引言/

背景技術(shù)：

存在以下一般假設(shè)：每個個體都具有獨一無二的指紋，根據(jù)該獨一無二的指紋可以唯一地識別他們。個體的手指的皮膚形成脊紋和凹谷的圖案，當(dāng)觸摸時其在表面上留下印跡。印跡可以通過指紋傳感器(如電容傳感器)來感測，指紋傳感器可以響應(yīng)于該指紋傳感器被觸摸而生成脊紋和凹谷的圖案的圖像，從而以計算機(jī)可讀格式電子地表示指紋。

根據(jù)指紋對個體的認(rèn)證是以下處理：比較由指紋傳感器獲取的指紋(皮膚印痕)的至少兩個實例，以確定這些印痕是否可能來自同一個體。隨著指紋感測和處理技術(shù)逐漸產(chǎn)生越來越可靠的驗證并且隨著電子設(shè)備中更高級的處理裝置變得可用，基于指紋的認(rèn)證變得更廣泛地使用—例如與訪問控制、認(rèn)證相結(jié)合，以獲得對智能電話的訪問。與此結(jié)合，通常，存在對非?？焖俚孬@取指紋圖像并且處理指紋圖像的需求。然而，對于指紋傳感器—至少那些電容型指紋傳感器—獲取指紋圖像花費大量的時間。

當(dāng)提到也記作捕獲的獲取的定時，那么基本上存在兩個應(yīng)該避免的事情，即過早捕獲或過晚捕獲。過早的圖像捕獲可能造成手指還沒有正確地放置在觸摸傳感器上的圖像，而過晚的捕獲可能導(dǎo)致手指要離開傳感器的圖像或來自手指的汗水開始在凹谷中蔓延的圖像。這暗指僅存在其中可以獲取良好指紋圖像的有限時間間隔。

還應(yīng)當(dāng)注意的是，直到完整指紋圖像被獲取并且驗證處理完成為止所花費的總時間通常是重要的性能指標(biāo)。

相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)

us2015/070137公開了一種電容型指紋傳感器，其包括手指感測像素陣列和耦接至感測像素陣列的處理電路。處理電路能夠從散布在指紋傳感器上的感測像素的子集獲取手指穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，并且基于手指穩(wěn)定性數(shù)據(jù)來確定手指相對于感測像素陣列是否穩(wěn)定。當(dāng)確定手指穩(wěn)定時，處理電路還能夠從手指感測像素陣列獲取指紋圖像。

然而，該指紋傳感器被配置在硬件中并且僅提供用于判定何時獲取完整指紋圖像的有限信息，這又涉及以下風(fēng)險：獲取在手指實際上穩(wěn)定之前和在足夠圖像信息可用之前被過早獲取或者在手指已經(jīng)離開傳感器并且錯過用于獲取具有足夠圖像信息的圖像的時刻時被過晚獲取的指紋圖像。在任一情況下，如果可能的話，需要重新激活用戶再次觸摸傳感器，以獲得指紋圖像中的足夠信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供了一種用于使用電容感測技術(shù)來確定用于捕獲指紋圖像的合適時間點的方法。在一些方面，該方法既跟蹤指紋傳感器的信號水平的時空演變，又同時以此確保信號保持在指定范圍內(nèi)?？臻g-時間感測尤其可以用作用于對盡可能多的指紋信息的快速圖像捕獲的使能器。

在下文中，術(shù)語“觸摸”用于指定對傳感器的觸摸。觸摸也可互換地表示為“觸摸事件”。

提供了一種從指紋傳感器獲取指紋圖像的方法，指紋傳感器具有跨感測區(qū)域的傳感器元件陣列，

所述方法包括：

-監(jiān)視位于傳感器元件陣列中的按組間隔開的位置處的傳感器元件組，以確定在傳感器元件陣列上發(fā)生的觸摸的位置；

-從傳感器元件陣列、在相應(yīng)時間點處獲取在尺寸上被限制于感測區(qū)域的子區(qū)域的指紋子圖像；其中，子圖像中的一個或更多個子圖像選自于在觸摸的位置周圍的位置；

-當(dāng)指紋子圖像被獲取時，計算指紋子圖像的統(tǒng)計指標(biāo)的值；

-當(dāng)預(yù)定義準(zhǔn)則指示統(tǒng)計指標(biāo)的值已經(jīng)達(dá)到或即將達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，獲取完整指紋圖像。

因此，可以利用高精度來估計用于獲取完整指紋圖像的合適時間點，這是因為可以在獲取完整圖像并且承載表示或指示完整指紋圖像的質(zhì)量相當(dāng)好的信息所花費的時間的一小部分時間處獲取子圖像。

由于從最初檢測到觸摸事件開始直到用于記錄有用指紋圖像的條件已經(jīng)確定并且變得穩(wěn)定為止所花費的時間從對傳感器的一次觸摸到另一次觸摸變化顯著，并且由于獲取完整指紋圖像花費大量時間，因此存在以下風(fēng)險：指紋圖像被過早記錄或錯過用于從觸摸記錄指紋圖像的時間點。在任一情況下，需要重新激活用戶再次觸摸傳感器以獲得指紋圖像中的足夠信息。應(yīng)當(dāng)注意的是，用于記錄有用指紋圖像的條件極大地取決于手指的潮濕或濕度以及緊接在觸摸之前、期間和之后的手指移動的速度和持續(xù)時間，這是因為通常根據(jù)電容感測原理來獲得指紋圖像。

顯著的優(yōu)點在于：可以從軟件應(yīng)用控制指紋獲取，這允許在定制圖像獲取方面的極大的靈活性，例如結(jié)合如下進(jìn)一步描述的自適應(yīng)控制如用于對增益水平的“在運行中”調(diào)整以防止飽和。

因此，通過在不同時間點處的子圖像的演變之后計算地執(zhí)行對穩(wěn)定條件的估計。直到用于記錄有用指紋圖像的條件足夠穩(wěn)定為止所花費的時間可以從大約30毫秒到大約300毫秒變動，高達(dá)大約500毫秒。相比之下，從指紋傳感器獲取完整指紋圖像可能花費約10毫秒至約100毫秒的范圍，高達(dá)約175毫秒。獲取或捕獲完整圖像所花費的時間可以取決于指紋傳感器的配置、串行外圍接口的時鐘頻率、從指紋傳感器執(zhí)行圖像獲取的軟件的配置以及其他因素。

指紋子圖像僅被臨時存儲，并且通常在隨后的子圖像被獲取時或者在一個或更多個統(tǒng)計指標(biāo)已根據(jù)子圖像被計算出時被丟棄。

一些指紋圖像傳感器具有用于快速讀出用于監(jiān)視傳感器元件組的信息的接口。也記作墊的組可以位于散布在傳感器元件陣列上的間隔開的位置處，例如作為包括8×8傳感器元件矩陣的組，其中，所述組中的傳感器元件耦接至輸出指示所述組是否被觸摸的二進(jìn)制信號的電路。這種二進(jìn)制信號可以快速并且以快速率生成。傳感器元件組可以是在指紋傳感器的硬件配置中定義的預(yù)定義傳感器元件組。

因此，可以在觸摸發(fā)生時跟隨觸摸的時空演變，以確定傳感器元件陣列上發(fā)生的觸摸事件的位置。在一些方面，觸摸事件的位置被確定并且用于在從該位置獲取子圖像之前確定在傳感器陣列中的哪個位置處獲取指紋子圖像。

在尺寸上被限制于感測區(qū)域的子區(qū)域意味著子圖像被選擇為在尺寸上小于完整指紋圖像。子圖像可以具有矩形、正方形、圓形或其他形狀?？梢詰?yīng)用更頻繁的獲取與較小尺寸之間或較不頻繁的獲取與較大尺寸之間的權(quán)衡來選擇子圖像的尺寸。尺寸可以例如是完整指紋圖像的尺寸的約1-2％、1-5％、小于或約10％、20％、30％、40％或50％。完全指紋圖像可以覆蓋圖像傳感器的所有傳感器元件或其大多數(shù)傳感器元件，例如所述傳感器元件不包括由邊緣或框架覆蓋的圖像傳感器元件或者由于它們已經(jīng)劣化而被認(rèn)為是“死的”傳感器元件。

在一些方面，通過以低于由每單位面積的傳感器元件的數(shù)目給出的(固有)分辨率的分辨率獲取子圖像來選擇子圖像中的一個或更多個子圖像；例如通過從所選擇的行和列讀出強(qiáng)度值，例如通過從每第2行和列、或第4行和列或第8行和列讀出并且跳過從位于其間的傳感器元件的讀出。在一些方面，跳過的行的數(shù)目與跳過的列的數(shù)目相同；在其他方面，跳過的行的數(shù)目不同于跳過的列的數(shù)目。在一些方面，可以根據(jù)位于傳感器元件陣列中的按組間隔開的位置處的傳感器元件組來選擇子圖像中的一個或更多個子圖像。這些方面具有的優(yōu)點是：可以根據(jù)相對少數(shù)的強(qiáng)度值計算統(tǒng)計指標(biāo)，而子圖像可以覆蓋相對大的區(qū)域，盡管子圖像是被稀疏采樣的。

