專利名稱：一維信息重建回二維信息的演算方法及一維皮紋感測模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透過待測物與其影像輸入裝置產(chǎn)生相對運(yùn)動時所擷取的一維信息重建回二維信息的演算方法，尤其是用于待測物是皮紋的演算方法及其影像輸入裝置。
背景技術(shù)：
指紋讀取方法與裝置近來越來越受到重視，在實(shí)際生活中，由于指紋辨別技術(shù)日趨成熟，以指紋辨識相關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)越來越普遍，例如從早期應(yīng)用于私人的門禁、保全系統(tǒng)，或是安裝于特定機(jī)構(gòu)的大型指紋辨別系統(tǒng)，到最近已經(jīng)開始應(yīng)用在出入境單位以及戶政系統(tǒng)的身分辨別系統(tǒng)之中。隨著手持電子裝置的普及，已經(jīng)有若干手持電子裝置產(chǎn)品，例如手機(jī)或是個人數(shù)字助理，也已開始采用該項(xiàng)技術(shù)裝置。
現(xiàn)有技術(shù)的一種皮紋讀取方法所采用的皮紋傳感器為呈二維陣列排列的電容式傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是使用者不需使待測皮紋與傳感器模塊之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，只需將待測皮紋直接與傳感器接觸，即可取得待測皮紋的二維凹凸影像信息；其缺點(diǎn)是電容式傳感器的防靜電能力不佳，使其生產(chǎn)合格率過低，且在使用過程中也較易遭受靜電破壞；且二維傳感器的面積較大，因而不適于應(yīng)用于體積較小的手持電子裝置產(chǎn)品之中。
另一現(xiàn)有技術(shù)的皮紋讀取方法所采用的皮紋傳感器為呈二維陣列排列的光學(xué)式感測模塊，該光學(xué)式二維影像感測模塊包括光源部分、導(dǎo)光部分(反射鏡，透鏡，散光器等)、光學(xué)窗部分(透明薄片，棱鏡等)、光學(xué)成像部分(光圈，透鏡等)、以及二維影像傳感器等，其中該光源、導(dǎo)光、光學(xué)窗與該光學(xué)成像部分需要精密架設(shè)與調(diào)整光路，故成本較高，且所占體積相當(dāng)龐大，故而也不適于整合于手持電子裝置產(chǎn)品上。
請參閱圖1所示美國專利第6,381,347號的現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)式二維影像感測裝置的概要示意圖，該現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)式二維影像感測裝置包括透明玻璃棱鏡21a，其具有與手指1a直接接觸的影像面211a、與光源24a直接貼附的感測面212a；以及設(shè)于該感測面212a下一預(yù)定距離處的透鏡組22a與影像感測元件23a。由上述結(jié)構(gòu)可知，盡管該現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)式二維影像感測裝置已克服該光源24a與該棱鏡21a之間的空間利用，仍無法縮小棱鏡21a本身的體積、以及省略該透鏡組22a與該感測元件23a所占的空間。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的皮紋讀取方法所采用的皮紋傳感器為一維帶狀(bandtype)傳感器，其寬度通常為4列(line)以上，常見者其帶寬由8、12、16條所組成。使用者需使待測皮紋與一維帶狀傳感器模塊之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，通過該一維帶狀傳感器所取得的連續(xù)一維帶狀信息，再重建回該待測皮紋的二維信息。此類采用一維帶狀傳感器的皮紋讀取方法，其所占的面積已經(jīng)較前述采用二維陣列排列傳感器的皮紋讀取方法所占的面積為小，因而有機(jī)會整合至手持電子裝置產(chǎn)品之中。常見的該類一維帶狀傳感器型式有熱感式、電容式、以及光學(xué)式。并且，熱感式傳感器與皮紋接觸時間不可太長，也即待測皮紋與該熱感式一維帶狀傳感器間的相對運(yùn)動不可太慢，以免熱傳導(dǎo)使得該熱感式傳感器喪失空間分辨率，但是另一方面，該熱感式傳感器與皮紋間的相對運(yùn)動速度亦不可過快，致使快速摩擦所產(chǎn)生的熱效應(yīng)形成”假影”(artifact)，而影響成像質(zhì)量；電容式傳感器的缺點(diǎn)仍如上述二維電容式感應(yīng)器的缺點(diǎn)；而光學(xué)式傳感器仍舊需要照明與成像等光學(xué)機(jī)器，故體積方面縮減有限。綜合來說，一維帶狀傳感器在體積、面積與成本已較上述二維感應(yīng)元件(sensor)為低，但仍有改善空間。
