TWI728394B - 自動搜索顯示螢幕厚度參數的方法、存儲介質及電子設備 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及光學指紋技術領域，特別涉及自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法、存儲介質及電子設備。所述一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，包括步驟：對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區，所述圓形暗區的直徑為D，根據D的值計算螢幕厚度參數。有效利用無透鏡成像的資訊，即時計算螢幕厚度參數，利於後續資料處理。

Description

自動搜索顯示螢幕厚度參數的方法、存儲介質及電子設 備
本發明涉及光學指紋技術領域，特別涉及自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法、存儲介質及電子設備。
隨著資訊科技的發展，生物特徵識別技術在保障資訊安全的方面發揮著越來越重要的作用，其中指紋識別已經成為移動互聯網領域廣泛應用的身份識別、設備解鎖的關鍵技術手段之一。在設備的屏占比越來越大的趨勢下，傳統的電容式指紋識別已經不能滿足需求，而超聲波指紋識別則存在技術成熟度和成本等方面的問題，光學指紋識別是有望成為屏下指紋識別的主流技術方案。
現有的光學指紋識別方案是基於幾何光學透鏡成像原理，所用的指紋模組包含微透鏡陣列、光學空間濾光器等元件，存在結構複雜、模組厚、感測範圍小、成本高等諸多缺點。通過物理光學的全反射成像原理實現無透鏡屏下光學指紋識別，相比于現有的光學指紋方案，具有結構簡單、模組薄、感測範圍大、成本低等優點。但是，結構光照明的無透鏡屏下光學指紋成像的資料處理方法，非常依賴於顯示幕幕的厚度參數，且該參數因用戶增添屏保膜類型的不同而導致很大不確定性，給無透鏡屏下光學指紋識別技術的普及應用造成技術障礙。
為此，需要提供一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，用以解決光學指紋識別中，顯示幕幕厚度參數無法即時獲取的問題。具體技術方案如下： 一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，包括步驟：對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區，所述圓形暗區的直徑為D，根據D的值計算螢幕厚度參數。 進一步的，所述“對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區”，還包括步驟：確定指紋圖像中點光源對應的亮斑位置，以亮斑為圓心逐漸向外掃描，掃描到的平均灰度值剛達到最大值的邊緣視為圓形暗區的圓周。 進一步的，所述“對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區”，還包括步驟：掃描指紋圖像，圈出灰度值低於預設閾值的區域，區域最週邊邊緣視為圓形暗區的圓周。 進一步的，所述“對指紋圖像進行處理”前，還包括步驟：點亮顯示面板的多個分立的點光源區域的圖元點，所述點光源區域呈陣列排列且間隔有不發光圖元點，所述點光源區域包含有多個圖元點；通過光線感測器獲取圖元點經過透光蓋板全反射的光線；所述顯示面板、光線感測器置於所述透光蓋板的下方。 進一步的，所述陣列排列為橫向排列與縱向排列或者所述陣列排列為環狀排列。 進一步的，相鄰兩個點光源的間距滿足光線感測器採集到的點光源全反射圖像不接觸、不重複的條件。 進一步的，所述顯示面板為液晶顯示幕、有源陣列式有機發光二極體顯示幕或微發光二極體顯示幕。 進一步的，所述點光源區域為類圓形。 為解決上述問題，還提供了一種存儲介質，具體技術方案如下： 一種存儲介質，所述存儲介質存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時實現上述所提到的方法的任意步驟。 為解決上述問題，還提供了一種電子設備，具體技術方案如下： 一種電子設備，包括記憶體、處理器，所述記憶體上存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時上述所提到的方法的任意步驟。 本發明的有益效果是：有效利用無透鏡成像的資訊，即時計算螢幕厚度參數，利於後續資料處理。
