CN110674667A - 电子装置以及指纹感测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电子装置以及指纹感测方法。电子装置包括显示面板、透镜、影像感测器以及处理器。显示面板具有指纹感测区域。显示面板用于根据第一发光图案来提供光线至指纹感测区域。第一发光图案具有亮度变化。当手指物件按压在指纹感测区域时，手指物件根据光线来反射具有指纹信息的影像光。透镜配置在显示面板下方。透镜用于传递影像光。影像感测器配置在透镜下方。影像感测器用于接收经由透镜传递的影像光，以产生指纹影像。处理器耦接显示面板以及影像感测器。处理器用于接收指纹影像。本发明的电子装置以及指纹感测方法可有效感测手指物件，并且可取得良好的指纹影像。

Description

电子装置以及指纹感测方法

技术领域

本发明是有关于一种指纹感测技术，且特别是有关于一种具有指纹感测功能的电子装置以及指纹感测方法。

背景技术

随着指纹感测技术的演进，屏下光学指纹辨识技术（Under-display opticalfingerprint）目前被广泛地应用在各式电子产品中。然而，对于一般具有屏下光学指纹辨识功能的电子装置来说，由于在电子装置的显示面板以及影像感测器中间需设置有光学透镜的缘故，因此影像感测器取得指纹影像将容易出现光遮（light shading）效果，亦即在指纹影像的中心位置容易发生亮度过高，而导致无法有效地辨识指纹特征。有鉴于此，以下将提出几个实施例的解决方案。

发明内容

本发明提供一种电子装置以及指纹感测方法可有效感测手指物件，并且可取得良好的指纹影像。

本发明的电子装置包括显示面板、透镜、影像感测器以及处理器。显示面板具有指纹感测区域。显示面板用于根据第一发光图案来提供光线至指纹感测区域。第一发光图案具有亮度变化。当手指物件按压在指纹感测区域时，手指物件根据光线来反射具有指纹信息的影像光。透镜配置在显示面板下方。透镜用于传递影像光。影像感测器配置在透镜下方。影像感测器用于接收经由透镜传递的影像光，以产生指纹影像。处理器耦接显示面板以及影像感测器。处理器用于接收指纹影像。

本发明的指纹感测方法包括以下步骤：当手指物件按压在显示面板的指纹感测区域时，藉由显示面板根据第一发光图案来提供光线至显示面板的指纹感测区域，以使手指物件根据光线来反射具有指纹信息的影像光，其中第一发光图案具有亮度变化；藉由透镜传递影像光；藉由影像感测器接收经由透镜传递的影像光，以产生指纹影像；以及藉由处理器接收指纹影像。

基于上述，本发明的电子装置以及指纹感测方法可藉由显示面板根据具有非均匀亮度的发光图案来提供光线至手指物件，以使当影像感测器接收经由手指物件反射且经由透镜传递的影像光后，影像感测器所产生的指纹影像可有效减少光遮（light shading）的效果。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的实施例的电子装置的机构示意图。

图2是依照本发明的图1实施例的电子装置的功能电路图。

图3是依照本发明的图1实施例的电子装置的俯视示意图。

图4是依照本发明的实施例的发光图案的示意图。

图5是依照本发明的实施例的指纹影像的示意图。

图6是依照本发明的实施例的另一指纹影像的示意图。

图7是依照本发明的实施例的指纹感测方法的流程图。

图8是依照本发明的实施例的指纹影像的多个子影像区域的示意图。

图9是依照本发明的实施例的产生补偿用的发光图案的方法的流程图。

图10是依照本发明的另一实施例的指纹感测方法的流程图。

【符号说明】

100：电子装置

110：影像感测器

120：透镜

130：显示面板

140：处理器

SR：指纹感测区域

P1：第一方向

P2：第二方向

P3：第三方向

B：手指物件

400：发光图案

500、600、800：指纹影像

810_1~810_N：子影像区域

S701~S713、S910~S940、S1010~S1040：步骤。

具体实施方式

为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡是可能的地方，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，代表相同或类似部件。

