CN205563605U - 一种指纹扫描装置及手势识别装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种指纹扫描装置及手势识别装置，主要解决现有技术中存在的指纹扫描速度慢、手势识别报点率低、误识率高的问题。该指纹扫描装置，包括：指纹采集模块，包括指纹采集面板；指纹处理模块，包括第一处理单元和第二处理单元，第一处理单元用于对指纹采集面板的传感器区域进行一次扫描以定位指纹所在区域，第二处理单元用于对指纹所在区域进行二次扫描获得指纹图像。本实用新型提供的指纹扫描装置进行两次扫描，一次扫描能够快速定位指纹所在区域，然后对指纹所在区域进行二次扫描从而获得指纹图像，无需对整个传感图像进行精细扫描，在保证获得精确指纹图像的同时有效提高扫描速率，降低传感器平均功耗，延长使用寿命。

Description

一种指纹扫描装置及手势识别装置

技术领域

本实用新型涉及指纹扫描领域，具体涉及一种指纹扫描装置及手势识别装置。

背景技术

目前指纹传感器作为触控板实现方式主要有两种：固定点检测和图像识别检测。

固定点检测是指传感器上均匀分布多个检测点，当手指覆盖当前检测点则会触发检测电路，通过查询寄存器得到手指按压信息，但并不能准确识别手指位置。这种方式一般用作唤醒指令和开始采集信号指令，但可以实现的交互较少。

图像识别检测是指不断采集指纹图像，然后对图像进行处理，算出手指对应坐标点。与传统触摸板不同这种方式可以准确判断手指的位置，并结合不同的手指轨迹与操作实现不同交互，但由于数据量较大，同时要对采集到的图像数据进行处理，使得报点率较低，引起较高的手势误识率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种指纹扫描装置，能够快速获得指纹图像。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种指纹扫描装置，包括：

指纹采集模块，包括指纹采集面板；

指纹处理模块，包括第一处理单元和第二处理单元，所述第一处理单元用于对指纹采集面板的传感器区域进行一次扫描以定位指纹所在区域，所述第二处理单元用于对所述指纹所在区域进行二次扫描获得指纹图像。

优选的，所述指纹采集模块还包括指纹检测单元，所述指纹检测单元包括多个传感单元形成的阵列，所述多个传感单元获得阵列的像素点。

优选的，所述第一处理单元包括第一扫描窗以及第一驱动单元，所述第一驱动单元驱动所述第一扫描窗进行间隔扫描；和/或，

所述第二处理单元包括第二扫描窗以及第二驱动单元，所述第二驱动单元驱动所述第二扫描窗进行逐行扫描。

优选的，所述第一驱动单元和所述第二驱动单元集成于同一处理器中。

优选的，所述指纹采集模块位于指纹传感器内，所述指纹处理模块为单独的图像处理器；或者，

所述指纹采集模块和所述指纹处理模块集成于指纹传感器内。

优选的，所述指纹传感器包括电容传感器、射频传感器或光学传感器。

本实用新型还提供了一种手势识别装置，能够实现手势的快速识别，报点率高，响应速度快且误识率低。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种手势识别装置，包括：

如上所述的指纹扫描装置；

报点坐标计算模块，用于根据所述指纹扫描装置采集的指纹图像获得报点坐标；

手势识别模块，用于将多个报点坐标形成报点轨迹并根据所述报点轨迹识别手势。

优选的，还包括指纹识别模块和模式转换模块，所述指纹识别模块用于对定点指纹进行识别，所述模式转换模块用于在所述指纹识别模块和所述指纹处理模块之间切换。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的指纹扫描装置进行两次扫描，一次扫描是在整个传感图像范围内进行的粗扫描，能够快速定位指纹所在区域，然后对指纹所在区域进行二次扫描从而获得指纹图像，无需对整个传感图像进行精细扫描，在保证获得精确的指纹图像的同时有效提高扫描速率，降低传感器平均功耗，延长了使用寿命。

本实用新型提供的手势识别装置采用上述的指纹扫描装置，能够快速给出报点坐标，报点率高，从而实现手势的快速识别，响应速度快且误识率低。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本实用新型具体实施方式提供的指纹扫描方法的流程图；

