CN109657656A - 指纹检测方法、指纹检测装置和移动终端 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种指纹检测方法、指纹检测装置和移动终端。指纹检测方法包括：采用初始的第一参数组合采集指纹的第一指纹图像；获得第一指纹图像对应的指纹信号区间；将指纹信号区间和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，以获取第二参数组合；采用第二参数组合采集指纹的第二指纹图像。本发明通过采用配置表中的优选参数组合重新采集第二指纹图像，由于无需轮询所有的参数组合，从而提高了指纹检测装置的处理效率，而且保证了指纹图像的质量效果。

Description

指纹检测方法、指纹检测装置和移动终端

技术领域

本申请涉及指纹传感器的技术领域，更具体地，涉及一种指纹检测方法、指纹检测装置和移动终端。

背景技术

指纹传感器是用于对指纹成像的传感器装置，已经广泛地用于门禁系统、考勤系统、诸如手机和平板电脑之类的移动终端中，用于验证用户的身份。指纹传感器包含光学传感器和电容传感器。光学指纹传感器包括光学扫描元件，用于获取指纹的光学图像。电容式指纹传感器获取手指有效区域的各个局部位置的电容特性，从而利用电容的变化量形成指纹图像。光学指纹传感器的信号采集和处理电路与手指隔开，因而抗静电能力强，使用寿命长，但容易受到环境中的灰尘和手指的洁净程度的影响。电容式指纹传感器的尺寸紧凑且分辨率高，但抗静电能力差。因而，电容式指纹传感在移动终端中的使用更为普遍。

图1是电容式指纹传感器的工作原理示意图。电容式指纹传感器110包括多个感应电极组成的阵列。在手指120触摸电容式指纹传感器110，手指和感应电极之间形成第一电容Cf。由于手指120的指纹脊和指纹谷形成的第一电容Cf不相同，因此，通过将第一电容Cf的电容转换为电信号，从而量化了指纹脊和指纹谷之间的差异。利用多个感应电极获取接触区域的电容，即可以形成指纹图像。

图2是电容式指纹传感器的信号处理电路的示意性电路图。该信号处理电路包括信号源220、放大器230和模数转换器240。信号源220包括与指纹传感器相关的第一电容Cf、第一交流信号源222和参考电压源221。第一电容Cf的第一端连接放大器230的反向输入端，第二端连接第一交流信号源222。参考电压源221连接至放大器230的同相输入端。放大器230的输出端连接至模数转换器240的输入端。模数转换器240输出的数字信号输入到数字处理模块250中，得到最终的指纹图像。

然而，由于每个人手指的介电常数(由于手指的死皮层的厚度不一样等原因)、按压力度不同、指纹传感器本身封装厚度偏差等原因，使得上述信号处理电路如果采用相同的参数(放大器和模数转换器采用的各种参数)，得到的指纹图像差别很大。因此实际应用中，上述信号处理电路常常采用多个不同的参数重复采集图像，从而获得满足设定质量要求的指纹图像。但是这样会耗费很多时间。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种指纹检测方法、指纹检测装置和移动终端，以解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种指纹检测方法，包括：

采用初始的第一参数组合采集指纹的第一指纹图像；

获得所述第一指纹图像对应的像素电容值范围；

将所述像素电容值范围和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，以获取第二参数组合；

采用所述第二参数组合采集所述指纹的第二指纹图像，

其中，所述配置表为电容值范围和参数组合的关系表。

在一些实施例中，所述将所述像素电容值范围和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，以获取第二参数组合包括：

