一种应用于屏下图像成像的拓扑结构光源驱动方法、存储介质和电子设备与流程

本发明涉及屏下图像成像技术领域，尤其涉及一种应用于屏下图像成像的拓扑结构光源驱动方法、存储介质和电子设备。

背景技术：

随着信息科技的发展，生物特征识别技术在保障信息安全方面发挥着越来越重要的作用，其中指纹识别已经成为移动互联网领域广泛应用的身份识别、设备解锁的关键技术手段之一。在电子设备的屏占比越来越大的趋势下，传统的电容式指纹识别已经不能满足需求，而超声波指纹识别则存在技术成熟度不足和成本高等方面的问题，因此，光学指纹识别逐渐成为屏下图像识别的主流技术方案。

现有的光学指纹识别方案基本上都是基于几何光学透镜成像原理，所用的指纹模组包含微透镜阵列、光学空间滤光器等元件，存在结构复杂、模块厚、感测范围小、成本高等诸多缺点。最新研究发现，通过物理光学的全反射成像原理可实现无透镜屏下光学指纹识别，相比于现有的光学指纹方案，其具有结构简单、模块薄、感测范围大、成本低等优点。但是，普通的均匀照明光源无法满足全反射成像原理的需要。

技术实现要素：

为此，需要提供一种应用于屏下图像成像的拓扑结构光源驱动方法、存储介质和电子设备，解决普通的均匀照明光源无法满足全反射成像原理的需要的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种应用于屏下图像成像的拓扑结构光源驱动方法，包括如下步骤：

点亮显示面板的一个或多个分立的光源区域的像素点，所述光源区域呈拓扑结构排列且间隔有不发光像素点，所述光源区域包含有一个或多个像素点；

通过光线传感器获取像素点经过透光盖板全反射的光线；所述显示面板、光线传感器置于所述透光盖板的下方。

进一步地，所述拓扑结构排列呈单点排列、多点排列、直线排列、平行线排列、圆环排列、虚线排列或平行虚线排列。

进一步地，相邻两个光源的间距满足光线传感器采集到的光源全反射图像不接触、不重复的条件。

进一步地，所述光源区域为类圆形、矩形、菱形、三角形、直线、平行线、虚线、平行虚线。

进一步地，所述光源的颜色波长为515nm到700nm。

进一步地，所述显示面板为液晶显示屏、有源阵列式有机发光二极管显示屏或微发光二极管显示屏。

进一步地，在点亮像素点前还包括步骤：

对与显示面板分辨率相同的矩阵进行赋值，将光源区域赋值为非零值，其他区域赋值为零，将赋值后的矩阵作为rgb信息生成显示图像；

发送显示图像到显示面板。

进一步地，还包括步骤：

间隔预设时间后，对全部光源区域进行相同的位置偏移；

再次重复点亮像素点步骤和光线获取步骤。

本发明提供存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述方法的步骤。

本发明提供电子设备，包括存储器、处理器、图像获取结构，图像获取结构包括透光盖板、显示面板和光线传感器，显示面板和光线传感器设置在透光盖板的下方，处理器与显示面板和光线传感器连接，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述方法的步骤。

区别于现有技术，上述技术方案通过一个或多个分立的像素点形成一个光源，提高光源的亮度，提升无透镜屏下光学图像成像的质量，同时有多个光源用于图像成像，也提高了成像效率。

附图说明

图1为本发明利用全反射成像原理实现无透镜屏下光学指纹成像的示意图；

图2为本发明具体实施方式所述的方法流程图；

图3为本发明显示面板的光源区域的一种拓扑结构的示意图；

图4为本发明显示面板的光源区域的另一种拓扑结构的示意图；

图5为本发明具体实施方式所述的另一方法流程图。

附图标记说明：

o：发光点，o＇：另一发光点，a：指纹与透光盖板接触点，

b、b＇：成像点。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1到图5，本实施例提供一种应用于屏下图像成像的拓扑结构光源驱动方法，本方法应用在屏下图像成像结构上，如图1所示，所述屏下图像成像结构包括透光盖板、显示面板和光线传感器；所述显示面板、光线传感器置于所述透光盖板的下方。

其中，透光盖板可以是单层板结构或者多层结构，单层结构可以是玻璃盖板或者有机透光材质盖板，单层盖板也可以是具有其他功能的盖板，如可以是触摸屏。多层结构可以是多层玻璃盖板或者多层有机透光材质盖板或者是玻璃盖板与有机透光材质盖板的结合。在文本中，所述透光盖板又可以称作玻璃盖板(coverglass)，二者可以互换通用。本领域技术人员根据常规技术可以选择任一种市售的玻璃盖板，只要能够实现本发明的技术方案即可。

