CN110895664A - 一种用于无透镜成像的图像扫描方法、存储介质和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于无透镜成像的图像扫描方法、存储介质和电子设备。其中方法包括如下步骤：点亮显示面板的多个分立的点光源区域的像素点；通过光线传感器获取像素点经过透光盖板全反射的光线；间隔预设时间后，对全部点光源区域进行相同的位置偏移后，重复进行点亮像素点步骤和获取光线步骤；执行完预设次数的上述步骤后，根据光线传感器获取到的光线数据拼接获取图像数据。区别于现有技术，上述技术方案通过同时点亮多个的点光源区域，每次可以获取大量的图像信息，而后通过多次的位置偏移，可以获取到包含有全部屏下图像的光线数据，最后对光线数据进行拼接处理获取到完整的图像数据，也提高了成像效率。

Description

一种用于无透镜成像的图像扫描方法、存储介质和电子设备

技术领域

本发明涉及屏下图像成像技术领域，尤其涉及一种用于无透镜成像的图像扫描方法、存储介质和电子设备。

背景技术

随着信息科技的发展，生物特征识别技术在保障信息安全的方面发挥着越来越重要的作用，其中指纹识别已经成为移动互联网领域广泛应用的身份识别、设备解锁的关键技术手段之一。在设备的屏占比越来越大的趋势下，传统的电容式指纹识别已经不能满足需求，而超声波指纹识别则存在技术成熟度和成本等方面的问题，光学指纹识别是有望成为屏下指纹识别的主流技术方案。

现有的光学指纹识别方案是基于几何光学透镜成像原理，所用的指纹模组包含微透镜阵列、光学空间滤光器等元件，存在结构复杂、模块厚、感测范围小、成本高等诸多缺点。通过物理光学的全反射成像原理实现无透镜屏下光学指纹识别，相比于现有的光学指纹方案，具有结构简单、模块薄、感测范围大、成本低等优点。目前普通的均匀照明光源无法满足全反射成像原理的需要，点光源阵列为无透镜屏下光学指纹成像方案必要的光源，但是单次的成像无法获取到足够的屏下图像信息。

发明内容

为此，需要提供一种用于无透镜成像的图像扫描方案，解决单次的成像无法获取到足够的屏下图像信息的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种用于无透镜成像的图像扫描方法，包括如下步骤：

点亮显示面板的多个分立的点光源区域的像素点，所述点光源区域之间为阵列排列且间隔有不发光像素点；

通过光线传感器获取像素点经过透光盖板全反射的光线，所述显示面板、光线传感器置于所述透光盖板的下方；

间隔预设时间后，对全部点光源区域进行相同的位置偏移后，重复进行点亮像素点步骤和获取光线步骤；

执行完预设次数的上述步骤后，根据光线传感器获取到的光线数据拼接获取图像数据。

进一步地，所述位置偏移包括点光源往相邻点光源方向偏移；

所述位置偏移的距离为相邻点光源间隔距离的整数分之一。

进一步地，所述阵列排列包括相互垂直的横向排列和纵向排列，

所述位置偏移包括横向偏移、纵向偏移或±45°方向偏移；

所述横向偏移距离为相邻点光源区域横向间隔距离的整数分之一；

所述纵向偏移距离为相邻点光源区域纵向间隔距离的整数分之一；

所述±45°方向偏移距离为该方向上相邻点光源区域在该方向间隔距离的整数分之一。

进一步地，所述预设次数为6次以上。

进一步地，所述点光源区域包含有多个像素点。

进一步地，所述点光源区域为类圆形。

进一步地，相邻两个点光源的间距满足光线传感器采集到的点光源全反射图像不接触、不重复的条件。

进一步地，所述显示面板为液晶显示屏、有源阵列式有机发光二极管显示屏或微发光二极管显示屏。

本发明提供存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述方法的步骤。

本发明提供电子设备，包括存储器、处理器、图像获取结构，图像获取结构包括透光盖板、显示面板和光线传感器，显示面板和光线传感器设置在透光盖板的下方，处理器与显示面板和光线传感器连接，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述方法的步骤。

