CN112955899A - 用于提高传感器图像质量的系统和方法 - Google Patents

Abstract

可以提供用于检测用户的手指或其它元素的系统和方法。在一些实施例中，系统可以包括多个电极组，并且每个电极组可以包括真实信号值是预定值的相应的参考电极。在一些实施例中，系统可以通过以下方式处理由电极组接收的信号:(a)根据调制模式，调制从相应的电极组中的每个电极接收的信号；(b)根据解调模式，解调从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值，从而确定相应的电极组的解调值的集合；和/或(c)使用相应的电极组的参考电极的预定值，将平均值恢复为从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值。

Description

用于提高传感器图像质量的系统和方法

相关申请

本申请要求第16/108,875号美国专利申请和第16/547,802号美国专利申请的优先权。这些申请的内容通过引用如同以其整体阐述地一样并入本文。

公开领域

本公开涉及用于对位于传感器附近或周围的对象(例如手指或其特征的位置)进行电子感测的传感器。

背景

传感器可以用于检测位于传感器附近或周围的对象的存在。这样的传感器可以被配置成感测对象的电特性，以便感测传感器附近或周围的对象的存在或位置、对象的物理特性、对象表面上的形状、纹理、材料成分、生物信息以及被感测对象的其它特征和特性。例如，传感器可以被配置成检测用户手指的存在或位置，或者在以指纹传感器的示例的情况下，检测用户手指的一个或更多个特征(例如，脊)。

对于一些传感器，身体的部位(例如手指)可以被定位在传感器附近或与传感器接触，以便执行测量。在一些情况下，传感器可以施加载波信号，当身体部位被放置在传感器附近时，该载波信号可以被调制。然后，传感器可以接收调制的载波信号。因为该调制——而不是载波本身——包含感兴趣的信息，所以这对消除(cancel)载波或补偿载波可能是有益的。例如，这可以允许传感器的动态范围更好地用于检测由身体部位施加的调制，从而提高传感器的精度。

然而，在载波被消除或补偿的情况下，可能出现某些挑战。特别地，当重构用于分析的数字图像时，可能需要恢复信号的共模部分。此外，相邻电极之间的电耦合可能在重构的数字图像中产生模糊。因此，需要如下文更全面描述的解决这些挑战和其它挑战的系统和方法。

概述

以下呈现了简单的概述，以便提供对本文所描述的一些方面的基本理解。该概述不是所要求保护的主题的广泛综述。它既不旨在标识所要求保护的主题的关键或决定性的元素，也不旨在描绘其范围。其唯一目的是以简单形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

在一些实施例中，可以提供一种用于检测用户的手指或其它元素的系统。该系统可以包括存储器、传感器区域和处理器。传感器区域可以包括接收电极集合，并且该接收电极集合可以包括多个电极组。该系统可以被配置为处理由电极组接收的信号，其中，对于每个相应的电极组，处理信号的步骤包括：(a)根据调制模式，调制从相应的电极组中的每个电极接收的信号，以及(b)根据解调模式，解调从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值，从而确定相应的电极组的解调值的集合。调制模式和解调模式可以被选择成使得步骤(a)和(b)从每个相应的电极组中的电极接收的信号中去除平均值。该系统还可以被配置为向解调值添加全局恢复值。在一些实施例中，可以选择恢复值来补偿去除的平均值。对于多个电极组中的每个电极，恢复值可以是相同的。

在一些实施例中，传感器区域可以由框架界定。第一电极组可以包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极被布置在传感器区域中，使得第一电极组中没有电极被设置在第一电极和第二电极之间。在一些实施例中，多个电极组可以至少部分地交错，使得电极集合中的一个或更多个电极被设置在第一电极和第二电极之间。在一些实施例中，值Y可以表示接收电极集合中的电极的数量。值N可以表示第一电极组中的电极的数量。值Z可以比被设置在第一电极和第二电极之间的电极的数量大一，以及Y可以小于或等于2NZ。在一些实施例中，Z可以小于或等于6。在一些实施例中，N大于或等于23。在一些实施例中，Y可以小于或等于1.1NZ。

在一些实施例中，可以提供一种用于检测用户的手指或其它元素的系统。该系统可以包括存储器、传感器区域和处理器。传感器区域可以由框架界定，并且可以包括接收电极集合。该接收电极集合可以包括传感器区域的所有接收电极。该集合中的接收电极可以在至少包括第一电极组和第二电极组的多个电极组之间划分。该系统可以被配置成处理由电极组接收的信号。对于每个相应的电极组，处理信号的步骤可以包括：(a)根据调制模式，调制从相应的电极组中的每个电极接收的信号，以及(b)根据解调模式，解调从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值，从而确定相应的电极组的解调值的集合。

在一些实施例中，第一电极组可以包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极可以被布置在传感器区域中，使得第一电极组中没有电极被设置在第一电极和第二电极之间。多个电极组可以至少部分交错，使得电极集合中的一个或更多个电极被设置在第一电极和第二电极之间。值Y可以表示接收电极集合中的电极的数量，值N可以表示第一电极组中的电极的数量，值Z可以比被设置在第一电极和第二电极之间的电极的数量大一。这些值可以被选择成使得Y小于或等于2NZ。在一些实施例中，Z可以小于或等于6。在一些实施例中，N可以大于或等于23。在一些实施例中，Y可以小于或等于1.1NZ。

在一些实施例中，可以提供一种用于检测用户的手指或其它元素的方法。该方法可以由包括存储器、处理器和由框架界定的传感器区域的系统来执行。传感器区域可以包括接收电极集合，该接收电极集合包括传感器区域的所有接收电极。该接收电极集合可以包括多个电极组，该多个电极组至少包括第一电极组和第二电极组。该方法可以包括，对于多个电极组中的每个电极组，(a)根据调制模式，调制从相应的电极组中的每个电极接收的信号，以及(b)根据解调模式，解调从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值，从而确定相应的电极组的解调值的集合。

在一些实施例中，第一电极组可以包括第一电极和第二电极。第一电极和第二电极可以被布置在传感器区域中，使得第一电极组中没有电极被设置在第一电极和第二电极之间。多个电极组可以至少部分交错，使得电极集合中的一个或更多个电极被设置在第一电极和第二电极之间。在一些实施例中，值Y可以表示接收电极集合中的电极的数量。值N可以表示第一电极组中的电极的数量。值Z可以比被设置在第一电极和第二电极之间的电极的数量大一。在一些实施例中，这些值可以被选择成使得Y小于或等于2NZ。在一些实施例中，Z可以小于或等于6。在一些实施例中，N可以大于或等于23。在一些实施例中，这些值可以被选择成使得Y小于或等于1.1NZ。在一些实施例中，关于第一电极组执行步骤(a)和(b)可以导致关于被间隔开像素行的长度的至少百分之九十的两个像素的数据被收集。

在一些实施例中，可以提供一种用于检测用户的手指或其它元素的系统。该系统可以包括存储器、处理器和多个电极组。在一些实施例中，每个电极组可以包括相应的参考电极，该相应的参考电极的真实信号值是预定值。该系统可以被配置成处理由电极组接收的信号。在一些实施例中，对于每个相应的电极组，处理信号的步骤可以包括：(a)根据调制模式，调制从相应的电极组中的每个电极接收的信号；(b)根据解调模式，解调从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值，从而确定相应的电极组的解调值的集合；以及(c)使用相应的电极组的参考电极的预定值，将平均值恢复为从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值。在一些实施例中，调制模式和解调模式可以被选择成使得步骤(a)和(b)从每个相应的电极组中的电极接收的信号中去除平均值。

在一些实施例中，可以提供一种用于检测用户的手指或其它元素的方法。在一些实施例中，该方法可以至少部分地通过本文描述的任何系统来执行。例如，该系统可以包括多个电极组，并且多个电极组中的每个电极组可以包括相应的参考电极，该相应的参考电极的真实信号值是预定值。在一些实施例中，该方法可以包括通过至少以下步骤来处理由相应的电极组中的每个电极接收的信号：(a)根据调制模式，调制从相应的电极组中的每个电极接收的信号；(b)根据解调模式，解调从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值，从而确定相应的电极组的解调值的集合；以及(c)使用相应的电极组中的参考电极的预定值，将平均值恢复为从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值。在一些实施例中，调制模式和解调模式可以被选择成使得步骤(a)和(b)从每个相应的电极组中的电极接收的信号中去除平均值。

被包含在系统和方法中的另外的变化在下面的本发明的详细描述中描述。

附图简述

被并入本文中并形成说明书的部分的附图图示了本发明的各种非限制性的实施例。在附图中，相似的附图标记表示相同或功能相似的元素。

图1描绘了由框架界定的传感器区域的示例性实施例。

图2描绘了示例性传感器栅格(grid)的示意图。

图3A-3C示出了用于接收信号和处理信号的示例性实施例。

图4A和图4B示出了示例性调制模式和解调模式。

图5A-5C示出了示例性电极交错布置。

图6示出了用于从接收电极集合获得数据的示例性方法。

图7示出了用于确定电极组的相应的恢复值的示例性技术。

图8A-8B示出了包含在非接触区域中可见的误差图案的示例性图像。

图9示出了用于生成和使用分割掩模(segmentation mask)的示例性技术。

图10A-10C示出了使用分割掩模隔离感兴趣区域的示例性技术。

图11描绘了一种示例性技术，其中使用灰度级裁剪来从图像中去除非接触区域。

图12A-12B示出了其中使用灰度级裁剪来去除非接触区域的示例性图像。

图13示出了示例性传感器系统的示意图。

图14示出了用于在传感器系统中收集数据和分析数据的示例性方法。

图15示出了具有参考电极的示例性传感器布置。

图16A-16B示出了反映图15所示布置的示例性横截面图。

图17示出了具有参考电极的另一个示例性传感器布置。

图18示出了用于从一组或更多组电极获得数据的示例性方法。

详细描述

尽管本公开的主题的各方面可以以各种形式来体现，但是以下描述和附图仅旨在公开这些形式中的一些作为主题的特定示例。因此，本公开的主题不旨在受限于像这样描述并示出的形式或实施例。

除非另有定义，否则本文所使用的本领域的所有术语、符号和其它技术术语或专门名词具有与本公开所属的领域中的普通技术人员通常理解相同的含义。本文引用的所有专利、申请、公开的申请和其它出版物通过引用以其整体并入本文。如果在本节内容中阐述的定义与通过引用并入本文的专利、申请、公开的申请和其它出版物中阐述的定义相反或不一致，则在本节内容中阐述的定义优先于通过引用并入本文的定义。

除非另有指示或上下文另有建议，否则如在本文使用的“一(a)”或“一(an)”意指“至少一个”或“一个或更多个”。

本说明书可以使用相对空间和/或方位术语，以描述部件、装置、位置、特征、或其一部分的位置和/或方位。除非特别陈述、或说明书的上下文另有表示，否则这样的术语(包括但不限于顶部(top)、底部(bottom)、上方(above)、下方(below)、在...下面(under)、在...的顶部上(on top of)、上(upper)、下(lower)、在...的左侧、在...的右侧、前、后、紧邻(next to)、相邻(adjacent)、之间(between)、水平、垂直、对角、纵向、横向、径向、轴向等)被使用以便于在附图中提及这样的部件、装置、位置、特征、或其一部分，而并不旨在是限制性的。

此外，除非另有陈述，否则本说明书中提及的任何具体尺寸仅表示体现本公开内容的各方面的设备的示例性实施方式，而并不旨在是限制性的。

如本文所使用的术语“基本上(substantially)”和“基本上的(substantial)”是指相当大程度或范围。当结合例如事件、情况、特性或性质使用时，术语可以指其中该事件、情况、特性或性质恰当发生的实例以及其中该事件、情况、特性或性质非常接近地发生的实例，例如考虑到本文所述的实施例的代表性容限程度(tolerance levels)或变化性。

