CN115410237A - 超声指纹识别的方法、超声指纹装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种超声指纹识别的方法、超声指纹装置和电子设备，所述方法由超声指纹装置执行，所述超声指纹装置设置在电子设备的屏幕下方，以实现屏下超声指纹识别，所述方法包括：获取用于表示温度与背景信号之间的对应关系的第一函数，所述背景信号为没有手指按压所述屏幕时接收的未携带指纹信息的超声波信号；在手指按压所述屏幕时，获取当前温度，并根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号；向所述手指发射超声波信号，并接收所述手指返回的携带所述指纹信息的超声指纹信号，其中，所述手指的指纹图像是基于所述超声指纹信号与所述目标背景信号之间的差值获得的。这样，就减小了温度对超声指纹检测的影响。

Description

超声指纹识别的方法、超声指纹装置和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及指纹识别领域，并且更具体地，涉及一种超声指纹识别的方法、超声指纹装置和电子设备。

背景技术

超声波指纹识别技术因其具有解锁速度快、准确率高、录入简单和适用环境广等优势，正逐步成为一种主流的指纹解锁方案。在进行超声指纹识别的过程中，超声指纹装置发射超声波信号，该超声波信号穿过贴合层和屏幕等介质后达到屏幕表面，被屏幕表面的手指反射后，再次穿过屏幕等叠层后回到超声指纹装置。由于手指的指纹谷和指纹脊对超声波信号的反射率不同，基于超声指纹装置采集到的回波信号中携带指纹信息。此外，超声指纹装置还需要采集没有手指按压屏幕表面时的背景信号，将携带指纹信息的回波信号与背景信号作差，便可以得到清晰的指纹图像。

但是，温度会影响超声指纹装置采集的背景信号的大小，且背景信号无法实时采集，即背景信号会随温度漂移，从而降低指纹图像的信噪比。为此，如何减小温度对超声指纹检测的影响，成为需要解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种超声指纹识别的方法、超声指纹装置和电子设备，能够减小温度对超声指纹检测的影响。

第一方面，提供了一种超声指纹识别的方法，由超声指纹装置执行，所述超声指纹装置设置在电子设备的屏幕下方，以实现屏下超声指纹识别，所述方法包括：

获取用于表示温度与背景信号之间的对应关系的第一函数，所述背景信号为没有手指按压所述屏幕时接收的未携带指纹信息的超声波信号；

在手指按压所述屏幕时，获取当前温度，并根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号；

向所述手指发射超声波信号，并接收所述手指返回的携带所述指纹信息的超声指纹信号，其中，所述手指的指纹图像是基于所述超声指纹信号与所述目标背景信号之间的差值获得的。

本申请实施例中，在进行超声指纹识别时，根据用于表示温度与背景信号之间对应关系的第一函数，确定与当前温度对应的目标背景信号，并在向手指发射超声波信号及接收手指返回的携带指纹信息的超声指纹信号后，基于该目标背景信号与该超声指纹信号获取手指的指纹图像。由于根据该第一函数确定的目标背景信号是与当前温度相匹配的，在其与超声指纹信号作差以抵消超声指纹信号中携带的背景信号时，能够避免信号过度衰减，保证指纹图像的清晰度，减小温度对超声指纹检测的影响；并且由于本申请通过函数的方式实现对温度与背景信号之间对应关系的表示，减少了需要存储的数据量，同时能够根据该函数获得与任一温度对应的背景信号，使超声指纹检测对温度的适应性更好，准确性更高。

在一种实现方式中，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述多个检测单元分别对应多个第一函数，所述根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号，包括：根据所述检测单元阵列中每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

在一种实现方式中，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述检测单元阵列包括多个子阵列，所述多个子阵列分别对应多个第一函数，所述根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号，包括：根据所述检测单元阵列中每个检测单元的多个相邻子阵列对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

对相邻检测单元进行合并，可以减少所存储的第一函数的个数，在指纹检测时根据与每个检测单元相邻的多个子阵列对应的第一函数，便可以确定每个检测单元对应的目标背景信号。

在一种实现方式中，可以通过插值计算，例如系数插值或者均值插值等方式，根据每个检测单元相邻的多个子阵列对应的第一函数，便能确定每个检测单元对应的目标背景信号。例如，所述根据所述检测单元阵列中每个检测单元的相邻子阵列对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号，包括：对所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的第一函数，并根据所述每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号；或者，根据所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数，确定所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号，并对所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的目标背景信号。

在一种实现方式中，所述第一函数为多项式B(T)＝P0+P1×T+P2×T²+……+Pm×T^m，T和B(T)分别为温度及其对应的背景信号，P0为所述多项式的常数项，P1至Pm为所述多项式的系数，m为所述多项式的次数。

