CN213844155U - 生物特征采集识别系统和终端设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物特征采集识别系统和终端设备，生物特征采集识别系统包括成像子系统和采集识别子系统，成像子系统包括成像模块和检测模块，成像模块包括显示器、光学组件，检测模块用于发送采集触发信号；采集识别子系统包括图像采集模块、图像存储模块和图像处理模块，图像采集模块包括至少一个图像采集单元、照明单元和控制单元，照明单元与所述显示器设置在所述光学组件的同一侧，图像采集单元用于响应于采集触发信号采集空中目标区域内目标物体的图像信息；图像处理模块用于将根据图像信息获得生物特征信息或识别用户身份。该采集识别系统的操作方式更加方便，且可以避免用户操作时接触设备的风险。

Description

生物特征采集识别系统和终端设备

技术领域

本实用新型涉及成像识别技术领域，尤其是涉及一种生物特征采集识别系统和终端设备。

背景技术

相关技术中，指纹识别系统通过采用接触式的光学传感器或电容传感器，以采集指纹图像，使用基于细节点匹配算法进行指纹匹配。其中，细节点匹配算法对指纹图像的质量十分敏感，但是，基于接触式传感器的指纹图像采集设备无法保证图像质量，有采集指纹面积小、分辨率低、特征点不足等缺点。此外，该方式依赖于手指和指纹传感设备之间的物理接触，但将手指放在扫描仪上的使用要求也引起了用户对卫生的担心。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种生物特征采集识别系统，该采集识别系统的操作方式更加方便，且可以避免用户操作时接触设备的风险。

本实用新型的目的之二在于提出一种终端设备。

为了解决上述问题，本实用新型第一方面实施例的生物特征采集识别系统，包括成像子系统和采集识别子系统，成像子系统包括成像模块和检测模块，所述成像模块包括用于显示生物特征采集识别的引导画面的显示器、用于将生物特征采集识别的引导画面在空中目标区域成像显示的光学组件和主控单元，所述主控单元与所述显示器连接；所述检测模块与所述主控单元连接，用于在检测到所述空中目标区域存在目标物体且所述目标物体与所述引导画面交互姿态符合所述引导画面中的引导姿态时，发送采集触发信号；采集识别子系统包括图像采集模块、图像存储模块和图像处理模块，所述图像采集模块包括至少一个图像采集单元、照明单元和控制单元，所述照明单元与所述显示器设置在所述光学组件的同一侧，所述控制单元与所述图像采集单元、所述照明单元和所述主控单元连接，所述图像采集单元用于响应于所述采集触发信号采集所述空中目标区域内目标物体的图像信息，所述照明单元响应于所述采集触发信号启动照明；图像存储模块用于存储生物特征信息；图像处理模块与所述图像采集模块、所述图像存储模块连接，用于根据所述图像信息获得生物特征信息或识别用户身份。

根据本实用新型实施例的生物特征采集识别系统，基于成像子系统和采集识别子系统结合的架构，即将空中成像和非接触生物特征识别系统进行结合，实现对用户生物特征的非接触采集识别的目的，以及本实用新型实施例中通过光学组件将显示器显示的引导画面成像至空中目标区域，用户触摸空中目标区域的引导画面，即可触发图像采集模块进行图像信息采集识别，无需设置额外的限制用户操作装置，且在采集识别的过程中无需接触到设备本体，从而使得用户在进行非接触生物特征采集识别操作时更加安全、高效；以及，设置照明单元以对目标物体进行照明，可以增强目标物体图像中脊线的对比度和清晰度，提高采集图像质量。

在一些实施例中，所述照明单元设置在所述光学组件的光源侧，且与所述显示器相对设置。

在一些实施例中，所述显示器的表面设置有漫反射层；所述照明单元的照射面朝向所述显示器的表面。

在一些实施例中，所述照明单元的照射面朝向所述空中目标区域。

在一些实施例中，所述照明单元包括一个环形或圆形光源，或者，所述照明单元包括多个照射面朝向所述空中目标区域的光源，多个所述光源以预设间隔角度设置。

在一些实施例中，所述照明单元设置在所述显示器上。

在一些实施例中，所述照明单元包括围绕所述显示器设置的环形光源；或者，所述照明单元与所述显示器的背光组件集成设置。

在一些实施例中，所述成像模块还包括：壳体，所述壳体形成有显示窗口且在内部形成有容纳腔；所述显示器、所述光学组件、所述照明单元和所述主控单元均设置于所述容纳腔中，所述显示器和所述照明单元均设置于所述光学组件的光源侧，所述显示窗口在所述光学组件的成像侧。

