本发明涉及光学技术领域， 尤其涉及一种对生物特征进行成像的 技术。 背景技术

虹膜识别是一种新兴的生物识别技术， 在身份识别领域应用不断 扩大。 安全便捷的身份识别是开展面向移动终端业务 服务的难点。 目 前用移动终端作为身份确认的手段主要依赖密 码和卡， 存在难记忆、 易被窃取， 安全性低等问题。 在众多身份识别技术中， 虹膜识别的安 全性和精确度最高， 具有个体唯一、 不需要记忆、 不能被窃取， 安全 级别高等优点。

在现有技术中， 虹膜成像设计一般采用定焦设计， 用户需要主动 配合来寻找合适的虹膜成像位置， 导致需要附加额外的硬件设备如测 距传感器、 三色指示灯等； 也有些虹膜成像系统采用步进电机或者直 流电机来驱动镜头的前后移动实现虹膜自动对 焦和成像， 但仍然需要 测距传感器来测量距离， 并且步进电机或者直流电机的体积大， 功耗 大。 这些均导致虹膜成像系统的体积大大增加， 识别速度拉长， 用户 体验差， 无法微型化集成应用到需求量更广的移动终端 。 发明内容

本公开的目的在于提供一种生物特征成像方法 和设备以及包含该 设备的移动终端， 从而减轻或消除上面提及的一个或者多个问题 。

根据本公开的一个方面， 提供了一种生物特征成像设备， 其中该 设备包括： ，

光学镜头部件， 用于对感兴趣区域的生物特征进行光学成像； 图像传感器， 用于将包含所述生物特征的光学图像转换成电 子图 像；

微电机， 用于调节所述光学镜头部件； 以及

微电机控制器， 用于获取所述电子图像的图像质量信息， 根据所 述电子图像的图像质量信息控制微电机调节所 述光学镜头部件以实现 对所述感兴趣区域的生物特征进行自动对焦控 制。

根据本公开的另一方面， 还提供了一种移动终端， 其中该移动终 端包括如上所述的生物特征成像设备。

根据本公幵的又一方面， 还提供了一种生物特征成像方法， 其中 该方法包括以下步骤：

获取通过光学镜头部件捕获的感兴趣区域的生 物特征的图像； 获取所述图像的图像质量信息； 以及

根据所述图像的图像质量信, 控制微电机调节所述光学镜头部件 以实现对所述感兴趣区域的生物特征进行自动 对焦控制。

与现有技术相比， 本公开能够根据生物特征的电子图像的图像质 量信息对该生物特征进行自动对焦控制， 避免了传统地通过测量成像 设备与被摄体之间的物理距离进行自动对焦， 从而不需要配置测距所 需的硬件， 例如测距传感器。 另外， 本公开采用微型电机以替代步进 电机或者直流电机来调节光学镜头部件。 这些都为生物特征成像设备 的小型化提供了可能。 附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施 例所作的详细描 述， 本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：

图 1示出根据本公开一个方面的生物特征成像设� �示意图； 图 2示出根据本公开另一方面的生物特征成像设� �示意图； 图 3示出根据本公开一个方面的生物特征成像方� �流程图； 图 4示出根据本公开实施例的音圈电机的示意图� �

图 5示出根据本公开实施例的微机电系统致动器� �示意图； 图 6 示出根据本公开实施例的双眼分割定位成左右 眼两个单独的 单眼虹膜图像的示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似 的部件。 具体实施方式

本领域的技术人员应当明白本发明可以以脱离 这些具体细节的其 它实现方式来实现。 而且为了不模糊本发明， 在当前的说明中省略了 已知的功能和结构的并非必要的细节。 下面结合附图对本公开作进一步详细描述。

图 1示出根据本公开一个方面的生物特征成像设� �示意图。如图 1 所示，生物特征成像设备 100包括光学镜头部件 1 10 , 图像传感器 120, 微电机 140以及微电机控制器 130。

光学镜头部件 1 10用于对感兴趣区域 13 的生物特征 12进行光学 成像。

具体地， 光学镜头部件 1 10 可以是光学镜头组， 其实现在一个固 定成像焦平面的生物特征信息的成像。 光学镜头组的材料可以采用全 玻璃镜头、 全塑料镜头、 玻璃与塑料镜头相结合或者液体镜头等混合 材料。 在本文中， 将虹膜作为生物特征的实例来描述本公开的实 施例， 但本领域技术人员应当理解， 生物特征还包括视网膜、 眼纹、 唇紋、 面部以及静脉等。 感兴趣区域 13指代光学镜头部件成像能够保持聚焦 清晰的区域， 即光学镜头部件能够对位于感兴趣区域中的生 物特征进 行清晰成像。 感兴趣区域 13的大小根据光学镜头部件的景深确定， 景 深是指成像系统能够保持聚焦清晰的最近和最 远的距离之差。 它决定 了用户可以距离生物特征成像设备的远近的冗 余度范 ， 或者是生物 特征识别的使用范围。 另外， 光学成像原理是本领域公知的技术， 为 了简洁起见， 在此不再赘述。