在一种实现方式中，所述方法还包括：在多个温度下分别接收多个背景信号；根据所述多个温度和所述多个背景信号的值，进行拟合计算，得到所述多项式B(T)。

在一种实现方式中，所述方法还包括：获取用于表示温度与飞行时间之间的对应关系的第二函数，所述飞行时间为所述超声波信号从发射至被接收所经历的时间；所述在多个温度下分别接收多个背景信号，包括：根据所述多个温度和所述第二函数，确定所述多个温度各自对应的所述飞行时间；根据所述多个温度各自对应的所述飞行时间，在所述多个温度下分别接收所述多个背景信号。

温度对超声波信号的飞行时间也有影响，该实施例中，根据用于表示温度与飞行时间之间对应关系的第二函数，确定与多个温度分别对应的多个飞行时间，并基于对应的飞行时间在不同温度下接收背景信号。由于根据第二函数确定的飞行时间是与温度相匹配的，从而能够接收到最佳的背景信号；并且由于通过函数的方式实现对温度与飞行时间之间对应关系的表示，减少了需要存储的数据量，同时能够根据第二函数获得与任一温度对应的飞行时间，使超声指纹检测对温度的适应性更好，准确性更高。

在一种实现方式中，所述方法还包括：在手指按压所述屏幕时，根据所述当前温度和所述第二函数，确定与所述当前温度对应的目标飞行时间；所述接收所述手指返回的携带所述指纹信息的超声指纹信号，包括：根据所述目标飞行时间，接收所述超声指纹信号。

由于是基于与当前温度匹配的目标飞行时间接收超声指纹信号，背景信号和超声指纹信号均针对温度进行了校准，将超声指纹信号与背景信号作差后，便可以得到清晰的指纹图像。

在一种实现方式中，所述第二函数为多项式F(T)＝A0+A1×T+A2×T²+……+An×Tⁿ，T和F(T)分别为温度及其对应的飞行时间，A0为所述多项式的常数项，A1至An为所述多项式的系数，n为所述多项式的次数。

在一种实现方式中，所述第一函数存储于所述电子设备的存储器，或者存储于所述超声指纹装置的一次性可编程OTP存储器或者电子熔丝EFUSE存储器。

第二方面，提供一种超声指纹装置，所述超声指纹装置设置在电子设备的屏幕下方，以实现屏下超声指纹识别，所述超声指纹装置包括：

处理模块，用于：获取用于表示温度与背景信号之间的对应关系的第一函数，所述背景信号为没有手指按压所述屏幕时接收的未携带指纹信息的超声波信号；在手指按压所述屏幕时，获取当前温度，并根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号；以及，

检测模块，用于向所述手指发射超声波信号，并接收所述手指返回的携带所述指纹信息的超声指纹信号，其中，所述手指的指纹图像是基于所述超声指纹信号与所述目标背景信号之间的差值获得的。

在一种实现方式中，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述多个检测单元分别对应多个第一函数，所述处理模块具体用于：根据所述检测单元阵列中每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

在一种实现方式中，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述检测单元阵列包括多个子阵列，所述多个子阵列分别对应多个第一函数，所述处理模块具体用于：根据所述检测单元阵列中每个检测单元的多个相邻子阵列对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

在一种实现方式中，所述处理模块具体用于：对所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的第一函数，并根据所述每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号；或者，根据所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数，确定所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号，并对所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的目标背景信号。

在一种实现方式中，所述第一函数为多项式B(T)＝P0+P1×T+P2×T²+……+Pm×T^m，T和B(T)分别为温度及其对应的背景信号，P0为所述多项式的常数项，P1至Pm为所述多项式的系数，m为所述多项式的次数。

在一种实现方式中，所述检测模块还用于：在多个温度下分别接收多个背景信号；所述处理模块还用于：根据所述多个温度和所述多个背景信号的值，进行拟合计算，得到所述多项式B(T)。

在一种实现方式中，所述处理模块还用于：获取用于表示温度与飞行时间之间的对应关系的第二函数，所述飞行时间为所述超声波信号从发射至被接收所经历的时间；所述检测模块具体用于：根据所述多个温度和所述第二函数，确定所述多个温度各自对应的所述飞行时间；根据所述多个温度各自对应的所述飞行时间，在所述多个温度下分别接收所述多个背景信号。

在一种实现方式中，所述处理模块还用于：在手指按压所述屏幕时，根据所述当前温度和所述第二函数，确定与所述当前温度对应的目标飞行时间；所述检测模块具体用于：根据所述目标飞行时间，接收所述超声指纹信号。

在一种实现方式中，所述第二函数为多项式F(T)＝A0+A1×T+A2×T²+……+An×Tⁿ，T和F(T)分别为温度及其对应的飞行时间，A0为所述多项式的常数项，A1至An为所述多项式的系数，n为所述多项式的次数。

在一种实现方式中，所述第一函数存储于所述电子设备的存储器，或者存储于所述超声指纹装置的一次性可编程OTP存储器或者电子熔丝EFUSE存储器。

第三方面，提供一种电子设备，包括：显示屏；以及，根据第二方面或第二方面的任一可能的实现方式中所述的超声指纹装置，所述超声指纹装置设置在所述显示屏下方，以实现屏下超声指纹识别。