為詳細說明技術方案的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下結合具體實施例並配合附圖詳予說明。 請參閱圖1至圖7，本實施方式提供一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，該方法應用在一種電子設備上，所述電子設備包括但不限於：個人電腦、伺服器、通用電腦、專用電腦、網路設備、嵌入式設備、可程式設計設備、智慧移動終端、智慧家居設備、穿戴式智慧設備、車載智慧設備等。 需要說明的是，在本實施方式中，待處理的指紋圖像是由特定的屏下圖像成像結構獲取得的。如圖1所示，所述屏下圖像成像結構包括透光蓋板、光源板和光線感測器,所述光源板、光線感測器置於所述透光蓋板的下方。其中，透光蓋板可以是單層板結構或者多層結構，單層結構可以是玻璃蓋板或者有機透光材質蓋板，單層蓋板也可以是具有其他功能的蓋板，如可以是觸控式螢幕。多層結構可以是多層玻璃蓋板或者多層有機透光材質蓋板或者是玻璃蓋板與有機透光材質蓋板的結合。光線感測器用於獲取光線，包括有多個感光單元，可以單獨設置在光源板的下方或者設置在光源板上。設置在光源板下方時，光線可以穿過光源板上光源之間的間隙進入到光線感測器中。設置在光源板上時，感光單元可以設置在光源板的光源間隙中。感測器可以設置在屏下圖像成像結構用於獲取屏下圖像，如可以獲取指紋掌紋等。透光蓋板與光源板需要填充光學膠進行連接以及避免空氣影響光線的反射，光學膠的折射率應該接近透光蓋板的折射率，避免光線在光學膠與透光蓋板間發生全反射。 在本實施方式中，如圖2所示，透光蓋板以玻璃蓋板為例。則在進行指紋獲取的時候，要將手指按壓的玻璃蓋板（Cover glass）上某一點A成像到感測器表面上的B點，根據全反射條件，光源板上的單個發光點O所發射的光線正好滿足需要。 在本實施方式中，點光源間距的設置使得成像之間互相不重疊，即相鄰兩個點光源的間距滿足光線感測器採集到的點光源全反射圖像不接觸、不重複的條件。故在本實施方式中，感測器會在點光源P周圍形成圓形暗區，該圓形暗區不受其它點光源的影響，該暗區中心有一亮斑，從亮斑往外，暗區的平均灰度值是逐漸變大的。在待處理的指紋圖像中，可包含有多個這樣的圓形暗區，卻互不影響。具體單個點光源的暗區形成原理如下： 參閱圖3，在本實施方式中，本發明最核心的技術構思是： 如圖3所示，θc 為點光源P發出的光線在玻璃蓋板上面反射的臨界角，當入射角度小於θc 時，大部分光線以折射的方式透過玻璃蓋板，所以在感測器上探測不到明顯的反射光線，感測器上就會在點光源P周圍形成圓形暗區（暗區中心會因為照明點光源P的光線直接投射到感測器而形成一個亮斑）。暗區外徑用D表示，蓋板玻璃厚度用H表示，根據三角函數公式計算玻璃板厚度：
Figure 02_image001
③ 而全反射臨界角的計算如下： 光線從光密介質射向光疏介質時，折射角大於入射角。若入射角增大到某一角度θc ，使折射角到達90°，折射光就消失。入射角大於θc 時只有反射光，這種現象稱為全反射。相應的入射角θc 叫做全反射臨界角。 光線由折射率n的玻璃到真空(折射率為1)，折射定律為 sin θi = n × sin θt ① 其中θi 和θt 分別為入射角和折射角。當入射角θi 等於臨界角θc 時，折射角θt =90°，帶入①式得sinθc =
Figure 02_image003
,則臨界角為： θc =arcsin
Figure 02_image003
② 故只要知道圓形暗區的直徑D，即可根據D的值即時自動計算螢幕厚度參數。 請參閱圖4，在本實施方式中，一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法的具體實施方式如下： 步驟S401：對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區，所述圓形暗區的直徑為D。 在本實施方式中，優選地，所述“對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區”，還包括步驟：確定指紋圖像中點光源對應的亮斑位置，以亮斑為圓心逐漸向外掃描，掃描到的平均灰度值剛達到最大值的邊緣視為圓形暗區的圓周。可採用如下方式： 對獲取的指紋圖像進行掃描，確定指紋圖像中任意一個點光源對應的亮斑位置（該位置的灰度值遠高於周圍區域的灰度值），確認完後，以任意一個亮斑為圓心，以圓形的形狀逐漸向外掃描，隨著圓形的變大，掃描到的區域的平均灰度值會越來越大，如圖3所示，當到達點光源P剛好全反射射入到感測器板的區域時，掃描到的區域的平均灰度值剛好達到最大值，再往外的平均灰度值與最大值一樣，則將剛好達到最大值時的圓形邊緣視為圓形暗區的圓周，得到圓形暗區的直徑D。 步驟S402：根據D的值計算螢幕厚度參數。根據以上技術構思推導可知：
