CN107209610B

CN107209610B - 交互式触摸屏和传感器阵列

Info

Publication number: CN107209610B
Application number: CN201680007103.8A
Authority: CN
Inventors: T·A·迪金森; D·W·伯恩斯; F·J·阿奇博尔德; J·K·施奈德; R·丹尼斯; L·巴伦博伊姆
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2015-02-20
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2036-01-07
Also published as: CN107209610A; EP3259656A1; JP2018506124A; WO2016133602A1; EP3259656B1; US20160246396A1

Abstract

本发明提供一种用于捕获物件的一或多个传感器图像的物件检测***，其包含触摸***，所述触摸***包含装置的触敏屏和显示器。所述物件检测***还包含传感器***，其包含传感器阵列和处理组件。所述传感器阵列耦合到所述触敏屏，且所述处理组件经配置以在所述触敏屏检测到所述物件时，捕获所述物件的一或多个图像。所述传感器阵列的至少一部分与所述触敏屏的至少一部分重叠。

Description

交互式触摸屏和传感器阵列

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2015年2月20日申请的第14/628,025号美国临时申请案的权益，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本文所揭示的实施例通常是针对检测物件，且更明确地说，是针对使用耦合到触敏屏的传感器阵列来捕获所述物件的图像。

背景技术

移动装置随处可见，且可包含智能电话、平板计算机、个人数字助理(PDA)、便携式游戏控制台、掌上型计算机、可穿戴健康监视器以及其它便携式电子装置。移动装置可被“锁定”，防止除所述移动装置的拥有者外的人接入所述移动装置。拥有者可在移动装置上设置口令，且通过将口令正确地输入到所述移动装置中来验证，这可能是不便的。不同于使用户将她的口令输入到所述移动装置中，使用例如指纹传感器等生物信息学来验证用户可能是合意的。

当今可用的许多移动装置具有电容性触摸屏，其通常使用绝缘体，例如玻璃或塑料，包覆有一或多个经图案化氧化铟锡(ITO)层，充当透明导体。当人类手指触摸或位于有源触摸屏附近时，手指充当适度导体来修改局部电场。更具体地说，当手指触摸触摸屏的表面时，区域化电场的失真发生，其可被测量为邻近ITO电极之间的局部电容的变化，其接着由一或多个相关联集成电路转译为电信号，且由在一或多个本地处理器上运行的算法转换成触摸数据。

常规电容性触摸屏难以获取指纹图像，因为固有的低分辨率以及无法形成指纹脊线和谷线的清晰图像，这部分归因于ITO电极之间的典型间距，其可为典型的指纹脊线到谷线间距的十倍，且部分归因于大多数指纹的谷线相对较浅。具有较高分辨率的基于电容的指纹传感器可使用薄压板来良好地起作用，但难以穿过移动装置显示器的典型厚度的玻璃盖片或防护透镜来成像。

发明内容

本发明提供用于捕获物件的一或多个传感器图像的方法、***和技术。

与一些实施例一致，提供一种用于捕获物件的一或多个传感器图像的***。所述***包含触摸***，其包含装置的触敏屏和显示器。所述***还包含传感器***，其包含传感器阵列和处理组件。所述传感器阵列耦合到所述触敏屏，且所述处理组件经配置以在所述触敏屏检测到所述物件时，捕获所述物件的一或多个图像。所述传感器阵列的至少一部分与所述触敏屏的至少一部分重叠。

与一些实施例一致，提供一种捕获物件的一或多个传感器图像的方法。所述方法包含通过耦合到装置的触敏屏的传感器阵列来检测相对于触敏屏从物件反射的信号。所述方法还包含基于所述反射的信号来捕获所述物件的一或多个图像。所述传感器阵列的至少一部分与所述触敏屏的至少一部分重叠。

与一些实施例一致，提供一种上面储存有用于执行操作的计算机可执行指令的计算机可读媒体，所述操作包含：通过耦合到装置的触敏屏的传感器阵列，检测相对于所述触敏屏从物件反射的信号；以及基于所述反射的信号，捕获所述物件的一或多个图像，其中所述传感器阵列的至少一部分与所述触敏屏的至少一部分重叠。

与一些实施例一致，提供一种用于捕获物件的一或多个传感器图像的***。所述***包含用于检测相对于装置的触敏屏从物件反射的信号的装置。所述***还包含用于基于所述反射的信号来捕获所述物件的一或多个图像的装置。当所述物件位于所述用于捕获所述一或多个图像的装置上方时，所述物件位于所述触敏屏的至少一部分上方。

附图说明

图1是说明与一些实施例一致的包含物件检测***的移动装置的框图。

图2是说明与一些实施例一致的使用物件检测***来获取指纹图像信息或增强生物计量的图像质量的过程流程的框图。

图3是说明与一些实施例一致的移动装置中的物件检测***的组件的框图。

图4是说明与一些实施例一致的图3中的移动装置中的物件检测***的组件的侧视图的框图。

图5是说明与一些实施例一致的包含经压电微机械加工的超声换能器(PMUT)技术的物件检测***的框图。

图6是说明与一些实施例一致的捕获物件的一或多个传感器图像的方法的流程图。

图7是说明与一些实施例一致其中捕获并分析用户的指纹的成像区的框图。

图8是说明与一些实施例一致的接收用户指纹的一部分的图像的传感器阵列的框图。

图9A到9C示出与一些实施例一致的手指的若干部分的实例指纹。

图10是说明与一些实施例一致的引导用户执行指纹录用和/或手指位置或旋转改变的方法的流程图。

图11是说明与一些实施例一致的使特定特征和手指轮廓与对应图像或特征模板匹配的方法的流程图。

图12是说明与一些实施例一致的使声穿透触敏屏的一或多个位置和/或区域的方法的流程图。

图13示出与一些实施例一致的包含心电图(ECG)信号以及表示与手指相关联的心室压的曲线图的表。

图14是说明与一些实施例一致的使用物件检测***利用传感器阵列和经调适的PCT触摸屏来检测活跃度的过程流程的框图。

图15是说明与一些实施例一致的使用物件检测***利用具有***电容性感测电极的传感器阵列来检测活跃度的过程流程的框图。

图16是说明与一些实施例一致的具有***电容性感测电极的传感器阵列的平面视图的框图。

图17是说明与一些实施例一致的在传感器阵列的上部层上使用分段偏压电极的过程流程的框图。

图18是说明与一些实施例一致的能够捕获物件的一或多个传感器图像的平台的图。

具体实施方式

I.实例***架构

A.触摸***

B.传感器***

II.耦合到触摸***以进行物件检测和成像的传感器***

A.触摸数据

B.指纹数据

C.传感器数据和装置状态信息

D.处理触摸数据、指纹数据、传感器数据和/或装置状态信息

III.物件检测***的组件

IV.传感器阵列

A.电力减少

B.大小减小

C.传感器位置的自校准

V.物件轮廓和旋转

A.触摸辅助的录用

B.触摸辅助的查询

VI.多手指验证

VII.活跃度检测

VIII.实例计算机***

在以下描述中，阐述描述某些实施例的具体细节。然而，对于所属领域的技术人员将显而易见的是，所揭示的实施例可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践。所呈现的具体实施例意在为说明性的而不是限制性的。本领域技术人员可能认识到其它材料(尽管本文中未具体描述)在本发明的范围和精神内。

I.实例***架构

图1是说明与一些实施例一致的包含物件检测***110的移动装置102的框图100。移动装置102可(例如)为膝上型计算机、智能电话、个人数字助理、平板计算机、可穿戴健康监视器或其它便携式电子装置。尽管将移动装置102示出为非静态装置，但应了解，在其它实施例中，包含物件检测***110的计算装置可为静止装置，例如个人计算机、电视机、数字查询一体机、电子现金寄存器或数字安全***。

物件检测***110可用于检测移动装置102的接近性内的物件104(例如手写笔或用户的手指)，且捕获所述物件的一或多个图像。物件检测***110可包含耦合到传感器***114的触摸***112，其一起作用来增强用户的体验。

A.触摸***

触摸***112包含移动装置102的触敏屏和视觉显示器109。触敏屏，在本文还称为“触摸屏”可并入到显示器中，且位于移动装置102的显示器上方。在一些实施例中，触敏屏是响应施加到屏幕的压力的电阻性触敏屏。在一些实施例中，触敏屏是光学、射频(RF)、红外(IR)或某一其它类型的传感器。

在一些实施例中，触敏屏可为电容式触摸屏。电容性触摸屏，明确地说投射电容式触摸(PCT)屏幕，可使用手指、手写笔或其它物件连同透明导电电极阵列和相关联电路的导电和电介质特性来确定物件104(例如用户的手指或手写笔中的一或多者)的位置和越过屏幕的移动。由此，触摸***112可使用电容性感测技术，通过测量手指或其它物件104穿越电容式触摸屏的邻近或重叠传导迹线之间的电场线并使其扭曲时的小电流或移位电荷，来检测物件104的位置。电容性触摸屏通常在低电力下操作，且是许多移动装置中的可用特征。触摸***112可嵌入、包含、附接或以其它方式并入到移动装置102中。触摸***112可具有比传感器***114低的分辨率，且不能接收关于物件104的某些细节。

B.传感器***

传感器***114可包含传感器阵列116以及一或多个处理组件132。传感器阵列116可耦合到触敏屏，且可驻存在显示器的至少一部分或显示器的整个部分下面，和/或可集成和建构到移动装置102的显示器中。在一些实施方案中，传感器阵列116可使用耦合材料(例如环氧树脂、压敏粘合剂(PSA)或其它粘合材料)耦合到触敏屏在一些实施方案中，传感器阵列116可层压或以其它方式接合到触敏屏的背侧或视觉显示器的背侧。在一些实施方案中，传感器阵列116可构造或以其它方式形成在视觉显示器、触敏屏或玻璃盖片(其可驻存在显示器的前方)后面或作为其一部分。在一些实施方案中，传感器阵列可显示器和/或触摸屏中的一些或全部重叠。

传感器阵列116可包含用于发射信号的一或多个发射器；以及用于拾取或接收发射器所发射的信号的一或多个接收器。传感器阵列116可为(例如)超声传感器阵列、电容性传感器阵列、光学传感器阵列、射频(RF)传感器阵列、红外(IR)传感器阵列、力敏电阻器(FSR)阵列，或其它类型的传感器阵列。包含于传感器阵列116中的接收器和发射器(均未说明)的数量可取决于其大小。举例来说，传感器阵列116可大约为3.2英寸×3.0英寸、1英寸×1英寸、11毫米(mm)×11mm、15mm×6mm、9mm×4mm或4mm×4mm。这些仅为实例，且传感器阵列116的大小可变化。

在一些实施例中，发射器可发射信号模式的超声波，且物件104可在触敏屏的接近性内或可位于触敏屏的表面上或上方，从而致使超声波朝传感器阵列反射回来。在实例中，发射器发射超声信号。在此实例中，发射器可为任何合适的超声装置，其包含一或多个超声换能器，例如压电超声平面波产生器，以产生超声信号。接收器可接收来自物件104的反射信号模式，且可为任何合适的超声接收器。接收器可连续运行，使得当移动装置102接通时，它们总是准备好接收来自发射器的输入。

处理组件132可执行激活和接入传感器阵列以及基于反射信号模式来确定物件104的位置的各种操作。处理组件132可提取由传感器阵列116的接收器接收到、检测到和捕获的超声信号，且跟踪物件104的移动以检测物件104的相对准确的位置。处理组件132可捕获或提取物件的图像(例如基于超声、电容性、光学、RF、IR或FSR技术的图像)。

