上方为透明AF层，所述AF层与手指直接接触；所述感应层和AF层之间还有一层透明绝缘层；所述感应层通过挠性电路板与第一印刷电路板电性连接；

所述第一印刷电路板上安装有电容检测芯片、电源及其他相关元器件；

所述成像电路和指纹处理器安装在第二印刷电路板上；

所述指纹处理器包括有指纹残留判定单元；

所述指纹处理器分别与成像电路、感应单元、光源电气连接。

2.如权利要求1所述的防指纹残留的光学指纹识别模块，其特征在于，所述第一印刷电路板和第二印刷电路板垂直连接并通过焊接实现彼此电连接。

3.如权利要求1所述的防指纹残留的光学指纹识别模块，其特征在于，所述透镜组为定焦透镜模组，通过支架胶粘在第二印刷电路板上；所述透镜组的光心与成像电路的感光靶面中心重合。

4.如权利要求1所述的防指纹残留的光学指纹识别模块，其特征在于，所述指纹处理器还包括图像采集单元、图像处理单元、特征提取单元、指纹注册单元、指纹匹配单元、匹配模板单元和临时模板单元。

Images