CN116092135A - 指纹识别装置、触控显示装置以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种指纹识别装置、触控显示装置以及电子设备，指纹识别装置包括：光学透镜，位于一屏幕的下方；图像传感器，位于光学透镜的下方；图像传感器包括具有多个像素单元的像素阵列；多个滤光单元，位于多个像素单元的上方，光学透镜的下方，至少有一个滤光单元的覆盖面积大于或小于一个像素单元的面积；多个滤光单元包括透明滤光单元及至少一种颜色的彩色滤光单元；图像传感器用于接收屏幕上方的待识别对象反射的并穿过光学透镜和多个滤光单元的光信号，得到彩色指纹图像，彩色指纹图像用于确定所述待识别对象是否为真实手指。该方案通过利用彩色滤光单元，获取手指的颜色信息，有效识别手指的真假。

Description

指纹识别装置、触控显示装置以及电子设备

技术领域

本申请涉及信息处理技术领域，特别涉及一种指纹识别装置、触控显示装置以及电子设备。

背景技术

屏下光学指纹是一种应用于移动智能终端的指纹识别技术，其将光学指纹传感器完美地集成到显示屏下，无需设计实体按键，用户直接轻触移动终端显示屏指定区域即可实现指纹识别。该技术驱动了移动智能终端的设计革新，为用户带来无与伦比的使用体验。

但是，目前假指纹的出现降低了指纹识别装置的安全性。假指纹通常是利用硅胶等材料做成，指纹识别在受到指纹模具攻击时，无法判断采集的图像是否为真手指还是模具，从而造成错误识别和解锁。

发明内容

本申请实施例提供了指纹识别装置，用以有效识别手指真假的问题。

本申请提供了一种指纹识别装置，包括：

光学透镜，位于一屏幕的下方；

图像传感器，位于所述光学透镜的下方；所述图像传感器包括具有多个像素单元的像素阵列；

多个滤光单元，位于所述多个像素单元的上方，所述光学透镜的下方，至少有一个滤光单元的覆盖面积大于或小于一个像素单元的面积；所述多个滤光单元包括透明滤光单元及至少一种颜色的彩色滤光单元；

所述图像传感器用于接收所述屏幕上方的待识别对象反射的并穿过所述光学透镜和所述多个滤光单元的光信号，得到彩色指纹图像，所述彩色指纹图像用于确定所述待识别对象是否为真实手指。

在一实施例中，所述彩色滤光单元以中间密、边缘疏的方式分布在所述多个像素单元上方。

在一实施例中，所述彩色滤光单元以螺旋状、放射状或马赛克形状的方式分布在所述多个像素单元上方。

在一实施例中，所述彩色滤光单元包括品红色滤光单元、青色滤光单元和黄色滤光单元中的至少一种颜色的滤光单元。

在一实施例中，所述品红色滤光单元同时允许红光波段和蓝光波段通过；所述青色滤光单元同时允许绿色波段和蓝色波段通过；所述黄色滤光单元同时允许红色波段和绿色波段通过。

在一实施例中，所述品红色滤光单元的中心波段范围是440nm至475nm，上截止波长为520nm，下截止波长为620nm；

所述青色滤光单元的中心波段范围是460nm至550nm，上截止波长为620nm；

所述黄色滤光单元的中心波段范围是520nm至620nm，下截止波长为460nm。

在一实施例中，所述透明滤光单元为涂覆在像素单元上的红外滤光膜；或者，所述透明滤光单元为空气间隙；或者，所述透明滤光单元为除所述红外滤光膜和空气间隙以外的透明光学介质。

在一实施例中，所述彩色滤光单元的数量与所有像素单元的数量之比小于6％。

在一实施例中，连续的所述彩色滤光单元的数量小于7个。

在一实施例中，所述多个彩色滤光单元随机分布在所述像素阵列的上方，间距不相等。

本申请实施例还提供了一种触控显示装置，所述触控显示装置包括：

屏幕；

上述任意一项的指纹识别装置，所述指纹识别装置位于所述屏幕的下方。

在一实施例中，所述屏幕为液晶显示面板、微发光二极管显示面板、迷你发光二极管显示面板、量子点发光二极管显示面板和有机发光二极管显示面板中的任意一种。

本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

上述任意一项的触控显示装置；

中央处理单元，所述中央处理单元与所述触控显示装置通信连接。

本申请上述实施例提供的技术方案，设计了一种指纹识别装置，该装置包括一屏幕下方的光学透镜、光学透镜下方的图像传感器、图像传感器中的像素阵列和滤光单元；其中，像素阵列包括多个像素单元，像素单元的上方包括透明滤光单元及至少一种颜色的彩色滤光单元。该装置用于有效识别手指的真假：将手指放在屏幕上方，手指经反射穿过光学透镜和多个滤光单元形成光信号，图像传感器接收光信号形成彩色指纹图像，根据彩色指纹图像能够有效识别手指的真假。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为背景技术中指纹识别的基本装置示意图；

