TWI693553B

TWI693553B - 指紋感測裝置以及指紋感測方法

Info

Publication number: TWI693553B
Application number: TW107145584A
Authority: TW
Inventors: 王佳祥
Original assignee: 廣州印芯半導體技術有限公司
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-05-11
Also published as: TW202024987A

Abstract

本發明提出一種指紋感測裝置以及指紋感測方法。指紋感測裝置包括指紋感測器、處理器以及多個光準直器。指紋感測器包括多個影像感測器。這些影像感測器透過這些光準直器感測手指物件，以取得手指物件的一第一指紋影像。第一指紋影像包括多個影像區域。處理器執行以下操作：決定這些第一影像參數各別包括多個第二影像參數；分析第一指紋影像的這些第一影像參數，以判斷第一指紋影像的平坦區；依據平坦區，來決定這些第二影像參數的參數關係；執行參數運算，以取得這些第二影像參數的數值；以及依據這些第二影像參數的數值來產生第二指紋影像。

Description

指紋感測裝置以及指紋感測方法

本發明是有關於一種感測技術，且特別是有關於一種指紋感測方法以及指紋感測裝置。

隨著指紋感測技術的演進，屏下指紋感測是目前指紋感測技術重要的發展方向之一。屏下指紋感測可採用光學式的指紋感測架構或超聲波式的指紋感測架構，其中光學式的指紋感測架構目前較被廣泛應用在各式電子產品中。一般而言，光學式的指紋感測架構可包括由面板、光發射源、光準直器以及光電感測器所組成，以藉由光發射源提供照明光至按壓在面板上的手指物件，再經由面板以及手指物件反射具有指紋資訊的影像光，並且經由光準直器傳遞至光電感測器。然而，一般的光學式的指紋感測架構的光準直器雖然可將對應的指紋影像區域的光線匯集至光感測器，但同時會收集到周圍不需要的指紋影像區域的光線，導致光電感測器取得的指紋影像模糊。因此，如何可有效降低經由光準直器取得指紋影像時所產生的光串擾（crosstalk）問題是目前本領域重要的課題之一，而以下將提出幾個實施例的解決方案。

本發明提供一種指紋感測裝置以及指紋感測方法，可有效地取得具有良好影像品質的指紋影像。

本發明的一種指紋感測裝置包括指紋感測器、多個光準直器以及處理器。指紋感測器包括多個影像感測器。多個光準直器分別配置在所述多個影像感測器上方。所述多個影像感測器透過所述多個光準直器來感測手指物件，以取得手指物件的第一指紋影像。第一指紋影像包括多個影像區域。處理器耦接指紋感測器，以取得第一指紋影像的所述多個影像區域的多個第一影像參數，並且執行以下操作：依據所述多個第一影像參數決定多個第二影像參數；分析第一指紋影像的所述多個第一影像參數，以判斷第一指紋影像的至少一平坦區；依據所述至少一平坦區，來決定所述多個第二影像參數的至少一部份的參數關係；依據所述多個第一影像參數、所述多個第二影像參數以及參數關係執行參數運算，以取得所述多個第二影像參數的數值；以及依據所述多個第二影像參數的數值來產生第二指紋影像。

在本發明的一實施例中，上述的處理器依據所述多個影像感測器各別對應的取樣區域數量來決定所述多個第二影像參數的數量。

在本發明的一實施例中，上述的處理器將第一指紋影像中彼此相鄰的所述多個影像區域中所對應的所述多個第一影像參數相減或取斜率變化，以判斷所述多個影像區域的至少一部分為所述至少一平坦區。

