CN106022271B - 一种指纹采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种指纹采集方法，该方法包括：通过指纹感应阵列采集指纹信息以得到电压信号；通过可调增益放大器对电压信号放大以得到放大信号；通过共模电压补偿电路补偿放大信号以消除放大信号的噪声；通过电压模数转换器将消除了噪声的放大信号转换为数字信号；通过信号处理单元根据数字信号得到初始指纹图像，判断初始指纹图像的直方图是否满足预设条件；若不满足，则通过信号处理单元控制调整可调增益放大器的放大倍数，电压模数转换器的参考电压和电压模数转换器补偿的电压值中至少一项来使得到的指纹图像的直方图满足预设条件。采用本发明，在保护层的厚度不均匀以及用户间指纹差异较大的情况下仍可获得较清楚的指纹图像。

Description

一种指纹采集方法

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种指纹采集方法。

背景技术

请参见图1，图1是现有技术中的一种指纹采集装置的结构示意图，该指纹采集装置包括保护层、胶和指纹感应阵列，该指纹感应阵列(即指纹采集芯片)置于保护层的下面，该保护层和该指纹感应阵列中间通过胶粘合到一起。该指纹采集装置采集指纹的原理如图2所示，手指与指纹感应阵列表面的金属电极形成寄生电容。由于手指的谷和脊到金属电极的距离不同，因而形成的寄生电容也不同，从而可以通过测量寄生电容来反映指纹图形。由于胶厚度较小，不考虑胶对寄生电容的影响。手指与金属电极间的寄生电容(以下称手指电容Cf)表达式为：Cf＝(Cx*Cy)/(Cx+Cy)，

其中，Cx＝(ε_0*ε_f*S)/df，Cy＝(ε_0*ε_x*S)/dx，Cx为手指到保护层表面间的电容，Cy为保护层表面到金属电极间的电容，S为电极面积，dx为保护层的厚度，df为手指表面到保护层表面的距离，ε_0为真空介电常数，ε_x为保护层的介电常数，ε_f为手指与保护层间的介电常数。

本技术方案的发明人在研究过程中发现，由于现有的指纹采集装置中的保护层及胶制造时存在厚度不均匀的问题，且当保护层表面不平整时，采集阵列各处Cy也不同，故而会形成偏移噪声，因此需要抵消偏移噪声。

发明内容

本发明实施例公开了一种指纹采集方法，能够在保护层的厚度不均匀以及用户间指纹差异较大的情况下仍可获得较清楚的指纹图像。

第一方面，本发明实施例提供了一种指纹采集方法，所述指纹采集方法应用于指纹采集装置，所述指纹采集装置包括指纹感应阵列、可调增益放大器、共模电压补偿电路、电压模数转换器和信号处理单元，所述方法包括：

通过所述指纹感应阵列采集指纹信息以得到电压信号；

通过所述可调增益放大器对所述电压信号放大以得到放大信号；

通过所述共模电压补偿电路补偿所述放大信号以消除所述放大信号的噪声；

通过所述电压模数转换器将消除了所述噪声的放大信号转换为数字信号；

通过所述信号处理单元根据所述数字信号得到初始指纹图像，判断所述初始指纹图像的直方图是否满足预设条件；

若不满足，则通过所述信号处理单元控制调整所述可调增益放大器的放大倍数，所述电压模数转换器的参考电压和所述共模电压补偿电路补偿的电压值中至少一项，直至所述信号处理单元根据所述数字信号得到的指纹图像的直方图满足所述预设条件。

具体地，该指纹感应阵列的输出与该可调增益放大器的输入相连，该可调增益放大器的输出的信号与该共模电压补偿电路的输出的信号汇合后，与该电压模数转换器的输入相连，该电压模数转换器的输出与该信号处理单元的输入相连，该信号处理单元的还可以设置与该可调增益放大器、共模电压补偿电路和电压模数转换器单独相连的三条通路，用于对该可调增益放大器、共模电压补偿电路和电压模数转换器进行控制。进一步地，还可以把该指纹感应阵列、可调增益放大器、共模电压补偿电路、电压模数转换器和信号处理单元集成在同一个专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)中，这样不断可以节约材料成本还可以尽量缩短指纹采集的时间。

