本發(fā)明涉及指紋識別領(lǐng)域，特別涉及一種指紋采集裝置和方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，生活中很多地方使用到指紋的采集和識別技術(shù)?，F(xiàn)在的指紋識別采集技術(shù)大致分為三個方式：光學采集，電容傳感器和生物射頻。光學采集，基于光學發(fā)射裝置發(fā)射的光線，射到手指上再反射回機器以獲取數(shù)據(jù)；電容傳感器，是利用一定間隔的安裝的兩個電容，利用指紋的凹凸，在手指滑過指紋檢測儀器時接通或斷開兩個電容的電流以檢測指紋資料；射頻傳感器，通過傳感器發(fā)射微量的射頻信號，穿透手指的表皮層獲取里層的紋路以獲取信息。

發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，目前常用按壓式對指紋進行采集，并在指紋匹配前，一般通過攝像頭拍攝指紋的圖像；對圖像進行處理，一般包括有指紋區(qū)域檢測、圖像質(zhì)量判斷、方向圖和頻率估計、圖像增強以及細化等；對指紋進行分類，在提取指紋特征，主要包括紋線的起點、終點、結(jié)合點和分叉點等。按壓式在采集指紋時，與指紋采集裝置接觸的手指表面會產(chǎn)生形變，影響指紋采集的準確性；按壓式圖像采集面積小，沒有足夠的特征點，需要用復雜的圖像比對算法進行識別，流程繁瑣，并且有概率出現(xiàn)識別不了的指紋。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施方式的目的在于提供種指紋采集裝置和方法，無需接觸人體即可采集指紋，無需提取指紋特征，增加了指紋識別的準確性，簡化了指紋識別的流程，從而提高了指紋識別的速度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種指紋采集裝置，包括：掃描探針、壓電傳感器和處理器；掃描探針、壓電傳感器和處理器依次連接；掃描探針，用于以預設平面為基準，掃描預設區(qū)域，并根據(jù)預設區(qū)域的表面的形貌振動；壓電傳感器，用于根據(jù)掃描探針在振動時的振幅，輸出電壓信號；處理器，用于利用電壓信號，繪制預定區(qū)域的表面的形貌圖。

本發(fā)明的實施方式還提供了一種指紋采集方法，包括：掃描探針以預設平面為基準，掃描預設區(qū)域；根據(jù)預設區(qū)域的表面的形貌振動；壓電傳感器根據(jù)掃描探針在振動時的振幅，輸出電壓信號；利用電壓信號，繪制預定區(qū)域的表面的形貌圖；將形貌圖作為采集到的指紋。

本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，通過使用掃描探針采集指紋，而在采集指紋的整個過程中都不會接觸人體表面，避免了因接觸人體表面造成的指紋形變；通過電壓信號繪制預定區(qū)域的表面形貌圖，將形貌圖作為采集到的指紋，因為根據(jù)電壓信號繪制的表面形貌圖，指紋圖像清晰，避免了在光學采集中攝像頭拍攝模糊的情況，增加了指紋采集的準確性；同時不需對生成的圖像進行處理，也無需對指紋進行分類，而是直接將輸出的第一電壓信號與預設信號比對即可得到結(jié)果，簡化了指紋識別的流程，加快了指紋識別的速率。

另外，掃描探針以蛇形方式掃描預設區(qū)域。通過蛇形方式掃描預設區(qū)域，確保預設區(qū)域內(nèi)表面的完整性。

另外，預設平面為水平面。將水平面作為預設平面，為振幅設置了一個相對的參照物，使振幅的大小值都是以同一標準計算，確保掃描的準確性。

另外，還包括：設置在預設區(qū)域的夾具，用于固定待掃描的手指。探針掃描輕微的振動都會影響掃描結(jié)果，因而，固定待掃描的手指，防止手指抖動而影響掃描結(jié)果。

另外，處理器為獨立設置的終端。將獨立設置的終端作為處理器，增加了指紋采集裝置的靈活性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明第一實施方式的一種指紋采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明第二實施方式的一種指紋采集裝置的工作示意圖；

圖3是本發(fā)明第二實施方式的一種指紋采集裝置中掃描探針的掃描路徑示意圖；

圖4是本發(fā)明第三實施方式的一種指紋采集方法的流程圖；

圖5是本發(fā)明第四實施方式的一種指紋采集方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請所要求保護的技術(shù)方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種指紋采集裝置。本實施方式的指紋采集裝置100，具體如圖1所示，其包括但不限于：掃描探針101、壓電傳感器102和處理器103。

