CN207051921U - 多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片及终端设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片及终端设备，图像感测器芯片包括至少三个介质层；第一介质层上设置有像素模块，第二介质层上设置有生物识别模块，第三介质层上设置有电路模块，像素模块用于实现图像采集并将采集的光信号转换成电信号；电路模块包括模拟电路部分和数字电路部分，模拟电路部分用于将电信号转换成数字信号，数字电路部分用于对转换后的数字信号进行格式处理以输出预设格式要求的数字信号；生物识别模块中至少设置有生物识别区块，生物识别区块根据内置生物识别算法进行生物特征识别。本实用新型提供的感测器芯片可以同时实现生物图像采集和生物识别功能，从而使得感测器芯片的功能更强大，安全性更高。

Description

多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片及终端设备

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术和生物识别技术领域，具体涉及一种多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片及终端设备。

背景技术

信息化高速发展的一大特征是个人身份的数字化和隐性化，如何准确鉴定一个人的身份，保护信息安全是当今信息化时代必须解决的一个关键性社会问题。随着互联网和智能终端的兴起，人们对于安全方面的意识逐渐增强，智能终端不仅开机自动启动项、一些系统权限，还涉及到解锁、文件系统权限、隐私保密及安全支付等方面都需要用户管理，因此衍生出一系列的保安保密措施。

生物特征身份的鉴别技术是智能终端进行身份鉴别领域的一个研究热点。生物特征识别技术是利用人体固有的生理特征(如人脸、指纹、虹膜、静脉、视网膜等)进行的身份认证技术或者利用后天形成的行为特征(如签名、笔迹、声音、步态等)进行的身份认证技术，与传统身份鉴定手段相比，基于生物特征识别的身份鉴定技术具有较多无法比拟的优点，包括不会遗忘或丢失，防伪性能好、不易伪造或被盗，“随身携带”、随时随地可用等；特别是虹膜识别方面的优点更多更明显，正日益成为智能终端中的最亮功能点。

虽然虹膜识别已经开始进入智能终端，但是虹膜识别中需要解决两个难点问题是：一是虹膜图像的获取，二是虹膜识别的实现，这也是制约生物识别技术发展的最大瓶颈，特别是虹膜识别技术更是如此。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供了一种多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片及终端设备，本实用新型提供的多层嵌入 式生物识别算法的图像感测器芯片，集成了生物图像采集和生物识别功能，使得图像感测器芯片的功能更为强大，安全性更为提高。

具体地，本实用新型提供了以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片，包括：至少三个介质层；其中，第一介质层上设置有像素模块，第二介质层上设置有生物识别模块，第三介质层上设置有电路模块；设置在第一介质层上的像素模块、设置在第二介质层上的生物识别模块和设置在第三介质层上的电路模块通过电性连接；

其中，所述像素模块用于实现图像采集，并将采集的光信号转换成电信号；

所述电路模块包括模拟电路部分和数字电路部分，所述模拟电路部分用于将所述电信号转换成数字信号，所述数字电路部分用于对转换后的数字信号进行格式处理以输出预设格式要求的数字信号；

所述生物识别模块中至少设置有生物识别区块，所述生物识别区块中设置有预设的生物识别算法，所述生物识别区块用于根据其内置的预设的生物识别算法对所述电路模块输出的数字信号进行相应的生物特征识别。

