CN111476164B - 生物特征图像的采集装置及采集方法、智能设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种生物特征图像的采集装置及采集方法、智能设备，该装置包括：信号调制模块，用于输出变化的光强控制信号；发光控制模块，连接信号调制模块，用于将变化的光强控制信号，转换为变化的电信号；光源，连接发光控制模块，用于按照变化的电信号输出不同的发光强度；图像转换模块，用于接收光源发出的经过待测对象反射的光信号，并根据光信号生成对应不同发光强度的生物特征子图像；以及，信号处理模块，连接图像转换模块和信号调制模块，用于根据变化的光强控制信号以及对应不同发光强度的生物特征子图像，生成待测对象的生物特征图像。通过该方案可以提高生物特征图像的准确性。

Description

生物特征图像的采集装置及采集方法、智能设备

技术领域

本申请涉及指纹识别技术领域，特别涉及一种生物特征图像的采集装置及采集方法、智能设备、显示设备。

背景技术

随着人们对信息安全需求的提高，生物识别技术越来越受到各界的关注。在众多生物识别技术中，指纹识别技术因其实用性，已成为关注度最高、应用最广泛的一种技术，特别是对于手持移动设备如手机、平板电脑来说，指纹识别已慢慢成为不可缺少的一部分。

目前，指纹或掌纹等生物特征图像的采集，主要通过将手指或手掌放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，用棱镜将反射光线投射在电荷耦合器件(CCD)上，通过CCD将光信号转换为电信号，将电信号转换成图像的像素值，从而得到指纹或掌纹图像。

但是，这样采集的指纹或掌纹图像容易受到外部环境光干扰，存在噪声，图像准确性不高。

发明内容

本申请实施例提供了生物特征图像的采集装置，用以降低环境光的干扰，提高生物特征图像的准确性。

本申请实施例提供了一种生物特征图像的采集装置，包括：

信号调制模块，用于输出变化的光强控制信号；

发光控制模块，连接所述信号调制模块，用于将所述变化的光强控制信号，转换为变化的电信号；

光源，连接所述发光控制模块，用于按照所述变化的电信号输出不同的发光强度；

图像转换模块，用于接收所述光源发出的经过待测对象反射的光信号，并根据所述光信号生成对应不同发光强度的生物特征子图像；以及，

信号处理模块，连接所述图像转换模块和所述信号调制模块，用于根据所述变化的光强控制信号以及对应不同发光强度的生物特征子图像，生成所述待测对象的生物特征图像。

在一实施例中，所述光强控制信号包括方波信号、三角波信号或伪随机信号。

在一实施例中，所述图像转换模块包括：

选通开关，用于输出选通信号，

光电传感器，连接所述选通开关，用于接收所述选通信号，选通指定像素点的光电传感单元，将所述光电传感单元采集的光信号转换为电荷信号；以及，

电荷转换模块，连接所述光电传感器，用于将所述电荷信号转换为所述指定像素点的像素值，得到所述生物特征子图像。

在一实施例中，所述电荷转换模块包括：

放大器，连接所述光电传感器，用于将所述电荷信号转换为放大的电压信号；以及，

模数转换器，连接所述放大器，用于将所述放大的电压信号转换为所述指定像素点的像素值，得到所述生物特征子图像。

在一实施例中，所述信号处理模块采用以下公式生成生物特征图像：

其中，Li表示第i种发光强度，Mi表示发光强度为Li时对应的生物特征子图像，G表示生物特征图像，i表示次序，n表示多种发光强度的总数量。

在一实施例中，所述信号处理模块采用以下公式生成生物特征图像：

其中，Li表示第i种发光强度，Mi表示发光强度为Li时对应的生物特征子图像，G表示生物特征图像，i表示次序，n表示多种发光强度的总数量。

本申请实施例还提供了一种生物特征图像的采集方法，包括：

响应用户触发，生成变化的光强控制信号；

将所述变化的光强控制信号，转换为变化的电信号；

按照所述变化的电信号输出不同的发光强度；

采集经过待测对象反射的光信号，并根据所述光信号生成对应不同发光强度的生物特征子图像；

根据所述变化的光强控制信号以及不同发光强度对应的生物特征子图像，生成所述待测对象的生物特征图像。

本申请实施例还提供了一种智能设备，包括：

上述生物特征图像的采集装置；

盖板，位于所述光源之上，供所述待测对象触摸。

本申请实施例还提供了一种显示设备，包括：

上述生物特征图像的采集装置；

其中，所述光源为显示面板，所述显示面板连接所述采集装置的发光控制模块，用于输出不同的发光强度，照射触摸所述显示面板的待测对象。

在一实施例中，所述显示面板为OLED面板、LED面板和LCD面板中的任意一种。

本申请实施例提供的技术方案，通过控制光源输出不同的发光强度，得到不同发光强度对应的生物特征子图像，综合不同发光强度下的生物特征子图像，可以得到较为准确的生物特征图像，降低环境光干扰引起的噪图像噪声，提高生物特征图像的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例提供的一种生物特征图像的采集装置的框架示意图；

