TWI785335B - 指紋採集處理方法及利用其之指紋採集處理系統和資訊處理裝置 - Google Patents

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一種指紋採集處理方法,適用於一可撓性光學指紋採集面板且係利用一控制電路實現,該指紋採集處理方法包括:利用該可撓性光學指紋採集面板得到一手指的一中心紋路以及一周邊紋路;該控制電路統計包括該中心紋路以及該周邊紋路的一原始圖像的一原始灰階範圍;以及該控制電路依該原始灰階範圍及一第一灰階範圍對該原始圖像進行一直方圖拉伸整運算以得到具有該第一灰階範圍的一第一圖像,其中該第一灰階範圍大於該原始灰階範圍。

Description

指紋採集處理方法及利用其之指紋採集處理系統和資訊處理裝置
本發明係關於一種指紋採集處理方法,尤指一種可獲得大面積指紋及手指汗孔紋路的指紋採集處理方法及利用其之指紋採集處理系統和資訊處理裝置。
指紋識別是一種被廣泛利用於攜帶型電腦或智慧型手機上的技術。一般而言,如圖1及圖2所示,當使用者透過手指2按壓市面上的光學指紋採集面板3時,將會留下一中心紋路21,之後再將留下的中心紋路21做進一步地處理以得到更多的指紋資訊。然而,上述的方法僅能識別指紋中心紋路中的小部份區域,若需要採集更多有效資訊則需要使用者多次按壓觸摸才能達成。除此之外,傳統的光學指紋採集面板3為剛性材質,不僅識別精確率較低,當按壓的力道較強時,光學指紋採集面板3還有可能意外破裂而造成使用者的手指被劃傷。
為解決上述問題,本領域亟需一種新穎的指紋採集處理方案。
本發明之一目的在於揭露一種指紋採集處理方法,其可藉由一可撓光學指紋採集面板獲取大面積的指紋圖像並避免對使用者的手指造成傷害,且透過對該指紋圖像進行兩個接續的直方圖拉伸運算可獲得清晰的手指中心與周邊的紋路以及清晰的手指汗孔的高解析影像。
本發明之另一目的在於揭露一種利用上述指紋採集處理方法的指紋採集處理系統,其可藉由一可撓光學指紋採集面板獲取大面積的指紋圖像並避免對使用者的手指造成傷害,且透過對該指紋圖像進行兩個接續的直方圖拉伸運算可獲得清晰的手指中心與周邊的紋路以及清晰的手指汗孔的高解析影像。
本發明之又一目的在於揭露一種資訊處理裝置,其可藉由一可撓光學指紋採集面板獲取大面積的指紋圖像並避免對使用者的手指造成傷害,且透過對該指紋圖像進行兩個接續的直方圖拉伸運算可獲得清晰的手指中心與周邊的紋路以及清晰的手指汗孔的高解析影像。
為達上述目的,一種指紋採集方法乃被提出,其適用於一可撓性光學指紋採集面板且係利用一控制電路實現,該指紋採集處理方法包括:
利用該可撓性光學指紋採集面板得到一手指的一中心紋路以及一周邊紋路; 該控制電路統計包括該中心紋路以及該周邊紋路的一原始圖像的一原始灰階範圍;以及
該控制電路依該原始灰階範圍及一第一灰階範圍對該原始圖像進行一直方圖拉伸運算以得到具有該第一灰階範圍的一第一圖像,其中該第一灰階範圍大於該原始灰階範圍。
在一實施例中,所述的指紋採集處理方法還包括:
該控制電路依該第一灰階範圍的一中間範圍自該原始圖像獲得一中間圖像,並依該中間範圍及一第二灰階範圍對該中間圖像進行所述的直方圖拉伸運算以得到具有該第二灰階範圍的一第二圖像,該第二灰階範圍大於該中間範圍且小於或等於該第一灰階範圍。
在一實施例中,該中間範圍係該第一灰階範圍的40% ~ 70%。
在一實施例中,該可撓性光學指紋採集面板包括一感測器,且該感測器的像素間距小於90微米。
為達上述目的,本發明進一步提出一種指紋採集處理系統,其具有如前述的可撓性光學指紋採集面板及控制電路。
在一實施例中,該控制電路包括一信號放大電路以及一現場可程式化邏輯閘陣列,該信號放大電路自該可撓性光學指紋採集面板接收一感測信號後,將該感測信號放大並傳遞至該現場可程式化邏輯閘陣列進行演算處理。
在一實施例中,該控制電路還包括一類比數位轉換器,該類比數位轉換器連接於該信號放大電路以及該現場可程式化邏輯閘陣列之間。
在一實施例中,該控制電路還包括一信號傳輸介面以連接該類比數位轉換器及該現場可程式化邏輯閘陣列,且該信號傳輸介面可為低電壓差分信號傳輸埠、序列周邊介面埠或並列埠。
