CN111428603B - 一种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置，包括：主控芯片、指纹模组和指示组件；所述主控芯片和指纹模组间通过UART串行通信接口电连接，相互收发指纹相关的操作命令和数据。本发明的有益效果是：通过指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置和方法，实现了在按压指纹过后可看到图像，监控本次按压的指纹质量；若出现问题用户自己就可以很直观的去调整方向和位置；采用了传输二值化线形图，大大减小了传输的数据量，同时这样的图像仍然可以为用户提供图像的信息判断依据；完全不影响用户体验，为注册指纹模板提供了有效的保障方法。

Description

一种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置及方法

技术领域

本发明涉及指纹识别领域，尤其是涉及一种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置及方法。

背景技术

指纹具有唯一性、稳定可靠、易采集、成本低等特点，所以指纹识别技术是最广泛应用的生物识别技术之一。在指纹识别***中，一般都会对采集到的指纹图像进行关键特征的提取，然后再根据特征集和特征相互间的位置、关联等拓扑关系在指纹库中进行存储或匹配操作。为了提取这些特征，必须先对灰度的指纹图像进行预处理，将灰度图像转化为二值化线形图，再进行细化。

指纹识别技术也存在着很多难点，如有些用户在注册指纹阶段会出现如指纹按压位置偏、按压力度较轻、按压位置不动多次采集都是相同指纹图像等问题，这样就会使采集的指纹图像面积小，有效位置信息少甚至没有中心点信息；即使勉强注册成功，最终也会给后续的比对验证操作带来很大的困难，导致经常出现用户的手指能注册成功但验证很难通过，经常失败。市面上大部分的指纹识别***相关产品，会通过增加注册次数、限制采集图像的最小面积等方式来提升注册指纹的质量，但是这样操作很不直观，看不到图像就无法判断位置是否合理、指纹纹路是否有粘连情况，无法为用户提供按压改善措施。

在使用指纹识别***过程中，如果可以通过显示屏实时显示出当前按压在指纹传感器上的指纹图像，尤其是在注册指纹的环节，那么使用者可以通过图像判断本次按压的位置是否有明显的偏差，图像质量是否合格等信息，可以检查注册的指纹图像的质量。当下指纹识别***通常采用UART串行通信接口的指纹模组。UART串行通信的方式是数据在一根传输线上，一位接一位地按顺序依次传送，具有传输线少、成本低的优点，同时也存在数据传送效率低、速度慢的缺陷。以160*160像素的指纹传感器为例，采集到的的实际图像大小为160*160字节。采用UART串行通信，传输的数据格式为10位，1位起始位，8位数据位和1位停止位，按57600bps波特率的速度传输这样一幅图像，总计时间需要：(1/57600)*160*160*10＝4.4秒。要实时的显示当下采集的指纹图像，每按过一次指纹后，都要用户等待近5秒钟，这样的效果非常影响用户体验。

当然，指纹识别***可以采用UART串行通信，通过定制更快的波特率来实现良好体验。但是定制的产品，既对产品的稳定性提出很大的考验，同时在生产和销售的环节又失去了通配兼容性。

指纹识别***也可以采用传输速度快的通信接口，如USB接口的指纹模组。但这样会对指纹识别***的主控芯片有一定的要求，成本会增加，开发难度也会增大。

综上所述，大部分产品在注册阶段都是显示预先设置好的静态图像，即每次都没有变化的固定图案；或者直接取消显示图像的功能。这样就会缺失注册阶段对当前采集到的指纹图像判断和监控的环节，没办法为后续比对验证操作提供有力保障。因此，提出一种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置及方法，就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置及方法。

这种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置，包括：主控芯片、指纹模组和指示组件；所述主控芯片和指纹模组间通过UART串行通信接口电连接，相互收发指纹相关的操作命令和数据；所述主控芯片和指示组件电连接，主控芯片和指示组件之间的通信接口方式不限；所述指示组件为矩阵LED灯、显示屏或两者的组合。

