一種指紋采集方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了一種指紋采集方法，該方法包括：通過指紋感應(yīng)陣列采集指紋信息以得到電壓信號；通過可調(diào)增益放大器對電壓信號放大以得到放大信號；通過共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償放大信號以消除放大信號的噪聲；通過電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器將消除了噪聲的放大信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；通過信號處理單元根據(jù)數(shù)字信號得到初始指紋圖像，判斷初始指紋圖像的直方圖是否滿足預(yù)設(shè)條件；若不滿足，則通過信號處理單元控制調(diào)整可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓和電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器補(bǔ)償?shù)碾妷褐抵兄辽僖豁?xiàng)來使得到的指紋圖像的直方圖滿足預(yù)設(shè)條件。采用本發(fā)明，在保護(hù)層的厚度不均勻以及用戶間指紋差異較大的情況下仍可獲得較清楚的指紋圖像。
【專利說明】
一種指紋采集方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種指紋采集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]請參見圖1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種指紋采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該指紋采集裝置包括保護(hù)層、膠和指紋感應(yīng)陣列，該指紋感應(yīng)陣列(即指紋采集芯片)置于保護(hù)層的下面，該保護(hù)層和該指紋感應(yīng)陣列中間通過膠粘合到一起。該指紋采集裝置采集指紋的原理如圖2所示，手指與指紋感應(yīng)陣列表面的金屬電極形成寄生電容。由于手指的谷和脊到金屬電極的距離不同，因而形成的寄生電容也不同，從而可以通過測量寄生電容來反映指紋圖形。由于膠厚度較小，不考慮膠對寄生電容的影響。手指與金屬電極間的寄生電容(以下稱手指電容Cf)表達(dá)式為:Cf = (Cx*Cy) / (Cx+Cy)，
[0003 ]其中，Cx = (ε_(tái)0* e_f *S) /df，Cy = (e_0*e_x*S) /dx，Cx 為手指到保護(hù)層表面間的電容，Cy為保護(hù)層表面到金屬電極間的電容，S為電極面積，dx為保護(hù)層的厚度，df為手指表面到保護(hù)層表面的距離，ε_(tái)0為真空介電常數(shù)，ε_(tái)χ為保護(hù)層的介電常數(shù)，e_f為手指與保護(hù)層間的介電常數(shù)。
[0004]本技術(shù)方案的發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有的指紋采集裝置中的保護(hù)層及膠制造時(shí)存在厚度不均勻的問題，且當(dāng)保護(hù)層表面不平整時(shí)，采集陣列各處Cy也不同，故而會(huì)形成偏移噪聲，因此需要抵消偏移噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例公開了一種指紋采集方法，能夠在保護(hù)層的厚度不均勻以及用戶間指紋差異較大的情況下仍可獲得較清楚的指紋圖像。
[0006]第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種指紋采集方法，所述指紋采集方法應(yīng)用于指紋采集裝置，所述指紋采集裝置包括指紋感應(yīng)陣列、可調(diào)增益放大器、共模電壓補(bǔ)償電路、電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信號處理單元，所述方法包括:
[0007]通過所述指紋感應(yīng)陣列采集指紋信息以得到電壓信號；
[0008]通過所述可調(diào)增益放大器對所述電壓信號放大以得到放大信號；
[0009]通過所述共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償所述放大信號以消除所述放大信號的噪聲；
[0010]通過所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器將消除了所述噪聲的放大信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0011]通過所述信號處理單元根據(jù)所述數(shù)字信號得到初始指紋圖像，判斷所述初始指紋圖像的直方圖是否滿足預(yù)設(shè)條件；
[0012]若不滿足，則通過所述信號處理單元控制調(diào)整所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓和所述共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)碾妷褐抵兄辽僖豁?xiàng)，直至所述信號處理單元根據(jù)所述數(shù)字信號得到的指紋圖像的直方圖滿足所述預(yù)設(shè)條件。
[0013]具體地，該指紋感應(yīng)陣列的輸出與該可調(diào)增益放大器的輸入相連，該可調(diào)增益放大器的輸出的信號與該共模電壓補(bǔ)償電路的輸出的信號匯合后，與該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入相連，該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與該信號處理單元的輸入相連，該信號處理單元的還可以設(shè)置與該可調(diào)增益放大器、共模電壓補(bǔ)償電路和電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器單獨(dú)相連的三條通路，用于對該可調(diào)增益放大器、共模電壓補(bǔ)償電路和電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制。進(jìn)一步地，還可以把該指紋感應(yīng)陣列、可調(diào)增益放大器、共模電壓補(bǔ)償電路、電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信號處理單元集成在同一個(gè)專用集成電路(Applicat1n Specific Integrated Circuits，ASIC)中，這樣不斷可以節(jié)約材料成本還可以盡量縮短指紋采集的時(shí)間。
