多頻譜超聲成像的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示用于多頻譜超聲成像的系統(tǒng)及方法。在一個實施例中，以多個超聲掃描頻率掃描手指。每一掃描頻率提供描述所述手指的多個像素的圖像信息集，包含指示從手指提供于其上的壓板的表面反射的能量的量的信號強度。針對所述像素中的每一者，組合對應于所述掃描頻率中的每一者的像素輸出值以產(chǎn)生每一像素的組合像素輸出值。本發(fā)明還揭示用于改進多頻譜超聲成像的數(shù)據(jù)捕獲的系統(tǒng)及方法。
【專利說明】
多頻譜超聲成像
[0001] 相關申請案交叉參考
[0002] 本申請案主張在2014年3月6日申請的標題為"多頻譜超聲成像(Multi-Spec化曰1 叫化asonic Imagingr的美國臨時申請案第61/948,778號及在2015年3月4日申請的標題 為"多頻譜超聲成像(Multi-Spechal叫trasonic Imaging)"的美國非臨時申請案第14/ 639,116號的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，所述美國非臨時申請案的全部內(nèi)容W引用的方式并入本文中。
技術(shù)領域
[0003] 本發(fā)明設及使用多頻譜超聲成像的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 超聲掃描器可由各種類型的材料構(gòu)成。通常，要求此掃描器中所使用的超聲能穿 過運些材料的大部分。超聲波穿過或擊穿的各種材料的性質(zhì)可具有關于分散、衍射、吸收及 反射的不同性質(zhì)，使得所述材料將W不同方式分散、衍射、吸收及反射超聲能，且運些差異 可取決于超聲能的波長。使用單個超聲頻率來成像特定對象可產(chǎn)生有限的關于正成像的對 象的信息和細節(jié)。
[0005] 在超聲傳感器陣列的制造期間，容差可在超聲傳感器堆找內(nèi)增加，其影響信號路 徑且可造成其中所收集數(shù)據(jù)確實利用系統(tǒng)的最優(yōu)可用信號及響應的情況。此外，數(shù)據(jù)質(zhì)量 可為頻率相依且目標的結(jié)構(gòu)組成可呈現(xiàn)頻率相依性。
[0006] 由制造超聲掃描系統(tǒng)引起的正常變化可致使一個超聲掃描系統(tǒng)W顯著不同于另 一者的方式表現(xiàn)，盡管兩個掃描系統(tǒng)是在所要容差內(nèi)且根據(jù)相同程序制造。運些差異的結(jié) 果可意味著一個掃描器W最優(yōu)頻率收集信息，而另一掃描器沒有。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)中已應用的基本方法論必須W單個特定頻率執(zhí)行掃描，所述單個特定頻 率使信號輸出在被定位在傳感器堆找內(nèi)的薄膜晶體管(TFT)陣列捕獲時最大化。單個頻率 可主要由傳感器堆找的厚度及材料性質(zhì)確定且用于區(qū)分所成像的手指的指紋凸起紋與凹 陷紋區(qū)域。在制作設置(無指紋參考的情況下）中，通過選擇傳感器陣列輸出在兩種狀況(一 種狀況為超聲發(fā)射器激勵電壓接通且一種狀況為發(fā)射器關斷)下最大化的頻率來作出頻率 確定。此方法論可產(chǎn)生在較現(xiàn)實設置中可能不匹配關于指紋圖像清晰度的預期結(jié)果的圖像 信息集。還可能需要在整個正常使用中調(diào)諧操作頻率，此可導致不一致結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的一個方面可描述為掃描手指的方法。方法可包含多個超聲掃描頻率 掃描定位在超聲傳感器的成像表面上的手指。超聲信號到組織區(qū)域的穿透深度可針對不同 頻率不同且最終可導致在被TFT陣列捕獲時反射信號水平的變化。可通過在無手指存在于 成像表面上W多個測試頻率進行掃描且識別峰值測試頻率來選擇多個掃描頻率。峰值測試 頻率可為緊接較低測試頻率及緊接較高測試頻率較之所述峰值測試頻率返回較少能量的 測試頻率。
[0009] 所述方法可包含:針對所述掃描頻率中的每一者從所述超聲傳感器的多個像素產(chǎn) 生超聲圖像信息集。所述圖像信息集可包含來自所述多個像素中的每一者的像素輸出值， 每一像素輸出值指示從所述成像表面反射的能量的量。每一掃描頻率可提供描述與指紋相 關聯(lián)的多個像素輸出信號水平的圖像信息集。每一像素輸出值可指示信號強度，所述信號 強度指示從手指提供于其上的壓板的表面反射的超聲能的量。如本文中所使用，術(shù)語"圖 像"是指圖像信息集的一種形式。
[0010] 所述方法可進一步包括:組合對應于所述掃描頻率中的每一者的所述圖像信息集 W產(chǎn)生組合圖像信息集的步驟。所述組合圖像信息集可包含來自所述多個像素中的每一者 的組合像素輸出值。組合所述圖像信息集可包含:將像素輸出值相加 W產(chǎn)生一和，使所述和 除W掃描頻率的數(shù)目W產(chǎn)生所述像素中的每一者的平均值，及使用所述平均值作為所述組 合值。如本文中所使用，術(shù)語"組合"意指數(shù)學組合。
[0011] 在一些實施例中，所述方法可進一步包含:使用所述多個超聲圖像信息集來作出 活性確定及提供指示所述活性確定的活性輸出信號。
[0012] 在一些實施例中，所述方法可進一步包含:將每一像素輸出值變換成灰度值并將 所述灰度值提供用于所述多個像素作為表示所述手指的所述指紋的所述組合圖像信息集。
[0013] 在一些實施例中，組合所述圖像信息集包含:針對每一掃描頻率，識別權(quán)重因數(shù)； 使每一像素輸出值乘W所述對應權(quán)重因數(shù)W產(chǎn)生像素輸出值乘積;將所述像素輸出值乘積 相加 W產(chǎn)生一和，使所述和除W掃描頻率的數(shù)目W產(chǎn)生針對所述像素輸出值中的每一者的 平均值，及將所述平均值用作組合像素輸出值?？墒褂肳下方程式計算所述權(quán)重因數(shù)：
[001 4] 師= e (avgi*f i) _ e (avgi*fmax) ) / e (avgi*fmin) _ e (avgi*fmax))
[0015] 其中w(fi)為針對第i個掃描頻率的權(quán)重因數(shù)，avgi為第i個掃描頻率及下一較低掃 描頻率下的像素輸出值的平均值，fmin為最低掃描頻率;且fmax為最高掃描頻率。
[0016] 在另一實施例中，組合所述圖像信息集可包含:形成針對所述掃描頻率中的每一 者的協(xié)方差矩陣。所述協(xié)方差矩陣可從圖像信息集中的像素輸出值形成。所述協(xié)方差矩陣 可經(jīng)組合W提供具有每一像素輸出值的組合值的組合矩陣。在一個實施例中，組合所述協(xié) 方差矩陣包括:在所述協(xié)方差矩陣中的各項之間進行插值。
[0017] 在一個實施例中，所述方法可包含:針對每一掃描頻率，識別權(quán)重因數(shù);及在數(shù)學 組合所述協(xié)方差矩陣之前使所述協(xié)方差矩陣中的每一項乘W所述對應權(quán)重因數(shù)。可使用W 下方程式計算所述權(quán)重因數(shù)：
[001 8] . ) = (^e(avgi*fi)_e(avgi*fmax) )/j^e(avgi*fmin)_e(avgi*finax))
[0019] 其中w化)為針對所述第i個掃描頻率的權(quán)重因數(shù)，avg功所述第i個掃描頻率及下 一掃描頻率下的像素輸出值的平均值，fmin為最低掃描頻率，且fmax為最高掃描頻率。
[0020] 所述方法可進一步包含:使所述像素中的每一者的每一組合值與灰度值相關的步 驟。所述方法可進一步包含:將所述灰度值提供作為所述手指或指紋的表示的步驟。
[0021] 所述方法可進一步包含:在手指不在超聲傳感器的成像表面上的情況下W多個超 聲測試頻率進行掃描的步驟。所述方法可進一步包含:選擇一或多個峰值測試頻率的步驟。 每一所選擇峰值測試頻率可具有高于大部分其它峰值測試頻率的反射信號。所述方法可進 一步包含:將所選擇峰值測試頻率用作多個掃描頻率的步驟?？赏ㄟ^對所述峰值測試頻率 中的所選擇者加上或減去預定偏移來識別額外掃描頻率。在另一實施例中，可通過W下操 作來選擇額外掃描頻率:識別包含峰值測試頻率中的所選擇者的范圍及選擇將在所識別范 圍內(nèi)的掃描頻率。在一個實施例中，可通過識別所選擇峰值測試頻率的諧波來選擇額外掃 描頻率。在另一實施例中，所述方法可進一步包含:評估所述峰值測試頻率的圖像質(zhì)量及選 擇具有比其它峰值測試頻率更佳的圖像質(zhì)量的峰值測試頻率。
[0022] 本發(fā)明的一個方面可被描述為用于產(chǎn)生目標對象的自動共同寄存圖像信息集的 系統(tǒng)。所述系統(tǒng)還可被描述為用于掃描手指的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括經(jīng)配置W接納手指的 成像表面。所述成像表面可為基本上平面的。所述系統(tǒng)還可包括平面波超聲發(fā)射器。所述平 面波超聲發(fā)射器可響應于信號產(chǎn)生器而產(chǎn)生一或多個超聲平面波。所述信號產(chǎn)生器可能夠 形成在超聲頻率范圍內(nèi)的不同離散頻率的電信號。
[0023] 所述系統(tǒng)可進一步包括發(fā)射器驅(qū)動器放大器。所述放大器可經(jīng)配置W從所述信號 產(chǎn)生器接收電信號并使用所述電信號來驅(qū)動所述超聲發(fā)射器?？赏ㄟ^所述發(fā)射器將超聲波 引導至所述成像表面，且可將一或多個超聲信號從所述成像表面反射到超聲傳感器陣列， 且所述目標對象接觸所述超聲傳感器陣列。所述超聲傳感器陣列可經(jīng)配置W檢測一或多個 經(jīng)反射超聲波。在一些實施方案中，所述系統(tǒng)可進一步包含用于將所述一或多個所檢測超 聲波分成其頻率分量的一組帶通濾波器。
[0024] 所述系統(tǒng)可進一步包含用于針對在每一關注頻率下的每一所接收信號形成或產(chǎn) 生對象的圖像信息集的電子子系統(tǒng)。電子子系統(tǒng)可包括處理器或邏輯電路。電子子系統(tǒng)還 可經(jīng)配置W組合所述圖像信息集?？墒褂媚温栠d多模融合系統(tǒng)來將圖像信息集啟發(fā)式 地組合或概率性地組合W產(chǎn)生目標對象的輸出表示，例如圖像。
[0025] 本發(fā)明的一個方面還可被描述為存儲計算機可執(zhí)行代碼的非暫時性計算機可讀 媒體。所述可執(zhí)行代碼可包括用多個超聲掃描頻率掃描定位在超聲傳感器的成像表面 上的手指的指令。所述可執(zhí)行代碼可進一步包括用W針對所述掃描頻率中的每一者從所述 超聲傳感器的多個像素產(chǎn)生超聲圖像信息集的指令。所述圖像信息集可包含來自多個像素 中的每一者的像素輸出值。每一像素輸出值可指示從所述成像表面反射的能量的量。所述 可執(zhí)行代碼可進一步包括用W組合對應于所述掃描頻率中的每一者的所述圖像信息集W 產(chǎn)生組合圖像信息集的指令。所述組合圖像信息集可包含來自所述多個像素中的每一者的 組合像素輸出值。所述可執(zhí)行代碼可進一步包括用W將每一像素輸出值變換成灰度值及將 所述多個像素的所述灰度值提供作為表示所述手指的所述指紋的組合圖像信息集的指令。 所述可執(zhí)行代碼可進一步包括用W使用多個超聲圖像信息集來進行活性確定及提供指示 所述活性確定的活性輸出信號的指令。