尽管可将传感器***114描述为超声传感器***，且可将处理组件132描述为处理超声信号并捕获超声图像，但这既定不是限制性的。传感器***114可为(例如)电容性传感器阵列、光学传感器阵列、射频(RF)传感器阵列、红外传感器阵列、力敏电阻器阵列，或其它类型的传感器阵列。

在一些实施例中，处理组件132可提取超声传感器阵列检测到的超声信号，且确定是否存储物件的所述一或多个超声图像(其可包含指纹、血管结构、汗孔细节等)。如果超声图像满足某一阈值，例如如果其是清晰的，那么处理组件132可存储所述超声图像，且如果其不清晰，那么丢弃所述超声图像。在一些实施例中，处理组件132可为一或多个处理器、中央处理单元(CPU)、图像信号处理器(ISP)、微控制器或数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)和音频信号处理器，其可包含模拟和/或数字音频信号处理器。传感器***114可嵌入、包含、附接或以其它方式并入到移动装置102中。在一些实施方案中，传感器***114的传感器阵列116可为位于移动装置102的触敏屏或视觉显示器下面、并入到其中，或以其它方式与其包含在一起。在一些实施方案中，触敏屏可位于移动装置102的显示器上方、并入到其中，或以其它方式与其包含在一起。

移动装置102还包含存储器134。存储器134可包含：***存储器组件，其可对应于随机存取存储器(RAM)；内部存储器组件，其可对应于只读存储器(ROM)；和/或外部或静态存储器，其可例如对应于光学、磁性或固态存储器。存储器134可对应于非瞬时性机器可读媒体，其包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁性媒体、CD-ROM、任何其它光学媒体、穿孔卡片、纸带、具有孔洞图案的任何其它物理媒体、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或盒带，和/或处理组件132能够读取的任何其它媒体。

II.耦合到触摸***以进行物件检测和成像的传感器***

用户可通过触摸触敏屏来与触摸***112交互，其检测物件104在触敏屏的表面上的位置。当物件104位于传感器阵列116上或上方时，可引发包含于传感器阵列116中的发射器(例如超声发射器)获取所述物件的一或多个图像(例如超声图像)。在与传感器***114交互之前，用户可与触摸***112交互。

图2是说明与一些实施例一致的使用物件检测***110来获取指纹图像信息或增强生物计量的图像质量的过程流程的框图200。在图2中示出的实例中，物件是手指204，且触敏屏可辅助获取指纹传感器数据，或用以增强指纹图像质量和/或通过触摸接口(例如电容性触摸接口)的指纹识别的其它方面。尽管可将生物计量描述为用户的指纹，但这既定不是限制性的，且所述生物计量可包含其它识别信息(例如用户的掌印)。

图2说明移动装置102以及手指204触摸移动装置102的触敏屏的表面的侧视图。在图2中示出的实例中，触摸***112位于传感器***114上方，且传感器阵列116的至少一部分与触敏屏的至少一部分重叠。明确地说，传感器阵列116定位成使得当手指204触摸触敏屏时，手指204也可位于传感器阵列116的至少一部分上或上方。

显示器在其中传感器阵列116与触敏屏重叠的部分中是通过指纹检测启用的，而其余不重叠部分不是通过指纹检测启用的。传感器***114可被称为指纹传感器***，且传感器阵列116可被称为指纹传感器。

A.触摸数据

在一些实施方案中，显示器可提供请求用户扫描她的手指以便验证的提示。如果用户通过验证，那么移动装置102可允许所述用户接入到应用程序并存取存储在移动装置102中的数据，且如果用户未通过验证，那么阻止所述用户接入应用程序并存取存储在移动装置102中的数据。

用户可通过将手指204放在触敏屏的表面上来与显示器交互。在动作210处，触摸***112可接收并处理包含来自用户的触摸的一或多个触摸参数的触摸数据。触摸***112可将所述触摸参数中的一或多者传递到指纹控制块220。触摸参数可用于导出传感器***114应如何且在何时捕获物件的图像。

触摸***112可从用户的触摸导出触摸参数，例如触摸大小、区域、位置、x-y位置、用户手指的角度和定向、用户手指的移动和/或移动速率，以及触摸装置的触敏屏的物件的触地时间(例如其中用户的手指触摸着触敏屏的持续时间)。在一个实例中，如果用户的手指仍在移动，那么捕获用户的指纹的图像可能是无效的。捕获所述图像的较理想时间是例如当用户的手指实际上静止，且仍在触敏屏的阈值接近性内(例如触摸着触敏屏)时。

在另一实例中，可使用触摸参数来确定用户的手指何时位于指纹传感器阵列116上方，以允许及时捕获和获取指纹图像，且在不存在手指时，防止所述传感器阵列116的不必要引发或激活，从而降低移动装置102的总电力消耗。在另一实例中，可使用触摸参数来确定物件可能是手指、手掌还是手写笔(例如基于物件抵靠触摸屏的面积或轮廓)，且相应地激活传感器阵列116的部分。在另一实例中，可检测多个同时触摸(例如多触摸能力)的触摸参数可用于触发传感器阵列116的与其中已检测到多个手指触摸的位置相关联的部分，以允许两个、三个、四个或五个手指的同时指纹识别。在一些实施方案中，手指的位置和定向可由触摸屏检测，且用以辅助用户向指纹传感器***的录用和/或检验。

触摸***112还可从移动装置102的移动与移动装置102有关的数据(例如所述移动装置的移动速率、触控信号层级数据(例如阈值或信噪比(SNR))或抓握检测)导出触摸参数。抓握检测可指关于用户在移动装置上的抓握的数据。举例来说，触摸***112可能够认识到用户正使用哪只手来握住移动装置(例如右手或左手)、用户正抓握在移动装置的何处(例如顶部、底部、左侧和/或右侧)，以及哪只手正触摸屏幕(例如正使用左手还是右手来选择在小键盘上显示的特定数字)。

B.指纹数据

在动作212处，传感器***114可接收并处理指纹数据。在一些实施例中，传感器***114可包含指纹硬件和电路来处理从自用户的手指反射的超声波捕获的图像。传感器***114可将指纹数据传递到指纹控制块220。当手指204位于传感器阵列116上方时，可引发包含于传感器阵列116中的超声发射器来获取手指204的一或多个超声图像。

C.传感器数据和装置状态信息

在动作214处，可检索传感器数据和/或装置状态信息，并将其传递到指纹控制块220。移动装置102可包含装置传感器，例如温度传感器(例如环境温度、电话温度，以及传感器和/或触敏屏的温度)和/或湿度传感器，其提供传感器数据以允许传感器补偿。

移动装置102还可包含一或多个陀螺仪和加速计和/或全球定位***(GPS)，以例如确定用户是否正在移动，或用户移动得多快。举例来说，如果用户正在跑，那么捕获用户指纹的图像可能是无效的。在此实例中，移动装置102可允许用户解锁移动装置102，但不允许用户进行在线购买，因为所述购买在用户部分可能是无意的。捕获用户指纹的图像的较理想时间是例如用户的手指实际上静止且在触敏屏的阈值接近性内时。另外，可检索装置状态信息，例如蜂窝式状态、RF信号电平(例如强、中或弱信号)和/或电池电量，并将其传递到指纹控制块220。

D.处理触摸数据、指纹数据、传感器数据和/或装置状态信息

触摸数据(见动作210)、指纹数据(见动作212)和传感器数据和/或装置状态信息(见动作214)可将情境提供到用户的移动中，并辅助传感器***114确定是否是捕获用户指纹的图像的合适时间，或识别传感器***114所处理的不同参数以便捕获指纹的不同图像或稍后捕获指纹图像是否可为合意的。

在指纹控制块220中，可合成数据，并以多种方式提供情境和实现。在动作222处，可导出可控制指纹扫描的参数。可合成触摸数据、指纹数据、传感器数据和/或装置状态信息，以便实现最佳指纹传感器操作参数，且动作222的输出可调整指纹传感器***的参数，以获得高品质指纹图像。举例来说，在动作224处，可确定传感器***114的最佳调谐参数以及激活扫描硬件的最佳时间，并将其传递到物件检测***110。

在动作226处，可合成数据以向用户提供实时反馈，并传递到物件检测***110。在实例中，可经由显示器将具有对手指位置调整的一或多个建议的实时反馈提供给用户。明确地说，实时反馈可向用户提供关于如何调整其手指或手来增加获得其手指的良好图像的概率的建议。举例来说，传感器***114可能够确定用户正触摸在哪里，要触摸触摸屏或视觉显示器的哪些部分来捕获清晰的指纹图像，移动装置102是否周围挤了太多，和/或是否已获取良好的指纹图像。

物件检测***110可经由***用户接口向用户提供例如视觉、听觉和/或触觉反馈。视觉反馈的实例可为在移动装置102的显示器上提供视觉符号(例如指纹的有界框或说明，具有非常接近于所述有界框或指纹说明的文本“触摸此处”)，其指示用户应在触敏屏上何处触摸，来使***能够捕获用户指纹的良好图像(见图3中的视觉图像322)。

视觉显示器的另一实例可为在移动装置102的显示器上提供提示，其指示已成功地捕获或例如归因于移动装置102的移动或手指在图像捕获事件期间的过量移动而尚未成功地捕获用户指纹的图像。视觉显示器的另一实例可为致使耦合到移动装置102的绿色发光二极管(LED)点亮，以便指示已成功地捕获用户的指纹，且致使耦合到移动装置102的红色LED点亮，以便指示尚未成功地捕获用户的指纹。在一些实施方案中，可将音频反馈，例如音调、声音或口头响应，提供给用户。在一些实施方案中，可将触觉反馈提供给用户，例如当获取指纹图像时或当录用、匹配或验证已成功时的蜂音或咔哒声。

在动作228处，可导出用于增强型记录创建和管理的参数。当手指204触摸触敏屏时，传感器阵列116可为所引发且扫描手指204的超声传感器阵列。在此实例中，处理组件132获取用户指纹的一或多个超声图像，且可将指纹图像或相关联的指纹特征存储在存储器134(见图1)中。指纹特征可包含与指纹相关联的各种特征点的类型、位置和角度。为了确保安全性，处理组件132可对指纹图像或特征进行加密，且接着将经加密的指纹图像或特征存储在存储器134中。

如果处理组件132感知到正使用哪只手(例如右手或左手)、手指(例如拇指、食指、中指、无名指或小指)，和/或正使用用户手指的哪一部分(例如指尖、中部、侧面或底部)来创建指纹图像，那么处理组件132可能够更容易地使用户的指纹图像或特征与存储在存储器134中的另一指纹图像或特征匹配。

可能需要最小化传感器阵列116的大小来降低成本。如果传感器阵列116较小，那么可捕获用户手指的少量细节或特征，且基于少量数据来作出用户的指纹图像是否与另一指纹图像匹配的确定。因此，为了获得较准确且较快速的结果，知晓用户手指的哪一部分被捕获并由所述指纹图像表示可为有帮助的。

在动作230处，可合成数据来增强指纹记录管理，以例如创建、匹配和/或验证用户的指纹图像。如果用户建立她的帐户，那么处理组件132可捕获手指204的图像，分析指纹图像的细节和/或特征，并将所述细节和/或特征作为指纹模板信息(也被称作指纹“模板”)存储在存储器134中。所述图像可基于传感器阵列116与物件的交互。在后续时间点，如果处理组件132确定手指204的所捕获指纹图像与存储器134中所存储的指纹模板匹配，那么处理组件132可验证所述用户。相比之下，如果处理组件132确定手指204的所捕获指纹图像与存储器134中所存储的模板中的任一者不匹配，那么处理组件132可确定验证失败且不验证所述用户。

