一种防伪指纹识别装置及其指纹识别方法

专利名称：一种防伪指纹识别装置及其指纹识别方法
技术领域：
本发明涉及应用电子电路进行指纹识别的装置或方法，特别是涉及一种防伪指纹 识别装置及其指纹识别方法。
背景技术：
现有以生理特征的识别技术中，指纹识别技术是目前最成熟的一种。然而，现有指 纹识别技术及产品还存在着与需求不相适应的以下缺点指纹识别装置通过使用可辨认指 头的塑性印记复制件即可比对成功，因此不能排除虚假指纹的读取，且指纹采集器结构较 复杂，体积较大，生产成本较高，此外，指纹图像畸变和校正过程处理欠完善，造成图像成像 的质量较差。

发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种防伪指纹 识别装置。本发明所要解决的另一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种防伪指 纹识别方法。本发明的防伪指纹识别装置技术问题通过以下技术方案予以解决。这种防伪指纹识别装置，包括指纹采集器本体，指纹采集器本体包括壳体、图像 采集单元、指头感应单元、感应控制单元、背光单元，以及数据通讯接口，所述指头感应单 元包括导电薄膜，所述导电薄膜和所述感应控制单元连接，所述背光单元包括发光二极管 (light emitting diode，缩略词为LED)光源、梯形棱镜、分别与所述梯形棱镜和所述图像 采集单元在同一水平线上的透镜组，独立完成用户指纹登记、用户指纹采集。这种防伪指纹识别装置的特点是所述感应控制单元包括采用增量求和调制器的电容感应(CapSenseSigma-Delta， 缩略词为CSD)芯片、分别与所述CSD感应芯片连接的电压转换单元、存储单元以及数据通 信接口，所述电压转换单元还分别与所述图像采集单元、存储单元连接，所述存储单元和所 述数据通讯接口还分别与所述图像采集单元连接，所述CSD感应芯片的一个I/O端口通过 导线连接导电薄膜，所述感应导电玻璃片与连接到所述CSD感应芯片I/O 口的所述导电薄 膜组成触摸感应电容Csms 。本发明的防伪指纹识别装置技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。所述CSD感应芯片提供采用开关电容技术的电容感测功能，由其中的增量求和调 制器将通过其的电流转换为相应的数字代码。CSD感应芯片中的增量求和调制器由CSD感 应芯片内部的1个比较器、1个比较器锁存器和分别连接在CSD感应芯片两个I/O接口的调 制电容Cm。d和放电电阻Rb构成。增量求和调制器通过交替接通/断开放电开关，使调制电 容Cm。d和放电电阻Rb之间形成放电/充电循环，将调制电容电压V 。d保持在参考电压Vref 附近，所述参考电压数值决定指纹采集器采集面的灵敏度。另外，触摸感应电容Csms 的电压以调制电容电压V 。d作为参考电压。通过记录增量求和调制器转换的数字代码是否 大于预设的数字代码阀值进行生物活体指纹判断增量求和调制器转换的数字代码是预设的初始代码，判断为没有手指按捺指纹采 集器，相应触摸感应电容的容值csms 基本保持变化微小的容值，触摸感应电容的电压值保 持在调制电容电压V。m。d附近；增量求和调制器转换的数字代码小于预设的数字代码阀值，判断为伪手指按捺指 纹采集器，相应触摸感应电容Csms 的容值增大，调制电容电压v 。d也增大，调制电容电压 VCffl0d与参考电压Vref做比较，其差值Vm。d小于预设的阀值，所述CSD感应芯片通过I/O端口 向所述控制单元发送不采集指纹信号的指令，或通过I2c通讯接口对图像采集单元的彩色 CMOS芯片的寄存器发送不采集指纹信号指令；增量求和调制器转换的数字代码大于预设的数字代码阀值，判断为真手指按捺指 纹采集器，相应触摸感应电容Csms 的容值增大，调制电容电压v 。