WO2017101448A1 - 一种指纹传感器保护层的厚度检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

提供一种指纹传感器保护层的厚度检测方法，包括：步骤a：通过指纹传感器采集指纹数据；步骤b：计算指纹数据的导数，对指纹数据导数进行归一化，根据归一化指纹数据导数计算指纹传感器的积分；步骤c：根据指纹传感器积分计算得到指纹传感器的保护层厚度。还提供一种指纹传感器保护层的厚度检测系统。该检测方法和检测系统通过指纹传感器自身采集到的指纹数据来计算出传感器的保护层厚度，能够在不损坏指纹传感器的前提下测量传感器保护层的厚度；在量产时能够对每一个传感器都进行测量，有利于更好的把控产品的质量；且测量成本低。

Description

一种指纹传感器保护层的厚度检测方法及系统 【技术领域】

本发明涉及指纹传感器检测技术领域，尤其涉及一种指纹传感器保护层的厚度检测方法及系统。

【背景技术】

指纹是手指表面皮肤凹凸不平形成的纹理。指纹的纹理特征具有唯一性、稳定性，因此常常用来作为身份识别的依据。指纹传感器就是一种通过指纹来识别身份的传感器。

图1为现有指纹传感器的结构示意图。其中，指纹传感器包括覆盖层11、粘合剂12和指纹传感器芯片13，覆盖层11的材质可以是玻璃、蓝宝石或涂层等，主要的作用是保护指纹传感器芯片13，粘合剂12起固定作用；指纹传感器芯片13上有成千上万个Pixel14(芯片感应单元)组成的矩阵，当手指按压到指纹传感器上时，Pixel 14感应该Pixel上方的手指15的指纹纹理深度，所有Pixel14输出的指纹纹理深度数据组成的矩阵就是手指15的指纹纹理信息。

指纹传感器保护层(包括覆盖层11和粘合剂12)因为介于手指15和指纹传感器芯片13之间，其厚薄不仅会影响指纹传感器采集到的指纹纹理深度数据的信噪比，还会直接影响到指纹传感器获取的指纹纹理深度数据，指纹传感器保护层太厚或太薄都会直接影响产品的性能及用户的体验，所以指纹传感器的保护层厚度是需要做严格把控的。

因为指纹传感器的边框一般都有保护性或装饰性的材料包裹，所以从指纹传感器侧面不能直接测量到保护层的厚度。现有的保护层厚度测量方法是直接将指纹传感器切开，然后用显微镜测量保护层的厚度。现有技术的缺点在于：由于测量时需要破坏指纹传感器，所以在量产时只能做抽样检测，无法针对每个指纹传感器都做测量，且测量成本较高。

【发明内容】

本发明提供了一种指纹传感器保护层的厚度检测方法及系统，旨在解决现有的指纹传感器保护层的厚度检测方法在测量时只能抽样检测，无法针对每个指纹传感器都做测量，且测量成本高的技术问题。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例采用的技术方案为：一种指纹传感器保护层的厚度检测方法，包括以下步骤：

