CN110896433A - 一种应用于屏下图像成像的光源驱动方法、存储介质和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用于屏下图像成像的光源驱动方法、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，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。区别于现有技术，上述技术方案通过多个像素点形成一个点光源，提高点光源的亮度，提升无透镜屏下光学图像成像的质量，同时有多个点光源用于图像成像，也提高了成像效率。

Description

一种应用于屏下图像成像的光源驱动方法、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，尤其涉及一种应用于屏下图像成像的光源驱动方法、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。在电子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图像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，普通的均匀照明光源无法满足全反射成像原理的需要。

发明内容

为此，需要提供一种应用于屏下图像成像的光源驱动方法、存储介质和电子设备，解决普通的均匀照明光源无法满足全反射成像原理的需要的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种应用于屏下图像成像的光源驱动方法，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。

进一步地，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，所述点光源区域为类圆形、矩形、菱形、三角形。

进一步地，所述点光源的颜色波长为515nm到700nm。

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。

进一步地，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。

进一步地，还包括步骤：

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。

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，上述技术方案通过多个像素点形成一个点光源，提高点光源的亮度，提升无透镜屏下光学图像成像的质量，同时有多个点光源用于图像成像，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包含的像素点的分布图；

图5为具体实施方式所述的另一方法流程图。

附图标记说明：

O：发光点， O＇：另一发光点， A：指纹与透光盖板接触点，

B、B＇：成像点。

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5，本实施例提供一种应用于屏下图像成像的光源驱动方法，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尽量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。

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。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，显示面板上的单个发光点O所发射的光线正好满足需要。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。从光学成像的清晰度上看，出现两个像点的情况是需要尽量避免的，所以，满足屏下图像成像目的的理想光源应该是点光源。

但是，在实际应用中有许多限制条件必须考虑，其中包括(1)现有的显示面板的单个像素点的亮度通常都无法达到成像要求。(2)屏下空间非常小，单个点光源照明的范围也很小，这样对于大面积的图像采集，采集的速度就十分慢。

本实施例首先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。

则在实现显示面板驱动的时候，驱动方法包括如下步骤，如图2所示，步骤S201点亮像素点步骤：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，优选地多个像素点的颜色一致。步骤S202光线获取步骤：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。本实施例中，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。

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。

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，则会增加每次图像处理的工作量。

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，即点光源的亮度要满足能被光线传感器获取到的要求，像素点个数与显示面板的像素点亮度成线性反比的关系。同时，点光源的外形也会影响呈现质量，所述点光源的外形可以为矩形、菱形、三角形等。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，像素点个数可以是边长为2-15像素点的矩形。在某些实施例中，优选的一种实际点光源的尺寸和形状如附图4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。

优选的光源的颜色波长为515nm到700nm，即为绿色(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。

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。

本实施例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。或者可以采用如图5的方式：在步骤S503点亮像素点前还包括步骤，步骤S501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；步骤S502发送显示图像到显示面板。而后再执行与步骤S201和步骤S202相同的步骤S503和步骤S504。本实施例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3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。通过步骤S501和步骤S502，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，实现指纹全覆盖。具体地，步骤S505间隔预设时间后，对全部点光源区域进行相同的位置偏移；步骤S506再次重复点亮像素点步骤S503和光线获取步骤S504，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。

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，实现光源的驱动和屏下图像成像的获取。

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。本实施例的电子设备通过多个像素点形成一个点光源，提高点光源的亮度，提升无透镜屏下光学图像成像的质量，同时有多个点光源用于图像成像，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)

1.一种应用于屏下图像成像的光源驱动方法，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。

2.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。

3.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：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。

4.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：所述点光源区域为类圆形、矩形、菱形、三角形。

5.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：所述点光源的颜色波长为为515nm到700nm。

6.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。

7.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，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。

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，还包括步骤：

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。

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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