曲面指纹识别传感器及指纹图像预处理方法与流程

1.本发明涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种曲面指纹识别传感器及指纹图像预处理方法。


背景技术：

2.为了提高安全性以及用户的使用便利性，目前移动通信设备以及便携式平板电脑等电子设备上，越来越多的采用到了生物识别系统。尤其是电容式指纹芯片，由于结构小，性能稳定，越来越多地得到客户的认可，并得到广泛推广。
3.随着全屏幕技术和指纹识别技术在移动终端的普及，现代的移动便携式设备上，对于指纹识别模块的要求越来越高。在识别性能及用户体验感受不断提升的同时，产品中的指纹识别模块体积不断缩小，其中在手机电源键上设置侧边指纹模组得到用户及厂商的广泛认可。为了兼顾产品的美观度和用户的使用体验，将侧边指纹模组外形设计成弧形且结合于电源键上是一种比较受认可的方案。具体地，弧形侧边指纹模组一般具有中间厚两端薄的特性，利用指纹模组进行识别时，手指一般放置于指纹模组中间位置，因此，指纹距离指纹模组的两端较远。从而，当指纹模组采用电容式传感器或者光学传感器采集指纹图像信号时，两端的指纹图像信号会相对较弱，对后续的指纹匹配识别带来困难。


技术实现要素：

4.有鉴于此，实有必要提供一种便于处理曲面指纹识别传感器的图像信号的电子设备、及其曲面指纹识别传感器、指纹图像预处理方法及指纹识别方法。
5.第一方面，本实施例提供一种指纹图像的预处理方法，其应用于曲面指纹识别传感器，所述曲面指纹识别传感器包括供手指放置的曲面感测区，所述指纹图像的预处理方法包括：获取当前感测到的曲面指纹图像信号；以及对所述当前感测到的曲面指纹图像信号进行平面化处理得到预处理指纹图像信号。
6.第二方面，本实施例还提供一种所述指纹识别方法应用于曲面指纹识别传感器，所述曲面指纹识别传感器包括供手指放置的曲面感测区，所述指纹识别方法包括：获取样本指纹图像信号，所述样本指纹图像信号为曲面指纹图像信号；对所述样本指纹图像信号进行平面化处理得到预处理样本指纹图像信号；以及将所述预处理样本指纹图像信号转换为样本指纹图像。
7.第三方面，本实施例还提供一种曲面指纹识别传感器，所述曲面指纹识别传感器包括供手指放置的曲面感测区，所述指纹识别方法包括：存储介质，用于存储指纹识别程序指令；以及处理器，用于执行所述指纹识别程序指令实现上述所述指纹识别方法。
8.第四方面，本实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括主体以及设置于所
述主体的上述曲面指纹识别传感器。
9.上述指纹图像的预处理方法，可以将曲面指纹识别传感器感测的曲面指纹图像信号进行平面化处理得到预处理指纹图像信号，并在该预处理指纹图像信号的基础上进行指纹图像处理和识别。由于平面化的图像信号的平面一致性较好、便于后期处理。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
11.图1为第一实施例提供的指纹图像的预处理方法的流程示意图。
12.图2为一实施例提供的应用该指纹图像的预处理方法对应的程序块示意图。
13.图3为一实施例提供的一维度同分布的两个曲线信号的效果示意图。
14.图4为一实施例提供的一维度同分布两个曲线信号相减的效果示意图。
15.图5为一实施例提供的预处理方法的子流程示意图。
16.图6为第二实施例提供的预处理方法的子流程示意图。
17.图7为一实施例提供的曲面传感器的内部结构示意图。
18.图8为一实施例提供的应用曲面传感器的电子设备示意图。
19.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
20.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。说明书附图示出本发明的实施例的示例。可以理解的是，说明书附图示出的比例并非本发明实际实施的比例，其仅为示意说明为目的，并非依照原尺寸作图。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，换句话说，描述的实施例根据除了这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，还可以包含其他内容，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于只清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
