生理特征图像获取装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生理特征图像获取的技术领域，更具体地说，涉及通过使用超声来获 取生理特征图像的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 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得一个关键性社会问题。生物特征身份 鉴别技术是身份鉴别领域的一个研究热点。生物特征识别技术是指利用人体固有的生理特 征或行为特征来进行个人身份鉴别认证的技术。生物特征识别技术包括采用人体固有的生 理特征（如人脸、指纹、掌纹、虹膜、静脉、视网膜）进行的身份认证技术。与传统的身份鉴 定手段相比，基于生物特征识别的身份鉴定技术具有如下优点：（1)不会遗忘或丢失；（2) 防伪性能好，不易伪造或被盗；（3) "随身携带"，随时随地可用。正是由于生物特征身份识 别认证具有上述优点，基于生物特征的身份识别认证技术受到了业界的极大重视。
[0003] 以指纹为例，目前的指纹检测方案大致分为如下四种：光学扫描设备（例如微型 三棱镜矩阵）、温差感应式指纹传感器、半导体指纹传感器、超声波指纹扫描。
[0004] 借助光学技术采集指纹是历史最久远、使用最广泛的技术。将手指放在光学镜片 上，手指在内置光源照射下，用棱镜将其投射在电荷耦合器件（CCD)上，进而形成嵴线（指 纹图像中具有一定宽度和走向的纹线）呈黑色、峪线（纹线之间的凹陷部分）呈白色的数 字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。光学的指纹采集技术有明显的优点： 它已经过较长时间的应用考验，一定程度上适应温度的变异，可达到500DPI的较高分辨率 等，最主要是价格低廉。也有明显的缺点：由于要求足够长的光程，因此要求足够大的尺寸， 而且过分干燥和过分油腻的手指也将使光学指纹产品的效果变坏。
[0005] 温差感应式识别技术是基于温度感应的原理而制成的，每个像素都相当于一个微 型化的电荷传感器，用来感应手指与芯片映像区域之间某点的温度差，产生一个代表图像 信息的电信号。它的优点是可在〇.Is内获取指纹图像，而且传感器体积和面积最小，即目 前通常所说的滑动式指纹识别仪就是采用该技术。缺点是：受制于温度局限，时间一长，手 指和芯片就处于相同的温度了。
[0006] 基于半导体硅电容效应的技术趋于成熟。硅传感器成为电容的一个极板，手指则 是另一极板，利用手指纹线的嵴和峪相对于平滑的硅传感器之间的电容差，形成Sbit的灰 度图像。电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指 皮肤的活体层（真皮层），直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获更多真实 数据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨识错误。半导体指纹传感 器包括半导体压感式传感器、半导体温度感应传感器等，其中，应用最广泛的是半导体电容 式指纹传感器。半导体电容指纹传感器优点为图像质量较好、一般无畸变、尺寸较小、易集 成于各种设备。其发出的电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，达到手指皮肤的活体 层（真皮层），直接读取指纹图案，从而大大提高了系统的安全性。半导体电容指纹传感器 因制造工艺复杂，单位面积上传感单元多，包含高端的，IC设计技术、大规模集成电路制造 技术、IC芯片封装技术等，所以电容指纹传感器几乎全部是由IC技术发达的国家或地区， 如美国、欧洲、台湾等地设计制造的。目前国内只有极少数厂家有能力生产半导体指纹传感 器。
[0007] 超声波指纹采集是一种新型技术，其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且 随材料的不同产生大小不同的回波（超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的 程度不同）。因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹嵴与峪所在的位 置。超声波技术所使用的超声波频率为IX104HZ-1X109Hz，能量被控制在对人体无损的程 度（与医学诊断的强度相同）。超声波技术产品能够达到最好的精度，它对手指和平面的清 洁程度要求较低，但其采集时间会明显地长于前述两类产品，而且价格昂贵，也并不能做到 活体指纹识别，所以目前使用稀少。
[0008] 通过以上的比较可以看出，光学式和温差感应式的检测方案由于准确性的限制而 不再是主流，阵列式电容或超声的检测方案虽然准确性高但设备复杂。并且，在采用阵列式 的电容或超声的检测方案的设备中，通常可检测的区域是受限的，即：受限于阵列式的电容 或超声发射单元的排列区域。
【发明内容】
[0009] 鉴于以上情形，期望提供能够降低设备复杂度且检测区域不受限制的生理特征图 像检测装置和方法。
[0010] 根据本发明的一个方面，提供了一种生理特征图像获取装置，包括：第1到第n超 声波发射单元，围绕生理特征图像获取区域放置，用于发射超声波；第1到第n超声波接收 单元，围绕所述生理特征图像获取区域放置，用于接收超声波；控制单元，用于控制所述第 1到第n超声波发射单元中的每一个按照预定次序依次发射超声波；以及处理单元，用于按 照所述第1到第n超声波发射单元的发射次序，基于预定规则，对所述第1到第n超声波接 收单元中对应的超声波接收单元接收到的、由于经过所述第一表面上对应的第一区域内的 第一物体而衰减后的超声波进行处理，以得到生理特征图像，其中n为大于1的自然数。
[0011] 优选地，在本发明实施例的生理特征图像获取装置中，沿一闭合曲线、以预定间隔 布置所述第1到第n超声波发射单元和所述第1到第n超声波接收单元。
[0012] 优选地，在本发明实施例的生理特征图像获取装置中，所述控制单元每次控制一 个或多个超声波发射单元同时发射超声波。
[0013] 优选地，在本发明实施例的生理特征图像获取装置中，所述处理单元将当前正在 发射的超声波发射单元和所述第一物体的连线所经过的超声波接收单元作为所述对应的 超声波接收单元。
[0014] 优选地，在本发明实施例的生理特征图像获取装置中，所述处理单元将所有接收 到经过所述第一表面上对应的第一区域内的第一物体而衰减后的超声波的超声波接收单 元均作为所述对应的超声波接收单元。
[0015] 优选地，在本发明实施例的生理特征图像获取装置中，超声波发射单元和超声波 发射单元被集成为同一个单元，并且由所述控制单元来切换发射状态和接收状态。
[0016] 根据本发明的另一方面，提供了一种生理特征图像获取方法，应用于一生理特征 图像获取装置，所述生理特征图像获取装置包括：第1到第n超声波发射单元，围绕生理特 征图像获取区域放置，用于发射超声波；第1到第n超声波接收单元，围绕所述生理特征图 像获取区域放置，用于接收超声波，所述方法包括：控制所述第1到第n超声波发射单元中 的每一个按照预定次序依次发射超声波；以及按照所述第1到第n超声波发射单元的发射 次序，基于预定规则，对所述第1到第n超声波接收单元中对应的超声波接收单元接收到 的、由于经过所述第一表面上对应的第一区域内的第一物体而衰减后的超声波进行处理， 以得到所述生理特征图像，其中n为大于1的自然数。
[0017] 优选地，在本发明实施例的生理特征图像获取方法中，每次控制一个或多个超声 波发射单元同时发射超声波。
[0018] 优选地，在本发明实施例的生理特征图像获取方法中，将当前正在发射的超声波 发射单元和所述第一物体的连线所经过的超声波接收单元作为所述对应的超声波接收单 JL〇
[0019] 优选地，在本发明实施例的生理特征图像获取方法中，