本公开涉及一种指纹处理系统。此外，本公开涉及对应的指纹处理方法且涉及对应的计算机程序。
背景技术：
当今，许多电子装置和系统需要某种形式的用户认证。举例来说，在支付系统中，指纹验证装置可用于发起支付且认证用户。指纹验证装置可例如呈智能卡的形式或嵌入于智能卡中。更具体地说，除经由个人身份识别码(pin)的常规用户认证外，智能卡还可包括用于获取用户指纹的指纹传感器。在这种情况下，举例来说，可以使用所获取指纹确定是由正当的所有者将智能卡呈现给终端。然而，在所阐述种类的指纹验证装置中实施具有高灵敏度的指纹传感器可能是困难的。
技术实现要素：
根据本公开的第一方面，提供一种指纹处理系统，所述指纹处理系统包括：传感器板集合；测量单元，其被配置成测量所述传感器板上的一个或多个电容；处理单元，其被配置成处理所述测得的电容；其中所述测量单元被配置成并行地测量所述传感器板集合的子集上的电容；其中所述处理单元被配置成处理所述并行测得的电容。
在一个或多个实施例中，处理单元被另外配置成从所述并行测得的电容导出一个或多个个别传感器板上的电容。
在一个或多个实施例中，所述子集是传感器板集合的彼此不同的子集。
在一个或多个实施例中，每个子集包括(n-1)个传感器板，其中n表示传感器板集合中传感器板的数目。
在一个或多个实施例中，测量单元被配置成依序测量传感器板集合的n个彼此不同的子集上的电容。
在一个或多个实施例中，测量单元包括开关电容器积分器。
在一个或多个实施例中，传感器板集合对应于传感器板阵列中的行。
在一个或多个实施例中，传感器板集合对应于传感器板阵列中的多个行。
在一个或多个实施例中，传感器板的阵列由可配置移位寄存器控制。
在一个或多个实施例中，传感器板集合对应于指纹的图像或多个图像。
在一个或多个实施例中，处理单元是微控制器。
在一个或多个实施例中，处理单元被另外配置成从个别传感器板上的电容导出手指的表面与所述传感器板之间的距离，且使用所述距离以用于产生指纹图像。
在一个或多个实施例中，指纹验证装置，具体地说智能卡包括所阐述种类的指纹处理系统。
根据本公开的第二方面，构想一种处理指纹处理系统中指纹的方法，所述系统包括：传感器板集合；测量单元，其被配置成测量传感器板上的一个或多个电容；以及处理单元，其被配置成处理测得的电容，方法包括：测量单元并行地测量传感器板集合的子集上的电容；处理单元处理并行测得的电容。
根据本公开的第三方面，提供一种计算机程序，程序包括非暂时性指令，所述非暂时性指令在被执行时实行或控制所阐述种类的方法的步骤。
附图说明
将参考附图更详细地描述实施例，在附图中：
图1a示出指纹处理系统的说明性实施例；
图1b示出指纹处理方法的说明性实施例；
图2示出指纹处理系统的另一说明性实施例；
图3示出传感器板阵列的说明性实施例；
图4示出采样原理的说明性实施例；
图5示出开关电容器积分器的说明性实施例；
图6示出开关电容器积分器的操作的说明性实施例；
图7示出传感器单元的说明性实施例；
图8示出数据定序的说明性实施例；
图9示出指纹处理系统的另一说明性实施例；
图10示出指纹验证系统的说明性实施例。
具体实施方式
图1a示出指纹处理系统100的说明性实施例。指纹处理系统100包括可操作地耦合到测量单元104的传感器板集合102。此外，指纹处理系统100包括可操作地耦合到测量单元104的处理单元106。根据本公开，测量单元104被配置成测量传感器板102上的一个或多个电容。具体地说，当将电压施加到所述板且例如手指的外部物件接近所述板时可测量电容可出现在传感器板上。在此情境下，传感器板可充当电极且外部物件可充当对立电极。更具体地说，根据本公开，测量单元104被配置成并行地测量传感器板集合102的子集上的电容。此外，指纹处理系统100包括可操作地耦合到测量单元104的处理单元106。处理单元106被配置成处理测得的电容，具体地说为并行测得的电容。通过并行测量传感器板集合102的子集上的电容，可增大指纹传感器的灵敏度。
