CN1460962A - 生物身份核实系统及生物身份核实方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种身份证卡阅读器的生物身份核实系统及生物身份核实方法。该系统包括一光学指纹传感器和一连接该光学指纹传感器的身份证卡阅读器；所述身份证卡阅读器从身份证卡上读出所存生物资料。该方法包括：检测用户指纹；读取身份证上的用户生物资料；将用户指纹与用户生物资料进行比较。本发明可以方便有效地做到用户生物身份的核实，并可以进一步集成进其他设备而提供身份核实功能，如计算机，电话，个人数据系统个人数字助理(PDA)，车辆与工业设备。
Description
技术领域
本发明涉及生物身份核实系统及生物身份核实方法，特别涉及带有身份证卡阅读器的生物身份核实系统。
背景技术
现有的光学指纹传感器通常采用一个直角棱镜来采集指纹。其光路特点如图1所示，从光源11发出的平行光通过直角棱镜12的一个面，然后到达棱镜的上表面，也就是放手指13的表面。如果光束抵达的位置不是手指接触的棱镜上表面，光束将会形成内部全反射，并从棱镜12的另一侧面穿出，然后到达与之相垂直的图像传感器14。换言之，如果光束抵达的正好是放手指13的棱镜12上表面，光束就不会形成内部全反射，其部分将被手指13的皮肤吸收。这样，光学指纹传感器就会捕捉到一个明暗相间的指纹图形。
根据上述的光路特征，目前的光学指纹传感器有以下不足之处：①传感器组件体积大，这限制了它的应用范围；②光源与图像传感器的非同一平面定位，使得制造成本上升，广泛应用受限制；③传感器采集到的指纹图像沿着一个方向受到压缩，迫使需要通过软件来纠正，也使其造价提高，应用受限制。
美国专利申请5,892,599和5,629,764在棱镜上加上了全息相位光栅，使成像镜的光轴垂直于图像的成像平面，以达到消除图像变形的目的。美国专利申请6,240,200加了组合棱镜作为替代方式来消除图像的变形，这几种解决的方法均使传感器的制造费用大大增加。
美国专利申请5,796,858用一个光栅来代替棱镜。这种解决方法的缺点是由于光栅光学上的不完美性使指纹图像质量严重下降。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的指纹传感器的技术方案如下：
一种生物身份核实系统，包括一光学指纹传感器和一连接该光学指纹传感器的身份证卡阅读器；所述光学指纹传感器包括：一块棱镜用于接收光束，当一个手指接触到了棱镜的上表面时，棱镜将得到的光束反射出来；第一块镜子用于接收棱镜反射出来的光，并反射出去；第二块镜子用于接收从一块镜子反射出来的光并反射出去；一个成像镜用于接收从第二块镜子反射出来的光并将光聚焦在一个传感器上；所述身份证卡阅读器从身份证卡上读出所存生物资料。
一种生物身份核实装置，包括：一个光学指纹传感器用于接收用户指纹；一个身份证卡阅读器用于读取身份证上的用户生物资料；该生物身份核实装置将光学指纹传感器所接收的用户指纹与身份证读卡器读取的生物资料进行比较。
一种生物身份核实装置，用于电话系统，包括：一个相机用于接收用户的图像；一个身份证卡阅读器以便接线员要求用户插入身份证进行核实使用许可。
一种生物身份核实方法，包括如下步骤：检测用户指纹；读取身份证上的用户生物资料；将用户指纹与用户生物资料进行比较。
更进一步，测用户指纹包括如下步骤：在棱镜的上表面将光束反射出来；如果手指表面接触到棱镜，抵达棱镜表面的光线将被反射；通过一块或多块镜子来折叠光束。
本发明可以方便有效地做到用户生物身份的核实，并可以进一步集成进其他设备而提供身份核实功能，如计算机，电话，个人数据系统个人数字助理(PDA)，车辆与工业设备。
