CN112036224A - 具有三维感测机制的指纹感测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种具有三维感测机制的指纹感测装置，包含：多个光学指纹感测电路以及处理电路。光学指纹感测电路配置以在多个感测区域执行感测，以产生多个感测影像，其中各感测区域对应于光学指纹感测电路其中之一，且感测区域包含至少一重叠区域。处理电路电性耦接于光学指纹感测电路，以接收感测影像并根据感测影像间的视差产生具有重叠区域的深度信息的三维感测影像。本发明的指纹感测装置及方法可撷取感测影像中的深度信息来进行指纹辨识，达到具有更高安全标准的辨识程序。

Description

具有三维感测机制的指纹感测装置及方法

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三维感测机制的指纹感测装置及方法。

背景技术

在更严格的安全性需求下，电子装置如智能手机均配置有光学指纹感测器。光学感测器可嵌入显示面板的玻璃下方，并仅需要相当小的面积来设置。然而，光学指纹感测技术主要在二维平面上进行感测。当超高解析度的指纹相片被用来进行感测时，二维光学指纹感测技术可能无法辨识出这样的假指纹。

因此，如何设计一个新的具有三维感测机制的指纹感测装置及方法，以解决上述的缺失，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

发明内容旨在提供本揭示内容的简化摘要，以使阅读者对本揭示内容具备基本的理解。此发明内容并非本揭示内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。

本发明内容的一目的是在提供一种具有三维感测机制的指纹感测装置及方法，借以改善先前技术的问题。

为达上述目的，本发明内容的一技术态样是关于一种具有三维感测机制的指纹感测装置，包含：多个光学指纹感测电路以及处理电路。光学指纹感测电路配置以在多个感测区域执行感测，以产生多个感测影像，其中各感测区域对应于光学指纹感测电路其中之一，且感测区域包含至少一重叠区域。处理电路电性耦接于光学指纹感测电路，以接收感测影像并根据感测影像间的视差产生具有重叠区域的深度信息的三维感测影像。

于一实施例中，处理电路更配置以将三维感测影像中的深度信息与预存指纹数据进行比较，以进行指纹辨识。

于一实施例中，当深度信息显示对应的待测物件具有平面表面或是当深度信息不与预存指纹数据相符时，处理电路判断待测物件并未通过指纹辨识。

于一实施例中，感测区域还包含多个非重叠区域，且处理电路配置以将三维感测影像中，重叠区域中的深度信息以及非重叠区域中的信息分别与预存数据比较，以进行指纹辨识。

于一实施例中，光学指纹感测电路包含：第一光学指纹感测电路以及第二光学指纹感测电路。第一光学指纹感测电路包含：第一光学指纹感测器以及第一镜头。第一镜头配置于待测物件与第一光学指纹感测器间。第二光学指纹感测电路包含：第二光学指纹感测器以及第二镜头。第二镜头配置于待测物件与第二光学指纹感测器间，并配置以与第一镜头形成主轴。

于一实施例中，第一光学指纹感测器与第一镜头的第一焦点相距第一距离Q，第二光学指纹感测器与第二镜头的第二焦点相距第一距离Q，第一焦点与第二焦点彼此距离第二距离B，待测物件与主轴垂直相距第三距离Z，由待测物件透过第一焦点投射于第一光学指纹感测器上形成的第一投射点与第一光学指纹感测器的第一中心点相距第四距离U1，由待测物件透过第二焦点投射于第二光学指纹感测器上形成的第二投射点第二光学指纹感测器的一二中心点相距一第五距离U2。其中深度信息包含第三距离Z，并由下式计算：Z＝B×(Q/(U1+U2))。

于一实施例中，处理电路更配置以对感测影像执行影像扭曲校正以及影像调校、判断感测影像中的多个对应特征、根据对应特征产生视差图以及执行距离调校与转换，以产生具有深度信息的三维感测影像。

本发明内容的另一技术态样是关于一种具有三维感测机制的指纹感测方法，应用于指纹感测装置中，包含：由多个光学指纹感测电路在多个感测区域执行感测，以产生多个感测影像，其中各感测区域对应于光学指纹感测电路其中之一，且感测区域包含至少一重叠区域；以及由电性耦接于光学指纹感测电路的处理电路接收感测影像并根据感测影像间的视差产生具有重叠区域的深度信息的三维感测影像。

于一实施例中，指纹感测方法还包含：由处理电路更配置以将三维感测影像中的深度信息与预存指纹数据进行比较，以进行指纹辨识。

于一实施例中，指纹感测方法还包含：当深度信息显示对应的待测物件具有平面表面或是当深度信息不与预存指纹数据相符时，由处理电路判断待测物件并未通过指纹辨识。

于一实施例中，感测区域还包含多个非重叠区域，指纹感测方法还包含：由处理电路配置以将三维感测影像中，重叠区域中的深度信息以及非重叠区域中的信息分别与预存数据比较，以进行指纹辨识。

于一实施例中，光学指纹感测电路包含：第一光学指纹感测电路以及第二光学指纹感测电路。第一光学指纹感测电路包含：第一光学指纹感测器以及第一镜头。第一镜头配置于待测物件与第一光学指纹感测器间。第二光学指纹感测电路包含：第二光学指纹感测器以及第二镜头。第二镜头配置于待测物件与第二光学指纹感测器间，并配置以与第一镜头形成主轴。

于一实施例中，第一光学指纹感测器与第一镜头的第一焦点相距第一距离Q，第二光学指纹感测器与第二镜头的第二焦点相距第一距离Q，第一焦点与第二焦点彼此距离第二距离B，待测物件与主轴垂直相距第三距离Z，由待测物件透过第一焦点投射于第一光学指纹感测器上形成的第一投射点与第一光学指纹感测器的第一中心点相距第四距离U1，由待测物件透过第二焦点投射于第二光学指纹感测器上形成的第二投射点第二光学指纹感测器的一二中心点相距一第五距离U2。其中深度信息包含第三距离Z，并由下式计算：Z＝B×(Q/(U1+U2))。

于一实施例中，指纹感测方法还包含：由处理电路更配置以对感测影像执行影像扭曲校正以及影像调校、判断感测影像中的多个对应特征、根据对应特征产生视差图以及执行距离调校与转换，以产生具有深度信息的三维感测影像。

本发明的指纹感测装置可撷取感测影像中的深度信息来产生三维感测影像，以使指纹辨识可根据深度信息执行。这样的方式将可达到具有更高安全标准的辨识程序。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为本发明一实施例中，具有三维感测机制的指纹感测装置的方块图；

图2为本发明一实施例中，图1的光学指纹感测电路的侧剖视图；

图3A为本发明一实施例中，图2的感测区域的俯视图；

图3B为本发明一实施例中，图3A感测区域分开绘示的示意图；

图4为本发明一实施例中，光学指纹感测电路的详细结构及待侧物件的示意图；

图5为本发明一实施例中，指纹感测方法的流程图；以及

图6为本发明一实施例中，用以执行图5中的步骤502的方法的详细流程图。

【符号说明】

1：指纹感测装置 100A、100B：光学指纹感测电路

105A、105B：感测区域 110：处理电路

115A、115B：感测影像 120：玻璃结构

125：三维感测影像 135：预存指纹数据

150：物件 155A：凹陷部分

155B：突起部分 300、310A、310B：重叠区域

320A、320B：非重叠区域 400：待侧物件

410A、410B：光学指纹感测器 420A、420B：镜头

500：指纹感测方法 501-506：步骤

600：方法 601-604：步骤

AX：主轴 B、Q、U1、U2、Z：距离

FA、FB：焦点 PA、PB：投射点

具体实施方式

请同时参照图1及图2。图1为本发明一实施例中，具有三维感测机制的指纹感测装置1的方块图。指纹感测装置1包含光学指纹感测电路100A、100B及处理电路110。图2为本发明一实施例中，图1的光学指纹感测电路100A、100B的侧剖视图。

光学指纹感测电路100A、100B配置以在图2所绘示的感测区域105A、105B中进行感测，以产生感测影像115A、115B。于本实施例中，由于仅有两个用以产生感测影像115A、115B的光学指纹感测电路100A、100B，因此光学指纹感测电路100A可为用以产生左影像的左感测电路，光学指纹感测电路100B可为用以产生右影像的右感测电路。

于一实施例中，玻璃结构120可选择性的设置于光学指纹感测电路100A、100B上，以在物件150，例如手指，放置于玻璃结构120上时，由光学指纹感测电路100A、100B据以进行感测。

如图2所示，感测区域105A对应于光学指纹感测电路100A。感测区域105B对应于光学指纹感测电路100B。

请同时参照图3A以及图3B。图3A为本发明一实施例中，图2的感测区域105A及105B的俯视图。图3B为本发明一实施例中，图3A感测区域105A及105B分开绘示的示意图。

如图3A所示，感测区域105A、105B包含重叠区域300。因此，在图3B中，当感测区域105A、105B分开绘示时，感测区域105A包含对应于图3A的重叠区域300的重叠区域310A，以及非重叠区域320A。感测区域105B包含对应于图3A的重叠区域300的重叠区域310B，以及非重叠区域320B。

处理电路110电性耦接于光学指纹感测电路100A及100B，以接收感测影像115A、115B，并根据感测影像115A、115B的视差，产生具有重叠区域300的深度信息的三维感测影像125。

于一实施例中，当处理电路110接收感测影像115A、115B时，处理电路110更配置以执行影像扭曲校正以及影像调校、判断感测影像115A、115B中的多个对应特征、根据对应特征产生视差图以及执行距离调校与转换，以产生具有深度信息的三维感测影像125。

产生重叠区域300的深度信息的过程，将在下面的段落中，搭配图4中所示的光学指纹感测电路100A、100B的结构进行描述。

请参照图4。图4为本发明一实施例中，光学指纹感测电路100A、100B的详细结构及待侧物件400的示意图。需注意的是，图4所示的待测物件400可为图1中的物件150上的一个点。

如图4所示，光学指纹感测电路100A包含光学指纹感测器410A以及配置于待测物件400与光学指纹感测器410A间的镜头420A。光学指纹感测电路100B包含光学指纹感测器410B以及配置于待测物件400与光学指纹感测器410B间的镜头420B。镜头420A以及镜头420B形成一个主轴AX。

于一实施例中，光学指纹感测器410A的中心是与镜头420A的焦点FA对齐。光学指纹感测器410A与镜头420A的焦点FA相距距离Q。类似地，光学指纹感测器410B的中心是与镜头420B的焦点FA对齐。光学指纹感测器410B与镜头420B的焦点FB亦相距距离Q。

焦点FA以及焦点FB彼此相距距离B。待测物件400与主轴AX垂直相距距离Z。由待测物件400透过焦点FA投射于光学指纹感测器410A上形成的投射点PA，与光学指纹感测器410A的中心点相距距离U1。由待测物件400透过焦点FB投射于光学指纹感测器410B上形成的投射点PB与光学指纹感测器410B的中心点相距距离U2。深度信息包距离Z，并可由下式计算：

Z＝B×(Q/(U1+U2))。

因此，根据光学指纹感测电路100A、100B的结构及待侧物件400的位置，可获得待侧物件400在重叠区域300中的深度信息。

如图2所示，当物件150为人的手指时，物件150可包含多个凹陷部分(谷区)155A以及多个突起部分(峰区)155B。由于图4所示的感测物件400可为图1中的感测物件150的一个点，在重叠区域300中的物件150上的所有点都可通过相同的机制感测。

于一实施例中，当物件150上所有点的深度信息都已得到时，视差图将可据以产生。

需注意的是，由于重叠区域300具有不同方向的信息，亦即图3B中的重叠区域310A及310B的信息，因此在感测影像115A、115B中仅有重叠区域300具有深度信息。相对的，非重叠区域320A及320B则分别具有单一方向信息，而不具有深度信息。

处理电路110更配置以将三维感测影像125中的深度信息与预存指纹数据135进行比较，以进行指纹辨识。于一实施例中，预存指纹数据135是储存于指纹感测装置1的储存电路(未绘示)中。

于一实施例中，当三维感测影像125中的深度信息与预存指纹数据135相符时，物件150将通过指纹辨识。更详细地说，处理电路110将物件150辨识为已知物件，并继续执行对应的操作程序，例如将一个包含指纹感测装置1的电子装置(未绘示)开启至上电状态。