附图说明

图1是屏幕叠层中超声波信号的传输的示意图。

图2是本申请实施例的超声指纹识别的方法的示意性流程图。

图3是飞行时间与像素值之间的对应关系的示意图。

图4是获取第一函数的流程的示意图。

图5是多个背景信号与多个温度拟合计算得到的B(T)曲线的示意图。

图6是图2所示的超声指纹识别的方法的一种可能的流程的示意图。

图7是不同温度下校准飞行时间和未校准飞行时间的情况下获得的指纹图像。

图8是每个检测单元对应的函数B_i,j(T)的一种可能的存储方式。

图9是对相邻检测单元进行合并的示意图。

图10是对相邻检测单元进行插值的示意图。

图11是本申请实施例的超声指纹装置的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

超声指纹识别可以作为屏下指纹(Under Display Fingerprint，UDF)的一种，图1示出了屏幕叠层中的超声波信号的传输，如图1所示，超声指纹装置3设置在屏幕1的下方，作为示例，屏幕1的叠层包括上盖板101、偏振片102、1/4玻片103、OLED发光层104、下盖板105等。超声指纹装置3的发射信号(TX信号)需要穿过屏幕1的叠层到达屏幕1上方的手指2，且在手指2的表面发生反射或散射后，再次穿过屏幕1的叠层回到超声指纹装置3中，由于手指2的指纹谷和指纹脊对声波的反射率存在差异，从而使接收信号(RX信号)中携带手指的指纹信息。此时，超声指纹装置3采集的数据称为原始数据(Raw Data)。此外，RX信号中还包括由屏幕1的叠层反射回来的背景信号，在没有手指2按压屏幕1时，RX信号即为背景信号，此时，超声指纹装置3采集的数据称为基础数据(Base Data)。对Raw Data与Base Data作差，便可以得到清晰的指纹图像。

超声指纹装置3中的检测电极受到温度的影响，其接收到的信号强度会随着温度的变化而发生漂移，也即Base Data会随温度漂移，从而降低指纹图像的信噪比。例如，在手机、可穿戴设备、平板电脑和计算机等可移动装置和设备中，通常使用环境的温度会有较大的变化，且无法实时采集Base Data。为了使用户具有满意的解锁体验，需要保证不同温度下的指纹识别率，因此需要对Base Data的温飘进行校准。

为此，本申请实施例提供一种超声指纹识别的方法，利用表示温度与背景信号之间对应关系的第一函数，对背景信号进行校准，减小了温度对超声指纹检测的影响。

图3为本申请实施例的超声指纹识别的方法的示意性流程图。方法100由超声指纹装置3执行，超声指纹装置3设置在电子设备的屏幕1的下方，以实现屏下超声指纹识别。如图3所示，方法100包括以下步骤中的部分或全部。

在步骤110中，获取用于表示温度与背景信号之间的对应关系的第一函数。

在步骤120中，在手指按压屏幕时，获取当前温度，并根据当前温度和第一函数，确定与当前温度对应的目标背景信号。

在步骤130中，向手指发射超声波信号，并接收手指返回的携带指纹信息的超声指纹信号。

该背景信号为没有手指按压屏幕时接收的未携带指纹信息的超声波信号，该超声指纹信号包括携带指纹信息的有效信号和背景信号，将该超声指纹信号与该背景信号作差，便可以获取手指的指纹信息，其中，该背景信号是与当前温度对应的目标背景信号。

应理解，基于对超声指纹信号的处理可以得到Raw Data，基于对背景信号的处理可以得到Base Data，对超声指纹信号与背景信号作差，即是对Raw Data与Base Data作差。

本申请实施例中，在进行超声指纹识别时，根据用于表示温度与背景信号之间对应关系的第一函数，确定与当前温度对应的目标背景信号，并在向手指发射超声波信号及接收手指返回的携带指纹信息的超声指纹信号后，基于该目标背景信号与该超声指纹信号获取手指的指纹图像。由于根据该第一函数确定的目标背景信号是与当前温度相匹配的，在其与超声指纹信号作差以抵消超声指纹信号中携带的背景信号时，能够避免信号过度衰减，保证指纹图像的清晰度，减小温度对超声指纹检测的影响；并且由于本申请通过函数的方式实现对温度与背景信号之间对应关系的表示，减少了需要存储的数据量，同时能够根据该函数获得与任一温度对应的背景信号，使超声指纹检测对温度的适应性更好，准确性更高。

用于表示温度与飞行时间之间对应关系的第一函数可以由多种形式来实现，例如，第一函数可以为多项式B(T)＝P0+P1×T+P2×T²+……+Pm×T^m，T和B(T)分别为温度及其对应的背景信号，P0为多项式的常数项，P1至Pm为多项式的系数，m为多项式的次数。

第一函数例如可以存储于电子设备的存储器；或者存储于超声指纹装置3中的一次性可编程(One Time Programmable，OTP)存储器或者电子熔丝(Electronic Fuse，EFUSE)存储器。

