本發(fā)明涉及一種生物識別采集模組及采集方法，具體涉及一種相控陣生物識別信息采集模組及采集方法。

背景技術：

生物識別技術是指通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統(tǒng)計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性，例如指紋、臉象、虹膜等和行為特征，例如筆跡、聲音、步態(tài)等來進行個人身份鑒定的技術手段。其中，由于指紋的唯一性和便攜性等特點，指紋識別已經(jīng)成為眾多生物識別信息的主要部分，廣泛應用于金融支付、安防設施、考勤系統(tǒng)等身份信息認證識別領域。

指紋是手指表皮層上由呈線狀排列的凸起（紋峰）與凹陷（紋谷）所形成的紋路，是典型的生物體表皮紋路。傳統(tǒng)的指紋識別方式有光學識別、電容識別。其中，電容識別方式是通過指紋的紋峰和紋谷之間的凸凹與電極之間形成電容的不同來成像，進而獲得與指紋識別傳感器接觸的指紋圖案，但電容識別方式存在的缺陷是對于臟手指、濕手指等困難手指識別率低。而當前較為先進的指紋識別技術是超聲和射頻指紋識別技術，其中，射頻指紋識別技術是通過射頻傳感器發(fā)射出的微量射頻信號，穿透手指表皮層去控測里層紋路來獲得指紋圖像，可以對抗指紋上的汗水、油脂、傷痕等污漬殘留。

目前，射頻指紋采集技術只有少數(shù)國外公司能夠實現(xiàn)，例如美國專利us6512381，可實現(xiàn)射頻指紋采集，但其采用的射頻信號的頻率和相位單一，導致其探測深度和維度局限在幾十μm以內(nèi)固定深度的指紋脊線二維圖像上,不能進一步采集到包括指紋脊線、汗毛孔、毛細血管、骨骼等生物識別信息在內(nèi)的三維圖像，限制了生物識別技術的識別率、精確性、防偽性的進一步提高，無法滿足市場對更高性能生物識別技術的需求。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種相控陣生物識別信息采集模組，利用相控陣天線的頻率和相位變化進行波束電掃描，最終采集獲得具有豐富細節(jié)特征的三維圖像。

本發(fā)明采用的技術方案：一種相控陣生物識別信息采集模組，包括多個發(fā)射天線和至少一個接收天線，所述多個發(fā)射天線用于發(fā)出多種頻率和/或相位的無線信號，對生物識別信息所在部位進行波束電掃描，所述無線信號穿透生物識別信息所在部位后產(chǎn)生多個載有不同深度生物識別信息的反射信號；所述接收天線用于接收多個載有不同深度生物識別信息的反射信號,所述多個載有不同深度生物識別信息的反射信號可被處理成三維圖像。

優(yōu)選地，所述生物識別信息是指紋、毛孔、毛細血管、骨骼中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述相控陣生物識別信息采集模組還包括用于向發(fā)射天線輸入多種頻率和/或相位無線信號的無線信號發(fā)生單元，所述無線信號發(fā)生單元由無線信號發(fā)生器和控制器組成，所述控制器連接在無線信號發(fā)生器和發(fā)射天線之間，用于調(diào)節(jié)無線輸入信號的相位和/或頻率。

優(yōu)選地，所述控制器的個數(shù)為1，多個發(fā)射天線共用同一個控制器；或者所述控制器的個數(shù)等于發(fā)射天線的個數(shù)，每個發(fā)射天線都配置一個控制器。

優(yōu)選地，所述相控陣生物信息采集模組還包括與接收天線連接的圖像處理單元，用于將接收天線接收到的多個載有不同深度生物識別信息的反射信號處理成三維圖像。

優(yōu)選地，所述發(fā)射天線和接收天線是排列在一維方向上的線陣；或者，所述發(fā)射天線和接收天線排列在二維方向上的平面陣；或者，所述發(fā)射天線和接收天線是排列在曲線或曲面上的共形陣。

優(yōu)選地，所述發(fā)射天線和接收天線的個數(shù)比例為1:1、2:1或者1:2。

優(yōu)選地，所述發(fā)射天線與所述接收天線的圖案可以為三角形、正方形、菱形、矩形、正六邊形、圓形或橢圓形。

優(yōu)選地，所述發(fā)射天線發(fā)出的無線信號的頻率在1mhz~5ghz之間；所述波束電掃描的方式是相掃、頻掃、相/相掃或者相/頻掃。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種生物識別信息采集方法，利用相控陣天線的頻率和相位變化進行波束電掃描，最終獲得具有豐富細節(jié)特征的三維圖像。

本發(fā)明采用的技術方案為：一種生物識別信息采集方法，包括如下步驟：a)相控陣輻射器中的發(fā)射天線向生物識別信息所在部位發(fā)射多種具有不同相位和/或頻率的無線信號，實現(xiàn)對生物識別信息所在部位的波束電掃描；b)所述多種相位和/或頻率的無線信號穿透生物識別信息所在部位后產(chǎn)生多個載有不同深度生物識別信息的反射信號，所述多個載有不同深度生物識別信息的反射信號可以被處理成三維圖像；c)所述多個載有不同深度生物識別信息的反射信號由接收天線接收。