图1是依照本发明的实施例的电子装置的机构示意图。参考图1以及图2，电子装置100的机构包括影像感测器110、透镜120以及显示面板130，并且显示面板130包括指纹感测区域SR。显示面板130沿着第一方向P1以及第二方向P2所延伸的平面来配置，并且显示面板130朝第三方向P3为显示方向。第一方向P1、第二方向P2以及第三方向P3彼此垂直。在本实施例中，影像感测器110以及透镜120沿着第三方向P3配置在显示面板130的指纹感测区域SR下方。当用户将手指物件按压在显示面板130的指纹感测区域SR上方时，影像感测器110用于取得手指物件的指纹影像。

在本实施例中，电子装置100可为一种具有屏下光学指纹辨识技术（Under-display optical fingerprint）功能的携带式电子产品，例如移动电话（Mobile phone）、平板（Tablet）或笔记本电脑（Laptop）等，本发明并不加以限制。在本实施例中，显示面板130可为主动矩阵有机发光二极体（Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode,AMOLED），并且具有阵列排列的多个像素单元，但本发明亦不限于此。在本实施例中，当电子装置100执行指纹感测操作时，显示面板130用于根据特定的发光图案来提供光线至按压在指纹感测区域SR上方的手指物件，以使手指物件可反射具有指纹信息的影像光，并且经由透镜120传递至影像感测器110。在本实施例中，显示面板130提供至指纹感测区域SR的光线可以是可见光（visible light）或非可见光（non-visible light），其中非可见光可例如是红外光（Infrared, IR）。此外，在一个实施例中，显示面板130可藉由在指纹感测区域SR中的这些像素单元的至少一部份来提供光线，例如利用特定颜色的单一或多个像素单元来提供白色、特定颜色或特定波长的照射光。

图2是依照本发明的图1实施例的电子装置的功能电路图。参考图1以及图2，电子装置100的功能电路可包括影像感测器110、显示面板130以及处理器140。在本实施例中，处理器140耦接影像感测器110以及显示面板130。当用户将手指物件按压在显示面板130的指纹感测区域SR上方时，影像感测器110用于执行指纹感测，并且提供指纹影像至处理器140。处理器140可用于控制显示面板130，以使显示面板130可根据特定的发光图案来提供光线，并且还可用于分析、处理指纹影像。

在本实施例中，影像感测器110可为COMS影像感测器（CMOS Image Sensor, CIS）或感光耦合组件（Charge Coupled Device, CCD）。在本实施例中，处理器140可为影像讯号处理器（Image Signal Processor, ISP）、中央处理器（Central Processing Unit, CPU）、微处理器（Microprocessor）、数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP）、可程序化控制器（Programmable Logic Controller, PLC）、特殊应用集成电路（ApplicationSpecific Integrated Circuit, ASIC）、系统单芯片（System on Chip, SoC）或其他类似元件或上述元件的组合。并且，在本实施例中，电子装置100还可包括存储器（Memory）。所述存储器可用于储存本发明各实施例所述的影像资料、影像分析软件、运算软件等，本发明并不加以限制。

图3是依照本发明的图1实施例的电子装置的俯视示意图。参考图1至图3，电子装置100可例如透过显示面板130来显示画面，并且当电子装置100执行指纹感测操作时，显示画面130可显示指纹感测区域SR，以让用户可直觉地将手指物件B按压在指纹感测区域SR上。更进一步而言，在本实施例中，当用户的手指物件B按压在指纹感测区域SR时，显示面板130可根据特定的非均匀亮度的发光图案来提供光线至指纹感测区域SR，以让用户的手指物件B可根据所述光线来反射具有指纹信息的影像光至透镜120以及影像感测器110。因此，影像感测器110可接收经由透镜120传递的影像光，以产生具有均匀亮度的指纹影像。