将所述配置表中包含且最接近所述像素电容值范围的电容值范围对应的参数组合，作为所述第二参数组合。

在一些实施例中，所述采用初始的第一参数组合采集指纹的第一指纹图像包括：

获取所述指纹的感测信号；以及

对所述指纹的感测信号进行偏移、放大和模数转换，以得到所述第一指纹图像，所述第一参数组合为在其中采用的偏移量和放大系数；

则所述获得所述第一指纹图像对应的像素电容值范围包括：

根据所述放大系数和所述偏移量对所述最大值和最小值分别进行缩小和反向偏移，以得到所述最大值和最小值的对应值，作为所述像素电容值范围。

在一些实施例中，还包括：从所述第一指纹图像中选取部分数据区域，采用采用所述部分数据区域的像素电容值范围作为所述第一指纹图像的像素电容值范围。

在一些实施例中，还包括：通过以下步骤获取所述配置表的数据：

对于给定的多个参数组合中的每个参数组合，对指纹图像的量程区间的最大值和最小值进行逆运算，以得到每个参数组合对应的电容值范围。

在一些实施例中，还包括：对所述配置表内的数据进行校准。

在一些实施例中，根据设定步长和基准值得到所述多个参数组合。

在一些实施例中，从所述多个参数组合选择一个范围最大的电容值范围对应的参数组合作为所述初始的第一参数组合。

第二方面，本发明实施例提供一种指纹检测装置，包括：

电极阵列，包括多个感测电极，用于获取指纹的感测信号；

信号处理电路，用于将所述指纹的感测信号进行模数转换，输出数字信号；

数字处理模块，包括图像处理模块和参数调整模块，所述图像处理模块用于根据数字数字信号生成指纹图像，所述参数调整模块用于根据所述指纹图像动态和预存储的配置表动态调整所述信号处理电路的参数组合，其中，所述配置表为电容值范围和参数组合的关系表。

在一些实施例中，所述参数调整模块包括：

所述参数调整模块包括：

统计单元，用于计算第一指纹图像的像素数据的数值范围的最大值和最小值，所述第一指纹图像为采用初始的第一参数组合采集到的指纹图像；

逆运算单元，用于对所述第一指纹图像的像素数据的数值范围的最大值和最小值进行逆运算，以获得所述第一指纹图像的像素数据的数值范围对应的像素电容值范围；

查找单元，用于将所述像素电容值范围和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，以获取第二参数组合；

设置单元，用于根据所述第二参数组合调整所述信号处理电路的参数，所述第二参数组合用于采集第二指纹图像。

在一些实施例中，所述信号处理电路包括放大器和模数转换器。

在一些实施例中，所述信号处理电路还包括：偏置电路。

在一些实施例中，从所述第一指纹图像中选取部分数据区域，采用采用所述部分数据区域的像素电容值范围作为所述第一指纹图像的像素电容值范围。

在一些实施例中，通过以下步骤获取所述配置表的数据：

对于给定的多个参数组合中的每个参数组合，对指纹图像的量程区间的最大值和最小值进行逆运算，以得到每个参数组合对应的电容值范围。

在一些实施例中，从所述多个参数组合选择一个范围最大的电容值范围对应的参数组合作为所述初始的第一参数组合。第三方面，本发明实施例提供一种移动终端，包括上述任一项所述的指纹检测装置。

根据本发明实施例，根据第一指纹图像获取像素电容值范围，根据像素电容值范围获取配置表中的优选参数组合，并采用优选参数组合重新采集第二指纹图像，由于无需轮询所有的参数组合，从而提高了指纹检测装置的处理效率，而且保证了指纹图像的质量效果。

附图说明

通过参照以下附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是电容式指纹传感器的工作原理示意图；

图2是电容式指纹传感器的信号处理电路的示意性电路图；

图3a是本发明实施例的指纹检测装置的信号处理电路的示意性电路图；

图3b是本发明实施例的指纹检测装置的另一信号处理电路的示意性电路图；

图4是本发明实施例的指纹检测方法的流程图；

图5是指纹的感测信号和像素数据之间的曲线图；

图6是图4所示的实施例中的配置表的获取方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本申请。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

应该指出的是，虽然在本文中多以指纹检测为示例，但是本发明提供的指纹检测方法和检测装置，也适用于其他如掌纹、脚趾纹、脚掌纹、手形、虹膜、视网膜等具有明显特征的指纹的检测和识别。

图3a是本发明实施例的指纹检测装置的信号处理电路的示意性电路图。信号处理电路包括由信号源330、放大器320和模数转换器340。信号源330用于提供将和指纹传感器相关的电容信号和参考电压信号分别输入到放大器320的反向输入端和同相输入端，其结构例如为如图1所示。放大器320为前端放大器，实现电容到电信号的转换，并对信号进行放大。放大器320可以为单级，也可以由多级放大器级联而成。模数转换器340用于将模拟电信号转换为数字信号。数字处理模块350用于处理数字信号。在本实施例中，数据处理模块350包括图像处理模块351和参数调整模块352。图像处理模块351用于将模数转换器340输出的数字信号转换为像素数据。参数调整模块352用于参数调整模块用于根据指纹图像和预存储的配置表动态调整信号处理电路中放大器和模数转换器的参数。其中，配置表353为电容值范围和参数组合的关系表。

下面结合图4具体说明上述指纹检测装置如何根据配置表353内的数据动态调整放大器和模数转换器的参数。图4是本发明实施例的指纹检测方法的流程图。具体包括以下步骤。

在步骤S01中，采用初始的第一参数组合采集指纹的第一指纹图像。

结合图3a,初始的第一参数组合包括放大器320和模数转换器340各自的参数，例如，放大器的放大系数和模数转换器的增益参数和偏移量参数等。基于图3a的信号处理电路，当指纹传感器初次扫描到按压操作时，获取指纹的感测信号，指纹的感测信号经由放大器320和模数转换器340得到数字信号，数字信号经由图像处理模块351处理得到像素数据，即得到第一指纹图像。

参见图5，横坐标表示指纹的感测信号，即电容值，纵坐标表示输出的像素数据。一般指纹的感测信号范围很小，需要通过放大器和模数转换器进行信号放大。对应于图4，曲线的斜率对应于信号的放大倍数。而模数转换器的偏移量对应于曲线以固定的斜率进行偏移。由于在进行增益调整时指纹图像的数据可能在数据动态范围未达到最优时出现数据单方向饱和，在这种情况下，可以通过调整模数转换器的偏移量平移转换曲线，从而消除数据饱和的现象。

在步骤S02中，获得第一指纹图像对应的像素电容值范围。

继续结合图3a,参数调整模块352统计第一指纹图像中的像素数据，得到像素数据的最大值和最小值，对像素数据的最大值和最小值进行逆运算，得到对应的像素电容值范围。为了提高效率，也可以从第一指纹图像中选取部分数据区域，统计该部分数据区域的取值范围得到第一指纹图像的最大值和最小值。例如，选取中心位置的像素数据并统计它的取值范围得到第一指纹图像的最大值和最小值。当然，获取第一指纹图像对应的像素电容值范围的方法并不局限于上述方法，例如，可以经由侦测指纹的感测信号直接获得指纹图像对应的像素电容值范围。

另外，应该指出，上述逆运算和步骤S01中的处理过程对应。例如，如果在步骤S01中，像素数据的最大值和最小值是先放大指纹的感测信号然后偏移一定的偏移量得到的，则逆运算为将像素数据的最大值和最小值先偏移对应的偏移量再缩小对应的倍数，从而得到对应的像素电容值范围。当然，如果最终采用的像素数据还经过了一些其他处理过程，则相应地，上述的逆运算还可能包括对像素数据进行的其他一些相应处理。

为了方便理解逆运算的概念，下述提供示例性的公式进行说明。在该公式中，D表示指纹的一个像素数据，S表示对应的感测信号的电容值，offset表示偏移量，gain表示放大系数。采用公式(1)基于S得到D，则相应地，采用公式(2)基于D得到S。

D＝(S-offset)*gain (1)

S＝D/gain+offset (2)

在步骤S03中，将像素电容值范围和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，以获取第二参数组合。

在本步骤中，参数调整模块352在得到像素电容值范围之后，则可以利用像素电容值范围查找预存储的配置表，将像素电容值范围和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，以得到第二参数组合。其中，配置表为电容值范围和参数组合的关系表。

对于将像素电容值范围和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，存在以下比对结果：

1)、当配置表中正好包含一条数据，该数据的电容值范围等于该像素电容值范围时，则可以直接取出对应的参数组合作为第二参数组合；

2)、当配置表中不包含该像素电容值范围时，则在配置表内查找包含且最接近该像素电容值范围的电容值范围，如果能够找到，则将其对应的参数组合作为第二参数组合；

3)、如果在配置表内不能找到包含该像素电容值范围的量化区间，则找到配置表中和该像素电容值范围具有最多重叠数据的量化区间，将其对应的参数组合作为第二参数组合。

在步骤S04中，采用第二参数组合采集指纹的第二指纹图像。

继续参见图3a,由于放大器320的放大系数和模数转换器340的增益参数和偏移量等参数已经经由前述步骤调整过了，在本步骤中，采用调整后的参数组合将重新获取到的感测信号进行放大、偏移等操作，得到第二指纹图像。

在本实施中，根据第一指纹图像获取像素电容值范围，根据像素电容值范围获取配置表中的优选参数组合，并采用优选参数组合重新采集第二指纹图像，由于无需轮询所有的参数组合，从而提高了指纹检测装置的处理效率。而且，基于第二参数组合重新采集的第二指纹图像的图像质量要优于采用初始的第一参数组合得到的第一指纹图像的图像质量，从而提高了指纹图像的图像质量。

