專利名稱：容性的圖像測(cè)定方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種容性的圖像測(cè)定方法及裝置，它們尤其適用于測(cè)定指印的黑白圖像。
已知有各種方法可用來為指印圖像的拍攝實(shí)現(xiàn)容性的傳感器陣。在ESSCIRC’98由S.Jung e.a.公開的“低功率和高性能的CMOS指印檢測(cè)及編碼結(jié)構(gòu)”中曾講述過一種指印傳感器和所屬的測(cè)試方法，它實(shí)現(xiàn)了指印的容性測(cè)定。為每個(gè)像點(diǎn)(像素)測(cè)定手指表面和上電極之間的電容。在所述的上電極的下方，除電氣引線外，還有一些同所述上電極絕緣的耦合電極，它們與該上電極形成另外的電容。裝設(shè)一個(gè)電子電路，由它實(shí)現(xiàn)將各個(gè)耦合電極充電到一個(gè)預(yù)定的電位，并通過一種開關(guān)把所述上電極充電到另一電位。此后將所述開關(guān)斷開，以便在該裝置上調(diào)整為某種電荷及電壓比，而該電荷及電壓比是可以測(cè)定的，并可用來測(cè)定相關(guān)像點(diǎn)上的相應(yīng)電容。為了利用該方法達(dá)到一種具有足夠圖像質(zhì)量的指印表示圖像，總是需要校準(zhǔn)傳感器或至少引入一種外部參考。該參考值是必需的，以便從連續(xù)的傳感數(shù)據(jù)(亦即由傳感器方案獲得的電壓值，它與手指表面和傳感器表面之間的電容值相對(duì)應(yīng))中得出適合于再處理的、也即離散化的圖像。在設(shè)定的黑白圖像拍攝中，如果因參考偏移而導(dǎo)致不足的對(duì)比度，則圖像會(huì)分區(qū)地變黑或變白，這樣產(chǎn)生的結(jié)果非常差。實(shí)際上這是不可避免的，因?yàn)閭鞲兄祷蛴糜趶碾娙葜登蟪鲭妷褐档碾姎鈪?shù)值都可能局部地發(fā)生變化。該困難可以利用較昂貴的方法以如下方式處理，即對(duì)多級(jí)離散的圖像進(jìn)行暫存和再處理。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種容性的圖像測(cè)定方法及裝置，利用它們可以以一種簡(jiǎn)單的方式拍攝出對(duì)于細(xì)節(jié)再現(xiàn)具有足夠?qū)Ρ榷鹊膾呙韬诎讏D像，并尤其被用來再現(xiàn)指印。
該任務(wù)由權(quán)利要求1的特征部分所述的方法和權(quán)利要求5的特征部分所述的裝置來實(shí)現(xiàn)。擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求給出。
本發(fā)明方法采取了對(duì)測(cè)定的測(cè)試信號(hào)進(jìn)行單級(jí)地模數(shù)轉(zhuǎn)換。為了均衡隨位置變化的亮度差異或?qū)Ρ炔町?，為在每個(gè)像點(diǎn)上測(cè)得的電容測(cè)試值引入一種局部的閾值比較。利用這種方式給出一個(gè)參考，以便以極限值的形式為測(cè)試值分配單級(jí)的數(shù)字結(jié)果(二進(jìn)制0或1)。在該方法中，容性測(cè)試的圖像測(cè)定和閾值的求出可以同時(shí)并行地進(jìn)行，而所述閾值是從各個(gè)有限的圖像片段的實(shí)際情況中得出的。用于執(zhí)行該方法的裝置在工作時(shí)與外部的參考值無關(guān)，而且譬如可以集成在半導(dǎo)體芯片上以便測(cè)定指印。
為了對(duì)圖像進(jìn)行容性測(cè)定，原理上所采用的處理方法與文章開頭所述出版物的說明是相同的。采用網(wǎng)格形的導(dǎo)電體布置，它們相對(duì)于圖像表面形成反電極。所述圖像表面譬如可以是手指頭的皮膚表面。利用皮膚表面的凸紋和凹槽構(gòu)造，由此在以測(cè)試電極形式布置于一個(gè)平面上的導(dǎo)電體和假定為位于恒定電位的皮膚表面之間產(chǎn)生隨位置不同的電容。在距離圖像表面稍大的間隔范圍內(nèi)，還在一個(gè)與所述第一電極平行的平面上布置了其它一些電極，以作為耦合電極。通過加上合適的電位，并將相關(guān)的電位同布置在離圖像表面較近處的電極斷開，可以在相關(guān)的像點(diǎn)處測(cè)試出這種相應(yīng)測(cè)試電極和圖像表面之間的電容。
在本發(fā)明的方法中，還附加地采用了其它一些電極作為測(cè)試的參考電極，且所述參考電極總是布置在原來的測(cè)試電極附近。如此來布置和確定該參考電極，使得由此在原理上可以與利用原來的測(cè)試電極實(shí)行相同的測(cè)試。但該參考電極是利用所述布置以及必要時(shí)利用幾何形狀同其它-至少直接相鄰的-參考電極進(jìn)行強(qiáng)烈地容性耦合的，使得在利用這些電極測(cè)試時(shí)在圖像的某個(gè)區(qū)域上圍繞像點(diǎn)進(jìn)行求平均。利用參考電極測(cè)定的平均值被用作閾值或極限值，并將該值與在借助原來測(cè)試電極進(jìn)行容性測(cè)試時(shí)所得出的相應(yīng)測(cè)試值進(jìn)行比較。于是，為了替代在整個(gè)像平面上保持恒定的參考，可以用該平均值來作為隨位置變化的比較值，即便在局部很明亮或很昏暗的圖像情況下，所述比較值也能為細(xì)節(jié)再現(xiàn)提供足夠的對(duì)比度。
在測(cè)試時(shí)加到測(cè)試電極上的電壓可以不同于加在參考電極上的電壓。

圖1示出了一種適用于該方法的布置的電路圖。在每個(gè)像點(diǎn)內(nèi)，兩個(gè)導(dǎo)電體層(測(cè)試電極和耦合電極)之間都存在電容C12。耦合電極處于電位V2。假定圖像表面、譬如手指的皮膚表面處于恒定的電位VF。在測(cè)試電極上加上一個(gè)確定的電位，并通過操作開關(guān)使其與該電極分開。根據(jù)各個(gè)像點(diǎn)處的相應(yīng)電容關(guān)系，各電極上的電荷大小被調(diào)整為不同的值，對(duì)這些值進(jìn)行測(cè)試以便確定測(cè)試電極和圖像表面之間的相應(yīng)電容。在借助參考電極進(jìn)行測(cè)試的情況下，還需要考慮該電極之間存在的電容，原因是在布置和安排該參考電極時(shí)，圖1所示的耦合電容值Ck是不可忽略的。在斷開加到參考電極上的、與為原來測(cè)試而加到測(cè)試電極上的電壓相同或不同的電壓之后，每個(gè)像點(diǎn)內(nèi)的參考電極上都被調(diào)整為一個(gè)與電極-像點(diǎn)電容CF、i相應(yīng)的值VG、ref、i。如此實(shí)現(xiàn)的容性測(cè)試可以為需測(cè)定的圖像提供一種可以說是拖影或模糊的復(fù)制圖。利用容性測(cè)試中由參考電極之間的容性耦合所引起的測(cè)不準(zhǔn)，可以在與通過測(cè)試電極確定的值進(jìn)行比較時(shí)將該測(cè)試的局部值作為參考(參考值)。
圖1示出了本發(fā)明方法的用于平均容性測(cè)量的電路原理圖，它補(bǔ)充有圖2和3示出的適用于該方法的電極布置示意圖，該布置也可以在所屬的裝置中以所述的方式實(shí)現(xiàn)，以及還補(bǔ)充有圖4示出的用于說明本發(fā)明圖像質(zhì)量改善的圖解。
圖2以實(shí)施例的形式示出了網(wǎng)格形布置的一部分，該布置由排列于六邊形網(wǎng)格上的六角形測(cè)試電極1組成，且所述測(cè)試電極總是環(huán)形地被位于邊緣的中心六角形參考電極2包圍。兩個(gè)相應(yīng)參考電極之間的耦合電容Ck被畫成較小的電容器。這些電容器不是真實(shí)存在的，而只是表示由參考電極2真正形成的電容的等效電路圖。