Figure 02_image005
有效利用無透鏡成像的資訊，即時計算螢幕厚度參數，利於後續資料處理。 在其它實施方式中，所述“對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區”，還包括步驟：掃描指紋圖像，圈出灰度值低於預設閾值的區域，區域最週邊邊緣視為圓形暗區的圓周。可採用如下方式：預設一閾值，該閾值對應的是點光源剛好發生全反射時射入到感測器面板上的點對應的灰度值大小。則當光源P的入射角小於臨界角時，其反射到感測器上的光最後對應的圖像部分的灰度值小於預設閾值。則圈出灰度值低於預設閾值的區域，會圈出圓形暗區，則將單個區域週邊的邊緣則視為圓形暗區的圓周。因為獲取到的指紋圖像會隨著點光源個數的不同，形成數量不同的圓形暗區，故根據該方法可圈出多個圓形暗區，選擇其中任意一個區域週邊的邊緣視為圓形暗區的圓周即可。 請參閱圖5，實際情況中，如果O點附近另有一個發光點O＇，玻璃蓋板上的A點將在感測器表面上有兩個成像點B和B＇，這樣就會產生模糊的圖像。為確保得到清晰可用的指紋圖像，在本實施方式是利用將多個的圖元點合併在一起，形成一個總體亮度滿足成像要求的合成點光源。同時通過多個分立的點光源並行照亮手指，才能滿足快速屏下圖像成像的要求。具體步驟如下： 點亮顯示面板的多個分立的點光源區域的圖元點，所述點光源區域呈陣列排列且間隔有不發光圖元點，所述點光源區域包含有多個圖元點；通過光線感測器獲取圖元點經過透光蓋板全反射的光線；所述顯示面板、光線感測器置於所述透光蓋板的下方。本實施方式中，多個分立的點光源區域可以對透光蓋板上多個區域進行照亮，而後經過透光蓋板的上表面全反射後的光線可以被光線感測器獲取到，這樣可以獲取到多個區域的圖像，提高了圖像獲取效率。同時點光源區域包含有多個圖元點，滿足成像的照明亮度要求，可以實現對透光蓋板上圖像的採集。確保採集後的指紋圖像的可用性。 本實施方式中的點光源的陣列排列有多種排列方式，優選的為均勻排列，即點光源兩兩之間的距離都相等，這樣每個點光源反射後的圖像都相同，方便後續的影像處理。排列的具體形式可以為橫向排列與縱向排列或者所述陣列排列為環狀排列。橫向排列即多個點光源構成多個平行的橫排和多個平行的縱排。如圖6所示，其中白色點即為點光源，優選地，橫排與縱排之間互相垂直，當然在某些實施方式中可以有一定夾角（如60。 等）。環狀排列可以是點光源處在以螢幕中心為圓心的半徑依次增大的圓形上。 點光源的間距決定于成像品質，為了避免成像之間的重疊，相鄰兩個點光源的間距滿足光線感測器採集到的點光源全反射圖像不接觸、不重複的條件。優選地，點光源的間距可以是在相鄰兩個點光源的全反射圖像不接觸、不重複的條件下取最小值。這個最小值可以通過人工多次試驗獲取，如在不同的點光源的間距下獲取點光源全反射圖像，而後查看到反射圖像滿足不接觸、不重複的條件中點光源間距的最小值。而後這個最小值可以預先設置在運行本方法的記憶體上。點光源的間距在實際中會受到光源與蓋板的間距影響，兩者的間距成正比關係，在實際應用中，一個產品的螢幕硬體參數一般不會改變，對於這些特定的螢幕，採用人工多次試驗獲取的方式更為直接和方便。 正如上文所述，本發明將多個圖元點合併在一起，形成一個總體亮度滿足成像要求的合成點光源。同時，點光源的外形也會影響成像品質，優選地，所述點光源區域為類圓形。由於實際上，每個圖元都是方形，多個圖元的組合沒辦法形成一個標準的圓形，只能是接近圓形的類圓形。類圓形的圖元點確定可以以某個圖元點為中心畫圓，圓內的圖元點可以全部作為類圓形的圖元點，圓周上的圖元點可以設定一個預設面積占比值，如果圓周圖元點在圓內的面積占圖元點總面積的比大於預設面積占比值，則將該圖元點作為點光源類圓形的圖元點。