CN104335132A - 手指旋转的远场感测 - Google Patents

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CN104335132A CN201380028139.0A CN201380028139A CN104335132A CN 104335132 A CN104335132 A CN 104335132A CN 201380028139 A CN201380028139 A CN 201380028139A CN 104335132 A CN104335132 A CN 104335132A
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Abstract

本发明公开了一种装置，该装置包括能够从用户的手指提供指纹图像信息的一个或多个指纹图像传感器，以及能够确定手指的一个或多个被取向的一个或多个独立地设置的取向传感器。一个或多个电路被耦接到一个或多个指纹图像传感器和一个或多个取向传感器，所述一个或多个电路被配置为对来自一个或多个指纹图像传感器和一个或多个指纹取向传感器的信息进行组合。

Description

手指旋转的远场感测
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2012年6月29日提交的名称为“Far-Field Sensing forRotation of Finger”的美国临时专利申请61/666,768，以及2013年3月15日提交的名称为“Far-Field Sensing for Rotation of Finger”的美国非临时专利申请13/843,457的优先权，在此通过引用将上述每个申请全文并入本文。
技术领域
本专利申请整体涉及指纹成像和指纹传感器。
背景技术
指纹识别系统通过收集指纹图像并比较已知指纹信息的数据库来实现用户身份认证。例如，在针对被授权用户收集并处理一组指纹图像之后，可通过收集另外的指纹图像并将这些另外的图像与数据库比较来授权访问的用户。
无论是从被授权用户、访问用户还是从新用户收集指纹图像，通常都涉及确定用户手指相对于指纹传感器取向的角度。例如，如果在不同时间或者由不同传感器收集了多个图像，可以使用相对取向将不同图像与授权用户数据库中的那些进行比较。
类似地，在收集和处理指纹图像时，给定用户指纹的角度可以与授权指纹图像的取向不同。例如，在将访问用户的指纹与已知指纹进行比较时，可能需要调节从访问用户收集的指纹图像，使得可以更容易地将其与来自已知授权用户(或一组已知用户)的指纹信息进行比较。
指纹取向可能会利用大量处理能力，无论是相对于指纹传感器执行还是相对于已知指纹数据库执行。手指取向还可能给传感器设计带来困难，并且取向误差可能给指纹图像数据中引入未对准、失配和处理效应。
因此，通常需要改进指纹采集和授权技术，以实现更大的处理效率和对准能力。还需要一种指纹注册和识别系统，其对现有技术表现出的不理想失效模式是稳健的，并跨各种不同电子设备和其他应用程序提供额外的效用和价值。
发明内容
本专利申请涉及指纹成像和图像处理技术，以及利用这些技术的电子设备。根据应用，该设备可以利用配置为提供来自用户的指纹图像数据的一个或多个指纹图像传感器。一个或多个取向传感器可以独立于图像传感器设置，并被配置为确定提供图像信息的用户手指的取向。
通常，一个或多个电子电路可以耦接到成像和取向传感器，并被配置为对传感器信息进行组合以确定用户手指的取向，例如相对于电子设备的取向。然后可以配置处理器以基于与感测取向结合的指纹图像数据生成被取向的指纹图像。
一些电子设备还包括触摸屏或其他显示部件。在这些实例中，取向传感器可以围绕显示器的周边设置。或者，取向传感器可以包括在触摸屏中。
取向传感器可以包括远场传感器，其被配置为感测距离超过两毫米或更远的手指取向。例如，远场传感器可以包括配置为感测距离超过两厘米的手指取向的电容传感器。
在一些配置中，指纹传感器可以被配置到控制设备中。接地环可以围绕传感器设置，缺口或凹口被配置为基于接地强度差异确定手指取向。
可以配置各种处理器部件以基于指纹图像数据和手指取向产生单独取向图像样本。可以提供存储器以存储单独(例如被取向的)图像样本，并将多个样本组合成统一的指纹图像。
尽管公开了多个实施例，包括其变型，但从以下示出并描述本公开例示性实施例的具体实施方式中，本公开的其他实施例对于本领域的技术人员将变得显而易见。应认识到，本公开能够在各个明显的方面中进行修改，全都不脱离本公开的实质和范围。因此，附图和具体实施方式将被视为在实质上是例示性的而不是限制性的。
附图说明
虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护被认为形成本公开的主题的权利要求书，但是据信，通过下面结合附图的描述，可以更好地理解本发明，其中：
图1示出了触摸I/O设备和计算系统之间通信的概念图。