图4是依照本发明的实施例的发光图案的示意图。图5是依照本发明的实施例的指纹影像的示意图。图6是依照本发明的实施例的另一指纹影像的示意图。参考图1至图6，当用户的手指物件B按压在指纹感测区域SR时，显示面板130可例如根据如图4所示的发光图案400来产生光线。在本实施例中，发光图案400由图案外围至图案中心的亮度逐渐变暗。对此，当对应于此发光图案400提供光线至手指物件B时，由于手指指纹中心的光线相较于指纹周围的光线较为暗，因此可有效地降低因为透镜120的聚光效果所造成的指纹影像中心的光遮（light shading）效果。光遮效果是指指纹影像中的全部或一部分区域的亮度过高，而使指纹影像当中的指纹特征变得无法辨识的情况。因此，影像感测器110可例如取得如图5所示的指纹影像500。处理器140可有效地分析指纹影像500，并且正确地取得对应的指纹数据，以利后端的指纹信息应用（例如指纹辨识）。

然而，本发明的发光图案的亮度变化不限于由图案外围至图案中心的亮度逐渐变暗。发光图案的亮度变化可根据透镜120的不同透镜特性来决定。也就是说，在其他透镜特性或是机构设计的情境下，发光图案的亮度变化也可以是由图案外围至图案中心的亮度逐渐变亮，或是其他非均匀的亮度变化。此外，发光图案的亮度变化也不限于从图案中心开始。

另外，在一个实施例中，影像感测器110也可例如取得如图6所示的指纹影像600。在此实施例中，虽然显示面板130根据特定的发光图案400来提供光线至手指物件B，但在某些感测情境下，影像感测器110取得的指纹影像600的指纹影像中心可能仍然有相当程度的光遮效果。因此，在此实施例中，处理器140可藉由分析指纹影像600，以进行发光补偿。换言之，处理器140可更进一步对发光图案400进行调整，以使影像感测器110可更适于取得更佳的指纹影像。对此，以下将以图7实施例的指纹感测方法来说明如何调整发光图案。

图7是依照本发明的实施例的指纹感测方法的流程图。参考图1至图3以及图7，图7的指纹感测方法可适用于图1至图3的电子装置100。电子装置100可执行以下步骤S701~S713。在步骤S701中，电子装置100开始指纹感测。在步骤S702中，显示面板130显示第一发光图案。在步骤S703中，影像感测器110取得指纹影像。在步骤S704中，处理器140判断指纹影像的多个影像区域的多个平均亮度值是否低于第一阈值。若是，则处理器140判断指纹影像符合影像品质要求，并且处理器140进一步执行步骤S705，以细调第一发光图案。

在步骤S705中，处理器140进行发光补偿，以产生第二发光图案。在步骤S706中，显示面板130显示第二发光图案。在步骤S707中，影像感测器110取得新的指纹影像。在步骤S708中，处理器140判断新的指纹影像的影像质量是否高于第二阈值。若是，则电子装置100可执行步骤S709，以结束指纹感测。或否，则电子装置100重新执行步骤S704。

在步骤S704中，若处理器140判断指纹影像的多个影像区域的多个平均亮度值未低于第一阈值，则处理器140执行步骤S710。在步骤S710中，处理器140判断指纹影像的曝光时间（Explosion time）和增益值（Gain）的乘积是否介于预设范围当中（例如γ1<（Explosion time）×（Gain）<γ2，其中γ1以及γ2为预设的数值）。若是，则处理器140判断指纹影像仍符合影像品质要求，并且处理器140进一步执行步骤S711，以粗调第一发光图案。在步骤S711中，处理器140进行发光补偿，以产生第三发光图案。在步骤S712中，显示面板130显示第三发光图案，并且处理器140重新执行步骤S703，以透过影像感测器110取得新的指纹影像。

反之，在步骤S710中，若处理器140判断指纹影像的曝光时间（Explosion time）和增益值（Gain）的乘积未介于预设范围当中，则判断指纹影像未符合影像品质要求，其原因可能在于影像感测器110的设定未能符合目前指纹撷取情境，或者是影像感测器110的设定已经超过预期设定范围。因此，处理器140可执行步骤S713，以重新设定影像感测器110，并且重新执行步骤S703，以透过经重新设定的影像感测器110来取得新的指纹影像。因此，本实施例的电子装置100不仅可基于默认的发光图案来提供特殊且非均匀的光线，并且还可进一步针对所取得的指纹影像的质量作进一步的细调或粗调，甚至重新设定影像感测器110，以取得更佳的指纹影像。