圓的大小決定了點光源的光線強度以及光線感測器是否能夠獲取到較高品質的圖像，圓太小，則點光源區域太小，就會產生光線不足，圓太大，點光源區域太大，又會影響成像品質。不同的顯示面板同樣也會有不同的光源強度，則不同的顯示面板的點光源區域大小也會不同。對於某一種特定的圖像成像獲取結構，點光源區域大小同樣可以採用人工多次試驗的方式獲取，點光源區域大小可以由小到大依次點亮，而後光線感測器獲取到圖像資料後，人工篩選出滿足成像品質的最小點光源區域。 在現有的顯示面板下，優選的實際點光源的尺寸和形狀如附圖7所示（每一網格代表一個圖元，光源位置以白色顯示），中間為7pixel * 7pixel的矩形，矩形每一邊中間有三個pixel的突出，可以實現較好的成像品質。 優選的光源的顏色為綠色、紅色或這兩種顏色之間與其他顏色的任意顏色的組合，這樣的顏色可以避免外界光線的干擾。 顯示面板不僅可以作為光源進行發光，還可以作為顯示圖像。顯示面板包括液晶顯示幕(LCD)、有源陣列式有機發光二極體(AMOLED)顯示幕或微發光二極體(micro-LED)顯示幕，這些都是以薄膜電晶管(TFT)結構掃描並驅動單一圖元，可以實現對圖元點的單一驅動，即可以實現點光源的驅動和陣列顯示，同時光線可以透過圖元點的間隙後進入到光線感測器中。 本實施方式中的點光源陣列結構可以由多種生成方式，如可以採用繪圖軟體實現繪製後，再由顯示面板進行顯示，但由於點陣的精度要求高，且點的數量較多，此方法繪製效率低下。或者可以採用如下方式：在點亮圖元點前還包括步驟，對與顯示面板解析度相同的矩陣進行賦值，將點光源區域賦值為非零值，其他區域賦值為零，將賦值後的矩陣作為RGB資訊生成顯示圖像；發送顯示圖像到顯示面板。而後再執行步驟：點亮顯示面板的多個分立的點光源區域的圖元點，所述點光源區域呈陣列排列且間隔有不發光圖元點，所述點光源區域包含有多個圖元點；通過光線感測器獲取圖元點經過透光蓋板全反射的光線；所述顯示面板、光線感測器置於所述透光蓋板的下方。 本實施方式以有源陣列式有機發光二極體(AMOLED)顯示幕（1920×1080圖元）為例，說明點光源陣列結構生成方式。以此參數使用程式設計語言設計光源拓撲結構，使用程式設計語言設計光源拓撲結構的過程實際就是對一個1920*1080的矩陣（行數1920、列數1080，資料全為0的矩陣）進行賦值，將需要點亮的位置賦值為非零數（如255），否則賦值為0，然後將此矩陣作為8 bit圖像的RGB資訊（在8bit 圖像的RGB資訊裡，資料0代表黑色，資料255代表滿飽和度顏色）生成新的圖像。生成的點光源陣列結構如附圖5所示，白色為點光源區域，白色僅為圖示說明，實際可以為綠色或者紅色。通過以上步驟，可以高效地生成所需要的點光源陣列結構，從而可以實現快速的點光源驅動。 雖然有多個圖元點形成一個點光源，同時照明指紋，單次成像還是無法對全指紋實施無縫掃描。採用多個點光源陣列，彼此互補，可以實現全指紋的掃描，但是各個點光源陣列照明得到的指紋圖像還是有部分指紋圖像缺失。為了獲取到完整的指紋圖像，本發明使用時分複用技術，實現指紋全覆蓋。具體地，間隔預設時間後，對全部點光源區域進行相同的位置偏移；再次重複點亮圖元點步驟和光線獲取步驟，直到獲取到滿足完整指紋拼接要求的指紋圖像，而後對這些指紋圖像進行去噪、拼接，就可以獲取到完整的指紋圖像。通過上述獲得的指紋圖像，確保了後續螢幕厚度參數計算的準確性。 請參閱圖8，在本實施方式中，一種存儲介質800的實施方式如下： 本實施方式的存儲介質800可以是設置在電子設備中的存儲介質800，電子設備可以讀取存儲介質800的內容並實現本發明的效果。存儲介質800還可以是單獨的存儲介質800，將該存儲介質800與電子設備連接，電子設備就可以讀取存儲介質800裡的內容並實現本發明的方法步驟。 所述存儲介質800，包括但不限於：RAM、ROM、磁碟、磁帶、光碟、快閃記憶體、U盤、移動硬碟、存儲卡、記憶棒、網路服務器存儲、網路雲存儲等。 所述存儲介質800存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時，實現如上述任意一項所述方法的步驟。 請參閱圖9，在本實施方式中，一種電子設備900的具體實施方式如下： 所述電子設備900包括但不限於：個人電腦、伺服器、通用電腦、專用電腦、網路設備、嵌入式設備、可程式設計設備、智慧移動終端、智慧家居設備、穿戴式智慧設備、車載智慧設備等。 所述電子設備900，包括記憶體901、處理器902，所述記憶體901上存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器902執行時實現如上述任意一項所述方法的步驟。 需要說明的是，儘管在本文中已經對上述各實施例進行了描述，但並非因此限制本發明的專利保護範圍。因此，基於本發明的創新理念，對本文所述實施例進行的變更和修改，或利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，直接或間接地將以上技術方案運用在其他相關的技術領域，均包括在本發明的專利保護範圍之內。