在一些实施例中，所述成像模块还包括：数据处理模块，与所述主控单元连接，所述数据处理模块用于在在所述检测模块检测到所述目标物体的姿态与所述引导画面中的引导姿态不符时发出指引提示信息；所述主控单元控制所述显示器显示所述指引提示信息；所述光学组件将所述显示器显示的所述指引提示信息的光线汇聚成像在所述空中目标区域。

在一些实施例中，所述容纳腔的内壁上设置吸光层。

为了达到上述目的，本实用新型第二方面实施例的终端设备包括：设备本体；所述的生物特征采集识别系统，所述生物特征采集识别系统设置在所述设备本体上。

根据本实用新型实施例的终端设备，通过采用上述实施例提供的生物特征采集识别系统，来对用户的生物特征信息进行采集与识别，可以避免用户操作时接触设备的风险，且无需设置额外的限制用户操作装置，从而使得非接触指纹采集操作也更加安全、高效。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的生物特征采集识别系统的结构框图；

图2是根据本实用新型一个实施例的生物特征采集识别系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例的人机交互的结构示意图；

图4是根据本实用新型另一个实施例的生物特征采集识别系统的结构示意图；

图5是根据本实用新型一个实施例的三个图像采集单元进行图像信息采集的示意图；

图6是根据本实用新型一个实施例的三个图像采集单元特征提取方式的示意图；

图7是根据本实用新型另一个实施例的三个图像采集单元特征提取方式的示意图；

图8是根据本实用新型一个实施例的照明单元通过显示器表面进行漫反射的示意图；

图9是根据本实用新型一个实施例的照明单元的照射面朝向空中目标区域的示意图；

图10是根据本实用新型一个实施例的照明单元设置在显示器上的示意图；

图11是根据本实用新型一个实施例的终端设备的结构框图。

附图标记：

终端设备2000；

生物特征采集识别系统1000；设备本体300；

成像子系统100；采集识别子系统200；

成像模块110；检测模块120；图像采集模块210；图像处理模块220；图像存储模块230；空中目标区域11；数据处理模块111；

壳体10；显示器20；光学组件30；主控单元40；显示窗口1；容纳腔2；

图像采集单元21；控制单元22；照明单元23；漫反射层26。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

为了解决上述问题，下面参考附图描述根据本实用新型第一方面实施例提供的生物特征采集识别系统，该生物特征采集识别系统的操作方式更加方便，且可以避免用户操作时接触设备存在的风险。

图1所示为本实用新型实施例的生物特征采集识别系统1000的结构框图，本实用新型实施例的生物特征采集识别系统1000包括成像子系统100和采集识别子系统200。其中，本实用新型实施例中所指的生物特征可以为指纹、面容、掌纹、虹膜等人体所共有的生理特征。

其中，成像子系统100包括成像模块110和检测模块120。成像模块110用于将生物特征采集识别的引导画面在空中目标区域成像显示；检测模块120用于在检测到空中目标区域存在目标物体且目标物体与引导画面交互，目标物体的姿态符合引导画面中的引导姿态时，发送采集触发信号。

采集识别子系统200包括图像采集模块210、图像处理模块220和图像存储模块230。图像采集模块210用于响应采集触发信号，采集空中目标区域内目标物体的图像信息，图像采集模块210的采集区域覆盖空中目标区域所在的三维空间；图像存储模块230用于存储生物特征信息；图像处理模块220与图像采集模块210及图像存储模块230连接，用于根据采集到的图像信息进行生物特征处理，将处理后的生物特征信息存储于图像存储模块230，或者，将处理后的生物特征信息与图像存储模块230存储的生物特征信息进行比较，以识别用户身份。

在本实用新型实施例中，通过成像模块110将生物特征采集识别的引导画面成像在空中目标区域，检测模块120在检测到目标物体的姿态符合引导画面中的引导姿态时，发送采集触发信号至图像采集模块210，图像采集模块210响应于采集触发信号，对空中目标区域内目标物体的图像信息进行采集，图像处理模块220根据该图像信息进行生物特征处理，图像存储模块230将图像处理模块220处理后的生物特征信息进行存储。即本实用新型实施例的生物特征采集识别系统1000采用的是以可交互空中成像技术和非接触生物特征采集识别技术相结合的方式进行生物特征采集识别。