當(dāng)指紋子圖像被獲取時計算指紋子圖像的統(tǒng)計指標(biāo)的值以跟隨值的演變，并且一旦統(tǒng)計指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到或即將達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)則采取動作以獲取完整圖像。在下面更詳細(xì)地描述統(tǒng)計指標(biāo)，并且統(tǒng)計指標(biāo)可以例如是根據(jù)子圖像計算出的平均值。

在一些實施方式中，在至少閾值數(shù)目個傳感器元件組指示觸摸事件正在發(fā)生的時間點處，根據(jù)指示觸摸的那些傳感器元件組來估計觸摸的位置。

由此，在閾值數(shù)目個傳感器元件組(也記作墊)指示觸摸事件正在發(fā)生之后確定觸摸的位置。由此，實現(xiàn)了對位置的更可靠的估計。在一些方面，傳感器元件的墊的閾值數(shù)目大于預(yù)定義墊的一半或大于墊的約30％、或大于40％、或大于60％。

在一些方面，例如根據(jù)從指紋傳感器的硬件電路生成的信號檢測到觸摸的開始，并且開始延續(xù)預(yù)定義時間段的預(yù)定義時間段；其中，當(dāng)預(yù)定義時間段期滿時，確定傳感器元件組的子集。

在一些方面，當(dāng)一個或更多個但少于閾值數(shù)目個傳感器元件組指示觸摸正在發(fā)生時，檢測到觸摸。

可以通過識別響應(yīng)被監(jiān)視的組之間的觸摸(具有關(guān)于它們的位置的預(yù)定義信息)的傳感器元件組—也記作墊—來確定觸摸事件的位置。術(shù)語“響應(yīng)觸摸”被理解為由墊內(nèi)的傳感器元件中的一個或更多個傳感器元件測量的容量例如超過閾值。

觸摸事件的位置可以被計算為傳感器元件組的幾何中心。在一些方面，幾何中心是幾何重心或其近似。

在一些方面，監(jiān)視傳感器元件組的步驟在低功率模式例如睡眠模式下執(zhí)行，并且當(dāng)至少閾值數(shù)目指示觸摸正在發(fā)生時，離開睡眠模式以然后僅確定觸摸的位置。因此，減少了由于偽造激活造成的不必要退出低功率模式的風(fēng)險。

一旦閾值數(shù)目個傳感器元件組響應(yīng)于觸摸事件，則開始獲取指紋子圖像。在一些方面，然后從傳感器元件陣列中的相同位置獲取指紋子圖像。在一些方面，在不同時間點處獲取的指紋子圖像具有類似的尺寸，例如相同尺寸。

在一些實施方式中，子圖像中的一個或更多個子圖像選自于在范圍(expanse)上被限制在包圍指示觸摸事件正在發(fā)生的傳感器元件組的邊界框(boundingbox)內(nèi)的區(qū)域。

由此，一個或更多個子圖像可以在空間上布置在發(fā)生觸摸的地方，以提高獲取表示即將獲取的完整指紋圖像的質(zhì)量的圖像信息的可能性。

確定在傳感器元件陣列上發(fā)生的觸摸的位置可以被理解為該方法可以使用關(guān)于墊(即傳感器元件組)之間的距離的信息。關(guān)于距離的信息可以被存儲為像素的數(shù)目，例如墊之間的像素的數(shù)目或從墊的中心到相鄰墊的中心的像素的數(shù)目。墊可以被規(guī)則或不規(guī)則的距離間隔開，并且可以沿著陣列中的行和列相同或不同。因此，通過組合所存儲的關(guān)于墊的和墊之間的幾何關(guān)系的信息和關(guān)于哪些墊被激活的信息，可以選擇在范圍上被限制在圍繞指示觸摸事件正在發(fā)生的傳感器元件組的邊界框內(nèi)的子圖像的區(qū)域。邊界框可以具有正方形形狀或多邊形形狀。邊界框可以包圍所有激活的墊，或者邊界框可以穿過由激活的墊簇的最外面的墊設(shè)定的區(qū)域或者緊接在所述區(qū)域內(nèi)。例如，在墊之間存在32行或列像素的情況下，并且在激活的墊位于虛構(gòu)正方形的拐角處的情況下，則可以獲取被限制于傳感器元件的區(qū)域(32+2p)×(32+2p)的子圖像，其中，p是墊的尺寸。

因此，在手指實際觸摸傳感器的特定區(qū)域中測量信號演變并且借助于統(tǒng)計指標(biāo)來跟蹤信號演變。

這給出了關(guān)于手指穩(wěn)定時的時間點的更可靠的預(yù)測，因為跟蹤在手指實際存在的區(qū)域中執(zhí)行，此外，還將計算復(fù)雜度保持在相對低的水平處，這是因為處理被限制于針對該特定區(qū)域獲得的圖像數(shù)據(jù)。低的計算復(fù)雜度具有的好處是其可以是用于在低功耗情況下的快速感測方法的使能器。

在一些實施方式中，監(jiān)視傳感器元件組的集合的步驟在指紋子圖像被獲取的同時繼續(xù)，以動態(tài)地確定傳感器元件組的子集，并且由此動態(tài)地重新定位從哪些傳感器元件獲得初步指紋子圖像。

當(dāng)指尖在傳感器上略微翻轉(zhuǎn)并且有效地改變觸摸的位置和范圍時，這是有利的。然而，通過將各個子圖像例如一個接多個地重新定位，在僅處理來自子圖像區(qū)域的圖像信息的同時，在這種情況下提高獲取表示即將獲取的完整指紋圖像的質(zhì)量的信息的可能性。

在一些實施方式中，該方法包括：當(dāng)統(tǒng)計指標(biāo)的值被計算時，評估統(tǒng)計指標(biāo)的值隨時間的斜率；其中，當(dāng)斜率低于預(yù)定義斜率閾值時，預(yù)定義準(zhǔn)則指示統(tǒng)計指標(biāo)的值已經(jīng)達(dá)到或即將達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

當(dāng)強(qiáng)度變化接近于零時，這指示手指接近于找到其穩(wěn)定狀態(tài)模式，因此，手指將最可能是穩(wěn)定的。

可以用于跟蹤強(qiáng)度變化的量度的一些示例是最小值/最大值和/或平均值/中值。通過跟蹤這樣的值，可以計算曲線的陡度，從而計算強(qiáng)度變化的斜率，這可以用于找到穩(wěn)定狀態(tài)，即當(dāng)斜率減小和變平時。

可以考慮在獲取兩個連續(xù)子圖像之間經(jīng)過的時間用于計算斜率，這是因為可以在變化的時間間隔處獲取子圖像。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在一些方面，用于處于穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)定義準(zhǔn)則是在手指被歸類為穩(wěn)定之前的多個相應(yīng)時間點之上一個或更多個統(tǒng)計指標(biāo)的值已經(jīng)處于斜率閾值內(nèi)。

當(dāng)提到確保捕獲到具有合適的信號強(qiáng)度的圖像時，執(zhí)行對指紋傳感器中的信號水平的自適應(yīng)控制是有益的。理想地，應(yīng)當(dāng)在對傳感器的每次觸摸期間進(jìn)行對信號的自適應(yīng)控制以考慮手指的壓力和當(dāng)前捕獲環(huán)境二者，例如濕度和噪音。

存在同時跟蹤諸如最小值、最大值和平均值的多個強(qiáng)度量度的若干益處，這是因為這將首先提高對穩(wěn)定狀態(tài)的估計的可靠性。其次，對最小值和最大值的跟蹤將同時還提供對輸入信號的動態(tài)范圍的指示，因此，指紋系統(tǒng)可以同時在運行中調(diào)整信號放大以避免信號飽和。

在一些實施方式中，該方法包括：響應(yīng)于根據(jù)至少一個指紋子圖像計算出的強(qiáng)度量度的值而自適應(yīng)地執(zhí)行對指紋傳感器的設(shè)定的調(diào)整。

已經(jīng)觀察到，存在濕度或潮濕積聚在手指的皮膚的脊紋之間的凹谷中的趨勢。這不僅使脊紋而且使積聚潮濕或濕度的凹谷向傳感器元件誘導(dǎo)強(qiáng)的信號水平。常規(guī)地，這涉及以下風(fēng)險：指紋圖像中的對比度大大消失，這降低了指紋圖像的質(zhì)量并且潛在地防止指紋驗證和授權(quán)。另外，存在以下風(fēng)險：在完整指紋圖像被獲取之前，快速觸摸指紋傳感器的手指的相對高水平的濕度或潮濕使傳感器元件和與傳感器元件耦接的電路中的一者或兩者飽和。