图像传感器 120用于将从光学镜头部件 1 10获取的生物特征的光 学图像转换成电子图像。

具体地， 图像传感器 120 可以包括电荷耦合元件 （CCD ) 和金属 氧化物半导体元件（CMOS )等感光元件， 并利用感光元件将生物特征 的光学成像转换成电子信号以获得相应的电子 图像。 在一个实施例中， 电子图像包括静态图像和动态图像格式， 动态图像是由多帧静态图像 按照时间顺序排列组合在一起的静态图像流， 也称视频格式。 电子图 像可以被存储成预定的图像格式， 包括但不限于 BMP, JPEG、 TIFF , RAW, GIF和 PNG等。 电子图像的信息也可以以二进制比特的表征形 式保存在緩存或者内存中， 比如每个图像像素使用 8 特， 10比特， 12 比特,或者 24比特的二进制信息来代表，这些信息会作为� ��续生物图像 分析、 识别等的基本处理信息。

本领域技术人员应当理解， 上述将光学图像转换成电子图像的方 式仅为举例， 其他现有的或今后可能出现转换方式如可适用 于本发明， 也应包含在本发明保护范围以内， 并在此以引用方式包含于此。

微电机控制器 130用于获取、 传递、 或分析图像传感器 120转换 的电子图像（包括静态图像和动态图像)的图� �（或视频）质量特征信息， 然后， 根据所述电子图像的图像、 视频质量信息实时分析图像的生物 特征或清晰度并利用微电机 140调节光学镜头部件 1 10的成像组件特 性以实现对所述感兴趣区域的生物特征进行自 动对焦控制。

具体地， 微电机控制器 130例如可以从图像传感器 120获取电子 图像， 并对该电子图像进行评估以获得该电子图像的 图像质量特征信 息， 例如图像的清晰度、 或生物特征。 在对电子图像质量进行评估时， 可以对电子图像整体进行评估， 以获得该电子图像的整体图像质量信 息； 也可以首先识别出电子图像中所包含的生物特 征 （例如虹膜） 图 像， 然后评估该生物特征图像以获得该生物特征的 图像质量信息， 并 将其作为所述电子图像的图像质量信息。 所述图像质量信息包括但不 限于图像的清晰度、 对比度、 平均灰度、 图像信息熵、 瞳孔间距、 瞳 孔直径、 虹膜直径、 水平眼角宽度等。

例如， 针对图像传感器 120 所采集得到的任一帧电子图像， 微电 机控制器 130 可以快速定位到所感兴趣的生物特征区域， 比如人眼的 虹膜区域。 以虹膜为例， 所述微电机控制器 130 能够对人的双眼区域 同时成像， 针对每一帧采集的图像， 采用图像处理的算法实时计算出 人左右眼的瞳孔中心位置， 从而实现在整幅成像图像上双眼虹膜的实 时查找和实时定位， 并将所述成像图像裁剪为左眼或右眼的单眼虹 膜 图像， 如图 6所示， 图像分辨率一般为 640 x 480。 这样图像分割后所 得到的左右眼的单眼的虹膜图像，可以作为所 述生物特征成像设备 100 采集影像清晰度评估的一个分析对象。 然后的， 针对任意一个单眼或 双眼的虹膜进行图像分析其图像质量函数 ImageQualityMetncs, 该函 数的计算可以通过多种能量传递函数 F实现， 包括但不限于离散余弦 变换 （DCT ) , 快速傅立叶变换 （FFT ) 或者小波变换 （Wavelet ) 等。 计算得到的图像质量信息可以是一组图像质量 数组， 也可以是单一图 像质量参数， 包括但不限于图像的清晰度、 对比度、 平均灰度、 图像 信息熵、 瞳孔间距、 瞳孔直径、 虹膜直径等。

需要指出的是， 以上从电子图像中识别生物特征的图像处理算 法 例如参见中国专利申请 CN102855476A 中的图像处理过程， 该专利申 请将作为本说明书的一部分全文引用于此。 然而， 本领域技术人员应 当理解， 上述图像处理的方式仅为举例， 其他现有的或今后可能出现 图像处理方式如可适用于本发明， 也应包含在本发明保护范围以内， 并在此以引用方式包含于此。

可替换地， 微电机控制器 130 也可以将电子图像发送给第三方图 像质量评估设备 （比如计算机、 处理器、 服务器等未示出） ， 该第三 方图像质量评估设备接收该电子图像并对其进 行评估以获得图像质量 信息， 然后将该图像盾量信息反馈给微电机控制器 130。