优选地，本实施例中的生物特征采集识别可以是指纹采集识别，生物特征信息可以是指纹信息。成像子系统100在空中目标区域成像显示的引导画面，其位置是相对固定的，以便用户与浮空实像直接交互，即用户可以根据空中目标区域所呈现的引导画面进行实际操作。

例如，当需要采集用户指纹信息时，用户根据引导画面将手指放置到空中目标区域，当用户的手指放置到空中目标区域且符合引导画面中的引导姿态时，图像采集模块210对用户的指纹信息进行图像捕捉，图像处理模块220将捕捉到的图像信息进行处理后存储到图像存储模块230。此时，即完成对用户指纹信息的采集。

当需要对用户指纹信息识别时，用户根据引导画面将手指放置到空中目标区域，当用户的手指放置到空中目标区域且符合引导画面中的引导姿态时，图像采集模块210对用户的指纹信息进行图像捕捉，图像处理模块220将捕捉到的图像信息进行处理，并将处理后的指纹信息与存储在图像存储模块230中的指纹信息进行对比识别，并根据识别结果确定用户身份。

本实用新型通过触摸空中目标区域触发采集识别子系统200进行图像采集识别，无需设置额外的限制装置来引导用户操作，且在采集识别的过程中用户无需接触到设备本体，从而使用户在进行指纹采集识别时更加安全、方便、高效。

具体地，成像模块110在空中的确定位置处形成浮空实像即引导画面，覆盖浮空实像所在的三维空间即为空中目标区域，从而成像模块110在空中目标区域显示相关提示信息，以指引当前用户动作，完成对当前用户生物特征信息的采集识别。因此，用户通过与浮空实像直接交互，从而无需设置额外的限制机构来引导用户进行操作，减少了用户与设备本体接触的风险，提高了本实用新型生物特征采集识别系统1000进行非接触采集和识别的使用效果。

检测模块120用于检测用户对浮空实像的操作，在检测到空中目标区域存在目标物体且目标物体的姿态符合引导画面中的引导姿态时，发送采集触发信号至图像采集模块210，图像采集模块210接收到采集触发信号，采集空中目标区域内目标物体的图像信息，进而图像处理模块220根据图像信息进行生物特征处理，以实现生物特征的采集或识别。用户通过触摸空中目标区域触发图像采集模块210进行采集识别的操作方式，更加方便、直观。

在实施例中，检测模块120可以周期性检测用户与浮空实像的交互操作，例如在指纹采集识别过程中，交互操作包括交互位置、手掌方向等。在检测到用户手部触摸浮空实像区域且触摸位置及手部方向与引导画面对应时，检测模块120发送采集触发信号，图像采集模块210接收到采集触发信号则对浮空实像区域用户手部进行图像捕捉，图像处理模块220对手部图像进行处理以获得指纹信息，并将指纹信息与存储的指纹信息进行比较，以确定用户身份。

在实施例中，检测模块120可以为光学传感器，其感应形式可以包括但不限于远近红外、超声波、激光干涉、光栅、编码器、光纤式或CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合器件)等。检测模块120的感应区域与引导画面位于同一平面且包含引导画面所处三维空间。在实际应用时，可以根据安装空间、观看角度和使用环境选择最佳的感应形式，从而方便用户以最佳的姿态在空中目标区域进行操作，提高用户体验。

图像采集模块210的采集区域覆盖引导画面所处位置，即空中目标区域，该区域构成生物特征采集区。具体地，在进行生物特征采集识别时，引导画面的显示位置是相对固定的，检测模块120检测到用户与引导画面直接交互时，发送采集触发信号以触发图像采集模块210对引导画面位置处的用户生物特征进行图像采集，图像处理模块220对生物特征图像进行处理，将处理后的生物特征信息存储于图像存储模块230，以实现生物特征采集；或者，将处理后的生物特征信息与存储的生物特征信息进行比较，以识别用户身份，从而实现用户非接触生物特征采集识别的目的。