图2是本实用新型具体实施方式提供的指纹扫描装置的结构示意图；

图3是本实用新型具体实施方式提供的指纹传感器工作模式示意图；

图4是本实用新型具体实施方式提供的指纹传感器进行间隔扫描的示意图；

图5是本实用新型具体实施方式提供的指纹扫描方法中一次扫描过程示意图；

图6是本实用新型具体实施方式提供的指纹扫描方法中二次扫描过程示意图；

图7是本实用新型具体实施方式提供的手势识别方法的流程图之一；

图8是图7所示方法中形成报点轨迹的示意图；

图9是本实用新型具体实施方式提供的手势识别方法的流程图之二；

图10是图9所示方法中对报点坐标进行修正的示意图；

图11是本实用新型具体实施方式提供的手势识别装置的结构示意图；

图12是本实用新型具体实施方式提供的指纹采集模块、指纹处理模块以及报点坐标计算模块的连接示意图。

图中，1、指纹采集模块；11、指纹采集面板；12、指纹采集区域；2、指纹处理模块；21、第一处理单元；211、第一扫描窗；22、第二处理单元；221、第二扫描窗；23、图像处理单元；24、采集配置模块；3、指纹；4、指纹识别模块；5、模式转换模块；6、报点坐标计算模块。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

下面参照图1至图6说明本实用新型的指纹扫描方法及装置的实施例。

本实用新型提供了一种指纹扫描方法，如图1所示，其包括：

对传感器区域进行一次扫描以定位指纹所在区域；

对指纹所在区域进行二次扫描获得指纹图像。

本实用新型提供的指纹扫描方法为两次扫描，一次扫描是在整个传感图像范围内进行的粗扫描，能够快速获得指纹所在区域图像，然后对指纹所在区域进行二次扫描从而获得指纹图像，无需对整个传感图像进行精细扫描，在保证获得精确的指纹图像的同时有效提高扫描速率，降低传感器平均功耗。

针对上述方法，本实用新型还提供了一种指纹扫描装置，如图2所示，其包括指纹采集模块1和指纹处理模块2。

其中，指纹采集模块1包括指纹采集面板11和指纹检测单元，指纹采集面板11上具有传感器区域，优选的，指纹采集面板11上设置有指纹采集区域12，只有位于该区域内的指纹才能被指纹检测单元所采集，指纹检测单元采集指纹采集区域12内的传感图像供指纹处理模块2处理。当然，也可不采集传感图像，直接通过运算获得数据信息供指纹处理模块2处理。指纹检测单元的结构为现有技术，在此不再赘述。指纹采集区域12的形状不限，可以为矩形、正方形、菱形、梯形、圆形、椭圆形、规则多边形、不规则多边形等。

指纹处理模块2包括有第一处理单元21和第二处理单元22。第一处理单元21用于对传感图像进行一次扫描以定位指纹所在区域，并采集获得指纹所在区域图像，第二处理单元22用于对指纹所在区域进行二次扫描并采集获得指纹图像。第一处理单元21和第二处理单元22结构均与现有的图像处理器结构类似。

该指纹扫描装置在保证获得精确的指纹图像的同时有效提高扫描速率，降低传感器平均功耗，延长了使用寿命。具体的，采用指纹传感器采集指纹采集区域的传感图像，即，指纹采集模块1位于指纹传感器内。指纹采集模块1的指纹检测单元包括多个传感单元形成的阵列，多个传感单元获得阵列的像素点，这多个阵列的像素点即构成指纹传感器采集的传感图像。其中，像素点的阵列方式、数量及大小均不限，根据需求进行设置即可。指纹所在区域的像素点数量小于传感器区域的像素点数量，一次扫描所扫描和/或采集的像素点数量小于传感图像的像素点数量。

通过指纹处理模块2对像素点进行扫描和采集，指纹处理模块2可以内置于指纹传感器内，与指纹采集模块1集成在一起，也可以是单独设置的图像处理器，通过通讯端口与指纹传感器连接。

指纹传感器的具体结构不限，可以是电容传感器、光学传感器、射频传感器等。

其中，电容传感器可以但不局限于是单一用途电容式指纹传感器、置于电容式触摸屏装置中的指纹传感器，或者是与触控屏驱动电极和感应电极复用的指纹传感器。

图3示出了指纹传感器工作模式的一个实施例，该指纹传感器全区域像素为160X160，ppi为500，其指纹检测单元由传感单元阵列而成，其中，A区域为被激活像素点，可进行图像采集，B区域为未被激活像素点，不能进行图像采集。指纹传感器可只对设置的某区域进行采集，例如图中的C区域。还可设置不同的扫描窗，例如，第一处理单元21的第一扫描窗211，用于在第一驱动单元的驱动下进行间隔扫描，再例如第二处理单元22的第二扫描窗221，用于在第二驱动单元的驱动下进行连续的逐行扫描。其中的第一驱动单元和第二驱动单元可以是分开设置，也可以集成于同一个处理器中。

