指纹图像传感方法与流程

本发明有关一种图像传感技术，特别是关于一种利用准直光源进行传感辨识的指纹图像传感方法。

背景技术：

图像辨识应用甚广，应用在生物特征识别技术上更是贴近生活，尤其是指纹辨识，其利用人体手指上独有的指纹讯息进行个人身份的辨识，进而达到控制电子设备的目的，且因指纹辨识在安全性和方便性方面的优点而受到广泛的应用；目前最常见的就是具有指纹辨识功能的智能型手机，以利用指纹进行加、解锁。

一般光学指纹辨识技术主要利用光源所发出的入射光至导光板内，使投射至手指产生的指纹信号经光学路径投射至感光元件，由于指纹的波峰会反射光线，波谷会吸收光线，因此，反射形成的指纹信号会形成明暗对比条纹，使感光元件达到指纹辨识的作用。当然，指纹辨识不仅仅只限于此，以此精神为基础各自发展出各种不同的指纹图像传感技术。

美国专利us2017/0255813即提出一种具有导光板的图像传感，其揭示的图像传感系统使用有体积全像光栅(vhg)。如图1所示，经拇指指纹406反射后的多个光波404在距离导光板408表面的一间隔距离d内可以被捕获，光波404从体积全像光栅402衍射，再经过导光板408内传递，逐渐收敛、反相，然后由导光板408的侧边离开而传送到图像传感器410上，图像传感器410传感到的结果图像403最后会传送到图像处理电路及软件412进行影指纹辨识处理。

承上，本发明亦提出一种指纹图像传感方法，来有效达到指纹图像传感及辨识的作用。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种指纹图像传感方法，其利用放大的至少一维准直的感应光线传感指纹，以产生准直的指纹信号，再将缩小且没有反相的指纹信号由导光板底面离开，进而达到优化的指纹辨识的功效。

本发明的另一目的在于提供一种指纹图像传感方法，其可传感导光板上的全部或局部区域，传感范围可大可小，故可供设计者更广泛的选择弹性，并满足用户的使用弹性。

为达到上述目的，本发明提供的指纹图像传感方法包括下列步骤：提供一准直光源，使其产生至少一维准直的感应光线进入一导光板；在导光板内根据一比例连续反射放大感应光线后，使感应光线对应一待辨识指纹，以产生一指纹信号；然后在导光板内根据该比例连续反射缩小，以产生至少一维准直的指纹信号后，从导光板底面离开。

上述的指纹信号接续会再经由还原指纹信号步骤后，对还原后的指纹信号进行指纹图像辨识处理，以取得最终的指纹图像。

其中，感应光线反射放大的比例与导光板表面上的指纹传感区域的面积、反射的角度及导光板的厚度有关。

以下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容及其所达成的功效。

附图说明

图1为美国专利前案揭示的图像传感系统示意图。

图2为本发明进行图像传感的第一实施例的流程图。

图3为本发明进行图像传感的第二实施例的流程图。

图4为本发明进行图像传感的第三实施例的流程图。

图5为本发明进行图像传感的第四实施例的流程图。

图6为本发明应用的指纹图像传感装置的结构示意图。

附图标记说明：10-指纹图像传感装置；12-导光板；121指纹传感区域；122入光端；123第一反射镜；124出光端；125第二反射镜；14-准直光源；16-还原反射镜；18-图像传感器；s10～s15-步骤；s20～s25-步骤；s30～s35-步骤；s40～s45-步骤；402-体积全像光栅；404-光波；403结果图像；406-拇指指纹；408-导光板；410-图像传感器；412-图像处理电路及软件；d-间隔距。

具体实施方式

本发明利用准直光源产生的至少一维准直的感应光线进入导光板中，以传感导光板上的待辨识指纹，使得到的指纹信号可以藉由导光板中的光学路径，有效的自导光板底部传递出去，以供后续进行指纹信号的还原与辨识。