III.物件检测***的组件

图3是说明与一些实施例一致的移动装置102中的物件检测***110的组件的框图300。图4是说明与一些实施例一致的图3的移动装置102中的物件检测***110的组件的侧视图的框图400。

在图3中，触摸***112包含触敏屏302和视觉显示器304。触敏屏302可并入到显示器304中，或位于移动装置102的显示器304上方或下方。在一些实施例中，触敏屏302可为电阻式触摸屏。在另一实例中，触敏屏302可为投射式电容(PCAP)触摸屏，也被称作投射电容式触摸(PCT)。投射式电容感测硬件可包含玻璃顶部或覆盖层，在玻璃衬底下方具有N个传感器电极(例如行电极)的阵列、绝缘层，以及M个传感器电极(例如列电极)的纵横交错阵列。

触敏屏302可由玻璃材料制成，且包含存在于触敏屏下方的玻璃上硅组件306。在一些实施例中，显示驱动器、PCT前端(模拟前端或AFE)和指纹传感器AFE可组合成玻璃上硅组件306。每一AFE可包含一或多个模/数转换器，以及用于获取和转换来自各种传感器的数据的相关联时序电路。由此，显示驱动器、触摸AFE和指纹传感器AFE之间可发生高度交互，而不离开玻璃上硅组件306。尽管将触敏屏302描述为由玻璃材料制成，但应理解，触摸***112可由任何透明材料制成。举例来说，触敏屏302可由聚碳酸酯或蓝宝石材料组成。

双侧挠曲电路308可安置于触敏屏302与传感器阵列116之间。传感器阵列116可存在于挠曲部、玻璃上，或以其它方式耦合到触摸屏。双侧挠曲电路308是电气和物理接口，且可包含其间具有绝缘层的两个或更多个导电层。外导电层可具有暴露的垫，其可从挠曲部的一侧或两侧接近。传感器阵列116可使用挠曲电路308上的电连接来提供电力并检索指纹传感器数据。类似地，触敏屏302可使用挠曲电路308上的电连接来产生和接收电信号，用于检测屏幕表面上的一或多个触摸。类似地，显示器304可使用挠曲电路308上的电连接来提供电力，并接收从主要印刷电路板(PCB)320流动的显示信息。

在一个实例中，双侧挠曲电路308可经由挠曲部分308A将电连接向上馈送到显示器304，且经由挠曲部分308B向下馈送到传感器阵列116，使得数据可传递到彼此和主PCB320，和/或从其接收数据。在另一实例中，双侧挠曲电路308可经由挠曲部分308B将电连接向上馈送到显示器304，且经由挠曲部分308A向下馈送到传感器阵列116，使得可将数据传递到彼此和主PCB 320，和/或从其接收数据。另外，双侧挠曲电路308中的电镀通孔可提供触敏屏302与传感器阵列116之间的连接。

双侧挠曲电路308可包含存在于挠曲电路308的一侧或两侧上的一或多个挠曲部上硅组件310。在一些实施例中，指纹发射器(Tx)驱动器区段以及一或多个指纹/触摸低跌落(LDO)电压调节器可组合挠曲部上硅组件310。挠曲部上硅组件310的电力供应器可与其它集成电路(IC)共享。

如上文所论述，请求用户扫描她的手指来进行验证的视觉提示可在显示器304上出现。所述提示可伴随有一或多个音频音调、口头命令或触觉反馈来扩增或核实所述请求。主PCB 320可操作并将数据发送到显示器304，且提供视觉图像322来向用户显示将她的手指放置在触敏屏302或显示器304的表面上何处。视觉图像322示出为虚线框，且可指示耦合在其下方的传感器阵列116的有效区域的轮廓。在图3中，传感器阵列116以分解视图向下投影。视觉图像322大约可为传感器阵列116的有效区域(图像捕获区域)的大小或小于其大小。

主PCB 320可包含处理组件132，其具有有一或多个移动台调制解调器(MSM)以及一或多个编解码器(译码器-解码器)326的芯片组324。具有一或多个数字处理器的芯片组324可执行指纹处理和/或控制显示接口。芯片组324可执行动作214(见图2)，且处理传感器数据和装置信息。举例来说，芯片组324可执行传感器集线器处理、触摸处理和模式控制(例如指纹、触摸和传感器模式控制)。芯片组324可经配置以唤醒传感器***114和/或传感器阵列116，例如在用户触摸触敏屏302的在传感器阵列116上方或附近的适当部分时。这些功能中的一些可在芯片组324和/或编解码器326中执行。编解码器326可执行传统的功能，例如为与移动装置102相关联的各种扬声器、麦克风、显示器和相机(例如传感器344、346和/或348)编码和/或解码音频和视频流。

当触摸***112活动时，用户可将她的手指放置在触敏屏302上，在视觉图像322的有界虚线框内，使得传感器***114被引发，且处理组件132捕获用户的指纹332的图像。触摸***112可处理用户的触摸，并经由或更多电连接340将触摸数据(见图2中的动作210)发送到主PCB 320。挠曲连接性342可包含一或多个连接340来允许触摸和指纹数据的串行***接口(SPI)连接性、用于显示器的移动行业处理器接口(MIPI)，以及电力和接地连接。挠曲连接性342可针对触摸和指纹数据包含相同或不同的SPI。

芯片组324中的一或多个处理器可分析来自触敏屏302的触摸数据，并确定是否捕获指纹332的图像。举例来说，如果用户正在移动，且指纹332不清晰或模糊，那么芯片组324可确定不捕获指纹332的图像。如果芯片组324确定指纹332是用于捕获其图像的良好候选者，那么芯片组324可激活传感器阵列116，其接着可与指纹AFE通信，来结合触摸参数数据和任何调整来运行指纹332的扫描。传感器阵列116可扫描指纹332持续预定时间段，并将指纹数据发送到处理组件132以供处理。处理组件132可例如创建用于录用的指纹图像的模板或记录，或确定模板或指纹图像是否与存储在存储器134(图1)中的指纹图像中的任一者匹配，以进行用户的检验或验证。

在图4中，触敏屏302可并入到显示器304中或位于显示器304上方，且传感器阵列116位于触敏屏302和显示器304的一部分下面。应理解，图4中的实例既定不具有限制性，且图4中的组件的位置可与示出的位置不同。

存在于玻璃上硅组件306和挠曲部上硅组件310中的组件可基于各种实施方案而变化。在一个实例中，显示驱动器和触摸AFE可组合成玻璃上硅组件306，且指纹发射器驱动器区段、指纹/投射电容式触摸LDO和指纹AFE组合成挠曲部上硅组件310在另一实例中，显示驱动器可包含于玻璃上硅组件306中，且触摸AFE、指纹发射器驱动器区段、指纹/投射电容式触摸LDO和指纹AFE组合成挠曲部上硅组件310。

另外，多于一个硅组件可存在于触敏屏的玻璃上，且多于一个硅组件可存在于挠曲电路上。如果触摸AFE和指纹AFE存在于同一芯片中，那么它们可使用相同的SPI。如果触摸AFE和指纹AFE存在于不同芯片中，那么它们可各自使用其自己的SPI。通过使用两个SPI，在主PCB 320与双侧挠曲电路308之间布设电线或其它电连接可能更具挑战性且昂贵，但更灵活。

在一个实例中，显示驱动器可存在于玻璃上硅组件306中，且两个不同硅组件存在于双侧挠曲电路308上。在另一实例中，指纹发射器驱动器区段和指纹/触摸LDO可存在于第一挠曲部上硅组件(未图示)中，且触摸AFE和指纹AFE组合成第二挠曲部上硅组件(未图示)。在另一实例中，指纹发射器驱动器区段和指纹/投射电容式触摸LDO存在于第一挠曲部上硅组件中，且触摸AFE存在于第二挠曲部上硅组件(未图示)中。

图5是说明与一些实施例一致的包含经压电微机械加工的超声变换器(PMUT)技术的物件检测***110的框图500。PMUT触摸/指纹传感器502可包含整个显示器(如图所示)，或可小于显示器。在一个实施例中，玻璃上硅组件306可包含显示驱动器，且挠曲部上硅组件310可包含PMUT AFE。在另一实施例中，显示驱动器和PMUT AFE可组合成单个玻璃上硅组件306。

如上文所论述且进一步在此处强调，图1到5仅为实例，其不应不恰当地限制权利要求书的范围。举例来说，尽管将一个物件说明为由物件检测***110检测，但应理解，可检测多于一个物件(例如多个手指、手指和手写笔，等等)。

图6是说明与一些实施例一致的捕获物件的一或多个传感器图像的方法600的流程图。方法600无意具有限制性的，且可用于其它应用。

方法600包含框602到604。在框602中，耦合到触敏屏的传感器阵列检测可相对于装置的触敏屏从物件反射的信号。在实例中，传感器阵列116是超声传感器阵列，其检测相对于移动装置102的触敏屏从物件104反射的超声信号。

在框604中，可基于反射的信号来捕获物件的一或多个图像，其中所述传感器阵列的至少一部分与所述触敏屏的至少一部分重叠。在实例中，传感器阵列116是超声传感器阵列，且处理组件132基于反射的超声信号来捕获物件104的一或多个超声图像，其中所述超声传感器阵列的至少一部分与触敏屏的至少一部分重叠。

还理解，在上文所论述的框602到604之前、期间或之后，可执行额外过程。还理解，可省略、组合或以与所要不同的序列执行本文所述的方法600的框中的一或多者。在实施例中，可为悬停在触敏屏的表面之上或位于其上的任何数目的物件(例如多个手指)，执行框602到604。

IV.传感器阵列

A.电力减少

再次参看图2，传感器***114在起作用时可消耗可观的电力，且在为超声指纹传感器阵列产生超声波时，可消耗额外电力。归因于用于驱动与超声传感器阵列116相关联的超声发射器的中等高的电力消耗，可能需要最小化发射器工作时间，且减少传感器***114消耗的电力的量。

在一些实施例中，处理组件132可断开传感器阵列116，或将传感器阵列116置于低电力模式，使得发射器不发射信号，和/或接收器不捕获或以其它方式处理接收到的信号。举例来说，处理组件132可制止将发射器启用信号或驱动电压发送到超声传感器阵列116，从而防止产生超声波，直到超声成像需要超声波为止。类似地，处理组件132可将传感器阵列116的接收器部分置于低电力或睡眠模式，直到需要图像为止，从而降低总电力消耗。还可将处理组件132置于睡眠模式，持续某一时间周期。触敏屏通常是活动的，且用以跟踪物件的移动。明确地说，触敏屏可用于确定手指204何时已停止移动，以及手指204何时位于传感器阵列116的有效区域之上。如果当捕获手指的图像时，用户已停止移动手指204，那么获取的指纹图像可较清晰且较精确。

触摸传感器和触敏屏幕可消耗比传感器***114少的电力，使得在一些实施方案中，触摸传感器或触敏屏可用于检测手指或其它物件，其可反过来触发处理组件132来唤醒指纹传感器。举例来说，如果位于触敏屏上的物件的检测到的区域和/或轮廓的大小和形状类似于手指的大小和形状，而不是手写笔或保护盒内部的大小和形状，那么处理组件132可唤醒并调用传感器***114和传感器阵列116。另外，如果手指或手指轮廓的坐标在传感器阵列116的图像捕获区域(有效区域)内，那么可捕获所述手指的一或多个传感器图像。