步骤a：通过指纹传感器采集指纹数据，所述指纹传感器包含多个芯片感应单元，所述多个芯片感应单元呈阵列排布；

步骤b：计算所述指纹数据的导数，对指纹数据导数进行归一化，根据归一化指纹数据导数计算指纹传感器的积分；

步骤c：根据指纹传感器积分计算得到指纹传感器的保护层厚度。

本发明实施例采用的技术方案还包括：所述步骤a还包括：通过指纹模拟装置按压指纹传感器；所述指纹模拟装置为假手指，所述假手指包括具有电器特性或与手指相近的物体。

本发明实施例采用的技术方案还包括：在所述步骤b中，所述指纹数据导数的计算公式为：

在上述公式中，D_i，j为第i行j列芯片感应单元的导数，R_i，j为第i行j列芯片感应单元的指纹数据。

本发明实施例采用的技术方案还包括：在所述步骤b中，所述指纹数据导数归一化公式为：

在上述公式中，Q_i，j为第i行j列芯片感应单元导数归一化的结果，D_max为 当前帧导数的最大值，D_min为当前帧导数的最小值。

本发明实施例采用的技术方案还包括：在所述步骤b中，所述计算指纹传感器的积分的计算公式为：

在上述公式中，I为积分结果，row为芯片感应单元的总行数，col为芯片感应单元的总列数。

本发明实施例采用的技术方案还包括：在所述步骤c中，所述指纹传感器的保护层厚度的计算方式为：采用一次线性拟合公式计算保护层厚度，具体公式为：

T＝K×I+B

在上述公式中，T为计算出来的保护层厚度，K和B为拟合参数。

本发明实施例采用的另一技术方案为：一种指纹传感器保护层的厚度检测系统，包括指纹采集单元、导数计算单元、导数归一化单元、积分计算单元和保护层厚度计算单元；所述指纹采集单元、导数计算单元、导数归一化单元、积分计算单元和保护层厚度计算单元依次连接；所述指纹采集单元用于采集指纹数据，包含多个芯片感应单元，所述多个芯片感应单元呈阵列排布，所述导数计算单元用于计算所述指纹数据的导数，所述导数归一化单元用于对指纹数据导数进行归一化，所述积分计算单元用于根据归一化指纹数据导数计算指纹传感器的积分，所述保护层厚度计算单元用于根据积分结果计算得到传感器保护层的厚度。

本发明实施例采用的技术方案还包括：所述指纹传感器保护层的厚度检测系统还包括指纹模拟装置，所述指纹模拟装置与指纹采集单元连接，所述指纹模拟装置用于模拟手指按压指纹传感器；所述指纹模拟装置为假手指，所述假手指包括具有电器特性或与手指相近的物体。

本发明实施例采用的技术方案还包括：所述导数计算单元计算指纹数据导 数的计算公式为：

在上述公式中，D_i，j为第i行j列芯片感应单元的导数，R_i，j为第i行j列芯片感应单元的指纹数据；

所述导数归一化单元对指纹数据导数归一化的公式为：

在上述公式中，Q_i，j为第i行j列芯片感应单元导数归一化的结果，D_max为当前帧导数的最大值，D_min为当前帧导数的最小值。

本发明实施例采用的技术方案还包括：所述积分计算单元计算指纹传感器的积分的计算公式为：

在上述公式中，I为积分结果，row为芯片感应单元的总行数，col为芯片感应单元的总列数；

所述保护层厚度计算单元计算传感器保护层的厚度的计算方式为：采用一次线性拟合公式计算保护层厚度，具体为：

T＝K×I+B

在上述公式中，T为计算出来的保护层厚度，K和B为拟合参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明实施例的指纹传感器保护层的厚度检测方法及系统通过指纹传感器自身采集到的指纹数据来计算出传感器的保护层厚度，能够在不损坏指纹传感器的前提下测量传感器保护层的厚度；在量产时能够对每一个传感器都进行测量，有利于更好的把控产品的质量；且测量成本低。

【附图说明】

图1为现有指纹传感器的结构示意图。

图2为本发明实施例的指纹传感器保护层的厚度检测方法的流程图。

图3为指纹传感器信号散射图。

图4为芯片感应单元的输出信号强度示意图。

图5为不同厚度的保护层的芯片感应单元输出信号强度对比图。

图6为本发明实施例的指纹传感器保护层的厚度检测系统的结构示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图2，是本发明实施例的指纹传感器保护层的厚度检测方法的流程图。本发明实施例的指纹传感器保护层的厚度检测方法包括以下步骤：

步骤S100：在指纹传感器的保护层上按压一个特定纹理的指纹模拟装置；

在步骤S100中，请一并参阅图3，为指纹传感器信号散射图。指纹传感器包含多个芯片感应单元(Pixel)，并且呈阵列排布。芯片感应单元输出的指纹纹理深度数据能够反映指纹纹理信息，当指纹模拟装置31按压指纹传感器时，指纹模拟装置31和指纹传感器接触的部分就会有按压信号被接触位置下方的芯片感应单元所接收。因为指纹模拟装置和芯片感应单元之间隔了一层覆盖层和粘合剂，所以按压信号是以图3上箭头32描述的方式散射到芯片感应单元上的。虽然部分芯片感应单元正上方并没有被指纹模拟装置按压到，但是仍然可以接收到斜上方散射过来的指纹模拟装置按压信号，所以这些芯片感应单元依 然会有信号输出，只是比正上方直接被按压的芯片感应单元输出的信号要小，如图3中的Pixel2是直接被按压的芯片感应单元，Pixel6、Pixel7和Pixel 14是没有被指纹模拟装置按压但可以接收到斜上方散射信号的芯片感应单元，而像Pixel10这样既没有被直接按压，又接收不到散射信号的芯片感应单元将没有信号输出来(输出的只有噪声)；具体如图4所示，为所有芯片感应单元的输出信号强度示意图。