图2为本发明进行图像传感的第一实施例的流程图，如图所示，本发明提供的指纹图像传感方法包括有下列各步骤：首先，如步骤s10所示，提供一准直光源，可以选自一维准直光源或是二维准直光源，准直光源产生一至少一维准直的感应光线进入一导光板，且导光板的表面更设有至少一指纹传感区域，指纹传感区域为此导光板的表面的全部区域或局部区域，以供放置待辨识指纹；续如步骤s11所示，根据指纹传感区域提供的指纹感应范围，在导光板内放大感应光线，例如，利用导光板内的光学元件，使感应光线因此光学元件的特性而变大；如步骤s12所示，感应光线对应导光板上的指纹传感区域内的待辨识指纹，感应光线照射待辨识指纹后反射产生一指纹信号；指纹信号继续在导光板中行进，再如步骤s13所示，在导光板内缩小指纹信号后，从导光板底面离开导光板。

当指纹信号自导光板底面离开之后，如步骤s14所示，将指纹信号还原放大成原本规格；最后如步骤s15所示，对还原后的指纹信号进行指纹图像辨识处理，以取得指纹图像。

图3为本发明进行图像传感的第二实施例的流程图，如图所示，本发明的指纹图像传感方法包括有下列各步骤：首先，如步骤s20所示，提供一一维准直光源，其产生一维准直的感应光线进入一导光板，此准直的维度即为进入导光板后的平均传递方向，导光板的表面设有至少一指纹传感区域，且指纹传感区域可为此导光板的表面的全部区域或局部区域；接着如步骤s21所示，于导光板内，在准直的维度上，利用反射放大感应光线，例如利用反射镜的光学特性，使反射的感应光线的截面积变大而放大，此时放大和准直在相同维度上；再如步骤s22所示，感应光线对应导光板上的指纹传感区域内的待辨识指纹，感应光线会经由待辨识指纹反射后产生一指纹信号；产生的指纹信号会继续在导光板中行进，再如步骤s23所示，在准直的维度上，利用反射缩小指纹信号，例如利用反射镜的光学特性，使反射的感应光线的截面积变小而缩小，缩小后的指纹信号从导光板底面离开导光板，其中前述的缩小与放大在相同维度。当指纹信号自导光板底面离开之后，如步骤s24所示，将指纹信号还原放大成原本规格；最后如步骤s25所示，对还原后的指纹信号进行指纹图像辨识处理，以取得指纹图像。

图4为本发明进行图像传感的第三实施例的流程图，如图所示，本发明的指纹图像传感方法包括有下列各步骤：首先，如步骤s30所示，提供一准直光源，其可以选自一维准直光源或是二维准直光源，准直光源产生一至少一维准直的感应光线进入一导光板，且导光板的表面更设有至少一指纹传感区域，指纹传感区域可为此导光板的表面的全部区域或局部区域，以供放置待辨识指纹；如步骤s31所示，根据指纹传感区域提供的指纹感应范围，在导光板内将感应光线放大至一比例；再如步骤s32所示，放大后的感应光线对应导光板上的指纹传感区域内的待辨识指纹，使感应光线照射待辨识指纹后经反射产生一指纹信号；产生的指纹信号会继续在导光板中行进，再如步骤s33所示，在导光板内根据该比例缩小指纹信号后，例如，可以再利用导光板表面上的指纹传感区域的面积以及感应光线的截面积的比例，产生缩小的指纹信号，然后从导光板底面离开导光板。当缩小后的指纹信号自导光板底面离开之后，即如步骤s34所示，将指纹信号还原放大成原本规格；最后如步骤s35所示，对还原后的指纹信号进行指纹图像辨识处理，以取得对应的指纹图像。

图5为本发明进行图像传感的第四实施例的流程图，如图所示，本发明的指纹图像传感方法包括有下列各步骤：首先，如步骤s40所示，提供一准直光源，其可以选自一维或二维准直光源，准直光源产生一至少一维准直的感应光线进入一导光板，且导光板的表面更设有至少一指纹传感区域，指纹传感区域可为导光板表面的全部区域或局部区域，以供放置待辨识指纹；如步骤s41所示，在导光板内根据一比例连续反射放大感应光线，且该放大的比例与指纹传感区域的面积、反射的角度及导光板的厚度有关；再如步骤s42所示，感应光线对应照射在导光板上的指纹传感区域内的待辨识指纹上，经待辨识指纹反射后产生一指纹信号；随后此指纹信号会继续在导光板中行进，再如步骤s43所示，根据该比例，在导光板内连续反射缩小，产生至少一维准直的指纹信号后，从导光板底面离开导光板。当指纹信号自导光板底面离开之后，如步骤s44所示，将指纹信号还原放大成原本规格；最后如步骤s45所示，对还原后的指纹信号进行指纹图像辨识处理，以取得对应的指纹图像。