22.需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
23.本发明提供一种指纹图像的预处理方法，应用曲面指纹识别传感器中，可以将曲面指纹识别传感器感测的曲面指纹图像信号进行平面化处理得到预处理指纹图像信号，并在该预处理指纹图像信号的基础上进行指纹图像处理和识别。由于平面化的图像信号的平面一致性较好、便于后期处理。
24.请参看图1和图2，分别为本实施例提供的一种指纹图像的预处理方法和该指纹图像的预处理方法对应的程序块示意图。该指纹图像的预处理方法应用于曲面指纹识别传感器1中。指纹识别传感器1设有曲面感测区域10。曲面感测区域10可以为但不限于外凸出的弧面或者m形曲面。具体地，该指纹图像的预处理方法包括下面步骤。
25.步骤s101,获取当前感测到的曲面指纹图像信号s1。可以理解地，当前感测到的曲面指纹图像信号s1为当前放置于曲面感测区域10的手指对象引起曲面指纹识别传感器1所产生的信号。此时，当前感测到的曲面指纹图像信号s1呈曲面分布。在本实施例中，该曲面指纹识别传感器1为电容式指纹识别传感器。在一些可行的实施例中，曲面指纹识别传感器1还可以为光学指纹识别传感器。
26.步骤s103,对当前感测到的曲面指纹图像信号进行平面化处理得到预处理指纹图像信号。具体地，呈曲面分布的曲面指纹图像信号s1经过平面化处理后大致呈平面分布。在本实施例中，对当前感测到的曲面指纹图像信号s1进行平面化处理得到预处理指纹图像信号s2具体为:计算当前感测到的曲面指纹图像信号s1和背景指纹图像信号s0之间的差异得到预处理指纹图像信号s2。其中，背景指纹图像信号s0是对先前多次感测到的多份指纹图像信号s求平均值所形成的指纹图像信号。背景指纹图像信号s0存储于曲面指纹识别传感器1。在本实施例中，背景指纹图像信号s0是在出厂前预置的。进一步地，先前多次感测的多份指纹图像信号是针对同一手指对象进行采集，尤其是当背景指纹图像信号s0由用户设置时。针对同一手指对象进行采集，可以确保制作出来的背景指纹图形s0更加精准。可以理解地，当前感测到的曲面指纹图像信号s1所对应的手指对象和预先多次感测到的指纹图像信号s的所对应的手指对象不同。在一些可行的实施例中，背景指纹图像信号s0也可以由用户设置。背景指纹图像信号s0如何制成将在下文详细描述。
27.进一步地，在本实施例中，计算当前感测到的曲面指纹图像信号s1和背景指纹图像信号s0之间的差异得到预处理指纹图像信号s2是根据预设求差公式计算出当前感测到的曲面指纹图像信号和背景指纹图像信号之间的差异。其中，预设求差公式为：其中：用于表示当前曲面指纹识别传感器1感测到的曲面指纹图像信号s1；用于表示背景指纹图像信号s0；用于表示曲面指纹识别传感器1固有噪声；用于表示当前感测到的指纹图像有效信号；用于
表示对先前多次感测到的多份指纹图像信号的平均值;n为大于1的整数。
28.可以理解地，例如，曲面指纹识别传感器1采集到的信号为，即，当前感测到的曲面指纹图像信号s1为。根据曲面指纹识别传感器1的特性可知，将由可变的有效指纹信号与曲面指纹识别传感器1固有的噪声信号共同组成，即。如果多份指纹图像信号叠加，即，即背景指纹图像信号为。曲面指纹识别传感器1当前感测到的曲面指纹图像信号。将当前感测到的曲面指纹图像信号减去背景指纹图像信号为，即预处理指纹图像信号s2可以消除噪声。另外，由于背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1都在曲面指纹识别传感器1上采集得到的，所以背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1为同分布，因此，背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1相减之后就可以得到平面一致性较好、便于后期处理的数据。
29.如图3和图4所示，图3展示了背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1在同一坐标系中的效果示意图。图4展示了背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1相减后的效果示意图。图3用一维信号同分布的两条曲线a1,a2在同一坐标系上的效果。两条曲线相减得到的就是曲线之间的距离，同分布的曲线之间距离近似相等，即近似直线a3，如图4所示的。同理,对于二维图像数据，背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1都是同一个传感器上采集得到的，所以背景指纹图像信号s0和前感测到的指纹图像信号s1上是同分布的,背景指纹图像信号s0和前感测到的指纹图像信号s1相减之后,得到的就是曲面之间的距离，同理，同分布的曲面信号之间距离近似相等，即近似平面。因此，背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1相减就可以得到平面一致性较好、便于后期处理的数据。