然而，響應(yīng)于對初步指紋子圖像中的至少一個初步指紋子圖像的強(qiáng)度量度而對指紋傳感器的設(shè)定的自適應(yīng)調(diào)整可以抵消所獲取的完整指紋圖像中的對比度的這種劣化。因此，可以有效地使用指紋傳感器的動態(tài)范圍，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)驗證。

在一些方面，在觸摸事件期間執(zhí)行至少一個自適應(yīng)調(diào)整。

本發(fā)明的另一實施方式是跟蹤完整強(qiáng)度分布，在這樣的實施方式中，可以通過使用強(qiáng)度分布的發(fā)散作為量度來估計穩(wěn)定狀態(tài)模式，例如總變差距離或庫爾貝克-萊布勒(kullback-leibler)發(fā)散或詹森-香農(nóng)(jensen-shannon)發(fā)散。在機(jī)器學(xué)習(xí)社區(qū)中眾所周知，對完整密度分布/函數(shù)的跟蹤通常將提供比簡單的“點估計”更全面和可靠的估計。

在一些實施方式中，該方法包括：當(dāng)統(tǒng)計指標(biāo)和另一統(tǒng)計指標(biāo)中的一者或兩者的值被計算時，對照強(qiáng)度閾值來隨時間評估統(tǒng)計指標(biāo)和另一統(tǒng)計指標(biāo)中的一者或兩者的值；以及當(dāng)統(tǒng)計指標(biāo)和另一統(tǒng)計指標(biāo)中的一者或兩者的值中的一個或更多個值超過強(qiáng)度閾值時，執(zhí)行對指紋傳感器的設(shè)定的調(diào)整。

因此，在獲取初步指紋子圖像的過程期間調(diào)整指紋傳感器的設(shè)定。

在一些方面，其中，較高電容量由較低強(qiáng)度值表示，反之亦然，強(qiáng)度量度是對從初步指紋子圖像的相應(yīng)指紋子圖像采集的強(qiáng)度值的分布中的較低分位數(shù)(quantile)或較低10％百分位數(shù)(percentile)的估計。其他百分位數(shù)可以是2％、5％、15％或20％。通過使用分位數(shù)或百分位數(shù)作為強(qiáng)度量度，可以增大對諸如死像素和/或噪聲的損傷的魯棒性。此外，這在子圖像的一部分不包含來自指紋的任何信號的情況下也將是有益的。因此，可以存在百分位數(shù)可以導(dǎo)致強(qiáng)度值的分布的更有意義的最小值的情況。

在一些實施方式中，通過改變指紋傳感器中的增益設(shè)定來調(diào)整指紋傳感器的設(shè)定。

常規(guī)的指紋傳感器包括混合模式模擬/數(shù)字電路部，混合模式模擬/數(shù)字電路部具有從傳感器元件如可以在電力上充電的傳感器元件引出至模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器部的信號路徑，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器部將數(shù)字信號輸出至數(shù)字部，數(shù)字部具有將數(shù)字指紋圖像信號承載至設(shè)置在一個或更多個電氣端子處的接口的數(shù)字信號路徑。通常提供控制接口，例如所謂的串行可編程接口spi，通過該spi可以可操作地控制或布線信號路徑，從而改變設(shè)定。

在一些方面，通過改變混合模式模擬/數(shù)字電路部中的信號路徑來調(diào)整指紋傳感器的設(shè)定。

在一些實施方式中，通過改變指紋傳感器中的轉(zhuǎn)移設(shè)定來調(diào)整指紋傳感器的設(shè)定。

該轉(zhuǎn)移可以是數(shù)字轉(zhuǎn)移或dc電壓轉(zhuǎn)移或dc電流轉(zhuǎn)移中的一個或更多個。dc電壓轉(zhuǎn)移或dc電流轉(zhuǎn)移可以設(shè)定在指紋傳感器的模擬域或混合模式域中。該轉(zhuǎn)移還可以或可替代地設(shè)定在指紋傳感器的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器中。

在一些實施方式中，統(tǒng)計指標(biāo)和另一統(tǒng)計指標(biāo)中的一者或兩者選自于如下組：強(qiáng)度值的分布的百分位數(shù)或分位數(shù)；中值，平均值，總變差距離，以及發(fā)散量度，比如所述分布相對于預(yù)定義分布的非對稱或?qū)ΨQ發(fā)散量度。

這些統(tǒng)計指標(biāo)中的大多數(shù)指標(biāo)可以利用相對簡單的處理來實施。發(fā)散量度可以是最初由solomonkullback和richardleibler引入的所謂的庫爾貝克-萊布勒發(fā)散量度，或者發(fā)散量度可以是所謂的詹森-香農(nóng)發(fā)散量度或另外的發(fā)散量度。發(fā)散量度的計算基于可以是來自兩個連續(xù)子圖像的強(qiáng)度值的分布的至少兩個分布。

如上所述，在一些實施方式中，該方法包括評估統(tǒng)計指標(biāo)的值隨時間的斜率；其中，當(dāng)斜率低于預(yù)定義斜率閾值時，預(yù)定義準(zhǔn)則指示統(tǒng)計指標(biāo)的值已經(jīng)達(dá)到或即將達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

如上所述，可以利用高精度來估計用于獲取完整指紋圖像的合適時間點。然而，由于在直到完整指紋圖像被獲取為止所花費的時間期間手指可能被移動、轉(zhuǎn)動或甚至從傳感器移除，因此存在以下風(fēng)險：完整指紋圖像，盡管是完整的，但具有不足以用于授權(quán)目的的質(zhì)量。通過常規(guī)方法得出這個結(jié)論可能花費大量的時間—并且可能涉及將來自合法人員的指紋拒絕為未被授權(quán)的風(fēng)險。因此：

在一些實施方式中，該方法包括：

在完整指紋圖像的獲取開始之前或開始時，確定指示觸摸的傳感器元件組的第一集合；

當(dāng)完整指紋圖像的獲取完成時或者在完整指紋圖像被獲取的時間點處，確定指示觸摸的傳感器元件組的第二集合；

比較傳感器元件組的第一集合與傳感器元件組的第二集合；以及

向完整指紋圖像分配值，其中，所述值指示第一集合與第二集合的比較結(jié)果。

因此，提供了對所獲取的完整指紋圖像執(zhí)行質(zhì)量控制的有效方式。質(zhì)量控制依賴于在指紋圖像被獲取之前和之后或在開始獲取和完成獲取時或前述的組合來確定觸摸的空間范圍。如上所述，指紋傳感器可以被配置成提供對例如作為二進(jìn)制信號的值的非常快速地讀出，所述值指示是否觸摸了傳感器元件的墊或傳感器元件組。因此，可以以快速的方式執(zhí)行質(zhì)量控制以快速提示用戶再次嘗試，以防指紋圖像具有差的質(zhì)量。

在一些方面，如果第二集合未能包括第一集合中的所有組或基本上所有組，則將分配給指紋圖像的值設(shè)定成指示指紋圖像的質(zhì)量較差。如果第二集合包括第一集合中的所有組或基本上所有組或除第一集合中的組之外另外的組，則將分配給指紋圖像的值設(shè)定成指示認(rèn)可指紋圖像的質(zhì)量。

在一些方面，結(jié)合確定在傳感器元件陣列上發(fā)生的觸摸的位置的上述步驟，即，在子圖像的獲取之前或之間確定傳感器元件組的第一集合。在其他方面，緊接在完整圖像的獲取之前或開始時確定傳感器元件組的第一集合。在后一種情況下，改進(jìn)了第一集合與第二集合的比較基礎(chǔ)，這是因為分別在完整圖像被獲取之前和之后確定集合。

還提供了一種加載有被配置成執(zhí)行上述方法的計算機(jī)程序的計算機(jī)系統(tǒng)。

還提供了一種承載被配置成執(zhí)行上述方法的程序的計算機(jī)可讀介質(zhì)，其中，所述方法是在計算機(jī)上運行的計算機(jī)實施的方法。

還提供了一種被配置成從指紋傳感器獲取指紋圖像的裝置，指紋傳感器具有跨感測區(qū)域的傳感器元件陣列，所述裝置包括：監(jiān)視部件，其被配置成監(jiān)視位于傳感器元件陣列中的按組間隔開的位置處的傳感器元件組以確定在傳感器元件陣列上發(fā)生的觸摸的位置；圖像獲取部件，其被配置成在相應(yīng)時間點處獲取在尺寸上被限制于感測區(qū)域的子區(qū)域的指紋子圖像；其中，子圖像中的一個或更多個子圖像選自于在觸摸的位置周圍的位置；計算部件，其被配置成當(dāng)指紋子圖像被獲取時計算指紋子圖像的統(tǒng)計指標(biāo)的值；其中，圖像獲取部件還被配置成當(dāng)預(yù)定義準(zhǔn)則指示統(tǒng)計指標(biāo)的值已經(jīng)達(dá)到或即將達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時獲取完整指紋圖像。

在一些實施方式中，該裝置是以下中的一種：移動電話、智能電話、平板計算機(jī)、膝上型計算機(jī)和通用計算機(jī)。在一些實施方式中，該裝置包括指紋傳感器。

