CN106537297B - 自适应的基于指纹的导航 - Google Patents

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Abstract

一种使用手指导航系统的基于指纹的导航方法，该手指导航系统包括指纹感测电路和导航控制电路。方法包括以下步骤：获取指纹图像的一连串导航序列，并且针对一连串导航序列中的每个导航序列：基于指纹图像的导航序列来确定估计的瞬间手指移动；基于指纹图像的导航序列中的至少一个指纹图像来确定指示指纹图像状态的至少一个指纹图像参数值；以及评估指纹图像状态。方法进一步包括以下步骤：基于评估来确定指纹感测电路设定；以及仅在一个导航序列中的最终指纹图像的获取与另一直接随后的导航序列中的第一个指纹图像的获取之间的时间段期间，将指纹感测电路设定提供至指纹感测电路。

Description

自适应的基于指纹的导航
技术领域
本发明涉及一种用于使用指纹传感器来估计手指移动的方法与系统。
背景技术
指纹传感器有时被用作“导航工具(navigation tool)”，例如，以在显示器上移动光标或指示器，或者以在显示器上执行对所呈现的项目的选择等。
为了能够使用指纹传感器以用于这样的导航工具应用，需要以某种方式追踪用户的手指跨指纹传感器的移动。
根据US 6 408 087中所描述的一种方法，连续的指纹图像以每秒1000帧的帧率被捕捉，并且基于连续指纹图像的比较来确定指纹脊部和毛孔的位移。
虽然如US 6 408 087中所述的使用电容式指纹传感器以用于控制指示器相比于常规指向装置而言具有一些益处，但是仍存在改进的空间。
发明内容
鉴于现有技术的上述和其他缺点，本发明的目的在于提供一种对使用指纹传感器的手指移动的改进的估计。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种使用手指导航系统的基于指纹的导航的方法，该手指导航系统包括指纹感测电路和导航控制电路，该方法包括以下步骤：通过指纹感测电路来获取指纹图像的一连串导航序列；通过导航控制电路，针对一连串导航序列中的每个导航序列，基于指纹图像的导航序列来确定估计的瞬间手指移动；通过导航控制电路，针对一连串导航序列中的每个导航序列，基于指纹图像的导航序列中的至少一个指纹图像来确定指示指纹图像状态的至少一个指纹图像参数值；通过导航控制电路来针对一连串导航序列中的每个导航序列评估指纹图像状态；通过导航控制电路基于评估来确定指纹感测电路设定；以及通过导航控制电路仅在一个导航序列中的最终指纹图像的获取与另一直接随后的导航序列中的第一个指纹图像的获取之间的时间段期间将指纹感测电路设定提供至指纹感测电路。
例如，指纹感测电路可以包括布置在阵列中的多个感测元件。指纹感测电路可以检测指示感测元件阵列中的每个感测元件与触碰指纹传感器表面的手指表面之间的电容性耦合的量度。与位于对应于指纹谷部的位置处的感测元件相比，位于对应于指纹脊部的位置处的感测元件将对手指展现出更强的电容性耦合。
然而，本发明的各个实施例并未受限于具体的指纹感测技术，而是同样地适用于例如光学式、热感式或者压电式指纹传感器等。
指纹图像的每个导航序列包括依序获取的多个指纹图像。每个导航序列具有第一个指纹图像和最终指纹图像。通过将导航序列中较晚的指纹图像与导航序列中的至少一个较早的指纹图像(通常是导航序列中的第一个指纹图像)进行比较，可以估计导航序列期间的手指移动。
“估计的瞬间手指移动”应被理解为基于指纹图像的导航序列所确定的手指速度与手指移动方向中的至少一个的估计。
指示指纹图像状态的至少一个指纹图像参数值可以是传递允许指纹图像状态的有意义评估的信息的任何参数值。例如，评估可以展现指纹图像具有不足的对比和/或呈现饱和状况等。替代地或者组合地，可以评估指纹图像状态随着时间推移的发展，以便指纹图像质量的降低可以被发现并被抵消。
因此，指纹图像状态的评估可以基于与一个或数个指纹图像的导航序列相关的一个或数个指纹图像参数值。
通过术语“指纹感测电路设定”应被理解为影响指纹感测电路的感测操作的设定的任何组合。例如，指纹感测电路设定可以包括放大、模拟数字转换参数(如偏移和/或增益)、采样参数(如采样时间和/或采样数目)等。
本发明基于指纹图像状态可以在导航期间迅速改变的认识，例如由于手指按压指纹传感器表面的力的突然和较大的变化，并且因此希望在导航期间更改指纹感测设定。
