超声指纹识别的方法、超声指纹装置和电子设备与流程

1.本技术实施例涉及超声指纹领域，并且更具体地，涉及一种超声指纹识别的方法、超声指纹装置和电子设备。


背景技术：

2.超声波指纹识别技术因其具有解锁速度快、准确率高、录入简单和适用范围广等优势，正逐步成为一种主流的指纹解锁方案。在进行超声指纹识别的过程中，超声指纹装置发射超声波信号，该超声波信号穿过贴合层和屏幕等介质后达到屏幕表面，被屏幕表面的手指反射后，再次穿过屏幕等叠层后回到超声指纹装置。由于手指的指纹谷和指纹脊对超声波信号的反射率不同，超声指纹装置采集到的回波信号中便携带指纹信息。此外，超声指纹装置还需要采集没有手指按压屏幕表面时返回的背景信号，将携带指纹信息的回波信号与未携带指纹信息的背景信号作差，便可以得到清晰的指纹图像。
3.由于背景信号无法实时采集，通常是提前存储好的，因此当前指纹识别时采集的回波信号与存储的背景信号之间可能存在采集环境上的差异，例如环境温度不同，而温度对信号返回的时间和信号强度均有影响，温度变化可能导致指纹图像的清晰度发生变化。为此，如何减小温度对超声指纹识别的影响，成为需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种超声指纹识别的方法、超声指纹装置和电子设备，能够减小温度对超声指纹识别的影响。
5.第一方面，提供了一种超声指纹识别的方法，所述方法由超声指纹装置执行，所述超声指纹装置设置在电子设备的屏幕的下方，以实现屏下超声指纹识别，所述方法包括：获取多个温度与多个参数组之间的对应关系，其中，每个参数组中包括以下参数中的至少一种：向所述屏幕上方的手指发射的超声波信号的频率、所述手指返回的携带指纹信息的超声指纹信号的采集次数、以及所述超声指纹信号的采集时刻相对于所述超声波信号的发射时刻的延迟；在手指按压所述屏幕时，根据当前的第一温度和所述对应关系，在所述多个参数组中确定目标参数组；根据所述目标参数组中的参数，进行指纹识别。
6.本技术实施例中，通过为不同温度配置不同的参数组，根据指纹识别时所处的环境温度确定与其匹配的参数组，能够有效减小温度对超声指纹识别的影响，提高指纹识别的性能。
7.在一种实现方式中，所述根据第一温度和所述对应关系，在所述多个参数组中确定目标参数组，包括：在所述多个温度中确定与所述第一温度最接近的第二温度；根据所述第二温度和所述对应关系，将所述多个参数组中与所述第二温度对应的参数组确定为所述目标参数组，其中，与所述第二温度对应的参数组是使所述第二温度下采集的超声指纹信号与超声背景信号之间的差值最大的参数组，所述超声背景信号是没有手指按压所述屏幕时采集的未携带所述指纹信息的信号。
8.在一种实现方式中，所述根据所述目标参数组中的参数，在所述第一温度下进行指纹识别，包括：根据补偿系数，对所述目标参数组中的所述延迟进行调整，得到所述第一温度下用于指纹识别的目标延迟；根据所述目标延迟，在所述第一温度下进行指纹识别。
9.例如，所述目标延迟等于所述第一温度减所述第二温度得到的温度差与所述补偿系数的乘积，与所述目标参数组中的所述延迟之和。
10.通过设置补偿系数，可以针对当前指纹识别时所处的第一温度，准确地计算与其匹配的采样延迟，进一步提高指纹图像的清晰度，降低温度对超声指纹识别的影响。
11.在一种实现方式中，所述根据所述目标参数组中的参数，在所述第一温度下进行指纹识别，包括：根据所述目标参数组中的所述频率和/或所述采集次数，在所述第一温度下进行指纹识别。
12.第二方面，提供了一种超声指纹装置，所述超声指纹装置设置在电子设备的屏幕下方，以实现屏下超声指纹识别，所述超声指纹装置包括：处理模块，用于：获取多个温度与多个参数组之间的对应关系，其中，每个参数组中包括以下参数中的至少一种：向所述屏幕上方的手指发射的超声波信号的频率、所述手指返回的携带指纹信息的超声指纹信号的采集次数、以及所述超声指纹信号的采集时刻相对于所述超声波信号的发射时刻的延迟；在手指按压所述屏幕时，根据当前的第一温度和所述对应关系，在所述多个参数组中确定目标参数组；检测模块，用于根据所述目标参数组中的参数，进行指纹识别。
13.在一种实现方式中，所述处理模块具体用于：在所述多个温度中确定与所述第一温度最接近的第二温度；根据所述第二温度和所述对应关系，将所述多个参数组中与所述第二温度对应的参数组确定为所述目标参数组，所述目标参数组是使所述第二温度下采集的信号强度最大的参数组。