图1b示出对应的指纹处理方法108的说明性实施例。在110处，方法108包括测量单元104并行地测量传感器板集合102的子集上的电容。此外，在112处，方法108包括处理单元106处理由测量单元104并行测得的电容。如上文所提及，通过并行地测量传感器板集合102的子集上的电容，可增大指纹传感器的灵敏度。
具体地说，将指纹传感器集成到智能卡中可能需要昂贵的制造过程，这主要是因为需要将经涂布感测表面暴露于持卡人的手指。为了满足此要求，指纹传感器可能需要复杂的模块包装，以便确保能以传感器耐受机械应力的方式将传感器集成到卡中。举例来说，此种质量要求可由支付网络运营商规定。智能卡常常包括基板；指纹传感器可连接到基板的一侧，而手指触摸基板的另一侧。不利的是，可充当绝缘材料的此基板具有一定最小厚度。持卡人的手指与传感器的作用区域之间存在的绝缘材料可能导致在手指接近传感器时测量效果发生衰减(例如，传感器板上的电容变化发生衰减)。随后，这可能不利地影响指纹传感器的灵敏度。尽管可通过软件实施的技术(例如，相关性、滤波和反卷积)校正减小的灵敏度，但这些校正会消耗电力且需要足够大的存储器。因此，这些校正技术较不适合于资源受限的装置，例如智能卡。如本文中所解释，本发明所公开的系统和方法可在不施加前述校正技术的情况下实现增大的灵敏度。
图2示出指纹处理系统200的另一说明性实施例。指纹感测系统200包括耦合到氮化物层204的传感器板集合202。氮化物层204耦合到胶合层206。胶合层206耦合到基板208。举例来说，指纹系统200可形成智能卡的部分。手指212可触摸基板208。应注意，多个绝缘层可存在于手指212与氮化物层204之间。此外，涂层可存在于手指212与基板208之间。此外，应注意术语“手指”包括手指的所有部分，例如手指的乳突部。因此，更确切地说，手指的脊状部可触摸基板208(或涂层，视具体情况而定)。在手指212未触摸基板208的位置处，可存在气隙210。测量单元(未示出)可测量存在于传感器板202上的电容，以便检测在板202的特定位置处手指212对基板208的触摸。更具体地说，当在特定位置处触摸基板208时，所述位置处的传感器板202上电容将由于手指充当对立电极而改变，且在所述位置处气隙210不存在或较小。因此，手指的表面与传感器之间的气隙的变化可指示指纹的乳突部的深度。通过记录和处理改变的电容，可形成指纹的图像。
如图2中所示出，传感器板202与手指212的表面之间常常存在额外层：氮化物钝化层204，其具有例如1.5μm的厚度，其在传感器的晶片处理期间施加；胶体层206，其具有例如10μm到25μm的厚度，其可在晶片产生之后通过分配施加；和基板层208，其具有50μm到150μm的厚度，其可通过例如pet、pvc、聚碳酸酯或pi等热塑性材料形成。如上文所提及，传感器板202与手指212的表面之间可存在多个层。可假设人指的平均谷线深度为20μm。可向具有各种材料的各个层指定各个介电常数。为了简化起见，在以下描述中，通过相关介电常数的应用来校正所指示的厚度，以便产生对应于气隙的距离，且具有类似电容特性。举例来说，介电常数3会将150μm厚的聚碳酸酯基板校正到50μm。假设平均介电常数为例如3且厚度如上文所指示，2μm氮化物的层堆叠、10μm的胶合层和150μm的基板产生54μm的额外虚拟气隙。由于电容与气隙之间的关系是交互的，因此54μm的额外气隙的影响相当大。根据电气透视图，额外气隙减小总电容，从而在电容-电压转换之后产生衰减的电压。随后，这减小传感器的灵敏度。
根据本公开，并行地测量传感器板集合202的子集上的电容，如图2的下部部分中所示出。举例来说，在第一时隙(样本数1)中，测量电容c2、c3和c4。在第二时隙(样本数2)中，测量电容c1、c3和c4。在第三时隙(样本数3)中，测量电容c1、c2和c4。在第四时隙(样本数4)中，测量电容c1、c2和c3。因此，代替依序测量个别电容c1、c2、c3和c4，并行地测量电容{c2、c3、c4}，并行地测量电容{c1、c3、c4}，并行地测量电容{c1、c2、c4}，且并行地测量电容{c1、c2、c3}。以此方式，可增大传感器的灵敏度。具体地说，传感器板的大小在其它参数当中确定所述传感器板与手指的表面之间的电容。当手指的表面接近时，此传感器板的电容可例如处于0.5ff到20ff的范围内。通过并行地测量传感器板的子集上的电容，创建“虚拟传感器板”，所述“虚拟传感器板”具有比个别传感器板202大小更大的大小。此“虚拟传感器板”上测得的较高电容(即，高于传感器板202上的个别电容)缓和了可测量效果的前述衰减。随后，这增大传感器的灵敏度。