在本發明的一實施例中，上述的處理器決定所述至少一平坦區的所述多個影像區域的至少一部分所對應的所述多個第二影像參數的數值相等關係。

在本發明的一實施例中，上述的處理器依據所述多個第一影像參數以及所述多個第二影像參數建立多個參數方程式。

在本發明的一實施例中，上述的處理器依據參數關係對所述多個參數方程式執行解聯立運算，以取得所述多個第二影像參數的數值。

本發明的一種指紋感測方法包括以下步驟：藉由指紋感測器的多個影像感測器透過多個光準直器來感測手指物件，以取得手指物件的第一指紋影像，其中第一指紋影像包括多個影像區域；藉由處理器取得第一指紋影像的所述多個影像區域的多個第一影像參數，並且依據所述多個第一影像參數決定多個第二影像參數；藉由處理器分析第一指紋影像的所述多個第一影像參數，以判斷第一指紋影像的至少一平坦區；藉由處理器依據所述至少一平坦區，來決定所述多個第二影像參數的至少一部份的參數關係；藉由處理器依據所述多個第一影像參數、所述多個第二影像參數以及參數關係執行參數運算，以取得所述多個第二影像參數的數值；以及藉由處理器依據所述多個第二影像參數的數值來產生第二指紋影像。

在本發明的一實施例中，上述的藉由處理器決定所述多個第一影像參數各別包括所述多個第二影像參數的步驟包括：藉由處理器依據所述多個影像感測器各別對應的取樣區域數量來決定所述多個第二影像參數的數量。

在本發明的一實施例中，上述的藉由處理器分析第一指紋影像的所述多個第一影像參數，以判斷第一指紋影像的至少一平坦區的步驟包括：藉由處理器將第一指紋影像中彼此相鄰的所述多個影像區域中所對應的所述多個第一影像參數相減或取斜率變化，以判斷所述多個影像區域的至少一部分為至少一平坦區。

在本發明的一實施例中，上述的藉由處理器依據所述至少一平坦區，來決定所述多個第二影像參數的所述至少一部份的參數關係的步驟包括：藉由處理器決定所述至少一平坦區的所述多個影像區域的至少一部分所對應的所述多個第二影像參數的數值相等關係。

在本發明的一實施例中，上述的藉由處理器決定該些第一影像參數各別包括所述多個第二影像參數的步驟包括：藉由處理器依據所述多個第一影像參數以及所述多個第二影像參數建立多個參數方程式。

在本發明的一實施例中，上述的藉由處理器依據所述多個第一影像參數、所述多個第二影像參數以及參數關係執行參數運算，以取得所述多個第二影像參數的數值的步驟包括：藉由處理器依據參數關係對所述多個參數方程式執行解聯立運算，以取得所述多個第二影像參數的數值。

基於上述，本發明的指紋感測裝置以及指紋感測方法，可經由分析藉由指紋感測器取得的第一指紋影像，以判斷第一指紋影像中的多個平坦區，並且可進一步執行參數運算，以取得具有較低或無光串擾的第二指紋影像。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。

圖1是依照本發明的一實施例的指紋感測裝置的功能電路圖。圖2是依照本發明圖1實施例的指紋感測裝置的結構示意圖。參考圖1以及圖2，指紋感測裝置100包括處理器110以及指紋感測器120。處理器110耦接指紋感測器120。在本實施例中，指紋感測器120包括多個影像感測器120_1~120_N，其中N為大於0的正整數。這些影像感測器120_1~120_N可為陣列的方式排列在由第一方向P1以及第二方向P2所形成的平面上，以朝第三方向P3進行感測。第一方向P1、第二方向P2以及第三方向P3相互垂直。在本實施例中，指紋感測裝置100更包括多個光準直器（collimator）130_1~130_N。這些光準直器130_1~130_N一對一地配置在這些影像感測器120_1~120_N之上，以使這些影像感測器120_1~120_N經由這些光準直器130_1~130_N取得手指物件B的第一指紋影像的多個影像區域的多個第一影像參數。

在本實施例中，指紋感測裝置100可整合至行動電話（Mobile phone）、平板電腦（Tablet）、筆記型電腦（Notebook）、桌上型電腦（Desktop）或各種攜帶式電子裝置等之中，諸如此類可提供指紋辨識功能的電子產品，本發明並不加以限制。在本實施例中，處理器110可為中央處理單元（Central Processing Unit, CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor, DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits, ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device, PLD）、其他類似處理器或這些處理器電路的組合。處理器110可對指紋感測器120提供的指紋圖框（Fingerprint frame）或指紋影像（Fingerprint image）進行影像處理、分析以及資料運算。

