指紋採集系統及包括該指紋採集系統的電子設備的製作方法
2023-05-01 01:46:06 2
指紋採集系統及包括該指紋採集系統的電子設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種指紋採集系統及包括該指紋採集系統的電子設備。該系統包括：圖像接收板；光學鏡組，在所述圖像接收板表面的指紋圖像通過光學鏡組後，輸出產生顯著畸變的圖像，所述光學鏡組包括至少一個反射鏡和/或透鏡；圖像傳感器，傳感來自所述光學鏡組的產生顯著畸變後的指紋圖像。本發明能夠防止用戶指紋信息被盜。
【專利說明】指紋採集系統及包括該指紋採集系統的電子設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種指紋識別技術，尤其涉及一種指紋採集系統及包括該指紋採集系統的電子設備。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展及公眾安全意識的增強，除了一些相對傳統的安保領域，指紋採集裝置越來越廣泛的應用於便攜電子產品，如筆記本電腦、行動電話等。
[0003]中國專利申請CN 200910171644.6示出了一種現有的指紋採集裝置。圖1 (a)、1(b)所示為一種現有的採用對稱光路設計的指紋採集裝置70。該指紋採集裝置70包含一光源71、一稜鏡72、一光檢測器74,及一圖像傳感器(未圖不)。該光檢測器74包含一光闌740及一聚焦物鏡741。該稜鏡72具有一供手指8貼合的指紋採集面720，一反射面721，及一出射面722。光源71發出的光經稜鏡72投射至手指8，被手指8散射後再次進入稜鏡72傳播。反射面721將光投射至出射面722，由出射面722出射至光檢測器74;進入光闌740的光進一步被聚焦物鏡741聚焦，再傳送至圖像傳感器。該反射面721相對於該光檢測器74的觀測軸743左右對稱時，即該反射面721與該觀測軸743所在水平面相交的直線垂直於該觀測軸743時，光檢測器74需設於稜鏡72的出射面722 —側的中間；反之，該反射面721相對於該光檢測器74的觀測軸743不左右對稱時，即該反射面721與該觀測軸743所在水平面相交的直線不垂直於該觀測軸743時，光檢測器74可不需設於稜鏡72的出射面722 —側的中間，可設置在例如靠下方或靠下方。然而，該現有技術中，反射面721要麼是平面，要麼是曲率基本恆定的曲面，其目的均為儘可能地避免指紋光學幾何畸變。
[0004] 申請人:為美國光擷科技有限公司的中國專利申請CN02144072.7公開了另一種現有的體積較小的指紋採集裝置中，該指紋採集裝置利用了光學變形組鏡來對指紋進行矯正，以避免光學幾何畸變。參考圖2來進行說明。光路103進入圖像接收板202，將圖像從圖像接收板反射回來的圖像通過光學變形組鏡210，更確切的說是通過一組由水平與垂直方向組成的柱面透鏡使圖像的仿射變形得到矯正。圖像沿著光路103到達裝置208。如從光學變形組鏡210接收補償圖像的圖像傳感器。圖像傳感器208所接收到的是已經通過變形光學組鏡210得到矯正的圖像。
[0005]然而，一方面為滿足用戶對手機、平板電腦、電子書等智能電子設備的保密需求，越來越多的電子設備通過採集用戶指紋來進行認證，另一方面，用戶越來越擔心因指紋洩密而導致用戶電子設備盜用或人私密信息被竊取。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題之一是需要提供一種能夠防止用戶指紋信息被盜的指紋採集系統及包括該指紋採集系統的電子設備。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種指紋採集系統。該系統包括:圖像接收板；光學鏡組，在所述圖像接收板表面的指紋圖像通過光學鏡組後，輸出產生顯著畸變的圖像，所述光學鏡組包括至少一個反射鏡和/或透鏡；圖像傳感器，傳感來自所述光學鏡組的產生顯著畸變後的指紋圖像。
[0008]根據本發明的又一面，所述光學鏡組可進一步包括:一高斯曲率變化的反射鏡；或者，所述光學鏡組進一步包括反射鏡，所述反射鏡的第一部分的高斯曲率為正，另一部分的高斯曲率為負。
