CN217821670U - 指纹检测装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种指纹检测装置，包括光源、图像模组。所述光源用于发射检测光束至待检测对象的手指。所述图像模组用于接收来自待检测对象的手指反射的检测光束并转换为相应的电信号，以生成待检测对象的指纹图像，所述待检测对象的指纹图像显示脊线、谷线和汗孔。所述待检测对象的指纹图像用于确认所述待检测对象是否为活体。本申请还公开了一种电子设备。

Description

指纹检测装置和电子设备

技术领域

本申请涉及光电技术领域，具体涉及一种指纹检测装置和电子设备。

背景技术

随着科技的快速发展，指纹检测被广泛用于安防、门禁、考勤乃至终端设备上的身份验证。目前，指纹检测过程中，终端通过指纹采集组件获取指纹图像，并将该指纹图像与预先采集的指纹模板进行特征匹配，得到指纹匹配度。若指纹匹配度大于匹配度阈值，则确定采集到的指纹通过验证。然而，常见的指纹检测方案缺乏可靠的活体检测，容易被硅胶等制成的假体指纹进行欺诈。

实用新型内容

针对上述技术问题，本申请提供一种具有活体检测的指纹检测装置和电子设备。

本申请的一个方面提供一种指纹检测装置，包括光源，用于发射检测光束至待检测对象的手指；图像模组，用于接收来自待检测对象的手指反射的所述检测光束并转换为相应的电信号，以生成待检测对象的指纹图像，所述待检测对象的指纹图像包汗孔特征信息和/或汗孔特征信息，所述光源位于所述图像模组的周围或下方；通信单元，用于和外部设备进行无线通信；所述图像模组包括图像传感器、处理单元和存储单元，其中：所述处理单元能够用于获取所述待检测对象的指纹图像的汗孔特征信息，当待检测对象的指纹图像的汗孔特征信息的量化值大于或等于预设的汗孔特征信息阈值时，所述处理单元获取所述待检测对象的指纹图像的纹路特征信息，并和预先采集并存储在所述存储单元内的参考指纹图像进行汗孔特征信息比对和/或纹路特征信息比对以确认所述待检测对象是否为活体授权用户；或：所述处理单元获取所述待检测对象的指纹图像的汗孔特征信息和纹路特征信息，并和存储在所述存储单元内的预先采集的参考指纹图像进行比对以确认所述待检测对象是否为活体授权用户；所述图像传感器多次曝光以获取多个所述待检测对象的指纹图像，所述图像传感器的多次曝光具有不同的曝光时间和/或所述光源在所述图像传感器曝光时提供检测光束具有不同的光照强度，使得至少部分的多个所述待检测对象的指纹图像具有不同的平均亮度。

本申请的一些实施例中，还包括玻璃盖板，所述玻璃盖板位于所述光源和图像模组的上方，所述检测光束穿过所述玻璃盖板照射到待检测对象的手指，所述检测光束在待检测对象的手指上发生反射后穿过所述玻璃盖板后被所述图像模组接收并转换为相应的电信号。

本申请的一些实施例中，所述玻璃盖板的上表面具有检测区域，所述指纹检测装置还包括控制单元，所述控制单元用于感测待检测对象的手指是否接触所述检测区域，在待检测对象的手指接近或接触所述检测区域时控制所述光源以及图像模组开启，并在指纹检测结束或待检测对象的手指离开所述检测区域时控制所述光源以及图像模组关闭。

本申请的一些实施例中，所述指纹检测装置配置为通过汗的折射率低于手指的皮肤的折射率来区分所述指纹图像中的汗孔。

本申请的一些实施例中，所述图像模组包括用于接收检测光束并转换为电信号的图像传感器，所述图像传感器包括基板、位于所述基板上的像素阵列、以及位于所述像素阵列上方的微透镜阵列；所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述多个微透镜呈阵列排布，所述像素阵列包括多个像素单元，所述多个像素单元呈阵列排布，其中，每一所述微透镜对应多个所述像素单元，所述微透镜的焦距以及所述微透镜的分布密度和所述图像模组的厚度正相关。

本申请的一些实施例中，所述微透镜的中心间距为P，所述微透镜的底面直径为d，P≥d或P≥2d或P≥3d或P≥4d。

本申请的一些实施例中，所述基板具有开设在位于所述像素阵列所在一侧或周围的多个凹槽，所述光源包括多个发光单元，至少部分的发光单元设置于所述多个凹槽内，设置于所述凹槽内的发光单元为顶面发光型；或：所述光源包括多个发光单元，所述多个发光单元分散设置在所述图像模组的周围，所述多个发光单元至少部分为侧面发光型或顶面发光型。