14.在一种实现方式中，所述处理模块还用于，根据补偿系数，对所述目标参数组中的所述延迟进行调整，得到所述第一温度下用于指纹识别的目标延迟；所述检测模块具体用于，根据所述目标延迟，在所述第一温度下进行指纹识别。
15.在一种实现方式中，所述目标延迟等于所述第一温度减所述第二温度得到的温度差与所述补偿系数的乘积，与所述目标参数组中的所述延迟之和。
16.在一种实现方式中，所述检测模块具体用于：根据所述目标参数组中的所述频率和/或所述采集次数，在所述第一温度下进行指纹识别。
17.第三方面，提供了一种电子设备，包括：屏幕；以及，第二方面或第二方面的任一可能的实现方式中所述的超声指纹装置，所述超声指纹装置设置于所述屏幕的下方，以实现屏下超声指纹识别。
附图说明
18.图1是超声指纹识别的原理的示意图。
19.图2是本技术可以适用的超声指纹系统的架构图。
20.图3是本技术实施例的超声指纹识别的方法的示意性流程图。
21.图4是不同温度下采集的信号强度随时间的变化规律。
22.图5是图3所示的超声指纹识别的方法的一种可能的具体流程的示意图。
23.图6是本技术实施例的指纹图像的信号均值随温度变化的规律的示意图。
24.图7是本技术实施例的超声指纹装置的示意性框图。
具体实施方式
25.下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行描述。
26.超声指纹装置通过向手指发射超声波信号并接收手指返回的回波信号，来获取该手指的指纹图像。由于超声波信号可以透过皮肤表皮层，受指纹表面细节的影响较小，因此超声指纹装置在污渍、湿手等场景下具有更好的识别率，同时也具有更强的防伪特性。
27.图1为超声指纹识别的原理的示意图。如图1所示，超声指纹装置300发射的超声波信号p(a0)经过屏幕200到达其上表面，由于皮肤与屏幕200之间、以及空气与屏幕200之间均存在声阻抗的差异，因此超声波信号p(a0)会被反射，形成回波信号p(a1)。手指100包括指纹脊110和指纹谷120，当手指100按压屏幕200时，指纹脊110和屏幕200之间是贴合的而，指纹谷120和屏幕200之间存在空气间隙，因此，指纹脊10位置返回的信号强度与指纹谷120位置返回的信号强度是存在差异的，可以利用这种差异来得到手指100的指纹图像，从而实现超声指纹识别。
28.此外，超声指纹装置300还需要采集没有手指按压屏幕200时返回的信号。这里，将没有手指按压屏幕200时超声指纹装置300采集的信号称为超声背景信号，将手指100按压屏幕200时超声指纹装置300采集的信号称为超声指纹信号。将携带指纹信息的超声指纹信号与未携带指纹信息的超声背景信号作差，便可以得到清晰的指纹图像。
29.由于超声背景信号无法实时采集，通常是提前存储好的，因此当前指纹识别时采集的超声指纹信号与存储的超声背景信号之间可能存在采集环境上的差异，例如环境温度不同，而温度对信号返回的时间和信号强度均有影响，因此温度变化可能导致指纹图像的清晰度发生变化。
30.本技术旨在提供一种超声指纹识别方案，通过配置多组指纹识别参数，以此适应不同的工作温度，从而优化超声指纹识别的效果。
31.图2是本技术可以适用的超声指纹系统400的架构图，超声指纹系统400包括控制器(controller)410、超声传感器(ultrasonic sensor)420、数据处理器(data processor)430、模数转换器(analog digital converter，adc)440和算法处理器(algorithm processor)450。超声传感器420例如是压电传感器。超声传感器420、数据处理器430、adc 440和算法处理器450均由控制器410控制，控制器410控制超声传感器420发射和接收超声波信号，超声传感器420接收到的信号经过adc 440转换为数字信号，数据处理器430对该数字信号进行重排和打包等处理，并将处理后的数据送入算法处理器450中，以完成指纹的注册和识别。
32.图3示出了本技术实施例的超声指纹识别的方法的示意性流程图。如图3所示，方法500可以由超声指纹装置300执行，超声指纹装置300设置在电子设备的屏幕200的下方，以实现屏下超声指纹识别。如图3所示，方法500包括以下步骤中的部分或全部。
33.在步骤510中，获取多个温度与多个参数组之间的对应关系。
