TWI590036B

TWI590036B - 裝置與喚醒裝置的方法

Info

Publication number: TWI590036B
Application number: TW105109424A
Authority: TW
Inventors: 陳星嘉; 楊義隆; 張耀光
Original assignee: 奇景光電股份有限公司
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2017-07-01
Also published as: TW201734702A

Description

裝置與喚醒裝置的方法

本發明係有關一種指紋認證（authentication），特別是關於一種基於指紋認證用以將行動裝置從休眠模式快速喚醒的方法。

指紋感測器普遍使用於行動裝置（例如行動電話），用以擷取指紋型樣（pattern）的數位影像。擷取的數位影像經由處理以產生生物樣板（biometric template），一般稱為最佳樣板（golden template），將其儲存起來作為後續比對之用。藉此，可識別操作行動裝置的個人且驗證其身份或存取認可。相較於傳統使用密碼的使用者認證機制，指紋認證提供了便利且快速的途徑。

囿於行動裝置的有限寶貴的電池電源，因此使用休眠模式以節省大量的功耗，而非讓行動裝置一直處於開啟狀態。當被喚醒時，行動裝置的操作會從進入休眠時的狀態繼續進行。

然而，設有指紋認證的傳統行動裝置，從休眠模式回復時，由於比對擷取指紋影像與指紋最佳樣板需要花費相當的時間，所以速度慢且浪費功率。鑑於此，亟需提出一種新穎方法與裝置，用以快速地將行動裝置從休眠模式予以喚醒。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種基於指紋認證，用以將行動裝置從休眠模式快速喚醒的方法，用以降低功耗。

根據本發明實施例，於休眠模式掃描指紋型樣以擷取影像。分析代表掃描指紋型樣的擷取影像，對於每一亮度值，得到擷取影像的像素數目；且轉換擷取影像的分析結果為亮度分佈。運算亮度分佈以得到特徵值，且將特徵值與預先儲存值作比較，當匹配時則喚醒裝置。

根據本發明另一實施例，裝置包含主處理器、指紋感測器及區域控制器。主處理器控制裝置的至少一元件。指紋感測器相應設於掃描區域，且區域控制器控制指紋感測器。主處理器於操作模式時與區域控制器進行通信，且於休眠模式時與區域控制器分離。於休眠模式，指紋感測器受控於區域控制器，掃描指紋型樣以擷取影像；分析代表掃描指紋型樣的擷取影像，對於每一亮度值，得到擷取影像的像素數目，區域控制器再將其轉換為亮度分佈，據以得到特徵值；當特徵值與預先儲存值匹配時，區域控制器通知主處理器以喚醒裝置。

第一圖顯示本發明實施例之基於指紋認證，用以將行動裝置從休眠模式（sleep mode）喚醒至操作模式的方法100的流程圖。本實施例的行動裝置可為行動電話，但不限定於此。如第二A圖所例示的透視圖，行動裝置20至少包含觸控螢幕201，及設有指紋感測器的相應掃描區域202。本實施例之指紋感測器的實施技術可為電容式、光學式、射頻（RF）、電阻式、超音波、壓電式及微機電系統（MEMS）等。在本說明書中，休眠模式一詞可泛指行動裝置20的低功率模式，用以節省大量功耗，而非讓行動裝置20一直處於開啟狀態。休眠模式可包含待命（stand by）、睡眠（sleep）、暫停（suspend）及休眠（hibernation）等。

第二B圖顯示第二A圖之行動裝置20的簡化方塊圖。行動裝置20可包含主處理器（host processor）203，主要用以操作行動裝置20的元件（例如觸控螢幕201）。本實施例之主處理器203可包含中央處理單元。

行動裝置20還包含區域控制器204，控制相應於掃描區域202的指紋感測器205，用以認證指紋感測器205所擷取的指紋型樣。於操作模式，主處理器203與區域控制器204進行通信。於休眠模式，主處理器203與區域控制器204分離。

於步驟11（第一圖），當處於休眠模式，指紋感測器205掃描指紋型樣以擷取影像。在一實施例中，指紋感測器205受控於區域控制器204以執行全域掃描（full scan），使得整個指紋感測器205都受到掃描。第三A圖例示第二B圖之指紋感測器205執行全域掃描的時序圖。指紋感測器205受控於區域控制器204而週期性地（例如於週期t1~t2及週期t3~t4）執行全域掃描。手指於時間t2與t3之間碰觸指紋感測器205。