该指纹感应阵列可以为基于半导体硅电容效应技术的半导体指纹传感器，该半导体指纹传感器包括半导体压感式传感器、半导体温度感应传感器、半导体电容式指纹传感器等，本发明实施例重点围绕该半导体指纹传感器为半导体电容式指纹传感器的情况展开描述。

该可调增益放大器可以包括一个放大元件，也可以包括多个放大元件，该放大元件可以为PNP型三极管、NPN型三极管等，当存在多个放大元件时，该多个放大元件可以串联。需要说明的是，该可调增益放大器的放大倍数可以根据需要适时进行调整，例如，将该可调增益放大器设置为开关电容放大器，这样一来就可以控制电容开关的开启和关闭来控制放大倍数。

该共模电压补偿电路用于输出模拟电压信号，该共模电压补偿电路可以具体为一个数模转换电路，共模电压补偿电路的输入端输入了数字电压信号即可从该共模电压补偿电路的输出端输出模拟电压信号。

该电压模数转换器可以为流水线模数转换器，也可以为逐次逼近模数转换器，当然还可以为其他模数转换器。该电压模数转换器的分辨率Q可以为最低有效位(Leastsignificant bit，LSB)电压，也即是说，该电压模数转换器的分辨率Q等于该电压模数转换器的电压测量范围除以离散电压间隔数，该电压测量范围也叫满量程电压范围，它等于该电压模数转换器的参考电压，而电压间隔数等于2的M次方，M为该电压模数转换器的位数，所以调整该电压模数转换器的参考电压可以调节该电压模数转换器的总的电压测量范围和输出信号的分辨率。举例来说，如果一个8位的电压模数转换器的能够测量的范围为0v～10v，相应地输出信号的分辨率Q等于10/2^8，即10/256。进一步地，该电压模数转换器的参考电压可以根据需要适时调整。

通过执行上述操作，该指纹采集装置可以通过信号处理单元对采集到的指纹图像的直方图进行分析，判断该指纹图像的电压范围是否落入到的该电压模数转换电路的电压测量范围内较合适的位置，若没有落入到较合适的位置则通过该信号处理单元向该可调增益放大器、该共模电压补偿电路和电压模数转换器中至少一块功能单元发送控制信号，控制调整该可调增益放大器的放大倍数、或者控制调整该共模电压补偿电路的补偿电压和或者控制调整该电压模数转换器的参考电压，使得该指纹图像的电压范围落入到的该电压模数转换电路的电压测量范围内较合适的位置，这样一来，在保护层的厚度不均匀以及用户间指纹差异较大的情况下仍可获得较清楚的指纹图像。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述通过所述信号处理单元控制调整所述可调增益放大器的放大倍数，所述电压模数转换器的参考电压和所述共模电压补偿电路补偿的电压值中至少一项包括：

当所述初始指纹图像的直方图的电压范围超出所述电压模数转换器的电压测量范围时，将所述电压模数转换器的参考电压调高，或者减小所述可调增益放大器的放大倍数；

当所述初始指纹图像的直方图的电压范围占所述电压模数转换器的电压测量范围的比例小于预设比例时，将所述电压模数转换器的参考电压调低，或者增大所述可调增益放大器的放大倍数。

结合第一方面，或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述共模电压补偿电路包括数模转换电路。

结合第一方面，或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述可调增益放大器包括多级放大元件串联形成的放大器。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述可调增益放大器为开关电容放大器。

结合第一方面，或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述电压模数转换器为流水线模数转换器或者为逐次逼近模数转换器。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述电压模数转换器的分辨率为最低有效位LSB电压。

结合第一方面，或者第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述通过所述信号处理单元控制调整所述可调增益放大器的放大倍数，所述电压模数转换器的参考电压和所述共模电压补偿电路补偿的电压值中至少一项包括：