掃描探針101，用于以預設平面為基準，掃描預設區(qū)域，并根據(jù)該預設區(qū)域的表面的形貌振動。掃描探針101是通過其端粗細只有一個原子大小的探針在非常近的距離上探索物體表面的情況，可以分辨出極小尺度上的表面特征。探針尖端的原子和樣品表面的原子具有特殊的作用力，且該作用力隨著距離的變化非常顯著。通過驅(qū)動掃描探針101的懸臂使掃描探針101在預設區(qū)域內(nèi)振動，當掃描探針101在經(jīng)過凸起表面時，與凸起表面間的吸引力變大，掃描探針101的振幅變??；當掃描探針101在經(jīng)過凹進去的表面時，與凹進去的表面間的吸引力變小，掃描探針的振幅變大。

壓電傳感器102，用于根據(jù)該掃描探針在振動時的振幅，輸出電壓信號。掃描探針101與壓電傳感器102連接，當掃描探針101經(jīng)過凸起表面時，吸引力變大，掃描探針101的振幅變小，改變壓電傳感器102兩端的電壓，使掃描探針101以恒定的振幅振動，同時，壓電傳感器102輸出此時恒定振幅的電壓信號；當掃描探針101經(jīng)過凹進去的表面時，吸引力變小，振幅變大，改變壓電傳感器102兩端的電壓，使掃描探針101以恒定的振幅振動，壓電傳感器102輸出此時恒定振幅的電壓信號。

處理器103，用于利用壓電傳感器輸出的電壓信號，繪制該預定區(qū)域的表面的形貌圖。處理器103收到壓電傳感器102輸出的電壓信號，根據(jù)大小不同的電壓信號，可以繪制出該區(qū)域的表面形貌圖。

具體的說，掃描探針101、壓電傳感器102和處理器103依次連接。為了保證采集指紋的準確性，預先設置一個平面作為基準平面，基準平面可以是平滑的地面或桌面等。為了更加準確的采集指紋，加快采集的時間，預先設置掃描區(qū)域，該預設區(qū)域可以是手指表面的區(qū)域。在本實施方式中，以平滑的桌面作為采集指紋的基準平面，以手指表面區(qū)域作為預設采集區(qū)域，掃描探針101可以使用隔行掃描的方式對預設區(qū)域內(nèi)表面進行掃描，掃描的方式是以驅(qū)動掃描探針101的懸臂使掃描探針101在該預設區(qū)域內(nèi)以恒定的振幅振動，同時，壓電傳感器103輸出電壓信號，當掃描探針101經(jīng)過手指表面凸起表面時，掃描探針101與凸起表面的吸引力變大，為了保持掃描探針101的振幅恒定，改變壓電傳感器102兩端的電壓，壓電傳感器102輸出改變的電壓信號；當掃描101經(jīng)過手指表面凹進去的表面時，掃描探針101與凹進去的表面間的吸引力變小，改變壓電傳感器102兩端的電壓，保持掃描探針101的振幅恒定，壓電傳感器102輸出改變的電壓信號。處理器103根據(jù)壓電傳感器102輸出的不同的電壓信號，繪制出預設區(qū)域的表面形貌圖，將該形貌圖作為采集到的指紋。

相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本實施方式中提供的指紋采集裝置，使用掃描探針采集指紋，在采集指紋的整個過程中都不會接觸人體表面，避免了因接觸人體表面造成的指紋形變，提升了指紋采集的準確性；通過電壓信號繪制預定區(qū)域的表面形貌圖，并將該形貌圖作為采集到的指紋，指紋清晰，更利于對指紋的識別，避免了在光學采集指紋中攝像頭拍攝模糊的情況，增加了指紋采集的準確性。

本發(fā)明的第二實施方式涉及一種指紋采集裝置。第二實施方式在第一實施方式基礎(chǔ)上作了進一步改進，主要改進之處在于：在第二實施方式中，設置在預設區(qū)域的夾具，用于固定待掃描的手指，掃描探針以蛇形方式進行掃描，處理器為獨立設置的終端。

