TWI790516B

TWI790516B - 指紋感測模組以及指紋感測方法

Info

Publication number: TWI790516B
Application number: TW109145383A
Authority: TW
Inventors: 王冠淵; 林冠儀; 楊宸; 王曉淯
Original assignee: 神盾股份有限公司
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2023-01-21
Also published as: TW202205147A; WO2022011972A1; CN112507960A

Abstract

本發明提出一種指紋感測模組以及指紋感測方法。指紋感測模組包括光源、指紋感測器以及處理模組。指紋感測器感測經光源照明的手指以及未經光源照明的手指，以取得第一影像以及第二影像。處理模組耦接指紋感測器。處理模組依據第一影像以及第二影像判斷指紋影像區域，以產生指紋影像。

Description

指紋感測模組以及指紋感測方法

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

對於目前的光學式指紋感測技術而言，由於指紋感測器在取得指紋影像的過程中可能會同時拍攝到指紋影像(手指按壓區域影像)以及非指紋影像(非手指按壓區域影像)，因此後端處理器往往需要透過設計特殊且複雜的影像辨識演算法來加以分辨。常見是，當感測影像經處理後的非指紋影像部分的形貌卻類似手指指紋時，將導致後端處理器發生誤判，而影響辨識系統的錯誤拒絕率(False Rejection Rate；FRR)或錯誤接受率(False Acceptance Rate；FAR)。有鑑於此，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模組以及指紋感測方法可提供具有高度可辨識性的指紋影像。

本發明的指紋感測模組包括光源、指紋感測器以及處理模組。指紋感測器感測經光源照明的手指以及未經光源照明的手指，以取得第一影像以及第二影像。處理模組耦接指紋感測器。處理模組依據第一影像以及第二影像判斷指紋影像區域，以產生指紋影像。

本發明的指紋感測方法適於指紋感測模組。指紋感測模組包括指紋感測器。指紋感測方法包括以下步驟：通過指紋感測器感測經光源照明的手指，以取得第一影像；通過指紋感測器感測未經光源照明的手指，以取得第二影像；以及依據第一影像以及第二影像判斷指紋影像區域，以產生指紋影像。

基於上述，本發明的指紋感測模組以及指紋感測方法，可通指紋感測器在同一次指紋感測操作中感測手指分別經光源照明以及未經光源照明的兩張感測影像，並且依據此兩張感測影像進行影像處理，而可取得具有高度可辨識性的指紋影像。

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是本發明的一實施例的指紋感測模組的示意圖。參考圖1，指紋感測模組100包括處理模組110、指紋感測器120、光源130以及儲存模組140。處理模組110耦接指紋感測器120、光源130以及儲存模組140。在本實施例中，處理模組110可為專門驅動指紋感測器的處理晶片，或為一種整合晶片，例如指紋觸控驅動整合晶片(Fingerprint touch display driver integrated chip；FTDDI)。在本實施例中，指紋感測模組100可為光學式指紋感測模組，並且光源130為顯示面板或外部光源。或者，指紋感測模組100可為屏下式指紋感測模組或內嵌式指紋感測模組，並且光源130為顯示面板。處理模組110可控制所述顯示面板的發光狀態(顯示特定照明圖案)用於以產生以下實施例所述的第一影像與第二影像。

在本實施例中，指紋感測器120可為光學式指紋感測器，並且光源130為可見光光源或紅外光源。在本實施例中，光源130可為顯示面板的像素陣列中的多個顯示像素，並且指紋感測器120可為整合在所述顯示面板的像素陣列中的多個感測像素，以實現全屏指紋感測，但本發明並不限於此。在一實施例中，指紋感測器120可為設置在顯示面板下方的屏下式光學式指紋感測器，並且光源130可為設置在顯示面板下方的發光二極體(Light-emitting diode；LED)光源。此外，前述的顯示面板可例如是發光二極體顯示面板、有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode；OLED)顯示面板或液晶顯示面板(Liquid Crystal Display；LCD)等，本發明亦不加以限制。

圖2是本發明的一實施例的指紋感測方法的流程圖。圖3是本發明的一實施例的電子裝置的示意圖。參考圖1至圖3，指紋感測模組100可執行步驟S210~S230來進行指紋感測，並且以下搭配圖3的電子裝置300為範例來說明之。電子裝置300可設置有如圖1所示的指紋感測器模組100，並且可提供屏下式指紋感測功能。顯示面板310的顯示面可例如平行於沿著方向D1及方向D2延伸的平面，並且朝方向D3提供顯示畫面，其中方向D1~D3彼此相互垂直，但本發明並不限於此。在本實施例中，當手指按壓於電子裝置300的顯示面板310的指紋感測區域320時，顯示面板310可於指紋感測區域320的位置先顯示照明圖案(pattern)。因此，在步驟S210，指紋感測模組100可通過指紋感測器120感測經光源130照明的手指以取得第一影像(例如圖5A)。值得注意的是，因為存在手指可能未完全覆蓋指紋感測模組100的影響，使得所述第一影像可包括指紋影像(手指按壓區域影像)以及環繞指紋影像區域的非指紋影像(非指紋按壓區域影像)。