此外，关于在步骤S704中，处理器140判断指纹影像的多个影像区域的多个平均亮度值是否低于第一阈值的方式可参考图8。图8是依照本发明的实施例的指纹影像的多个子影像区的示意图。图8的指纹影像800可例如是划分为多个子影像区810_1~810_N，其中N为大于1的正整数。在本实施例中，处理器140可判断这些子影像区810_1~810_N的平均亮度值是否低于第一阈值，以判断指纹影像800中是否存在亮度过高的区域。然而，在实施例中，这些子影像区810_1~810_N的划分方式不限于图8所示。这些子影像区810_1~810_N亦可为三角形、六边形等多边形，本发明并不限于此。

此外，关于在步骤S705以及步骤S711中，处理器140进行发光补偿，以产生补偿用的发光图案的方式（可参考图9）。图9是依照本发明的实施例的产生补偿用的发光图案的方法的流程图。在步骤S910中，处理器140分析指纹影像，以取得指纹影像的各个像素的灰阶值以及灰阶变化情况。例如，处理器140可判断在指纹影像中的亮度最高区域（灰阶值最低区域）以及亮度最低区域（灰阶值最高区域）。亮度最高区域例如是指纹影像的中心位置，而亮度最低区域例如是指纹影像的周边位置。处理器140可分析指纹影像的中心位置到周边位置的灰阶变化情况。在步骤S920中，处理器140计算指纹影像的灰阶梯度变化。处理器140可根据上述分析结果来进一步取得指纹影像的灰阶值变化的梯度。在步骤S930中，处理器140计算用于补偿的另一灰阶梯度变化。例如，处理器140可对上述指纹影像的灰阶值变化的梯度取反梯度。在步骤S940中，处理器140可计算用于补偿的灰阶分布，以取得新的发光图案。因此，本实施例的处理器140可针对前一次的指纹感测结果来自适应性地产生补偿用的发光图案。

此外，关于在步骤S708中，处理器140判断新的指纹影像的影像质量是否高于第二阈值的方式，可例如是处理器140判断新的指纹影像的指纹特征数量是否高于默认数量值，或是判断指纹特征的波锋及波谷的位置是否可被有效定义，或是计算指纹特征的波锋及波谷的讯号噪声比（Signal-to-noise ratio, SNR）是否高于预设噪声比来决定新的指纹影像的影像质量是否为理想，以结束指纹感测。

图10是依照本发明的另一实施例的指纹感测方法的流程图。请参考图1至图3以及图10，本实施例的指纹感测方法可至少适用于图1至图3的电子装置100。在本实施例中，电子装置100可执行以下步骤S1010~S1040，以有效地取得指纹影像。在步骤S1010中，当手指物件B按压在显示面板130的指纹感测区域SR时，电子装置100藉由显示面板130根据第一发光图案来提供光线至显示面板130的指纹感测区域SR，以使手指物件B根据光线来反射具有指纹信息的影像光，其中第一发光图案具有亮度变化。在步骤S1020中，电子装置100藉由透镜120传递影像光至影像感测器110。在步骤S1030中，电子装置100藉由影像感测器110接收经由透镜120传递的影像光，以产生指纹影像。在步骤S1040中，电子装置100藉由处理器140接收指纹影像。因此，本实施例的电子装置100可取得良好的指纹影像。

另外，关于本实施例的电子装置100的其他装置细节、更进一步的实施方式或相关技术特征可参考上述图1至图9实施例来获取足够的教示、建议以及实施说明，因此不再赘述。

综上所述，本发明的电子装置以及指纹感测方法可藉由显示面板根据具有非均匀亮度的发光图案来提供光线至手指物件，以使影像感测器所取得的指纹影像可有效减少光遮（light shading）的效果。并且，本发明的电子装置以及指纹感测方法还可进一步对于指纹影像进行分析，以更进一步地调整发光图案，而可有效地适应不同感测情况，以自动地调整发光图案的亮度变化结果。因此，本发明的电子装置以及指纹感测方法可取得更佳的指纹影像。