图2为本申请实施例提供的光强控制信号的示意图；

图3是本申请另一实施例提供的生物特征图像的采集装置的框架示意图；

图4为本申请实施例提供的一种生物特征图像的采集方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的智能设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

图1为本申请实施例提供的一种生物特征图像的采集装置100的框架示意图。如图1所示，该装置包括信号调制模块110、发光控制模块120、光源130、图像转换模块140以及信号处理模块150。

其中，信号调制模块110用于输出变化的光强控制信号L＝{L₁,L₂,...,L_n}，L_n表示n时刻的信号。变化的光强控制信号是指随时间变化能够控制光强发生变化的信号。在一实施例中，光强控制信号可以是方波信号L＝{0,0,1,1,0,0,1,1...}，从而实现光源130的一亮一灭。光强控制信号也可以是三角波信号L＝{0,1,2,3,0,1,2,3,...}，3代表最亮，0代表黑屏，1和2代表中间亮度。如图2中a所示，从而可以让光源130在逐渐变亮和熄灭之间切换，使屏幕亮度可以在0-100％(系统亮度)范围内变化。光强控制信号也可以是伪随机信号L＝{0,0,0,1,1,1,1,0,1,0,1,1,0,0...}，如图2中b所示，从而可以让光源130在不等间亮(100％系统亮度)或不亮(0％系统亮度)之间切换。信号调制模块110可以是能够生成方波信号、三角波信号或者伪随机信号的信号发生器。

其中，发光控制模块120连接信号调制模块110，用于将变化的光强控制信号转换为变化的电信号。光源130可以连接发光控制模块120，从而按照所述变化的电信号输出不同的发光强度。发光控制模块120可以是驱动芯片，光源130可以是显示面板，驱动芯片可以按照光强控制信号驱动显示面板发光。显示面板可以是OLED(OrganicLight-EmittingDiode，有机发光二极管)面板、LED(Light Emitting Diode，发光二极管)面板或LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)面板。在其他一实施例中，光源130可以是LED小灯珠，发光控制模块120可以是处理器，处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)、网络处理器(Networ Processor，简称NP)等，还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

其中，图像转换模块140用于接收光源130发出的经过待测对象反射的光信号，并根据所述光信号生成对应不同发光强度的生物特征子图像。待测对象可以是手指或手掌，从而进行指纹或掌纹的采集。以手指举例来说，由于手指表面存在“谷”和“脊”，“谷”和“脊”对光线的反射不同，故图像转换模块140可以通过接收手指不同位置反射的光信号，将光信号转换为像素值(即像素点的灰度值)，从而得到指纹图像。

但是由于环境光信号的存在，图像转换模块140接收的光信号存在一部分是属于环境光的干扰信号。故生成的指纹图像或掌纹图像存在噪声，为进行区分，这种存在噪声的指纹图像或掌纹图像可以称为生物特征子图像。本申请实施例为去除生物特征子图像的噪声，故控制光源130的发光强度随光强控制信号变化，从而针对不同的发光强度，可以生成对应此发光强度的指纹图像或掌纹图像。

其中，信号处理模块150连接图像转换模块140和信号调制模块110。信号处理模块150用于根据变化的光强控制信号以及对应不同发光强度的生物特征子图像，生成待测对象的生物特征图像。

生物特征图像是指对生物特征子图像，降低环境光干扰后得到的图像。假设变化的光强控制信号是L1、L2、L3……Ln，对应的生物特征子图像依次是M₁、M₂、M₃……M_n,在一实施例中，可以采用直接相关法，利用以下公式(1)生成生物特征图像：

其中，Li表示第i种发光强度，Mi表示发光强度为Li时对应的生物特征子图像，G表示生物特征图像，i表示次序，n表示多种发光强度的总数量。通过上述公式，实现了对不同发光强度下的生物特征子图像的均值化处理，从而可以降低噪声，降低环境光的干扰。