图2示出了包括指纹识别设备的系统的概念图。
图3A示出了设备一部分中包括的第一实例指纹传感器和一个或多个取向传感器的概念图，包括用户手指相对于触摸I/O设备的第一取向。
图3B示出了设备一部分中包括的第一实例指纹传感器和一个或多个取向传感器的概念图，包括用户手指相对于触摸I/O设备的第二取向。
图3C示出了设备一部分中包括的第一实例指纹传感器和一个或多个取向传感器的概念图，包括用户手指相对于触摸I/O设备的第三取向。
图4示出了设备一部分中包括的第二实例指纹传感器和一个或多个取向传感器的概念图。
图5示出了接收或处理指纹图像的同时由一个或多个取向传感器辅助的指纹传感器的概念图。
具体实施方式
本公开涉及一种指纹成像系统或装置、包括该系统或装置的电子设备以及它们的使用方法。成像系统包括被配置为提供针对用户手指的指纹图像数据的指纹传感器，以及一个或多个(例如，独立地设置的)被配置为确定手指取向的取向传感器。
处理和电路部件被配置为对来自指纹传感器和取向传感器的信息进行组合，以便确定手指相对于指纹传感器的取向并基于传感器数据生成被取向的指纹图像。在电子设备应用中，取向传感器可以围绕触摸屏或其他显示器的周边设置，且指纹传感器可以提供于控制按钮的上方或下方，例如围绕按钮设置单独的接地，以便基于接地提供取向信息。
指纹传感器设备和系统
图1示出了触摸I/O设备和计算系统之间通信的概念图。
图2示出了包括指纹识别设备的系统的概念图。
触摸I/O设备1001可经由有线或无线通信信道1002接收用于与计算系统1003交互的触摸输入。可以使用触摸I/O设备1001替代其他输入设备，诸如键盘、鼠标等，或与它们组合，向计算系统1003提供用户输入。也可以使用一个或多个触摸I/O设备1001向计算系统1003提供用户输入。触摸I/O设备1001可以是计算系统1003的整体部分(例如，膝上型电脑的触摸屏)或者可以与计算系统1003分开。
例如，触摸I/O设备1001可在用户利用用户手指触摸触摸I/O设备1001(或通过其他方式将用户手指放置在接近触摸I/O设备1001处)时，与用户交互，效果是触摸I/O设备1001可接收指纹图像数据，并任选地向用户提供接收到指纹图像数据的反馈。
触摸I/O设备1001可以包括触敏面板，其是完全透明或部分透明的、半透明的、非透明的、不透明的或它们的任何组合。触摸I/O设备1001可以被实现为触摸屏、触控板、充当触控板的触摸屏(例如，替代膝上型电脑的触控板的触摸屏)、与任何其他输入设备组合或合并的触摸屏或触控板(例如，设置于键盘上的触摸屏或触控板)或具有触敏表面用于接收触摸输入的任何多维物体。
在一个实例中，实现为触摸屏的触摸I/O设备1001可以包括部分或完全定位于至少一部分显示器上方的透明和/或半透明触敏面板。根据该实施例，触摸I/O设备1001用于显示从计算系统1003(和/或另一个来源)传输的图形数据，并且还用于接收用户输入。在其他实施例中，触摸I/O设备1001可以被实现为集成触摸屏，其中触敏部件/设备与显示部件/设备是一体的。在其他实施例中，可以将触摸屏用作补充或额外的显示屏，用于显示主显示器的补充或相同图形数据，并用于接收触摸输入。
触摸I/O设备1001可以被配置为基于电容、电阻、光学、声学、感应、机械、化学测量结果或者可以相对于设备1001附近发生一次或多次触摸或接近触摸测量的任何现象，检测设备1001上一个或多个触摸或接近触摸的位置。可以使用软件、硬件、固件或它们的任何组合来处理所检测的触摸测量结果以识别并跟踪一个或多个手势或指纹。手势或指纹可以对应于触摸I/O设备1001上的静止的或非静止的、单个或多个触摸或接近触摸。可以基本上同时、连续或依次地通过以特定的方式在触摸I/O设备1001上移动一个或多个手指或其他物体来执行手势或指纹，诸如轻敲、按压、摇动、摩擦、扭转、更改取向、以不同的压力按压等。手势或指纹可通过以下动作来表征，但不限于在手指之间或用任何一个或多个其他手指进行的捏夹、滑动、轻扫、旋转、屈曲、拖拽或轻敲动作。可以由一个或多个用户用一只或多只手或它们的任何组合执行单个手势。
计算系统1003可以利用图形数据驱动显示器以显示图形用户界面(GUI)。GUI可被配置为经由触摸I/O设备1001接收触摸输入。触摸I/O设备1001被实现为触摸屏，可以显示GUI。或者，可以在与触摸I/O设备1001分开的显示器上显示GUI。GUI可以包括在界面之内特定位置显示的图形元件。图形元件可包括但不限于各种显示的虚拟输入设备，包括虚拟滚轮、虚拟键盘、虚拟旋钮、虚拟按钮、任何虚拟UI等。用户可以在触摸I/O设备1001上可能与GUI的图形元件相关联的一个或多个特定位置执行手势。在其他实施例中，用户可以在独立于GUI图形元件位置的一个或多个位置处执行手势。在触摸I/O设备1001上执行的手势可以直接或间接地操纵、控制、修改、移动、致动、启动或大体上影响图形元件，诸如GUI之内的光标、图标、媒体文件、列表、文本、图像的全部或部分等。例如，对于触摸屏而言，用户可以通过在触摸屏上的图形元件上方执行手势来与图形元件直接交互。或者，触控板一般提供间接交互。手势也可以影响未显示的GUI元件(例如，使用户界面出现)或可以影响计算系统1003之内的其他动作(例如，影响GUI、应用程序或操作系统的状态或模式)。可以结合显示的光标在触摸I/O设备1001上执行或不执行手势。例如，在触控板上执行手势的情况下，可以在显示屏或触摸屏上显示光标(或指针)，且可以经由触控板上的触摸输入控制光标以与显示屏上的图形对象交互。在触摸屏上直接执行手势的其他实施例中，用户可以直接与触摸屏上的对象交互，触摸屏上显示或不显示光标或指针。
