CN108460371A - 一种指纹传感器采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种指纹传感器采集系统及方法。采集系统包括：传感器采集阵列，用于将指纹与传感器采集阵列的芯片的距离转化为模拟量电信号，并采集模拟量电信号；模数转换器，与传感器采集阵列连接，用于接收模拟量电信号并将模拟量电信号转换为数字信号；控制器，控制器的输入端与模数转换器连接，控制器的输出端与传感器采集阵列连接，控制器用于接收数字信号，并根据数字信号控制传感器采集阵列。采用本发明的方法或系统，能够提高指纹图像成像的质量。

Description

一种指纹传感器采集系统及方法

技术领域

本发明涉及指纹采集领域，特别是涉及一种指纹传感器采集系统及方法。

背景技术

随着互联网的发展和物联网的兴起，生物识别技术作为身份识别的工具在认证中的应用变得越来越重要、越来越广泛。其中指纹识别是众多生物识别技术中发展最为成熟的技术，应用也最广泛。超声波式指纹识别还处在研发阶段，而射频式只有少数厂家掌握，所以市场上的半导体指纹传感器主要还是电容式的。电容式指纹传感器兼具体积小、灵敏度高、仿假手指等优点。半导体指纹传感器因其制造工艺复杂，单位面积上传感单元多，包含高端的IC设计技术、大规模集成电路制造技术、IC芯片封装技术等。一颗不足0.5平方厘米的晶片表面集成了10000个以上的半导体传感单元。内部还包括了自动增益电路和逻辑控制芯片，以及串行、并行、SPI等接口电路。半导体指纹传感器的灵敏度高，分辨率也达到了500dpi或以上。该类传感器目前存在的缺点是容易受到静电攻击，且采集分辨率较低，造成图像质量较差，影响后续的图像特征提取和分类。

发明内容

本发明的目的是提供一种指纹传感器采集系统及方法，从而提高图像的质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种指纹传感器采集系统，所述采集系统包括：

传感器采集阵列，用于将指纹与传感器芯片的距离转化为模拟量电信号，并采集所述模拟量电信号；

模数转换器，与所述传感器采集阵列连接，用于接收所述模拟量电信号并将所述模拟量电信号转换为数字信号；

控制器，所述控制器的输入端与所述模数转换器连接，所述控制器的输出端与所述传感器采集阵列连接，所述控制器用于接收所述数字信号，并根据所述数字信号控制所述传感器采集阵列。

可选的，所述传感器采集阵列的面积为250cm*360cm。

可选的，所述采集系统还包括：

增益可调放大器，所述增益可调放大器的输入端与所述传感器采集阵列连接，所述增益可调放大器的输出端与所述模数转换器连接，所述增益可调放大器用于将所述模拟量电信号的幅值转化为所述模数转换器可量化的幅值范围内。

可选的，所述采集系统还包括：

偏置电路，所述偏置电路与所述模数转换器连接，所述偏置电路用于为所述模拟转换器提供偏置电压。

可选的，所述采集系统还包括：

时钟产生器，与所述控制器连接，用于为所述控制器提供时钟。

可选的，所述采集系统还包括：

电流产生器，与所述控制器连接，用于为所述控制器提供工作电流。

可选的，所述采集系统还包括：

振荡器，与所述控制器连接，用于为所述控制器提供时钟频率。

可选的，所述振荡器为环形振荡器。

可选的，所述时钟频率包括22MHz、16MHz和12MHz。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种指纹传感器采集方法，所述采集方法包括：

将指纹与传感器芯片的距离转化为模拟量电信号，并采集所述模拟量电信号；

将所述模拟量电信号转换为数字信号；

根据接收到的数字信号的数值与预设值进行比较，判断指纹图像是否清晰。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开一种指纹传感器采集系统。采集系统包括：传感器采集阵列，用于将指纹与传感器采集阵列的芯片的距离转化为模拟量电信号，并采集模拟量电信号；模数转换器，与传感器采集阵列连接，用于接收模拟量电信号并将模拟量电信号转换为数字信号；控制器，控制器的输入端与模数转换器连接，控制器的输出端与传感器采集阵列连接，控制器用于接收数字信号，并根据数字信号控制传感器采集阵列。采用本发明的指纹传感器采集系统，可获取清晰的指纹成像，进而能够提高指纹图像的质量。