在这样的状况下，当深度信息显示对应的待测物件具有平面表面或是当深度信息不与预存指纹数据135相符时，处理电路110判断物件150并未通过指纹辨识。

于另一实施例中，处理电路110配置以将三维感测影像125中，重叠区域300(亦即重叠区域310A、310B)中的深度信息以及非重叠区域320A、320B中的信息分别与预存数据135比较，以进行指纹辨识。当重叠区域300中的深度信息以及非重叠区域320A、320B中的信息均与预存数据135相符时，物件150将通过指纹辨识。

在这样的状况下，当重叠区域300中的深度信息以及非重叠区域320A、320B中的信息至少其中之一不与预存指纹数据135相符时，处理电路110判断物件150并未通过指纹辨识。

因此，本发明的指纹感测装置1可撷取感测影像115A、115B中的深度信息来产生三维感测影像125，以使指纹辨识可根据深度信息执行。这样的方式将可达到具有更高安全标准的辨识程序。

需注意的是，在上述的实施例中，是以两个光学指纹感测电路100A、100B为例进行绘示。在其他实施例中，光学指纹感测电路100A、100B可为任何大于二的数目。

请参照图5。图5为本发明一实施例中，指纹感测方法500的流程图。指纹感测方法500是应用于如图1所示的指纹感测装置1中(应了解到，在本实施方式中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行)。

于步骤501，由光学指纹感测电路100A、100B在感测区域105A、105B执行感测，以产生感测影像115A、115B，其中各感测区域105A、105B对应于光学指纹感测电路100A、100B其中之一，且感测区域105A、105B包含重叠区域。

于一实施例中，感测影像115A、115B可分别为左影像以及右影像。

于一实施例中，在进行感测前，可预先执行离线的校正程序。离线校正程序可包含例如，但不限于根据左校正影像和右校正影像，对左右感测器内部参数与扭曲校正程序以及影像调校。在离线校正程序后，可获得对于左影像和右影像的校正表以及相关校正参数。

于步骤502，由处理电路110接收感测影像115A、115B，并根据感测影像115A、115B间的视差产生具有重叠区域300的深度信息的三维感测影像125。

请参照图6。图6为本发明一实施例中，用以执行图5中的步骤502的方法600的详细流程图。

于步骤601，对于感测影像115A、115B进行影像扭曲校正与以及影像调校。于一实施例中，校正与调校可根据离线校正程序中获得的左右影像校正表与相关校正参数即时地进行。

于步骤602，判断感测影像115A、115B中的多个对应特征。

于步骤603，根据对应特征产生视差图以及执行距离调校与转换。

于步骤604，产生具有深度信息的三维感测影像125。

于一实施例中，图5中的流程可在步骤502后，继续进行至步骤503，以判断深度信息是否显示物件150具有平面表面。

当深度信息显示物件150不具有平面表面时，于步骤504，判断深度信息是否与预存指纹数据135相符。

当深度信息与预存指纹数据135相符时，于步骤505，处理电路110辨识物件150为已知物件，并继续执行相应的操作程序。

当深度信息显示物件150具有平面表面，或是深度信息与预存指纹数据135不相符时，于步骤506，物件150并未通过指纹辨识。

虽然上文实施方式中揭露了本发明的具体实施例，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不悖离本发明的原理与精神的情形下，当可对其进行各种更动与修饰，因此本发明的保护范围当以附随权利要求书所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种具有三维感测机制的指纹感测装置，其特征在于，包含：

多个光学指纹感测电路，配置以在多个感测区域执行感测，以产生多个感测影像，其中各所述感测区域对应于所述多个光学指纹感测电路其中之一，且所述多个感测区域包含至少一重叠区域；以及

一处理电路，电性耦接于所述多个光学指纹感测电路，以接收所述多个感测影像并根据所述多个感测影像间的一视差产生具有该重叠区域的一深度信息的一三维感测影像。

2.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，该处理电路更配置以将该三维感测影像中的该深度信息与一预存指纹数据进行比较，以进行指纹辨识。

3.根据权利要求2所述的指纹感测装置，其特征在于，当该深度信息显示对应的一待测物件具有一平面表面或是当该深度信息不与该预存指纹数据相符时，该处理电路判断该待测物件并未通过指纹辨识。

4.根据权利要求2所述的指纹感测装置，其特征在于，该感测区域还包含多个非重叠区域，且该处理电路配置以将该三维感测影像中，该重叠区域中的该深度信息以及所述多个非重叠区域中的信息分别与该预存数据比较，以进行指纹辨识。