进一步地，所述第一介质层、所述第二介质层和所述第三介质层相对设置。

进一步地，所述生物识别模块中还设置有安全加密区块，所述安全加密区块用于对所述生物识别模块进行安全加密保护。

进一步地，所述安全加密区块包括口令功能区、身份编号功能区和预设指定预留算法功能区中的一种或多种功能区。

进一步地，所述安全加密区块中设置有安全加密算法，所述安全加密区块用于根据其内置的安全加密算法对所述生物识别模块实现安全加密保护。

进一步地，所述生物识别区块中至少包括图像处理单元、生物识别单元和识别结果判定单元。

进一步地，所述生物识别模块还设置有内存单元，所述内存单元用于为生物识别区块和安全加密区块提供存储空间。

进一步地，所述内存单元设置有外部接口，所述外部接口用于与外部设备连接，供所述外部设备使用所述内存单元，所述外部设备包括模组设备和/或终端设备。

进一步地，所述内存单元用于提供Flash闪存存储空间、EEPROM电可擦可编程只读存储空间和SRAM静态随机存取存储空间中的一种或多种。

进一步地，所述电路模块的周边设置有多个I/O接口，所述电路模块通过所述I/O接口与外部电性连接。

进一步地，所述生物识别区块中内置的预设的生物识别算法包括：虹膜识别算法、视网膜识别算法、眼纹识别算法、人脸识别算法和静脉识别算法中的一种或多种。

进一步地，所述生物识别区块中内置的预设的生物识别算法包括完整的、部分的、混合的生物识别软件代码、算法或程序。

进一步地，所述像素模块包括RGB、RGBW、RGBIR、RBGI、RWB和BW中的一种或多种。

进一步地，所述图像感测器芯片的应用场景包括生物识别、监控安防和金融支付中的一种或多种。

进一步地，所述预设的生物识别算法的烧录地点包括芯片厂、封测厂和终端厂中的一种或多种。

进一步地，所述安全加密算法的烧录地点包括芯片厂、封测厂和终端厂中的一种或多种。

第二方面，本实用新型还提供了一种终端设备，包括如上面任一项所述的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片。

进一步地，所述终端设备为台式电脑、平板电脑、移动手机、智能家居、电视机、游戏机和AR/VR/MR装置中的一种或多种。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的多层嵌入式生物识别算 法的图像感测器芯片，将像素模块封装于第一介质层上，将生物识别模块封装于第二介质层上，将电路模块封装于第三介质层上，通过这种片上系统的封装，使得图像感测器芯片同时具有生物图像采集和生物识别功能，从而使得图像感测器芯片的功能更为强大，安全性更为提高，从而为信息安全的处理提供了更多的便利性，并且芯片级的软件和硬件的双重保护，甚至可以实现“一机一码”，因此安全级别非常高，从而促进生物识别技术和信息技术的共同发展，并为社会和人们提供更安全的信息服务。此外，本实用新型通过提供一站式的嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片，可以增强智能终端的便利性，减少智能终端的研发时间和降低研发成本，为终端厂商提供高性比的生物识别解决方案。进一步地，本实用新型提供的图像感测器芯片还具有集成度高，功耗小、速度快、成本低等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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～图2是本实用新型一实施例提供的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片的结构示意图；

上面各图中，300表示多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片；310表示第一介质层；320表示第二介质层；330表示第三介质层；311表示像素模块；321表示生物识别模块；331表示电路模块；312表示I/O接口；321d表示生物识别区块；321c表示内存单元；321b表示指定预留算法功能区；321a表示身份编号功能区；322表示预设的生物识别算法。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1～图2示出了本实用新型一实施例提供的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片的结构示意图。参见图1～图2，本实用新型实施例提供的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片300包括：至少三个介质层；其中，第一介质层310上设置有像素模块311，第二介质层320上设置有生物识别模块321，第三介质层330上设置有电路模块331；设置在第一介质层上的像素模块311、设置在第二介质层上的生物识别模块321和设置在第三介质层上的电路模块331通过电性连接；

可以理解的是，所述第一介质层、所述第二介质层和所述第三介质层可以为硅基层；

其中，所述像素模块311用于实现图像采集，并将采集的光信号转换成电信号；

所述电路模块331包括模拟电路部分和数字电路部分，所述模拟电路部分用于将所述电信号转换成数字信号，所述数字电路部分用于对转换后的数字信号进行格式处理以输出预设格式要求的数字信号；例如，所述数字电路部分对转换后的数字信号进行格式处理使得转换后的数字信号以MIPI协议格式输出；此外，所述数字电路部分还可以控制所述像素模块311的工作过程以及进行其他的信号处理工作，例如对多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片300进行一次性编程等；可以理解的是，根据需要，所述电路模块331中还可以设置放大器、高速AD转换器和逻辑控制器等电路单元；其中，所述电路模块的处理过程为现有技术，此处不再详述；

所述生物识别模块321中至少设置有生物识别区块321d，所述生物识别区块321d中设置有预设的生物识别算法322，所述生物识别区块321d用于根据其内置的预设的生物识别算法对所述电路模块331输出的数字信号进行相应的生物特征识别。

可以理解的是，本实施例将所述像素模块311、生物识别模块321和和电路模块331分别单独设置三个介质层中，因而可以方便分别对所述像素模块311、生物识别模块321和和电路模块331进行功能扩展等处理，同时也便于对所述像素模块311、生物识别模块321和和电路模块331进行更换等处理。

可以理解的是，根据实际需要，本实施例提供的图像感测器芯片还可以包括多于三层的硅基层，例如，包括四层或五层硅基层。当然，当所述图像感测器芯片包括四层或五层硅基层时，第四硅基层或第五硅基层可以用于设置其他功能模块，如扩展电路模块、存储模块、电源模块、数据处理模块等。

为节省空间，优选地，参见图1，第一介质层310、第二介质层320和第三介质层330相对设置。

参见图1，本实用新型实施例提供的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片300将完整的像素模块311、生物识别模块321和电路模块331通过第一介质层310、第二介质层320和第三介质层330进行介质包封，实现了芯片系统间的互联，整个芯片可以同时实现生物图像采集以及生物特征识别。

可以理解的是，本实施例提供的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片300可以与外部的终端设备(如手机)进行连接，从而将生物特征识别结果传输给外部的终端设备。故采用本实施例提供的图像感测器芯片可以简化外部终端设备的结构(外部终端设备无需具备生物识别功能)，同时可以节省外部终端设备的内部空间。可见，本实用新型实施例通过提供一站式的嵌入式生物识别算法的图像感测器芯 片，增强了终端设备的便利性，减少了终端设备的研发时间，降低了终端设备的研发成本，为终端厂商提供高性比的生物识别解决方案。

可以理解的是，本实施例提供的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片300可以为COMS图像感测器芯片，当然也可以是其他图像感测器芯片(如CCD图像感测器芯片)，不实用新型对此不做限定。当所述图像感测器芯片为COMS图像感测器芯片时，具体可以为RGB、RGBW、RGBIR、RBGI、RWB和BW等模式的COMS图像感测器芯片，以实现对彩色、黑白、混合等图像的采集。

可以理解的是，本实施例中所述生物识别模块中内置的预设的生物识别算法包括：虹膜识别算法、视网膜识别算法、眼纹识别算法、人脸识别算法和静脉识别算法中的一种或多种，当然还可以是其他生物识别算法(如人脸法令纹识别算法)，本实用新型对此不做限定。由于所述生物识别模块中内置有这些预设的生物识别算法，故本实施例提供的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片300可以进行相应的虹膜识别、视网膜识别、眼纹识别、人脸识别和静脉识别等多种生物识别，由于这些生物识别算法以及利用这些识别算法进行的识别处理过程为现有技术，故本实施例对此不再赘述。

可以理解的是，所述预设的生物识别算法的烧录地点包括芯片厂、封测厂和终端厂中的一种或多种。例如，所述预设的生物识别算法可以在芯片厂进行烧录，也可以在终端厂进行烧录，还可以在封测厂进行烧录。

可以理解的是，所述生物识别模块中内置的预设的生物识别算法可以为完整的、部分的或混合的生物识别软件代码、算法或程序，本实用新型对此不做限定。

可以理解的是，所述生物识别区块321d中至少包括图像处理单元、生物识别单元和识别结果判定单元。其中，所述图像处理单元用于对所述像素模块采集的图像进行图像处理，如图像预处理、特征提取等图像处理操作，由于这部分图像处理过程属于现有技术，故此处不再 详述。所述生物识别单元用于根据其中内置的预设的生物识别算法对所述图像处理单元处理得到的结果进行生物特征识别。所述识别结果判定单元用于输出生物特征识别结果。