d也增大，调制电容电压 v。m。d与参考电压做比较，其差值Vm。d大于预设的阀值，所述CSD感应芯片通过I/O端口向 所述控制单元发送采集指纹信号的指令，或通过I2C通讯接口对图像采集单元的彩色CMOS 芯片的寄存器发送采集指纹信号指令，指纹信号经过光路进入图像采集单元的彩色CMOS 芯片，且通过I2C接口对彩色CMOS芯片的寄存器进行设置，包括对采集窗口大小、采集窗口 起点、曝光时间、增益等信息的设置。控制图像采集单元随即工作。本发明的防伪指纹识别装置技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。所述梯形棱镜是纵截面底边大于高的均勻对称的六面棱镜，包括有相互平行正对 的大端面、小端面、下侧面和其余三个侧面，所述大端面是图像采集面，所述小端面是光源 射入面，所述下侧面是与成像物镜相对的成像面，其余三个侧面的表面均涂覆有用于遮光 的黑漆层。所述透镜组包括上层透镜和下层透镜，上层透镜和下层透镜之间的距离可调，图 像采集单元的彩色CMOS芯片设置在透镜组的像面上，将采集指纹图像信息的光线中物象 呈现在彩色CM0芯片感光阵列上，并转换成电信号，通过内部数据通讯接口与外部控制单 元进行通讯。所述导电薄膜为规则的长方体，所述导电薄膜的一面采用镀铟技术贴附于所述梯 形棱镜表面涂覆有用于遮光的黑漆层的上侧面的偏上端，与所述梯形棱镜组成触摸感应电 容。可以提高感应效率，节约制造成本。所述指头感应单元还包括感应导电玻璃片，所述感应导电玻璃片与所述梯形棱镜 连接，采用在紫外光线(Ultraviolet Rays，缩略词为UV)照射下固化或硬化的UV胶将所述 感应导电玻璃片与所述梯形棱镜的图像采集面贴合，所述感应导电玻璃片的透明电极导电 层与规则长方体的导电薄膜长边的一端连接组成触摸感应电容。所述背光单元还包括扩散片，所述扩散片贴附于所述梯形棱镜的LED光源射入 面，即所述梯形棱镜的小端面。LED光源的光线通过扩散片分散而均勻地照射在梯形棱镜的 图像采集面上，给被采集的指头照明，既不刺眼，又可避免指纹图像信息不能被图像传感器 充分识别转换，从而提高指纹采集的精确度和清晰度，显著提高采集质量和识别效率。所述感应导电玻璃片包括至少一个透明绝缘层和至少一个透明电极导电层，透明 绝缘层设置在透明电极导电层上，透明电极导电层由至少一个电极组成。只有一个透明电
6极导电层时，只设有一个透明绝缘层，且透明电极导电层设置在所述透明绝缘层的一个平 面上。所述透明绝缘层由光学透明绝缘材料制成，优选的是，所述透明绝缘层是玻璃基 板。透明绝缘层作为指头按捺采集图像的工作面，用于探测活体指头触摸的电容变化。所述透明电极导电层由透明导电材料制成，优选的是，所述透明电极导电层是氧 化铟锡(Indium tin oxide，缩略词为ITO)。透明导电层作为电容式触摸感应的工作面，用 于探测活体指头触摸的电容变化并将相应的电信号传输给外部电路。所述图像采集单元、所述感应控制单元、所述存储单元和所述数据通讯接口设置 在指纹采集器主板上，所述图像采集单元和所述感应控制单元通过各自的i2c通讯端口连 接EER0M的I2C通讯端口，对自身的EER0M寄存器进行参数设置，包括设置采集窗口大小与 起始点、曝光时间，以及增益，用于校正软件校正图像的畸变。所述图像采集单元包括彩色CMOS芯片，以及分别与所述彩色CMOS芯片连接的晶 体振荡器和复位电路。所述LED光源设置在所述梯形棱镜小端面的上方，所述LED光源板通过导线与所 述指纹采集器主板连接，给LED供电和共地。本发明的防伪指纹识别装置技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。