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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例指纹传感器采集系统结构图；

图2为本发明实施例指纹传感器采集方法流程图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

本发明的目的是提供一种指纹传感器采集系统及方法，从而提高图像的质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例指纹传感器采集系统结构图。如图1所示，一种指纹传感器采集系统，所述采集系统包括：

传感器采集阵列101，用于将指纹与传感器芯片的距离转化为模拟量电信号，并采集所述模拟量电信号；

模数转换器102，与所述传感器采集阵列101连接，用于接收所述模拟量电信号并将所述模拟量电信号转换为数字信号；

控制器103，所述控制器103的输入端与所述模数转换器102连接，所述控制器103的输出端与所述传感器采集阵列101连接，所述控制器103用于接收所述数字信号，并根据所述数字信号控制所述传感器采集阵列101。

所述传感器采集阵列101的面积为250cm*360cm。

所述采集系统还包括：

增益可调放大器，所述增益可调放大器的输入端与所述传感器采集阵列连接，所述增益可调放大器的输出端与所述模数转换器连接，所述增益可调放大器用于将所述模拟量电信号的幅值转化为所述模数转换器可量化的幅值范围内。

偏置电路，所述偏置电路与所述模数转换器连接，所述偏置电路用于为所述模拟转换器提供偏置电压。

时钟产生器，与所述控制器连接，用于为所述控制器提供时钟。

电流产生器，与所述控制器连接，用于为所述控制器提供工作电流。

振荡器，与所述控制器连接，用于为所述控制器提供时钟频率。所述振荡器为环形振荡器。所述时钟频率包括22MHz、16MHz和12MHz。

采用本发明的指纹传感器采集系统，可获取清晰的指纹成像，进而能够提高指纹图像的质量。

所述传感器采集阵列由许许多多采集单元组成，因为采集单元电路比较敏感，容易被影响，所以采集单元后面紧接着是一个跟随器，将采集单元与外面的电路隔离。从跟随器出来的信号经过增益可调的放大器，因为信号的幅度可能不在模数转换器的量化范围，所以可以通过调节增益和参考电压将信号调整到模数转换器量化范围内。信号经过模数转换器后，被量化为8位的数字信号。最后被送入到数字电路部分，进行下一步处理。如果可变增益的放大倍数不合理，则采集出来的图像就会不够清晰。这时可以通过控制器向传感器采集阵列传输数据，告诉传感器可变增益放大器的增益设置不合理，需要调整。传感器在接受到命令后，就会修改控制可变增益放大器的寄存器，将增益设置在一个合理的范围内。指纹图像不佳也有可能是采集单元的偏置电压不合理，也可以通过设置控制采集单元偏置电路的寄存器。偏置电路为整个模拟电路提供偏置，精度不需要很高。

基准电流源指当电源电压发生变化时，流过电路的电流保持不变。基准电流源主要功能是为其他模拟电路部分提供偏置电流，使其他电路能够正常工作。振荡器在电子系统中非常重要，从为数字系统提供时钟到射频电路中的载波信号的产生。采集单元的主要功能是将手指与芯片的距离转化成电学信号，这是整个芯片最重要的部分。整个采集阵列为256*360，这是整个芯片占面积最多的模块，占到80％左右。采集单元是最敏感的部分，在设计时要认真仔细分析考虑，在版图设计时也必须小心布局布线，这样才能保证芯片正常工作。在采集单元输出电压信号后，信号被送到可变增益放大器PGA。由于采集单元输出的电压可能不在ADC量化的范围，而ADC的量化范围又不能做的太大，所以必须将电压经过调整后再送入到ADC量化。信号经过可变增益放大器调整后，被送到模数转化器量化。将信号转化成数字信号后，下一级就是数字系统处理了。本发明采用的ADC数字输出位数为8bit，可以将信号量化为256个不同的灰度值。它采用的是流水线结构(pipeline)，采样时钟频率为1MHz。流水线型兼顾转换速度和电路面积，当前一级完成转换后送入下级电路，总共分为N级。前一级完成转换后，交给下一级继续转换。当一个电平经历了第一级到第N级后，才完成转换。每一级的数字输出会送入到移位寄存器，进行移位处理，于是一个电平会延迟N个时钟周期才能完成转换。但是当一级完成电平转换后，并没有停止，而是会进入下一个电平的转换，所以总体上相当于每一个时钟周期完成一次转换，只是会延迟N个时钟周期才能输出。相当于每个时钟周期完成一次转化，但会延迟几个周期输出。每一级电路只需要有一个比较器、数模转换器和简单的数字电路构成。可变增益放大器增益变化范围为1到2.4，步长为0.2，默认增益为2。模数转换器的量化范围为1.32V到2.64V，采样频率为1MHz，有效位数为7.9bit。