可以响应于或基于触摸I/O设备1001上的触摸或接近触摸经由通信信道1002向用户提供反馈。可以通过光学、机械、电气、嗅觉、声学等或它们的任何组合以及可变或不可变方式传输反馈。例如，反馈可能包括与用户交互，指示(A)已经接收到一组或多组指纹图像信息，(B)已经在数据库中注册一组或多组指纹图像信息，(C)已经确认一组或多组指纹图像信息与用户相关联，或者其他。
现在关注可以在任何便携式或非便携式设备之内实现的系统架构的实施例，便携式或非便携式设备包括但不限于通信设备(例如移动电话、智能电话)、多媒体设备(例如MP3播放器、电视、收音机)、便携式或手持式电脑(例如平板电脑、上网本、膝上型电脑)、台式计算机、一体台式计算机、外围设备，或任何其他适于包括系统架构2000的系统或设备，包括这些类型设备的两个或更多个的组合。系统2000的一个实施例的框图一般可以包括一个或多个计算机可读介质2001、处理系统2004、输入/输出(I/O)子系统2006、射频(RF)或其他电磁(EMF)电路2008和音频电路2010。这些部件可以由一个或多个通信总线或信号线2003耦接。每条这样的总线或信号线都可以表示为2003-X的形式，其中X是唯一的编号。总线或信号线可以在部件之间承载适当类型的数据；每条总线或信号线可以与其他总线/信号线不同，但可以执行大体类似的操作。
显然，图中所示的架构仅仅是系统2000的一个实例架构，并且系统2000可以具有比所示更多或更少的部件，或不同配置的部件。图中所示的各种部件可以以硬件、软件、固件或它们任何组合来实现，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。
RF电路2008用于通过无线链路或网络向一个或多个其他设备发送和接收信息，并包括用于执行这种功能的公知电路。RF电路2008和音频电路2010通过外围设备接口2016耦接到处理系统2004。接口2016包括用于在外围设备和处理系统2004之间建立并维持通信的各种已知部件。音频电路2010耦接到音频扬声器2050和麦克风2052，并包括用于处理从接口2016接收的语音信号的已知电路，以使用户能够与其他用户实时通信。在一些实施例中，音频电路2010包括耳机接口(未示出)。
外围设备接口2016将系统的输入和输出外围设备耦接到处理器2018和计算机可读介质2001。一个或多个处理器2018通过控制器2020与一个或多个计算机可读介质2001通信。计算机可读介质2001可以是可存储供一个或多个处理器2018使用的代码和/或数据的任何设备或介质。介质2001可以包括存储器分级结构，包括但不限于高速缓存存储器、主存储器和辅助存储器。可以利用RAM(例如SRAM、DRAM、DDRAM)、ROM、闪存、磁和/或光存储设备(诸如磁盘驱动器、磁带、CD(光盘)和DVD(数字视频光盘))的任何组合实现存储器分级结构。介质2001还可以包括传输介质，用于承载表示计算机指令或数据的承载信息的信号(可以有或者没有在其上调制信号的载波，或任何其他形式的信号调制)。例如，传输介质可包括通信网络，包括但不限于互联网(也称为万维网)、一个或多个内联网、局域网(LAN)、无线局域网(WLAN)、存储区域网(SAN)、城域网(MAN)等。
一个或多个处理器2018可执行、运行或解释介质2001中存储的各种软件部件以执行系统2000的各种功能。在一些实施例中，软件部件包括操作系统2022、通信模块(或指令集)2024、触摸处理模块(或指令集)2026、图形模块(或指令集)2028、一个或多个应用程序(或指令集)2030和指纹感测模块(或指令集)2038。这些模块中的每一个和上述提到的应用程序对应于用于执行上述一种或多种功能以及在本专利申请中所描述的方法(例如，本文所述的计算机实现的方法和其他信息处理方法)的一组指令。这些模块(即指令集)不必被实现为独立的软件程序、过程或模块，并因此这些模块的各种子集可以在各种实施例中被组合或以其他方式重新布置。在一些实施例中，介质2001可存储以上所识别的模块和数据结构的子集。此外，介质2001可存储上述未描述的另外的模块和数据结构。
操作系统2022包括各种过程、指令集、软件部件和/或驱动器以用于控制和管理一般系统任务(例如，存储器管理、存储设备控制、电源管理等)，并且有利于各个硬件和软件部件之间的通信。
