一种指纹图像优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及指纹图像采集和处理领域，具体涉及一种增强指纹图像对比度的指纹 图像优化方法。
【背景技术】
[0002] 指纹检测和识别技术是一种可靠而且广泛应用的个人识别验证技术。CMOS指纹识 别传感器具有体积小、功耗低、成本低等优点，能够满足移动终端领域对小型化、低功耗的 要求，因此CMOS指纹识别传感器由于其模组轻薄等特点广泛应用于便携式移动设备中，如 手机，平板设备、PAD等。电容式指纹识别传感器具有由多个电极组成的指纹传感像素电极 阵列，其能够响应驱动电路的驱动信号，并基于电极电容的变化产生感应信号，在手指接触 传感器表面时，传感器电路的每一个像素点感应手指和感应电极间的电容变化量，将其转 化为电信号的变化量，并经过模数转换器（ADC)转换为含有灰度信息的数字信号，经后续 处理后形成指纹图像。
[0003] -般而言传感器的输入信号（对应于手指与感应电极之间形成的电容值）经传感 器放大电路之后的输出信号范围会远小于后级的模数转换器的输入动态范围，无法充分利 用模数转换器的满量程范围。如果不做处理对动态范围进行调整，采集的指纹图像会出现 对比度差的缺陷，导致影响指纹识别准确率的降低。在指纹采集芯片采集指纹图像时，由于 每个人手指的介电常数（由于手指的死皮层的厚度不一样等原因）会有偏差，按压的力度 会有不同，并且由于指纹采集芯片本身封装厚度会有偏差，会造成图像数据偏大或偏小，这 样的后果就是使得采集的指纹图像质量对比度较低，不利于辨识，严重的可能分辨不出指 纹信息。理想的指纹图像采集就是使得采集的图像数据占满模数转换器的整个量程，并且 数据的平均值处于模数转换器量程的中间，这样的指纹图像对比度最好，也最易于辨识。本 发明就是根据当前指纹识别芯片采集的环境条件，来调节指纹识别芯片内部模数转换器的 增益和转换偏移以使得指纹图像的对比度达到最优。
【发明内容】
[0004] 指纹图像采集芯片中的模数转换器把采集图像量化成具有不同灰度值的数字图 像，灰度值在0到DFS之间，其中DFS是模数转换器输出数据的最大值，是量化后数字图像 灰度值的上限。其中量化后的指纹图像的实际灰度值范围会随着模数转换器的增益和转换 偏移的改变而变化，因此当量化后的灰度值的范围集中在一较窄的区域时，指纹图像的对 比度较差，辨识度较低。
[0005] 本发明针对现有指纹图像采集过程中存在的上述缺陷，提出了一种指纹图像优化 方法，通过调节指纹采集设备内部模数转换器的增益和转换偏移调整采集指纹图像数据的 大小，从而把指纹图像数据的之间的灰度值范围调到最大，并且把指纹图像数据的均值调 节到满量程的中间，从而增强图像的对比度。
[0006] 本发明提出了一种指纹识别传感设备的指纹图像优化方法，该方法包括：选取指 纹图像数据区域作为帧数据；获取帧数据的最大值和最小值；获取帧数据的最大值和最小 值的第一中心值；获取帧数据的最大值和最小值的差值占满量程的比例；在增益查找表中 查找出大于占满量程的比例且最接近占满量程的比例的增益配置，将该增益配置对应的增 益值作为模数转换器的增益，获取采用该模数转换器的增益之后的帧数据的第二中心值； 获取模数转换器的转换偏移调整量，在转换偏移查找表中查找出与该转换偏移调整量相等 的转换偏移配置，根据该转换偏移配置以及初始转换偏移配置获取调整后的转换偏移配 置；指纹识别芯片的模数转换器应用所述模数转换器的增益以及所述调整后的转换偏移配 置，采集指纹图像。
[0007] 本发明提出的指纹识别传感设备的指纹图像优化方法中，指纹图像数据区域是一 块或几块特定区域的图像数据。
[0008] 本发明提出的指纹图像优化方法，通过调节指纹采集芯片内部模数转换电路的增 益和转换偏移能够达到调节采集的指纹图像数据的灰度值大小，从而把指纹图像数据的之 间的差值调到最大，并且把图像数据的均值调节到满量程的中间，从而得到一个对比度较 佳的图像。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明实施例的指纹图像优化方法流程框图。
[0010] 图2是本发明实施方式的指纹采集芯片采集的未经优化前的指纹图像。
[0011] 图3是图2所示图像经过本发明实施方式优化后的指纹图像。
【具体实施方式】
[0012] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图及说明书表格中示出， 其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的参数或具有相同或类似含义的参数。下 面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的 限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、 修改和等同物。
