一种超声波指纹成像方法、指纹识别器件及电子设备技术

本发明专利技术涉及超声波指纹识别技术领域，特别涉及一种超声波指纹成像方法、指纹识别器件及电子设备。该方法包括以下步骤：设定超声波换能器在传感器上以均匀矩形阵列分布，将每个n

【技术实现步骤摘要】
一种超声波指纹成像方法、指纹识别器件及电子设备


[0001]本专利技术涉及超声波指纹识别
，特别涉及一种超声波指纹成像方法、指纹识别器件及电子设备。

技术介绍

[0002]超声波指纹识别是一种先进的生物特征识别技术，广泛应用于安全认证、身份识别和支付授权等领域。相较于传统的电容式和光学式指纹识别技术，超声波指纹识别具有更高的适配性和更强的抗伪造性，因为超声波可以穿透表皮层，直达真皮层，从而获取更加稳定和可靠的指纹图像。近年来，随着移动设备、智能家居等领域的快速发展，超声波指纹识别技术也得到了广泛的应用。
[0003]超声波指纹识别模组是基于超声波在生物组织中的传播和反射特性，通过超声波传感器发射和接收超声波信号来获取用户手指表面的指纹图像，并进行身份验证的。超声波指纹识别的关键在于用于成像的声波质量，其工作过程主要涉及超声波的发射，传播，反射和接收四个阶段。由于移动设备的紧凑设计，超声波指纹识别模组的尺寸和功率受到限制，所使用的超声波频率被限制在10MHz以上，导致声波的穿透性较差，声波强度在传播过程中的损耗较大，且强度低，很难获取清晰的指纹图像用于后续的图像处理和识别过程。
[0004]超声波的波束成型技术是一种利用多个传感器元素之间的相位和幅度差异来定向和聚焦超声波信号的技术。它在超声波成像和传感领域中被广泛应用，包括医学超声成像、超声波测量、超声波跟踪以及指纹识别等领域。波束成型技术的目标是将超声波能量集中在特定的区域，从而提高信号的强度和分辨率。传统的超声波发射和接收是全向性的，即在所有方向上都发射和接收信号。这种情况下，超声波传感器会接收到来自不同方向的信号，包含了大量散乱和噪声，降低了成像或测量的清晰度和精度。通过波束成型技术，可以控制传感器元素的相位和幅度，使其发射和接收的信号相互干涉，形成特定方向上的集中束。这样，超声波能够更加集中地穿过生物组织，从而提高成像或测量的分辨率和准确性。
[0005]现有的方案在不增加功耗，不改变超声波频率的情况下，在超声波指纹识别模组上应用波束成形技术，实现对声波强度的集中增强。但是，现有的波束成形技术只实现了对超声波换能器阵列以列为单位，五列为一组的波束成形技术，通过改变相邻四列换能器驱动信号的相位，在一定深度范围内将超声波信号进行干涉，对声波强度的增强有限。