[0009]其中，所述光學鏡組還可包括一個用於縮小圖像的透鏡組，所述透鏡組至少包括一個透鏡，在指紋圖像的光路上所述反射鏡位於所述透鏡組的之後或之前。
[0010]根據本發明的又一面，所述光學鏡組可進一步包括:稜鏡，所述稜鏡包括反射面、出射面和作為所述圖像接收板的採集面，所述反射面反射來自所述圖像接收板的指紋圖像，出射面將所述反射面的反射的指紋圖像射出所述稜鏡，所述反射面的高斯曲率變化；至少一個透鏡，所述反射鏡出射的指紋圖像經過所述至少一個透鏡射入所述圖像傳感器。
[0011]根據本發明的又一面，所述光學鏡組可進一步包括:稜鏡，所述稜鏡包括反射面、出射面和作為所述圖像接收板的採集面，所述反射面反射來自所述圖像接收板的指紋圖像，出射面將所述反射面的反射的指紋圖像射出所述稜鏡；透鏡，所述反射鏡射出的指紋圖像經過所述透鏡組射入所述圖像傳感器；折反光路元件，該折反光路元件設於該稜鏡的出射面與該至少一透鏡之間或者設於該透鏡與該圖像傳感器之間，其中，所述稜鏡的反射面的高斯曲率變化或者所述折反光路元件包括一高斯曲率變化反射面。
[0012]根據本發明的又一面，所述光學鏡組可進一步包括:一面為平面而另一面為曲面的透鏡，所述平面構成所述圖像接收板，從所述曲面射出的光直接進入或經過所述光學鏡組的反射鏡反射後進入所述圖像傳感器。
[0013]優選的，光學鏡組為使得圖像產生非仿射變換的顯著畸變的光學鏡組。
[0014]根據本發明的又一面，所述光學鏡組可進一步包括:一枕形變形鏡頭組，在圖像接收板表面的指紋圖像通過該枕形鏡頭組後，輸出產生顯著枕形畸變的指紋圖像；以有/或者一桶形變形鏡頭組，在圖像接收板表面的指紋圖像通過該枕形鏡頭組後，輸出產生顯著桶形畸變的指紋圖像。
[0015]不失一般的，產生顯著畸變後的指紋圖像的10%以上的像素的相對畸變值大於等於5% ;優選的，產生顯著畸變後的指紋圖像的30%以上的像素的相對畸變值大於等於10%。
[0016]根據本發明又一方面，還提供了一種包括權利要求1至9中任一項所述的指紋採集系統的電子設備。
[0017]與現有技術相比，本發明的一個或多個實施例可以避免用戶的真實指紋被洩漏。
[0018]本發明的其他優點、目標，和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例共同用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中: 圖1和圖2分別是根據現有技術的指紋採集系統的結構示意圖；
圖3a至圖3e分別是根據本發明實施例的指紋採集系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，並達成技術效果的實現過程能充分理解並據以實施。需要說明的是，只要不構成衝突，本發明中的各個實施例以及各實施例中的各個特徵可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護範圍之內。
[0021]實施例一
參考圖3a，本實施例的指紋採集系統包括圖像接收板33、光學鏡組31和圖像傳感器32。圖像接收板33表面的指紋圖像通過光學鏡組31後，輸出產生顯著畸變的圖像。光學鏡組31至少包括一反射鏡311，可選地，還可以一凸透鏡312。順帶說明的是，本發明附圖中示出的各部件的位置光系及光的反射和折射路線僅為示意圖，不表示精確的大小尺寸關係O
[0022]手指I放置在圖像接收板33，手指I散射的光透過圖像接收板33射到反射鏡311上，經反射鏡反射到凸透鏡312並穿過凸透鏡抵達圖像傳感器32。經過反射鏡311的凹凸不平的鏡面的反射，指紋圖像產生顯著畸變，圖像傳感器32傳感來自光學鏡組31的產生顯著畸變後的指紋圖像。在該實施例中，指紋圖像的畸變主要由反射鏡的凹凸不平的鏡面反射產生。本領域技術人員可知，在圖像傳感器32的傳感區域足夠大時，凸透鏡312可以去除。