在获得电子图像的图像盾量信息后， 微电机控制器 130 例如可以 对电子图像的图像质量信息以及图像生物特征 信息进行分析， 并据此 控制微电机 140移动光学镜头部件 1 10或光学镜头部件 1 10 中光学透 镜的位置， 或改变光学镜头部件 110 的光学特性， 如光学曲率半径。 这样， 例如多次重复上述过程从而实现对感兴趣区域 的生物特征的自 动对焦。 具体实现过程将在下文中详细描述。

微电机 140 用于调节光学镜头部件 1 10， 例如移动光学镜头部件 1 10或光学镜头部件 1 10中光学透镜的位置，或者例如通过改变光学� �� 头部件 1 10 中光学透镜的形状而改变光学镜头部件 1 10 的光学特性， 如光学曲率半径。

这里， 微电机 140可以是如图 4所示的音圈电机 （VCM), 它是一 种将电能转化为机械能的装置， 具体地， VCM的操作包括是电流通过 电磁 （线圈） 。 这将产生排斥永磁体的电磁场， 从而实现垂直地移动 光学透镜夹持器使光学透镜远离图像传感器。 VCM由弹簧提供的恢复 力使光学透镜接近图像传感器； 而其余的光学透镜的位置是无限远对 焦。

当考虑保证成像质量的情况下将生物特征成像 设备 100 集成在更 薄的移动终端（如手机）时， VCM会成为实现此目的的障碍。 具体地， 若要将 VCM做的更小， 则需要更小的线圈， 磁体和弹簧。 由于磁力是 与体积成正比的， 所以更小的线圈和磁体需要更多的电流才能产 生足 够的致动力， 这将使移动终端的功耗和过热的问题更加严重 。 此外， 较小的弹簧较为脆弱， 加剧了冲程迟滞、 镜头倾斜以及可靠性的问题。 由于 VCM遭受冲程迟滞的问题，所以将使针对感兴趣 的生物特征区域 (比如虹膜） 的自动对焦成像过程变得緩慢， 这样的问题在视频捕获 时变得尤为突出。 另外， VCM的高功耗将迅速消耗电池并且产生的热 量也将降低生物特征成像设备的光学性能和成 像质量。

为解决以上问题， 电机 140还可以采用如图 5 所示的微机电系 统致动器 (MEMS Actuators),其结构包括一个以,硅晶圆为基础的微 机电 机械执行器 （由可垂直移动的外壳结构组件、 提供恢复应力的弹簧和 控制外壳结构组件的静电梳状驱动器组成）， 采用半导体工艺来制造， 有机械和电子特性。 梳状驱动器是一对导电结构， 当施加直流电压时， 静电荷所产生的吸引力使梳状驱动器被拉到一 起。 通过将光学透镜放 置在中心位置， 基于生物特征的图象处理算法会在极短的时间 内运算 结合精确的位置感知定位算法， 硅微机电系统自动对焦致动器可以控 制光学镜片组中其中任何一片镜片或多片镜片 的位置移动， 而其他的 镜片可以固定在其最佳位置保持不动， 从而实现高效的自动对焦。

相较于 VCM, 微机电系统致动器能够将 VCM里面所需要的三个 部件 （线圈， 磁体和弹簧） 整合成为一个单一组件， 解决了 VCM三 个组件之间的复杂物理连接， 体积做到更小， 减小了它们之间的物理 惯性应力影响， 从而能够更加快速的对焦， 比普通 VC:M对焦的控制速 度能够快 2-4倍。 同时采用半导体工艺来制造， 特别是光刻技术， 所 以功耗能够控制到更小。

由于能够根据生物特征的电子图像的图像质量 信息对该生物特征 进行自动对焦控制， 本公开的生物特征成像设备避免了传统地通过 测 量成像设备与被摄体之间的物理距离进行自动 对焦， 从而不需要配置 测距所需的硬件， 例如测距传感器。 另外， 该生物特征成像设备采用 微型电机以替代步进电机或者直流电机来调节 光学镜头部件。 这些都 为生物特征成像设备的小型化提供了可能。 '

可选地， 生物特征成像设备 100 的各个装置之间是持续不断工作 的。 具体地， 光学镜头部件 1 10 对感兴趣区域的生物特征进行光学成 像； 随后， 图像传感器 120 将所述生物特征的光学图像转换成电子图 像； 接着， 微电机控制器 130 获取电子图像的图像质量信息， 并根据 电子图像的图像质量信息分析从而调节光学镜 头部件。 在此， 本领域 技术人员应理解 "持续" 是指各装置分别按照设定的或实时调整的工 作模式要求进行对感兴趣区域的生物特征的光 学成像、 将光学图像转 换成电子图像， 并根据电子图像的图像质量信息分析调节光学 镜头部 件直到实现对所述生物特征的期望对焦。