優(yōu)選地，還包括步驟d：將接收天線接收到的多個載有不同深度生物識別信息的反射信號傳輸至圖像處理單元，由圖像處理單元將其處理成三維圖像。

優(yōu)選地，所述生物識別信息是指紋、汗毛孔、毛細血管、骨骼中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述波束電掃描的方式是相掃、頻掃、相/相掃或者相/頻掃。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明開拓性地將相控陣原理應用于生物識別信息的采集技術中，通過向生物識別信息所在部位，例如手指指紋部位發(fā)送多個具有不同相位和頻率的無線信號來實現(xiàn)波束電掃描，從而獲得多個載有不同深度生物識別信息的反射信號，對反射信號進行后期處理即可獲得包括指紋脊線、汗毛孔、毛細血管、骨骼在內(nèi)的具有豐富細節(jié)特征且難以仿制的三維圖像，杜絕假指紋、指紋膜等生物識別信息的偽造行為；另外，采用多譜段的無線信號采集生物識別信息可以輕松穿透金屬、塑料、玻璃等材料制備的外殼，排除汗水、護手霜、傷痕等干擾實現(xiàn)生物信息的識別，解決傳統(tǒng)生物識別技術識別率低的問題，為未來生物識別技術的發(fā)展指明了方向。

附圖說明

圖1是相控陣生物識別信息采集模組的結構示意圖；

圖2是相控陣生物識別信息采集模組原理示意圖1；

圖3是相控陣生物識別信息采集模組原理示意圖2；

圖4（a）是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式一；

圖4（b）是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式二；

圖5（a）是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式三；

圖5（b）是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式四；

圖5（c）是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式五；

圖6是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式六；

圖7是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式七；

圖8是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式八；

圖9是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式九；

圖10是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式十；

圖11是本發(fā)明實施例提供的一種相控陣生物識別信息采集模組中發(fā)射天線和接收天線的排列方式十一。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參見圖1，一種相控陣生物識別信息采集模組，包括多個發(fā)射天線21和至少一個接收天線22，所述多個發(fā)射天線用于發(fā)出多種頻率和/或相位的無線信號，對生物識別信息所在部位進行波束電掃描，在本實施例中，所述生物識別信息所在部位是手指10指紋部位，所述無線信號穿透手指10后產(chǎn)生多個載有不同深度生物識別信息的反射信號，所述生物識別信息包括指紋、毛孔、毛細血管和骨骼中的一種或多種；所述接收天線22用于接收多個載有不同深度生物識別信息的反射信號；所述多個載有不同深度生物識別信息的反射信號可被處理成包括指紋脊線、汗毛孔、毛細血管、骨骼在內(nèi)的具有豐富細節(jié)特征且難以仿制的三維圖像，杜絕假指紋、指紋膜等生物識別信息的偽造行為。

需要說明的是，所述相控陣生物識別信息采集模組當然還可包括覆蓋發(fā)射天線和接收天線，并與被測者手指10相接觸的測試屏或保護屏等。

參見圖2和圖3，所述相控陣生物識別信息采集模組還包括用于向發(fā)射天線21輸入多種頻率和/或相位無線信號的無線信號發(fā)生單元30，所述無線信號發(fā)生單元由無線信號發(fā)生器31和控制器32組成，所述控制器32連接在無線信號發(fā)生器31和多個發(fā)射天線21之間，用于調(diào)節(jié)無線輸入信號的相位和/或頻率，使發(fā)射天線21發(fā)出的無線信號滿足波束電掃描的需求。在本實施例中，所述控制器的個數(shù)等于發(fā)射天線的個數(shù)，也就是每個發(fā)射天線都配有一個控制器對無線輸入信號進行頻率和/或相位的調(diào)節(jié)。參見圖3，所述多個發(fā)射天線21也可共用同一個控制器32以便節(jié)省控制器、簡化控制電路。需要注意的是，控制器的個數(shù)并不局限于此，本發(fā)明不做具體限定。

參見圖3，所述發(fā)射天線21發(fā)出的無線信號的頻率處于1mhz~5ghz之間，可以輕松穿透由金屬、塑料、玻璃等材料制成的測試屏或保護屏，排除汗水、護手霜、傷痕等干擾探測手指表皮層10a和真皮層10b內(nèi)的有關指紋信息，例如指紋脊線的波峰11和波谷12、汗毛孔、毛細血管或骨骼等信息。波束電掃描的方式具體可以是相掃、頻掃、相/相掃或者相/頻掃。其中，相掃是利用移相器改變相位關系來實現(xiàn)波束電掃；頻掃是利用改變工作頻率的方法來實現(xiàn)波束電掃；相/相掃是利用移相器控制平面陣兩個角坐標實現(xiàn)波束電掃；而相/頻掃是利用移相器控制平面陣一個坐標而另一坐標利用頻率變化控制來實現(xiàn)波束電掃。多種波束電掃描方式的組合可以進一步提高生物識別信息采集模組的識別度和抗干擾性能，實現(xiàn)自適應采集、拓撲搜索和智能識別等功能。

