TW200828135A - Method and system for fingerprint motion tracking using an in-line array - Google Patents
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Description
200828135 九、發明說明: 【毛明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種感應及記錄指紋的技術,且特別曰 有關於一種與指紋影像處理結合之指紋移動單獨追蹤的系= 及方法。 【先前技術】 當指紋影像移動並穿越一感應器陣列時,可利用一此壯 _ 置及技術來感應、捕捉及重建此指紋影像。雖然有許多用以减 應及記錄整個指紋的裝置,但也有部分的指紋感應裝置已發展 為小型可攜式裝置,以便於節省空間。這些感應裂置迥然不 同,有許多裝置及相關技術係用來靈敏地偵測出手指表面以及 此手指表面上的特徵,而這些特徵即組成一個人獨一無二的指 紋。舉例來說,一般常用於指紋感應表面的結構包括電荷耦 合元件(charge coupled devices,CCD)或互補式金屬-氧化·半 Vlt(Complementary Metal-Oxide- Semiconductor ^ CMOS)^ 路。這些組件係埋置於感應表面下而形成一壓電元件矩陣,用 以對應手指施加在此表面上之壓力而產生訊號。這些訊號係藉 由一處理裔來讀取,以重建使用者的指紋並證實其身份。其他 種類的裝置則包括有光感應H所組成的矩陣,此矩陣係用以讀 取從人的手指反射出並進入光學元件的光。此反射光會被轉換 成用以疋義被分析之手指指紋的訊號,以便於重建指紋及證實 身份。許多近代的裝置包括有靜電裝置或射頻裝置(radi〇 200828135 frequency ’ RF) ’用以測量藉由手指隆扮卩⑽㈣及低凹部 =ey)傳H場的強度’續於感應及敝指紋影像。無 娜疋用何種方式感應指紋’ f知的裝置及技術均具有共同的缺 點,特別是將這些f知裝置與可攜式電子裝置結合時。由於這 些I攜式電子$置體積小’其空間與表面積有限,因此這些裝 而要j尺寸的元件’且其更需要愈小愈好的功率需求,以因 應有限的電池壽命。
土 - λΑ ^這些裳置的感應面積小於欲反映的指紋面 。。由於此u所佔用的空間遠小於—個完整的指纹感應 益’因此其被需求度極高。這也是小型可攜式裝置一個非常有 :的特徵。這麵練置—般係由—或多個與移_垂直的成 線所構成。當手指表面穿越過此感應器時,此 域捉—㈣_。娜分眺犧會以= mosaic)或疋部分重疊的方式 、 的裝置有一此…:Γ 她作上,目前習知 二夬2。廷些裝置通常需要大量 演算法及所嶋轉,鄭麵/爾知 可攜錢置(例如是筆記型電職手機)中的 這此靡用吝口 士 力羊雜疋一個嚴谨的要求。因此,在 知的指紋感應技術需要大m /的。再者,目前習 來^ 而要大里的计异處理流程,因而需要大功率 w 丁必須的任務,以便於重建指要 問題是大量的〜+ 錢仃職。主要的-個 旦素貝^要在短時間内被記錄及匹配, 6 200828135
加了衣置處理器的負擔並消耗大量功率。對小型裝置而古,這 著實是-個大問題,因為它已經對功率消耗量造成限制。^ 美國專利第6,0〇2,815號(發明人為Immega等)揭露了 一種習知裝置。此裝置所制的技術是料指在兩條平行的成 像線,移動-固定距離所需要的時間為基礎,其中這兩條成像 ,被定位為與移練垂直。在捕捉樣本的時間歷程之後,找出 %間^性即可定義出其速度,以提供從第—條線所獲得之資 枓$從第二條線所獲得之資料間的最佳匹配。此裝置捕捉物體 的完整影像’並將此影像以逐線_ by㈣的方式儲存。此 ,體的圖式仙文件的照以彳本來做朗,且參考文獻並未建 議其為指紋或其他影像。以此看來,此篇專利是針對掃目苗以變 速度穿過兩條垂直狹縫對之影像(而不是以固定速度穿過此狹 縫對的物體)的裝置及方法做說明,其並無法解決處理器必須 耗費極高功率來執行處理流程的問題。再者,當物體經過捕捉 2的垂直狹縫時,此影像的垂直線被用來較物體的速度。 當掃瞒完_ ’這些被記錄下來猶也會被絲重建影像。因 此,處理器需處理並儲存大量的資料。用來計算任何給定之瞬 間速度的處理資源,其數量相當大,這些資源包括需要的時 間、處理器的計算結果以及處理器的功率需求。此外,時間序 列法(time series appr〇ach)的缺點是其不可能藉由僅比較兩條 成像線之瞬時資料,而快速地定義出一個絕對的移動距離。這 在所有_巾均為事實,科是只存在於像手指碰巧於兩次取 7 200828135 樣的$門門内在這些成像線之間精準地移動某距離這種罕 見的巧合案例中。當物體移動的速度遠低於此裝置的取樣速率 時,將會產生另-個問題。在這種情況下,這些需要找出匹配 對象的樣本數量相當多。另外,物體以低速移動時,此裝置必 須_大量的儲存線以找出匹配對象,此將大大地增加了計算 需求罝,而使縣置處理器必須負荷相當大的重擔。如此一 來,就需要價格昂貴的高階處理器來提供足夠的工作效能,而 i 14樣的處理器需|以大#的神供其運轉。 —Mainguet在美國專利第6,289,114號中揭露了另一種技 術其所揭路的裝置用來重建指紋的方法是根據感應及記錄指 紋的矩形㈣影像’並·重疊騎切算法(_^呢 m_C algOTkhm)將這些矩形切片拼在_起。如同_啡那 篇專利般,Mainguet所揭露的技術也是在裝置的處理器上做 繁重計算。而且,Mainguet _露財法需要大量的記憶體 _ 以及大篁的成像晝素’始能正確地記錄影像。再者,此方法需 要大功率來執行演算,其在可攜式裝置的功率配給方面是一個 大問題。 .在-個用來進行指紋感應的裝置令提供導覽功能 (navigation’通常會有胁精準地進行指紋捕捉。此 導覽功能可以在可攜式裝置盡可能小的面積中提供多種功 能,亚且提供更精·指紋影像。然而,習知的導魏置盥方 法需要大量的處理器資源,因而需要更多的功率。在這種裝置 200828135 中’為了感應手指的移動,感練置必須在一個it期性的逹率 下取樣影像,而此週期性的速率是快得足以在_個移動 通過畫素的主成像線與辅成像線時,確保此移動特徵能夠被取 樣。因此’錢、1必如最大的錄速度雜,而 下消耗最大的成像功率。由此可知,習知導覽方法需要 功率,而這在小型裝置中並不實用。 里、
因此,在此技術賴相需要—個更有料的方法 便於在可攜式裝置上精確地感應及捕捉指紋,以及在對 有過度苛求的前提下,提供導覽作用。如同即將看: 發明提供-種手段,以精_方絲克服習知_ 【發明内容】 本發明侧於-種指紋移動追縱方法及系統,用以^著 手指義軸之方向感應-指紋的特徵。其中,線性感應轉列 具有多個實質上相㈣感應元件,用_捉實質上連續的影像 貧料之重疊部分。處理元件係用來接收線性感應器陣列所捕捉 之部分影像資料’並產生-指紋移動資料。此系統可以包括多 個感應器陣列,以產生方向資料。此移動追縱資料可以盘一指 紋影像感應器共同被使用,以單獨利用移動資料,或同時利用 移動資料與方向資料來重建指紋影像。 本發明提供—種獨立相_移動感應器,其毋需習知裝 置所需之择此獨立侧的鶴感翻包括由感應元件所组 成的線性陣列’用以沿-相對狹窄的樣本捕捉象徵指紋特徵的 9 200828135 資料窄串。在實行過程中,線性感應器陣列感應並捕捉以一串 貧料訊號之形式存在的指轉徵。且在最初的感應與捕捉中, 線性感應係先感應這些特徵,之後再接續—或多個作 動、。其中,於一已知時間週期内再次被捕捉的這些指紋特徵, 會被匯集成-子麵成為樣本。此時_期可以是預定的,或 是測量在感應這些樣本與捕捉這些樣本間的時間而得。一旦與 得至少兩麵本,_得之樣核先轉讀本可以決^ • 彳棘得之樣本相對於先取得之樣本的移動量。在-實施例中, 感應器晝素的單一線性行係用以感應指紋特徵的!维 (_-—η)軌跡’且此畫素所感應到的訊號會由類比訊號 轉換成數位訊號。其中’這些特徵之後將以一串數位數值的方 式舰絲。舉例來說,指紋特徵的缺部可⑽邏輯學上的 1表示,而指紋特徵的低凹部則以邏輯學上的〇示之。 —在進行比對時,從—樣柄獲得的第—串數位數值可以 _ 與第二串數位數值比對其—對—_係,祕配數值的數量可 以由-相似度分數來測量。假設立即匹配成功,且兩串數值大 體上完全,那就表示在取得兩讎本_時_,並沒有 任何移動發生。如果並未立即匹配成功,那就表示有存在有某 些移動’則必須另外進行比對,以決定移動距離。在每一次的 比對過程中,可以將數位數值串—次移位(shift)-或多個晝 素旦找到滿意的匹配,驗的移動輯僅是被移位的晝素 數量乘上這些晝素_距離,量晝素間之距離的方 200828135 法,例如是在感應器陣财,測量從—晝素之中心、點至另—晝 素之中心點的距離而得。 在一實施例中,可以執行預設數量的比對,並得到其所 對應之相似度分數。然後選擇最高分者,以決定最精準的比 =。為了獲得最佳比對而被移位的晝素,錄量可以用於決定 移動距離,因為這些畫素的尺寸及其__均為預設值。