经过实验发现，指纹模拟装置按压信号散射的范围及强度和保护层厚度存在相关性。如图5所示，为不同厚度的保护层的芯片感应单元输出信号强度对比图。保护层厚度越厚按压信号散射的范围越大，芯片感应单元输出信号的曲线斜率也越小。本发明提出的指纹传感器保护层的厚度检测方法就是在上述按压信号散射特性的基础上进行检测的。在本发明实施方式中，所述指纹模拟装置为假手指，所述假手指包括具有电器特性或与手指相近的物体，例如金属块或导电橡胶等；假手指的特定纹理没有特殊的要求，但使用同一个计算公式的假手指的纹理要求要是相同的。

步骤S200：通过指纹传感器采集指纹模拟装置保护层上的指纹数据，并获取一帧采集到的指纹数据；

步骤S300：计算该指纹数据的导数；指纹数据导数的计算公式为：

在公式(1)中，D_i，j为第i行j列的导数，R_i，j为第i行j列的指纹数据。

步骤S400：对指纹数据导数进行归一化；指纹数据导数归一化公式为：

在公式(2)中，Q_i，j为第i行j列导数归一化的结果，D_max为当前帧导数的最大值，D_min为当前帧导数的最小值。

步骤S500：根据归一化指纹数据导数计算指纹传感器的积分；计算指纹传 感器的积分的计算公式为：

在公式(3)中，I为积分结果，row为Pixel总行数，col为Pixel总列数。

步骤S600：将积分结果代入拟合公式计算得到指纹传感器的保护层厚度；

在步骤S600中，可根据具体关系采用不同的拟合公式，本发明实施例采用一次线性拟合公式计算保护层厚度，具体为：

T＝K×I+B,  (4)

在公式(4)中，T为计算出来的保护层厚度，K和B为拟合参数。拟合参数的计算方法包括最小二乘法等，需要先通过步骤200至步骤500采集并计算多个指纹传感器的积分结果I，然后计算出这些指纹传感器的保护层厚度，再通过积分结果I和保护层厚度T计算出拟合参数K和B。

请参阅图6，图示为本发明实施例的指纹传感器保护层的厚度检测系统的结构示意图。本发明实施例的指纹传感器保护层的厚度检测系统包括指纹模拟装置、指纹采集单元、导数计算单元、导数归一化单元、积分计算单元和保护层厚度计算单元；指纹模拟装置、指纹采集单元、导数计算单元、导数归一化单元、积分计算单元和保护层厚度计算单元依次连接；具体地：

指纹模拟装置用于模拟手指按压指纹传感器的保护层；

在本发明实施方式中，所述指纹模拟装置为假手指，所述假手指包括具有电器特性或与手指相近的物体，例如金属块或导电橡胶等；假手指的特定纹理没有特殊的要求，但使用同一个计算公式的假手指的纹理要求要是相同的。

指纹采集单元用于采集指纹模拟装置的保护层上的指纹数据，并获取一帧采集到的指纹数据，其中，指纹采集单元即为芯片感应单元；

导数计算单元用于计算该指纹数据的导数；指纹数据导数的计算公式为：

在公式(1)中，D_i，j为第i行j列的导数，R_i，j为第i行j列的指纹数据。

导数归一化单元用于对指纹数据导数进行归一化；指纹数据导数归一化公式为：

在公式(2)中，Q_i，j为第i行j列导数归一化的结果，D_max为当前帧导数的最大值，D_min为当前帧导数的最小值。

积分计算单元用于根据归一化指纹数据导数计算指纹传感器的积分；计算指纹传感器的积分的计算公式为：

在公式(3)中，I为积分结果，row为Pixel总行数，col为Pixel总列数。

保护层厚度计算单元用于将积分结果代入拟合公式计算得到保护层的厚度；其中，可根据具体关系采用不同的拟合公式，本发明实施例采用一次线性拟合公式计算保护层厚度，具体为：

T＝K×I+B,  (4)

在公式(4)中，T为计算出来的保护层厚度，K和B为拟合参数。拟合参数的计算方法包括最小二乘法等，需要依次通过指纹采集单元、导数计算单元、导数归一化单元、积分计算单元采集并计算多个指纹传感器的积分结果I，然后计算出这些指纹传感器的保护层厚度，再通过积分结果I和保护层厚度T计算出拟合参数K和B。