[0026] 本發(fā)明的一個態(tài)樣還可被描述為用于掃描手指的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括用于響應 于能夠產(chǎn)生超聲頻率范圍內(nèi)的不同離散頻率的電信號的信號產(chǎn)生器而產(chǎn)生一或多個超聲 平面波（"MFG")的裝置。所述系統(tǒng)可進一步包括用于響應于來自所述信號產(chǎn)生器的電信號 而驅(qū)動所述MFG的裝置。所述系統(tǒng)可進一步包括:用于接觸所述手指并將來自所述MFG的超 聲波作為超聲信號反射到超聲傳感器陣列裝置的裝置，其中所述超聲傳感器陣列裝置經(jīng)配 置W接收所述經(jīng)反射超聲信號。所述系統(tǒng)可進一步包括用于針對在每一關注頻率下的每一 所接收經(jīng)反射超聲信號形成所述手指的圖像信息集并組合所述所形成圖像信息集的裝置。 在一個實施例中，所述系統(tǒng)可進一步包括用于將所述一或多個所接收超聲信號分成其頻率 分量的裝置。用于組合所形成圖像信息集的裝置可經(jīng)配置W使用奈曼皮爾遜多模融合來啟 發(fā)式地產(chǎn)生輸出圖像或概率性地產(chǎn)生輸出圖像。
【附圖說明】
[0027] 為了較全面理解本發(fā)明的性質(zhì)及目的，應參考隨附圖式及隨后描述?，F(xiàn)在將參考 附圖通過非限制性實例對本發(fā)明進行描述，其中：
[0028] 圖1展示具有對應于橫穿超聲傳感器陣列的六個不同超聲波(每一者處于不同頻 率)的信息的標繪圖；
[0029] 圖2描繪用于產(chǎn)生超聲圖像信息集的方法，所述超聲圖像信息集基于針對不同頻 率的數(shù)個發(fā)射器激勵信號依序發(fā)射、處理及重復所述方法；
[0030] 圖3說明用于形成基于線性調(diào)頻脈沖類型發(fā)射器激勵信號的超聲圖像信息集的方 法；
[0031] 圖4為說明利用具有任選加權(quán)的逐像素算術(shù)平均的多頻譜超聲成像的方法的流程 圖；
[0032] 圖5說明描繪用于產(chǎn)生對應于目標對象的超聲圖像信息集的超聲傳感器系統(tǒng)的框 圖；
[0033] 圖6為展示用于產(chǎn)生與超聲傳感器陣列的外表面接觸的對象的超聲圖像信息集的 系統(tǒng)的第一配置的圖；
[0034] 圖7描繪展示用于產(chǎn)生與定位在超聲傳感器陣列上的壓板的外表面接觸的對象的 超聲圖像信息集的系統(tǒng)的第二配置的圖；
[0035] 圖8A及8B描繪依序應用于發(fā)射器的針對一組兩個或兩個W上激勵頻率的發(fā)射器 及接收器信號，其中針對每一所應用頻率獲取圖像信息集；
[0036] 圖9A描繪依序應用于發(fā)射器的針對一組兩個或兩個W上激勵頻率的發(fā)射器及接 收器信號，其中針對所述激勵頻率組獲取圖像信息集；
[0037] 圖9B描繪針對W第一頻率開始且W第二頻率結(jié)束的線性調(diào)頻脈沖發(fā)射器激勵序 列（向上線性調(diào)頻脈沖或向下線性調(diào)頻脈沖）的發(fā)射器及接收器信號；
[0038] 圖10描繪兩個或兩個W上超聲圖像信息集的逐點算術(shù)平均；
[0039] 圖11為說明用于使用兩個或兩個W上協(xié)方差矩陣來形成組合圖像信息集的方法 的流程圖；
[0040] 圖12描繪用于使用基于協(xié)方差的插值來形成組合圖像信息集的方法；
[0041] 圖13為說明提供指紋表示的方法的流程圖；
[0042] 圖14描繪對應于各種激勵頻率選擇的曲線圖；
[0043] 圖15描繪對應于額外激勵頻率選擇的曲線圖；
[0044] 圖16描繪說明校準方法的曲線圖；
[0045] 圖17描繪說明額外校準方法的曲線圖；
[0046] 圖18為說明借助線性調(diào)頻脈沖激勵的多頻譜超聲成像的方法的流程圖；
[0047] 圖19為說明用于借助逐像素算術(shù)平均及任選加權(quán)的多信息集線性調(diào)頻脈沖激勵 的多頻譜超聲成像的方法的流程圖；
[0048] 圖20描繪說明線性調(diào)頻脈沖序列確定的兩個曲線圖；
[0049] 圖21及22描繪說明各種線性調(diào)頻脈沖序列的曲線圖；
[0050] 圖23A、23B、24A及24B描繪說明經(jīng)線性調(diào)頻脈沖編碼的發(fā)射器信號的FFT的曲線 圖；
[0051] 圖25為超聲傳感器陣列的圖；
[0052] 圖26為超聲指紋傳感器的多個配置；
[0053] 圖27描繪超聲傳感器系統(tǒng)的框圖；
[0054] 圖28描繪發(fā)射器接通與發(fā)射器關斷條件之間的傳感器陣列的輸出的差異的頻率 響應；
[0055] 圖29描繪針對在兩種狀況下的手指所獲得的傳感器輸出信號振幅的直方圖；
[0056] 圖30描繪手指的樣本圖像輪廓及對應直方圖；
[0057] 圖31描繪展示所選擇凸起紋區(qū)域與凹陷紋區(qū)域之間的模擬電壓比較的變化性圖；
[0058] 圖32描繪如在空氣減去目標電壓差對超聲發(fā)射器激勵信號的頻率之間所標繪的 負峰值及正峰值；
[0059] 圖33到36描繪用W確定目標對象的活性的基于多頻的方法；
[0060] 圖37A到C描繪在用于多頻譜超聲成像的系統(tǒng)的一個配置中從目標對象的各種部 分反射的信號的標繪圖；
[0061] 圖38A到C描繪在用于多頻譜超聲成像的系統(tǒng)的另一配置中從目標對象的各種部 分反射的信號的標繪圖；
[0062] 圖39A到C描繪在用于多頻譜超聲成像的系統(tǒng)的另一配置中從目標對象的各種部 分反射的信號的標繪圖；
[0063] 圖39A到F描繪圖39A至化的系統(tǒng)中實施的各種距離口的集成接收器輸出的標繪圖；
[0064] 圖40A到C描繪在用于多頻譜超聲成像的系統(tǒng)的另一配置中的從目標對象的各種 部分反射的信號的標繪圖；
[0065] 圖40A到F描繪圖39A至化的系統(tǒng)中實施的各種距離口的集成接收器輸出的標繪圖；
[0066] 圖41A到C描繪在用于多頻譜超聲成像的系統(tǒng)的另一配置中的從目標對象的各種 部分反射的信號的標繪圖；
[0067] 圖41A到F描繪圖41A至化的系統(tǒng)中實施的各種距離口的集成接收器輸出的標繪圖；
[0068] 圖42為活性檢測方法的流程圖;且
[0069] 圖43為用于掃描手指的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0070] 本發(fā)明的一個方面大體來說設及用于提供關于目標對象的信息的超聲傳感器系 統(tǒng)。在一些實施方案中，信息可從應用于超聲發(fā)射器的多個激勵信號獲得，每一激勵信號處 于不同頻率。與通過利用單個激勵頻率可提供的相比，通過使用多個超聲頻率，可提供更多 關于目標對象的信息。
[0071] 超聲指紋傳感器可通過產(chǎn)生超聲波并將其發(fā)射朝向壓板型成像表面來起作用。期 望關于其的信息的目標對象可位于所述壓板上。在目標對象為手指時，所要信息可與指紋 有關。到達壓板的超聲能中的一些被反射，且此反射能可被檢測。可獲取所述反射能的強度 及接收其所在位置?？蒞數(shù)據(jù)集的形式記錄所獲取信號。所述數(shù)據(jù)集可用于形成數(shù)據(jù)流，所 述數(shù)據(jù)流可用于產(chǎn)生目標對象的視覺圖像，所述視覺圖像可經(jīng)由監(jiān)視器或打印機來提供。 在一些實施方案中，所獲取信號可形成也稱作超聲圖像信息集的數(shù)據(jù)集，所述超聲圖像信 息集可進一步經(jīng)處理W產(chǎn)生組合圖像信息集。所述組合圖像信息集可(例如）用于并入有超 聲指紋傳感器的移動裝置(例如，移動電話、平板計算機或便攜式醫(yī)療裝置)的用戶的注冊、 驗證及鑒別。
[0072] 本發(fā)明的一個方面可體現(xiàn)于用于多頻譜超聲成像W與系統(tǒng)特定最大值更接近對 準的系統(tǒng)及/或方法中。舉例來說，根據(jù)相同設計生產(chǎn)且從相同生產(chǎn)設施制造的超聲傳感器 可仍然具有可影響每一傳感器的性能的差異。
[0073] 舉例來說，在超聲傳感器的制造期間，將存在多個超聲波橫穿的材料界面及材料 塊體介質(zhì)。由于制造過程中的正常變化，每一傳感器可在超聲信號穿過其時在其共振頻率 方面且在其效應方面稍微不同。運些共振差異可在頻率的合理小改變范圍內(nèi)展示多達50% 的改變。因此，在20MHz的發(fā)射器激勵頻率下獲得良好輸出的相同系統(tǒng)可在19MHz或2 IMHz的 頻率的情況下僅展示所述輸出的一半。
[0074] 可通過使用一個W上掃描頻率，且接著組合從每一掃描頻率導出的圖像信息集來 調(diào)節(jié)個別傳感器之間的差異。另外，通過多個頻率的聲透射可允許收集關于目標對象的數(shù) 據(jù)，其賦予比單個單色聲透射更佳的目標對象的表示。通過多個頻率的超聲系統(tǒng)中的聲透 射(作為單個序列信號或作為具有激勵頻率頻譜的復合信號）允許增強成像同時允許系統(tǒng) 中的較寬松制作容差且因此可使用更成本有效的制作技術(shù)。
[0075] 在一些實施方案中，多頻譜超聲傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生多個對應于目標對象的數(shù)據(jù)集或 圖像信息集，每一圖像信息集是借助在不同超聲頻率下獲得的信息而產(chǎn)生的。術(shù)語多頻譜 通常是指在構(gòu)造目標對象的圖像信息集中使用2個、3個、4個或4個W上頻率或波長的系統(tǒng)。 多頻譜系統(tǒng)還可被稱作超頻譜系統(tǒng)。在超聲接收器能夠在許多不同頻率下檢測到超聲能， 且距目標對象固定距離時，可執(zhí)行產(chǎn)生圖像信息集。舉例來說，用戶可將手指放置在其上的 壓板的表面可距下伏超聲傳感器陣列的像素距離固定距離?？赏ㄟ^用發(fā)射器激勵信號來驅(qū) 動超聲發(fā)射器W產(chǎn)生離散頻率超聲波來產(chǎn)生所要超聲波。在一些實施方案中，發(fā)射器可經(jīng) 驅(qū)動W產(chǎn)生超聲波形，所述超聲波形為所要頻率的和且作為具有多個所要頻率的復合能量 超聲波形同時發(fā)布。
[0076] 離散頻率下的多頻譜掃描可實施為"線性調(diào)頻脈沖"。線性調(diào)頻脈沖為頻率隨時間 增加（'向上線性調(diào)頻脈沖'）或減少（'向下線性調(diào)頻脈沖'）且可連續(xù)的信號。在超聲學中， 可形成激勵信號W展現(xiàn)線性調(diào)頻脈沖，且在運樣做時所產(chǎn)生波形將與材料的色散性質(zhì)交 互，隨著超聲信號傳播增加或減少總色散。利用線性調(diào)頻脈沖激勵信號允許收集具有更多 信息內(nèi)容的數(shù)據(jù)。
[0077] 線性調(diào)頻脈沖激勵信號的使用使得傳感器系統(tǒng)能夠在廣泛頻率范圍內(nèi)聲穿透并 收集關于目標的信息。超聲傳感器系統(tǒng)可從超聲傳感器陣列中的傳感器像素獲取像素輸出 信號，將像素輸出信號數(shù)字化，并通過一系列濾波器傳遞經(jīng)數(shù)字化像素輸出信號（或值 提取所需要數(shù)據(jù)。替代地，可使用離散頻率脈沖來聲穿透目標并從反射信號收集數(shù)據(jù)，接著 發(fā)射器激勵頻率可被改變且重復過程W在多個不同頻率下獲得關于目標對象的數(shù)據(jù)?？稍?非常小時間增量內(nèi)借助發(fā)射激勵信號和接收及處理反射信號來非?？焖俚赝瓿伤鲞^程。 取決于從發(fā)射器到壓板的表面且返回到超聲傳感器陣列的距離，此過程可在數(shù)微秒(或如 果設及較大距離，那么數(shù)毫秒）內(nèi)完成。
[0078] 在操作超聲系統(tǒng)時使用基于線性調(diào)頻脈沖的方法的額外優(yōu)點為允許制造超聲發(fā) 射器接收器系統(tǒng)的更多靈活性。使用基于線性調(diào)頻脈沖的系統(tǒng)可調(diào)節(jié)制造差異且允許來自 每一系統(tǒng)的經(jīng)改進響應。
