CN109711308B - 指纹组件、电子设备及其指纹信号处理方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种指纹组件、电子设备及其指纹信号处理方法，指纹信号从位于玻璃盖板下的指纹传感器获得，指纹信号处理方法包括在玻璃盖板与指纹传感器贴合之后执行的以下步骤：采用具有平滑表面的测试目标获得初始噪声数据；获得并存储所述指纹组件中的噪声系数；采集指纹信号；以及根据所述指纹信号与相应的所述噪声系数得到指纹修正信号。本发明提供的指纹组件、电子设备及其指纹信号处理方法，该信号处理方法可以有效去除指纹组件中的原始噪声，并且提升指纹在图像中的对比度，优化了采集到的指纹图像质量，提高了指纹识别的成功率和降低误识率。

Description

指纹组件、电子设备及其指纹信号处理方法

技术领域

本发明涉及指纹信号处理技术领域，特别涉及指纹组件、电子设备及其信号处理方法。

背景技术

随着生物技术的发展，活体指纹被越来越多的应用于身份识别系统中，例如包括指纹、掌纹、人脸、虹膜等等。其中指纹识别技术可实现性强、安全性高且成本低廉，已经应用于移动终端、家居、金融等多个领域中。

目前市场上受欢迎的电子设备的指纹识别解决方案主要分为在电子设备背面设置指纹组件然后镀膜封装和在电子设备前面设置指纹组件然后上方通过盖板封装两种方案，其中背面镀膜方式的硬件实现比较容易，而前置盖板方案需要将指纹组件放在玻璃材料的盖板下面，这样不可避免减弱或损失指纹信号，并且在封装贴合玻璃盖板的过程中会产生存储在电子设备的指纹组件中的原始噪声，导致采集到的指纹图像质量较差，影响识别率。

现在的技术中，多采用传统的去噪增强等算法提高指纹的图像质量。然而传统的增强方法是针对特定噪声类型去除噪声的方法，对于前置盖板方案的电子设备得到的质量较差的指纹信号，由于玻璃盖板封装后与指纹组件的贴合程度不同，其指纹组件内部的噪声类型和强度不确定，因此采用传统的去噪增强等算法无法很好的解决上述技术问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供指纹组件、电子设备及其指纹信号处理方法，从而优化了采集到的指纹图像质量，提高了指纹识别的成功率和降低误识率。

根据本发明的一方面，提供一种指纹信号处理方法，所述指纹信号从位于玻璃盖板下的指纹传感器获得，所述指纹信号处理方法包括在玻璃盖板与指纹传感器贴合之后执行的以下步骤：采用具有平滑表面的测试目标获得初始噪声数据；获得并存储所述指纹组件中的噪声系数；采集指纹信号；以及根据所述指纹信号与相应的所述噪声系数得到指纹修正信号。

可选地，所述初始噪声数据为图像数据。

可选地，获得所述初始噪声数据和所述噪声系数的步骤包括：所述指纹传感器采集具有平滑表面的测试目标并获得测试传感信号；获得所述测试传感信号的灰度直方图；基于所述测试传感信号的灰度直方图提取得到所述初始噪声数据；以及基于所述初始噪声数据计算得到所述噪声系数。

可选地，所述测试传感信号包括测试目标图像信号和所述原始噪声数据。

可选地，所述初始噪声数据包括噪声模型和噪声强度。

可选地，所述指纹信号减去相应的所述噪声系数获得所述指纹修正信号。

可选地，所述指纹信号处理方法还包括：对所述指纹修正信号进行滤波增强处理并输出。

根据本发明的另一方面，提供一种指纹组件，用于执行上述指纹信号处理方法，该组件包括：指纹传感器，设置于玻璃盖板下方，用于采集指纹信号和测试传感信号；处理单元，连接所述指纹传感器，接收所述测试传感信号以获得指纹组件中的初始噪声数据和噪声系数，根据所述指纹信号与相应的所述噪声系数得到处理后的指纹修正信号；存储单元，连接所述处理单元，用于存储所述噪声系数；以及输出单元，连接所述处理单元以输出所述指纹修正信号。