此處和在下文中，術(shù)語“計算機(jī)”、“處理器”、“處理裝置”和“處理單元”意在包括適于執(zhí)行本文中描述的功能的任何電路和/或器件。特別地，上述術(shù)語包括通用或?qū)Ｓ每删幊涛⑻幚砥?、?shù)字信號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、可編程邏輯陣列(pla)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)、專用電子電路等或前述的組合。

附圖說明

下面參照附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述，在附圖中：

圖1示出了正暴露于觸摸傳感器的手指的指紋傳感器的側(cè)視圖和示出傳感器墊和子圖像配置的指紋傳感器的俯視圖；

圖2示出了在不同時間點處的圖像強(qiáng)度值的分布和由此計算出的統(tǒng)計值；

圖3示出了統(tǒng)計值的時間方面；

圖4示出了統(tǒng)計最小值和閾值水平的時間方面；

圖5示出了用于獲取指紋圖像的可控指紋傳感器；

圖6示出了關(guān)于基于軟件的手指穩(wěn)定檢測的一般水平的狀態(tài)圖；

圖7示出了用于基于軟件的手指穩(wěn)定檢測和指紋圖像獲取的流程圖；

圖8示出了用于評估完整指紋圖像的品質(zhì)的流程圖；以及

圖9示出了基于軟件的手指穩(wěn)定檢測和指紋圖像獲取系統(tǒng)的部件。

具體實施方式

圖1示出了正暴露于觸摸傳感器的手指的指紋傳感器的側(cè)視圖和示出傳感器墊和子圖像配置的指紋傳感器的俯視圖。隨后結(jié)合流程圖給出更詳細(xì)的描述。

指紋傳感器通常由附圖標(biāo)記109標(biāo)示，并且手指通常由附圖標(biāo)記105標(biāo)示。在最頂端在左手側(cè)101上示出了其中手指105如箭頭106所示地向下移動直到它觸摸到傳感器的側(cè)視圖。然后，在右手側(cè)102上示出了手指105如箭頭107所示地繼續(xù)移動。

指紋傳感器109可以是電容型的，所述電容型借助于被布置為通常標(biāo)示為110的矩陣陣列中的元件的感測元件來感測手指與傳感器之間的電容。感測元件具有足夠小的尺寸并且被布置得足夠緊密以提供對手指的皮膚的脊紋和凹谷的電容成像。常規(guī)地，感測元件被保護(hù)在覆蓋非導(dǎo)電層(未示出)的后面。由于電容成像技術(shù)，如虛線108所示，潮濕和濕度極大地影響能夠從傳感器獲取的指紋圖像的性質(zhì)和品質(zhì)。潮濕或濕度可能造成凹谷的“淹沒(flooding)”，從而產(chǎn)生不期望的效果：指紋圖像變得有些失真，并且潛在地存在傳感器元件的電路飽和的風(fēng)險。來自高的或非常低的濕度水平的其它不期望的效果也可能發(fā)生。下面還公開了避免這種風(fēng)險的自適應(yīng)方法。

在最底部示出了傳感器109的兩個俯視圖，其中，由傳感器上的觸摸的上述演變造成各個指紋的疊加。通過比較最左邊的指紋118與最右邊的指紋119，可以看出最右邊的指紋稍大并且已經(jīng)移動了一位。

雖然在該俯視圖中未示出傳感器中的單個傳感器元件——也記作像素，但是示出了位于傳感器元件陣列中的按組間隔開的位置處的傳感器元件組110、111和114。每個組110、111和114可以包括一個或更多個傳感器元件，如2×2傳感器元件組、8×8傳感器元件組或其他配置。這些組可以具有相同的尺寸和形狀或者可以具有不同的尺寸和/或形狀。傳感器元件組也表示為“墊”。

傳感器元件(未示出)耦接至相應(yīng)信號路徑用于讀出模擬形式和/或數(shù)字形式的強(qiáng)度值，以使得提供電容成像，這是因為電容成像是本領(lǐng)域已知的。

在一些實施方式中，墊包括另外耦接至第二信號路徑用于以快速方式例如以二進(jìn)制形式讀出感測值的傳感器元件。因此，可以快速地捕獲來自墊的信號。在其他實施方式中，墊包括可以具有較大尺寸或與其他傳感器元件類似的尺寸的一個或更多個專用傳感器元件。

在左手側(cè)上，標(biāo)示為111的傳感器元件組被手指105激活并且輸出例如二進(jìn)制“1”。標(biāo)示為110的傳感器元件組表示未被觸摸激活的組。例如通過像素坐標(biāo)獲知組的布局，可以計算被激活的組的幾何中心，以確定在傳感器元件陣列上發(fā)生的觸摸的位置112。關(guān)于觸摸的位置112，可以選擇在尺寸上被限制于感測區(qū)域的子區(qū)域113的子圖像以快速讀出，這是因為子圖像在尺寸上受限。通常，感測區(qū)域是感測元件共同覆蓋的區(qū)域。示出了子區(qū)域113位于坐標(biāo)(x1，y1)處并且具有尺寸δx、δy。

在一些實施方式中，從子區(qū)域113內(nèi)的多個間隔開的區(qū)域記錄子圖像，其中，對于子圖像的處理不讀出或忽略在間隔開的區(qū)域之間的強(qiáng)度值。間隔開的區(qū)域可以被布置為棋盤圖案，在這種情況下，區(qū)域的拐角可以鄰近或少量重疊?？商娲?，子區(qū)域113內(nèi)的間隔開的區(qū)域可以被配置為行取向帶或列取向帶。

在一些實施方式中，觸摸的位置112采取矢量的形式，其中，所述矢量的元素保存表示由手指105激活的標(biāo)示為111的相應(yīng)傳感器元件組的位置的相應(yīng)值。在這種情況下，由于多個位置可以容易地獲得，因此對位置112的計算可以被省去?？梢詮亩鄠€間隔開的區(qū)域記錄子圖像，其中，每個區(qū)域位于由手指105激活的相應(yīng)傳感器元件組111的位置周圍。

在一些實施方式中，從散布在整個傳感器區(qū)域的多個間隔開的區(qū)域或其中被認(rèn)為是“激活”的區(qū)域記錄子圖像，其中，激活意味著所述區(qū)域能夠操作成有效地感測觸摸。在一些實施方式中，從整個子區(qū)域或從子區(qū)域中的多個間隔開的區(qū)域中選擇子圖像，其中，子區(qū)域被選擇為觸摸發(fā)生的該部分，其中，該部分例如是觸摸發(fā)生的傳感器區(qū)域的一半或另一部分。

轉(zhuǎn)向右手側(cè)，右手側(cè)可以表示比由左手側(cè)所示的時間更遲(例如，2至50毫秒之后)的時間點處的觸摸，標(biāo)示為114的傳感器元件組被手指105激活并且輸出例如二進(jìn)制“1”?？梢钥闯?，組114形成比組111更大的集合。在這一點上，可以將子區(qū)域113保持為從其獲取另外的一個或更多個子圖像的區(qū)域?？商娲?，子區(qū)域可以移動至產(chǎn)生觸摸的更新了的位置117的新計算的幾何中心周圍的位置。

子區(qū)域116示出另一子圖像可以如何相對于113被重新定位和擴(kuò)展，以使得該另一子圖像從另一區(qū)域中被選擇。區(qū)域115示出了另一子圖像可以如何相對于113擴(kuò)展以使得該另一子圖像從另一區(qū)域中被選擇的另一方式。

圖2示出了在不同時間點處的圖像強(qiáng)度值的分布和由此計算出的統(tǒng)計值。假設(shè)應(yīng)用適當(dāng)?shù)臍w一化，盡管所示的曲線被簡化。

通常，在主坐標(biāo)系200中，時間點被標(biāo)示為t1、t2、t3和t4并且沿著被標(biāo)示為時間“t”的橫坐標(biāo)軸示出。沿著主坐標(biāo)系200的縱坐標(biāo)軸繪制了統(tǒng)計指標(biāo)smean(d,t)、smin(d,t)、smax(d,t)，其中，d是在時間t處獲取的子圖像的強(qiáng)度值的分布。

主坐標(biāo)系包括標(biāo)示為206、207、208和209的四個子坐標(biāo)系。每個子坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)軸被標(biāo)示為d并且表示子圖像的值。在一些實施方式中，d對應(yīng)于子圖像的(歸一化)直方圖中的直條(bin)。每個子坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)軸被標(biāo)示為d(si,t)，其中，d將密度標(biāo)示為在時間t處獲取的子圖像si和直方圖直條的函數(shù)。在一些實施方式中，d(si,t)將(歸一化)直方圖頻率標(biāo)示為子圖像si的函數(shù)。

這些分布被標(biāo)示為201a、201b、201c和201d，并且通常將由離散值表示。如所示出的，分布具有類似的形狀，但是相對于彼此朝向通常較低的值轉(zhuǎn)移。然而，如分布205(虛線)所示，分布的形狀可以從一個子圖像到下一個子圖像而改變。