進一步地，所述相控陣指紋采集模組還包括與接收天線22連接的圖像處理單元40，用于將接收天線22接收到的多個載有不同深度生物識別信息的反射信號處理成包括指紋、汗毛孔、毛細血管、骨骼在內(nèi)的具有豐富細節(jié)且難以仿制的三維圖像，杜絕假指紋、指紋膜等生物識別信息的偽造行為。

在本實施例中，所述發(fā)射天線和接收天線的比例為1:1，每個發(fā)射天線21和接收天線22組成一個相控陣輻射器20，所述發(fā)射天線和接收天線的排列可以為多種方式。

示例的，可以是排列在一維方向d1或d2上的線陣，如圖4(a)和4（b）所示，所述發(fā)射天線和接收天線在d1或d2方向上成排交替設置。

或者，所述相控陣輻射器可以是排列在二維方向d1和d2上的平面陣，如圖5（a）至5（c）所示，所述發(fā)射天線和接收天線在d1和/或d2方向上成排交替設置，其中d1與d2方向相互交叉，但其交叉角度不做限定；

又或者，所述發(fā)射天線和接收天線還可以是排列在曲線或曲面上的共形陣，如圖6所示，所述發(fā)射天線和接收天線在凹形曲面d3方向上成排交替設置。以凹形曲面排列的共形陣的優(yōu)勢在于：當手指接觸到凹形曲面狀測試屏上時可以獲得平面狀識別儀器無法獲得的指尖處的細微指紋信息，進一步提高指紋識別精確度。

并且，圖4至圖6僅以發(fā)射天線與接收天線的形狀相同且均為正方形為例。但發(fā)射天線和接收天線的形狀除正方形外，還可以是三角形、矩形、菱形、正六邊形、圓形或橢圓形等其他形狀，如圖6至圖10所示。此外，發(fā)射天線與接收天線的形狀也可以不相同，本發(fā)明不做限定。

這里，所述發(fā)射天線和接收天線的比例并不限定于1:1，還可以是2:1，也就是每2個發(fā)射天線和1個接收天線組成一個相控陣輻射器，如圖11所示，或者其他任意比例，但至少要保證有多個發(fā)射天線和至少一個接收天線。另外，發(fā)射天線和接收天線的尺寸越小，則生物識別信息的采集精度越高，但制備難度也越大，因此，綜合考慮，所述發(fā)射天線和接收天線優(yōu)選采用mems工藝制造而成，尺寸處于納米至微米范圍內(nèi)?？傊?，所述發(fā)射天線和接收天線的形狀、大小、比例和排列方式都有多種選擇，本發(fā)明不能窮舉。

本發(fā)明的生物識別信息采集方法包括如下步驟：

a)發(fā)射天線向生物識別信息所在部位發(fā)射具有多種相位和/或頻率的無線信號，實現(xiàn)對生物識別信息所在部位的波束電掃描。在本實施例，所要采集的生物識別信息是指紋脊線、毛孔、毛細血管、骨骼等，所述生物識別信息所在部位是手指指紋部位，所述波束電掃描的方式可以相掃、頻掃、相/相掃或者相/頻掃，具體含義如上所述；

b)所述多種相位和/或頻率的無線信號穿透手指表皮和真皮層后產(chǎn)生多個載有不同深度生物識別信息的反射信號，所述多個載有不同深度生物識別信息的反射信號可以被處理成三維圖像。具體地，所述發(fā)射天線發(fā)出無線信號的頻率為1mhz~5ghz，可以探測存在于手指表皮和真皮層內(nèi)的生物識別信息，例如指紋脊線的波峰11和波谷12、汗毛孔、毛細血管或骨骼等；

c)所述多個載有不同深度生物識別信息的反射信號由接收天線接收。

優(yōu)選地，還包括步驟d：將接收天線接收到的多個載有不同深度生物識別信息的反射信號傳輸至圖像處理單元，由圖像處理單元將其處理成包括指紋脊線、汗毛孔、毛細血管、骨骼在內(nèi)的具有豐富細節(jié)且難以仿制的三維圖像，杜絕假指紋、指紋膜等生物識別信息的偽造行為。

需要注意的是，由于指紋的唯一性，因此當本發(fā)明應用于手指指紋部位時可以實現(xiàn)超高精度的指紋識別功能，但本發(fā)明仍然可以應用于生物體表面其他部位，用于采集皮膚紋路、毛孔、血管、骨骼等圖像信息，實現(xiàn)粗略的生物信息識別。

另外，本發(fā)明所有附圖僅是生物識別信息采集模組的簡略示意圖，只為清楚描述本方案與發(fā)明點相關的結構，對于其他的與發(fā)明點無關的結構是現(xiàn)有結構，在附圖中并未體現(xiàn)或只體現(xiàn)部分。

總之，以上僅為本發(fā)明較佳的實施例，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，在本發(fā)明的精神范圍之內(nèi)，對本發(fā)明所做的等同變換或修改均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。