触摸***112可检测触敏屏的表面上的手指204，并将关于所述检测到的手指的信号发送到处理组件132。如果处理组件132的若干部分在休眠，那么可唤醒所需的部分或使其从休眠模式出来。处理组件132可检测手指204何时在指纹传感器区域内。响应于检测到手指204在指纹传感器区域内，处理组件132可接通传感器阵列116，使得一或多个发射器发射信号(例如超声信号)，且一或多个接收器接收来自手指204的反射信号模式。接通传感器阵列116的适当时间可为当手指已停止移动且已稳定到相对静止的位置(即，在指纹传感器阵列的有效区域上方)中时。处理组件132接着可获取并处理反射信号模式，来捕获手指的一或多个图像。

在一个实例中，移动装置102可休眠，其中触摸屏和显示器关闭。用户可将手指放置在指定区域(例如首页按钮)上，以唤醒移动装置102。如果触敏屏在屏幕的***附近包含一或多个电容式触控传感器，那么可使用电容式触控传感器来以低重复率感测触敏屏的仅一部分(例如传感器阵列116周围且包含传感器阵列116的区)，以节约电力。在另一实例中，当触摸屏和显示器处于低电力模式(例如触敏屏醒来并切换到仅指定区域中的电容性感测通道(行和列)的较高扫描速率，唤醒指纹传感器阵列，且起始图像获取循环)时，仅指纹传感器阵列所位于的触敏屏的指定区域中的验证的触摸可起作用。可忽略其它触摸，因为指定区域外部的电容性感测通道可关闭，或可在指定传感器区域外部的区中进行触摸。

在一些实施方案中，传感器***114可在捕获模式与非捕获模式之间切换。如果传感器***114处于捕获模式，那么传感器***114是活动的，且在其处于触敏屏的阈值接近性内时，捕获指纹的图像。如果传感器***114处于非捕获模式，那么传感器***114是活动的，且不捕获指纹的图像(即使其在触敏屏的阈值接近性内也是如此)。

在一些实施方案中，如果用户用戴手套的手触摸显示器上的指纹区域，那么所述触摸可被记录，但预设阈值可指示触控信号的量值过低而无法进行指纹识别，但对于屏幕导航来说是足够的。在此类情形中，触摸***112可不啮合指纹传感器，从而通过不在每次触摸时啮合指纹传感器来减少所消耗的电力的量。在此实例中，戴手套的手指的触摸可满足允许屏幕导航的最小信号阈值。

因此，通过在物件的传感器图像容易不清晰时断开传感器阵列116或使其处于低电力休眠模式，且在物件的传感器图像容易为清晰时接通传感器阵列116，物件检测***110可实现传感器***114的较好电力管理。以此方式，传感器***114的电力需求可减少，且第一时间扫描成功的较高概率得以确保。

B.大小减小

可将传感器阵列116放置在触敏屏的一部分下面(而不是整个触敏屏下面)。对于耦合到触敏屏的传感器阵列116，传感器阵列116的大小可较小，同时仍提供清晰的指纹成像以及其它优点，如本发明中所论述。在实例中，传感器阵列116的有效区域可约为1/4英寸×1/2英寸。触敏屏(例如电容式触摸屏)辅助减小的大小指纹传感器的有效操作。举例来说，触敏屏可检测手指204在触敏屏的表面上的位置，并辅助确定手指何时位于减小大小的指纹传感器之上。

用户可触摸显示器上的有效指纹区域。在实例中，用户接口(UI)可显示指纹传感器上方的触摸区域的轮廓，且为用户提供图形引导来将她的手指定位在正确的位置和/或定向中(例如，见图3中的视觉图像322)。触摸***112可将来自检测到的触摸的大小参数提供到指纹控制块220。触摸大小信息可包含关于正扫描手指的哪一部分(例如指尖、中部、底部或侧面)以及所述手指的大小和位置的细节。由此，可避免对被认为太大或具有奇怪形状(例如颊部、手掌、衬衫袖子或屏幕上的液体)的触摸的不必要扫描。

C.传感器位置的自校准

作为减小大小的指纹传感器与具有触敏屏的显示器之间的交互的一部分，知晓传感器阵列116相对于显示器的物理位置可为重要的。举例来说，允许在移动装置102上执行的应用程序知晓传感器阵列116相对于显示器的位置可为重要的。

对于各种移动装置模型之间的放置变化和组装容差，可能需要确定每一装置内的传感器阵列116的位置。在移动装置上运行的一些软件应用程序可请求来自用户的验证触摸输入。如果应用程序并不知晓传感器阵列116的位置，那么应用程序可不能够从传感器阵列116获取图像。在另一实例中，如果应用程序不正确地知晓移动装置102中的传感器阵列116的位置，那么应用程序可能不能够接收用户的触摸输入，且可能无意中挂起或变为功能异常。

在一些实施例中，在传感器附接到显示器之后，传感器阵列116与触敏屏之间的电磁或静电交互可用于自动校准传感器位置和/或定向。举例来说，可用AC或DC信号来使与传感器阵列116相关联的发射器或接收器电极临时偏置，以允许通过触敏屏对传感器的检测。可使用传感器阵列的有效部分的轮廓来确定传感器的物理放置。软件应用程序可能够运行例程来确定传感器阵列116的位置，且将触敏屏自动校准到较小传感器阵列116。

在实例中，传感器阵列116可附接到显示器和放置在显示器之上且粘附到显示器的触敏屏(例如投射式电容触摸屏(PCT))的背侧。为了自动确定传感器阵列116相对于触敏屏的位置，可将偏压电压施加到接收器(例如超声接收器)或发射器(例如超声发射器)电极中的一或多者。可将偏压电压施加到最接近触敏屏的接收器或发射器电极。可使传感器阵列116的一或多个电极偏置或注入有可由上覆电容式触摸屏检测的时变信号，以检验传感器操作的若干方面(在传感器自测试程序期间)。

可执行触敏屏的扫描，且确定传感器的有效区域。可确定有效传感器区的坐标，并存储在存储器134中(例如区域校准)。有效传感器区域的大小也可存储在存储器134中。因此，可确定传感器阵列116相对于电容式触摸屏的大小、位置和定向，并存储在存储器134中。

在移动装置102上运行的软件应用程序可调用大小、位置，和/或定向参数，来将用户引导到屏幕上其中可捕获用户指纹的指纹图像的位置。虚拟图像可向用户提供将她的手指放置在触敏屏上何处的实例轮廓(见图3中的视觉图像322)。软件应用程序还可调用大小、位置和/或定向参数，来允许应用程序在需要时检测来自传感器阵列116的生物计量信息，将来自触敏屏的坐标与所存储的传感器参数进行比较，以确定物件何时位于传感器上方，和/或启用其它应用程序。

V.物件轮廓和旋转

在使用小区域指纹传感器的录用期间，可请求多次触摸/轻拍来登记每一所要的手指。这可能不利地影响用户的体验(例如过量的等待时间和重复触摸/轻拍)，且需要过量的计算。举例来说，在录用期间请求用户轻拍多次来记录或登记指纹的过程可能花费15秒或更长。另外，用户的匹配或验证可消耗广泛的计算资源，且取决于所录用的手指或用户的数目而导致相当大的等待时间。举例来说，对于每一录用图像，录用的等待时间和处理可花费大约500毫秒。处理时间可与手指和用户的数目成线性增长，从而使用户的体验降级。

为了减少处理指纹图像的时间量，可使用触敏屏来检测近似手指轮廓以及用户触摸的区。图7是说明与一些实施例一致的移动装置701和成像区702、704、706、708和710的框图700。可基于成像区来捕获和分析用户的指纹。在一些实施例中，触敏屏可为检测物件的触摸的位置以及被触摸区的轮廓的电容式触摸屏。在一些实例中，触敏屏可为低分辨率电容式触摸屏。

传感器阵列116可能仅看到用户指纹的一部分，例如在传感器阵列116具有小于指纹的有效区域时，或在手指的仅一部分与传感器的有效区域重叠时。图8是说明与一些实施例一致的接收用户指纹的一部分的图像的传感器阵列116的框图800。在图8中，传感器阵列116可为超声传感器阵列，其被引发来获取指纹332的一或多个超声图像，且传感器阵列116可捕获一或多个局部指纹。如图8中所说明，平面内旋转是围绕纵摇轴的旋转。平面外旋转是围绕横摆轴的旋转和/或围绕横滚轴的旋转。手指围绕纵摇轴的旋转可需要旋转角的校正来准确地录用和/或匹配指纹图像。来自触摸屏(即使低分辨率触摸屏)的信息可有助于确定旋转角，且随后帮助指纹录用和/或匹配。

图9A到9C示出与一些实施例一致的手指的若干部分的实例指纹。手指轮廓可用于识别手指旋转。如图9A中所示，触摸触敏屏的表面的手指的指尖可看起来是圆形或椭圆形的，内部具有脊线-谷线图案(例如横摆角度约为90度，参看图8)。如图9B中所示，指纹可较宽，指示手指基本上平坦地抵靠触摸屏的表面放置(例如所有三个角度均约为零度，参看图8)。如图9C中所示，具有窄形状的“侧向”指纹可指示用户已使她的手指横滚到一侧或另一侧(例如横滚角度约为90度，参看图8)。

如下文较详细论述，作为第一层级的验证，可对照模板来匹配检测到的轮廓，且进一步将其用于选择性激活高分辨率指纹成像。在一些实施方案中，一或多个手指轮廓中的轮廓可用作大区域多手指指纹传感器中的初级或次级生物计量特征。举例来说，手指轮廓结果可进一步触发次级验证(例如超声指纹成像)和/或生物计量增强(例如活跃度检测)。活跃度检测检测生命的生理记号。另外，手指轮廓可用于实现大屏幕传感器上的手指位置的局部化的高分辨率和/或声透射，从而降低电力消耗和处理器利用。声投射可指用受控的声波来使区域或物件溢流，通常作为声纳或超声成像的一部分。因此，可以低等待时间、低处理器利用和低功耗来执行多层级验证***。

传感器阵列116的位置和区域可与手指轮廓相关联，以估计手指的指纹接触面积和位置。在一些实施例中，手指轮廓可用于模板关联。通过使用来自触摸***112的额外手指轮廓和/或旋转信息，可使处理来自传感器***114的指纹图像数据加速(例如旋转、位置和/或区域)。

常规触敏屏幕可以约10到20点每英寸(dpi)来成像，而指纹传感器可以约500dpi来成像。在一些实施例中，触摸屏传感器可用于确定手指轮廓，其可用于估计相对于传感器阵列116的手指旋转和定位。在实例中，在基于小面积传感器的指纹录用程序中，轮廓和手指旋转/位置信息可用于图像模板或特征模板拼接。来自单个手指或所述手指的一部分的所存储的细节和/或指纹特征可被称为特征模板，而指纹脊线、谷线和其它特征的具体图像可被称为图像模板。在一些情况下，指纹捕获区域可与用户的手手掌或手的一部分或区域相关联。

来自单个手指的多个录用图像可拼接和/或存储来表示所述手指。所述手指的此表示可被称作图像模板。举例来说，触摸***112可检测触敏屏的表面上的用户指尖的轮廓(见图9A)，且处理组件132可将用户指尖的轮廓的图像存储在存储器中。在后续时间点，触摸***112可检测触敏屏的表面上的用户的平坦手指轮廓(见图9B)，且处理组件132可将用户的平坦手指轮廓的图像存储在存储器中。处理组件132可部分地使用存储在存储器中的手指或指尖轮廓，将这两个图像拼接在一起，以表示用户手指的一部分，其比指尖或平坦手指大或完整。

在实例中，触摸***可基于检测物件在触敏屏的表面上的触摸来确定物件轮廓，且确定所述物件从所述物件轮廓的旋转。在此实例中，处理组件132可基于物件轮廓和旋转来识别图像模板，将所述物件的一或多个图像与所识别的图像模板拼接在一起，且基于所述拼接形成新的或经更新的图像模板。所述图像模板可为所述物件的局部或完整图像。

在一些实施例中，可提取来自指纹图像的特征，且可将相关联的特征描述符存储为手指的表示。手指的此表示可被称作特征模板。在实例中，触摸***可基于检测到物件在触敏屏的表面上的触摸而创建或确定物件轮廓，且确定所述物件从所述物件轮廓的旋转。在此实例中，处理组件132可从一或多个所捕获的图像提取一或多个特征，基于所述物件轮廓、旋转和/或所提取的特征来识别特征模板，且拼接所述物件的一或多个图像来形成或增强特征模板。处理组件132接着可基于所述拼接来创建或确定新特性模板。所述特征模板可为所述物件的局部或完整图像。

所述模板(例如图像模板或特征模板)可标注有手指轮廓、旋转和位置信息来辅助将来的查询。在录用期间，用户手指的模板可存储在装置安全快闪存储器(例如电话中的安全存储器)中。在一些实施例中，存储用户手指的模板可为单次过程。在一些实施例中，用户手指的模板可在查询期间更新。另外，一或多个用户的多个手指模板可存储在装置中。当用户调用指纹验证***(例如尝试解锁装置)时，可使当前查询图像的特征与模板匹配，且可计算匹配得分。基于所述匹配得分，用户可或可不通过验证。

另外，可用对旋转和位置的知晓来增强关于录用过程的用户反馈，从而改进用户的体验(例如降低所需的触摸的次数以及总等待时间)和处理器利用率。举例来说，触摸屏检测到的参数可用于通过提供有用的反馈(例如引导用户以及告知所述用户进程)来增强用户的体验(见图2中的动作226)。在查询期间，可从所捕获的图像提取手指轮廓以及位置和/或旋转。可使查询轮廓与所录用的轮廓模板匹配。用于匹配的指纹模板可根据轮廓匹配得分进行分类，且用以验证或检验所录用的用户。

在一些实施例中，指纹模板匹配可仅通过匹配轮廓来执行。在实例中，匹配包含物件(例如用户的手指、一组手指、手掌或手)的两个轮廓/剪影图像的相关。在另一实例中，可使用机器学习来确定查询轮廓是否与录用(模板)轮廓匹配。在此实例中，机器学习可用于出于指纹匹配目的而定位模板。

另外，可在查询期间，基于所估计的参数来细化用于匹配的位置和旋转。由此，可对照选定或所订购的模板来匹配查询指纹特征。在成功匹配后，可出现早期退出，从而减少验证等待时间，且最小化硬件资源利用。在大面积传感器中，低分辨率触摸传感器可用于检测初始触摸，且确定手指、手或手掌的轮廓，接着是具有高分辨率传感器阵列的关注区中的选择性图像获取和图像处理。

A.触摸辅助的录用

图10是说明与一些实施例一致的引导用户执行指纹录用和/或手指位置或旋转改变的方法1000的流程图。方法1000无意为限制性的，且可用于其它应用。

方法1000包含框1002到1022。在框1002中，可检测传感器阵列116与触摸传感器的若干部分或全部之间的重叠。在实例中，传感器阵列116可为超声指纹传感器，且触摸传感器可为并入到触敏屏中的一或多个电容性感测通道。可检测指纹传感器位置，并将其存储在存储器134中。框1002可每装置执行一次。

如果指纹录用完成，那么过程流可继续到框1004，其中所述过程可结束。如果指纹录用未结束，那么过程流可继续到框1006，其中可使用触摸传感器来检测手指轮廓。在框1008中，可基于手指轮廓来确定一或多个旋转角度。在实例中，处理组件132可分析手指轮廓的形状和面积来确定一或多个旋转角度。旋转角可为例如围绕纵摇轴的平面内旋转、围绕横摆轴的平面外旋转和/或围绕横滚轴的旋转。

在框1010中，可将手指轮廓映射到传感器阵列116。在实例中，来自触摸传感器的信号允许手指轮廓的坐标的识别，且处理组件132可检测手指轮廓与传感器阵列116的有效区域之间的重叠。框1010可将指纹传感器和触摸传感器位置信息(例如指纹传感器坐标和触摸传感器坐标)保持或存储在存储器中。从框1002，可相对于触摸传感器坐标确定指纹传感器位置。因此，可将手指的触摸导出的轮廓和接触面积转译为指纹传感器参数，并映射到传感器阵列116上。

在框1012中，可检测手指和传感器阵列接触区域。处理组件132可将手指轮廓的捕获区域关联到在所述一或多个图像中捕获的手指的区域(例如手指的指尖)。处理组件132可使用映射到传感器阵列116的区域的手指轮廓的坐标来检测接触区域。在框1014中，可捕获手指的当前图像(例如超声图像)。在实例中，传感器阵列116可为超声传感器阵列，其被引发来获取手指的一或多个超声图像，且处理组件132捕获手指的一或多个超声图像。

框1016和1020具有短划线，指示可为从方法1000的框1014到框1022的每一流执行这些框中的至多一者。如果执行框1016，那么不执行框1020，且过程流从框1016继续到框1018，且接着到框1022。在框1016中，提取所述图像的一或多个特征，其中所述图像是手指的局部录用图像。指纹特征的实例是指纹细节，且图像特征的实例是指纹图像中的边缘和拐点。在实例中，可使用所述图像特征周围的局部框的梯度或各种统计参数的直方图来描述特征。接着可通过匹配算法来匹配描述符。

在框1018中，可将图像模板和/或特征模板与手指的当前图像拼接在一起。例如一或多个所存储的图像模板或特征模板的外部数据可用于与当前图像拼接。手指(或其它物件)的一或多个图像或特征可与所存储的图像或特征模板拼接在一起，且可基于所述拼接创建或形成新的或经更新的图像或特征模板。

从小面积图像到实际大小的图像或特征模板的转换可以多种方式执行。在一个实例中，可使用图像登记技术将小面积图像拼接在一起，且可提取经拼接图像的一或多个特征。在另一实例中，可提取局部图像的一或多个特征，且所述模板经标注并拼接在一起，以创建、确定或形成另一特征或图像模板。在另一实例中，可用位置和旋转角度信息来标注所捕获指纹图像。位置和旋转角度信息可用于拼接所述图像或标记/拼接所述图像模板。另外，可将手指轮廓、位置和面积信息标记到模板，以辅助快速匹配/查询。

在一些实施方案中，特征或图像模板可不拼接在一起。实际上，可将所述模板排序或以其它方式编号，并存储以用于将来查询、匹配或验证目的。在一些实施方案中，基于相对于指纹传感器的已知重叠区域，触摸传感器或触敏屏可在拼接模板时辅助。举例来说，平坦手指(见图9B)的中间区段可位于减小大小的指纹传感器的有效区域之上。虽然来自指纹传感器的传感器图像无法直接揭示正对手指的哪一部分成像，但来自触摸传感器或触敏屏的触摸信息可提供手指的总轮廓，从而允许作出关于正对手指的哪一部分成像的确定，且潜在地减少录用或匹配所需的处理时间。在一些实施方案中，手指轮廓可提供模板排序、识别和关联信息。在一些实施方案中，手指轮廓可辅助确定和显示录用进程。举例来说，针对在录用期间完成的扫描，来自指纹传感器的指纹图像信息可叠加在手指轮廓上，以确定手指的哪些部分已成像，且哪些部分尚未成像。可向用户显示具有尚未录用的部分的手指轮廓，以辅助录用过程。在一些实施方案中，手指轮廓可用于检测一或多个手指是否正由同一用户录用。可例如通过使用在移动装置上显示的图标来告知用户多个手指正录用。在一些实施方案中，来自单个用户的多个手指的录用可为不赞成或不允许的。

从框1018，过程流程进行到框1022，其中可向用户提供引导来执行录用位置/旋转改变(见图2中的动作226)。位置和旋转角度信息可用于引导最终用户进行指纹录用过程(例如轻拍位置、百分比进程、其余时间等)。归因于此增强型消息接发，用户录用等待时间(且因此计算资源使用)可最小化。可连同来自手指轮廓的总面积来确定用户的完成位置、面积和角度。从框1022，过程流可继续确定录用是否完成。

相比之下，如果执行框1020，那么不执行框1016，且过程流从框1014继续到框1018到1022。在此实例中，从框1018，过程流进行到框1020。在框1020中，可提取所述图像的一或多个特征，其中所述图像是手指的全录用图像。所述一或多个特征和/或图像可存储在存储器中。从框1020，过程流进行到框1022。

还理解，在上文所论述的框1002到1022之前、期间或之后，可执行额外过程。还理解，可省略、组合或以与所要不同的序列执行本文所述的方法1000的框中的一或多者。在实施例中，可对悬停在触敏屏之上或接触触敏屏的表面的任何数目的物件(例如多个手指)执行方法1000。

B.触摸辅助的查询

图11是说明与一些实施例一致的使特定特征和手指轮廓与对应图像或特征模板匹配的方法1100的流程图。方法1100无意为限制性的，且可用于其它应用。

方法1100包含框1102到1120。在框1102中，可检测传感器阵列116与触摸传感器的若干部分或全部(例如触摸屏)之间的重叠。在实例中，传感器阵列116可为超声指纹传感器，且触摸传感器可为并入到触敏屏中的一或多个电容式触控传感器、电容性触摸按钮或电容性感测通道中的一者。可检测指纹传感器位置，并将其存储在存储器134中。在一些实施方案中，可检测与传感器阵列116相对于触摸传感器的有效区域的周长相关联的每一拐点的x-y坐标，并将其存储在存储器134中。框1102可每装置执行一次(例如针对移动装置102中的每一传感器阵列116和/或针对每一触摸传感器(即，电容式触摸屏和每一电容性触摸按钮))。

从框1102，过程流可继续到框1104，其中可使用触摸传感器来检测手指的轮廓。从框1104，过程流可继续到下文进一步描述的框1106和框1118。在框1106中，可对照一或多个所存储的手指轮廓模板(例如与手指轮廓相关联的图像模板或特征模板)，来匹配手指轮廓。在实例中，处理组件132可尝试对照在先前录用过程期间获得的一或多个手指轮廓模板来匹配手指轮廓。在框1108中，可确定手指轮廓是否与所存储的手指轮廓模板中的一或多者匹配。在实例中，手指轮廓可与可包含所登记的手指轮廓的所登记指纹数据库匹配。可选择对应于匹配手指轮廓的手指轮廓模板来进行进一步分析，例如从用户获取的指纹图像的指纹分析。

如果确定手指轮廓与手指轮廓模板中的任一者不匹配，过程流可继续到框1120，其中所述过程可结束。如果确定手指轮廓与一或多个手指模板轮廓匹配，那么过程流可继续到框1110和1112。在框1110中，可从在框1104中检测到的手指轮廓检测手指旋转。从框1110，过程流可继续到框1116，其中可检测手指与传感器阵列接触面积。从框1110，过程流也可继续到框1118，其在下文进一步描述。