[0013] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"等仅用于描述目的，而不 能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上 述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，"多个"的含义是 两个或两个以上。
[0014] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括 一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部 分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺 序，包括根据所涉及的功能按基木同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明 的实施例所属技术领域的技术人员所理解。。
[0015] 本实施例中指纹采集设备内部模数转换器的增益和转换偏移配置的初始配置为GAIN_ini和SHFT_ini，调节后最终的模数转换器的增益和转换偏移配置为GAIN_adj和 SHFT_adj。
[0016] 图1是本实施例的初次指纹图像优化方法流程框图，如图1所示本实施例的增强 指纹图像对比度的方法包括：
[0017] 步骤1 :选取指纹图像数据区域作为帧数据。具体为，选取一块或几块特定指纹图 像数据区域作为帧数据。为了提高增强计算效率，选取了一块或几块特定区域的图像数据 而并非全部区域作为帧数据进行运算。此处也可以选取整幅图像数据作为帧数据进行计 算。
[0018]步骤2:获取帧数据的最大值和最小值，统计区域帧数据（Dl，D2,. ..，Dk)，找出帧 数据的最大值Dmax和最小值和Dmin。
[0019] 步骤3 :获取帧数据的最大值D_和最小值和D_的第一中心值R_mid，R_mid满足 如式（1)所示关系。
[0020]
[0021] 步骤4 :获取帧数据的最大值D_和最小值和D_的差值占满量程R_full的比例 R_gain，R_gain满足如式（2)所示关系：
[0022]
[0023] 在式⑴中，R_gain为最大值D_和最小值D_的差值占满量程R_full的比例。 DFS/2 <R_full<DFS，R_full是为了防止前后几帧采集的数据之间波动太大而预设的一 个变量，如果数据波动较小，可以等于DFS，如果数据波动太大，则需要小于DFS。同时，这里 的帧数据的最大值D_和最小值D_不局限于是一帧数据的最大值和最小值，为了防止图 像采集过程中受到电噪声的影响，它也可以取次大值或次小值。
[0024] 步骤5:在增益查找表中找出大于R_gain且最小的那个增益的配置作为新的增益 配置GAIN_adj，计算采用增益配置GAIN_adj之后帧数据的最大值D_和最小值和D_的第 二中心值R' _mid:
[0025]
[0026] 步骤6:计算得到转换偏移调整量SHFt以及新的转换偏移配置SHFT_adj:
[0027]
[0028] 式（4)中的DMID=DFS/2,R_s/g是转换偏移查找表中的转换偏移在各个配置下 的步进值，对于式（4)取整，在转换偏移查找表中找出与之相等的配置即为调整的长度。
[0029] 新的转换偏移配置SHFT_adj是：
[0030]
[0031] 步骤7:将指纹识别芯片模数转换器的增益配置和转换偏移配置分别设置为 GAIN_adj和SHFT_adj，再次采集指纹图像，选取一帧指纹图像，重复步骤1-4,得到第一次 调整模数转换器增益配置和转换偏移配置参数之后的指纹图像数据中心值R" _mid以及 帧数据的最大值D_和最小值D_的差值占满量程的比例R' _gain，如果R" _mid满足公 式（6)且V_gain满足公式（7)，则此时的模数转换器增益GAIN_adj和转换偏移SHFT_ adj为最优的参数值。
[0032] (l-k)*DMID<R"_mid< (l+k)*DMID.....................(6)
[0033] 1-k<R，gain< 1................................................(7)
[0034]如果R" _mid满足公式（6)，但R' _gain不满足公式（7)，且R'_gain<l_k或 R'_gain= 1，重复步骤 1-7 直至l_k<R'_gain< 1。
[0035]如果R"_mid不满足公式（6)，且R"_mid< (1-k) *DMID，则SHFT_adj+l;然后 重复步骤l-4、7和SHFT_adj+l直至R" _mid满足公式（6)和W_gain满足公式（7)。
[0036]如果R"_mid不满足公式（6)，且R"_mid> (l+k)*DMID，则SHFT_adj-l;重复 步骤1-4、7和SHFT_adj-l直至R" _mid满足公式（6)和R' _gai