本申请的一些实施例中，所述检测光束为可见光，所述可见光包括绿色光；或所述检测光束包括不可见光，所述不可见光包括红外光或近红外光。

本申请的一些实施例中，还包括压力传感器，用于检测手指接触或按压。

本申请的一个方面提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的指纹检测装置。

本申请的指纹检测装置和电子设备使用脊谷特征信息比对和汗孔特征信息比对等多种比对方式，对指纹特征信息进行比对分析，由于汗孔难以假冒，结合指纹的纹路特征能够较好的实现活体检测。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实现本申请指纹检测装置的一个实施例的部分爆炸示意图；

图2是图1中指纹检测装置的部分界面示意图；

图3是图1中图像模组的部分爆炸示意图；

图4是图3中图像模组的部分放大界面示意图；

图5是微透镜会聚成像的示意图；

图6是所述图像模组生成的指纹图像的部分示意图。

图7是本申请的指纹检测方法的一个实施例的流程示意图；

图8是本申请的电子设备的一个实施例的方框示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语"如果"可以被解释成为"在……时"或"当……时"或"响应于确定"。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。本申请使用的术语“或”、“和/或”、“包括以下至少一个”等可被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。例如，“包括以下至少一个：A、B、C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A和B和C”，再如，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A和B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

应该理解的是，虽然本申请实施例中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

需要说明的是，在本文中，采用了诸如S10、S20等步骤代号，其目的是为了更清楚简要地表述相应内容，不构成顺序上的实质性限制，本领域技术人员在具体实施时，可能会先执行S20后执行S10等，但这些均应在本申请的保护范围之内。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或者“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或者“单元”可以混合地使用。

电子设备可以配置为具有指纹检测功能，以提高用户访问电子设备的安全性。这种电子设备例如但不限于智能手机、平板计算机、腕戴式设备和其他可穿戴或便携式设备、笔记本电脑、个人计算机、ATM、电子广告牌、各种显示终端等，亦或者例如汽车、船、火车、飞机等。

请参阅图1，是本申请指纹检测装置1的一个实施例的部分爆炸示意图。所述指纹检测装置1包括图像模组10、位于所述图像模组周围的光源20、底板30和玻璃盖板40。所述图像模组10和所述光源20设置在所述底板30上。可选地，在一些实施例中，所述玻璃盖板40可以通过连接部50连接所述底板30。

可选地，在一些实施例中，所述底板30可以为加强版，例如但不限于钢板。在另一些实施例中，所述底板30可以省略，所述图像模组10和光源20可以设置在外部组件上，例如粘接连接或通过泡棉连接到外部电路板，本申请实施例对此不作限定。

可选地，在一些实施例中，所述光源20可以包括多个发光单元21，所述发光单元21可以分散分布在所述图像模组10的周围，或，所述发光单元21可以至少设置位于所述图像模组10的一侧。图1中所示的图像模组10大致具有矩形边界，所述多个发光单元21分别位于所述图像模组10的四周，能够较好的从不同方向发射光束，使得图像模组10的指纹图像成像质量较好。

可选地，在一些实施例中，所述光源20可以包括多个发光单元21，所述发光单元21可以设置在所述图像传感器10上。例如但不限于，所述图像传感器10的电路基板外围空闲区与可以具有适合容纳所述发光单元21的至少部分的开口或凹槽。所述发光单元21可以为顶发光型发光元件。所述光源20和图像传感器10更紧密的连接，使得指纹检测装置1整体体积更为紧凑，能够节省空间。

请一并参阅图2，是所述指纹检测装置1的部分截面示意图。待检测对象的手指100接触所述玻璃盖板40的上表面时，所述指纹检测装置1正常工作。所述发光单元21发射检测光束101，所述检测光束101穿过所述玻璃盖板40照射到待检测对象的手指100并发生反射。部分反射后的检测光束101穿过所述玻璃盖板40后到达所述图像模组10。所述图像模组10接收手指100返回的检测光束101并转换为相应的电信号，生成相应的指纹图像，并可以用于确认手指100和待检测对象是否为活体。可选地，在一些实施例中，所述发光单元21可以为侧面发光型发光元件或顶面发光型发光元件。例如但不限于，所述发光单元21可以包括发光二极管(LED)。

由于手指存在间隔的脊谷区域，当手指100接触玻璃盖板40时，手指100的脊直接接触玻璃盖板40的表面，手指100的谷和玻璃盖板40的表面存在间隔物(例如为空气或水等)。因此，从手指100的脊和谷返回的检测光束101具有反射率差异，所述图像模组10能够采集来自脊和谷返回的不同检测光束101并区分，进而用于生成具有和手指100的脊谷对应的脊线和谷线。

另外，由于汗的折射率低于手指皮肤的折射率，从汗孔返回的检测光束101和手指皮肤其他区域返回的检测光束101的能量不相同。所述图像模组10采集汗孔和脊谷返回的检测光束101并能够用于生成带有相应的汗孔特征信息和纹路(通常纹路由间隔的脊和谷形成)特征信息的指纹图像。在一些实施例中，图像模组10生成的指纹图像中，对于位于手指100的脊所在区域的汗孔，其汗孔特征信息相较于其所在的脊线特征信息具有明显的灰度上的差异。由于手指皮肤的脊线上的汗孔的配置与指纹和声纹同样是固有的，并且一生都不会盖板。假体手指很难模仿活体手指复杂而唯一的汗孔特征，因此通过检测手指100的汗孔特征，能够较好的确认手指100和待检测对象是否为活体，以及确认待检测对象是否为授权的用户。通常，可以预先采集授权用户的指纹图像并促作为参考指纹图像存储在指纹数据库中。

可选地，在一些实施例中，所述待检测对象的指纹图像能够用于和预先采集的参考指纹图像使用汗孔和/或纹路进行比对以确认所述待检测对象是否为活体，并进一步确认所述待检测对象是否为授权用户。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1首先采集待检测对象的指纹图像信息并检测是否存在足够汗孔特征信息。例如但不限于地，当汗孔特征信息的量化值小于预设汗孔特征信息阈值时，判断待检测对象不是活体，那么显然也不会是授权用户。此时，可以直接通过一个显示装置或声音装置等进行提醒。当汗孔特征信息的量化值达到预设汗孔特征信息阈值时，认为待检测对象为活体。指纹检测装置1可以将待检测对象的指纹图像和预先采集的参考指纹图像进行比对，通过比对结果进行确认待检测对象是否为授权用户。所述比对结果可以使用匹配值来表示，当匹配值小于预设匹配阈值时，认为待检测对象不是授权用户，而当匹配值大于或等于预设匹配阈值时，认为待检测对象是活体授权用户。可以理解地，如果假冒用户使用伪造的指纹套尝试使用所述指纹检测装置1进行身份认证，假冒用户或为待检测对象。考虑到汗孔特征的伪造难度大且成本高，指纹套通常很难具有汗孔，所以所述指纹检测装置1获得的来自指纹套的指纹图像大概率没有详细的汗孔特征信息。据此，可以判断为不是授权用户。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1将待检测对象的指纹图像和预先采集的参考指纹图像进行比对，通过比对结果进行确认待检测对象是否为授权用户。所述比对结果可以使用匹配值来表示，当匹配值小于预设匹配阈值时，认为待检测对象不是授权用户，而当匹配值大于或等于预设匹配阈值时，认为待检测对象是授权用户。上述比对可以至少使用汗孔特征信息和/或纹路特征信息(包括脊线特征信息和/或谷线特征信息)等生物特征信息进行比对，以获取相应的比对结果。所述比对结果可以包括多个匹配值，分别对应汗孔特征匹配程度、纹路特征匹配程度等，根据预设的指纹数据模型和参数，所述指纹检测装置1可以确认待检测对象是否为活体授权用户。

可选地，在一些实施例中，所述图像模组10采集的光信号转换为电信号并经过处理后生成待检测对象的指纹图像，所述待检测对象的指纹图像可以为大小为M像素*N像素的图像，M、N均为正整数。

可选地，在一些实施例中，所述图像模组10可以用于生成具有不同生物特征信息的图像，以执行相应的检测。所述生物特征信息可以为指纹特征信息、掌纹特征信息、血氧特征信息等，本申请并不以此为局限。

可选地，在一些实施例中，由于血液流过手指100的血管会产生的光学特性上的脉冲信号。例如，血细胞在可见波长(例如较高的光学吸收)和近红外波长(例如与可见波长相比较低的光学吸收)处表现出不同的光学吸收光谱特征。血液的这种不同的光学吸收特征可以由所述图像模组10采集捕获。血流的其它特征可以由血管中的压力变化反映。当检测光束101传播进入手指100的组织或血细胞时，检测光束101被部分地吸收并且部分地散射。活体手指运动或血流可以引起光吸收截面的变化。图像模组10能够检测这种变化。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1可以用于检测手指100的血液浓度对应的颜色来确认手指100是否为活体。由于活体手指内部含有流动的血液，在手指没有受力的自然状态下，手指内的血液均匀充满手指末端而使得所述手指末端呈现淡红色。而当所述手指100按压玻璃盖板40的时候，所述手指100与玻璃盖板40接触的部分因受力导致血液流走而使得这部分区域的血液浓度减小。所以在所述手指100与玻璃盖板40刚接触到手指100充分按压玻璃盖板40的过程中，所述手指100与所述玻璃盖板40接触的部分的颜色会出现由淡红色变成淡黄色的明显变化。然而，目前用来伪造手指的材料(例如：塑料、硅胶、纸等)，在按压过程中其表面并不会出现明显的颜色变化。因此，通过检测手指100在按压玻璃盖板40过程中的颜色变化可以有效地辨别手指100的真伪。