通信模块2024有利于通过一个或多个外部端口2036或通过RF电路2008与其他设备通信，并且包括用于处理从RF电路2008和/或外部端口2036所接收的数据的各种软件部件。
图形模块2028包括用于在显示表面上渲染、以动画方式显示和显示图形对象的各种已知软件部件。在触摸I/O设备2012是触敏显示器(例如触摸屏)的实施例中，图形模块2028可包括用于在触敏显示器上渲染、显示和以动画方式显示对象的部件。
一个或多个应用程序2030可包括安装于系统2000上的任何应用程序，包括但不限于浏览器、地址簿、通讯录、电子邮件、即时消息、文字处理、键盘仿真、桌面小程序、启用JAVA的应用程序、加密、数字版权管理、语音识别、语音复制、位置确定能力(诸如由全球定位系统(GPS)或其他定位系统提供)、音乐播放器等。
触摸处理模块2026包括用于执行与触摸I/O设备2012相关联的各种任务的各种软件部件，包括但不限于通过触摸I/O设备控制器2032接收和处理从I/O设备2012接收的触摸输入。
系统2000还可以包括指纹感测模块2038，用于执行本文结合图1-图4所述的方法/功能。指纹感测模块2038可以至少被执行，或以其他方式用于执行与指纹传感器相关联的各种任务，诸如接收和处理指纹传感器输入。指纹感测模块2038还可以控制指纹传感器2042的特定操作方面，诸如其捕获指纹数据和/或将其传输到处理器2018和/或安全处理器2040。模块2038还可以与触摸I/O设备2012、图形模块2028或其他图形显示器交互。模块2038可以被实现为硬件、软件、固件或它们的任何组合。尽管模块2038被示为驻留在介质2001之内，但模块2038的全部或部分可以实现于系统2000之内的其他部件之内或者可以整体实现为系统2000之内的独立部件。
I/O子系统2006耦接到触摸I/O设备2012和一个或多个其他I/O设备2014，用于控制或执行各种功能。触摸I/O设备2012通过触摸I/O设备控制器2032与处理系统2004通信，该控制器包括用于处理用户触摸输入的各种部件(例如，扫描硬件)。一个或多个其他输入控制器2034从/向其他I/O设备2014接收/发送电信号。其他I/O设备2014可以包括物理按钮、拨号盘、滑块开关、操纵杆、键盘、触控板、另外的显示屏或它们的任何组合。
如果实现为触摸屏，则触摸I/O设备2012在GUI中向用户显示视觉输出。视觉输出可以包括文本、图形、视频及它们的任何组合。一些视觉输出或全部视觉输出可对应于用户界面对象。触摸I/O设备2012形成触敏表面，从用户接受触摸输入。触摸I/O设备2012和触摸屏控制器2032(连同介质2001中的任何关联模块和/或指令集)检测并跟踪触摸I/O设备2012上的触摸或接近触摸(以及触摸的任何移动或释放)，并将所检测的触摸输入转换成与图形对象，诸如一个或多个用户界面对象的交互。在设备2012被实现为触摸屏的情况下，用户可直接与触摸屏上显示的图形对象交互。或者，在设备2012被实现为触摸设备而非触摸屏(例如触控板)的情况下，用户可以与实现为I/O设备2014的独立显示屏上显示的图形对象间接交互。
触摸I/O设备2012可以包括类似于在以下美国专利中描述的多触摸表面的技术：6,323,846(Westerman等人)、6,570,557(Westerman等人)和/或6,677,932(Westerman)，和/或美国专利公开2002/0015024A1，在此通过引用将每者并入。
在触摸I/O设备2012为触摸屏的实施例中，触摸屏可以使用LCD(液晶显示器)技术、LPD(发光聚合体显示器)技术、OLED(有机LED)或OEL(有机电致发光)，但在其他实施例中可以使用其他显示技术。
可以由触摸I/O设备2012基于用户的触摸输入以及正在显示的内容和/或计算系统的一个状态或多个状态提供反馈。可以通过光学(例如光信号或显示的图像)、机械(例如触觉反馈、触摸反馈、力度反馈等)、电学(例如电刺激)、嗅觉、声学(例如哔哔声等)等或它们的任何组合，并以可改变或不可改变方式传输反馈。
系统2000还包括用于为各种硬件部件供电的电力系统2044，并且可包括电源管理系统、一个或多个功率源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或逆变器、电源状态指示器以及通常与便携式设备中功率的产生、管理和分配相关联的任何其他部件。
在一些实施例中，可以在单个芯片，诸如处理系统2004上实现外围设备接口2016、一个或多个处理器2018和存储器控制器2020。在其他一些实施例中，它们可在单独的芯片上实现。
除了上述内容之外，系统2000可以包括通过指纹I/O控制器2043与指纹传感器2042通信的安全处理器2040。安全处理器2040可以被实现为一个或多个处理单元。现在将描述这些各种元件的操作。
指纹传感器2042可以电容方式捕获一系列图像或节点。当合在一起时，这些节点可以形成一组指纹图像信息。在本文可以将节点集合称为“网格”、“马赛克”、“模板”或指纹信息的其他指示符。