还可以增加其他生物识别传感器，来提高身份核实系统对身份核对的准确度。
附图说明
图1为现有的典型指纹采集装置图。
图2为本发明指纹传感器的光路图。
图3为本发明指纹图像采集过程的流程图。
图4A-4D为本发明光学指纹传感器组件的装配图。
图5为本发明光学指纹扫描传感器组件的分解图。
图6A-6C为本发明装有光学指纹传感器组件的指纹阅读器示意图。
图7为本发明装有光学指纹扫描器组件的指纹光学鼠标示意图。
图8为本发明另一种光学指纹传感器的光路图。
图9为本发明另一种采集指纹图像的流程图。
图10为本发明生物身份核实系统。
图11为生物身份核实仪方法的流程图。
图中标号说明
11-光源
12-棱镜
13-手指
14-图像传感器
100-光学指纹传感器组件
110-印刷电路板
120-光源
130-散射镜140-直角棱镜
150-准直透镜
160-第一面镜子
170-第二面镜子
180-第三面镜子
190-成像镜
200-图像传感器
210-前框架
220-后框架
500-光学指纹传感器
510-印刷电路板组件
520-光源
530-散射镜
540-直角棱镜
550-准直透镜
560-第一面反射镜
570-第二面反射镜
580-成像透镜
590-图像传感器。
700-生物身份核实仪
710-光学指纹传感器
720-键盘
730-相机
740-液晶屏
750-话筒
760-喇叭
770-身份证读卡器。
步骤300光束从光源120发出
步骤310光束抵达散射镜130
步骤320光束抵达直角棱镜140
步骤330判断手指是否与棱镜上表面接触
步骤340进入棱镜的光束将产生全反射
步骤350光线被接触的表面吸收
步骤360未被吸收的光束抵达准直透镜150
步骤370光束被第一块镜子160反射
步骤380光束被第二块镜子170反射
步骤390光束被第三块镜子180反射
步骤400光束抵达成像镜190
步骤410光束进入传感器200
步骤600光线最初由图8中的光源520产生
步骤610光线射入散射镜530
步骤620光线射入棱镜540
步骤630判断手指是否接触棱镜540上表面
步骤640没有接触，则指纹表面的光线反射
步骤650接触，则光线被指纹表面吸收
步骤660反射的光线进入准直透镜550
步骤670光线由第一面反射镜560反射
步骤680光线由第二面反射镜570反射
步骤690光线进入成像透镜580
步骤700光线落在图象传感器590上
步骤810提示用户将身份证插入读卡器770
步骤820用户将身份证插入读卡器770
步骤830生物身份核实仪700进一步提示用户将手指放在指纹传感器710
上
步骤840光学指纹传感器710采集指纹图象
步骤850判断指纹图像质量是否可以接收
步骤860如果指纹图象质量不可以接收，生物身份核实仪700将通过液
晶屏给用户提供反馈，以便用户在光学指纹传感器710上更准确
地放置手指
步骤870如果可以接收，指纹图象与用户身份证上的生物资料进行比较
具体实施方式
图2展示了本发明的通过光学指纹传感器组件100的光路。在本发明的较佳实施例中，本光学指纹传感器组件其组成为：一块印刷电路板110，一个光源120，一个散射镜130，一个直角棱镜140，一个准直透镜150，第一面镜子160，第二面镜子170，第三面镜子180，一个成像镜190，一个图像传感器200。
光线从安装在印刷电路板110上的光源120发出，其组成可以是一组发光二极管。然后光线抵达散射镜130后转换了方向，并产生了一致投向直角棱镜140的光。