区别于现有技术，上述技术方案通过同时点亮多个的点光源区域，每次可以获取大量的图像信息，而后通过多次的位置偏移，可以获取到包含有全部屏下图像的光线数据，最后对光线数据进行拼接处理获取到完整的图像数据，也提高了成像效率。

附图说明

图1为利用全反射成像原理实现无透镜屏下光学指纹成像的示意图；

图2为具体实施方式所述的方法流程图；

图3为显示面板的多个分立的点光源区域的阵列示意图；

图4为一种实施例的点光源间距和指纹获取示意图；

图5为不同次图像采集的点光源偏移的示意图；

图6为本发明一实施例获取到的指纹图像数据。

附图标记说明：

O：发光点； O＇：O发光点在光线传感器的投影点；

B、：成像点； A：指纹与透光盖板接触点；

A＇：O发光点在显示面板对应位置；

1、1＇、1″：点光源；

2、指纹图像。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1到图6，本实施例提供一种用于无透镜成像的图像扫描方法，本方法应用在屏下图像成像结构上，如图1所示，屏下图像成像结构包括透光盖板、显示面板和光线传感器,所述显示面板、光线传感器置于所述透光盖板的下方。其中，透光盖板可以是单层板结构或者多层结构，单层结构可以是玻璃盖板或者有机透光材质盖板，单层盖板也可以是具有其他功能的盖板，如可以是触摸屏。多层结构可以是多层玻璃盖板或者多层有机透光材质盖板或者是玻璃盖板与有机透光材质盖板的结合。光线传感器用于获取光线，包括有多个感光单元，可以单独设置在显示面板的下方或者设置在显示面板上。设置在显示面板下方时，光线可以穿过显示面板上光源之间的间隙进入到光线传感器中。设置在显示面板上时，感光单元可以设置在显示面板的光源(像素点)间隙中。传感器可以设置在屏下图像成像结构用于获取屏下图像，如可以获取指纹掌纹等。透光盖板与显示面板需要填充光学胶进行连接以及避免空气影响光线的反射，光学胶的折射率应该小于透光盖板的折射率，避免光线在光学胶与透光盖板间发生全反射。

图1是利用全反射成像原理实现无透镜屏下光学指纹成像的示意图。全反射成像原理是成像时，手指与透光盖板接触，指纹凹陷处由于有空气，入射角超过全反射临界角的光线会在形成全反射，光线传感器会采集到明亮光线，而指纹凸出与透光盖板上表面接触，光线不会产生全反射，则光线传感器会采集到较暗光线，从而可以区分出指纹图像。如果要将手指按压的玻璃盖板(Cover glass)上某一点A成像到传感器表面上的B点，根据全反射条件，发光层上的发光点O所发射的光线正好满足需要。因为屏下空间非常小，单个点光源照明的范围也很小，必须使用多个分立的点光源并行照亮手指，才能满足快速屏下指纹成像的要求。然而，每一个点光源O都会在正下方传感器上O＇位置形成一个像(非全反射成像)，而点光源O正上方A＇点的指纹却因为光线入射角小于临界角，无法实现全反射成像，就会产生指纹图像的缺失。虽然有多个像素点形成一个点光源，同时照明指纹，单次成像还是无法对全指纹实施无缝扫描。传统指纹扫描主要利用相同部分对应拼接方法连接小块指纹信息，这种方法无法解决存在图像中部分区域放大的现象，同时如果采用现有扫描模式“逐行扫描”和“隔行扫描”方法，每次只能采集一行或一列的信息，采集的信息十分局限，这些都无法满足基于点光源阵列的快速采集完整图片的要求。如果采用过于密集的多个点光源阵列，彼此互补，可以实现全指纹的扫描，但是各个点光源阵列照明得到的指纹图像会产生重叠，后续处理十分困难。为了避免重叠，本申请的点光源间距满足图像不重叠的条件。但是这样又会有部分指纹图像缺失。为了获取到完整的指纹图像，本发明使用时分复用技术，实现指纹图像全覆盖。

