提供减少的等待时间的指纹认证系统和方法与流程

本发明涉及通过指纹认证系统对用户进行认证的方法以及这样的指纹认证系统。

背景技术：

越来越多地使用各种类型的生物识别系统，以提供增大的安全性和/或增强的用户便利性。

特别地，指纹认证系统已经被用于例如消费电子设备中，这要归功于消费电子设备的小形状因子、高性能和用户接受度。

随着指纹认证的更广泛和多样化的使用，对速度和响应度的要求正在增加。

因此，希望提供更灵敏的指纹认证。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一个目的是提供改进的指纹认证，特别是提供更灵敏的指纹认证。

根据本发明的第一方面，因此提供了一种通过指纹认证系统对用户进行认证的方法，该指纹认证系统包括：具有感测表面的指纹感测装置、手指检测电路以及处理电路，该方法包括以下步骤：由指纹感测装置获取触摸感测表面的手指的第一指纹图像；由手指检测电路确定手指是否仍在触摸感测表面；当确定了手指不再触摸感测表面时，由处理电路基于第一指纹图像对用户进行认证；当确定了手指仍在触摸感测表面时，由处理电路确定第一指纹图像的质量量度；当质量量度指示第一指纹图像的质量满足预定质量标准时，由处理电路基于第一指纹图像对用户进行认证；当质量量度指示第一指纹图像的质量未能满足预定质量标准时，由指纹感测装置获取触摸感测表面的手指的第二指纹图像；由手指检测电路确定手指是否仍在触摸感测表面；当确定了手指不再触摸感测表面时，由处理电路基于第一指纹图像和第二指纹图像中的至少一个来对用户进行认证；当确定了手指仍在触摸感测表面时，由处理电路确定第二指纹图像的质量量度；当质量量度指示第二指纹图像的质量满足预定质量标准时，由处理电路基于第一指纹图像和第二指纹图像中的至少一个来对用户进行认证。

在手指不是扫过传感器表面的情况下，第一指纹图像和第二指纹图像可以有利地在同一个手指的放置事件期间获取。换句话说，在手指放置事件期间，手指可以至少在横向方向上基本静止。

应当理解，上面的术语“第一指纹图像”和“第二指纹图像”的使用表示在“第一指纹图像”之后获取“第二指纹图像”。上面的术语“第一指纹图像”和“第二指纹图像”的使用不应被解释为要求“第一指纹图像”恰好就是在指纹图像序列中获取的第一指纹图像。

应当注意，指纹认证系统可以包括在独立的电子设备例如移动通信设备、手表或智能卡中，或者可以由互连的设备例如计算机和连接至计算机的指纹获取设备形成。

指纹感测装置可以是例如电容指纹感测装置，其检测指示感测元件阵列中的每个感测元件与触摸感测装置表面的手指表面之间的电容耦合的量度。在与指纹中的脊对应的位置处的感测元件相比于在与指纹中的谷对应的位置处的感测元件将呈现与手指的更强的电容耦合。

然而，本发明的各种实施方式不限于特定的指纹感测技术，而是同样适用于例如声学、光学、热学或压电指纹感测装置等。

此外，根据本发明的实施方式的指纹认证系统可以实施为部件系统，或者实施为单个部件例如集成电路。

手指检测电路可以是专用手指检测电路，或者一组感测元件可以用作手指检测电路。此外，由手指检测电路执行的手指检测可以直接基于模拟检测信号和/或模拟检测信号的数字表示。

本发明基于可以通过如下方式增大用户体验的指纹认证的速度的认识：获取指纹图像直到用户将他/她的手指从指纹传感器表面抬起为止或者直到已经获得足够好的指纹图像为止，然后基于可用的指纹图像执行指纹认证。期望本发明的实施方式提供指纹认证系统的增大的感知的灵敏性以及高质量的指纹认证，因为所获得的指纹图像在进行认证(匹配)之前通常将是合格的。

在根据本发明的方法的实施方式中，可以基于不饱和像素的数目来确定上述质量量度。例如，质量量度可以指示不饱和像素的最小数目。然而，应当注意，可以使用任何其他质量量度，只要可以相对快速地确定这样的质量量度、同时仍然提供指纹图像对于认证处理(匹配)的预期适用性的指示即可。

在根据本发明的方法的实施方式中，基于第一指纹图像和第二指纹图像中的至少一个来对用户进行认证的步骤可以包括以下步骤：评估第一指纹图像和第二指纹图像，以选择第一指纹图像和第二指纹图像中的一个作为认证指纹图像；检索手指的所存储的登记表示；由处理电路处理认证指纹图像，以基于认证指纹图像确定认证表示；确定认证表示和所存储的登记表示之间的匹配是否满足认证要求；当匹配满足认证要求时，提供指示成功认证的信号。