[0079] 圖1展示具有對應于橫穿超聲傳感器陣列的六個不同超聲波(每一超聲波處于不 同頻率)的信息的標繪圖。垂直軸為傳遞率且水平軸為聚苯乙締層的厚度，所述聚苯乙締層 為用作超聲傳感器的壓板的典型材料。對應于圖1的各種曲線的聚苯乙締層的厚度(XI)的 范圍從幾乎零到幾乎1英寸的千分之5。傳遞率(付)針對六個超聲頻率展示為:5MHz、10MHz、 15MHz、20MHz、25MHz及30MHz。從圖1將觀察到，在大約1.7密耳厚度處，30MHz產(chǎn)生幾乎100 % 傳遞率，且15MHz及5MHz兩者各自產(chǎn)生大致65%傳遞率。1.7密耳厚度處的其它頻率產(chǎn)生小 于50%傳遞率。應注意，圖1中所展示的其它超聲頻率的峰值傳遞率大致為
[0080] 25MHz-1.9密耳厚度15MHz-3.5密耳厚度 [0081 ] 20MHz-2.4密耳厚度lOMHz-4.7密耳厚度
[0082] 還將觀察到，30M化下的傳遞率函數(shù)的斜率相當睹峭接近峰值，所述峰值在大約 1.7密耳及3.5密耳處發(fā)生。此指示在30MHz下的傳遞率隨著聚苯乙締層的厚度的小改變而 迅速地下降接近峰值傳遞率。關于針對25MHz、20MHz及15MHz激勵頻率中的每一者的峰值傳 遞率，同樣如此一傳遞率隨著聚苯乙締層的厚度的小改變而迅速地下降。盡管圖1指示5MHz 及l(fā)OMHz具有較不睹峭的斜率，但運些頻率具有高傳遞率且因此有用，然而僅在圖1上所描 繪的聚苯乙締厚度的范圍的有限部分中。
[0083] 多離散頻率傳感器系統(tǒng)或基于線性調(diào)頻脈沖的系統(tǒng)的額外優(yōu)點為能夠區(qū)分壓板 上關注的對象與并非關注的那些對象的能力。舉例來說，假定超聲多頻譜系統(tǒng)被內(nèi)建到移 動裝置的顯示器中。還假定系統(tǒng)使用22MHz聲透射信號。顯示器上的雨滴將干擾對應于目標 對象的信息。然而，如果頻率下降至大概15MHz，那么雨水的水滴現(xiàn)在變得相對于超聲不可 見，運是因為其不具有恰當共振。多頻譜傳感器(即，線性調(diào)頻脈沖傳感器)將通過提供多個 頻率相依圖像信息集來避免檢測雨滴。可選擇信息集中的最佳者供進一步使用，或可進行 并使用信息集的復合。
[0084] 圖2描繪用于產(chǎn)生超聲圖像信息集的方法，所述超聲圖像信息集基于針對不同頻 率的數(shù)個發(fā)射器激勵信號依序發(fā)射、處理及重復所述方法。在此狀況下使用利用多個離散 頻率的系統(tǒng)。第一頻率可經(jīng)產(chǎn)生21、放大22并用于驅(qū)動超聲發(fā)射器，所述超聲發(fā)射器產(chǎn)生23 平面超聲波。從發(fā)射器產(chǎn)生23及射出的超聲信號行進穿過超聲傳感器堆找的禪接介質(zhì)（若 存在)及材料并與和目標對象接觸的壓板表面交互24。舉例來說，在壓板與空氣(例如，指紋 凹陷紋)介接的那些位置可反射25超聲能的部分，且反射能接著行進到超聲傳感器陣列，在 所述超聲傳感器陣列處檢測26到所述反射能。產(chǎn)生且可存儲27對應于所檢測能量的超聲圖 像信息集或數(shù)據(jù)集W供稍后使用。所述稍后使用可包含形成數(shù)據(jù)流，所述數(shù)據(jù)流致使目標 對象的圖像經(jīng)由監(jiān)視器顯示或用于指紋注冊、驗證及鑒別。用第二頻率重復過程，且產(chǎn)生且 可存儲對應于所檢測能量的第二圖像信息集W供稍后使用?？芍貜痛诉^程腳欠 W便形成N個 圖像信息集29。多個圖像信息集可經(jīng)組合W產(chǎn)生28多頻譜組合圖像信息集。
[0085] 圖3中描述另一類型的超聲多頻譜成像系統(tǒng)。圖3說明用于形成基于線性調(diào)頻脈沖 類型發(fā)射器激勵信號的超聲圖像信息集的方法。在適合于系統(tǒng)需要的分辨率的頻率范圍 內(nèi)，產(chǎn)生31線性調(diào)頻脈沖類型信號（向上線性調(diào)頻脈沖(頻率增加)或向下線性調(diào)頻脈沖(頻 率下降））。放大器32可放大激勵信號并驅(qū)動超聲平面波產(chǎn)生器。超聲信號(有時稱作脈沖或 單頻脈沖串（TB))從發(fā)射器發(fā)出33,行進穿過傳感器堆找的禪接介質(zhì)(若存在)及其它材料， 且與和目標對象接觸的壓板表面交互34?？煞瓷涑暷艿牟糠?，且反射能接著行進35到超 聲傳感器陣列，在所述超聲傳感器陣列處檢測到36所述反射能并將其轉(zhuǎn)換成電信號?？蓪?來自超聲傳感器陣列中的像素的經(jīng)轉(zhuǎn)換電信號發(fā)送到帶通濾波器37,所述帶通濾波器根據(jù) 頻率內(nèi)容分離信號的分量?？墒褂每焖俑盗⑷~處理替代離散帶通濾波器來實現(xiàn)分量的分 離。來自濾波過程的所得輸出可用于構(gòu)造38多個超聲圖像信息集，每一超聲圖像信息集代 表不同頻率下的目標對象。多個信息集可經(jīng)組合39W產(chǎn)生多頻譜圖像信息集。
[0086] 圖4為說明利用具有任選加權(quán)的逐像素算術(shù)平均的多頻譜超聲成像的方法的流程 圖。可W多個超聲頻率（"掃描頻率"）掃描指紋。每一掃描頻率可提供描述成像對象(例如指 紋)的圖像信息集。信息集可由掃描值數(shù)據(jù)構(gòu)成，且信息集中的每一基準可指示像素的信號 強度。每一像素的信號強度指示從手指提供于其上的壓板的表面反射到所述像素的能量的 量。W多個頻率進行掃描產(chǎn)生關于像素中的每一者的多個數(shù)據(jù)。對應于掃描頻率中的每一 者的掃描值數(shù)據(jù)可經(jīng)數(shù)學組合W產(chǎn)生每一像素的組合值。每一像素的組合值可與灰度值相 關，W便提供每一像素的灰度值。那些灰度值可共同提供W表示指紋。
[0087] 數(shù)學組合像素的圖像信息集可包含:將所述像素的像素輸出值相加 W產(chǎn)生一和， 及使所述和除W掃描頻率的數(shù)目W產(chǎn)生關于像素中的每一者的平均值。此平均值可用于使 用具有任選加權(quán)的逐像素求平均來從所獲取圖像信息集81、83、85計算87組合圖像信息集。
[0088] 可通過不同信息集的啟發(fā)式求和、求平均、比較或選擇來執(zhí)行組合離散共同注冊 信息集的過程。組合信息集的過程可使用概率性組合系統(tǒng)，例如奈曼皮爾遜多模融合系統(tǒng) (舉例來說，參見美國專利第7,287,013號）。啟發(fā)式系統(tǒng)可在計算上較不復雜，但奈曼皮爾 遜多模融合系統(tǒng)可能W額外復雜性為代價產(chǎn)生較準確輸出。
[0089] 數(shù)學組合掃描值數(shù)據(jù)可包含:針對每一掃描頻率，識別權(quán)重因數(shù)，及使每一掃描值 基準乘W對應權(quán)重因數(shù)W產(chǎn)生掃描值乘積?？蓪呙柚党朔e相加 W產(chǎn)生一和，及可使所述 和除W掃描頻率的數(shù)目W產(chǎn)生針對像素中的每一者的平均值。此平均值可用作上文所提及 的組合值。可使用W下方程式計算權(quán)重因數(shù)：
[0090]
[0091] 其中
[0092] w(fi)為第i個掃描頻率的權(quán)重因數(shù)；
[0093] avgi為第i個掃描頻率及下一較低掃描頻率下的掃描值數(shù)據(jù)的平均值；
[0094] fmin為最低掃描頻率;且 [009引fmax為最高掃描頻率。
[0096] 數(shù)學組合掃描值數(shù)據(jù)的另一方法可包含:從信息集中的掃描值數(shù)據(jù)形成掃描頻率 中的每一者的協(xié)方差矩陣，及數(shù)學組合所述協(xié)方差矩陣W提供具有每一像素的組合值的組 合矩陣。為組合協(xié)方差矩陣，協(xié)方差矩陣中的每一者中的對應項可經(jīng)插值W提供組合協(xié)方 差矩陣，其中的項為經(jīng)插值的值。
[0097] 可對協(xié)方差矩陣中的一或多者加權(quán)重。如果期望特定掃描頻率的權(quán)重，那么可識 別用于對應協(xié)方差矩陣的權(quán)重因數(shù)，且可在數(shù)學組合協(xié)方差矩陣之前使對應協(xié)方差矩陣中 的每一項乘W權(quán)重因數(shù)?？墒褂肳下方程式計算權(quán)重因數(shù)：
[0098]
[0099] 其中
[0100] W(fi)為第i個掃描頻率的權(quán)重因數(shù)；
[0101] avgi為第i個掃描頻率與下一掃描頻率下的掃描值數(shù)據(jù)的平均值；
[0102] fmin為最低掃描頻率;且
[0103] fmax為最高掃描頻率。
[0104] 可通過在多個測試頻率下部存在任何手指的情況下進行掃描并識別峰值測試頻 率來選擇掃描頻率。峰值測試頻率為緊接較低測試頻率及緊接較高測試頻率較之所述峰值 測試頻率返回較少能量的測試頻率。已識別峰值測試頻率的數(shù)目，可選擇將用于評估指紋 的那些峰值測試頻率。所選擇的那些峰值測試頻率可具有比大部分其它峰值測試頻率高的 返回能量。也就是說，如果將使用Ξ個(或某一其它數(shù)目）峰值頻率的信息集來評估指紋，那 么可選擇峰值測試頻率中的Ξ個(或某一其它數(shù)目個)來作為掃描頻率。在一些實施方案 中，掃描頻率的范圍可從小于8MHz到超過12MHz不等。在一些實施方案中，掃描頻率的范圍 可從小于5MHz到超過25MHz不等。在一些實施方案中，掃描頻率的范圍可從小于IMHz到超過 lOOMHz不等。其它范圍也是可能的。選擇范圍內(nèi)的掃描頻率的數(shù)目可從低達兩個到五十個 或五十個W上不等。掃描頻率之間的分離也可變化，如下文更詳細描述。超頻譜超聲成像包 含通常在不同頻率或波長范圍內(nèi)的大數(shù)目個掃描中在多個頻率下成像。超頻譜超聲成像被 視為多頻譜成像的擴展。
[0105] 替代地，可基于信息集質(zhì)量來選擇掃描頻率。舉例來說，針對峰值測試頻率中的每 一者，可評估信息集質(zhì)量，且可選擇具有最佳信息集質(zhì)量的那些峰值測試頻率。舉例來說， 如果將選擇峰值測試頻率中的Ξ個(或某一其它數(shù)目個)作為掃描頻率，那么可選擇Ξ個 (或某一其它數(shù)目個)具有優(yōu)于其它峰值測試頻率的質(zhì)量的峰值測試頻率且將其用作掃描 頻率?？蒞各種方式評估特定頻率下的圖像信息集的質(zhì)量。舉例來說，可通過評估指紋圖像 的凸起紋及凹陷紋之間的圖像對比度比率來確定信息集的質(zhì)量。具有較高質(zhì)量的信息集可 具有較高對比度比率。另一質(zhì)量度量可與模糊性有關，即，在凸起紋與凹陷紋之間具有清晰 輪廓的圖像可具有高于具有模糊邊緣的圖像的指令。可在整個圖像或所述圖像內(nèi)的所選擇 區(qū)域上確定圖像信息集的質(zhì)量。舉例來說，可在手指的輪廓內(nèi)評估圖像質(zhì)量，避免無手指的 區(qū)域。信息集質(zhì)量可受所成像對象的影響。舉例來說，可W某些凸起紋到凸起紋分隔距離發(fā) 生衍射效應，所述凸起紋到凸起紋分隔距離與個人的年齡、手指大小或手指內(nèi)的滿及凸起 紋的圖案有關。衍射效應可隨掃描頻率而改變。在多頻譜超聲成像中使用多個掃描頻率可 緩和衍射的效應中的一些，舉例來說，通過選擇性組合在不同頻率下產(chǎn)生的圖像信息集。
[0106] 在一些實施方案中，選擇初始掃描頻率(舉例來說，具有最高平均振幅或最佳質(zhì)量 的峰值測試頻率)作為掃描頻率中的一者，且接著通過將預定偏移加入到初始所選擇掃描 頻率及/或?qū)㈩A定偏移從初始所選擇掃描頻率減去來選擇額外掃描頻率。舉例來說，如果初 始所選擇掃描頻率具有頻率X且預定偏移為Y，那么掃描頻率中的第二者可為X巧且掃描頻 率中的第Ξ者可為X-Y。
[0107] 替代地，可通過(例如)選擇具有最高平均值或最佳質(zhì)量的峰值測試頻率，且接著 識別包含初始所選擇掃描頻率的范圍來選擇初始掃描頻率?？蓮脑诎逯禍y試頻率的范 圍內(nèi)的頻率選擇額外掃描頻率。在一些實施方案中，可將額外掃描頻率識別為是初始所選 擇掃描頻率的諧波的那些頻率，例如所選擇掃描頻率中的整數(shù)倍數(shù)。
