相控阵生物识别信息采集模组及采集方法与流程

本发明涉及一种生物识别采集模组及采集方法，具体涉及一种相控阵生物识别信息采集模组及采集方法。

背景技术：

生物识别技术是指通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性，例如指纹、脸象、虹膜等和行为特征，例如笔迹、声音、步态等来进行个人身份鉴定的技术手段。其中，由于指纹的唯一性和便携性等特点，指纹识别已经成为众多生物识别信息的主要部分，广泛应用于金融支付、安防设施、考勤系统等身份信息认证识别领域。

指纹是手指表皮层上由呈线状排列的凸起（纹峰）与凹陷（纹谷）所形成的纹路，是典型的生物体表皮纹路。传统的指纹识别方式有光学识别、电容识别。其中，电容识别方式是通过指纹的纹峰和纹谷之间的凸凹与电极之间形成电容的不同来成像，进而获得与指纹识别传感器接触的指纹图案，但电容识别方式存在的缺陷是对于脏手指、湿手指等困难手指识别率低。而当前较为先进的指纹识别技术是超声和射频指纹识别技术，其中，射频指纹识别技术是通过射频传感器发射出的微量射频信号，穿透手指表皮层去控测里层纹路来获得指纹图像，可以对抗指纹上的汗水、油脂、伤痕等污渍残留。

目前，射频指纹采集技术只有少数国外公司能够实现，例如美国专利us6512381，可实现射频指纹采集，但其采用的射频信号的频率和相位单一，导致其探测深度和维度局限在几十μm以内固定深度的指纹脊线二维图像上,不能进一步采集到包括指纹脊线、汗毛孔、毛细血管、骨骼等生物识别信息在内的三维图像，限制了生物识别技术的识别率、精确性、防伪性的进一步提高，无法满足市场对更高性能生物识别技术的需求。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种相控阵生物识别信息采集模组，利用相控阵天线的频率和相位变化进行波束电扫描，最终采集获得具有丰富细节特征的三维图像。

本发明采用的技术方案：一种相控阵生物识别信息采集模组，包括多个发射天线和至少一个接收天线，所述多个发射天线用于发出多种频率和/或相位的无线信号，对生物识别信息所在部位进行波束电扫描，所述无线信号穿透生物识别信息所在部位后产生多个载有不同深度生物识别信息的反射信号；所述接收天线用于接收多个载有不同深度生物识别信息的反射信号,所述多个载有不同深度生物识别信息的反射信号可被处理成三维图像。

优选地，所述生物识别信息是指纹、毛孔、毛细血管、骨骼中的一种或多种。

优选地，所述相控阵生物识别信息采集模组还包括用于向发射天线输入多种频率和/或相位无线信号的无线信号发生单元，所述无线信号发生单元由无线信号发生器和控制器组成，所述控制器连接在无线信号发生器和发射天线之间，用于调节无线输入信号的相位和/或频率。

优选地，所述控制器的个数为1，多个发射天线共用同一个控制器；或者所述控制器的个数等于发射天线的个数，每个发射天线都配置一个控制器。

优选地，所述相控阵生物信息采集模组还包括与接收天线连接的图像处理单元，用于将接收天线接收到的多个载有不同深度生物识别信息的反射信号处理成三维图像。

优选地，所述发射天线和接收天线是排列在一维方向上的线阵；或者，所述发射天线和接收天线排列在二维方向上的平面阵；或者，所述发射天线和接收天线是排列在曲线或曲面上的共形阵。

优选地，所述发射天线和接收天线的个数比例为1:1、2:1或者1:2。

优选地，所述发射天线与所述接收天线的图案可以为三角形、正方形、菱形、矩形、正六边形、圆形或椭圆形。

优选地，所述发射天线发出的无线信号的频率在1mhz~5ghz之间；所述波束电扫描的方式是相扫、频扫、相/相扫或者相/频扫。

本发明的另一个目的是提供一种生物识别信息采集方法，利用相控阵天线的频率和相位变化进行波束电扫描，最终获得具有丰富细节特征的三维图像。

本发明采用的技术方案为：一种生物识别信息采集方法，包括如下步骤：a)相控阵辐射器中的发射天线向生物识别信息所在部位发射多种具有不同相位和/或频率的无线信号，实现对生物识别信息所在部位的波束电扫描；b)所述多种相位和/或频率的无线信号穿透生物识别信息所在部位后产生多个载有不同深度生物识别信息的反射信号，所述多个载有不同深度生物识别信息的反射信号可以被处理成三维图像；c)所述多个载有不同深度生物识别信息的反射信号由接收天线接收。