[0014]該指紋感應(yīng)陣列可以為基于半導(dǎo)體硅電容效應(yīng)技術(shù)的半導(dǎo)體指紋傳感器，該半導(dǎo)體指紋傳感器包括半導(dǎo)體壓感式傳感器、半導(dǎo)體溫度感應(yīng)傳感器、半導(dǎo)體電容式指紋傳感器等，本發(fā)明實(shí)施例重點(diǎn)圍繞該半導(dǎo)體指紋傳感器為半導(dǎo)體電容式指紋傳感器的情況展開描述。
[0015]該可調(diào)增益放大器可以包括一個(gè)放大元件，也可以包括多個(gè)放大元件，該放大元件可以為PNP型三極管、NPN型三極管等，當(dāng)存在多個(gè)放大元件時(shí)，該多個(gè)放大元件可以串聯(lián)。需要說明的是，該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)可以根據(jù)需要適時(shí)進(jìn)行調(diào)整，例如，將該可調(diào)增益放大器設(shè)置為開關(guān)電容放大器，這樣一來就可以控制電容開關(guān)的開啟和關(guān)閉來控制放大倍數(shù)。
[0016]該共模電壓補(bǔ)償電路用于輸出模擬電壓信號，該共模電壓補(bǔ)償電路可以具體為一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，共模電壓補(bǔ)償電路的輸入端輸入了數(shù)字電壓信號即可從該共模電壓補(bǔ)償電路的輸出端輸出模擬電壓信號。
[0017]該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以為流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，也可以為逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，當(dāng)然還可以為其他模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率Q可以為最低有效位(Leasts ignificant bit，LSB)電壓，也即是說，該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率Q等于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍除以離散電壓間隔數(shù)，該電壓測量范圍也叫滿量程電壓范圍，它等于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，而電壓間隔數(shù)等于2的M次方，M為該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，所以調(diào)整該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓可以調(diào)節(jié)該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的總的電壓測量范圍和輸出信號的分辨率。舉例來說，如果一個(gè)8位的電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的能夠測量的范圍為Ov?10v，相應(yīng)地輸出信號的分辨率Q等于10/2~8，S卩10/256。進(jìn)一步地，該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓可以根據(jù)需要適時(shí)調(diào)整。
[0018]通過執(zhí)行上述操作，該指紋采集裝置可以通過信號處理單元對采集到的指紋圖像的直方圖進(jìn)行分析，判斷該指紋圖像的電壓范圍是否落入到的該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓測量范圍內(nèi)較合適的位置，若沒有落入到較合適的位置則通過該信號處理單元向該可調(diào)增益放大器、該共模電壓補(bǔ)償電路和電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器中至少一塊功能單元發(fā)送控制信號，控制調(diào)整該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)、或者控制調(diào)整該共模電壓補(bǔ)償電路的補(bǔ)償電壓和或者控制調(diào)整該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，使得該指紋圖像的電壓范圍落入到的該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓測量范圍內(nèi)較合適的位置，這樣一來，在保護(hù)層的厚度不均勻以及用戶間指紋差異較大的情況下仍可獲得較清楚的指紋圖像。
[0019]結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述通過所述信號處理單元控制調(diào)整所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓和所述共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)碾妷褐抵兄辽僖豁?xiàng)包括:
[0020]當(dāng)所述初始指紋圖像的直方圖的電壓范圍超出所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍時(shí)，將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)高，或者減小所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)；
[0021]當(dāng)所述初始指紋圖像的直方圖的電壓范圍占所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的比例小于預(yù)設(shè)比例時(shí)，將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)低，或者增大所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)。