所述扩散片是聚乙烯(Polyethylene，缩略词为PE)薄膜，采用型号为MB-433P底 部扩散膜，具有分散光线、均勻柔和光线的作用。本发明的生物活体指纹识别装置还包括控制单元、外部通讯接口、人机交互界面、 指示灯、实时时钟电路、锁控和报警装置，以及输出控制电路，所述实时时钟电路和控制单 元连接，所述锁控和报警装置和所述输出控制电路连接。所述控制单元采用主从式双CPU架构，包括主控单元和与其连接的从控单元。当 主控单元发生故障不能正常工作时，从控单元仍可控制指纹验证装置进行必要的工作，以 提高系统可靠性。所述主控单元是ARM公司设计的32位嵌入式RISC芯片内核的CPU，分别与生物活 体指纹采集器、外部通讯接口连接。主控单元通过从控单元读取用户键盘操作数据、实时时 钟数据和传送要显示的信息。所述从控单元是具有8KB Flash片内程序存储器的8位CMOS微控制器，分别与包 括键盘、显示器的人机交互界面、实时时钟电路和输出控制电路连接。从控单元作为系统的 辅助控制器能提高系统的可靠性。所述外部通讯接口是RS232接口、RS485接口、GPRS接口、WIFI接口以及以太网接 口中的至少一种。所述人机交互界面是包括键盘、显示屏的人机交互界面。所述人机交互界面中的键盘是4X4键盘。所述输出控制电路的输出信号包括锁控信号、报警信号、基于Wiegand26协议的 数据信号。Wiegand26协议是由美国工业安全委员会(Security Industry Association, 缩写为SIA)的隶属组织访问控制标准子委员会制定的一个关于存取控制的标准协议。所述锁控和报警装置采用5A的电锁和蜂鸣器。所述实时时钟电路采用内置晶体振荡器且具有标准I2C接口的实时时钟芯片。
本发明的防伪指纹识别方法技术问题通过以下技术方案予以解决。这种防伪指纹识别方法，采用防伪指纹识别装置，依次有以下步骤1)初始化；2)电路自检如果有故障，显示故障的内容，如果无故障，进入下一步骤；3)依据用户输入的信息执行相应程序显示程序主界面，同时扫描按键，如果用户按下按键，依据用户输入的信息执行相 应程序；4)判断是否进行通讯如果是进行通讯，则进入通讯程序；如果不进行通讯，进入下一步骤；5)采集指纹图像用户选择新建用户菜单，选择用户类型，输入用户相关信息，按登记指纹菜单，用 户将一个指头按捺在防伪指纹采集器的采集面上，感应控制单元中的CSD感应芯片提供采 用开关电容技术的电容感测功能，由其中的增量求和调制器将通过其的电流转换为相应的 数字代码，通过记录增量求和调制器转换的数字代码是否大于预设的数字代码阀值进行生 物活体指纹判断；增量求和调制器转换的数字代码是预设的初始代码，判断为没有手指按捺指纹采 集器；增量求和调制器转换的数字代码小于预设的数字代码阀值，判断为伪手指按捺指 纹采集器；增量求和调制器转换的数字代码大于预设的数字代码阀值，判断为真手指按捺指 纹采集器，由图像采集单元进行图像采集，用户连按进行图像采集，当指纹采集指示标识都 显绿色，采集成功；如果用户需要继续登记指纹按0K键，否则按ESC键退出保存，继续登记 用户将循环上述操作过程；6)已登记用户进行比对用户将已登记的指头按捺活体指纹采集器，导电玻璃片感应到有真指头按捺，图 像采集单元进行图像采集，如果验证通过，用户比对成功，用户相关信息和采集的指纹图像 将同步在液晶显示器对应的位置显示，实现用户操作的目标。本发明的防伪指纹识别方法技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。优选的是，所述用户将一个指头按捺在防伪指纹采集器上连按进行图像采集，是 将人的食指在生物活体指纹采集器上连按进行图像采集。优选的是，所述用户将一个指头在防伪指纹采集器上连按进行图像采集，是连按 三次进行图像采集。本发明与现有技术对比的有益效果是本发明采用电容触摸感应技术探测活体指纹，成本低，无需特殊传感器，轻触即可 输出信号，也不必采用任何畸变校正光学元件，可以降低制造成本，实现小型化，且所采集 的指纹图像和实际的指纹图像相比较属于线性的畸变关系，通过相应的指纹图像处理软件 可以校正畸变，具有采集光学成像图像质量好、指纹识别可靠性高、误识率低、防假指纹效 果好、结构简单且功耗较低的优点。
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图1是本发明具体实施方式
一的组成方框图；图2是图1中的防伪指纹采集器的电路组成方框图；图3是图1中的防伪指纹采集器的结构组成方框图；图4是图1中的防伪指纹采集器的梯形棱镜与感应导电玻璃片、导电薄膜的结构 示意图；图5是图4的左视图；图6是图4的主视图；图7是图4中的感应导电玻璃片的剖视图；图8是图1中的感应控制单元基于CSD的电容触摸感应技术的电连接图；图9是图8中的感应控制单元工作状态示意图；图10是增量求和比较器基于CSD感应到内部和外部的电路组成图；图11是触摸感应电容与反馈部件的部分电路组成图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
并对照附图对本发明进行说明。
具体实施方式
一—种如图所示的1 9所示的防伪指纹识别装置，包括指纹采集器本体，指纹采集 器本体包括壳体23、图像采集单元10、指头感应单元9、感应控制单元11、背光单元8，以及 数据通讯接口 18。指头感应单元9包括规则长方体的导电薄膜16和感应导电玻璃片15， 导电薄膜16和感应控制单元11连接，感应导电玻璃片15与梯形棱镜21连接，采用UV胶 将感应导电玻璃片15与梯形棱镜21的图像采集面贴合，感应导电玻璃片15的透明电极导 电层与导电薄膜16长边的一端连接组成触摸感应电容Csms 。背光单元8包括用于对被采集的指头照明的LED光源22、梯形棱镜21、分别与梯 形棱镜21和图像采集单元10在同一水平线上的透镜组20，独立完成用户指纹登记、用户指 纹采集。感应控制单元11包括CSD感应芯片33、与彩色CMOS芯片32共用的电压转换单元 27、数据存储单元28和数据通讯接口 18。CSD感应芯片33的一个I/O端口通过导线连接 导电薄膜16。CSD感应芯片33提供采用开关电容技术的电容感测功能，其中的增量求和调制器 转换流经开关电容传感器的电流为数字代码。CSD感应芯片33中的增量求和调制器由CSD 感应芯片33内部的1个比较器、1个比较器锁存器和分别连接在CSD感应芯片33两个I/O 接口的调制电容Cm。d和放电电阻Rb构成。增量求和调制器通过交替接通/断开放电开关， 使调制电容Cm。d和放电电阻Rb之间形成放电/充电循环，将调制电容电压V。m。d保持在参考 电压附近，所述参考电压数值决定指纹采集器采集面的灵敏度。另外，触摸感应电 容Csens 的电压以调制电容电压V_d作为参考电压。通过记录CSD感应芯片33中的增量 求和调制器转换的数字代码是否大于数字代码预设的阀值进行生物活体指纹判断增量求和调制器转换的数字代码是预设的初始代码0，判断为没有手指按捺指纹 采集器，相应触摸感应电容的容值Csms 基本保持变化微小的容值，触摸感应电容的电压值保持在调制电容电压V。m。d附近；增量求和调制器转换的数字代码小于预设的数字代码阀值72，判断为伪手指按捺 指纹采集器，相应触摸感应电容的容值增大，调制电容电压v。m。d也增大，调制电容电 压V。m。d与参考电压做比较，其差值Vm。d小于预设的阀值，所述CSD感应芯片通过I/O端 口向所述控制单元发送不采集指纹信号的指令，或通过I2C通讯接口对图像采集单元的彩 色CMOS芯片的寄存器发送不采集指纹信号指令；增量求和调制器转换的数字代码大于预设的数字代码阀值72，判断为真手指按捺 指纹采集器，相应触摸感应电容的容值增大，调制电容电压V。