30.上述实施例中，通过对当前感测到的曲面指纹图像信号进行平面化处理后，平面一致性较好，便于后续图像处理。另外，通过利用当前感测到的曲面指纹图像信号和背景指纹图像信号相减来实现对当前感测到的曲面指纹图像信号进行平面化处理，同时还可以在对当前感测到的曲面指纹图像信号进行平面化处理的同时进行噪声消除，使得后续图像处理，例如，转换，识别等更加准确。
31.请结合参看图5，其为背景指纹图像信号s0制作方法流程示意图。在本实施中，背景指纹图像信号s0是在生产过程中预置的。可以理解地，在步骤s101之前，该指纹图像的预
处理方法还包括下面步骤。
32.步骤s501，获取曲面指纹识别传感器1感测的指纹图像信号。
33.步骤s503，获取指纹图像信号的次数是否达到预设次数。当感测指纹图像的次数达到预设次数，执行步骤s505。当感测指纹图像的次数未达到预设次数，执行步骤s509。预设次数为但不限于8~20次。
34.步骤s505，将多次感测到的多份指纹图像信号进行求平均运算得到背景指纹图像信号s0。在本实施例中，可以获取同一指纹对象被多次感测产生的指纹图像信号，如此仅需一人完成，使得制作更加方便。
35.步骤s507，存储背景指纹图像信号s0。
36.步骤s509，存储感测到的指纹图像信号，并执行步骤s501。
37.上述实施例中，通过多次感测指纹图像信号并对多次感测到的多份指纹图像信号进行取平均得到背景指纹图像信号，操作简单。
38.可以理解地，该指纹图像的预处理方法可以应用指纹识别方法的总的过程，也可以应用于处理样本指纹图像信号过程或验证指纹图像过程。
39.请结合参看图6，其为第一实施例提供的应用了该指纹图像的预处理方法的指纹识别方法的流程示意图。具体地，该指纹图像的预处理方法具体包括下面步骤。
40.步骤s601，获取样本指纹图像信号，该样本指纹图像信号为曲面指纹图像信号。
41.步骤s603，对样本指纹图像信号进行平面化处理得到预处理样本指纹图像信号。在本实施例中，对样本指纹图像信号进行平面化处理得到预处理样本指纹图像信号跟上述指纹图像的预处理方法中平面化处理方法相同，在此不再赘述。
42.步骤s605，将预处理样本指纹图像信号转换为样本指纹图像。
43.步骤s607，获取待验证指纹图像信号，待验证指纹图像信号为曲面指纹图像信号。
44.步骤s609，对待验证指纹图像信号进行平面化处理得到预处理待验证指纹图像信号。在本实施例中，对待验证指纹图像信号进行平面化处理得到预处理待验证指纹图像跟上述指纹图像的预处理方法中平面化处理方法相同，在此不再赘述。
45.步骤s611，将预处理待验证指纹图像信号转换为待验证指纹图像。
46.步骤s613，将待验证指纹图像和样本指纹图像进行比较得出验证结果。
47.上述指纹识别方法中，由于对样本指纹图像信号和待验证指纹图像信号都做了平面化处理，从而方便对样本指纹图像和待验证指纹图像的处理和识别。同样地，上述指纹识别方法中采用了指纹图像的预处理方法中平面化处理方法，还可以去除噪声，使得指纹识别过程中减少噪声干扰，更加准确。
48.请再次参看图2，其为第一实施例提供的应用了指纹图像的方法的曲面指纹识别传感器1的功能程序模块示意图。
49.曲面指纹识别传感器1包括传感组件13、检测模块14、存储模块15、预处理模块16、以及指纹识别模块17。传感组件13设有曲面感测区域10。
50.检测模块14，用于获取当前感测到的曲面指纹图像信号s1。可以理解地，当前感测到的曲面指纹图像信号s1为当前放置于曲面感测区域10的手指对象引起传感组件13所产生的信号。此时，当前感测到的曲面指纹图像信号s1呈曲面分布。在本实施例中，传感组件13为电容式传感器。