优选地，还包括步骤d：将接收天线接收到的多个载有不同深度生物识别信息的反射信号传输至图像处理单元，由图像处理单元将其处理成三维图像。

优选地，所述生物识别信息是指纹、汗毛孔、毛细血管、骨骼中的一种或多种。

优选地，所述波束电扫描的方式是相扫、频扫、相/相扫或者相/频扫。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明开拓性地将相控阵原理应用于生物识别信息的采集技术中，通过向生物识别信息所在部位，例如手指指纹部位发送多个具有不同相位和频率的无线信号来实现波束电扫描，从而获得多个载有不同深度生物识别信息的反射信号，对反射信号进行后期处理即可获得包括指纹脊线、汗毛孔、毛细血管、骨骼在内的具有丰富细节特征且难以仿制的三维图像，杜绝假指纹、指纹膜等生物识别信息的伪造行为；另外，采用多谱段的无线信号采集生物识别信息可以轻松穿透金属、塑料、玻璃等材料制备的外壳，排除汗水、护手霜、伤痕等干扰实现生物信息的识别，解决传统生物识别技术识别率低的问题，为未来生物识别技术的发展指明了方向。

附图说明

图1是相控阵生物识别信息采集模组的结构示意图；

图2是相控阵生物识别信息采集模组原理示意图1；

图3是相控阵生物识别信息采集模组原理示意图2；

图4（a）是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式一；

图4（b）是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式二；

图5（a）是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式三；

图5（b）是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式四；

图5（c）是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式五；

图6是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式六；

图7是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式七；

图8是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式八；

图9是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式九；

图10是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式十；

图11是本发明实施例提供的一种相控阵生物识别信息采集模组中发射天线和接收天线的排列方式十一。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

参见图1，一种相控阵生物识别信息采集模组，包括多个发射天线21和至少一个接收天线22，所述多个发射天线用于发出多种频率和/或相位的无线信号，对生物识别信息所在部位进行波束电扫描，在本实施例中，所述生物识别信息所在部位是手指10指纹部位，所述无线信号穿透手指10后产生多个载有不同深度生物识别信息的反射信号，所述生物识别信息包括指纹、毛孔、毛细血管和骨骼中的一种或多种；所述接收天线22用于接收多个载有不同深度生物识别信息的反射信号；所述多个载有不同深度生物识别信息的反射信号可被处理成包括指纹脊线、汗毛孔、毛细血管、骨骼在内的具有丰富细节特征且难以仿制的三维图像，杜绝假指纹、指纹膜等生物识别信息的伪造行为。

需要说明的是，所述相控阵生物识别信息采集模组当然还可包括覆盖发射天线和接收天线，并与被测者手指10相接触的测试屏或保护屏等。

参见图2和图3，所述相控阵生物识别信息采集模组还包括用于向发射天线21输入多种频率和/或相位无线信号的无线信号发生单元30，所述无线信号发生单元由无线信号发生器31和控制器32组成，所述控制器32连接在无线信号发生器31和多个发射天线21之间，用于调节无线输入信号的相位和/或频率，使发射天线21发出的无线信号满足波束电扫描的需求。在本实施例中，所述控制器的个数等于发射天线的个数，也就是每个发射天线都配有一个控制器对无线输入信号进行频率和/或相位的调节。参见图3，所述多个发射天线21也可共用同一个控制器32以便节省控制器、简化控制电路。需要注意的是，控制器的个数并不局限于此，本发明不做具体限定。

参见图3，所述发射天线21发出的无线信号的频率处于1mhz~5ghz之间，可以轻松穿透由金属、塑料、玻璃等材料制成的测试屏或保护屏，排除汗水、护手霜、伤痕等干扰探测手指表皮层10a和真皮层10b内的有关指纹信息，例如指纹脊线的波峰11和波谷12、汗毛孔、毛细血管或骨骼等信息。波束电扫描的方式具体可以是相扫、频扫、相/相扫或者相/频扫。其中，相扫是利用移相器改变相位关系来实现波束电扫；频扫是利用改变工作频率的方法来实现波束电扫；相/相扫是利用移相器控制平面阵两个角坐标实现波束电扫；而相/频扫是利用移相器控制平面阵一个坐标而另一坐标利用频率变化控制来实现波束电扫。多种波束电扫描方式的组合可以进一步提高生物识别信息采集模组的识别度和抗干扰性能，实现自适应采集、拓扑搜索和智能识别等功能。