本发明实施例的指纹传感器保护层的厚度检测方法及系统通过指纹传感器自身采集到的指纹数据来计算出传感器的保护层厚度，能够在不损坏指纹传感器的前提下测量传感器保护层的厚度；在量产时能够对每一个传感器都进行测量，有利于更好的把控产品的质量；且测量成本低。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种指纹传感器保护层的厚度检测方法，所述方法包括以下步骤：

   步骤a：通过指纹传感器采集指纹数据，所述指纹传感器包含多个芯片感应单元，所述多个芯片感应单元呈阵列排布；

   步骤b：计算所述指纹数据的导数，并对指纹数据导数进行归一化，根据归一化后的指纹数据导数计算积分；

   步骤c：根据积分结果计算得到指纹传感器的保护层厚度。
2. 根据权利要求1所述的指纹传感器保护层的厚度检测方法，其特征在于：所述步骤a还包括：通过指纹模拟装置按压指纹传感器；所述指纹模拟装置为假手指，所述假手指包括具有电器特性或与手指相近的物体。
3. 根据权利要求1或2所述的指纹传感器保护层的厚度检测方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述指纹数据导数的计算公式为：

   

   在上述公式中，D_i，j为第i行j列芯片感应单元的导数，R_i，j为第i行j列芯片感应单元的指纹数据。
4. 根据权利要求3所述的指纹传感器保护层的厚度检测方法，其特征在于：在所述步骤b中，所述指纹数据导数的归一化公式为：

   

   在上述公式中，Q_i，j为第i行j列芯片感应单元导数归一化的结果，D_max为当前帧导数的最大值，D_min为当前帧导数的最小值。
5. 根据权利要求4所述的指纹传感器保护层的厚度检测方法，其特征在于：在所述步骤b中，计算所述积分的计算公式为：

   

   在上述公式中，I为积分结果，row为芯片感应单元的总行数，col为芯片 感应单元的总列数。
6. 根据权利要求5所述的指纹传感器保护层的厚度检测方法，其特征在于：在所述步骤c中，所述指纹传感器的保护层厚度的计算方式为：采用一次线性拟合公式计算保护层厚度，具体公式为：

   T＝K×I+B

   在上述公式中，T为计算出来的保护层厚度，K和B为拟合参数。
7. 一种指纹传感器保护层的厚度检测系统，其特征在于：包括指纹采集单元、导数计算单元、导数归一化单元、积分计算单元和保护层厚度计算单元；所述指纹采集单元、导数计算单元、导数归一化单元、积分计算单元和保护层厚度计算单元依次连接；所述指纹采集单元用于采集指纹数据，包含多个芯片感应单元，所述多个芯片感应单元呈阵列排布；所述导数计算单元用于计算所述指纹数据的导数，所述导数归一化单元用于对指纹数据导数进行归一化，所述积分计算单元用于根据归一化后的指纹数据导数计算积分，所述保护层厚度计算单元用于根据积分结果计算得到指纹传感器保护层的厚度。
8. 根据权利要求7所述的指纹传感器保护层的厚度检测系统，其特征在于：还包括指纹模拟装置，所述指纹模拟装置与指纹采集单元连接，所述指纹模拟装置用于模拟手指按压指纹传感器；所述指纹模拟装置为假手指，所述假手指包括具有电器特性或与手指相近的物体。
9. 根据权利要求7或8所述的指纹传感器保护层的厚度检测系统，其特征在于：所述导数计算单元计算指纹数据导数的计算公式为：

   

   在上述公式中，D_i，j为第i行j列芯片感应单元的导数，R_i，j为第i行j列芯片感应单元的指纹数据；

   所述导数归一化单元对指纹数据导数归一化的公式为：

   

   在上述公式中，Q_i，j为第i行j列芯片感应单元导数归一化的结果，D_max为当前帧导数的最大值，D_min为当前帧导数的最小值。
10. 根据权利要求9所述的指纹传感器保护层的厚度检测系统，其特征在于：所述积分计算单元计算指纹传感器的积分的计算公式为：

    

    在上述公式中，I为积分结果，row为芯片感应单元的总行数，col为芯片感应单元的总列数；

    所述保护层厚度计算单元计算传感器保护层的厚度的计算方式为：采用一次线性拟合公式计算保护层厚度，具体为：

    T＝K×I+B

    在上述公式中，T为计算出来的保护层厚度，K和B为拟合参数。

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