[0108] 在一些實施例中，一旦已形成多個信息集，信息集還可用于確定指紋是否由生命 提供。在用于確定活性的方法中，每一指紋像素的歸一化多頻響應可形成為矢量?？蛇x擇信 息集中的第一者（"Fois")，可識別化IS中對應于凸起紋的像素 Γ凸起紋像素"），且可識別 化IS中對應于凹陷紋的像素 Γ凹陷紋像素"）。矢量可群集在一起W形成凹陷紋像素群集。 針對其它信息集中的每一者，可針對凸起紋像素計算信號強度直方圖分布信息（"SSHDI")， 且可針對凹陷紋像素計算SSHDI?？勺R別凸起紋像素 SSHDI的特征值，且可識別凹陷紋像素 S S Η DI的特征值。在一些實施例中，可識別凸起紋像素頻率響應強度直方圖分布信息 (FSHDI)的特征值，可識別凹陷紋像素 FSHDI的特征值。上文所提及的特征值可為(a處SHDI 或SSHDI中最通常出現(xiàn)的信號強度，（b)FSHDI或SSHDI中出現(xiàn)的中位信號強度，（c)FS皿I或 SS皿I的統(tǒng)計能量，（d)FS皿I或SS皿I的統(tǒng)計賭，或(e)re皿I或SS皿I的統(tǒng)計方差。
[0109] 針對那些其它信息集中的每一者，可確定凸起紋像素特征值與凹陷紋像素特征值 之間的差W便獲得分離值。接著可進行關于分離值中的任何者是否識別先前識別為對應于 生命的空間位置的確定。
[0110] 圖42展示借助多頻譜/超頻譜成像的活性檢測的一個實例為多頻凸起紋-凹陷紋 分離。在一些實施例中，所掃描的目標對象(例如，手指)在所述過程期間可不移動。在多頻 凸起紋-凹陷紋分離的一個實施例中，計算凸起紋-凹陷紋分離。在最優(yōu)頻率420(選自其它 頻率421下的掃描）下捕獲的指紋圖像W提取422指紋關注區(qū)域(R0I)。提取422R0I，且可對 一或多個所提取R0I執(zhí)行二進制化。R0I的二進制化可提取423凸起紋及凹陷紋圖。在最優(yōu)頻 率420下提取423的R0I及凸起紋-凹陷紋圖可應用于所有其它頻率421的掃描。針對每一頻 率421下的掃描，可單獨地計算424凸起紋及凹陷紋像素的直方圖?？蓮耐蛊鸺y及凹陷紋直 方圖提取425特征，例如凸起紋-凹陷紋直方圖的峰值的柄值(bin value)、凸起紋-凹陷紋 像素的中值或凸起紋-凹陷紋直方圖的能量、賭或方差?？蓪枷菁y特征值從凸起紋特征值 減去W獲得給定頻率下的凸起紋-凹陷紋分離。舉例來說，峰值柄值可用作從直方圖提取的 特征，且可在多個頻率范圍內(nèi)展示凸起紋-凹陷紋分離曲線426(通常，參見圖33到36)。不同 材料具有不同聲阻抗且因此導致不同凸起紋-凹陷紋分離曲線426。因此，凸起紋-凹陷紋分 離曲線426可用于確定目標對象的活性。
[0111] 圖5說明描繪用于產(chǎn)生對應于目標對象的超聲圖像信息集的超聲傳感器系統(tǒng)的框 圖。傳感器系統(tǒng)可包括用于產(chǎn)生超聲波的超聲發(fā)射器55。所述系統(tǒng)可進一步包括能夠形成 電發(fā)射器激勵信號W致使發(fā)射器55提供所要頻率下的多個波的信號產(chǎn)生器57。所述系統(tǒng)可 進一步包括用于放大來自信號產(chǎn)生器57的電信號且用于驅(qū)動超聲發(fā)射器55的放大器56。所 述系統(tǒng)可進一步包括能夠檢測所反射的超聲能且提供對應于所檢測到能量的像素輸出信 號的超聲傳感器陣列51。所述系統(tǒng)可進一步包括用于控制超聲傳感器陣列51且用于從傳感 器陣列51接收像素輸出信號的傳感器控制器53。所述系統(tǒng)可進一步包括用于形成圖像信息 集的電子子系統(tǒng)54(例如，應用處理器），每一圖像信息集對應于不同頻率，且接著將圖像信 息集組合成組合圖像信息集。所述系統(tǒng)可進一步包括用于將所接收信號分成其頻率分量的 帶通濾波器52。
[0112] 示范性實施例
[0113] 圖6為展示用于產(chǎn)生與超聲傳感器陣列62的外表面接觸的對象61的超聲圖像信息 集的系統(tǒng)的配置的圖。在此配置中，傳感器堆找62具有夾在超聲發(fā)射器(Τχ 65,在底部)與 接收器(Rx 64,在上部)之間的TFT襯底63dTFT襯底63具有TFT電路，所述TFT電路包含安置 在上表面上的像素電路及安置在像素電路上的壓電層。發(fā)射器65可包含壓電層及安置在壓 電層的每一側(cè)上的一或多個電極。頂表面(未展示)可涂布有可用作壓板的保護膜（即，聚對 二甲苯、丙締酸、硬涂層、類金剛石涂層(DLC)、阻抗匹配層或其它適合涂層）?？刂破?6可將 發(fā)射器激勵信號提供到與超聲發(fā)射器63相關聯(lián)的電極?？刂破?6可將各種控制信號發(fā)送到 TFT像素電路W用于控制從傳感器陣列62的上表面獲取經(jīng)反射超聲信號及用于從傳感器像 素提取像素輸出信號。傳感器陣列62及控制器66可與一或多個處理器67(例如可用于處理 來自傳感器陣列62的像素輸出信號的移動裝置中的應用處理器)進行通信。替代地，包含形 成于其上的薄膜晶體管及相關聯(lián)電路(如貫穿本發(fā)明所描述)的TFT襯底可替換為基于娃的 超聲傳感器陣列，例如其中晶體管及相關聯(lián)電路形成于娃襯底中及其上而非玻璃或塑料 TFT襯底上的CMOS傳感器陣列。
[0114] 圖7描繪展示用于產(chǎn)生與定位于超聲傳感器陣列73上的壓板72的外表面接觸的對 象71的超聲圖像信息集的系統(tǒng)70的另一配置的圖。在此配置中，傳感器陣列73具有夾在超 聲發(fā)射器(Τχ 76,在底部)與接收器(Rx 75,在頂部)之間的TFT襯底74,及位于頂表面上的 覆蓋材料（即，玻璃或塑料），其可用作覆蓋玻璃或壓板72。在一些實施方案中，壓板72可包 含一層聚碳酸醋(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇醋(PET)、聚對糞二甲酸乙二醇醋(PEN)、聚酷亞 胺(PI)或其它聚合物材料。在一些實施方案中，壓板72層可由藍寶石、堿性侶娃酸鹽薄板玻 璃、侶、不誘鋼、金屬合金，聚碳酸醋、聚合材料、金屬填充塑料或其它適合壓板材料。在一些 實施方案中，壓板72可包含位于壓板72的一側(cè)或兩側(cè)上的一或多個涂層或聲阻抗匹配層。 控制器77可將發(fā)射器激勵信號提供到與超聲發(fā)射器76相關聯(lián)的電極?？刂破?7可將各種控 制信號發(fā)送到TFT像素電路用于控制從傳感器陣列73的上表面獲取經(jīng)反射超聲信號及用于 從傳感器像素提像素輸出信號。傳感器陣列73及控制器77可與一或多個處理器78(例如可 用于處理來自傳感器陣列73的像素輸出信號的移動裝置中的應用處理器)進行通信。
[0115] 在第一配置（圖6)及第二配置（圖7)中，控制器66、77可產(chǎn)生具有不同頻率或線性 調(diào)頻脈沖序列的信號W用于激勵發(fā)射器65、76并捕獲像素輸出數(shù)據(jù)。任選地，處理器67、78 可經(jīng)提供用于進一步處理。在一些實施方案中，處理器67、78可指示控制器66、77來激勵發(fā) 射器65、76。在一些實施方案中，處理器67、78可被提供在移動平臺（例如，移動電話、平板計 算機、膝上型計算機或便攜式醫(yī)療裝置)上。在一些實施方案中，移動裝置中的一或多個處 理器67、78(例如應用處理器)可用于處理來自傳感器陣列62、73的數(shù)據(jù)及圖像信息集并提 供關于其它功能(例如解鎖電話或鑒別用戶）的輸出。
[0116] 舉例來說，預期本文中的教示可實施于各種電子裝置或與其相關聯(lián)，例如但不限 于W下各項:移動裝置、顯示裝置、電話、具有多媒體因特網(wǎng)能力的蜂窩式電話、移動電視接 收器、無線裝置、智能電話、藍牙裝置、個人數(shù)據(jù)助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或 便攜式計算機、上網(wǎng)本、筆記本、智能本、壓板、打印機、復印機、掃描器、傳真裝置、GPS接收 器/導航器、攝像機、MP3播放器、便攜式攝像機、游戲控制臺、醫(yī)療裝置、可佩戴電子裝置、移 動健康裝置、腕表、時鐘、計算器、電視監(jiān)視器、扁平面板顯示器、電子閱讀裝置(例如，電子 閱讀器）、計算機監(jiān)視器、汽車顯示器(例如，里程表顯示器等）、駕駛艙控制及/或顯示器、攝 像機視圖顯示器(例如，車輛中的后視攝像機的顯示器)或自動柜員機。
[0117] 圖8A及8B說明用于多頻譜超聲成像的操作的方法。圖8A及8B描繪依序應用于發(fā)射 器的針對一組兩個或兩個W上激勵頻率的發(fā)射器及接收器信號，其中針對每一所應用頻率 獲取圖像信息集?？蓪⒁唤M兩個或兩個W上激勵頻率依序應用于發(fā)射器(在圖8A中為fi且 在圖8B中為fn)，其中針對每一所應用掃描頻率獲取信息集?？蓪⒃陬A定掃描頻率下的激勵 信號的一或多個循環(huán)應用于發(fā)射器(Τχ)，如在每一圖的頂部部分中所展示。此處展示兩個 循環(huán)。在出射超聲波的發(fā)射期間，到接收器偏壓電極的控制信號可被設定成塊模式。在采樣 模式期間，當?shù)浇邮掌髌珘弘姌O的控制信號達到樣本值時，可捕獲經(jīng)反射超聲信號。為防止 檢測不想要的內(nèi)部反射，可使接收器偏壓電極返回到塊模式達短時間周期。在保持模式期 間，可計時輸出存儲在超聲傳感器陣列的每一傳感器像素中的信號。在如圖8Α中所展示的 第一應用激勵頻率的情況下可獲得超聲圖像信息集，且在如圖8Β中所展示的第二(更高)應 用激勵頻率的情況下可獲得第二超聲圖像信息集。
[0118] 另一此類方法在圖9Α中加 W展示，其中將針對一組兩個或兩個W上激勵頻率的發(fā) 射器及接收器信號依序應用到發(fā)射器。圖9Α描繪依序應用于發(fā)射器的針對一組兩個或兩個 W上激勵頻率的發(fā)射器及接收器信號，其中針對所述組激勵頻率獲取圖像信息集。在此方 法中，形成為像素電路的一部分的峰值檢測器可用于在采樣模式期間當在單個采樣窗口內(nèi) 檢測到來自各種掃描頻率的經(jīng)反射超聲信號時獲取峰值信號振幅。圖9Β描繪針對W第一頻 率開始且W第二頻率結(jié)束的線性調(diào)頻脈沖發(fā)射器激勵序列（向上線性調(diào)頻脈沖或向下線性 調(diào)頻脈沖）的發(fā)射器及接收器信號（展示向上線性調(diào)頻脈沖序列)在此方法中，形成為像素 電路的一部分的峰值檢測器可用于在采樣模式期間當在單個采樣窗口內(nèi)檢測到來自應用 于超聲發(fā)射器的線性調(diào)頻脈沖激勵信號的經(jīng)反射超聲信號時獲取峰值信號振幅。
[0119] 本發(fā)明的一個實例可使用離散頻率來利用組合方法。圖4為說明利用具有任選加 權(quán)的逐像素算術(shù)平均的一種此類方法的流程圖。此方法設及使用逐像素平均來計算87關于 來自所獲取81、83、85信息集(每一信息集是從不同頻率導出）的每一像素的組合值。使用此 方法，具有借助超聲傳感器陣列在框81、83及85中獲取具有相應頻率分量的超聲信息集。針 對運些所獲取信息集中的每一者，可在具有坐標(x，y)的每一圖像像素處將像素輸出信號 或值數(shù)字化，其中X為傳感器陣列的水平維度且y為垂直維度?？煽缭剿薪?jīng)選擇信息集對 每一位置(x，y)處的像素的數(shù)字化值求和?；陬l率分量，可使運些像素值乘W預先指派權(quán) 重?？墒贯槍λ薪?jīng)選擇信息集的每一x，y位置處的像素的此和除W所獲取信息集的數(shù)目。 可針對像素位置中的一些或全部重復所述操作。所得數(shù)據(jù)可稱作組合表示或組合圖像信息 集。
[0120] 圖10描繪兩個或兩個W上超聲圖像信息集的逐點算術(shù)平均。在圖10中，可將來自 不同頻率的信息集的多個經(jīng)選擇像素的每一像素的量級一起相加且任選地歸一化W形成 組合表示或圖像信息集。使用具有加權(quán)平均的逐點算術(shù)平均，可使相同像素的來自不同頻 率下的信息集的量級乘W其相應頻率相依權(quán)重，一起相加，及任選地歸一化W形成組合表 示或圖像信息集。