本发明人已经进一步认识到的是，导航序列期间的指纹设定的更改可以负面地影响手指移动估计，并且可以通过以下来实现期望的改进的导航性能：从每个导航序列中的至少一个指纹图像提取图像状态信息、基于所提取的图像状态来确定更新的指纹传感器设定以及在连续导航序列之间的时间段中仅允许执行更新的指纹传感器设定。
因此，可以在手指导航期间调配(adapt)指纹传感器设定，而无以下风险：指纹传感器设定的改变负面地影响单独的瞬间手指移动估计。因此，可以实现能够调配指纹感测电路参数的自适应手指导航，以补偿例如手指导航期间的手指压力的变化。这继而提供更加可靠的和准确的手指导航。
有利地，可以从导航序列中的每个指纹图像提取图像状态信息，以便至少一个指纹图像参数值可以基于整个导航序列，这可以进一步增加指纹图像状态的随后评估的可靠性。
为了以较高的手指速度提供精确且可靠的手指导航，通常希望以非常高的获取速率来获取(局部的)指纹图像，如每秒3000个指纹图像或更高。为了在如此高的图像获取速率下便于瞬间手指移动的确定以及至少一个指纹图像参数值的确定，可以有利地至少部分地以硬件实现导航控制电路。
在本发明的实施例中，导航控制电路可以包括移动估计电路和处理控制电路。移动估计电路和处理控制电路的分工可以有利地使得移动估计电路可以适合于实现为硬件并且接近指纹感测电路，而处理控制电路可以适合于至少部分地实现为在处理器上运行的软件。
因此，根据本发明的方法实施例的任务可以采用以下方式在移动估计电路与处理控制电路之间进行划分：
移动估计电路可以连接至指纹感测电路，以处理所获取的指纹图像，从而基于每个导航序列中的指纹图像来确定估计的瞬间手指移动以及至少一个指纹图像参数值。
移动估计电路可以进一步连接至处理控制电路，以针对每个导航序列将指示估计的瞬间手指移动与至少一个指纹图像参数值的信号提供至处理控制电路。
处理控制电路继而可以基于从移动估计电路接收到的一连串瞬间手指移动估计来提供导航信号，并且基于从移动估计电路接收到的一连串指纹图像参数值来评估指纹图像状态。
至少当指纹图像状态的评估指示将希望图像质量的改进时，处理控制电路可以确定更新的指纹感测电路设定，并且将此更新的指纹感测电路设定提供至移动估计电路。
当从处理控制电路接收更新的指纹感测电路设定时，移动估计电路控制指纹感测电路设定的更新时间，直到下一个允许更新的时间段为止，这发生于指纹图像的连续导航序列的获取之间，特别是在一个导航序列的最终指纹图像的获取之后并且在直接随后的导航序列的第一个指纹图像的获取之前的时间段中。
有利地，导航控制电路可以在将更新的指纹感测电路设定提供至指纹感测电路之前存储更新的指纹感测电路设定。在实施例中，例如，移动估计电路可以将指纹感测电路设定写入到存储寄存器，而后将此存储寄存器的内容写入到保存指纹感测电路的当前指纹感测电路设定的寄存器中。
根据实施例，评估指纹图像状态的步骤可以包括评估估计的瞬间手指移动的步骤，并且指纹感测电路设定可以进一步基于对估计的瞬间手指移动的评估。
例如，当估计的瞬间手指移动指示手指当前正在相对缓慢地移动时，可以更新指纹感测电路设定，以允许更多的时间用于导航序列中的每个指纹图像的获取。取决于感测方法，额外的时间可以以不同方式用于改进图像质量。例如，可以容许多重采样，这可以改进指纹图像的信噪比。这继而可以提供手指导航的改进的精确度和/或可靠性。
例如，指纹感测电路与移动估计电路可以有利地二者均被包括在指纹传感器部件中，并且处理控制电路可以被包括在单独的控制单元中，单独的控制单元连接至指纹传感器部件以用于控制其操作。
此外，根据各个实施例，指纹图像的每个导航序列可以包括：参考指纹图像，其在参考指纹图像获取时间处被获取；以及至少一个候选指纹图像，其在候选指纹图像获取时间的时间序列中的每个候选指纹图像获取时间处被获取，并且确定估计的瞬间手指移动的步骤可以包括以下步骤：针对候选指纹图像获取时间中的每一个确定用于多个候选手指移动方向中的每一个的匹配参数值，该匹配参数值指示对应于指纹传感器的参考区域的参考指纹图像部分与对应于指纹传感器的候选区域的候选指纹图像部分之间的相关性，该候选区域相对于参考区域沿候选手指移动方向被移置；以及基于所确定的匹配参数值的评估来估计手指移动。
候选指纹图像永远在参考指纹图像的获取之后被获取。
应该注意的是，参考指纹图像部分和候选指纹图像部分可以是连续的或者非连续的任何形状。根据一个示例，每个图像部分可以是图像像素的实心矩形，而根据另一示例，每个图像部分可以是一组分散的图像像素。
例如，类比于罗盘，候选手指移动方向可以包括北方、西北方、西方、西南方等。
在本申请的上下文中，“指纹图像部分”可以是整个所获取的指纹图像，或者是所获取的指纹图像的一部分。