进入直角棱镜140的光到达直角棱镜140的上表面，也就是放手指的表面。在本发明的较佳实施例中，直角棱镜140的上表面为15度倾斜最适合人们手指放置。如果光束抵达的直角棱镜140的上表面没有手指的直接接触，光束就会形成内部全反射。从直角棱镜140出来的光束，抵达准直透镜150。准直透镜150将光线再汇集起来并补偿了指纹图像的楔状变形。从准直透镜150穿出的光束将通过第一面镜子160，第二面镜子170，第三面镜子180的反射。这三块组合在一起的镜子的作用是形成一个折叠的光路以达到缩小体积的目的。同时因为是一个折叠光路，所以光源120和图像传感器200能够安装在同一块印刷电路板110上。在本发明的具体实例中采用的是三块镜子，只要不违反本发明的原理，也可在实际应用中增加或减少镜子的数量。
从第三面镜子180反射出来的光束抵达成像镜190，成像镜190为非球面镜，光束通过它在位于印刷电路板110上的图像传感器200上形成了一个高质量的指纹图像。
图3为本发明的指纹图像采集过程的流程图。步骤300光束从如图2所示的光源120发出。步骤310光束抵达散射镜130。步骤320光束抵达直角棱镜140。步骤330判断手指是否与棱镜上表面接触。如果手指未与棱镜上表面接触的话，进入步骤340，进入棱镜的光束将产生全反射。反之，进入步骤350光线被接触的表面吸收。步骤360未被吸收的光束抵达准直透镜150。步骤370光束被第一块镜子160反射。步骤380光束被第二块镜子170反射。步骤390光束被第三块镜子180反射。步骤400光束抵达成像镜400。最后步骤410光束进入传感器200。
在本发明的较佳实施例中，图像传感器200是一单片传感器集成电路组成以承担全部传感器的控制，图像的采集，图像的处理和解码以及图像的传送。除此之外，图像传感器采集到的1∶2的仿射变形的指纹是可以通过图像采集电路来消除的。例如在变形图像的一个方向上，每隔二个像素去除一个像素。
在本发明的另一个较佳实例中，散射镜、棱镜和准直透镜合并在一起以减少部件数量，比如通过菲涅尔环带将棱镜的一个面做成散射镜，而棱镜的另一面通过凸面方式做成准直透镜。
在本发明的另一个较佳实例中，镜头或镜子的表面涂有窄带滤光膜，来减少周围的光线进入图像通路。
在本发明的另一个较佳实例中，三块镜子和成像镜被组合在一起，成为一专用的棱镜。三个面均涂有反射膜使之形成为镜子，然后另一面采用凸出的曲率使之成为成像镜。
图4A-4D为本发明的光学指纹传感器组件的装配图，而图5是它的分解图。由于采用了前框架210和后框架200来可靠地联接所有的零件，不需要任何其它联接件，使其装配非常简便。
图6为装有光学指纹传感器组件的指纹阅读器，由于其紧凑的结构，其指纹阅读器也可用作为其它指纹应用装置的组件，包括便携式装置，计算机的外部装置和锁。
图7为装有光学指纹传感器组件的指纹光学鼠标，从光学鼠标出来的信号与指纹图像结合起来可用作计算机的各种验证以及确认的应用。
本发明的实例是一个光学指纹传感器组件，该指纹传感器包括有一个装在印刷电路板上的光源；一个散射镜接收从光源来的光；一个直角棱镜接受从散射镜来的光；一个准直透镜接收从棱镜来的光；第一块镜子接收从准直透镜来的光；第二块镜子接收从第一块镜子来的光；第三块镜子接收从第二块镜子来的光；一个成像镜接收从第三块镜子来的光；一个与光源安装在同一印刷电路板板上的图像传感器接收从成像镜来的光。
在本发明的另一个较佳实例中的光学指纹传感器使用二片反射镜。图8为本发明所提的贯穿于光学指纹传感器500的各零件的光路图。在本发明的一个实例中所有零件包括印刷电路板组件510，光源520，散射镜530，直角棱镜540，准直透镜550，第一面反射镜560，第二面反射镜570，成像透镜580，与图像传感器590。
