超声生物计量成像系统和用于控制超声生物计量成像系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及超声生物计量成像系统(100)，包括：盖结构(102)，其具有触摸表面(104)；多个超声换能器，其被布置在触摸表面的外围处；多个混合信号集成电路，其被配置成：对接收的模拟回波信号进行AD转换，以形成针对超声换能器的子集中的每个有效超声换能器的数字回波信号；通过向每个数字回波信号引入第一可控延迟来执行局部波束形成，以形成多个延迟的回波信号；以及将延迟的回波信号相加以形成中间信号。生物计量成像系统还包括主机处理器，其连接至多个混合信号集成电路中的每一个并且被配置成：从混合信号集成电路接收中间信号；通过向每个中间信号引入第二可控延迟来执行全局波束形成；以及将延迟的中间信号相加以形成最终回波信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声生物计量成像系统和用于控制超声生物计量成像系统的方法专利
本专利技术涉及超声生物计量成像系统以及用于在这样的系统中进行图像获取的方法。特别地，本专利技术涉及适于指纹成像的超声成像系统中的波束形成。
技术介绍
生物计量系统被广泛用作为增加诸如移动电话等的个人电子装置的便利性和安全性的手段。特别地，指纹感测系统现在包括在所有新发布的个人通信装置(诸如移动电话)中的大部分中。电容式指纹传感器由于其卓越的性能和相对低的成本而被用于所有生物计量系统中的绝大多数中。除了其他指纹感测技术，超声感测也具有提供有利性能的潜力，例如从非常潮湿的手指获取指纹(或掌纹)图像的能力等。一类特别令人关注的超声指纹系统是以下系统：其中，沿着用户要触摸的装置元件的表面传送声学信号，并且基于接收的声学信号来确定指纹(掌纹)表示，该接收的声学信号是由于装置构件和用户皮肤之间的界面与所传送的声学信号之间的相互作用而得到的。例如，在US2017/0053151中一般描述的这样的超声指纹感测系统可以提供可控分辨率，并且允许更大的感测区域，该感测区域可以是光学透明的，而且没有指纹感测系统必须随感测区域缩放的成本，从而允许超声指纹传感器集成在装置的显示器中。然而，当前的解决方案吃力地用全显示器内屏(fullin-displayscreen)的大覆盖区域提供高分辨率指纹，这是因为难以应对和处理针对每个触摸事件生成的大量RF数据，从而难以应用所需的图像重建和匹配过程。因此，对于使用超声技术的大面积指纹成像的改进的方法和系统存在着需求。
技术实现思路
鉴于现有技术的以上提及的缺点和其他缺点，本专利技术的目的是提供超声生物计量成像系统和用于在超声生物计量成像系统中进行成像的方法，其提供改进的成像，同时减少成像过程的计算负荷。根据本专利技术的第一方面，提供了一种超声生物计量成像系统，包括：盖结构，其具有触摸表面；多个超声换能器，其被布置在触摸表面的外围处，多个超声换能器被配置成在盖结构中发射超声波束以及接收反射的超声回波信号，反射的超声回波信号由于与触摸表面接触的对象的反射而产生；多个混合信号集成电路，每个混合信号集成电路连接至超声换能器的子集。每个混合信号集成电路被配置成：对接收的模拟回波信号进行模数(AD)转换，以形成针对超声换能器的子集中的每个有效超声换能器的数字回波信号；通过向每个数字回波信号引入第一可控延迟来执行局部波束形成，以形成多个延迟的回波信号；以及将多个延迟的回波信号相加以形成中间信号。生物计量成像系统还包括：主机处理器，其连接至多个混合信号集成电路中的每一个，并且被配置成：从多个混合信号集成电路接收多个中间信号；通过向每个中间信号引入第二可控延迟来执行全局波束形成；以及将多个延迟的中间信号相加以形成最终回波信号。超声换能器通常包括压电材料，该压电材料响应于施加在材料上的电场、借助于顶部电极和底部电极生成超声信号。原则上，也可以使用其他类型的超声换能器，例如电容式微机械超声换能器(CMUT)。