如此-來,這些畫素的數量可以用來測量指紋在此移動的時間 週’月内,牙越此移動感應器的移動距離。 长另一貝施例中,此步驟可以是執行比對並產生分㈣ 設的值做對照,而从執行預設數量的比對。在此 2例中,在完成比對之後,可測量到每—次比對所得之相似 又讀。假設分數落於㉞_,職可用以表示從一樣本至 2樣本的移位量讀於決定指紋穿越此線性移動感 移動距離。 ’―般來說,本發赂供—餘移動追縱 二及方法,射單-線性感應_列係沿著手絲動轴的方 =感應指紋特徵。此線性感應轉列包括多個實質上相鄰的 7兀件或畫素’用以捕捉部分的影像資料,而此影像資料代 =過-感應||表_連串指紋特徵。緩衝器被配置來接 儲存由線性感應器陣列輸出的影像資料。而且,處理元件係用 ::產線性感應器陣列可以用以重複地感應至 一貝貝上連_部分指紋資料,且處理器可以基於至少兩個 200828135 被,應到的連績之部分指紋資料而產生移動資料。在實際操作 過程^線性感應器陣列係用以沿著手指移動軸的方向感應第 、、且以特徵,並產生第—組影像資料,此第-組影像資料係 被感應_财多個實質上相鄰之畫素所捕捉。線性感應器陣 列ik後也可以用來沿著手指移動軸的方向感應第二組指紋特 徵並產生第一组衫像資料,此第二組影像資料係被感應器陣 巾多個實質上_之晝素所歡。之後,處理元件可以比對 • 帛—組影像資料與第二組影像資料,以決^指紋在-時間間隔 内所移動的距離。 本文所使用之「線性感應器陣列」是通用的名稱,其係 與一部份的感應元件相關。無論它們是光學讀取器、讀取電場 強度以捕捉指紋影像的靜電或射頻讀取器、在觸碰感應電路指 紋讀取器中的壓電組件或其他用來象徵指紋讀取器的元件,這 些元件係用來感應一部分的指紋,而不是感應完整的指紋。此 _ 種感應器陣列可以以多種方式應用於知名感應裝置的矩陣 中。舉例來說,審查中的美國專利公開號11/243,1〇〇 (發明名 稱為” Fingerprint Sensing Assemblies and Methods of
Making”)、美國專利公開號11/112,338 (發明名稱為”Methods and Apparatus for Acquiring a Swiped Fingerprint Image”)、美國 專利公開號 11/107,682 (發明名稱為,,:Fingerprint Sensing Methods and Apparatus”)、美國專利公開號 10/005,643 (發明 名稱為’’ Swiped aperture capacitive fingerprint sensing systems 12 200828135 and methods”)及其他已指派給合法代理人的申請案,已詳述 及圖示多個近代的配置型態。再者,許多其他類型的感應器^ 陣在此技藝中係用來捕捉指紋影像。本發明提出一麟賴的系 統、裝置及方法’其並不限於使用任何特定型式的感應器矩陣 或陣列。事實上,本發明可以與上述類型的感應器矩陣一道使 用’或是合併以提高魏,且更可以減少她及重建影像 所需要的處理資源。 根據本發明所述,這些線性感應器在實質上是相鄰的。 也就是說,這些感應元件相對鄰近於彼此,以便於取得部份指 ,特徵的讀數,接著在一短週期後,從一相對固定的位置取^ 第二讀數。比對這兩個樣本,以決定指紋表面在感應器表面上 所移動的姆距離。線性感絲—次僅於指紋的某—點取得相 *小的樣本’接著在下—次再取得指紋另—闕樣本。這兩個 樣本可用以決定指朗移動情況。比對兩個以上的樣本可以計 算出指紋表_對於雜感應元件的速度及方向。如下文說明 及圖不’ k些樣本可以是線性的’因而能夠記錄指紋特徵的線 f陣列’且容易對指紋特徵的線性陣列進行比對,以提供在一 時間内所移動之距離以及移動的準則。如果使用—個以上的感 應器’可在這些不同的線性樣本中利用向量加法決定出移動的 方向□此’本發明所提供的某些功能是以一線性樣本來給出 们向里分析縣礎而得到的結果。然❿,熟習此技藝者應該 '、下的敘述及其相關圖式是由後附之專利申請範圍及其 200828135 同義字詞,以及未來出現之任何請求項與修正及制義字詞所 定義’而其他實施例可能是使用其他配置型態的移動感應器, 且其並不脫離本發明之精神與範圍。 本电明之-特色7C大體上可以避免模糊不清的結果。如 果配置適當,依據本發明所配置之系統可以一貫地生產感應結 果,其中至少兩鍊本可被取得,因此財—樣本的特徵是重 疊於另-樣本。然後’進行比對以決定移位量,而此移位量是 黪 _表示餘?過線賴應ϋ的位移量。在習知㈣統及方法 中’沒有感應結果出現,並產生一奇異性(singulari⑺是常有的 情況。HU匕,使用者必須重複地感應指紋。在一些系統中,當 奇異性發生時’必須創造大量的預測演算法,以嘗試去補償或 解決奇異性。此類的應用程式相當大,且需要許多計算及處理 資源,因而使得可攜式裝置當機。依據本發明之指紋的感應移 動大體上是可靠的,其中從指紋表面所取得的樣本一致可靠。 _ 龍在導覽應用程式中特別重要,其中手指的相對位移量被轉 譯為電腦圖形使用者界面(graphical user interface,g调上某物 體(例如是游標)的位移量。下文將作進一步的描述/、 在-實施例巾’線性感應可以單獨使用來決定指 紋的線性位移量。在另—實施例中,單-感應器_可以與-或多個其他線性感應器陣列一道使用,以決定二維位移量。在 任-實施例中,這些線性感應器陣列僅用以決定移動狀態。假 設已分析之指紋其移動普遍地沿著一預設的移動軸向發生,可 14 200828135 用單一線性感應器陣列來感應已分析之指紋的速度。若指紋移 動狀態的捕捉與紀錄並非沿著預設的移動軸向來進行,可以一 起使用兩個以上的線性陣列(也就是多個陣列),以感應及記 錄此移動狀態,而一處理器可以利用向量計算來決定指紋的方 向及速度。 在再一實施例中,一或多個這樣的線性陣列可以與指紋 感應器矩陣一道被使用,以便於更為精確地捕捉及重建指紋影 i 像。感應器矩陣係用以感應及捕捉已分析指紋的部分影像,且 一或多個線性陣列可以提供應用於重建指紋影像的移動資 訊。一個以此種方式配置的裝置能夠以較習知裝置及方法少的 處理資源,更精確地感應、捕捉、紀錄及重建指紋影像。 本發明與習知技術(以Immega及Mainguet兩篇專利為 例)主要的差別在於本發明從完整指紋影像的捕捉中,隔離出 移動狀悲的分析。舉例來說,Immega在文中所描述的概念係 _ 要求逐線地敝及記錄的影像。線是峰蚊被感應 及記錄之物_速度,以及計算#此物體通過鼓狹縫時的速 度。Immega所提出的技術需要巨大的處理及儲存資源,以進 行感應、捕捉、記錄及重建影像,且這些所有的功能是藉由處 理完整且大量的已捕捉及以記錄之影像資料而實現。同樣地, 依據Mainguet所述而配置的裝置必須捕捉一大部分的指紋影 像,且需要大量的處理及儲存資源,以便於以馬賽克的^式= 疊及匹配影像,進而鍵影像。翻賴對比下可知,本發明 15 200828135 提供-種從捕捉指紋影像的過程中分離出之_指紋移動狀 態的手段,並且以少量的處理及儲存資源,利用移動資訊來更 有效率地重建指紋影像。 ' 或者’在再-實施例巾,-或乡辦列可用以產生移動 資訊,以便於應用在精確的導覽操作中,其例如是應用於在電 月自圖形使用者界面上導覽游標。彻本發日狀善後的處理功 能’可以製造έΗ-種能触可攜式裝置姆的已改善之導覽裝 _ i ’其巾此可攜式裝置具有先前敘述功率及處理限制。下 文將詳述並以圖示說明此實施例的例子。 依據本發鴨配置之-移域應器與胃知她之下,其 在執行移動感應、導覽以及指紋影像重建時所使用的空間及: 率相當小。此種配置型態的移動感應器更可以在手指移動狀況 被-感應裝置分析時提供較佳的感應,以支援傳統指紋重建過 私。&使付指域絲置具有以低辨來重建純紋感庶哭分 • 析過之指紋的能力。傳統需要對零碎指紋影像進行匹紐_ 的處理過程,且制是用喊應及處理部分缺的裝置,利用 本發明即㈣藉由.