指纹信息的每个节点都可以由指纹传感器2042(可以是阵列传感器)独立捕获。通常，在表示指纹相邻或相近部分的节点中的图像之间可能有一些重叠。此类重叠可以帮助从节点组合指纹，因为可以采用各种图像识别技术，利用重叠适当地识别和/或对准指纹信息中的相邻节点。
可以通过指纹I/O控制器2043向处理器2018和/或安全处理器2040传输感测的指纹数据。在一些实施例中，将数据从指纹I/O控制器2043直接中继到安全处理器2040。在指纹数据传输到任一处理器之前，通过指纹传感器2042、指纹I/O控制器2043或另一元件的任一种，对指纹数据进行加密、模糊化或以其他方式防止被未授权的设备或元件访问。安全处理器2040可以对数据解密以重新构造节点。在一些实施例中，可以从指纹控制器2043(或者，如果没有控制器，从传感器2042)直接向安全处理器2040传输未加密数据。安全处理器然后可以对此数据加密。
指纹数据，无论是单个节点、节点集合还是基本完整的指纹模板，都可以存储于计算机可读介质2001中并根据需要访问。在一些实施例中，仅有安全处理器2040可以访问存储的指纹数据，而在其他实施例中，安全处理器或处理器2018都可以访问此类数据。
包括取向传感器的指纹传感器
图3A示出了设备2100一部分中包括的示例性指纹传感器2042和一个或多个取向传感器2102的概念图，包括用户手指2104相对于电容性触摸屏或其他触摸I/O设备2012的第一取向。
图3B示出了设备2100一部分中包括的示例性指纹传感器2042和一个或多个取向传感器2102的概念图，包括用户手指2104相对于触摸I/O设备2012的第二取向。
图3C示出了设备2100一部分中包括的示例性指纹传感器2042和一个或多个取向传感器2102的概念图，包括用户手指2104相对于触摸I/O设备2012的第三取向。
诸如智能电话或平板电脑的设备2100包括指纹传感器2042，用户可以将他们的手指2104放置在其上或附近，效果是指纹传感器2042可接收一个或多个指纹图像。在一个实施例中，指纹传感器2042任选地包括本文描述的触摸I/O设备2012，还任选地包括一个或多个处理单元，诸如本文所述的处理器2018和安全处理器2040。此外，指纹传感器2042可以包括，或可以访问存储器或存储装置，其中其可保持和操纵指纹信息，诸如如本文所述可用于操纵和比较指纹信息的一个或多个指纹信息的数据库。
在一个实施例中，触摸I/O设备2012包括一个或多个取向传感器2102。取向传感器可以设置在围绕触摸I/O设备2012的一个或多个可选的位置。
对于第一个实例，一个或多个取向传感器2102可以围绕设备2100的边缘设置，形成大致围绕指纹传感器2042的效果。这样做的效果是，一个或多个取向传感器均可提供至少一些关于用户手指2104相对于指纹传感器2042取向的信息。对于第二个实例，一个或多个取向传感器2102可以设置于其他位置，诸如在设备2100的一面上或设备2100的背面上或设备2100的一个或多个侧面上形成图案。更一般地，一个或多个取向传感器2102可包括任何用于接近的传感器，其位于指纹传感器设备2042自身的外部，诸如指纹传感器2042所在上方按钮或触摸按钮2106的外部。
在一个实施例中，一个或多个取向传感器2102可提供相对于一个或多个指纹图像(或其样本)取向的信息。根据取向传感器2102的数量，可以将一个或多个指纹图像(或其样本)的取向的搜索空间减小到大约正负20度的极限。例如，如果有更多这样的取向传感器2102，可以将一个或多个指纹图像的取向的搜索空间减小到相对较小的极限，而如果有更少这样的取向传感器2102，可以将一个或多个指纹图像的取向的搜索空间减小到相对较大的极限。
在一个实施例中，一个或多个取向传感器2102可包括电容传感器，其效果是，当用户手指2104相对于指纹传感器2042以第一角度取向时，电容传感器将均提供关于用户手指2042距每个这样的电容传感器的距离测量的信息。例如，电容传感器可包括自电容传感器，效果是能够确定用户手指2042是否悬停在那些传感器上方。这具有如下效果：处理单元可确定用户手指2104相对于指纹传感器2042所处的角度。
更具体地，一个或多个取向传感器2102可包括电容性远场传感器，其效果是，一个或多个取向传感器2102可提供比指纹传感器2042或触摸I/O屏幕2012提供的信号相对更远的相对于用户手指21204(或手指2104或手2108)的信号。例如，在一些实施例中，由触摸I/O屏幕2012提供的信号在距触摸I/O屏幕2012几毫米之外不会有效。类似地，如果关闭触摸I/O屏幕2012，它不会提供相对于用户手指的触摸信息。
在一个实施例中，这样做的效果是，电容性远场传感器作为相对较长程电容传感器进行操作。例如，电容性远场传感器可以围绕设备2100的边缘设置，其效果是，即使在用户手指2104距一个或多个电容性远场传感器超过若干毫米(可能甚至若干厘米)时，也可以由一个或多个电容性远场传感器感测用户手指2104的取向。