超声换能器在本文中将被描述为能够传送和接收超声信号的收发器。然而，也可以形成包括单独且分开的超声发射器和接收器的系统。装置还被认为包括被配置成控制超声信号的传输和接收的超声换能器控制电路系统，并且被认为包括从接收的超声回波信号提取图像所需的适当的信号处理电路。为了根据RF数据重建图像，该RF数据是从换能器所接收的回波信号产生的，需要将数据传送至主机，这需要大量存储器以及用于传送数据的高带宽信道。超声信号可以由射频数据、RF数据来描述。无线电频谱可以包括从3Hz到3THz的频率，并且对于超声信号而言，适用的频率范围为约20kHz到几GHz，例如3GHz。因此，接收的RF数据描述了由于所发射的超声波束的回波而产生的振荡信号。使用哪个超声频率或频率范围是基于现有的应用确定的，并且可以取决于诸如所需分辨率、换能器类型、超声信号在其中传播的材料、电力消耗要求等参数而变化。鉴于以上，本专利技术基于以下认识：接收侧波束形成的任务可以被划分成多个较小但并行的波束形成任务。从而可以降低必须从混合信号集成电路传送至主机处理器或系统内的其他地方的数据量。另外的优点是在混合信号集成电路与主机处理器之间分布计算负荷。混合信号集成电路——其可以是ASIC——是物理地接近换能器的前端电路的一部分。另一方面，主机处理器位于距换能器更远的距离处。主机处理器可以例如是其中布置有生物计量成像系统的智能电话或平板计算机的处理单元。对于成像区域中的任何位置，必须将延迟分布(delayprofile)施加至接收和记录的回波信号，以对与该位置对应的像素值进行波束形成或重建。如果在主机处理器中执行波束形成，则必须将大量数据传送至主机处理器，这需要高带宽数据信道。此外，还可以预期主机处理器至少周期性地被其他任务占用，这将延迟对来自换能器的数据的处理，并且进而使生物计量成像更慢。相反，根据本专利技术，该波束形成任务可以被分成两个部分，这两个部分可以更快地进行，并且需要更少的处理能力以及降低对混合信号集成电路与主机处理器之间的高带宽数据信道的要求。根据本专利技术的一个实施方式，第一可控延迟是施加至每个数字回波信号以形成多个延迟的回波信号的单独可控延迟。每个回波信号表示从换能器传送的信号的回波，并且由于回波信号的行进时间取决于所使用的位置换能器而不同，因此必须单独控制每个延迟以形成表示所选像素(即感测表面的所选位置)的信号。由混合信号集成电路引入的第一延迟可以被看作为“微延迟”或局部延迟，其被施加至接收的回波信号的子集，从而形成表示接收信号的子集的中间信号。根据本专利技术的一个实施方式，第二可控延迟是施加至每个中间信号以形成多个延迟的中间信号的单独可控延迟。施加至中间信号的延迟可以被看作为“宏延迟”或全局延迟，并且其大于由混合信号电路在第一级中引入的“微延迟”。从而实现分布式两级接收侧波束形成。根据本专利技术的一个实施方式，分别在局部波束形成和全局波束形成期间引入的第一可控延迟和第二可控延迟被配置成使得所得到的最终回波信号表示超声生物计量成像系统的一个像素。从而，可以说波束形成过程限定图像的像素。因此，在传送的超声波束的中心轴线上以及沿着该中心轴线的每个像素可以被一个接一个地波束形成，其中更接近的像素点比位于更远的像素点更早地被波束形成。在声学回波信号回到换能器元件的同时执行波束形成。换言之，不是将接收的回波信号从每个元件发送回主机处理器以进行波束形成的处理，而是可以将若干个中间信号发送至主机。根据本专利技术的一个实施方式，混合信号集成电路还被配置成对数字回波信号进行插值。由于混合信号集成电路的采样频率是有限的，因此可以使用插值来提高采样信号的质量。可能需要插值来计算在子采样中的时间实例处的信号的值，这是因为使用最接近的采样值而不是插值会降低最终的波束形成图像的质量。可以使用多种公知的插值方法中的任何一种，例如样条插值或多项式插值。