可以理解的是，所述生物识别区块内部根据实际需要还可以预置相关的硬件数据和其他现有的图像处理算法等。

由上面描述可知，本实用新型实施例提供的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片，将像素模块封装于第一介质层上，将生物识别模块封装于第二介质层上，将电路模块封装于第三介质层上，通过这种片上系统的封装，使得图像感测器芯片同时具有生物图像采集和生物识别功能，从而使得图像感测器芯片的功能更为强大，安全性更为提高，从而为信息安全的处理提供了更多的便利性，并且芯片级的软件和硬件的双重保护，甚至可以实现“一机一码”，因此安全级别非常高，从而促进生物识别技术和信息技术的共同发展，并为社会和人们提供更安全的信息服务。此外，本实用新型实施例通过提供一站式的嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片，可以增强智能终端的便利性，减少智能终端的研发时间和降低研发成本，为终端厂商提供高性比的生物识别解决方案。进一步地，本实用新型实施例提供的图像感测器芯片还具有集成度高，功耗小、速度快、成本低等特点。

可以理解的是，本实用新型实施例提供的图像感测器芯片的应用场景包括生物识别、监控安防和金融支付中的一种或多种。例如，可以将本实用新型实施例提供的图像感测器芯片应用于金融支付领域。

在一种可选实施方式中，所述生物识别模块中还设置有安全加密区块，所述安全加密区块用于对所述生物识别模块进行安全加密保护。参见图1和2，所述安全加密区块包括口令功能区(图中未示出)、身份编号功能区321a和预设的指定预留算法功能区321b中的一种或多种功能区。

可以理解的是，所述安全加密区块中还可以设置有安全加密算法，所述安全加密区块用于根据其内置的安全加密算法对所述生物识别模 块实现安全加密保护。这里，所述安全加密算法可以为AES、DES、3DES、SHA1、SHA256、SM1和SM2等加密算法。例如，所述安全加密区块还可以包括高级加密标准AES功能区(图中未示出)和三重数据加密标准3DES功能区(图中未示出)等其他功能区。可以理解的是，所述高级加密标准AES功能区和所述三重数据加密标准3DES功能区可以为所述口令功能区和所述身份编号功能区提供进一步的加密功能。

可以理解的是，所述安全加密算法的烧录地点包括芯片厂、封测厂和终端厂中的一种或多种。例如，所述安全加密算法可以在芯片厂进行烧录，也可以在终端厂进行烧录，还可以在封测厂进行烧录。

在一种可选实施方式中，所述生物识别模块中还设置有内存单元321c，所述内存单元321c用于为生物识别区块和安全加密区块提供存储空间。

例如，所述内存单元321c分别与所述生物识别区块321d、所述预设指定预留算法功能区321b、所述身份编号功能区321a、所述口令功能区、所述高级加密标准AES功能区和所述三重数据加密标准3DES功能区的一种或多种相连，用于为所述生物识别区块321d、所述预设指定预留算法功能区321b、所述身份编号功能区321a、所述口令功能区、所述高级加密标准AES功能区和所述三重数据加密标准3DES功能区的一种或多种提供存储空间。

在一种可选实施方式中，所述内存单元321c设置有外部接口(图1～2中未示出)，所述外部接口用于与外部设备连接，供所述外部设备使用所述内存单元321c，所述外部设备包括模组设备和/或终端设备。也即外部模组厂生产的模组设备和终端厂生产的终端设备也可以使用所述内存单元321c。

在一种可选实施方式中，所述内存单元321c用于提供Flash闪存存储空间、EEPROM电可擦可编程只读存储空间和SRAM静态随机存 取存储空间中的一种或多种。当然根据需要所述内存单元321c还可以提供其他类型的存储空间，不实用新型对此不做限定。

在一种可选实施方式中，参见图1和图2，所述第一介质层310的边缘部分设置有多个I/O接口312，所述第一介质层310通过所述I/O接口312与外部电性连接。

本实用新型另一实施例还提供了一种终端设备，该终端设备包括如上面实施例所述的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片。

