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CN110503044A - 指纹传感器及其指纹感测方法 - Google Patents

指纹传感器及其指纹感测方法 Download PDF

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CN110503044A CN201910787753.4A CN201910787753A CN110503044A CN 110503044 A CN110503044 A CN 110503044A CN 201910787753 A CN201910787753 A CN 201910787753A CN 110503044 A CN110503044 A CN 110503044A
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Abstract

本发明提供一种指纹传感器及其指纹感测方法。指纹传感器包括光学感测阵列、模拟前端电路以及图像处理电路。所述光学感测阵列用以依序输出相应于手指的多个模拟指纹影像。所述模拟前端电路耦接所述光学感测阵列。所述模拟前端电路用以依序接收并转换所述多个模拟指纹影像为多个第一数字指纹影像。所述图像处理电路耦接所述模拟前端电路。所述图像处理电路用以依序迭加所述多个第一数字指纹影像，以产生增强指纹影像。

Description

指纹传感器及其指纹感测方法
技术领域
本发明涉及一种感测技术，且特别是有关于一种指纹传感器及其指纹感测方法。
背景技术
近年来，光学式指纹感测技术被广泛地应用在各式电子装置或终端设备上，以提供各种身分登录或身分验证功能。一般而言，当使用者将手指按压于指纹传感器上时，指纹传感器的光学感测阵列将取得手指的指纹影像。电子装置或终端设备可通过指纹影像来取得指纹特征，供后续辨识或验证操作。然而，由于光学感测阵列在感测手指的过程中，往往容易受到背景光或传感器本身的材料或制程的因素所产生的噪声影响，导致指纹传感器输出的指纹影像的噪声比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)偏低，而不利辨识。因此，如何提升指纹影像的噪声比是本领域目前重要的研究方向之一。
发明内容
有鉴于此，本发明是提供一种指纹传感器及其指纹感测方法可取得具有高噪声比的指纹影像。
根据本发明的实施例，本发明的指纹传感器包括光学感测阵列、模拟前端电路以及图像处理电路。所述光学感测阵列用以依序输出相应于手指的多个模拟指纹影像。所述模拟前端电路耦接所述光学感测阵列。模拟前端电路用以依序接收并转换所述多个模拟指纹影像为多个第一数字指纹影像。图像处理电路耦接所述模拟前端电路。所述图像处理电路用以依序迭加所述多个第一数字指纹影像，以产生增强指纹影像。
根据本发明的实施例，本发明的指纹感测方法包括以下步骤：通过光学感测阵列依序输出相应于手指的多个模拟指纹影像；通过模拟前端电路依序接收并转换所述多个模拟指纹影像为多个第一数字指纹影像；以及通过图像处理电路迭加所述多个第一数字指纹影像以产生增强指纹影像。
基于上述，本发明的指纹传感器以及指纹感测方法可通过迭加多个数字指纹影像的方式，来取得具有高噪声比的增强指纹影像。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举具体实施方式，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明的一实施例的指纹传感器的方块示意图；
图2为本发明的一实施例的图像处理电路的方块示意图；
图3为本发明的一实施例的多个数字指纹影像的迭加示意图；
图4为本发明的一实施例的指纹感测方法的流程图。
附图标号说明
100：指纹传感器；
110：光学感测数组；
120：模拟前端电路；
130：图像处理电路；
131：控制电路；
132：影像积分引擎；
132_1：加法器；
132_2：图框缓存器；
140：序列周边界面；