如本文所使用的术语“可选的(optional)”和“可选地(optionally)”意指随后描述的部件、结构、元件、事件、情况、特性、性质等可能被包括或可能不被包括或者可能发生或可能不发生，并且该描述包括其中部件、结构、元件、事件、情况、特性、性质等被包括或发生的实例以及其中部件、结构、元件、事件、情况、特性、性质等不被包括或不发生的实例。

如本文所使用的，术语“噪声”广义地包括由各种随机过程中的任何一种生成的干扰(例如闪烁噪声、散粒噪声)，并且还包括与被获取的信号基本上不相关、与获取方法也基本上不相关的干扰。

如本文所使用的，术语“阵列”广泛地包括可以沿着任何数量的维度而无限制地定义的结构化数据或非结构化数据。

如本领域技术人员将理解的那样，本公开可以结合到任何合适的传感器中。这样的示例性传感器可以包括触摸屏、指纹传感器或被配置成检测对象或其特征的位置的其它传感器。出于说明而非限制的目的，以下公开内容讨论了被配置成检测用户的手指或其一部分的位置的二维传感器的实施例。在一些实施例中，示例性传感器可以包括在第8,421,890号美国专利中描述的一般结构，该美国专利通过引用以其整体并入本文。

在例如触摸屏和指纹传感器的传感器中，噪声可能干扰测量精度。因此，希望将噪声最小化到可能的程度。例如，在第9,779,280号美国专利中(该美国专利通过引用以其整体并入本文)，将参考电极和补偿电极与差分放大器相结合的系统被用于提高对在诸如指纹传感器的传感器中发现的典型传导和辐射噪声源的抑制。公开号为2019/0220141的美国专利申请中公开了另一种最小化噪声的策略，该美国专利申请通过引用以其整体并入本文。如在公开号为2019/0220141的美国专利申请中所公开的，对应于像素组的信号可以根据模式被调制和解调，以便补偿共模噪声。本申请公开了用于提高数据捕获速率、信噪比(SNR)和/或信号干扰比(SIR)的技术。本文公开的技术可以与第9,779,280号美国专利和公开号为2019/0220141的美国专利申请中讨论的噪声补偿策略相结合。

图1描绘了传感器区域100的示例性实施例。传感器区域100可以包括多个接收(即，RX)电极和多个发射(即，TX)电极。传感器区域100通常可以由框架50界定。术语“框架”应该广义地理解为包括设置在传感器区域周围的任何区域，无论这样的区域是否定义了单独的结构。在一些实施例中，传感器区域100可以被配置成检测手指或其它对象(例如，指纹脊)的存在。例如，传感器区域100可以具有电容式触摸感测功能。相反，框架对触摸的响应较差，并且框架可能完全缺乏触摸感测功能。例如，传感器区域100可以包括发射电极和接收电极，而框架可能缺乏这样的电极。在一些实施例中，接收电极集合可以包括在传感器区域内的所有接收电极。该集合还可以可选地包括设置在框架50内的一个或更多个接收电极。框架50内的这样的接收电极可以可选地被隔离，使得它们不对手指或其它对象的存在做出响应。如下面更详细讨论的，在框架50内设置一个或更多个电极在一些实施例中可能是有用的，并且这样的电极可以与被包括在电极集合内的其它电极结合使用，以提高测量精度。

图2描绘了沿着绝缘层104的相对表面设置的接收电极102(即，RX电极)和发射电极106(即，TX电极)的示例性栅格。这样的栅格可以设置在图1所示的传感器区域100内或部分设置在图1所示的传感器区域100内。在一些实施例中，绝缘层可以包括电介质基底。发射电极106可以被布置成与接收电极102中的一个或更多个相交。在一些实施例中，发射电极106可以相对于接收电极垂直定向。每个发射电极106可以可操作地连接到电源116，并被配置为在相应的发射电极106周围的区域中施加电信号。例如，如图2所示，发射电极可以被配置成施加包括电场线108的电场。在一些实施例中，电源116可以是电池、电容器、电感器、发电机或能够施加电力的其它元件。

在一些实施例中，接收电极102中的一个或更多个电极(或每个电极)可以被配置成接收电信号并将接收的信号发射到相应的接收电极102附近的电路中。在一些实施例中，接收电极102可以被配置成接收由发射电极106施加的电磁场，经历由于例如被放置在电场范围内的对象的存在而引起的电场的任何改变(modification)。以这种方式，接收电极102可以被配置成接收包含关于对象或其部件是否在由相应的接收电极102接收的电场的范围内的指示的电信号。

在一些实施例中，发射电极106和接收电极102可以被布置在栅格中，由此相应的发射电极和接收电极的每个交叉点(在本文还可以被称为像素)可以用作转换电路，该转换电路被配置为输出包含关于对象是否在由相应的接收电极接收的电场的范围内的指示的信号。如下文更详细讨论的，可以收集和处理来自每个交叉点的信息，以确定对象或其特征在二维传感器表面上的位置。

注意，其它传感器实施例可以等效地被使用并与本文的公开内容相结合，并且以上描述不应被解释为以任何方式进行限制。例如，自电容或绝对电容传感器以及互电容或自电容传感器可以等效地与本文讨论的处理技术和技术方法一起被使用。

本文描述了传感器区域100的示例性使用场景。被感测的对象(例如手指、触笔等)可以被放置在电极附近。重叠电容可以根据它们与待感测对象的接近度而变化。因此，每个重叠电容可以提供关于被感测的附近对象的形貌的信息。以这种方式，可以通过测量重叠电容来确定手指或触笔的位置或指纹细节。重叠电容以及因此接收的信号可能由于附近对象的形貌而被调制。例如，在指纹传感器测量用户的指纹的脊和谷的情况下，典型的调制深度可以在5％的范围内。

重叠电容可以通过用发射信号驱动一个发射电极来确定。该信号可以通过重叠电容耦合到重叠的接收电极中的每个。每个接收电极可以接收与该接收电极与被驱动的发射电极的重叠电容成比例的发射信号。通过测量每个接收电极的信号强度，沿着被驱动的发射电极的重叠电容可以被确定，并被用于确定与电极附近的对象的形貌相对应的像素值。可以以任何期望的顺序针对每个发射电极重复该过程，使得可以确定对应于附近对象的位置、尺寸、方位和形貌中的任何一个的完整的2D像素值集合。

重叠电容还可以通过根据预定模式同时驱动多个发射电极(而不是一次驱动一个发射电极)来确定。例如，合适的激活模式可以包括完全正交或基本正交的信号集合(例如，码分多通道/CDM)。这样的信号集合的示例包括但不限于哈达玛(Hadamard)矩阵、循环勒让德(Legendre)序列矩阵、循环巴克码(Barker-code)序列矩阵等的行或列。通过使用这样的基本正交的信号集合，可以提高系统的信噪比和信号干扰比。

CDM代码集合可以由编码矩阵表示，其中矩阵的每一列对应于给定时隙期间的电极状态，而矩阵的每一行对应于一个电极。(可替代地，矩阵的每一列可以对应于一个电极，而矩阵的每一行可以对应于给定时隙期间的电极状态。)存在许多合适的CDM码集合，例如哈达玛矩阵、截断哈达玛矩阵、循环勒让德矩阵或循环巴克码矩阵等。合适的模式和合适的CDM代码集合不限于这些集合；这些集合被包括作为示例。

在一些实施例中，激活模式可以被施加到发射电极。然而，同时驱动多个发射电极可能超过可用的系统功率。在电容式指纹传感器的某些应用中(例如当嵌入到非接触式智能卡中时)，功率是一个特别重要的考虑因素。非接触式智能卡没有板载(on-board)电池，而是必须从无线领域为指纹传感器获取功率。在一些情况下，获取的功率必须与卡上的其它设备共享，从而减少了可用于驱动传感器上发射电极的功率的量。此外，在一些情况下，传感器可能只在特定的时间窗口内操作，使得卡保持与非接触式支付的ISO标准兼容。为了节省功率，同时利用CDM和其它示例性模式提供的信噪比提高，可能更希望将模式施加于接收电极而不是发射电极。本文的公开内容提供了用于以有效的方式将多通道模式用于接收电极的有效技术，这对于功率受限的环境(例如嵌入在智能卡中的电容式指纹传感器)是理想的。

作为示例，N阶勒让德序列410包含单个零，(N-1)/2个负1和(N-1)/2个正1(见图4A)。为了简单起见，在本说明书的附图中使用的序列阶故意保持为低的，然而，如稍后将解释的，具有较高阶的序列在实践中可能是优选的。在第一时隙期间(例如，对应于图4A的第一列)，对应于序列中负1的(N-1)/2个接收电极共同连接到接收器电路中的差分放大器的负输入端，以及对应于序列中正1的(N-1)/2个接收电极共同连接到差分放大器的正输入端。(见图3A和图3B)。在给定的时隙期间，放大器的差分输出然后可以与对应于该时隙的勒让德序列与单独的接收器电极的接收的信号值的点积成比例。该值然后可以被保存为N元素向量的第一元素。在下一个时隙期间(例如，对应于图4A中的第二列)，勒让德序列可以被循环移位1，并且新的得到的点积可以被保存为N元素向量的第二元素。针对总共N个时隙重复该过程，得到包含N个元素的接收向量。n阶解码矩阵420(见图4B)然后可以乘以该接收向量，以重构期望的像素值。

其中每个序列的总和为零的CDM代码集合(例如截断的哈达玛序列集合或循环移位的勒让德序列集合)可以说是“平衡的”。通过使用平衡的代码集合，连接到接收器电极的共模干扰可以被差分放大器消除。此外，接收信号(例如载波)的共模部分也可以被消除。这可以有利地允许差分放大器(和任何后续电路)的整个动态范围被用于接收信号的调制部分。

图3A-3C示出了使用多通道模式接收和处理信号的示例性系统。在一些实施例中，多个发射电极106可以由定序器202驱动。多个接收电极102可以接收由发射电极106生成的电信号以及由于相应的一对发射电极和接收电极之间的交叉点附近的对象的存在而生成的任何调制信号。由给定接收电极102接收的信号可以可替代地连接到地、差分接收器206的正输入端、差分接收器206的负输入端。在一些实施例中，模拟前端可以包括与传感器电极连接的差分接收器206。如参考图2B更详细描述的，来自给定接收电极的选择性耦合可以由开关单元204实现。在一些实施例中，根据调制模式410选择与给定接收电极102连接的通道。例如，该模式可以是例如图4A所示的编码矩阵410。

来自接收器206的差分输出可以使用例如模数转换器208转换成数字值。给定时隙中的数字输出值然后可以与该时隙期间来自接收器电极的(如根据由调制模式410为该时隙指定的参数调制的)信号成比例。该值然后可以被保存为N元素向量的第一元素。在下一个时隙期间，调制模式410可以指定新的参数，通过该新的参数可以调制接收的信号，并且新的输出值可以被保存为N元素向量的第二元素。针对总共N个时隙重复该过程，得到包含N个元素的接收向量。例如n阶解码矩阵420(见图4B)的解调模式420然后可以乘以(例如，通过在步骤212中计算点积)该接收向量，以重构期望的像素值。在步骤214，解调的像素值可以存储在存储器中。在步骤216，可以根据解调的像素值构建数字图像。该步骤可以可选地包括一个或更多个图像处理步骤，如参考图9-12更详细描述的。在步骤220中，可以使用匹配算法将数字图像与一个或更多个记录的(enrolled)模板218进行比较，以确定生物特征(biometric)参数。例如，在指纹传感器的情况下，匹配算法可以将数字图像与模板图像进行比较，以确定设置在指纹传感器上的手指是否可能与用于创建一个或更多个模板图像的手指相同。例如，在这种情况下，生物特征参数可以是用户的身份。