[0022]結(jié)合第一方面，或者第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述共模電壓補(bǔ)償電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。
[0023]結(jié)合第一方面，或者第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述可調(diào)增益放大器包括多級放大元件串聯(lián)形成的放大器。
[0024]結(jié)合第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述可調(diào)增益放大器為開關(guān)電容放大器。
[0025]結(jié)合第一方面，或者第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器為流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器或者為逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0026]結(jié)合第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為最低有效位LSB電壓。
[0027]結(jié)合第一方面，或者第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述通過所述信號處理單元控制調(diào)整所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓和所述共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)碾妷褐抵兄辽僖豁?xiàng)包括:
[0028]通過所述信號處理單元計(jì)算所述直方圖中的電壓范圍的電壓寬度；
[0029]通過所述信號處理單元計(jì)算所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的電壓寬度；
[0030]判斷所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度的大小關(guān)系；
[0031]當(dāng)所述電壓范圍的電壓寬度大于所述電壓測量范圍的電壓寬度時(shí)，通過所述信號處理單元將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)高，或者減小所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，以使所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度相等；
[0032]當(dāng)所述電壓范圍的電壓寬度小于所述電壓測量范圍的電壓寬度時(shí)，通過所述信號處理單元將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)低，或者增大所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，以使所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度相等。
[0033]結(jié)合第一方面的第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第八種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度相等時(shí)，所述方法還包括:
[0034]通過所述信號處理單元獲取所述直方圖中的電壓范圍最大值和電壓最小值；
[0035]通過所述信號處理單元根據(jù)所述電壓最大值和所述電壓最小值計(jì)算出所述電壓范圍的中間值；
[0036]通過所述信號處理單元計(jì)算所述電壓范圍的中間值與所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的中間值的電壓差值；
[0037]通過所述信號處理單元根據(jù)所述電壓差值確定補(bǔ)償電壓；
[0038]通過所述信號處理單元向所述共模電壓補(bǔ)償電路發(fā)送控制信號以控制所述共模電壓補(bǔ)償電路輸出與所述補(bǔ)償電壓相同大小的電壓。
[0039]結(jié)合第一方面的第八種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第九種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述指紋感應(yīng)陣列、所述可調(diào)增益放大器、所述共模電壓補(bǔ)償電路、所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器和所述信號處理單元集成在同一個(gè)專用集成電路ASIC中。
[0040]通過實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，該指紋采集裝置可以通過信號處理單元對采集到的指紋圖像的直方圖進(jìn)行分析，判斷該指紋圖像的電壓范圍是否落入到的該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓測量范圍內(nèi)較合適的位置，若沒有落入到較合適的位置則通過該信號處理單元向該可調(diào)增益放大器、該共模電壓補(bǔ)償電路和電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器中至少一塊功能單元發(fā)送控制信號，控制調(diào)整該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)、或者控制調(diào)整該共模電壓補(bǔ)償電路的補(bǔ)償電壓和或者控制調(diào)整該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，使得該指紋圖像的電壓范圍落入到的該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓測量范圍內(nèi)較合適的位置，這樣一來，在保護(hù)層的厚度不均勻以及用戶間指紋差異較大的情況下仍可獲得較清楚的指紋圖像。
【附圖說明】