图像采集模块210在进行图像采集时，可以根据无介质引导的浮空实像准确地拟合目标物体的放置姿态，同时可以快速的搜索目标物体轮廓，并拟合出目标物体位置，从而准确提取出图像中目标物体的中心位置，并在围绕中心位置的合适范围内进行主要特征提取。从而在图像采集时降低因为尺度、平移、旋转对图像产生的影响，降低图像算法带来的不可靠性，并降低生物特征提取、生物特征匹配潜在的图像的算法误差。

此外，由于浮空实像所处位置是确定的，因此，本实用新型实施例在保证图像采集模块210的采集区域覆盖浮空实像位置的情况下，可以根据实际情况尽可能地将图像采集模块210的光圈设置的更大，以增加采集过程中目标物体散射光的进光量，从而获得更加清晰的目标物体图像。

在一些实施例中，图像采集模块210可以用以获取空中目标区域用户的多个生物特征信息，其采集方法不限于结构光、立体视觉、光飞行时间法(Time of flight，TOF)。例如，对于指纹信息的采集识别，可以通过两个高速相机进行采集，两个高速相机以预定的基线(如摄像头间距)距离设置，通过采用立体视觉方法获得用户手掌中至少一个手指的不同部位的指纹图像，并根据手指不同部位对应的至少两个视差图获得指纹深度信息，从而拼接构建出手指部位表面的3D指纹图像，再展开为等效的2D指纹图像，从而获得与当前通过其他方式获取并归档的大量指纹数据库兼容的指纹信息，例如通过接触式方法获得指纹信息。可以理解的是，如果不考虑与其他平面指纹信息的兼容性，仅根据获得的3D指纹图像来识别和验证用户身份也是可行的。

图像处理模块220用以对图像采集模块210采集的图像信息进行生物特征处理，以完成对生物特征的采集识别。其中，对图像信息进行处理包括感兴趣区域的提取、图像的灰度化、图像的增强、图像的二值化与细化、特征点的提取、特征点的匹配。通过一系列的图像预处理操作与特征提取操作，记录下关键点的特征数据，并将该关键点的特征数据存入图像存储模块230中，从而实现对用户身份进行采集的目的。或者，将关键点的特征数据与图像存储模块230中已存储的特征数据进行比对，通过算法判断相似度，最后判定生物特征的匹配程度，以确定用户生物特征是否通过，从而实现对用户身份进行验证的目的。

图像存储模块230可以是预先集成在系统内的存储装置，也可以是通过wifi、蓝牙等方式远程连接的具有存储功能的云端服务器，也可以是可拆卸的便携式设备如SD卡或硬盘等，对此不作限制。通过图像存储模块230对用户的生物特征信息进行存储，便于后续进行提取以用于识别用户身份。

根据本实用新型实施例的生物特征采集识别系统1000，通过成像模块110将生物特征采集识别的引导画面成像在空中目标区域，即以空中目标区域作为用户操作的基准面，用户可以根据在空中目标区域处呈现的引导画面进行操作；检测模块120在检测到目标物体的姿态符合引导画面中的引导姿态时，发送采集触发信号至图像采集模块210；图像采集模块210对空中目标区域内目标物体进行图像捕捉，图像处理模块220根据该图像信息进行生物特征处理，以完成对该用户的生物特征进行采集或者对用户身份的识别，从而实现对用户非接触生物特征采集识别的目的。本实用新型实施例中用户触摸空中目标区域，即可触发图像采集模块210进行图像信息采集识别，无需设置额外的限制用户操作装置，且在采集识别的过程中无需接触到设备本体，从而使得用户在进行非接触生物特征采集识别操作时更加安全、高效。

在一些实施例中，如图2所示，本实用新型实施例的成像模块110包括壳体10、显示器20、光学组件30以及主控单元40。

其中，如图2所示，壳体10形成有显示窗口1且在内部形成有容纳腔2；显示器20设置于容纳腔2中，用于显示生物特征采集识别的引导画面；光学组件30设置于容纳腔2中，用于将显示器20显示的引导画面的光线汇聚成像在空中目标区域11，显示器20设置于光学组件30的光源侧，显示窗口1在光学组件30的成像侧，显示窗口1用于透出光学组件30折射后的光线，具体来说，光学组件30可以设置在显示窗口1处，光学组件30将显示器20发出的光线进行折射，折射光线透过显示窗口1汇聚成像在空中目标区域11；主控单元40设置在容纳腔2中，主控单元40用于控制显示器20。