可选地，所述指纹组件还包括：滤波单元，连接在所述处理单元与所述输出单元之间，将所述指纹修正信号进行滤波增强处理并输出至所述输出单元。

根据本发明的另一方面，提供一种电子设备，包括上述所述的指纹组件。

可选地，所述指纹组件的指纹传感器上方通过贴合盖板进行封装。

可选地，所述电子设备至少包括：手机、电脑、考勤机。

本发明提供的指纹组件、电子设备及其指纹信号处理方法，该信号处理方法通过获取每个指纹组件中噪声的噪声系数并存储，用于得到每个指纹组件中的原始噪声的噪声类型和强度，以便对采集到的指纹信号进行去除组件中的原始噪声操作进而得到指纹修正信号；优选地，在指纹修正信号进行指纹识别之前可以对其进行滤波处理，以提高指纹修正信号中指纹的对比度。通过本发明中指纹信号处理方法处理得到的指纹修正信号，图像的画面质量明显提高。该方法可以有效地去除指纹组件中的原始噪声，并且可以提升指纹在图像中的对比度，优化了采集到的指纹图像质量，提高了指纹识别的成功率和降低误识率。

优选地，本发明中通过采集测试目标的测试传感信号获取指纹组件中的原始噪声数据以及噪声系数，优选地，具有光滑表面的测试目标的图像信号中包括一个灰度值，因此通过采集测试目标的测试传感信号，并从该测试传感信号提取指纹组件中原始噪声的信号信息，可以有效的评估出指纹组件中原始噪声的噪声系数。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本发明实施例的指纹组件的结构示意图；

图2a示出根据本发明实施例的第一指纹组件的传感图像示意图；图2b示出根据本发明实施例的第二指纹组件的传感图像示意图；

图3示出根据本发明实施例的指纹信号处理方法的流程示意图；

图4示出根据本发明实施例的获得指纹组件中噪声系数的流程示意图；

图5示出根据本发明实施例的指纹信号处理的效果示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或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。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1示出根据本发明实施例的指纹组件的结构示意图。图2a示出根据本发明实施例的第一指纹组件的传感图像示意图，图2b示出根据本发明实施例的第二指纹组件的传感图像示意图。

如图1所示，指纹组件100包括指纹传感器101、处理单元102、存储单元103以及输出单元104。本实施例中该指纹组件100安装在电子设备时，通过在指纹传感器上方贴合盖板进行封装，盖板材料例如为玻璃。其中可以应用该指纹组件的电子设备包括但不限于手机、电脑、考勤机。

指纹传感器101用于采集指纹信号以及测试传感信号，指纹传感器101包括但不限于半导体面状指纹传感器、半导体线状指纹传感器、光学指纹传感器。当有物体接触指纹传感器101时，传感器101采集传感信号。具体地，指纹信号是指纹传感器101感测到指头触碰后采集的指纹信号，测试传感信号是指纹传感器101感测到具有光滑表面的测试目标触碰后采集的测试传感信号。其中测试目标与指纹传感器101封装面接触的表面光滑，即测试目标图像信号的灰度直方图中包括一个灰度中值，该具有光滑表面的测试目标例如可以是具有平滑表面的橡胶，该测试传感信号例如是在橡胶平滑表面平整地接触封装指纹传感器101的玻璃盖板表面时，由指纹传感器101采集得到。其中，该测试目标例如为具有平滑表面的导电物质，可以包括具有平滑表面的橡胶。

处理单元102连接指纹传感器101，用于根据接收的测试传感信号获得指纹组件中原始噪声数据以及噪声系数；以及根据指纹信号与相应的噪声系数得到处理后的指纹修正信号，例如可以将接收的指纹信号减去噪声系数以获得指纹修正信号。

处理单元102接收测试传感信号并将测试传感信号的灰度值处理得到灰度直方图，并且处理单元102基于灰度直方图在测试传感信号中提取原始噪声数据，以及基于原始噪声数据获得噪声系数。该原始噪声数据包括噪声模型和噪声强度等，在测试目标与指纹传感器封装面理想接触时，提取到的原始噪声数据包括指纹组件的原始噪声，该原始噪声主要包括指纹组件封装时引入的噪声，该原始噪声数据例如为图像数据。处理单元102例如为控制芯片。