在一个实施例中， 微电机控制器 130 根据电子图像的图像质量信 息获得移动光学镜头部件 1 10 的步长， 并按照所述步长调节光学镜头 部件 1 10 的位置从而移动光学镜头部件 1 10的固定成像焦平面以实现 自动对焦。 具体地， 这里的步长包括光学镜头部件 1 10移动的方向（如 面向生物特征方向向前或向后） 和距离。

例如， 在获得电子图像的图像质量信息后， 微电机控制器 130 将 该图像质量信息与整个光学成像系统（即光学 镜头部件 1 10 )的经验查 找表进行对比查找， 并据此得到当前的光学成像系统的位移状态， 从 而通过查找表得到实现清晰聚焦成像状态所需 要改变的位移数量信 息， 即步,长。 然后， 微电机控制器 130 按照该步长控制并迅速调节所 述光学镜头部件的成像焦平面的位置以实现对 所述感兴趣区域的生物 特征进行自动对焦控制。

再如， 在获得一帧电子图像的图像质量信息后， 微电机控制器 130 可以先按照预定的步长朝着一个方向控制并迅 速调节所述光学镜头部 件的成像焦平面的位置来获得另一帧电子图像 ， 并采用与前面相同的 方法获得该另一帧电子图像的图像质量信息。 接着， 微电机控制器 130 将前后两帧电子图像的图像质量信息进行比较 ， 如果调节后的帧图像 质量比调节前的帧图像质量有提高， 说明微电机控制器 130对焦正确， 并继续超这个方向移动预定的步长， 否则朝着反方向移动， 多次重复 直到获得满足要求的图像质量信息。

为了使生物特征成像设备 100更加小型化，移动光学镜头部件 1 10 的空间以及光学镜头部件 1 10 本身将变得更小。 在此情况下， 通过移 动光学镜头部件或光学镜头部件中的光学透镜 来实现自动对焦将变得 更加困难。 为解决此问题， 在一个实施例中， 生物特征成像设备 100 中的光学镜头部件 1 10采用液体镜头来实现，并且其微电机控制器 130 根据电子图像的图像质量信息来驱动微电机 140 改变该液体镜头的形 状， 从而调节光学镜头部件 1 10 的光学特性， 如光学曲率半径， 以实 现自动对焦。 例如， 在获得电子图像的图像质量信息后， 微电机控制 器 130将该图像质量信息与整个光学成像系统 （即光学镜头部件 1 10 ) 的经验查找表进行对比查找， 并据此得到当前的光学成像系统的光学 曲率状态， 从而通过查找表得到实现清晰聚焦成像状态所 需要改变的 光学曲率半径。 然后， 微电机控制器 130 按照该光学曲率半径驱动微 电机 140 改变该液体镜头的形状， 从而使光学镜头部件 1 10具有该相 应的光学特性。

如本领域技术人员所知， 改变光学镜头形状以调节其光学特性所 需的力远小于移动光学镜头位置所需的力， 这将节省微电机的功耗。 对于便携式设备而言， 设备功耗是衡量其适用性的重要指标， 而低功 耗的生物特征成像设备将满足这方面的要求， 从而适于单独作为便携 式设备或集成到其他便携式设备， 如智能电话等。

可选地， 在一个实施例中， 微电机控制器 130 可以从电子图像中 确定生物特征的具有相对客观恒定数值的特定 物理属性， 获取该特定 物理属性在电子图像中的属性值作为所述电子 图像的图像质量信息， 然后根据属性值调节所述光学镜头部件以实现 对所述感兴趣区域的生 物特征进行自动对焦控制。

具体地， 微电机控制器 130 首先可以通过前述的图像分析算法定 位电子图像中生物特征， 并根据该生物特征例如在生物特征特定属性 列表中查询与该生物特征相对应的具有相对客 观恒定数值的特定物理 属性。 这里所说的 "相对客观恒定数值" 是指生物特征的特定物理属 性的数值在客观世界中变化很小， 其不随着生物特征的宿主的不同而 发生较大变化。 例如， 当电子图像中的生物特征为人类双眼虹膜 （即 电子图像中包括人的双眼） 时， 可以查询获得与双眼虹膜对应的特定 属性为瞳孔间距 ? (如图 1所示） ， 因为正常人瞳孔间距 变化很小， 可视为恒定。

在确定生物特征的特定物理属性后， 由于生物特征成像设备 100 的光电传递函数已知， 微电机控制器 130 可以计算该特定物理属性在 电子图像中的属性值。 例如， 微电机控制器 130 可以计算人的瞳孔间 距在电子图像中的像素距离值/ 。

接着， 微电机控制器 130 可以基于计算获得特定物理属性在电子 图像中的属性值， 如瞳孔间距的像素距离值/ ， 计算感兴趣区域 13的 生物特征与生物特征成像设备 100之间的物距 Z), 如人眼虹膜平面 12 到光学镜头部件 1 10或者图像传感器 120的距离。 例如， 光学镜头部 件 1 10 的光学特性参数已知， 其光学视场角 1 1 已知， 而且人瞳孔间 距 基本恒定， 其变化对于计算物距 D影响 ^艮小， 因此， 物距 D和人 瞳孔间距的像素距离值 可视为成反比关系， 即分析计算得到的人瞳 孔间距的像素距离值 /7 ' 越大，人眼离成像设备 100的距离约小（近）； 分析计算得到的人瞳孔间距的像素距离值 越小， 人眼离成像设备