其中，本发明的准直可能为一维准直或二维准直，而一维准直的维度，即为指纹信号在导光板中的平均传递方向。感应光线或指纹信号前进方向的准直偏差容许范围大约在±0.25～±0.5度之间，径向方向则未有特限定(大约为±10度左右)。

在说明完本发明的指纹图像传感方法的各种实施态样之后，接续说明本发明具体应用的指纹图像传感装置，如图6所示，一指纹图像传感装置10包括有：一导光板12，其表面设有至少一指纹传感区域121，在此以一个指纹传感区域为例，且指纹传感区域121可为导光板12的表面的全部区域或局部区域，以供放置一待辨识指纹20；在导光板12的入光端122设有一第一反射镜123，且在导光板12的出光端124则设有一第二反射镜125。一准直光源14设置面对导光板12的入光端122底面，使准直光源14可以朝向导光板12的底面，以产生一至少一维准直的感应光线，准直光源14可为一维准直光源或二维准直光源，例如激光(laser)或垂直共振腔面射型激光(vcsel)等等。当准直光源14产生一感应光线时，感应光线会自入光端122进入导光板12，经第一反射镜123反射放大后入射到位于指纹传感区域121上的待辨识指纹20，经待辨识指纹20反射后产生一指纹信号，指纹信号继续在导光板12中往出光端124方向行进，再经第二反射镜125反射缩小，缩小后的指纹信号则依光学路径从导光板12的底面离开导光板12。在导光板12的出光端124下方更设有一还原反射镜16，从导光板12底面离开的指纹信号会行进至还原反射镜16，并利用还原反射镜16还原指纹信号。另有一图像传感器18设置在导光板12底面且对应还原反射镜16的位置，以接收已还原的指纹信号，并对指纹信号进行指纹图像辨识处理，以获得指纹图像。其中，第一反射镜123、第二反射镜125及还原反射镜16对应导光板12底面的角度取决于指纹传感区域121的面积和准直光源14的截面积的比例。

具体而言，在实际案例的指纹图像传感装置10中，准直光源14的截面积为1mm*1mm，指纹传感区域121的指纹撷取面积为10mm*10mm，图像传感器18撷取图像范围为6mm*4mm(放弃较外侧的指纹信号)，第一反射镜123、第二反射镜125及还原反射镜16和导光板12正面的夹角为40度(大约放大或缩小10倍)，以及导光板12侧边的厚度为1mm，此些范围仅为本发明的具体案例，当不能以此为限，仍要视实际需求而定。

再者，若入光端122的第一反射镜123与导光板12底面夹角呈78度，反射放大会接近5倍，连续两次反射放大可达到25倍，如此可以大幅缩减光源所需的空间。出光端124的第二反射镜125相对于入光端122采取对称设计，可将指纹信号所占的空间缩减成为1/25后离开导光版12。缩小后的指纹信号透过和出光端124的第二反射镜125对称的还原反射镜16，在图像传感器18的接收面上还原成原来大小的指纹信号。

综上所述，本发明提出的指纹图像传感方法，其利用放大的准直光源进行指纹传感，以产生准直的指纹信号，再将缩小后的指纹信号由导光板底部离开，以提供后续还原辨识，进而达到优化的指纹辨识效果。因此，本发明利用缩小且没有反相的指纹信号从导光板的底面离开，此技术特征与前述的专利前案完全不同，再加上本发明可以传感导光板上的全部或局部区域，传感范围可大可小，故可供设计者更广泛的设计选择弹性，并可满足用户的使用弹性。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟悉此项技术者能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的保护范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的保护范围内。