光线传感器用于获取光线，包括有多个感光单元，可以单独设置在显示面板的下方或者设置在显示面板上。设置在显示面板下方时，光线可以穿过显示面板上光源之间的间隙进入到光线传感器中。设置在显示面板上时，感光单元可以设置在显示面板的光源(像素点)间隙中。传感器可以设置在屏下图像成像结构用于获取屏下图像，如可以获取指纹掌纹等。透光盖板与显示面板需要填充光学胶进行连接以及避免空气影响光线的反射，光学胶的折射率应该尽量接近透光盖板的折射率，避免光线在光学胶与透光盖板间发生全反射。在本文中，所述显示面板又可以称作光源板，二者可以互换通用。本领域技术人员根据常规技术可以选择任一种市售的显示面板，只要能够实现本发明的技术方案即可。

全反射成像原理是，成像时手指与透光盖板接触，指纹凹陷处由于有空气，入射角超过全反射临界角的光线会形成全反射，光线传感器会采集到明亮光线，而指纹凸出与透光盖板上表面接触，光线不会产生全反射，则光线传感器会采集到较暗光线，从而可以区分出指纹图像。在进行指纹获取的时候，要将手指首先按压到玻璃盖板上某一点a，进而成像到传感器表面上的b点，根据全反射条件，显示面板上的单个发光点o所发射的光线正好满足需要。满足屏下图像成像目的的理想光源优选呈类圆形、矩形、菱形、三角形、直线、平行线、虚线、平行虚线的形式。

但是，在实际应用中有许多限制条件必须考虑，其中包括(1)现有的显示面板的单个像素点的亮度通常都无法达到成像要求。(2)屏下空间非常小，单个光源照明的范围也很小，这样对于大面积的图像采集，采集的速度就十分慢。

本实施例首先将一个或多个的像素点合并在一起，形成一个总体亮度满足成像要求的合成光源。同时通过多个分立的光源并行照亮手指，才能满足快速屏下图像成像的要求。

则在实现显示面板驱动的时候，驱动方法包括如下步骤，如图2所示，步骤s201--点亮像素点步骤：点亮显示面板中的一个或多个分立的光源区域的像素点，所述光源区域呈拓扑结构排列且间隔有不发光像素点，所述光源区域包含有一个或多个像素点，优选地多个像素点的颜色一致。步骤s202--光线获取步骤：通过光线传感器获取像素点经过透光盖板全反射的光线；所述显示面板、光线传感器置于所述透光盖板的下方。本实施例中，一个或多个分立的光源区域可以对透光盖板上多个区域进行照亮，而后经过透光盖板的上表面全反射后的光线可以被光线传感器获取到，这样可以获取到多个区域的图像，提高了图像获取效率。同时光源区域包含有多个像素点，满足成像的照明亮度要求，可以实现对透光盖板上图像的采集。

本实施例中的光源的拓扑结构排列有多种排列方式，优选为均匀排列，即光源两两之间的距离都相等，这样每个光源反射后的图像都相同，方便后续的图像处理。排列的具体形式可以呈单点排列、多点排列、直线排列、平行线排列、圆环排列、虚线排列或平行虚线排列。如图3和图4所示，其中白色即为光源，分别呈直线排列和单点排列。

光源的间距决定于成像质量，此间距由光源与盖板上表面的间距决定，这两个间距成正比。为了避免成像之间的重叠，相邻两个光源的间距满足光线传感器采集到的光源全反射图像不接触、不重复的条件。优选地，光源的间距可以是在相邻两个光源的全反射图像不接触、不重复的条件下取最小值。这个最小值可以通过人工多次试验获取，如在不同的光源的间距下获取光源全反射图像，而后查看到反射图像满足不接触、不重复的条件中光源间距的最小值。而后这个最小值可以预先设置在运行本方法的存储器上。光源的间距在实际中会受到显示面板、光线传感器、透光盖板等成像结构硬件参数的影响，在实际应用中，一个产品的屏幕硬件参数一般不会改变，对于这些特定的屏幕，采用人工多次试验获取的方式更为直接和方便。在某些实施例中，光源的间距也可以相对较近，这样在一次的光线获取中，单个光源全反射图像就会产生重叠，则图像处理的时候还要去除重叠部分，则会增加每次图像处理的工作量。