虽然本发明已经通过实施例如上公开，然其并非用于限定本发明，任何所属技术领域中具有公知知识的人，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种电子装置，其特征在于，包括：

显示面板，具有指纹感测区域，并且用于根据第一发光图案来提供光线至所述指纹感测区域，其中所述第一发光图案具有亮度变化，并且当手指物件按压在所述指纹感测区域时，所述手指物件根据所述光线来反射具有指纹信息的影像光；

透镜，配置在所述显示面板下方，并且用于传递所述影像光；

影像感测器，配置在所述透镜下方，并且用于接收经由所述透镜传递的所述影像光，以产生指纹影像；以及

处理器，耦接所述显示面板以及所述影像感测器，并且用于接收所述指纹影像。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述处理器判断所述指纹影像是否符合影像品质要求，以决定根据所述指纹影像来进行发光补偿或重新设定所述影像感测器的设定。

3.根据权利要求2所述的电子装置，其中当所述处理器判断所述指纹影像的多个子影像区域的平均亮度小于第一阈值时，所述处理器判断所述指纹影像符合所述影像品质要求，并且所述处理器根据所述指纹影像来取得第二发光图案，

其中所述显示面板根据所述第二发光图案来提供另一光线至所述指纹感测区域，以使所述影像感测器重新取得另一指纹影像后，所述处理器判断所述另一指纹影像的影像质量是否高于第二阈值，以结束指纹感测。

4.根据权利要求3所述的电子装置，其中所述处理器分析所述指纹影像，以取得所述指纹影像的第一灰阶梯度变化，

其中所述处理器计算用于补偿的第二灰阶梯度变化，并且根据所述第二灰阶梯度变化来取得所述第二发光图案。

5.根据权利要求3所述的电子装置，其中当所述处理器判断所述指纹影像的多个子影像区域的平均亮度大于或等于所述第一阈值时，所述处理器进一步判断所述指纹影像的曝光时间与增益值的乘积是否介于预设范围当中，以决定根据所述指纹影像来取得第三发光图案或重新设定所述影像感测器的设定。

6.根据权利要求5所述的电子装置，其中当所述处理器进一步判断所述指纹影像的所述曝光时间与所述增益值的乘积介于预设范围当中时，所述处理器判断所述指纹影像符合所述影像品质要求，并且所述处理器根据所述指纹影像来取得所述第三发光图案，

其中所述显示面板根据所述第三发光图案来提供另一光线至所述指纹感测区域，并且所述影像感测器重新取得另一指纹影像后，所述处理器重新判断所述另一指纹影像是否符合所述影像品质要求。

7.根据权利要求6所述的电子装置，其中所述处理器分析所述指纹影像，以取得所述指纹影像的第一灰阶梯度变化，

其中所述处理器计算用于补偿的第三灰阶梯度变化，并且根据所述第三灰阶梯度变化来取得所述第三发光图案。

8.根据权利要求5所述的电子装置，其中当所述处理器进一步判判断所述指纹影像的所述曝光时间与所述增益值的乘积未介于预设范围当中时，所述处理器判断所述指纹影像未符合所述影像品质要求，并且所述处理器根据所述指纹影像来重新设定所述影像感测器的设定，

其中所述处理器经由重新设定后的所述影像感测器来重新取得另一指纹影像，并且所述处理器重新判断所述另一指纹影像是否符合所述影像品质要求。

9.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第一发光图案由图案外围至图案中心的亮度逐渐变暗。

10.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述显示面板为有机发光二极体显示面板，并且具有阵列排列的多个像素单元，

其中当所述手指物件按压在所述指纹感测区域时，所述显示面板藉由在所述指纹感测区域中的这些像素单元的至少一部份来提供所述光线。

11.一种指纹感测方法，其特征在于，包括：

当手指物件按压在显示面板的指纹感测区域时，藉由所述显示面板根据第一发光图案来提供光线至所述显示面板的指纹感测区域，以使所述手指物件根据所述光线来反射具有指纹信息的影像光，其中所述第一发光图案具有亮度变化；