本发明的数字处理部分包括列选择电路和行选择电路，所述行选择电路主要对采集图像的电容阵列的行进行扫描，一组行选择电路控制线驱动2行像素点，一个时钟仅选通一路行信号线输出。列选择电路主要对采集到的列模拟信号进行选择输出到增益放大器PGA中，可由内部状态机控制使用低分辨率采集，即隔4个像素点进行采集，以加快图像采集速度。2组选通电路均包含锁存和复位控制信号，可对传感器阵列进行信号重置或复位。

图2为本发明实施例指纹传感器采集方法流程图。如图2所示，一种指纹传感器采集方法，所述采集方法包括：

步骤201：将指纹与传感器芯片的距离转化为模拟量电信号，并获取所述模拟量电信号；

步骤202：将所述模拟量电信号转换为数字信号；

步骤203：根据接收到的数字信号的数值与预设值进行比较，判断指纹图像是否清晰，具体的判断过程包括：

若接收到的数字信号的数值大于预设值，则停止所述模拟量电信号的采集；

若接收到的数字信号的数值小于或等于预设值，则继续采集所述模拟量电信号。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种指纹传感器采集系统，其特征在于，所述采集系统包括：

传感器采集阵列，用于将指纹与所述传感器采集阵列的芯片的距离转化为模拟量电信号，并采集所述模拟量电信号；

模数转换器，与所述传感器采集阵列连接，用于接收所述模拟量电信号并将所述模拟量电信号转换为数字信号；

控制器，所述控制器的输入端与所述模数转换器连接，所述控制器的输出端与所述传感器采集阵列连接，所述控制器用于接收所述数字信号，并根据所述数字信号控制所述传感器采集阵列。

2.根据权利要求1所述的指纹传感器采集系统，其特征在于，所述传感器采集阵列的面积为250cm*360cm。

3.根据权利要求1所述的指纹传感器采集系统，其特征在于，所述采集系统还包括：

增益可调放大器，所述增益可调放大器的输入端与所述传感器采集阵列连接，所述增益可调放大器的输出端与所述模数转换器连接，所述增益可调放大器用于将所述模拟量电信号的幅值转化为所述模数转换器可量化的幅值范围内。

4.根据权利要求1所述的指纹传感器采集系统，其特征在于，所述采集系统还包括：

偏置电路，所述偏置电路与所述模数转换器连接，所述偏置电路用于为所述模拟转换器提供偏置电压。

5.根据权利要求1所述的指纹传感器采集系统，其特征在于，所述采集系统还包括：

时钟产生器，与所述控制器连接，用于为所述控制器提供时钟。

6.根据权利要求5所述的指纹传感器采集系统，其特征在于，所述采集系统还包括：

电流产生器，与所述控制器连接，用于为所述控制器提供工作电流。

7.根据权利要求1所述的指纹传感器采集系统，其特征在于，所述采集系统还包括：

振荡器，与所述控制器连接，用于为所述控制器提供时钟频率。

8.根据权利要求7所述的指纹传感器采集系统，其特征在于，所述振荡器为环形振荡器。

9.根据权利要求7所述的指纹传感器采集系统，其特征在于，所述时钟频率包括22MHz、16MHz和12MHz。

10.一种指纹传感器采集方法，其特征在于，所述采集方法包括：

将指纹与传感器芯片的距离转化为模拟量电信号，并采集所述模拟量电信号；

将所述模拟量电信号转换为数字信号；

根据接收到的数字信号的数值与预设值进行比较，判断指纹图像是否清晰。