指纹识别装置及指纹识别方法与流程

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种指纹识别装置及指纹识别方法。

背景技术：

随着信息技术和电子技术的发展，电子设备(例如：手机、平板等)已经与人们的日常生活息息相关，由于电子设备可以实现各种各样的功能，例如打电话、拍照、存储各类文件、即时通信、在线支付等，人们对终端的依赖性越来越高，在电子设备上保存了各类隐私信息，这就使得电子设备的安全性尤为重要。现有技术中，在电子设备中安装了指纹识别装置，由于指纹是手指表面皮肤凸凹不平形成的纹路，并且指纹特征具有唯一性、稳定性特点，因此指纹传感器可用来识别用户身份，以保证终端的安全性。然而，现有电子设备的指纹识别装置可能存在耗电较多的问题。

技术实现要素：

为解决现有技术电子设备的指纹识别装置操耗电较多的技术问题，有必要提供一种耗电较少的指纹识别装置及指纹识别方法。

一种指纹识别装置，包括第一检测模组与第二检测模组，其中，所述第一检测模组用于检测触摸物体的属性，第二检测模组用于识别所述触摸物体的纹路信息，

所述第一检测模组获取按压于所述指纹识别装置的触摸物体的色彩信息；

所述色彩信息包括第一色素坐标，当所述第一色素坐标不在第一阈值范围内，则所述触摸物体的属性为活体并输出指示信号至第二检测模组；

所述第二检测模组依据指示信号启动并感测所述触摸物体的指纹图像。

在一种实施方式中，所述第二检测模组为电容式指纹检测。

在一种实施方式中，所述第一检测模组包括第一色彩模型，所述第一色彩模型用于分析所述触摸影像并且输出所述第一色素坐标，其中，所第一色彩模型为红绿蓝色彩模型。

在一种实施方式中，所述第一检测模组还包括第一比较模组，第一色素坐标包括红色波长曲线、绿色波长曲线与蓝色波长曲线，所述第一比较模组用于将所述红色波长曲线与所绿色波长曲线、蓝色波长曲线进行比较并且分别输出的控制信号，当红色波长曲线与蓝色波长曲线及其该蓝色波长曲线相互重叠时，表示第一色素坐标不在第一阈值范围内，第一比较模组则输出第一控制信号；当红色波长曲线与蓝色波长曲线及所述蓝色波长曲线的差值在第一阈值范围内时，第一比较模组输出第二控制信号。

在一种实施方式中，所述第一检测模组还包括第二色彩模型，当第一检测模组输出第二控制信号时，所述第二色彩模组将所述第一色素坐标转换为第二色素标。

在一种实施方式中，所述第一检测模组还包括第二比较模组，所述第二比较模组将第二色素坐标与第二阈值进行比较，当所述第二色素坐标处于第二阈值范围，所述第二比较模组输出第三控制信号，并且将所述的第三控制信号作为所述的指示信号。

在一种实施方式中，所述第二色彩模型为CMYK色彩模型、YUV色彩模型、CIE XYZ色彩模型或者HSV色彩模型。

在一种实施方式中，所述第一检测模组包括活体传感器，所述第二检测模组包括指纹传感器，所述活体传感器与所述指纹传感器相互独立设置，其中，所述活体传感器用于获取所述色彩信息，所述指纹传感器用于接收所述指纹图像。

在一种实施方式中，所述指纹识别装置还包括处理器，所述处理器用于接收所述色彩信息与所述指纹图像，并且比较分析所述第一色素坐标是否在所述第一阈值范围，以及分析所述第二色素坐标是否在所述第二阈值范围。

一种指纹识别方法，包括步骤：

获取触摸物体的触摸影像；

获取所述触摸影像的第一色彩及其对应的第一色素坐标，当所述第一色素坐标不在第一阈值范围内，则所述触摸物体的属性为活体并输出指示信号；

依据指示信号感测所述触摸物体的指纹图像。

在一种实施方式中，采用电容变化检测指纹图像。

在一种实施方式中，分析所述触摸影像并且输出所述第一色素坐标，其中，所第一色彩模型为红绿蓝色彩模型。

在一种实施方式中，第一色素坐标包括红色波长曲线、绿色波长曲线与蓝色波长曲线；将所述红色波长曲线与所绿色波长曲线、蓝色波长曲线进行比较并且分别输出的控制信号，当红色波长曲线与蓝色波长曲线及其该蓝色波长曲线相互重叠时，表示第一色素坐标不在第一阈值范围内，输出第一控制信号；当红色波长曲线与蓝色波长曲线及所述蓝色波长曲线的差值在第一阈值范围内时，输出第二控制信号。