m。d也增大，调制电容电 压V。m。d与参考电压做比较，其差值Vm。d大于预设的阀值，所述CSD感应芯片通过I/O端 口向所述控制单元发送采集指纹信号的指令，或通过I2C通讯接口对图像采集单元的彩色 CMOS芯片的寄存器发送采集指纹信号指令，指纹信号经过光路进入图像采集单元的彩色 CMOS芯片，且通过I2C接口对彩色CMOS芯片的寄存器进行设置，包括对采集窗口大小、采集 窗口起点、曝光时间、增益等信息的设置。控制图像采集单元随即工作。CSD感应芯片33是美国CYPRESS公司出品的PS0C系列16pin QFN封装单片机 CY8C20236，具有指头电容值感应、背光控制、I2C通讯功能。数据存储单元28采用美国 ATMEL公司出品的二线式串行IC卡EER0M存储芯片AT24C02B，具有设置指纹信息参数的功 能。梯形棱镜21是纵截面底边大于高的均勻对称的六面棱镜，包括有相互平行正对 的大端面和小端面25、梯形棱镜的下侧面26和其余三个侧面。大端面是图像采集面，小端 面25是光源射入面，下侧面26是与成像物镜相对的成像面，其余三个侧面的表面均涂覆有 用于遮光的黑漆层。透镜组20包括上层透镜和下层透镜，上层透镜和下层透镜之间的距离可调，图像 采集单元10的彩色CMOS芯片32设置在透镜组20的像面上，将采集指纹图像信息的光线 中物象呈现在彩色CMOS芯片32感光阵列上，并转换成电信号，通过内部数据通讯接口 18 与外部控制单元2进行通讯。背光单元8还包括扩散片14，扩散片14贴附于梯形棱镜21的小端面25，小端面 25是LED光源22的射入面。LED光源的光线通过扩散片分散而均勻地照射在梯形棱镜的 图像采集面上，给被采集的指头照明，既不刺眼，又可避免指纹图像信息不能被图像传感器 充分识别转换，从而提高指纹采集的精确度和清晰度，显著提高采集质量和识别效率。感应导电玻璃片15与梯形21棱镜连接，采用UV胶将感应导电玻璃片15与梯形 棱镜21的图像采集面贴合。UV胶不含挥发性溶剂，无臭味，无刺激，流平性好，不赌网，耐水 性强，且耐溶剂擦洗。感应导电玻璃片15包括至少一个透明绝缘层和至少一个透明电极导电层，透明 绝缘层设置在透明电极导电层上，透明电极导电层由至少一个电极组成。只有一个透明电 极导电层时，只设有一个透明绝缘层，且透明电极导电层设置在所述透明绝缘层的一个平 面上。透明绝缘层是玻璃基板23，作为指头按捺采集图像的工作面，用于探测真指头触 摸的电容变化。透明电极导电层是IT0 24，作为电容式触摸感应的工作面，用于探测真指头触摸
10的电容变化并将相应的电信号传输给外部电路。导电薄膜16为规则的长方体，长边的一端和IT0 24连接，导电薄膜16的一面采 用镀铟技术贴附于梯形棱镜21表面涂覆有用于遮光的黑漆层的上侧面，导电薄膜16另一 面与导线的一端连接，导线的另一端与感应控制单元11连接。图像采集单元10、感应控制单元11、数据存储单元28和数据通讯接口 18设置在 指纹采集器主板上。图像采集单元10和感应控制单元11通过各自的I2C通讯端口连接 EER0M的I2C通讯端口，对自身的EER0M寄存器进行参数设置，包括设置采集窗口大小与起 始点、曝光时间，以及增益，用于校正软件校正图像的畸变。图像采集单元10包括彩色CMOS芯片32，以及分别与彩色CMOS芯片32连接的晶 体振荡器34和复位电路31，彩色CMOS芯片32是格科微电子(上海)有限公司出品的分辨 率为30万像素的彩色传感器GC0303，用于采集图像。LED光源22设置在梯形棱镜21小端面的25上方，LED光源板通过导线与指纹采 集器主板连接，给LED供电和共地。LED光源22为两个绿色的发光二极管，在等待采集状态 下，绿色发光二极管可控在低功耗下，以延长采集器的使用寿命。扩散片14是PE薄膜，采用型号为MB-433P底部扩散膜，具有分散光线、均勻柔和 光线的作用。本具体实施方式