为了实现图像全覆盖，如图2所示，本方法包括如下步骤：步骤S201点亮显示面板的多个分立的点光源区域的像素点，所述点光源区域之间为阵列排列且间隔有不发光像素点；步骤S202通过光线传感器获取像素点经过透光盖板全反射的光线，所述显示面板、光线传感器置于所述透光盖板的下方；步骤S203间隔预设时间后，对全部点光源区域进行相同的位置偏移后，重复进行点亮像素点步骤和获取光线步骤；步骤S204执行完预设次数的上述步骤后，根据光线传感器获取到的光线数据拼接获取图像数据。通过同时点亮多个的点光源区域，每次可以获取大量的图像信息，而后通过多次的位置偏移，可以获取到包含有全部屏下图像的光线数据，最后对光线数据对应的图像进行拼接处理获取到完整的图像数据，如图6所示。

在实际应用中，步骤S204中要实现图像的拼接，还要对每次采集到的光线的图像数据进行预处理，对获取到的图像数据进行缩放处理，去除无效的图像数据，获取到每次采集到的光线数据的有效图像区域，将这些有效图像区域拼接就可以得到完整的图像数据，拼接时一般是根据图像区域的相同的部分重叠在一起，从而实现图像区域的不同部分的延伸，直到获得整幅图像。以及执行预设次数的步骤一般是在每次步骤结束后判断是否达到预设的次数，一般要放在位置偏移前，如图2的步骤S214所示，避免进行无用的位置偏移。

位置偏移是为了获取到缺失的图像信息。为了方便后续的图像拼接，每次位置偏移的距离要相等。且优选的偏移方向为点光源往相邻点光源方向偏移；所述位置偏移的距离为相邻点光源间隔距离的整数分之一。如每次可以偏移三分之一或者八分之一的点光源中心的间距。这样可以等间距地获取到点光源之间的图像数据，图像拼接的算法可以采用相同的算法，处理起来效率更高。

本实施例中的点光源的阵列排列有多种排列方式，优选的为均匀排列，即点光源两两之间的距离都相等，这样每个点光源反射后的图像都相同，方便后续的图像处理。排列的具体形式可以为横向排列与纵向排列或者所述阵列排列为环状排列。横向排列即多个点光源构成多个平行的横排和多个平行的纵排。如图3所示，其中灰色点即为点光源，优选地，横排与纵排之间互相垂直，当然在某些实施例中可以有一定夹角(如60°等)。环状排列可以是点光源处在以屏幕中心为圆心的半径依次增大的圆形上。图像中的灰色仅作为说明，优选的光源的波长为515nm到700nm，或者是颜色为绿色(515nm-560nm)、红色(610nm-700nm)或这两种颜色之间与其他颜色的任意颜色的组合，这样的颜色对于光线传感器来说最敏感，有利于光线传感器的光线获取。