在一个或多个实施例中，处理单元被另外配置成从并行测得的电容导出一个或多个个别传感器板上的电容。举例来说，处理单元可执行从子集上测得的电容导出传感器板上的个别电容的计算。以此方式，指纹传感器可足够灵敏，且同时其可仍产生高分辨率指纹图像。参看图4描述此计算的例子。在实际和高效实施方案中，子集是传感器板集合的彼此不同的子集。由此，可简化个别电容的计算。此外，在实际和高效实施方案中，每个子集包括(n-1)个传感器板(n表示集合中传感器板的总数目)，且测量单元被配置成依序测量传感器板集合的n个彼此不同的子集上的电容。这可另外促进对集合中传感器板上的个别电容的计算。此外，在实际和高效实施方案中，n是二的幂加一(n＝2·x+1)。在此情况下，可通过二进制移位操作来实现后处理，所述二进制移位操作具有快速的优势。
图3示出传感器板的阵列300的说明性实施例。阵列300包括以行和列的方式组织的多个传感器板。举例来说，行302含有多个传感器板。在此行302中，并行地测量除一个以外其余所有传感器板的电容。举例来说，可不测量传感器板304的电容，但并行地测量行302中其它传感器板的电容。换句话说，不评估传感器板304，但并行地评估行302中其它传感器板。对于指纹传感器，可假设在扫描指纹时指纹不随时间推移而变化。在此假设下，可施加图3中所示出的线扫描序列。在此例子中，传感器板集合是含有16个传感器板的行302(因此n＝16)，且评估的传感器板的子集含有15个传感器板(n-1)。如上文所提及，这产生实际且高效的实施方案。可逐线(即，逐行)扫描图像。总共可施加如含于行302中的传感器板的数目一样多的总和评估。换句话说，可依序评估传感器板集合的n个彼此不同的子集。接着，传感器面积是(n-1)而非单个传感器板的面积的倍数；因此，相比于由单个传感器板提供的信号，输出信号也是倍数。
图4示出根据本公开的采样原理400的说明性实施例。图4的左侧示出对单个传感器板的评估402。换句话说，图4的左侧示出如何依序测量个别电容c1、c2、c3和c4。举例来说，可以后续循环或采样步骤测量个别电容。图4的右侧示出根据本公开的传感器板的并行评估404。换句话说，图4的右侧示出如何并行地测量传感器板的子集上的电容。更具体地说，在第一循环或采样步骤中，并行地测量电容{c2、c3、c4}，在第二循环或采样步骤中，并行地测量电容{c1、c3、c4}，在第三循环或采样步骤中，并行地测量电容{c1、c2、c4}，且在第四循环或采样步骤中，并行地测量电容{c1、c2、c3}。
图4中所示出的采样原理400施加到包括四个传感器板的集合。归因于在每一步骤中不评估传感器板的事实，所有总和样本的总和相当于(4-1)＝3乘以所有电容的总和。应注意，术语“总和样本”是指在特定步骤中并行测得的电容。通过从所有总和样本的总和中减去(4-1)＝3乘以一个总和样本(例如，c2+c3+c4，如图4中所示出)，获得(4-1)＝3乘以个别电容的值(例如，3·c3，如图4中所示出)。通过将此值除以(4-1)＝3，获得个别电容(c3)的值。因此，具体来说，获得不包括于涉及的样本总和中的个别电容的值。在此例子中，增益因数是(4-1)＝3。对于大传感器板集合(例如，n＝96)，增益因数较大(96-1)＝95。因此，一般来说，增益因数是(n-1)。此采样原理不限于单个线或行；只要指纹图像在采样周期期间不变化，其便还可施加到整个图像或多个图像。此外，应注意，在线或行中的n个传感器板的情况下，采样原理不限于恰好采样n-1个样本。