在本申请的上下文中，指纹图像的“登记表示”和/或“认证表示”可以是从指纹图像提取的任何信息，其对于评估在不同时间获取的指纹图像之间的相似性是有用的。例如，指纹图像的登记/认证表示可以包括指纹特征(例如所谓的细节)的描述和关于指纹特征之间的位置关系的信息。替选地，指纹图像的表示可以是图像本身或图像的压缩版本。例如，图像可以被二值化和/或骨架化。

根据各种实施方式，该方法还可以包括以下步骤：在获取第一指纹图像的步骤之后并且在获取第二指纹图像的步骤之前，调整指纹感测装置的至少一个设置。

例如，可以使用默认设置来获取第一指纹图像，并且可以基于第一指纹图像的至少一个属性，根据预定方案或基于任何其他合适的参数来调整指纹感测装置的至少一个设置。这可以导致更快的指纹认证过程和/或改进的指纹认证的可靠性。在实施方式中，可以在获取第一指纹图像之前另外调整指纹感测装置的至少一个设置。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于对用户进行认证的指纹认证系统，其包括：指纹感测装置；手指检测电路；处理电路，其连接至指纹感测装置和手指检测电路，处理电路被配置成：控制指纹感测装置获取触摸感测表面的手指的第一指纹图像；从手指检测电路接收指示手指是否仍在触摸感测表面的第一手指检测信号；当第一手指检测信号指示手指不再触摸感测表面时，基于第一指纹图像对用户进行认证；当第一手指检测信号指示手指仍在触摸感测表面时，确定第一指纹图像的质量量度；当质量量度指示第一指纹图像的质量满足预定质量标准时，基于第一指纹图像对用户进行认证；当质量量度指示第一指纹图像的质量未能满足预定质量标准时，控制指纹感测装置获取触摸感测表面的手指的第二指纹图像；从手指检测电路接收指示手指是否仍在触摸感测表面的第二手指检测信号；当第二手指检测信号指示手指不再触摸感测表面时，基于第一指纹图像和第二指纹图像中的至少一个来对用户进行认证；当第二手指检测信号指示手指仍在触摸感测表面时，确定第二指纹图像的质量量度；以及，当质量量度指示第二指纹图像的质量满足预定质量标准时，基于第一指纹图像和第二指纹图像中的至少一个来对用户进行认证。

处理电路可以实现为硬件和/或在一个或多个处理器上运行的软件。

根据实施方式，手指检测电路可以被配置成在分立的检测事件处检测手指是否仍在触摸感测表面。

在这样的实施方式中，为了提高手指检测电路的输出的准确性，可以仅当手指检测电路在至少两个连续的检测事件中检测到手指不再触摸指纹感测设备的感测表面时才提供指示手指不再触摸感测表面的信号。

此外，根据本发明实施方式的指纹认证系统还可以包括导电的手指检测结构；并且手指检测电路可以被配置成响应于手指检测结构与候选手指之间的电容耦合从高于阈值电容耦合的第一值变成低于阈值电容耦合的第二值而提供手指未计信号。阈值电容耦合可以例如由阈值电压表示。此外，可以预定义阈值电容耦合，或者可以基于感测的信号动态地确定阈值电容耦合。例如，阈值电容耦合可以基于感测的噪声水平。

通过本发明的该第二方面获得的其他实施方式和效果大致类似于上面针对本发明的第一方面所描述的那些。

根据本发明的实施方式的指纹认证系统可以包括在电子设备中，电子设备进一步包括处理单元，处理单元被配置成控制指纹认证系统执行用户的指纹认证、并且仅当对用户的成功认证时执行至少一个动作。

总之，本发明涉及一种方法，根据该方法：获取指纹图像，并确定手指是否仍在触摸感测表面。当手指不再触摸感测表面时，基于到目前为止获取的一个或多个指纹图像来对用户进行认证。当确定了手指仍在触摸感测表面时，确定指纹图像的质量量度。当质量量度指示指纹图像的质量满足预定质量标准时，基于到目前为止获取的一个或多个指纹图像来对用户进行认证。当质量量度指示指纹图像的质量未能满足预定质量标准时，获取后续指纹图像。当手指仍然触摸感测表面、并且质量量度指示后续指纹图像的质量满足预定质量标准时，基于包括后续指纹图像的到目前为止获取的一个或多个指纹图像来对用户进行认证。

附图说明

现在将参考示出本发明的示例实施方式的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，其中：

图1a和图1b示意性地示出了包括根据本发明示例实施方式的指纹感测设备的电子设备；

图2是图1a至图1b中的电子设备的框图；

图3是图1b中的指纹感测设备的一部分的示意性截面图；以及

图4是示意性地示出根据本发明的实施方式的方法的流程图。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参考具有可通过后盖中的开口来访问的细长的指纹传感器的移动电话来讨论根据本发明的电子设备的各种实施方式。此外，指纹传感器3和处理电路被示意性地表示为不同的单独部件。