在优选实施例中，如图3所示，所述阵列排列包括相互垂直的横向排列和纵向排列，所述位置偏移包括横向偏移、纵向偏移或±45°方向偏移；所述横向偏移距离为相邻点光源区域横向间隔距离的整数分之一；所述纵向偏移距离为相邻点光源区域纵向间隔距离的整数分之一；所述±45°方向偏移距离为该方向上相邻点光源区域在该方向间隔距离的整数分之一。偏移可以是单独的横向偏移、纵向偏移或者±45°方向偏移，也可以是这几种偏移的组合。总的光线获取次数为横向的光线获取次数乘以纵向的光线获取次数。位置偏移的次数多，则光线获取的次数越多，则采集到的图像信息就越多，但是采集的时间就越长。为了节省时间，需要在满足整幅图像拼接的前提下尽可能减少位置偏移次数。这就要求每次光线获取时所采集的图像信息更多，这个与显示面板的亮度参数、透光盖板厚度、传感器感光度等参数有关。点光源阵列一次采集到的指纹信息在缩放后位置如图4所示，1是点光源，2是获取到的指纹图像，可以看到一次图像采集的指纹并不完全，需要多次不同位置信息才能组合成一张完整的指纹。当前的市面上显示面板和光线传感器一般要采集6次以上，可以获取到较为完整的屏下图像。以采取24张图为例，将扫描模式设计为以第一张为初始位置，向右下移动八分之一点距(点距指每两个点光源之间的距离，该距离根据系统硬件参数确定)，共平移七次后，初始位置向右移动三分之一点距，继续向右下移动七次八分之一点距，获取第二个八张图像，继续向右移动三分之一点距，再向右下重复完成最后八张图像采集。如图5所示，每次采集的点光源与上次采集都有偏移，其中，1为第一次图像采集的点光源中心，1＇为偏移后的图像采集的点光源中心，1″为再一次偏移后的图像采集的点光源中心。这样通过采用横、竖、斜等多种组合扫描模式，适应无透镜成像位置；多次扫描后，侦测每个小区域中心点位置并放大拼接成一副完整图像，如图6所示。

为了满足光线采集的亮度要求，点光源区域包含有多个像素点，优选地多个像素点的颜色一致。通过多个像素点的亮度叠加，光线传感器可以获取到点光源反射的光线数据。同时，点光源的外形也会影响呈现质量，优选地，所述点光源区域为类圆形。由于实际上，每个像素都是方形，多个像素的组合没办法形成一个标准的圆形，只能是接近圆形的类圆形。类圆形的像素点确定可以以某个像素点为中心画圆，圆内的像素点可以全部作为类圆形的像素点，圆周上的像素点可以设定一个预设面积占比值，如果圆周像素点在圆内的面积占像素点总面积的比大于预设面积占比值，则将该像素点作为点光源类圆形的像素点。圆的大小决定了点光源的光线强度以及光线传感器是否能够获取到较高质量的图像，圆太小，则点光源区域太小，就会产生光线不足，圆太大，点光源区域太大，又会影响成像质量。不同的显示面板同样也会有不同的光源强度，则不同的显示面板的点光源区域大小也会不同。对于某一种特定的图像成像获取结构，点光源区域大小同样可以采用人工多次试验的方式获取，点光源区域大小可以由小到大依次点亮，而后光线传感器获取到图像数据后，人工筛选出满足成像质量的最小点光源区域。

点光源的间距决定于成像质量，此间距由光源与盖板上表面的间距决定，这两个间距成正比。为了避免成像之间的重叠，相邻两个点光源的间距满足光线传感器采集到的点光源全反射图像不接触、不重复的条件。优选地，点光源的间距可以是在相邻两个点光源的全反射图像不接触、不重复的条件下取最小值。这个最小值可以通过人工多次试验获取，如在不同的点光源的间距下获取点光源全反射图像，而后查看到反射图像满足不接触、不重复的条件中点光源间距的最小值。而后这个最小值可以预先设置在运行本方法的存储器上。点光源的间距在实际中会受到显示面板、光线传感器、透光盖板等成像结构硬件参数的影响，在实际应用中，一个产品的屏幕硬件参数一般不会改变，对于这些特定的屏幕，采用人工多次试验获取的方式更为直接和方便。在某些实施例中，点光源的间距也可以相对较近，这样在一次的光线获取中，单个点光源全反射图像就会产生重叠，则图像处理的时候还要去除重叠部分，会增加每次图像处理的工作量。

以三星Galaxy Round手机的有机发光二极管(AMOLED)显示屏、台湾群创TFT X光用传感器、透光盖板厚度约为0.7mm的系统为例，确定点光源阵列的阵列结构参数为每两个点光源之间距离为80像素宽度(针对系统所用显示屏，实际距离约为5.26mm)，如图4所示。