800:存儲介質 900:電子設備 901:記憶體 902:處理器
圖1所繪示為利用全反射成像原理實現無透鏡屏下光學指紋成像的示意圖 圖2所繪示為利用全反射成像原理實現無透鏡屏下光學指紋成像的示意圖 圖3所繪示為圓形暗區形成原理的示意圖 圖4所繪示為一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法的流程圖 圖5所繪示為產生模糊圖像的示意圖 圖6所繪示為顯示面板的多個分立的點光源區域的陣列示意圖 圖7所繪示為一種實施例的點光源包含的圖元點的分佈圖 圖8所繪示為一種存儲介質的模組示意圖 圖9所繪示為一種電子設備的模組示意圖
S401~S402:流程圖步驟

Claims (10)

  1. 一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，其特徵在於，包括步驟： 對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區，所述圓形暗區的直徑為D，根據D的值計算螢幕厚度參數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，其特徵在於， 所述“對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區”，還包括步驟： 確定指紋圖像中點光源對應的亮斑位置，以亮斑為圓心逐漸向外掃描，掃描到的平均灰度值剛達到最大值的邊緣視為圓形暗區的圓周。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，其特徵在於， 所述“對指紋圖像進行處理，確定任一點光源對應的圓形暗區”，還包括步驟： 掃描指紋圖像，圈出灰度值低於預設閾值的區域，區域最週邊邊緣視為圓形暗區的圓周。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，其特徵在於， 所述“對指紋圖像進行處理”前，還包括步驟： 點亮顯示面板的多個分立的點光源區域的圖元點，所述點光源區域呈陣列排列且間隔有不發光圖元點，所述點光源區域包含有多個圖元點； 通過光線感測器獲取圖元點經過透光蓋板全反射的光線；所述顯示面板、光線感測器置於所述透光蓋板的下方。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，其特徵在於， 所述陣列排列為橫向排列與縱向排列或者所述陣列排列為環狀排列。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，其特徵在於： 相鄰兩個點光源的間距滿足光線感測器採集到的點光源全反射圖像不接觸、不重複的條件。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，其特徵在於： 所述顯示面板為液晶顯示幕、有源陣列式有機發光二極體顯示幕或微發光二極體顯示幕。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之一種自動搜索顯示幕幕厚度參數的方法，其特徵在於： 所述點光源區域為類圓形。
  9. 一種存儲介質，其特徵在於：所述存儲介質存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時實現如權利要求1到8任意一項所述方法的步驟。
  10. 一種電子設備，其特徵在於：包括記憶體、處理器，所述記憶體上存儲有電腦程式，所述電腦程式被處理器執行時實現如權利要求1到8任意一項所述方法的步驟。
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