缺表面被·時所發生之指紋移動 相關的資訊而被最触,且,此觸的移耗測技術能 夠提供理想導覽功能,且此導覽功能所需之功率遠少於習知裝 置所需之功率。這種導覽魏可使—低辨導縣置整合於一 可擴式裝置祕,其例如是在可攜式電子裝置上用以於圖形使 用者界©上移祕標的滑&,喊射觀奸裝置包括手 16 200828135 機、筆記型電腦、個人數位助理(PDA城其他需要低功率導覽 功能的裝置。-種新穎的祕及方法可以最小的空間與處理資 源來提供精確的移動偵測,而指紋感應器與導覽系統均可由此 得到極大的利益。 依據本發明所配置之裝置或系統可以是單一導覽裝置, 或疋用以提供影像鍵資訊,以供線成像裝置制的裝置。其 中’線成像裝置制以匹配與集合—指紋影像。此線成像装置 可以是用以感應及捕捉部分指紋的任何成像裝置,無論其係捕 捉個別或複合的指紋之垂直影像線。在實際操作過程中,移動 偵測裝置可以單獨地作為移動偵測裝置及/或方向偵測裝置。 或者,一移動偵測裝置可與一線成像裝置一道使用,以便於更 精確且更有效率|域應、捕捉、儲存及重建—指紋影像。依據 本發明所配置之一裝置,其可以包括一單一陣列與一取樣^ 統’此陣列係由手指_部感應畫素或f料感應器接點(杨 sensorpoints)排列而成,且此陣列的中心係沿移動主軸的方向 而配置。取樣系統係用以週期性地取樣觸碰到此陣列的手指, 以及一計算模組或元件,其係用以比對兩組不同時間所收集到 的樣本,以決定兩次取樣時間之間所移動的距離。根據本發明 所述,這些移動感應器晝素並不需要與線成像器具有相同的解 析度。這些移動感應器晝素實際上可以使用不同於成像器的感 應技術。 再者,本發明提供獨立的操作機制來偵測移動以及感 17 200828135 應、捕捉-指紋影像。其中,這麵於獨立處理流程的技術視 其用途而定,其可以_ ’也可以不同。熟知該項技藝者應該 知運’利用未以任何不恰當之經驗所獲得的已知技術,可使這 些獨立的處理流程可能具有多種不同的形式變化。這些形式變 化並不脫離本發明之精神與範圍。 、在另一實施例中,本發明以額外的離軸感應陣列提供了 感應多軸鶴的性能。在本實施射,有兩個以上的感應器陣 ,用以侧移動,並個酬量每—軸,以決定此軸向的速度分 量。個別轴向上的速度分量係用以計算-速度總和,已決定手 指相對於感應H表面之移_真實速度及方向。根據本發明所 述,其並不需要為了決定位移及速度而捕捉完整的指紋影像, 只需沿指紋移動線來捕捉指紋特徵的線性樣本。在一實施例 中’移動感應晝素捕捉多個樣本(例如是兩個或三個樣本), 而這些樣本制來決定·械應録面上越移動轴的 量’以及此移動發生時指紋的速度。此資訊也可以應用於 &見I作巾,且更可以與—纽成像H結合,以支援指紋影像 的重建。湘本發明可使上述任—應肋節約且有㈣模式配 置此外,感應斋或導覽裝置的效能可被最佳化,以使其所消 2之功率遠小於習知需要以A量處理流程來重組指紋影像的 裝置。而且,給定依據本發明所配置之系統所產生的移動資 訊,指紋的位移量及速度可以用來更精確且有效率地重建完整 的指纹。 18 200828135
將畫素沿移動軸排成—列而非垂直於移動軸,能夠賦予 移動偵測次异麵功能,且此鮮法可同時辦間及距離為變 數L其將使得演算法發展為在低速移動及較長距離移動中,於 長時間週__短距法,續於更鮮地測量較高速的 ,動,而將反應咖及準雜最·。如在每—取樣實例取 得亚比對指紋圖案多個空間上之尺相獲得的優點,是這些實 施例所共有的。由於此處是同時取得並比對多個樣本,故在取 樣手心圖料’因雜訊絲樣不精麵產生的取樣黯, 造成的影響會被降至最低。而且,由於其是在每—取樣週期 間’從鶴軸上㈣條置晴取得這些縣,因此可對兩取 樣週期中所取得的影像進行比對,以制在兩次 是否有任何有絲辭指_。㈣⑽財的優點料 :有偵測線成像蹄獲得的影像是否取樣不足的能力,因而能 夠在____多個畫素之移動。 貝他敬供了在_較短範圍的距離内侧移動的停 點,且此實施例中使用了單一個分段移動感應器陣列。其提供 :幸又决的反應㈣,制是在手指以低速移崎。城低速移 可能會發生在導覽財巾。由於此實關㈣應解—畫素 t動,提供期_點,這雜點也可以降低計算祕 ^ 巧了域-筹覽裝置,以及偵測並校準不 义全與被要求的軸一致之手 心于知移動,母一實施例均可以合併為 —體,也就是使-感應器對準移動軸,而另外的感應器則與手 19 200828135 指移動的主軸間夾一角度(例如是22.5度或30度)。以了將 詳述多種不同的實施例。 【實施方式】 請參照第1A圖,其繪示為依據本發明所配置之移動偵測 與追蹤系統的示意圖。感應裝置100具有電路及電子連接哭 101,而利用此感應裝置1〇〇的糸統係藉由電子連接哭來 與此感應裝置100做整合。此外,感應裝置100也可以具有軟 _ 體(未繪示)嵌於其内。第1A圖係用以說明本發明之一實施 例,其中手指104可以相對感應表面108來移動其指紋表面 1〇6,而被感應器110與感應器112所讀取。這些用於導覽應 用程式中的感應器可以獲得指紋的活動資訊,或是可以與整合 之指紋感應表面108 —道使用,以同時捕捉及紀錄部分的指 紋。依據本發明所配置的此系統,其可以是單一組件的型態(如 第1A圖所示),也可以與其他電路整合,以便於在具有相同 _ 效率的前提下,節省空間及功率。熟習此技藝者應該知道此系 統之型悲配置具有多種變化的可能性,本發明並未限定其為某 種特定的配置型態。此系統之配置型態是由後附之申請專利範 圍及其同義字詞所定義。 此系統更包括一感應器元件102,當使用者之手指1〇4的 指紋表面106越過指紋感應表面i⑽時,感應器模組1〇2可感 應到此指紋表面106。如第1A圖所示,指紋感應表面1〇8係 以一窄表面示之,且其係用以感應及捕捉穿越此感應器的部分 20 200828135 指,。隨後’依據本發明利用從移動感應器110與m所得到 的資訊’即可重建這些部分指紋。因此,第ia _會示之感 應㈣組件財多重_,且能夠被配置在使用部分或全數效 用的I置中L無論其是用在單—方向上感應位移量及速度的單 -移動感應心用在多個方向上感應位移量及速度的多方向移 動感應器,翻在—或多(也就是複數個)方向上感應移動的 如&衣置且其係用來與指紋感應表面聯合。其中,指蚊减廡 表面用t來讀取部分缺,並糊移_應騎得_移動資; 重建指紋。以下將詳述並以圖式說明本發明多個實施例的特徵 及優^再次綱,這些僅是用賴為不同實施财的例子, 亚非是詳盡無疑的-套實例,因此熟習此技藝者可以瞭解,此 處所敘述及®示的這些或其他實關並_罐定本發明之 精神契範圍,本發明之精神與範gj係由後附之ψ請專利範圍及 其同義子Θ,包括在申請時附於此處的請求項以及日後可能會 附上的修正項所定義。 曰 清茶照第1B圖,其繪示為第1A圖之感應器系統的側視 圖。在操作過程中,使用者將手指刚放置於包括指紋感應表 面1〇8的感應器表面107上,以使指紋感應表面1〇8與指紋表 面106並列於彼此。手指1〇4與感應裝置1〇〇係朝相反的方 向A、B移動,因此感應器模組1〇2可以穿過並分析指紋表面 106。在不同的應用程式與裝置中,此互動可以以多種形式來 呈現。使用者可以將指紋表面維持在不動的狀態,以使感應器 21 200828135 模組搬夠相對指紋而移動,如同影印機的運作模式。或者, 饭《又此感m定於—表面上,例如固定於筆記型電腦或手 的表面上使用者可以藉由沿指紋感應表面⑽進行摩捧 而移動指紋表面106,以使感應器可以分析及讀取此指i。