另一種現(xiàn)有技術(shù)的皮紋讀取方法所采用的皮紋傳感器為四條傳感器以下的光學(xué)式傳感器，例如采用兩條、或是三條光學(xué)式傳感器。但該皮紋讀取方法仍須照明、導(dǎo)光與成像光學(xué)機(jī)器，故仍占體積；且該方法所采用的由所取得的一維信息所重建回二維信息的算法，是由比對于連續(xù)等時間間隔所取得的一維信息中，各條傳感器在某一時間所取得的信息，與其它條傳感器在另一不同的取得時間的取得信息的相似度，作為判斷待測皮紋運(yùn)動速度的依據(jù)，并以此重建回該待測皮紋的二維信息。然而，該重建的二維信息的良莠，將受各條傳感器的各個感應(yīng)元件(sensor)的均勻度以及相似度的影響甚劇。然而，由于工藝因素，各條傳感器的各個感應(yīng)元件間的特性仍會有些差異，且再加上照明、導(dǎo)光與成像光學(xué)機(jī)器等因素，將使得各條傳感器的各個感應(yīng)元件的綜合特性差異更大，因而影響重建的二維信息的質(zhì)量，或是需另外增加其它的前校正(Calibration)程序來預(yù)先補(bǔ)償上述的特性差異，且其仍需照明與成像光學(xué)機(jī)器，故仍占體積。綜上所述，此一皮紋讀取方法雖然面積較一維帶狀皮紋讀取方法小，傳感器的成本也較一維帶狀傳感器為低，但仍不是很理想。
于是，發(fā)明人有感上述缺點(diǎn)，乃潛心研究并配合理學(xué)的運(yùn)用，提出一種設(shè)計(jì)合理且廣泛且有效改善上述缺點(diǎn)的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種將一維信息重建回二維信息的演算方法及其一維皮紋感測模塊，利用演算方法重建一維線性影像，以提供出可辨別、高精度的二維平面影像。
本發(fā)明提供一種將一維信息重建回二維信息的演算方法及其一維皮紋感測模塊，利用主要一維感應(yīng)元件搭配次要一維感應(yīng)元件，應(yīng)用該演算方法可重建出成像質(zhì)量優(yōu)異的影像，且可避免受感應(yīng)元件感度的均勻度影響。
本發(fā)明提供一種將一維信息重建回二維信息的演算方法及其一維皮紋感測模塊，將二維平面影像感測元件精簡為一維線性感測元件，并配合與待測皮紋間的相對運(yùn)動重建回二維影像，降低尺寸成本，以進(jìn)一步適用于個人便攜式電子產(chǎn)品，并提高產(chǎn)品競爭力。
本發(fā)明提供一種將一維信息重建回二維信息的演算方法及其一維皮紋感測模塊，在于省略二維影像感測裝置最占體積的導(dǎo)光部分與光學(xué)成像部分，以近場原理直接將皮紋成像于感測元件上，以此，縮小體積以適用于個人便攜式電子產(chǎn)品。
本發(fā)明提供一種將一維信息重建回二維信息的演算方法及其一維皮紋感測模塊，其中該一維皮紋感測模塊，由其主要(Primary)一維感測元件陣列，搭配其次要(Secondary)感測元件組所組成，以改善二維傳感器陣列成本較高，以及較占面積的缺點(diǎn)，并且以近場成像方式直接將皮紋信息成像于感測元件上，以改善一般光學(xué)式傳感器最占體積的導(dǎo)光部分與光學(xué)成像部分。而該演算方法，通過該主要一維感測元件陣列的部分感應(yīng)元件，與該次要感測元件的感應(yīng)元件，在連續(xù)、特定的時間間隔所取得的一維信息間的時間關(guān)連性，判斷待測皮紋的運(yùn)動速率，以重建回待測皮紋的二維信息。
本發(fā)明提供一種將一維皮紋(skin pattern)感測模塊所得的一維信息重建回二維信息的演算方法，其包含下列步驟提供一一維皮紋感測模塊，該一維皮紋感測模塊包括基板、設(shè)于該基板上的一維皮紋感測陣列組、覆蓋于該一維皮紋感測陣列組上的透明保護(hù)薄膜、運(yùn)算單元、以及光源所組成；其中，該一維皮紋感測陣列組包括主要(primary)一維感測元件陣列，具有多個、連續(xù)、且排列成線性的感測元件p1，p2，p3，…pN組成，用以擷取一維的皮紋信息；以及次要(secondary)感測元件組，由至少一個或一個以上的多個感測元件s1，s2，…sM組成，且s1，s2，…sM均與該主要一維感測元件陣列的長軸不共線(collinear)；又該組感測元件s1，s2，…sM，彼此間可以相鄰或不相鄰，且在與該主要一維感測元件陣列垂直的方向上，各自以預(yù)定距離d1，d2，…dM，垂直對齊于該主要一維感測元件陣列中的相對感測元件ps1，ps2，…psM，該ps1，ps2，…psM包含于p1，p2，p3，…pN中，其中d1，d2，…dM可以彼此相等或互不相等；該主要一維皮紋感測元件陣列的長軸方向與待測皮紋產(chǎn)生相對垂直運(yùn)動，以于連續(xù)、特定的時間間隔擷取該待測皮紋的一維信息；以及提供一運(yùn)算單元，透過該運(yùn)算單元將該一維皮紋感測模塊所得的一維信息重建回二維信息；其中，該運(yùn)算單元運(yùn)作步驟如下(i)依據(jù)該一維皮紋感測模塊于與待測皮紋產(chǎn)生垂直相對運(yùn)動期間，連續(xù)感測取樣的時序，儲存該次要感測元件組的各感測元件所擷取的信息，并依時序記錄為s1(k)，s2(k)，…sM(k)，以及儲存該主要一維感測元件陣列的各感測元件所擷取的信息p1(k)，p2(k)，…pN(k)，其中k＝1，2，3，…，代表時序序數(shù)；(ii)從這些所擷取數(shù)據(jù)中，選取一段數(shù)據(jù)長度L，以l代表數(shù)據(jù)長度為L的參數(shù)，并以t為任一次比較時的起始時序序數(shù)，則l＝t+1，t+2，…，t+L；將s1(l)，s2(l)，…sM(l)中的至少一項(xiàng)信息si(l)，或多個項(xiàng)信息si(l)，sj(l)，…，(其中i、j介于1至M之間的感測元件參數(shù))，以及在ps1(l)，ps2(l)，…psM(l)中，各自與之對齊的pi(l)，或psi(l)，psj(l)，…，等信息，以感測元件參數(shù)相同的兩組數(shù)據(jù)為一對，并對各對數(shù)據(jù)進(jìn)行如下的比較將一對中兩筆數(shù)據(jù)的其中之一筆數(shù)據(jù)依時序移動后，選取該移動后的數(shù)據(jù)以及另一筆未移動的數(shù)據(jù)中的一段長度，比較其相似性，并比較在各次移動中，該兩筆數(shù)據(jù)的相似度；常用的相似度比較法為采用均方誤差法(Mean-Square Error sense)，但于本發(fā)明中，并不需局限于此法；(iii)依據(jù)使該相似度最高的移動次數(shù)m，亦即其所對應(yīng)的時序間隔，以及參與比對的該次要感測元件以及該主要一維感測元件間已知的距離，即可得知于時序t時，一維皮紋感測模塊與待測皮紋的相對移動速度，L的數(shù)值可依待測皮紋的可能速度范圍而選定，并使得m的最大可能數(shù)值遠(yuǎn)小于L，一建議的m的最大數(shù)值，為L/4，而移動后的建議比對長度為L/2；以及(iv)逐次等距遞增時序序數(shù)t，并重復(fù)(i)～(iii)的步驟，即可得出于各判斷時間間隔內(nèi)，一維皮紋感測模塊與待測皮紋的相對移動速度，根據(jù)此一速度信息，及可由該主要一維感測元件陣列的各感測元件所擷取的一維信息p1(k)，p2(k)，…pN(k)，重建回該待測皮紋的二維信息。
根據(jù)所述的演算方法，其中該運(yùn)算單元至少包括緩沖存儲單元，暫存該主要一維感測元件陣列以及次要感測元件元件組等感測元件所擷取的信息；數(shù)據(jù)處理單元，執(zhí)行將該主要一維感測元件陣列以及次要感測元件元件組等感測元件所擷取的一維信息重建為二維信息的演算方法；以及輸出單元，用以輸出已重建完成的二維信息。
根據(jù)所述的演算方法，其中該緩沖存儲單元與數(shù)據(jù)處理單元以及輸出單元設(shè)計(jì)于同一半導(dǎo)體集成電路內(nèi)。
根據(jù)所述的演算方法，其中該緩沖存儲單元外置于一基板上而與數(shù)據(jù)處理單元以及輸出單電氣連接。
根據(jù)所述的演算方法，其中該運(yùn)算單元與該一維皮紋感測模塊的多個感測元件設(shè)計(jì)于同一半導(dǎo)體集成電路內(nèi)。
根據(jù)所述的演算方法，其中該運(yùn)算單元與該一維皮紋感測模塊的多個感測元件電氣連接于該基板上。
根據(jù)所述的演算方法，其中該數(shù)據(jù)處理單元由程序化語言實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)所述的演算方法，其中該一維皮紋感測模塊包括基板；設(shè)于該基板上且由呈線性排列的多個光學(xué)感測元件(sensing element)組成的一維皮紋感測模塊；覆蓋于該一維皮紋感測陣列組上的透明薄膜；以及提供該等光學(xué)感測元件感光用的光源。
根據(jù)所述的演算方法，其中該光源為以外在環(huán)境的光源作為該待測皮紋照明(lighting)用的該光源。
根據(jù)所述的演算方法，其中該光源設(shè)置于該基板上，以預(yù)定高度以及預(yù)定角度投射于該待測皮紋。
根據(jù)所述的演算方法，其中該光源采窄帶(narrow band)光源、或采寬帶光源加窄帶濾光膜。
根據(jù)所述的演算方法，進(jìn)一步在該光源與該待測皮紋間包括偏光膜(polarizer)、波板(waveplate)、擴(kuò)散膜(diffuser)、反射膜(reflector)等光學(xué)元件或上述元件的預(yù)定組合。
根據(jù)所述的演算方法，其中該感測元件上的該透明薄膜可以是濾光膜、抗反射膜、檢偏(analyzer)薄膜、或/及微透鏡陣列。
本發(fā)明還包括一種配合的演算方法，可與一待測皮紋進(jìn)行相對運(yùn)動并提供該待測皮紋的一維信息，用以重建回該待測皮紋的二維信息的一維皮紋感測模塊；該一維皮紋感測模塊包括基板；設(shè)于該基板上且由呈線性排列的多個光學(xué)感測元件(sensing element)組成的一維皮紋感測模塊；覆蓋于該一維皮紋感測陣列組上的透明薄膜；以及提供該等光學(xué)感測元件感光用的光源。
因此，本發(fā)明提供一種將一維信息重建回二維信息的演算方法及其一維皮紋感測模塊，該一維皮紋感測模塊以近場成像方式感測待測皮紋的信息，以縮小其體積，而該演算方法則可以避免在重建的二維信息質(zhì)量過程中，受感應(yīng)元件感度的均勻度影響，即，本發(fā)明提供一體積小、成本低，且不易受到感應(yīng)元件感度的均勻度影響的演算方法以及感測模塊，使其適用于手持式便攜電子產(chǎn)品，增加產(chǎn)品的功能，并提高產(chǎn)品競爭力。
為了更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明，然而所記載內(nèi)容僅提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)二維影像感測裝置的概要示意圖；圖2A所示，為本發(fā)明提供的一維皮紋讀取模塊的操作示意圖；圖2B所示，為本發(fā)明提供的將一維信息重建回二維信息的演算方法的像素取得示意圖；以及圖3所示，為本發(fā)明提供的將一維信息重建回二維信息的演算方法的流程示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下現(xiàn)有技術(shù)的二維影像感測裝置手指1a 透明玻璃棱鏡21影像面211a 感測面212a透鏡組22a 影像感測元件23a光源24a本發(fā)明所提供的一維皮紋感測模塊基板1反射區(qū)11多個感測元件2透明薄膜3待測皮紋4運(yùn)算單元5影像處理單元6數(shù)據(jù)儲存單元7光源8靜電防護(hù)裝置9多個像素(p1，p2，p3，…pM)主要一維感測元件陣列M1次要感測元件組M2預(yù)定距離d、d1～dM組成長度L、W間隔X
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的演算方法及其一維皮紋感測模塊如圖2A所示，包括基板1、設(shè)于該基板1上且由呈線性排列的多個光學(xué)感測元件(sensing element)組成的一維皮紋感測陣列組2、覆蓋于該等感測元件2上的透明薄膜3、一運(yùn)算單元5、以及一光源6；其中，請參閱圖2B，該一維皮紋感測陣列組2包括主要(primary)一維感測元件陣列21以及次要(secondary)感測元件組22，該主要一維感測元件陣列21由多個、連續(xù)、且呈線性的主要感測元件p1，p2，p3，…pN所組成，用以擷取一維的皮紋信息，該次要感測元件組22由至少一個或一個以上的多個感測元件s1，s2，…sM組成，且s1，s2，…sM均與該主要一維感測元件陣列21的長軸不共線(collinear)；又該組感測元件s1，s2，…sM，彼此間可以相鄰或不相鄰，且在與該主要一維感測元件陣列21垂直的方向上，各自以預(yù)定距離d1，d2，…dM，垂直對齊于該主要一維感測元件陣列21中的相對感測元件ps1，ps2，…psM，該ps1，ps2，…psM包含于p1，p2，p3，…pN中，其中d1，d2，…dM可以彼此相等或互不相等，在本實(shí)施例中，采取d1＝d2＝…＝dM＝d的實(shí)施方式；該等一維皮紋感測陣列組2為用以將該待測皮紋4內(nèi)跑出的光子轉(zhuǎn)換為電信號的光電轉(zhuǎn)換元件，可以采用電荷耦合元件(Charge-coupled device，CCD)工藝或是互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)工藝所制作的光電轉(zhuǎn)換元件。
該待測皮紋4直接接觸該透明薄膜3、且對一維皮紋感測陣列組2的長軸作垂直相對運(yùn)動；藉此，該一維皮紋感測陣列組2透過該透明薄膜3，以近場成像方式取得該待測皮紋4的連續(xù)一維信息。該透明薄膜3可提供抗侵蝕、抗刮損、抗污染、充裕的透光量，以及可保護(hù)一維皮紋感測陣列組2等功能；此外，該透明薄膜3具有小于1毫米的厚度，能讓該待測皮紋4與該等一維皮紋感測陣列組2盡可能靠近；因此，本發(fā)明不需棱鏡、透鏡、反射鏡等光學(xué)元件，故無須精密架設(shè)與微調(diào)光路，且采用線性感測元件陣列，可縮小整體尺寸且降低成本。
如圖2A，該運(yùn)算單元5至少包含緩沖存儲單元51、數(shù)據(jù)處理單元52與輸出單元53；該運(yùn)算單元5可與該一維皮紋感測陣列組2設(shè)計(jì)于同一半導(dǎo)體集成電路內(nèi)，或與該一維皮紋感測陣列組2電氣連接于該基板1上；該緩沖存儲單元51暫存該主要一維感測元件陣列21以及次要感測元件元件組22等感測元件的所感測的數(shù)據(jù)以及其它于運(yùn)算過程中需要暫存的數(shù)據(jù)；該數(shù)據(jù)處理單元52執(zhí)行將一維信息重建為二維信息的演算方法；該輸出單元53用以輸出已重建完成的二維信息。此外，該一維皮紋感測模塊進(jìn)一步包括連接至該等感測元件的靜電防護(hù)裝置，該靜電防護(hù)裝置可與該一維皮紋感測陣列組2設(shè)計(jì)于同一半導(dǎo)體集成電路內(nèi)，或可設(shè)置于于該基板1上。
本發(fā)明提供的一維皮紋感測模塊可利用設(shè)置于該基板1上的光源6，或是不在基板1上設(shè)置光源，而利用外在光源，如日光、室內(nèi)燈具等，作為該待測皮紋4的照明；并且，光源的作用需能均勻、穩(wěn)定地提供光子入射于該待測皮紋4之中；在本實(shí)施例中，采用于該基板1上設(shè)置光源6；該光源6以預(yù)定高度與預(yù)定角度投射于該待測皮紋4上以穩(wěn)定地提供光子入射于該待測皮紋4之中；該預(yù)定高度及該預(yù)定角度可配合該一維皮紋感測陣列組2的實(shí)際放置于基板1上的位置而適度予以調(diào)整；該一維皮紋感測陣列組2的上可鍍上與該光源6相對應(yīng)波長的濾光膜以提高信號噪聲比，進(jìn)而提高對外界光干擾的抵抗力。該一維皮紋感測模塊可進(jìn)一步于該光源與該待測皮紋間設(shè)置偏光膜(polarizer)、波板(waveplate)、擴(kuò)散膜(diffuser)、反射膜(reflector)等光學(xué)元件或上述元件的預(yù)定組合。為使光子在生物組織中有較大穿透深度，可以選擇650～1300nm范圍的紅光與近紅外光。
本發(fā)明操作時，將待測皮紋4緊貼該透明薄膜3，且對一維皮紋感測陣列組2的長軸作垂直相對運(yùn)動，以取得待測皮紋4的連續(xù)、特定的時間間隔的皮紋峰谷的一維信息，并配合將一維信息重建回二維信息的演算方法，以取得完整待測皮紋的4二維信息。
請參閱圖3所示，為本發(fā)明提供的將一維信息重建回二維信息的演算方法的流程示意圖。該演算方法包括(a)提供待測皮紋4、以及可近場成像的一維皮紋感測模塊；(b)該待測皮紋4相對于該一維皮紋感測模塊的長軸產(chǎn)生相對運(yùn)動，以供該一維皮紋感測模塊連續(xù)、在特定的時間間隔擷取該待測皮紋4的一維信息，并暫存至運(yùn)算單元5的緩沖存儲單元51內(nèi)；以及(c)該運(yùn)算單元運(yùn)作步驟如下
(i)依據(jù)該一維皮紋感測模塊于與待測皮紋4產(chǎn)生垂直相對運(yùn)動期間，連續(xù)感測取樣的時序，儲存該次要感測元件組22的各感測元件所擷取的信息，并依時序記錄為s1(k)，s2(k)，…sM(k)，以及儲存該主要一維感測元件陣列21的各感測元件所擷取的信息p1(k)，p2(k)，…pN(k)，其中k＝1，2，3，…，代表時序序數(shù)；(ii)從該等所擷取數(shù)據(jù)中，選取一段數(shù)據(jù)長度L，以l代表數(shù)據(jù)長度為L的參數(shù)，并以t為任一次比較時的起始時序序數(shù)，則l＝t+1，t+2，…，t+L；將s1(l)，s2(l)，…sM(l)中的至少一項(xiàng)信息si(l)，或多個項(xiàng)信息si(l)，sj(l)，…，(其中i、j介于1至M的間的感測元件參數(shù))，以及在ps1(l)，ps2(l)，…psM(l)中，各自與的對齊的pi(l)，或psi(l)，psj(l)，…等信息，以感測元件參數(shù)相同的兩組數(shù)據(jù)為一對，并對各對數(shù)據(jù)進(jìn)行如下的比較將一對中兩筆數(shù)據(jù)的其中的一筆數(shù)據(jù)依時序移動后，選取該移動后的數(shù)據(jù)以及另一筆未移動的數(shù)據(jù)中的一段長度，比對其相似性，并比較于各次移動中，該兩筆數(shù)據(jù)的相似度；常用的相似度比較法為采用均方誤差法(Mean-Square Error sense)，但于本發(fā)明中，并不需局限于此法；iii)依據(jù)使該相似度最高的移動次數(shù)m，亦即其所對應(yīng)的時序間隔，以及參與比對的該次要感測元件以及該主要一維感測元件間已知的距離，即可得知在時序t時，一維皮紋感測模塊與待測皮紋4的相對移動速度，L的數(shù)值可依待測皮紋4的可能速度范圍而選定，并使得m的最大可能數(shù)值遠(yuǎn)小于L，一建議的m的最大數(shù)值，為L/4，而移動后的建議比對長度為L/2，該建議的采均方誤差法的參考運(yùn)算公式例如下Min{{Σl=L/4-13L/4{si[l+m]-pi[l]}2}/(L/2)},for0<m<L/4;]]>以及(iv)逐次等距遞增時序序數(shù)t，并重復(fù)(i)～(iii)的步驟，即可得出于各判斷時間間隔內(nèi)，一維皮紋感測模塊與待測皮紋4的相對移動速度，根據(jù)此一速度信息，及可由該主要一維感測元件陣列21的各感測元件所擷取的一維信息p1(k)，p2(k)，…pN(k)，選定各代表相等距離的一維信息輸出，以重建回該待測皮紋4的二維信息。
由上述實(shí)施例可知，本發(fā)明所提供的將一維信息重建回二維信息的演算方法及其一維皮紋感測模塊，可達(dá)成下列功效
(1)可利用演算方法將一維線性皮紋信息，重建回可辨別、高精度的二維皮紋信息。
(2)省略二維影像感測裝置最占體積的導(dǎo)光部分與光學(xué)成像部分，以近場成像方式直接將皮紋成像于感測元件上以縮小體積。
(3)將二維皮紋感測元件精簡為一維線性皮紋感測元件，并配合與待測皮紋間的相對運(yùn)動重建回二維影像，降低尺寸成本，以進(jìn)一步適用于個人便攜式電子產(chǎn)品，并提高產(chǎn)品競爭力。
并且以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，非因此即局限本發(fā)明的專利范圍，故凡應(yīng)用本發(fā)明說明書或附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均同理皆包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)，為保障發(fā)明者的權(quán)益，在此聲明。
權(quán)利要求
1.一種將一維皮紋感測模塊所得的一維信息重建回二維信息的演算方法，其包含下列步驟提供一一維皮紋感測模塊，該一維皮紋感測模塊由呈線性排列的多個皮紋感測元件組成，包括主要一維感測元件陣列，具有多個、連續(xù)、且排列成線性的感測元件p1，p2，p3，…pN組成，用以擷取一維的皮紋信息；以及次要感測元件組，由至少一個或一個以上的多個感測元件s1，s2，…sM組成，且s1，s2，…sM均與該主要一維感測元件陣列的長軸不共線；又該組感測元件s1，s2，…sM，在與該主要一維感測元件陣列垂直的方向上，各自以預(yù)定距離d1，d2，…dM，垂直對齊于該主要一維感測元件陣列中的相對感測元件ps1，ps2，…psM，該ps1，ps2，…psM包含于p1，p2，p3，…pN中；其中，該主要一維皮紋感測模塊的長軸方向與待測皮紋產(chǎn)生相對垂直運(yùn)動以擷取該一維信息；以及提供一運(yùn)算單元，透過該運(yùn)算單元將該一維皮紋感測模塊所得的一維信息重建回二維信息；其中，該運(yùn)算單元運(yùn)作步驟如下(i)依據(jù)該一維皮紋感測模塊于與待測皮紋產(chǎn)生垂直相對運(yùn)動期間，連續(xù)感測取樣的時序，儲存該次要感測元件元件組的各感測元件所擷取的信息s1(k)，s2(k)，…sM(k)，以及儲存該主要一維感測元件陣列的各感測元件所擷取的信息p1(k)，p2(k)，…pN(k)，其中k＝1，2，3，…；(ii)從該等所擷取數(shù)據(jù)中，各選取一段數(shù)據(jù)長度L，將s1(l)，s2(l)，…sM(l)中的至少一項(xiàng)信息si(l)，或多個項(xiàng)信息si(l)，sj(l)，…以及在ps1(l)，ps2(l)，…psM(l)中，各自與其對應(yīng)的pi(l)，或psi(l)，psj(l)信息等兩組數(shù)據(jù)中的一組依時序移動，并比較于各次移動中，該兩組數(shù)據(jù)的相似度，其中l(wèi)＝t+1，t+2，…，t+L，t為任一次比較時的時的時序序數(shù)；(iii)依據(jù)使該相似度最高移動次數(shù)，亦即其所對應(yīng)的時序間隔，以及參與比對的該次要感測元件以及該主要一維感測元件間已知的距離，即可得知于時序t時，一維皮紋感測模塊與待測皮紋的相對移動速度；以及(iv)逐次等距遞增時序序數(shù)t，并重復(fù)(i)～(iii)的步驟，即可得出于各判斷時間間隔內(nèi)，一維皮紋感測模塊與待測皮紋的相對移動速度，根據(jù)此一速度信息，及可由該主要一維感測元件陣列的各感測元件所擷取的一維信息p1(k)，p2(k)，…pN(k)，重建回該待測皮紋的二維信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演算方法，其中該運(yùn)算單元至少包括緩沖存儲單元，暫存該主要一維感測元件陣列以及次要感測元件組等感測元件所擷取的信息；數(shù)據(jù)處理單元，執(zhí)行將該主要一維感測元件陣列以及次要感測元件元件組等感測元件所擷取的一維信息重建為二維信息的演算方法；以及輸出單元，用以輸出已重建完成的二維信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演算方法，其中該緩沖存儲單元與數(shù)據(jù)處理單元以及輸出單元設(shè)計(jì)于同一半導(dǎo)體集成電路內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演算方法，其中該緩沖存儲單元外置于一基板上而與數(shù)據(jù)處理單元以及輸出單電氣連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演算方法，其中該運(yùn)算單元與該一維皮紋感測模塊的多個感測元件設(shè)計(jì)于同一半導(dǎo)體集成電路內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演算方法，其中該運(yùn)算單元與該一維皮紋感測模塊的多個感測元件電氣連接于該基板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演算方法，其中該數(shù)據(jù)處理單元由程序化語言實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演算方法，其中該一維皮紋感測模塊包括基板；設(shè)于該基板上且由呈線性排列的多個光學(xué)感測元件組成的一維皮紋感測模塊；覆蓋于該一維皮紋感測陣列組上的透明薄膜；以及提供該等光學(xué)感測元件感光用的光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的演算方法，其中該一維皮紋感測陣列組包括主要一維感測元件陣列，具有多個、連續(xù)、且排列成線性的感測元件p1，p2，p3，…pN組成，用以擷取一維的皮紋信息；以及次要感測元件組，由至少一個或一個以上的多個感測元件s1，s2，…sM組成，且s1，s2，…sM均與該主要一維感測元件陣列的長軸不共線；又該組感測元件s1，s2，…sM，在與該主要一維感測元件陣列垂直的方向上，各自以預(yù)定距離d1，d2，…dM，垂直對齊于該主要一維感測元件陣列中的相對感測元件ps1，ps2，…psM，該ps1，ps2，…psM包含于p1，p2，p3，…pN中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的演算方法，其中該光源為以外在環(huán)境的光源作為該待測皮紋照明用的該光源。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的演算方法，其中該光源設(shè)置于該基板上，以預(yù)定高度以及預(yù)定角度投射于該待測皮紋。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的演算方法，其中該光源采窄帶光源、或采寬帶光源加窄帶濾光膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的演算方法，進(jìn)一步在該光源與該待測皮紋間包括偏光膜、波板)、擴(kuò)散膜、反射膜等光學(xué)元件或上述元件的預(yù)定組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的演算方法，其中該感測元件上的該透明薄膜可以是濾光膜、抗反射膜、檢偏薄膜、或/及微透鏡陣列。
15.一種配合權(quán)利要求1所述的演算方法，可與一待測皮紋進(jìn)行相對運(yùn)動并提供該待測皮紋的一維信息，用以重建回該待測皮紋的二維信息的一維皮紋感測模塊；該一維皮紋感測模塊包括基板；設(shè)于該基板上且由呈線性排列的多個光學(xué)感測元件組成的一維皮紋感測模塊；覆蓋于該一維皮紋感測陣列組上的透明薄膜；以及提供該等光學(xué)感測元件感光用的光源。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一維皮紋感測模塊，其中該一維皮紋感測陣列組包括主要一維感測元件陣列，具有多個、連續(xù)、且排列成線性的感測元件p1，p2，p3，…pN組成，用以擷取一維的皮紋信息；以及次要感測元件元件組，由至少一個或一個以上的多個感測元件s1，s2，…sM組成，且s1，s2，…sM均與該主要一維感測元件陣列的長軸不共線；又該組感測元件s1，s2，…sM，在與該主要一維感測元件陣列垂直的方向上，各自以預(yù)定距離d1，d2，…dM，垂直對齊于該主要一維感測元件陣列中的相對感測元件ps1，ps2，…psM，該ps1，ps2，…psM包含于p1，p2，p3，…pN中。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一維皮紋感測模塊，其中該光源是以外在環(huán)境的光源作為該待測皮紋照明用的該光源。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一維皮紋感測模塊，其中該光源設(shè)置于該基板上，以預(yù)定高度以及預(yù)定角度投射于該待測皮紋。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一維皮紋感測模塊，其中該光源采窄帶光源、或采寬帶光源加窄帶濾光膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一維皮紋感測模塊，進(jìn)一步于該光源與該待測皮紋間包括偏光膜、波板、擴(kuò)散膜、反射膜等光學(xué)元件或上述元件的預(yù)定組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一維皮紋感測模塊，其中該感測元件上的該透明薄膜為濾光膜、抗反射膜、檢偏薄膜、或/及微透鏡陣列。
全文摘要
一種將一維信息重建回二維信息的演算方法，是將通過一呈特定線性排列的感測元件陣列組所構(gòu)成的一維皮紋感測模塊所連續(xù)讀取的待測皮紋的一維近場圖像信息，配合一偵測該連續(xù)一維信息間的相對運(yùn)動速度的演算方法，以取得該連續(xù)一維信息間的相對速度信息，并重建該待測皮紋的二維信息。
文檔編號G06K9/00GK1908958SQ20051008855
公開日2007年2月7日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者鄭家駒, 吳詩斌 申請人:敦南科技股份有限公司