第一函数B(T)可以通过对样本数据进行拟合而获得，例如，方法100还包括：在多个温度下分别接收多个背景信号；根据多个温度和多个背景信号的值，进行拟合计算，得到多项式B(T)。

在获取温度与背景信号之间的对应关系后，将多个温度及其对应的多个背景信号作为样本数据，并对其进行拟合得到多项式B(T)，样本数据的数据量越丰富，则拟合得到的多项式B(T)越准确。为了得到最佳的样本数据，在一些实现方式中，在多个温度下分别接收多个背景信号时，需要根据温度对接收背景信号时使用的飞行时间(flytime)，即超声波信号从发射至被接收所经历的时间进行校准。

具体来说，由于声速也受到温度的影响，超声波信号的飞行时间随温度变化而发生漂移，通过配置超声指纹装置3中超声波信号的飞行时间，可以使接收信号为最佳。例如，如图3所示，横坐标为飞行时间，纵坐标为指纹图像的像素值，超声指纹装置3中的超声波信号通常按照正弦或者余弦规律变化，其中超声波信号的脉冲周期为T。在超声指纹装置3接收信号时，超声指纹装置3需要对脉冲周期T中的一段信号进行积分，例如对波峰和波谷之间的T/2时长内的一段信号进行积分。当温度变化引起声速变化时，如果不对飞行时间进行校准，那么在不同温度下进行指纹识别时，超声指纹装置3可能从不同位置开始对信号进行积分，导致不同温度下超声指纹装置3接收的信号量不同。如图3所示的像素值与飞行时间之间的关系，超声指纹装置3在温度T1时按照飞行时间FCP1接收信号，则最终积分的信号是图2中A点至B点所示的T/2时长的一段；超声指纹装置3在温度T2时按照飞行时间FCP2接收信号，则最终积分的信号是图1中C点至D点所示的T/2时长的一段。通常，指纹识别时期望对波峰至波谷、或者波谷至波峰的T/2时长的一段进行积分，以保证接收的信号量最大。如果接收超声指纹信号与接收背景信号时的温度不同，那么飞行时间也不同，在对Raw Data与Base Data作差的过程中可能引入较多的屏幕混叠信号，导致信号衰减，影响指纹图像的清晰度。因此，需对不同温度环境下的飞行时间进行校准，以使接收信号为最佳，提高指纹图像的清晰度。

在一种实现方式中，方法100还包括：获取用于表示温度与飞行时间之间的对应关系的第二函数；其中，在多个温度下分别接收多个背景信号，包括：根据多个温度和第二函数，确定多个温度各自对应的飞行时间；并根据多个温度各自对应的飞行时间，在多个温度下分别接收多个背景信号。

该实施例中，根据用于表示温度与飞行时间之间对应关系的第二函数，确定与多个温度分别对应的多个飞行时间，并基于对应的飞行时间在不同温度下接收背景信号。由于根据第二函数确定的飞行时间是与温度相匹配的，从而能够接收到最佳的背景信号；并且由于通过函数的方式实现对温度与飞行时间之间对应关系的表示，减少了需要存储的数据量，同时能够根据第二函数获得与任一温度对应的飞行时间，使超声指纹检测对温度的适应性更好，准确性更高。

在一种实现方式中，方法100还包括：在手指按压屏幕时，根据当前温度和第二函数，确定与当前温度对应的目标飞行时间；其中，在步骤130中，接收手指返回的携带指纹信息的超声指纹信号，包括：根据该目标飞行时间，接收该超声指纹信号。

由于无法预测用户何时进行指纹识别，背景信号无法进行实时采集，因此，当前指纹识别时采用的背景信号，是此前预先获取的背景信号，例如预存的与不同温度对应的不同背景信号。在进行指纹识别时，基于当前温度T与第一函数，确定与当前温度T对应的目标背景信号，并基于第二函数确定与当前温度T对应的目标飞行时间，根据该目标飞行时间接收超声指纹信号。由于接收超声指纹信号所采用的目标飞行时间、以及此前采集与温度T对应的目标背景信号时所采用的飞行时间，均是根据温度T进行校准后的飞行时间。这样，对Raw Data与Base Data作差后，便可以获得清晰的指纹图像。

也就是说，根据温度对飞行时间进行校准的目的，是为了使在当前温度T下接收的超声指纹信号、与当前温度T对应的背景信号，均为超声波信号中相同位置的一段信号，从而避免Raw Data与Base Data作差后引起的信号衰减，保证指纹图像的清晰度。

例如，超声指纹装置3根据校准后的飞行时间接收信号时，该飞行时间使得超声指纹装置3在不同温度下的接收信号均包括波峰与波谷之间对应的信号量，即超声指纹装置3均是对波峰至波谷之间或者波谷至波峰之间的信号量进行积分，从而使超声指纹装置3接收的超声指纹信号的信号量最多。