明茶π第2A圖’其繪示出一導覽系統的實際應用。—可 攜式裝置2〇2具有—圖形使用者界面或螢幕綱、出現於 上的純206。其中,使用者可藉由操縱一觸控式游標而 控制相“ 2〇6移動穿越此螢幕。此外,可攜^裝置搬例如是 可攜式音雜放11、手機、個人數位助理(Pe職al Digital Assistant,PDA)或其他裳置。觸控式游標施具有導覽指標 210 ’其可以是僅位於感應器模組撤四周的方向指標,^ ^器模組102係位於觸控式游標施内或其四周,以作為一導 見墊’如㈤-般應用於筆記型電腦之觸控墊的導覽塾。根據本 毛月所述彻感應◎技術可以大大地增強這樣的導覽塾, 其中方向移動感應器110與112係用以引導指標(也就是游標 2〇6)來尋找並選擇如工具列項目或圖像(ic〇n)的指標,以在選 疋後開啟標案、照片或其他項目。在—些應用中,多階感應器 可以在- P皆巾讀取指紋特徵以進行導引,且可以在另—感應階 中藉由用力按下感應H來選擇—指標。因此,使用者可^藉由 輕壓及沿此表面雜手絲軸祕標,絲在輯擇圖像、 工具列或其他指標咖力按下。齡本發明,效率較高的導覽 工具可在低功率且高準確度的情況下,被用來執行所有任務。 22 200828135 導覽工具的此特徵使其非常適用於可攜式裝置。 請參照第2B圖,其緣示為本發明之另—實施例。其中, 積體電路_g歳i circuit,IC)晶片116係與感應表面ι〇购 分離。在第1A圖與第1B圖中,在許多習知裝置的配設型態 中,感應器表面可以位於1C的頂端,但在本發明中,感應= 表面係與移動感應器11G及112配置在—起。第2B 示一 新的配置型態,其中感應表面108_IC晶片116係分離地 • 位於一薄膜118上,以提供更靈活且更有用的運用。如此處所 述,本發明可應用於這兩種形式的配置,且適於移動與方向資 訊可能有㈣任何躺,例如是捕捉且重建献影像或其他應 用。 〜 請荼照第2C圖’其4會示為已掃瞎之指紋的樣本輪出。其 中’多個掃猫(SCan_a至Scan_d)係被聚集以重建此指紋影像。 圖斤示作又《又手才曰及感應盗沿方向A、B而相對彼此移動, _ 掃瞒到的部位則是依序從手指關節位置(C)至手指指尖位置 Φ)。在習知系統中’這些部位必須利用處理器密集的演算法 來進行匹配與組合,而此演算法係用以匹配不同部位中相互重 疊的料。利用本發明,這些掃瞒部位(如Scans a_d)可藉 ^移動Μ。錄進仃組合,其巾轉和花費的時間可被記錄下 tit 一起給定—倾度係數。崎财式,可縣置之處理 :二源供應H負擔低的前提下,以有效率的模式完成重建。 虽…、子是顯Μ由鄉㈣所喊的影像,但同樣地本 23 200828135
影賴構成—影像。請麵第犯 圖’其緣不為樣本輪出的另 月一弟2D 瞄係被捕捉為Scam石 、巾,影像的垂直掃 言^ Γ Seans d。本發明同樣翻於此型態。 月人翏妝罘1A圖,表面1〇8係埋置 依據本發明所述 π 轉触應為112。 在感應表面⑽四周的112係用以偵測指紋表面106 準一般雜。單—轉麵、$ 110係對
咸應哭Γ 便於在—時間週_偵測指紋穿越此 Τ。此處允許—處理器來計算指紋在此感應器表面 上的速度。在另—實施例中,表面觀上可 應器110,也可以右夕初々々,羊移動感 親杏歸田多移動感應器110與112,其可 ^矣:士而疋頭外的感應器112可用以伯測指紋穿越此感 表面㈣移動方向。在實際應用上,使用者可能不會精準 地平行此感應器no而移動手指。使用者的指紋表面廳在摩 ㈣可能會與感應器! 1〇的軸向夾一角度,而用以分析指紋移 ,速度的處理H可能_結束在不正麵速度讀取,其在感應 為所產生的資料在被用來重建一指紋時,或是感應器資料被應 用於導㈣途時’可能是重要的。依據本發明另外的實施例, 在分析過指紋表面後,額外的感應器m可以用來決定指紋表 面的方向。利用感應器所捕捉的資料,處理器可以執行速度分 析’以產生移動資訊。此移動資訊可以應用在重建指紋影像或 是導覽的過程中。 第3圖至第7圖在下文中具有相似的元件標號,其中感 24 200828135 應器表面107包括兩個其他感應表面:指紋感應表面1〇8與移 動感應态110及Π2。不同的實施例雖然在普遍的功能上有所 相似,但其係分別被定義以區分不同實施例中不同的組成要 素。這些僅是用以做為不同實施例中的例子,並非是詳盡無疑 的一套實例。再次說明,熟習此技藝者可以瞭解,此處所敘述 及圖示的這些或其他實施例並非用以限定本發明之精神與範 圍’本發明之精神與範圍係由後附之申請專利範圍及其同義字 _ 詞’包括在申請時附於此處的請求項以及日後可能會附上的修 正項所定義。 依據本發明之另一實施例102⑻,如第3圖所示,感應表 面108(a)可以包括影像感應元件,用以概括地感應並記錄指紋 知徵另外,感應表面1〇8⑻也包括一移動感應器工川⑻,用 以感應並記錄指紋的移動。此裝置可以是埋置於感應器表面 107⑻之二維向的單一感應器,其具有指紋感應表自觀⑻, _ ㈣感應亚記錄完整的指紋。此移動感應器係用以分別感應及 σ己錄移動魏。在此,感應器表面浙⑻包括-移動感應器 ⑻’且其係與指紋感應表面108⑻分隔地設置。依據此實 知例所逑’軸雜絲器與献錢表面位於姻的感應器 ,面上i但其係相互分離的。在實際操作中,指紋表面106 :以同W著轉絲11G⑻及赦感絲面漏⑻移動。 ㈣所輸丨的移崎料可與指紋感絲面同時用來幫 _建77離之部分指紋°其巾,這些雜資料例如是移動的距 25 200828135 離及其所花費的時間。 请芩照第4圖,其繪示為本發明之另一實施例1〇2(b), 其中移械應H 110(b)及112(b)位於感應ϋ表面107(b)内的 指紋感應表面108(b)四周。移動感應器11〇(1))係相對感應裝置
1〇〇而在A、Β方向上沿預期中之手指1〇6移動轴向配置。移 動感應器110(b)可以感應手指的移動距離以及移動此距離所 需化費的時間,以決定手指的速度。其可應用於重建同時被指 紋感應表© 1_)所歡的部分她。即使制者與移動感應 為110(b)之軸向夾—角度而滑動手指,糊額外的移動感應器 112(b)可感應及捕捉指紋表面1〇6。實際上,給定移動感應器 112⑻與裝置中心軸所夾之角度,即可藉由處理器利用向量加 法來計算轉方向。由此可知,在指紋表面穿越感應器的期 間,其方向、軸距離以及花f的時f柯與捕㈣的部分指紋 -同=精確地重建指紋影像,且其利用小部分的處理器功率 即可凡成’也就是說,其所需的電源功輪先前技術中廣為人 知的習知方法及裝置少。由此可知,本發明提供具有功率及處 理限制的裝置相當大的幫助於指紋鍵及確認。 請參照第5A圖’其綠示為本發明之再:^實施例释), /、中移動感應器削⑷及112(c)係與指紋感應表面释)於感 應器表面1G7_交錯配置成—合成組件。it樣的配置型離可 創建於-感應器表面上,其中用以感應指紋特徵的感應器畫素 或貧料接點係藉由處理器而分別從减岸心心 ” 刀乃队鈥應裔中碩取出來。舉例來 26 200828135 畫素或資料接點的矩陣中,獨特的接點可以在一 或夕個陣列t被挑出來作為移動感應陣列。在同一矩陣中,剩 下的畫素或資料接_可以成為指紋感魅表面 捕捉指紋影像。在择作捫浐由4應及 / 木作過転中,指紋可以沿著預期中的移動 或是以另一角度與感應器表面107⑻並置而於其上移動, 且Y以在無過度之計算及功率負荷的情況下,精確地感應及捕
捉指紋。當指紋感應表面⑽⑹與指紋表面廳接觸而感應 麟捉指紋特徵的部分影像時,麵感應ϋ可同時在這些特徵 W多動感應為通過時捕捉移動資訊。此移動資訊可與部分指纹 影像聯合用來重建指紋影像。請參照第SB目,其緣示與第认 圖相同的配置,且其所示之移動感應器遠小於全部的感應器表 面、。在岔集排滿晝素或資料接點的感應器表面中,此感應器表 ,被移動感應陣列所覆蓋的部分,其相對尺寸遠小於位於感應 :表面107(c)内並用以組成指紋感應表面1〇8⑹的晝素及 資料接口而可在沒有任何干擾的情況下,藉由交錯的移動 感應陣列來感應及捕捉此指紋,且可利用指紋感應器與移動感 應為所提供的結合資訊來捕捉並精準地重建準確的部分指紋 〇像利用本貝施例,普通的組件也可被建構並用來進行移動 偵測與指紋捕捉’且各功能所產生的效果可被用來製造出高效 率且可節省功率之感應、重建及確認指紋的方法。 請參照第6圖,其繪示為本發明之另一實施例102(d), 其中乂插(interleaved)感應器陣列11〇(d)係插於感應器表面 27 200828135 107(d)的指紋感應表面108((1)内。與第5A圖及第5B圖所示 之實施例關岐,本實_受祕料絲狀麵轴轴向 配置的移動感應器陣列’且其被預期為相對感應裝置動而在 方向A、B上移動。在操作過程中,感應器陣列11〇⑹可以感 應及捕捉關於手指穿越絲器表面丨哪)的鑛#訊,在這 同蚪’指紋感應表ft 108(d)可以感應及捕捉指紋影像,以便於 在後續進行重建。這些感應器所提供的資訊可用於更為精準地 i 重建指紋影像。 明芩妝第7圖,其繪示為本發明之再一實施例1〇2卜),其 中夕個移動感應為m(e)是交插於指紋感絲面1〇8⑷内。此 5¼例與第5A圖、第5B圖所繪示之實施例相似,其不同處 在於本實施例在不同的角度上具有多個移動感應器。在操作過 財,指紋可以沿著預期中的移動軸,或是以另—角度與感應 ™表面107(e)並置而於其上移動,且可以在無過度之計算及 • 功率貞荷的情況下,精確地感應及捕捉指紋。當!旨紋感絲面 108(e)與指紋表面106接觸而感應及捕捉指紋特徵的部分影像 時,這些移動感應器可同時在這些特徵從移動感應器通過時捕 捉移動資訊。此移動資訊可用贿部分指紋影像聯合用來重建 才曰紋影像。熟習此項技藝者可以知道,埋置或交插於感應器表 面的多個移誠應H在概念上可以有多種變化,且在不同的應 用中,其對於不同之感應器特徵也有多樣化的要求。 因此,假設使用者在感應器表面上敲點指紋表面,這些 28 200828135 :ΓΓ獲得其移動及方㈣訊,並—處理11處理此資訊 2生相_移動與方向#訊,以胁應用於—導覽工且,、= ::腦:=。在此實例中,使用者可以在一圖形使用 s 目對城而移動手指,而此圖形使用者界面可以是