為達上述目的,本發明進一步提出一種資訊處理裝置,其具有一中央處理單元及如前述的指紋採集處理系統,其中,該中央處理單元係用以與該控制電路通信。
在可能的實施例中,所述的資訊處理裝置可為智能手機、平板電腦、筆記型電腦、智能手錶或門禁裝置。
本發明的原理在於:
1.採用可撓性光學指紋採集面板以避免對使用者的手指造成傷害;
2.可撓性光學指紋採集面板可與手指有更大的接觸面積以獲取更多的手指信息,其包括手指的中心與周邊的紋路以及手指的汗孔影像,以利進行影像處理;以及
3.通過對採集到的原始圖像先進行一第一直方圖拉伸運算以得到放大原始圖像的灰階對比的一第一圖像,然後再對該第一圖像進行一第二直方圖拉伸運算以得到適度修正該第一圖像的灰階對比的一第二圖像,從而獲得清晰的手指中心與周邊的紋路以及清晰的手指汗孔的高解析影像。
請一併參考圖3及圖4,其中,圖3繪示本發明之指紋採集處理方法的一實施例的流程圖;圖4繪示本發明之指紋採集處理方法適用的一資訊處理裝置的架構圖。如圖4所示,一資訊處理裝置100包括一指紋採集處理系統110及一資訊處理單元120,其中指紋採集處理系統110包括一可撓性光學指紋採集面板111以及一控制電路,其中資訊處理單元120包括一中央處理單元121及一顯示單元122,中央處理單元121係用以與該控制電路通信,且資訊處理裝置100係由智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、智慧型手錶和門禁裝置所組成之群組所選擇的一種電子裝置。
詳細而言,本實施例的可撓性光學指紋採集面板111為可撓性材質,當使用者以手指2按壓時能順應手指2的形狀變形,進而接觸到剛性光學指紋採集面板較難以觸及的手指2側邊,利用該可撓性光學指紋採集面板111得到該手指的一中心紋路以及一周邊紋路(步驟a),並將採集到的指紋資訊傳遞至該控制電路。另一方面,該控制電路包括一信號放大電路112、一現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)113、一類比數位轉換器114、一信號傳輸介面115以及一閘控單元116,其中信號放大電路112利用閘控單元116驅動可撓性光學指紋採集面板111以自可撓性光學指紋採集面板111接收一指紋圖像的一感測信號後,利用電荷採集放大、信號濾波以及亮暗相關雙採樣等方式,將該感測信號放大並傳遞至類比數位轉換器114,類比數位轉換器114係用以將信號放大電路112放大後的類比感測信號轉換為數位信號。值得一提的是,由於類比數位轉換器114的位元分辨率大於16位元組,因此可獲得品質良好的數位信號。
信號在經過類比數位轉換器114轉換為數位信號後,將經由信號傳輸介面115傳遞至現場可程式化邏輯閘陣列113進行演算處理,其中信號傳輸介面115連接於類比數位轉換器114以及現場可程式化邏輯閘陣列113之間,且其可為低電壓差分信號傳輸埠(LVDS)、序列周邊介面埠(SPI) 或並列埠,端看類比數位轉換器114以及現場可程式化邏輯閘陣列113所支援的連接埠種類。現場可程式化邏輯閘陣列113接收到該數位信號後,將依序進行圖3中的多個步驟:
步驟b:該控制電路統計包括該中心紋路以及該周邊紋路的一原始圖像的一原始灰階範圍。
步驟c:該控制電路依據該原始灰階範圍及一第一灰階範圍對該原始圖像進行一直方圖拉伸運算以得到一第一圖像,該第一灰階範圍大於該原始灰階範圍。
步驟d:該控制電路依據該第一灰階範圍的一中間範圍自該第一圖像獲得一中間圖像。
步驟e:該控制電路依該中間範圍及一第二灰階範圍對該中間圖像進行所述的直方圖拉伸運算以得到具有該第二灰階範圍的一第二圖像以供識別,該第二灰階範圍大於該中間範圍且小於或等於該第一灰階範圍。