[0041]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0042]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種指紋采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的一種指紋采集裝置采集指紋的原理示意圖；
[0044]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋采集方法的流程示意圖；
[0045]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的指紋圖像的一種直方圖；
[0047]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的指紋圖像的又一種直方圖；
[0048]圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的指紋圖像的又一種直方圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0050]需要說明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中使用的術(shù)語是出于描述特定實(shí)施例的目的，而非旨在限制本發(fā)明。在本發(fā)明實(shí)施例和所附權(quán)利要求書中所使用的單數(shù)形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數(shù)形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應(yīng)當(dāng)理解，本文中使用的術(shù)語“和/或”是指并包含一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目的任何或所有可能組合。另外，本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于區(qū)別不同對象，而不是用于描述特定順序。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及它們?nèi)魏巫冃?，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還包括對于這些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。
[0051]請參見圖3，圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋采集方法的流程示意圖，該方法包括但不限于如下步驟。
[0052]步驟S301:指紋采集裝置通過所述指紋感應(yīng)陣列采集指紋信息，得到電壓信號并將該電壓信號輸出給該可調(diào)增益放大器。
[0053]具體地，該指紋采集方法應(yīng)用于包括指紋感應(yīng)陣列、可調(diào)增益放大器、共模電壓補(bǔ)償電路、電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信號處理單元的指紋采集裝置。
[0054]該指紋感應(yīng)陣列可以為基于半導(dǎo)體硅電容效應(yīng)技術(shù)的半導(dǎo)體指紋傳感器，該半導(dǎo)體指紋傳感器包括半導(dǎo)體壓感式傳感器、半導(dǎo)體溫度感應(yīng)傳感器、半導(dǎo)體電容式指紋傳感器等，本發(fā)明實(shí)施例重點(diǎn)圍繞該半導(dǎo)體指紋傳感器為半導(dǎo)體電容式指紋傳感器的情況展開描述。
[0055]該可調(diào)增益放大器可以包括一個(gè)放大元件，也可以包括多個(gè)放大元件，該放大元件可以為PNP型三極管、NPN型三極管等，當(dāng)存在多個(gè)放大元件時(shí)，該多個(gè)放大元件可以串聯(lián)。需要說明的是，該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)可以根據(jù)需要適時(shí)進(jìn)行調(diào)整，例如，將該可調(diào)增益放大器設(shè)置為開關(guān)電容放大器，這樣一來就可以控制電容開關(guān)的開啟和關(guān)閉來控制放大倍數(shù)。
[0056]該共模電壓補(bǔ)償電路用于輸出模擬電壓信號，該共模電壓補(bǔ)償電路可以具體為一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，共模電壓補(bǔ)償電路的輸入端輸入了數(shù)字電壓信號即可從該共模電壓補(bǔ)償電路的輸出端輸出模擬電壓信號。
[0057]該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以為流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器，也可以為逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，當(dāng)然還可以為其他模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率Q可以為最低有效位(Leasts ignificant bit，LSB)電壓，也即是說，該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率Q等于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍除以離散電壓間隔數(shù)，該電壓測量范圍也叫滿量程電壓范圍，它等于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，而電壓間隔數(shù)等于2的M次方，M為該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，所以調(diào)整該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓可以調(diào)節(jié)該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的總的電壓測量范圍和輸出信號的分辨率。舉例來說，如果一個(gè)8位的電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的能夠測量的范圍為Ov?10v，相應(yīng)地輸出信號的分辨率Q等于10/2~8，S卩10/256。進(jìn)一步地，該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓可以根據(jù)需要適時(shí)調(diào)整。