100的距离约大（远）； 因此可通过如前所述的传递函数 计算出物距 D, 即

D =F ( ρ' ) 而且这个传递函数 F 针对不同的成人变化很小， 因此可以视为经 验函数恒定不变， 对成年人普遍适用。

然后， 微电机控制器 130可以根据计算荻得的物距 D和光学镜头 部件 1 10当前的成像焦距 _d 来比较从而有目的地调节所述光学镜头部 件 1 10以实现自动对焦。 例如， 微电机控制器 130可以计算物距 D和 成像焦距 ι之差 L ( L= D- f _d ) ， 此 就是使光学镜头部件 1 10能够 对感兴趣区域的生物特征进行清晰成像所需要 移动的对焦向量， 因此 移动光学镜头部件 1 10的步长即为 。 在此情况下， 微电机控制器 130 可以按照该步长 L驱动微电机将光学镜头部件 1 10移动到指定位置从 而完成自动对焦。 可替换地， 例如， 当光学镜头部件 1 10 的光学镜头 组中包含液体镜头时， 微电机控制器 130可以通过驱动微电机 140改 变液体镜头的形状来调整该液体镜头的光学曲 率半径以使得改变后的 光学镜头部件 1 10新的成像焦距 _d 的值趋近于物距 ， 从而完成自动 对焦。

可选地， 如图 2所示， 生物特征成像设备 100还可以包括一个或 多个照明部件 150 ,用于在对感兴趣区域中的生物特征进行光学� �像时 对感兴趣区域进行照明， 以增强采集图像的亮度。

照明部件 150 例如可以是发光二极管 （LED ) , 也可以是其他种 类的照明器件， 并且照明部件 150 可以采用可见光或近红外光进行照 明。 照明部件 150在生物特征成像设备 100上的位置可以距离光学镜 头部件 1 10等间距放置，也可以围绕光学镜头部件 1 10 360度任意放置， 间距任意。

照明部件 150 所发出的光的中心光谱可以根据具体待成像的 生物 特征进行设定。 例如， 若生物特征为虹膜， 则采用的近红外光的中心 光语范围包括 700nm至 950nm。

进一步地， 当对人体虹膜进行成像时， 由于不同人种的虹膜特征 (例如颜色） 不尽相同， 为了实现对不同人种的虹膜进行清晰成像， 可以采用不同中心光谱的照明部件对其进行照 明。 例如， 生物特征成 像设备 100包括三个发射近红外光的 LED灯，每个 LED灯发射的近红 外光的中心光谱分别为 780nm和 850nm和 940nm, 以便对不同人种深 浅不同的虹膜进行更好的成像照明。

在一个实施例中， 生物特征成像设备 100 可以对单眼虹膜进行成 像， 也可以对双眼虹膜同时进行成像。

例如， 若对单眼虹膜进行清晰成像以用于虹膜识别， 则光学镜头 部件 1 10在眼睛水平方向的光学分辨率需大于等于 640像素， 垂直方 向的光学分辨率需大于等于 480像素。 相应地， 图像传感器 120的图 像分辨率需大于或等于光学镜头部件的光学分 辨率。

若需对双眼虹膜进行一次清晰成像以用于汉眼 虹莫识别， 则光学 镜头部件 1 10在双眼水平方向的光学分辨率需大于等于 1500像素， 垂 直方向的光学分辨率需大于等于 480 像素， 从而保证每只单眼的图像 的光学分辨率。 相应地， 图像传感器 120 的图像分辨率需大于或等于 光学镜头部件的光学分辨率。

可选地， 生物特征成像设备 100 还包括滤光片 （未示出） ， 其位 于待成像生物特征和光学镜头部件之间， 以过滤该生物特征进入光学 镜头部件 1 10 的光， 从而能够降低外界环境对生物特征成像的影响 ， 特别是室外环境太阳光、 杂散光、 灯光和黑暗环境。

图 3 示出根据本公开一个方面的生物特征成像方法 流程图。 现参 照图 1和图 3描述该生物特征成像方法的处理过程。

在步骤 310 ,生物特征成像设备 100获取通过光学镜头部件捕获的 感兴趣区域的生物特征的图像。

例如， 生物特征成像设备 100 可以利用光学镜头部件,如光学镜头 组对感兴趣区域的生物特征进行光学成像。 光学镜头组的材料可以采 用全玻璃镜头、 全塑料镜头、 玻璃与塑料镜头相结合或者液体镜头等 混合材料。 在本文中， 将虹膜作为生物特征的实例来描述本公开的实 施例， 但本领域技术人员应当理解， 生物特征还包括见网膜、 眼纹、 唇纹、 面部以及静脉等。 感兴趣区域指代成像能够保持聚焦清晰的区 域， 即生物特征成像设备 100 能够对位于感兴趣区域中的生物特征进 行清晰成像。 可选地， 在对感兴趣区域的生物特征进行光学成像时， 可以采用可见光或近红外光对被摄对象进行照 明， 以便获得更高的光 学成像质量。