应该理解的是，在图3a所示的信号处理电路中，放大器的放大系数和模数转换器的增益共同构成信号的放大倍数，而偏移量在模数转换器中实现。然而，本发明实施例的指纹检测方法并不依赖于如图3a所示的信号处理电路吗。也就是说，其他结构的信号处理电路也能够实现本发明实施例的指纹检测方法。

图3b是本发明实施例的指纹检测装置的另一信号处理电路的示意性电路图。和图3a的不同之处在于，图3b中的信号处理电路包含了一个偏置电路310。偏置电路310用于将感测信号进行一定的偏置后再进行放大和模数转换。由此，放大器的放大系数和模数转换器的增益共同构成信号放大倍数，而偏移量既可以在偏置电路310中实现，也可以在模数转换器中实现，或者两者兼有。

图6是图4所示的实施例中的配置表的获取方法的流程图。配置表一般预存储在指纹指标装置的静态存储器中。获取方法具体包括以下步骤。

在步骤S601中，读取给定的多个参数组合中的每个参数组合。

例如设定n个参数组合，每个参数组合包含为放大器、偏置电路和模数转换器中各自一个或多个参数，并且参数组合中包含了每个参数的参数值。其中n大于等于1的正整数。

在步骤S602中，对指纹图像的量程区间的最大值和最小值进行逆运算，得到电容值范围。

指纹图像的量程区间指像素数据的范围，该量程区间和像素数据的精度相关。例如，8位(bit)精度的像素数据对应的指纹图像的量程区间为[0,255]。如果指纹图像的量程区间为[0,255]，则对0和255分别进行逆运算。如前所述，逆运算和信号处理电路的处理过程对应，这里就不再赘述。通过逆运算，能够得到0和255的对应值，根据对应值得到电容值范围。

在步骤S603中，将每个参数组合和对应的电容值范围添加到配置表中。

在本步骤中，将每个参数组合和对应的电容值范围添加到配置表中。上述步骤重复n次，由此得到给定的n条数据。

在本实施例中，建立电容值范围和参数组合的对应关系，该对应关系应用于实践中，从而实现快速获取用于调整信号处理电路的优选参数组合。可选地，从多个参数组合中选择一个参数组合作为信号处理电路的初始参数组合。例如，可以将范围最大的电容值范围对应的参数组合作为信号处理电路的初始参数组合。

在一些实施例中，对于基于上述步骤得到的电容值范围，进行校准。例如，先根据配置表中的电容值范围和参数组合调整信号处理电路的参数，然后再判断得到的指纹图像的质量效果，并据此反向调整电容值范围和/或参数组合。

在一些实施例中，根据设定步长和基准值得到多个参数组合。例如，对于偏移量可以采用以下公式获得：

Offset＝base–n*step,其中，base表示基准值，step表示步长，n表示次数。同理可以得到放大倍数。

基于上述的指纹检测方法，本发明还提供一种指纹检测装置，包括：

电极阵列，包括多个感测电极，用于获取指纹的感测信号；

信号处理电路，用于将所述指纹的感测信号进行模数转换，输出数字信号；

数字处理模块，包括图像处理模块和参数调整模块，所述图像处理模块用于根据数字数字信号生成指纹图像，所述参数调整模块用于根据所述指纹图像和预存储的配置表动态调整所述信号处理电路的参数组合，其中，所述配置表为电容值范围和参数组合的关系表。

在一个实施例中，参数调整模块包括：

统计单元，用于计算第一指纹图像的数值范围的最大值和最小值，所述第一指纹图像为采用初始的第一参数组合采集到的指纹图像；

逆运算单元，用于对所述第一指纹图像的数值范围的最大值和最小值进行逆运算，以获得第一指纹图像对应的像素电容值范围；

查找单元，用于将所述像素电容值范围和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，以获取第二参数组合；

设置单元，用于根据所述第二参数组合调整所述信号处理电路的参数，所述第二参数组合用于采集第二指纹图像。

应该指出，本文中的指纹图像的数值范围指所述指纹图像的像素数据的最大值和最小值组成的范围。像素数据例如是RGB或YUV数据。

应该指出的是，上述实施例中的指纹检测装置可以设置在移动终端上，并且指纹阵列的感测区域需要裸露在外。在此条件下，该指纹检测装置可以设置在移动终端的正面、背面或侧面的任意位置从而使得该移动终端具有指纹识别能力。在实践中，根据需求情况选定指纹检测装置的安装位置，保证用户按压感测区域的合理有效，以降低指纹识别装置的功耗。