[0058]該指紋感應(yīng)陣列、可調(diào)增益放大器、共模電壓補(bǔ)償電路、電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信號處理單元的連接關(guān)系如圖4所示，該指紋感應(yīng)陣列401的輸出與該可調(diào)增益放大器402的輸入相連，該可調(diào)增益放大器402的輸出的信號與該共模電壓補(bǔ)償電路403的輸出的信號匯合后，與該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器404的輸入相連，該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器404的輸出與該信號處理單元405的輸入相連，該信號處理單元405的還可以設(shè)置與該可調(diào)增益放大器402、共模電壓補(bǔ)償電路403和電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器404單獨(dú)相連的三條通路，用于對該可調(diào)增益放大器402、共模電壓補(bǔ)償電路403和電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器404進(jìn)行控制。進(jìn)一步地，還可以把該指紋感應(yīng)陣列401、可調(diào)增益放大器402、共模電壓補(bǔ)償電路403、電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器404和信號處理單元405集成在同一個(gè)專用集成電路(Applicat1n Specific Integrated Circuits，ASIC)中，這樣不斷可以節(jié)約材料成本還可以盡量縮短指紋采集的時(shí)間。為了方便描述，后面將再提到各個(gè)模塊時(shí)將不再標(biāo)明編號，例如，提到電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，不再標(biāo)明編號404。
[0059]步驟S302:該指紋采集裝置通過該可調(diào)增益放大器對該電壓信號放大以得到放大信號。
[0060]具體地，該可調(diào)增益放大器輸入該指紋感應(yīng)陣列輸出的電壓信號，由于手指紋路和指紋感應(yīng)陣列中的感應(yīng)點(diǎn)之間形成的電容很小，故形成的小電壓容易受到電路的噪聲影響，所以需要通過可調(diào)增益放大器把得到的電壓信號放大得到放大信號，得到放大信號后該可調(diào)增益放大器輸出該放大信號。
[0061]步驟S303:該指紋采集裝置通過該共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償該放大信號以消除該放大信號的噪聲。
[0062]具體地，指紋感應(yīng)陣列的工藝問題會(huì)導(dǎo)致一定的噪聲，相關(guān)的各個(gè)電路也都會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，這些噪聲會(huì)影響后續(xù)的指紋圖像的效果，因此需要對噪聲進(jìn)行補(bǔ)償，即消除噪聲;本發(fā)明實(shí)施例通過經(jīng)過加法器把該共模電壓補(bǔ)償電路輸出的電壓信號與該可調(diào)增益放大器輸出的放大信號疊加在一起，消除掉該放大信號中的噪聲，然后將消除了噪聲的放大信號輸出給該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0063]步驟S304:該指紋采集裝置通過該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器將消除了該噪聲的放大信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0064]具體地，該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入該消除了噪聲的放大信號，將輸入的該信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將該數(shù)字信號輸出給該信號處理單元。
[0065]步驟S305:該指紋采集裝置通過該信號處理單元根據(jù)該數(shù)字信號得到初始指紋圖像，判斷該初始指紋圖像的直方圖是否滿足預(yù)設(shè)條件。
[0066]具體地，該信號處理單元輸入該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，對該數(shù)字信號進(jìn)行處理得到指紋圖像，開始得到的指紋圖像為初始指紋圖像，該信號處理單元可以獲取該初始指紋圖像的直方圖，然后判斷該初始指紋圖像的直方圖是否滿足預(yù)設(shè)條件，例如，判斷該直方圖(該直方圖的橫軸體現(xiàn)了指紋圖像的電壓范圍)中該初始指紋圖像的電壓范圍是否超出了該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍，若超過則表明該初始指紋圖像的直方圖不滿足預(yù)設(shè)條件，圖5為該初始指紋圖像的電壓范圍超出了該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的示意圖。再如，判斷該初始指紋圖像的電壓范圍占該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的比例是否小于預(yù)設(shè)比例(可以根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)置該比例的大小，例如設(shè)置為60%)，若小于則表明該初始指紋圖像的直方圖不滿足預(yù)設(shè)條件，圖6是指紋圖像的電壓范圍占該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的比例小于預(yù)設(shè)比例的示意圖。再如，判斷該初始指紋圖像的電壓范圍在該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍內(nèi)是否居中，若偏離中間位置較遠(yuǎn)則表明該初始指紋圖像的直方圖不滿足預(yù)設(shè)條件(例如，該初始指紋圖像的電壓范圍的中間值與該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的中間值的差值在一個(gè)預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)表明滿足預(yù)設(shè)條件)，圖7是該初始指紋圖像的電壓范圍在該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍中靠中間的位置的示意圖。當(dāng)然還可以設(shè)置其他的判斷條件，其他的判斷條件此處不一一舉例。