从框1116和1112，过程流可继续到框1118，其中使例如手指旋转、一或多个手指的相对位置、手指的接触面积和/或手指轮廓等特征与对应轮廓模板匹配(见框1106)。可从手指轮廓以及传感器阵列相对于手指轮廓的位置估计手指位置、旋转和传感器阵列接触面积。使用所估计旋转、位置、接触面积和/或手指识别符，可对照对应的轮廓模板来匹配从查询手指图像获得的特征。作为回退，如果已经初步识别的基于轮廓的模板未能找到匹配，那么可检索其它模板。单个用户或多个用户的一或多个手指的模板信息可存储在移动装置的存储器中。另外，每一手指可具有由指纹传感器捕获的子部分。此外，可基于轮廓匹配得分来使模板为搜索/匹配进行优先级排序以减少等待时间。

在一些实施方案中，可基于手指轮廓或手指面积来确定手指识别。手指识别可包含手的哪根手指正被断言、手指之间的相对位置，和/或手指面积(例如手指的大小或手指或手的各个关节之间的接触面积)。手指识别可有助于窄指纹搜索和匹配。或者，手指轮廓可有助于识别或最初选择要搜索哪一指纹图像或特征模板。举例来说，手指轮廓可用于确定查询与录用图像之间的偏移角，以辅助搜索和匹配。在一些实施方案中，手指轮廓或区域可允许低等级检验。从框1118，过程流可继续到框1120，其中所述过程结束。

还理解，在上文所论述的框1102到1120之前、期间或之后，可执行额外过程。还理解，可省略、组合或以与所要不同的序列执行本文所述的方法1100的框中的一或多者。在实施例中，可对悬停在触敏屏之上或接触触敏屏的表面的任何数目的物件(例如多个手指)执行方法1100。

尽管将图1中的物件104和图2中的物件204说明为用户的手指，但这无意为限制性的，且物件可为能够与触敏屏交互的任何物理物件。在一些实施例中，所述物件可为手写笔。

再次参看图2，传感器***114可经配置以检测非手指物件，例如手写笔。在一些实施例中，传感器***114可确定物件104是手写笔而不是手指。举例来说，传感器***114可为超声传感器阵列，其被引发来获取一或多个超声图像，且处理组件132可基于从所述物件反射的超声波的信号强度和模式，确定所述物件不是手指，且可进一步能够基于与所述图像相关联的近似宽度、长度、直径或大体圆形或椭圆形状，来确定所述物件是手写笔。

响应于确定所述物件是手写笔，传感器***114可认识到其正在检测，且正被手写笔触摸，并重配置触敏屏来最佳感测所述物件。举例来说，与触摸屏相关联的主PCB 320或控制器可增加样本速率，从而产生屏幕上的较高动态分辨率。也就是说，增加的取样速率允许较快的检测和对例如手写笔等物件在触摸屏的表面上的移动的响应，从而增加触摸***可跟随触摸屏上快速移动的手写笔、手指或其它物件的速度。

所述用户可触摸触敏屏的与传感器阵列116重叠的部分。在实例中，用户可触摸与手写笔的笔尖重叠的部分(触敏屏的与传感器阵列116重叠的部分)，可获得手写笔笔尖的图像，传感器***114可确定物件是手写笔，且可基于手写笔确定来重新配置触敏屏以容纳所述手写笔。举例来说，可经由触摸***112，将与特定笔尖的手写笔模式相关联的样本速率、增益、触摸阈值和滤波器设置应用于触摸屏。可通过更快速地接入触敏屏的各行和列来增加触摸屏的样本速率，从而允许数据的较快获取，以及跨越触摸屏的表面跟踪快速移动的手写笔的能力。

或者，可接入与触摸屏相关联的行和列的受限部分，从而允许所关注区域中(例如手写笔笔尖附近)的增加的帧速率。当确定检测到的物件为手写笔时，可增加与触摸屏的一或多个通道相关联的增益，因为与手写笔的笔尖相关联的区域(和信号)通常比手指触摸触摸屏的区域(和信号)小得多。举例来说，当尝试检测触摸屏的表面上或附近的小面积物件的存在时，放大因子可针对对应电容性感测通道而增加。

或者，与用于检测例如手指等较大物件的阈值相比，当预见手写笔笔尖的检测时，可降低用于检测物件的阈值，因为针对小物件感测到的信号通常小于针对大物件感测到的信号。可调整各种滤波器设置(例如电子滤波器或图像处理滤波器)，以适应手写笔笔尖的检测，例如识别小面积物件的软件滤波器。举例来说，当检测到手指的存在时，可使用低通空间滤波器，来减少或消除与触摸屏的表面上的灰尘、小刮擦或碎屑相关联的较高空间频率。允许增加低通滤波器的滚降频率来允许与手写笔笔尖相关联的空间频率的检测可并入到触摸***112中。

或者，定中心在手写笔笔尖的近似空间频率周围的关注区中的带通滤波器可并入到触摸***112中。类似地，通过与手写笔笔尖相关联的空间频率而不是与手指相关联的空间频率的高通滤波器可并入到触摸***112中。可进一步调整与手写笔模式相关联的样本速率、增益、触摸阈值和滤波器设置，以适应特定风格的手写笔笔尖。

在另一实例中，用户可触摸与手写笔的平头笔尖重叠的部分。在此实例中，在传感器阵列116检测到手写笔且传感器***114确定手写笔特性之后，可针对与“平头笔尖”手写笔模式相关联的样本速率、增益、触摸阈值和滤波器设置重新配置触敏屏。平头笔尖可例如示范较大标记笔尖、软或屈从性标记笔尖或成角度的矩形标记笔尖。在另一实例中，用户可触摸与手写笔的细笔尖重叠的部分。在此实例中，在传感器阵列116检测到手写笔且传感器***114确定手写笔特性之后，可针对与“细笔尖”手写笔模式相关联的样本速率、增益、触摸阈值和滤波器设置重新配置触敏屏。细笔尖可例如示范圆珠笔或铅笔的较小标记笔尖或小半径笔尖。

在另一实例中，用户可用物件来触摸所述触摸屏和传感器阵列的重叠部分，例如声学信息标记。所述声学信息标记可含有声学签名或其它声学识别符。举例来说，声学标记可含有一维或二维条码的声学版本，例如UPC条形码、QR码或其它承载信息的码。或者，声学信息标记可含有声学识别符，例如个人化记号、签名、标记、标志或纹身。举例来说，可用基础超声传感器来检测声学标记上的一组棘爪或升高的表面(例如凸起部分)。相对于安置在所述升高的区之间的空气或其它声学不匹配材料的介入区，升高的区在与上覆于超声传感器上的触摸屏、玻璃盖片、防护透镜或压板的表面接触时，可传递或发射较多的声能。移动装置102可辨识所述声学信息标记。所述标记可由触摸屏检测，且接着由基础超声传感器阵列116成像。声学标记可使动作能够发生(例如提供优惠券、投放广告、跟踪一件设备、识别一个人等)。在此实例中，处理组件132可识别声学信息标记或声学识别符，且致使动作发生。

另外，移动装置102可具有不位于在视觉显示器的有效区域上方的触敏屏上或作为其一部分的一或多个触摸按钮。在实例中，触摸按钮可为电容性感测触摸按钮，其包含安裝或定位在主动显示区域的***外部的电容性电极。在一些实施例中，传感器阵列116可位于***触摸按钮中的一或多者下面。触摸按钮可为例如首页、菜单或返回按钮，其位于移动装置102的底部。与传感器***114交互的处理组件132也可管理触摸按钮，使得触摸按钮将数据馈送到传感器阵列116中。举例来说，具有基础超声传感器阵列116的电容性触摸屏按钮可使用来自电容性触摸屏按钮的数据，来确定例如手指等物件何时充分地在传感器阵列116之上，接着激活传感器阵列116来获取手指的一或多个图像。在一些实施方案中，传感器阵列116可能不是直接位于显示器的有效部分下面，而是可在显示器***，同时仍共享共用的玻璃盖片。

当用户触摸所述触摸按钮时，用户还可触摸极为接近所述触摸按钮的传感器阵列116(或悬停在其之上)。在此实例中，可引发传感器阵列116来获取物件的一或多个超声图像。举例来说，触摸按钮可执行(图1中的)动作210，且处理触摸数据来录用、检验或验证所述用户，或执行另一动作。

VI.多手指验证

图12是说明与一些实施例一致的验证多手指触摸的方法1200的流程图。图12还表示与一些实施例一致的使声穿透触敏屏的一或多个位置和/或区域的方法的流程图。方法1200无意为限制性的，且可用于其它应用。下文一起论述图7和12来更好地阐释多手指触摸验证。图7包含与一些实施例一致的大面积指纹传感器的实例。在实例中，移动装置701包含用于多手指辨识的大面积传感器，以及相对较低分辨率触敏屏(例如10dpi)。

方法1200包含框1202到1210。在框1202中，可通过触摸传感器来检测物件的轮廓。在实例中，物件是用户的手指，且触摸***112检测用户的手指在触敏屏的表面上的轮廓。移动装置701可包含低电力触摸屏传感器，其用以检测初始触摸和手指轮廓。

在框1204中，可验证物件的轮廓。在实例中，来自触敏屏中的低或中间分辨率电容性传感器的输出可用于验证物件的轮廓。在实例中，物件可为手、手指或手掌，且低或中间分辨率验证可使用10到50dpi触敏屏来验证所述轮廓。如果物件的轮廓未能验证，那么过程流可继续到框1210，其中所述过程结束。如果物件的轮廓通过验证，那么过程流可继续到框1206，其中可检测物件的面积和位置。在另一实施例中，验证等效于检测，使得触摸***112检测手指，而无任何关于用户的身份的任何特定性。在此实施例中，将验证与手指的轮廓(例如形状、高宽比等)匹配的任何物件。

单手指或多手指/手轮廓可用于使用物件的较详细特征来触发第二验证等级。举例来说，可仅在用户的手指、手掌或手的轮廓已通过初始低等级验证工作之后，基于来自触摸屏的信号，尝试高等级验证工作，以避免高等级验证通常所需的电力、时间和计算资源。或者，手指、手掌或手的低分辨率轮廓可提供手指、手掌或手在触摸屏上的近似位置，以进行进一步高分辨率检测。在实例中，触敏屏可检测同时触摸触摸屏的表面的多个手指的区域和位置，如由图7中的成像区702到710所示。

从框1206，过程流可继续到框1208，其中在一或多个选定物件位置和区域上启用高分辨率图像捕获，使声穿透触摸屏上的位置和区域。举例来说，手指轮廓可用于对应于图7中成像区702到710的选择性声穿透(例如在选择性区域上发出/捕获超声指纹图像。对于传感***114来说，处理移动装置701的整个屏幕可为不必要的，因为触摸***112已检测到触摸的区域和位置。明确地说，成像区702到710可指示触摸区域，且声穿透可限于这些触摸区域，从而节省电力，因为使声穿透整个触摸区域可能是不必要的。举例来说，传感器阵列116可为超声传感器阵列，其引发所检测的触摸区域(例如由成像区702到710指示)中的超声波，且处理组件132可获取超声图像。

因此，两级指纹验证***可经由低或中间分辨率电容性感测来验证第一验证等级，且在第二层级，经由高分辨率超声指纹感测来验证。第一验证等级可在低等级下使用手指轮廓来验证指纹。可基于指纹是否通过第一验证等级来“唤醒”第二验证等级。在实例中，仅在第一验证等级需要启用基于高分辨率超声波的活跃度和/或指纹检验时，才触发第二验证等级。尽管已使用超声技术作为实例，但应理解，用于活跃度检测和指纹成像的其它技术(例如电容性、光学、RF、IR或FSR技术)在本发明的范围内。