图3B示出了连接到示例性差分接收器208的示例性的一组开关单元204。如图3B所示，给定的接收电极(例如RX_1)可以可替代地(例如，通过使用开关)连接到地、差分接收器的正输入端(SUM_P)或差分接收器的负输入端(SUM_N)。每个开关单元204可以连接到多路复用单元，该多路复用单元可以确定在给定的时隙中连接给定的开关单元204内的哪些可用开关。在一些实施例中，每个开关单元204可以被布置成使得来自传感器区域中的每个接收电极的接收信号可以选择性地连接到接收器208的正输入端子、接收器208的负输入端子或地中的任何一个。

由于相邻接收电极之间的耦合，所以在时隙期间，希望在连接到接收器电路的每个接收电极之间放置至少一个接地电极。这使得将发射电极耦合到接收电极的电场保持更加局部化，从而导致重构图像的模糊更少。为了提供接地电极，多组接收电极可以交错。然后，当一个这样的电极集合连接到接收器电路时，相邻交错的接收电极集合可以接地。任何未使用的电极也被接地。图3B中的开关树(其可以通过RX编码器控制)可以使接收电极能够以这种方式进行连接。

图3C描绘了与图3B的实施例类似的实施例，不同之处在于提供了多个差分接收器(或模拟前端)。一组或更多组电极可以经由相应的开关单元204a连接到第一差分接收器208a。属于其它组的电极可以经由相应的开关单元204b连接到第二差分接收器208b。连接到给定接收器208a(或208b)的电极可以属于单个组，或者它们可以属于多个组。提供多个差分接收器允许同时从多个电极组收集数据。例如，在第一时间间隔期间，第一差分接收器208a可以从与第一差分接收器208a连接的电极接收信号，而第二差分接收器208b从与第二差分接收器208b连接的电极接收信号。尽管在该示例性附图中示出了两个接收器，但是可以使用任何数量的差分接收器来进一步提高系统收集数据的速率。

为了减少活跃的电极(active electrode)之间的电耦合，连接到一个差分接收器的电极可以与连接到其它差分接收器的电极交错，使得在给定时隙中活跃的电极将总是在它们之间具有至少一个接地电极。例如，在给定时隙期间要被激活的电极可以定义超集(在多差分接收器实施例中通常由多个组组成)，并且超集可以与不在超集内的电极交错，使得对于从超集中选择的任何一对两个电极，不在超集内的至少一个电极被设置在该选择的对之间。在双接收器实施例中，实现这一点的一种方式是将两个电极组分配给每个接收器：第一组和第二组分配给第一接收器，以及第三组和第四组分配给第二接收器。第一组和第三组可以定义将同时活跃的第一超集，以及第二组和第四组可以定义将同时活跃的第二超集。在这种情况下，有规律地交错各组的电极(第一、第二、第三、第四、第一、依此类推)将确保同一超集中没有两个电极彼此相邻。

图5A-5C示出了RX电极交错的示例。在图5A所示的示例中，传感器区域包括二十八个接收电极的集合，该二十八个接收电极被组织成四个电极组502、504、506、508，每个电极组具有七个电极。例如，如图5A所标记的，电极组502包括接收电极0、4、8、12、16、20和24。每个相应的电极组可以依次采样。例如，在时隙1-7中接收来自电极组502的测量结果，在时隙8-14中接收来自电极组504的测量结果，依此类推。如图5A所示，相应的电极组中的电极交错。即，从组502中取出第一电极和第二电极(例如，8号和12号电极)，其中同一组502中没有其它电极在所选择的第一电极和第二电极之间，观察到其它组中的三个电极(这里，一个电极来自组504、一个电极来自组506、以及一个电极来自组508)被设置在第一电极和第二电极之间。在这个示例中，交错因子Z(定义为一加上给定组的相邻电极之间的电极数量)等于四。

在图5A的实施例中，电极组具有相同的尺寸，并且电极以四个电极的重复模式有规律地间隔开，依次从每个电极组中取出一个电极。也就是说，0号电极是组502中的，1号电极是组504中的，2号电极是组506中的，3号电极是组508中的，4号电极是组502中的，依此类推。在这样的布置中，选择单个组中的任意两个相邻电极，每个其它组中的至少一个电极将被设置在这两个所选择的电极之间。以这种方式有规律的交错是有利的，因为它使在给定时隙内将活跃的电极之间的距离最大化，从而使耦合噪声最小化。此外，在图5A的实施例中，传感器区域中电极的数量Y等于交错因子Z乘以每组电极的数量N。这是有利的，因为(i)将每个电极组延伸到整个传感器区域(例如，图5A中的每一列基本上跨越了传感器)，并且(ii)确保通过迭代遍历电极组，可以一次从传感器中的每个接收电极准确地收集所有数据。这减少了噪声并改善了扫描时间。尽管这些条件(有规律的交错以及Y＝NZ)是有利的，但有可能偏离这些条件，而仍然在一定程度上实现预期的好处。例如，可以不规律地交错，使得同一组中的电极在传感器上间隔不同的距离。在这样的情况下，可以通过参考组中的电极之间的最大的这样的间隔来确定Z。同样地，可以使用具有不同尺寸的电极组。在这样的情况下，可以通过参考最大的电极组来确定N。关于Y、N和Z之间的关系，特别有利的布置包括其中Y≤3NZ、Y≤2NZ、Y≤1.5NZ、Y≤1.1NZ和Y≤NZ的那些情况。

尽管图5A所示的交错实施例反映了单差分接收器实施例，但是这个概念可以扩展到多差分接收器实施例。例如，组502和组504可以连接到一个差分接收器，而组506和组508可以连接到另一个差分接收器。然后，可以同时(例如，在时隙1-7中)从组502和组506收集数据，并且可以同时(例如，在时隙8-14中)从组504和组508收集数据。通过以这种方式进行交错，没有两个相邻的电极将在同一时隙中是活跃的。

在图5B所示的示例中，交错因子Z是2。这里，每个接收电极由一个接地的“交错”电极间隔开。电极组的尺寸为7。在第一时隙中，26个可用接收电极中有14接收电极个正在使用，剩下12个电极未被使用，并且因此接地。请注意，在这个实施例中，两次从12号和13号电极捕获数据。尽管如与图5A的实施例相比，这稍微降低了扫描速度，但是这仍然是相对高效的实施例，并且如果对于某些接收电极需要附加的数据捕获，则相对于图5A的实施例，这可能具有优势。

在图5C所示的示例中，交错因子是3。这里，每个接收电极由两个接地的“交错”电极间隔开。此外，电极组的尺寸为7。在第一时隙中，26个可用接收电极中的21个接收电极正在使用，剩下5个电极未被使用，并且因此接地。

图6示出了用于从传感器中的接收电极集合获得数据的示例性方法600。在步骤602，可以选择一组接收电极。如上所述，这可以是将被施加调制模式的一组接收电极。在步骤604，在步骤602中未被选择的电极可以接地。未被选择的电极可以属于将在后续循环中将被选择用于数据收集的电极组。在步骤606，由调制模式指定的参数可以被施加到关于第一时隙所选择的组。例如，可以施加图4A的矩阵中的第一列值，使得矩阵分配值为“0”的电极可以接地，分配值为“1”的电极可以连接到接收器的正输入端，以及分配值为“-1”的电极可以连接到接收器的负输入端。在步骤608，可以存储关于该时隙的数据。在步骤610，系统可以确定是否已经施加了针对调制模式中关于每个时隙指定的参数。如果不是，则系统可以返回到步骤606，施加关于模式中的下一个时隙的参数。在步骤612，系统可以确定是否已经从所有期望的接收电极获得数据。如果没有从所有期望的电极收集到数据，则系统可以返回到步骤602，并继续从下一组电极收集数据。如果已经从所有期望的电极收集到数据，则系统可以继续进行到步骤614并结束数据收集过程。

如上所述，存在编码阶N、电极数量Y和交错Z的最佳组合，以使用上述过程将扫描所有RX电极所花费的时间保持在最小。理想地，Y等于N乘以Z的整数倍(例如，如图5A中所示)。如果是这种情况，则系统可以通过方法600来进行从相同大小的电极组中一次精确地收集数据而无需重复。然而，如果不是这种情况(例如，如在图3B和图3C中所示)，例如由于将电极的数量固定为另一个值的传感器上的设计限制，则可以再次重叠先前扫描的电极，以便包含剩余的电极，或者使用具有不同尺寸的电极组以从剩余的电极中收集数据。对于与电极数量相比较而言短的调制矩阵，重叠不会导致显著的扫描时间开销。然而，对于与电极数量相比较而言长的矩阵，增加的扫描时间开销可能是显著的。

如上所述，对于可用于调制接收电极的合适模式有许多不同的选择。一种特别有利的模式类别是勒让德序列。这些序列提供了许多好处。勒让德序列是平衡的，这允许更大部分(fraction)的动态范围被用于获得有用的数据，从而提高测量灵敏度。在勒让德序列中，给定时隙的每个参数集合是关于第一时隙的参数的循环移位，允许仅使用N个存储器存储位置来定义包含N阶勒让德序列的大NxN矩阵。勒让德序列适用于任何奇质数(即除1或2以外的任何质数)阶。此外，除了极性(对于某些阶)之外，解码矩阵与编码矩阵相同，因此针对解码矩阵不需要附加的存储器存储位置。此外，编码矩阵和解码矩阵都只包含来自集合{-1，0，+1}的值，因此编码和解码都不需要乘法或除法。

哈达玛序列也被发现是特别有利的。哈达玛序列可以被截断以去除所有1的最后一列，从而产生平衡列的集合。截断哈达玛编码矩阵的解码矩阵是编码矩阵的转置，这意味着可以有效地导出解码矩阵。此外，对于N个像素，只需要(N-1)个时隙，这意味着扫描效率得到提高。编码矩阵和解码矩阵都只包含来自集合{-1，+1}的值，因此编码和解码都不需要乘法和除法。

如上所述，可以通过将接收的向量乘以n阶解码矩阵(参见图3A中的步骤420和212)来重构期望的像素值来实现解码。在平衡码(balanced code)被用于编码的情况下，接收信号的共模部分被去除，因此给定组的解调像素值的平均值将为零。如果使用高阶平衡序列(N大)，则由于大数定律，原始像素值的平均值在电极组之间将近似恒定。因此，可以通过向N个像素的每个重构组的每个重构像素添加全局恢复值来适当地恢复近似平均值。在一些实施例中，该值可以等于或近似等于可用灰度范围的中点。在其它情况下，可能期望使用稍大的值。例如，对于能够产生8位图像的传感器，最小可能灰度值为0(对应于黑色)，并且最大可能灰度值为255(对应于白色)。对于这样的灰度范围，中点以及因此合适的相应的全局恢复值是128。

当然，也可能使用非平衡序列。在这样的情况下，调制模式可以去除接收信号的共模部分的一部分，但不是全部。术语“去除”因此应被广义地理解为包括对共模信号部分的完全去除和部分去除。在去除全部共模部分的情况下，使用全局恢复值是特别有利的，因为这确保了电极组之间的平均值将相同。在共模部分的某些(但不是全部)被去除的其它情况下，使用全局恢复值可能仍然是可以接受的。在其它情况下，不使用全局恢复值。

图7示出了一个示例性实施例，其中可以为每个电极组确定相应的恢复值。在该实施例中，传感器区域的接收电极可以如上所述地被分配成组。在图7中，示出了三个组706a、706b和706c。为了简单起见，这些组以小的(N＝4)组示出而没有交错，但是在实践中，如贯穿本公开所描述的，这些组将优选地更大并且交错。传感器区域的示例性接收电极组706a、706b和706c中的每一个可以共享公共电极702。每个电极组还可以包括不被其它组共享的它们自己的接收电极。例如，组706a可以包括一个或更多个电极704a，组706b可以包括一个或更多个电极704b，并且组706c可以包括一个或更多个电极704c。如上所述，接收电极还可以与多个发射电极相交，形成多个像素710。由公共电极702形成的像素可以被认为是公共像素708。为简单起见，图7示出了沿着单个发射电极712设置的单个像素行，但是这些行可以沿着传感器区域中的每个发射电极延伸。在一些实施例中，公共电极702可以被放置在对由于对象(例如，手指或指纹特征)的存在而生成的电容式调制基本上不响应的位置。例如，公共电极可以被设置在框架内，并且基本上与传感器表面隔离。隔离可以帮助确保针对公共电极获得的真实信号值在电极组之间是相同的。