光线从位于印刷电路板组件510上由若干发光二极管所组成的光源520射出，经散射镜530改变方向而在直角棱镜540上产生均匀照明。光线进入直角棱镜540后射在用于放置手指的直角棱镜540的上表面。
在实例中该上表面根据人体工程学要求而倾斜15度。
在直角棱镜540上表面的手指无直接接触部分射入的光线产生全反射。
自直角棱镜540出来的光线射入准直透镜550使出射光线会聚而补偿指纹图像的楔型失真。
由准直透镜550出来的光线经第一反射镜560与第二反射镜570反射。这两个反射镜的合成效果是将光路折迭而减小体积。光路折迭的另一个作用是使光源520与图像传感器590可以安装在同一印刷电路板510上。
从第二面反射镜570出来的光线进入非球面成像透镜580，在位于印刷电路板510上的图像传感器590上形成高质量的指纹图像。
图9为本发明所提的这一指纹采集方法的流程图。
步骤600，光线最初由图8中的光源520产生；步骤610，光线射入散射镜530；步骤620，光线射入棱镜540；步骤630，判断手指是否接触棱镜540上表面；步骤640，没有接触，则指纹表面的光线反射；步骤650，接触，则光线被指纹表面吸收；步骤660，反射的光线进入准直透镜550；步骤670，光线由第一面反射镜560反射；步骤680，光线由第二面反射镜570反射；步骤690，光线进入成像透镜580；步骤700，光线落在图象传感器590上。
在本发明的应用中，传感器模组是图10所示生物身份核实仪的一个部件。在较佳实例中，生物身份识别系统的各部件包括光学指纹传感器710，键盘720，相机730，液晶屏740，话筒750，喇叭760，身份证读卡器770。
在身份核实中，用户的指纹图像由光学指纹传感器710所采集，并与读卡器770所读的存储在身份证上的生物资料比较。读卡器770可以读IC卡、智能卡、磁卡、RF卡，1维/2维条形码与其他身份证。
生物身份核实仪700还包括光学指纹传感器710外的其他生物传感器。相机730记录用户图象以作脸型与虹膜识别。话筒750记录用户的语音以作语音识别。综合各种生物识别传感器可以增进生物身份核实的准确度。
在实例中，生物身份核实仪700包括了液晶屏740来显示由光学指纹传感器710与相机730所采集的图象以便用户准确地采集图象。喇叭760也可提供生物传感器的反馈。
由生物传感器采集的生物特征与用户身份证上的生物资料作比较，这种比较是在生物身份核实仪内部进行而并不通过网络联结，从而避免了网络攻击的可能性。
图11为本发明所提生物身份核实方法的流程图800。步骤810，生物身份核实仪提示用户将身份证插入读卡器770；步骤820，用户将身份证插入读卡器770；步骤830，生物身份核实仪700进一步提示用户将手指放在指纹传感器710上；步骤840，光学指纹传感器710采集指纹图象；步骤850，判断指纹质量是否可以被接收；步骤860，如果指纹图象质量不可以接收，生物身份核实仪700将通过液晶屏给用户提供反馈，以便用户在光学指纹传感器710上更准确地放置手指；步骤870，指纹图象与用户身份证上的生物资料进行比较。
本发明中所阐述的生物身份核实仪可集成安装进消费与工业装置，而提供生物身份核准功能。典型的这类装置如电话，个人数据系统，车辆，重要工业设备，如集成电路的生产设备。
虽然对本发明已作了详细的描述，但运用本发明的原理和技能可对此做各种不同的变换，使之用于更为广泛的领域中。总之本发明的保护范围并不限于具体实施方式中所提到的，而必须是以权利要求书中的为准。
Claims (26)
1、一种生物身份核实系统，其特征在于，包括一光学指纹传感器和一连接该光学指纹传感器的身份证卡阅读器；
所述光学指纹传感器包括：