P1_1～P1_N、P2_1～P2_(N-1)：数字指纹影像；
S410～S450：步骤。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
图1为本发明的一实施例的指纹传感器的方块示意图。参考图1，指纹传感器100包括光学感测阵列110、模拟前端(Analog Front End,AFE)电路120耦接至光学感测阵列110、图像处理电路130耦接至模拟前端电路120、以及序列周边接口(Serial PeripheralInterface,SPI)140耦接至图像处理电路130。在本实施例中，指纹传感器100是以硬件运算的方式来产生增强指纹影像。对此，图像处理电路130可进一步包括控制电路131以及影像积分引擎132，其中，控制电路131用以控制影像积分引擎132以产生增强指纹影像。
在本实施例中，指纹传感器100还可通过序列周边接口140将增强指纹影像提供至外部的主控处理器200。在另一实施例中，指纹传感器100可以模块化的方式整合在包含了主控处理器200的电子装置中，但本发明并不以此为限。可以理解的，电子装置可例如是个人计算机(Personal Computer,PC)、门禁装置(Access control device)、平板计算机(Tablet PC)或手机(Mobile phone)等，诸如此类采用光学式指纹感测技术的电子设备。
具体而言，当指纹传感器100对按压在指纹传感器100上的手指进行指纹感测时，光学感测阵列110可对手指连续感测，以依序输出相应于手指的多个模拟指纹影像至模拟前端电路120。在本实施例中，模拟前端电路120可包括模拟至数字转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)，依序接收多个模拟指纹影像后将之转换为多个数字指纹影像。接着，影像积分引擎132依序迭加多个数字指纹影像，并且输出由多个数字指纹影像迭加而成的增强指纹影像。更进一步而言，每一个数字指纹影像包括指纹以及随机噪声，且在各别的数字指纹影像中，指纹信号的强度高于随机噪声的强度。换言之，在经由迭加多个数字指纹影像所产生的增强指纹影像中，指纹信号的强度将随着影像迭加数量的增加而逐渐远高于随机噪声的强度，因此本实施例可产生具有高噪声比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)的增强指纹影像。
在本实施例中，控制电路131逐次判断迭加后的增强指纹影像的噪声比是否高于噪声比门坎或是数据位数是否高于位数门坎，以决定是否停止影像积分引擎132迭加影像。最后，将满足噪声比门坎或位数门坎的指纹影像透过影像积分引擎132输出，但本发明并不限于此。在另一实施例中，控制电路131可控制影像积分引擎132迭加一默认数量的数字指纹影像后，输出所产生的增强指纹影像。
图2为本发明的一实施例的图像处理电路的方块示意图。请同时参考图1以及图2，影像积分引擎132包括加法器132_1以及图框缓存器132_2。在本实施例中，加法器132_1耦接至模拟前端电路120，依序接收模拟前端电路120所提供的多个数字指纹影像P1_1～P1_N，其中N为大于1的正整数。在本实施例中，图框缓存器132_2用以暂存加法器132_1前次输出的先前数字指纹影像。当加法器132_1取得当前数字指纹影像的同时，图框缓存器132_2将当前暂存的先前数字指纹影像输出至加法器132_1，以使加法器132_1将先前数字指纹影像与当前数字指纹影像进行影像迭加，并将迭加后的数字指纹影像再输出至图框缓存器132_2，以更新图框缓存器132_2。