[0121] 本發(fā)明的一個實例可利用具有任選加權(quán)的基于協(xié)方差的插值。圖11為說明用于使 用兩個或兩個W上協(xié)方差矩陣來產(chǎn)生組合圖像信息集的方法的流程圖。在此方法中，可W 第一掃描頻率獲取101第一所接收圖像。可獲取103在不同于第一掃描頻率的第二掃描頻率 下的第二所接收圖像。還可獲取105針對其它掃描頻率的額外圖像。使用在坐標(x，y)(其中 X為圖像的水平維度且y為垂直維度)處的圖像像素，可計算107具有對應于所獲取圖像的水 平及垂直大小的第一圖像協(xié)方差矩陣?？梢罁?jù)第二圖像計算109第二協(xié)方差矩陣?？梢罁?jù)額 外所獲取圖像計算111額外協(xié)方差矩陣?？蓮脑诓煌l率下獲取的圖像產(chǎn)生協(xié)方差矩陣，且 那些矩陣可使用插值(例如，線性、立方、雙立方或樣條)組合113且任選地歸一化W形成組 合表示。
[0122] 圖12描繪用于使用基于協(xié)方差的插值來產(chǎn)生組合圖像信息集的方法?？捎萌芜x加 權(quán)使用插值(例如，線性、立方、雙立方或樣條)來組合在其相應激勵頻率下的每一所獲取圖 像的協(xié)方差矩陣。可跨越所有所獲取信息集使用每一坐標(x，y)處的相應元素來對相同位 置處的每一協(xié)方差矩陣元素進行插值。可基于激勵頻率使運些相應元素值乘W指派權(quán)重。 可針對一些或全部像素位置重復乘法139運算W形成組合(所得）圖像。信息集數(shù)據(jù)ai塊可 表示為ai = F相。+n，其中F為已知NXN矩陣，a%表示原始信息集的塊(例如，行或列）的待估 計像素值的NX 1矢量，且η為可具有零平均值的NX 1噪聲矢量。所估計的信息集數(shù)據(jù)的塊可 計算為ae二（ρτ C-中廠中T C-1曰1。關于初始圖像數(shù)據(jù)曰。塊的協(xié)方差矩陣C可表達為
[0123]
[0124] 在估計原始信息集中的塊的統(tǒng)計量之后，可使用插值來估計W信息集中的每一像 素為中屯、的統(tǒng)計量。在計算W每一像素為中屯、的統(tǒng)計量之后，可計算針對所述像素的所估 計圖像數(shù)據(jù)。舉例來說，可使每一組合值與灰度值相關140。可通過組合來自所估計圖像數(shù) 據(jù)的每一塊的結(jié)果來獲得所估計圖像數(shù)據(jù)。可通過組合來自每一初始圖像數(shù)據(jù)集(例如，來 自各種激勵頻率）的所估計圖像數(shù)據(jù)的結(jié)果來獲得組合表示。舉例來說，可提供141灰度值 作為指紋的表示。
[0125] -些實施方案可利用用于基于發(fā)射頻率產(chǎn)生權(quán)重的方法。用于超聲發(fā)射的頻率通 常在傳感器堆找中所使用的材料中具有W指數(shù)方式變化的衰減。用W針對多頻超聲成像產(chǎn) 生權(quán)重的一種方法為使各種頻率與W指數(shù)方式導出的權(quán)重因數(shù)有關。針對使用各種激勵頻 率產(chǎn)生的η數(shù)目個信息集，可存在η-1個連續(xù)權(quán)重。所述信息集可W其激勵頻率的遞減次序 布置，且具有最高頻率的圖像W第一權(quán)重(例如，一)加權(quán)，且針對第二高頻率的信息集W第 二W指數(shù)方式導出的權(quán)重加權(quán)，等等。
[01%] 可使用空間配準（Spatial regis化ation)來從使用各種激勵頻率獲得的圖像信 息集獲得組合表示（即，組合圖像信息集）。其可設及使用例如逐塊變形的技術(shù)來使來自每 一圖像的特征重新對準。替代地，可使用運動校正技術(shù)來獲得空間配準?？墒褂美鐨w一化 互相關、均方誤差、絕對差求和或互信息的方法來組合來自不同激勵頻率的兩個或兩個W 上圖像?？墒褂弥匦露ù笮?、旋轉(zhuǎn)、最近鄰、線性、立方或樣條技術(shù)來組合兩個或兩個W上圖 像信息集來獲得組合圖像信息集。用W獲得組合信息集的其它方法可包含邊緣檢測或基于 梯度的方法。
[0127]基于超聲傳感器陣列的頻率響應(其部分地基于在評估、布建或校準程序期間的 傳感器堆找的組件及布置），可選擇用于多頻譜超聲成像的頻率?？墒褂脙蓚€或兩個W上頻 率。在一些實施方案中，系統(tǒng)可經(jīng)校準或自校準W確定用于成像的優(yōu)選頻率集。
[0128] 圖13為描繪與本發(fā)明一致地提供目標值的表示的一或多種方法的流程圖。一種方 法可包含:選擇131具有高于其它測試頻率的返回能量的峰值測試頻率。方法可包含:評估 132峰值測試頻率的圖像質(zhì)量及基于具有高圖像質(zhì)量的峰值頻率選擇133掃描頻率。可通過 將預定偏移應用于所選擇133頻率來識別134其它掃描頻率。所述方法可進一步包含:通過 識別所選擇133掃描頻率的諧波來識別135其它掃描頻率。圖13中所展示方法可進一步包 括:在多個掃描頻率下掃描136指紋?？蓙碜話呙?36的掃描值數(shù)據(jù)可經(jīng)數(shù)學組合W對應于 掃描頻率中的每一者。在一些實施方案中，可識別138用于掃描值數(shù)據(jù)的權(quán)重因數(shù)?？墒箙f(xié) 方差矩陣中的每一項乘W139對應權(quán)重因數(shù)。可使每一組合值與灰度值相關140。在一些實 施方案中，可使每一組合值相關而無需識別權(quán)重因數(shù)或使協(xié)方差矩陣中的每一項乘W權(quán)重 因數(shù)?？商峁?41灰度值作為指紋或其它目標對象(例如觸筆)的表示。
[0129] 圖14中展示超聲傳感器陣列的頻率響應的實例，其中多個峰值(標記為frl、fr2、… frS的局部共振)及凹陷紋可見。
[0130] 可通過使頻率變化(例如，從大約IMHz到大約25MHz)來實施校準超聲傳感器系統(tǒng) W便致使超聲發(fā)射器發(fā)射超聲波W便確定系統(tǒng)響應?？稍诎l(fā)射器激勵的情況下且接著在無 發(fā)射器激勵的情況下操作系統(tǒng)，且將在發(fā)射器激勵關斷情況下的背景信息集從在發(fā)射器激 勵接通情況下的圖像信息集減去W確定系統(tǒng)響應?？?例如)在逐像素基礎上或依據(jù)超聲傳 感器陣列中的一些或全部像素是平均數(shù)(平均值)來進行圖像信息集獲取。
[0131] 圖14A至化中展示六個曲線圖，每一曲線圖指示可如何選擇操作頻率。在左上曲線 圖（圖14A)中，選擇在處具有最高振幅響應的頻率。在左下曲線圖（圖14B)中，選擇具有兩 個最高振幅響應(打2及打3)的頻率。在上部中間曲線圖（圖14C)中，選擇具有五個最高振幅 響應(f rl到f r5 )的頻率。在下部中間曲線圖（圖14D )中，選擇具有最佳響應質(zhì)量(對應于f r3到 fr4)的頻率。在右上曲線圖（圖14E)中，選擇優(yōu)選操作頻率(打2)的頻率，且選擇低于或高于 優(yōu)選操作頻率的一或多個頻率(例如，W相等步長進行選擇）。在右下曲線圖（圖14F)中，選 擇一或多個優(yōu)選操作頻率(例如，民3)，且選擇低于(包含)及高于優(yōu)選操作頻率的頻率范圍。 在一些實施方案中，所選擇頻率可在其間具有相等間隔。
[0132] 圖15A-B展示對應于額外激勵頻率選擇的曲線圖。在上圖（圖15A)中，選擇一或多 個頻率用于發(fā)射器激勵，且在激勵頻率的一或多個諧波下獲取信息集(例如，在初始所選擇 頻率的整數(shù)倍數(shù)下，其可在頻率響應中的特定峰值或可不在頻率響應中的特定峰值，例如 所展示的5、10、15及20MHz)。在下圖（圖15B)中，選擇具有基本上最高振幅響應或響應質(zhì)量 的頻率(例如，fr2)用于發(fā)射器激勵，且在所述激勵頻率的一或多個諧波下獲取圖像。
[0133] 聲音在一些材料中與稀疏相相比在波的壓縮相期間可行進較快，從而導致聲波的 非線性傳播。聲音在介質(zhì)中行進的此非線性可W激勵頻率的各種諧波產(chǎn)生接收信號。替代 地，超聲波的非線性可在使用一個W上激勵頻率(例如載波頻率及經(jīng)頻率調(diào)制部分)時作為 頻率和或差產(chǎn)生響應。作為接收信號產(chǎn)生的諧波在近場中較不太顯性，但仍可存在且可檢 巧。。在多頻譜成像期間，可通過超聲傳感器陣列接收各種諧波。在其中超聲波沿垂直于超聲 發(fā)射器的表面的方向傳播的厚度模式中，傳感器堆找可W基本頻率及相關聯(lián)奇數(shù)諧波共 振?？砂l(fā)射在基本頻率或在覆蓋基本頻率的頻帶中產(chǎn)生的線性調(diào)頻脈沖發(fā)射序列下或接近 其的激勵頻率來引起共振及相關聯(lián)泛音。由所應用頻率的諧波分量形成的信息集可用作逐 像素求平均或基于協(xié)方差的插值方法的輸入用于產(chǎn)生組合表示或圖像信息集。運些方法可 增加超聲成像系統(tǒng)的分辨率及對比度，運是因為可在信號處理期間過濾掉基本頻率。
[0134] 系統(tǒng)可經(jīng)校準或自校準W確定用于捕獲目標對象的表示的優(yōu)選頻率。圖16A到B描 繪說明校準方法的曲線圖。在第一方法（圖16A)中，可選擇較低掃描頻率"Γ (例如，1MHz)及 較高掃描頻率"2"(例如，24MHz)且在較低掃描頻率與較高掃描頻率之間進行掃描W確定系 統(tǒng)響應及共振峰值。在此實例中，頻率"3" (fr2)具有最大響應且可經(jīng)選擇用于操作。在第二 方法（圖16B)中，可將測試目標放置在傳感器壓板上，所述目標含有表示指紋凸起紋與凹陷 紋之間的各種間隔的突出及凹處?？蛇M行掃描且可選擇具有最佳圖像質(zhì)量的頻率"3"用于 操作(此可處于除峰值頻率外的頻率）。可通過在溫度范圍內(nèi)進行溫度測試及校準或通過基 于局部溫度測量來建模超聲傳感器的典型溫度響應并修改所應用激勵頻率來確定針對各 種校準方法在溫度改變的情況下的所選擇頻率的移位。
[0135] 圖17A至化描繪說明校準的額外方法的曲線圖。在第Ξ方法（圖17A)中，可選擇較低 掃描頻率"Γ (例如，IMHz)及較高掃描頻率"2"(例如，24MHz)且用測試目標在較低掃描頻率 與較高掃描頻率之間進行掃描W確定系統(tǒng)響應及共振峰值。可確定在類皮膚測試目標應用 于傳感器壓板(表示指紋凸起紋）的情況下表示最低輸出信號的第一頻率"3"，且可確定在 空氣(表示指紋凹陷紋)的情況下表示最高輸出信號的第二頻率"4"。注意，在空氣情況下的 最高輸出信號及在類皮膚測試目標情況下的最低輸出信號可并不始終與最高及最低系統(tǒng) 峰值一起發(fā)生。在此實例中，可選擇兩個經(jīng)確定頻率3及4用于操作?？砂跍囟雀淖兊那?況下的頻率3及4的移位。在第四方法（圖17B)中，可選擇較低掃描頻率"Γ (例如，1MHz)及較 高掃描頻率"2"(例如，24MHz)且用測試目標在較低掃描頻率與較高掃描頻率之間進行掃描 W確定系統(tǒng)響應及共振峰值?？?例如)基于在類皮膚測試目標應用于傳感器壓板的情況下 的低輸出信號來確定第一頻率"3"，可(例如)基于在空氣抵靠壓板的情況下的高輸出信號 來確定第二頻率"4"，且可確定(例如，基于所允許的系統(tǒng)頻率增量)在3與4之間的中間頻率 "5"的數(shù)目。接著可選擇頻帶中的兩個經(jīng)確定頻率3及4連同中間頻率5W用于操作?？砂?在溫度改變情況下的頻率的移位。在一些實施方案中，可包含第二掃描頻率帶?？蒞類似方 式確定第二掃描頻率帶，但側(cè)重于不同于第一掃描頻率的頻率范圍。
[0136] 圖18為說明借助線性調(diào)頻脈沖激勵的多頻譜超聲成像的一種方法的流程圖。具體 來說，圖18展示單個信息集線性調(diào)頻脈沖激勵的方法。在此方法中，僅獲取單個信息集。所 述方法基于峰值檢測器與像素電路一起工作且使用發(fā)射器激勵的開始與采樣模式的開始 之間的控制距離口時間延遲，其可經(jīng)調(diào)整W在所要時間接收反射信號?？僧a(chǎn)生線性調(diào)頻脈 沖序列W產(chǎn)生單個信息集，允許較高帖速率。在一個實施例中，確定181線性調(diào)頻脈沖序列。 將所述線性調(diào)頻脈沖序列應用183于發(fā)射器。接收器在來自經(jīng)線性調(diào)頻脈沖發(fā)射器激勵捕 獲185峰值信號。接著，例如，通過操縱所捕獲185峰值信號的處理器來獲取187經(jīng)線性調(diào)頻 脈沖圖像。