34.其中，每个参数组中包括以下参数中的至少一种：向屏幕200上方的手指100发射的超声波信号的频率、手指100返回的携带其指纹信息的超声指纹信号的采集次数、以及超声指纹信号的采集时刻相对于超声波信号的发射时刻的延迟。
35.该采集次数也即超声指纹信号的采样窗口的个数，由于每次信号采集是对该采样窗口内的信号进行积分，因此该采样窗口也可称为积分窗口，该采集次数也可称为积分次数。一次采集对应于一次tx打码和rx接收的过程，可以通过增加采集次数来提升信号强度，以避免信号强度较小而无法有效地进行指纹识别；或者通过减少采集次数来降低信号强度，以防止发生信号饱和的情况。
36.该延迟为该采样窗口相对于超声波信号的发射时刻的延迟，即超声波信号从发射至被接收所经历的时间，也称飞行时间(flytime)。
37.在步骤520中，在手指100按压屏幕200时，根据当前的第一温度和该对应关系，在该多个参数组中确定目标参数组。
38.在步骤530中，根据目标参数组中的参数，进行指纹识别。
39.通过为不同温度配置不同的参数组，根据指纹识别时所处的环境温度确定与其匹配的参数组，能够有效减小温度对超声指纹识别的影响，提高指纹识别的性能。
40.例如，针对不同温度配置与其匹配的采集次数，可以减小温度变化对信号强度的影响，且由于不同温度下不同频率的信号的强度存在差异，也可以针对不同温度对频率进行同步调整，防止出现信号饱和或者信号过小的情况。
41.又如，针对不同温度配置与其匹配的采样延迟，可以确保采样窗口与信号峰值位置对齐，以此获得更好的信噪比，减小温度变化对信号返回时间的影响。
42.当前指纹识别时所处的温度为第一温度，则将上述多个温度中与第一温度对应的参数组作为目标参数组，并基于目标参数组中的参数在第一温度下进行指纹识别。
43.如果该多个温度中不包括当前指纹识别时所处的第一温度，则在步骤520中，可以在该多个温度中确定与第一温度最接近的第二温度，并根据第二温度和该对应关系，将该多个参数组中与第二温度对应的参数组确定为目标参数组。
44.在该对应关系中，多个参数组中任意两个参数组中的参数值可以部分不同或者全部不同。与每个温度对应的参数组中的参数，是使该温度下采集的超声指纹信号与超声背景信号之间的差值最大的参数组，该超声背景信号是没有手指100按压屏幕200时采集的未携带指纹信息的信号。例如，与第二温度对应的参数组是使第二温度下采集的超声指纹信号与超声背景信号之间的差值最大的参数组。超声指纹信号与超声背景信号之间的差值可以看作是指纹图像的信号均值，其反映了指纹脊110和指纹谷120之间的差异。
45.在建立上述的对应关系时，首先，选取多个温度，例如可以在超声指纹装置可能使用的环境温度范围-20℃至60℃内进行选取，设定温度变化量step＝5℃或者10℃。其次，在温度t＝-20℃时，在该温度下遍历所有可用的频率(f1，f2，
……
，fm)、所有可用的采集次数(n1，n2，
……
，nn)和所有可用的采样延迟(t1，t2，
……
，t
p
)，这里假设频率有m种，采集次数有n种，采样延迟有p种，那么可能的参数组合有m
×n×
p种。
46.可以利用硅胶测试头模拟指纹形态。选取频率f1和采集次数n1，遍历延迟t1至t
p
，采集该测试头返回的p组信号；选取频率f1和采集次数n2，遍历延迟(t1，t2，
……
，t
p
)，采集该测试头返回的p组信号；
……
；选取频率f1和采集次数nn，遍历延迟(t1，t2，
……
，t
p
)，采集该测试头返回的p组信号。
47.选取频率f2和采集次数n1，遍历延迟(t1，t2，
……
，t
p
)，采集该测试头返回的p组信号；选取频率f2和采集次数n2，遍历延迟(t1，t2，
……
，t
p
)，采集该测试头返回的p组信
号；
……
；选取频率f2和采集次数nn，遍历延迟(t1，t2，
……
，t
p
)，采集该测试头返回的p组信号。
48.依次，直至从频率f1遍历至频率fm，得到m
×n×
p组超声指纹信号。
49.从m
×n×
p组超声指纹信号中，选择与超声背景信号之差最大的一组超声指纹信号，将采集该组超声指纹信号时使用的频率、采集次数和延迟，作为温度t＝-20℃对应的参数组。
50.类似地，step＝5℃时，可以得到t＝-15℃、t＝-10℃、
……
、t＝60℃各自对应的参数组，从而建立多个温度与多个参数组之间的对应关系。保存该对应关系，并在超声指纹装置300启动时加载该对应关系。