举例而言，搭配图3来说明之。图3为本发明的一实施例的多个数字指纹影像的迭加示意图。当加法器132_1取得数字指纹影像P1_1时，图框缓存器132_2目前无暂存的数字指纹影像，因此加法器132_1直接将数字指纹影像P1_1输出至图框缓存器132_2暂存。接着，当加法器132_1取得数字指纹影像P1_2的同时，图框缓存器132_2将当前暂存的数字指纹影像P1_1输出至加法器132_1，以使加法器132_1将数字指纹影像P1_1、P1_2进行迭加，并输出迭加后的数字指纹影像P2_1至图框缓存器132_2暂存。再接着，当加法器132_1取得数字指纹影像P1_3的同时，图框缓存器132_2将当前暂存的数字指纹影像P2_1(数字指纹影像P1_1、P1_2迭加后的数字指纹影像)输出至加法器132_1，以使加法器132_1将数字指纹影像P1_3与数字指纹影像P2_1进行迭加，并且输出迭加后的数字指纹影像P2_2至图框缓存器132_2，以更新图框缓存器132_2。
以此类推，直到控制电路131判断在图框缓存器132_2暂存的数字指纹影像P2_(N-1)的噪声比高于噪声比门坎或是数据位数高于位数门坎时，控制电路131除能(disable)影像积分引擎132，并且将图框缓存器132_2暂存的数字指纹影像P2_(N-1)输出至序列周边接口140。也就是说，当本实施例的控制电路131判断通过依序迭加数位指纹影像P1_1～P1_N后的数字指纹影像P2_(N-1)的噪声比已达到期望的噪声比时，控制电路131停止影像积分引擎132继续迭加影像。或者，在另一实施例中，控制电路131可依据图框缓存器132_2内的数字指纹影像P2_(N-1)的数据位数是否高于位数门坎，控制影像积分引擎132停止迭加影像，以避免加法器132_1继续迭加所产生的数字指纹影像的数据量超过图框缓存器132_2的存储空间。
图4为本发明的一实施例的指纹感测方法的流程图。请同时参考图1、图2以及图4，在步骤S410中，指纹传感器100的光学感测阵列110输出相应于手指的模拟指纹影像至模拟前端电路120。在步骤S420中，模拟前端电路120转换模拟指纹影像为第一数字指纹影像。在步骤S430中，加法器132_1接收模拟前端电路120提供的第一数字指纹影像，并且将第一数字指纹影像与图框缓存器132_2当前暂存的第二数字指纹影像进行迭加，以输出新的第二数字指纹影像并更新图框缓存器132_2。在本实施例中，图框缓存器132_2当前暂存的第二数字指纹影像为加法器132_1在前一次影像迭加的过程中所输出的数字指纹影像。在步骤S440中，控制电路131判断图框缓存器132_2当前暂存的第二数字指纹影像的噪声比是否高于噪声比门坎，或是第二数字指纹影像的数据位数是否高于位数门坎。若否，则重新接续步骤S410，以使光学感测阵列110继续输出相应于手指的下一张模拟指纹影像至模拟前端电路120。若是，则接续步骤S450。在步骤S450中，控制电路131控制影像积分引擎132，将图框缓存器132_2当前暂存的第二数字指纹影像作为增强指纹影像输出。因此，本实施例的指纹感测方法可使指纹传感器100产生具有高噪声比的增强指纹影像。
综上所述，本发明的指纹传感器以及指纹感测方法可通过硬件运算的方式来迭加多个指纹影像，以产生具有高噪声比的增强指纹影像。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种指纹传感器，其特征在于，包括：
光学感测阵列，用以依序输出相应于手指的多个模拟指纹影像；
模拟前端电路，耦接所述光学感测阵列，用以依序接收并转换所述多个模拟指纹影像为多个第一数字指纹影像；以及
图像处理电路，耦接所述模拟前端电路，用以依序迭加所述多个第一数字指纹影像，以产生增强指纹影像。
2.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述图像处理电路包括控制电路，并且所述控制电路用以判断通过所述多个第一数字指纹影像依序迭加后的所述增强指纹影像的噪声比是否高于噪声比门坎或是数据位数是否高于位数门坎，以输出所述增强指纹影像。
3.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述图像处理电路包括影像积分引擎，并且所述影像积分引擎包括：
加法器，耦接所述模拟前端电路，用以依序接收所述模拟前端电路提供的所述多个第一数字指纹影像；以及
图框缓存器，耦接所述加法器，用以暂存所述加法器输出的第二数字指纹影像，
其中所述加法器逐一将所述多个第一数字指纹影像与所述图框缓存器当前暂存的所述第二数字指纹影像进行迭加，以依序输出新的第二数字指纹影像来更新所述图框缓存器。