根据本专利技术的一个实施方式，多个混合信号集成电路被有利地配置成并行操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声生物计量成像系统(100)，包括：/n盖结构(102)，其具有触摸表面(104)；/n多个超声换能器(106)，其被布置在所述触摸表面的外围处，所述多个超声换能器被配置成在所述盖结构中发射超声波束以及接收反射的超声回波信号，所述反射的超声回波信号由于与所述触摸表面接触的对象的反射而产生；/n多个混合信号集成电路(203)，每个混合信号集成电路连接至超声换能器的子集(201a-b)，其中，每个混合信号集成电路被配置成：/n对接收的模拟回波信号进行模数(AD)转换，以形成针对所述超声换能器的子集中的每个有效超声换能器的数字回波信号；/n通过向每个数字回波信号引入第一可控延迟来执行局部波束形成，以形成多个延迟的回波信号；以及/n将所述多个延迟的回波信号相加以形成中间信号；/n其中，所述生物计量成像系统还包括：/n主机处理器(207)，其连接至所述多个混合信号集成电路中的每一个，并且被配置成：/n从所述多个混合信号集成电路接收多个中间信号；/n通过向每个中间信号引入第二可控延迟来执行全局波束形成；以及/n将所述多个延迟的中间信号相加以形成最终回波信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190924 SE 1951073-41.一种超声生物计量成像系统(100)，包括：
盖结构(102)，其具有触摸表面(104)；
多个超声换能器(106)，其被布置在所述触摸表面的外围处，所述多个超声换能器被配置成在所述盖结构中发射超声波束以及接收反射的超声回波信号，所述反射的超声回波信号由于与所述触摸表面接触的对象的反射而产生；
多个混合信号集成电路(203)，每个混合信号集成电路连接至超声换能器的子集(201a-b)，其中，每个混合信号集成电路被配置成：
对接收的模拟回波信号进行模数(AD)转换，以形成针对所述超声换能器的子集中的每个有效超声换能器的数字回波信号；
通过向每个数字回波信号引入第一可控延迟来执行局部波束形成，以形成多个延迟的回波信号；以及
将所述多个延迟的回波信号相加以形成中间信号；
其中，所述生物计量成像系统还包括：
主机处理器(207)，其连接至所述多个混合信号集成电路中的每一个，并且被配置成：
从所述多个混合信号集成电路接收多个中间信号；
通过向每个中间信号引入第二可控延迟来执行全局波束形成；以及
将所述多个延迟的中间信号相加以形成最终回波信号。


2.根据权利要求1所述的超声生物计量成像系统，其中，所述第一可控延迟是施加至每个数字回波信号以形成所述多个延迟的回波信号的单独可控延迟。


3.根据权利要求1所述的超声生物计量成像系统，其中，所述第二可控延迟是施加至每个中间信号以形成所述多个延迟的中间信号的单独可控延迟。


4.根据前述权利要求中任一项所述的超声生物计量成像系统，其中，分别在局部波束形成和全局波束形成期间引入的所述第一可控延迟和所述第二可控延迟被配置成使得所得到的最终回波信号表示所述超声生物计量成像系统的一个像素。


5.根据前述权利要求中任一项所述的超声生物计量成像系统，其中，所述第一可控延迟短于所述第二可控延迟。


6.根据前述权利要求中任一项所述的超声生物计量成像系统，其中，所述混合信号集成电路还被配置成对所述数字回波信号进行插值。


7.根据前述权利要求中任一项所述的超声生物计量成像系统，其中，所述多个混合信号集成电路被配置成并行操作。


8.根据前述权利要求中任一项所述的超声生物计量成像系统，其中，所述超声换能器被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈米德·布扎里，
申请(专利权)人：指纹卡有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE