CN105550672B - 识别方法、识别装置及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种识别方法，用于识别指纹图像。首先感测用户指纹以生成指纹图像；其次，增强所述指纹图像的对比度以获得最终图像；最后将所述最终图像与特征库比对以识别所述用户指纹。本发明还公开了一种识别装置及电子装置。本发明实施方式中，通过对指纹图像进行对比度增强的处理，以使指纹图像的特征更明显，方便后续的比对识别等，提升了指纹识别准确度及成功率。

Description

识别方法、识别装置及电子装置

技术领域

本发明涉及指纹识别技术，特别涉及一种识别方法、识别装置及电子装置。

背景技术

现有某些指纹识别装置获得的指纹图像的信噪比或对比度较差，导致难以识别指纹，可能导致用户本人无法解锁装置。

发明内容

本发明的实施方式旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的实施方式需要提供一种识别方法、识别装置及电子装置。

本发明实施方式的识别方法用于识别用户指纹并包括以下步骤：

感测步骤，感测所述用户指纹以生成初始指纹图像；

处理步骤，增强所述初始指纹图像的对比度以获得最终指纹图像；及

识别步骤，将所述最终指纹图像与特征库比对以识别所述用户指纹。

通过对指纹图像进行对比度增强的处理，以使指纹图像的特征更明显，方便后续的比对识别等，提升了指纹识别准确度及成功率。解决了现有技术的某些问题。

在某些实施方式中，所述处理步骤包括：

替换步骤，将低于第一预定值的所述初始指纹图像的像素值替换为所述第一预定值和/或将高于第二预定值的所述像素值替换为所述第二预定值以得到替换后像素值；及

增强步骤，增强所述替换后像素值的对比度以获得所述最终指纹图像。

在某些实施方式中，所述第一预定值包括像素值大小位于第一比例位置的所述像素值，和/或所述第二预定值包括像素值大小位于第二比例位置的所述像素值。

在某些实施方式中，所述增强步骤包括：

将所述替换后像素值减去第三预定值再乘以增强系数以得到第一增强像素值；及

将所述第一增强像素值加上所述第三预定值以生成所述最终指纹图像。

在某些实施方式中，所述第三预定值包括所述替换后像素值的中位数。

在某些实施方式中，所述增强步骤通过接收用户输入以设置所述增强系数。

在某些实施方式中，所述初始指纹图像的像素值包括电容值。

本发明还提供了一种识别装置，可用于实现上述实施方式的识别方法，其包括：

感测模块，用于感测所述用户指纹以生成初始指纹图像；

处理模块，用于增强所述初始指纹图像的对比度以获得最终指纹图像；

识别模块，用于将所述最终指纹图像与特征库比对以识别所述用户指纹；及

存储器，用于存储所述特征库。

在某些实施方式中，所述处理模块包括：

替换模块，用于将低于第一预定值的所述初始指纹图像的像素值替换为所述第一预定值和/或将高于第二预定值的所述像素值替换为所述第二预定值以得到替换后像素值；及

增强模块，用于增强所述替换后像素值的对比度以获得所述最终指纹图像。

在某些实施方式中，所述第一预定值包括像素值大小位于第一比例位置的所述像素值，和/或所述第二预定值包括像素值大小位于第二比例位置的所述像素值。

在某些实施方式中，所述增强模块用于将所述替换后像素值减去第三预定值再乘以增强系数以得到第一增强像素值，及用于将所述第一增强像素值加上所述第三预定值以生成所述最终指纹图像。

在某些实施方式中，所述第三预定值包括所述替换后像素值的中位数。

在某些实施方式中，所述识别装置包括输入模块，所述增强模块用于通过所述输入模块接收用户输入以设置所述增强系数。

在某些实施方式中，所述感测模块包括电容传感器，所述初始指纹图像的像素值包括所述电容传感器感测的电容值。

本发明还提供了一种电子装置，其包括上述实施方式中的识别装置。

在某些实施方式中，所述电子装置包括手机、平板电脑或可穿戴设备。

在某些实施方式中，所述识别装置用于在所述用户指纹与所述特征库匹配成功时产生成功信号；所述电子装置用于根据所述成功信号解锁或付款。

本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的实施方式的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的识别方法的流程示意图。

图2是本发明实施方式的电子装置的功能模块示意图。

图3是本发明某些实施方式的电容传感器的结构示意图。

图4是本发明某些实施方式的初始指纹图像的像素值统计示意图。

图5是本发明某些实施方式的初始指纹图像的示意图。

图6是本发明某些实施方式的识别方法的流程示意图。

图7是本发明某些实施方式的识别装置的功能模块图。

图8是本发明某些实施方式的初始指纹图像及最终指纹图像的示意图。

图9是本发明某些实施方式的对指纹图像进行处理的像素值统计示意图。

图10是本发明某些实施方式的识别方法的流程示意图。

图11是本发明某些实施方式的对指纹图像进行处理的像素值统计示意图。

图12是本发明某些实施方式的识别装置的功能模块图。

主要元件符号说明：

识别装置100、感测模块110、处理模块130、识别模块150、存储器170

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明的实施方式，而不能理解为对本发明的实施方式的限制。

请参阅图1-2，本发明实施方式的识别方法用于识别用户指纹，并包括以下步骤：

S1，感测用户指纹以生成原始指纹图像；

S2，增强原始指纹图像的对比度以获得最终指纹图像；及

S3，将最终指纹图像与特征库比对以识别用户指纹。

本发明实施方式的识别装置100包括感测模块110、处理模块130、识别模块150及存储器170。

作为例子，本发明实施方式的识别方法可以由本发明实施方式的识别装置100实现，并应用于发明实施方式的电子装置100。或者说，本发明实施方式的电子装置1000可包括识别装置100。当然，在其他实施方式中，识别装置100也可以作为独立于电子装置100的设备或装置，与电子装置1000连接并应用于电子装置100中，并不限于上面讨论的实施方式。

其中，本发明实施方式的识别方法的步骤S1可由感测模块110实现，而步骤S2可由处理模块130实现，步骤S3可由识别模块150及存储器170实现。也就是说，感测模块110可以用于感测用户指纹以生成原始指纹图像。处理模块130可以用于增强原始指纹图像的对比度以获得最终指纹图像。存储器170可以用于存储特征库。识别模块150用于将最终指纹图像与特征库比对以识别用户指纹。

现有的识别方法及识别装置感测用户指纹生成的原始指纹图像往往对比度偏低，不利于后续的识别。因此，处理模块130对原始指纹图像进行对比度增强的处理，以使原始指纹图像的特征更明显，方便后续的比对识别等。通过提升对比度等处理，提升了指纹识别准确度及成功率。

本发明实施方式的电子装置1000可以是手机、平板电脑等配置具有指纹识别功能的设备。应用本发明实施方式的识别方法及识别装置100后，电子装置1000可通过识别装置100的指纹识别来对电子装置1000进行解锁或在线付款等功能。如果用于识别的原始指纹图像的对比度或清晰度较差，指纹识别的成功率较低，甚至导致用户本人无法解锁电子装置1000。

请参图3，在某些实施方式中，原始指纹图像的像素值包括电容值。感测模块可以是电容传感器111，可用于感测用户指纹以获得电容值。

采用电容传感器111是较常用的一种原始指纹图像的生成方式。例如，电容传感器111包括由m*n个像素点组成的传感阵列1111。例如，图3中的传感阵列1111有56*192个像素点。在手指2000按在识别模块150的按压屏的时候，每个像素点跟手指2000表面之间形成电容感应信号(即电容值)，电容传感器111的模数转换器1113将电容感应信号转换为数字信号的电容值，电容值会因指纹的峰谷差异而不同，指纹峰与像素点距离近，对应产生较大的电容值，对应的数字信号较大，而指纹谷会远一点，对应产生较小的电容值，对应的数字信号较小。处理模块130根据这56*192个电容值生成包含用户指纹特征的原始指纹图像。

请参阅图4-5，由于人的手指的指纹峰和指纹谷到电容传感器111的距离差异很小，对应的电容值也差异很小，指纹峰对应的像素值与所有像素值的平均值相差可能不到5％。因此获得的原始指纹图像3000质量较差，对比度很低，不利于在后续的识别及对比中有效提取原始指纹图像3000中的指纹特征。

请参阅图6-8，在某些实施方式中，步骤S2包括：

S21，将低于第一预定值的原始指纹图像3000的像素值替换为第一预定值和/或将高于第二预定值的像素值替换为第二预定值以得到替换后像素值；及

S23，增强替换后像素值的对比度以获得最终指纹图像4000。

在某些实施方式中，识别装置100的处理模块130可以包括替换模块131及增强模块133。其中，步骤S21可由替换模块131实现，步骤S23可由增强模块133实现。也就是说替换模块131可以用于将低于第一预定值的原始指纹图像3000的像素值替换为第一预定值和/或将高于第二预定值的像素值替换为第二预定值以得到替换后像素值。增强模块133可以用于增强替换后像素值的对比度以获得最终指纹图像4000。

其中，替换后像素值是指经步骤S21后得到的所有像素值，包括没有被替换的数值在第一预定值与第二预定值之间的像素值。在本实施方式中，设置一个像素值上限(即第一预定值)及像素值下限(即第二预定值)，可先将数值最高的一小部分像素值替换为像素值上限，及数值最低的一小部分像素值替换为像素值下限。如此可提升像素值数据的有效性。

请参阅图9，在某些实施方式中，第一预定值可以是像素值大小位于第一比例位置的像素值，和/或第二预定值可以是像素值大小位于第二比例位置的像素值。

也就是说，可设定需替换的数值最大的像素值比例及数值最小的像素值比例。例如，设定将数值最大的5％的像素值替换为此最大部分像素值与剩余的95％的像素值的临界值，此临界值可以是这5％最大像素值中的最小值。同理，可将数值最小的5％的像素值替换为此最小部分像素值与剩余的95％的像素值的临界值，此临界值可以是5％的最小像素值中的最大值。

通过设置合适的替换比例，可消除一些错误数据，如由电容传感器111的电路噪声导致的噪点，或电容传感器111局部电路故障产生的一些过大或过小的像素值，从而大大提升像素值数据的信度及有效性。

请参阅图10-11，在某些实施方式的识别方法中，步骤S23包括：

S231，将替换后像素值减去第三预定值再乘以增强系数以得到第一增强像素值；及

S233，将第一增强像素值加上第三预定值以生成最终指纹图像4000。

步骤S231及步骤S233可由识别装置100中处理模块130的增强模块133实现。也就是，增强模块133用于将替换后像素值减去第三预定值再乘以增强系数以得到第一增强像素值，及用于将第一增强像素值加上第三预定值以生成最终指纹图像4000。

请参阅图11，将替换后像素值减去第三预定值是为使替换后像素值的分布靠近零，以方便乘以一个增强系数，实现对比度的提升。

在某些实施方式中，第三预定值可以是替换后像素值的中位数。

中位数指一个数列按大小顺序排列，排在最中间位置的那个数。中位数能很好地反应数列的分布，也就是说，分布在中位数两侧的数的个数是一样多的。

采用替换后像素的中位数作为基准值，将所有替换后像素值减去此中位数，得到的像素值会均匀分布在零的周围，将此得到的像素值乘以增强系数，如5，可得到对比度及取值范围大大提升的像素值。但此时的像素值由于减过中位数，相当于纹理图像的平均亮度是大大降低了的，因此要将像素值再加上中位数，以大致恢复之前的纹理图像亮度。得到的最终指纹图像4000去除了噪点，提升了对比度，可用于后续的指纹识别。

在某些实施方式中，识别方法的步骤S23可通过接收用户输入以设置增强系数。

请参阅图12，在某些实施方式中，识别装置100包括输入模块190，增强模块133用于通过输入模块190接收用户输入以设置增强系数。

可通过反复实验以获得一个合理的增强系数以得到较好的对比度增强效果，但识别装置100的实际应用中会遇到各种不同的情况，不同的用户的手指特征在同，按压指纹的习惯不同，均有可能影响指纹识别的准确度。此外，识别装置100使用中内部器件也有可能老化、故障而引起识别精度的下降。通过设置输入模块190以使用户设置增强系数，可在使用过程中调整增强系数从而使识别装置100获得更高的识别准确度。

识别方法中的步骤S3可通过将最终指纹图像4000与特征库比对来识别用户指纹。用户可事先将自己的指纹信息录入识别装置100并生成特征库存储于存储器170中。识别模块150通过对比最终指纹图像4000及特征库的一些关键特征来判断是否匹配，若匹配成功，则用户的身份验证成功，进而可控制电子装置1000解锁或在线付款等。

请参阅图2，本发明实施方式还提供一种电子装置1000，可包括上述实施方式的识别装置100。

将识别装置100集成于电子装置1000内部，作为电子装置1000的一部分，使电子装置1000具备指纹识别的功能，同时方便携带。

在某些实施方式中，电子装置1000可以是手机、平板电脑或可穿戴设备。手机、平板电脑或可穿戴设备等移动终端加入识别装置100，实现指纹识别功能，可大大提升使用的安全性、保密性。

在某些实施方式中，识别装置100用于在用户指纹与特征库匹配成功时产生成功信号；电子装置1000用于根据成功信号解锁或付款。

本发明实施方式的电子装置1000未展开的其它部分，可参以上实施方式的识别方法或识别装置100的对应部分，在此不再详细展开。

在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。

在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种识别方法，用于识别用户指纹，其特征在于，包括：

感测步骤，感测所述用户指纹以生成初始指纹图像；

处理步骤，增强所述初始指纹图像的对比度以获得最终指纹图像；及

识别步骤，将所述最终指纹图像与特征库比对以识别所述用户指纹；

所述处理步骤包括：

替换步骤，将低于第一预定值的所述初始指纹图像的像素值替换为所述第一预定值和/或将高于第二预定值的所述像素值替换为所述第二预定值以得到替换后像素值；及

增强步骤，增强所述替换后像素值的对比度以获得所述最终指纹图像；

所述增强步骤包括：

将所述替换后像素值减去第三预定值再乘以增强系数以得到第一增强像素值；及

将所述第一增强像素值加上所述第三预定值以生成所述最终指纹图像。

2.如权利要求1所述的识别方法，其特征在于，所述第一预定值包括像素值大小位于第一比例位置的所述像素值，和/或所述第二预定值包括像素值大小位于第二比例位置的所述像素值。

3.如权利要求1所述的识别方法，其特征在于，所述第三预定值包括所述替换后像素值的中位数。

4.如权利要求1所述的识别方法，其特征在于，所述增强步骤通过接收用户输入以设置所述增强系数。

5.如权利要求1所述的识别方法，其特征在于，所述初始指纹图像的像素值包括电容值。

6.一种识别装置，用于识别用户指纹，其特征在于，包括：

感测模块，用于感测所述用户指纹以生成初始指纹图像；

处理模块，用于增强所述初始指纹图像的对比度以获得最终指纹图像；

识别模块，用于将所述最终指纹图像与特征库比对以识别所述用户指纹；及

存储器，用于存储所述特征库；

所述处理模块包括：

替换模块，用于将低于第一预定值的所述初始指纹图像的像素值替换为所述第一预定值和/或将高于第二预定值的所述像素值替换为所述第二预定值以得到替换后像素值；及

增强模块，用于增强所述替换后像素值的对比度以获得所述最终指纹图像；

所述增强模块用于将所述替换后像素值减去第三预定值再乘以增强系数以得到第一增强像素值，及用于将所述第一增强像素值加上所述第三预定值以生成所述最终指纹图像。

7.如权利要求6所述的识别装置，其特征在于，所述第一预定值包括像素值大小位于第一比例位置的所述像素值，和/或所述第二预定值包括像素值大小位于第二比例位置的所述像素值。

8.如权利要求6所述的识别装置，其特征在于，所述第三预定值包括所述替换后像素值的中位数。

9.如权利要求6所述的识别装置，其特征在于，所述识别装置包括输入模块，所述增强模块用于通过所述输入模块接收用户输入以设置所述增强系数。

10.如权利要求6所述的识别装置，其特征在于，所述感测模块包括电容传感器，所述初始指纹图像的像素值包括所述电容传感器感测的电容值。

11.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求6-10任意一项所述的识别装置。

12.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，所述电子装置包括手机、平板电脑或可穿戴设备。

13.如权利要求11所述的电子装置，其特征在于，所述识别装置用于在所述用户指纹与所述特征库匹配成功时产生成功信号；所述电子装置用于根据所述成功信号解锁或付款。