[0137] 圖19為說明用于借助逐像素算術(shù)平均（及任選加權(quán)）的多圖像線性調(diào)頻脈沖激勵 的方法的流程圖。在一個實施例中，例如，通過處理器或通過先前配置，確定191線性調(diào)頻脈 沖序列。使用第一線性調(diào)頻脈沖序列獲取192第一圖像。接著使用第二線性調(diào)頻脈沖序列獲 取193第二圖像?？舍槍Ω鞣N其它線性調(diào)頻脈沖序列獲取194額外圖像?？梢罁?jù)第一圖像計 算195第一協(xié)方差矩陣?？梢罁?jù)第二圖像計算196第二協(xié)方差矩陣?？梢罁?jù)任何額外所獲取 194圖像計算197額外斜方差矩陣。舉例來說，可通過使用插值(例如，線性、立方、雙立方或 樣條插值)來組合198協(xié)方差矩陣W形成組合圖像可對協(xié)方差矩陣的組合198進行加權(quán)。
[0138] 圖20描繪有助于說明線性調(diào)頻脈沖序列確定的兩個曲線圖。圖20的上方曲線圖展 示W(wǎng)第一頻率開始且W第二頻率結(jié)束的線性線性調(diào)頻脈沖。圖20的下方曲線圖展示W(wǎng)第一 頻率開始且W第二頻率結(jié)束的指數(shù)線性調(diào)頻脈沖。可在任一掃描期間（例如，在由箭頭指示 的頻率下)獲取一或多個信息集。舉例來說，線性調(diào)頻脈沖序列可為線性、平方、指數(shù)、對數(shù) 或包括個別頻率。線性調(diào)頻脈沖通常具有開始頻率及結(jié)束頻率;一些線性調(diào)頻脈沖可W低 頻率開始且W高頻率結(jié)束，而其它線性調(diào)頻脈沖可W高頻率開始且W低頻率結(jié)束。開始及 結(jié)束線性調(diào)頻脈沖頻率可為處于峰值振幅的頻率，處于第二峰值振幅的頻率、處于或接近 峰值頻率的頻率或超聲傳感器的其它頻率。
[0139] 可使用的數(shù)個不同類型的線性調(diào)頻脈沖序列為：1)具有擴展頻率分量范圍的經(jīng)擴 展線性調(diào)頻脈沖;2)具有在接收器陣列的最高峰值頻率與第二最高峰值頻率之間擴展的頻 率的峰間(peak-to-peak)線性調(diào)頻脈沖;3)具有在系統(tǒng)峰值中的一者周圍的頻率的接近線 性調(diào)頻脈沖;及4)具有擴展穿過超聲傳感器陣列的一或多個峰值的兩個或兩個W上頻率帶 的間隔線性調(diào)頻脈沖?？苫谙到y(tǒng)響應的最高峰值來選擇線性調(diào)頻脈沖序列可基于自其獲 得的圖像來選擇線性調(diào)頻脈沖序列，其中從對圖像質(zhì)量或其它度量的評估確定線性調(diào)頻脈 沖序列?？蛇B續(xù)應用(例如，重復)一或多個線性調(diào)頻脈沖?？墒褂镁哂懈采w最大接收器頻率 響應的多頻率內(nèi)容的線性調(diào)頻脈沖序列來獲取單個信息集。可使用一或多個線性調(diào)頻脈沖 序列及所組合的信息集來獲取多個信息集?？墒褂眠\些線性調(diào)頻脈沖序列來校準超聲傳感 器。
[0140] 圖21A至化描繪說明各種線性調(diào)頻脈沖序列的曲線圖。在第一方法(經(jīng)擴展線性調(diào) 頻脈沖一參見圖21A)中，選擇較低線性調(diào)頻脈沖頻率"Γ(例如，5MHz)及較高線性調(diào)頻脈沖 頻率"2"(例如，20MHz)，且在較低線性調(diào)頻脈沖頻率與較高線性調(diào)頻脈沖頻率之間進行線 性調(diào)頻脈沖。在一些實施方案中，可基于系統(tǒng)的頻率響應的測量來確定較低線性調(diào)頻脈沖 頻率及較高線性調(diào)頻脈沖頻率。在一些實施方案中，可基于類似構(gòu)造的傳感器陣列的測試 來選擇較低及較高線性調(diào)頻脈沖頻率?？稍谝淹瓿删€性調(diào)頻脈沖之后獲取信息集。替代地， 可在線性調(diào)頻脈沖期間獲取一或多個信息集。在第二方法（峰間線性調(diào)頻脈沖一參見圖 21B)中，在系統(tǒng)的共振峰值下或接近其選擇較低線性調(diào)頻脈沖頻率"Γ (例如，~IMHz)及較 高線性調(diào)頻脈沖頻率"2"(例如，~9.5MHz)，且在較低線性調(diào)頻脈沖頻率與較高線性調(diào)頻脈 沖頻率之間進行線性調(diào)頻脈沖?？稍谝淹瓿删€性調(diào)頻脈沖之后獲取信息集。替代地，可在線 性調(diào)頻脈沖期間獲取一或多個信息集。
[0141] 線性線性調(diào)頻脈沖信號具有隨時間線性改變的頻率，舉例來說，
[0142] 義健調(diào)頻脈沖(時間)=s抽固巧7Γ(/·〇+(公。7>時間)時間]
[0143] 針對0<時間<Τ，其中f。為開始頻率，Β為頻率帶寬，且Τ為線性調(diào)頻脈沖的時間持續(xù) 時間。
[0144] 圖22A至化描繪說明其它各種線性調(diào)頻脈沖序列的曲線圖。在第Ξ方法(接近線性 調(diào)頻脈沖一參見圖22A)中，選擇較低線性調(diào)頻脈沖頻率"Γ(例如，4MHz)及較高線性調(diào)頻脈 沖頻率"2"(例如，6MHz)，其覆蓋系統(tǒng)峰值，且在較低線性調(diào)頻脈沖頻率與較高線性調(diào)頻脈 沖頻率之間進行掃描。在已完成線性調(diào)頻脈沖之后，可獲取信息集。替代地，可在線性調(diào)頻 脈沖期間獲取一或多個信息集。在第四方法(間隔線性調(diào)頻脈沖一參見圖22B)中，在第一共 振峰值周圍選擇較低線性調(diào)頻脈沖頻率"Γ (例如，4MHz)及較高線性調(diào)頻脈沖頻率"2"(例 如，6MHz)，且在第二共振峰值周圍選擇第二較低線性調(diào)頻脈沖頻率"3"(例如，15MHz)及第 二較高線性調(diào)頻脈沖頻率"4"(例如，17MHz)。可在第一范圍（1到2)的較低線性調(diào)頻脈沖頻 率與較高線性調(diào)頻脈沖頻率之間進行掃描，后續(xù)接著在第二范圍（3到4)的較低線性調(diào)頻脈 沖頻率與較高線性調(diào)頻脈沖頻率之間進行掃描?？稍谝淹瓿删€性調(diào)頻脈沖之后獲取信息 集。替代地，可在線性調(diào)頻脈沖期間獲取一或多個信息集。
[0145] 可在超聲系統(tǒng)中使用峰值振幅響應周圍的線性頻率來產(chǎn)生經(jīng)線性調(diào)頻脈沖編碼 的發(fā)射器信號。寬帶脈沖及線性調(diào)頻脈沖脈沖可雙方具有相同峰值振幅，但線性調(diào)頻脈沖 脈沖可由于其增加長度而具有更多脈沖能。一般而言，發(fā)射信號能越多，反射信號越大。線 性調(diào)頻脈沖脈沖可是在脈沖期間用變化的振幅及頻率形成。較短線性調(diào)頻脈沖脈沖可允許 較快傳感器帖速率。線性調(diào)頻脈沖脈沖可使用單個發(fā)射脈沖，W便減輕可從多脈沖、多頻率 方案的發(fā)射脈沖之間的目標對象的運動發(fā)生運動偽影。
[0146] 圖23A及23B描繪說明經(jīng)線性調(diào)頻脈沖編碼發(fā)射器信號的FFT的曲線圖。圖23A展示 經(jīng)線性調(diào)頻脈沖編碼的"擴展線性調(diào)頻脈沖"發(fā)射器信號的FFT，其中線性頻帶從5M化到 20MHz。圖23B展示經(jīng)線性調(diào)頻脈沖編碼"峰間線性調(diào)頻脈沖"發(fā)射器信號的FFT，其中線性頻 帶從 7.5MHz 到 12.5MHz。
[0147] 圖24A及24B描繪展示經(jīng)線性調(diào)頻脈沖編碼發(fā)射器信號的FFT的曲線圖。圖24A展示 經(jīng)線性調(diào)頻脈沖編碼"接近線性調(diào)頻脈沖"發(fā)射器信號的FFT，其中線性頻帶從7M化到 8.5MHz。圖24B展示經(jīng)線性調(diào)頻脈沖編碼"間隔線性調(diào)頻脈沖"發(fā)射器信號的FFT，其中線性 頻帶從7.5M化至化.5MHz且11M化到12.5MHz。
[0148] 圖25為描繪超聲傳感器陣列的圖。傳感器陣列243可包含TFT襯底241及接收器 247。傳感器陣列243可與例如玻璃蓋或LCD顯示器的顯示器/蓋242物理連通。接收器247可 包括一或多個接收器偏壓245及一或多個接收器電極246。傳感器陣列243還可經(jīng)布置成與 發(fā)射器250有關。發(fā)射器250可包括多個發(fā)射電極248及249。傳感器陣列243可具有大約50皿 的像素間距。傳感器陣列243的大小范圍可從大致15mmX6mm到完全顯示器大小。其它大小 可包含llmmX 11mm及1英寸XI英寸大小。傳感器陣列243可具有低輪廓(大致1mm)。傳感器 陣列243可具有高操作頻率(5到25MHz)。傳感器陣列243可位于指紋掃描裝置的外圍，在顯 示器242的部分的后面，在整個顯示器的后面，或在裝置外殼中的其它地方。
[0149] 圖26描繪與本發(fā)明一致的超聲指紋傳感器的一些可能配置。傳感器可具有用于顯 示器及指紋傳感器的單獨或共同TFT襯底?？稍趥鞲衅鞯脑g共享共用蓋玻璃或觸摸 屏。超聲指紋傳感器陣列（及任選涂層或覆蓋層)可定位于移動裝置外殼的邊框、邊側(cè)或背 部上。傳感器可放置在按鈕(機械或非機械;鑒別或非鑒別）上面或定位成其一部分。舉例來 說，指紋傳感器264可在顯示器(包括顯示器濾色器玻璃262及顯示器TFT襯底263)的外圍。 在此實例中，指紋傳感器264被設置于顯示器蓋玻璃261下方。在另一實例中，指紋傳感器 264可被設置成與顯示器分離且涂布有覆蓋層W保護傳感器264。在另一實例中，指紋傳感 器264可被設置在顯示器(包括顯示器濾色器玻璃262及顯示器TFT襯底263)下方(或后面）。 在另一實例中，可將指紋傳感器264集成在顯示器TFT襯底263內(nèi)。
[0150] 圖27描繪一種此類超聲傳感器系統(tǒng)的框圖。圖27的超聲傳感器系統(tǒng)包括具有超聲 傳感器像素電路陣列272的超聲發(fā)射器271。超聲發(fā)射器271與發(fā)射器驅(qū)動器276電子通信 (例如，通過一或多個電子連接）。舉例來說，發(fā)射器驅(qū)動器276可具有與超聲發(fā)射器271電子 通信的正極性信號及負極性信號。發(fā)射器驅(qū)動器276可與傳感器控制器278的控制單元279 電子通信。控制單元279可將發(fā)射器激勵信號提供到發(fā)射器驅(qū)動器276?？刂茊卧€可通過 電平選擇輸入總線與接收器偏壓驅(qū)動器274電子通信。接收器偏壓驅(qū)動器274可將接收器偏 壓電壓提供到安置在壓電接收器層的表面上的接收器偏壓電極，所述壓電接收器層可附接 到超聲傳感器像素電路陣列272?？刂茊卧?79還可與一或多個多路分用器277電子通信。多 路分用器277可與多個口驅(qū)動器275電子通信。Π 驅(qū)動器275可與超聲發(fā)射器271中的超聲傳 感器像素電路陣列272電子通信。Π 驅(qū)動器275可定位在超聲傳感器像素電路陣列272外部 或在一些實施方案中被包含在與超聲傳感器像素電路陣列272相同的襯底上?？稍诔晜?感器像素電路陣列272外部或與其一起被包含的多路分用器277可用于選擇特定口驅(qū)動器 275。超聲傳感器像素電路陣列272可與一或多個數(shù)字化器273電子通信。數(shù)字化器273可將 來自超聲傳感器像素電路陣列272的模擬信號轉(zhuǎn)換成適合于傳感器控制器278中的數(shù)據(jù)處 理器280的數(shù)字信號。傳感器控制器280可將數(shù)字輸出提供到外部系統(tǒng)，例如移動裝置的應 用處理器。
[0151] 在W特定頻率獲取信息集時，所得信息集可反轉(zhuǎn)指紋清晰度(例如，通常在傳感器 陣列輸出圖像中顯得明亮的凸起紋區(qū)域似乎顯得暗淡且針對手指凹陷紋區(qū)域反之亦然）。 運些觀察可在5到20MHz操作范圍中的數(shù)個特定頻率下發(fā)生，但可相對于先前定義的最優(yōu)頻 率在窄范圍中具有最大輸出。此行為的假設為由于傳感器堆找中的發(fā)射及接收信號的共振 而形成駐波，此接著在特定頻率下相長或相消地干設W產(chǎn)生此樣式。
[0152] 圖28中展示此行為的實例。圖28展示在單頻脈沖串接通及關斷條件之間的陣列的 輸出的差異的頻率響應。指紋圖像在獲得其的頻率下重疊，且由粗黑框標記的圖像似乎反 轉(zhuǎn)。通常，峰值響應被確定為產(chǎn)生最大信號傳送的操作的最優(yōu)頻率（"最優(yōu)頻率"）。重疊標繪 圖包含在相應頻率下取得的指紋圖像。用粗黑框畫出輪廓的圖像強調(diào)圖像的反轉(zhuǎn)(指紋凸 起紋及凹陷紋的灰度值看起來被對換）。還可注意到，此行為在峰值周圍更強、更敏感且可 觀察到。此行為可用于處理信息集且改進輸出圖像中的整體信噪比。在此提出的方法論中， 可在高于及低于先前確定"最優(yōu)頻率"（陣列所讀取的單頻脈沖串接通及關斷信號變化最大 的頻率)的兩到四個頻率下同時取得指紋圖像。一旦獲得信息集，可存在用W改進迴異凸起 紋及凹陷紋圖案的識別的數(shù)種方式中的一者。
[0153] 圖29中說明一個此類實例，其中獲取兩個圖像，一個在最優(yōu)頻率（12.6MHz)下且另 一者處于稍微低于導致凸起紋及凹陷紋區(qū)域的完全反轉(zhuǎn)的所述頻率的頻率（10.4MHz)。接 著將運些個別圖像從其對應背景圖像(在無手指的情況下在相同頻率條件下取得的圖像） 減去W獲得更佳隔離。作為實例，在歸一化后，加入在兩個不同頻率下捕獲的數(shù)據(jù)，其致使 歸因于凸起紋及凹陷紋區(qū)域的整個信號的增加?？纱嬖诳杀粚嵤￤使得起到作為響應改進 分離的相同目的的數(shù)個其他圖像處理方法。圖29展示在兩個狀況(一者處于單個最優(yōu)頻率 且第二者處于兩個頻率下，其中的一個頻率造成圖像反轉(zhuǎn))下獲得的信號振幅。直方圖強調(diào) 針對兩個狀況的典型電壓輸出分布，其中后者展示顯著較高輸出分布。
[0154] 本發(fā)明的一個目的為通過采用多頻率有關信號反轉(zhuǎn)來使用引起更佳指紋清晰度 的特定目標頻率。用W增加清晰度的處理方法論可為數(shù)個且可基于特定關注點而進行選 擇。基于取樣參數(shù)存在數(shù)個與圖像捕獲有關的同類因素。將影響此反轉(zhuǎn)行為的觀察的顯著 參數(shù)為取樣與突發(fā)開始之間的延遲、所使用的超聲脈沖的數(shù)目及其頻率。然而，通過傳感器 的適合調(diào)諧，可調(diào)整運些參數(shù)（即，脈沖數(shù)目、延遲、突發(fā)開始及頻率）。
[0155] 舉例來說，用W改進識別迴異凸起紋及凹陷紋圖案的一個方式設及W兩個迴異頻 率設置(一者為"正常"，其中凸起紋顯得明亮;且另一者為"反轉(zhuǎn)"，其中凸起紋與凹陷紋區(qū) 域相比顯得較暗淡)獲得指紋圖像。圖30描繪樣本圖像輪廓及直方圖，所述直方圖展示在通 過ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的轉(zhuǎn)換后對應于指紋凸起紋及凹陷紋的電壓。圖30中的直方圖及圖像 標繪圖具有相同比例尺W實現(xiàn)容易比較。盡管圖30中凸起紋及凹陷紋區(qū)域之間的對比度看 起來可比較，但對應于頻率中的每一者的直方圖展示對應于凸起紋及凹陷紋區(qū)域的信息集 的分布已從一個頻率(6.5MHz)改變到另一頻率(8.5MHz)。
[0156] 圖31中展示數(shù)據(jù)分布的進一步檢查。圖31為展示所選擇凸起紋點及凹陷紋點之間 的模擬電壓比較。此處，針對兩個操作頻率，追蹤對應于手指的凸起紋區(qū)域及凹陷紋區(qū)域的 一群隨機選擇點?？煽吹?，表示手指的凸起紋的區(qū)域展示兩個操作頻率之間的最大改變，而 手指的"凹陷紋"區(qū)域保持完全未改變。
[0157] 通過獲得在所選擇頻率下的量測值，可通過基于圖像區(qū)域或像素隨頻率的輸出改 變來追蹤所述圖像區(qū)域或像素而放大凸起紋區(qū)域與凹陷紋區(qū)域之間的差異。通過信息集的 適合梯度域處理，可識別較易于隨頻率進行顯著輸出改變的凸起紋區(qū)域W供使用隨后闊值 進行有效處理。另一潛在優(yōu)點為所獲取圖像的SNR(信噪比）的改進。當與單個頻率圖像獲取 過程相比，借助兩個操作頻率之間的最大梯度改變與最小梯度改變進行的區(qū)域識別可潛在 地改進SNR。
[0158] 為確定最優(yōu)操作頻率，可通過使用聲學性質(zhì)類似于手指的目標材料(例如，橡膠） 來采用標準工廠化校準方法?？蛇M行兩組測量，一組目標材料完全覆蓋壓板(模擬手指)且 另一組在壓板上無任何目標對象?？諝?測量）?？蓲呙鑶晤l脈沖串信號的頻率，且針對兩 個狀況(具有目標及無目標)捕獲TFT響應。接著使用兩個信號之間的差異來確定其中最佳 觀察到反轉(zhuǎn)行為的最優(yōu)點，此是通過空氣及目標的差異信號?？諝鉁p去目標"）的負及正最 大值得出。圖32說明如在空氣減去目標電壓差對超聲信號的頻率之間所標繪的負峰值及正 峰值。
[0159] 本發(fā)明的另一實施例可與確定指紋活性有關。指紋被證明為用W辨別受試者的身 份的有效生物特征。指紋鑒別已被廣泛地使用。然而，指紋鑒別易受到電子欺騙的攻擊。偽 造手指(又稱作"電子欺騙"）可由所登記的真實手指的模具制成，且用于錯誤地獲得鑒別。 所述模具可是在用戶合作或無用戶合作的情況下制成。為了防止使用電子欺騙，可嘗試進 行確定目標對象是否有生命?，F(xiàn)有活性測試可分類成兩群。一群為基于圖像的方法，其依賴 于指紋圖像中視覺可感知的微妙特征來辨別真實與偽造的手指。此方法需要相當高分辨度 (500到100(Mpi)W恰當?shù)卦u估活性。第二群活性測試為基于硬件方法，其除指紋傳感器外 還需要硬件來捕獲活性特征，例如血壓、脈搏、傳導性等。
[0160] 本發(fā)明的一個實施例并入有通過使用多頻超聲信息集來測試活性。在最優(yōu)操作頻 率下，真實手指及偽造手指塊可能看起來相似且在基于圖像的活性特征中造成非常微妙的 差異。然而，不同材料在不同頻率范圍內(nèi)具有不同超聲反射比?？墒褂妙l率范圍內(nèi)的差異來 識別電子欺騙。針對每一像素，可提取活性特征矢量?？墒褂脜⒖碱l率響應將所述矢量歸一 化。接著可處理經(jīng)歸一化頻率響應矢量W產(chǎn)生所述材料的多頻特征且因此活性的良好指 示。圖33到36說明活性測試的基于多頻方法的結(jié)果。
[0161] 使用基于多頻的方法來確定活性的一種方法包括：選擇信息集中的第一者 ("FoIS")，信息集群包含通過多頻超聲傳感器捕獲的信息集。方法可進一步包括:識別化IS 中對應于指紋的凸起紋的像素 Γ凸起紋像素"）的步驟。方法可進一步包括:識別化IS中對 應于指紋的凹陷紋的像素 Γ凹陷紋像素"）的步驟
[0162] 針對其它信息集中的每一者，方法可進一步包括：計算凸起紋像素的SS皿I或 FSHDI及凹陷紋像素的SS皿I或FS皿I。針對運些其它信息集中的每一者，方法可進一步包 括:識別凸起紋像素 SSHDI或FSHDI的特征值及凹陷紋像素 SSHDI或FSHDI的特征值。針對其 它信息集中的每一者，方法可進一步包括:確定凸起紋像素特征值與凹陷紋像素特征值之 間的差W獲得分離值。針對其它信息集中的每一者，方法可進一步包括:確定分離值是否識 別先前識別為對應于生命的空間位置。
[0163] 在一個實施例中，特征值為SSHDI或FSHDI中最通常出現(xiàn)的信號強度。在另一實施 例中，特征值為SS皿I或FSHDI中出現(xiàn)的中位信號強度。然而，特征值可為SSHDI或FS皿I的統(tǒng) 計能量、統(tǒng)計賭或統(tǒng)計方差。
[0164] W下描述與本發(fā)明一致的關于使用多個頻率及超聲波來獲得關于例如指紋的目 標對象的信息的特定傳感器的操作信息。操作信息可包含傳感器的材料類型及其它方面。 應注意，此特定傳感器使用積分儀來檢測信號峰值，但可使用其它裝置來檢測信號峰值。
[0165] 在此特定傳感器中，形成單頻脈沖串產(chǎn)生器函數(shù)。針對W下方式，f =頻率，n =脈 沖的數(shù)目，t =時間，to =開始時間，且A =振幅?？赏ㄟ^W下方程式描述單頻脈沖串函數(shù)產(chǎn) 生器：
[0171] 此特定傳感器中的PVDF、聚對二甲苯及聚碳酸醋的厚度可分別描述如下：
[0172] δρν肚:=28]Jm,5pary: =25ym,5pcar: =254曲1
[0173] 距離口函數(shù)可通過W下方程式描述：
[0174] RangeGate(t ,;rgsta;rt ,;rgstop,X): =if [ (t>;rgsta;rt) Λ [t《（rgstop) ] ,Χ,-Χ]
[0175] 單頻脈沖串中的指數(shù)、時間陣列及脈沖數(shù)目可描述如下：
[0176] j: =0. .2000，tj:=化s，n: =4
[0177] 可首先觀察壓電層及所述壓電層的頂部上的聚對二甲苯涂層。W下方程式描述可 能觀察：
[0178]
:即，輸入接收器堆疊、反射并返回的時間）
[0179] W下參數(shù)可與此特定傳感器相關：
[0180] 巧。η: = 15化sjgoff: =60化S(任意距離口開始及距離口結(jié)束）
[0181] p(f ,τ): =ri(f ,]1，1：,〇]13，1)(主脈沖）
[0182] ;r(f ,τ,δ?):=巧（f，11，1：,51：，1)(反射脈沖）
[0183] x(f ,τ,δ?,σ) ： =p(f ,i)+r(f ,τ,δ?)-σ
[0184] (干擾調(diào)制脈沖(在接收器層滿足其特有反射的脈沖））
[0185] q(f,T,5t,〇)：=if(x(f,T,5t,〇X0,0,x(f,T,5t,〇))
[0186] (從脈沖及其反射所得的經(jīng)整流電信號）
[0187] 凹陷紋=1，
[018 引
，其中Wair :=0.000412MRayl，Wpv 肚
[0189] ：=4.005MRayl,Wpc：=2.672MRayl,R(Wair,Wpvdf)
[0190] =0.9997943，R(Wpv 肚，Wair) =-0.9997943，R(Wair，Wpc)
[0191] =0.9996917,R(Wpc, Wair) =-0.9996917
[0192] Film(t，St，X): =1^1:<51：，-)(，乂）（膜厚度標記函數(shù)）
[0193] W下方程式表示臨界距離口點，其中St為壓板厚度（回聲的開始），^為TB長度(TB 結(jié)束），且St +1為回聲的結(jié)束：
[0194]
[01M]可從接收器捕獲輸出的頻率掃描。舉例來說，頻率掃描可W IMHz開始且W0.1 MHz 增量漸進地增加，直至達到較高頻率(例如，33MHz)為止。使用W下配置，捕獲信號，如在圖 37A至化及圖39A至化中所展示：
L0198J Rectifie;r(f ,t,gs,ge,〇): = if(&pture(f,t,gs,ge,〇)《〇,〇,&pture(f,t,gs, ge,〇))
[0199] 圖39D到F展示通過基于各種距離口的頻率展示集成接收器輸出。
[0200] 使用W下配置(加入254皿的聚碳酸醋壓板），捕獲信號，如在圖38A至化中所展示：
[0203] Rectifier (f,t,gs,ge,〇,St): = if (Capture (f, t,gs,ge,。，St)《0,0,化 pture (f,t,gs,ge,〇,5t))
[0204] 可使用W下積分函數(shù)：
[0205]
其中 σ
[0206] =表面狀態(tài)(1 =凹陷紋，〇 =凸起紋），f =頻率，τ =瞬時時間，δ?