指示候选指纹图像部分与参考指纹图像部分之间的相关性的匹配参数值对于候选指纹图像部分与参考指纹图像部分之间的较强相关性(类似性)而言可以更高或更低。
根据一个示例，匹配参数值可以是候选指纹图像部分与参考指纹图像部分之间的差异的量度。在该情况下，匹配参数值的较低数值指示指纹图像部分之间的较强相关性。替代地，匹配参数值可以是指纹图像部分之间的一致性或相似性的量度。
根据实施例，每个候选区域可以相对于参考区域分别被移置已知位移距离，并且候选指纹图像可以以获取频率被获取，从而导致在手指移动位移距离所需的时间期间获取至少三个候选指纹图像。
手指导航系统通常将针对估计的最大手指速度进行设计。在手指在该最大手指速度下移动上述位移距离所需的时间期间，优选地获取至少三个候选指纹图像。在相同时间段期间，应该确定至少三个匹配参数值的时间序列，以使得能够确定合理精确的估计的瞬间手指移动。
对于具有以感测元件间距(指纹传感器中的感测元件阵列的行或列中的相邻感测元件的中心之间的距离)被布置的感测元件阵列的指纹传感器而言，最短的可能位移距离可以是感测元件间距。
作为合理示例，感测元件间距可以假设为约50μm，这对于指纹传感器是普遍的，而对于手指导航系统的可接受性能的最低的最大手指速度可以是约5cm/s。
因此，在以5cm/s移动的手指移动50μm所需要的时间期间，可以有利地获取至少三个候选指纹图像，这可换算成每秒至少3000个候选指纹图像。
为了进一步改进手指导航系统的性能，手指导航系统可以有利地被设计成至少大约10cm/s的最大手指速度，其中50μm的感测元件间距换算成每秒获取和处理至少大约6000个候选指纹图像。同样可以有益地在手指移动位移距离所需的时间期间获取显著大于三个的候选指纹图像。例如，可以有利地在该时间期间获取至少五个候选指纹图像。对于上文所给出的示例，将分别相当于每秒至少5000个与至少10000个候选指纹图像。
此外，根据各个实施例，每个候选区域可以相对于参考区域分别被移置已知位移距离，并且确定瞬间手指移动估计的步骤可以包括基于已知位移距离和所确定的匹配参数值的评估来估计手指的速度。
匹配参数值的评估将给出手指沿该方向移动已知位移距离所需的时间以及手指移动方向的指示。
可以根据时间和已知位移距离来估计手指移动速度。如前所述，手指移动方向可以被估计成位于两个候选手指移动方向之间，并且距离和时间或者手指移动速度可以基于这样的方向例如通过平均来估计。
在各个实施例中，已知位移距离可以对应于每个候选手指移动方向上的一个或数个感测元件。然后，在行/列方向上，位移距离将是感测元件间距的倍数，而在对角线方向上，位移方向将更长，例如对于正方形候选区域为感测元件间距的倍数乘以2的平方根等。
通过在参考指纹图像获取时间与针对不同瞬间手指移动估计的第一候选指纹图像获取时间之间引入变化的延迟(时间段)，可以更进一步地改进手指移动的估计。尤其是对于较高的手指移动速度的情形，其中由参考图像部分和候选图像部分的像素配置引起的量化误差可能导致速度方面的相对较大的误差。
因此，第一导航序列可以在参考指纹图像获取时间与时间序列中的第一候选指纹图像获取时间之间展现出第一时间段，并且不同于第一时间段，第二导航序列在参考指纹图像获取时间与时间序列中的第一候选指纹图像获取时间之间展现出第二时间段。
手指移动的估计，尤其是手指速度，然后可以另外地基于第一时间段和第二时间段。上文提及的时间段可以根据预定的模式而在相当大数目的不同时间段(如至少四个不同时间段)之间变化。这将使得能够确定不同时间段中的哪个时间段在特定候选指纹获取时间与手指以待估计的手指速度移动上面提及的位移距离所需的手指移动时间之间导致最佳的一致性。
根据各个实施例，所获取的候选指纹图像中的每一个可以包括：多个不同候选指纹图像部分，其对应于不同候选手指移动方向上的位移。
在这些实施例中，所获取的候选指纹图像的不同候选指纹图像部分可以与参考指纹图像部分相关，以确定用于每个候选手指移动方向的匹配参数值。由此可推知每个候选指纹图像部分均小于(包括较少的像素)完整候选指纹图像。
此外，参考指纹图像可以包括：多个不同参考指纹图像部分，其对应于相对于单个候选指纹图像部分的不同候选手指移动方向上的位移。
例如，作为上述实施例的替代方案，候选指纹图像部分然后可以由整个所获取的候选指纹图像构成。候选指纹图像部分可以与不同参考指纹图像部分相关，以确定用于每个候选手指移动方向的匹配参数。在这些实施例中，可以获取较小的(在像素数目上)候选指纹图像。由于如上所述可以有利地以相当高的获取频率(如每秒至少3000个图像)来获取候选指纹图像，因此较小的候选指纹图像将导致减少的处理，这继而可以提供减小的复杂性和/或减小的能量消耗和/或在手指导航系统的最大手指速度方面的改进的性能。