技术实现思路

[0006]为解决现有的波束成形技术在不改变功耗、超声波频率的情况下对超声波指纹图像信噪比的增强有限的技术问题，本专利技术提供了一种超声波指纹成像方法、指纹识别器件及电子设备。
[0007]本专利技术解决技术问题的方案是提供一种超声波指纹成像方法，包括以下步骤：
[0008]设定所述超声波换能器在传感器上以均匀矩形阵列分布，将每个n
×
n的超声波换能器阵列分为一组，由超声波换能器向对象发射多个超声波，接收并输出从所述对象反射
的多个超声波信号；
[0009]基于图像卷积的仿生学原理，以卷积核中各点的数值为依据，单独调整所述超声波换能器阵列中各个像素点的幅值；
[0010]基于波束成形的原理，单独调整所述超声波换能器阵列中各个像素点的相位；
[0011]通过波束成形技术，将周围像素点的声波强度聚焦在中心像素点的上方；
[0012]在所述中心像素点获取所述对象的指纹图像。优选地，所述超声波换能器包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器和所述第二控制器分别调整每一个超声波换能器的幅值和相位。
[0013]优选地，所述超声波换能器还包括用于控制超声波换能器的TFT薄膜阵列，聚焦声波强度后、在中心像素点获取指纹图像之前，还包括以下步骤：
[0014]在所述TFT薄膜阵列中的每行每列都连接信号线；
[0015]每行每列的所述信号线接出多路选择器，所述多路选择器选择通过n路电压信号；
[0016]将每个像素点所选择的行列电压信号进行叠加，算出最终卷积核的值。
[0017]优选地，在对约束波束成形的卷积核进行幅值的确定时，还需要进行以下步骤：
[0018]使用高斯卷积核去除图像的高频噪声；
[0019]使用拉普拉斯卷积核增强图像的边缘特征；
[0020]将两种卷积核加权相加形成新的卷积核。
[0021]优选地，卷积操作包括以下步骤：
[0022]通过时序设计实现发射不同相位的超声波，通过设计电压的大小调整超声波幅值。
[0023]优选地，在将周围像素点的声波强度聚焦后的声波强度的深度范围为0.8mm
‑
1.2mm。
[0024]优选地，所述超声波换能器之间的间距范围为40μm
‑
60μm。
[0025]本专利技术还提供一种指纹识别器件，包括指纹识别模组和触摸层，所述指纹识别模组实现上述的超声波指纹成像方法；
[0026]所述触摸层的其中一个表面为供用户进行操作的触摸面，与所述触摸面相对的另一个面上设置所述指纹识别模组。
[0027]优选地，所述指纹识别模组包括超声波换能器，所述指纹识别模组由所述超声波换能器阵列组成。
[0028]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被设置为运行时执行上述的超声波指纹成像方法；
[0029]所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行上述的超声波指纹成像方法。
[0030]与现有技术相比，本专利技术提供的一种超声波指纹成像方法、指纹识别器件及电子设备，具有以下优点：
[0031]1、本专利技术实施例提供的超声波指纹成像方法，包括以下步骤：设定超声波换能器在传感器上以均匀矩形阵列分布，将每个n
×
n的超声波换能器阵列分为一组，由超声波换能器向对象发射多个超声波，接收并输出从对象反射的多个超声波信号；基于图像卷积的仿生学原理，以卷积核中各点的数值为依据，单独调整超声波换能器阵列中各个像素点的幅值；基于波束成形的原理，单独调整超声波换能器阵列中各个像素点的相位；通过波束成
形技术，将周围像素点的声波强度聚焦在中心像素点的上方；在中心像素点获取对象的指纹图像。
[0032]需要说明的是，现有的波束成形技术只实现了对超声波换能器阵列以列为单位、五列为一组的波束成形技术，通过改变相邻四列超声波换能器驱动信号的相位，在一定深度范围内将超声波信号进行干涉，对声波强度的增强有限。
[0033]可以理解，本专利技术采用了波束成形的发射阵列替代传统的发射阵列，并结合图像卷积的仿生学原理对不同像素点的声波强度进行调整，可以在硬件层面实现图像卷积操作，在不增加成本的情况下增强了成像效果。
[0034]进一步可以理解，当达到相同成像质量时，采用本专利技术所涉及的超声波指纹成像方法可以明显降低功耗，本专利技术采用的超声波波束成形阵列使超声波在聚焦后的声波强度更集中，使超声波的穿透性大大提升，从而在激发同样压电感应信号时需要的超声波发射能量会大大降低，与此同时，还增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波指纹成像方法，其特征在于，包括以下步骤：设定所述超声波换能器在传感器上以均匀矩形阵列分布，将每个n
×
n的超声波换能器阵列分为一组，由超声波换能器向对象发射多个超声波，接收并输出从所述对象反射的多个超声波信号；基于图像卷积的仿生学原理，以卷积核中各点的数值为依据，单独调整所述超声波换能器阵列中各个像素点的幅值；基于波束成形的原理，单独调整所述超声波换能器阵列中各个像素点的相位；通过波束成形技术，将周围像素点的声波强度聚焦在中心像素点的上方；在所述中心像素点获取所述对象的指纹图像。2.如权利要求1所述的超声波指纹成像方法，其特征在于：所述超声波换能器包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器和所述第二控制器分别调整每一个超声波换能器的幅值和相位。3.如权利要求2所述的超声波指纹成像方法，所述超声波换能器还包括用于控制超声波换能器的TFT薄膜阵列，其特征在于，聚焦声波强度后、在所述中心像素点获取指纹图像之前，还包括以下步骤：在所述TFT薄膜阵列中的每行每列都连接信号线；每行每列的所述信号线接出多路选择器，所述多路选择器选择通过n路电压信号；将每个像素点所选择的行列电压信号进行叠加，算出最终卷积核的值。4.如权利要求1所述的超声波指纹成像方法，其特征在于，卷积操作包括以下步骤：通过时序设计实现发射不同相位的超声波，通过设计电压的大小调整超声波幅值。5.如权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘思怡，史航宇，陈昭如，王硕，邢天宇，孙启皓，胡潇然，钟乐黎，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：