通过所述信号处理单元计算所述直方图中的电压范围的电压宽度；

通过所述信号处理单元计算所述电压模数转换器的电压测量范围的电压宽度；

判断所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度的大小关系；

当所述电压范围的电压宽度大于所述电压测量范围的电压宽度时，通过所述信号处理单元将所述电压模数转换器的参考电压调高，或者减小所述可调增益放大器的放大倍数，以使所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度相等；

当所述电压范围的电压宽度小于所述电压测量范围的电压宽度时，通过所述信号处理单元将所述电压模数转换器的参考电压调低，或者增大所述可调增益放大器的放大倍数，以使所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度相等。

结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，当所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度相等时，所述方法还包括：

通过所述信号处理单元获取所述直方图中的电压范围最大值和电压最小值；

通过所述信号处理单元根据所述电压最大值和所述电压最小值计算出所述电压范围的中间值；

通过所述信号处理单元计算所述电压范围的中间值与所述电压模数转换器的电压测量范围的中间值的电压差值；

通过所述信号处理单元根据所述电压差值确定补偿电压；

通过所述信号处理单元向所述共模电压补偿电路发送控制信号以控制所述共模电压补偿电路输出与所述补偿电压相同大小的电压。

结合第一方面的第八种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述指纹感应阵列、所述可调增益放大器、所述共模电压补偿电路、所述电压模数转换器和所述信号处理单元集成在同一个专用集成电路ASIC中。

通过实施本发明实施例，该指纹采集装置可以通过信号处理单元对采集到的指纹图像的直方图进行分析，判断该指纹图像的电压范围是否落入到的该电压模数转换电路的电压测量范围内较合适的位置，若没有落入到较合适的位置则通过该信号处理单元向该可调增益放大器、该共模电压补偿电路和电压模数转换器中至少一块功能单元发送控制信号，控制调整该可调增益放大器的放大倍数、或者控制调整该共模电压补偿电路的补偿电压和或者控制调整该电压模数转换器的参考电压，使得该指纹图像的电压范围落入到的该电压模数转换电路的电压测量范围内较合适的位置，这样一来，在保护层的厚度不均匀以及用户间指纹差异较大的情况下仍可获得较清楚的指纹图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的一种指纹采集装置的结构示意图；

图2是现有技术中的一种指纹采集装置采集指纹的原理示意图；

图3是本发明实施例提供的一种指纹采集方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种指纹采集装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的指纹图像的一种直方图；

图6是本发明实施例提供的指纹图像的又一种直方图；

图7是本发明实施例提供的指纹图像的又一种直方图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明实施例中使用的术语是出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。另外，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种指纹采集方法的流程示意图，该方法包括但不限于如下步骤。

步骤S301：指纹采集装置通过所述指纹感应阵列采集指纹信息，得到电压信号并将该电压信号输出给该可调增益放大器。

具体地，该指纹采集方法应用于包括指纹感应阵列、可调增益放大器、共模电压补偿电路、电压模数转换器和信号处理单元的指纹采集装置。

该指纹感应阵列可以为基于半导体硅电容效应技术的半导体指纹传感器，该半导体指纹传感器包括半导体压感式传感器、半导体温度感应传感器、半导体电容式指纹传感器等，本发明实施例重点围绕该半导体指纹传感器为半导体电容式指纹传感器的情况展开描述。

该可调增益放大器可以包括一个放大元件，也可以包括多个放大元件，该放大元件可以为PNP型三极管、NPN型三极管等，当存在多个放大元件时，该多个放大元件可以串联。需要说明的是，该可调增益放大器的放大倍数可以根据需要适时进行调整，例如，将该可调增益放大器设置为开关电容放大器，这样一来就可以控制电容开关的开启和关闭来控制放大倍数。

该共模电压补偿电路用于输出模拟电压信号，该共模电压补偿电路可以具体为一个数模转换电路，共模电压补偿电路的输入端输入了数字电压信号即可从该共模电压补偿电路的输出端输出模拟电压信号。

该电压模数转换器可以为流水线模数转换器，也可以为逐次逼近模数转换器，当然还可以为其他模数转换器。该电压模数转换器的分辨率Q可以为最低有效位(Leastsignificant bit，LSB)电压，也即是说，该电压模数转换器的分辨率Q等于该电压模数转换器的电压测量范围除以离散电压间隔数，该电压测量范围也叫满量程电压范围，它等于该电压模数转换器的参考电压，而电压间隔数等于2的M次方，M为该电压模数转换器的位数，所以调整该电压模数转换器的参考电压可以调节该电压模数转换器的总的电压测量范围和输出信号的分辨率。举例来说，如果一个8位的电压模数转换器的能够测量的范围为0v～10v，相应地输出信号的分辨率Q等于10/2^8，即10/256。进一步地，该电压模数转换器的参考电压可以根据需要适时调整。

该指纹感应阵列、可调增益放大器、共模电压补偿电路、电压模数转换器和信号处理单元的连接关系如图4所示，该指纹感应阵列401的输出与该可调增益放大器402的输入相连，该可调增益放大器402的输出的信号与该共模电压补偿电路403的输出的信号汇合后，与该电压模数转换器404的输入相连，该电压模数转换器404的输出与该信号处理单元405的输入相连，该信号处理单元405的还可以设置与该可调增益放大器402、共模电压补偿电路403和电压模数转换器404单独相连的三条通路，用于对该可调增益放大器402、共模电压补偿电路403和电压模数转换器404进行控制。进一步地，还可以把该指纹感应阵列401、可调增益放大器402、共模电压补偿电路403、电压模数转换器404和信号处理单元405集成在同一个专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)中，这样不断可以节约材料成本还可以尽量缩短指纹采集的时间。为了方便描述，后面将再提到各个模块时将不再标明编号，例如，提到电压模数转换器时，不再标明编号404。

步骤S302：该指纹采集装置通过该可调增益放大器对该电压信号放大以得到放大信号。

具体地，该可调增益放大器输入该指纹感应阵列输出的电压信号，由于手指纹路和指纹感应阵列中的感应点之间形成的电容很小，故形成的小电压容易受到电路的噪声影响，所以需要通过可调增益放大器把得到的电压信号放大得到放大信号，得到放大信号后该可调增益放大器输出该放大信号。

步骤S303：该指纹采集装置通过该共模电压补偿电路补偿该放大信号以消除该放大信号的噪声。

具体地，指纹感应阵列的工艺问题会导致一定的噪声，相关的各个电路也都会产生一定的噪声，这些噪声会影响后续的指纹图像的效果，因此需要对噪声进行补偿，即消除噪声；本发明实施例通过经过加法器把该共模电压补偿电路输出的电压信号与该可调增益放大器输出的放大信号叠加在一起，消除掉该放大信号中的噪声，然后将消除了噪声的放大信号输出给该电压模数转换器。

步骤S304：该指纹采集装置通过该电压模数转换器将消除了该噪声的放大信号转换为数字信号。

具体地，该电压模数转换器输入该消除了噪声的放大信号，将输入的该信号转换为数字信号，然后将该数字信号输出给该信号处理单元。

步骤S305：该指纹采集装置通过该信号处理单元根据该数字信号得到初始指纹图像，判断该初始指纹图像的直方图是否满足预设条件。

具体地，该信号处理单元输入该电压模数转换器输出的数字信号，对该数字信号进行处理得到指纹图像，开始得到的指纹图像为初始指纹图像，该信号处理单元可以获取该初始指纹图像的直方图，然后判断该初始指纹图像的直方图是否满足预设条件，例如，判断该直方图(该直方图的横轴体现了指纹图像的电压范围)中该初始指纹图像的电压范围是否超出了该电压模数转换器的电压测量范围，若超过则表明该初始指纹图像的直方图不满足预设条件，图5为该初始指纹图像的电压范围超出了该电压模数转换器的电压测量范围的示意图。再如，判断该初始指纹图像的电压范围占该电压模数转换器的电压测量范围的比例是否小于预设比例(可以根据实际需要来设置该比例的大小，例如设置为60％)，若小于则表明该初始指纹图像的直方图不满足预设条件，图6是指纹图像的电压范围占该电压模数转换器的电压测量范围的比例小于预设比例的示意图。再如，判断该初始指纹图像的电压范围在该电压模数转换器的电压测量范围内是否居中，若偏离中间位置较远则表明该初始指纹图像的直方图不满足预设条件(例如，该初始指纹图像的电压范围的中间值与该电压模数转换器的电压测量范围的中间值的差值在一个预设的范围内表明满足预设条件)，图7是该初始指纹图像的电压范围在该电压模数转换器的电压测量范围中靠中间的位置的示意图。当然还可以设置其他的判断条件，其他的判断条件此处不一一举例。