統(tǒng)計指標(biāo)smean(d,t)、smin(d,t)、smax(d,t)測量分布的平均值202a、202b、202c和202d和其最小值203a、203b、203c和203d以及最大值204a、204b、204c和204d。由附圖標(biāo)記指出的十字當(dāng)被投影至子坐標(biāo)系的相應(yīng)橫坐標(biāo)軸時或當(dāng)被投影至主坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)軸時指示指標(biāo)的值。

最小值的統(tǒng)計指標(biāo)可以被配置成表示分布的較低“分位數(shù)”如5％百分位數(shù)。在一些實施方式中，這可通過識別(歸一化的)直方圖分布中的具有最接近某一百分位數(shù)如5％百分位數(shù)的值的最低直條來完成。類似地，最大值的統(tǒng)計指標(biāo)可以被配置成表示分布的較高“分位數(shù)”如95％百分位數(shù)。在一個實施方式中，這可通過識別(歸一化的)直方圖分布中的具有最接近某一百分位數(shù)如95％百分位數(shù)的值的最高直條來完成。

如通常注意的，時間點t1、t2、t3和t4表示執(zhí)行以下步驟的時間點：

1.獲取相應(yīng)子圖像，

2.計算一個或更多個統(tǒng)計指標(biāo)，以及

3.為了確定用于獲取完整圖像的合適時間點的目的，評估統(tǒng)計指標(biāo)。

因此，時間點t1、t2、t3和t4以一致的方式表示在上述步驟期間或在上述步驟的開始或完成時的一些時間點。在標(biāo)記的時間點之間執(zhí)行上述步驟中的一個或更多個步驟。通常，優(yōu)先在盡可能接近的時間內(nèi)獲取子圖像。

可以順序執(zhí)行或同時執(zhí)行上述步驟；例如可以連續(xù)獲取子圖像，同時執(zhí)行對統(tǒng)計指標(biāo)的計算，使得在計算圖像n的統(tǒng)計指標(biāo)的計算的同時獲取子圖像n+1。

在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以使用其他統(tǒng)計指標(biāo)。

圖3示出了統(tǒng)計值的時間方面。統(tǒng)計值由例如如上所述的統(tǒng)計指標(biāo)smean(d,t)、smin(d,t)、smax(d,t)來計算。另外，統(tǒng)計值包括通過所謂的庫爾貝克-萊布勒發(fā)散量度sk-l(dt,dt-1)計算出的值，其中，dt標(biāo)示在時間t處的分布。可替代地，所述值被計算為sk-l(dt-1,dt)。

應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，計算離散值，但是繪制連續(xù)曲線以更清楚地示出離散值朝著穩(wěn)定狀態(tài)或穩(wěn)定水平前進(jìn)。

由穿過由附圖標(biāo)記301、302和306指向的相應(yīng)十字的相應(yīng)線上的相應(yīng)十字示出smean(d,t)、smin(d,t)、smax(d,t)的值。

在實施方式中，指示統(tǒng)計指標(biāo)的值已經(jīng)達(dá)到或即將達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)定義準(zhǔn)則是指標(biāo)中的一個或更多個指標(biāo)的斜率低于斜率閾值?？梢愿鶕?jù)實驗來估計斜率閾值。作為示例，通過取在兩個時間點處的smean的值之間的差并且除以兩個時間點之間的時段的持續(xù)時間來計算smean的斜率。

曲線304示出了具有來自庫爾貝克-萊布勒發(fā)散量度的值的小斜率的曲線。當(dāng)分布201a、201b、201c和201d基本相似或相同時，曲線基本上是平的。在一些實施方式中，另外地或可替代地使用所謂的詹森-香農(nóng)發(fā)散量度。詹森-香農(nóng)發(fā)散是例如nielsen,f.的“afamilyofstatisticalsymmetricdivergencesbasedonjensen'sinequality.”arxiv:1009.4004v2的庫爾貝克-萊布勒發(fā)散的對稱和平滑版本。

曲線305示出了當(dāng)直方圖205替換直方圖201b時來自庫爾貝克-萊布勒發(fā)散量度的值減小的曲線。

上述統(tǒng)計指標(biāo)中的一個或更多個統(tǒng)計指標(biāo)可以對照相應(yīng)準(zhǔn)則來評估，評估的結(jié)果隨后被集體評估以判定是否達(dá)到或即將達(dá)到或已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在一些實施方式中，在子圖像被獲取的多個時間點上需要滿足一個或更多個準(zhǔn)則。

在其中使用歸一化直方圖作為密度分布d的估計的一些實施方式中，確保在計算庫爾貝克-萊布勒發(fā)散量度之前直方圖直條是非空的(即密度大于零)。

在本發(fā)明的另一實施方式中，利用人工值對空直方圖直條分配/重寫，以使得這些直條不再為空?；谠摻?jīng)修改的直方圖，可以做出新的密度估計，并且這用在庫爾貝克-萊布勒發(fā)散量度中。

圖4示出了統(tǒng)計最小值和閾值水平的時間方面。沿著標(biāo)示為時間“t”的橫坐標(biāo)軸標(biāo)記上述時間點t1、t2、t3和t4。沿著縱坐標(biāo)軸繪制如十字401、402和403、404所示的上述統(tǒng)計指標(biāo)smin(d,t)的值。另外，沿著縱坐標(biāo)軸繪制閾值水平th；這里由虛線示出。

由虛線405示出smin(d,t)的準(zhǔn)則的閾值水平。

由轉(zhuǎn)移至第二閾值水平407的第一閾值406示出用于評估例如smean(d,t)的斜率如δsmean/δt的準(zhǔn)則的閾值水平的轉(zhuǎn)移。δsmean表示在時間tn處的smean和在時間tn+1處的smean的差，并且δt是時間差tn+1-tn。

在時間t1處，smin的值401高于閾值水平405。該狀態(tài)指示在t1處記錄的子圖像不飽和。然而，當(dāng)在t2處獲取隨后的子圖像時，根據(jù)隨后的子圖像計算出的smin的值402低于閾值水平405。該狀態(tài)指示在t2處記錄的子圖像接近飽和或已經(jīng)飽和(此處子圖像中的低強(qiáng)度值指示高的信號強(qiáng)度，即高的信號強(qiáng)度)。因此，當(dāng)計算統(tǒng)計指標(biāo)smin的值時，對照強(qiáng)度閾值來隨時間評估統(tǒng)計指標(biāo)smin的值。然后，當(dāng)統(tǒng)計指標(biāo)的值超過強(qiáng)度閾值(此處通過降低至閾值以下來示出)時，執(zhí)行對指紋傳感器的設(shè)定的調(diào)整。該設(shè)定可以例如是dc轉(zhuǎn)移(偏移)、增益設(shè)定等中的一個或多個。這在下面進(jìn)一步更詳細(xì)地描述。

作為調(diào)整指紋傳感器的設(shè)定的效果，在t3處根據(jù)隨后的子圖像計算出的smin的值403已經(jīng)移動至較高值—高于閾值水平405—并且返回至其中圖像不飽和(或接近飽和)的狀態(tài)。如值404所示，調(diào)整的效果持續(xù)至在t4處獲取的子圖像。因此，提供了對指紋傳感器的操作條件的自適應(yīng)控制。在該實施方式中，自適應(yīng)調(diào)整由統(tǒng)計指標(biāo)的超過閾值的值觸發(fā)。從實驗來看，該策略似乎是足夠的，然而，可以設(shè)想更精細(xì)和/或更頻繁的調(diào)整。

如上面進(jìn)一步提及的，例如smean的斜率可以用作用于判定何時達(dá)到子圖像的穩(wěn)定狀態(tài)以使得可以開始獲取完整指紋圖像的指標(biāo)。例如對照例如由斜率閾值表示的閾值來評估斜率。然而，由于對斜率的評估在一個或更多個時間段例如t1至t2和t2至t3等內(nèi)從一個子圖像延伸至另一個子圖像，因此通過對指紋傳感器的設(shè)定或操作條件的調(diào)整對照固定的閾值水平來評估斜率不是最佳的。例如，值401、402、403和404可以指示朝著穩(wěn)定狀態(tài)的前進(jìn)，但是僅是在考慮調(diào)整的效果時。

在一個實施方式中，例如由轉(zhuǎn)移至第二閾值水平407的第一閾值406所示的用于評估斜率的閾值水平的轉(zhuǎn)移所示，根據(jù)對指紋傳感器的設(shè)定的調(diào)整來轉(zhuǎn)移用于評估斜率的閾值。

與此結(jié)合，應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)計算和評估統(tǒng)計指標(biāo)時，可以直接或間接考慮增益和/或轉(zhuǎn)移設(shè)定或其他設(shè)定或設(shè)定的變化的效果。

在其他實施方式中，可通過跳過對跨設(shè)定被改變或生效時的時間點的統(tǒng)計指標(biāo)的斜率的計算和/或通過跳過或忽略對根據(jù)設(shè)定被改變或首次生效時的時間點計算出的統(tǒng)計指標(biāo)(例如斜率)的評估來間接地考慮該變化。