图5示出开关电容器积分器500的说明性实施例。具体地说，在一个或多个实施例中，测量单元包括开关电容器积分器500。开关电容器积分器500促进图4中所说明的采样原理的实施。开关电容器积分器500包括运算跨导放大器(ota)502、选择开关504、预充电开关506、参考电压源508、预充电电压源510和信号-数据转换单元512。具体地说，通过开关电容器积分器500实现总和样本的创建。选择开关504促进传感器板的选择，其应有助于给定循环或采样步骤中的总和样本。
图6示出开关电容器积分器的操作600的说明性实施例。操作600包括以下步骤。在602处，断开所有选择开关。在604处，闭合重置开关。在606处，闭合所有预充电开关。在610处，断开重置开关。在612处，闭合专用选择开关(即，与受评估子集中特定传感器板相关联的选择开关)。在614处，ota输出在等待周期期间稳定。在616处，将ota输出转换为数据。对于所有其它样本总和(即，对于将被评估的所有其它子集)，重复步骤602到616。
具体地说，序列开始于在602处断开所有选择开关，且因此准备设置针对所有传感器板的初始条件。接着在604处闭合重置开关以重置集成电容器，且将ota的反相输入节点重置到参考电压vref。接着在606处闭合所有预充电开关，使得所有传感器板被预充电到预充电电压vpre(例如，其可以是0)。接着在608处再次断开所有预充电开关。接着可在610处断开重置开关以准备读出循环。接着在612处闭合与受评估子集中的传感器板相关联的所有选择开关。只要预充电电压vpre偏离参考电压vref，ota便提供通过集成电容器ci的电流(图5中所示出)。这样会对子集中的所有传感器板充电，直到其电压等于参考电压vref为止。一旦ota输出在等待周期614结束时稳定，那么ota可提供由集成电容器ci收集的电荷，其指示连接到反相ota输入的所有传感器板(即，受评估子集中的传感器板)的电容总和。在616处，连续性信号-数据转换器将ota输出转换成机器可读格式。
图7示出传感器单元700的说明性实施例。传感器单元700包括装置设定/控制和功率管理块702、阵列控制块704、传感器阵列706、读出系统708、数据定序器710和通信接口716。数据定序器710包括求和器712和增益因数乘法器714。具体地说，传感器阵列706包括多个所阐述种类的传感器板。此外，读出系统708可包括如图5中所示出的开关电容器积分器，其如图6中所示出进行操作。更具体地说，包括在块702中的装置设定/控制电路可被配置成驱动阵列控制块704，使得例如可逐线采样指纹图像。读出系统708可提供一系列总和样本，所述总和样本可通过单独求和器712求和且可通过增益因数乘法器714并行地乘以增益因数，以便简化连续处理。可通过通信接口716将乘以增益因数的个别总和样本和所有总和样本的总和传达到计算装置(未示出)，以用于个别和经放大电容的后续计算。应注意，可使用可配置移位寄存器实施阵列控制块704。在此情况下，预定负载模式可控制这些移位寄存器，以便轻易地获得所要扫描序列。
图8示出数据定序800的说明性实施例。数据定序800可由图7中所示出的数据定序器710执行。在802处，数据定序包括使用值0初始化变数totalsum，且接着输入执行用于每个样本总和的回路804回路804包括在806处从读出系统708获得样本总和值，在808处将所获得的样本总和值添加到变数totalsum，且在810处，输出样本总和值乘以增益因数。在812处，将变数totalsum的值输出到通信接口716。
图9示出指纹处理系统900的另一说明性实施例。指纹处理系统900包括可操作地耦合到微控制器单元904的传感器单元902。传感器单元902可例如相同于图7中所示出的传感器单元700。此外，微控制器单元904可体现本发明所公开的处理单元。微控制器单元904可因此处理在存在于传感器单元902中的传感器板集合的不同子集上并行地测得的电容。此外，微控制器904可含有指纹特征提取单元和指纹模板产生器(即，以列表格式提供对经识别特征点的描述的产生器)。具体地说，在一个或多个实施例中，微控制器单元904可从特定位置处个别传感器板上计算出的电容导出手指的表面与所述传感器板之间的距离，且使用所述距离，以用于产生指纹图像。也就是说，可从在传感器阵列中的不同位置处的多个所导出距离提取指纹特征(例如，特征点)。举例来说，所提取的指纹特征可用于创建指纹模板，所述指纹模板可与存储的参考模板进行比较，从而达到认证用户的目的。