在本實施例中，指紋感測器120可為包括陣列排列的多個影像感測器，其中這些影像感測器例如是電荷耦合元件（Charge Coupled Device, CCD）或互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS）影像感測器（CMOS Image Sensor, CIS），本發明並不加以限制。此外，本實施例的指紋感測裝置100可更包括記憶體（Memory）。所述記憶體可用於儲存指紋感測器120所擷取的圖框以及影像，並且儲存可用於實現本發明各實施例所述的指紋辨識方法的相關影像處理程式，以供處理器110讀取並執行之。

以圖2的影像感測器120_3為例，當使用者將手指物件B放置或按壓在面板（圖未示）上時，影像感測器120_3可經由對應的光準直器130_3取得手指物件B的多個區域R1、R2、R2’的影像資訊，以輸出對應的第一影像參數。換言之，這些影像感測器120_1~120_N將透過這些光準直器130_1~130_N取得這些第一影像參數，並且處理器110可將這些第一影像參數整合為手指物件B的第一指紋影像。這些第一影像參數可對應於第一指紋影像的多個影像區域。此外，上述的面板可設置於手指物件B與這些光準直器130_1~130_N之間。上述的面板可例如是有機發光二極體面板（Organic Light-Emitting Diode, OLED）或迷你發光二極體（Mini LED）面板等諸如此類的面板，而本發明並不限於此。另外，本發明的影像感測器以及光準值器的數量不限於圖2所示。圖2的這些影像感測器120_1~120_N以及這些光準直器130_1~130_N僅用於表示在感測器陣列以及光準直器陣列當中的一行或一列的數量。

然而，以一維的感測區域的光串擾（crosstalk）情形來看（沿著第一方向P1的多個區域R1、R2、R2’），對於影像感測器120_3來說，由於影像感測器120_3取得的第一影像參數（其參數例如為A3）包括區域R1、R2、R2’的影像資訊（其參數關係例如為a2+a3+a4＝A3），其中區域R1為影像感測器120_3的感測目標區域，而區域R2、R2’為非感測目標區域的周圍區域。因此，為了濾除掉影像感測器120_3所取得的第一影像參數當中屬於區域R2、R2’的光串擾的部分參數（其參數例如為a2、a4），處理器110將對這些影像感測器120_1~120_N取得的這些第一影像參數執行運算，以取得無串擾的第二影像參數（其參數例如為a3）。

舉例而言，以一維的感測區域的光串擾情形來看（沿著第一方向P1排列的多個區域），影像感測器120_2~120_6可分別取得5個第一影像參數A2~A6。首先，處理器110依據這些影像感測器120_2~120_6各別對應所涵蓋的取像區域來決定多個第二影像參數的數量，例如7個第二影像參數a1~a7。因此，處理器110可建立如以下方程式（1）~（5）。

…………（1）

…………（2）

…………（3）

…………（4）

…………（5）

接著，處理器110分析第一指紋影像的這些第一影像參數A2~A6，以判斷第一指紋影像的至少一平坦區。由於指紋特徵有平坦區的特性，因此處理器110可將第一指紋影像中彼此相鄰的這些影像區域中所對應的這些第一影像參數相減或取斜率變化，以判斷這些影像區域的至少一部分為至少一平坦區。在此例中，由於方程式的數量為5個，且未知的第二影像參數a1~a7的數量為7個，因此處理器110可決定2個平坦區。對此，以第二影像參數a1、a2所對應的影像區域為平坦區，以及第二影像參數a6、a7所對應的影像區域為平坦區為例，處理器110可建立以下方程式（6）、（7）。

…………（6）

…………（7）

在此例中，處理器110可依據上述方程式（1）~（7）來進行解聯立運算，以取得以下方程式（8）~（12）。並且，在以下方程式（8）~（12）中，這些第一影像參數A2~A6為已知參數，因此處理器110可計算並取得這些第二影像參數a2~a6。並且，基於上述方程式（6）、（7），處理器110可取得全部的第二影像參數a1~a7。因此，處理器110依據取得的這些第二影像參數a1~a7來產生無光串擾的第二指紋影像。