在一种实施方式中，当第一检测模组输出第二控制信号时，将所述第一色素坐标转换为第二色素坐标，比较所述第二色素坐标与第二阈值范围，当所述第二色素坐标处于第二阈值范围，输出第三控制信号，所述的第三控制信号作为所述的指示信号。

相较于现有技术，本发明通过对所述触摸主体的色彩信息进行处理分析，可以准确判断待识别指纹是为活体人指纹，可用来识别用户身份，以保证所述电子设备的安全性，可防止指纹膜及其他指纹冒充。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施方式的电子设备的立体结构示意图；

图2是图1所示电子设备的立体分解图；

图3是图2所示按键模组的剖面示意图；

图4是本发明电子设备的电路方框示意图；

图5是图3-4所示指纹识别装置的指纹传感器的结构示意图；

图6是图1-4所应用于电子设备的指纹识别装置的指纹识别方法流程图；

图7是电子设备接收到触摸物体的触摸操作示意图；

图8为对应触摸主体光传感器接收的反射光线构成的图像；

图9是图8所示图像的第一色度坐标轴示意图；

图10是伪造手指的触摸物体的第一色度坐标轴示意图；

图11是真实指纹的第二色度坐标轴示意图；

图12是伪造指纹的第二色度坐标轴示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明实施方式中使用的术语是仅仅出于描述特定实施方式的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施方式和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。另外，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施方式涉及的电子设备可以是任何具备通信和存储功能的设备，例如：平板电脑、手机、电子阅读器、遥控器、个人计算机(Personal Computer，PC)、笔记本电脑、车载设备、网络电视、可穿戴设备等具有网络功能的智能设备。

请参见图1，图1是本发明电子设备100第一实施方式的立体结构示意图。本实施方式中，所述电子设备100为手机。具体地，所述电子设备100具有显示面101及位于所述显示面相反一侧的背面102。所述显示面101包括大致呈矩形的显示区103、及位于所述显示区103外围的非显示区104。进一步地，所述电子设备100位于所述显示区103下侧的非显示区104还设置有按键模组120。本实施方式，所述按键模组120包括指纹识别装置130，所述指纹传感器130为电容式指纹传感器，并设置于所述电子设备100的前盖的开孔中。

请参阅图2，图2是图1所示电子设备100的立体分解图。所述电子设备100还包括前盖(cover lens)111、触控显示模组112、中框113、边框114、主电路板115、及后盖116。所述前盖111、所述触控显示模组112、所述中框113、所述主电路板115及所述后盖116自上而下依序设置，所述边框114环设于所述触控显示模组112、所述中框113、所述主电路板115外围，所述触控显示模组112、所述中框113及所述主电路板115容置与所述前盖111、所述后盖116及所述边框114围成的收容空间中。

所述前盖111可以包括透明基板117及覆盖于所述透明基板117内侧至少部分的遮蔽层118。所述透明基板117可以是玻璃基板、蓝宝石基板及透明树脂基板中的其中一种基板，但不限于上述基板。所述透明基板117可以划分为对应所述显示区103的透视部105及对应所述非显示区104的周边部106。所述透明基板117的透视部105未设置所述遮蔽层118，所述触控显示模组112显示的画面可以透过所述透视部105提供给用户，所述透明基板117的周边部106的内侧设置有遮蔽层118，用于对所述触控显示模组112的周边布线等区域进行遮挡。优选地，所述遮蔽层118的材料包括油墨，其颜色可以为白色或者黑色，但是不限于上述颜色。

本实施方式中，所述前盖111还包括贯穿所述透明基板117的开孔，所述开孔设置于所述周边部106，具体地，所述开孔位于所述透视部105下侧的周边部106的中央位置。所述按键模组120的指纹识别装置130通过所述开孔暴露，使得用户可以透过开孔操作所述按键模组120以及使用所述指纹识别装置130。