具體的說，掃描探針101隨著距離的變化顯著，為了避免在掃描中出現(xiàn)因手指抖動出現(xiàn)的采集誤差，在預設區(qū)域內(nèi)設置夾具，用于固定帶掃描的手指。夾具不能遮擋掃描探針101對手指的掃描。處理器103為獨立設置的終端。本實施方式以圖2所示的裝置工作示意圖為例進行說明。

掃描探針101、壓電傳感器102和處理器103依次連接。其中，處理器103為獨立設置的終端，可以為計算機。預先設置一個平面作為基準平面，本實施方式以水平面為基準平面。預先設置掃描區(qū)域，該區(qū)域可以為手指表面的區(qū)域。驅(qū)動掃描探針101的懸臂使掃描探針101在該預設區(qū)域內(nèi)以恒定的振幅上下振動，并以一定的頻率振動，其中，掃描探針在二維平面移動頻率越快，掃描速度也就越快。同時，壓電傳感器103輸出電壓信號，掃描探針101使用蛇形掃描的方式對預設區(qū)域內(nèi)表面進行掃描，掃描路徑如圖3所示。當掃描探針101經(jīng)過手指表面凸起表面時，掃描探針101與凸起表面的吸引力變大，改變壓電傳感器102兩端的電壓，壓電傳感器102輸出改變的電壓信號；當掃描101經(jīng)過手指表面凹進去的表面時，掃描探針101與凹進去的表面間的吸引力變小，改變壓電傳感器102兩端的電壓，壓電傳感器102輸出改變的電壓信號。處理器103根據(jù)壓電傳感器102輸出的不同的電壓信號，繪制出預設區(qū)域的表面形貌圖，將該形貌圖作為采集到的指紋，其中，繪制的表面形貌圖可以是二維圖像，其中，二維形貌圖中，可以使用不同顏色深度用于判斷指紋表面的凹凸形狀，例如，黑色的表示凸起的表面，白色表示凹進去的表面；也可以是三維圖像。

此外，值得一提的是，可以在預設區(qū)域中設置多個采樣點，掃描探針101僅在各采樣點中根據(jù)表面的形貌振動，采樣點越多，繪制的形貌圖就越清晰，獲得的指紋也就越清晰。

本實施方式中，預設基準平面為水平面，使掃描探針的振幅大小都以同一標準計算，水平面作為基準平面計算更方便簡單；通過設置夾具固定手指，防止手指抖動而影響掃描結(jié)果，且以蛇形方式對預設區(qū)域進行掃描，確保預設區(qū)域內(nèi)表面的完整性。獨立設置的終端作為處理器，增加了指紋采集裝置使用的靈活性。

值得一提的是，本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現(xiàn)。此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問題關(guān)系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的單元。

本發(fā)明第三實施方式涉及一種指紋采集方法，具體流程如圖4所示，包括：

步驟401：掃描探針根據(jù)預設區(qū)域的表面的形貌振動。

具體的說，預設平面可以為平滑的地面、桌面等。預設區(qū)域可以為需要采集指紋的手指表面區(qū)域。掃描探針以預設平面為基準，掃描預設區(qū)域，掃描探針在掃描時根據(jù)該預設區(qū)域的表面形貌圖振動，振動時掃描探針會有一個振幅。當掃描探針經(jīng)過手指表面凸起表面時，掃描探針與凸起表面的吸引力變大，振幅則變??；當掃描101經(jīng)過手指表面凹進去的表面時，掃描探針101與凹進去的表面間的吸引力變小，振幅則變大。

步驟402：壓電傳感器根據(jù)該掃描探針在振動時的振幅輸出電壓信號。

具體的說，壓電傳感器與掃描探針和處理器連接，當掃描探針在預設去域內(nèi)以恒定的振幅振動，當掃描探針經(jīng)過手指表面凸起表面時，掃描探針與凸起表面的吸引力變大，振幅則變小，改變壓電傳感器兩端電壓，使探針與表面間的距離恒定不變，壓電傳感器同時輸出電壓信號，當掃描101經(jīng)過手指表面凹進去的表面時，掃描探針101與凹進去的表面間的吸引力變小，振幅則變大，改變電壓傳感器兩端電壓，壓電傳感器同時輸出電壓信號。根據(jù)掃描探針在掃描的表面的形貌振動，壓電傳感器輸出不同的電壓信號。