可选地，在一些实施方式中，指纹检测装置1可以包括压力传感器，用于检测手指100的接触、按压、移动、伸展或脉动；或者所述指纹检测装置1可以包括用于检测手指100的接触、按压、移动、伸展或脉动的其他任意合适的传感器。

可以理解的是，经由所述手指100返回的检测光束101可以包括但不限于被手指100表面反射而返回的检测光束101和从手指100内部经表面透射出来而返回的检测光束101或其他光束。

可选地，在一些实施例中，所述检测光束101为可见光，所述可见光包括绿色光。

可选地，在一些实施例中，所述检测光束101包括不可见光，所述不可见光包括红外光或近红外光。

请一并参阅图3，是所述图像模组10的部分爆炸示意图。所述图像模组10包括由上至下依次设置的微透镜阵列11、遮光层12、基板13和图像传感器14。所述微透镜阵列11包括多个呈阵列排布的微透镜111，所述遮光层12上设有多个呈阵列排布的开孔121，所述开口121和所述微透镜111一一对应。所述微透镜111间隔分布，所述遮光层12设置在所述微透镜111之间的间隔处。所述遮光层12使用黑色材料制成，其能够阻挡可见光透过。

所述微透镜111大致具有圆形的底面(未标号)和拱形凸起部(未标号)。所述微透镜111用于将从来自上方的光束进行会聚。光束能够从拱形凸起部的玩去面进入所述微透镜111，并从微透镜111的底面依次穿过所述开口112、所述基板13到达所述图像传感器14。所述图像传感器14用于接收光束并转换为电信号，所述电信号可以为电压信号、电流信号等。所述电信号能够用于生成指纹图像。

在一些实施例中，所述图像模组10还可以包括处理单元和存储单元。所述处理单元能够用于获取所述待检测对象的指纹图像的汗孔特征信息，当待检测对象的指纹图像的汗孔特征信息的量化值大于或等于预设的汗孔特征信息阈值时，所述处理单元获取所述待检测对象的指纹图像的脊谷特征信息，并和预先采集并存储在所述存储单元内的参考指纹图像进行汗孔特征信息比对和/或纹路特征信息比对以确认所述待检测对象是否为活体授权用户，或者，所述处理单元获取所述待检测对象的指纹图像的汗孔特征信息和脊谷特征信息，并和存储在所述存储单元内的预先采集的参考指纹图像进行比对以确认所述待检测对象是否为活体授权用户。

请一并参阅图4，所述图像传感器14可以包括像素阵列141，所述像素阵列141包括多个呈阵列排布的像素单元1411。每一像素单元1411例如但不限于包括一个或多个光电二极管，能够将光信号转换为电信号。手指100返回的检测光束101经过所述微透镜111会聚后到达像素阵列141。本申请实施例中，每一所述微透镜111可以对应多个所述像素单元1411。如图4所示，每个微透镜111在所述玻璃盖板40的上表面对应具有一定直径大小的视场区域VA，接触所述视场区域VA的手指100的部分区域能够通过对应的所述微透镜111返回所述检测光束101至所述图像传感器14。所述微透镜111的中心间距为P，所述微透镜111的底面直径为d。可选地，在一些实施例中，P≥d或P≥2d或P≥3d或P≥4d。

当P/d的值越大，所述微透镜111在所述像素阵列141上方分布的密度越小，可以理解地，单个微透镜111相应地需要覆盖到较大的视场区域VA，以及，单个微透镜111对应较多的像素单元1411，此时，所述微透镜111相应地具有较大的像距、物距和焦距。可选地，在一些实施例中，所述微透镜111的焦距以及所述多个微透镜111的分布密度和所述图像模组的厚度正相关。

可选地，在一些实施例中，调整微透镜111的分布密度、以及弯曲度等，从而可以相应调整焦距等参数，进而实现可以获得具有不同厚度的图像模组10。实例而非限定地，所述图像模组10的厚度可以为0.8毫米～10毫米或0.5毫秒～20毫米。