随后， 生物特征成像设备 100 可以利用电荷耦合元件 （CCD ) 和 金属氧化物半导体元件（ CMOS )等感光元件将生物特征的光学成像转 换成电子信号以获得相应的电子图像， 该电子图像即为要获取的生物 特征的图像。 在一个实施例中， 电子图像包括静态图像和动态图像格 式， 动态图像是由多帧静态图像按照时间顺序排列 组合在一起的静态 图像流， 也称视频格式。 电子图像可以被存储成预定的图像格式， 包 括但不限于 BMP, JPEG、 TIFF, RAW, GIF和 PNG等。 电子图像的信 息也可以以二进制比特的表征形式保存在緩存 或者内存中， 比如每个 图像像素使用 8比特， 10比特， 12比特,或者 24比特的二进制信息来代 表， 这些信息会作为后续生物图像分析、 识别等的基本处理信息。

本领域技术人员应当理解， 上述将光学图像转换成电子图像的方 式仅为举例， 其他现有的或今后可能出现转换方式如可适用 于本发明， 也应包含在本发明保护范围以内， 并在此以引用方式包含于此。

本领域技术人员应当理解， 上述获取感兴趣区域的生物特征的图 像的方式仅为举例， 其他现有的或今后可能出现转换方式如可适用 于 本发明， 也应包含在本发明保护范围以内， 并在此以引用方式包含于 此。

在步骤 320 中， 生物特征成像设备 100获取在步骤 310 中获取的 生物特征的图像（包括静态图像和动态图像)� �图像（或视频）质量信息。 例如， 生物特征成像设备 100 可以对电子图像整体进行评估， 以获得 该电子图像的整体图像质量信息； 也可以首先识别出电子图像中所包 含的生物特征 （例如虹膜） 图像， 然后评估该生物特 图像以获得该 生物特征的图像质量信息， 并将其作为所述电子图像的图像质量信息。 所述图像质量信息包括但不限于图像的清晰度 、 对比度、 平均灰度、 图像信息熵等。

例如， 针对所述获得的任一帧电子图像， 生物特征成像设备 100 可以快速定位到所感兴趣的生物特征区域， 比如人眼的虹膜区域。 以 虹膜为例， 生物特征成像设备 100 能够对人的双眼区域同时成像， 针 对每一帧采集的图像， 采用图像处理的算法实时计算出人左右眼的瞳 孔中心位置， 从而实现在整幅成像图像上双眼虹膜的实时查 找和实时 定位， 并将所述成像图像裁剪为左眼或右眼的单眼虹 膜图像， 如图 6 所示， 图像分辨率一般为 640 X 480。 这样图像分割后所得到的左右眼 的单眼的虹膜图像， 可以作为所述生物特征成像设备 100 采集影像清 晰度评估的一个分析对象。 然后的， 针对任意一个单眼或双眼的虹膜 进行图像分析其图像质量函数 ImageQualityMetrics, 该函数的计算可 以通过多种能量传递函数实现， 包括但不限于离散余弦变换（ DCT ) , 快速傅立叶变换 （FFT ) 或者小波变换 （Wavelet ) 等 计算得到的图 像质量可以是一组图像质量数组， 也可以是单一图像质量参数， 包括 但不限于图像的清晰度、 对比度、 平均灰度、 图像信息熵、 瞳孔间距 等。

在步骤 330, 生物特征成像设备 100根据所述电子图像的图像（或 视频） 质量信息并利用微电机设备调节光学镜头部件 特性以实现对所 述感兴趣区域的生物特征进行自动对焦控制。

例如， 在获得电子图像的图像质量信息后， 生物特征成像设备 100 例如可以对电子图像的图像质量信息进行分析 ， 并据此驱动微电机产 生电磁力来移动光学镜头部件的位置或改变光 学镜头部件的光学特 性， 如光学曲率半径， 从而实现对感兴趣区域的生物特征的自动对焦 。 具体实现过程将在下文中详细描述。

这里的微电机可以是如图 4所示的音圈电机 （VCM), 它是一种将 电能转化为机械能的装置， 具体地， VCM的操作包括是电流通过电磁 (线圈） 。 这将产生排斥永磁体的电磁场， 从而实现垂直地移动光学 透镜夹持器使光学透镜远离图像传感器。 VCM由弹簧提供的恢复力使 光学透镜接近图像传感器； 而其余的光学透镜的位置是无限远对焦。