請一併參考圖5及圖6,其中,圖5繪示使用者透過手指按壓圖4中的可撓性光學指紋採集面板的示意圖;圖6繪示藉由圖5的可撓性光學指紋採集面板所採集的指紋示意圖。承上所述,當使用者將手指2按壓在可撓性光學指紋採集面板111上時,由於可撓性光學指紋採集面板111能順應手指2的形狀以及施加的力量變形,不僅不容易破碎傷及使用者,相較於圖2所採集到的指紋的中心紋路21,圖6中的指紋圖像還包括了手指2側邊的周邊紋路22,因此可在單次的採集中就獲得大量的資訊。除此之外,可撓性光學指紋採集面板111包括一感測器(未繪示),用以感測接觸面板的指紋的各個像素點,且該感測器所偵測的像素間距小於90微米,因此可得到高精度的偵測結果。該偵測結果在經由該控制電路各個元件的信號放大、信號轉換後,會接著傳遞至現場可程式化邏輯閘陣列113。
請一併參考圖7至圖9,其中,圖7繪示包括圖6的中心紋路以及周邊紋路的原始圖像的示意圖;圖8繪示依據圖7的原始圖像進行處理得到的第一圖像的示意圖;圖9繪示依據圖8的第一圖像進行處理得到的第二圖像的示意圖。在步驟b中,現場可程式化邏輯閘陣列113會統計圖7的原始圖像中的一原始灰階範圍,具體而言,原始圖像中每一個像素點的灰階值皆落在0~65535之間,若將該原始圖像中全部的像素點以灰階值當作橫軸、累計數量當成縱軸,可得到一直方圖,而現場可程式化邏輯閘陣列113會統計圖像中數量不為零的像素點的最大灰階值以及最小灰階值,並以該最大值和灰階最小值依比例拉伸為新直方圖的最大灰階值(65535)以及最小灰階值(0),也就是進行一次灰階重分配而得到如圖8所示的一第一圖像。換言之,該控制電路的現場可程式化邏輯閘陣列113可依據該原始圖像以及該原始灰階範圍得到一第一圖像(步驟c)。
若使用者想要獲得對比度更高的指紋圖像,則可對該第一圖像再做進一步的處理。具體而言,現場可程式化邏輯閘陣列113可依據該第一圖像的第一灰階範圍(理論上應為0~65535)的一中間範圍(例如為該第一灰階範圍的40% ~ 70%)自該第一圖像獲得一中間圖像(步驟d),然後再依該中間範圍及一第二灰階範圍對該中間圖像進行所述的直方圖拉伸運算以得到具有該第二灰階範圍的一第二圖像(如圖9所示)以供識別,該第二灰階範圍大於該中間範圍且小於或等於該第一灰階範圍(步驟e)。如圖9所示,進行第二次直方圖拉伸後的該第二圖像能夠清晰呈現手指中心與周邊的紋路以及手指的汗孔的高解析影像,因此在系統的自動判別上更為容易,也間接提昇了指紋辨識上的效果以及使用者的身份資料安全。
透過上述的圖像處理,現場可程式化邏輯閘陣列113可將生成的該第一圖像及/或該第二圖像傳遞至資訊處理單元120,其中資訊處理單元120可儲存並顯示上述圖像。
藉由前述所揭露的設計,本發明乃具有以下的優點:
1.本發明的指紋採集處理方案可藉由一可撓光學指紋採集面板獲取大面積的指紋圖像並避免對使用者的手指造成傷害;以及
2.本發明的指紋採集處理方案可透過對該指紋圖像進行兩個接續的直方圖拉伸整運算獲得清晰的手指中心與周邊的紋路以及清晰的手指汗孔的高解析影像,從而有利於後續的識別運算。
綜上所陳,本案無論目的、手段與功效,皆顯示其迥異於習知技術,且其首先發明合於實用,確實符合發明之專利要件,懇請 貴審查委員明察,並早日賜予專利俾嘉惠社會,是為至禱。
步驟a:利用該可撓性光學指紋採集面板得到一手指的一中心紋路以及一周邊紋路 步驟b:該控制電路統計包括該中心紋路以及該周邊紋路的一原始圖像的一原始灰階範圍 步驟c:該控制電路依該原始灰階範圍及一第一灰階範圍對該原始圖像進行一直方圖拉伸運算以得到具有該第一灰階範圍的一第一圖像,其中該第一灰階範圍大於該原始灰階範圍 步驟d:該控制電路依該第一灰階範圍的一中間範圍自該原始圖像獲得一中間圖像 步驟e:該控制電路依該中間範圍及一第二灰階範圍對該中間圖像進行所述的直方圖拉伸運算以得到具有該第二灰階範圍的一第二圖像,該第二灰階範圍大於該中間範圍且小於或等於該第一灰階範圍 2:手指 21:中心紋路 22:周邊紋路 3:光學指紋採集面板 100:資訊處理裝置 110:指紋採集處理系統 111:可撓性光學指紋採集面板 112:信號放大電路 113:現場可程式化邏輯閘陣列 114:類比數位轉換器 115:信號傳輸介面 116:閘控單元 120:資訊處理單元 121:中央處理單元 122:顯示單元