一次扫描和二次扫描为不同的扫描模式。

一次扫描的具体扫描方式不限，优选的，采用间隔扫描的方式。间隔扫描包括隔行/列扫描以及对所扫描行/列的隔像素点采集。隔行/列扫描即，以N行/列为间隔进行行/列扫描，N为大于等于1的整数，例如在图4所示的实施例中，以2行为间隔进行行扫描。对所扫描行/列的隔像素点采集即，对扫描的行/列以M个像素点为间隔进行像素点的采集，M为大于等于1的整数，例如在图4所示的实施例中，以1个像素点为间隔进行像素点的采集。

通过一次扫描定位指纹所在区域，从而确定了指纹图像的大体范围，获得指纹的粗略图像。指纹所在区域的形状不限，可以为矩形、正方形、菱形、梯形、圆形、椭圆形、规则多边形、不规则多边形等，确定的指纹的大体范围越小越好，小的范围可以减少二次扫描的扫描量，优选的，指纹覆盖指纹传感器的区域为Ω_f，实际采集区域为Ω_s，保证即实际采集区域Ω_s大于等于指纹覆盖指纹传感器的区域Ω_f，当Ω_s最小时，即为上述的指纹所在区域。例如，如图5所示，一次扫描中，以1个像素点为间隔进行像素点的采集，在一次扫描中获得指纹在x方向上的两个边界点x0和x1，以及在y方向上的两个边界点y0和y1，如图6所示，以(x0,y0)、(x0,y1)、(x1,y1)和(x1,y0))四个点为顶点的矩形D即为指纹所在区域，︱x1-x0︱即为手指最小覆盖横向长度，︱y1-y0︱为手指最小覆盖纵向长度。

二次扫描为连续扫描，优选为逐行/列扫描，通过二次扫描获得精确的指纹图像。通过两次扫描的结合替代现有的对整个传感图像的像素点全部进行扫描的技术方案，大大提高了扫描的速率。

进一步的，本实用新型还提供了一种手势识别方法，该方法包括：

采用上述的指纹扫描方法每间隔一预定时间获取一次指纹图像；

根据指纹图像获得报点坐标；

根据多个报点坐标形成报点轨迹；

根据报点轨迹识别手势。

手势识别方法采用上述的指纹扫描方法获取指纹图像，能够快速给出报点坐标，报点率高，从而实现手势的快速识别，响应速度快且误识率低。

其中，报点坐标的获得方式不限，能够代表指纹图像的位置即可，例如，报点坐标为指纹图像的几何中心位置、重心位置等。

具体的，如图7所示，当检测到有手指按压在指纹传感器上时，每间隔一预定时间获取一次指纹图像，方式为，采集指纹采集区域的传感图像，对传感图像进行一次扫描，即间隔扫描，计算指纹边界位置得到指纹所在区域，然后对指纹所在区域进行二次扫描，即连续扫描，获得指纹图像；求取指纹图像的重心坐标，重心坐标(x,y)的计算公式为：

$X=\underset{(i,j)\∈\mathrm{\Ω}}{\Σ}i\·W(i,j)/\underset{(i,j)\∈\mathrm{\Ω}}{\Σ}W(i,j)$

$y=\underset{(i,j)\∈\mathrm{\Ω}}{\Σ}j\·W(i,j)/\underset{(i,j)\∈\mathrm{\Ω}}{\Σ}W(i,j)$

其中，W(i,j)是坐标为(i,j)的像素点的灰度值，Ω是目标区域集合。将重心坐标作为报点坐标输出，由于手指的运动，报点坐标也是在不断变化的，例如如图8所示，由F点移动至G点，手指的一个动作形成一组报点坐标，将这一组报点坐标形成报点轨迹，即可根据报点轨迹进行手势的识别。

进一步的，手指在进行连续滑动过程中，如图10所示，在指纹采集区域的边缘位置会有一部分手指在指纹采集区域之外，造成实际指纹重心与计算得出的指纹重心不一致，影响报点坐标的准确性。为提高报点坐标的准确性，如图8所示，在求取指纹图像的重心坐标后，判断手指是否在指纹采集区域的边缘位置且指纹不完整，若是，则对报点坐标进行修正后输出，重心坐标由原先的E点修正为E’点，否则直接将求取的重心坐标作为报点坐标输出。

针对上述方法，本实用新型还提供了一种手势识别装置。该手势识别装置包括上述的指纹扫描装置、报点坐标计算模块6和手势识别模块。报点坐标计算模块6根据指纹扫描装置采集的指纹图像获得报点坐标，手势识别模块将多个报点坐标形成报点轨迹并根据报点轨迹进行手势的识别，能够快速给出报点坐标，报点率高，从而实现手势的快速识别，响应速度快且误识率低。