51.该对应关系可以通过表格、函数等多种方式表示，例如，可以建立表一所示的映射表格，其中每个温度对应一个参数组。每个参数组中包括超声波信号的频率、超声指纹信号的采集次数、延迟和补偿系数。表一仅为示例，在实际应用中，每个参数组中也可以仅包括其中的一种或者两种参数，比如仅包括采集次数和延迟。
52.表一
[0053][0054]
根据当前指纹识别时所处的温度和表一所示的对应关系，便可以确定用于指纹识别的目标参数组。例如，当前所处的第一温度为t1时，根据发射频率f1、采集次数n1和延迟t1进行指纹识别，具体地，超声指纹装置300向手指200发射频率为f1的超声波信号，并在发射时刻经过延迟t1后采集手指200返回的超声指纹信号，采集次数为n1；第一温度为t2时，根据频率f1、采集次数n2和延迟t2进行指纹识别；第一温度为t3时，根据频率f1、采集次数n3和延迟t3进行指纹识别。
[0055]
如果当前所处的第一温度并不属于该对应关系中包括的多个温度中的一个，那么可以根据该多个温度中与第一温度最接近的第二温度对应的参数组，进行指纹识别，即将第二温度对应的参数组作为目标参数组用作指纹识别。
[0056]
例如，在步骤530中，可以根据目标参数组中的频率进行指纹识别。
[0057]
又如，在步骤530中，可以根据目标参数组中的采集次数进行指纹识别。
[0058]
再如，在步骤530中，可以根据目标参数组中的采样延迟进行指纹识别；或者，可以根据补偿系数对目标参数组中的该采样延迟进行调整，得到第一温度下用于指纹识别的目标延迟，并根据该目标延迟指纹识别。
[0059]
如图4所示的不同温度下采集的信号强度随时间的变化规律，可以看出，在不同温度下，基于不同延迟采集的信号强度是不同的。根据各个温度下信号强度的变化规律，可以得到各个温度对应的延迟和相应的补偿系数。当该对应关系中的多个温度不包括当前的第
一温度时，该补偿系数可以用来拟合第一温度对应的延迟。该补偿系数可以独立于该对应关系存储在超声指纹装置300中，也可以作为该对应关系中的一部分，例如表一所示，其中，不同温度对应的该补偿系数可以不同，也可以相同，表一是以不同温度对应的补偿系数相同为例。
[0060]
该对应关系中的多个温度中的第二温度是与第一温度最接近的温度，则根据该补偿系数和第二温度对应的延迟，确定与第一温度对应的目标延迟，以用于指纹识别。通常，延迟与温度之间为线性关系，那么，可以将第一温度和第二温度之间的温度差与该补偿系数相乘后，再与第二温度对应的延迟相加，便可以得到与第一温度对应的目标延迟，即，第一温度对应的目标延迟＝第二温度对应的延迟 (第一温度-第二温度)
×
补偿系数。
[0061]
通过设置该补偿系数，能够针对任一温度，准确地计算与其匹配的采样延迟，进一步提高指纹图像的清晰度，降低温度对超声指纹识别的影响。
[0062]
图5是图3所示的超声指纹识别的方法500的一种可能的具体流程。如图5所示，在步骤501中，在通过温度传感器获取当前温度即第一温度。
[0063]
在步骤502中，以第一温度为索引，在映射表格中查找与其最接近的第二温度。该映射表格包括多个温度与多个参数组之间的对应关系。
[0064]
其中，若第一温度属于映射表格中多个温度中的一个，第二温度即为第一温度；若第一温度不属于该多个温度中的一个，第二温度是与第一温度最接近的温度。以下，以第一温度和第二温度不同为例。
[0065]
在步骤503中，获取与第二温度对应的采集次数。
[0066]
在步骤504中，获取与第二温度对应的频率。
[0067]
在步骤505中，获取与第二温度对应的延迟和对应的补偿系数。
[0068]
在步骤506中，结合第一温度和第二温度，利用该补偿系数进行拟合计算，得到目标延迟。
[0069]
在步骤507中，根据步骤503中得到的采集次数、步骤504中得到的频率、以及步骤506中得到的目标延迟进行参数配置，并进行指纹识别。
[0070]
在采用本技术的指纹识别方案后，实际测试的不同温度下指纹图像的信号均值的变化规律如图6所示，从图6可以看出，基于本技术的超声指纹识别方案，能够根据当前指纹识别时所处的温度，快速获得最优的参数配置，使不同温度下采集的指纹图像的信号均值，均保持在较高的强度范围内，为后续的指纹图像处理与识别提供了良好的基础，有效提升了超声指纹识别的性能。
[0071]