接著，顯示面板310可於指紋感測區域320的位置切換為顯示黑色圖案。對此，顯示面板310可例如是通過操作對應於指紋感測區域320的多個像素單元為未點亮，以顯示所述黑色圖案。或者，是通過操作對應於指紋感測區域320的多個像素單元為顯示最低亮度。因此，在步驟S220，指紋感測模組100可通過指紋感測器120感測未經光源130照明的手指以取得第二影像(例如圖6A)。值得注意的是，步驟S210以及步驟S220是指在手指持續按壓在顯示面板310的指紋感測區域320上(手指未離開且未移動)所進行的一次指紋感測操作過程中指紋感測器120所進行的兩次感測操作。另外，本發明並不限制第一影像以及第二影像的取得順序。在一實施例中，指紋感測模組100可先取得第二影像，在接著取得第一影像。

接著，在步驟S230，處理模組110可依據第一影像以及第二影像來判斷指紋影像區域，以產生指紋影像。詳細而言，在指紋感測器120取得第一影像的過程中，由於光源130照明(例如顯示面板310的指紋感測區域320為點亮)按壓於指紋感測區域320的手指，因此指紋感測器110所取得的第一影像的指紋影像區域可例如呈現具有明顯指紋紋路的影像。並且，由於指紋感測器120還可從指紋感測區域320未受到手指按壓的部分接收到環境光(或背景光)，而使指紋感測器110所取得的第一影像具有較難區別的指紋影像區域與非指紋影像區域。然而，在指紋感測器120取得第二影像的過程中，由於光源130未照明(例如顯示面板310的指紋感測區域320為未點亮)按壓於指紋感測區域320的手指，因此對於指紋感測器110而言，未經照明手指的亮度較低，且手指緊密按壓於部分指紋感測器110上，而使指紋感測器110所取得的第二影像的指紋影像區域可例如呈現整體亮度較暗或灰階值整體偏低的無指紋紋路的影像或指紋紋路不明顯或模糊的影像。雖然光源130未照明(例如顯示面板310的指紋感測區域320為未點亮)指紋感測區域320，但是指紋感測器120仍可從指紋感測區域320未受到手指按壓的部分接收到環境光(或背景光)，而使指紋感測器110所取得的第二影像具有較亮或是灰階值較高的非指紋影像區域影像(可為環境影像或背景影像)。對此，處理模組110可通過分析及比對第一影像以及第二影像來將第一影像中的非指紋影像去除，而取得僅具有指紋資訊的指紋影像(前景影像)。並且，詳細的指紋影像的取得方式將由以下實施例來進一步說明之。

圖4是本發明的一實施例的影像處理的流程圖。參考圖1以及圖4，當指紋感測器模組100取得如圖5A的第一影像510以及如圖6A的第二影像610後，處理模組110可執行以下步驟S410~S430來產生指紋影像。在步驟S410，處理模組110可先對第一影像510進行影像強化處理，以取得如圖5B所示的經影像強化處理後的第一影像520。在本實施例中，處理模組110可例如通過低通、高通或帶通濾波器等影像處理操作來去除影像雜訊，或者利用影像區域對比、邊緣偵測、細線化等影像處理操作來找出指紋影像中的指紋的波峰波谷的部分並強化其特徵。對此，圖5A的第一影像510可包括指紋影像區域511中的指紋資訊以及非指紋影像區域512中的影像資訊。當處理模組110對第一影像510進行影像強化處理後，指紋影像區域511中的指紋資訊以及非指紋影像區域512中的影像細節或特徵可能皆被強化。因此，相較於圖5A，圖5B的經影像強化處理後的第一影像520的指紋影像區域521以及非指紋影像區域522可分別包括具有影像細節或特徵較為明顯或清楚的指紋資訊以及非指紋影像內容。

接著，在步驟S420，處理模組110可對第二影像610進行二值化處理。在本實施例中，處理模組110可依據第二影像610的二值化結果來產生如圖6B所示的遮罩影像620。詳細而言，處理模組110可依據第二影像610中的多個像素的類比至數位轉換器輸出碼(Analog-to-Digital Converter code；ADC code)為大於閾值(例如ADC code_threshold=100(fully ADC code=65535))的部分將遮罩影像620中的對應的多個像素的參數值設定為第一數值(例如數值0)，並且處理模組110可依據第二影像610中的另多個像素的類比至數位轉換器輸出碼為小於或等於閾值的部分將遮罩影像620中的對應的另多個像素的參數值設定為第二數值(例如數值1)。