例如，电容性远场传感器可以包括电容性悬停传感器，其效果是，取向传感器2102可工作，以无论用户手指2104是否实际触摸那些传感器，都确定用户手指2104的取向。
更具体地，当用户手指2104相对于指纹传感器2042成特定角度(诸如，用户手指2104的轴相对于触摸I/O设备2012的边缘成直角)时，一个或多个取向传感器2102均可以提供指示从每个特定取向传感器2102到用户手指2104的距离的信息。从这一信息，处理单元可确定用户手指2104的轴相对于触摸I/O设备2012的边缘成什么角度。这样做的效果是，当用户手指2104处于该特定取向时，处理单元可确定接收的相对于用户手指2104的任何指纹图像信息的相对取向。
对于第一个实例，面板3A示出了用户手指2104相对于触摸I/O设备2012的边缘以接近直角的角度取向。这样做的效果是，靠近用户手指2104设置的一个或多个取向传感器2102可提供表示用户手指2104不和触摸I/O设备2012的任何第二边缘交叉的信息，此外，靠近用户手指2104设置的一个或多个取向传感器2102可提供表示用户手指2104相对于指纹传感器2042取向的大致角度的信息。
对于第二个实例，面板3B示出了用户手指2104相对于触摸I/O设备2012的边缘以充分远离直角的角度取向，且用户手指2104还与触摸I/O设备2012的第二边缘交叉。这样做的效果是，靠近用户手指2104设置的一个或多个取向传感器2102可提供表示用户手指2104确实和触摸I/O设备2012的至少一个额外边缘交叉的信息，此外，靠近用户手指2104设置的一个或多个取向传感器2102可提供表示用户手指2104相对于指纹传感器2042取向的大致角度的信息。
对于第三个实例，面板3C示出了用户手指2104相对于触摸I/O设备2012的边缘以充分远离直角的角度取向，用户的两个手指2104都设置于指纹传感器上，并且其他用户的手指2104也接近一个或多个取向传感器2102设置。这样做的效果是，靠近用户手指2104设置的一个或多个取向传感器2102可提供表示用户手指2104确实和触摸I/O设备2012的至少一个额外边缘交叉的信息，此外，超过一个这样用户的手指2104可被一个或多个取向传感器2102感测到。
在这种情况下，提供关于额外用户手指2104的信息的一个或多个取向传感器2102可指示那些额外用户手指2104中的每一个的位置和取向，其效果是，处理单元可确定用户手2108的位置和取向(伴随有用于接收指纹图像数据的关于用户手指2104的位置和取向的信息)。
在一个实施例中，取向传感器2102包括远场电容传感器，该远场电容传感器能够诸如利用电容感测技术确定相对于一个或多个用户手指2104的距离信息。在这种情况下，取向传感器2102不需要充分精确的感测技术来获得充分的细节以确定指纹图像数据。它们仅仅需要充分精确的感测技术以相对于一个或多个用户手指2104确定距离测量和测量取向，或适用于类似目的的另一测量。
在本发明的上下文中，对于此类实施例中描述的任何此类限制，没有特定要求。例如，取向传感器2102可以包括光学传感器、红外传感器、超声波传感器、电阻式传感器或对EMF效应有响应的其他传感器、应变仪、温度传感器或适于实现本文相对于这种传感器描述的效果的任何其他类型的传感器。此外，取向传感器2102可以包括用于确定(替代或补充距离)相对于一个或多个用户手指2104的表面角度或其他方向性指示符的能力。
例如，在取向传感器2102包括光学传感器或红外传感器的实施例中，可以使用取向传感器2102获得用户手指2104的图片。获得用户手指2104的图片之后，取向传感器2102可利用边缘检测确定用户手指2104的取向。
图4示出了设备2100的框架2103或其他部分中包括的第二实例指纹传感器2042和一个或多个取向传感器2102的概念图。
在一个实施例中，触摸I/O设备2012包括一个或多个取向传感器2102，并任选地包括电容性触摸屏作为触摸I/O设备1001的一部分，其效果是，电容性触摸屏可相对于一个或多个用户的手指2104确定关于一个或多个位置或取向信息的信息。例如，电容性触摸屏可能能够确定一个或多个用户手指2104的接近情况，由此可以确定(诸如通过处理器2018、安全处理器2040或任何其他处理单元)关于用户手2108的位置或取向的信息，以及关于接收指纹图像所来自的用户手指2104的取向的信息。
在一个实施例中，触摸I/O设备2012使用处理单元从取向传感器2102，并任选地从电容性触摸屏接收信息，处理单元从该信息可以如上所述确定信息，处理单元从其可以确定接收指纹图像所来自的用户手指2104的取向。
在一个实施例中，触摸I/O设备2012包括由接地环2110围绕的触摸按钮2106，其效果是，接地环2110消除了除指纹传感器2042和用户指纹之间电容效应之外的无关EMF效应。在一个实施例中，接地环2110包括带凹口的圆环2110，诸如具有一个或多个由此界定的缺口的相对较圆的环，其效果是，可以相对于较圆的环2110确定最强的接地路径。例如，触摸I/O设备2012可以包括带凹口圆环2110的相邻凹口之间的差动放大器，其效果是，可以响应于用户手指2104的取向确定带凹口接地环2110的单独元件之间的接地强度的相对较小差异。