正如上文所述，本发明将一个或多个像素点合并在一起，形成一个总体亮度满足成像要求的合成光源，即光源的亮度要满足能被光线传感器获取到的要求，像素点个数与显示面板的像素点亮度成线性反比的关系。同时，光源的外形也会影响呈现质量，所述光源的外形可以呈类圆形、矩形、菱形、三角形、直线、平行线、虚线、平行虚线的形式。优选地，所述光源呈直线排列或单点排列(如图3、图4所示)。由于实际上，每个像素都是方形，多个像素的组合没办法形成一个标准的圆形，只能是接近圆形的类圆形。类圆形的像素点确定可以以某个像素点为中心画圆，圆内的像素点可以全部作为类圆形的像素点，圆周上的像素点可以设定一个预设面积占比值，如果圆周像素点在圆内的面积占像素点总面积的比大于预设面积占比值，则将该像素点作为光源类圆形的像素点。圆的大小决定了光源的光线强度以及光线传感器是否能够获取到较高质量的图像，圆太小，则光源区域太小，就会产生光线不足，圆太大，光源区域太大，又会影响成像质量。不同的显示面板同样也会有不同的光源强度，则不同的显示面板的光源区域大小也会不同。对于某一种特定的图像成像获取结构，光源区域大小同样可以采用人工多次试验的方式获取，光源区域大小可以由小到大依次点亮，而后光线传感器获取到图像数据后，人工筛选出满足成像质量的最小光源区域。

在现有的显示面板下，光源可以是由多个边长为2-15像素点形成的矩形。

优选的光源的颜色波长为515nm到700nm，即为绿色(515nm-560nm)、红色(610nm-700nm)或这两种颜色之间与其他颜色的任意颜色的组合，这样的颜色对于光线传感器来说最敏感，有利于光线传感器的光线获取。

显示面板不仅可以作为光源进行发光，还可以作为显示图像。显示面板包括液晶显示屏(lcd)、有源阵列式有机发光二极管(amoled)显示屏或微发光二极管(micro-led)显示屏，这些都是以薄膜电晶管(tft)结构扫描并驱动单一像素，可以实现对像素点的单一驱动，即可以实现光源的驱动和阵列显示，同时光线可以透过像素点的间隙后进入到光线传感器中。

本实施例中的光源的拓扑结构排列可以由多种生成方式，如可以采用绘图软件实现绘制后，再由显示面板进行显示，但由于点阵的精度要求高，且点的数量较多，此方法绘制效率低下。或者可以采用如图5的方式：其中在步骤s403--点亮像素点前还包括步骤，步骤s501--对与显示面板分辨率相同的矩阵进行赋值，将光源区域赋值为非零值，其他区域赋值为零，将赋值后的矩阵作为rgb信息生成显示图像；步骤s502--发送显示图像到显示面板。而后再执行与步骤s201和步骤s202相同的步骤s503和步骤s504。本实施例以有源阵列式有机发光二极管(amoled)显示屏(1920×1080像素)为例，说明光源的拓扑结构排列的生成方式。以此参数使用编程语言设计光源拓扑结构，使用编程语言设计光源拓扑结构的过程实际就是对一个1920*1080的矩阵(行数1920、列数1080，数据全为0的矩阵)进行赋值，将需要点亮的位置赋值为非零数(如255)，否则赋值为0，然后将此矩阵作为8bit图像的rgb信息(在8bit图像的rgb信息里，数据0代表黑色，数据255代表满饱和度颜色)生成新的图像。生成的光源拓扑结构如图3、图4所示，白色为光源，白色仅为图示说明，实际可以为绿色或者红色。通过步骤s501和步骤s502，可以高效地生成所需要的光源的拓扑结构排列，从而可以实现快速的光源驱动。

虽然有一个或多个像素点形成一个光源，同时照明指纹，单次成像还是无法对全指纹实施无缝扫描。采用过于密集的多个光源的拓扑结构排列，彼此互补，可以实现全指纹的扫描，但是各个光源阵列照明得到的指纹图像会产生重叠，后续处理十分困难。为了避免重叠，本申请的光源间距满足图像不重叠的条件。但是这样又会有部分指纹图像缺失。为了获取到完整的指纹图像，本发明使用时分复用技术，实现指纹全覆盖。具体地，步骤s505间隔预设时间后，对全部光源区域进行相同的位置偏移；步骤s506再次重复点亮像素点步骤s503和光线获取步骤s504，直到获取到满足完整指纹拼接要求的指纹图像，而后对这些指纹图像进行去噪、拼接，就可以获取到完整的指纹图像。

本发明还提供存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。本实施例的存储介质可以是设置在电子设备中的存储介质，电子设备可以读取存储介质的内容并实现本发明的效果。存储介质还可以是单独的存储介质，将该存储介质与电子设备连接，电子设备就可以读取存储介质里的内容并实现本发明的方法步骤。这样就可以在具有图像获取结构上运行本发明实施例的方法，实现光源的驱动和屏下图像成像的获取。

本发明提供电子设备，包括存储器、处理器、图像获取结构，图像获取结构包括透光盖板、显示面板和光线传感器，显示面板和光线传感器设置在透光盖板的下方，处理器与显示面板和光线传感器连接，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述方法的步骤。本实施例的电子设备通过多个像素点形成一个光源，提高光源的亮度，提升无透镜屏下光学图像成像的质量，同时有多个光源用于图像成像，也提高了成像效率。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或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，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。