在計算統(tǒng)計指標(biāo)的增量變化時直接考慮設(shè)定的變化的效果的示例如下：

如果已知增益水平的變化大約將導(dǎo)致統(tǒng)計指標(biāo)s(t)在時刻t處變化因子α，則這可以通過以下任一來考慮：

或者

如果已知轉(zhuǎn)移水平的變化將使統(tǒng)計指標(biāo)s(t)在時間t處偏移β，則這可以在估計增量變化時通過在增量變化估計中減去β來考慮，即：

在統(tǒng)計指標(biāo)s(t)在時間t處將變化因子α(例如由于增益變化)并且偏移β(例如由于轉(zhuǎn)移變化)的情況下，這可以通過以下來補(bǔ)償：

或者

計算補(bǔ)償?shù)钠渌绞绞强尚械?，并且以上僅作為示例被包括。

圖5示出了用于獲取指紋圖像的可控指紋傳感器。通常標(biāo)示為501的這種指紋傳感器使得可以執(zhí)行對其設(shè)定的例如上述自適應(yīng)地調(diào)整，并且本領(lǐng)域中已知這種指紋傳感器。此處，示出了指紋傳感器501，其中一些部件被省略。例如，僅示出了一個傳感器元件(像素)的電路，并且省略了用于從傳感器元件陣列的相應(yīng)傳感器元件讀出強(qiáng)度值的多路復(fù)用電路。應(yīng)當(dāng)注意的是，可控指紋傳感器的許多不同配置是可預(yù)見的。

指紋傳感器501包括例如呈金屬邊緣的形式的邊框(bezel)502，邊框502被布置成圍繞陣列中的傳感器元件，并且向觸摸或即將立刻觸摸傳感器元件陣列的手指提供電荷。電荷由可編程電壓源507提供，經(jīng)由串行可編程接口spi509來控制可編程電壓源507例如以向邊框502供應(yīng)一個或更多個預(yù)定義的電壓水平(也記作手指驅(qū)動信號)?？商娲?，邊框可以耦接至接地連接，并且可以施加手指驅(qū)動信號以改變形成指紋傳感器的集成電路的電壓參考水平。

串行可編程接口spi509用作接口，通過所述接口可以經(jīng)由串行總線512從耦接至spi509的設(shè)備來設(shè)定指紋傳感器501的設(shè)定。該設(shè)備可以是編程計算機(jī)或?qū)Ｓ糜布O(shè)備。因此，可以設(shè)定指紋傳感器的操作條件。

傳感器元件各自包括通常標(biāo)示為504的金屬板，金屬板被組織為網(wǎng)格或矩陣布局中的單元例如64×256個單元。每個傳感器元件包括例如被配置為運算放大器505的電荷放大器，運算放大器505與經(jīng)由spi509控制以改變例如電荷放大器的增益設(shè)定的電容器和開關(guān)的反饋網(wǎng)絡(luò)506耦接。另外，可以經(jīng)由連接513從spi509設(shè)定電荷放大器的dc轉(zhuǎn)移?？梢越?jīng)由耦接在接地連接510與放大器505的非反相輸入端(+)之間的可調(diào)dc電壓源(未示出)來設(shè)定dc轉(zhuǎn)移。這在本領(lǐng)域中通常是已知的。

電荷放大器在其非反相輸入端(+)處耦接至接地連接510，并且反饋網(wǎng)絡(luò)506耦接在運算放大器505的輸出端與其反相輸入端(-)之間。運算放大器505的輸出端并且因此電荷放大器的輸出端耦接至模擬至數(shù)字放大器adc508，模擬至數(shù)字放大器adc508又經(jīng)由總線例如向上述設(shè)備供應(yīng)數(shù)字輸出信號511。

模擬至數(shù)字放大器adc508還耦接至spi509，以設(shè)定adc508中的增益或轉(zhuǎn)移中的一個或多個。

因此，雖然此處為了簡單起見省略了多路復(fù)用電路，但是提供了用于從傳感器元件陣列中的每個傳感器元件讀出數(shù)字值的信號路徑，以使得可以形成指紋圖像。

可以通過將讀出限制到陣列的預(yù)定義的行或列或其組合來讀出子圖像。在一些實施方式中，可以經(jīng)由spi509來控制讀出，以在陣列中的某個行位置和列位置處開始并且跨多個行和列進(jìn)行，從而從預(yù)定義區(qū)域或子區(qū)域選擇子圖像。應(yīng)當(dāng)注意的是，在這方面，指紋傳感器的硬件配置可能強(qiáng)加某些限制。

為了監(jiān)視位于傳感器元件陣列中的按組間隔開的位置處的傳感器元件組并且為了確定在傳感器元件陣列上發(fā)生的觸摸事件的位置，提供了用于從傳感器元件讀出數(shù)字值的另外的信號路徑。另外的信號路徑(未示出)被優(yōu)化以快速讀出值，例如表示一組金屬板上的電荷的單比特值。可以為此目的提供另外的電路。在一些實施方式中，另外的信號路徑從一組板504進(jìn)行，例如從一組4×4或8×8的板或從一組電荷放大器的輸出端進(jìn)行至總線511或進(jìn)行至另外的總線。這在本領(lǐng)域中是已知的。

請注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員有時將板504和電荷放大器電路表示為“像素”。在這方面，像素組或塊的多路復(fù)用共享adc508，例如陣列中的像素的行或列。

圖6示出了關(guān)于基于軟件的手指穩(wěn)定檢測的一般水平的狀態(tài)圖。狀態(tài)圖示出了由虛線框601包圍的基于軟件的檢測的狀態(tài)，基于軟件的檢測輸出完整指紋圖像605。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，這也可以應(yīng)用硬件實施。

在標(biāo)示為“睡眠模式”602的第一狀態(tài)中，運行基于軟件和/或硬件的手指穩(wěn)定檢測的處理器處于低功率模式例如睡眠模式，在睡眠模式中，監(jiān)視位于傳感器元件陣列中的按組間隔開的位置處的傳感器元件的墊或傳感器元件組。當(dāng)多于閾值數(shù)目個墊指示觸摸時，確定手指被檢測到并執(zhí)行轉(zhuǎn)變至標(biāo)示為“手指穩(wěn)定搜索”603的第二狀態(tài)，由此離開休眠模式。

當(dāng)在“手指穩(wěn)定搜索”603中時，如以下進(jìn)一步更詳細(xì)地描述和如上所示地獲取并且處理子圖像。在子圖像的處理不引起確定的穩(wěn)定狀態(tài)并且滿足終止準(zhǔn)則的情況下，認(rèn)為觸摸“不穩(wěn)定”，并且執(zhí)行轉(zhuǎn)變回至睡眠模式602。終止準(zhǔn)則可以是達(dá)到了超時，例如在獲取第一子圖像時或在沒有識別到穩(wěn)定狀態(tài)的情況下已經(jīng)獲取閾值數(shù)目個子圖像時或在統(tǒng)計指標(biāo)超過指示朝向穩(wěn)定狀態(tài)非收斂的預(yù)定義準(zhǔn)則的時間點處開始超時。

在可替代事件中，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)行轉(zhuǎn)變至標(biāo)示為“完全指紋圖像獲取和檢查*”604的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，獲取完整指紋圖像?？蛇x地，如星號*所示，執(zhí)行對完整指紋圖像的質(zhì)量的檢查。

在不執(zhí)行質(zhì)量檢查的情況下，無條件地提供完整指紋圖像605(所有其它條件相等)。

在執(zhí)行質(zhì)量檢查的情況下，以質(zhì)量檢查的成功結(jié)果“成功”為條件來提供完整指紋圖像。在一些實施方式中，在任何情況下提供完整指紋圖像(所有其他情況相同)，但完整指紋圖像分配有指示質(zhì)量檢查的結(jié)果的值。

如果質(zhì)量檢查的結(jié)果是質(zhì)量顯著劣化，這標(biāo)示為“失敗”，則執(zhí)行從狀態(tài)604轉(zhuǎn)變至狀態(tài)603，可選地包括提示用戶重復(fù)他/她的觸摸的步驟。

圖7示出了用于基于軟件的手指穩(wěn)定檢測和指紋圖像獲取的流程圖。

該方法在步驟701中開始，并且進(jìn)行至步驟702，而執(zhí)行該方法的處理器通過監(jiān)視指紋傳感器的墊而處于睡眠模式。輸出指示觸摸的信號的墊形成標(biāo)示為apads的墊的集合。集合的大小標(biāo)示為#apads，并且在集合的大小超過標(biāo)示為thpads的閾值之前，該方法循環(huán)(否)返回至步驟701。然后，當(dāng)集合的大小超過閾值thpads(是)時，該方法進(jìn)行至步驟703，其中，確定墊的集合的幾何中心。