在操作中，微控制器单元900可被配置成从传感器单元902接收总和样本和整个样本总和。微控制器单元900还可执行减法以导出特定传感器板的个别电容。所导出的个别电容值可由微处理器单元904处理，以便导出对应的指纹谷线深度(即，相应传感器板与手指之间的距离)。所获得的谷线深度可由特征提取单元处理以提供指纹特征的集合，所述指纹特征集合可由模板产生器格式化，以便产生符合后续匹配器的输入要求的指纹模板。
图10示出指纹验证系统1000的说明性实施例。系统1000包括可操作地耦合到安全元件1004的生物识别模板产生单元1002(例如，微控制器904的指纹模板产生器)。安全元件1004可以是例如嵌入于智能卡中的芯片，更具体地说是具有例如支付应用程序的安装或预安装智能卡级别应用程序的防篡改集成电路，其具有规定的功能性和规定的安全防护等级。此外，安全元件1004可实施安全功能，例如，加密功能和认证功能。在此例子中，安全元件1004包括支付应用程序、指纹、匹配组件、操作系统和驱动器。指纹匹配组件可比较由生物识别模板产生1002提供的指纹模板与所存储参考模板。此外，系统1000包括例如通过智能卡的接口单元(未示出)可操作地耦合到安全元件1004的支付网络1006。
具体地说，由生物识别模板产生单元1002提供的指纹模板可表示持卡人的指纹。可通过通信通道将模板提供到安全元件1004。所述安全元件1004可被配置成对照可链接到持卡人身份识别的所存储参考模板匹配所接收的模板。可由在实施于安全元件1004上的操作系统的控制下执行的支付小程序开始指纹模板产生。在所接收模板与所存储参考模板之间的正匹配的情况下，支付交易可以是经过授权的。出于此目的，安全元件1004可连接到支付网络1006。如果支付交易需要认证，那么由安全元件1004执行的支付小程序可请求指纹验证。
本文中所描述的系统和方法可至少部分地由一个或多个计算机程序实施，所述计算机程序可以在单个计算机系统中或跨多个计算机系统以激活和闲置两种状态呈多种形式存在。举例来说，它们可作为由程序指令组成的软件程序以源代码、目标代码、可执行代码或用于执行一些步骤的其它格式存在。以上格式中的任一格式可以压缩或未压缩形式在计算机可读媒体上实施，所述计算机可读媒体可包括存储装置和信号。
如本文所使用，术语“移动装置”是指任何类型的便携式电子装置，包括蜂窝式电话、个人数字助理(pda)、智能电话、平板电脑等。此外，术语“计算机”是指包括例如通用中央处理单元(cpu)、专用处理器或微控制器等处理器的任何电子装置。计算机能够接收数据(输入)，能够对数据执行一系列预先确定的操作，且由此能够产生呈信息或信号形式的结果(输出)。取决于上下文，术语“计算机”将意指具体地说处理器或更一般地说与单个壳体或外壳内含有的相关元件的组合件相关联的处理器。
术语“处理器”或“处理单元”是指数据处理电路，所述数据处理电路可以是微处理器、协处理器、微控制器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑电路和/或基于存储在存储器中的操作指令来控制信号(模拟信号或数字信号)的任何电路。术语“存储器”是指某一存储电路或多个存储电路，例如只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、快闪存储器、高速缓冲存储器和/或存储数字信息的任何电路。
