CN110390270A - 光学指纹识别方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

公开了一种光学指纹识别方法，包括：产生照射手指的光斑；根据所述手指表面的反射光形成指纹图像；根据所述指纹图像进行指纹识别，其中，所述光斑为亮度分布不均匀的光斑，用于补偿成像偏差。本发明公开的光学指纹识别方法，产生的光斑具有不均匀亮度分布，该亮度分布经过迭代算法优化，使得获取的指纹图像亮度均匀，画面清晰。

Description

光学指纹识别方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种光学指纹识别方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

指纹识别技术，是通过指纹传感器采集人体指纹图像，然后与***存储的指纹图像比对，从而鉴别身份。

相比普通屏幕，全面屏的视觉效果具有更高冲击力，更加惊艳的显示效果，更加惊艳的显示效果，成为智能显示终端的新宠。屏下指纹识别技术有助于厂商在设计全面屏时做到更高的屏占比，不必为指纹模块留出一定的空间，因此成为研发热点。

在屏下指纹识别技术中，需要借助有机发光二极管作为光源，而采集区域大多使用均匀的圆形纯色光斑来采集指纹，如图1所示。但是，由于光学成像透镜的原因，导致采集的图像不均匀，如图2所示，指纹图像可能会因为中心部分过度曝光，边缘部分曝光不足而使采集的指纹图像质量差、指纹信息丢失等问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种光学指纹识别方法和装置，通过算法优化光斑的亮度分布，从而使得经过透镜聚焦后形成的指纹图像亮度均匀，指纹信息清晰。

根据本发明的一方面，提供一种光学指纹识别方法，包括：产生照射手指的光斑；根据所述手指表面的反射光形成指纹图像；根据所述指纹图像进行指纹识别，其中，所述光斑为亮度分布不均匀的光斑，用于补偿成像偏差。

可选地，所述光斑的亮度不均匀分布，与所述成像成像过程中的亮度偏差彼此相反。

可选地，采用多个像素光源发光形成所述光斑，采用迭代优化方法或高斯函数控制所述多个像素光源的亮度，以实现不均匀的亮度分布。

可选地，使用倒置的所述高斯函数设置所述光斑的亮度分布。

可选地，所述光斑的形状包括：圆形、三角形、四边形中的任意一种。

根据本发明的另一方面，提供一种光学指纹识别装置，包括：光源，用于产生照射在手指表面上的光斑；以及采集单元，用于根据所述手指表面的反射光获取指纹图像，其中，所述光源产生不均匀亮度分布的光斑，以补偿所述采集单元的成像偏差。

可选地，所述采集单元包括成像透镜和传感器，所述反射光经由所述成像透镜到达传感器，以获得聚集后的图像。

可选地，所述光源的亮度不均匀分布，与所述成像透镜的聚集成像偏差彼此相反。

可选地，所述光斑的形状包括：圆形、三角形、四边形中的任意一种。

可选地，所述光源采用多个像素光源发光形成所述光斑，采用迭代优化方法或高斯函数控制所述多个像素光源的亮度，以实现不均匀的亮度分布。

可选地，所述光学指纹识别装置还包括：识别单元，用于根据所述指纹图像进行指纹识别。

可选地，所述光源包括：有机发光二极管(OLED)。

根据本发明的又一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括前述的光学指纹识别装置。

可选地，所述电子设备包括手机、手表、智能锁。

根据本发明的再一方面，提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行前述的光学指纹识别方法。

本发明提供的光学指纹识别方法，光斑的亮度分布为使用算法优化过后的不均匀分布，也可以采用倒置的高斯函数设置光斑的亮度分布不均匀，以补偿透镜的成像偏差，这样的光源使得反射光经过透镜聚焦后形成的指纹图像亮度均匀，指纹信息清晰。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了现有技术的光学指纹识别装置的光斑亮度分布；