然后，在步驟704中，設(shè)定指紋傳感器的設(shè)定。在該方法的第一次運行時，步驟704可以設(shè)定默認(rèn)設(shè)定。在一些實施方式中，傳感器的設(shè)定不改變，并且該方法可以如虛線713所示地從步驟703進(jìn)行至步驟705。

然后，在步驟705中，如上所述在時間tn處選擇并且獲取子圖像，其中，下標(biāo)n標(biāo)示離散時間點。

當(dāng)從指紋傳感器獲取子圖像時，如上所述地計算統(tǒng)計指標(biāo)；指標(biāo)可以包括子圖像中的強(qiáng)度值的平均值，如上所述的其最小值和/或最大值或較低分位數(shù)和/或較高分位數(shù)或庫爾貝克-萊布勒發(fā)散量度。在一個實施方式中，詹森-香農(nóng)發(fā)散可以用作庫爾貝克-萊布勒發(fā)散量度的替代。指標(biāo)被存儲并且被分別標(biāo)示為smean、smin、sk-l、smax。

然后，在步驟707中，計算并存儲上述指標(biāo)的斜率；所述斜率被計算為如下：δsmean/δt、δsmin/δt、δsmax/δt以及δsk-l/δt，其中，δt是從獲取一個子圖像到下一子圖像(參看以上)的時段的持續(xù)時間。在一些實施方式中，δt是固定持續(xù)時間。在其他實施方式中，計算δt用于每個斜率值，這是因為獲取子圖像所花費的時間可以變化或者出于其他原因。

基于對斜率中的一個或更多個斜率如何發(fā)展的評估，在步驟708中做出關(guān)于是否達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(是)或者是否尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(否)的判定。

在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(是)的情況下，這通常在多次迭代之后發(fā)生，在步驟709中獲取完整指紋圖像。如上所述，這可以包括如將在下面進(jìn)一步更詳細(xì)描述的執(zhí)行檢查的可選步驟。

在可替選實施方式中，在尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，在步驟711和712中執(zhí)行對統(tǒng)計指標(biāo)smin和smax的計算和評估。執(zhí)行步驟712以評估如何使用指紋傳感器的動態(tài)范圍。在從指紋傳感器讀出的值聚集(clump)在例如最小值或最大值處的情況下，如果不可能導(dǎo)出關(guān)于指紋的感測信息，則至少用于授權(quán)的目的很難。因此，在步驟712中基于在步驟711中計算的值來執(zhí)行評估。對照閾值thmin來評估smin，并且對照閾值thmax來評估smax。因此，準(zhǔn)則是：smin>thmin和smax<thmax。可以通過邏輯“與”運算符來評估準(zhǔn)則。

在兩個準(zhǔn)則都滿足的情況下(是)，在先前的迭代期間利用與在步驟704中設(shè)定的設(shè)定相同或基本相同的設(shè)定來獲取另一子圖像。在不滿足一個或兩個準(zhǔn)則的情況下(否)，該方法進(jìn)行至步驟710，其中，基于統(tǒng)計指標(biāo)中的一個或更多個統(tǒng)計指標(biāo)例如基于smean、smin和smax中的一個或更多個來計算傳感器設(shè)定。

在一些實施方式中，從觸摸的位置中的一個位置或?qū)τ|摸的位置的確定來獲取子圖像，但是在相同位置處獲取。在其他實施方式中，在不同位置處獲取子圖像。在后一類型的實施方式中，在步驟712之后但是在步驟705中獲取子圖像之前執(zhí)行步驟703，以確定要從何處獲取子圖像。該方法的該路徑由虛線714示出。

如上所述，指紋傳感器可以提供不同的設(shè)定，如電荷放大器增益、電荷放大器轉(zhuǎn)移(偏移)、adc增益、adc模擬和/或數(shù)字轉(zhuǎn)移中的一個或多個；手指驅(qū)動信號通過切換等來控制傳感器板的尺寸。應(yīng)當(dāng)注意的是，調(diào)整手指驅(qū)動信號實際上改變增益并且可以在一定程度上改變轉(zhuǎn)移。因此，存在計算設(shè)定的各種不同的方法。通常，該方法目的在于以比先前的子圖像更好的質(zhì)量(具有更多信息)來記錄下一子圖像。

如上所述，可以應(yīng)用終止準(zhǔn)則(未示出)以防止該方法陷入試圖達(dá)到例如由于手指從傳感器移除而不可達(dá)到的穩(wěn)定狀態(tài)。

圖8示出了用于評估完整指紋圖像的質(zhì)量的流程圖。該流程圖示出了可以如何估計完整指紋圖像的可選質(zhì)量檢查。如在步驟708中確定的一旦確定了手指在傳感器上穩(wěn)定(是)，則該方法進(jìn)行至步驟709，可以如下執(zhí)行步驟709：

在步驟801中，輸出指示觸摸的信號的墊形成被確定并且被標(biāo)示為apadspri的墊的第一集合。集合的大小被標(biāo)示為#apadspri。在步驟802中，通過評估集合的大小是否大于閾值thpads來進(jìn)行第一測試。如果其是否定事件(否)，則該方法直接進(jìn)行至步驟806，其中，執(zhí)行另外的步驟以處理可能由于正當(dāng)手指被確定為穩(wěn)定而提起手指引起的情況。步驟806可以包括提示用戶再次嘗試觸摸傳感器的步驟；可選地利用指示應(yīng)當(dāng)施加較慢觸摸的消息。

如果步驟802是肯定事件(是)，則使用設(shè)定808(在步驟710中計算的)開始完全指紋圖像獲取并且在步驟803中完成。之后，或者甚至在獲取完整指紋圖像的過程期間，步驟804確定被標(biāo)示為apadspost的墊的第二集合。該第二集合的大小被標(biāo)示為#apadspost。在一些實施方式中，設(shè)定808是默認(rèn)設(shè)定或以另一種方式計算的設(shè)定。

在步驟805中，通過語句#apadspost>#apadspri將第二集合或其大小與第一集合或其大小進(jìn)行比較。在語句為真(是)的情況下，看起來手指在傳感器上仍然穩(wěn)定并且在步驟807中例如通過向圖像分配指示其質(zhì)量被認(rèn)可的值來認(rèn)可完整指紋圖像。

相反，如果語句為假(否)，則在這種情況下也執(zhí)行上述步驟806。

質(zhì)量評價的第一方面：

還提供了一種從指紋傳感器獲取指紋圖像的方法，指紋傳感器具有跨感測區(qū)域的傳感器元件陣列，所述方法包括：

-確定何時開始獲取跨感測區(qū)域的第一區(qū)域的第一指紋圖像的第一時間點；

-在第一時間點處開始獲取第一指紋圖像，并且通過在時間段期間從指紋傳感器讀出圖像信息來繼續(xù)獲取指紋圖像；

其特征在于：

在其間執(zhí)行獲取第一指紋圖像的時間段之后，獲取覆蓋感測區(qū)域的第一區(qū)域的第一子區(qū)域的第一子圖像；

從第一指紋圖像中選擇也覆蓋感測區(qū)域的第一區(qū)域的第一子區(qū)域的第二子圖像；

從第一子圖像計算統(tǒng)計指標(biāo)的第一值并且從第二子圖像計算統(tǒng)計指標(biāo)的第二值；

比較所述第一值與所述第二值；以及

向指紋圖像分配值，其中，所述值指示第一集合與第二集合的比較結(jié)果。

因此，提供了對所獲取的可以是完全或完整指紋圖像的第一指紋圖像執(zhí)行質(zhì)量控制的有效方式。由于在不同時間點處和在相應(yīng)時間段期間獲取第一指紋圖像和第一子圖像，因此在兩個不同時間點處獲取信息，以判定貫穿在其間獲取第一指紋圖像的時段的至少最后一部分手指是否以穩(wěn)定方式觸摸傳感器。因此，如果貫穿獲取完整圖像手指不穩(wěn)定，則因此可以通過比較分別根據(jù)第一子圖像和第二子圖像計算出的第一值和第二值來捕獲這種情況。

第一子圖像和第二子圖像的位置相同或基本相同，即它們是從相同的子區(qū)域或基本上相同的子區(qū)域獲取的。在一些實施方式中，從在其間執(zhí)行對第一指紋圖像的獲取的時間段中相對較早讀出的陣列中的位置來選擇位置；例如在時間段的前半段或在時間段的中間。