图2为本申请实施例提供的滤光单元和第一像素单元的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的滤光单元的颜色示意图；

图4为本申请实施例提供的滤光单元的颜色波段示意图；

图5为本申请实施例提供的红外滤光膜的波段示意图；

图6为本申请实施例提供的滤光单元的分布示意图；

图7为本申请实施例提供的滤光单元的排布示意图；

图8为本申请实施例提供的一种指纹识别方法的流程示意图；

图9为本申请实施例提供的彩色指纹图像分类示意图；

图10为本申请实施例提供的触控显示装置的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，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。

如图1所示，本申请的指纹识别装置包括位于一屏幕下方的光学透镜、位于光学透镜下方的图像传感器，其中，图像传感器具有像素队列和多个滤光单元。在进行指纹识别时，将手指放置于屏幕上，屏幕下的光斑经过手指的反射进入光学透镜，进而在图像传感器上成像。像素队列包括多个像素单元，多个滤光单元包括透明滤光单元及至少一种颜色的彩色滤光单元。透明滤光单元用于直接获取光信号；彩色滤光单元用于获取对应颜色的光信号，如黄色滤光单元获取黄色光信号；像素单元用于将获取的光信号转换成对应的图像。

多个滤光单元位于多个像素单元的上方，光学透镜的下方，其中，至少有一个滤光单元的覆盖面积大于或小于一个像素单元的面积。如图2中a所示，一个滤光单元221覆盖在三个像素单元212上，即一个滤光单元221的覆盖面积大于一个像素单元212的面积；如图2中b所示，滤光单元221、滤光单元222和滤光单元223覆盖在一个像素单元212上，即一个滤光单元221的覆盖面积小于一个像素单元212的面积。

需要说明的是，本申请的滤光单元的覆盖面积与像素单元覆盖面积不同，无需使滤光单元与像素单元一对一完全对准，从而降低了工艺难度，提高了良品率。

如图3所示，本申请实施例中，彩色滤光单元的颜色至少为品红色340、青色350或黄色360中的一种。根据自然界的三基色原理，品红色340可以由红色310和蓝色330混合而成，青色350可以由绿色320和蓝色330混合而成，黄色可以由红色310和绿色320混合而成。

由于品红色340是由红色310和蓝色330混合而成，故品红色滤光单元能够允许红光波段和蓝光波段通过；青色350是由绿色320和蓝色330混合而成，故青色滤光单元能够允许绿色波段和蓝色波段通过；黄色是由红色310和绿色320混合而成，故黄色滤光单元能够允许红色波段和绿色波段通过。

在一实施例中，蓝色滤光片的波段范围可以是中心波段为440nm～475nm，上截止波段约为550nm；绿色滤光片的波段范围可以是中心波段为520nm～550nm，上下截止波段约分别为620nm、460nm；红色滤光片的波段范围可以是下截止波段约为550nm。如图4所示，品红色滤光单元的中心波段范围是440nm至475nm，上截止波长为520nm，下截止波长为620nm，当采用品红色滤光单元时，在彩色滤光单元上品红色光的透过率高于青色光和黄色光；青色滤光单元的中心波段范围是460nm至550nm，上截止波长为620nm，当采用青色滤光单元时，在彩色滤光单元上青色光的透过率高于品红色光和黄色光；黄色滤光单元的中心波段范围是520nm至620nm，下截止波长为460nm，当采用黄色滤光单元时，在彩色滤光单元上黄色光的透过率高于品红色光和青色光。

于一实施例中，透明滤光单元上可以为涂覆在像素单元上的红外滤光膜，如图5所示，红外滤光膜的上截止波长为660nm。如此，指纹检测信号经过该透明滤光单元后，经像素单元所采集的为滤除红外光线的指纹图像。如此，可避免红外光等环境光信号的影响，从而能够提升指纹识别性能。透明滤光单元也可以为空气间隙，或者除红外滤光膜和空气间隙以外的透明光学介质。因此，覆盖彩色滤光单元的像素单元可用于获取手指的彩色图像进行手指真假的判断，覆盖透明滤光单元的像素单元可用于获取指纹的灰度图像进行指纹识别。

本申请的指纹识别装置可用于指纹识别，同时避免非用户本人的假手指的判断，其实现方式可以通过控制滤光单元的数量，以保证指纹识别的效率，并且将彩色滤光单元的数量与所有像素单元的数量之比控制在第一阈值内。在一实施例中，彩色滤光单元的数量与所有像素单元的数量之比小于6％。

当多个彩色滤光单元在像素阵列的上方连续分布，且连续数量过多，则会导致连续部分的指纹无法被识别，故需要将连续的多个彩色滤光单元的数量控制在第二阈值内。在一实施例中，连续的多个彩色滤光单元的数量小于7个。

多个彩色滤光单元可随机分布在像素阵列的上方，间距不相等。在随机分布时，彩色滤光单元可能存在相邻现象，也可能存在不相邻现象，因此可以采用离散分布的方式，或是也可以采用连续分布的方式。如图6所示，展示了一种多个彩色滤光单元随机分布在像素阵列上方的情形，该随机不等间距的分布情况有利于指纹识别，也能实现手指真假的判断。

彩色滤光单元可按照中间密、边缘疏的方式分布在多个像素单元上方。由于手指在中间区域的接触较多，故可以在中间区域设置较多的彩色滤光单元，边缘设置相对较少的彩色滤光单元，实现彩色滤光单元的有效利用。

彩色滤光单元也可按照一定的形状分布在像素阵列的上方。如图7中a所示，多个彩色滤光单元按照螺旋线形状分布在所述像素阵列的上方；如图7中b所示，多个彩色滤光单元按照放射线形状分布在所述像素阵列的上方；如图7中c所示，多个彩色滤光单元按照马赛克形状分布在所述像素阵列的上方。需要说明的是，图中的螺旋线和放射线仅用于指示彩色滤光单元排布的形状，不是真实存在的线。

本申请的指纹识别该装置能够有效识别手指是否为用户本人的手指，避免手指模具进行指纹识别，其通过手指放在屏幕上方，经由光学透镜和多个滤光单元形成光信号，光信号由图像传感器接收形成彩色指纹图像，彩色指纹图像进而有效的确定手指的真假。

图8为本申请实施例提供的一种指纹识别方法的流程示意图。如图5所示，该方法可由上述指纹识别装置来执行，该方法包括以下步骤S810-步骤S850：

步骤S810：获取图像传感器中的彩色指纹图像，其中，彩色指纹图像包括彩色图像和灰度图像。

在本步骤中，获取图像传感器中形成的彩色指纹图像，彩色指纹图像包括彩色图像和灰度图像。其中，彩色图像的形成过程为：将手指放置在屏幕上，屏幕下的光斑下经手指的反射穿过光学透镜，再穿过图像传感器上的彩色滤光单元，在像素队列的像素单元上形成彩色图像；灰度图像的形成过程为：将手指放置在屏幕上，屏幕下的光斑下的光斑经手指的反射穿过光学透镜，再穿过图像传感器上的透明滤光单元，在像素队列的像素单元上形成灰度图像。

步骤S820：根据彩色图像确定手指是否为真。

在本步骤中，如图9所示，通过机器学习的分类算法来分析彩色图像，实现真假手指的分类，从而确定手指的真假。可以选取的分类模型有支持向量机、决策树、贝叶斯等模型。

以决策树模型为例，对彩色图像进行分析。将已知手指真假的彩色图像可以分为两部分，分别为：80％的代码段作为训练数据集；20％的代码段作为验证数据集。

对于训练数据集，将其彩色图像设置为输入参数x，彩色图像对应的手指真假设置为输出结果f(x)。构建决策树模型，并将验证数据集放入模型中不断迭代训练模型，得到对训练数据集拟合最接近的决策树模型。

训练数据集对模型训练完毕后，再用验证数据集对已生成的决策树模型进行剪枝并选择最优子树，即通过设置损失函数来获得最优决策树模型。通常选取正则化的极大似然函数作为损失函数。