步骤S306：若不满足，则该指纹采集装置则通过该信号处理单元控制调整该可调增益放大器的放大倍数，该电压模数转换器的参考电压和该共模电压补偿电路补偿的电压值中至少一项，直至该信号处理单元根据该数字信号得到的指纹图像的直方图满足该预设条件。

具体地，若该初始指纹图像的直方图不满足预设条件，则该信号处理单元控制调整可调增益放大电路的放大倍数，或者控制调整该电压模数转换器的参考电压，或者调整该共模电压补偿电路补偿的电压值；直至该信号处理单元新生成的指纹图像的直方图能够满足预设条件。

举例来说，当出现图5所示的指纹图像的电压范围中的最大值大于该电压模数转换器的电压测量范围中的最大值，且该指纹图像的电压范围中的最小值小于该电压模数转换器的电压测量范围中的最小值时(往往出现在指纹的饱和度过高的情况下)，该信号处理单元可以基于与该电压模数转换器之间建立的通路，向该电压模数转换器发送控制信号来调高该电压模数转换器的参考电压；或者该信号处理单元可以基于与该可调增益放大器之间建立的通路，向该可调增益放大器发送控制信号来减小该可调增益放大器的放大倍数，使得该初始指纹图像的电压范围最终落入该电压模数转换器的电压测量范围。

当出现图6所示的指纹图像的电压范围落入该电压模数转换器的电压测量范围，且该指纹图像的电压范围在该电压模数转换器的电压测量范围中占的比例较小时(往往出现在指纹的饱和度过低的情况下)，该信号处理单元可以基于与该电压模数转换器之间建立的通路，向该电压模数转换器发送控制信号来调低该电压模数转换器的参考电压；或者该信号处理单元可以基于与该可调增益放大器之间建立的通路，向该可调增益放大器发送控制信号来增大该可调增益放大器的放大倍数，使得该初始指纹图像的电压范围占该电压模数转换器的电压测量范围的比例上升到预设值。

当出现图7所示的指纹图像的电压范围的最大值大于该电压模数转换器的电压测量范围的最大值，但该指纹图像的电压范围的最小值大于该电压模数转换器的电压测量范围的最小值时(指纹图像的电压范围的最小值小于该电压模数转换器的电压测量范围的最小值，但该指纹图像的电压范围的最大值小于该电压模数转换器的电压测量范围的最大值时同理)，该信号处理单元可以基于与该共模电压补偿电路之间建立的通路，向该共模电压补偿电路发送控制信号来调整该共模电压补偿电路输出的补偿电压的大小，使得该初始指纹图像的电压范围的中间值靠近该电压模数转换器的电压测量范围的中间值。进一步地，当该初始指纹图像的电压范围的中间值靠近该电压模数转换器的电压测量范围的中间值时，如果又出现了图5和图6所示的情况，则该信号处理单元可以控制该可调增益放大器的放大倍数，或者该电压模数转换器的参考电压来解决出现的问题。

可选的，如果出现了直方图中的电压范围的电压宽度与电压模数转换器的电压测量范围的电压宽度不同，且该电压范围的中间值与该电压测量范围的中间值相差较远时，可以通过如下流程来进行处理：

第一步：通过所述信号处理单元计算所述直方图中的电压范围的电压宽度。

第二步：通过所述信号处理单元计算所述电压模数转换器的电压测量范围的电压宽度。

第三步：判断所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度的大小关系。

第四步：当所述电压范围的电压宽度大于所述电压测量范围的电压宽度时，通过所述信号处理单元将所述电压模数转换器的参考电压调高，或者减小所述可调增益放大器的放大倍数，以使所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度相等；