圖1繪示使用者透過手指按壓市面上一般的光學指紋採集面板的示意圖。 圖2繪示藉由圖1的光學指紋採集面板所採集的指紋示意圖。 圖3繪示本發明之指紋採集處理方法的一實施例的流程圖。 圖4繪示本發明之指紋採集處理方法適用的一資訊處理裝置的架構圖。 圖5繪示使用者透過手指按壓圖4中的可撓性光學指紋採集面板的示意圖。 圖6繪示藉由圖5的可撓性光學指紋採集面板所採集的指紋示意圖。 圖7繪示包括圖6的中心紋路以及周邊紋路的原始圖像的示意圖。 圖8繪示依據圖7的原始圖像進行處理得到的第一圖像的示意圖。 圖9繪示依據圖8的第一圖像進行處理得到的第二圖像的示意圖。
步驟a:利用該可撓性光學指紋採集面板得到一手指的一中心紋路以及一周邊紋路
步驟b:該控制電路統計包括該中心紋路以及該周邊紋路的一原始圖像的一原始灰階範圍
步驟c:該控制電路依該原始灰階範圍及一第一灰階範圍對該原始圖像進行一直方圖拉伸運算以得到具有該第一灰階範圍的一第一圖像,其中該第一灰階範圍大於該原始灰階範圍
步驟d:該控制電路依該第一灰階範圍的一中間範圍自該原始圖像獲得一中間圖像
步驟e:該控制電路依該中間範圍及一第二灰階範圍對該中間圖像進行所述的直方圖拉伸運算以得到具有該第二灰階範圍的一第二圖像,該第二灰階範圍大於該中間範圍且小於或等於該第一灰階範圍

Claims (9)

  1. 一種指紋採集處理方法,適用於一可撓性光學指紋採集面板且係利用一控制電路實現,該指紋採集處理方法包括:利用該可撓性光學指紋採集面板得到一手指的一中心紋路以及一周邊紋路;該控制電路統計包括該中心紋路以及該周邊紋路的一原始圖像的一原始灰階範圍;該控制電路依該原始灰階範圍及一第一灰階範圍對該原始圖像進行一直方圖拉伸運算以得到具有該第一灰階範圍的一第一圖像,其中該第一灰階範圍大於該原始灰階範圍;以及該控制電路依該第一灰階範圍的一中間範圍自該原始圖像獲得一中間圖像,並依該中間範圍及一第二灰階範圍對該中間圖像進行所述的直方圖拉伸運算以得到具有該第二灰階範圍的一第二圖像,該第二灰階範圍大於該中間範圍且小於或等於該第一灰階範圍。
  2. 如請求項1所述的指紋採集處理方法,其中該中間範圍係該第一灰階範圍的40%~70%。
  3. 如請求項1所述的指紋採集處理方法,其中該可撓性光學指紋採集面板包括一感測器,且該感測器的像素間距小於90微米。
  4. 一種指紋採集處理系統,具有一可撓性光學指紋採集面板及一控制電路,該控制電路係用以執行一指紋採集處理方法,且該方法包括:利用該可撓性光學指紋採集面板得到一手指的一中心紋路以及一周邊紋路;該控制電路統計包括該中心紋路以及該周邊紋路的一原始圖像的一原始灰階範圍;該控制電路依該原始灰階範圍及一第一灰階範圍對該原始圖像進行一直方圖拉伸運算以得到具有該第一灰階範圍的一第一圖像,其中該第一灰階範圍大於該原始灰階範圍;以及 該控制電路依該第一灰階範圍的一中間範圍自該原始圖像獲得一中間圖像,並依該中間範圍及一第二灰階範圍對該中間圖像進行所述的直方圖拉伸運算以得到具有該第二灰階範圍的一第二圖像,該第二灰階範圍大於該中間範圍且小於或等於該第一灰階範圍。
  5. 如請求項4所述的指紋採集處理系統,其中該控制電路包括一信號放大電路以及一現場可程式化邏輯閘陣列,該信號放大電路自該可撓性光學指紋採集面板接收一感測信號後,將該感測信號放大並傳遞至該現場可程式化邏輯閘陣列進行演算處理。
  6. 如請求項5所述的指紋採集處理系統,其中該控制電路還包括一類比數位轉換器,該類比數位轉換器連接於該信號放大電路以及該現場可程式化邏輯閘陣列之間。
  7. 如請求項6所述的指紋採集處理系統,其中該控制電路還包括一信號傳輸介面以連接該類比數位轉換器及該現場可程式化邏輯閘陣列,且該信號傳輸介面係由低電壓差分信號傳輸埠、序列周邊介面埠和並列埠所組成群組所選擇的一種傳輸介面。
  8. 一種資訊處理裝置,其具有一中央處理單元及如請求項4所述的指紋採集處理系統,其中,該中央處理單元係用以與該控制電路通信。
  9. 如請求項8所述的資訊處理裝置,其係由智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、智慧型手錶和門禁裝置所組成之群組所選擇的一種電子裝置。
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