CN110895824A - 自动搜索显示屏幕厚度参数的方法、存储介质及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学指纹技术领域，特别涉及自动搜索显示屏幕厚度参数的方法、存储介质及电子设备。所述一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，包括步骤：对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区，所述圆形暗区的直径为D，根据D的值计算屏幕厚度参数。有效利用无透镜成像的信息，实时计算屏幕厚度参数，利于后续数据处理。

Description

自动搜索显示屏幕厚度参数的方法、存储介质及电子设备
技术领域
本发明涉及光学指纹技术领域，特别涉及自动搜索显示屏幕厚度参数的方法、存储介质及电子设备。
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。但是，结构光照明的无透镜屏下光学指纹成像的数据处理方法，非常依赖于显示屏幕的厚度参数，且该参数因用户增添屏保膜类型的不同而导致很大不确定性，给无透镜屏下光学指纹识别技术的普及应用造成技术障碍。
发明内容
为此，需要提供一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，用以解决光学指纹识别中，显示屏幕厚度参数无法实时获取的问题。具体技术方案如下：
一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，包括步骤：对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区，所述圆形暗区的直径为D，根据D的值计算屏幕厚度参数。
进一步的，所述“对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区”，还包括步骤：确定指纹图像中点光源对应的亮斑位置，以亮斑为圆心逐渐向外扫描，扫描到的平均灰度值刚达到最大值的边缘视为圆形暗区的圆周。
进一步的，所述“对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区”，还包括步骤：扫描指纹图像，圈出灰度值低于预设阈值的区域，区域最外围边缘视为圆形暗区的圆周。
进一步的，所述“对指纹图像进行处理”前，还包括步骤：点亮显示面板的多个分立的点光源区域的像素点，所述点光源区域呈阵列排列且间隔有不发光像素点，所述点光源区域包含有多个像素点；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。
进一步的，所述阵列排列为横向排列与纵向排列或者所述阵列排列为环状排列。
进一步的，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。
进一步的，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。
进一步的，所述点光源区域为类圆形。
为解决上述问题，还提供了一种存储介质，具体技术方案如下：
一种存储介质，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所提到的方法的任意步骤。
为解决上述问题，还提供了一种电子设备，具体技术方案如下：
一种电子设备，包括存储器、处理器，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上述所提到的方法的任意步骤。
本发明的有益效果是：有效利用无透镜成像的信息，实时计算屏幕厚度参数，利于后续数据处理。
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3为圆形暗区形成原理的示意图；
图4为一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法的流程图；
图5为产生模糊图像的示意图；
图6为显示面板的多个分立的点光源区域的阵列示意图；
图7为一种实施例的点光源包含的像素点的分布图；
图8为一种存储介质的模块示意图；
图9为一种电子设备的模块示意图。
附图标记说明：
800、存储介质，
900、电子设备，
901、存储器，
902、处理器。
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至图7，本实施方式提供一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，该方法应用在一种电子设备上，所述电子设备包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等。
需要说明的是，在本实施方式中，待处理的指纹图像是由特定的屏下图像成像结构获取得的。如图1所示，所述屏下图像成像结构包括透光盖板、光源板和光线传感器,所述光源板、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，可以单独设置在光源板的下方或者设置在光源板上。设置在光源板下方时，光线可以穿过光源板上光源之间的间隙进入到光线传感器中。设置在光源板上时，感光单元可以设置在光源板的光源间隙中。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。透光盖板与光源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接近透光盖板的折射率，避免光线在光学胶与透光盖板间发生全反射。
在本实施方式中，如图2所示，透光盖板以玻璃盖板为例。则在进行指纹获取的时候，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，光源板上的单个发光点O所发射的光线正好满足需要。
在本实施方式中，点光源间距的设置使得成像之间互相不重叠，即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。故在本实施方式中，传感器会在点光源P周围形成圆形暗区，该圆形暗区不受其它点光源的影响，该暗区中心有一亮斑，从亮斑往外，暗区的平均灰度值是逐渐变大的。在待处理的指纹图像中，可包含有多个这样的圆形暗区，却互不影响。具体单个点光源的暗区形成原理如下：