处理单元102将从测试传感信号中提取到的指纹组件中原始噪声数据的噪声系数存储在存储单元103中，处理单元102可以从存储单元103中读取指纹组件中的噪声系数，存储单元102例如为半导体存储器，半导体存储器包括但不限于只读存储器(ROM，Read-onlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)以及闪存芯片。

处理单元102接收指纹传感器101采集到指纹信号，并将指纹信号的灰度值减去相应点处的噪声系数，得到处理后的指纹修正信号并输出，该指纹修正信号的灰度值函数中已经去除了指纹组件中的原始噪声。输出单元104连接处理单元102以输出该指纹修正信号。

优选地，指纹组件还包括滤波单元(图中未示出)，与处理单元102连接，将接收的指纹修正信号进行滤波增强处理并输出，即对指纹修正信号中指纹图像的脊线和谷线的对比度进行增强，并将滤波处理后的指纹修正信号输出。输出单元104连接滤波单元以输出该信号。输出单元104例如可以为一输入输出端口，该输出端口例如与指纹识别装置连接以识别指纹修正信号，进而完成指纹识别。

如图2a、2b所示，图中分别示出了第一指纹组件、第二指纹组件与同一测试目标表面接触并采集到的第一测试传感图像211和第二测试传感图像221、以及第一指纹组件、第二指纹组件与同一指头表面接触并采集到的第一指纹传感图像212和第二指纹传感图像222。

可以看出第一指纹组件采集到的传感图像的噪声杂质较多，第二指纹组件采集到的传感图像的噪声杂质较少，导致上述情况发生的原因在于，每个指纹组件的制造和封装情况的不同，以及每个指纹组件中各部件型号的不同等等。具体地，该实施例中指纹组件的封装通过在指纹传感器上贴合玻璃盖板完成，而玻璃盖板与指纹传感器的贴合程度的好坏会导致指纹组件中存在不同类型不同强度的原始噪声。因此，以下实施例将针对每个指纹组件执行以下指纹信号处理方法。

图3示出根据本发明实施例的指纹信号处理方法的流程示意图。

如图3所示，本发明提供的指纹信号处理方法的步骤如下：

步骤S10：采用具有平滑表面的测试目标获得初始噪声数据。通过封装在应用设备中的指纹组件检测具有平滑表面的测试目标，以获得初始噪声数据。

步骤S20：获得并存储所述指纹组件中的噪声系数。根据初始噪声数据获得并存储指纹组件的噪声系数。其中获得原始噪声数据和噪声系数的具体地该步骤的具体操作如图4所示，具体包括如下步骤：

步骤S11：指纹组件采集测试目标的测试传感信号。指纹传感器101感测到来自应用设备外部的测试目标触碰并采集测试传感信号，该测试传感信号例如是在橡胶平滑表面平整地接触封装指纹传感器101的玻璃盖板表面时，由指纹传感器101采集得到。

步骤S12：获得测试传感信号的灰度直方图。处理单元102将测试传感信号的灰度值统计处理得到测试传感信号的灰度直方图。

步骤S13：基于测试传感信号的灰度直方图提取得到原始噪声数据。处理单元102基于灰度直方图在测试传感信号中提取原始噪声数据，由于在测试目标与指纹传感器封装面理想接触时，测试图像信号的灰度直方图中包括一个灰度中值，因此在测试传感信号的灰度直方图中去除表征测试图像信号的一个灰度中值，即可提取到的该噪声为指纹组件的原始噪声，该原始噪声主要包括指纹组件封装时引入的噪声，该原始噪声数据包括噪声模型和噪声强度等，该原始噪声数据例如为图像数据。

步骤S14：基于原始噪声数据计算得到噪声系数。该噪声系数表征指纹组件的原始噪声，并将噪声系数存储在存储单元103中。

步骤S30：采集指纹信号。指纹传感器101感测到来自应用设备外部的例如指头触碰，并采集得到该指纹信号。

步骤S40：根据指纹信号与相应的所述噪声系数得到处理后的指纹修正信号。例如将指纹信号减去噪声系数得到处理后的指纹修正信号，即处理单元102将指纹信号的灰度值减去相应点处的噪声系数，得到处理后的指纹修正信号并输出，该指纹修正信号的灰度值函数中已经去除了指纹组件中的原始噪声。