显示面板不仅可以作为光源进行发光，还可以作为显示图像。显示面板包括液晶显示屏(LCD)、有源阵列式有机发光二极管(AMOLED)显示屏或微发光二极管(micro-LED)显示屏，这些都是以薄膜电晶管(TFT)结构扫描并驱动单一像素，可以实现对像素点的单一驱动，即可以实现点光源的驱动和阵列显示，同时光线可以透过像素点的间隙后进入到光线传感器中。

本发明还提供存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。本实施例的存储介质可以是设置在电子设备中的存储介质，电子设备可以读取存储介质的内容并实现本发明的效果。存储介质还可以是单独的存储介质，将该存储介质与电子设备连接，电子设备就可以读取存储介质里的内容并实现本发明的方法步骤。这样就可以在具有图像获取结构上运行本发明实施例的方法，实现点光源阵列的屏下图像的获取。

本发明提供电子设备，包括存储器、处理器、图像获取结构，图像获取结构包括透光盖板、显示面板和光线传感器，显示面板和光线传感器设置在透光盖板的下方，处理器与显示面板和光线传感器连接，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述方法的步骤。本实施例同时点亮多个的点光源区域，每次可以获取大量的图像信息，而后通过多次的位置偏移，可以获取到包含有全部屏下图像的光线数据，最后对光线数据进行拼接处理获取到完整的图像数据，也提高了成像效率。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于无透镜成像的图像扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

点亮显示面板的多个分立的点光源区域的像素点，所述点光源区域之间为阵列排列且间隔有不发光像素点；

通过光线传感器获取像素点经过透光盖板全反射的光线，所述显示面板、光线传感器置于所述透光盖板的下方；

间隔预设时间后，对全部点光源区域进行相同的位置偏移后，重复进行点亮像素点步骤和获取光线步骤；

执行完预设次数的上述步骤后，根据光线传感器获取到的光线数据拼接获取图像数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于无透镜成像的图像扫描方法，其特征在于：

所述位置偏移包括点光源往相邻点光源方向偏移；

所述位置偏移的距离为相邻点光源间隔距离的整数分之一。

3.根据权利要求1所述的一种用于无透镜成像的图像扫描方法，其特征在于：

所述阵列排列包括相互垂直的横向排列和纵向排列，

所述位置偏移包括横向偏移、纵向偏移或±45°方向偏移；

所述横向偏移距离为相邻点光源区域横向间隔距离的整数分之一；

所述纵向偏移距离为相邻点光源区域纵向间隔距离的整数分之一；

所述±45°方向偏移距离为该方向上相邻点光源区域在该方向间隔距离的整数分之一。

4.根据权利要求1所述的一种用于无透镜成像的图像扫描方法，其特征在于：所述预设次数为6次以上。

5.根据权利要求1所述的一种用于无透镜成像的图像扫描方法，其特征在于：所述点光源区域包含有多个像素点。

6.根据权利要求1所述的一种用于无透镜成像的图像扫描方法，其特征在于：所述点光源区域为类圆形。

7.根据权利要求1所述的一种用于无透镜成像的图像扫描方法，其特征在于：相邻两个点光源的间距满足光线传感器采集到的点光源全反射图像不接触、不重复的条件。

8.根据权利要求1所述的一种应用于屏下图像成像的光源驱动方法，其特征在于：所述显示面板为液晶显示屏、有源阵列式有机发光二极管显示屏或微发光二极管显示屏。

9.存储介质，其特征在于：所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1到8任意一项所述方法的步骤。

10.电子设备，其特征在于：包括存储器、处理器、图像获取结构，图像获取结构包括透光盖板、显示面板和光线传感器，显示面板和光线传感器设置在透光盖板的下方，处理器与显示面板和光线传感器连接，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1到8任意一项所述方法的步骤。

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