CN110858296B - 指纹感测装置以及指纹感测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种指纹感测装置以及指纹感测方法。指纹感测装置包括透明面板、照明光源、指纹传感器以及处理器。照明光源用以在一个曝光期间中依序提供多个发光图案，以依序照明放置在透明面板上的手指物件。指纹传感器包括多个图像感测单元。这些图像感测单元在一个曝光期间中感测经由照明光源提供的这些发光图案所照明的手指物件，以输出多个像素数据。处理器用以接收这些像素数据，以依据这些像素数据来产生指纹图像。这些发光图案分别包括依序排列的多个亮区以及多个暗区，并且这些亮区以及这些暗区在这些发光图案中动态位移。因此，本发明的指纹感测装置以及指纹感测方法可产生高信噪比的指纹图像。

Description

指纹感测装置以及指纹感测方法

技术领域

本发明涉及一种感测技术，尤其涉及一种指纹感测装置以及指纹感测方法。

背景技术

随着指纹感测技术的演进，屏下指纹感测是目前指纹感测技术重要的发展方向之一。屏下指纹感测可采用光学式的屏下指纹感测架构或超声波式的屏下指纹感测架构，其中光学式的屏下指纹感测架构目前较被广泛应用在各式电子产品中。一般而言，光学式的屏下指纹感测架构可包括由屏幕保护面板、玻璃面板、照明光源以及指纹传感器所组成，以通过照明光源提供照明光至按压在屏幕保护面板上的手指物件，再经由屏幕保护面板以及手指物件反射具有指纹信息的图像光至指纹传感器。

然而，在一般的光学式的屏下指纹感测架构中，由于照明光经由照明光源发射后，将会经由玻璃面板传递至屏幕保护面板，因此玻璃面板可能会反射部分的照明光至指纹传感器，以形成未具有指纹信息的噪声光。因此，在一般的光学式的屏下指纹感测架构中，指纹传感器容易接收到低信噪比(Signal to Noise Ratio,S/N Ratio)的指纹图像，而导致指纹识别的效率不佳。因此，如何可有效改善光学式的屏下指纹感测架构所取得的指纹图像的信噪比，以下将提出几个实施例的解决方案。

发明内容

本发明提供一种指纹感测装置以及指纹感测方法，可产生高信噪比(Signal toNoise Ratio,S/N Ratio)的指纹图像。

本发明的指纹感测装置包括透明面板、照明光源、指纹传感器以及处理器。照明光源用以在一个曝光期间中依序提供多个发光图案，以依序照明放置在透明面板上的手指物件。指纹传感器包括多个图像感测单元。所述多个图像感测单元在此一个曝光期间中感测经由照明光源提供的所述多个发光图案所照明的手指物件，以输出多个像素数据。处理器耦接照明光源以及指纹传感器，并且用以接收所述多个像素数据，以依据所述多个像素数据来产生指纹图像。所述多个发光图案分别包括依序排列的多个亮区以及多个暗区，并且所述多个亮区以及所述多个暗区在所述多个发光图案中动态位移。

在本发明的一实施例中，上述的多个像素数据分别包括指纹信息参数以及噪声参数。指纹信息参数为多个子指纹参数加总。噪声参数为多个子噪声参数加总。所述多个子指纹参数的数量以及所述多个子噪声参数的数量等于所述多个发光图案的数量。

在本发明的一实施例中，上述的多个子噪声参数的其中之一的数值高于对应的所述多个子指纹参数的其中之一的数值，并且其他的所述多个子噪声参数的数值分别低于对应的其他的所述多个子指纹参数的数值。

在本发明的一实施例中，上述的多个亮区以及多个暗区在所述多个发光图案中朝第一方向动态位移。

在本发明的一实施例中，上述的照明光源为自发光面板的多个像素。所述多个亮区对应于自发光面板点亮的一个像素。所述多个暗区对应于自发光面板未点亮的连续的多个像素。

在本发明的一实施例中，上述的多个自发光面板在第一方向上点亮的一个像素以及未点亮的连续的多个像素的数量总和等于照明光源在一个曝光期间中依序提供的所述多个发光图案的数量。