图2示出了现有技术的光学指纹识别装置采集的指纹图像；

图3示出了本发明光学指纹识别方法的流程图；

图4示出了本发明光学指纹识别的装置图；

图5示出了本发明光学指纹识别装置的一种设备图；

图6示出了本发明光源产生的一种光斑亮度分布图；

图7示出了本发明光斑的一种亮度分布原理图；

图8示出了本发明光学指纹识别装置采集的指纹图像。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

正如背景技术中所言，随着全面屏时代的到来，光学指纹识别装置技术成为全面屏的技术难点之一，如何方便快捷地实现光学指纹识别装置功能成为全面屏时代所有终端设备制造企业迫切需要解决的问题。

本发明提供了一种适用于OLED有机发光屏幕和TFT-LCD屏幕的光学指纹识别方法，具体公开了光学指纹识别方法中光斑亮度分布的方法，表现为指纹识别时采集区域光斑的亮度分布，本发明能够使采集的指纹图像亮度均匀，图像清晰，具有清晰的指纹信息。

图3示出了本发明光学指纹识别方法的流程图，包括：

步骤S201：产生照射手指的光斑。

在进行指纹识别时，点亮光源中的发光层，形成光斑，光斑中具有入射光线。在点亮光斑时，OLED有机发光屏幕的其他区域可以根据需要选择点亮或不点亮。例如可以在OLED有机发光屏幕黑屏状态下只点亮光斑，也可以在OLED有机发光屏幕亮屏状态下点亮光斑。

光斑为不均匀亮度分布的光斑，用于补偿透镜成像偏差，并且，光斑的亮度变化平缓。该光斑的亮度分布可以根据迭代优化算法或者高斯函数来设置，也可以根据其他方法来使光斑的亮度分布不均匀。

步骤S202：根据手指表面的反射光形成指纹图像。

光斑点亮后，向有用户手指的一侧发出入射光线，光线在到达手指表面后发生反射，反射光线穿过像素间隙后到达采集单元，采集单元接收反射光后形成指纹图像，或者根据指纹图像将其转换为电信号数据和获得指纹信息。

采集单元可以根据全反射原理识别哪些反射光线与指纹的脊接触，哪些反射光线与指纹的谷接触。具体的，在屏幕的表面，指纹的脊与屏幕的表面接触，而指纹的谷不与屏幕的表面接触。当入射光线照向指纹的谷时，在屏幕与空气接触的表面发生反射，采集单元接收到较强的反射光线。当入射光线照向指纹的脊时，在屏幕与手指接触的表面发生反射，采集单元接收到较弱的反射光线。采集单元可以根据接收到的反射光线的强弱形成指纹图像，或者根据指纹图像将其转换为电信号数据和获得指纹信息。

步骤S203：根据指纹图像进行指纹识别。

指纹图像中包含一些特征信息，根据这些特征信息可以进行指纹识别。将指纹图像与预设的指纹模板进行匹配，根据匹配结果来判断是否可以进行下一步。或者根据指纹信息对指纹进行匹配。

在匹配时，需要设置一个匹配阈值，当指纹图像与预设的指纹模板进行匹配的结果大于等于匹配阈值时，指纹识别通过。当指纹图像与预设的指纹模板进行匹配的结果小于匹配阈值时，指纹识别不通过。

图4示出了本发明光学指纹识别的装置图。

如图所示，光学指纹识别装置100包括光源120，采集单元130和识别单元140。

光源120用于产生照射在手指表面的光斑。光源120形成的光斑的亮度具有从中心向边缘逐渐变化的特征，可以根据迭代优化算法或高斯函数来设置光斑的变化，让光斑的亮度具有不均匀的分布，以补偿透镜成像中的偏差，熟悉本领域者还可以使用其他方法达到相同的效果。这是因为OLED有机发光屏幕采用的发光源是有机电致二极管，这是一种像素级光源，光斑由多个像素光源发光形成，可以通过调整多个像素光源中每个像素光源的亮度使光斑达到不均匀的亮度分布效果。在多个像素光源中，相邻像素间还具有像素间隙，光线照射到手指表面后的反射光线穿过像素间隙到达采集单元130。