在平衡模式被用于调制从每个电极组接收的信号的情况下，从每个组获得的解调值的平均值将为零。然而，真实平均值可能在各组之间略有不同(特别是在使用低阶模式的情况下)。提供公共电极允许这些差异被确定。具体地，因为针对公共电极702接收的真实信号值可以被假设为组之间相等(在给定的扫描周期内)，所以解调值的差异可以被假设为由调制过程和解调过程引入的伪像。这些差异可以被计算出，并且可以针对每个组确定相应的恢复值。给定组的相应的恢复值可以是如下的一个值：当该值被加到针对该组获得的解调值时，使得如针对该组确定的关于公共电极获得的调整值等于如针对传感器的其它组中的每个组确定的关于公共电极获得的调整值。在公开号为2019/0220141的美国专利申请中描述了用于恢复电极组之间的共模信号的这种技术和其它技术。其中描述的技术还可以与本公开中呈现的实施例相结合。

例如，参考图15、16A-16B和17A-17B，在一些实施例中，通过使发射电极中的一个或更多个发射电极终止使得它们不靠近一个或更多个参考电极并且不向该一个或更多个参考电极施加电信号，一个或更多个参考电极可以与发射电极施加的载波信号隔离。在一些实施例中，参考电极可以耦合到用户的手指(或被传感器检测的其它对象)。在这样的实施例中，参考电极可以不接收来自驱动线的信号，并且因此将具有基本为零的已知值，但是将仍然接收来自耦合的手指的干扰，允许如上所述地消除该干扰。

通过将一个或更多个像素与由驱动线施加的刺激隔绝，可以建立“已知的”参考像素。例如，隔离的像素可以被假设为具有为零的真值(true value)。通过将这些已知的真值与如上所述为非隔离像素获得的解调值结合使用，可以确定非隔离像素的真值。例如，可以为相邻像素组选择恢复值，使得已知参考像素的计算值等于已知参考像素的期望值(例如，零或基于载波的值)。例如，可以选择一个或更多个公共像素作为已知的参考像素。在另一个示例中，传感器可以被划分成区域，其中每个区域具有已知的参考像素，相对于该已知的参考像素可以确定相邻像素值。

在任一上述方法中，传感器的一条或更多条线可以被设置在用户可能接触的传感器区域之外。这可能具有屏蔽这些线上的像素免受测量信号和/或噪声影响的效果。以这种方式，可以建立具有已知值的像素。在一些实施例中，这些已知值可以为零或基本为零。在一些实施例中，这些已知值可以基本上等于由一条或更多条驱动线施加的信号(例如载波信号)。在一些实施例中，可以在传感器的一个或更多个边缘处设置线，使得线在用户可以接触的传感器区域之外。在其它实施例中，可以在传感器的一个或更多个边缘处设置拾取线，使得拾取线在驱动线施加信号的区域之外，从而使得这些拾取线接收手指耦合噪声但是无测量信号。如上所述，这些线上的像素可以用作已知的参考像素和/或公共像素。

图15和图16A-16B示出了示例性布置，其中参考电极1512a、1512b位于传感器栅格内或相邻于传感器栅格。通过将参考电极1512a、1512b布置在传感器栅格内，可能将参考电极1512a、1512b暴露于手指耦合噪声，这可能导致手指耦合噪声对于参考电极和采样组中的任何其它电极是公共的(common)。这可以有助于经由信号处理(例如，通过施加平衡编码模式)来去除共模噪声。在一些实施例中，参考电极1512a、1512b可以被设置在传感器栅格的边缘处或附近。在其它实施例中，一个或更多个参考电极可以被设置在传感器栅格的内部。在这样的情况下，可以经由屏蔽层或通过分开一个或更多个发射电极使得它们从任一侧靠近但不与参考电极相交，而使一个或更多个参考电极与发射电极隔离(使得它们不产生测量信号)。在一些实施例中，参考电极1512a、1512b的几何形状可以与传感器栅格中的接收电极的几何形状相同(或基本相同)。以这种方式，参考电极可以接收与接收电极相似水平的噪声。

在一些实施例中，发射电极1506a、1506b可以被布置在传感器栅格中，使得发射电极1506a可以从栅格西侧的电源连接器1522a延伸，以及发射电极1506b可以从栅格东侧的电源连接器1522b延伸。(注意，例如东、西、北和南的方向术语是在相对意义上使用的，并且仅是为了简化说明而不是出于限制的目的。在实践中，这些方向术语的方位可以任意确定，并且不需要特定的方位或角度关系)。电源连接器1522a、1522b可以连接到一个或更多个电源，这些电源可以选择性地将一个更或多个载波信号施加到发射电极1506a、1506b。源自西侧的发射电极1506a可以与源自东侧的发射电极1506b交错。在一些实施例中，以这种方式交错电极可以减少在给定时隙中活跃的发射电极之间的耦合。

传感器栅格可以包括接地电极1520a，该接地电极1520a可以被放置在参考电极1512a的任一侧或两侧。传感器栅格还可以包括接地电极1520b，该接地电极1520b可以被放置在参考电极1512b的任一侧或两侧。在一些实施例中，参考电极1512a可以被布置成使得参考电极1512a不与发射电极1506b相交。接地电极1520a也可以被布置成使得接地电极1520a不与发射电极1506b相交。在一些实施例中，参考电极1512b可以被布置成使得参考电极1512b不与发射电极1506a相交。接地电极1520b也可以被布置成使得接地电极1520b不与发射电极1506a相交。接收电极1502(图15中未示出；见图16A-16B)可以被设置在参考电极之间。

在使用中，发射电极1506a中的一个或更多个可以在第一时隙中施加载波信号。在该第一时隙期间，发射电极1506b可能是不活跃的。因为参考电极1512b与发射电极1506a隔离，所以在第一时隙期间参考电极1512b上将没有互电容信号。因此，尽管手指(或其它身体部位)可以靠近参考电极1512b，使得身体耦合噪声可以被参考电极1512b拾取，但是已知参考电极1512b上的互电容值在第一时隙期间为零。

在第二时隙期间，发射电极1506b中的一个或更多个可以施加载波信号。在该第二时隙期间，发射电极1506a可以是不活跃的。因为参考电极1512a与发射电极1506b隔离，所以在第二时隙期间参考电极1512a上没有互电容信号。因此，尽管手指(或其它身体部位)可以靠近参考电极1512a，使得身体耦合噪声可以被参考电极1512a拾取，但是已知参考电极1512a上的互电容值在第二时隙期间为零。如下面参考图18所讨论的，可以通过在附加时隙中对附加电极进行采样来重复该过程，直到例如传感器栅格中的所有像素都被采样。

图16A和图16B是反映图15所示布置的示例性横截面图。图16A示出了其中设置源自东侧的发射电极1506b的横截面，并且图16B示出了其中设置源自西侧的发射电极1506a的横截面。如图16A-16B所反映的，参考电极1512a可以(例如，通过一个或更多个接地电极1520a)与源自东侧的发射电极1506b隔离，并且参考电极1512b可以(例如，通过一个或更多个接地电极1520b)与源自西侧的发射电极1506a隔离。同时，接收电极1502暴露于源自西侧的电极1506a和源自东侧的电极1506b。图16A和图16B中描绘的未标记的实心(solid)元件可以是聚合物层。这些元件中的一个或更多个元件可以可选地全部或部分由金属组成，以根据需要提供附加的屏蔽。在一些实施例中，金属屏蔽层可以接地。

图16A和图16B中还示出了可选的载波注入节点1518a、1518b。尽管在图16A和图16B中示出了两个载波注入节点，但是可以使用任何期望数量的载波注入节点。例如，将在调制组中处理的每组电极可以具有其自己的具有注入节点的参考电极。在其它实施例中，单个载波注入节点可以用于系统中的所有参考电极。

在一些实施例中，可能期望从参考电极接收的信号包括(i)身体耦合噪声和(ii)从驱动电极传输的载波信号且无由于手指(或其它身体部位)的存在引起的调制。例如，在参考电极被包括在施加平衡编码模式的电极组中的情况下，参考电极被暴露于身体耦合噪声可能是有利的，使得该噪声将对于编码组中的所有电极都是公共的(common)。同样地，参考电极暴露于载波信号可能是有利的，使得传输的载波信号将(基本上)对于编码组中的所有电极都是公共的。这样，可以通过施加平衡编码模式来去除载波的共模噪声和共模部分。然而，如果载波被施加到手指附近的参考电极，然而，手指的存在可能调制发射电极和参考电极之间的互电容，则这意味着参考电极可能生成非零测量信号并且不再可用作参考电极。

载波注入节点1518a、1518b允许在与手指隔离的位置将载波信号施加到参考载波电极1514a、1514b，且因此将不会产生测量信号。一个或更多个载波注入节点可以位于与传感器的感测区域隔离的位置处。在一些实施例中，载波注入节点可以位于屏蔽层之后，使得手指或其它对象的存在将不会调制跨载波注入节点的电容。载波注入节点还可以例如位于传感器栅格的反面，其中传感器(或传感器并入其中的对象)的材料可以提供屏蔽和/或可以防止手指(或其它对象)变得足够靠近载波注入节点以影响互电容。在一些实施例中，载波注入节点可以位于参考电极附近，以便于将载波注入节点短接到相关联的参考电极。在一些实施例中，载波注入节点可以位于传感器栅格区域之外。在一些实施例中，载波注入节点可以被设置在传感器系统的电路元件内或者集成到传感器系统的电路元件中。例如，可以在模拟前端内设置一个或更多个载波注入节点，该模拟前端被配置为从传感器区域中的一个或更多个电极组接收信号。

在一些实施例中，载波注入节点1518a可以包括载波注入发射电极1516a和参考载波电极1514a。在一些实施例中，载波注入发射电极1516a可以用一个、更多个或所有源自东侧的发射电极1506b来激活。如上所述，尽管在图16A和图16B的该示例性实施例中示出了两个载波注入节点，但是可能使用任何期望数量的载波注入节点。例如，将在调制组中被处理的每组电极可以具有其自己的具有注入节点的参考电极。在其它实施例中，单个载波注入节点可以用于系统中的所有参考电极。在一些实施例中，载波注入节点1518a可以是系统中设置的唯一载波注入节点。在一些实施例中，载波注入节点1518a可以在它们相应的激活周期期间用感测系统中的一个、一些或所有发射电极来激活。

载波注入节点1518b可以包括载波注入发射电极1516b和参考载波电极1514b。在一些实施例中，载波注入发射电极1516b可以用一个、更多个或所有源自西侧的发射电极1506a来激活。载波注入节点1518a、1518b的组成和几何形状可以模仿发射电极1506a、1506b和接收电极1502之间的交叉点的组成和几何形状，使得在载波注入发射电极1516a、1516b和参考载波电极1514a、1514b之间出现与在发射电极1506a、1506b和接收电极1502之间出现的相类似的互电容。可选地，接地电极或屏蔽可以被设置在载波注入发射电极1516a、1516b和/或参考载波电极1514a、1514b的任一侧或两侧。屏蔽层还可以被布置在载波注入节点1518a、1518b的上方或下方，以防止用户的手指(或其它身体部位)调制载波注入发射电极1516a、1516b和参考载波电极1514a、1514b之间的互电容。在一些实施例中，载波发射电极1516a和参考载波电极1514a的方位可以反转(reversed)，使得参考载波电极1514a将位于载波发射电极1516a的下方(在图16a和图16B的参考框架中)。将参考载波电极朝向传感器结构的中心放置(如图16A和图16B的方位所示)可以提供附加的屏蔽。然而，反向方位可以允许参考载波电极在与接收电极1502相同的步骤中被制造，这可以促进参考载波电极和接收电极的结构和几何形状的统一性(uniformity)。