请参阅图3，图3是图2所示按键模组120的指纹识别装置130的结构示意图。所述指纹识别装置130包括基板135、指纹传感器131、活体传感器132、固定环134及保护层133。本实施方式中，所述指纹传感器131与所述活体传感器132封装在一起。具体地，所述指纹传感器131与所述活体传感器132均设置于所述基板135上，所述固定环135套设于所述指纹传感器131、所述活体传感器132与所述基板135的外围，所述保护层133覆盖于所述固定环134上方从而将所述指纹传感器131、所述活体传感器132封装于所述保护层133、所述固定环134及所述基板135围成的收容空间中。所述活体传感器133可以为光学式活体传感器，其可以包括分别设置于所述指纹传感器131两侧的信号发射器与信号接收器(未标号)。

所述指纹传感器131用于侦测施加至所述电子设备100的操作体(如用户的手指)的触控动作或指纹信息。其中，所述指纹传感器131在进入工作状态后检测施加到所述指纹传感器131上的触摸动作或指纹特征，所述所述指纹传感器131在处于休眠状态时，不执行检测施加到所述指纹传感器131上的触摸动作或指纹特征的动作。具体的，所述指纹传感器131可以为电容式指纹传感器，但不限于电容式指纹传感器。

所述活体传感器132用于检测操作所述电子设备100的操作体是否为活体。所述活体传感器132还可以套设在所述指纹传感器131上，进一步用于固定及保护所述指纹传感器131。具体地，所述活体传感器132可以为心率传感器、血压传感器、体温传感器、血氧传感器、心电传感器中的至少一种。其中，所述心率传感器可以为光学式心率传感器但不限于光学式心率传感器。在一种优选的实施方式中，所述指纹传感器131和活体传感器132可以为集成有指纹传感器与心率传感器两种传感器的生物识别传感器组件。

本实施例中，所述保护层133为一保护盖板，所述保护盖板可以通过胶体粘接于所述指纹传感器131上表面。所述保护盖板可以包括透明基材(如蓝宝石基材)及设置于所述透明基材内侧的着色层(如黑色或白色油墨层)。

进一步地，请参阅图4，图4是本发明电子设备100的电路方框示意图，所述电子设备100还包括处理器140、第一检测模组150与第二检测模组160。其中，第一检测模组150用于检测触摸物体20的属性，第二检测模组160用于识别所述触摸物体的纹路信息。其中，第一检测模组150包含所述指纹传感器131与指纹感测驱动电路151；第二检测模组160包含活体传感器132与活体感测驱动电路161。可以理解，指纹感测驱动电路151与活体感测驱动电路161设置于所述主电路板115上。

具体地，所述处理器140电连接所述指纹传感器131与所述活体传感器132。所述处理器140用于接收所述活体传感器元件132输出的检测信号，并依据所述检测信号判断是否有活体使用者操作所述指纹识别装置130；所述处理器140还依据判断结果控制所述指纹传感器131进入工作状态或休眠状态，其中，所述指纹传感器131在进入工作状态后检测施加到所述指纹传感器131上的触摸动作或指纹特征，所述指纹传感器131在处于休眠状态时，不执行检测施加到所述指纹传感器131上的触摸动作或指纹特征的动作。

进一步，处理器140包括第一处理模组141与第二处理模组142，其中，第一处理模组141用于针对指纹传感器131输出的指纹图像信息进行数据处理与分析，进而获得触摸物体20的指纹信息。所述第二处理模组142用于针对活体传感器132获取的触摸主体20的色彩信息进行处理分析，进而判断触摸主体20的属性，并且输出对应的指示信号。具体地，第二处理模组142包括第一色彩模型14a、第二色彩模型14b、第一比较模组14c与第二比较模组14d。

第一色彩模型14a用于分析所述触摸主体20对应的色彩信息并且输出所述第一色素坐标，其中，所第一色彩模型为红绿蓝色彩模型。其中，第一色素坐标包括红色波长曲线、绿色波长曲线与蓝色波长曲线。

第一比较模组14c用于将所述红色波长曲线与所述绿色波长曲线、蓝色波长曲线进行比较并且分别输出控制信号，当红色波长曲线与蓝色波长曲线及所述蓝色波长曲线相互重叠时，表示第一色素坐标不在第一阈值Z内，第一比较模组14c则输出第一控制信号；当红色波长曲线与蓝色波长曲线及所述蓝色波长曲线的差值在第一阈值Z内时，第一比较模组14c输出第二控制信号。