还包括控制单元2、外部通讯接口 3、人机交互界面4、指示灯、实 时时钟电路7、锁控和报警装置6以及输出控制电路5，实时时钟电路7和控制单元2连接， 锁控和报警装置6和输出控制电路5连接。控制单元2采用主从式双CPU架构，包括主控单元12和与其连接的从控单元13。 当主控单元12发生故障不能正常工作时，从控单元13仍可控制指纹验证装置进行必要的 工作，以提高系统可靠性。主控单元12是ARM公司设计的32位嵌入式RISC芯片内核的CPU，主频率624MHz， 主控单元12分别与生物活体指纹采集器1、外部通讯接口 3连接。主控单元12通过从控单 元13读取用户键盘操作数据、实时时钟数据和传送要显示的信息。从控单元13是具有8KB Flash片内程序存储器的8位CMOS微控制器AT89S52， 从控单元13分别与包括键盘、显示器的人机交互界面4、实时时钟电路7和输出控制电路8 连接，输出控制电路8与锁控和报警装置6连接。从控单元13作为系统的辅助控制器能提 高系统的可靠性。外部通讯接口 3是RS232接口、RS485接口、GPRS接口、WIFI接口以及以太网接口 中的至少一种。人机交互界面4包括键盘、显示器，键盘是4X4键盘。输出控制电路5的输出信号包括锁控信号、报警信号、基于Wiegand26协议的数据 信号。Wiegand26协议是由美国工业安全委员会(Securitylndustry Association，缩写为 SIA)的隶属组织访问控制标准子委员会制定的一个关于存取控制的标准协议。锁控和报警装置6采用5A的电锁和蜂鸣器。实时时钟电路7采用深圳市兴威帆电子技术有限公司出品的实时时钟芯片 ZT-C08803A，其内置晶体振荡器，具有标准I2C接口。本具体实施方式
的防伪指纹识别方法，采用防伪指纹识别装置，依次有以下步
11骤1)初始化；2)电路自检如果有故障，显示故障的内容，如果无故障，进入下一步骤；3)依据用户输入的信息执行相应程序显示程序主界面，同时扫描按键，如果用户按下按键，依据用户输入的信息执行相 应程序；4)判断是否进行通讯如果是进行通讯，则进入通讯程序；如果不进行通讯，进入下一步骤；5)采集指纹图像用户选择新建用户菜单，选择用户类型，输入用户相关信息，按登记指纹菜单，用 户将一个指头按捺在防伪指纹采集器的采集面上，感应控制单元中的CSD感应芯片提供采 用开关电容技术的电容感测功能，由其中的增量求和调制器将通过其的电流转换为相应的 数字代码，通过记录增量求和调制器转换的数字代码是否大于预设的数字代码阀值进行生 物活体指纹判断；增量求和调制器转换的数字代码是预设的初始代码0，判断为没有手指按捺指纹 采集器；增量求和调制器转换的数字代码小于预设的数字代码阀值72，判断为伪手指按捺 指纹采集器；增量求和调制器转换的数字代码大于预设的数字代码阀值72，判断为真手指按捺 指纹采集器，由图像采集单元进行图像采集，用户连按进行图像采集，当指纹采集指示标识 都显绿色，采集成功；如果用户需要继续登记指纹按OK键，否则按ESC键退出保存，继续登 记用户将循环上述操作过程；6)已登记用户进行比对用户将已登记的指头按捺活体指纹采集器，导电玻璃片感应到有真指头按捺，图 像采集单元进行图像采集，如果验证通过，用户比对成功，用户相关信息和采集的指纹图像 将同步在液晶显示器对应的位置显示出来，实现用户操作的目标。
具体实施方式
二另一种防伪指纹识别装置，组成基本与具体实施方式
一相同，区别是指头感应单 元9不包括感应导电玻璃片15。导电薄膜16的一面采用镀铟技术贴附于梯形棱镜21表面 涂覆有用于遮光的黑漆层的上侧面的偏上端，与梯形棱镜21组成触摸感应电容Csens 。不 采用感应导电玻璃片，可以提高感应效率，节约制造成本。