如本文所使用，“计算机可读媒体”或“存储媒体”可以是能够容纳、存储、传达、传播或传输计算机程序以供指令执行系统、设备或装置使用或结合指令执行系统、设备或装置使用的任何装置。计算机可读媒体可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外线或半导体系统、设备、装置或传播媒体。计算机可读媒体的更特定的例子(非穷尽性列表)可以包括以下各项：具有一根或多根导线的电连接、便携式计算机磁盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪速存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(cdrom)、数字多功能光盘(dvd)、蓝光光盘(bd)和存储卡。
应注意，已经参考不同主题描述了以上实施例。具体地说，一些实施例可参考方法类的权利要求进行描述，而其它实施例可参考设备类的权利要求进行描述。然而，本领域的技术人员将从上述内容了解到，除非另外指明，否则除属于一种类型的主题的特征的任何组合外，与不同主题相关的特征的任何组合，具体来说方法类的权利要求的特征和设备类的权利要求的特征的组合，也视为与此文档一起公开。
此外，应注意，图式是示意性的。在不同图式中，用相同的附图标记表示类似或相同元件。此外，应注意，为了提供对说明性实施例的简洁描述，可能并未描述属于技术人员的习惯做法的实施细节。应了解，在任何此类实施方案的发展中，如在任何工程或设计项目中，必须制定大量实施方案特定的决策以便实现研发者的特定目标，例如遵守系统相关的和商业相关的约束条件，这些约束条件在不同的实施方案中可能不同。此外，应了解，此类发展工作可能是复杂且耗时的，但不过是本领域的技术人员进行设计、制造和生产的例行任务。
最后，应注意，技术人员将能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下设计许多替代实施例。在权利要求书中，置于圆括号之间的任何附图标记不应被认作限制权利要求。词语“包括”不排除在权利要求中列出那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。在元件之前的词语“一”不排除多个此类元件的存在。权利要求书中所叙述的措施可以借助于包括若干不同元件的硬件和/或借助于适当编程设计的处理器来实施。在列出若干装置的装置权利要求中，可以通过硬件中的同一个物件实施若干这些装置。单凭在彼此不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实，并不表示不能使用这些措施的组合来获得优势。
附图标记列表
100指纹处理系统
102传感器板集合
104测量单元
106处理单元
108指纹处理方法
110测量单元并行地测量传感器板集合的子集上的电容
112处理单元处理并行测得的电容
200指纹处理系统
202传感器板
204氮化物层
206胶合层
208基板
210气隙
212手指
300传感器板的阵列
302传感器板的阵列中的行
304未评估的传感器板
400采样原理
402单个传感器板的评估
404传感器板的并行评估
500开关电容器积分器
502运算跨导放大器(ota)
504选择开关
506预充电开关
508参考电压源
510预充电电压源
512信号-数据转换单元
600开关电容器积分器的操作
602断开所有选择开关
604闭合重置开关
606闭合所有预充电开关
608断开所有预充电开关
610断开重置开关
612闭合专用选择开关
614等待ota输出稳定
616将ota输出转换为数据
700传感器单元
702装置设定和控制，功率管理
704阵列控制
706传感器阵列
708读出系统
710数据定序器
712求和器
714增益因数乘法器
716通信接口
800数据定序
802totalsum＝0
804对于每个样本总和
806获得样本总和
808totalsum＝totalsum+样本总和
810输出样本总和*增益
812输出totalsum
900指纹处理系统
902传感器单元
904微控制器单元
1000指纹验证系统
1002生物识别模板产生单元
1004安全元件
1006支付网络