当考虑保证成像质量的情况下将生物特征成像 设备 100 集成在更 薄的移动终端（如手机）时， VCM会成为实现此目的的障碍。 具体地， 若要将 VCM做的更小， 则需要更小的线圈， 磁体和弹簧。 由于磁力是 与体积成正比的， 所以更小的线圏和磁体需要更多的电流才能产 生足 够的致动力， 这将使移动终端的功耗和过热的问题更加严重 。 此外， 较小的弹簧较为脆弱， 加剧了冲程迟滞、 镜头倾斜以及可靠性的问题。 由于 VCM遭受沖程迟滞的问题， 所以将使自动对焦过程变得缓慢， 这 样的问题在视频捕获时变得尤为突出。 另外， VCM的高功耗将迅速消 耗电池并且产生的热量也将降低生物特征成像 设备的光学性能和成像 质量。

为解决以上问题， 微电机还可以采用如图 5 所示的微机电系统致 动器 (MEMS Actuators) ,其结构包括一个以硅晶圆为基础的微机电机� � 执行器 （由可垂直移动的外壳结构组件、 提供恢复应力的弹簧和控制 外壳结构组件的静电梳状驱动器组成） ， 采用半导体工艺来制造， 有 机械和电子特性。 梳状驱动器是一对导电结构， 当施加直流电压时， 静电荷所产生的吸引力使梳状驱动器被拉到一 起。 通过将光学透鏡放 置在中心位置， 基于生物特征的图象处理算法会在极短的时间 内运算 结合精确的位置感知定位算法， 硅微机电系统自动对焦致动器可以控 制光学镜片组中其中任何一片镜片或多片镜片 的位置移动， 而其他的 镜片可以固定在其最佳位置保持不动， 从而实现高效的自动对焦。

相较于 VCM, 微机电系统致动器能够将 VCM里面所需要的三个 部件 （线圈， 磁体和弹簧） 整合成为一个单一组件， 解决了 VCM 三 个组件之间的复杂物理连接， 体积做到更小， 减小了它们之间的物理 惯性应力影响， 从而能够更加快速的对焦， 比普通 VCM对焦的控制速 度能够快 2-4倍。 同时釆用半导体工艺来制造， 特别是光刻技术， 所 以功耗能够控制到更小。

由于能够根据生物特征的电子图像的图像质量 信息对该生物特征 进行自动对焦控制， 本公开的生物特征成像设备避免了传统地通过 测 量成像设备与被摄体之间的物理距离进行自动 对焦， 从而不需要配置 测距所需的硬件， 例如测距传感器。 另外， 该生物特征成像设备采用 微型电机以替代步进电机或者直流电机来调节 光学镜头部件。 这些都 为生物特征成像设备的小型化提供了可能。

在一个实施例中， 生物特征成像设备 100 根据电子图像的图像质 量信息获得移动光学镜头部件的步长， 并按照所述步长调节光学镜头 部件的位置从而移动光学镜头部件的固定成像 焦平面以实现自动对 焦。 这里的步长包括光学镜头部件移动的方向 （如面向生物特征方向 向前或向后） 和距离。

例如， 在获得电子图像的图像质量信息后， 生物特征成像设备 100 将该图像质量信息与整个光学成像系统的经猃 查找表进行对比查找， 并据此得到当前的光学成像系统的位移状态， 从而通过查找表得到实 现清晰聚焦成像状态所需要改变的位移数量信 息， 即步长。 然后， 生 物特征成像设备 100 按照该步长控制并迅速调节光学镜头部件的成 像 焦平面的位置以实现对所述感兴趣区域的生物 特征进行自动对焦控 制。

再如， 在获得一帧电子图像的图像质量信息后， 生物特征成像设 备 100 可以先按照预定的步长朝着一个方向控制并迅 速调节所述光学 镜头部件的成像焦平面的位置来获得另一帧电 子图像， 并采用与前面 相同的方法获得该另一帧电子图像的图像质量 信息。 接着， 生物特征 成像设备 100 将前后两帧电子图像的图像质量信息进行比较 ， 如果调 节后的帧图像质量比调节前的帧图像质量有提 高， 说明生物特征成像 设备 100 对焦正确， 并继续超这个方向移动预定的步长， 否则朝着反 方向移动， 直到获得满足要求的图像质量信息。

为了使生物特征成像设备 100 更加小型化， 移动光学镜头部件的 空间变得更小。 在此情况下， 通过移动光学镜头部件来实现自动对焦 将变得更加困难。

为解决此问题， 在一个实施例中， 生物特征成像设备 100 中的光 学镜头部件采用液体镜头来实现， 并且根据电子图像的图像质量信息 来驱动微电机改变该液体镜头的形状， 从而调节光学镜头部件的光学 特性， 如光学曲率半径， 以实现自动对焦。 例如， 在获得电子图像的 图像质量信息后， 生物特征成像设备 100 将该图像质量信息与整个光 学成像系统的经猃查找表进行对比查找， 并据此得到当前的光学成像 系统的光学曲率状态， 从而通过查找表得到实现清晰聚焦成像状态所 需要改变的光学曲率半径。 然后， 生物特征成像设备 100 按照该光学 曲率半径驱动微电机改变该液体镜头的形状， 从而使光学镜头部件具 有该相应的光学特性。

如本领域技术人员所知， 改变光学镜头形状以调节其光学特性所 需的力远小于移动光学镜头位置所需的力， 这将节省微电机的功耗。 对于便携式设备而言， 设备功耗是衡量其适用性的重要指标， 而低功 耗的生物特征成像设备将满足这方面的要求， 从而适于单独作为便携 式设备或集成到其他便携式设备， 如智能电话等。

可选地， 在一个实施例中， 生物特征成像&备 100 可以从包含生 物特征的图像中确定生物特征的具有相对客观 恒定数值的特定物理属 性， 获取该特定物理属性在图像中的属性值作为所 述图像的图像质量 信息， 然后根据属性值调节光学镜头部件以实现对所 述感兴趣区域的 生物特征进行自动对焦控制。

具体地， 生物特征成像设备 100 首先可以通过前述的图像分析算 法定位电子图像中生物特征， 并根据该生物特征例如在生物特征特定 属性列表中查询与该生物特征相对应的具有相 对客观恒定数值的特定 物理属性。 这里所说的 "相对客观恒定数值" 是指生物特征的特定物 理属性的数值在客观世界中变化很小， 其不随着生物特征的宿主的不 同而发生较大变化。 例如， 当图像中的生物特征为人类双眼虹膜 （即 图像中包括人的双眼） 时， 可以查询获得与双眼虹膜对应的特定属性 为瞳孔间距 (如图 1 所示） ， 因为正常人瞳孔间距 变化很小， 可 视为恒定。

在确定生物特征的特定物理属性后， 由于生物特征成像设备 100 的光电传递函数已知， 生物特征成像设备 100 可以计算该特定物理属 性在电子图像中的属性值。 例如， 生物特征成像设备 100 可以计算人 的瞳孔间距在电子图像中的像素距离值 ， 。

接着， 生物特征成像设备 100 可以基于计算获得特定物理属性在 电子图像中的属性值， 如瞳孔间距的像素距离值 /?， ， 计算感兴趣区 域的生物特征与生物特征成像设备 100之间的物距 D， 如人眼虹膜平 面到光学镜头部件的距离。 例如， 光学镜头部件的光学特性参数已知， 其光学视场角已知， 而且人瞳孔间距 P基本恒定， 其变化对于计算物 距 D影响 艮小， 因此， 物距 D和人瞳孔间距的像素距离值 ， 可视为 成反比关系， 并可通过如前所述的能量传递函数 计算出物距 D, 即

D =F ( p， ） 然后， 生物特征成像设备 100可以根据计算获得的物距 D和光学 镜头部件当前的成像焦距 _d 来调节光学镜头部件以实现自动对焦。 例 如，生物特征成像设备 100可以计算物距 D和成像焦距 _d 之差 U = D- f _d ) , 此 就是使光学镜头部件能够对感兴趣区域的生物 特征进行清 晰成像所需要移动的对焦向量， 因此移动光学镜头部件的步长即为 。 在此情况下， 生物特征成像设备 100可以按照该步长 L驱动微电机将 光学镜头部件移动到指定位置从而完成自动对 焦。 可替换地， 例如， 当光学镜头部件的光学镜头组中包含液体镜头 时， 生物特征成像设备 100 可以通过驱动微电机改变液体镜头的形状来调 整该液体镜头的光 学曲率半径以使得光学镜头部件的成像焦距 _d 的值趋近于物距 Z), 从 而完成自动对焦。

由于具有体积小、 识别速度快等优点， 因此上述生物特征成像设 备可以集成到诸如智能手机、 平板电脑、 超级本、 笔记本电脑、 智能 穿戴式设备等移动终端中， 从而提供各种便利的应用。

对于本领域技术人员而言， 显然本发明不限于上述示范性实施例 的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况 下， 能够以其 他的具体形式实现本发明。 因此， 无论从哪一点来看， 均应将实施例 看作是示范性的， 而且是非限制性的， 本发明的范围由所附权利要求 而不是上述说明限定， 因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和 范围内的所有变化涵括在本发明内。 不应将权利要求中的任何附图标 记视为限制所涉及的权利要求。 此外， 显然 "包括" 一词不排除其他 单元或步骤， 单数不排除复数。 装置权利要求中陈述的多个单元或装 置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件 来实现。 第一， 第二等 词语用来表示名称， 而并不表示任何特定的顺序。