電腦螢幕、伟、级偷咖或細狀錄置。之後導覽 益可以使此游標相對指紋之移動而移動,以令使用者可以 2見遍此®㊉制者界面,並藉此來操作電腦或其他裝置的功 月t·由於為標的移動係與指紋表面相對於導覽感應器的移動量 有關’因此指紋表面相對來說較小的移動量可被轉換為相等、 幸义小或甚至是較大的游標移動距離。
省γ在本發明的一方面,能夠一致地產生移動結果的能力對 ν見配置型態而言相當有幫助。如前文所述,本發明提供一種 手丰又此夠在指紋穿過一移動感應器時,大體確保其結果。實 示卓陣列移動感應器與多數陣列感應器均可應用於二維 運動的處理中。在導覽的應用過程中,這樣的配置型態可以提 供精準且一致的移動及方向資訊,進而允許平穩及可靠的導覽 操作。 請參照第8Α圖,其繪示為本發明之另一實施例,其中有 夕個陣列位於感應器表面,用以感應及捕捉指紋在不同方向上 的移動及方向資訊。基底薄膜120包括一具有多個移動感應器 陣列的感應器表面121。其中’基底溥膜120例如是35mni的 薄膜或其他材料。如同繪示於第5A圖的三個感應器,此處的 29 200828135 三個感應器係朝上侧成螺旋狀以_移動與方向。在操作過 程中’使用者通常會在感應器上方往下敲點,而這三個感應器 可以利用向量分析來決定其方向與速度。然而,對於在朝上或 朝下=方向上的移動必須作說明,㈣在每—方向上配置多個 感應器將有祕更適當地捕捉資訊。從使財射伊
=圖中之感應器133的方位來看’右邊的感應器12^感應 器124面向右邊’用以捕捉往右的移動量,其中任一感應器均 可以捕捉從右上到左下以及左上到右下的飾量。感應 與感應|§ 128可關捉向上或向下的移動量,而感應器⑽ 與感應器132係面向左邊,用以感應往左的移動量,其中任一 感應器均可捕捉從右上到左下的移動量。在捕捉及 像時,或是其他應肖(如進行冑覽)上,使用多個感應器可使 交插感應器變得更為強健而能夠感應更多的指紋特徵, —Η 月 夠處理更多的移動及方向資訊。為了更有效率地捕捉未對準中 央感應器126與感應器128的移動量,感應器122與中央水平 線134之間所夾的角度θ可為任何值,如3〇度、45度或22 $ 度。所有的離軸感應器124、128、130、132均可以不同的角 度設置,其視個別的應用而定。 請參照第8Β圖,其繪示一種更為強健的感應器組實例, 而此感應器組位於薄膜136上,並具有位於薄膜136上的表面 137。感應器138位於表面137上,且其包括多個以不同角度 設置的陣列感應器140。在本實施例中,每一陣列與其右邊相 30 200828135 鄰者例如是央22 5 , ·又,以美供充分多樣化的角度來感應及捕 咸^二二8A圖及第2β卿f示般’本實施例之 Γ :與感應器138表面分離的1c晶片139。 胃"’、、第8C圖’雜示為多辦舰應H位於-感應器 142上的概略圖。碭廡 α應益144與感應器I44,為垂直陣列,其係 汉置來捕捉一軸向的移動。感應器146 '感應器146
150與感應器丨5°'與感應器丨似感應請,之間夹—角7: 感應器148與感應器148,可視情況來決定是否配置,且其可與 其他感應15、—起在相對垂直感應器的水平方向上聚集移動資 訊。貫際上,任一或所有感應器均可藉由一系統而用來準確地 感應及捕捉在多個方向上的移動與方向資訊。同樣的,需要使 用哪些感應_視個獅細及 :;::财,為了支援任如:;動,感應器陣 列的排列角度可以訂為約〇度、30度、6〇度、9〇度、⑽产
及職。另-更加健全的系統可以將這些感應器的角度增額 福^度,而不是30度…旦移動物度,此處理器 可以在位於0度之缝辦壯使収㈣飾,諸如此類。 以這種方式猶構的裝置可叫有導覽觸控麵_些特質 =Γ筆記型電腦中’且具有電腦滑氣之相對移動感應 能力的特質。 請參照第9圖,其緣示為依據本發明所配 腫的概略圖。此裝置包括如前述實施例所提及應器 31 200828135 112,也包括前述之感應器元件1〇2。此裝置更包括感應器控 制邏輯電路(sensor control l〇gic)252,用以控制感應器元件的基 本操作。由感應器控制邏輯電路所控制的感應器元件之確切操 作過程,極視個別使用的感應器構造而定,此過程可以包括如 功率控制、畫素或資料接點的重置控制、輸出訊號控制、一些 選擇性感應器可能需要的冷卻控制以及其他感應器元件的基 本控制。熟習此技藝者應該知道,這些感應器控制同樣取決於 i 個別的操作需求。此裝置更包括一讀出電路(readout
CirCuit)254,用以讀取感應器元件在受到並置於感應器表面 107上的指紋之支配時’其所輸出之類比輸出訊號。此讀出電 路包括放大态256與低通濾波器(i〇w pass册er)258,其中放 大器256用以放大類比訊號,以於後續操作過程中,能夠更精 確地讀取此類比訊號。低通濾波器258則用以濾除任何類比訊 號中的雜訊,以便於更有效率地處理此類比訊號。此讀出電路 _ 更包括一類比數位轉換器(analog to digital converter, ADQ26() ’用以將感應器元件所輸出之輸出訊號轉換為數位訊 號,以利用-串邏輯上的〇和i來定義感應器表面1〇7之晝素 或資難點對指紋特徵的感應。藉由上述實施例所提及之移動 感應為與心域應表面,可個別地触這魏號,並個別地讀 出及處理這些訊號。讀出電路可將此輸出訊號儲存在儲存器 262中或疋暫存於儲存器262巾,直到處理器施能夠處理 此汛號。而且,儲存器262中儲存並保存有指紋資料264。處 32 200828135 理态266包括計异單6元268 ’用以進行游標導覽的演算(如 第2B圖之說明中與導覽特徵有關的敘述)及重建指紋。處理 邏輯電路270用以處理資訊,且其包括類比數位轉換器、放大 裔、訊號濾波器、邏輯閘(均未繪示)及處理器會使用的其他 邏輯元件。永久性記憶體274係用以儲存演算器276及軟體應 用程式278,而演算器276與軟體應用程式278係被處理器 用來提供多種上述之功能,以下將加以詳述其細節。系統匯流 排(system bUS) 280為一資料匯流排,用以在感應裝置丨⑻的 多種組件之間提供溝通管道。 第10圖繪示出當指紋noo之片段1101穿越成像畫素陣 列2202上方時,本發明的操作過程。成像晝素陣列22〇2係由 沿手指移動軸之方向排列的多個成像晝素元件所構成,且其具 有足夠地畫素密度,崎於解析指紋起部與低凹處,而此 旦素饴度例如是250_500dpi。這些晝素可以藉由多種不同的技 術來感應指紋***部的出現與否,這些技術例如是電容量、光 學成像(〇ptical imaging)或力學上的壓力(mechanical pressure)。 成像晝素_ 係以—職稱被取樣,而姻定速率足 以確保手才曰在一取樣週期内的移動不會超過兩個晝素。任何合 理的時間週期均可設來作為取樣週期,而—實射的取樣週期 為5〇〇微秒。本實施例是將這些晝素當做單一個廣大的陣列, 且利用軟_可將此較大的_細分為多個可能相互重疊的 視窗(windows)。 33 200828135 在此取樣時卩种’絲元件的職會從紐化的數據段 2〇3a、2’轉換成一串數值。簡單來說,數位化的數據段 203a 2G3b _示出—種二進位的數位化,用來表示***部的 出現契否饭使所每擇的感應器方法論(meth〇(j〇i〇gy)允許,感 f器的值可以被精準地譯碼。因為這兩健據段施與纖 疋/口移動軸1106在不同時間點所取得,所以它們可能會被相 繼移位並相互比對直到相互匹配為止,以便於得到在兩個取樣 點之間的週期T崎移動的絕對距離D,並因而獲得直接的 手指速度測量法D/丁。 與習知系統及方法不同的是,當數據段203a與2㈣之 間^又有制到運動時,此系統不需累積大量的時間歷程,其可 以僅維持較早取得的數據段紙,並且在獲得下一個樣本時 執行_計算。在此例讨,本發猶過這猶理方式,對於 任何切技術可教示應該如何獲得她的手指速度來講是個 優點。貫際上,手指相對於感應表面的速度往往變化非常大, 故树本上可轉除掉透過大錄本計算_會動態且 大範圍變化的手指速度之需求。 本發明提供了更進—步的優點,也就是 能力。如此-來,在兩個取樣點間嶋距料為手指22 ^杳L手指速度增加時’穿過兩個相鄰晝素之間所需的取樣 、月文里會減少’因而在實際上降低速度測量法的解析度。而 且,當測量料確定性接近職週_,將失去所有解析度。 34