可选地，在一些实施例中，在对待检测对象进行指纹检测时，所述图像传感器14可以多次曝光以获取多个所述待检测对象的指纹图像，所述图像传感器14的多次曝光可以具有不同的曝光时间和/或所述光源20在所述图像传感器14曝光时提供的检测光束101可以具有不同的光照强度，使得至少部分的所述多个指纹图像具有不同的平均亮度。

可选地，在一些实施例中，所述图像模组10可以多次采集并生成张K个待检测对象的指纹图像，其中每个指纹图像均为具有M像素*N像素的大小的图像，这里的K、M、N均为正整数。所述K个指纹图像的至少部分具有不同的平均亮度。

一个可能实施例中，所述图像传感器14以每次曝光时间为i(单位：毫秒)、相邻曝光之间的时间间隔为j(单位：毫秒)的方式进行至少K次曝光，那么K次曝光所需时间：K*i+(K-1)*j(单位：毫秒)；所述光源20在所述图像传感器14曝光时发射的检测光束具有不同的光照强度(或称为照度)，定义所述光源20提供的检测光束的光照强度范围为0至L(单位：勒克斯)，在所述图像传感器14的K次曝光时，所述光源20提供的光照强度可以分别为L/K、2L/K、3L/K、……(K-1)L/K、L，其中0＜i，j≤1000，K≥3。从而，所述指纹检测装置1能够通过图像传感器14的K次曝光获得K个所述待检测对象的指纹图像。所述指纹图像可以具有不同的平均亮度。

一个可能的实施例中，定义所述光源20提供的检测光束的光照强度范围为0至L(单位：勒克斯)，所述图像传感器14最大连续曝光次数为P。所述光源20能够在所述图像传感器14进行曝光时提供下列光照强度中的任意一个：L/P、2L/P、……(P-1)*L/P、L。在对待检测对象的指纹图像进行采集时，所述图像传感器14的实际曝光次数可以设置为K，1≤K≤P，K、P均为正整数。所述图像传感器14以每次曝光时间为i(单位：毫秒)、相邻曝光之间的时间间隔为j(单位：毫秒)的方式进行至少K次曝光，那么K次曝光所需时间：K*i+(K-1)*j(单位：毫秒)。所述光源20在所述图像传感器14的K次曝光时分别提供由小至大变化的K个不同光照强度的检测光束：L/P、2L/P、……K*L/P，或，所述光源20在所述图像传感器14进行K次曝光时候从{L/P，2L/P，……(P-1)*L/P，L}中选取任意K个不同的光照强度值。从而，所述指纹检测装置1能够通过图像传感器14的K次曝光获得K个所述待检测对象的指纹图像。所述指纹图像可以具有不同的平均亮度。

一个可能的实施例中，所述图像传感器14最大连续曝光次数为P，所述图像传感器14的实际曝光次数可以设置为K，1≤K≤P，K、P均为正整数。所述图像传感器14以曝光时间分别为i+Δt1、i+Δt2、……i+Δt(K-1)、i+ΔtK(单位：毫秒)、相邻曝光之间的时间间隔为j(单位：毫秒)的方式进行至少K次曝光，所述光源20在所述图像传感器14的K次曝光中提供的检测光束的光照强度为L0(单位：勒克斯)。可选地，Δt1+Δt2+……+Δt(K-1)+ΔtK＝0，L0＝(K2+K)*L/2K2，K≥3，L0＞0，所述图像传感器14的K次曝光所需时间为：K*i+(K-1)*j(单位：毫秒)。

一个可能的实施例中，所述图像传感器14最大连续曝光次数为P，所述图像传感器14的实际曝光次数可以设置为K，1≤K≤P，K、P均为正整数。所述图像传感器14以曝光时间分别为i+Δt1、i+Δt2、……i+Δt(K-1)、i+ΔtK(单位：毫秒)、相邻曝光之间的时间间隔为j(单位：毫秒)的方式进行至少K次曝光。定义所述光源20提供的检测光束的光照强度范围为0至L(单位：勒克斯)，所述图像传感器14最大连续曝光次数为P。所述光源20能够在所述图像传感器14进行曝光时提供下列光照强度中的任意一个：L/P、2L/P、……(P-1)*L/P、L。在对待检测对象的指纹图像进行采集时，所述图像传感器14的实际曝光次数可以设置为K，1≤K≤P，K、P均为正整数。所述光源20在所述图像传感器14的K次曝光时分别提供由小至大变化的K个不同光照强度的检测光束：L/P、2L/P、……K*L/P，或，所述光源20在所述图像传感器14进行K次曝光时候从{L/P，2L/P，……(P-1)*L/P，L}中选取任意K个不同的光照强度值。从而，所述指纹检测装置1能够通过图像传感器14的K次曝光获得K个所述待检测对象的指纹图像。所述指纹图像可以具有不同的平均亮度。可选地，Δt1+Δt2+……+Δt(K-1)+ΔtK＝0，L0＝(K2+K)*L/2K2，K≥3，L＞0，所述图像传感器14的K次曝光所需时间为K*i+(K-1)*j(单位：毫秒)。