[0023]該實施例中，凸透鏡313主要用於縮小圖像。可替換地，可設置一用於縮小圖像的透鏡組來替代這裡的凸透鏡313，透鏡組至少包括一個透鏡。此外，在指紋圖像的光路上反射鏡311既可以位於所述透鏡組的之後也可以位置透鏡組之後。
[0024]這樣，經過該指紋採集系統採集到的指紋圖像為經過畸變的指紋圖像，這樣即使在某種例如手機數據被竊取等極端情況下，也可以避免用戶的真實指紋被洩漏，因此用戶可以放心地通過指紋進行各種例如手機權限、銀行業務等權限認證，不用擔心其真實指紋被洩漏。換而言之，即便洩漏了該指紋採集系統採集到的指紋，該指紋也用處不大，因此其無法在用戶新更換的指紋採集系統或其它指紋採集系統上認證通過。
[0025]可通過調整反射鏡311表面各點的高斯曲率，來改變指紋圖像的畸變程度。不失一般地，可使得產生顯著畸變後的指紋圖像的10%以上的像素的相對畸變值大於等於5%。優選的，使得產生顯著畸變後的指紋圖像的30%以上的像素的相對畸變值大於等於10%。
[0026]對於嵌入在歐幾裡得空間R3中的二維曲面，有兩種曲率存在:高斯曲率和平均曲率。為計算在曲面給定點的曲率，考慮曲面和由在該點的法向量和某一切向量所確定的平面的交集。這個交集是一個平面曲線，所以有一個曲率；如果選擇其它切向量，這個曲率會改變，並且有兩個極值-最大和最小曲率，稱為主曲率k,和毛，極值方向稱為主方向。這裡我們採用在曲線向和曲面選定法向的相同方向繞轉的時候把曲率置為正數，否則為負的約定。
[0027]高斯曲率以高斯命名，等於主曲率的乘積，Jc1Jc2它的單位為I /長度2，對於球、橢球、雙葉雙曲面的一葉、橢圓拋物面為正，對於偽球面、單葉雙曲面、雙曲拋物面為負，對平面、圓柱面為O。它決定了曲面局部是凸(正的時候)還是局部鞍點(負的時候)。
[0028]實施例二
參考圖3b，本實施例的指紋採集系統也包括圖像接收板33、光學鏡組31和圖像傳感器32。本實施例的光學鏡組31包括一面為平面而另一面為曲面的透鏡313，該透鏡313的平面既為透鏡315的一部分，也可以同時作為所述圖像接收板33。此外，光學鏡組31還可包括一反射鏡314和一凸透鏡316，透鏡315的曲面射出的光經過光學鏡組的反射鏡314反射後進入圖像傳感器32。凸透鏡316的作用與上述實施例一中的凸透鏡313類似，也可替換為用於縮小圖像的透鏡組，在此不再詳細說明。
[0029]手指I放置在圖像接收板33，手指I散射的光透過圖像接收板33 (即透鏡315的平面)進入到透鏡315中，並從透鏡315的曲面射出至反射鏡314，再由反射鏡314反射至圖像傳感器32，光從透鏡315的曲面射出時，指紋圖像會產生顯著畸變，因此傳感器傳感得到的產生顯著畸變後的指紋圖像。本領域技術人員可知，通過調整圖像傳感器32的傳感區域平面與透鏡315的平面的夾角及透鏡315的曲面的各點曲率，也可以由傳感器直接傳感從透鏡315的曲面射出的畸變指紋圖像，而無需設置反射鏡314。
[0030]可通過調整透鏡315的曲面上各點的高斯曲率，來改變指紋圖像的畸變程度。不失一般地，可使得產生顯著畸變後的指紋圖像的10%以上的像素的相對畸變值大於等於5%。優選的，使得產生顯著畸變後的指紋圖像的30%以上的像素的相對畸變值大於等於10%。
[0031]不失一般地，優選的，透鏡315的曲面的第一部分的高斯曲率為正，透鏡315的曲面的另一部分的高斯曲率為負。這樣，能夠使得指紋圖像產生較顯著畸變。
[0032]順帶說明的是，上述實施例中通過改變光學鏡組中透鏡曲面或反射鏡表面的高斯曲率來改變指紋圖像的畸變程度的方式，兩樣適應於下述各實施例。
[0033]此外，還可以將反射鏡314設置為高斯曲率變化的反射鏡，以使得圖像傳感器32傳感得到的指紋圖像的畸變更加顯著或複雜，使得產生畸變後的指紋圖像更難以通過校正處理復原為用戶的真實指紋。
[0034]在一種變形例中，光學鏡組31可包括為一由一個或多個透鏡構成的枕形變形鏡頭，在圖像接收板表面的指紋圖像通過該枕形鏡頭組後，輸出在特定的一個或多個方向上產生顯著枕形畸變的指紋圖像，或者包括一由一個或多個透鏡構成的桶形變形鏡頭，在圖像接收板表面的指紋圖像通過該枕形鏡頭組後，輸出在特定的一個或多個方向上產生顯著桶形畸變的指紋圖像。甚至，車在另一變形例中，，光學鏡組31可包括枕形變形鏡頭和桶形變形鏡頭兩者，以產生更加複雜的難以校正回用戶真實指紋圖像的畸變後的圖像。