作为优选，所述主控芯片用于***的整体控制；所述指纹模组用于接收主控芯片下发的和指纹相关的命令操作，指定操作完成后向主控芯片应答回复执行结果；所述指示组件用于指示对应于当前采集的图像有效区域。

作为优选，所述显示屏用于接收主控芯片发送的显示数据，并将显示数据直接在屏幕上显示，效果更直观。

这种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置的运行方法，具体包括以下步骤：

S1、主控芯片先主动给指纹模组提供电源；

S2、主控芯片向指纹模组发送获取图像指令；

S3、指纹模组采集传感器表面的图像，并判断该图像是否为有效图像，根据该判断结果向主控芯片回复获取图像指令的应答数据；

S4、主控芯片收到获取图像指令的应答数据后，判断获取图像指令的执行结果：若在S3执行期间，用户在指纹模组传感器表面按下了指纹，获取图像指令的执行结果为成功，执行S5；若在S3执行期间，用户未在指纹模组传感器表面按下指纹，获取图像指令的执行结果为失败，返回执行S2。

作为优选，若指示组件选用矩阵LED灯，则S4之后还有以下步骤:

S5、主控芯片向指纹模组发送设定子块数指令，将子块数设定为M*N个，将指纹图像划分成M*N个小的子块，每一颗LED灯对应一个子块；

S6、指纹模组向主控芯片应答成功设定子块数；

S7、主控芯片向指纹模组发送上传有效区域表指令；

S8、指纹模组将刚采集的有效指纹图像，按设定的子块数划分成M*N个小的子块，对每个子块做均值和方差计算，得出子块质量的局部分析结果；若划分后的有效指纹图像边缘处有剩余像素，则忽略该部分像素不处理；汇总所有子块质量的局部分析结果得到整幅图像的有效区域表；然后向主控芯片应答有效区域表数据；

S9、主控芯片收到上传有效区域表指令的应答后，将有效区域表内的数据提取出来，若经判断某一子块质量超过预设的阈值，则该子块对应的那颗LED灯点亮，反之该子块对应的那颗LED灯熄灭。

作为优选，若指示组件选用显示屏，则S4之后还有如下步骤：

S10、主控芯片向指纹模组发送设定屏幕尺寸指令；将显示屏的屏幕显示尺寸设定为宽W像素，高H像素；

S11、指纹模组向主控芯片应答成功设定屏幕尺寸；

S12、主控芯片向指纹模组发送上传二值化线形图指令；

S13、指纹模组对整幅图像所有像素进行二值化：由灰度格式转化为二值化格式，每个像素占用1个比特大小，1字节存储8像素空间；再根据预设定好的屏幕显示尺寸W和H，做缩放调整；然后向主控芯片应答二值化线形图数据，所述二值化线形图数据大小为：W*H/8字节；

S14、主控芯片收到上传二值化线形图指令的应答后，将二值化线形图数据提取出来，发送到显示屏上显示出来。

作为优选，S8所述有效区域表使用VA[0]～VA[7]表示，大小固定占用8字节。

作为优选，S5所述M、N的值为M＝N＝32。

本发明的有益效果是:通过指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置和方法，实现了在按压指纹过后可看到图像，监控本次按压的指纹质量；若出现问题用户自己就可以很直观的去调整方向和位置；采用了传输二值化线形图，大大减小了传输的数据量，同时这样的图像仍然可以为用户提供图像的信息判断依据；完全不影响用户体验，为注册指纹模板提供了有效的保障方法。

附图说明

图1为指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置结构示意图；

图2为本发明对应的指纹识别***主要功能模块框图；

图3为有效区域表结构图；

图4为M＝3，N＝4时，有效区域表有效数据示意图；

图5为M＝3，N＝4时，一种有效区域表实际数据例图；

图6为M＝8，N＝8时，有效区域表有效数据示意图；

图7为M＝8，N＝8时，一种有效区域表实际数据例图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

本发明提供了一种指纹识别***仍然使用UART串行通信接口模组，普通非定制波特率，保障注册指纹质量的电子装置和方法。

这种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置，包括：主控芯片、指纹模组和指示组件；所述主控芯片和指纹模组间通过UART串行通信接口电连接，相互收发指纹相关的操作命令和数据；所述主控芯片和指示组件电连接，主控芯片和指示组件之间的通信接口方式不限；所述指示组件为矩阵LED灯、显示屏或两者的组合。