其中，所述图像传感器14的K次曝光所需时间可以满足：0＜K*i+(K-1)*j＜1000毫秒。可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1还包括环境光传感器，所述环境光传感器用于检测视场区域VA上方或附近的环境光照度LE。可以理解，环境光能够透过待检测对象的手指的量越多，对于图像传感器14采集待检测对象的手指返回的检测光束的干扰越多。因此，当环境光照度越大时，所述图像传感器14的曝光次数K越大、或所述图像传感器14的单次曝光时间越长、或所述光源20在所述K次曝光内提供的检测光束的平均光照强度越大(所述平均光照强度一种可能的计算方式是将K次的光照强度进行累加后除以K)。

通过对来自待检测对象的手指的检测光束进行多次采集成像，可以获得多张具有不同平均亮度值的指纹图像，这些指纹图像中的至少部分经过算法处理(包括但不限于插值、裁剪、合成、像素叠加、对比度、亮度等处理)后能够具有较好的图像质量以用于指纹特征检测，所述指纹特征检测可以包括但不限于汗孔特征信息比对和/或纹路特征信息比对，从而具有较好的指纹特征检测效果。当然，在其他或变更实施例中，所述指纹检测装置1也可以用于检测掌纹或其他生物特征，本申请实施例不作限定。

相较于现有技术，本申请指纹检测装置1可以通过调整所述图像传感器14的曝光次数、曝光时间、曝光间隔时间以及所述光源20发射的检测光束的光照强度，获取图像质量较好的待检测对象的指纹图像，从而具有较好的指纹特征检测效果。

请一并参阅图5，是多个所述微透镜111会聚检测光束101在图像传感器14上的示意图。可以看到，每个微透镜111会聚来自手指100的部分指纹的检测光束，并可以用于生成相对应的部分指纹图像。图像传感器14能够将通过多个微透镜111生成的多个部分指纹图像通过图像算法拼接成相对完整的手指100的指纹图像。

请一并参阅图6，是所述待检测对象的指纹图像的部分示意图。经过图像处理后，待检测对象的指纹图像成像具有交替间隔的脊线1001和谷线1002、以及位于脊线1001内部的汗孔1003。所述汗孔1003间隔地位于脊线1001内，且所述汗孔1003和所述脊线1001具有灰度上的差异。所述汗孔1003可以为圆形汗孔、椭圆形汗孔、三角形汗孔、四边形汗孔和不规则汗孔等。所述汗孔1003的直径可以为50μm～100μm或100μm～200μm或200μm～250μm或具有更大的直径。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1包括存储器，所述存储器包括预先采集的授权用户的参考指纹图像。所述指纹检测装置1获取所述待检测对象的指纹图像的汗孔1003对应的坐标以及所述参考指纹图像的汗孔对应的坐标，并将二者的汗孔的坐标进行比对，并生成比对结果，通常可以用匹配值表示。所述匹配值越大，表明待检测对象的指纹图像和参考指纹图像的特性越相近。

需要说明的是，这里提及的汗孔坐标可以为汗孔的中心点坐标或重心点坐标。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1包括存储器，所述存储器包括预先采集的授权用户的参考指纹图像。待检测对象的指纹图像和预先采集的参考指纹图像可以分别划分为若干比对区域，待检测对象的指纹图像的每个比对区域对应于参考指纹图像的一个比对区域。所述指纹检测装置1获取所述待检测对象的指纹图像的每一比对区域内的平均灰度值以及所述参考指纹图像的每一比对区域内的平均灰度值，并将相对应的比对区域的平均灰度值分别进行比对。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1可以使用汗孔坐标和/或汗孔平均灰度值将待检测对象的指纹图像和预先采集的参考指纹图像进行比对。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1获取待检测对象的指纹图像的脊线1001以及位于该脊线1001内的汗孔1003的平均灰度值，以及获取参考指纹图像的脊线以及位于该脊线内的汗孔的平均灰度值，将二者的平均灰度值分别进行比对。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1获取待检测对象的指纹图像的脊线1001、谷线1002、汗孔1003的平均灰度值，以及所述参考指纹图像的脊线、谷线、汗孔的平均灰度值，并将待检测对象的指纹图像和预先采集的参考指纹图像各自的脊线、谷线、汗孔的平均灰度值分别比对。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1包括存储器，所述存储器包括预先采集的授权用户的参考指纹图像。所述指纹检测装置1获取所述待检测对象的指纹图像的每一个汗孔1003对应的平均灰度，以及所述参考指纹图像的每一个汗孔对应的平均灰度，并将二者的每一个汗孔的平均灰度分别比对。