当被激活时，来自参考载波电极1514a、1514b的信号因此可以模仿当不存在手指时从发射电极1506a、1506b传输到接收电极1502的载波信号的部分。在第一时隙期间，当源自西侧的发射电极1506a和载波注入发射电极1516b是活跃的时，参考电极1512b可以捕获身体耦合噪声，并且参考载波电极1514b可以捕获传输的载波信号。这些信号可以(例如，通过对信号求和或者通过将电极1512b、1514b短接在一起)被组合并且在第一时隙中在第一电极组中被处理。在第二时隙期间，当源自东侧的发射电极1506b和载波注入发射电极1516a是活跃的时，参考电极1512a可以捕获身体耦合噪声，并且参考载波电极1514a可以捕获传输的载波信号。这些信号可以(例如，通过对信号求和或者通过将电极1512a、1514a短接在一起)被组合并且在第二时隙中在第二电极组中被处理。虽然这里通过解释的方式讨论了两个时隙，但是可以重复该过程，使得可以在附加的时隙中对附加的电极进行采样，直到例如传感器栅格中的所有像素都被采样。

在一些实施例中，物理载波注入节点1518a、1518b可以用虚拟载波注入来代替，其中以计算方式来确定将被假设的参考载波电极1514a、1514b接收的传输的载波信号。例如，传递参数可以在制造期间经由测试凭经验确定，并乘以载波信号的已知值。在其它实施例中，传输参数可以基于例如温度、湿度、年龄或与传感器相关的其它变量来调整。在一些实施例中，以计算方式确定的传输载波信号可以被电子合成并注入到一个或更多个参考电极中。在其它实施例中，在解码模式被施加到从相应的电极组获得的值之前，表示虚拟传输载波信号的值可以被加到从参考电极接收的信号值。

在一些实施例中，可以将平衡编码模式施加到这些第一电极组和第二电极组中的一组或两组。以这种方式，可以去除共模手指耦合噪声和共模载波信号。去除手指耦合噪声和载波信号可以提高信噪比和信号干扰比，并且可以允许系统的动态范围专用于测量信号。

在施加平衡编码模式之后，可以使用相对应的解码模式来解码结果值。如上所述，施加平衡编码模式从测量值中去除共模部分(即平均值)。在编码组中包括具有已知(例如零)测量值的参考电极的情况下，可以通过向每个测量值添加恢复值来恢复电极组的测量值的精确值，该恢复值被选择为使得参考电极的结果测量值将等于其预期的测量值(例如零)。例如，给定输入向量[a，b，c，d，e]，编码然后解码的向量将等于[a-m，b-m，c-m，d-m，e-m]，其中m＝输入向量的元素的平均值。如果元素e是参考，则其测量值可能已知为零。因此，编码然后解码的参考值为(e-m)＝(0–m)＝(-m)。如果然后从调制然后解调的向量的每个元素中减去(-m)，则得到[a，b，c，d，0]。这导致元素a、b、c和d的正确值。

图17示出了参考电极的另一个示例性布置。除了参考电极1712a、1712b可以被设置在传感器栅格1700的外部之外，这种布置在原理上精确地像图15和图16A-16B所示的实施例一样地操作。通过将参考电极1712a、1712b放置在传感器栅格1700的外部，避免了发射电极和参考电极之间的电容。参考电极1712a、1712b可以被设置成使得当使用传感器栅格1700时，它们暴露于身体耦合噪声。例如，可以设置多个参考电极，使得用户的手指将在所有预期的使用方位中经过至少一个参考电极。根据给定传感器的使用场景，这可以使用一个、两个、三个、四个或更多个参考电极来完成。在设置了多于一个参考电极的实施例中，传感器系统可以选择和使用最佳定位的参考电极来拾取身体耦合噪声。例如，系统可以测量由每个可用参考电极接收的身体耦合噪声，并选择从用户的手指或其他元素接收的测量噪声最大的可用电极。然后可以在采样过程期间在一个、一些或所有电极组中使用所选择的参考节点。

在传感器被设置在已知基底(例如信用卡)上的一些实施例中，可以预期到用户的手指始终从基底的特定侧面1750接近传感器栅格。在这样的情况下，单个参考电极1712b可以被放置在传感器栅格1700和基底的侧面1750之间。以这种方式，在使用条件下，手指将更可能经过单个参考电极1712b，导致参考电极1712b拾取期望的身体耦合噪声。在一些实施例中，参考电极1712b(和/或其它参考电极)可以被布置成平行于或横向于传感器栅格1700中的接收电极。上面讨论的物理和虚拟载波注入方法以及信号处理方法可以被施加到图17的实施例。

图18示出了使用上述参考电极系统的示例性方法1800。在一些实施例中，该方法可以与上述任何结构(特别是关于图15-17)一起使用。例如，该系统可以在包括多个电极组的系统中执行，其中多个电极组中的每个电极组包括其真实信号值是预定值的相应的参考电极。在一些实施例中，预定的真实信号值可以为零(例如，在参考电极被隔离使得无测量信号被预期的情况下)。如上所述，可以通过对组中的像素(例如，发射电极和驱动电极的交叉点)进行采样来获得测量值。在步骤1802，可以通过根据调制模式调制从相应的电极组中的每个电极接收的信号来对电极组中的第一组进行采样。调制模式可以是平衡的，使得在任何给定时隙中接收的信号的平均值为零。在步骤1804，可以解调接收的信号或从该信号中导出的值。输出可以是相应的电极组的解调值的集合。这些解调值可以精确地反映每个采样像素的相对值，但是在使用平衡调制模式的情况下，平均值可能已经被去除。

在步骤1806，可以使用相应的电极组中的参考电极的预定值来恢复该平均值。例如，电极组的解调值的集合可以包括参考电极的解调值(K–M)，其中K表示被包含在该组中的参考电极的真实信号值，并且M表示被包含在该组中的每个电极的真实信号值的平均值。在这种情况下，可以通过将偏移值加到解调值的集合中的每个解调值来恢复采样像素的真实值。在一些实施例中，偏移值可以被选择成使得偏移值和参考电极的解调值之和等于K。在参考电极的预定值为零的情况下，例如，可以通过简单地减去针对参考电极获得的解调值来恢复相应的组中的采样像素的真实值。

在步骤1808，系统可以确定是否已经从传感器栅格中的所有期望的电极组获得了数据。如果已经针对所有期望的电极组获得了数据，则方法1800可以完成。如果需要对附加的电极组进行采样，则该过程可以返回到步骤1802以对另一个电极组进行采样。

可选地，不同的发射电极组可用于对不同的电极组进行采样，如上所述。例如，发射电极的第一集合可用于步骤1802、1804、1806的第一次迭代，并且发射电极的第二集合可用于步骤1802、1804、1806的第二次迭代。对于附加的迭代，可以使用附加的发射电极组，或者系统可以在发射电极的第一集合和发射电极的第二集合之间交替。在一些实施例中(其可以包括但不限于图15所示的布置)，第一电极组中的参考电极可与发射电极的第一集合相交，但不与发射电极的第二集合相交。第二电极的参考电极可以与发射电极的第二集合相交，但不与发射电极的第一集合相交。在一些实施例中，系统可以被配置为在第一时间从第一电极组接收信号，在第一时间期间，发射电极的第二集合施加载波信号，而发射电极的第一集合不施加载波信号。该系统还可以被配置为在第二时间从第二电极组接收信号，在第二时间期间，发射电极的第一集合施加载波信号，而发射电极的第二集合不施加载波信号。

理论表明，增加调制矩阵的阶提高可能的信噪比。当接收电极的高阶集合也交错时，因为集合之间的相关性高(即，每个集合中的像素值相似)，所以这些集合的平均值的变化(在编码之前和编码时)进一步减小。此外，交错迫使每个集合更充分地跨越传感器的宽度(或高度)，这减少了由于图像内容的局部变化而导致的平均值变化。

然而，通过施加全局恢复值引入的误差将以循环且具有等于交错因子的周期的模式跨越每一行。如果交错太大，(a)该模式的周期可能类似于指纹的脊间距，以及(b)使用更大的交错迫使矩阵阶更低(假设接收电极的数量恒定)。那么，真实的平均信号值将从电极组到电极组有更大的变化，从而增加了恢复误差的幅度。

其示例在图8A-8B中示出。图8A中的第一(左)图像是模拟测试图像，并且包含指纹和空白部分。该测试图像模拟“部分触摸”，其中手指仅覆盖传感器的一部分，即存在接触区域和非接触区域。图8A中的第二(中间)图像示出了对196个接收电极用低阶模式(例如，勒让德阶7)连同大交错(28)对测试图像进行编码、然后对结果进行解码并施加全局恢复值128的结果。DC恢复之后的周期性模式在图像的非接触部分中是可见的，并且明显的是：这些模式可以被匹配引擎解释为指纹脊，与记录的模板相比，导致对感测的指纹的错误接受或错误拒绝。图8A中的第三幅(右)图像示出了对172个RX电极用高阶模式(勒让德阶43)连同低交错(4)进行编码、然后对图像进行解码并施加DC恢复公共值128的结果。与第二图像相比，第三图像中的高阶编码提高了理论SNR。此外，DC恢复之后的周期模式虽然仍然存在，但是周期更短，并且幅度更低，从而降低了将该图像发送到匹配器时的错误接受率和错误拒绝率的可能性。

图8B中的两个图像分别示出了图8A的第二图像和第三图像中存在的恢复误差。虽然观察图8A的人眼不一定注意到，但是图8B示出误差在图8A中的第二图像和第三图像上延伸。也就是说，误差可能存在于接触区域以及非接触区域。然而，由于高阶勒让德编码提高了SNR，所以接触区域中期望的指纹信号比误差强得多。

已经确定，对于电容式指纹传感器，结合在2到6之间的交错因子使用的Legendre阶高于23给出最佳结果，特别是在Y≤3NZ、Y≤2NZ、Y≤1.5NZ、Y≤1.1NZ或Y≤NZ的情况下。

在具有有规律地交错、电极组大小相同的系统(并且其中将一次精确地收集每个像素的数据)中，Y＝NZ是特别有利的条件。在这样的情况下，更大的模式阶将提高最大SIR。同时，由于功能考虑，要在传感器区域中设置的接收电极的数量可以限制在一定范围内。同时，较大的交错因子倾向于减少给定时隙中活跃的电极之间的耦合。考虑到这些因素，可以确定给定传感器的合适条件。例如，53阶勒让德序列可以与交错因子2组合，以产生具有106个接收电极的传感器。在另一个示例中，43阶勒让德序列可以与交错因子3组合，以产生具有129个接收电极的传感器。其它合适的组合可以以这种方式确定，如下表所示。

在公共电极上的像素的数据被收集多于一次(例如，每次扫描电极组时可以从公共电极收集数据)的系统中，Y＝(N-1)Z+1是特别有利的条件。例如，53阶勒让德序列可以与交错因子2组合，以产生具有105个接收电极的传感器。与上述106电极实施例相比，电极总数减少了1，因为两个电极组都包括公共电极。在另一个示例中，43阶勒让德序列可以与交错因子3组合，以产生具有127个接收电极的传感器。与上述129电极实施例相比，电极总数减少了2，因为三个电极组全部包括公共电极。满足Y＝(N-1)Z+1的其它示例性条件在下表中被示出。

在上表中，优选的AFE数量是指模拟前端(或差分接收器)的数量，可以优选地提供模拟前端(或差分接收器)，从而可以在传感器上使用有规律的交错，使得在同一时隙中没有两个相邻的接收电极将是活跃的。这些被认为是有利的条件，但不应被理解为以任何方式进行限制。

在一些实施例中，生成分割掩模(segmentation mask)可能是有利的，该分割掩模被配置为将图像中具有有用数据的部分与图像中没有有用数据的部分进行分割。例如，在指纹传感器中，从图像中去除非接触区域可能是有利的，使得图像可以更精确地与存储的模板图像进行比较，以验证用户的身份。