所述主控芯片用于***的整体控制；所述指纹模组用于接收主控芯片下发的和指纹相关的命令操作，指定操作完成后向主控芯片应答回复执行结果；所述指示组件用于指示对应于当前采集的图像有效区域。

所述显示屏用于接收主控芯片发送的显示数据，并将显示数据直接在屏幕上显示，效果更直观。

有效区域表结构图如图3所示，使用VA[0]～VA[7]表示，大小固定占用8字节；设定的子块数划分成M*N个，要根据图像实际大小以及有效区域表来定。

以160*160图像，设定子块数M＝N＝8为例，是将160*160图像划分成8*8个20*20像素的小图像来分别计算；VA[0]的第7位表示图像最左上角的第一个子块是否有效，VA[7]的第0位表示图像最右下角的最后一个子块是否有效；如果该位是1，表示其对应的子块是有效指纹图像，若为0则表示该子块是无效图像。最后有效区域表内有效子块的总数，除以(M*N)的结果表示该幅图像有效面积比；同时可根据有效子块的分布规律，来表示用户手指在传感器上按压的位置。

有效区域表并非所有数据都是有效的。以160*160图像，设定子块数M＝3，N＝4为例，示意图如图4所示，是将160*160图像按3行4列划分成12个53*40像素的小图像来计算；此时有效位只有VA[0]的位7、6、5，VA[1]的位7、6、5，VA[2]的位7、6、5，VA[3]的位7、6、5，这12位的数据是有效的，其余位都无意义。数据分析后如图5所示，可以看出用户手指按压后左上角没有良好接触；以160*160图像，设定子块数M＝8，N＝8为例，示意图如图6所示。数据分析后如图7所示，可以看出用户手指按压位置偏上，下面的位置没有良好接触。

根据实际应用需求，本发明提供了相关命令如下表1：

表1相关命令表

仍然以传输160*160像素图像为例，采用UART串行通信，按57600bps波特率的速度，在S13步骤传输160*160大小的二值化线形图，总计传输时间需要：

(1/57600)*160*160/8*10＝0.556秒。

实施例1：

一种没有显示屏、有12个LED灯的指纹识别***。指纹传感器为160*160像素，12个LED灯平时用作触摸密码键的背光照明，在注册指纹时，用这12个LED灯指示图像中指纹的按压位置，用以保障注册指纹的质量。

主控芯片先主动给指纹模组提供电源；然后主控芯片向指纹模组发送获取图像指令；指纹模组获取图像，并判断该图像是否为有效图像然后向主控芯片回复应答；主控芯片一直等到获取图像指令的成功应答后，主控芯片再向指纹模组发送设定子块数指令，其中子块数设定为3*4＝12个，M＝3，N＝4，指纹模组向主控芯片应答成功设定子块数；然后主控芯片再向指纹模组发送上传有效区域表指令；指纹模组将刚采集的有效指纹图像，划分成3*4个53*40像素的子块，分析所有子块质量的局部分析结果，并将最后的有效区域表向主控芯片应答；主控芯片收到上传有效区域表数据后，提取出VA[0]的7、6、5，VA[1]的7、6、5，VA[2]的7、6、5，VA[3]的7、6、5，共计12个位的信息；如VA[0]＝0xE0，则触摸键盘中数字1、2、3背光灯点亮；VA[1]＝0xC0，则触摸键盘中数字4、5背光灯点亮，6背光灯熄灭，以此类推，完成图像的面积和位置指示功能。

实施例2：

一种具有12864点阵屏而没有矩阵LED灯的指纹识别***。指纹传感器为160*160像素。在注册指纹时，将指纹的二值化缩放图像在显示屏上显示出来，更直观的判断注册时指纹的按压位置和面积。