具体实施方式
二的防伪指纹识别方法，与具体实施方式
一相同。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下做出如果干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应 当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.一种防伪指纹识别装置，包括指纹采集器本体，指纹采集器本体包括壳体、图像采集 单元、指头感应单元、感应控制单元、背光单元，以及数据通讯接口，所述指头感应单元包括 导电薄膜，所述导电薄膜和所述感应控制单元连接，所述背光单元包括发光二极管(light emitting diode，缩略词为LED)光源、梯形棱镜、分别与所述梯形棱镜和所述图像采集单元 在同一水平线上的透镜组，独立完成用户指纹登记、用户指纹采集，其特征在于所述感应控制单元包括采用增量求和调制器的电容感应(CapSenseSigma-Delta，缩略 词为CSD)芯片、分别与所述CSD感应芯片连接的电压转换单元、存储单元以及数据通信接 口，所述电压转换单元还分别与所述图像采集单元、存储单元连接，所述存储单元和所述数 据通讯接口还分别与所述图像采集单元连接，所述CSD感应芯片的一个I/O端口通过导线 连接导电薄膜。
2.如权利要求1所述的防伪指纹识别装置，其特征在于所述CSD感应芯片提供采用开关电容技术的电容感测功能，由其中的增量求和调制器 将通过其的电流转换为相应的数字代码，通过记录增量求和调制器转换的数字代码是否大 于预设的数字代码阀值进行生物活体指纹判断增量求和调制器转换的数字代码是预设的初始代码，判断为没有手指按捺指纹采集器；增量求和调制器转换的数字代码小于预设的数字代码阀值，判断为伪手指按捺指纹采 集器；增量求和调制器转换的数字代码大于预设的数字代码阀值，判断为真手指按捺指纹采集器。
3.如权利要求1或2所述的防伪指纹识别装置，其特征在于所述梯形棱镜是纵截面底边大于高的均勻对称的六面棱镜，包括有相互平行正对的大 端面、小端面、下侧面和其余三个侧面，所述大端面是图像采集面，所述小端面是光源射入 面，所述下侧面是与成像物镜相对的成像面，其余三个侧面的表面均涂覆有用于遮光的黑 漆层；所述透镜组包括上层透镜和下层透镜，上层透镜和下层透镜之间的距离可调，所述图 像采集单元的光电传感器设置在透镜组的像面上，将采集指纹图像信息的光线中物象呈现 在图像采集单元感光阵列上，并转换成电信号，通过内部通讯接口与外部控制单元进行通 讯。
4.如权利要求3所述的防伪指纹识别装置，其特征在于所述导电薄膜为规则的长方体，所述导电薄膜的一面采用镀铟技术贴附于所述梯形棱 镜表面涂覆有用于遮光的黑漆层的上侧面的偏上端，与所述梯形棱镜组成触摸感应电容。
5.如权利要求3所述的防伪指纹识别装置，其特征在于所述指头感应单元还包括感应导电玻璃片，所述感应导电玻璃片与所述梯形棱镜连 接，采用在紫外光线(Ultraviolet Rays，缩略词为UV)照射下固化或硬化的UV胶将所述感 应导电玻璃片与所述梯形棱镜的图像采集面贴合，所述感应导电玻璃片的透明电极导电层 与规则长方体的导电薄膜长边的一端连接组成触摸感应电容。
6.如权利要求4或5所述的防伪指纹识别装置，其特征在于所述背光单元还包括扩散片，所述扩散片贴附于所述梯形棱镜的LED光源射入面，即所述梯形棱镜的小端面。LED光源的光线通过扩散片分散而均勻地照射在梯形棱镜的图像 采集面上，给被采集的指头照明。
7.如权利要求6所述的防伪指纹识别装置，其特征在于 所述透明绝缘层是玻璃基板；所述透明电极导电层是氧化铟锡(Indium tin oxide，缩略词为IT0)。