藉由透镜传递所述影像光；

藉由影像感测器接收经由所述透镜传递的所述影像光，以产生指纹影像；以及

藉由处理器接收所述指纹影像。

12.根据权利要求11所述的指纹感测方法，更包括：

藉由所述处理器判断所述指纹影像是否符合影像品质要求，以决定根据所述指纹影像来进行发光补偿或重新设定所述影像感测器的设定。

13.根据权利要求12所述的指纹感测方法，其中藉由所述处理器判断所述指纹影像是否符合所述影像品质要求的步骤包括：

当所述处理器判断所述指纹影像的多个子影像区域的平均亮度小于第一阈值时，判断所述指纹影像符合所述影像品质要求，并且藉由所述处理器根据所述指纹影像来取得第二发光图案；

藉由所述显示面板根据所述第二发光图案来提供另一光线至所述指纹感测区域，以使所述影像感测器重新取得另一指纹影像；以及

藉由所述处理器判断所述另一指纹影像的影像质量是否高于第二阈值，以结束指纹感测。

14.根据权利要求13所述的指纹感测方法，其中藉由所述处理器根据所述指纹影像来取得所述第二发光图案的步骤包括：

藉由所述处理器计算用于补偿的第二灰阶梯度变化，并且根据所述第二灰阶梯度变化来取得所述第二发光图案。

15.根据权利要求13所述的指纹感测方法，其中藉由所述处理器判断所述指纹影像是否符合所述影像品质要求的步骤更包括：

当所述处理器判断所述指纹影像的多个子影像区域的平均亮度大于或等于所述第一阈值时，藉由所述处理器进一步判断所述指纹影像的曝光时间与增益值的乘积是否介于预设范围当中，以决定根据所述指纹影像来取得第三发光图案或重新设定所述影像感测器的设定。

16.根据权利要求15所述的指纹感测方法，其中藉由所述处理器进一步判断所述指纹影像的所述曝光时间与所述增益值的乘积是否介于所述预设范围当中，以决定根据所述指纹影像来取得所述第三发光图案或重新设定所述影像感测器的设定的步骤包括：

当所述处理器进一步判断所述指纹影像的所述曝光时间与所述增益值的乘积介于预设范围当中时，判断所述指纹影像符合所述影像品质要求，并且藉由所述处理器根据所述指纹影像来取得所述第三发光图案。

17. 根据权利要求16所述的指纹感测方法，其中藉由所述处理器根据所述指纹影像来取得所述第三发光图案的步骤包括：

藉由所述处理器分析所述指纹影像，以取得所述指纹影像的第一灰阶梯度变化；以及

藉由所述处理器计算用于补偿的第三灰阶梯度变化，并且根据所述第三灰阶梯度变化来取得所述第三发光图案。

18.根据权利要求17所述的指纹感测方法，其中藉由所述处理器进一步判断所述指纹影像的所述曝光时间与所述增益值的乘积是否介于所述预设范围当中，以决定根据所述指纹影像来取得所述第三发光图案或重新设定所述影像感测器的设定的步骤包括：

当所述处理器进一步判判断所述指纹影像的所述曝光时间与所述增益值的乘积未介于预设范围当中时，判断所述指纹影像未符合所述影像品质要求，并且藉由所述处理器根据所述指纹影像来重新设定所述影像感测器的设定；

藉由所述处理器经由重新设定后的所述影像感测器来重新取得另一指纹影像；以及

藉由所述处理器重新判断所述另一指纹影像是否符合所述影像品质要求。

19.根据权利要求11所述的指纹感测方法，其中所述第一发光图案由图案外围至图案中心的亮度逐渐变暗。

20.根据权利要求11所述的指纹感测方法，其中所述显示面板为有机发光二极体显示面板，并且具有阵列排列的多个像素单元，

其中当所述手指物件按压在所述指纹感测区域时，所述显示面板藉由在所述指纹感测区域中的这些像素单元的至少一部份来提供所述光线。

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