具体地，如图3所示，在光学组件30的一侧即光源侧放置显示器20，控制显示器20显示引导画面，显示器20显示的引导画面的光线通过光学组件30成像显示在空中目标区域11。引导画面的三维空间即为空中目标区域11。检测模块220用于检测用户与引导画面的交互操作，并将检测到的操作信号反馈至主控单元40，主控单元40触发图像采集模块210进行图像采集，并通过图像处理模块220对采集的图像信息进行生物特征处理，以用于采集生物特征信息或识别用户身份。

在实施例中，显示器20的成像模式可以包括RGB(红色、绿色、蓝色)发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、LCOS(LiquidCrystal on Silicon，液晶附硅)器件、OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)阵列、投影、激光、激光二极管或任何其他合适的显示器或立体显示器，对此不作限制。显示器20可以提供清晰、明亮且高对比度的动态图像光源，主控单元40控制显示器20显示引导画面，并经光学组件30汇聚成像，可以在空中目标区域位置呈现出清晰的浮空实像，从而便于用户操作。

在实施例中，可以设置显示器20的亮度不低于500cd/m²，从而可以降低光路传播中由亮度损失造成的影响。当然，实际应用时，可以根据环境光的亮暗来调整显示器20的显示亮度。

在实施例中，可以对显示器20的显示图像表面进行可视角控制处理，以减轻空中目标区域11的残影，提高画面质量，同时也可以防止他人窥视，便于广泛应用于其他需要隐私信息保护的输入装置。

在实施例中，主控单元40与检测模块120之间可以采用有线或无线方式连接，以传输数字或模拟信号，从而可以灵活控制整体装置的体积，而且可以增强生物特征采集识别系统1000的电气稳定性。

如图4所示，本实用新型实施例的成像模块110还包括数据处理模块111，数据处理模块111与主控单元40连接，数据处理模块111用于在检测模块120检测到目标物体的姿态与引导画面中的引导姿态不符时发出指引提示信息；以及主控单元40控制显示器20显示指引提示信息，进而通过光学组件30将显示器20显示的指引提示信息的光线汇聚成像在空中目标区域11，用户根据指引提示信息调整交互姿态，从而更好地实现交互，完成对用户生物特征信息的采集与识别。

本实用新型实施例中容纳腔2的内壁上设置吸光层，也就是，在壳体10内除显示器20显示面以外的部分均做黑色吸光处理，如喷涂吸光涂料或张贴吸光膜，以用于消除壳体10内部构件对光线的漫反射，提高浮空实像的显示效果。

如图2所示，本实用新型实施例的图像采集模块210包括至少一个图像采集单元21和控制单元22、照明单元23。其中，照明单元23与显示器20设置在光学组件30的同一侧，控制单元22与图像采集单元21、照明单元23和主控单元40连接，图像采集单元21用于响应于检测模块120的采集触发信号采集空中目标区域内目标物体的图像信息，照明单元23响应于采集触发信号启动照明。设置照明单元23以对目标物体进行照明，可以增强目标物体图像中脊线的对比度和清晰度，提高采集图像质量。

在一些实施例中，图像采集单元21可以为单个或多个高速CMOS相机，如图5所示，图像采集单元21包括三个相机，每个相机的采集区域均覆盖引导画面所在区域。将每个相机的焦平面位置设定为空中目标区域11，从而可以清晰拍摄到目标物体不同部位的图像信息。例如，当用户手掌位于空中目标区域11时，各相机可以清晰拍摄到至少一个手指的不同部位的指纹图像。此外在满足上述条件情况下，优选地，图像采集单元21可以采用定焦大光圈的相机，从而可以省去拍摄图像时对目标物体位置处进行对焦的过程，提高图像采集识别的速度、成功率和可靠性，且大光圈也可以保证足够的通光量，提高拍摄的清晰度和亮度。

需要注意的是，当图像采集单元21单个焦段的采集区域无法覆盖整个浮空实像所在区域，或即使覆盖整个浮空实像所在区域，但对目标物体进行图像采集时，无法一次性获取所有需要的图像信息时，图像采集单元21需要保留必要的调焦功能。同时，由于以空中目标区域11作为基准面，考虑此调焦范围较小的情况，因此图像采集单元21可以获取目标物体的可见光图像，也可以获取目标物体的红外图像。此外，图像采集单元21也可增加相应波段光线的滤光片，以排除环境光的影响。