在本发明的一实施例中，上述的多个发光图案的切换频率等于显示更新频率。

在本发明的一实施例中，在上述的一个曝光期间中，照明光源多次循环提供所述多个发光图案来照明手指物件。

本发明的指纹感测方法包括以下步骤：通过照明光源在一个曝光期间中依序提供多个发光图案，以依序照明放置在透明面板上的手指物件，其中所述多个发光图案分别包括依序排列的多个亮区以及多个暗区，并且所述多个亮区以及所述多个暗区在所述多个发光图案中动态位移；通过指纹传感器的多个图像感测单元在此一个曝光期间中感测经由照明光源提供的所述多个发光图案所照明的手指物件，以输出多个像素数据；以及通过处理器接收所述多个像素数据，并且依据所述多个像素数据来产生指纹图像。

在本发明的一实施例中，上述的多个像素数据分别包括指纹信息参数以及噪声参数。指纹信息参数为多个子指纹参数加总。噪声参数为多个子噪声参数加总。所述多个子指纹参数的数量以及所述多个子噪声参数的数量等于所述多个发光图案的数量。

在本发明的一实施例中，上述的多个子噪声参数的其中之一的数值高于对应的所述多个子指纹参数的其中之一的数值，并且其他的所述多个子噪声参数的数值分别低于对应的其他的所述多个子指纹参数的数值。

在本发明的一实施例中，上述的多个亮区以及所述多个暗区在所述多个发光图案中朝第一方向动态位移。

在本发明的一实施例中，上述的照明光源为自发光面板的多个像素。所述多个亮区对应于自发光面板上点亮的一个像素。所述多个暗区对应于自发光面板上未点亮的连续的多个像素。

在本发明的一实施例中，上述的自发光面板在第一方向上点亮的一个像素以及未点亮的连续的多个像素的数量总和等于照明光源在一个曝光期间中依序提供的所述多个发光图案的数量。

在本发明的一实施例中，上述的多个发光图案的切换频率等于显示更新频率。

在本发明的一实施例中，在上述的一个曝光期间中，照明光源多次循环提供所述多个发光图案来照明手指物件。

基于上述，本发明的指纹感测装置以及指纹感测方法，可在一次图像取像操作的一个曝光期间中，通过照明光源依序提供多个不同的发光图案来照明手指物件，以使指纹传感器可取得具有高信噪比的指纹图像。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的一实施例的指纹感测装置的功能方块图。

图2是依照本发明的图1实施例的指纹感测装置的结构示意图。

图3A至图3C是分别依照本发明的一实施例的发光图案的示意图。

图4是依照本发明的一实施例的指纹信息及噪声的信号强度分布图。

图5是依照本发明的一实施例的指纹感测方法的流程图。

【符号说明】

100：指纹感测装置；

110：处理器；

120：照明光源；

130：指纹传感器；

140：透明面板；

150：玻璃面板；

310～330：发光图案；

430_1～430_4：图像感测单元；

S510～S530：步骤；

B：手指物件；

IS、IS’：照明光；

NS：噪声光；

FS：图像光；

P1、P2、P3：方向；

BA：亮区；

DA：暗区；

NS1～NS7：子噪声信号；

FS1～FS7：子指纹图像信号。

具体实施方式

为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，代表相同或类似部件。

图1是依照本发明的一实施例的指纹感测装置的功能方块图。参考图1，指纹感测装置100包括处理器110、照明光源120以及指纹传感器130。指纹传感器130可包括多个图像感测单元。处理器110耦接照明光源120以及指纹传感器130。在本实施例中，当指纹感测装置100执行指纹感测操作时，照明光源120用以在一个曝光期间中依序提供多个发光图案，以依序照明待感测的手指物件。在本实施例中，所述多个发光图案分别包括依序排列的多个亮区以及多个暗区，并且所述多个亮区以及所述多个暗区在所述多个发光图案中具有动态位移变化的效果。在本实施例中，指纹传感器130的所述多个图像传感器在此一个曝光期间中感测经由照明光源120提供的所述多个发光图案所照明的手指物件，以输出多个像素数据至处理器110。因此，处理器110可依据所述多个像素数据来产生指纹图像。

在本实施例中，指纹感测装置100可整合至移动电话(Mobile phone)、平板电脑(Tablet)、笔记本电脑(Notebook)、台式电脑(Desktop)或各种携带式电子装置等之中，诸如此类可提供指纹识别功能的电子产品，本发明并不加以限制。在本实施例中，处理器110可为中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application Specific IntegratedCircuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(Programmable Logic Device,PLD)、其他类似处理器或这些处理器电路的组合。处理器110可对指纹传感器130提供的像素数据进行数据运算，并且产生指纹图像。