4.根据权利要求3所述的指纹传感器，其特征在于，所述图像处理电路还包括控制电路，并且所述控制电路耦接所述影像积分引擎，
其中所述控制电路用以判断所述图框缓存器当前暂存的所述第二数字指纹影像的所述噪声比是否高于噪声比门坎，或是所述第二数字指纹影像的所述数据位数是否高于位数门坎，以将所述图框缓存器当前暂存的所述第二数字指纹影像作为所述增强指纹影像，并输出所述增强指纹影像。
5.根据权利要求3所述的指纹传感器，其特征在于，所述加法器逐一将所述多个第一数字指纹影像的每一个像素的第一灰阶值与所述图框缓存器当前暂存的所述第二数字指纹影像的每一个像素的第二灰阶值进行迭加，以依序输出所述新的第二指纹影像。
6.根据权利要求3所述的指纹传感器，其特征在于，还包括：
序列周边接口，耦接所述图像处理电路以及在所述指纹传感器外部的主控处理器，
其中当所述加法器对所述多个第一数字指纹影像迭加完成后，所述图像处理电路将所述图框缓存器暂存的所述第二数字指纹影像作为所述增强指纹影像，并且经由所述序列周边接口输出至外部的所述主控处理器。
7.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述多个第一数字指纹影像各别包括指纹以及随机噪声，并且所述增强指纹影像的噪声比高于所述多个第一数字指纹影像各别的噪声比。
8.一种指纹感测方法，其特征在于，包括：
通过光学感测阵列依序输出相应于手指的多个模拟指纹影像；
通过模拟前端电路依序接收并转换所述多个模拟指纹影像为多个第一数字指纹影像；以及
通过图像处理电路迭加所述多个第一数字指纹影像以产生增强指纹影像。
9.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其特征在于，通过所述图像处理电路迭加所述多个第一数字指纹影像以产生所述增强指纹影像的步骤还包括：
判断通过所述多个第一数字指纹影像依序迭加后的所述增强指纹影像的噪声比是否高于噪声比门坎或是数据位数是否高于位数门坎，以输出所述增强指纹影像。
10.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其特征在于，通过所述图像处理电路迭加所述多个第一数字指纹影像以产生所述增强指纹影像的步骤包括：
通过加法器依序接收所述模拟前端电路提供的所述多个第一数字指纹影像，并且逐一将所述多个第一数字指纹影像与图框缓存器当前暂存的第二数字指纹影像进行迭加，以依序输出新的第二数字指纹影像来更新所述图框缓存器。
11.根据权利要求10所述的指纹感测方法，其特征在于，通过所述图像处理电路迭加所述多个第一数字指纹影像以产生所述增强指纹影像的步骤还包括：
判断所述图框缓存器当前暂存的所述第二数字指纹影像的所述噪声比是否高于噪声比门坎，或是所述第二数字指纹影像的所述数据位数是否高于位数门坎，以将所述图框缓存器当前暂存的所述第二数字指纹影像作为所述增强指纹影像，并输出所述增强指纹影像。
12.根据权利要求10所述的指纹感测方法，其特征在于，逐一将所述多个第一数字指纹影像与所述图框缓存器当前暂存的所述第二数字指纹影像进行迭加的步骤包括：
通过所述加法器逐一将所述多个第一数字指纹影像的每一个像素的第一灰阶值与所述图框缓存器当前暂存的所述第二数字指纹影像的每一个像素的第二灰阶值进行迭加，以依序输出所述新的第二数字指纹影像。
13.根据权利要求10所述的指纹感测方法，其特征在于，还包括：
当所述加法器对所述多个第一数字指纹影像迭加完成后，通过所述图像处理电路将所述图框缓存器暂存的所述第二数字指纹影像作为所述增强指纹影像，并且经由序列周边接口输出至外部的主控处理器。
14.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其特征在于，所述多个第一数字指纹影像各别包括指纹以及随机噪声，并且所述增强指纹影像的噪声比高于所述多个第一数字指纹影像各别的噪声比。
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