圖3示出了圖2的相應(yīng)視圖，其中準(zhǔn)確地給出了參考電極2在實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)。參考電極2在此被構(gòu)造為梳子形，并由此相互嚙合，使得兩個(gè)相鄰像點(diǎn)的參考電極之間的耦合電容盡可能地大。通過該方式，參考電極2可以與給相鄰像點(diǎn)分配的參考電極3形成電容盡可能大的電容器。因此在利用該布置實(shí)施所述的方法時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)盡可能好的求平均值。從而，由圖像結(jié)構(gòu)決定的、各像點(diǎn)之間測(cè)試值的變化可在很大程度上得到均衡，而且基本上只測(cè)試通過多個(gè)像點(diǎn)所測(cè)定的平均值。
因此在該方法中，當(dāng)通過參考電極進(jìn)行測(cè)試時(shí)，利用測(cè)試電極測(cè)得的局部圖像信息可用其局部的平均值來代替。在其上求平均值的區(qū)域的半徑、以及按照位于整個(gè)圖像中的位置進(jìn)行局部求平均的加權(quán)可以通過電容Ck和C12的比值來調(diào)整。在此，極限情況是Ck=0以及Ck無窮大，在前一種情形下可以產(chǎn)生一種基本上與從測(cè)試電極所測(cè)得的圖像相一致的圖像，當(dāng)為后一種情形時(shí)，在每個(gè)參考電極上形成相同的電位，它對(duì)應(yīng)于整個(gè)圖像的總平均值。該電容比值需要與相應(yīng)的應(yīng)用匹配，譬如在指印傳感器中使用該方法時(shí)可以如此來選擇，以便在如下區(qū)域上測(cè)定所述的平均值，即該范圍的半徑-優(yōu)選地是隨位置而不同的-與指印的典型槽結(jié)構(gòu)相匹配。
優(yōu)選地，需要均勻地為每個(gè)像點(diǎn)選擇測(cè)試電極和參考電極的布置。優(yōu)選地設(shè)置均勻的電子電路，利用它們可以向每個(gè)像點(diǎn)內(nèi)的電極加上或斷開預(yù)定的電位。在每個(gè)像點(diǎn)中形成的、位于測(cè)試電極或參考電極上的電位優(yōu)選地利用一個(gè)比較電路進(jìn)行比較。根據(jù)該測(cè)試值小于或大于相關(guān)的平均值來從該比較中得出黑白圖像的黑白像點(diǎn)。所述比較電路譬如可以實(shí)施為一種動(dòng)態(tài)的鎖存電路。
所述裝置可以用集成電路的形式來實(shí)現(xiàn)，對(duì)此，所述以實(shí)施例形式給出的測(cè)試電極的六邊形布置是尤其適合的。由于測(cè)試電極在這種具有相鄰六角邊的網(wǎng)格中的布置較密，所以此處的參考電極在布置時(shí)能很好地形成盡可能大的耦合電容。
圖4示出了用于說明本發(fā)明方法的三個(gè)圖解。在測(cè)試電極的平面布置方向上用x標(biāo)示的延伸是以任意單位在橫坐標(biāo)上標(biāo)注的；各個(gè)像點(diǎn)的被測(cè)電容的電壓值用VG在縱坐標(biāo)上標(biāo)注出來。所描繪的曲線8表示的是沿x方向變化的電壓VG。按照電壓值VG大于或小于參考電壓Vref，相關(guān)的像點(diǎn)被表示為黑或白。從圖4a可以知道，在只使用圖解右邊區(qū)域的參考電壓Vref的情況下，電壓VG一直大于參考電壓，所以那兒的圖像被同等地表示為黑色。不再考慮電壓波動(dòng)(曲線8的波峰和波谷)，所以此處圖像不能實(shí)現(xiàn)較細(xì)的分辨率。如果根據(jù)圖4b采用不同的參考電壓Vrefl、Vref2、Vref3來產(chǎn)生一種灰度值分級(jí)的圖像，那么便可以用灰度級(jí)來再現(xiàn)所述的圖像。但這種對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析是與高費(fèi)用聯(lián)系在一起的。