要使光斑具有不均匀的亮度分布，例如可以通过调节像素光源上的透光片的透光率或倾斜角度，还可以通过调节像素光源的电流或电压，从而使光斑达到上述效果。

光源120形成的光斑的形状可以是圆形，方形，三角形等任意形状，大小，颜色也可以是任意的，本发明不做限定。

采集单元130，用于根据接收的反射光线形成指纹图像。具体的，采集单元130包括成像透镜和传感器。

成像透镜，用于将反射光线汇聚。成像透镜是一个中央较厚，边缘较薄的凸透镜，它可以将平行于主光轴的平行光线集中在凸透镜的焦点处。因此，携带者指纹信息的反射光线在经过透镜后，会从原来的不均匀分布变成亮度分布均匀的光线。

传感器，接收手指表面的反射光，形成指纹图像。传感器是光学传感器，在指纹中的脊线和谷线等不同位置所反射的光线，会因为反射位置不同而产生亮度强弱不同的反射情况，因此传感器获取的反射光会因为不同的强弱反射情况而形成指纹图像。

采集单元130中还包括滤光片，用于对成像透镜汇聚的光线进行过滤。滤光片可以吸收某些波长的光线，透过其他波长的光线。因为透镜汇聚的光线中，可能会包括外界环境光或其他干扰光线，通过滤光片对光线进行过滤，会使形成的指纹图像更加清晰。

识别单元140，将传感器中形成的指纹图像与预设的指纹模板进行匹配，以实现指纹解锁或其他目的。

识别时，可以将指纹图像中的特征信息与预设模板中的特征信息进行匹配比较，当匹配率大于等于匹配阈值时，指纹识别通过，当匹配率小于匹配阈值时，指纹识别不通过。

图5示出了本发明光学指纹识别装置的一种设备图，本发明并不限于此，光学指纹识别装置还可以是可以实现本发明的其他结构。

如图所示，在该设备中，包括光源220，采集模块230和识别模块240。采集模块230和识别模块240位于光源220的远离手指210的一侧，识别模块240与采集模块230连接。

光源220包括上保护层221和下保护层223以及发光层222。上保护层221和下保护层223用于保护发光层222，且至少上保护层221为透明色，方便光线穿过，下保护层对应于采集模块230的部分具有窗口2231，方便反射光线到达采集模块230。发光层222用于产生照射手指210的光斑，位于上保护层221和下保护层223之间，包括像素发光层2221和像素间隙2222。

采集模块230包括透镜231，位于透镜231远离窗口2231一侧的滤光片232，位于滤光片232远离透镜231一侧的传感器233。透镜231位于窗口2231下方，用于汇聚穿过窗口2231的反射光线，滤光片232对汇聚的反射光线进行过滤，传感器233接收过滤后的反射光，并据此形成指纹图像。

识别模块240与采集模块230连接，可以在采集模块的下方或侧面，识别模块240根据传感器233形成的指纹图像进行指纹匹配。

在指纹识别时，发光层222发出的光线照向手指，并在手指与上保护层221接触的表面发生反射，反射光线穿过像素间隙2222和窗口2231到达采集模块230，其中，透镜231对反射光进行汇聚，滤光片对汇聚后的反射光进行滤光，传感器通过滤光后的反射光形成指纹图像，并将其传给识别模块240，识别模块240将指纹图像与预设模板进行匹配，并判断识别是否通过。其中，图5中的箭头表示光线的传播方向。

图6示出了本发明光源产生的一种光斑亮度分布图，图7示出了本发明光斑的一种亮度分布原理图。

采集单元130采用了透镜成像的原理，均匀的反射光经过透镜后会导致光线变成不均匀的分布，例如中间亮，边缘暗的亮度分布，从而使得采集的指纹图像不清晰。此外，由于光源为像素级光源，可以通过调整光斑的亮度分布来补偿成像偏差。因此本发明根据透镜成像的原理，调整光斑的亮度分布为可以补偿透镜成像偏差的不均匀分布，使得反射光经过透镜后亮度均匀。