本发明提供的指纹信号处理方法，获取每个指纹组件中原始噪声数据的噪声系数并存储，用于得到每个指纹组件中的原始噪声的信号类型，以便对采集到的指纹信号进行去除指纹组件中原始噪声信号的操作进而得到指纹修正信号；优选地，在指纹修正信号进行指纹识别之前可以对其进行滤波处理，以提高指纹修正信号中指纹的对比度。通过本发明中指纹信号处理方法处理得到的指纹修正信号，提高了指纹图像的画面质量，可以有效地去除玻璃盖板指纹图像的噪声，优化采集到的指纹图像质量，提高了指纹识别的成功率和降低误识率。

图5示出根据本发明实施例的指纹信号处理的效果示意图。

如图5所示，输入图像301为本发明提出的包括指纹组件的电子设备采集到的指纹信号，输出图像302为本发明指纹组件执行指纹信号处理方法之后得到的指纹修正信号。其中指纹信号处理过程以及原理在上述实施例已经详细说明，在此不再赘述。

输出图像302是对输入图像301进行指纹信号处理进而去除指纹组件中原始噪声后得到的，可以看出输出图像302中脊线和谷线的对比度明显提高，并且输出图像302中的噪声杂质明显减少。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (11)

1.一种指纹信号处理方法，其特征在于，所述指纹信号从位于玻璃盖板下的指纹传感器获得，所述指纹信号处理方法包括在玻璃盖板与指纹传感器贴合之后执行的以下步骤：

采用具有平滑表面的测试目标获得初始噪声数据；

获得并存储所述指纹组件中的噪声系数；

采集指纹信号；以及

根据所述指纹信号与相应的所述噪声系数得到指纹修正信号，

其中，获得所述初始噪声数据和所述噪声系数的步骤包括：

所述指纹传感器采集具有平滑表面的测试目标并获得测试传感信号；

获得所述测试传感信号的灰度直方图；

基于所述测试传感信号的灰度直方图提取得到所述初始噪声数据；以及

基于所述初始噪声数据计算得到所述噪声系数。

2.根据权利要求1所述的指纹信号处理方法，其特征在于，所述初始噪声数据为图像数据。

3.根据权利要求1所述的指纹信号处理方法，其特征在于，所述测试传感信号包括测试目标图像信号和所述初始噪声数据。

4.根据权利要求1所述的指纹信号处理方法，其特征在于，所述初始噪声数据包括噪声模型和噪声强度。

5.根据权利要求1所述的指纹信号处理方法，其特征在于，所述指纹信号减去相应的所述噪声系数获得所述指纹修正信号。

6.根据权利要求1所述的指纹信号处理方法，其特征在于，还包括：对所述指纹修正信号进行滤波增强处理并输出。

7.根据权利要求1所述的指纹信号处理方法，其特征在于，所述测试目标包括具有平滑表面的橡胶。

8.一种指纹组件，用于执行权利要求1至7任一项所述的指纹信号处理方法，其特征在于，包括：

指纹传感器，设置于玻璃盖板下方，用于采集指纹信号和测试传感信号；

处理单元，连接所述指纹传感器，接收所述测试传感信号并得到所述测试传感信号的灰度直方图，基于灰度直方图在所述测试传感信号中提取初始噪声数据，以及基于所述初始噪声数据得到噪声系数，根据所述指纹信号与相应的所述噪声系数得到处理后的指纹修正信号；

存储单元，连接所述处理单元，用于存储所述噪声系数；以及

输出单元，连接所述处理单元以输出所述指纹修正信号。

9.根据权利要求8所述的指纹组件，其特征在于，还包括：

滤波单元，连接在所述处理单元与所述输出单元之间，将所述指纹修正信号进行滤波增强处理并输出至所述输出单元。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求8至9任一项所述的指纹组件。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备至少包括：手机、电脑、考勤机。

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