可选地，在一些实施例中，所述图像处理例如但不限于运用局部灰度方差法从指纹图像中分割出指纹图像所在的区域，在提取出的区域中运用方向滤波法实现指纹的二值化，并通过OPTA算法等对二值图像进行细化处理。

可选地，在一些实施例中，所述图像传感器14可以为CCD(Charge-coupledDevice)型传感器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型传感器或其他任意光感应式成像组件。

可选地，在一些实施例中，所述玻璃盖板40的上表面具有检测区域，所述检测区域和所述图像传感器14的视场区域(FOV)至少部分重合。所述指纹检测装置1还包括控制单元。所述控制单元用于感测待检测对象的手指100是否接触所述检测区域，在待检测对象的手指100接近或接触所述检测区域时控制所述光源20以及图像模组10开启，并在指纹检测结束或待检测对象的手指100离开所述检测区域时控制所述光源20以及图像模组10关闭。进一步地，所述控制单元可以控制所述图像传感器14的拍照频率和帧数。为了获得更好的指纹图像效果，所述控制单元可以控制所述光源20的发光亮度，并且，控制所述图像传感器14在相同亮度拍摄一次或多次，或者在不同亮度分别拍摄一次或多次。这对于通过检测血样浓度特征信息、汗孔特征信息等活体检测所需的特征信息获取具有较好的帮助。

请参阅图7，是本申请的指纹检测方法的一个实施例的流程示意图。

所述指纹检测方法包括：

步骤S10，获取待检测对象的指纹图像，所述指纹图像显示脊线、谷线和汗孔；

步骤S20，根据所述待检测对象的指纹图像获取待检测对象的指纹特征信息，所述指纹特征信息包括汗孔特征信息和脊谷特征信息；

步骤S30，将所述指纹图像和预先采集的授权用户的指纹图像进行特征信息比对以获取特征匹配值，所述特征信息比对包括汗孔特征信息比对和脊谷特征信息比对；

步骤S40，根据所述特征匹配值判断所述待检测对象是否为活体。

可选地，在一些实施例中，所述特征匹配值包括汗孔特征匹配值和脊谷特征匹配值，当所述汗孔特征匹配值大于或等于第一阈值且所述脊谷特征匹配值大于或等于第二阈值时，所述待检测对象为活体。

可选地，在一些实施例中，所述汗孔特征信息包括汗孔大小、汗孔位置、汗孔灰度中的至少一种。

可选地，在一些实施例中，所述脊谷特征信息包括彼此相间脊线和谷线形成的脊线信息和谷线信息。

可选地，在一些实施例中，所述指纹特征信息还包括平均灰度信息，所述平均灰度信息为汗孔及其所在脊线的平均灰度大小，所述指纹特征比对还包括平均灰度信息比对。

可选地，在一些实施例中，所述特征匹配值还包括平均灰度匹配值，当平均灰度匹配值大于或等于第三阈值时，所述待检测对象为活体。

可选地，在一些实施例中，所述汗孔特征信息比对、所述脊谷特征信息比对和所述平均灰度信息比对分别单独比对。

可选地，在一些实施例中，所述汗孔特征信息对应的汗孔在所述待检测对象的指纹图像上显示为完整的位于所述脊线内。

应当理解的，本申请的指纹检测方法可以适用于本申请的指纹检测装置1。

请参阅图8，是本申请的电子设备的一个实施例的方框示意图。所述电子设备可以包括指纹检测装置1、中央处理器、显示单元、声音单元、电源。所述指纹检测装置1可以包括图像模组、光源和控制单元。所述显示单元可以实时显示指纹检测过程，以及显示指纹所述指纹检测装置1的检测结果，“验证成功”或“验证失败”。所述声音单元可以提示待检测对象放置手指，也可以根据不同检测结果发出不同的提示声音。

中央处理器利用各种接口和线路连接电子设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，执行各种功能和处理数据。

可选地，在一些实施例中，所述指纹检测装置1可以包括通信单元和微处理器，所述通信单元101可以连接所述指纹检测装置1微处理器，所述通信单元可以用于收发信息或通话过程中，信号的接收和发送，具体的，将基站的下行信息接收后，给所述微处理器进行处理。另外，将上行的数据发送给基站。通常，通信单元包括但不限于天线、至少一个放大器、收发信机、耦合器、低噪声放大器、双工器等。此外，通信单元101还可以通过无线通信与网络和其他设备通信。从而，指纹检测装置1以及包括所述指纹检测装置1的电子设备能够通过无线通信网络和远程主机进行数据交换，对指纹检测装置1及其电子设备实现远端或云端通信或远端控制。