更進一步而言，由於手指未被照明，而使指紋感測器120只感測到使用者身處環境的周圍環境光，並且指紋感測器120的感測面對應於手指涵蓋的部分因手指按壓緊貼而無法接收到光(或極少量)，因此第二影像610的非指紋影像區域612可顯示有環境影像，但是指紋影像區域611將例如呈現較暗的灰階影像。因此，處理模組110可透過上述判斷方式來將第二影像610中具有影像資訊且亮度較亮(ADC code≧100)的非指紋影像區域612所對應遮罩影像620的非指紋影像區域622的多個像素的參數值設為0(如圖6B的灰階填滿區域)，並且處理模組110可透過上述判斷方式來將第二影像610中未具有指紋影像資訊且亮度較暗(ADC code＜100)的指紋影像區域611所對應遮罩影像620的指紋影像區域621的另多個像素的參數值設為1(如圖6B的空白區域)。

接著，在步驟S430，處理模組110可依據經影像強化處理後的第一影像520(或未經影像強化處理後的第一影像中510以及遮罩影像620來產生指紋影像。在本實施例中，處理模組110可將經影像強化處理後的第一影像520(或未經影像強化處理後的第一影像中510)中的每一像素的像素值與相對應的遮罩影像620中的每一像素的參數值進行乘法運算，以產生如圖7的指紋影像710。舉例而言，如以3×3數學矩陣來表示影像，在以下矩陣(1)的參數A11~A33為經影像強化處理後的第一影像520中的每一個像素所對應的像素值。並且，矩陣(2)為遮罩影像620中的每一像素所對應的參數值。處理模組110可將矩陣(1)與矩陣(2)當中相對應位置的參數進行乘法運算，因此取得如矩陣(3)。值得注意的是，矩陣(3)僅剩餘參數為在對應於矩陣(2)中的參數值為1的參數A12、A13、A22、A23。也就是說，指紋影像710將可保留有指紋影像區域711中的指紋資訊，而指紋影像710的非指紋影像區域712中的非指紋影像資訊可被有效地移除，而取得具有高度可辨識性的指紋影像。

…………..矩陣(1)

…………..矩陣(2)

…………..矩陣(3)

在本實施例中，處理模組110可進一步將指紋影像710儲存至儲存模組140，並且作為註冊資料。但本發明並不限於此，在一實施例中，指紋影像710亦可用於指紋驗證或其他指紋應用。

另外，值得注意的是，在本發明的另一些實施情境中，當手指完整按壓於如圖3所示的指紋感測區域320時，指紋感測器120所取得的第一影像以及第二影像當中可能不會具有非指紋影像區域(即上述的非指紋影像區域的面積為0)。對此，本發明的指紋感測模組以及指紋感測方法，仍可依據上各實施例所解釋的相關影像分析操作與流程來取得具有高度可辨識性的指紋影像(僅具有指紋資訊的指紋影像)。

綜上所述，本發明的指紋感測模組以及指紋感測方法，可通過指紋感測器在同一次指紋感測操作中依序感測手指分別經光源照明以及未經光源照明的兩張感測影像。對此，本發明的指紋感測模組以及指紋感測方法可依據此兩張感測影像進行影像分析、處理及比對，來去除感測影像中的非指紋影像，而可取得僅包留有指紋資訊的指紋影像。因此，由於本發明的指紋感測模組以及指紋感測方法所取得的指紋影像可有效排除不必要的影像資訊(環境資訊)，因此本發明的指紋影像可供後端處理電路進行快速且正確的指紋辨識、註冊或比對操作。

100:指紋感測模組 110:處理模組 120:指紋感測器 130:光源 140:儲存模組 300:電子裝置 310:顯示面板 320:指紋感測區域 510、520:第一影像 511、521、611、621、711:指紋影像區域 512、522、612、622、712:非指紋影像區域 610:第二影像 620:遮罩影像 710:指紋影像 D1~D3:方向 S210~S230、S410~430:步驟

圖1是本發明的一實施例的指紋感測模組的示意圖。圖2是本發明的一實施例的指紋感測方法的流程圖。圖3是本發明的一實施例的電子裝置的示意圖。圖4是本發明的一實施例的影像處理的流程圖。圖5A是本發明的一實施例的第一影像的示意圖。圖5B是本發明的一實施例的經影像強化處理後的第一影像的示意圖。圖6A是本發明的一實施例的第二影像的示意圖。圖6B是本發明的一實施例的遮罩影像的示意圖。圖7是本發明的一實施例的指紋影像的示意圖。