图像采集单元21在围绕目标物体中心的合适范围内提取主要特征的方式有多种，对此不作限制。下面列举两种特征提取方式，以图像采集单元21包括三个高速CMOS相机为例，具体如下。

如图6所示，以采集识别指纹信息为例，通过设置三个不同方位的高速CMOS相机，来获得不同方位的目标物体的图像，对应采集通道1、采集通道2和采集通道3，并通过图像处理模块220分别对每个采集通道的图像进行特征提取和匹配，将三组匹配的结果通过均值融合算法进行融合，得到最终的比对结果。或者，如图7所示，通过设置三个不同方位的高速CMOS相机，来获得不同方位的目标物体的图像，图像处理模块220根据目标物体不同部位对应的至少两个视差图获得目标物体深度信息，并进行拼接以构建出目标物体表面的3D图像，再展开为等效的2D目标物体图像，从而在2D图像的基础上进行特征提取和特征匹配，得到最终比对的结果。

下面参考附图4以识别用户指纹信息为例对本实用新型实施例的生物特征采集识别系统1000进行说明，具体内容如下。

初始状态下，主控单元40令显示器20显示引导画面，并经光学组件30使得引导画面在空中目标区域11处成像显示，如图3所示，光学组件30如平板透镜将显示器20中的手掌型图案成像至平板透镜的另一侧的空气中即空中目标区域11处，以指导用户在正确区域进行指纹采集识别，同时检测模块120例如光学传感器周期性检测用户的交互操作，包括交互位置，手掌方向等。用户根据显示的引导画面放置手掌，当检测模块120检测到用户手掌触摸空中目标区域且位置与方向正确时，检测模块120发送采集触发信号至主控单元40，主控单元40发送控制信号至控制单元22，控制单元22控制图像采集单元21开始采集用户手掌指纹的图像，并将图像信息传递至图像处理模块220进行处理分析，并与图像存储模块230存储的内部指纹库进行对比，以验证用户身份是否通过。此外，若图像采集单元21采集图像信息失败时，数据处理模块111分析失败原因，如用户手掌朝向不对、移动过快或位置偏移等，并生成指引提示信息并发送至主控单元40，由主控单元40控制显示器20显示指引提示信息，以引导用户手掌动作，正确完成对指纹信息的采集，实现对用户身份的识别。

此外，检测模块120如光学传感器也可以检测用户的其他操作，包括点击、滑动等，并将交互操作信息传递至主控单元40，主控单元40根据内部指令集，判断用户的具体操作内容，如选择指纹录取模式、查看指纹信息等，同时将相关控制按钮和设置等UI(UserInterface，用户界面)操作界面传输至显示器20中，以在空中目标区域处进行图像显示，指引用户操作。

可以理解的是，图4仅为本实用新型实施例生物特征采集识别系统1000的一个示例，其中，图像处理模块220可以直接与成像模块110中的数据处理模块111集成设置，或者图像处理模块220与成像模块110中的数据处理模块111也可以单独分离设置，对此不作限制，但两者均可以用于在图像信息未识别出有效生物特征时生成指引提示信息。以及，本实用新型实施例提出的主控单元40和控制单元22可以集成设置，也可以单独分离设置，对此不作限制。

在实施例中，主控单元40可以直接与显示器20集成设置，或者主控单元40与显示器20也可以单独分离设置。主控单元40的控制指令内容也可以传递至外部其他装置，以用于处理或控制外部其他装置，如控制指纹锁、打卡机等。此外，可以理解的是，本实用新型实施例的图像采集单元21、控制单元22、图像处理模块220，也可以由外部装置实现控制，而不需要经过主控单元40。

在一些实施例中，如图4所示，照明单元23与控制单元22连接，用于响应于采集触发信号启动照明。具体地，控制单元22用以控制开启或关闭图像采集单元21与照明单元23，可以理解的是，控制单元22既可以同时控制两者开启或关闭，以避免照明单元23一直处于开启状态，减少能耗，或者控制单元22也可以对图像采集单元21与照明单元23单独进行控制，对此不作限制。本实用新型实施例通过采用照明单元23对目标物体进行均匀照明，可以增强目标物体图像中脊线的对比度和清晰度。

在实施例中，照明单元23和显示器20可以设置在光学组件30的同一侧也可以设置在光学组件30的不同侧。可以根据照明需求灵活配置照明单元23的位置，对此不作限制。需要注意的是，由于光源的方向直接决定目标物体脊线阴影的方向，在不同方向光源照射下，采集的目标物体图像的脊线有多至2到3倍脊线宽度的位移。下面对本申请实施例照明单元23的布置方案进行说明。

在一些实施例中，如图8所示，本实用新型实施例的照明单元23布置于光学组件30下方，即照明单元23设置在光学组件30的光源侧，且与显示器20相对设置。

需要注意的是，对于照明单元23位于光源侧的设置方式，由于壳体10内部除显示器20的显示面外其余部分均已作吸光处理，因此，为提高目标物体图像的质量，照明单元23可以有以下优选的三种布置方法。

在一些实施例中，如图8所示，显示器20的表面设置有漫反射层26；照明单元23的照射面朝向显示器20的表面。也就是，本实用新型实施例中将照明单元23放置在显示器20对侧，同时对显示器20表面进行漫反射处理，如张贴透明的漫反射膜以形成漫反射层26，基于此在不影响显示光线透过的情况下，可对照明单元23发出的光进行散射。当控制单元22触发照明单元23点亮时，照明单元23发射的光线经过显示器20表面漫反射层26发生散射并经光学组件30反射后，同样在引导画面位置处汇聚，形成均匀的光照平面，以照亮目标物体脊线，从而获得高对比度的目标物体图像。

在另一些实施例中，如图9所示，本实用新型实施例中照明单元23的照射面朝向空中目标区域11。也就是，本实用新型实施例将照明单元23放置在显示器20对侧，此时无需对显示器20表面进行漫反射处理，而是通过设置照明单元23的光源照射面朝向引导画面的位置，且利用光学组件30具有透射的效应，使得照明单元23的光源可以直接透过光学组件30，以为目标物体提供照明。

在实施例中，照明单元23包括一个环形或圆形光源，或者，照明单元23包括多个照射面朝向空中目标区域11的光源，且多个光源以预设间隔角度设置。也就是，对于图9所示的照明单元23的布置方案，此时照明单元23的数量可以是一个，也可以是多个，对此不作限制。其中，多个照明单元23的位置可以布置成通过不同角度，来照射至少一个目标物体的不同部位，例如指纹的左侧、右侧、前侧等，同时照明单元23的照明区域可以重叠，对此不作限制。

在实施例中，照明单元23提供的光源形式不限于显示器20本身光源、装置内部光源或装置外部光源等。光源可以选择可见光源，优选波长为450nm-470nm的蓝光LED光源，目标物体在此波段光源照射下可获得高对比度的图像，或者，光源还可以选用红外波段的光源，以避免可见光对引导画面显示效果的干扰。需要注意的是，由于全方向强光光源会减弱目标物体脊线形成的阴影，进而影响目标物体图像的清晰度，因此，本实用新型实施例优选使用环形光源，以获取清晰的目标物体图像。优选地，也可以在光源前增加光学部件，如透镜、匀光板等，以增加照明效果。

在另一些实施例中，照明单元23设置在显示器20上，例如，照明单元23包括围绕显示器20设置的环形光源；或者，照明单元23与显示器20的背光组件集成设置。

如图10所示，本实用新型实施例中照明单元23使用环形LED光源将显示器20围绕一圈，在照明单元23点亮时，环形LED光源发射的光线经光学组件30反射后，为引导画面位置提供照明。或者，直接将照明单元23与显示器20背光组件集成在一起，例如，以LCD显示器为例，在触发LED照明时，可控制LCD显示器为令光线全部通过，从而使照明单元23发出的光线透过LCD显示器，并再次经光学组件30反射后，照亮引导画面位置。

因此，根据本实用新型实施例的生物特征采集识别系统1000，通过将可交互空中成像技术与非接触采集识别技术结合，基于成像子系统100在空中显示引导画面的位置是确定的，将覆盖引导画面所在的三维空间即空中目标区域作为采集识别子系统200图像采集的基准面。当用户触摸引导画面时，由检测模块120发送采集触发信号，以触发图像采集单元21对用户生物特征信息进行采集，从而无需设置额外的限制用户操作装置，且用户在操作时无碰触设备本体的风险，使得非接触生物特征采集识别操作更加方便、安全、高效。此外，本实用新型实施例中在图像采集单元21的光圈满足景深覆盖实像位置的情况下，可以根据实际情况尽可能的将光圈设置的更大，以增加采集过程中目标物体部位散射光的进光量，从而获取更加清晰的目标物体图像，同时也可以减少对照明单元23光源亮度的需求。