質(zhì)量評價的第二方面：

還提供了一種從指紋傳感器獲取指紋圖像的方法，指紋傳感器具有跨感測區(qū)域的傳感器元件陣列，所述方法包括：

-從傳感器元件陣列、至少在第三時間點處獲取在尺寸上被限制于感測區(qū)域的第一子區(qū)域的第一指紋子圖像；

-確定何時開始獲取跨感測區(qū)域的第一區(qū)域的第一指紋圖像的第一時間點；其中，所述第一時間點晚于所述第三時間點；

-在第一時間點處開始獲取第一指紋圖像，并且通過在時間段期間從指紋傳感器讀出圖像信息來繼續(xù)獲取指紋圖像；

其特征在于：

在其間執(zhí)行獲取第一指紋圖像的時間段之后，獲取在尺寸上被限制于第一子區(qū)域的第二子圖像；

從第一子圖像計算統(tǒng)計指標(biāo)的第一值并且從第二子圖像計算統(tǒng)計指標(biāo)的第二值；

比較所述第一值與所述第二值；以及

向指紋圖像分配值，其中，所述值指示第一集合與第二集合的比較結(jié)果。

因此，可以緊接在獲取第一指紋圖像之前和之后提供用于評估第一指紋圖像的質(zhì)量的信息，所述第一指紋圖像可以是完整或完全指紋圖像。因此，存在在兩個不同時間點處獲取的信息，用于判定貫穿在其間獲取第一指紋圖像的時段手指是否以穩(wěn)定方式觸摸傳感器。因此，如果貫穿獲取完整圖像手指不穩(wěn)定，則因此可以通過比較分別根據(jù)第一子圖像和第二子圖像計算出的第一值和第二值來捕獲這種情況。

質(zhì)量評價的第三方面：

還提供了一種從指紋傳感器獲取指紋圖像的方法，指紋傳感器具有跨感測區(qū)域的傳感器元件陣列，所述方法包括：

-從傳感器元件陣列、至少在第三時間點處獲取在尺寸上被限制于感測區(qū)域的第一子區(qū)域的第一指紋子圖像；

-確定何時開始獲取跨感測區(qū)域的第一區(qū)域的第一指紋圖像的第一時間點；其中，所述第一時間點晚于所述第三時間點；

-在第一時間點處開始獲取第一指紋圖像，并且通過在時間段期間從指紋傳感器讀出圖像信息來繼續(xù)獲取指紋圖像；

其特征在于：

從第一指紋圖像中選擇也覆蓋感測區(qū)域的第一區(qū)域的第一子區(qū)域的第二子圖像；

從第一子圖像計算統(tǒng)計指標(biāo)的第一值并且從第二子圖像計算統(tǒng)計指標(biāo)的第二值；

比較是第一值與所述第二值；以及

向指紋圖像分配值，其中，所述值指示第一集合與第二集合的比較結(jié)果。

第一子圖像和第二子圖像的位置相同或基本相同，即它們是從相同的子區(qū)域或基本上相同的子區(qū)域獲取的。在一些實施方式中，從在其間執(zhí)行對第一指紋圖像的獲取的時間段中相對較早讀出的陣列中的位置來選擇位置；例如在時間段的后半段或在時間段的中間。

質(zhì)量評價的第四方面：

還提供了一種從指紋傳感器獲取指紋圖像的方法，指紋傳感器具有跨感測區(qū)域的傳感器元件陣列，所述方法包括：

-監(jiān)視位于傳感器元件陣列中的按組間隔開的位置處的傳感器元件組以檢測觸摸；以及

-獲取指紋圖像；

其特征在于：

在完整指紋圖像的獲取開始之前或開始時，確定指示觸摸的傳感器元件組的第一集合；

當(dāng)完整指紋圖像的獲取完成時或者在指紋圖像被獲取的時間點處，確定指示觸摸的傳感器元件組的第二集合；

比較傳感器元件組的第一集合與傳感器元件組的第二集合；以及

向指紋圖像分配值，其中，所述值指示所述第一集合與所述第二集合的比較結(jié)果。

因此，提供了對所獲取的完整指紋圖像執(zhí)行質(zhì)量控制的有效方式。還提供了被配置成執(zhí)行該方法的裝置和計算機(jī)系統(tǒng)。

指紋圖像可以是完整指紋圖像或基本上完整的指紋圖像，例如從指紋傳感器中的大多數(shù)傳感器元件或基本上所有傳感器元件如從多于75％或多于80％的傳感器元件獲取的指紋圖像。

開始獲取指紋圖像的時間點可以通過以下準(zhǔn)則中的一個或更多個準(zhǔn)則來確定：

a)在從例如當(dāng)至少第一閾值數(shù)目個傳感器元件組指示觸摸時確定觸摸發(fā)生的時間點開始的時間段如固定時間段結(jié)束時；

b)當(dāng)統(tǒng)計指標(biāo)如上面更詳細(xì)公開的根據(jù)子圖像計算出的統(tǒng)計指標(biāo)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時；

c)緊接在第二閾值數(shù)目個傳感器元件組指示觸摸的時間點之后；

d)用于確定何時獲取指紋圖像的另一準(zhǔn)則。

可以將傳感器元件組的第一閾值數(shù)目設(shè)定為低于第二閾值數(shù)目?？梢詫⒌谝婚撝禂?shù)目設(shè)定成觸發(fā)手指通常“著陸”(向下觸摸)傳感器的較早時間點，而可以將第二閾值數(shù)目設(shè)定成觸發(fā)手指通?！耙呀?jīng)著陸”(正在觸摸)傳感器的較晚時間點，在這種意義上，更大數(shù)目的傳感器元件組指示觸摸。

在上述點b)的情況下，執(zhí)行“確定指示觸摸的傳感器元件組的第一集合”的時間點可以是在統(tǒng)計指標(biāo)指示穩(wěn)定狀態(tài)的時間點處即在獲取子圖像之后，或者在獲取子圖像之前或期間的時間點處，然而，在確定在傳感器元件陣列上發(fā)生的觸摸的位置之后。

如上所述，可以將指紋傳感器配置成提供對例如作為二進(jìn)制信號的值的非?？焖俚刈x出，所述值指示是否觸摸了傳感器元件的墊或傳感器元件組。因此，可以以快速的方式執(zhí)行質(zhì)量控制以快速提示用戶再次嘗試，以防指紋圖像具有差的質(zhì)量。

在一些方面，如果第二集合未能包括第一集合中的所有組或基本上所有組，則將分配給指紋圖像的值設(shè)定成指示指紋圖像的質(zhì)量較差。如果第二集合包括第一集合中的所有組或基本上所有組或除第一集合中的組之外另外的組，則將分配給指紋圖像的值設(shè)定成指示認(rèn)可指紋圖像的質(zhì)量。

“向指紋圖像分配值”被理解為指紋圖像本身可以承載該值或與該值一起編碼，或者響應(yīng)于第一集合與第二集合的比較結(jié)果來控制方法的另外的步驟。在該后一種情況下，控制可以例如通過處理“認(rèn)可的”指紋圖像的方法的第一分支和處理“不認(rèn)可的”指紋圖像的方法的第二分支而發(fā)生。第一分支可以包括例如出于認(rèn)證和/或驗證目的對指紋圖像的進(jìn)一步處理，并且第二分支可以包括提示用戶進(jìn)行另外的觸摸的步驟。

上述方法可以組合使用。例如上述第一方面至第四方面中的方法可以與上面公開的確定何時獲取完整指紋圖像的方法和/或上面另外公開的統(tǒng)計指標(biāo)和/或其他統(tǒng)計指標(biāo)或方法一起使用。

圖9示出了基于軟件的手指穩(wěn)定檢測和指紋圖像獲取系統(tǒng)的部件。該系統(tǒng)包括處理單元901，處理單元901可以是專用于處理指紋圖像的微處理器或例如移動電話的中央處理單元，所述中央處理單元可以根據(jù)需要動態(tài)地衡量對于該方法的其資源分配。

處理單元901與指紋傳感器912通信，指紋傳感器912包括如本領(lǐng)域已知的電容型的感測元件矩陣913。指紋傳感器可以包括串行可編程接口(此處未示出)，處理單元901通過該串行可編程接口與指紋傳感器912通信以獲取由指紋傳感器感測到的指紋圖像并且通過將設(shè)定傳送至指紋傳感器來配置指紋傳感器。處理單元901在其硬件資源上運行軟件部件。

軟件部件包括：墊監(jiān)視部件903，其可以在睡眠模式期間運行以在至少閾值數(shù)目個墊指示觸摸時喚醒系統(tǒng)；部件904，其被配置成獲取完整指紋圖像；部件905，其被配置成如上所述地獲取預(yù)定義位置處且具有預(yù)定義大小的子圖像；以及部件906，其被配置成如上所述地計算統(tǒng)計指標(biāo)和斜率。

軟件部件還包括：部件907，其被配置成如上所述地響應(yīng)于對子圖像的評估通過將設(shè)定傳送至傳感器來執(zhí)行對指紋傳感器的自適應(yīng)控制；存儲器908，其用于例如暫時地存儲一個或更多個子圖像并且用于存儲完整指紋圖像；以及如本領(lǐng)域已知的用于執(zhí)行基于指紋的認(rèn)證的可選部件909。

軟件部件還包括用于控制上述部件中的一個或更多個部件的指紋應(yīng)用910。

獲取指紋圖像還可以表示捕獲指紋圖像。

通常，該方法可以是計算機(jī)實施的方法。該方法或計算機(jī)實施的方法可以由編程計算機(jī)和諸如指紋傳感器的硬件中的一者或兩者來執(zhí)行。