将未知手指真假的彩色图像作为输入参数x，在获得的最优决策树模型中输入，最优决策树模型的输出对应的f(x)，此f(x)即为该彩色图像手指真假的判定结果。

步骤S830：若手指为真，判断灰度图像是否匹配成功。

在本步骤中，若输出的f(x)显示彩色图像中的手指为真，则进行灰度图像的匹配，并判断该灰度图像与录入的指纹是否匹配成功。

在进行灰度指图像的匹配之前，可以先对灰度图像中像素单元缺失的指纹信息进行插值或拟合等处理，得到完整的灰度指纹图像。

步骤S840：若灰度图像匹配成功，则指纹认证成功。

在本步骤中，当灰度指纹图像与录入的指纹匹配成功，则该指纹认证成功，可成功进入手机、电脑等设备。

步骤S850：若无法获取图像传感器中的彩色图像和灰度图像、手指为假或灰度图像匹配失败，则指纹认证失败。

在本步骤中，当无法获取图像传感器中的彩色图像和指纹图像，则指纹认证失败；当输出的f(x)显示彩色图像中的手指为假，则指纹认证失败；当灰度图像与录入的指纹匹配失败，则指纹录入失败。

图10为本申请一实施例示出的一种触控显示装置1000，触控显示装置1000包括屏幕1010和指纹识别装置1020，其中，屏幕1010为液晶显示面板、微发光二极管显示面板、迷你发光二极管显示面板、量子点发光二极管显示面板和有机发光二极管显示面板中的任意一种。指纹识别装置1020可以为前述装置实施例中的指纹识别装置，其能够用于执行图8中所述方法实施例中的内容，为了简洁，这里不再赘述。

图11为本申请一实施例示出的一种电子设备1100，电子设备1100可以包括中央处理单元1110和触控显示装置1120，其中，中央处理单元1110与触控显示装置1120通信连接，触控显示装置1120可以为前述装置实施例中的触控显示装置。在本申请所提供的几个实施例中，所揭露的装置和装置，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、装置和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例装置的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (13)

1.一种指纹识别装置，其特征在于，包括：

光学透镜，位于一屏幕的下方；

图像传感器，位于所述光学透镜的下方；所述图像传感器包括具有多个像素单元的像素阵列；

多个滤光单元，位于所述多个像素单元的上方，所述光学透镜的下方，至少有一个滤光单元的覆盖面积大于或小于一个像素单元的面积；所述多个滤光单元包括透明滤光单元及至少一种颜色的彩色滤光单元；

所述图像传感器用于接收所述屏幕上方的待识别对象反射的并穿过所述光学透镜和多个滤光单元的光信号，得到彩色指纹图像，所述彩色指纹图像用于确定所述待识别对象是否为真实手指。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述彩色滤光单元以中间密、边缘疏的方式分布在所述多个像素单元上方。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述彩色滤光单元以螺旋状、放射状或马赛克形状的方式分布在所述多个像素单元上方。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述彩色滤光单元包括品红色滤光单元、青色滤光单元和黄色滤光单元中的至少一种颜色的滤光单元。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述品红色滤光单元同时允许红光波段和蓝光波段通过；所述青色滤光单元同时允许绿色波段和蓝色波段通过；所述黄色滤光单元同时允许红色波段和绿色波段通过。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述品红色滤光单元的中心波段范围是440nm至475nm，上截止波长为520nm，下截止波长为620nm；

所述青色滤光单元的中心波段范围是460nm至550nm，上截止波长为620nm；

所述黄色滤光单元的中心波段范围是520nm至620nm，下截止波长为460nm。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述透明滤光单元为涂覆在像素单元上的红外滤光膜；或者，所述透明滤光单元为空气间隙；或者，所述透明滤光单元为除所述红外滤光膜和空气间隙以外的透明光学介质。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述彩色滤光单元的数量与所有像素单元的数量之比小于6％。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，连续的所述彩色滤光单元的数量小于7个。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，多个所述彩色滤光单元随机分布在所述像素阵列的上方，间距不相等。

11.一种触控显示装置，其特征在于，包括：

屏幕；

权利要求1-10任意一项所述的指纹识别装置，所述指纹识别装置位于所述屏幕的下方。

12.根据权利要求11所述的触控显示装置，其特征在于，所述屏幕为液晶显示面板、微发光二极管显示面板、迷你发光二极管显示面板、量子点发光二极管显示面板和有机发光二极管显示面板中的任意一种。

13.一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求11或12所述的触控显示装置；

中央处理单元，所述中央处理单元与所述触控显示装置通信连接。

Images