当所述电压范围的电压宽度小于所述电压测量范围的电压宽度时，通过所述信号处理单元将所述电压模数转换器的参考电压调低，或者增大所述可调增益放大器的放大倍数，以使所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度相等。

第五步：当所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度相等时，通过所述信号处理单元获取所述直方图中的电压范围最大值和电压最小值。

第六步：通过所述信号处理单元根据所述电压最大值和所述电压最小值计算出所述电压范围的中间值。

第七步：通过所述信号处理单元计算所述电压范围的中间值与所述电压模数转换器的电压测量范围的中间值的电压差值。

第八步：通过所述信号处理单元根据所述电压差值确定补偿电压。

第九步：通过所述信号处理单元向所述共模电压补偿电路发送控制信号以控制所述共模电压补偿电路输出与所述补偿电压相同大小的电压。

需要说明的是，上述第一步到第九步的方案仅为一种可选的的方案，在实际操作过程中通过调整这些步骤的顺序，或者省略一些步骤，或者以其他类似步骤来代替其中的某些步骤也可以达到相同或相近的有益效果。本发明实施例中描述的“电压宽度”一般针对一个电压范围来说，假如电压的取值范围为0v～10v，那么对应的电压宽度为(10-0)＝10v；假如电压的取值范围为20v～100v，那么对应的电压宽度为(100-20)＝80v。

可选的，指纹图像的电压范围的中间值可以基于该指纹图像的电压范围的最大值和最小值通过预设算法计算得到，该电压模数转换器的电压测量范围的中间值可以基于该电压模数转换器的电压测量范围的最大值和最小值通过预设算法计算得到。补偿电压的大小也可以基于该指纹图像的电压范围的中间值和该电压模数转换器的电压测量范围的中间值的差值计算得到。

可选的，该信号处理单元可以根据该指纹图像的电压范围的最大值和最小值计算指纹图像的最大的灰度差，该灰度差需要尽量分布在电压模数转换器的电压测量范围内，以达到整个指纹图像的对比度和饱和度的平衡，进一步地，该信号处理单元还可以结合该灰度差和该电压模数转换器的电压测量范围来确定该可调增益放大器的放大倍数。进一步地，该信号处理单元还可以基于该指纹图像的电压范围的最大值和最小值的差值，为该电压模数转换器的参考电压。

在图3所示的方法中，该指纹采集装置可以通过信号处理单元对采集到的指纹图像的直方图进行分析，判断该指纹图像的电压范围是否落入到的该电压模数转换电路的电压测量范围内较合适的位置，若没有落入到较合适的位置则通过该信号处理单元向该可调增益放大器、该共模电压补偿电路和电压模数转换器中至少一块功能单元发送控制信号，控制调整该可调增益放大器的放大倍数、或者控制调整该共模电压补偿电路的补偿电压和或者控制调整该电压模数转换器的参考电压，使得该指纹图像的电压范围落入到的该电压模数转换电路的电压测量范围内较合适的位置，这样一来，在保护层的厚度不均匀以及用户间指纹差异较大的情况下仍可获得较清楚的指纹图像。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上实施例仅揭露了本发明中较佳实施例，不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种指纹采集方法，其特征在于，所述指纹采集方法应用于指纹采集装置，所述指纹采集装置包括指纹感应阵列、可调增益放大器、共模电压补偿电路、电压模数转换器和信号处理单元，所述指纹感应阵列的输出与该可调增益放大器的输入相连，所述可调增益放大器的输出的信号与所述共模电压补偿电路的输出的信号汇合后，与所述电压模数转换器的输入相连，所述电压模数转换器的输出与所述信号处理单元的输入相连，所述信号处理单元与所述可调增益放大器、所述共模电压补偿电路和所述电压模数转换器单独相连，所述方法包括：