在本实施例中，指纹传感器130的所述多个图像感测单元可例如是电荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)或互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor,CMOS)图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)，本发明并不加以限制。此外，本实施例的指纹感测装置100可还包括存储器(Memory)。所述存储器可用于储存指纹传感器130所获取的像素数据以及指纹图像，并且储存可用于实现本发明各实施例所述的指纹识别方法的相关图像处理程序，以供处理器110读取并执行。

图2是依照本发明的一实施例的指纹感测装置的结构示意图。参考图2，指纹感测装置100可例如是设置于应用屏下指纹识别技术的电子装置，因此指纹感测装置100可包括照明光源120、指纹传感器130、透明面板140以及玻璃面板150。值得注意的是，照明光源120、透明面板140以及玻璃面板150是属于显示面板的机构。在本实施例中，上述的显示面板可例如是有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)显示面板、微发光二极管(Micro LED)显示面板或微发光二极管(Mini LED)显示面板，本发明并不加以限制。

以有机发光二极管显示面板为例，照明光源120可为包括有机发光二极管像素阵列的显示面板。透明面板140可为屏幕保护面板，并且玻璃面板150与有机发光二极管像素阵列的显示面板结合，以传导照明光源120所提供的显示光或照明光至透明面板140。进一步而言，当应用屏下指纹识别技术的电子装置操作在显示模式时，照明光源120用以提供显示光，以经由透明面板140显示图像画面。然而，当应用屏下指纹识别技术的电子装置操作在指纹感测模式时，照明光源120的至少一部分可用以提供照明光，以照射放置或按压在透明面板140的至少一部分上的手指物件B。并且，照明光源120提供的所述多个发光图案的切换频率等于显示更新频率(display refresh rate)。此外，在一实施例中，上述的显示面板也可例如是薄膜晶体管液晶显示面板(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display,TFT LCD)。因此，照明光源120可为背光板，并且玻璃面板150上可包括薄膜晶体管阵列。

具体而言，在本实施例中，当使用者的手指物件B按压在透明面板140上时，照明光源120可提供照明光IS至透明面板140，以使透明面板140反射具有指纹信息的图像光FS至指纹传感器130。然而，由于照明光IS会先经过玻璃面板150，因此玻璃面板150将会反射一部分的照明光以变为噪声光NS来传递至指纹传感器130，并且透射另一部分的照明光IS’至透明面板140。换言之，指纹传感器130在获取指纹图像的过程中，将同时收集到指纹信息信号以及噪声信号。

对此，为了降低噪声光NS的影响，当指纹感测装置100执行指纹操作时，本实施例的照明光源120可在一个曝光期间中依序提供如图3A至图3C的发光图案。图3A至图3C是分别依照本发明的一实施例的发光图案的示意图。参考图2以及图3A至图3C，由于照明光源120可为一种自发光面板，并且包括发光像素阵列，因此照明光源120可只点亮部分的像素。换言之，图3A至图3C各自的多个亮区BA可分别对应于自发光面板上被点亮的一个像素，并且多个暗区DA可对应于自发光面板上未点亮的连续的多个像素。并且，如图3A至图3C所示，所述多个亮区BA以及所述多个暗区DA分别在所述多个发光图案310～330中朝第一方向P1动态位移。第一方向P1、第二方向P2以及第三方向P3彼此相互垂直。

值得注意的是，照明光源120在第一方向P1上点亮的一个像素以及未点亮的连续的多个像素的数量总和等于照明光源120在一个曝光期间当中所依序显示(提供照明光)的所述多个发光图案的数量。举例而言，如果是图3A至图3C的发光图案类型，则照明光源120可在一个曝光期间当中依序显示(提供照明光)七个发光图案。因此，指纹传感器130的每一个图像感测单元在一个曝光期间中可取得通过一个亮区提供照明所感测到的一个子指纹参数以及一个子噪声参数，其中此一个子噪声参数的数值高于此一个子指纹参数的数值。并且，指纹传感器130的每一个图像感测单元在此一个曝光期间中还可取得通过多个暗区提供照明所感测到的多个子指纹参数(例如是六个)以及多个子噪声参数(例如是六个)，其中这些子噪声参数的数值低于这些子指纹参数的数值。并且，上述的这些子指纹参数的数量(6+1＝7)等于这些发光图案的数量，并且上述的这些子噪声参数的数量(6+1＝7)也等于这些发光图案的数量。