因此，根據(jù)本發(fā)明相應(yīng)地示出了圖4c所示的方法，其中，由劃線標(biāo)繪的參考電壓Vref通過求平均值而局部地同圖像的實(shí)際條件相匹配，于是在右邊所示的區(qū)域內(nèi)可以考慮電壓VG相對(duì)于圖像亮度值、也即黑白等級(jí)的變化。利用所述的方法，該參考電壓Vref的測(cè)定可以通過采用容性耦合的參考電極求平均值來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1．容性的圖像測(cè)定方法，其中，借助許多布置于網(wǎng)格內(nèi)的電極，并通過測(cè)試各電極和像點(diǎn)之間的電容來測(cè)定圖像，其中，借助另外一些布置于所述網(wǎng)格內(nèi)的相互容性耦合的電極，并總是在圖像的有限區(qū)域內(nèi)為所述電容的相應(yīng)測(cè)試測(cè)定一個(gè)局部的平均值，以及其中，所述平均值被用作在相關(guān)區(qū)域內(nèi)至少一個(gè)像點(diǎn)處的測(cè)試電容的參考值。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，分別在其內(nèi)測(cè)定平均值的所述區(qū)域的大小在圖像內(nèi)是變化的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述平均值總是被用作極限值，通過將測(cè)試電容和相應(yīng)的所述極限值進(jìn)行比較來給每個(gè)像點(diǎn)分配兩個(gè)可能值中的一個(gè)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，它被用來測(cè)定指印的黑白圖像。
5．容性的圖像測(cè)定裝置，所述圖像由網(wǎng)格內(nèi)的像點(diǎn)組成，在該裝置中設(shè)有一個(gè)用于放置待測(cè)圖像的表面，與所述表面具有不同間距的兩個(gè)層，也即按網(wǎng)格進(jìn)行劃分并相互絕緣的、作為測(cè)試電極的導(dǎo)電體，其中，在布置時(shí)與所述表面間距較小的層內(nèi)再布置另外一些導(dǎo)電體作為參考電極，該參考電極按網(wǎng)格被布置在所述的測(cè)試電極附近，且在預(yù)定的區(qū)域內(nèi)作容性耦合，使得在每個(gè)像點(diǎn)周圍可以借助該參考電極進(jìn)行局部取平均的容性測(cè)試，以及其中設(shè)有電子電路，為了進(jìn)行所述規(guī)定的測(cè)試，利用該電子電路可以用同種方式給所述的測(cè)試電極和參考電極加上電位，并總可測(cè)出位于像點(diǎn)和電極之間的電容。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述參考電極具有梳子形的結(jié)構(gòu)，它們與相鄰參考電極的梳子形結(jié)構(gòu)相嚙合。
全文摘要
在對(duì)尤其為指印圖的圖像進(jìn)行容性測(cè)定的傳感器中,為分配給每個(gè)像點(diǎn)的電容器(C12)補(bǔ)充一些參考電極,所述參考電極借助耦合電容(Ck)相互進(jìn)行耦合。通過借助所設(shè)置的測(cè)試電極和附加的參考電極同時(shí)進(jìn)行測(cè)定,一方面可以提供按網(wǎng)格劃分的圖像,另一方面還可建立一個(gè)被考慮作為局部參考值的平均值,所述平均值從所述容性耦合中得出。
文檔編號(hào)G06K7/08GK1316080SQ99810445
公開日2001年10月3日 申請(qǐng)日期1999年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月8日
發(fā)明者S·榮 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司