进一步地，所述相控阵指纹采集模组还包括与接收天线22连接的图像处理单元40，用于将接收天线22接收到的多个载有不同深度生物识别信息的反射信号处理成包括指纹、汗毛孔、毛细血管、骨骼在内的具有丰富细节且难以仿制的三维图像，杜绝假指纹、指纹膜等生物识别信息的伪造行为。

在本实施例中，所述发射天线和接收天线的比例为1:1，每个发射天线21和接收天线22组成一个相控阵辐射器20，所述发射天线和接收天线的排列可以为多种方式。

示例的，可以是排列在一维方向d1或d2上的线阵，如图4(a)和4（b）所示，所述发射天线和接收天线在d1或d2方向上成排交替设置。

或者，所述相控阵辐射器可以是排列在二维方向d1和d2上的平面阵，如图5（a）至5（c）所示，所述发射天线和接收天线在d1和/或d2方向上成排交替设置，其中d1与d2方向相互交叉，但其交叉角度不做限定；

又或者，所述发射天线和接收天线还可以是排列在曲线或曲面上的共形阵，如图6所示，所述发射天线和接收天线在凹形曲面d3方向上成排交替设置。以凹形曲面排列的共形阵的优势在于：当手指接触到凹形曲面状测试屏上时可以获得平面状识别仪器无法获得的指尖处的细微指纹信息，进一步提高指纹识别精确度。

并且，图4至图6仅以发射天线与接收天线的形状相同且均为正方形为例。但发射天线和接收天线的形状除正方形外，还可以是三角形、矩形、菱形、正六边形、圆形或椭圆形等其他形状，如图6至图10所示。此外，发射天线与接收天线的形状也可以不相同，本发明不做限定。

这里，所述发射天线和接收天线的比例并不限定于1:1，还可以是2:1，也就是每2个发射天线和1个接收天线组成一个相控阵辐射器，如图11所示，或者其他任意比例，但至少要保证有多个发射天线和至少一个接收天线。另外，发射天线和接收天线的尺寸越小，则生物识别信息的采集精度越高，但制备难度也越大，因此，综合考虑，所述发射天线和接收天线优选采用mems工艺制造而成，尺寸处于纳米至微米范围内。总之，所述发射天线和接收天线的形状、大小、比例和排列方式都有多种选择，本发明不能穷举。

本发明的生物识别信息采集方法包括如下步骤：

a)发射天线向生物识别信息所在部位发射具有多种相位和/或频率的无线信号，实现对生物识别信息所在部位的波束电扫描。在本实施例，所要采集的生物识别信息是指纹脊线、毛孔、毛细血管、骨骼等，所述生物识别信息所在部位是手指指纹部位，所述波束电扫描的方式可以相扫、频扫、相/相扫或者相/频扫，具体含义如上所述；

b)所述多种相位和/或频率的无线信号穿透手指表皮和真皮层后产生多个载有不同深度生物识别信息的反射信号，所述多个载有不同深度生物识别信息的反射信号可以被处理成三维图像。具体地，所述发射天线发出无线信号的频率为1mhz~5ghz，可以探测存在于手指表皮和真皮层内的生物识别信息，例如指纹脊线的波峰11和波谷12、汗毛孔、毛细血管或骨骼等；

c)所述多个载有不同深度生物识别信息的反射信号由接收天线接收。

优选地，还包括步骤d：将接收天线接收到的多个载有不同深度生物识别信息的反射信号传输至图像处理单元，由图像处理单元将其处理成包括指纹脊线、汗毛孔、毛细血管、骨骼在内的具有丰富细节且难以仿制的三维图像，杜绝假指纹、指纹膜等生物识别信息的伪造行为。

需要注意的是，由于指纹的唯一性，因此当本发明应用于手指指纹部位时可以实现超高精度的指纹识别功能，但本发明仍然可以应用于生物体表面其他部位，用于采集皮肤纹路、毛孔、血管、骨骼等图像信息，实现粗略的生物信息识别。

另外，本发明所有附图仅是生物识别信息采集模组的简略示意图，只为清楚描述本方案与发明点相关的结构，对于其他的与发明点无关的结构是现有结构，在附图中并未体现或只体现部分。

总之，以上仅为本发明较佳的实施例，并非用于限定本发明的保护范围，在本发明的精神范围之内，对本发明所做的等同变换或修改均应包含在本发明的保护范围之内。