等到获取图像指令的成功应答后，再向指纹模组发送设定屏幕尺寸指令，屏幕显示尺寸设定为宽W＝64像素，高H＝64像素；指纹模组向主控芯片应答成功设定屏幕尺寸后，主主控芯片先主动给指纹模组提供电源；然后主控芯片向指纹模组发送获取图像指令；指纹模组获取图像，并判断该图像是否为有效图像然后向主控芯片回复应答；主控芯片向指纹模组发送上传二值化线形图指令，指纹模组对整幅图像所有像素进行二值化，再根据屏幕显示尺寸缩放至64*64点阵大小的二值化线形图，然后向主控芯片应答缩放后二值化线形图数据，大小为：64*64/8＝512(字节)；主控芯片收到缩放至64*64的二值化线形图数据后，提取出来，再发送到12864显示屏上显示；用户根据实际显示内容，检查本次采集图像的面积和位置是否合格。

Claims (4)

1.一种指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置的运行方法，其特征在于，指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置，包括：主控芯片、指纹模组和指示组件；所述主控芯片和指纹模组间通过UART串行通信接口电连接；所述主控芯片和指示组件电连接，主控芯片和指示组件之间的通信接口方式不限；所述指示组件为矩阵LED灯、显示屏或两者的组合；具体包括以下步骤：

S1、主控芯片先主动给指纹模组提供电源；

S2、主控芯片向指纹模组发送获取图像指令；

S3、指纹模组采集传感器表面的图像，并判断该图像是否为有效图像，根据该判断结果向主控芯片回复获取图像指令的应答数据；

S4、主控芯片收到获取图像指令的应答数据后，判断获取图像指令的执行结果：若指示组件选用矩阵LED灯，且在S3执行期间，用户在指纹模组传感器表面按下了指纹，获取图像指令的执行结果为成功，执行S5；若在S3执行期间，用户未在指纹模组传感器表面按下指纹，获取图像指令的执行结果为失败，返回执行S2；

S5、主控芯片向指纹模组发送设定子块数指令，将子块数设定为M*N个，将指纹图像划分成M*N个小的子块，每一颗LED灯对应一个子块；

S6、指纹模组向主控芯片应答成功设定子块数；

S7、主控芯片向指纹模组发送上传有效区域表指令；

S8、指纹模组将刚采集的有效指纹图像，按设定的子块数划分成M*N个小的子块，对每个子块做均值和方差计算，得出子块质量的局部分析结果；若划分后的有效指纹图像边缘处有剩余像素，则忽略该部分像素不处理；汇总所有子块质量的局部分析结果得到整幅图像的有效区域表；然后向主控芯片应答有效区域表数据；

S9、主控芯片收到上传有效区域表指令的应答后，将有效区域表内的数据提取出来，若经判断某一子块质量超过预设的阈值，则该子块对应的那颗LED灯点亮，反之该子块对应的那颗LED灯熄灭。

2.根据权利要求1所述指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置的运行方法，其特征在于，若指示组件选用显示屏，则S4之后还有如下步骤：

S10、主控芯片向指纹模组发送设定屏幕尺寸指令；将显示屏的屏幕显示尺寸设定为宽W像素，高H像素；

S11、指纹模组向主控芯片应答成功设定屏幕尺寸；

S12、主控芯片向指纹模组发送上传二值化线形图指令；

S13、指纹模组对整幅图像所有像素进行二值化：由灰度格式转化为二值化格式，每个像素占用1个比特大小，1字节存储8像素空间；再根据预设定好的屏幕显示尺寸W和H，做缩放调整；然后向主控芯片应答二值化线形图数据，所述二值化线形图数据大小为：W*H/8字节；

S14、主控芯片收到上传二值化线形图指令的应答后，将二值化线形图数据提取出来，发送到显示屏上显示出来。

3.根据权利要求1所述指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置的运行方法，其特征在于：S8所述有效区域表使用VA[0]～VA[7]表示，大小固定占用8字节。

4.根据权利要求1所述指纹识别***中保障注册指纹质量的电子装置的运行方法，其特征在于：S5所述M、N的值为M=N=32。

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