第二色彩模型14b用于当第一比较模组14c输出第二控制信号时将所述第一色素坐标转换为第二色素坐标。所述第二色彩模型14b为CMYK色彩模型、YUV色彩模型、CIE XYZ色彩模型或者HSV色彩模型。

第二比较模组14d用于将第二色素坐标与第二阈值进行比较，当所述第二色素坐标处于第二阈值范围，所述第二比较模组14d输出第三控制信号，并且将所述的第三控制信号作为所述的指示信号。

请参阅图5，图5如图3-4所示所述指纹识别装置130的指纹传感器131的结构示意图。所述指纹传感器131包括多个像素1311。当所述指纹识别装置130以第一精度采集指纹信息时，所述多个像素1311 均采集指纹并输出指纹信号，所述处理器140依据所述多个像素1311输出的指纹信号获得第一指纹信息，并将所述第一指纹信息与预设指纹信息比对，以依据比对结果控制是否通过指纹验证。

在一种实施例中，当所述指纹识别装置130以第二精度采集指纹信息时，所述多个像素1311划分为多个像素组1312，每个像素组1312包括若干相邻设置的像素1311，每个像素组1312中的至少一个像素1311采集指纹并输出指纹信号(如仅一个像素1311输出指纹信号，其他像素休眠而不输出指纹信号)，所述处理器140依据所述多个像素组1312输出的多个指纹信号获得第二指纹信息，并将所述第二指纹信息视为普通触控信号并控制执行所述普通触控信号对应的控制功能。

在另一种实施例中，当所述指纹识别装置130以第二精度采集指纹信息时，所述多个像素1311划分为多个像素组1312，在所述处理器140的控制下，每个像素组1312中的所有像素1311同时被施加驱动信号并同时输出指纹信号(所述像素组1312的所有像素1311输出相同的指纹信号)，所述处理器140依据所述多个像素组1312输出的指纹信号获得第二指纹信息并将所述第二指纹信息视为普通触控信号并控制执行所述普通触控信号对应的控制功能。

进一步地，在一种实施例中，在所述指纹传感器131进入工作状态后，所述处理器140还控制向所述活体传感器132施加激励信号或接地信号以配合所述指纹传感器131识别触摸动作或指纹特征。可以理解，所述激励信号可以为射频信号。

请参阅图图6，其为图1-4所应用于电子设备100的指纹识别装置130的指纹识别方法流程图。

步骤S1：获取触摸物体20对应的色彩信息。具体地，该步骤由第二检测模组160中的活体传感器132及活体感测驱动电路161执行。

如图7所示，其为电子设备100接收到触摸物体20的触摸操作示意图，当手指作为触摸物体20接触保护层133，活体感测驱动电路161驱动活体传感器132向触摸物体20发射光线。光线经由触摸物体20 反射后，活体传感器132可以接收相应的反射光线的色彩信息，并传送到第一处理模组141。

如第8图所示，系为对应触摸主体20活体传感器132接收的反射光线构成的图像30。第一处理模组141(图4)将所述对应触摸物体20的完整的图像划分为多个子图像301。

当然，可变更地，在本发明其他实施方式中，可以获得包括部分中间区域与部分边缘区域的图像划分为多个子图像，并不以此为限。

步骤S2：获取所述色彩信息中对应的第一色素坐标，当所述第一色素坐标不在第一阈值范围内，则所述触摸物体的属性为活体并输出指示信号。该步骤具体有第一处理模组141中的第一色彩模型14a与第一比较模组14c执行。

第一色彩模型14a针对该些子图像301，分析其色彩信息并且输出所述第一色素坐标，其中，所第一色彩模型为红绿蓝色彩模型。其中，第一色素坐标包括红色波长曲线、绿色波长曲线与蓝色波长曲线。

如图9所示，其为如图8所示图像30的第一色度坐标轴示意图。第一色度坐标轴的X轴坐标轴代表图像的分辨率，Y轴坐标轴代表像素灰阶。曲线R代表红色波长，曲线G代表绿色波长，曲线B代表蓝色波长。前述X轴坐标轴的分辨率可为640x480，其亦可为1080x720，可依实际需求而选择对应分辨率的裁切大小。

由于作为触摸物体20的活体手指在按压在保护层133的过程中会产生肤色变化，亦即手指一部分的血液会留在手指按压区域处，其余的血液则会从按压区域往四周流动到按压区域之外，使得手指在按压时会形成明显的肤色变化。是以，由于手指部分血液留在按压区域处的因素，如图10所示，在Y轴坐标轴的数值上，红色波长曲线R会明显高于绿色波长曲线G及蓝色波长曲线B。