…………（8）

…………（9）

…………（10）

…………（11）

…………（12）

須說明的是，本發明的處理器110所計算的第一影像參數、第二影像參數以及方程式的數量不限於上述範例。本發明的指紋感測裝置及方法也可基於二維的感測區域的光串擾，而計算更多的第一影像參數、第二影像參數以及方程式。對此，再舉例而言，以二維的感測區域的光串擾情形來看（沿著第一方向P1以及第二方向P2排列的多個感測區域）影像感測器120_2取得的第一影像參數A2’可定義為由對應的九宮格影像區域的9個第二影像參數相加的結果（A2’=a1’+a2’+a3’+a4’+a5’+a6’+a7’+a8’+a9’）。以此類推，處理器110可先透過建立多個方程式，並且藉由平坦區的分析來進一步取得第二影像參數的一部分的參數關係。接著，處理器110可對上述方程式以及參數關係進行解聯立運算，以取得這些第二影像參數的數值，並且產生無光串擾的第二指紋影像。

圖3是依照本發明的一實施例的指紋感測方法的步驟流程圖。參考圖1、圖2以及圖3，本實施利的指紋感測方法可適用於圖1以及圖2的指紋感測裝置100。指紋感測裝置100可執行以下步驟S310~S360。在步驟S310中，指紋感測器120的多個影像感測器120_1~120_N透過多個光準直器130_1~130_N感測手指物件，以取得手指物件B的第一指紋影像，其中第一指紋影像包括多個影像區域。在步驟S320中，處理器110取得第一指紋影像的這些影像區域的多個第一影像參數，並且依據這些第一影像參數決定多個第二影像參數。在步驟S330中，處理器110分析第一指紋影像的這些第一影像參數，以判斷第一指紋影像的至少一平坦區。在步驟S340中，藉由處理器110依據至少一平坦區，來決定這些第二影像參數的至少一部份的參數關係。在步驟S350中，處理器110依據這些第一影像參數、這些第二影像參數以及參數關係執行參數運算，以取得這些第二影像參數的數值。在步驟S360中，處理器110依據這些第二影像參數的數值來產生第二指紋影像。因此，本實施例的指紋感測裝置100可有效取得較低或無光串擾的第二指紋影像。

另外，關於本實施例的指紋感測裝置100的相關內部元件特徵、相關技術內容以及實施方式可參照上述圖1以及圖2實施例的說明而獲致足夠的教示、建議以及實施說明，在此不再贅述。

綜上所述，本發明的指紋感測裝置以及指紋感測方法，可經由分析藉由指紋感測器取得的第一指紋影像，並且依據第一指紋影像中的多個第一影像參數來定義多個第二影像參數的數量，並且判斷這些第一影像參數的至少其中之一為對應於平坦區，以取得這些第二影像參數的一參數關係。因此，本發明的指紋感測裝置以及指紋感測方法可依據上述各參數以及參數關係來進一步執行參數運算，並且可取得具有較低或無光串擾的第二指紋影像。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:指紋感測裝置

110:處理器

120:指紋感測器

120_1~120_N:影像感測器

130_1~130_N:光準直器

B:手指物件

P1、P2、P3:方向

R1、R2、R2’:區域

S310~S360:步驟

圖1是依照本發明的一實施例的指紋感測裝置的功能電路圖。圖2是依照本發明圖1實施例的指紋感測裝置的結構示意圖。圖3是依照本發明的一實施例的指紋感測方法的步驟流程圖。