图4是依照本发明的一实施例的指纹信息及噪声的信号强度分布图。参考图3A至图3C以及图4，本发明各实施例的照明光源可包括如图4的图像感测单元430_1～430_4，但其数量不限于图4所示。在本实施例中，首先，当照明光源显示如图3A的发光图案时，图像感测单元430_1可以是对应于图3A的发光图案310左上角第一格的亮区。图像感测单元430_2～430_4可以是对应于图3A的发光图案310左上角往第一方向P1的第二格至第四格的暗区。

接着，当照明光源显示如图3B的发光图案时，图像感测单元430_1可以是对应于图3B的发光图案320左上角第一格的暗区。图像感测单元430_2可以是对应于图3B的发光图案320左上角往第一方向P1的第二格的亮区。图像感测单元430_3、430_4可以是对应于图3C的发光图案330左上角往第一方向P1的第三格及第四格的暗区。

在接着，当照明光源显示如图3C的发光图案时，图像感测单元430_1、430_2可以是对应于图3C的发光图案330左上角第一格及第二格的暗区。图像感测单元430_3可以是对应于图3C的发光图案330左上角往第一方向P1的第三格的亮区。图像感测单元430_4可以是对应于图3C的发光图案330左上角往第一方向P1的第四格的暗区。

以此类推，对于图像感测单元430_1来说，当照明光源在一个曝光期间依序显示如图3A至图3C的多个亮区动态位移变化的七个发光图案(由图3A至图3C可类推七个发光图案为一次循环。一个曝光期间可以包含N个循环，N须为正整数。此例子中，N＝1。)，则图像感测单元430_1可在一个曝光期间中取得子指纹图像信号FS1～FS7以及子噪声信号NS1～NS7。并且此七个发光图案的切换频率等于照明光源的显示更新频率。假设图像感测单元430_1感测到子指纹图像信号FS1后可得到一个较高的数值为3，而感测到子指纹图像信号FS2～FS7后可分别得到七个较低的数值为2。并且，图像感测单元430_1感测到子噪声信号NS1后可得到一个较高的数值为5，而感测到子噪声信号NS2～NS7后可分别得到七个较低的数值为0.1。因此，经由图像积分后，图像感测单元430_1在此一个曝光期间中所取得的像素数据的指纹图像参数可例如是17(3+2×7＝17)，并且噪声参数例如是5.7(5+0.1×7＝5.7)。因此，其信噪比为17/5.7。然而，若为一般无亮区动态位移变化的发光图案的情况下(发光图案为全部都是亮区)，图像感测单元430_1在此一个曝光期间中所取得的像素数据的指纹图像参数例如是24(3×8＝24)，并且噪声参数例如是40(5×8＝40)。因此，其信噪比为24/40。据此，本实施例的指纹感测装置100可取得较高信噪比的指纹图像。

图5是依照本发明的一实施例的指纹感测方法的流程图。参考图5，本实施例的指纹感测方法可适用于图1以及图2实施例的指纹感测装置100，以使指纹感测装置100执行以下步骤S510～S530。在步骤S510中，指纹感测装置100的照明光源120在一个曝光期间中依序提供多个发光图案，以依序照明放置在一透明面板140上的手指物件B，其中这些发光图案分别包括依序排列的多个亮区以及多个暗区，并且这些亮区以及这些暗区在这些发光图案中动态位移。在步骤S520中，指纹感测装置100的指纹传感器130的多个图像感测单元在所述一个曝光期间中感测经由照明光源120依序提供的这些发光图案所照明的手指物件B，以输出多个像素数据。在步骤S530中，指纹感测装置100的处理器110接收这些像素数据，并且依据这些像素数据产生指纹图像。因此，本实施例的指纹感测方法可使指纹感测装置100有效地取得具有高信噪比的指纹图像。

另外，关于本实施例的指纹感测装置100的其他元件特征、实施方式以及技术细节，可参考上述的图1至图4实施例的说明而获致足够的启示、建议以及实施说明，因此不再赘述。

综上所述，本发明的指纹感测装置以及指纹感测方法，可在一次图像取像操作的一个曝光期间中，通过照明光源依序提供多个不同的发光图案来照明手指物件，其中这些发光图案分别包括依序排列的多个亮区以及多个暗区，并且这些亮区以及这些暗区在这些发光图案中动态位移，以使指纹传感器经由图像积分后可取得较高的指纹信息参数以及较低噪声参数。据此，本发明的指纹感测装置以及指纹感测方法可产生具有高信噪比的指纹图像。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (14)