参阅图3，在本实施方式中，本发明最核心的技术构思是：
如图3所示，θc为点光源P发出的光线在玻璃盖板上面反射的临界角，当入射角度小于θc时，大部分光线以折射的方式透过玻璃盖板，所以在传感器上探测不到明显的反射光线，传感器上就会在点光源P周围形成圆形暗区(暗区中心会因为照明点光源P的光线直接投射到传感器而形成一个亮斑)。暗区外径用D表示，盖板玻璃厚度用H表示，根据三角函数公式计算玻璃板厚度：
Figure BDA0001797510880000051
而全反射临界角的计算如下：
光线从光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角。若入射角增大到某一角度θc，使折射角到达90°，折射光就消失。入射角大于θc时只有反射光，这种现象称为全反射。相应的入射角θc叫做全反射临界角。
光线由折射率n的玻璃到真空(折射率为1)，折射定律为
sinθi＝n×sinθt①
其中θi和θt分别为入射角和折射角。当入射角θi等于临界角θc时，折射角θt＝90°，带入①式得
Figure BDA0001797510880000052
则临界角为：
Figure BDA0001797510880000053
故只要知道圆形暗区的直径D，即可根据D的值实时自动计算屏幕厚度参数。
请参阅图4，在本实施方式中，一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法的具体实施方式如下：
步骤S401：对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区，所述圆形暗区的直径为D。
在本实施方式中，优选地，所述“对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区”，还包括步骤：确定指纹图像中点光源对应的亮斑位置，以亮斑为圆心逐渐向外扫描，扫描到的平均灰度值刚达到最大值的边缘视为圆形暗区的圆周。可采用如下方式：
对获取的指纹图像进行扫描，确定指纹图像中任意一个点光源对应的亮斑位置(该位置的灰度值远高于周围区域的灰度值)，确认完后，以任意一个亮斑为圆心，以圆形的形状逐渐向外扫描，随着圆形的变大，扫描到的区域的平均灰度值会越来越大，如图3所示，当到达点光源P刚好全反射射入到传感器板的区域时，扫描到的区域的平均灰度值刚好达到最大值，再往外的平均灰度值与最大值一样，则将刚好达到最大值时的圆形边缘视为圆形暗区的圆周，得到圆形暗区的直径D。
步骤S402：根据D的值计算屏幕厚度参数。根据以上技术构思推导可知：
Figure BDA0001797510880000061
有效利用无透镜成像的信息，实时计算屏幕厚度参数，利于后续数据处理。
在其它实施方式中，所述“对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区”，还包括步骤：扫描指纹图像，圈出灰度值低于预设阈值的区域，区域最外围边缘视为圆形暗区的圆周。可采用如下方式：预设一阈值，该阈值对应的是点光源刚好发生全反射时射入到传感器面板上的点对应的灰度值大小。则当光源P的入射角小于临界角时，其反射到传感器上的光最后对应的图像部分的灰度值小于预设阈值。则圈出灰度值低于预设阈值的区域，会圈出圆形暗区，则将单个区域外围的边缘则视为圆形暗区的圆周。因为获取到的指纹图像会随着点光源个数的不同，形成数量不同的圆形暗区，故根据该方法可圈出多个圆形暗区，选择其中任意一个区域外围的边缘视为圆形暗区的圆周即可。
请参阅图5，实际情况中，如果O点附近另有一个发光点O＇，玻璃盖板上的A点将在传感器表面上有两个成像点B和B＇，这样就会产生模糊的图像。为确保得到清晰可用的指纹图像，在本实施方式是利用将多个的像素点合并在一起，形成一个总体亮度满足成像要求的合成点光源。同时通过多个分立的点光源并行照亮手指，才能满足快速屏下图像成像的要求。具体步骤如下：
点亮显示面板的多个分立的点光源区域的像素点，所述点光源区域呈阵列排列且间隔有不发光像素点，所述点光源区域包含有多个像素点；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。本实施方式中，多个分立的点光源区域可以对透光盖板上多个区域进行照亮，而后经过透光盖板的上表面全反射后的光线可以被光线传感器获取到，这样可以获取到多个区域的图像，提高了图像获取效率。同时点光源区域包含有多个像素点，满足成像的照明亮度要求，可以实现对透光盖板上图像的采集。确保采集后的指纹图像的可用性。
本实施方式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6所示，其中白色点即为点光源，优选地，横排与纵排之间互相垂直，当然在某些实施方式中可以有一定夹角(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。
点光源的间距决定于成像质量，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光源与盖板的间距影响，两者的间距成正比关系，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。
正如上文所述，本发明将多个像素点合并在一起，形成一个总体亮度满足成像要求的合成点光源。同时，点光源的外形也会影响成像质量，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。
在现有的显示面板下，优选的实际点光源的尺寸和形状如附图7所示(每一网格代表一个像素，光源位置以白色显示)，中间为7pixel*7pixel的矩形，矩形每一边中间有三个pixel的突出，可以实现较好的成像质量。
优选的光源的颜色为绿色、红色或这两种颜色之间与其他颜色的任意颜色的组合，这样的颜色可以避免外界光线的干扰。
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。