[0067]步驟S306:若不滿足，則該指紋采集裝置則通過該信號處理單元控制調(diào)整該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓和該共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)碾妷褐抵兄辽僖豁?xiàng)，直至該信號處理單元根據(jù)該數(shù)字信號得到的指紋圖像的直方圖滿足該預(yù)設(shè)條件。
[0068]具體地，若該初始指紋圖像的直方圖不滿足預(yù)設(shè)條件，則該信號處理單元控制調(diào)整可調(diào)增益放大電路的放大倍數(shù)，或者控制調(diào)整該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，或者調(diào)整該共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)碾妷褐?直至該信號處理單元新生成的指紋圖像的直方圖能夠滿足預(yù)設(shè)條件。
[0069]舉例來說，當(dāng)出現(xiàn)圖5所示的指紋圖像的電壓范圍中的最大值大于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍中的最大值，且該指紋圖像的電壓范圍中的最小值小于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍中的最小值時(shí)(往往出現(xiàn)在指紋的飽和度過高的情況下)，該信號處理單元可以基于與該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間建立的通路，向該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送控制信號來調(diào)高該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓;或者該信號處理單元可以基于與該可調(diào)增益放大器之間建立的通路，向該可調(diào)增益放大器發(fā)送控制信號來減小該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，使得該初始指紋圖像的電壓范圍最終落入該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍。
[0070]當(dāng)出現(xiàn)圖6所示的指紋圖像的電壓范圍落入該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍，且該指紋圖像的電壓范圍在該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍中占的比例較小時(shí)(往往出現(xiàn)在指紋的飽和度過低的情況下)，該信號處理單元可以基于與該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間建立的通路，向該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送控制信號來調(diào)低該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓;或者該信號處理單元可以基于與該可調(diào)增益放大器之間建立的通路，向該可調(diào)增益放大器發(fā)送控制信號來增大該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，使得該初始指紋圖像的電壓范圍占該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的比例上升到預(yù)設(shè)值。
[0071]當(dāng)出現(xiàn)圖7所示的指紋圖像的電壓范圍的最大值大于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的最大值，但該指紋圖像的電壓范圍的最小值大于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的最小值時(shí)(指紋圖像的電壓范圍的最小值小于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的最小值，但該指紋圖像的電壓范圍的最大值小于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的最大值時(shí)同理)，該信號處理單元可以基于與該共模電壓補(bǔ)償電路之間建立的通路，向該共模電壓補(bǔ)償電路發(fā)送控制信號來調(diào)整該共模電壓補(bǔ)償電路輸出的補(bǔ)償電壓的大小，使得該初始指紋圖像的電壓范圍的中間值靠近該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的中間值。進(jìn)一步地，當(dāng)該初始指紋圖像的電壓范圍的中間值靠近該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的中間值時(shí)，如果又出現(xiàn)了圖5和圖6所示的情況，則該信號處理單元可以控制該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，或者該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓來解決出現(xiàn)的問題。
[0072]可選的，如果出現(xiàn)了直方圖中的電壓范圍的電壓寬度與電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的電壓寬度不同，且該電壓范圍的中間值與該電壓測量范圍的中間值相差較遠(yuǎn)時(shí)，可以通過如下流程來進(jìn)行處理:
[0073]第一步:通過所述信號處理單元計(jì)算所述直方圖中的電壓范圍的電壓寬度。
[0074]第二步:通過所述信號處理單元計(jì)算所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的電壓寬度。