混合型实施例(其中参考指纹图像包括多个参考指纹图像部分，并且每个候选指纹图像包括多个候选指纹图像部分)取决于应用也可以是有利的。
为了便于匹配参数值的确定，参考指纹图像部分和每个候选指纹图像部分可以有利地具有相同的空间配置(高度、宽度、像素分布等)。因此，候选区域可以有利地与参考区域具有相同的感测元件配置。
参考区域和候选区域可以有利地包括小于100个感测元件，这使得能够使用非常小型的指纹传感器。
根据实施例，可以使用块匹配算法来确定用于多个候选手指移动方向中的每一个的匹配参数值。
例如，匹配参数值可以是所谓的价值函数的输出。例如，众所周知的价值函数包括绝对差(absolute difference)的和、平均绝对差、平方误差的和以及均方误差。
当已经估计了手指移动(方向和/或速度)时，指示手指移动的信号可以被提供至外部控制单元，以用于基于所检测到的手指移动来控制电子装置。
根据本发明的第二方面，提出了一种用于估计手指的手指移动的手指导航系统，该手指导航系统包括：指纹感测电路，用于获取指纹图像的一连串导航序列；以及导航控制电路，用于：针对一连串导航序列中的每个导航序列基于指纹图像的导航序列来确定估计的瞬间手指移动；针对一连串导航序列中的每个导航序列基于指纹图像的导航序列中的至少一个指纹图像来确定指示指纹图像状态的至少一个指纹图像参数值；针对一连串导航序列中的每个导航序列评估指纹图像状态；基于评估来确定指纹感测电路设定；以及仅在一个导航序列中的最终指纹图像的获取与另一直接随后的导航序列中的第一个指纹图像的获取之间的时间段期间，将指纹感测电路设定提供至指纹感测电路。
如以上结合本发明第一方面进一步讨论的那样，导航控制电路可以有利地包括移动估计电路以及处理控制电路。
根据各个实施例，指纹感测电路和至少移动估计电路可以被包括在单个半导体部件中。这提供了低成本的手指导航系统，其非常紧凑并且具有低功率消耗。
此外，为了高的指纹感测性能和鲁棒性，包括在指纹感测电路中的每个感测元件可以有利地包括：保护性介电顶层，其要由手指触碰；导电感测结构，其被布置在顶层下方；以及电荷测量电路，其连接至感测结构，用于提供指示感测结构所携带电荷的变化的感测信号，该电荷的变化由手指与感测结构之间的电位差的变化产生。电荷测量电路可以包括电荷放大器。
本发明的该第二方面的进一步实施例以及通过本发明的该第二方面获得的效果很大程度上类似于以上针对本发明的第一方面所描述的实施例和效果。
总之，本发明涉及使用手指导航系统的基于指纹的导航方法，该手指导航系统包括指纹感测电路和导航控制电路。方法包括以下步骤：获取指纹图像的一连串导航序列，并且针对一连串导航序列中的每个导航序列：基于指纹图像的导航序列来确定估计的瞬间手指移动；基于指纹图像的导航序列中的至少一个指纹图像来确定指示指纹图像状态的至少一个指纹图像参数值；以及评估指纹图像状态。方法进一步包括以下步骤：基于评估来确定指纹感测电路设定；以及仅在一个导航序列中的最终指纹图像的获取与另一直接随后的导航序列中的第一个指纹图像的获取之间的时间段期间，将指纹感测电路设定提供至指纹感测电路。
附图说明
现在将参照示出了本发明的示例性实施例的附图来更详细地描述本发明的上述和其他方面，附图中：
图1示意性地示出了用于根据本发明实施例的手指导航系统的呈电视机的遥控器形式的示例性应用；
图2是包括在图1中的遥控器中的手指导航系统的示意性框图；
图3是示意性地图示根据本发明示例性实施例的用于基于指纹的导航的方法的流程图；
图4示意性地图示了指纹图像的示例性导航序列；
图5是从图4中的导航序列获得的指纹图像参数值的示例的图示；
图6示意性地图示了图3中的方法中的定时；
图7图示了基于用于一连串导航序列中的每个导航序列的指纹图像参数值的指纹图像状态的示例性评估；
图8示意性地示出了可以包括在图2中的手指导航系统中的指纹传感器部件的示例；以及
图9是示意性地图示了图8中的指纹传感器的配置以及对使用指纹感测电路设定的指纹感测电路的控制的电路图。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于根据本发明实施例的手指导航系统的呈用于控制电视机2的操作的遥控装置1形式的示例性应用。应该注意的是，遥控装置1仅是示例性应用，而根据本发明实施例的手指导航系统同样可以被包括在其他电子装置中，如移动电话或计算机等，只要用户的手指跨指纹传感器的移动用于控制电子装置的操作即可。