应当注意，这决不限制本发明的范围，本发明的范围同样包括例如其他类型的电子设备，例如智能手表、智能卡、膝上型计算机等。此外，指纹感测设备不需要是细长的，而可以是基本上方形或具有任何其他合适的形状。此外，指纹感测设备可以布置在电子设备中的任何合适的位置中，例如与移动电话的正面或侧面上的按钮集成，或者布置在盖玻璃等下方。此外，处理电路或者处理电路的一部分可以与指纹传感器集成。

图1a以移动电话1的形式示意性地示出了根据本发明的电子设备的示例实施方式，移动电话1具有壳体2和可以通过壳体2中的开口访问的集成指纹传感器3。指纹传感器3可以例如用于解锁移动电话1和/或用于授权使用移动电话等执行的交易。

图1b是指纹传感器3及其与壳体2的集成的放大图。

参照图2，图2是图1a的移动电话的示意性框图，除了上述指纹传感器3之外，移动电话1还包括通信电路5、用户接口电路6、处理电路7和指纹传感器接口8，这里用指示控制信号的线箭头和指示数据传输的方框箭头示意性地表示。

如图2中示意性地所示，指纹传感器3包括传感器阵列10和手指检测电路，手指检测电路这里以手指检测结构11a和11b以及连接至手指检测结构11a和11b的手指检测电路12的形式设置。传感器阵列10包括多个感测元件13a和13b(在图2中仅用附图标记指示两个相邻的感测元件，以避免使附图混乱)。指纹传感器3还包括手指检测输出端14，其用于从手指检测电路12向外提供手指检测信号和/或手指未计信号。虽然图2中未示出，但指纹感测设备3附加地包括用于转换来自感测元件的感测信号以提供触摸传感器表面的指纹的表示的读出电路。下面将参照图3进一步描述示例性读出电路。

上述通信电路5可以例如包括用于无线通信的各种天线和控制单元中的一个或多个，并且上述用户接口电路6可以例如包括显示器、麦克风、扬声器和振动单元中的一个或多个。

图3是图1b中沿着线a-a'截取的指纹感测设备3的一部分的示意性截面，其中手指15放置在覆盖传感器阵列5和手指检测结构11a和11b的保护性介电顶层16的顶部上。参照图3，指纹感测设备3包括：激励信号提供电路19，其经由导电手指驱动结构(图3中未示出)电连接至手指；多个感测元件13a和13b；以及手指检测装置，其包括手指检测结构11b和连接至手指检测结构11b的手指检测电路12。

如图3中示意性地所示，每个感测元件13a和13b包括：导电感测结构，其在这里为保护性介电顶层16下方的金属板17a和17b的形式；电荷放大器18a和18b；以及选择电路，其在这里功能上示出为简单的选择开关21a和21b，以使得能够选择/激活相应的感测元件13a和13b。

电荷放大器18a和18b包括至少一个放大器级，其在这里示意性地示出为运算放大器(opamp)24a和24b，运算放大器24a和24b具有连接至感测结构17a和17b的第一输入端(负输入端)25a和25b、连接至传感器接地或另一参考电位的第二输入端(正输入端)26a和26b、以及输出端27a和27b。此外，电荷放大器18a和18b包括：连接在第一输入端25a和25b与输出端27a和27b之间的反馈电容器29a和29b；以及复位电路，其在这里功能上示为开关30a和30b，以使得反馈电容器29a和29b能够可控地放电。可以通过操作复位电路30a和30b使反馈电容器29a和29b放电来复位电荷放大器18a和18b。

如在负反馈配置中的运算放大器24a和24b的情况一样，第一输入端25a和25b处的电压跟随第二输入端26a和26b处的电压。取决于特定放大器配置，第一输入端25a和25b处的电位可以与第二输入端26a和26b处的电位基本相同，或者在第一输入端25a和25b处的电位与第二输入端26a和26b处的电位之间可以存在基本固定的偏移。在图3的配置中，电荷放大器的第一输入端25a和25b实际上接地。

当通过激励信号提供电路19向手指15提供时变电位时，在感测结构17a和17b与手指15之间出现相应的时变电位差。

手指15与感测结构17a和17b之间的电位差的上述变化导致在电荷放大器18a和18b的输出端27a和27b上产生感测电压信号vs。

当指示的感测元件13a和13b被选择用于感测时，选择开关21a和21b闭合以将感测信号提供至读出线33。可以作为图2中的传感器阵列5的行或列的公共读出线的读出线33在图3中被示为连接至多路复用器36。如图3中示意性地所示，来自传感器阵列5的其他行/列的附加读出线也可以连接至多路复用器36。