本技术还提供一种超声指纹装置300，如图7所示，超声指纹装置300设置在电子设备的屏幕200的下方，以实现屏下超声指纹识别，超声指纹装置300包括处理模块310和检测模块320。检测模块320例如可以包括图2中所示的超声传感器420，处理模块310例如可以包括图2所示的控制器410、adc 440、数据处理器430等。处理模块310还可以包括图2所示的算法处理器450，或者算法处理器450为中电子设备的处理器例如cpu等。
[0072]
其中，处理模块310用于：获取多个温度与多个参数组之间的对应关系，其中，每个参数组中包括以下参数中的至少一种：向屏幕200上方的手指100发射的超声波信号的频率、手指100返回的携带指纹信息的超声指纹信号的采集次数、以及超声指纹信号的采集时刻相对于超声波信号的发射时刻的延迟；在手指100按压屏幕200时，根据当前的第一温度
和对应关系，在多个参数组中确定目标参数组。
[0073]
检测模块320用于根据目标参数组中的参数，进行指纹识别。
[0074]
在一种实现方式中，处理模块310具体用于：在多个温度中确定与第一温度最接近的第二温度；根据第二温度和该对应关系，将多个参数组中与第二温度对应的参数组确定为目标参数组，目标参数组是使第二温度下采集的信号强度最大的参数组。
[0075]
在一种实现方式中，处理模块310还用于，根据补偿系数，对目标参数组中的延迟进行调整，得到第一温度下用于指纹识别的目标延迟；检测模块320具体用于，根据该目标延迟，在第一温度下进行指纹识别。
[0076]
例如，该目标延迟等于第一温度和第二温度之间的温度差与补偿系数的乘积，与目标参数组中的延迟之和。
[0077]
在一种实现方式中，检测模块320具体用于：根据目标参数组中的频率和/或采集次数，在第一温度下进行指纹识别。
[0078]
应理解，超声指纹装置300的具体细节可以参考前述关于超声指纹识别的方法500的描述，为了简洁，这里不再赘述。
[0079]
本技术还提供了一种电子设备600，电子设备600包括屏幕200；以及上述的超声指纹装置300。超声指纹装置300设置于屏幕200的下方，从而实现屏下超声指纹识别。
[0080]
作为示例而非限定，本技术实施例中的电子设备可以为终端设备、手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机电脑、游戏设备、车载电子设备或穿戴式智能设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(automated teller machine，atm)等其他电子设备。该穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或部分功能的设备，例如智能手表或智能眼镜等，以及包括只专注于某一类应用功能并且需要和其它设备如智能手机配合使用的设备，例如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等设备。
[0081]
需要说明的是，在不冲突的前提下，本技术描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本技术的保护范围。
[0082]
本技术实施例中所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例的一些特征可以忽略或者不执行。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，单元的划分仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统。另外，各单元之间的耦合或各个组件之间的耦合可以是直接耦合，也可以是间接耦合，上述耦合包括电的、机械的或其它形式的连接。
[0083]
本领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和设备的具体工作过程以及产生的技术效果，可以参考前述方法实施例中对应的过程和技术效果，在此不再赘述。
[0084]
应理解，本技术实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本技术实施例，而非限制本技术实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本技术的保护范围内。
[0085]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。