本申请实施例虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种指纹检测方法，包括：

采用初始的第一参数组合采集指纹的第一指纹图像；

获得所述第一指纹图像对应的像素电容值范围；

将所述像素电容值范围和预设电容值范围进行比对，以获取第二参数组合；

采用所述第二参数组合采集所述指纹的第二指纹图像。

2.根据权利要求1所述的指纹检测方法，其中，所述将所述像素电容值范围和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，以获取第二参数组合包括：

将所述配置表中包含且最接近所述像素电容值范围的电容值范围对应的参数组合，作为所述第二参数组合。

3.根据权利要求1所述的指纹检测方法，其中，所述采用初始的第一参数组合采集指纹的第一指纹图像包括：

获取所述指纹的感测信号；以及

对所述指纹的感测信号进行偏移、放大和模数转换，以得到所述第一指纹图像，所述第一参数组合为在其中采用的偏移量和放大系数；

则所述获得所述第一指纹图像对应的像素电容值范围包括：

根据所述放大系数和所述偏移量对所述第一指纹图像的数值范围的最大值和最小值分别进行缩小和反向偏移，以得到所述最大值和最小值的对应值，作为所述像素电容值范围。

4.根据权利要求1所述的指纹检测方法，还包括：从所述第一指纹图像中选取部分数据区域，采用所述部分数据区域的像素电容值范围作为所述第一指纹图像的像素电容值范围。

5.根据权利要求1所述的指纹检测方法，其中，通过以下步骤获取所述配置表的数据：

对于给定的多个参数组合中的每个参数组合，对指纹图像的量程区间的最大值和最小值进行逆运算，以得到每个参数组合对应的电容值范围。

6.根据权利要求5所述的指纹检测方法，其中，从所述多个参数组合选择一个范围最大的电容值范围对应的参数组合作为所述初始的第一参数组合。

7.根据权利要求5所述的指纹检测方法，还包括：对所述配置表内的数据进行校准。

8.根据权利要求5所述的指纹检测方法，其中，根据设定步长和基准值得到所述多个参数组合。

9.一种指纹检测装置，包括：

电极阵列，包括多个感测电极，用于获取指纹的感测信号；

信号处理电路，用于将所述指纹的感测信号进行模数转换，输出数字信号；

数字处理模块，包括图像处理模块和参数调整模块，所述图像处理模块用于根据数字数字信号生成指纹图像，所述参数调整模块用于根据所述指纹图像和预存储的配置表动态调整所述信号处理电路的参数组合，其中，所述配置表为电容值范围和参数组合的关系表。

10.根据权利要求9所述的指纹检测装置，所述参数调整模块包括：

统计单元，用于计算第一指纹图像的数值范围，所述第一指纹图像为采用初始的第一参数组合采集到的指纹图像；

逆运算单元，用于对所述第一指纹图像的数值范围的最大值和最小值进行逆运算，以获得所述第一指纹图像对应的像素电容值范围；

查找单元，用于将所述像素电容值范围和预存储的配置表中的电容值范围进行比对，以获取第二参数组合；

设置单元，用于根据所述第二参数组合调整所述信号处理电路的参数，所述第二参数组合用于采集第二指纹图像。

11.根据权利要求10所述的指纹检测装置，所述信号处理电路包括放大器和模数转换器。

12.根据权利要求10所述的指纹检测装置，还包括：从所述第一指纹图像中选取部分数据区域，采用采用所述部分数据区域的像素电容值范围作为所述第一指纹图像的像素电容值范围。

13.根据权利要求10所述的指纹检测方法，其中，通过以下步骤获取所述配置表的数据：

对于给定的多个参数组合中的每个参数组合，对指纹图像的量程区间的最大值和最小值进行逆运算，以得到每个参数组合对应的电容值范围。

14.根据权利要求13所述的指纹检测方法，其中，从所述多个参数组合选择一个范围最大的电容值范围对应的参数组合作为所述初始的第一参数组合。

15.根据权利要求11所述的指纹检测装置，所述信号处理电路还包括：偏置电路。

16.一种移动终端，包括如权利要求10至15任一项所述的指纹检测装置。