多路复用器36的输出端串联连接至采样保持电路37和模数转换器38，用于对源自感测元件13a和13b的模拟信号进行采样并将其转换成传感器2上的手指15的指纹图形的数字表示。

如图3中示意性地所示，这里的手指检测电路12包括：金属板形式的专用手指检测结构11b、电荷放大器40以及检测信号处理电路41。电荷放大器40在原理上类似于包括在上述感测元件13a和13b中的电荷放大器18a和18b。因此，电荷放大器40包括至少一个放大器级，该放大器级在这里示意性地示出为运算放大器(opamp)44，其具有连接至手指检测结构11b的第一输入端(负输入端)45、连接至传感器接地或另一参考电位的第二输入端(正输入端)46、以及输出端47。另外，电荷放大器40包括：连接在第一输入端45与输出端47之间的反馈电容器49；以及复位电路，其在这里功能上示为开关50，以使得反馈电容器49能够可控地放电。可以通过操作复位电路50使反馈电容器49放电来复位电荷放大器。还在图3所示，电荷放大器的输出是指示手指15与手指检测结构11b之间的电容耦合的手指检测信号sd(以电压的形式)。

在图3中，手指15被示出为连接至激励电路19，用于在手指与传感器阵列5的传感板17a和17b和手指检测结构4a之间提供所需的电位差。应当注意，可以可替选地通过相对于包括指纹感测设备3的电子设备(例如移动电话1)的接地电平改变指纹感测设备的接地电平来提供该期望的电位差。

现在将参照图4中的流程图以及图2和图3中适用的图示来描述根据本发明的方法的示例性实施方式。

在第一步骤100中，使用手指检测电路检测手指15的存在。基于手指检测电路12的输出，在步骤102中确定指纹传感器3上是否有手指。如果确定传感器3上没有手指，则该方法返回到步骤100并继续监视来自手指检测电路12的输出。

如果相反确定传感器3上有手指，则该方法进行到步骤104并基于对手指的初步读取控制指纹传感器3的至少一个设置，例如adc38的设置。这样的初步读取可以例如使用感测元件13a和13b和/或手指检测电路的子集来执行。在随后的步骤106中，使用指纹传感器3获取第一指纹图像(fp图像n)并将其存储在存储器中，该存储器可以包括在处理电路7中。

在获取第一指纹图像之后，在步骤108中使用手指检测电路再次检测手指15的存在。基于手指检测电路12的输出，在步骤110中确定手指15是否仍在触摸指纹传感器3的感测表面。如果确定手指15不再触摸指纹传感器3的感测表面，这意味着用户已经将他/她的手指从指纹传感器3抬起，则该方法直接继续进行，以在步骤112中基于目前获取的指纹图像(一个或多个指纹图像)来尝试对用户进行认证。

如果相反确定手指15仍然在传感器3上，则方法继续进行到步骤114，在步骤114中处理电路7确定第一指纹图像(fp图像n)的质量量度。对于本领域普通技术人员来说明显的是可以使用各种不同的质量量度。合适的质量量度的一个示例可以涉及指纹图像中的不饱和像素的比值。因此，处理电路7可以确定指纹图像中不饱和(例如，不是0或255，即在[1；254]的范围内)的像素的数目，然后返回一个在范围[0；1000]内的分数，该分数与不饱和像素的比值成比例。得分为0表示所有像素都饱和，得分为1000表示没有像素饱和。

在随后的步骤116中，评估在步骤114中确定的质量量度，以确定指纹图像是足够好以进入认证步骤112还是应该获取附加的指纹图像。

基于与指纹图像的不饱和像素的数目相关的上述质量量度，一个标准可以是对图像质量量度使用绝对阈值，并且当指纹图像相比于预定阈值具有更好的分数时停止图像捕获过程。

另一标准可以是使用相对比例阈值来将当前图像捕获的图像质量量度与先前图像捕获的质量量度进行比较，然后如果图像质量量度降低太多则停止图像捕获过程。

该标准将解决在最后捕获的图像中手指向上行进的可能情况，因为在这种情况下我们将开始在传感器上不再有手指的区域中看到强度标度中的白端(此处定义为255)中的饱和度。

如果在步骤116中确定指纹图像(fp图像n)被认为不足以进行认证，则该方法进行到步骤118，在步骤118中计数器递增，然后到步骤120以确定是否已经获取了预定指纹图像的最大数目nmax。如果是这种情况，则该方法进行到认证步骤112，在步骤112中处理电路7基于nmax个获取的指纹图像中的至少一个执行认证处理。

如果尚未超过所获取的指纹图像的最大数目，则该方法从步骤104开始再次执行上述步骤。

本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施方式。相反，在所附权利要求的范围内可以进行许多修改和变化。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。虽然计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分发，例如通过因特网或其他有线或无线通信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。