图9描绘了用于生成和使用分割掩模的示例性技术。这些技术可以增强使用匹配算法(例如，用于确定指纹是否匹配存储的数据的匹配算法)对结果图像进行分析的适用性。块902示出了如上参考图1-8所述获得的数字图像。在块904，可以反转图像的灰度级。在块906中，可以将拉普拉斯式滤波器(Laplacian-like filter)施加到原始图像902和反转图像904，以产生两个滤波的图像908(反转然后滤波)和910(滤波)。使用拉普拉斯式滤波器可以帮助确定图像中具有高能量的区域(例如在接触片内(contact patch))。下面再现了示例性的拉普拉斯式滤波器。

-1	-1	-1	-1	-1
					-1	0	0	0	-1
-1	0	16	0	-1
					-1	0	0	0	-1
-1	-1	-1	-1	-1

然后，可以将来自两个拉普拉斯图像908、910的像素值相加，以产生图像912。优选地，在将图像908、910相加以产生图像912之前，两个图像908、910中的负像素值被裁剪为零。图像912因此可以表示拉普拉斯滤波图像的大小(绝对值)。在块914中，图像912可以通过用3×3的矩形波串(boxcar)平均滤波器(即，3×3的单位矩阵)进行模糊来处理。在块916，模糊图像可以被阈值化为通常等于可用灰度的中点的值。在块918，可以反转灰度。在块920，白色区域可以在每个方向上扩展1个像素。结果图像920可被视为分割掩模920。分割掩模920可以被配置为指示原始图像中包含信息的区域，该信息可用于最精确地确定在原始图像中捕获的指纹是否匹配存储的模板。例如，分割掩模920的黑色区域可以指示原始图像902中指纹特征被最清晰地分辨的区域。

在块922中，可以将分割掩模920被施加到图像910。例如，可以保留图像910中与分割掩模920中的黑色区域重叠的像素，并且可以去除图像910中与分割掩模920中的白色区域重叠的像素。图像922因此可以包含原始图像908中指纹特征被最清晰地分辨的部分，并且原始图像908的其它部分(例如非接触区域)可以被去除。在块924，图像922可以被输出到匹配算法或其它处理技术，以进一步增强图像以用于分析。可选地，可以在图像被分析之后施加分割掩模。这可以有利地防止分析在分割掩模的边界处产生不想要的边缘效应。注意，图9中所示的技术仅仅是示例性的，并且可以使用用于生成和使用分割掩模的其它技术。

图10A-C示出了使用分割掩模来隔离感兴趣的区域的示例性技术。图10A描绘了使用本文描述的调制技术和解调技术解释的示例性数字图像。观察到周期性误差模式在图像中(特别是在非接触区域)是可见的。图10B示出了通过处理图10A所示的图像而创建的示例性分割掩模。图10C示出了将分割掩模施加到原始图像的结果。观察到非接触区域已经被从图像中去除。因为这些非接触区域——并且特别是非接触区域中的周期性误差模式——对于匹配算法来说可能是有问题的，所以从图像中去除这些区域可以提高匹配精度。图10B中所示的分割掩模可以可选地使用参考图9描述的技术来创建。

图11描绘了示例性方法1100，其中通过使用灰度剪裁(可选地结合分割掩模)来去除非接触区域。在步骤1102，获得传感器区域的像素的解调值。这可以根据上述任何方法来执行。在步骤1104，执行灰度裁剪以去除具有高于或低于阈值的值的像素。下面更详细地描述用于执行该步骤的示例性技术。在步骤1106，如上所述施加恢复值。在一些实施例中可以使用全局恢复值，并且在其它实施例中可以使用每个电极组的相应的恢复值。在一些实施例中，在执行灰度裁剪之前施加恢复值。在步骤1106，图像处理技术可用于从图像中提取感兴趣的特征。例如，可以如上面关于图9描述的那样施加拉普拉斯式滤波器。在步骤1108，可以创建分割掩模。在步骤1110，可以将分割掩模施加到图像。在步骤1112，可以使用匹配算法将结果图像与记录的模板进行匹配。可选地，可以在不使用分割掩模的情况下施加灰度裁剪。在这样的情况下，省略步骤1106、1108和1110。

图12A和图12B示出了可以如何使用灰度剪裁来从图像中去除非接触区域。图12A示出了由如上所述的解调值构造的图像，并且图12B示出了已经施加灰度裁剪后的相同图像。本文描述了施加灰度裁剪的方法。在使用平衡调制模式的情况下，在调制和解调后任何给定行的像素值将平均为零。此外，如果全局恢复值用于所有像素，则在施加全局恢复值之后，每行的平均值将相等。因为接触区域通常返回比非接触区域更低的灰度值，所以可以通过从图像中去除高于或低于阈值的像素值来将接触区域与非接触区域进行分割。例如，考虑使用平衡序列的情况。在施加恢复值之前，每行的平均值为零，并且接触区域预期具有低于平均水平的像素值，而非接触区域预期具有高于平均水平的像素值。因此，可以可能通过从图像中去除所有具有大于阈值(等于零)的值的像素来去除非接触区域。可选地，阈值可以被设置得比零稍高或稍低，以保留更多的数据或进一步隔离感兴趣的区域。例如，阈值可以被设置为高于或低于图像中像素值的平均值0.1、0.5、1.0或1.5个标准偏差。在使用全局恢复值的实施例中，在施加全局恢复值之后，可以替代地或附加地使用灰度裁剪。在一些实施例中，可以去除具有高于全局恢复值的值的像素。在一些实施例中，可以去除具有高于阈值(该阈值定义为稍高于或稍低于全局恢复值)的值的像素。例如，在可用灰度范围为从0到255的图像中，可以使用全局恢复值128(0和255之间的中点)，并且可以从图像中去除具有大于或等于150、170、190或210的值的像素。注意，灰度范围可以任意定义，并且术语“高于”和“低于”是参考接触区域倾向于产生较低像素值的示例性实施例来使用的。在灰度范围被不同地定义的实施例中，反之亦然，并且低于阈值的像素值可以被去除以隔离感兴趣的区域。

灰度剪裁的另一种方法是将每个图像值乘以最高可能图像值除以定义的阈值水平，然后如果结果图像值超过定义的阈值，则将该图像值设置为最高可能值。例如，对于范围从0到255且定义的阈值为191的图像值，将每个图像值乘以255/191，然后如果结果图像值超过255，则将该图像值设置为等于255。还可以使用灰度裁剪的其它方法。

选择合适的阈值可以提高处理精度。在一些实施例中，设置为最大灰度的75％的阈值工作良好。例如，对于8位灰度图像(范围＝[0，255]，阈值设置为192)，高于192的所有像素可以强制为255，并且所有剩余像素(其在范围[0，192]内)可以重新映射以填充范围[0，255]。这样的重新映射可以通过乘法、查找表或任何其它合适的方法来完成。如果阈值设置得太高，则较少的不想要的非接触像素可能被强制为白色，这可能是不期望的。然而，如果阈值设置得太低，则较多期望的接触像素可能被强制为白色，这可能也是不期望的。因此，阈值的选择可能是重要的(尤其是当其它机制导致接触像素的灰度范围与非接触像素的灰度范围重叠时)。在这样的情况下，阈值化可以有利地先于附加的图像处理步骤(例如创建和使用分割掩模来防止这个问题)。

图13示出了用于检测用户的手指或其它元素的示例性系统1300的示意图。系统1300可以包括传感器区域、存储器1310、处理器1320、换能器1330和电源1340。在一些实施例中，换能器1330可以体现为如上所述的接收电极和发射电极的二维栅格。在一些实施例中，换能器1330可以限定由框架界定的传感器区域。在一些实施例中，换能器1330可以包括多个换能电路。存储器1310可以存储本文描述的任何处理步骤、计算和/或确定的指令或结果。例如，存储器可以存储一个或更多个参数，从该一个或更多个参数中可以导出调制和/或解调模式。处理器1320可以被配置为执行这些处理步骤、计算和/或确定中的任何一个。在一些实施例中，电源1340可以是电池、电容器、电感器、发电机或能够施加电力的其它元件。例如，电源1340可以包括被配置成从无线场中获取能量的电感器。例如，在智能卡中，电源可以包括卡终端和/或被配置为获取能量的安全元件。

图14示出了用于检测用户的手指或其它元素的示例性方法1400。该方法可以由诸如参照图13描述的那样的系统来执行。例如，方法可以由包括存储器、处理器和由框架界定的传感器区域的系统来执行。传感器区域可以包括接收电极集合，并且该接收电极集合可以包括传感器区域的所有接收电极。该接收电极集合可以被分成多个电极组，并且该多个电极组可以包括至少第一电极组和第二电极组。在步骤1402，可以根据调制模式来调制从相应的电极组中的每个电极接收的信号。在步骤1404，可以使用解调模式来解调从相应的电极组中的每个电极接收的信号或从该信号中导出的值。以这种方式，可以确定相应的电极组的解调值的集合。在步骤1406，系统确定是否已经从所有期望的电极组获得数据。如果不是，则该过程可以返回到步骤1402，以从下一个电极组收集数据。如果已经从所有期望的组收集了数据，则可以完成针对该传感器线(line)的数据收集过程。针对每个组的调制模式和解调模式可以相同，或者它们可以不同。可选地，调制模式和/或解调模式可以从存储在存储器中的调制参数中导出。

在一些实施例中，第一电极组可以包括第一电极和第二电极，并且第一电极和第二电极被布置在传感器区域中，使得第一电极组中没有电极被设置在第一电极和第二电极之间。多个电极组可以至少部分地交错，使得电极集合中的一个或更多个电极被设置在第一电极和第二电极之间。如上所述，值Y可以表示该接收电极集合中的电极数量，值N可以表示第一电极组中的电极数量，以及值Z可以比设置在第一电极和第二电极之间的电极数量大一。该系统可以被布置成使得Y≤2NZ。该系统可以可替代地被布置成使得上述任何其它优选条件被满足。在一些实施例中，多个电极组可以形成沿着发射电极限定的像素行(例如，参见图2、图3A和图7)。执行步骤1402和1404可以导致针对间隔开该像素行的长度的至少三分之一、一半或百分之九十的两个像素的数据被收集。在确定两个像素之间的间隔时，术语“三分之一”、“一半”和“百分之九十”意味着包括端点。例如，100像素行的像素号1和50被认为是以该行的长度的至少一半间隔开的。

在一些实施例中，调制模式和解调模式可以被选择成使得步骤1402和1404从每个相应的电极组的电极接收的信号中去除平均值。在可选步骤1408，可以添加恢复值来补偿去除的平均值。在一些实施例中，恢复值可以是对于多个电极组的每个电极相同的全局恢复值。在其它实施例中，可以对每个电极组施加相应的恢复值。例如，如上文关于图7所述，可以通过使用公共电极来确定相应的恢复值。

在可选步骤1410，从步骤1402-1406中收集的数据构建的图像的感兴趣区域可以与图像的其它区域进行分割。例如，如上所述，接触区域可以与非接触区域隔离。在一些实施例中，这可以通过基于从多个电极组接收的信号确定分割掩模、并基于从多个电极组接收的信号和分割掩模构建数字图像来执行。在一些实施例中，这可以如关于图9所述地来执行。在可选步骤1412，可以通过分析数字图像来确定生物特征参数。在使用分割掩模的实施例中，使用分割掩模来构建数字图像可以有助于通过从数字图像中去除原本将以具有基本上等于传感器区域中相邻接收电极之间的平均距离乘以Z的空间周期的误差模式为特征的图像部分来确定生物特征参数。

在一些实施例中，经由步骤1402-1406执行的数据捕获可以通过使用多个差分接收器来加速。例如，该系统可以至少包括第一差分接收器和第二差分接收器，第一差分接收器可以被布置成从第一电极组中的电极接收信号，以及第二差分接收器可以被布置成从第二电极组中的电极接收信号。在第一间隔中，第一差分接收器可以在第一时间间隔期间从第一电极组中的电极接收信号，而第二差分接收器从第二电极组中的电极接收信号。在一些实施例中，第一电极组和第二电极组中的电极一起限定超集，并且电极的超集可以与不在超集内的电极交错，使得对于从超集选择的任何一对两个电极，不在超集内的至少一个电极被设置在所选择的一对之间。