还理解，在上文所论述的框1202到1210之前、期间或之后，可执行额外过程。还理解，可省略、组合或以与所要不同的序列执行本文所述的方法1200的框中的一或多者。在一些实施例中，可为悬停在触敏屏之上或触摸触敏屏的任何数目的物件(例如多个手指)执行方法1200。在一些实施例中，第二验证等级可用作第一验证等级的备份。举例来说，如果第一验证等级未能获取物件的充分传感器图像，那么第二验证等级可用于获取物件的更详细传感器图像且验证所述用户。

VII.活跃度检测

在一些实施例中，第二验证等级可用于使用次表面成像(例如从超声或IR波)来检测活跃度。虽然传感器(例如超声指纹传感器)可在检验和使用户生效中有效，但用人工创建的手指或指纹图案来欺骗此***仍是关注点。可将超声探针定位在具有超声指纹功能的显示器的表面上，以在手指放置在显示器表面上时，检测与超声传感器阵列相关联的超声发射器的引发，同时可使用电容探针来确定可用于活跃度检测的电极的刺激。可使用触敏屏，通过例如辨识因为血灌注在手指的指尖上而导致的电容变化，来检测手指的“活跃度”。

如所论述，位于显示器上方的PCT触摸屏可耦合到位于显示器的一部分下方的传感器阵列(例如超声传感器阵列)。在一些实施例中，可刺激PCT触摸屏或超声传感器阵列上、并入到其中或以其它方式与其包含在一起的选择电极(例如电容性电极)，来检测电容率(e_r(t))相对于手指定位在可检测手指的心率或活跃度的指纹传感器上方的显示器上的时间的改变。“e_r”可被称为相对介电常数，且归一化为自由空间电容率，其可被称为“e₀”。电极可用于通过将信号注入所述选定电极中的一或多者中来检测心率或活跃度。随着血液流过身体，血液的量相对于其它生物组织变化，升高和降低，且改变接触触摸屏的身体部分的电特性(例如电阻抗)。

随着电容率改变，可将一或多个信号注入到作为触敏屏(例如列或行电极)或传感器阵列的一部分的选择电极中，以便检测随着血脉动到手指中而出现的电容的轻微改变。举例来说，可将数十千赫兹到数十兆赫兹范围内的小电信号注入到电极中的一者中，且在所述电极中的另一者处检测对应信号。可部分地通过接近电极或触摸电极的物件的电容率来确定所述第一和第二电极之间的电容耦合。有效电容率可随着手指区中的血的比例而变化，且可与血压脉搏相关。电容通常与有效电容率成比例，其在特定时间点，可与手指中的血液的量相关。因为随着用户的心跳而灌注较大和较小量的血改变了手指的有效电容率，因此捕获和滤波来自选定电极的时域信号允许通过检测心跳来确定活跃度。活跃度检测方法可在获取指纹图像数据(例如超声指纹图像数据)之前、之后或同时应用，以将活跃度的重要组成部分添加到用户验证，并降低欺骗验证***的能力。

图13示出与一些实施例一致的包含心电图(ECG)信号以及表示与手指204相关联的心室压的曲线图的表。所述表包含心电图(ECG)信号1302，其是在心脏泵送时从放入胸部中或周围的电极接收到的电脉冲或电位的代表性信号。随着每次心跳，电信号从心脏的顶部扩散到底部。如其所揭示，信号致使心脏收缩，并泵送血液。所述过程随着每次新的心跳而重复。

电容与时间信号1304表示一用户与时间(具有大约1到2Hz心率的任意单位)的心室压。尽管说明心室压，但应理解，这是说明性的，且无意为限制性的，且可检测其它类型的生物压力，并用以确定活跃度。举例来说，可使用心房和/或主动脉压力。另外，可检测用户的脉搏。

用户可与和(例如触摸屏上、传感器阵列上或触摸屏或传感器阵列***的)传感器阵列相关联的电容性脉冲检测电极交互。返回参看图2，动作222还可包含使用电容性电极来进行脉搏或活跃度检测，且动作228可包含脉搏或活跃度确定。动作228的输出可为手指204的脉搏检测。举例来说，为了辅助检测电容与时间信号1304，可使用传感器阵列116上的PCT触摸屏或专用电容性电极的选定电容性感测通道(例如行或列)的受控激励频率。

可对电容与时间信号1304进行滤波来提取活跃度信息。可使用一或多个活跃度信号注入频率(例如在约10kHz与100MHz之间的范围内)来确定电容与时间信号1304，以依据激励频率来检测电容率或电容随脉搏的改变(即依据频率的有效阻抗)。为了提取活跃度信息，可对电容与时间信号1304进行预滤波，且可对电容与时间信号1304执行快速傅里叶变换(FFT)分析。举例来说，可用低通滤波器来对活跃度检测信号进行滤波，以将高频噪声从触摸屏的正常操作滤除，或滤除所注入的活跃度检测信号。FFT可揭示在大约1到2Hz范围内的活跃度信号的内容，指示人类心跳。在大约1到2Hz范围内缺乏高于活跃度检测阈值的信号可指示物件正被检测和/或验证不是实况的。为了确保适当的活跃度检测，可能需要用户的手指驻留在触敏屏上的相同位置，持续约心脏的1到2次脉动。

在一些实施例中，可使用PCT触摸屏的特定电极来检测心率脉搏，且可使用基础传感器***114(例如超声生物计量传感器)来获取指纹图像信息。可使用指纹图像信息来识别或以其它方式检验用户，且可使用心率信息来确定用户的活跃度，并削弱欺骗。在实例中，传感器***114是超声指纹***，且用户可将手指204放置在超声指纹传感器上方的触摸屏上。响应于触摸屏检测到手指的放置，可引发超声传感器来获取超声指纹图像，且可激励PCT触摸屏或传感器阵列的特定电极，并对其进行取样来获取与所述手指相关联的脉搏信息。

图14是说明与一些实施例一致的使用物件检测***利用传感器阵列和经调适的PCT触摸屏来检测活跃度的过程流程的框图1400。在图14中，手指204可与触敏屏和/或显示器接触。图14包含：动作212，其中传感器***114接收并处理指纹数据；以及动作214，其中可检索并处理传感器数据和/或装置状态信息。在动作1410处，触摸***112可接收并处理包含来自用户的触摸的一或多个触摸参数的触摸数据。所述一或多个参数可包含手指204相对于移动装置102的触敏屏和视觉显示器的位置、手指204相对于触敏屏的任何移动的速度和方向、与手指204相关联的脉搏或活跃度信息，以及手指204触摸触敏屏的持续时间，以及其它触摸数据。在一些实施方案中，触摸参数可包含正触摸移动装置102的触敏屏的手指的数目(例如用户的手的五根手指中的一根)。

在动作1420处，指纹控制块可接收动作212、1410和/或214的输出，且物件检测***110可处理所述输入。在实例中，传感器阵列116可引发一或多个发射器，且处理组件132可在手指204位于传感器阵列116上方时获取指纹图像数据。处理组件132可在获取脉搏信息时监视手指的存在，以确保手指尚未发生实质性移动，且手指保持与触摸屏的表面接触。在动作1424处，可确定获取时序，并将其用作输入进入传感器***114中。另外，在动作1426处，可将视觉、听觉和触觉反馈提供给用户。

在动作1430处，触敏屏可执行动作，例如确定手指204何时位于传感器阵列116上方，从而使选择PCT电极能够检测与手指204相关联的脉搏信息，获取与手指204相关联的脉搏信息，并将脉搏信息提供给处理组件132，来与指纹图像数据组合，并产生活跃度输出信号(例如图13中处于一或多个活跃度信号注入频率下的电容与时间信号1304)。动作1430的输出可用作到触摸***112中的输入。

在一些实施例中，用以检测用户的脉搏的电极可以列和行结构布置。在一些实施方案中，PCT触摸屏的行和列中的一者、一些或全部可另外用作用于检测用户的脉搏的电极。在一些实施方案中，专用脉搏检测电极可与触敏屏或与传感器***114的指纹传感器阵列116包含在一起。如所论述，可将信号注入到所述结构的特定行和列，来刺激一或多个电极进行活跃度检测。如果正使用相同电极来扫描用户的手指以获取所述手指的图像，那么可能希望不干扰所述结构的特定行和列的扫描操作。在一个实例中，为了克服此干扰，所述扫描的操作可在活跃度检测期间挂起，且在活跃度检测之后恢复。在另一实例中，注入的活跃度检测信号可在从正常PCT触摸屏操作去除的频率下，电容耦合到所述结构的选择行和列。在另一实例中，可执行选择性滤波来滤除在特定集合的交互或重叠电极中是否检测到脉搏，或是否检测到物件，以确定物件是否在触敏屏上方或触摸所述触敏屏。

在一些实施例中，传感器阵列114的周长处的电容性电极可用于检测心率或活跃度，而传感器阵列获取指纹图像。可使用指纹图像信息来识别或检验用户，且可使用心率信息来确定用户的活跃度，并削弱欺骗。与指纹传感器包含在一起的电容性电极(例如，不是与上覆触敏屏相关联的电极)可允许随着在获取指纹信息时检测到的心率的电容率或阻抗变化。

图15是说明与一些实施例一致的使用物件检测***利用具有***电容性感测电极的传感器阵列来检测活跃度的过程流程的框图1500。在图15中，移动装置102包含压板或玻璃盖片1502以及传感器***114。***电容电极1550和1552可位于传感器阵列116的周长处(图15中未说明)，且用以检测与手指204相关联的脉搏。在实例中，传感器***114是超声传感器***，且用户可将手指放置在超声传感器阵列(具有或不具有玻璃盖片)上。传感器阵列的***附近的电容电极1550和1552可检测用户的脉搏，同时处理组件132获取超声指纹图像。

在动作1505，可捕获并处理指纹数据和电容性数据。在动作1520处，指纹控制块可接收动作1505和/或214的输出，且物件检测***110可处理所述输入。在实例中，电容电极1550和1552可以电容方式检测手指的放置，传感器***114中的传感器阵列116(图15中未图示)引发一或多个超声发射器，且处理组件132获取指纹图像数据。

电容电极1550和1552可以电容方式检测与手指204相关联的脉搏，且处理组件132可获取脉搏信息。处理组件132可处理指纹图像数据和脉搏信息，以识别或检验用户且产生活跃度输出信号。另外，处理组件132可以超声方式监视手指的存在，同时经由电容电极1550和1552获取脉搏信息。或者，处理组件132可经由电容性电极1550和1552监视手指的存在，同时以超声方式获取指纹图像数据。

在一些实施例中，传感器阵列的上部层上的分段式偏压电极可用于检测心率或活跃度，同时处理组件132获取指纹图像。指纹图像信息可用于识别或检验用户，且心率信息可用于确定活跃度。举例来说，超声传感器阵列116的上部层所述的分段式偏压电极可用于检测心率和/或活跃度，同时传感器阵列116以超声方式获取指纹图像。

图16是说明与一些实施例一致的具有***电容性感测电极的传感器阵列116的平面视图的框图。传感器阵列116可包含有效区域1602，其中可获取指纹或其它物件的传感器图像；以及可用于检测心率、脉搏和/或活跃度的***电容电极1550和1552。电容性感测电极1550和/或1552可充当电容性触摸传感器，其可用于检测唤醒传感器阵列116之前物件的触摸。举例来说，当传感器阵列116正在低电力模式下操作时，可使用与处理组件132协作的电容性感测通道AFE来检测例如手指等物件在感测电极1550和/或1552上或附近的触摸。在检测到触摸之后，处理组件132可唤醒指纹传感器阵列，且起始图像获取循环来捕获传感器图像。