[0035]實施例三
參考圖3c，本實施例的指紋採集系統也包括圖像接收板33、光學鏡組31和圖像傳感器32。本實施例的光學鏡組31包括稜鏡317。稜鏡317包括反射面3171、出射面3172和作為圖像接收板33的採集面。換而言之，稜鏡317的採集面即為圖像接收板33。反射面3171反射來自採集面的指紋圖像。和將所述反射面的反射光射出的出射面。反射面3171的高斯曲率變化，這樣，從稜鏡317的出射面3172射出的圖像為產生顯著畸變的指紋圖像。本實施例的光學鏡組31還可包括透鏡318，該產生顯著畸變的指紋圖像直接被圖像傳感器32感應或穿過透鏡318後再被圖像傳感器32感應。[0036]實施例四
參考圖3d，本實施例的指紋採集系統是實施例三的變形例，也包括圖像接收板33、光學鏡組31和圖像傳感器32。在此僅說明與實施例三區別之處，其它未說明的地方可結合實施例三來理解。本實施例的光學鏡組31包括稜鏡317的反射面為平面，替代其使得指紋圖像產生顯著畸變的是具有一不規則曲面的透鏡319。其光路反射或折射路徑與前述實施例三類似，在此不再詳細說明。
[0037]實施例四
參考圖3d，本實施例的指紋採集系統也是實施例三的變形例，也包括圖像接收板33、光學鏡組31和圖像傳感器32。在此僅說明與實施例三區別之處，其它未說明的地方可結合實施例三來理解。本實施例的光學鏡組31包括稜鏡317的反射面為平面，替代其使得指紋圖像產生顯著畸變的是一折反光路元件313。可將折反光路元件313設置成與實施例一中的反射鏡311類似的高斯曲率變化(不恆定)的反射鏡，在此不再詳細說明。
[0038]本實施例中，手指I的指紋散射至稜鏡317的反射面3171，反射面3171反射的指紋圖像通過凸鏡318縮小後，由折反光路元件313反射至圖像傳感器32。
[0039]在本實施例中，可替代地，也可將反射面3171設置為高斯曲率變化的反射面，而將折反光路元件313設置為平面反射鏡。
[0040]其它實施例
本發明上述實施例的反射鏡311、反射面3171和/或折反光路元件313的反射面的第一部分的高斯曲率為正，另一部分的高斯曲率為負。這樣，能夠使得指紋圖像產生更顯著畸變。
[0041]優選地，上述實施例中，光學鏡組31優選為使得圖像產生非仿射變換的顯著畸變的光學鏡組。這可以通過調整上述實施例中反射鏡或透鏡曲面上各點的高斯曲率來實現。
[0042]當用戶使用本發明的指紋採集系統採集的指紋進行認證時，由於預先存儲的參考指紋圖像與用戶通過刷指紋而輸入的用來認證的指紋圖像是通過相同的光學畸變的圖像，因此即便指紋採集系統採集的指紋為產生了顯著畸變的指紋，通過該指紋採集系統可以照樣地完成用戶指紋認證。
[0043]此外，為防止由於指紋圖像畸變，若圖像接收板33上的指紋圖像的方向變化，則較難通過簡單旋轉來使得兩個不同方向的指紋圖像相匹配。因此，優選的，圖像接收板33的表面包括便於用戶確定手指放置位置的刻度線。
[0044]此外，本發明還提供了一包括權利要求1至9中任一項所述的指紋採集系統的電子設備。該電子設備可以為手機、PDA、平板電腦、金融業的刷卡機、電子圖像等智能終端，也可以為智能保險箱、銀行自動櫃員機(ATM機)等。
[0045]此外，上述【背景技術】中涉及的概念和安裝方式可以結合至本實施例，並構成本發明的變形實施例。
[0046]此外，由於本發明突破了慣性思維，克服了傳統技術中對用來認證的指紋圖像進行光學畸變進行校正的偏見，除能夠較好地避免用戶真實指紋洩密以外，還可以節約用於校正指紋圖像的光學元件，從而使得指紋採集系統結構更加簡單小巧。一定程度上也降低了成本。
[0047]此外，本發明的圖像傳感器32可以是照相機，電荷耦合器件C⑶或CMOS圖像傳感器或各種類型的圖像採集傳感裝置。
[0048]此外，雖然本發明各實施例的圖像接收板33均示意地性表示為與水平面成一夾角(即傾斜設置)，實際上，該圖像接收板33可以水平設置甚至與水平面成任意夾角設置，只需相應地適當調整光學鏡組的位置或傾角即可。