5.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，该光学指纹感测电路包含：

一第一光学指纹感测电路，包含：一第一光学指纹感测器；以及一第一镜头，配置于一待测物件与该第一光学指纹感测器间；以及

一第二光学指纹感测电路，包含：一第二光学指纹感测器；以及一第二镜头，配置于该待测物件与该第二光学指纹感测器间，并配置以与该第一镜头形成一主轴。

6.根据权利要求5所述的指纹感测装置，其特征在于，该第一光学指纹感测器与该第一镜头的一第一焦点相距一第一距离Q，该第二光学指纹感测器与该第二镜头的一第二焦点相距该第一距离Q，该第一焦点与该第二焦点彼此距离一第二距离B，该待测物件与该主轴垂直相距一第三距离Z，由该待测物件透过该第一焦点投射于该第一光学指纹感测器上形成的一第一投射点与该第一光学指纹感测器的一第一中心点相距一第四距离U1，由该待测物件透过该第二焦点投射于该第二光学指纹感测器上形成的一第二投射点与该第二光学指纹感测器的一第二中心点相距一第五距离U2；

其中该深度信息包含该第三距离Z，并由下式计算：

Z＝B×(Q/(U1+U2))。

7.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其特征在于，该处理电路更配置以对所述多个感测影像执行一影像扭曲校正以及影像调校、判断所述多个感测影像中的多个对应特征、根据所述多个对应特征产生一视差图以及执行一距离调校与转换，以产生具有该深度信息的该三维感测影像。

8.一种具有三维感测机制的指纹感测方法，应用于一指纹感测装置中，其特征在于，包含：

由多个光学指纹感测电路在多个感测区域执行感测，以产生多个感测影像，其中各所述感测区域对应于所述多个光学指纹感测电路其中之一，且所述多个感测区域包含至少一重叠区域；以及

由电性耦接于所述多个光学指纹感测电路的一处理电路接收所述多个感测影像并根据所述多个感测影像间的一视差产生具有该重叠区域的一深度信息的一三维感测影像。

9.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其特征在于，还包含：

由该处理电路将该三维感测影像中的该深度信息与一预存指纹数据进行比较，以进行指纹辨识。

10.根据权利要求9所述的指纹感测方法，其特征在于，还包含：

当该深度信息显示对应的一待测物件具有一平面表面或是当该深度信息不与该预存指纹数据相符时，由该处理电路判断该待测物件并未通过指纹辨识。

11.根据权利要求9所述的指纹感测方法，其特征在于，该感测区域还包含多个非重叠区域，该指纹感测方法还包含：

由该处理电路将该三维感测影像中，该重叠区域中的该深度信息以及所述多个非重叠区域中的信息分别与该预存数据比较，以进行指纹辨识。

12.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其特征在于，该光学指纹感测电路包含：

一第一光学指纹感测电路，包含：一第一光学指纹感测器；以及一第一镜头，配置于一待测物件与该第一光学指纹感测器间；以及

一第二光学指纹感测电路，包含：一第二光学指纹感测器；以及一第二镜头，配置于该待测物件与该第二光学指纹感测器间，并配置以与该第一镜头形成一主轴。

13.根据权利要求12所述的指纹感测方法，其特征在于，该第一光学指纹感测器与该第一镜头的一第一焦点相距一第一距离Q，该第二光学指纹感测器与该第二镜头的一第二焦点相距该第一距离Q，该第一焦点与该第二焦点彼此距离一第二距离B，该待测物件与该主轴垂直相距一第三距离Z，由该待测物件透过该第一焦点投射于该第一光学指纹感测器上形成的一第一投射点与该第一光学指纹感测器的一第一中心点相距一第四距离U1，由该待测物件透过该第二焦点投射于该第二光学指纹感测器上形成的一第二投射点与该第二光学指纹感测器的一第二中心点相距一第五距离U2；

其中该深度信息包含该第三距离Z，并由下式计算：

Z＝B×(Q/(U1+U2))。

14.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其特征在于，还包含：

由该处理电路更配置以对所述多个感测影像执行一影像扭曲校正以及影像调校、判断所述多个感测影像中的多个对应特征、根据所述多个对应特征产生一视差图以及执行一距离调校与转换，以产生具有该深度信息的该三维感测影像。

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