采用的光斑中，亮度的分布为不均匀分布，具体的，可以为中间暗，边缘亮，如图6所示，这样的反射光在经过透镜后，由于透镜聚焦的原因，会使得形成的图像中间和边缘亮度差很小，图像的质量高，清晰度好。

要使光斑具有不均匀的亮度分布，可以使用迭代优化算法，包括：

(1)使用亮度分布为s(x，y)的光斑进行M次的指纹图像采集。

(2)计算M次采集的指纹图像的平均亮度分布值i(x，y)。

(3)根据图像的平均亮度分布值i(x，y)更新光斑亮度分布为

s’(x，y)＝s(x，y)-λi(x，y)，

其中，λ为更新系数，可以通过实验取合适的值。

(4)令s(x，y)＝s’(x，y)，重复步骤(1)，直到s(x，y)的变化小于阈值e，或者迭代次数超过预设值N停止。

(5)得到的s(x，y)即为光斑最优的亮度分布。

通过迭代优化算法，可以最大程度的优化光斑的亮度分布，在进行指纹采集时，优化后的光斑可以采集到误差最小的指纹图像，提高了指纹识别的成功率。

在替代的实施例中，要使光斑的亮度分布为中间暗，边缘亮，还可以根据高斯函数的分布来设置，如图7所示。在图形上，采用的高斯函数的分布是一种钟形曲线，越接近中心，取值越大，越远离中心，取值越小。光斑取倒置的高斯函数，这样设置的光斑不仅具有中间暗，边缘亮的亮度分布特征，而且光斑中的亮度变化平缓。

在本发明实施例中，要使光斑的亮度分布为不均匀分布，不仅可以根据迭代优化算法和高斯函数来设置，熟悉本领域者还可以使用其他方法达到相同的效果。

图8示出了本发明光学指纹识别装置采集的指纹图像，如图所示，可以根据指纹图像清楚地分辨出指纹中的脊线和谷线，以及分叉等其他信息。这是由于光斑中亮度的分布为可以补偿透镜成像偏差的不均匀分布，在反射光经过透镜的聚焦后，使得原先不均匀的光线变成亮度均匀的光线，因此采集的图像不仅清晰，而且指纹信息明显。

本发明的光学指纹识别装置，适用于各种终端，例如包括：手机、平板、电脑、手表、智能锁等。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (15)

1.一种光学指纹识别方法，其特征在于，包括：

产生照射手指的光斑；

根据所述手指表面的反射光形成指纹图像；

根据所述指纹图像进行指纹识别，

其中，所述光斑为亮度分布不均匀的光斑，用于补偿成像偏差。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光斑的亮度不均匀分布，与所述成像过程中的亮度偏差彼此相反。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用多个像素光源发光形成所述光斑，采用迭代优化方法或高斯函数控制所述多个像素光源的亮度，以实现不均匀的亮度分布。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用倒置的所述高斯函数设置所述光斑的亮度分布。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光斑的形状包括：圆形、三角形、四边形中的任意一种。

6.一种光学指纹识别装置，其特征在于，包括：

光源，用于产生照射在手指表面上的光斑；以及

采集单元，用于根据所述手指表面的反射光获取指纹图像，

其中，所述光源产生不均匀亮度分布的光斑，以补偿所述采集单元的成像偏差。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采集单元包括成像透镜和传感器，所述反射光经由所述成像透镜到达传感器，以获得聚集后的图像。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光源的亮度不均匀分布，与所述成像透镜的聚集成像偏差彼此相反。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光斑的形状包括：圆形、三角形、四边形中的任意一种。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光源采用多个像素光源发光形成所述光斑，采用迭代优化方法或高斯函数控制所述多个像素光源的亮度，以实现不均匀的亮度分布。

11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：识别单元，用于根据所述指纹图像进行指纹识别。

12.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述光源包括：有机发光二极管(OLED)。

13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求6-12中任一项所述的光学指纹识别装置。

14.根据权利要求13所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括手机、手表、智能锁。

15.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1-5中任一项所述的光学指纹识别方法。