图5示出了接收或处理指纹图像的同时由一个或多个取向传感器辅助的指纹传感器的概念图。
在一个实施例中，触摸I/O设备2012包括安全处理器2040，并包括或可以访问存储器或存储设备2200，其效果是，安全处理器2040可保持并操纵指纹图像数据，连同关联的取向信息。在另选的实施例中，任何处理单元都可以访问存储器或存储设备2200。
在一个实施例中，每个指纹信息数据库都可以包括一组指纹图像数据，其可包括一组指纹图像数据，诸如可以是如本文所述通过与触摸I/O设备2012相关联的指纹传感器交互而接收的。例如，可以由指纹传感器捕获每组指纹图像数据并保持在与处理单元一起包括或可由处理单元访问的存储器或存储装置中。
在一个实施例中，指纹传感器可能未大到足以一次捕获整个指纹，且只能捕获指纹图像的样本2202。例如，可能发生的情况是，由指纹传感器捕获用户指纹图像的仅一个或多个单独图像样本2202，而不是整个指纹图像。在一个实施例中，无论是接收到整个指纹图像还是指纹图像的样本，都将指纹图像(或其样本)与取向信息相关联，因为后者是从一个或多个取向传感器接收的。在这种情况下，从一个或多个取向传感器接收取向信息旨在包括专门设置成获得取向信息的那些取向传感器，以及可能从触摸I/O设备2012的电容性触摸屏收集的任何取向信息。
在一个实施例中，安全处理器2040将所接收的(或任选地计算的)取向信息2204与指纹图像信息(或其样本)相关联。安全处理器2040操纵指纹图像信息(或其样本)，效果是产生被取向的图像样本2206。安全处理器2040可组合第一取向的图像样本2206与第二取向的图像样本2206以提供所收集样本信息2208的组合数据结构。
在另选的实施例中，安全处理器2040可将所接收的(或任选地计算的)取向信息与指纹图像信息相关联，以提供被取向的指纹图像。安全处理器2040可组合第一取向的指纹图像与第二取向的指纹图像以提供表示统一指纹图像的组合数据结构。例如，在这样一种情况下，安全处理器2040可组合第一取向的指纹图像与第二取向的指纹图像以提供表示统一指纹图像的组合数据结构，诸如包括来自第一取向的指纹图像和第二取向的指纹图像的数据的组合指纹图像。在其他实施例中，任何处理单元都可以执行上述操作的任一个。
另选的实施例
在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员将会认识到，组合指纹图像信息(或其样本)与关联的取向信息是响应和转换现实世界数据，诸如从用户指纹接收的指纹图像数据，并在生物识别安全上下文中的注册和比较指纹服务中提供有用而切实的成效。此外，在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员将会认识到，由计算设备处理指纹数据包括大量的计算机控制和编程，涉及大量的指纹信息记录，并涉及与指纹感测硬件以及任选地用于指纹注册和认证的用户界面的交互。
本公开中描述的实施例的特定方面可以被提供作为计算机程序产品或软件，其可以包括，例如，在其上存储指令的计算机可读存储介质或非暂态机器可读介质，可以用于对计算机系统(或其他电子设备)进行编程，以执行根据本公开的过程。非暂态机器可读介质包括用于以机器(例如计算机)可读的形式(例如软件、处理应用程序)存储信息的任何机制。非暂态机器可读介质可以采取但不限于如下形式：磁存储介质(例如软盘、盒式磁带等)；光存储介质(例如CD-ROM)；磁光存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除可编程存储器(例如EPROM和EEPROM)；闪存存储器；等等。
尽管已经参考各种实施例描述了本公开，但应当理解这些实施例是例示性的，本公开的范围不限于此。许多变型、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已经在特定实施例的上下文中描述了根据本公开的实施例。在本公开的各种实施例中可以以不同方式在过程中将功能分开或组合在一起，或以不同术语加以描述。这些和其他变型、修改、添加和改进可以落在以下权利要求界定的本公开的范围之内。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
一个或多个指纹图像传感器，其被配置为从用户的手指提供指纹图像数据；
一个或多个取向传感器，其独立于所述一个或多个指纹图像传感器设置，所述一个或多个取向传感器被配置为确定提供所述指纹图像信息的所述用户的所述手指的取向；和