基于上述原理，若以伪造指纹按压在所述按键模组120上，则第一色度坐标轴的红色波长曲线R会没有明显的变化。请参阅图10所示，系为作为伪造手指的触摸物体20的第一色度坐标轴示意图。由图中可明显的看出，因为伪造指纹没有血液流动的特性，也没有肤色的变化，所以红色波长曲线R几乎与绿色波长曲线G、蓝色波长曲线B重迭在一起，进而可判断为伪造指纹。

更进一步的，第一比较模组14c将第一色度坐标中的所述红色波长曲线与所绿色波长曲线、蓝色波长曲线进行比较并且分别输出的控制信号。具体地，当红色波长曲线与蓝色波长曲线及其该蓝色波长曲线相互重叠或者差值处于第一阈值范围，表示第一色素坐标不在第一阈值范围内，输出第一控制信号，也即是触摸物体20为伪造指纹；当红色波长曲线与蓝色波长曲线及所述蓝色波长曲线的差值超过第一阈值范围时，输出第二控制信号，也即是触摸物体20为真实活体手指。本实施方式中，第一阈值Z为：10<Z<100。

优选地，将所述第一色素坐标转换为第二色素坐标，比较所述第二色素坐标与第二阈值范围，当所述第二色素坐标处于第二阈值范围，输出第三控制信号，所述的第三控制信号作为所述的指示信号。

将所述第一色素坐标转换为第二色素标。所述第二色彩模型14b为CMYK色彩模型、YUV色彩模型、CIE XYZ色彩模型或者HSV色彩模型。

第二比较模组14d用于将第二色素坐标与第二阈值进行比较，当所述第二色素坐标处于第二阈值范围，所述第二比较模组14d输出第三控制信号。

请参阅图11及图12，图11及图12分别为本发明真实指纹的第二色度坐标轴示意图与伪造指纹的第二色度坐标轴示意图。第二比较模组14d比对第二色度坐标轴是否符合预设的第二阀值W，以此判断真伪指纹。其中，第二阈值范围W为：10<W<100。

如此一来，若伪造手指依据第一色彩模型(红蓝绿颜色模型)来设计假微血管，虽然可伪造出红色波长曲线R明显高于绿色波长曲线G和蓝色波长曲线B的情境，但仍可藉由验证程序153以第二色度坐标轴的预设第二肤色阀值，验证出是否为真实指纹。若转换后的第二色度坐标轴符合第二阀值范围，则判断手指为真实指纹。若第二色度坐标轴不符合第二肤色阀值，则判定手指为伪造指纹。进而提高了精度。

步骤S3：依据指示信号感测所述触摸物体20的指纹图像。将第二控制信号或者第三控制信号作为指示信号输出至第二检测模组150，第二检测模组150获取触摸主体20的指纹图像信息，第二处理模组142针对指纹图像信息进行分析处理，获得触摸主体20的指纹。

综上所述，本发明提供的电子设备100的驱动方法及相关电子设备100，通过所述处理器140、所述第一检测模组150及所述第二检测模组160将所述指纹图像信息进行采集及处理，可以准确判断待识别指纹是为活体人指纹。

所述第一检测模组150包括所述指纹传感器131，所述第二检测模组160包括所述活体传感器132，所述第一检测模组150及所述第二检测模组160获取所述指纹图像信息并传输至所述处理器140，所述处理器140设置有所述第一处理模组141及所述第二处理模组142，所述第一处理模组141针对所述指纹传感器131输出的指纹图像信息进行数据处理与分析，进而获得触摸物体20的指纹信息，所述第二处理模组142用于针对活体传感器132获取的触摸主体20的色彩信息进行处理分析，进而判断触摸主体20的属性，并且输出对应的所述指示信号，所述电子设备100通过检测说书指示信号来确定操作所述按键模组120为活体人。

相较于现有技术，本发明提供的电子设备100的驱动方法及相关电子设备100，通过设置所述第二处理模组142对所述触摸主体20的色彩信息进行处理分析，可以准确判断待识别指纹是为活体人指纹，可用来识别用户身份，以保证所述电子设备100的安全性，可防止指纹膜及其他指纹冒充。