虽然已经参考包括特征的多种组合和子组合的特定说明性实施例相当详细地描述并示出了本公开的主题，但本领域中的技术人员将易于理解如在本公开的范围内包括的其它实施例以及这些其它实施例的变化和修改。此外，对这样的实施例、组合和子组合的描述并非旨在传达所要求保护的主题需要不同于在权利要求中明确表述的特征或特征的组合的特征或特征的组合。因此，本公开的范围旨在包括在所附权利要求的精神和范围内包括的所有修改和变化。

Claims (64)

1.一种用于检测用户的手指或其他元素的系统，所述系统包括：

存储器；

传感器区域，其中，所述传感器区域包括接收电极集合，所述接收电极集合包括所述传感器区域的所有接收电极，所述接收电极集合包括多个电极组，所述多个电极组至少包括第一电极组；

处理器，其中，所述系统被配置为：

处理由所述电极组接收的信号，其中，处理所述信号的步骤包括，对于每个相应的电极组：

(a)根据调制模式，调制从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号；和

(b)根据解调模式，解调从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号或从所述信号中导出的值，从而确定所述相应的电极组的解调值的集合；

其中，所述调制模式和所述解调模式被选择成使得步骤(a)和(b)从每个相应的电极组中的电极接收的所述信号中去除平均值；

所述系统还被配置为将全局恢复值加到所述解调值，选择所述恢复值以补偿所去除的平均值，所述恢复值对于所述多个电极组中的每个电极是相同的。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传感器区域由框架界定，所述第一电极组包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置在所述传感器区域中，使得所述第一电极组中没有电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间；

其中，所述多个电极组至少部分地交错，使得所述电极集合中的一个或更多个电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间；

其中，值Y表示所述接收电极集合中的电极数量，值N表示所述第一电极组中的电极数量，值Z比被设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电极数量大一，并且Y≤2NZ。

3.根据权利要求2所述的系统，其中：

所述电极集合的所有电极被包含在所述多个电极组中的一个或更多个电极组内；

所述多个电极组中除所述第一电极组之外的每个电极组中的至少一个电极组中的至少一个电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的系统，其中，Z小于或等于6，N大于或等于23，并且Y≤1.1×NZ。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的系统，其中，用于每个电极组的所述调制模式是相同的。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述系统还被配置为：

基于从所述多个电极组接收的所述信号，确定分割掩模；

基于从所述多个电极组接收的所述信号和所述分割掩模，构建数字图像；和

基于所述数字图像，确定生物特征参数，其中，使用所述分割掩模来构建所述数字图像有助于通过从所述数字图像中去除原本将以周期性误差模式为特征的图像部分来确定所述生物特征参数。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的系统，其中，所述系统还至少包括第一差分接收器和第二差分接收器，并且所述多个电极组包括第二电极组；

所述第一差分接收器被布置成从所述第一电极组中的电极接收信号；

所述第二差分接收器被布置成从所述第二电极组中的电极接收信号；

其中，所述系统被布置成使得在第一时间间隔期间，所述第一差分接收器从所述第一电极组中的电极接收信号，而所述第二差分接收器从所述第二电极组中的电极接收信号；和

所述第一电极组和所述第二电极组中的电极一起限定超集，电极的所述超集与不在所述超集内的电极交错，使得对于从所述超集中选择的任何一对两个电极，不在所述超集内的至少一个电极被设置在所选择的一对之间。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中，调制参数被存储在所述存储器中，所述调制模式是矩阵，并且包括沿着所述矩阵的公共维度布置的多个向量，所述多个向量中的每个向量是从所述调制参数中导出的。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述解调模式是从所述调制参数中导出的。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，其中，所述公共恢复值近似等于用于基于从所述多个电极组接收的所述信号来构建数字图像的灰度范围的中点。

11.一种用于检测用户的手指或其他元素的方法，所述方法通过包括存储器、处理器和传感器区域的系统执行，其中，所述传感器区域包括接收电极集合，所述接收电极集合包括所述传感器区域的所有接收电极，所述接收电极集合包括多个电极组，所述多个电极组包括至少第一电极组，所述方法包括：

对于所述多个电极组中的每个相应的电极组：

(a)根据调制模式，调制从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号；和

(b)根据解调模式，解调从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号或从所述信号中导出的值，从而确定所述相应的电极组的解调值的集合；

其中，所述调制模式和所述解调模式被选择成使得步骤(a)和(b)从每个相应的电极组中的电极接收的所述信号中去除平均值；和

将全局恢复值加到所述解调值，选择所述恢复值以补偿所去除的平均值，所述恢复值对于所述多个电极组中的每个电极是相同的。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述传感器区域由框架界定，所述第一电极组包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置在所述传感器区域中，使得所述第一电极组中没有电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间；

所述多个电极组至少部分地交错，使得所述电极集合的一个或更多个电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述多个电极组形成沿着发射电极限定的像素行，所述像素行具有长度；

值Y表示所述接收电极集合中的电极数量，值N表示所述第一电极组中的电极数量，值Z比被设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电极数量大一，并且Y≤2NZ；和

关于所述第一电极组执行步骤(a)和(b)导致针对间隔开所述像素行的所述长度的至少一半的两个像素的数据被收集。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：

所述电极集合中的所有电极被包含在所述多个电极组中的一个或更多个电极组内；

所述多个电极组中除所述第一电极组之外的每个电极组中的至少一个电极组中的至少一个电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间。

14.根据权利要求12和13中任一项所述的方法，其中，Z小于或等于6，N大于或等于23，Y≤1.1×NZ，并且关于所述第一电极组执行步骤(a)和(b)导致针对间隔开所述像素行的所述长度的至少百分之九十的两个像素的数据被收集。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中，用于每个电极组的所述调制模式是相同的。

16.根据权利要求11-15中任一项所述的方法，还包括：

基于从所述多个电极组接收的所述信号，确定分割掩模；

基于从所述多个电极组接收的所述信号和所述分割掩模，构建数字图像，其中，使用所述分割掩模来构建所述数字图像从所述数字图像中去除包含周期性误差模式的图像部分；和

基于所述数字图像，确定生物特征参数。

17.根据权利要求11-16中任一项所述的方法，其中，所述系统还至少包括第一差分接收器和第二差分接收器，所述多个电极组包括第二电极组，所述第一差分接收器被布置成从所述第一电极组中的电极接收信号，并且所述第二差分接收器被布置成从所述第二电极组中的电极接收信号，所述方法还包括：

通过所述第一差分接收器，在第一时间间隔期间从所述第一电极组中的电极接收信号；和

通过所述第二差分接收器，在所述第一时间间隔期间从所述第二电极组中的电极接收信号，而所述第一差分从所述第一电极组中的电极接收信号；

其中，所述第一电极组和所述第二电极组中的电极一起限定超集，电极的所述超集与不在所述超集内的电极交错，使得对于从所述超集中选择的任何一对两个电极，不在所述超集内的至少一个电极被设置在所选择的一对之间。

18.根据权利要求11-17中任一项所述的方法，还包括：

从存储在所述存储器中的调制参数导出多个向量，所述多个向量一起定义所述调制模式。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括从所述调制参数中导出所述解调模式。

20.根据权利要求11-19中任一项所述的方法，其中，所述公共恢复值近似等于用于基于从所述多个电极组接收的所述信号来构建数字图像的灰度范围的中点。

21.一种用于检测用户的手指或其他元素的系统，所述系统包括：

存储器；

传感器区域，所述传感器区域由框架界定，其中，所述传感器区域包括接收电极集合，所述接收电极集合包括所述传感器区域的所有接收电极，所述接收电极集合包括多个电极组，所述多个电极组至少包括第一电极组和第二电极组；

处理器，其中，所述系统被配置为：

处理由所述电极组接收的信号，其中，处理所述信号的步骤包括，对于每个相应的电极组：

(a)根据调制模式，调制从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号；和

(b)根据解调模式，解调从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号或从所述信号中导出的值，从而确定所述相应的电极组的解调值的集合；

其中，所述第一电极组包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置在所述传感器区域中，使得所述第一电极组中没有电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间；

所述多个电极组至少部分地交错，使得所述电极集合中的一个或更多个电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间；

值Y表示所述接收电极集合中的电极数量，值N表示所述第一电极组中的电极数量，值Z比被设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电极数量大一，并且Y≤2NZ。

22.根据权利要求21所述的系统，进一步地，其中：

所述电极集合的基本上所有电极都被包含在所述多个电极组中的一个或更多个电极组中；

所述多个电极组中除所述第一电极组之外的每个电极组中的至少一个电极组中的至少一个电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间。

23.根据权利要求21和22中任一项所述的系统，其中，Z小于或等于6，以及N大于或等于23，以及Y≤1.1×NZ。

24.根据权利要求21-23中任一项所述的系统，其中，所述调制模式和所述解调模式被选择成使得步骤(a)和(b)从每个相应的电极组中的电极接收的所述信号中去除平均值；和

所述系统还被配置为将全局恢复值加到所述解调值，选择所述恢复值以补偿所述去除的平均值，所述恢复值对于所述多个电极组中的每个电极是相同的。

25.根据权利要求21-23中任一项所述的系统，其中，所述调制模式和所述解调模式被选择成使得步骤(a)和(b)从每个相应的电极组中的电极接收的所述信号中去除平均值；和

所述多个电极组中的每个电极组共享公共电极；和

所述系统被配置为针对每个电极组将相应的恢复值加到所述解调值，所述相应的恢复值对于给定组内的电极是相同的，给定电极组的所述相应的恢复值基于针对所述公共电极定义的像素获得的至少一个解调值。

26.根据权利要求21-25中任一项所述的系统，其中，所述系统还被配置为：

基于从所述多个电极组接收的所述信号，确定分割掩模；

基于从所述多个电极组接收的所述信号和所述分割掩模，构建数字图像；和

基于所述数字图像确定生物特征参数，其中，使用所述分割掩模来构建所述数字图像有助于通过从所述数字图像中去除原本将以具有基本上等于所述传感器区域中相邻接收电极之间的平均距离乘以Z的空间周期的误差模式为特征的图像部分来确定所述生物特征参数。

27.根据权利要求21-26中任一项所述的系统，其中，所述系统还至少包括第一差分接收器和第二差分接收器，并且所述多个电极组包括第二电极组；

所述第一差分接收器被布置成从所述第一电极组中的电极接收信号；

所述第二差分接收器被布置成从所述第二电极组中的电极接收信号；

其中，所述系统被布置成使得在第一时间间隔期间，所述第一差分接收器从所述第一电极组中的电极接收信号，而所述第二差分接收器从所述第二电极组中的电极接收信号；和

所述第一电极组和所述第二电极组中的电极一起限定超集，电极的所述超集与不在所述超集内的电极交错，使得对于从所述超集中选择的任何一对两个电极，不在所述超集内的至少一个电极被设置在所选择的一对之间。

28.根据权利要求21-27中任一项所述的系统，其中，调制参数被存储在所述存储器中，所述调制模式是矩阵，并且包括沿着所述矩阵的公共维度布置的多个向量，所述多个向量中的每个向量是从所述调制参数中导出的。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述解调模式是从所述调制参数中导出的。

30.根据权利要求21-29中任一项所述的系统，其中，用于每个电极组的所述调制模式是相同的。

31.一种用于检测用户的手指或其他元素的方法，所述方法通过包括存储器、处理器和由框架界定的传感器区域的系统执行，其中，所述传感器区域包括接收电极集合，所述接收电极集合包括所述传感器区域的所有接收电极，所述接收电极集合包括多个电极组，所述多个电极组至少包括第一电极组和第二电极组，所述方法包括：