步驟403：利用該電壓信號繪制該預定區(qū)域的表面形貌圖。

具體的說，處理器接收壓電傳感器輸出的不同電壓信號，根據(jù)該電壓信號，可以繪制處預定區(qū)域的表面形貌圖，其中，繪制的形貌圖可以是二維圖像，也可以是三維圖像。

步驟404：將該形貌圖記作采集到的第一指紋。

具體的說，經(jīng)過步驟403得到的預定區(qū)域的表面的形貌圖記作采集到的第一指紋。

相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本實施方式中提供的一種指紋采集方法，通過掃描探針以預設平面為基準平面，統(tǒng)一掃描的數(shù)據(jù)，在預設區(qū)域內(nèi)掃描，壓電傳感器根據(jù)掃描探針的振幅輸出電壓信號并以該電壓信號繪制預設區(qū)域內(nèi)的表面形貌圖，使得無需接觸人體即可采集指紋，避免了因接觸人體造成的指紋形變，提高了指紋采集的準確性，且通過電壓信號繪制預設區(qū)內(nèi)的表面形貌圖，形成的第一指紋更加清晰，更利于指紋的識別。

不難發(fā)現(xiàn)，本實施方式為與第一實施方式相對應的系統(tǒng)實施例，本實施方式可與第一實施方式互相配合實施。第一實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)在本實施方式中依然有效，為了減少重復，這里不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)也可應用在第一實施方式中。

本發(fā)明的第四實施方式涉及一種指紋采集方法。第四實施方式是對第三實施方式的改進，主要改進之處在于：在第四實施方式中，為預設區(qū)域設置多個采樣點，掃描探針在預設區(qū)域中各采樣點的表面振動；在將形貌圖作為采集到的指紋后，對指紋進行識別。具體流程如圖5所示，包括：

步驟501：在預設區(qū)域設置多個采樣點。

具體的說，以水平面作為基準平面，預設區(qū)域為待采集手指的手指表面，為預設區(qū)域設置多個采樣點，采樣點越多，掃描探針掃描的越細致，采集到的指紋的分辨率就會越高，可以根據(jù)實際需求，設置采樣點的數(shù)量。

步驟502：掃描探針根據(jù)該預設區(qū)域中各采樣點的表面的形貌振動。

具體的說，掃描探針只在預設區(qū)域中各個采樣點的表面振動，掃描探針根據(jù)各采樣點的表面的形貌振動，例如，在預設區(qū)域內(nèi)設置100個采樣點，掃描探針在100個采樣點中根據(jù)表面形貌振動。

步驟503：壓電傳感器根據(jù)該掃描探針在振動時的振幅輸出電壓信號。

具體的說，掃描探針僅在各采樣點振動，同時，壓電傳感器僅在采樣點振動時輸出電壓信號。

步驟504：利用該電壓信號繪制該預定區(qū)域的表面形貌圖。

步驟505：將該形貌圖記作采集到的第一指紋。

步驟506：比對該第一指紋和預存的指紋，輸出比較結(jié)果。

具體的說，預存的指紋，可以時預存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的指紋，當處理器繪制出第一指紋后，處理器將獲取數(shù)據(jù)庫中存儲的指紋，處理器提取一個預存的指紋，與繪制的第一指紋進行比對，比較第一指紋和預存指紋的相似度，并根據(jù)相似度，輸出比較結(jié)果。

此外，步驟503至步驟505與第三實施例的步驟402至步驟404大致相同，為了減少重復，步驟503至步驟505不在做贅述。

本實施方式中提供了一種指紋采集方法，通過在預設區(qū)域設置采樣點，掃描探針僅在各采樣點中振動，采樣點越多，采集到的指紋圖像越清晰，使得采集到的指紋圖像的分辨率可以根據(jù)實際需要用戶自己設置，提高了指紋采集的可控性；通過比對第一指紋和預存指紋的相似度輸出指紋識別的結(jié)果，簡化了指紋識別的流程，加快了指紋識別的速度。

由于第二實施方式與本實施方式相互對應，因此本實施方式可與第二實施方式互相配合實施。第二實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)在本實施方式中依然有效，在第二實施方式中所能達到的技術(shù)效果在本實施方式中也同樣可以實現(xiàn)，為了減少重復，這里不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)也可應用在第二實施方式中。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一個設備(可以是單片機，芯片等)或處理器(processor)執(zhí)行本申請各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。