8.如权利要求7所述的防伪指纹识别装置，其特征在于所述图像采集单元、所述感应控制单元、所述存储单元和所述数据通讯接口设置在指 纹采集器主板上，所述图像采集单元和所述感应控制单元通过各自的I2C通讯端口连接 EER0M的I2C通讯端口，对自身的EER0M寄存器进行参数设置；所述图像采集单元包括彩色CMOS芯片，以及分别与所述彩色CMOS芯片连接的晶体振 荡器和复位电路。
9.如权利要求6所述的防伪指纹识别装置，其特征在于还包括控制单元、外部通讯接口、人机交互界面、指示灯、实时时钟电路、锁控和报警装 置，以及输出控制电路，所述实时时钟电路和控制单元连接，所述锁控和报警装置和所述输 出控制电路连接；所述控制单元采用主从式双CPU架构，包括主控单元和与其连接的从控单元； 所述主控单元是ARM公司设计的32位嵌入式RISC芯片内核的CPU，分别与生物活体指 纹采集器、外部通讯接口连接；所述从控单元是具有8KB Flash片内程序存储器的8位CMOS微控制器，分别与包括键 盘、显示器的人机交互界面、实时时钟电路和输出控制电路连接。
10.一种防伪指纹识别方法，其特征在于 采用防伪指纹识别装置，依次有以下步骤1)初始化；2)电路自检如果有故障，显示故障的内容，如果无故障，进入下一步骤；3)依据用户输入的信息执行相应程序显示程序主界面，同时扫描按键，如果用户按下按键，依据用户输入的信息执行相应程序；4)判断是否进行通讯如果是进行通讯，则进入通讯程序；如果不进行通讯，进入下一步骤；5)采集指纹图像用户选择新建用户菜单，选择用户类型，输入用户相关信息，按登记指纹菜单，用户将 一个指头按捺在防伪指纹采集器的采集面上，感应控制单元中的CSD感应芯片提供采用开 关电容技术的电容感测功能，由其中的增量求和调制器将通过其的电流转换为相应的数字 代码，通过记录增量求和调制器转换的数字代码是否大于预设的数字代码阀值进行生物活 体指纹判断；增量求和调制器转换的数字代码是预设的初始代码，判断为没有手指按捺指纹采集器；增量求和调制器转换的数字代码小于预设的数字代码阀值，判断为伪手指按捺指纹采集器；增量求和调制器转换的数字代码大于预设的数字代码阀值，判断为真手指按捺指纹采 集器，由图像采集单元进行图像采集，用户连按进行图像采集，当指纹采集指示标识都显绿 色，采集成功；如果用户需要继续登记指纹按0K键，否则按ESC键退出保存，继续登记用户 将循环上述操作过程；6)已登记用户进行比对用户将已登记的指头按捺活体指纹采集器，导电玻璃片感应到有真指头按捺，图像采 集单元进行图像采集，如果验证通过，用户比对成功，用户相关信息和采集的指纹图像将同 步在液晶显示器对应的位置显示，实现用户操作的目标。
全文摘要
一种防伪指纹识别装置及其指纹识别方法，设有包括CSD芯片的感应控制单元，CSD感应芯片连接导电薄膜。通过记录CSD感应芯片中增量求和调制器转换的数字代码进行生物活体指纹判断。指纹识别方法依次有以下步骤1)初始化；2)电路自检；3)依据用户输入的信息执行相应程序；4)判断是否进行通讯；5)采集图像数据；6)已登记用户进行比对。本发明装置成本低，轻触即可输出信号，也不必采用任何畸变校正光学元件，可以降低制造成本，实现小型化，采集的指纹图像和实际的指纹图像相比较属于线性的畸变关系，通过软件可以校正，具有采集光学成像图像质量好、指纹识别可靠性高、误识率低、防假指纹效果好、结构简单且功耗较低的优点。
文档编号G06K9/00GK102004903SQ201010548200
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者仲崇亮, 林晓清, 车全宏 申请人:深圳市中控生物识别技术有限公司