参见图1，遥控装置1包括手指导航系统4以及无线传送器，如红外LED(图1中未示出)。电视机2包括：无线接收器如光电探测器(未示出)，用于接收遥控装置1所传送的信号。例如，可以基于所接收的信号来控制电视机2，以变换频道，或者如图1中示意性指示的那样，以在菜单对话框5中的选项之中进行选择。
参见图2，其是包括在图1中的遥控装置1中的手指导航系统的示意性框图，手指导航系统4包括指纹传感器7和控制单元8。指纹传感器7包括：指纹感测电路10，其在此处呈感测元件阵列的形式；以及移动估计电路11。控制单元8包括处理控制电路13和存储器14。
现在将参照图3中的示意性流程图以及图4至图9中所提供的图示来描述使用图2中的手指导航系统的用于根据本发明示例性实施例的基于指纹的导航的方法。
在图3所示的示例性实施例中，通过指纹感测电路10、移动估计电路11以及处理控制电路13来并行地执行方法。在图3中，分别通过标记为“I”、“II”、和“III”的三个分离子流程来示意性地对此进行说明。尽管并行地执行子流程，但是子流程之间存在一些相互作用，并且在某些步骤的定时上存在一些要求，如以下将进一步描述的那样。
为了辅助对于本发明的理解，将首先简要介绍不同子流程的步骤，并且然后将另外参照图4至图9来更详细地描述图3的方法。
首先参见子流程“I”，指纹感测电路10在第一步骤100中获取导航序列(如一连串导航序列中的第n个导航序列)。如果新的指纹感测电路设定可用于执行，则在第一子流程返回步骤100之前，在随后的步骤101中执行此新的设定，以获取下一个导航序列。因此，更新的指纹感测电路设定的可能执行将发生在第n个导航序列中的最终指纹图像的获取与第n+1个导航序列中的第一个指纹图像的获取之间的时间段中。
转到子流程“II”，在第一步骤200中，确定指示指纹图像状态的估计的瞬间手指移动v与至少一个指纹图像参数值Q。在随后的步骤201中，将在信号中被编码的v和Q发送至处理控制电路13。在下一个步骤202中，如果更新的指纹感测电路设定从处理控制电路13被送出，则从处理控制电路13接收更新的指纹感测电路设定，并且存储更新的指纹感测电路设定。针对如前所述的子流程“I”中所获取的每个导航序列执行此步骤序列(步骤202可能除外)。
最后，在子流程“III”中，在第一步骤300中，处理控制电路13从移动估计电路11接收v和Q。在随后的步骤301中，处理控制电路提供可以用于控制光标等的导航信号，如上文参照图1简要描述的那样。在下一个步骤302中，评估指纹图像状态。基于在步骤302中所执行的评估，在步骤303中确定是否需要新的指纹感测电路设定，以维持(或改进)导航性能。如果在步骤303中确定不需要或不希望当前调配指纹感测，则子流程返回到步骤300。反之，如果在步骤303中确定调配指纹感测将是有利的，则在步骤304中确定更新的指纹感测电路设定，并且在子流程的最终步骤305中将更新的设定发送至移动估计电路11。之后，子流程返回到步骤300。
现在已经提供了对不同的子流程的简要介绍，以下将在示例性事件序列中进一步描述本方法。应当理解的是，可以有利地并行执行各个步骤。
同样参见图4，指纹感测电路10在步骤100中所获取的每个导航序列可以包括：参考指纹图像25，其在参考图像获取时间tr处被获取；以及候选指纹图像26a-i的时间序列，其在候选指纹获取时间tc1至tc9处被获取。
在导航序列中的候选指纹图像26a-i的获取期间，在步骤200中，移动估计电路11可以基于对应于指纹传感器7的参考区域的(参考指纹图像的)参考指纹图像部分与对应于指纹传感器7的候选区域的(候选指纹图像的)候选指纹图像部分之间的相关性来确定用于多个候选手指移动方向中的每一个的匹配参数值。对于候选手指移动方向中的每一个，候选区域相对于参考区域沿候选手指移动方向被移置。
可以针对每个候选手指移动方向单独确定指示候选指纹图像部分与参考指纹图像部分之间的相关性的匹配参数值，并且可以基于匹配参数值来确定手指移动(手指移动方向和/或手指速度)。提供最佳匹配的候选手指移动方向可以被选择，并且直到最佳匹配为止的时间可以与获取频率一起用于确定手指速度。所选择的候选手指移动方向和估计的手指速度可以一起构成估计的瞬间手指移动v。
在步骤200中，上述至少一个指纹图像参数值Q也被确定。另外参见图5，例如，指纹图像参数值可以是表示指纹谷部与脊部的像素值之间的分离的指标。图5示意性地示出了示例性直方图28，可以通过所获取导航序列中的指纹图像的本身已知的统计分析来获得示例性直方图28。在直方图28中具有：第一峰值29a，其表示感测指纹谷部的感测元件的数目；以及第二峰值29b，其表示感测指纹脊部的感测元件的数目。第一峰值29a与第二峰值29b之间的距离(例如，在“灰度”方面)w是指纹图像参数值的示例，其可能可用于评估，以在手指导航期间维持或改进指纹图像质量。
再次参见图3中的流程图，估计的瞬间手指移动v和指纹图像参数值Q(在该情况下为上述的直方图宽度w)在步骤201中被发送至处理控制电路13。
在已经接收到v和Q之后，处理控制电路13如前所述地在步骤302中评估指纹图像状态，并且在适用的情况下在步骤305中将更新的指纹感测电路设定发送至移动估计电路11。由处理控制电路13执行的评估和发送与各个其他步骤通常可以发生在指纹感测电路10正在获取导航序列中的指纹图像时。
然而，在步骤101中，执行更新的设定可以仅发生在连续导航序列的获取之间的时间段中。
现在将参照图6来更详细地说明该定时，其中，图6是示意性地图示导航操作的定时图，该导航操作包括指纹图像的五个导航序列31a-e的获取。
参见图6，通过块箭头示出了图像数据从指纹感测电路10被提供至移动估计电路11，而通过单线条箭头示出了在各种电路之间提供参数值和设定。
在图6中，第一估计的瞬间手指移动v1和第一指纹图像参数值Q1在时间t1处从移动估计电路11被提供(步骤201)至处理控制电路13。如图6所示，时间t1位于第一导航序列31a的结束与第二导航序列31b的开始之间。
在图7中，第一指纹图像参数值Q1被图示为第一直方图宽度，第一直方图宽度位于预定义的最小直方图宽度wmin与预定义的最大直方图宽度wmax之间。
由于Q1位于预定义的容许范围之内，所以由处理控制电路执行的评估(步骤302)导致以下结论：当前并不需要确定更新的传感器设定。因此，并无更新的传感器设定从处理控制电路13被发送至移动估计电路11。
在第二导航序列31b的结束之后，v2和Q2在时间t2处从移动估计电路11被发送至处理控制电路13。再次参见图7，Q2位于容许范围外部。作为步骤302中的评估的结果，处理控制电路因此确定更新的传感器设定(步骤304)，并且将更新的传感器设定S’在时间t3处发送至移动估计电路(步骤305)，其中时间t3位于指纹图像的第三导航序列31c的获取期间。
在第三导航序列31c的结束之后，v3和Q3在时间t4处从移动估计电路11被发送至处理控制电路13。再次参见图7，与Q2一样，Q3位于容许范围外部。由于Q2与Q3之间的差异相对较小，并且更新的指纹感测电路设定已经被发送至移动估计电路，因此步骤302中的评估的结果现在是并无新的传感器设定需要在此时被确定。
同样在第三导航序列31c的结束之后并且在第四导航序列31d的开始之前，在时间t5处，在指纹感测电路10中执行更新的指纹感测电路设定S’。
在第四导航序列31d的结束之后，v4和Q4在时间t6处从移动估计电路11被发送至处理控制电路13。再次参见图7，由于更新的指纹传感器设定S’，Q4再次位于容许范围之内。
最后，现在将参照图8和图9来描述指纹传感器7的示范性实施例以及更新的传感器设定的执行。
如图8中看到的那样，指纹传感器37包括传感器阵列35、电源接口36以及通信接口37。传感器阵列35包括若干感测元件38(已经仅使用附图标记指示感测元件之一，以免使附图杂乱)，每一个感测元件38可控地感测包括在感测元件38中的感测结构(顶板)与接触传感器阵列35顶部表面的手指表面之间的距离。
通信接口37包括若干结合垫，以用于允许指纹传感器7的控制以及用于包括在指纹传感器7中的估计控制电路11与布置在指纹传感器7外部的处理控制电路13之间的通信。
图9部分是图8中的指纹传感器7中的感测元件38中的一个感测元件的示意性截面图，并且部分是图示了包括执行更新的指纹感测电路设定的指纹传感器7的操作的功能框图。
参见图9，感测元件38包括：保护性介电顶层40，其由手指41(图9示意性地示出了单个手指脊部图案的截面)触碰；导电感测结构(板)42；以及电荷放大器43。电荷放大器43包括负输入端45、正输入端46、输出端47、反馈电容器48以及放大器49。
负输入端45连接至感测结构(板)42，正输入端46连接至接地端，而输出端47连接至读取电路36。
反馈电容器48连接在负输入端45与输出端47之间，并且限定了电荷放大器43的放大，并且感测元件38进一步包括与反馈电容器48并联的重置开关44。
在感测元件38外部，在图9中的框图中示意性地示出了读取电路36，读取电路36包括与感测元件、移动估计电路11和激发信号放大器39一起被包括在指纹感测电路10中的模拟数字转换器(ADC)52以及采样保持电路(S/H电路)51。
当指纹感测电路10(感测元件38、激发放大器39和读取电路36)在运行时，激发信号放大器、重置开关44以及S/H电路51的定时相对于彼此被控制，以对指示感测结构42所携带的电荷变化的电压进行采样，该电荷变化由手指41与感测结构之间的电位差的变化产生。该模拟电压由ADC 52转换成数字数值，并且从ADC 52(或者并联运行的数个ADC)提供用于每个感测元件的数字数值至移动估计电路11，如图9中的块箭头所指示的那样。如图9中用线条箭头所指示的且如前所述，移动估计电路与指纹感测电路(激发放大器39、S/H电路51和ADC 52)通信，并且与布置在指纹传感器部件7外部的处理控制电路通信。
如图9中示意性指示的，由移动估计电路11存储的更新的指纹设定S’可以被执行为S/H电路51和/或ADC 52的参数。例如，可以改变由S/H电路执行的(一个或更多个)采样时间和/或采样数目，以及/或者可以改变ADC 52的模拟数字转换参数(如偏移和/或增益)。
本领域的技术人员意识到的是，本发明绝未受限于上述的优选实施例。相反地，在所附权利要求的范围之内可以存在许多修改和变型。例如，处理控制电路13可以与移动估计电路11一起被包括在指纹传感器部件7中。
在权利要求中，单词“包括”并未排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并未排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所详述的数个项目的功能。在彼此不同的从属权利要求中详述某些量度的单纯事实并非指示这些量度的组合不能用于使优点突出。计算机程序可以被存储/分发在适当介质上，例如与其他硬件一起提供的或作为其它硬件一部分的光学存储介质或者固态介质，但是也可以以其他形式被分发，例如经由因特网或者其他有线或无线远程通信系统。权利要求中的任何附图标记均不应被视为限制范围。

Claims (16)

1.一种用于使用手指导航系统的基于指纹的导航的方法，所述手指导航系统包括指纹感测电路和导航控制电路，所述方法包括以下步骤：
通过所述指纹感测电路来获取指纹图像的一连串导航序列；
通过所述导航控制电路，针对所述一连串导航序列中的每个导航序列，基于所述指纹图像的导航序列来确定估计的瞬间手指移动；
通过所述导航控制电路，针对所述一连串导航序列中的每个导航序列，基于所述指纹图像的导航序列中的至少一个指纹图像来确定指示指纹图像状态的至少一个指纹图像参数值；
通过所述导航控制电路针对所述一连串导航序列中的每个导航序列来评估所述指纹图像状态；
通过所述导航控制电路基于所述评估来确定指纹感测电路设定；以及
通过所述导航控制电路仅在以下时间段期间将所述指纹感测电路设定提供至所述指纹感测电路：一个导航序列中的最终指纹图像的获取与另一直接随后的导航序列中的第一个指纹图像的获取之间的时间段。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述导航控制电路包括移动估计电路和处理控制电路，
所述移动估计电路执行确定所述估计的瞬间手指移动的步骤，
所述移动估计电路执行确定指示所述指纹图像状态的至少一个指纹图像参数值的步骤，
所述处理控制电路执行评估所述指纹图像状态的步骤，
所述处理控制电路执行确定指纹感测电路设定的步骤，
所述移动估计电路执行将所述指纹感测电路设定提供至所述指纹感测电路的步骤，并且
所述方法进一步包括以下步骤：
通过所述移动估计电路，针对所述一连串导航序列中的每个导航序列，将所述估计的瞬间手指移动和所述至少一个指纹图像参数值提供至所述处理控制电路；以及
通过所述处理控制电路将所述指纹感测电路设定提供至所述移动估计电路。
3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括以下步骤：
通过所述导航控制电路在将所述指纹感测电路设定提供至所述指纹感测电路之前存储所述指纹感测电路设定。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，评估所述指纹图像状态的步骤包括以下步骤：
将从所述至少一个指纹图像参数值导出的图像质量指标与预定义的图像质量指标阈值进行比较。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，评估所述指纹图像状态的步骤包括以下步骤：
评估所述估计的瞬间手指移动，
其中，所述指纹感测电路设定进一步基于对所述估计的瞬间手指移动的评估。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述手指导航系统包括：
指纹传感器部件，其包括所述指纹感测电路和所述移动估计电路；以及
控制单元，其包括所述处理控制电路。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，
指纹图像的每个导航序列包括：
参考指纹图像，其在参考指纹图像获取时间处被获取；以及
至少一个候选指纹图像，其在候选指纹图像获取时间的时间序列中的每个候选指纹图像获取时间处被获取，并且
确定所述估计的瞬间手指移动的步骤包括以下步骤：
针对所述候选指纹图像获取时间中的每一个，确定用于多个候选手指移动方向中的每一个的匹配参数值，所述匹配参数值指示对应于包括所述指纹感测电路的指纹传感器的参考区域的参考指纹图像部分与对应于所述指纹传感器的候选区域的候选指纹图像部分之间的相关性，所述候选区域相对于所述参考区域沿所述候选手指移动方向被移置；以及
基于对所确定的匹配参数值的评估来估计所述手指移动。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，
每个候选区域相对于所述参考区域分别被移置已知位移距离，并且
所述候选指纹图像以获取频率被获取，从而导致在所述手指移动所述位移距离所需的时间期间获取至少三个候选指纹图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述获取频率为每秒至少3000个候选指纹图像。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，
每个候选区域相对于所述参考区域分别被移置已知位移距离，并且
确定瞬间手指移动估计的步骤包括：基于所述已知位移距离和所确定的匹配参数值的评估来估计所述手指的速度。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，使用块匹配算法来确定用于所述多个候选手指移动方向中的每一个的匹配参数值。
12.一种用于估计手指的手指移动的手指导航系统，所述手指导航系统包括：
指纹感测电路，用于获取指纹图像的一连串导航序列；以及
导航控制电路，用于：
针对所述一连串导航序列中的每个导航序列，基于所述指纹图像的导航序列来确定估计的瞬间手指移动；
针对所述一连串导航序列中的每个导航序列，基于所述指纹图像的导航序列中的至少一个指纹图像来确定指示指纹图像状态的至少一个指纹图像参数值；
针对所述一连串导航序列中的每个导航序列评估所述指纹图像状态；
基于所述评估来确定指纹感测电路设定；以及
仅在以下时间段期间将所述指纹感测电路设定提供至所述指纹感测电路：一个导航序列中的最终指纹图像的获取与另一直接随后的导航序列中的第一个指纹图像的获取之间的时间段。
13.根据权利要求12所述的手指导航系统，其中，所述导航控制电路包括移动估计电路和处理控制电路，其中，
所述移动估计电路被配置成：
确定所述估计的瞬间手指移动；
基于所述指纹图像的导航序列中的至少一个指纹图像来确定指示指纹图像状态的至少一个指纹图像参数值；
针对所述一连串导航序列中的每个导航序列，将所述估计的瞬间手指移动和所述至少一个指纹图像参数值提供至所述处理控制电路；
从所述处理控制电路接收所述指纹感测电路设定；以及
将所述指纹感测电路设定提供至所述移动估计电路。
14.根据权利要求13所述的手指导航系统，包括：
指纹传感器部件，其包括所述指纹感测电路和所述移动估计电路；以及
控制单元，其包括所述处理控制电路，
所述控制单元可操作地连接至所述指纹传感器部件。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的手指导航系统，其中，所述指纹感测电路被配置成每秒获取至少3000个候选指纹图像。
16.根据权利要求12或13所述的手指导航系统，其中，所述指纹感测电路包括多个感测元件，每个感测元件包括：
保护性介电顶层，其要由所述手指触碰；
导电感测结构，其被布置在所述顶层下方；以及
电荷测量电路，其连接至所述感测结构，用于提供指示所述感测结构所携带的电荷的变化的感测信号，所述电荷的变化由所述手指与所述感测结构之间的电位差的变化产生。
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