[0049]此外，本發明所指顯著畸變，是指普通用戶可通過肉眼容易地覺察到產生畸變的指紋圖像與用戶的真實指紋圖像的差異。
[0050]雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便於理解本發明而採用的實施方式，並非用以限定本發明。任何本發明所屬【技術領域】內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和範圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護範圍，仍須以所附的權利要求書所界定的範圍為準。
【權利要求】
1.一種指紋採集系統，其特徵在於，包括: 圖像接收板； 光學鏡組，在所述圖像接收板表面的指紋圖像通過光學鏡組後，輸出產生顯著畸變的圖像，所述光學鏡組包括至少一個反射鏡和/或透鏡； 圖像傳感器，傳感來自所述光學鏡組的產生顯著畸變後的指紋圖像。
2.根據權利要求1所述的指紋採集系統，其特徵在於， 所述光學鏡組進一步包括一高斯曲率變化的反射鏡；或者， 所述光學鏡組進一步包括反射鏡，所述反射鏡的第一部分的高斯曲率為正，另一部分的高斯曲率為負。
3.根據權利要求2所述的指紋採集系統，其特徵在於，所述光學鏡組還包括一個用於縮小圖像的透鏡組，所述透鏡組至少包括一個透鏡，在指紋圖像的光路上所述反射鏡位於所述透鏡組的之後或之前。
4.根據權利要求1所述的指紋採集系統，其特徵在於，所述光學鏡組進一步包括: 稜鏡，所述稜鏡包括反射面、出射面和作為所述圖像接收板的採集面，所述反射面反射來自所述圖像接收板的指紋圖像，出射面將所述反射面的反射的指紋圖像射出所述稜鏡，所述反射面的高斯曲率變化； 至少一個透鏡，所述反射鏡出射的指紋圖像經過所述至少一個透鏡射入所述圖像傳感器。
5.根據權利要求1所述的指紋採集系統，其特徵在於，所述光學鏡組進一步包括: 稜鏡，所述稜鏡包括反射面、出射面和作為所述圖像接收板的採集面，所述反射面反射 來自所述圖像接收板的指紋圖像，出射面將所述反射面的反射的指紋圖像射出所述稜鏡； 透鏡，所述反射鏡射出的指紋圖像經過所述透鏡組射入所述圖像傳感器； 折反光路元件，該折反光路元件設於該稜鏡的出射面與該至少一透鏡之間或者設於該透鏡與該圖像傳感器之間，其中， 所述稜鏡的反射面的高斯曲率變化或者所述折反光路元件包括一高斯曲率變化反射面。
6.根據權利要求1所述的指紋採集系統，其特徵在於，所述光學鏡組進一步包括: 一面為平面而另一面為曲面的透鏡，所述平面構成所述圖像接收板，從所述曲面射出的光直接進入或經過所述光學鏡組的反射鏡反射後進入所述圖像傳感器。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的指紋採集系統，其特徵在於，光學鏡組為使得圖像產生非仿射變換的顯著畸變的光學鏡組。
8.根據權利要求1所述的指紋採集系統，其特徵在於，所述光學鏡組進一步包括: 一魚眼鏡頭組，在圖像接收板表面的指紋圖像通過該魚眼鏡頭組後，輸出產生魚眼鏡頭拍攝效果的指紋圖像；以及/或者 一枕形變形鏡頭組，在圖像接收板表面的指紋圖像通過該枕形鏡頭組後，輸出產生顯著枕形畸變的指紋圖像；以有/或者 一桶形變形鏡頭組，在圖像接收板表面的指紋圖像通過該枕形鏡頭組後，輸出產生顯著桶形畸變的指紋圖像。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的指紋採集系統，其特徵在於，產生顯著畸變後的指紋圖像的10%以上的像素的相對畸變值大於等於5% ;或者，產生顯著畸變後的指紋圖像的30%以上的像素的相對畸變值大於等於10%。
10.一種包括 權利要求1至9中任一項所述的指紋採集系統的電子設備。
【文檔編號】G06K9/00GK103593657SQ201310592791
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】龔慶珠 申請人:青島尚慧信息技術有限公司