可选地，在一些实施例中，所述通信单元101可以包括无线通信模块，例如但不限于WIFI模块、4G模块，5G模块、蓝牙模块、zigbee模块等。

可选地，在一些实施例中，所述通信单元101也可以包括有线通信模块，例如USB模块、以太网模块、IIS模块、HDMI模块等等。

当然，可选地，在一些实施例中，所述图像模组10可以集成处理芯片，所述通信单元101可以连接所述图像模组10，并用于图像模组10的和外部设备进行数据通信。

在一些实施例中，所述通信单元101可以连接所述中央处理器，用于中央处理器的通信。

本申请实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本申请实施例设备中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

在本申请中，对于相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述，一般只在第一次出现时进行详细描述，后面再重复出现时，为了简洁，一般未再重复阐述，在理解本申请技术方案等内容时，对于在后未详细描述的相同或相似的术语概念、技术方案和/或应用场景描述等，可以参考其之前的相关详细描述。

在本申请中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本申请技术方案的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本申请记载的范围。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，被控终端，或者网络设备等)执行本申请每个实施例的方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络，或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、存储盘、磁带)、光介质(例如，DVD)，或者半导体介质(例如固态存储盘Solid State Disk(SSD))等。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种指纹检测装置，其特征在于，包括：

光源，用于发射检测光束至待检测对象的手指；

图像模组，用于提取所述待检测对象的汗孔特征信息以及脊谷特征信息，所述光源位于所述图像模组的周围或下方；

通信单元，连接所述图像模组，用于和外部设备进行通信；

所述图像模组包括图像传感器、处理单元，其中：

所述图像传感器用于接收检测光束并转换为电信号，所述图像传感器包括基板、位于所述基板上的像素阵列、以及位于所述像素阵列上方的微透镜阵列；所述微透镜阵列包括多个微透镜，所述多个微透镜呈阵列排布，所述像素阵列包括多个像素单元，所述多个像素单元呈阵列排布，其中，每一所述微透镜对应多个所述像素单元，所述微透镜的焦距以及所述微透镜的分布密度和所述图像模组的厚度正相关；

所述处理单元用于获取所述待检测对象的汗孔特征信息以及脊谷特征信息，并根据所述汗孔特征信息以及脊谷特征信息确认所述待检测对象是否为活体授权用户。

2.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，

所述图像传感器多次曝光以获取多个所述待检测对象的指纹图像，所述图像传感器的多次曝光具有不同的曝光时间和/或所述光源在所述图像传感器曝光时提供检测光束具有不同的光照强度，使得至少部分的多个所述待检测对象的指纹图像具有不同的平均亮度。

3.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，还包括玻璃盖板，所述玻璃盖板位于所述光源和图像模组的上方，所述检测光束穿过所述玻璃盖板照射到待检测对象的手指，所述检测光束在待检测对象的手指上发生反射后穿过所述玻璃盖板后被所述图像模组接收并转换为相应的电信号。

4.根据权利要求3所述的指纹检测装置，其特征在于，所述玻璃盖板的上表面具有检测区域，所述指纹检测装置还包括控制单元，所述控制单元用于感测待检测对象的手指是否接触所述检测区域，在待检测对象的手指接近或接触所述检测区域时控制所述光源以及图像模组开启，并在指纹检测结束或待检测对象的手指离开所述检测区域时控制所述光源以及图像模组关闭。

5.根据权利要求2所述的指纹检测装置，其特征在于，所述指纹检测装置配置为通过汗的折射率低于手指的皮肤的折射率来区分所述指纹图像中的汗孔。

6.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述微透镜的中心间距为P，所述微透镜的底面直径为d，P≥d或P≥2d或P≥3d或P≥4d。

7.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述基板具有开设在位于所述像素阵列所在一侧或周围的多个凹槽，所述光源包括多个发光单元，至少部分的发光单元设置于所述多个凹槽内，设置于所述凹槽内的发光单元为顶面发光型；或：

所述光源包括多个发光单元，所述多个发光单元分散设置在所述图像模组的周围，所述多个发光单元至少部分为侧面发光型或顶面发光型。

8.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述检测光束为可见光，所述可见光包括绿色光；或所述检测光束包括不可见光，所述不可见光包括红外光或近红外光。

9.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，还包括压力传感器，用于检测手指接触或按压。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1 至9中任意一项所述的指纹检测装置。

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