一个或多个电路，其耦接到所述一个或多个指纹图像传感器和所述一个或多个取向传感器，所述一个或多个电路被配置为对来自所述一个或多个指纹图像传感器和一个或多个指纹取向传感器的信息进行组合以确定所述用户的所述手指的取向。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括处理器，其被配置为基于与所述手指的取向结合的所述指纹图像数据来生成针对所述用户的所述手指的取向的指纹图像。
3.一种电子设备，包括根据权利要求1所述的与触摸屏显示器结合的装置。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述一个或多个取向传感器围绕所述触摸屏显示器的周边设置。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述一个或多个取向传感器包括远场传感器，其被配置为感测与其相距超过两毫米距离的所述手指的取向。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述远场传感器包括电容传感器，其被配置为感测与其相距超过两厘米距离的所述手指的取向。
7.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述触摸屏包括所述一个或多个取向传感器，其被配置为感测距所述触摸屏显示器某一距离的所述手指的取向。
8.根据权利要求1所述的装置，还包括围绕所述一个或多个指纹图像传感器中的至少一个设置的接地环，所述接地环包括被配置为响应于所述手指的取向来确定接地强度差异的缺口或凹口。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括处理器，其被配置为基于所述指纹图像数据和所述手指的取向来产生单独的被取向的图像样本。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括用于存储所述单独的被取向的图像样本的存储器，其中所述处理器还被配置为对多个所述单独的被取向的图像样本进行组合以提供针对所述用户的所述手指的统一指纹图像。
11.一种电子设备，包括：
显示器；
指纹图像传感器，其相对于所述显示器独立地设置，所述指纹图像传感器被配置为从所述电子设备的用户的手指提供指纹图像数据；
取向传感器，其独立于所述指纹图像传感器设置，所述取向传感器被配置为提供用于确定所述手指相对于所述指纹图像传感器的取向的取向数据；和
处理器，其被配置为基于来自所述指纹图像传感器的所述指纹图像数据和来自所述取向传感器的所述取向数据来生成被取向的指纹图像。
12.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述取向传感器包括围绕所述显示器的周边设置的多个远场传感器，所述远场传感器被配置为通过感测与其相距某一距离的所述手指的取向来提供所述取向数据。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述远场传感器包括电容传感器，其被配置为通过感测与其相距超过两毫米距离的所述手指的取向来提供所述取向数据。
14.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述取向传感器包括所述显示器的触敏表面，所述显示器的所述触敏表面被配置为通过感测与其相距某一距离的所述手指的取向来提供所述取向数据。
15.根据权利要求11所述的电子设备，还包括相对于所述显示器设置的控制按钮，所述控制按钮中包括所述指纹图像传感器。
16.根据权利要求15所述的电子设备，还包括围绕所述控制按钮设置的接地环，所述接地环包括多个被配置为响应于所述手指的取向来确定接地强度差异的缺口或凹口。
17.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述处理器被配置为通过组合由所述指纹图像传感器捕获的多个单独指纹样本来生成所述被取向的指纹图像，所述单独指纹样本中的每一个与从所述取向传感器接收的取向信息相关联。
18.一种用于在具有显示器的电子设备中生成被取向的指纹图像的方法，所述方法包括：
利用独立于所述显示器而设置于所述设备上的指纹传感器来感测指纹图像数据，所述指纹图像数据表征所述电子设备用户的手指的指纹；
利用独立于所述指纹传感器而设置于所述设备上的远场取向传感器来感测针对所述手指的取向数据，所述远场取向传感器被配置为针对与其相距某一距离的所述手指生成所述取向数据；以及
基于来自所述指纹传感器的所述指纹图像数据和来自所述远场取向传感器的所述取向数据来生成被取向的指纹图像。
19.根据权利要求18所述的方法，其中感测所述取向数据包括利用围绕所述显示器设置的多个远场电容传感器来生成所述取向数据，所述多个远场电容传感器被配置为针对与其相距超过两毫米距离的所述手指来生成所述取向数据。
20.一种机器可读数据存储介质，其上存储有程序数据，所述程序数据能够由根据权利要求18所述的设备上的处理器执行，以执行其所述方法。
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