由于本实施例所述的终端设备包含上述实施例所述的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片，因而本实施例所述的终端设备可以不用内置生物识别处理模块就可以实现生物识别(如虹膜识别、视网膜识别、眼纹识别、人脸识别和静脉识别等)，从而可以增强智能终端的便利性，减少智能终端的研发时间和降低研发成本，为终端厂商提供高性比的生物识别解决方案，此外，还有利于终端设备的小型化，同时可以降低一些不具备生物识别技术的终端设备厂商的产品生产门槛，有利于终端设备的产业化和市场化。

可以理解的是，本实施例所述的终端设备可以台式电脑、平板电脑、移动手机、智能家居、电视机、游戏机和AR/VR/MR装置中的一种或多种。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (18)

1.一种多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片，其特征在于，包括：至少三个介质层；其中，第一介质层上设置有像素模块，第二介质层上设置有生物识别模块，第三介质层上设置有电路模块；设置在第一介质层上的像素模块、设置在第二介质层上的生物识别模块和设置在第三介质层上的电路模块通过电性连接；

其中，所述像素模块用于实现图像采集，并将采集的光信号转换成电信号；

所述电路模块包括模拟电路部分和数字电路部分，所述模拟电路部分用于将所述电信号转换成数字信号，所述数字电路部分用于对转换后的数字信号进行格式处理以输出预设格式要求的数字信号；

所述生物识别模块中至少设置有生物识别区块，所述生物识别区块中设置有预设的生物识别算法，所述生物识别区块用于根据其内置的预设的生物识别算法对所述电路模块输出的数字信号进行相应的生物特征识别。

2.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述第一介质层、所述第二介质层和所述第三介质层相对设置。

3.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述生物识别模块中还设置有安全加密区块，所述安全加密区块用于对所述生物识别模块进行安全加密保护。

4.根据权利要求3所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述安全加密区块包括口令功能区、身份编号功能区和预设指定预留算法功能区中的一种或多种功能区。

5.根据权利要求3或4所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述安全加密区块中设置有安全加密算法，所述安全加密区块用于根据其内置的安全加密算法对所述生物识别模块实现安全加密保护。

6.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述生物识别区块中至少包括图像处理单元、生物识别单元和识别结果判定单元。

7.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述生物识别模块还设置有内存单元，所述内存单元用于为生物识别区块和安全加密区块提供存储空间。

8.根据权利要求7所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述内存单元设置有外部接口，所述外部接口用于与外部设备连接，供所述外部设备使用所述内存单元，所述外部设备包括模组设备和/或终端设备。

9.根据权利要求7所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述内存单元用于提供Flash闪存存储空间、EEPROM电可擦可编程只读存储空间和SRAM静态随机存取存储空间中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述电路模块的周边设置有多个I/O接口，所述电路模块通过所述I/O接口与外部电性连接。

11.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述生物识别区块中内置的预设的生物识别算法包括：虹膜识别算法、视网膜识别算法、眼纹识别算法、人脸识别算法和静脉识别算法中的一种或多种。

12.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述生物识别区块中内置的预设的生物识别算法包括完整的、部分的、混合的生物识别软件代码、算法或程序。

13.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述像素模块包括RGB、RGBW、RGBIR、RBGI、RWB和BW中的一种或多种。

14.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述图像感测器芯片的应用场景包括生物识别、监控安防和金融支付中的一种或多种。

15.根据权利要求1所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述预设的生物识别算法的烧录地点包括芯片厂、封测厂和终端厂中的一种或多种。

16.根据权利要求5所述的图像感测器芯片，其特征在于，所述安全加密算法的烧录地点包括芯片厂、封测厂和终端厂中的一种或多种。

17.一种终端设备，其特征在于，包括：如权利要求1～16任一项所述的多层嵌入式生物识别算法的图像感测器芯片。

18.根据权利要求17所述的终端设备，其特征在于，所述终端设备为台式电脑、平板电脑、移动手机、智能家居、电视机、游戏机和AR/VR/MR装置中的一种或多种。