其他实施例中，可以采用差分相关法，利用以下公式(2)生成生物特征图像：

其中，Li表示第i种发光强度，Mi表示发光强度为Li时对应的生物特征子图像，G表示生物特征图像，i表示次序，n表示多种发光强度的总数量。

当发光强度发生变化时，会引起采集到的光信号的变化，光信号中存在环境光，环境光可以认为是不变的，故M_i-M_i-1可以认为抵消了环境光的干扰，进而基于光强变化进行均值处理，可以得到消除了环境光干扰的生物特征图像。

图3是本申请另一实施例提供的生物特征图像的采集装置100的框架示意图。此生物特征图像的采集装置100可以应用于显示设备中，如图3所示，该生物特征图像的采集装置100包括信号调制模块110、发光控制模块120、光源130、图像转换模块140、信号处理模块150。其中，图像转换模块140包括选通开关141、光电传感器142以及电荷转换模块143。

其中，光源130可以是显示设备的显示面板，发光控制模块120可以按照信号调制模块110输出的光强控制信号，控制显示面板输出不同的发光强度。此时，发光控制模块120可以是显示面板的驱动芯片。光源130发出的光线照射待测对象(手指或手掌)时，光电传感器142可以采集由待测对象反射的光线，但是由于环境光的存在，光电传感器142同时还会采集到环境光信号以及少量没有经过待测对象反射的屏幕光信号。也就是说，光电传感器142采集到的待测对象反射的光信号中混入了干扰信号。

光电传感器142连接选通开关141，用于接收选通开关141输出的选通信号，选通指定像素点的光电传感单元，将光电传感单元采集的光信号转换为电荷信号。选通开关141可以包括行选通开关和列选通开关，由此行选通开关可以向指定行输出高电平，列选通开关可以向指定列输出高电平，从而选通行和列相交的指定像素点。选通开关141可以按照时序向不同行和列依次输出高电平，由此依次进行不同像素点的选中，让不同像素点的光电传感单元将采集的光信号转换为电荷信号。

光电传感器142可以是CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器。光电传感器142可以认为是多个光电传感单元以阵列形式排布。一个像素点可以认为对应一个光电传感单元，每个光电传感单元可以由场效应管和光电二极管片构成。例如，场效应管T11和光电二极管P11构成一个光电传感单元，场效应管T12和光电二极管P12构成另一个光电传感单元。

电荷转换模块143连接光电传感器142，用于将光电传感器142输出的电荷信号转换为指定像素点的像素值，得到生物特征子图像。在一实施例中，电荷转换模块143可以包括放大器1431和模数转换器1432。放大器1431可以将电荷信号转换为放大的电压信号，进而模数转换器1432可以将电压信号转换为数字信号，此数字信号可以认为是指定像素点的像素值。以此类推，通过对不同像素点的光电传感单元的选通，可以得到不同像素点的像素值，不同像素点的像素值构成生物特征子图像。由于光源130发光强度的变化，故针对不同的发光强度，可得到不同发光强度对应的生物特征子图像。

因为光电传感单元采集的光信号中混入了干扰信号，故此时的生物特征子图像存在干扰噪声。本申请实施例通过信号处理模块150，可以对不同发光强度对应的生物特征子图像进行融合处理，进而起到降低噪声或消除噪声的效果。信号处理模块150对生物特征子图像的处理方式可以参见上文公式(1)或公式(2)实现。

图4是本申请实施例提供的生物特征图像的采集方法的流程示意图，如图4所示，该方法可以应用于上述实施例所述的生物特征图像的采集装置100。该方法可以包括以下步骤S410-步骤S440。

步骤S410：响应用户触发，生成变化的光强控制信号。

在一实施例中，在显示界面可以设置固定的指纹采集区域，当该区域的光电传感器142检测到反射的光信号时(例如此区域的光信号瞬间增强，可以认为检测到反射信号)，可以认为存在用户触发，与光电传感器142连接的处理器可以向信号调制模块110发送指令，由信号调制模块110生成变化的光强控制信号。

步骤S420：将所述变化的光强控制信号，转换为变化的电信号。

参照上文，可以由发光控制模块120接收信号调制模块110输出的光强控制信号，将变化的光强控制信号转换为电信号。

步骤S430：按照所述变化的电信号输出不同的发光强度。

参照上文，可以由光源130按照变化的电信号输出不同的发光强度。

步骤S440：采集经过待测对象反射的光信号，并根据所述光信号生成对应不同发光强度的生物特征子图像。

参照上文，可以由图像转换模块140可以采集经过待测对象反射的光信号，进而根据光信号生成对应不同发光强度的生物特征子图像。

步骤S450：根据所述变化的光强控制信号以及不同发光强度对应的生物特征子图像，生成所述待测对象的生物特征图像。

参照上文，信号处理模块150可以根据变化的光强控制信号以及不同发光强度对应的生物特征子图像，生成待测对象的生物特征图像。

对于本申请方法实施例中未披露的细节，具体详见上述装置实施例中对应模块的功能实现过程。在此不再赘述。

图5是本申请一实施例提供的智能设备的结构示意图，如图5所示，该智能设备包括上述实施例所述的生物特征图像的采集装置100以及盖板502。其中，盖板502位于采集装置100的光源130之上，可供待测对象501触摸。盖板502可以是玻璃面板或者其他透光的衬底。

本申请实施例还提供了一种显示设备，该显示设备包括：上文实施例中的生物特征图像的采集装置100，其中，采集装置100的光源130为显示面板。在一实施例中，显示面板可以是OLED面板、LED面板和LCD面板中的任意一种。显示面板连接采集装置100的发光控制模块120，用于在发光控制模块120输出的电信号的控制下输出不同的发光强度，照射触摸所述显示面板的待测对象。进而采集装置100的图像转换模块140可以采集由待测对象反射的光信号，根据光信号生成对应不同发光强度的生物特征子图像。由信号处理模块150对根据不同发光强度对应的生物特征子图像生成生物特征图像。

在本申请所提供的几个实施例中，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (9)

1.一种生物特征图像的采集装置，其特征在于，包括：

信号调制模块，用于输出变化的光强控制信号；

发光控制模块，连接所述信号调制模块，用于将所述变化的光强控制信号，转换为变化的电信号；

光源，连接所述发光控制模块，用于按照所述变化的电信号输出不同的发光强度；

图像转换模块，用于接收所述光源发出的经过待测对象反射的光信号，并根据所述光信号生成对应不同发光强度的生物特征子图像；以及，

信号处理模块，连接所述图像转换模块和所述信号调制模块，用于根据所述变化的光强控制信号以及对应不同发光强度的生物特征子图像，生成所述待测对象的生物特征图像;

所述信号处理模块采用以下公式生成所述生物特征图像：

其中，L_i表示第i种发光强度，M_i表示发光强度为L_i时对应的生物特征子图像，G表示生物特征图像，i表示次序，n表示多种发光强度的总数量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光强控制信号包括方波信号、三角波信号或伪随机信号。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述图像转换模块包括：

选通开关，用于输出选通信号；

光电传感器，连接所述选通开关，用于接收所述选通信号，选通指定像素点的光电传感单元，将所述光电传感单元采集的光信号转换为电荷信号；以及，

电荷转换模块，连接所述光电传感器，用于将所述电荷信号转换为所述指定像素点的像素值，得到所述生物特征子图像。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电荷转换模块包括：

放大器，连接所述光电传感器，用于将所述电荷信号转换为放大的电压信号；以及，

模数转换器，连接所述放大器，用于将所述放大的电压信号转换为所述指定像素点的像素值，得到所述生物特征子图像。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块采用以下公式生成生物特征图像：

其中，L_i表示第i种发光强度，M_i表示发光强度为L_i时对应的生物特征子图像，G表示生物特征图像，i表示次序，n表示多种发光强度的总数量。

6.一种生物特征图像的采集方法，其特征在于，包括：

响应用户触发，生成变化的光强控制信号；

将所述变化的光强控制信号，转换为变化的电信号；

按照所述变化的电信号输出不同的发光强度；

采集经过待测对象反射的光信号，并根据所述光信号生成对应不同发光强度的生物特征子图像；

根据所述变化的光强控制信号以及不同发光强度对应的生物特征子图像，生成所述待测对象的生物特征图像；

所述生物特征图像采用以下公式生成：

其中，L_i表示第i种发光强度，M_i表示发光强度为L_i时对应的生物特征子图像，G表示生物特征图像，i表示次序，n表示多种发光强度的总数量。

7.一种智能设备，其特征在于，包括：

权利要求1-5任意一项所述的生物特征图像的采集装置；

盖板，位于所述光源之上，供所述待测对象触摸。

8.一种显示设备，其特征在于，包括：

权利要求1-5任意一项所述的生物特征图像的采集装置；

其中，所述光源为显示面板，所述显示面板连接所述采集装置的发光控制模块，用于输出不同的发光强度，照射触摸所述显示面板的待测对象。

9.根据权利要求8所述的显示设备，其特征在于，所述显示面板为OLED面板、LED面板和LCD面板中的任意一种。