对于所述多个电极组中的每个电极组：

(a)根据调制模式，调制从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号；和

(b)根据解调模式，解调从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号或从所述信号中导出的值，从而确定所述相应的电极组的解调值的集合；

其中，所述第一电极组包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极被布置在所述传感器区域中，使得所述第一电极组中没有电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间；

所述多个电极组至少部分地交错，使得所述电极集合的一个或更多个电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间；和

值Y表示所述接收电极集合中的电极数量，值N表示所述第一电极组中的电极数量，值Z比被设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电极数量大一，并且Y≤2NZ。

32.根据权利要求31所述的方法，进一步地，其中：

所述电极集合的所有电极被包含在所述多个电极组中的一个或更多个电极组内；

所述多个电极组中除所述第一电极组之外的每个电极组中的至少一个电极组中的至少一个电极被设置在所述第一电极和所述第二电极之间。

33.根据权利要求31和32中任一项所述的方法，其中，Z小于或等于6，以及N大于或等于23，Y≤1.1×NZ，以及关于所述第一电极组执行步骤(a)和(b)导致针对间隔开所述像素行的长度的至少百分之九十的两个像素的数据被收集。

34.根据权利要求31-33中任一项所述的方法，其中，所述调制模式和所述解调模式被选择成使得步骤(a)和(b)从由每个相应的电极组中的电极接收的所述信号中去除平均值，所述方法还包括：

将全局恢复值加到所述解调值，选择所述恢复值以补偿所去除的平均值，所述恢复值对于所述多个电极组中的每个电极是相同的。

35.根据权利要求31-33中任一项所述的方法，其中，所述调制模式和所述解调模式被选择成使得步骤(a)和(b)从由每个相应的电极组中的电极接收的所述信号中去除平均值，并且所述多个电极组中的每个电极组共享公共电极，所述方法还包括：

针对每个电极组将相应的恢复值加到所述解调值，所述相应的恢复值对于给定组内的电极是相同的，给定电极组的所述相应的恢复值基于针对所述公共电极定义的像素获得的至少一个解调值。

36.根据权利要求31-35中任一项所述的方法，还包括：

基于从所述多个电极组接收的所述信号，确定分割掩模；

基于从所述多个电极组接收的所述信号和所述分割掩模，构建数字图像；和

基于所述数字图像，确定生物特征参数，其中，使用所述分割掩模来构建所述数字图像有助于通过从所述数字图像中去除原本将以具有基本上等于所述传感器区域中相邻接收电极之间的平均距离乘以Z的空间周期的误差模式为特征的图像部分来确定所述生物特征参数。

37.根据权利要求31-36中任一项所述的方法，其中，所述系统还至少包括第一差分接收器和第二差分接收器，所述多个电极组包括第二电极组，所述第一差分接收器被布置成从所述第一电极组中的电极接收信号，并且所述第二差分接收器被布置成从所述第二电极组中的电极接收信号，所述方法还包括：

由所述第一差分接收器，在第一时间间隔期间从所述第一电极组中的电极接收信号；和

由所述第二差分接收器，在所述第一时间间隔期间从所述第二电极组中的电极接收信号，而所述第一差分从所述第一电极组中的电极接收信号；

其中，所述第一电极组和所述第二电极组中的电极一起限定超集，电极的所述超集与不在所述超集内的电极交错，使得对于从所述超集中选择的任何一对两个电极，不在所述超集内的至少一个电极被设置在所选择的一对之间。

38.根据权利要求31-37中任一项所述的方法，还包括：

从存储在所述存储器中的调制参数导出多个向量，所述多个向量一起定义所述调制模式。

39.根据权利要求38所述的方法，还包括从所述调制参数中导出所述解调模式。

40.根据权利要求31-39中任一项所述的方法，其中，用于每个电极组的所述调制模式是相同的。

41.一种用于检测用户手指或其他元素的系统，所述系统包括：

存储器；

多个电极组，所述多个电极组中的每个电极组包括真实信号值为预定值的相应的参考电极，所述多个电极组至少包括第一电极组；

处理器，其中，所述系统被配置为：

处理由所述电极组接收的信号，其中，处理所述信号的步骤包括，对于每个相应的电极组：

(a)根据调制模式，调制从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号；

(b)根据解调模式，解调从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号或从所述信号中导出的值，从而确定所述相应的电极组的解调值的集合；

其中，所述调制模式和所述解调模式被选择成使得步骤(a)和(b)从每个相应的电极组中的电极接收的所述信号中去除平均值；和

(c)使用所述相应的电极组中的所述参考电极的所述预定值，将所述平均值恢复为从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号或从所述信号中导出的值。

42.根据权利要求41所述的系统，进一步地，其中：

所述第一电极组的所述解调值的集合包括所述参考电极的解调值(K–M)，其中K＝所述第一电极组中包含的所述参考电极的真实信号值，并且M＝所述组中包含的每个电极的所述真实信号值的平均值；和

通过将偏移值加到所述解调值的集合中的每个解调值来执行步骤(c)，其中，所述偏移值被选择成使得所述偏移值和所述参考电极的所述解调值之和等于K。

43.根据权利要求41-42中任一项所述的系统，其中，从所述第一电极组中的电极接收的每个信号，包含从所述第一电极组的所述参考电极接收的信号，包括相应的载波分量；

其中，选择所述调制模式，使得所述第一电极组中的电极的所述相应的载波分量在所述调制模式的任何给定时隙中总和基本上为零。

44.根据权利要求41-43中任一项所述的系统，还包括载波注入节点，所述载波注入节点包括载波注入发射电极和参考载波电极；

其中，所述第一电极组的所述参考电极耦合到所述参考载波电极，使得从所述第一电极组的所述参考电极接收的信号包括由所述注入发射电极施加到所述参考载波电极的载波分量。

45.根据权利要求44所述的系统，其中，所述载波注入节点与所述系统的被配置为检测所述用户的手指或其他元素的区域电隔离。

46.根据权利要求44-45中任一项所述的系统，其中，所述载波注入节点位于模拟前端内，所述模拟前端被配置为从所述多个电极组接收所述信号。

47.根据权利要求43所述的系统，其中，所述第一电极组的所述参考电极的所述载波分量是以计算方式确定和合成的。

48.根据权利要求41-47中任一项所述的系统，其中，所述第一电极组的所述参考电极被布置成使得当所述系统检测到用户的手指或其他元素时，所述参考电极暴露于从所述用户的手指或其他元素接收的噪声。

49.根据权利要求48所述的系统，其中，所述系统还被配置为从多个可用参考电极中选择所述第一电极组的所述参考电极；

其中，选择所述参考电极的步骤包括：

(a)通过所述多个可用参考电极中的每一个，测量从所述用户的手指或其他元素接收的噪声；和

(b)选择从所述用户的手指或其他元素接收的所测量噪声为最大的可用电极。

50.根据权利要求41-48中任一项所述的系统，还包括：

第一发射电极集合，所述第一发射电极集合包括被配置为施加第一载波信号的一个或更多个电极；

第二发射电极集合，所述第二发射电极集合包括被配置为施加第二载波信号的一个或更多个电极；

其中，所述第一电极组的参考电极与所述第一发射电极集合相交，但不与所述第二发射电极集合相交；和

其中，所述多个电极组中的第二电极组的参考电极与所述第二发射电极集合相交，但不与所述第一发射电极集合相交。

51.根据权利要求50所述的系统，进一步地，其中：

所述系统被配置为在第一时间从所述第一电极组接收信号，在所述第一时间期间，所述第二发射电极集合施加所述第二载波信号，而所述第一发射电极集合不施加所述第一载波信号；和

所述系统被配置为在第二时间从所述第二电极组接收信号，在所述第二时间期间，所述第一发射电极集合施加所述第一载波信号，而所述第二发射电极集合不施加所述第二载波信号。

52.根据权利要求41-51中任一项所述的系统，其中，公共参考电极被包括在所述多个电极组的每个电极组中。

53.一种用于检测用户的手指或其他元素的方法，所述方法至少部分地通过包括多个电极组的系统执行，所述多个电极组中的每个电极组包括真实信号值是预定值的相应的参考电极，所述多个电极组至少包括第一电极组，所述方法包括：

对于所述多个电极组中的每个相应的电极组，至少通过以下步骤处理由所述相应的电极组接收的信号：

(a)根据调制模式，调制从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号；

(b)根据解调模式，解调从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号或从所述信号中导出的值，从而确定所述相应的电极组的解调值的集合；

其中，所述调制模式和所述解调模式被选择成使得步骤(a)和(b)从每个相应的电极组中的电极接收的所述信号中去除平均值；和

(c)使用所述相应的电极组的所述参考电极的所述预定值，将所述平均值恢复为从所述相应的电极组中的每个电极接收的所述信号或从所述信号中导出的值。

54.根据权利要求53所述的方法，进一步地，其中：

所述第一电极组的所述解调值的集合包括所述参考电极的解调值(K–M)，其中K＝所述第一电极组中包含的所述参考电极的真实信号值，并且M＝所述组中包含的每个电极的所述真实信号值的平均值；和

通过将偏移值加到所述解调值的集合中的每个解调值来执行步骤(c)，其中，所述偏移值被选择成使得所述偏移值和所述参考电极的所述解调值之和等于K。

55.根据权利要求53-54中任一项所述的方法，其中，从所述第一电极组中的电极接收的每个信号，包含从所述第一电极组的所述参考电极接收的信号，包括相应的载波分量；

其中，选择所述调制模式，使得所述第一电极组中的电极的所述相应的载波分量在所述调制模式的任何给定时隙中总和基本上为零。

56.根据权利要求53-55中任一项所述的方法，其中，所述系统还包括载波注入节点，所述载波注入节点包括载波注入发射电极和耦合到所述第一电极组的所述参考电极的参考载波电极，所述方法还包括：

从所述第一电极组的所述参考电极接收包括由所述注入发射电极施加到所述参考载波电极的载波分量的信号。

57.根据权利要求56所述的方法，其中，所述载波注入节点与所述系统的检测所述用户的手指或其他元素的区域电隔离。

58.根据权利要求56-57中任一项所述的方法，其中，所述载波注入节点位于模拟前端内，所述模拟前端被配置为从所述多个电极组接收所述信号。

59.根据权利要求55所述的方法，还包括以计算方式确定和合成所述参考电极的所述载波分量。

60.根据权利要求53-59中任一项所述的方法，还包括从所述第一电极组的所述参考电极接收包括从所述用户的手指或其他元素接收的噪声的信号。

61.根据权利要求60所述的方法，还包括：

从多个可用参考电极中选择所述第一电极组的参考电极；

其中，选择所述参考电极的步骤包括：

(a)通过所述多个可用参考电极中的每一个，测量从所述用户的手指或其他元素接收的噪声；和

(b)选择从所述用户的手指或其他元素接收的所测量噪声为最大的可用电极。

62.根据权利要求53-61中任一项所述的方法，其中，执行所述方法的所述系统还包括：

第一发射电极集合，所述第一发射电极集合包括被配置为施加第一载波信号的一个或更多个电极；

第二发射电极集合，所述第二发射电极集合包括被配置为施加第二载波信号的一个或更多个电极；

其中，所述第一电极组的参考电极与所述第一发射电极集合相交，但不与所述第二发射电极集合相交；和

其中，所述多个电极组中的第二电极组的参考电极与所述第二发射电极集合相交，但不与所述第一发射电极集合相交。

63.根据权利要求62所述的方法，还包括：

在第一时间从所述第一电极组接收信号，在所述第一时间期间，所述第二发射电极集合施加所述第二载波信号，而所述第一发射电极集合不施加所述第一载波信号；和

在第二时间从所述第二电极组接收信号，在所述第二时间期间，所述第一发射电极集合施加所述第一载波信号，而所述第二发射电极集合不施加所述第二载波信号。

64.根据权利要求53-63中任一项所述的方法，其中，公共参考电极被包括在所述多个电极组中的每个电极组中。

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