通过所述指纹感应阵列采集指纹信息以得到电压信号；

通过所述可调增益放大器对所述电压信号放大以得到放大信号；

通过所述共模电压补偿电路补偿所述放大信号以消除所述放大信号的噪声；

通过所述电压模数转换器将消除了所述噪声的放大信号转换为数字信号；

通过所述信号处理单元根据所述数字信号得到初始指纹图像，判断所述初始指纹图像的直方图是否满足预设条件，所述预设条件包括以下任意一种：所述初始指纹图像的直方图的电压范围未超出了所述电压模数转换器的电压测量范围；以及，所述初始指纹图像的直方图的电压范围占所述电压模数转换器的电压测量范围的比例大于预设比例；以及，所述初始指纹图像的直方图的电压范围在所述电压模数转换器的电压测量范围内居中；

若不满足，则通过所述信号处理单元控制调整所述可调增益放大器的放大倍数，所述电压模数转换器的参考电压和所述共模电压补偿电路补偿的电压值中至少一项，直至所述信号处理单元根据数字信号得到的所述初始指纹图像的直方图满足所述预设条件；

所述通过所述信号处理单元控制调整所述可调增益放大器的放大倍数，包括：通过所述信号处理单元控制根据所述初始指纹图像的电压范围的最大值和最小值计算所述初始指纹图像的最大的灰度差；通过所述信号处理单元控制根据所述灰度差和所述电压模数转换器的电压测量范围确定所述可调增益放大器的放大倍数；

所述通过所述信号处理单元控制调整所述可调增益放大器的放大倍数，所述电压模数转换器的参考电压和所述共模电压补偿电路补偿的电压值中至少一项包括：通过所述信号处理单元计算所述直方图中的电压范围的电压宽度；通过所述信号处理单元计算所述电压模数转换器的电压测量范围的电压宽度；判断所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度的大小关系；当所述电压范围的电压宽度大于所述电压测量范围的电压宽度时，通过所述信号处理单元将所述电压模数转换器的参考电压调高，或者减小所述可调增益放大器的放大倍数，以使所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度相等；当所述电压范围的电压宽度小于所述电压测量范围的电压宽度时，通过所述信号处理单元将所述电压模数转换器的参考电压调低，或者增大所述可调增益放大器的放大倍数，以使所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度相等；所述电压模数转换器的参考电压是指所述电压模数转换器的电压测量范围，所述电压测量范围除以离散电压间隔数等于所述电压模数转换器的分辨率，所述离散电压间隔数等于2的M次方，M为所述电压模数转换器的位数；

当所述电压范围的电压宽度与所述电压测量范围的电压宽度相等时，所述方法还包括：通过所述信号处理单元获取所述直方图中的电压最大值和电压最小值；通过所述信号处理单元根据所述电压最大值和所述电压最小值计算出所述电压范围的中间值；通过所述信号处理单元计算所述电压范围的中间值与所述电压模数转换器的电压测量范围的中间值的电压差值；通过所述信号处理单元根据所述电压差值确定补偿电压；通过所述信号处理单元向所述共模电压补偿电路发送控制信号以控制所述共模电压补偿电路输出与所述补偿电压相同大小的电压；

所述指纹感应阵列、所述可调增益放大器、所述共模电压补偿电路、所述电压模数转换器和所述信号处理单元集成在同一个专用集成电路ASIC中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述信号处理单元控制调整所述可调增益放大器的放大倍数，所述电压模数转换器的参考电压和所述共模电压补偿电路补偿的电压值中至少一项包括：

当所述初始指纹图像的直方图的电压范围超出所述电压模数转换器的电压测量范围时，将所述电压模数转换器的参考电压调高，或者减小所述可调增益放大器的放大倍数；

当所述初始指纹图像的直方图的电压范围占所述电压模数转换器的电压测量范围的比例小于预设比例时，将所述电压模数转换器的参考电压调低，或者增大所述可调增益放大器的放大倍数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述共模电压补偿电路包括数模转换电路。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述可调增益放大器包括多级放大元件串联形成的放大器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述可调增益放大器为开关电容放大器。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电压模数转换器为流水线模数转换器或者为逐次逼近模数转换器。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电压模数转换器的分辨率为最低有效位LSB电压。

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