1.一种指纹感测装置，其特征在于，包括：

透明面板；

照明光源，用以在一个曝光期间中依序提供多个发光图案，以依序照明放置在所述透明面板上的手指物件；

指纹传感器，包括多个图像感测单元，其中所述多个图像感测单元在所述一个曝光期间中感测经由所述照明光源提供的所述多个发光图案所照明的所述手指物件，以输出多个像素数据；以及

处理器，耦接所述照明光源以及所述指纹传感器，并且用以接收所述多个像素数据，以依据所述多个像素数据来产生指纹图像，

其中所述多个发光图案分别包括依序排列的多个亮区以及多个暗区，并且所述多个亮区以及所述多个暗区在所述多个发光图案中动态位移，

其中所述多个像素数据分别包括指纹信息参数以及噪声参数，并且所述指纹信息参数为多个子指纹参数加总，所述噪声参数为多个子噪声参数加总，

其中所述多个子指纹参数的数量以及所述多个子噪声参数的数量等于所述多个发光图案的数量，

其中所述指纹传感器的每一个图像感测单元在所述一个曝光期间中取得通过一个亮区与所述多个暗区提供照明所感测到的所述多个子指纹参数以及所述多个子噪声参数。

2.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述多个子噪声参数的其中之一的数值高于对应的所述多个子指纹参数的其中之一的数值，并且其他的所述多个子噪声参数的数值分别低于对应的其他的所述多个子指纹参数的数值。

3.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述多个亮区以及所述多个暗区在所述多个发光图案中朝第一方向动态位移。

4.根据权利要求3所述的指纹感测装置，其中所述照明光源为自发光面板的多个像素，

其中所述多个亮区对应于所述自发光面板点亮的一个像素，并且所述多个暗区对应于所述自发光面板未点亮的连续的多个像素。

5.根据权利要求4所述的指纹感测装置，其中所述自发光面板在所述第一方向上点亮的所述一个像素以及未点亮的连续的所述多个像素的数量总和等于所述照明光源在所述一个曝光期间中依序提供的所述多个发光图案的数量。

6.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中所述多个发光图案的切换频率等于显示更新频率。

7.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中在所述一个曝光期间中，所述照明光源多次循环提供所述多个发光图案来照明所述手指物件。

8.一种指纹感测方法，其特征在于，包括：

通过照明光源在一个曝光期间中依序提供多个发光图案，以依序照明放置在透明面板上的手指物件，其中所述多个发光图案分别包括依序排列的多个亮区以及多个暗区，并且所述多个亮区以及所述多个暗区在所述多个发光图案中动态位移；

通过指纹传感器的多个图像感测单元在所述一个曝光期间中感测经由所述照明光源提供的所述多个发光图案所照明的所述手指物件，以输出多个像素数据；以及

通过处理器接收所述多个像素数据，并且依据所述多个像素数据来产生指纹图像，

其中所述多个像素数据分别包括指纹信息参数以及噪声参数，并且所述指纹信息参数为多个子指纹参数加总，所述噪声参数为多个子噪声参数加总，

其中所述多个子指纹参数的数量以及所述多个子噪声参数的数量等于所述多个发光图案的数量，

其中通过所述指纹传感器的每一个图像感测单元在所述一个曝光期间中取得通过一个亮区与所述多个暗区提供照明所感测到的所述多个子指纹参数以及所述多个子噪声参数。

9.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其中所述多个子噪声参数的其中之一的数值高于对应的所述多个子指纹参数的其中之一的数值，并且其他的所述多个子噪声参数的数值分别低于对应的其他的所述多个子指纹参数的数值。

10.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其中所述多个亮区以及所述多个暗区在所述多个发光图案中朝第一方向动态位移。

11.根据权利要求10所述的指纹感测方法，其中所述照明光源为自发光面板的多个像素，

其中所述多个亮区对应于所述自发光面板上点亮的一个像素，并且所述多个暗区对应于所述自发光面板上未点亮的连续的多个像素。

12.根据权利要求11所述的指纹感测方法，其中所述自发光面板在所述第一方向上点亮的所述一个像素以及未点亮的连续的所述多个像素的数量总和等于所述照明光源在所述一个曝光期间中依序提供的所述多个发光图案的数量。

13.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其中所述多个发光图案的切换频率等于显示更新频率。

14.根据权利要求8所述的指纹感测方法，其中在所述一个曝光期间中，所述照明光源多次循环提供所述多个发光图案来照明所述手指物件。

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