100:指紋感測裝置

110:處理器

120:指紋感測器

Claims

一種指紋感測裝置，包括：一指紋感測器，包括多個影像感測器；以及多個光準直器，分別配置在該些影像感測器上方，其中該些影像感測器透過該些光準直器來感測一手指物件，以取得該手指物件的一第一指紋影像；以及一處理器，耦接該指紋感測器，並且執行以下操作：使用該第一指紋影像來產生相關於該第一指紋影像的多個第一影像參數與多個第二影像參數，其中該些第一影像參數不同於該些第二影像參數；依據該些第一影像參數決定該些第二影像參數的數量；分析該第一指紋影像的該些第一影像參數，以判斷該第一指紋影像的至少一平坦區，其中該第一指紋影像為感測該手指物件所取得的原始指紋影像，且該些第一影像參數對應於該第一指紋影像的多個影像區域；依據該至少一平坦區，來決定該些第二影像參數的至少一部份的一參數關係；依據該些第一影像參數、該些第二影像參數以及該參數關係執行一參數運算，以取得該些第二影像參數的數值；以及依據該些第二影像參數的數值來產生一第二指紋影像。
如申請專利範圍第1項所述的指紋感測裝置，其中該處理器依據該些影像感測器各別對應的取樣區域數量來決定該些第二影像參數的數量。
如申請專利範圍第1項所述的指紋感測裝置，其中該處理器將該第一指紋影像中彼此相鄰的該些影像區域中所對應的該些第一影像參數相減或取一斜率變化，以判斷該些影像區域的至少一部分為該至少一平坦區。
如申請專利範圍第3項所述的指紋感測裝置，其中該處理器決定該至少一平坦區的該些影像區域的至少一部分所對應的該些第二影像參數的數值相等關係。
如申請專利範圍第1項所述的指紋感測裝置，其中該處理器依據該些第一影像參數以及該些第二影像參數建立多個參數方程式。
如申請專利範圍第5項所述的指紋感測裝置，其中該處理器依據該參數關係對該些參數方程式執行一解聯立運算，以取得該些第二影像參數的數值。
一種指紋感測方法，包括：藉由一指紋感測器的多個影像感測器透過多個光準直器來感測一手指物件，以取得該手指物件的一第一指紋影像；藉由一處理器使用該第一指紋影像來產生相關於該第一指紋影像的多個第一影像參數與多個第二影像參數，其中該些第一影像參數不同於該些第二影像參數；藉由該處理器依據該些第一影像參數決定該些第二影像參數的數量；藉由該處理器分析該第一指紋影像的該些第一影像參數，以判斷該第一指紋影像的至少一平坦區，其中該第一指紋影像為感測該手指物件所取得的原始指紋影像，且該些第一影像參數對應於該第一指紋影像的多個影像區域；藉由該處理器依據該至少一平坦區，來決定該些第二影像參數的至少一部份的一參數關係；藉由該處理器依據該些第一影像參數、該些第二影像參數以及該參數關係執行一參數運算，以取得該些第二影像參數的數值；以及藉由該處理器依據該些第二影像參數的數值來產生一第二指紋影像。
如申請專利範圍第7項所述的指紋感測方法，其中藉由該處理器依據該些第一影像參數決定該些第二影像參數的數量的步驟包括：藉由該處理器依據該些影像感測器各別對應的取樣區域數量來決定該些第二影像參數的數量。
如申請專利範圍第7項所述的指紋感測方法，其中藉由該處理器分析該第一指紋影像的該些第一影像參數，以判斷該第一指紋影像的該至少一平坦區的步驟包括：藉由該處理器將該第一指紋影像中彼此相鄰的該些影像區域中所對應的該些第一影像參數相減或取一斜率變化，以判斷該些影像區域的至少一部分為該至少一平坦區。
如申請專利範圍第9項所述的指紋感測方法，其中藉由該處理器依據該至少一平坦區，來決定該些第二影像參數的該至少一部份的該參數關係的步驟包括：藉由該處理器決定該至少一平坦區的該些影像區域的至少一部分所對應的該些第二影像參數的數值相等關係。
如申請專利範圍第7項所述的指紋感測方法，其中藉由該處理器依據該些第一影像參數決定該些第二影像參數的數量的步驟包括：藉由該處理器依據該些第一影像參數以及該些第二影像參數建立多個參數方程式。
如申請專利範圍第11項所述的指紋感測方法，其中藉由該處理器依據該些第一影像參數、該些第二影像參數以及該參數關係執行該參數運算，以取得該些第二影像參數的數值的步驟包括：藉由該處理器依據該參數關係對該些參數方程式執行一解聯立運算，以取得該些第二影像參數的數值。