用于表示温度与飞行时间之间对应关系的第二函数可以由多种形式来实现，例如，第二函数为多项式F(T)＝A0+A1×T+A2×T²+……+An×Tⁿ，T和F(T)分别为温度及其对应的飞行时间，A0为多项式的常数项，A1至An为多项式的系数，n为多项式的次数。基于当前的温度T，便可以计算出其对应的飞行时间F(T)。第二函数例如可以存储于电子设备的存储器；或者存储于超声指纹装置3中的OTP存储器或者EFUSE存储器。

第二函数F(T)可以通过对样本数据进行拟合而获得，例如获取与多个温度对应的多个飞行时间，并根据该多个温度和该多个飞行时间，进行拟合计算，得到多项式F(T)。

也就是说，在获取温度与飞行时间之间的对应关系时，可以事先获取飞行时间与接收信号之间的对应关系、以及温度与接收信号之间的对应关系，再根据在多个飞行时间下接收的多个信号值、以及在多个温度下接收的多个信号值，确定多个温度与多个飞行时间之间的对应关系。将多个温度及其对应的多个飞行时间作为样本数据，并对其进行拟合，可以得到多项式F(T)。

图4示出了获取第一函数的流程。作为示例，可以将与屏幕1贴合的超声指纹装置3放置于温度可控的温箱中，假设温箱的温度变化范围为[-20℃，50℃]，湿度为40％，温度变化量STEP＝5℃。如图4所示，该流程可以包括以下步骤。

在步骤101中，根据第一函数校正飞行时间。

例如，根据温度以及存储的多项式F(T)，确定与该温度对应的飞行时间。

在步骤102中，根据该飞行时间接收背景信号。

在步骤103中，确定温度是否达到50℃。

如果没达到50℃，执行步骤140；如果达到50℃，则执行步骤105。

在步骤104中，基于STEP＝5℃调整温箱的温度。

在步骤105中，根据多个温度与多个背景信号之间的对应关系，拟合得到第一函数例如多项式B(T)，并对其存储。应理解，本申请实施例中对第一函数和第二函数的存储，可以是对多项式B(T)或F(T)的直接存储，也可以是对B(T)和F(T)中各个系数的存储。

图5示出了根据多个背景信号与多个温度进行拟合计算得到的多项式B(T)曲线。横坐标为温度，纵坐标为Base Data均值。由于大多数屏幕采用类似的叠层结构，均可以通过B(T)来表示Base Data与温度之间的对应关系。例如，根据图5中所示的样点拟合得到B(T)的次数m＝6，常数项及各个多次项的次数分别为P0＝10720、P1＝132.2、P2＝-4.2507、P3＝-0.3729、P4＝0.0067、P5＝0.0001、P6＝0.000002，即B(T)＝10720+132.2×T-4.2507×T²-0.3729×T³+0.0067×T⁴+0.0001×T⁵+0.000002×T⁶。在进行指纹识别时，当检测到当前温度T，将当前温度T带入B(T)中，便可以得到与当前温度T对应的Base Data，通过对RawData与Base Data作差，可以得到清晰的指纹图像。

多项式B(T)可以在超声指纹装置3的量产之前获得，并存储在超声指纹装置3或者电子设备中，在超声指纹装置3进行指纹识别时，可以直接调用B(T)以获得与当前温度对应的目标背景数据。进一步地，超声指纹装置3还可以对B(T)进行校正，例如基于一定周期或者事件触发而对B(T)中的系数进行校正。

图6示出了图2所示的超声指纹识别的方法的一种可能的流程。如图6所示，该流程可以包括以下步骤。

在步骤201中，获取B(T)和F(T)。

在步骤202中，检测是否有手指按压屏幕1。

其中，在确定手指按压屏幕1时，执行步骤103；否则继续等待手指按压屏幕1。

在步骤203中，读取温度传感器检测的温度信息。

在步骤204中，根据当前温度和B(T)，确定对应的目标背景信号。

在步骤205中，根据当前温度和F(T)，确定对应的目标飞行时间。

在步骤206中，基于目标飞行时间，接收超声指纹信号。

具体地，超声检测装置3向屏幕1上方的手指发射超声波信号，并在经过目标飞行时间后立即开始接收该手指返回的超声指纹信号，直至接收完预定时长内的超声指纹信号。

在步骤207中，根据超声指纹信号和目标背景信号获取指纹图像。

B(T)是在校准飞行时间的基础上根据多个温度和多个背景信号之间的对应关系拟合得到的，于是该目标背景信号是与当前温度对应的背景信号，同时，超声指纹信号是基于与温度对应的目标飞行时间接收的，因此，基于超声指纹信号和目标背景信号得到的指纹图像更加清晰。

例如，图7示出了不同温度下采用上述方法校准背景信号和未校准背景信号的情况下获得的指纹图像。第一行从左至右分别为未校准背景信号的情况下在-20℃、0℃、20℃、30℃和50℃时获得的指纹图像；第二行从左至右分别为采用上述方法校准背景信号的情况下在-20℃、0℃、20℃、30℃和50℃时获得的指纹图像。可以看出，在校准背景信号的情况下，指纹图像的质量有了明显提升，指纹图像更加清晰。

超声指纹装置3通常包括有多个检测单元组成的检测单元阵列，其中每个检测单元接收的背景信号相对于温度的变化是相似的。进一步地，测单元阵列可以被划分为多个子阵列，例如2×2的子阵列、3×3的子阵列或者4×4的子阵列等等。本申请实施例提供两种方式用来确定每个检测单元对应的目标背景信号，根据每个检测单元对应的目标背景信号及该检测单元接收的超声指纹信号，便可以得到该检测单元的像素值。

在方式1中，多个检测单元可以分别对应多个第一函数，这时，在步骤120中，根据当前温度和第一函数，确定与当前温度对应的目标背景信号，包括：根据检测单元阵列中每个检测单元对应的第一函数，确定每个检测单元对应的目标背景信号。

在方式2中，为了减少所存储的第一函数的个数，多个子阵列分别对应多个第一函数，这时，在步骤120中，根据当前温度和第一函数，确定与当前温度对应的目标背景信号，包括：根据检测单元阵列中每个检测单元的多个相邻子阵列对应的第一函数，确定每个检测单元对应的目标背景信号。通过对相邻检测单元进行合并(binning)，减少所存储的第一函数的个数，在指纹检测时根据与每个检测单元相邻的多个子阵列对应的第一函数，便可以确定每个检测单元对应的目标背景信号。

例如，对每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数进行插值计算，得到每个检测单元对应的第一函数，并根据每个检测单元对应的第一函数，确定每个检测单元对应的目标背景信号。

又例如，根据每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数，确定多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号，并对多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号进行插值计算，得到每个检测单元对应的目标背景信号。

以下，结合图8至图10，详细描述如何根据方式2得到每个检测单元对应的目标背景信号。超声指纹装置3包括M行×M列个检测单元组成的阵列，该检测单元阵列包括M/N个子阵列，每个子阵列由N行×N列个检测单元组成。图8示出了每个检测单元对应的第一函数B_i,j(T)的一种可能的存储方式，i和j分别为该检测单元在检测单元阵列中所在的行和列的位置，T为温度，B_i,j(T)＝p_0(i,j)+p_1(i,j)×T+p_2(i,j)×T²+…+p_(n-1)(i,j)×T^n-1+p_n(i,j)×Tⁿ，图8中矩阵个数等于B_i,j(T)中需存储的常数项和高次项系数的总个数，这里以n+1个矩阵为例，分别对应B_i,j(T)中的常数项和n个高次项的系数。

为了节约存储空间，对相邻像素进行合并(binning)以减小B_i,j(T)或者B_i,j(T)中系数的存储个数。例如图9所示，每N行×N列个检测单元形成一个子阵列，在图9中用一个黑点表示，形成M/N行×M/N列个子阵列。

在实际使用过程中，可以根据与每个检测单元相邻的各个子阵列对应的第一函数，确定每个检测单元对应的目标背景信号。例如，可以通过插值等方式，使用与每个检测单元相邻的多个子阵列各自对应的第一函数，确定该检测单元对应的背景信号。例如，如图10所示，在计算第i行、第j列的检测单元的目标背景信号时，与该检测单元相邻的4个子阵列分别为子阵列A、子阵列B、子阵列C和子阵列D。以该检测单元对应的第一函数B_i,j(T)中的一次项系数p_1(i,j)为例，常数项及其他次项的系数的计算方式类似，子阵列A、子阵列B、子阵列C、子阵列D各自对应的第一函数中一次项系数分别为Q1、Q2、Q3和Q4，则p_1(i,j)＝k1×Q1+k2×Q2+k3×Q3+k4×Q4，其中，k1、k2、k3和k4分别是对子阵列A、子阵列B、子阵列C和子阵列D对应的第一函数中一次项系数进行插值获得的值。k1、k2、k3和k4，分别与该检测单元与子阵列A、子阵列B、子阵列C和子阵列D之间的距离或者所形成的面积相关。例如，k1+k2+k3+k4＝1，该检测单元与子阵列A之间的距离最近、所形成的面积最小，则k1最小；该检测单元与子阵列D之间的距离最远、所形成的面积最大，则k4最小。当采用类似方式获得所有系数后，便可以确定该检测单元对应的第一函数B_i,j(T)。

在检测到手指按压屏幕1时，接收超声指纹信号，并根据当前温度T求解每个检测单元对应的B_i,j(T)，得到该检测单元对应的目标背景信号，根据该背景信号以及接收到的该手指的超声指纹信号，便可以得到手指的指纹图像。

对于超出温度范围例如上述[-20℃，50℃]的温度，可以通过对B_i,j(T)进行展开的方式得到目标背景信号，例如泰勒展开。

当然，也可以根据该检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数确定对应的多个背景信号，并根据多个相邻子阵列对应的多个背景信号计算该检测单元的目标背景信号。即，上述的Q1、Q2、Q3和Q4也可以替换为子阵列A、子阵列B、子阵列C、子阵列D基于各自对应的第一函数计算得到的背景信号。

本申请还提供一种超声指纹装置，如图11所示，超声指纹装置3设置在电子设备的屏幕1下方，以实现屏下超声指纹识别，超声指纹装置3包括处理模块310和检测模块320。

处理模块310用于获取用于表示温度与背景信号之间的对应关系的第一函数，所述背景信号为没有手指按压所述屏幕时接收的未携带指纹信息的超声波信号；在手指按压所述屏幕时，获取当前温度，并根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号；以及，

检测模块320用于向所述手指发射超声波信号，并接收所述手指返回的携带所述指纹信息的超声指纹信号，其中，所述手指的指纹图像是基于所述超声指纹信号与所述目标背景信号之间的差值获得的。

在一种实现方式中，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述多个检测单元分别对应多个第一函数，处理模块310具体用于：根据所述检测单元阵列中每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

在一种实现方式中，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述检测单元阵列包括多个子阵列，所述多个子阵列分别对应多个第一函数，处理模块310具体用于：根据所述检测单元阵列中每个检测单元的多个相邻子阵列对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

在一种实现方式中，处理模块310具体用于：对所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的第一函数，并根据所述每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号；或者，根据所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数，确定所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号，并对所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的目标背景信号。

在一种实现方式中，所述第一函数为多项式B(T)＝P0+P1×T+P2×T²+……+Pm×T^m，T和B(T)分别为温度及其对应的背景信号，P0为所述多项式的常数项，P1至Pm为所述多项式的系数，m为所述多项式的次数。

在一种实现方式中，检测模块320还用于：在多个温度下分别接收多个背景信号；处理模块310还用于：根据所述多个温度和所述多个背景信号的值，进行拟合计算，得到所述多项式B(T)。

在一种实现方式中，处理模块310还用于：获取用于表示温度与飞行时间之间的对应关系的第二函数，所述飞行时间为所述超声波信号从发射至被接收所经历的时间；检测模块320具体用于：根据所述多个温度和所述第二函数，确定所述多个温度各自对应的所述飞行时间；根据所述多个温度各自对应的所述飞行时间，在所述多个温度下分别接收所述多个背景信号。

在一种实现方式中，处理模块310还用于：在手指按压所述屏幕时，根据所述当前温度和所述第二函数，确定与所述当前温度对应的目标飞行时间；检测模块320具体用于：根据所述目标飞行时间，接收所述超声指纹信号。

在一种实现方式中，所述第二函数为多项式F(T)＝A0+A1×T+A2×T²+……+An×Tⁿ，T和F(T)分别为温度及其对应的飞行时间，A0为所述多项式的常数项，A1至An为所述多项式的系数，n为所述多项式的次数。

在一种实现方式中，所述第一函数存储于所述电子设备的存储器，或者存储于所述超声指纹装置的OTP存储器或者EFUSE存储器。

本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括显示屏1，以及上时任一实施例中所述的超声指纹装置3，超声指纹装置3设置在显示屏1的下方，以实现屏下超声指纹识别。

作为示例而非限定，本申请实施例中的电子设备可以为终端设备、手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机电脑、游戏设备、车载电子设备或穿戴式智能设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(Automated Teller Machine，ATM)等其他电子设备。该穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或部分功能的设备，例如智能手表或智能眼镜等，以及包括只专注于某一类应用功能并且需要和其它设备如智能手机配合使用的设备，例如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等设备。

需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。

本申请实施例中所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例的一些特征可以忽略或者不执行。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，单元的划分仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统。另外，各单元之间的耦合或各个组件之间的耦合可以是直接耦合，也可以是间接耦合，上述耦合包括电的、机械的或其它形式的连接。

本领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和设备的具体工作过程以及产生的技术效果，可以参考前述方法实施例中对应的过程和技术效果，在此不再赘述。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种超声指纹识别的方法，其特征在于，由超声指纹装置执行，所述超声指纹装置设置在电子设备的屏幕下方，以实现屏下超声指纹识别，所述方法包括：

获取用于表示温度与背景信号之间的对应关系的第一函数，所述背景信号为没有手指按压所述屏幕时接收的未携带指纹信息的超声波信号；

在手指按压所述屏幕时，获取当前温度，并根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号；

向所述手指发射超声波信号，并接收所述手指返回的携带所述指纹信息的超声指纹信号，其中，所述手指的指纹图像是基于所述超声指纹信号与所述目标背景信号之间的差值获得的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述多个检测单元分别对应多个第一函数，所述根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号，包括：

根据所述检测单元阵列中每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述检测单元阵列包括多个子阵列，所述多个子阵列分别对应多个第一函数，所述根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号，包括：

根据所述检测单元阵列中每个检测单元的多个相邻子阵列对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述检测单元阵列中每个检测单元的相邻子阵列对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号，包括：

对所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的第一函数，并根据所述每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号；或者，

根据所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数，确定所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号，并对所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的目标背景信号。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一函数为多项式B(T)＝P0+P1×T+P2×T²+……+Pm×T^m，T和B(T)分别为温度及其对应的背景信号，P0为所述多项式的常数项，P1至Pm为所述多项式的系数，m为所述多项式的次数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在多个温度下分别接收多个背景信号；

根据所述多个温度和所述多个背景信号的值，进行拟合计算，得到所述多项式B(T)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取用于表示温度与飞行时间之间的对应关系的第二函数，所述飞行时间为所述超声波信号从发射至被接收所经历的时间；

所述在多个温度下分别接收多个背景信号，包括：

根据所述多个温度和所述第二函数，确定所述多个温度各自对应的所述飞行时间；

根据所述多个温度各自对应的所述飞行时间，在所述多个温度下分别接收所述多个背景信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在手指按压所述屏幕时，根据所述当前温度和所述第二函数，确定与所述当前温度对应的目标飞行时间；

所述接收所述手指返回的携带所述指纹信息的超声指纹信号，包括：

根据所述目标飞行时间，接收所述超声指纹信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二函数为多项式F(T)＝A0+A1×T+A2×T²+……+An×Tⁿ，T和F(T)分别为温度及其对应的飞行时间，A0为所述多项式的常数项，A1至An为所述多项式的系数，n为所述多项式的次数。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一函数存储于所述电子设备的存储器，或者存储于所述超声指纹装置的一次性可编程OTP存储器或者电子熔丝EFUSE存储器。

11.一种超声指纹装置，其特征在于，所述超声指纹装置设置在电子设备的屏幕下方，以实现屏下超声指纹识别，所述超声指纹装置包括：

处理模块，用于：获取用于表示温度与背景信号之间的对应关系的第一函数，所述背景信号为没有手指按压所述屏幕时接收的未携带指纹信息的超声波信号；在手指按压所述屏幕时，获取当前温度，并根据所述当前温度和所述第一函数，确定与所述当前温度对应的目标背景信号；以及，

检测模块，用于向所述手指发射超声波信号，并接收所述手指返回的携带所述指纹信息的超声指纹信号，其中，所述手指的指纹图像是基于所述超声指纹信号与所述目标背景信号之间的差值获得的。

12.根据权利要求11所述的超声指纹装置，其特征在于，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述多个检测单元分别对应多个第一函数，所述处理模块具体用于：

根据所述检测单元阵列中每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

13.根据权利要求11所述的超声指纹装置，其特征在于，所述超声指纹装置包括由多个检测单元组成的检测单元阵列，所述检测单元阵列包括多个子阵列，所述多个子阵列分别对应多个第一函数，所述处理模块具体用于：

根据所述检测单元阵列中每个检测单元的多个相邻子阵列对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号。

14.根据权利要求13所述的超声指纹装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

对所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的第一函数，并根据所述每个检测单元对应的第一函数，确定所述每个检测单元对应的目标背景信号；或者，

根据所述每个检测单元的多个相邻子阵列各自对应的第一函数，确定所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号，并对所述多个相邻子阵列各自对应的目标背景信号进行插值计算，得到所述每个检测单元对应的目标背景信号。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的超声指纹装置，其特征在于，所述第一函数为多项式B(T)＝P0+P1×T+P2×T²+……+Pm×T^m，T和B(T)分别为温度及其对应的背景信号，P0为所述多项式的常数项，P1至Pm为所述多项式的系数，m为所述多项式的次数。

16.根据权利要求15所述的超声指纹装置，其特征在于，

所述检测模块还用于：在多个温度下分别接收多个背景信号；

所述处理模块还用于：根据所述多个温度和所述多个背景信号的值，进行拟合计算，得到所述多项式B(T)。

17.根据权利要求16所述的超声指纹装置，其特征在于，所述处理模块还用于：

获取用于表示温度与飞行时间之间的对应关系的第二函数，所述飞行时间为所述超声波信号从发射至被接收所经历的时间；

所述检测模块具体用于：

根据所述多个温度和所述第二函数，确定所述多个温度各自对应的所述飞行时间；

根据所述多个温度各自对应的所述飞行时间，在所述多个温度下分别接收所述多个背景信号。

18.根据权利要求17所述的超声指纹装置，其特征在于，所述处理模块还用于：

在手指按压所述屏幕时，根据所述当前温度和所述第二函数，确定与所述当前温度对应的目标飞行时间；

所述检测模块具体用于：

根据所述目标飞行时间，接收所述超声指纹信号。

19.根据权利要求17所述的超声指纹装置，其特征在于，所述第二函数为多项式F(T)＝A0+A1×T+A2×T²+……+An×Tⁿ，T和F(T)分别为温度及其对应的飞行时间，A0为所述多项式的常数项，A1至An为所述多项式的系数，n为所述多项式的次数。

20.根据权利要求11至14所述的超声指纹装置，其特征在于，所述第一函数存储于所述电子设备的存储器，或者存储于所述超声指纹装置的一次性可编程OTP存储器或者电子熔丝EFUSE存储器。

21.一种电子设备，其特征在于，包括：

显示屏；以及，

根据权利要求11至20中任一项所述的超声指纹装置，所述超声指纹装置设置在所述显示屏下方，以实现屏下超声指纹识别。

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