CN213423980U - 一种具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，属信息安全身份认证技术领域。本实用新型提出的具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，包括透明电极、电阻/电压变换电路、光源、准直透镜、采集棱镜、成像透镜、图像传感器、单片机和服务器。本实用新型的光学指纹识别装置使用透明电极和电阻/电压变换电路构成的电阻测量电路来检测手指皮肤电阻变化信号，由于人造指纹的电阻率很大且基本不变，而人体皮肤电阻较小并随人体交感神经的兴奋程度不断波动，因此通过测量手指皮肤电阻的大小和变化，可迅速鉴别出活体指纹和人造指纹，从而解决了人造指纹易于欺骗光学指纹识别装置和光学指纹识别装置无法鉴别活体指纹的问题，提高了指纹识别技术的安全性。
Description
技术领域
本实用新型属于信息安全身份认证技术领域，尤其涉及一种具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置。
背景技术
指纹是人类手指末端指腹上凹凸不平的脊线或谷线所形成的纹理特征，由于每个人的指纹是唯一的，且终生不变，因此使用指纹识别装置完成身份认证的安全性要远远高于传统的“用户名+密码”的身份认证方式。指纹识别装置具有方便、可靠与安全等突出优点，在网络安全、智能手机、企业考勤和智能小区等领域获得了广泛的应用。
虽然指纹识别技术的安全等级较高，但指纹有可能被非法用户盗取，并用硅胶制成克隆指纹套或仿真指纹膜，而现有的光学指纹识别设备无法鉴别真伪，导致非法用户很容易通过身份认证而进入信息系统，给用户造成信息泄露和经济损失。指纹一旦泄漏后无法补救，意味着不能再使用指纹识别作为身份认证的入口。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，通过测量手指皮肤两点之间电阻的大小和变化，迅速鉴别出活体指纹和人造指纹，以解决现有光学指纹识别装置无法鉴别活体指纹和人造指纹的缺陷，从根本上杜绝了克隆指纹套或仿真指纹膜欺骗光学指纹识别装置的问题。
本实用新型提出的具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，包括：
透明电极，用于作为手指表面和电阻/电压变换器之间的导电介质，使电阻/电压变换器和手指表面两点之间构成电阻检测回路，透明电极为采用磁控溅射镀膜方法在采集棱镜表面生成的半导体透明导电薄膜；
电阻/电压变换电路，用于将手指表面两点之间的电阻变化转换为电压信号；
光源，用于发出稳定的光能量，照射放置在采集棱镜表面上的手指指纹，光源置于照明透镜的后方；
准直透镜，用于将点光源发出的发散光转变为一束平行光，对采集棱镜手指放置表面均匀照明；
采集棱镜，用于提供采集指纹的手指放置面，并利用全反射原理获取指纹图像；
成像透镜，用于将采集棱镜产生的指纹图像成像到图像传感器靶面上；
图像传感器，用于将图像传感器靶面上的指纹光学图像转换为数字图像；
单片机，用于活体鉴别和指纹比较，首先从电阻/电压变换电路采集手指皮肤电阻信号，若电阻/电压变换电路始终为开路状态，或电阻变小但保持阻值不变，则判定指纹为人造指纹，向服务器发出人造指纹报警信号，若电阻从开路状态突然变小，且不断变化波动，表示识别对象为活体指纹，则从图像传感器读取用户指纹数字图像，并与服务器指纹数据库中的指纹图像进行比较，若图像传感器读取的用户指纹数字图像与服务器中的用户指纹图像不一致，则向服务器发出身份认证不通过的提示信息，若图像传感器读取的用户指纹数字图像与服务器中的用户指纹图像一致，则向服务器发出身份认证通过的提示信息；
服务器，用于存储注册用户的指纹数字图像；
所述的透明电极通过导线与电阻/电压变换电路连接，所述的电阻/电压变换电路通过导线连接到单片机的模拟I/O端口上，所述的图像传感器通过I2C总线与单片机连接，所述的单片机通过10M/100M自适应网口与服务器连接。
本实用新型提出的具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，其优点是：
本实用新型的具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，针对现有光学指纹识别装置无法鉴别活体指纹和人造指纹的缺陷，通过测量手指皮肤电阻的大小和变化来识别活体指纹和人造指纹。由于人造指纹的电阻率很大且基本不变，而人体皮肤电阻较小并随人体交感神经的兴奋程度不断波动，因此，通过测量手指皮肤电阻的大小和变化，可迅速鉴别出活体指纹和人造指纹，从而解决了人造指纹易于欺骗光学指纹识别装置和光学指纹识别装置无法鉴别活体指纹的问题，提高了指纹识别技术的安全性。
附图说明
图1是本实用新型提出的具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置的结构示意图。
图1中，1是光源，2是准直透镜，3是采集棱镜，4是透明电极，5是成像透镜。
具体实施方式
本实用新型提出的具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，其结构示意图如图1所示，包括：
透明电极4，用于作为手指表面和电阻/电压变换器之间的导电介质，使电阻/电压变换器和手指表面两点之间构成电阻检测回路，透明电极为采用磁控溅射镀膜方法在采集棱镜表面生成的半导体透明导电薄膜；
电阻/电压变换电路，用于将手指表面两点之间的电阻变化转换为电压信号；
光源1，用于发出稳定的光能量，照射放置在采集棱镜表面上的手指指纹，光源置于照明透镜的后方；
准直透镜2，用于将点光源发出的发散光转变为一束平行光，对采集棱镜手指放置表面均匀照明；
采集棱镜3，用于提供采集指纹的手指放置面，并利用全反射原理获取指纹图像；由于指纹脊线和谷线的深度不同，采集棱镜表面与指纹脊线接触的部分产生漫反射，与谷线不接触的部分产生全反射，从而形成亮背景的指纹图像；
成像透镜5，用于将采集棱镜产生的指纹图像成像到图像传感器靶面上；
图像传感器，用于将图像传感器靶面上的指纹光学图像转换为数字图像；
单片机，用于活体鉴别和指纹比较，首先从电阻/电压变换电路采集手指皮肤电阻信号，若电阻/电压变换电路始终为开路状态，或电阻变小但保持阻值不变，则判定指纹为人造指纹，向服务器发出人造指纹报警信号，若电阻从开路状态突然变小，且不断变化波动，表示识别对象为活体指纹，则从图像传感器读取用户指纹数字图像，并与服务器指纹数据库中的指纹图像进行比较，若图像传感器读取的用户指纹数字图像与服务器中的用户指纹图像不一致，则向服务器发出身份认证不通过的提示信息，若图像传感器读取的用户指纹数字图像与服务器中的用户指纹图像一致，则向服务器发出身份认证通过的提示信息；
服务器，用于存储注册用户的指纹数字图像。
图1所示的具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，包括透明电极、电阻/电压变换电路、光源、准直透镜、采集棱镜、成像透镜、图像传感器、单片机和服务器。透明电极通过导线与电阻/电压变换电路连接，电阻/电压变换电路通过导线连接到单片机的模拟I/O端口上，图像传感器通过I2C总线与单片机连接，单片机通过10M/100M自适应网口与服务器连接。
本实用新型具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置的工作原理是：
人体皮肤汗腺中的电解质导致人体皮肤对电压或电流呈现一定的电阻。在精神松弛的情况下，人体皮肤电阻在2MΩ以上；在精神压力很大时，皮肤电阻就会减小到500KΩ以下。皮肤电阻的大小与人体交感神经的兴奋程度有关，皮肤电阻信号中包含有周期性的复杂波动。而硅胶的电阻率通常在1013Ω·m以上，因此用硅胶制成的克隆指纹套就相当于一个电阻率不变的绝缘体。
指纹识别由注册和识别两个过程组成。在注册过程中，首先要通过指纹识别装置提取授权用户的指纹，然后将提取的指纹作为模板保存到服务器数据库中，完成授权用户指纹的注册。
进行身份认证时，将手指平放在采集棱镜的表面上，手指皮肤与采集棱镜表面上的薄膜透明电极接触，与电阻/电压变换电路构成手指皮肤电阻测量回路。如果电阻从开路状态突然变小，且不断变化波动，表示识别对象为活体指纹。如果始终为开路状态，或电阻变小但保持阻值不变，则为人造指纹，向服务器发出人造指纹报警信号。