200828135 因此’為了維持估計速度的準確性,測量系統可以改變取樣速 率’以將在兩個時框(frame)間尋找匹配時的移動距離最佳化。 舉例來說,在速度測量法中,當手指快速擦過時,需要移動十 個晝素才賴健有的準確度。減地,當手指速度降 移動有意義之距離所需的時間樣本數量會增加。在=種 情況下’⑽断崎錄樣速率,並料找匹配時所需移動 的距離減少至如-個畫素。其關提供顯然更為迅速的回應给 導覽應用方_移_化,並且可以㈣純處_來重建從 -維感應器輪出之二維影像的手指速度變化。熟習此技蔽者應 該知道,有多種改變取樣速率的方法能夠達到上述及其他^ 的,本發明縣被限定於任簡定的方法,並且包括多種已知 的方法’如同那些熟習此項技藝者無須過度實驗即可立即確辦 -r万向上移動時, 在數據段蕭_細級聽_進 果。在此例中’手指係在樣本施與加 個畫素。第η圖的⑻至⑽會示為數 移動、、、勺 之間的相似細纖,較結紅魏 字,以下祕配結果: “、、進位的數 35 200828135 晝素移位量 第 ~ 相似度分數 0 (a)^^' (9/16)〜·56 1 (b) (7/15)〜.47 2 (c) ^^ (9/14) -Μ 3 (4/13)-.31 4 (7/12) ^.58 5 (f) ' (8/11)〜·73 6 (g)^^ (1/10)-.10 7 (h) ^' —---- (8/9)〜·89 8 ① (3/8)〜·38 此匹配躲顯示出在垂直轉上7織素_真實移動 之強大關連性,僅可在-對取樣對中清楚地被區別出來,即 使***部的頻率在被選取的指紋片段中相當地均勾。熟習此技 蟄者也應該知道’此匹配的準確度_藉由畫素資料中之灰階 的額外階級而被顯著地增大。 第12B⑻圖與第12B(_會示出本發明之一實施例,其 包括三個以不同角度配置的線性陣列,用以測量與主轴所爽角 度在-範圍内的移動(在此例中,此夾角之範圍為+/_25度)。 中央成像陣列302藉由與中央軸夾角為❹度的陣列則二及 與中央軸夾角為+25度的陣列3〇3而增大。熟習此技m者應該 知逼’不_陣顺4與錄*__罐纽均可實施於 本發明中。由第⑽刚可知,當手指位於初始位、位於 36 200828135 或疋此設計S要制者社—扣移触絲面 -方向上雜這些_的方絲提供$雜,朗校準絲在 此時相似度分數落於門檻值内。在任一實例中 膽,以便於再次比對這猶列。接著,產蝴n 並測量此她度分數是祕__(_12ω):=
可以反覆地做,朗有—她度分數超過值。當時間结束 朗達預設之循環次數’卻仍未出現超過Η檻值的相似度分數 …則將此流程登錄為-錯誤(e_。在—特定朗方面,可 以以其^陣列中的每一晝素對這兩個陣列進行一次移位與處 理,因為這些晝素是從同—_中所取得而具有相同的給定長 度。若-她度分數錄卩飾内,·算出鶴距離(步驟 一)在此’、要°十异出在洛於門檻值内之相似度分數出現 前這些陣列所移位的晝素量,並乘上晝素的間距,即可算出距 離。其中,畫素間距的算法可以是估算兩晝素之中心點的距 離。對陣列中之各個晝素及晝素群之間的距離進行取樣,可以 精確地測量到此距離,但其禮切的測量方法則視應用而定。之 後,將此距離除轉動此距離所花f的時間,即可算出速度(步 驟1218)。此運傾程結束於步驟122(),此時已產生估算的速 度。 杯照第13目,其繪示為一實施例t移動感應器的另一 運作⑼A圖簡,其$此移動感應器可用於僅綱及感應移 動,並與-影像感應器-同用來重建指紋影像,以便於用在導 40 200828135 ( 覽方_,或是其他f要準確的雜感應之應用中。此流 程開始於步驟13〇2。首先感應一指紋的初始樣本陣列(步驟 1304)。於-_週期t = n之後,感應―第二樣本陣列(步驟 1306)。這些陣列被轉換為指紋感應器陣列的數位表示法,且 | 數位上的G和1所構成之數位串係被-處理器用來決^兩個樣 ,丨 本之間的相對位移量。實際上,預定的時間週期可以是被選定 ; 或者也可以以測量第-次取樣與第二次料餘隔的時間而 丨( 得在任员例中’假设已產生位移量,則-旦決定兩個樣本 | 之間的距離’即可_移動的距離以及移動此距離所花費的 j 時間來計算出速度。 、 | …接著’比對兩個陣列(步驟ι_。在初始的校準過程中, 簡單地參考第10圖,這些陣列是一起進行比對。若比對結果 顯示為高相關性,則其表示在指紋與移動感應器之間沒有相對 _動。再來,產生一相似度分數’用以定義兩陣列間之相關 〇 性的數量(步驟1310)。此相似度分數其可以以機率值、百分 比相關值或其他數學上之數值的形式存在,而且藉由一處理器 /P可在這二不同的比對結果中,決定出最佳的相似度分數。之 後,判斷此移位是否為一預設移位數中的最後一次移位(步驟 ⑶2)。實際上,由於這些影像陣列均是以相同的感應器陣列 進行感2與取樣而得’因此其至少可被移位與此感應器陣列之 畫素數置相等的次數。再來’與圖12所實施的流程相似,移 位的方向可⑽據職巾—使时軸指絲面?過感應器 200828135 於步驟1402。首先感應一指紋的初始樣本陣列(步驟1仙4)。 於-時間週期t = η之後,感應第二組樣本陣列(步驟14〇6 )。 化些陣列被轉換為指紋感應器陣列的數位表示法,且數位上的 0和1所構成之數位串係被-處理器用來決定兩個樣本之間的 相對位移量。實際上,預定的時間週期可狀被選定的,或者 也可以以測量第-次取樣與第二次取樣相隔的時間而得。在任 —實例巾,假設已產纽移量,則—旦決定兩個樣本之間的距 • 離,即可藉由將移動的距離除以移動此距離所花費的時間來 計算出速度,並可以利用幾個向量移動資訊的向量分析來決 方向。 接著,比對兩個陣列中的每一個感應器(步驟1408)。在 初始的校準過程中,簡單地參考第10圖,每一感應器陣列之 特徵陣列的數位表述(digital representation)是一起進行比對。 若比對結果顯示為高_性,則其表示在指紋與移動感應器之 • 間沒有相對的移動。再來,產生每一陣列的相似度分數,用以 定義兩陣列間之相關性的數量(步驟⑷卟此相似度分數其 可以以機率值、百分比相關值或其他數學上之數值的形式存 在,而且藉由一處理器即可在這些不同的比對結果中,決定出 最佳2相似度分數。之後,满此移位是否為—預設移位數 中的最後一次移位(步驟1412)。實際上,由於每一感應器中 的影像陣列均是以相同的感應器陣列進行感應與取樣而得,因 此其至少可被移位與每一感應器陣列之晝素數量相等的次 43 200828135 再來,與圖12所實施的流程相似,移位的方向可以依據 預期中-使用者雜指紋表面穿過感顧的方向而定。若使用 者移動指紋表面的方向為未知,或是此設計需要使用者在任一 方向移動指紋表面,則可藉由在一方向上移位這些陣列的方式 來提供1雜,直到校準完成,此時她度分數落於門植值 内若其並非最後一次移位,則移位此陣列(步驟1414),並 回到步驟1408再次比對這些陣列,以於步驟丨中產生新的 相似度分n鎌再:欠判斷其是㈣最後—挪位。若其為最 後_人移位,則選擇最高的相似度分數(步驟丨仙)。然後, 廷擇在局部最大值具有最高她度分數的陣列,以紋移動的 方向(步1417)。在第一移動軸&red〇minant m〇ti〇n _)上 核查與此陣列相鄰的這些陣列,以判斷是否有任一相似度分數 超過第—組成軸(secondary c〇mp〇nent _的門植值(此門梭 值低於第一移動軸的門檻值)。 接縯,估算出距離(步驟1418)。同樣地,只要計算出在 ,於門檻值内之相似度分數出現前這些陣列所移位的畫素 置,亚乘上晝素的間距,即可算出距離。其中,晝素間距的算 法可以是4古算兩畫素之中心點的距離。_列中之各個畫素及 畫素群之間的距離進行取樣,可以精確地測量到此距離,但其 確切的測量方法則視應用而定。 ^ 若任一相鄰之陣列的相似度分數超過門檻值,且發生此 相似度分數時的移動距離小於在第一移動軸上的移動距離 44 200828135 =及奴(_)寫成。依縣發明而絲定義微處理器之 細作的軟體程式,其不同的編碼格式、編碼規劃、型式盘種類 以及其他_編_手段,料雜本剌之精触範圍。、 在使用本备明之不同類型的電腦中(如電腦词服器),其 存j有不同麵的記憶裝置,用財依據本發_執行功能的
同# ’儲存及檢索資訊。這樣的_往往包括快取記憶體參置 (Cache me職y device) ’並由中央處理單元 _用以作為時常被儲存及檢索之資訊的便利儲存體。同樣 地,這樣的_也常常使用永久性的記憶體,以維護常被中央 處理器檢索的資訊’且此資訊在永久性記憶體中不像其在快取 記憶體中—樣常被修改。電腦通常也包括有主記憶體(细 memoiy) ’用以儲存及檢索大量的資訊,如資料及軟體應用程 式’其中當中央處理器執行這些資料與軟體應用程式時,這些 與軟體應用程式即可依照本發明而實行功能。這些記憶體 衣置可以疋卩过機存取記憶體(rand〇m access mem〇fy,^乂)、靜 怎Ik機存取§己憶體(statlc rand〇m access mem〇r^,、動態 隨機存取記憶體(dynamic rand()m _ss mem(^ dram)、: 間記憶體(flash memory)以及其他可供中央處理器用來儲存及 k索資6fl的讀、體儲存裝置,本發g倾未將其限定為任何特定 的類型或是任何-烟來分職f訊齡於記中以及從 記憶體中檢索資訊的協定。 此系統與方法包括用來與使用導覽及指紋確認程序之電 46 200828135 子裝置的運作,共同致能並控制指紋感應器與指紋影像資料及 移動資料的系統與方法。雖然於本文已詳述並配合圖式說明這 些系統以及用於可攜式裝置之相關指紋成像方法及導覽特徵 的實施例,但本發明之範圍可延伸至其他應用上,且在這也匕應 用中,這些功能是對其有益的。此外,儘管前述說明係關於本 發明之特定實施例,但這些僅是用以闡明本發明,在不脫離本 發明之原則的前提下,這些實施例是可被改變的。 _ 【圖式簡單說明】 第1A圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 第1B圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 第2A圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 第2B圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 第2C圖繪示為指紋掃瞄結果之示意圖。 第2D圖繪示為指紋掃瞄結果之示意圖。 _ 第3圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 第4圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 圖5A為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 第5B圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 第6圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 ^ 7圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 ^ 圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 第8B圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 47 200828135 第8C圖為依據本發明而繪示之感應器配置示意圖。 第9圖為依據本發明而繪示之系統配置示意圖。 第10圖為依據本發明而繪示之感應器與指紋的配置示意 圖。 第11圖為依據本發明而繪示之感應器與指紋的配置示意 圖。 第12圖為依據本發明而繪示之方法配置流程圖。 i 第12B(a)圖與第12B (b)圖為依據本發明而繪示之感應 器與指紋的配置示意圖。 第13圖為依據本發明而繪示之方法配置流程圖。 第14圖為依據本發明而繪示之方法配置流程圖。 【主要元件符號說明】 100 感應裝置 101 電子連接器 1100 指紋 1101 指紋片段 102 感應器元件 102(a) 感應器模組實施例 102(b) 感應器模組實施例 102(c) 感應器模組實施例 102(d) 感應器模組實施例 102(e) 感應器模組實施例 48 200828135
104 手指 106 指紋表面、移動轴向 107 感應器表面 107(a) 感應器表面 107(b) 感應器表面 107(c) 感應器表面 107(d) 感應器表面 107(e) 感應器表面 108 指紋感應表面 108(a) 指紋感應表面 108(b) 指紋感應表面 108(c) 指紋感應表面 108(d) 指紋感應表面 108(e) 指紋感應表面 110 移動感應器 110(a) 移動感應器 110(b) 移動感應器 110(c) 移動感應器 110(d) 交插感應器陣列 1106 移動轴 112 移動感應器 112(b) 移動感應器 49 200828135
112(c) 移動感應器 112(e) 移動感應器 116 1C晶片 118 薄膜 120 基底薄膜 2202 成像畫素陣列 121 感應器表面 122 感應器 124 感應器 126 感應器 128 感應器 130 感應器 132 感應器 133 感應器 134 中央水平線 136 薄膜 137 表面 138 感應器 139 1C晶片 140 感應器 142 感應器 144 感應器 50 200828135
144f 感應器 146 感應器 146’ 感應器 148 感應器 148’ 感應器 150 感應器 150? 感應器 202 可攜式裝置 203a 數據段 203b 數據段 204 圖形使用者界面或螢幕 206 游標 208 觸控式游標 210 導覽指標 252 感應器控制邏輯電路 254 讀出電路 256 放大器 258 低通濾、波器 260 類比數位轉換器 262 儲存器 264 指紋資料 266 處理器 51 200828135
268 計算單元 274 永久性記憶體 276 演算單元 278 應用程式 280 系統匯流排 301 成像陣列 302 成像陣列 303 成像陣列 304a 二進位影像 304b 二進位影像 305a 二進位影像 305b 二進位影像 306a 二進位影像 306b 二進位影像 310 中央位置 311 位置 1200 移動感應器的運作流程圖 1300 移動感應器的運作流程圖 1400 移動感應器的運作流程圖 步驟1202 開始 步驟1204 感應初始樣本陣列 步驟1206 感應第二様本陣列(t二η) 52 200828135
步驟1208 比對這些陣列 步驟1210 產生相似度分數 步驟1212 是否落於門檻值内 步驟1214 移位這些陣列以進行補償校準 步驟1216 估算出移動距離 步驟1218 算出速度 步驟1220 結束 步驟1302 開始 步驟1304 感應初始樣本陣列 步驟1306 感應第二様本陣列(t=n) 步驟1308 比對這些陣列 步驟1310 產生相似度分數 步驟1312 是否為最後一次移位? 步驟1314 移位這些陣列 步驟1316 選擇最高相似度分數 步驟1318 估算出移動距離 步驟1320 估算出速度 步驟1322 結束 步驟1402 開始 步驟1404 感應樣本陣列(1) 步驟1406 感應樣本陣列(2) (t=n) 步驟1408 比對對應之陣列 53 200828135 步驟1410 產生每一陣列之相似度分數 步驟1412 是否為最後一次移位? 步驟1414 移位這些陣列 步驟1416 選出每一陣列分數表中最高的相似度 分數 步驟1417 執行分析以決定方向 步驟1418 估算出移動距離 步驟1420 估算出速度 步驟1422 結束 ㈧ 方向 (B) 方向 (C) 手指關節 (D) f才旨才旨# 54
Claims (1)
- 200828135 十、申請專利範圍: 1. 一種指紋移動追蹤系統,包括: ±線性感應器陣列,用以沿-手指移動軸感應-指紋 特徵,該雜絲轉顺括乡個實質上減的感應元 件’用以敝影像資料實f上連續的重疊部分 ;以及 處理元件,用以接收該線性感應器陣列所捕捉之部 分影像資料,並產生一指紋移動資料。 2. 如申,專利第1項所述之指紋移動追縱系統,其中該線性 感應益陣列係用以重複地感應至少兩個實質上連續的部分 指紋資料,且其中該處理器係用以根據至少兩個被感應到 之連續的部分指紋資料,*產生移動資料。 3. 如申^專利第1項所述之指紋移動追縱系統,其中該線性 感應器陣列伽以重複地感應實質上連續的部分指紋資 料,且其中該處理器係用以根據至少兩個被感應到之連續 的口P刀才日紋資料,而產生移動資料。 4. 如申請專鄕3項所述之指紋移動追縱祕,更包括一指 紋影像感應器,用以感應一指紋影像的片段,並利用指紋 移動資料將該些指紋影像的片段重建為—完整指紋影像。 5. 如申明專利第1項所述之指紋移動追縱系統,其中該線性 感應益陣列係用以沿著手指移動軸向來感應一第一組指纹 特徵,錢生-第-組影像資料,該第—組影像資料係被 該感應器陣列中之多個實質上相鄰之晝素所捕捉,該線性 55 200828135感應器陣列也用以沿著手指移她向來感應一第二組指纹 特徵’並產生-第二組影像資料,該第二組影像資料係被 該感應器陣列中之多個實質上相鄰之晝素所捕捉,其中該 處理元件係用以比對該第一組影像資料與該第二組影像資 料’以決定該指紋在-時間間隔内所移動的距離。、 6.如申請專利第丨項所述之指紋移動追縱系統,其中該線性 感應器陣舰㈣沿著手指移_向來感應n且指纹 特徵’並產生-第-組影像資料,該第一組影像資料传被 該感應器_中之多個實質上_之晝素所捕捉,該· f器陣列也肋沿著移_向來感應1二組指咬 ’並產生-第二組影像資料,該第二組影像被 ^應器陣列中之多個實質上相鄰之晝素所敝,其^ 歧讀係用以比對該第—組影像資料與 資乂 料,叫魏指財職感應_嶋度。4貝 後:::利弟1項所述之指纹移動追縱系統’更包括另一 線性感應器陣列,用以 第1項所述之指紋移動追_統,更包括另一 其係沿另-手 4應—才曰紋特徵以及產生被多個實質上相鄰之書素捕捉 56 200828135 的方向影像資料。 9·如申請專利第8項所述之指紋移動追縱系統,更包括-感 烏矩陣,用以捕捉一指紋影像之部分,其中該處理元件 更用以使用該方向資料來重建一指紋影像。 10·如申明專利第1項所述之指紋移動追蹤系統,更包括另一 線f生感應為Ρ車列,其係沿另一手指移動軸排成一列,用以 感應-指紋特徵以及產生被多個實質上相鄰之晝素捕捉的 釀方向影像資料與影像移動資料。 11·如申請專利第1〇項所述之指紋移動追蹤系統,更包括一感 應為矩陣,用以捕捉一指紋影像之部分,其中該處理元件 更用以使用该方向資料及該影像移動資料來重建一指紋影 像。 12·如申请專利第1項所述之指紋移動追縱系統,更包括多個 線性感應器陣列,用以感應一指紋特徵以及產生被多個實 _ 質上相鄰之晝素捕捉的方向影像資料與影像移動資料,其 中該處理元件係利用移動資料而產生導覽資料,以組合連 續的部分影像。 13·如申請專利第1項所述之指紋移動追蹤系統,更包括一指 紋感應器矩陣,用以感應及捕捉一指紋的部分影像,其中 該處理元件用以使用該影像移動資料來組合連續的部分影 像,以重建一指紋影像。 14.如申請專利第1項所述之指紋移動追蹤系統,更包括另一 57 200828135 線性感應器陣列以及一指紋感應器矩陣,i中 應器陣列用以感應-指紋特徵以及產生被 之晝素捕捉的方向影像資料,且該指紋感應器矩陣用以感 應及捕捉-指紋的影像部分,而該處理元件用以使用該影 像移動資料來組合連續的部分影像,以重建一指紋影像。 15. 如申請專利第!項所述之指紋移動追縱系、统,其中該指紋 移動資料包括表示-指紋所鑛之距離的資料。16. 如申請專利第8項所述之指紋移動追縱系統,其中該指紋 移動資料包括表示—指紋所移動之方向的資料。 17. 如申請專利第8項所述之指紋移動追縱系統,其中該指紋 移動資料包括表示—指紋所移動之距離的資料。 18. 如申請專利第1項所述之指紋移動追料統,其中該指紋 移動資料包括絲-指紋姆於該線性感應 的資斜。19· 如申請專利第8項所述之指紋移動追縱系統 移動資料包括表示-指紋相對於該線性感應 及方向的資料。 其中该指紋 裔陣列之速度 20.種決定一指紋表面相對於一 括: 感應表面之移動的方法 包 感應至J兩個連續的指紋影像特徵陣列,发中兮此 列相對該感應器表面而位於該指紋表面之-移動编i 儲存對應_感應树所感應之該些指紋影像特徵陣 58 200828135 列的數位資料;以及 處職數位f料,以產生缺移動資料。 21.如申請專利範圍第2〇項所述之方法,更包括: 被感應之 比對該指紋影像特徵之一串數位資料與後續 一指紋影像特徵串;以及 、 背罐特徵之該串^ #料與後續被感應之 忒才曰、.文衫像特徵串間的移位數。2Z如申請專利範圍第2〇項所述之方法,更包括: 以估具该指紋表面相對 感應為中之影像晝素的物理距離 该感應|§表面之移動距離;以及 將祕异距離除以感應此影像特徵與接續之指紋 :::=輸繼細目對於該感應 23· -種決定指紋表面相對感應器表面之運動的方法,包括: 集合一線性感應器陣列中之—影像樣本時序,其中每 -樣本具有對應實f上連續之指紋影料徵的金 值; 旦$ 藉由比對每一影像樣本與一前樣本,以產生一相似度 匹配分數表; a 决疋具有取兩相似度匹配分數之兩個影像樣本的晝素 移位數; ~ ” 59 200828135 、Γ影像樣材的晝素數量翻晝相的物理距離, 以估异出該移動距離,·以及 將該估算出的距離除以在集合兩個具有最高匹配分數 之樣本間所花費的時間,以計算出一速度。 24. -種決定指紋表面相對感應器表面之運動的方法,包括: 於多個線性感應器陣列中集合各該線性感應器陣列的 影像數值時序; 藉由比對每-影像樣本與一前樣本的連續移位版本, 乂们另】產生各遠影像感應器陣列的相似度匹配分數; 决疋產生最南相似度匹配分數的線性感應器陣列,用 以代表移動的主軸; 決定具有最高相似度匹配分數之線性感應器陣列的畫 素移位數; 將晝素數1乘以晝素間的物理距離,以估算出沿該主 要移動軸向的移動距離;以及 計算該指紋表面相對於該感應器表面的速度,並產生 一速度值。 25·如申請專利範圍S 24項所述之方法,更包括: 决疋與该主要移動軸相鄰,並具有次高之相似度分數 的感應器陣列,以作為一第二移動軸;以及 决疋该第二移動軸具有最高相似度匹配分數時的移位 晝素數量; 200828135 26. 工具 之一移動軸向上;產生用以表示該二實質連續重叠之指紋 的數位資料之工具;以及 處理該數位資料以產生指紋移動資料的工呈。 豇如申請專利範圍第26項所述之系統,更包括: 重複感應至少兩個實質上連續之指紋資料片段的工 具;以及增f總和計算购與第-移_ 種=疋指紋表面相對感應器表面之運動的系統,包括. 感2少兩個實質上連續重疊之指紋影像特徵陣列的 ^中_陣__感應器表面而位於該指紋表面 …7、’像特徵陣列 依據所感應到之|個連續指紋資料片段而產生移動資 科的工具。 〜 28.如申請專利範圍第26項所述之系統,更包括: 感應多個指紋影像陣列的工具; 產生由多個實質上連續之晝素所捕捉的方向影像資料 的工具;以及 、 利用該方向影像資料而產生導覽#料的工具。 29·如申明專利範圍第26項所述之系統,更包括: 於多個線性感應器陣列中集合各該線性感應器陣列之 61 200828135 影像數值時序的工具; 藉由比對每一影像樣本與一前樣本的連續移位版本, 以個別產生各該影像感應器陣列之相似度匹配分數的工 具; 决疋產生最高相似度匹配分數的線性感應器陣列以代 表移動主軸的工具; 决疋具有最高相似度匹配分數之線性感應器陣列的晝 B 素移位數的工具; 一 將晝素數量乘以晝素間的物理距離,以估算出沿該主 要移動軸向之移動距離的工具; 計异該指紋表面相對於該感應器表面之速度的工具; 將產生的資料與該些代表後續被感應之指紋影像特徵 串之資料進行比對的工具; $ 決定在指紋影像特徵之該串數位資料與後續被感應之 _ 該指紋影像特徵串間的移位數的工具;以及 產生指紋移動與方向資料的工具。 3〇·如申睛專利範圍第29項所述之系統,更包括感應一指紋影 像的部分,並利用指紋移動資料將其重建為完整指紋影像 的工具。 / 31.如申叫專利範圍帛2〇項所述之系統,更包括感應欲利用於 紋移動資料而重建為完整指紋影像之—部分指紋影」 ,具0 62 200828135 32.如申請專利範圍第26項所述之系統,更包括感應欲利用指 紋移動資料及方向資料而重建為完整指紋影像之一部分指 紋影像的工具。63
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/519,383 US8447077B2 (en) | 2006-09-11 | 2006-09-11 | Method and apparatus for fingerprint motion tracking using an in-line array |
Publications (1)
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