51.预处理模块16，用于对当前感测到的曲面指纹图像信号进行平面化处理得到预处理指纹图像信号。具体地，呈曲面分布的当前感测到的曲面指纹图像信号s1经过平面化处理后大致呈平面分布。在本实施例中，对当前感测到的曲面指纹图像信号s1进行平面化处理得到预处理指纹图像信号s2具体为:计算当前感测到的曲面指纹图像信号s1和背景指纹图像信号s0之间的差异得到预处理指纹图像信号s2。其中，背景指纹图像信号s0是对先前多次感测到的多份指纹图像信号s求平均值所形成的指纹图像信号。背景指纹图像信号s0存储于存储模块16。在本实施例中，背景指纹图像信号s0是在出厂前预置的。进一步地，先前多次感测的多份指纹图像信号优选地是针对同一手指对象进行采集，尤其是当背景指纹图像信号s0由用户设置时。针对同一手指对象进行采集，可以确保制作出来的背景指纹图形s0更加精准。可以理解地，当前感测到的曲面指纹图像信号s1所对应的手指对象和预先多次感测到的指纹图像信号s的所对应的手指对象不同。在一些可行的实施例中，背景指纹图像信号s0也可以由用户设置。背景指纹图像信号s0如何制成将在下文详细描述。
52.进一步地，在本实施例中，计算当前感测到的曲面指纹图像信号s1和背景指纹图像信号s0之间的差异得到预处理指纹图像信号s2是根据预设求差公式计算出当前感测到的曲面指纹图像信号和背景指纹图像信号之间的差异。其中，预设求差公式为：其中：用于表示曲面指纹识别传感器1当前感测到的曲面指纹图像信号s1；用于表示背景指纹图像信号s0；用于表示曲面指纹识别传感器1固有噪声；用于表示当前感测到的指纹图像有效信号；用于表示对先前多次感测到的多份指纹图像信号的平均值；n为大于1的整数。
53.可以理解地，例如，曲面指纹识别传感器1采集到的信号为，即，当前感测到的曲面指纹图像信号s1为。根据曲面指纹识别传感器1的特性可知，将由可变的有效指纹信号与曲面指纹识别传感器1固有的噪声信号共同组成，即。如果多份指纹图像信号叠加，即，即背景指纹图像信号为。曲面指纹识别传感器1当前感测到的曲面指纹图像
信号。将当前感测到的曲面指纹图像信号减去背景指纹图像信号为，即预处理指纹图像信号s2可以消除噪声。另外，由于背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1都在曲面指纹识别传感器1上采集得到的，所以背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1为同分布，因此，背景指纹图像信号s0和当前感测到的曲面指纹图像信号s1相减之后就可以得到平面一致性较好、便于后期处理的数据。
54.指纹识别模块17用于将预处理指纹图像信号s2进行处理和识别。可以理解地，预处理指纹图像信号s2可以为样本指纹图像信号也可以是待验证指纹图像信号。
55.当预处理指纹图像信号s2为样本指纹图像时，指纹识别模块17用于将样本指纹图像信号转换成样本指纹图像并存储于样本指纹库（图未示）中。样本指纹库可以存储于存储模块15，也可以存储另一存储模块中，在此不做限定。
56.当预处理指纹图像信号s2为待验证指纹图像信号时，指纹识别模块17用于将样本指纹图像信号转换为待验证指纹图像，并将待验证指纹图像与样本指纹库中的样本指纹图像进行匹配，得到验证结果。
57.请结合参看图7，其为指纹识别传感器1的内部结构示意图。指纹识别传感器1包括存储介质11和处理器12。存储介质11用于存储指纹识别程序指令。处理器12用于执行指纹识别程序指令实现上述的指纹识别方法，指纹识别方法与上述各指纹识别方法相同，在此不再赘述。
58.图7仅示出了具有组件11和组件12的指纹识别传感器1，本领域技术人员可以理解的是，图7示出的结构并不构成对指纹识别传感器1的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
59.请结合参看图7和图8，指纹识别传感器1应用于电子设备100中。电子设备100可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、门禁等。在本实施例中，以电子设备100为手机为例描述指纹识别传感器1具体应用。电子设备100包括主体1001。主体1001包括正面1002、背面1003、位于正面1002和背面1003之间的侧面1004。指纹识别传感器1的感测区10设置于主体1001的侧面1004。优选地，侧面1004设有具有一弧形顶面的按键（图未示），感测区10设置于设有一按键弧形顶面。在一些可行实施例中，感测区10还可以设置于电子设备100的位置其他位置，在此不作限定。可以理解地，当电子设备为其他电子产品时，可以根据实际设计进行改变感测区10的位置。例如，当电子设备100为门禁时，指纹识别传感器1可以设置于门禁的底部。
60.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。