[0207] 二厚度(時間）Jgoff二距罔關斷,rgon二距罔接通
[0208] 可使用W下方式來描述積分凹陷紋減去凸起紋：
[0209]
[0210] 在此特定傳感器，超聲信號輸入壓電膜，穿過所述膜且往回反射。如果信號遇到指 紋凹陷紋(空氣），那么輸入脈沖及反射脈沖兩者將激勵壓電膜W產(chǎn)生電信號。在其中信號 穿過手指組織(例如，指紋凸起紋）的情況中，僅輸入脈沖將激勵壓電膜?？赏ㄟ^延遲線（例 如，254皿的聚碳酸醋(參見圖40A到C)或500皿壓板(參見圖41A至化））來使信號在膜與目標 對象之間延遲。圖40D至化通過在254皿聚碳酸醋層情況下基于各種距離口的頻率展示集成 接收器輸出。圖41D到F通過在500皿壓板層情況下基于各種距離口的頻率展示集成接收器 輸出。
[0211] 圖43為掃描手指的多頻譜方法的流程圖。所述方法可包含:在各種掃描頻率下W 多個超聲波掃描431手指。所述方法可進一步包含:針對所述掃描頻率中的每一者從多個像 素輸出值產(chǎn)生432超聲圖像信息集。所述方法可進一步包含：組合433對應于所述掃描頻率 中的每一者的圖像信息集W產(chǎn)生組合圖像信息集。所述方法可進一步包含:將每一像素輸 出值變換434成灰度值。所述方法可進一步包含:提供435所述灰度值作為所述組合圖像信 息集。所述方法可進一步包含:使用436所述多個超聲圖像信息集來進行活性確定。所述方 法可進一步包含:提供437指示所述活性確定的活性輸出信號。
[0212] 盡管已關于一或多個特定實施例描述本發(fā)明，但應理解可在不脫離本發(fā)明的精神 及范圍的情況下進行本發(fā)明的其它實施例。因此，本發(fā)明被認為僅受隨附權(quán)利要求書及其 合理解釋限制。
【主權(quán)項】
1. 一種掃描手指的方法，其包括： 以多個超聲掃描頻率掃描定位在超聲傳感器的成像表面上的手指； 針對所述掃描頻率中的每一者從所述超聲傳感器的多個像素產(chǎn)生超聲圖像信息集，所 述圖像信息集包含來自所述多個像素中的每一者的像素輸出值，每一像素輸出值指示從所 述成像表面反射的能量的量;及 組合對應于所述掃描頻率中的每一者的所述圖像信息集以產(chǎn)生組合圖像信息集，所述 組合圖像信息集包含來自所述多個像素中的每一者的組合像素輸出值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括： 將每一像素輸出值變換成灰度值;及 提供所述多個像素的所述灰度值作為表示所述手指的指紋的所述組合圖像信息集。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括： 使用所述多個超聲圖像信息集來作出活性確定;及 提供指示所述活性確定的活性輸出信號。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中組合所述圖像信息集包含:將所述像素輸出值相加 以產(chǎn)生和;使所述和除以超聲掃描頻率的數(shù)目以產(chǎn)生所述像素輸出值中的每一者的平均 值;及使用所述平均值作為所述組合像素輸出值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中組合所述圖像信息集包含： 針對每一掃描頻率，識別權(quán)重因數(shù)； 使每一像素輸出值乘以所述對應權(quán)重因數(shù)以產(chǎn)生像素輸出值乘積;及 將所述像素輸出值乘積相加以產(chǎn)生和;使所述和除以掃描頻率的數(shù)目以產(chǎn)生所述像素 輸出值中的每一者的平均值;及將所述平均值用作所述組合像素輸出值。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中使用以下方程式計算所述權(quán)重因數(shù)： W ( f i ) = ( e (avgi*fi) _ e (avgi*fmax))八 e (avgi*fmin) _ e (avgi*fmax)) 其中 W(fi)為針對第i個掃描頻率的所述權(quán)重因數(shù)； avglS所述第i個掃描頻率及下一較低掃描頻率下的所述像素輸出值的所述平均值； fmin為最低掃描頻率;及 fmax為最高掃描頻率。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中組合所述圖像信息集包含:從所述圖像信息集中的 所述像素輸出值形成針對所述掃描頻率中的每一者的協(xié)方差矩陣;及組合所述協(xié)方差矩陣 以提供具有每一像素輸出值的組合值的組合矩陣。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中組合所述協(xié)方差矩陣包括:在所述協(xié)方差矩陣中的 各項之間進行插值。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其進一步包括： 針對每一掃描頻率，識別權(quán)重因數(shù);及 在組合所述協(xié)方差矩陣之前使所述協(xié)方差矩陣中的每一項乘以所述對應權(quán)重因數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中使用以下方程式計算所述權(quán)重因數(shù)： W ( f i ) = ( e (avgi*fi) _ e (avgi*fmax))八 e (avgi*fmin) _ e (avgi*fmax)) 其中 W(fi)為針對第i個掃描頻率的所述權(quán)重因數(shù)； avglS所述第i個掃描頻率及下一較低掃描頻率下的所述像素輸出值的所述平均值； fmin為最低掃描頻率;且 fmax為最高掃描頻率。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過以下操作選擇所述多個掃描頻率： 在手指不在所述超聲傳感器的所述成像表面上的情況下以多個超聲測試頻率進行掃 描;及 識別峰值測試頻率，其中峰值測試頻率為緊接較低測試頻率及緊接較高測試頻率較之 所述峰值測試頻率返回較少能量的測試頻率。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進一步包括： 選擇峰值測試頻率，每一所選擇峰值測試頻率具有高于大部分其它測試頻率的返回能 量，且將所述所選擇峰值測試頻率用作所述多個掃描頻率。13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進一步包括： 評估所述峰值測試頻率的圖像質(zhì)量； 選擇峰值測試頻率，每一所選擇峰值測試頻率具有比其它峰值測試頻率更佳的圖像質(zhì) 量，及將所述所選擇峰值測試頻率用作所述多個掃描頻率。14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進一步包括： 選擇所述峰值測試頻率中的一者，及 將所述所選擇峰值測試頻率用作所述多個掃描頻率中的一者。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括:通過對所述峰值測試頻率中的所述所 選擇峰值測試頻率加上或減去預定偏移來識別所述多個掃描頻率中的額外掃描頻率。16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括:通過以下操作識別所述多個掃描頻率 中的額外掃描頻率： 識別包含所述峰值測試頻率中的所述所選擇峰值測試頻率的范圍；及 選擇將在所述所識別范圍內(nèi)的所述掃描頻率。17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括:通過識別所述所選擇峰值測試頻率的 諧波來識別所述多個掃描頻率中的額外掃描頻率。18. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中產(chǎn)生超聲信息集進一步包括:產(chǎn)生每一像素的活 性矢量。19. 一種用于掃描手指的系統(tǒng)，其包括： 成像表面，其經(jīng)配置以接納手指； 平面波超聲發(fā)射器，其用于響應于多個電信號而產(chǎn)生引導朝向所述成像表面的一或多 個超聲平面波； 發(fā)射器驅(qū)動器放大器，其經(jīng)配置以從信號產(chǎn)生器接收電信號及使用所述電信號來驅(qū)動 所述超聲發(fā)射器； 超聲傳感器陣列，其經(jīng)配置以從所述成像表面接收一或多個經(jīng)反射超聲信號;及 電子子系統(tǒng)，其用于產(chǎn)生對應于在每一關注頻率下的所述一或多個經(jīng)反射超聲信號的 圖像信息集及組合所述圖像信息集。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其進一步包括信號產(chǎn)生器，所述信號產(chǎn)生器經(jīng)配置以 將超聲頻率范圍內(nèi)的多個不同離散頻率的電信號發(fā)射到所述平面波超聲發(fā)射器。21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其進一步包括信號產(chǎn)生器，所述信號產(chǎn)生器經(jīng)配置以 將超聲頻率范圍內(nèi)的多個變化頻率的電信號發(fā)射到所述平面波超聲發(fā)射器。22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其進一步包括用于將所述一或多個所接收超聲波分 成其頻率分量的一組帶通濾波器。23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中由所述系統(tǒng)收集的所述信息集經(jīng)啟發(fā)式地組合 以產(chǎn)生輸出圖像。24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中由所述系統(tǒng)收集的所述信息集是使用奈曼皮爾 遜多模融合系統(tǒng)概率式地組合以產(chǎn)生輸出圖像。25. -種存儲計算機可執(zhí)行代碼的非暫時性計算機可讀媒體，所述可執(zhí)行代碼包括用 以進行以下操作的指令： 以多個超聲掃描頻率掃描定位在超聲傳感器的成像表面上的手指； 針對所述掃描頻率中的每一者從所述超聲傳感器的多個像素產(chǎn)生超聲圖像信息集，所 述圖像信息集包含來自所述多個像素中的每一者的像素輸出值，每一像素輸出值指示從所 述成像表面反射的能量的量;及 組合對應于所述掃描頻率中的每一者的所述圖像信息集以產(chǎn)生組合圖像信息集，所述 組合圖像信息集包含來自所述多個像素中的每一者的組合像素輸出值。26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其進一步包括用以進行以下操作的指令： 將每一像素輸出值變換成灰度值;及 提供所述多個像素的所述灰度值作為表示所述手指的所述指紋的所述組合圖像信息 集。27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其進一步包括用以進行以下操作的指令： 使用所述多個超聲圖像信息集來進行活性確定;及 提供指示所述活性確定的活性輸出信號。28. -種用于掃描手指的系統(tǒng)，其包括： 用于響應于能夠產(chǎn)生超聲頻率范圍內(nèi)的不同離散頻率的電信號的信號產(chǎn)生器而產(chǎn)生 一或多個超聲平面波（"MFG"）的裝置； 用于響應于來自所述信號產(chǎn)生器的電信號而驅(qū)動所述MFG的裝置； 用于接觸所述手指并將來自所述MFG的超聲波作為超聲信號反射到超聲傳感器陣列裝 置的裝置，其中所述超聲傳感器陣列裝置經(jīng)配置以接收所述經(jīng)反射超聲信號;及 用于針對在每一關注頻率下的每一所接收經(jīng)反射超聲信號形成所述手指的圖像信息 集并組合所述所形成圖像信息集的裝置。29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其進一步包括用于將所述一或多個所接收超聲信號 分成其頻率分量的裝置。30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中用于組合所述所形成圖像信息集的所述裝置經(jīng) 配置以使用奈曼皮爾遜多模融合來啟發(fā)式地產(chǎn)生輸出圖像或概率性地產(chǎn)生輸出圖像。
【文檔編號】G06K9/00GK106068515SQ201580011084
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2015年3月5日 公開號201580011084.1, CN 106068515 A, CN 106068515A, CN 201580011084, CN-A-106068515, CN106068515 A, CN106068515A, CN201580011084, CN201580011084.1, PCT/2015/19069, PCT/US/15/019069, PCT/US/15/19069, PCT/US/2015/019069, PCT/US/2015/19069, PCT/US15/019069, PCT/US15/19069, PCT/US15019069, PCT/US1519069, PCT/US2015/019069, PCT/US2015/19069, PCT/US2015019069, PCT/US201519069
【發(fā)明人】杰克·康維·基欽斯, 約翰·基思·施奈德, 阿希什·欣吉爾, 蘭吉特·蘭加納坦, 郭乃貴, 科斯塔丁·D·喬爾杰夫, 史蒂芬·M·哥杰維克, 戴維·威廉·伯恩斯, 菅原奈央, 伊麗莎·櫻子·杜, 陳明宇, 張國亮, 顧晉, 埃斯拉·武拉爾
【申請人】高通股份有限公司