在另一實施例中，指紋感測器205受控於區域控制器204以執行部分掃描（partial scan），使得部分指紋感測器205受到掃描。第三B圖例示第二B圖之指紋感測器205執行部分掃描的時序圖。指紋感測器205受控於區域控制器204而週期性地（例如於週期t1~t2及週期t3~t4）執行部分掃描。相較於全域掃描（第三A圖）的實施例，本實施例所執行的部分掃描（第三B圖）的速度較快且功耗較低。

第四A圖例示指紋感測器205執行部分掃描的示意圖。在此例子中，多條（例如10條）連續的線當中僅有一條線2051被掃描。第四B圖例示指紋感測器205執行部分掃描的另一示意圖。在此例子中，區塊2052的線被掃描，而其他區塊2053的線則未被掃描。

於步驟12，區域控制器204分析代表掃描指紋型樣的擷取影像。在本實施例中，使用統計方法以分析擷取影像。對於每一亮度值，得到擷取影像的像素數目。

於步驟13，區域控制器204收集步驟12的分析結果，並將其轉換為亮度分佈。根據本實施例的特徵之一，分析結果被轉換為影像直方圖（histogram）。垂直軸表示像素數目，水平軸表示亮度值，藉此，可畫出影像直方圖。在一例子中，較大亮度值表示較亮的像素。第五圖例示指紋型樣的亮度分佈所表示的影像直方圖。

如第五圖所示，事先決定指紋型樣的影像直方圖的高（或第一）臨界值。為了決定高臨界值，首先要得到零（null）型樣（亦即，不具指紋的型樣）的亮度分佈的背景直方圖，如第六圖所例示。因為不具有指紋，因此所擷取影像的像素大部分位於高亮度值的一狹窄背景範圍內。在本實施例中，將背景範圍（第六圖）的左（或低）邊界值設為指紋型樣（第五圖）的影像直方圖的高臨界值。

參閱第五圖，接著決定指紋型樣的影像直方圖的低（或第二）臨界值，其中低臨界值小於高臨界值。位於影像直方圖左側的亮度分佈呈單調上升，本實施例將較顯著像素數目（例如250）處所對應的亮度值設為低臨界值。比低臨界值更低的亮度值的像素主要為雜訊，必須予以捨棄。

由於指紋感測器205的不同部分受到不同程度的信號衰減，使得不同部分的反應各不相同。第七圖例示指紋感測器205的示意圖，其被分割為四部分，亦即部分A、部分B、部分C及部分D。從部分A所收集的信號經由導線207A而被放大器206所放大。類似的情形，從部分B、部分C及部分D所收集的信號分別經由導線207B、207C及207D而被放大器206所放大。相較於（較短）導線207A及207D的信號，（較長）導線207B及207C的信號受到較大的信號衰減，因此，部分A、部分B、部分C及部分D使用不同的高臨界值/低臨界值。例如，部分B/C的高/低臨界值較小於部分A/D的高/低臨界值。

接著，於步驟14，區域控制器204針對低臨界值與高臨界值之間的像素數目進行運算，以得到特徵值。例如，將低臨界值與高臨界值之間的像素數目予以加總，以得到特徵和。在另一例子中，則是得到標準差（standard deviation）或者最大值/最小值作為特徵值。

於步驟15，區域控制器204將步驟14所得到的特徵值與預先儲存的特徵值（其係根據行動裝置20的使用者的指紋型樣所得到）作比較。如果二特徵值相匹配，則區域控制器204通知主處理器203，由主處理器203將行動裝置20從休眠模式喚醒為操作模式（例如於第三A圖/第三B圖所示的時間t4）。如果二特徵值未匹配，則流程回到步驟11。根據上述，本實施例不像傳統行動裝置需要輸入密碼或按壓特定鈕來喚醒行動裝置。

於進入操作模式後，指紋感測器205可進行全域掃描（例如於第三A圖/第三B圖所示的週期t5~t6），掃描指紋型樣以擷取影像。該擷取影像可由主處理器203使用傳統技術（例如與預先儲存的指紋最佳樣板作比較，該傳統技術異於上述的直方圖技術）來進行認證，用以確定操作行動裝置20的個人係行動裝置20所認可的使用者。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100‧‧‧基於指紋認證的方法
11‧‧‧掃描指紋
12‧‧‧分析影像
13‧‧‧轉換為直方圖
14‧‧‧得到特徵值
15‧‧‧特徵值是否匹配
20‧‧‧行動裝置
201‧‧‧觸控螢幕
202‧‧‧掃描區域
203‧‧‧主處理器
204‧‧‧區域控制器
205‧‧‧指紋感測器
2051‧‧‧線
2052‧‧‧區塊
2053‧‧‧區塊
206‧‧‧放大器
207A~207D‧‧‧導線
t1~t6‧‧‧時間