本实施方式中的点光源阵列结构可以由多种生成方式，如可以采用绘图软件实现绘制后，再由显示面板进行显示，但由于点阵的精度要求高，且点的数量较多，此方法绘制效率低下。或者可以采用如下方式：在点亮像素点前还包括步骤，对与显示面板分辨率相同的矩阵进行赋值，将点光源区域赋值为非零值，其他区域赋值为零，将赋值后的矩阵作为RGB信息生成显示图像；发送显示图像到显示面板。而后再执行步骤：点亮显示面板的多个分立的点光源区域的像素点，所述点光源区域呈阵列排列且间隔有不发光像素点，所述点光源区域包含有多个像素点；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。
本实施方式以有源阵列式有机发光二极管(AMOLED)显示屏(1920×1080像素)为例，说明点光源阵列结构生成方式。以此参数使用编程语言设计光源拓扑结构，使用编程语言设计光源拓扑结构的过程实际就是对一个1920*1080的矩阵(行数1920、列数1080，数据全为0的矩阵)进行赋值，将需要点亮的位置赋值为非零数(如255)，否则赋值为0，然后将此矩阵作为8bit图像的RGB信息(在8bit图像的RGB信息里，数据0代表黑色，数据255代表满饱和度颜色)生成新的图像。生成的点光源阵列结构如附图5所示，白色为点光源区域，白色仅为图示说明，实际可以为绿色或者红色。通过以上步骤，可以高效地生成所需要的点光源阵列结构，从而可以实现快速的点光源驱动。
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。采用多个点光源阵列，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还是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，实现指纹全覆盖。具体地，间隔预设时间后，对全部点光源区域进行相同的位置偏移；再次重复点亮像素点步骤和光线获取步骤，直到获取到满足完整指纹拼接要求的指纹图像，而后对这些指纹图像进行去噪、拼接，就可以获取到完整的指纹图像。通过上述获得的指纹图像，确保了后续屏幕厚度参数计算的准确性。
请参阅图8，在本实施方式中，一种存储介质800的实施方式如下：
本实施方式的存储介质800可以是设置在电子设备中的存储介质800，电子设备可以读取存储介质800的内容并实现本发明的效果。存储介质800还可以是单独的存储介质800，将该存储介质800与电子设备连接，电子设备就可以读取存储介质800里的内容并实现本发明的方法步骤。
所述存储介质800，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。
所述存储介质800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。
请参阅图9，在本实施方式中，一种电子设备900的具体实施方式如下：
所述电子设备900包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等。
所述电子设备900，包括存储器901、处理器902，所述存储器901上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器902执行时实现如上述任意一项所述方法的步骤。
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)

1.一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，其特征在于，包括步骤：
对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区，所述圆形暗区的直径为D，根据D的值计算屏幕厚度参数。
2.根据权利要求1所述的一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，其特征在于，
所述“对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区”，还包括步骤：
确定指纹图像中点光源对应的亮斑位置，以亮斑为圆心逐渐向外扫描，扫描到的平均灰度值刚达到最大值的边缘视为圆形暗区的圆周。
3.根据权利要求1所述的一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，其特征在于，
所述“对指纹图像进行处理，确定任一点光源对应的圆形暗区”，还包括步骤：
扫描指纹图像，圈出灰度值低于预设阈值的区域，区域最外围边缘视为圆形暗区的圆周。
4.根据权利要求1所述的一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，其特征在于，
所述“对指纹图像进行处理”前，还包括步骤：
点亮显示面板的多个分立的点光源区域的像素点，所述点光源区域呈阵列排列且间隔有不发光像素点，所述点光源区域包含有多个像素点；
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。
5.根据权利要求4所述的一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，其特征在于，
所述阵列排列为横向排列与纵向排列或者所述阵列排列为环状排列。
6.根据权利要求4所述的一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，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。
7.根据权利要求4所述的一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，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。
8.根据权利要求4所述的一种自动搜索显示屏幕厚度参数的方法，其特征在于：
所述点光源区域为类圆形。
9.一种存储介质，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。
10.一种电子设备，其特征在于：包括存储器、处理器，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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