图17是说明与一些实施例一致的使用传感器阵列的上部层上的分段式偏压电极1750、1752、1754和1756的过程流的框图1700。在图17中，移动装置102包含压板或玻璃盖片1502以及传感器***114。可对传感器的上部电极(例如接收器偏压或“RBIAS”电极1750、1752、1754和1756)进行分段，以允许在获取超声波图像信息时对心率的电容性检测。在实例中，传感器***114可为超声传感器***，且用户可将手指放置在超声传感器阵列(具有或不具有玻璃盖片)上。在此实例中，传感器阵列的压电接收器层上方的分段式偏压电极可在获取超声指纹图像时检测用户的脉搏。在一些实施方案中，可在检测脉搏时获取并处理超声指纹图像。在一些实施方案中，在检查活跃度之前，可获取、处理超声指纹图像，且对其进行验证或检验确定，以消除在未授权用户尝试获得对移动装置102的接入权时，确定活跃度所需的时间。

VIII.实例计算机***

图18是说明与一些实施例一致的能够捕获物件的一或多个传感器图像的平台1800的图。如上文所论述且进一步在此处强调，图1到18仅为实例，其不应不恰当地限制权利要求书的范围。

计算装置可运行平台1800，其可包含与控制单元1804通信的用户接口1802，例如控制单元可1804接受来自且控件用户接口1802的数据。用户接口1802可包含显示器304，其包含用于显示图形、文本和图像的装置，例如LCD或OLED显示器。

用户接口1802可进一步包含用户可通过其将信息输入到平台1800的小键盘1810或其它输入装置。如果需要，那么可通过将虚拟小键盘集成到显示器304中来消除小键盘1810。应理解，使用平台1800的一些配置，用户接口1802的部分可与控制单元1804物理上分离，且经由缆线或无线地(例如，在蓝牙头戴式耳机中)连接到控制单元1804。通过检测正触摸触敏屏的表面的物件，触摸传感器1812可用作用户接口1802的一部分。触摸传感器1812可为(例如)触摸屏或传感器阵列116的一部分上的电容性触摸传感器，例如PCT触摸屏或专用电容性电极。

物件检测***110可检测物件，并捕获所述物件的一或多个超声图像。控制单元1804可接受并处理来自用户接口1802、触摸传感器1812和传感器阵列116的数据。平台1800可包含用于检测相对于装置的触敏屏从物件反射的信号(例如超声、光学或IR信号)的装置。平台1800可进一步包含用于基于反射的信号来捕获所述物件的一或多个传感器图像的装置。当物件位于所述用于捕获所述一或多个图像的装置上方时，所述物件可位于所述触敏屏的至少一部分上方。

控制单元1804可包含一或多个处理器1820，以及相关联的存储器1822、硬件1824、软件1826和固件1828。控制单元1804可包含用于控制物件检测***110的装置。物件检测***110的组件可包含于处理器1820、存储器1822、硬件1824、固件1828或软件1826中，例如存储在存储器1822中(例如方法600、1000、1100和1200)且由处理器1820执行的电脑可读媒体，或其组合。处理器1820可对应于处理组件132，且执行指令来捕获物件的一或多个传感器图像。在实例中，处理组件132可捕获物件的超声图像。

另外将理解，如本文所使用，处理器1820可以但是无需必须地包含一或多个微处理器、嵌入式处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、图形处理单元(GPU)等等。术语处理器意在描述由***而非特定硬件实施的功能。此外，如本文中所使用，术语“存储器”指任何类型的计算机存储媒体，其包含与平台相关联的长期、短期或其它存储器，且并不限于任何特定类型的存储器或特定数目的存储器，或特定类型的其上存储有存储器的媒体。

取决于应用，可通过各种装置来实施本文中所描述的方法。举例来说，这些方法可在硬件1824、软件1826、固件1828或其任何组合中实施。对于硬件实施方案，处理单元可实施于一或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子装置、经设计以执行本文中所描述功能的其它电子单元，或其组合内。

对于固件和/或软件实施方案，可用执行本文中所描述的功能的模块(例如，程序、函数等等)来实施所述方法。在实施本文所描述的方法时，可使用有形地体现指令的任何机器可读媒体。举例来说，软件代码可存储在存储器1822中且由处理器1820执行。存储器可实施在处理器单元内或处理器单元外部。

举例来说，如本文所述，软件1826可包含存储在存储器1822中并且由处理器1820执行的程序代码，并且可用于运行处理器且控制平台1800的操作。存储在计算机可读媒体(例如存储器1822)中的程序代码可包含用以通过耦合到装置的触敏屏的传感器阵列来检测相对于触敏屏从物件反射的信号，且基于所述反射的信号来捕获所述物件的一或多个图像的程序代码，其中所述超声传感器阵列的至少一部分与所述触敏屏的至少一部分重叠。存储在计算机可读媒体中的程序代码可另外包含致使所述处理器控制平台1800的任何操作的程序代码，如下文中进一步描述。

如果以固件和/或软件实施，那么可将所述功能作为一或多个指令或代码存储在计算机可读媒体上。实例包含编码有数据结构的计算机可读媒体和编码有计算机程序的计算机可读媒体。计算机可读媒体包含物理计算机存储媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。作为实例而非限制，此类计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置，磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或任何其它可用于存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码并且可由计算机存取的媒体；如本文中所使用，磁盘和光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)，软性磁盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。以上各项的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。

所属领域的技术人员可容易地设计与所揭示实施例一致的其它***，其既定在本发明的范围内。前面的揭示内容无意将本发明限于所揭示的精确形式或特定使用领域。因此，根据揭示内容，预期对本发明的不同替代实施例和/或修改，无论是在本文明确描述还是暗示。在不脱离本发明的范围的情况下，可进行形式和细节方面的改变。因此，本发明仅受所附权利要求书限制。

Claims

1.一种用于捕获物件的一或多个传感器图像的***，所述***包括：

触摸***，其包含装置的触敏屏和显示器，其中当所述物件在所述触敏屏的接近范围以内时，所述触摸***经配置以检测所述物件，且基于与所述物件的交互来导出一或多个参数；

传感器***，其包含超声传感器阵列和处理组件，其中所述超声传感器阵列耦合到所述触敏屏，其中所述超声传感器阵列包括经配置以发射超声信号的一组发射器以及经配置以接收超声信号的一组接收器，且其中所述传感器阵列的至少一部分与所述触敏屏的至少一部分重叠；且

其中所述处理组件经配置以基于所述一或多个参数确定是否经由所述超声传感器阵列捕获所述物件的一或多个图像，并基于所述一或多个参数确定最佳传感器操作参数并调整所述传感器操作参数，且响应于所述触摸***所导出的所述一或多个参数来捕获所述物件的一或多个图像，所述处理组件经配置以激活所述一组发射器以发射超声信号且进一步经配置以基于从所述物件反射的所述超声信号来捕获所述物件的所述一或多个图像。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述处理组件经配置以提取所述超声传感器阵列所检测到的超声信号，从而捕获所述物件的一或多个超声图像。

3.根据权利要求1所述的***，其进一步包含：

物件检测***，其包含所述触摸***和所述传感器***，其中所述物件检测***基于所述一或多个参数来捕获所述一或多个图像，

其中所述一或多个参数是从由以下组成的群组中选出的至少一个参数：所述物件的位置、所述物件的大小、所述物件的移动，以及所述物件触摸所述装置的所述触敏屏的持续时间，和/或

其中所述触敏屏经配置以检测所述触敏屏的表面上的手指。

4.根据权利要求1所述的***，其进一步包括：

其中所述物件是用户的手指中的一或多者，且所述一或多个参数中的参数包含手指的数目，且其中所述触摸***可选择地基于所述检测以导出包括所述用户的手指触摸所述触敏屏的位置的所述一或多个参数，且所述一或多个参数触发所述超声传感器阵列的与所述位置相关联的部分以用于所述用户的手指的指纹识别。

5.根据权利要求1所述的***，其中所述触摸***经配置以基于所述物件在所述触敏屏的表面上的触摸来检测轮廓，且其中所述处理组件经配置以将一或多个图像模板与所捕获的所述一或多个图像拼接，且基于所述与所捕获的所述一或多个图像拼接的一或多个图像模板来确定新图像模板，和/或

其中所述处理组件经配置以从所捕获的所述一或多个图像提取一或多个特征，将一或多个特征模板与所提取的所述一或多个特征拼接，且基于所述与所提取的所述一或多个特征拼接的一或多个特征模板来确定新特征模板。

6.根据权利要求5所述的***，其中所述处理组件基于所述轮廓来识别成像区，且引发所述成像区中的超声波以捕获所述物件的所述一或多个图像。

7.根据权利要求1所述的***，其中所述物件是手写笔且所述超声传感器阵列经配置以确定所述物件是手写笔而不是手指，并可选择地经配置以在样本速率、帧速率增益、触摸阈值和滤波器设置的一或多个参数中重配置所述触敏屏。

8.根据权利要求1所述的***，其中所述超声传感器阵列位于所述触敏屏下面或并入到所述触敏屏中，和/或其中所述触敏屏在所述显示器上方或并入到所述显示器中。

9.根据权利要求1所述的***，其中所述装置是智能电话、平板计算机、可穿戴健康监视器、个人数字助理和膝上型计算机中的至少一者。

10.根据权利要求1所述的***，其中所述物件是手指，且其中所述触摸***包含经配置以检测所述手指的活跃度的电容性电极，且其中所述电容性电极并入到所述触敏屏中、在所述超声传感器阵列***和/或在所述超声传感器阵列的上部层上分段。

11.一种捕获物件的一或多个传感器图像的方法，所述方法包括：

当物件在触敏屏的接近范围以内时，通过装置的所述触敏屏检测所述物件；以及

从所述触敏屏与所述物件之间的交互导出一或多个参数；

基于所述一或多个参数，确定是否捕获所述物件的一或多个图像；

基于所述一或多个参数，确定最佳传感器操作参数；并

调整所述传感器操作参数；

响应于捕获所述物件的一或多个图像的确定，激活一组发射器以朝所述物件发射超声信号；

在一组接收器处接收从所述物件反射的超声信号，从而基于反射的所述超声信号来捕获所述物件的所述一或多个图像，

其中超声传感器阵列的至少一部分与所述触敏屏的至少一部分重叠。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含：

基于检测到物件在所述触敏屏的表面上的触摸来确定物件轮廓；

确定所述物件从所述物件轮廓的旋转；

基于所述物件轮廓和所述旋转来识别图像模板，所述图像模板是所述物件的局部图像；

将所述物件的一或多个图像与所述图像模板拼接；以及

基于所述拼接来创建新的图像模板。

13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含：

确定所述物件从所述物件轮廓的旋转；

从所捕获的所述一或多个图像提取一或多个特征；

基于所述物件轮廓、旋转和所提取的特征来识别特征模板，所述特征模板是所述物件的局部图像；

将所述物件的一或多个特征与所述特征模板拼接；以及

基于所述拼接来创建新的特征模板。

14.一种计算机可读介质，其上存储有用于执行权利要求11至13中任一所述方法的操作的计算机可执行指令。

15.根据权利要求14所述的计算机可读介质，其中所述一或多个参数是选自以下各项组成的群组的至少一个参数：所述物件的触摸大小、区域、x-y位置、角度、定向，所述物件的移动，触摸所述装置的所述触敏屏的所述物件的移动速率。