第一圖顯示本發明實施例之基於指紋認證，用以將行動裝置從休眠模式喚醒至操作模式的方法的流程圖。第二A圖例示行動裝置的透視圖。第二B圖顯示第二A圖之行動裝置的簡化方塊圖。第三A圖例示第二B圖之指紋感測器執行全域掃描的時序圖。第三B圖例示第二B圖之指紋感測器執行部分掃描的時序圖。第四A圖例示指紋感測器執行部分掃描的示意圖。第四B圖例示指紋感測器執行部分掃描的另一示意圖。第五圖例示指紋型樣的亮度分佈所表示的影像直方圖。第六圖例示零型樣的亮度分佈的影像直方圖。第七圖例示指紋感測器的示意圖，其被分割為四部分。

100‧‧‧基於指紋認證的方法

11‧‧‧掃描指紋

12‧‧‧分析影像

13‧‧‧轉換為直方圖

14‧‧‧得到特徵值

15‧‧‧特徵值是否匹配

Claims

一種喚醒裝置的方法，包含：於休眠模式掃描一指紋型樣以擷取一影像；分析代表該掃描指紋型樣的該擷取影像，對於每一亮度值，得到該擷取影像的像素數目；轉換該擷取影像的分析結果為亮度分佈；運算該亮度分佈以得到一特徵值；及將該特徵值與一預先儲存值作比較，當該特徵值與該預先儲存值匹配時則喚醒該裝置。
根據申請專利範圍第1項所述喚醒裝置的方法，其中該指紋型樣受全域掃描。
根據申請專利範圍第1項所述喚醒裝置的方法，其中該指紋型樣受部分掃描。
根據申請專利範圍第1項所述喚醒裝置的方法，其中該亮度分佈包含該指紋型樣的影像直方圖。
根據申請專利範圍第4項所述喚醒裝置的方法，更包含一步驟以決定該指紋型樣的影像直方圖的第一臨界值。
根據申請專利範圍第5項所述喚醒裝置的方法，其中一零型樣的影像直方圖的低邊界值設為該指紋型樣的影像直方圖的第一臨界值。
根據申請專利範圍第5項所述喚醒裝置的方法，更包含一步驟以決定該指紋型樣的影像直方圖的第二臨界值，其小於該第一臨界值。
根據申請專利範圍第7項所述喚醒裝置的方法，其中該第二臨界值與該第一臨界值之間的像素數目進行加總，以得到一特徵和，作為該特徵值。
根據申請專利範圍第1項所述喚醒裝置的方法，於該裝置被喚醒後，更包含一步驟對該指紋型樣執行全域掃描。
一種裝置，包含：一主處理器，控制該裝置的至少一元件；一指紋感測器，相應設於一掃描區域；及一區域控制器，控制該指紋感測器，該主處理器於操作模式時與該區域控制器進行通信，且於休眠模式時與該區域控制器分離；其中於休眠模式，該指紋感測器受控於該區域控制器，掃描一指紋型樣以擷取一影像；分析代表該掃描指紋型樣的該擷取影像，對於每一亮度值，得到該擷取影像的像素數目，該區域控制器再將其轉換為亮度分佈，據以得到一特徵值；當該特徵值與一預先儲存值匹配時，該區域控制器通知該主處理器以喚醒該裝置。
根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其中該指紋感測器受控於該區域控制器以執行全域掃描。
根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其中該指紋感測器受控於該區域控制器以執行部分掃描。
根據申請專利範圍第10項所述之裝置，其中該亮度分佈包含該指紋型樣的影像直方圖。
根據申請專利範圍第13項所述之裝置，其中該區域控制器更決定該指紋型樣的影像直方圖的第一臨界值。
根據申請專利範圍第14項所述之裝置，其中一零型樣的影像直方圖的低邊界值設為該指紋型樣的影像直方圖的第一臨界值。
根據申請專利範圍第14項所述之裝置，其中該區域控制器更決定該指紋型樣的影像直方圖的第二臨界值，其小於該第一臨界值。
根據申請專利範圍第16項所述之裝置，其中該區域控制器對該第二臨界值與該第一臨界值之間的像素數目進行加總，以得到一特徵和，作為該特徵值。
根據申請專利範圍第10項所述之裝置，於該裝置被喚醒後，該主處理器更執行全域掃描，用以對該指紋型樣進行認證。