100:指紋感測模組

110:處理模組

120:指紋感測器

130:光源

140:儲存模組

Claims

一種指紋感測模組，包括：一光源；一指紋感測器，用以感測經該光源照明的一手指以及未經該光源照明的該手指，以取得一第一影像以及一第二影像，其中該第一影像具有一指紋影像區域以及一非指紋影像區域，且該第二影像具有該非指紋影像區域；以及一處理模組，耦接該光源以及該指紋感測器，並且用以依據該第一影像以及該第二影像判斷一指紋影像區域，以產生一指紋影像，其中該處理模組用以比對該第一影像以及該第二影像以移除該第一影像中的該非指紋影像區域。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中該處理模組對該第一影像進行一影像強化處理，包括：去除該第一影像的影像雜訊；或者強化該第一影像的影像細節或特徵。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中該處理模組對該第二影像進行一二值化處理，以產生一遮罩影像，並且該處理模組依據該第一影像以及該遮罩影像來產生該指紋影像。
如請求項3所述的指紋感測模組，其中該處理模組依據該第二影像中的多個像素的類比至數位轉換器輸出碼為大於一閾值的部分將該遮罩影像中的對應的多個像素的參數值設定為一第一數值，並且該處理模組依據該第二影像中的另多個像素的類比至數位轉換器輸出碼為小於或等於該閾值的部分將該遮罩影像中的對應的另多個像素的參數值設定為一第二數值。
如請求項4所述的指紋感測模組，其中該處理模組將該第一影像中的每一像素的像素值與相對應的該遮罩影像中的每一像素的參數值進行乘法運算，以產生該指紋影像。
如請求項4所述的指紋感測模組，其中該第一數值為1，並且該第二數值為0。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中該處理模組將該指紋影像儲存為一註冊資料。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中該指紋感測模組為一光學式指紋感測模組，並且該光源為一顯示面板或一外部光源。
如請求項1所述的指紋感測模組，其中該光源為一顯示面板，其中該處理模組控制該顯示面板的發光狀態以產生該第一影像與該第二影像。
一種指紋感測方法，適於一指紋感測模組，該指紋感測模組包括一指紋感測器，其中該指紋感測方法包括：通過該指紋感測器感測經一光源照明的一手指，以取得一第一影像，其中該第一影像具有一指紋影像區域以及一非指紋影像區域；通過該指紋感測器感測未經該光源照明的該手指，以取得一第二影像，其中該第二影像具有該非指紋影像區域；以及依據該第一影像以及該第二影像判斷一指紋影像區域，以產生一指紋影像，包括：比對該第一影像以及該第二影像以移除該第一影像中的該非指紋影像區域。
如請求項10所述的指紋感測方法，其中在依據該第一影像以及該第二影像判斷該指紋影像區域，以產生該指紋影像的步驟之前，該指紋感測方法更包括：對該第一影像進行一影像強化處理，包括：去除該第一影像的影像雜訊；或者強化該第一影像的影像細節或特徵。
如請求項10所述的指紋感測方法，其中依據該第一影像以及該第二影像判斷該指紋影像區域，以產生該指紋影像的步驟包括：對該第二影像進行一二值化處理，以產生一遮罩影像；以及依據該第一影像以及該遮罩影像來產生該指紋影像。
如請求項12所述的指紋感測方法，其中產生該遮罩影像的步驟包括：依據該第二影像中的多個像素的類比至數位轉換器輸出碼為大於一閾值的部分將該遮罩影像中的對應的多個像素的參數值設定為一第一數值；以及依據該第二影像中的另多個像素的類比至數位轉換器輸出碼為小於或等於該閾值的部分將該遮罩影像中的對應的另多個像素的參數值設定為一第二數值。
如請求項13所述的指紋感測方法，其中依據該第一影像以及該遮罩影像來產生該指紋影像的步驟包括：將該第一影像中的每一像素的像素值與相對應的該遮罩影像中的每一像素的參數值進行乘法運算，以產生該指紋影像。
如請求項13所述的指紋感測方法，其中該第一數值為1，並且該第二數值為0。
如請求項10所述的指紋感測方法，更包括：將該指紋影像儲存為一註冊資料。
如請求項10所述的指紋感測方法，其中該指紋感測模組為一光學式指紋感測模組，並且該光源為一顯示面板或一外部光源。
如請求項10所述的指紋感測方法，其中該光源為一顯示面板，其中一處理模組控制該顯示面板的發光狀態以產生該第一影像與該第二影像。