其中的报点坐标计算模块6和手势识别模块均由现有的控制装置进行相应的编程获得。

如图11所示，该手势识别装置还包括指纹识别模块4和模式转换模块5，指纹扫描装置的指纹采集模块1分别与指纹处理模块2和指纹识别模块4连接，模式转换模块5用于在指纹识别模块4和指纹处理模块2之间切换，以运行不同的工作模式，当切换至指纹识别模块4时运行指纹识别模式，当切换至指纹处理模块2时运行手势识别模式。初始模式为指纹识别模式，在指纹传感器上设置有多个位置固定的检测点，当手指按在指纹采集面板11上时，可以通过位置固定的检测点对指纹进行识别，当识别到匹配的指纹后，模式转换模块将模式切换为手势识别模式。

如图12所示，指纹处理模块包括图像处理单元23、第一处理单元21、第二处理单元22以及采集配置模块24。图像处理单元23用于采集和缓存由指纹采集模块1采集到的图像数据。采集配置模块24可根据获得的信息配置相应的处理单元进行图像的处理。具体的，当检测到匹配的指纹后，采集配置模块24配置为第一处理单元21进行间隔扫描以定位指纹所在区域并将该区域信息发送给采集配置模块24，采集配置模块24获得信息后配置为第二处理单元22进行连续扫描。第二处理单元22与报点坐标计算模块6连接，报点坐标计算模块6根据第二处理单元输出的指纹图像计算获得报点坐标。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，示例实施例被提供，以使本公开是全面的，并将其范围充分传达给本领域技术人员。很多特定细节(例如特定部件、设备和方法的示例)被给出以提供对本公开的全面理解。本领域技术人员将明白，不需要采用特定细节，示例实施例可以以很多不同的形式被实施，并且示例实施例不应被理解为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，众所周知的设备结构以及众所周知的技术没有详细描述。

当一元件或层被提及为在另一元件或层“上”、“被接合到”、“被连接到”或“被联接到”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上、被直接接合、连接或联接到另一元件或层，或者可存在中间元件或层。相比之下，当一元件被提及为“直接”在另一元件或层“上”、“直接被接合到”、“直接被连接到”或“直接被联接到”另一元件或层时，可不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应该以相似方式被解释(例如，“之间”与“直接在之间”，“邻近”与“直接邻近”等)。如在此使用的，术语“和/或”包括一个或更多关联的所列项目中的任一或全部组合。

虽然术语第一、第二、第三等在此可被用于描述各个元件、部件、区域、层和/或区段，但是这些元件、部件、区域、层和/或区段不应该被这些术语限制。这些术语可仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一元件、区域、层或区段区分开。诸如“第一”、“第二”的术语和其它数值术语当在此使用时不意味着次序或顺序，除非上下文明确指出。因而，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或区段可被称为第二元件、部件、区域、层或区段，而不背离示例实施例的教导。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种指纹扫描装置，其特征在于，包括：

指纹采集模块，包括指纹采集面板；

指纹处理模块，和所述指纹采集模块电连接，包括第一处理单元和第二处理单元，所述第一处理单元和所述第二处理单元电连接，所述第一处理单元用于对指纹采集面板的传感器区域进行一次扫描以定位指纹所在区域，所述第二处理单元用于对所述指纹所在区域进行二次扫描获得指纹图像。

2.根据权利要求1所述的指纹扫描装置，其特征在于：所述指纹采集模块还包括指纹检测单元，所述指纹检测单元包括多个传感单元形成的阵列，所述多个传感单元获得阵列的像素点。

3.根据权利要求2所述的指纹扫描装置，其特征在于：所述第一处理单元包括第一扫描窗以及第一驱动单元，所述第一驱动单元驱动所述第一扫描窗进行间隔扫描；和/或，

所述第二处理单元包括第二扫描窗以及第二驱动单元，所述第二驱动单元驱动所述第二扫描窗进行逐行扫描。

4.根据权利要求3所述的指纹扫描装置，其特征在于：所述第一驱动单元和所述第二驱动单元集成于同一处理器中。

5.根据权利要求1所述的指纹扫描装置，其特征在于：所述指纹采集模块位于指纹传感器内，所述指纹处理模块为单独的图像处理器；或者，

所述指纹采集模块和所述指纹处理模块集成于指纹传感器内。

6.根据权利要求5所述的指纹扫描装置，其特征在于：所述指纹传感器包括电容传感器、射频传感器或光学传感器。

7.一种手势识别装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至6任一项所述的指纹扫描装置；

报点坐标计算模块，用于根据所述指纹扫描装置采集的指纹图像获得报点坐标；

手势识别模块，用于将多个报点坐标形成报点轨迹并根据所述报点轨迹识别手势。

8.根据权利要求7所述的手势识别装置，其特征在于：还包括指纹识别模块和模式转换模块，所述指纹识别模块用于对定点指纹进行识别，所述模式转换 模块用于在所述指纹识别模块和所述指纹处理模块之间切换。