一块棱镜用于接收光束，当一个手指接触到了棱镜的上表面时，棱镜
将得到的光束反射出来；
第一块镜子用于接收棱镜反射出来的光，并反射出去；
第二块镜子用于接收从一块镜子反射出来的光并反射出去；
一个成像镜用于接收从第二块镜子反射出来的光并将光聚焦在一个
传感器上；
所述身份证卡阅读器从身份证卡上读出所存生物资料。
2、如权利要求1所述的生物身份核实系统，其特征在于，包括一散射镜接收光束并将光束均匀的送到棱镜。
3、如权利要求1所述的生物身份核实系统，其特征在于，包括一准直透镜，准直透镜与棱镜和第一面镜子连接用于接收从棱镜出来的光，通过它再会聚后送到第一块镜子。
4、如权利要求1所述生物身份核实系统，其特征在于，包括第三面镜子，与第二块镜子和成像镜连接，用于接收从第二块镜子出来的光，再通过它反射到成像镜。
5、如权利要求1所述的生物身份核实系统，其特征在于，用光学指纹传感器采集用户的指纹并与存储在身份证上的用户生物资料进行比较。
6、如权利要求1所述的生物身份核实系统，其特征在于，包括一用来接收语音信号的话筒。
7、如权利要求6所述生物身份核实系统，其特征在于，包括一产生语音输出信号的喇叭。
8、如权利要求1所述生物身份核实系统，其特征在于，包括一用来采集用户图像的相机。
9、如权利要求8所述的生物身份核实系统，其特征在于，包括一用来显示视频输出信号的显示器。
10、一种生物身份核实装置，其特征在于，包括：
一个光学指纹传感器用于接收用户指纹；
一个身份证卡阅读器用于读取身份证上的用户生物资料；
该生物身份核实装置将光学指纹传感器所接收的用户指纹与身份证读卡器读取的生物资料进行比较。
11、如权利要求10所述的生物身份核实装置，其特征在于，包括台式电话或移动电话。
12、如权利要求10所述的生物身份核实装置，其特征在于，包括手提式装置。
13、如权利要求10所述的生物身份核实装置，其特征在于，包括个人数字助理装置。
14、如权利要求10所述的生物身份核实装置，其特征在于，包括计算机。
15、如权利要求10所述的生物身份核实装置，其特征在于，包括集成电路生产设备。
16、一种生物身份核实装置，用于电话系统，其特征在于，包括：
一个相机用于接收用户的图像；
一个身份证卡阅读器以便接线员要求用户插入身份证进行核实使用许可。
17、如权利要求16所述的生物身份核实装置，其特征在于，包括光学指纹传感器采集用户的指纹。
18、如权利要求17所述的生物身份核实装置，其特征在于，包括显示器以显示用户图像。
19、一种生物身份核实方法，包括如下步骤：
检测用户指纹；
读取身份证上的用户生物资料；
将用户指纹与用户生物资料进行比较。
20、如权利要求19所述的生物身份核实方法，其特征在于，检测用户指纹包括如下步骤：
在棱镜的上表面将光束反射出来；
如果手指表面接触到棱镜，抵达棱镜表面的光线将被反射；
通过一块或多块镜子来折叠光束。
21、如权利要求20所述生物身份核实方法，其特征在于，在反射光束的棱镜之前具有一接收光线的散射镜。
22、如权利要求21所述的生物身份核实方法，其特征在于，在接收光束的散射镜之前具有一光源。
23、如权利要求22所述的生物身份核实方法，其特征在于，在折叠光束以后加入一成像镜用于光束的聚焦。
24、如权利要求23所述的生物身份核实方法，其特征在于，在成像镜对光束聚焦后加入一光线探测的传感器。
25、如权利要求19所述的生物身份核实方法，其特征在于，用户指纹检测是由光学指纹传感器实现的。
26、如权利要求19所述的生物身份核实方法，其特征在于，用户生物资料读取是由身份证读卡器实现的。
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