本实用新型具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置利用光的全反射原理采集指纹图像。指纹的脊线与采集棱镜表面紧密接触，破坏了全反射条件，一部分入射光被指纹脊线吸收，余下部分光发生漫反射，显示为暗线；谷线不与采集棱镜表面接触，全反射条件依旧成立，显示为亮线。成像透镜将采集棱镜表面的反射光束成像到图像传感器靶面上，从而形成高对比度的指纹图像。单片机从图像传感器读取指纹图像，并与服务器数据库中的授权用户指纹图像进行比较，如果与服务器数据库中的指纹图像不一致，则向服务器发出身份认证不通过的提示信息；
本实用新型提出的红外热成像测温装置的一个实施例中，透明电极通过反应磁控溅射镀膜工艺在采集棱镜表面上生成ITO半导体透明导电薄膜；光源采用大功率白光LED发光二极管；准直透镜、采集棱镜和成像透镜均由K9光学玻璃制成；图像传感器采用664×492感光阵列的CMOS数字图像传感器，通过I2C总线与单片机通讯；单片机采用意法半导体公司的STM32微控制器，单片机通过10M/100M自适应网口与服务器通讯。
综上所述，本实用新型提出的具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，针对现有光学指纹识别装置无法鉴别活体指纹和人造指纹的缺陷，通过测量手指皮肤电阻的大小和变化来识别活体指纹和人造指纹，由于人造指纹的电阻率很大且基本不变，而人体皮肤电阻较小并随人体交感神经的兴奋程度不断波动，因此可迅速鉴别出活体指纹和人造指纹，从而解决了人造指纹易于欺骗光学指纹识别装置和光学指纹识别装置无法鉴别活体指纹的问题，提高了指纹识别技术的安全性。
Claims (1)
1.一种具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置，其特征在于该识别装置包括：
透明电极，用于作为手指表面和电阻/电压变换器之间的导电介质，使电阻/电压变换器和手指表面两点之间构成电阻检测回路，透明电极为采用磁控溅射镀膜方法在采集棱镜表面生成的半导体透明导电薄膜；
电阻/电压变换电路，用于将手指表面两点之间的电阻变化转换为电压信号；
光源，用于发出稳定的光能量，照射放置在采集棱镜表面上的手指指纹，光源置于照明透镜的后方；
准直透镜，用于将点光源发出的发散光转变为一束平行光，对采集棱镜手指放置表面均匀照明；
采集棱镜，用于提供采集指纹的手指放置面，并利用全反射原理获取指纹图像；
成像透镜，用于将采集棱镜产生的指纹图像成像到图像传感器靶面上；
图像传感器，用于将图像传感器靶面上的指纹光学图像转换为数字图像；
单片机，用于活体鉴别和指纹比较，首先从电阻/电压变换电路采集手指皮肤电阻信号，若电阻/电压变换电路始终为开路状态，或电阻变小但保持阻值不变，则判定指纹为人造指纹，向服务器发出人造指纹报警信号，若电阻从开路状态突然变小，且不断变化波动，表示识别对象为活体指纹，则从图像传感器读取用户指纹数字图像，并与服务器指纹数据库中的指纹图像进行比较，若图像传感器读取的用户指纹数字图像与服务器中的用户指纹图像不一致，则向服务器发出身份认证不通过的提示信息，若图像传感器读取的用户指纹数字图像与服务器中的用户指纹图像一致，则向服务器发出身份认证通过的提示信息；
服务器，用于存储注册用户的指纹数字图像；
所述的透明电极通过导线与电阻/电压变换电路连接，所述的电阻/电压变换电路通过导线连接到单片机的模拟I/O端口上，所述的图像传感器通过I2C总线与单片机连接，所述的单片机通过10M/100M自适应网口与服务器连接。
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| CN112418044A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-02-26 | 紫光股份有限公司 | 一种具有活体鉴别功能的光学指纹识别装置 |
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