[0075]第三步:判斷所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度的大小關(guān)系O
[0076]第四步:當(dāng)所述電壓范圍的電壓寬度大于所述電壓測量范圍的電壓寬度時(shí)，通過所述信號處理單元將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)高，或者減小所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，以使所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度相等；
[0077]當(dāng)所述電壓范圍的電壓寬度小于所述電壓測量范圍的電壓寬度時(shí)，通過所述信號處理單元將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)低，或者增大所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，以使所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度相等。
[0078]第五步:當(dāng)所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度相等時(shí)，通過所述信號處理單元獲取所述直方圖中的電壓范圍最大值和電壓最小值。
[0079]第六步:通過所述信號處理單元根據(jù)所述電壓最大值和所述電壓最小值計(jì)算出所述電壓范圍的中間值。
[0080]第七步:通過所述信號處理單元計(jì)算所述電壓范圍的中間值與所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的中間值的電壓差值。
[0081]第八步:通過所述信號處理單元根據(jù)所述電壓差值確定補(bǔ)償電壓。
[0082]第九步:通過所述信號處理單元向所述共模電壓補(bǔ)償電路發(fā)送控制信號以控制所述共模電壓補(bǔ)償電路輸出與所述補(bǔ)償電壓相同大小的電壓。
[0083]需要說明的是，上述第一步到第九步的方案僅為一種可選的的方案，在實(shí)際操作過程中通過調(diào)整這些步驟的順序，或者省略一些步驟，或者以其他類似步驟來代替其中的某些步驟也可以達(dá)到相同或相近的有益效果。本發(fā)明實(shí)施例中描述的“電壓寬度”一般針對一個(gè)電壓范圍來說，假如電壓的取值范圍為Ov?10v，那么對應(yīng)的電壓寬度為(10-0) = 1v;假如電壓的取值范圍為20v?ΙΟΟν，那么對應(yīng)的電壓寬度為(100-20)=80v。
[0084]可選的，指紋圖像的電壓范圍的中間值可以基于該指紋圖像的電壓范圍的最大值和最小值通過預(yù)設(shè)算法計(jì)算得到，該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的中間值可以基于該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的最大值和最小值通過預(yù)設(shè)算法計(jì)算得到。補(bǔ)償電壓的大小也可以基于該指紋圖像的電壓范圍的中間值和該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的中間值的差值計(jì)算得到。
[0085]可選的，該信號處理單元可以根據(jù)該指紋圖像的電壓范圍的最大值和最小值計(jì)算指紋圖像的最大的灰度差，該灰度差需要盡量分布在電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍內(nèi)，以達(dá)到整個(gè)指紋圖像的對比度和飽和度的平衡，進(jìn)一步地，該信號處理單元還可以結(jié)合該灰度差和該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍來確定該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)。進(jìn)一步地，該信號處理單元還可以基于該指紋圖像的電壓范圍的最大值和最小值的差值，為該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓。
[0086]在圖3所示的方法中，該指紋采集裝置可以通過信號處理單元對采集到的指紋圖像的直方圖進(jìn)行分析，判斷該指紋圖像的電壓范圍是否落入到的該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓測量范圍內(nèi)較合適的位置，若沒有落入到較合適的位置則通過該信號處理單元向該可調(diào)增益放大器、該共模電壓補(bǔ)償電路和電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器中至少一塊功能單元發(fā)送控制信號，控制調(diào)整該可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)、或者控制調(diào)整該共模電壓補(bǔ)償電路的補(bǔ)償電壓和或者控制調(diào)整該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓，使得該指紋圖像的電壓范圍落入到的該電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電壓測量范圍內(nèi)較合適的位置，這樣一來，在保護(hù)層的厚度不均勻以及用戶間指紋差異較大的情況下仍可獲得較清楚的指紋圖像。
[0087]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括:R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