本实用新型第二方面实施例提供一种终端设备，如图11所示，本实用新型实施例的终端设备2000包括设备本体300以及上述实施例提供的生物特征采集识别系统1000。其中，生物特征采集识别系统1000设置在设备本体300上。

根据本实用新型实施例的终端设备2000，通过采用上述实施例提供的生物特征采集识别系统1000，来对用户的生物特征信息进行采集与识别，可以避免用户操作时接触设备的风险，且无需设置额外的限制用户操作装置，从而使得非接触指纹采集操作也更加安全、高效。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种生物特征采集识别系统，其特征在于，包括：

成像子系统，包括：

成像模块，所述成像模块包括用于显示生物特征采集识别的引导画面的显示器、用于将生物特征采集识别的引导画面在空中目标区域成像显示的光学组件和主控单元，所述主控单元与所述显示器连接；

检测模块，所述检测模块与所述主控单元连接，用于在检测到所述空中目标区域存在目标物体且所述目标物体与所述引导画面交互姿态符合所述引导画面中的引导姿态时，发送采集触发信号；

采集识别子系统，包括：

图像采集模块，所述图像采集模块包括至少一个图像采集单元、照明单元和控制单元，所述照明单元与所述显示器设置在所述光学组件的同一侧，所述控制单元与所述图像采集单元、所述照明单元和所述主控单元连接，所述图像采集单元用于响应于所述采集触发信号采集所述空中目标区域内目标物体的图像信息，所述照明单元响应于所述采集触发信号启动照明；

图像存储模块，用于存储生物特征信息；

图像处理模块，与所述图像采集模块、所述图像存储模块连接，用于根据所述图像信息获得生物特征信息或识别用户身份。

2.根据权利要求1所述的生物特征采集识别系统，其特征在于，所述照明单元设置在所述光学组件的光源侧，且与所述显示器相对设置。

3.根据权利要求2所述的生物特征采集识别系统，其特征在于，

所述显示器的表面设置有漫反射层；

所述照明单元的照射面朝向所述显示器的表面。

4.根据权利要求2所述的生物特征采集识别系统，其特征在于，所述照明单元的照射面朝向所述空中目标区域。

5.根据权利要求4所述的生物特征采集识别系统，其特征在于，所述照明单元包括一个环形或圆形光源，或者，所述照明单元包括多个照射面朝向所述空中目标区域的光源，多个所述光源以预设间隔角度设置。

6.根据权利要求1所述的生物特征采集识别系统，其特征在于，所述照明单元设置在所述显示器上。

7.根据权利要求6所述的生物特征采集识别系统，其特征在于，

所述照明单元包括围绕所述显示器设置的环形光源；

或者，所述照明单元与所述显示器的背光组件集成设置。

8.根据权利要求1所述的生物特征采集识别系统，其特征在于，所述成像模块还包括：

壳体，所述壳体形成有显示窗口且在内部形成有容纳腔；

所述显示器、所述光学组件、所述照明单元和所述主控单元均设置于所述容纳腔中，所述显示器和所述照明单元均设置于所述光学组件的光源侧，所述显示窗口在所述光学组件的成像侧。

9.根据权利要求1所述的生物特征采集识别系统，其特征在于，所述成像模块还包括：

数据处理模块，与所述主控单元连接，所述数据处理模块用于在所述检测模块检测到所述目标物体的姿态与所述引导画面中的引导姿态不符时发出指引提示信息；

所述主控单元控制所述显示器显示所述指引提示信息；

所述光学组件将所述显示器显示的所述指引提示信息的光线汇聚成像在所述空中目标区域。

10.根据权利要求8所述的生物特征采集识别系统，其特征在于，所述容纳腔的内壁上设置吸光层。

11.一种终端设备，其特征在于，包括：

设备本体；

权利要求1-10任一项所述的生物特征采集识别系统，所述生物特征采集识别系统设置在所述设备本体上。

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