[0088]以上實(shí)施例僅揭露了本發(fā)明中較佳實(shí)施例，不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種指紋采集方法，其特征在于，所述指紋采集方法應(yīng)用于指紋采集裝置，所述指紋采集裝置包括指紋感應(yīng)陣列、可調(diào)增益放大器、共模電壓補(bǔ)償電路、電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信號處理單元，所述方法包括: 通過所述指紋感應(yīng)陣列采集指紋信息以得到電壓信號； 通過所述可調(diào)增益放大器對所述電壓信號放大以得到放大信號； 通過所述共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償所述放大信號以消除所述放大信號的噪聲； 通過所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器將消除了所述噪聲的放大信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 通過所述信號處理單元根據(jù)所述數(shù)字信號得到初始指紋圖像，判斷所述初始指紋圖像的直方圖是否滿足預(yù)設(shè)條件； 若不滿足，則通過所述信號處理單元控制調(diào)整所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓和所述共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)碾妷褐抵兄辽僖豁?xiàng)，直至所述信號處理單元根據(jù)數(shù)字信號得到的指紋圖像的直方圖滿足所述預(yù)設(shè)條件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過所述信號處理單元控制調(diào)整所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓和所述共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)碾妷褐抵兄辽僖豁?xiàng)包括: 當(dāng)所述初始指紋圖像的直方圖的電壓范圍超出所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍時(shí)，將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)高，或者減小所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)；當(dāng)所述初始指紋圖像的直方圖的電壓范圍占所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的比例小于預(yù)設(shè)比例時(shí)，將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)低，或者增大所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述共模電壓補(bǔ)償電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述可調(diào)增益放大器包括多級放大元件串聯(lián)形成的放大器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述可調(diào)增益放大器為開關(guān)電容放大器。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器為流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器或者為逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率為最低有效位LSB電壓。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在在于，所述通過所述信號處理單元控制調(diào)整所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓和所述共模電壓補(bǔ)償電路補(bǔ)償?shù)碾妷褐抵兄辽僖豁?xiàng)包括: 通過所述信號處理單元計(jì)算所述直方圖中的電壓范圍的電壓寬度； 通過所述信號處理單元計(jì)算所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的電壓寬度； 判斷所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度的大小關(guān)系； 當(dāng)所述電壓范圍的電壓寬度大于所述電壓測量范圍的電壓寬度時(shí)，通過所述信號處理單元將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)高，或者減小所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，以使所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度相等； 當(dāng)所述電壓范圍的電壓寬度小于所述電壓測量范圍的電壓寬度時(shí)，通過所述信號處理單元將所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓調(diào)低，或者增大所述可調(diào)增益放大器的放大倍數(shù)，以使所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度相等。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述電壓范圍的電壓寬度與所述電壓測量范圍的電壓寬度相等時(shí)，所述方法還包括: 通過所述信號處理單元獲取所述直方圖中的電壓范圍最大值和電壓最小值； 通過所述信號處理單元根據(jù)所述電壓最大值和所述電壓最小值計(jì)算出所述電壓范圍的中間值； 通過所述信號處理單元計(jì)算所述電壓范圍的中間值與所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓測量范圍的中間值的電壓差值； 通過所述信號處理單元根據(jù)所述電壓差值確定補(bǔ)償電壓； 通過所述信號處理單元向所述共模電壓補(bǔ)償電路發(fā)送控制信號以控制所述共模電壓補(bǔ)償電路輸出與所述補(bǔ)償電壓相同大小的電壓。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述指紋感應(yīng)陣列、所述可調(diào)增益放大器、所述共模電壓補(bǔ)償電路、所述電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器和所述信號處理單元集成在同一個(gè)專用集成電路ASIC中。
【文檔編號】G06K9/62GK106022271SQ201610345416
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】劉鳴宇, 孫志寶
【申請人】深圳市奔凱安全技術(shù)股份有限公司