本發(fā)明涉及指紋識別領域，尤其是一種電荷轉移型指紋識別模塊，以及基于該指紋識別模塊的指紋識別方法。

背景技術：

指紋，由于其具有終身不變性、唯一性和方便性，已幾乎成為生物特征識別的代名詞。指紋識別即指通過比較不同指紋的細節(jié)特征點來進行鑒別。指紋識別技術涉及圖像處理、模式識別、計算機視覺、數(shù)學形態(tài)學、小波分析等眾多學科。由于每個人的指紋不同，就是同一人的十指之間，指紋也有明顯區(qū)別，因此指紋可用于身份鑒定。由于每次捺印的方位不完全一樣，著力點不同會帶來不同程度的變形，又存在大量模糊指紋，如何正確提取特征和實現(xiàn)正確匹配，是指紋識別技術的關鍵。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種電荷轉移型指紋識別模塊，通過補償電路放大指紋谷信號和指紋脊信號的信號差，還可通過噪聲抑制電路消除電路中的指紋噪聲，以實現(xiàn)更為準確地識別指紋。本發(fā)明還提出了一種指紋識別方法。

本發(fā)明采用的技術方案如下：一種指紋識別模塊，包括指紋采集電路、補償電路、噪聲抑制電路、積分運算電路、數(shù)模轉換電路和控制器；所述指紋采集電路的輸出端為節(jié)點A，并與積分運算電路的輸入端連接，積分運算電路的輸出端通過數(shù)模轉換電路與控制器的指紋輸入端連接，所述補償電路的輸出端與指紋采集電路的補償端連接，其補償控制端與控制器的補償電路控制端連接，所述噪聲抑制電路的測試信號輸出端與節(jié)點A連接，其測試控制端與控制器的噪聲測試控制端連接。

基于上述實施例，進一步的，本發(fā)明所述指紋采集電路包括第一信號源、外部電極、檢測傳感器和隔離電極，所述外部電極的電源端與第一信號源連接，其輸出端與檢測傳感器的第一輸入端連接，所述檢測傳感器的第二輸入端與隔離電極的輸出端連接，所述隔離電極的輸入端與指紋采集電路的補償端連接，所述檢測傳感器的輸出端與節(jié)點A連接。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明所述補償電路包括電壓緩沖器和補償信號源，所述電壓緩沖器的輸入端與補償信號源的輸出端連接，其輸出端與補償電路的輸出端連接，所述補償信號源的控制端與控制器的補償電路控制端連接。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明所述電壓緩沖器包括緩沖放大器、電壓控制器、電平位移器、失真反饋電路和恒流電流源。

所述電壓控制器的第一端與工作電源端VDD連接，其第二端與緩沖放大器的第一端連接，其第三端通過電平位移器與緩沖放大器的第二端連接。

所述緩沖放大器的第二端還與電壓緩沖器的輸入端Vin連接，其第三端與電壓緩沖器的輸出端Vout連接。

所述恒流電流源的第一端與緩沖放大器的第三端連接，其第二端通過失真反饋電路與電壓緩沖器的輸入端Vin連接，其第三端與模擬地對接，其偏置端接入偏置電壓Vb。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明所述電壓緩沖器包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、電容C1和電容C2。

所述PMOS管M1的漏極與工作電源端連接，其源極與PMOS管M2的漏極連接，其柵極通過電容C1與電壓緩沖器的輸入端連接。

所述PMOS管M2的柵極與電壓緩沖器的輸入端連接，其源極與電壓緩沖器的輸出端連接。

所述PMOS管M3的漏極與電壓緩沖器的輸出端連接，其源極與PMOS管M4的漏極連接，其柵極與偏置電壓端Vb3連接。

所述PMOS管M4的漏極與PMOS管M3的源極之間還通過電容C2與電壓緩沖器的輸入端連接，其源極與模擬地對接，其柵極與偏置電壓端Vb4連接。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明所述噪聲抑制電路包括第二信號源和噪聲抑制電容器，所述噪聲抑制電容器的第一端與節(jié)點A連接，其第二端與第二信號源連接，其容值設置端與控制器的噪聲測試控制端連接。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明所述積分運算電路包括運算放大器、反饋電容器、電容C3、電阻R1、電阻R2、電阻R3、調零電位器Rw、第四開關S4、第五開關S5和基準信號源。

所述運算放大器的反向輸入端通過電阻R1與第四開關S4的常閉端連接，所述第四開關S4的第一常開端與積分運算電路的輸入端連接，所述第四開關S4的第二常開端與地對接；所述電容C3并聯(lián)在運算放大器的反向輸入端和輸出端之間，所述運算放大器的輸出端還通過電阻R3和第五開關S5與運算放大器的反向輸入端連接。

所述運算放大器的正向輸入端通過電阻R2與基準信號源連接；所述運算放大器的輸出端與積分運算電路的輸出端連接；所述運算放大器的調零端的正負極之間并聯(lián)調零電位器Rw；所述運算放大器的工作電壓正極與工作電壓端+Vc連接，其工作電壓負極與工作電壓端-Vc連接；所述調零電位器Rw的控制端與運算放大器的工作電壓端-Vc連接。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明還包括第一開關S1、第二開關S2和第三開關S3，所述第一開關連接在指紋采集電路與補償電路之間，所述第二開關連接在節(jié)點A與指紋采集電路之間，所述第三開關連接在節(jié)點A與噪聲抑制電路之間，所述第一開關S1、第二開關S2和第三開關S3的控制端分別與控制器的開關控制端連接，接收相應的開關控制信號。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明還包括均與控制器連接的存儲器和通信接口，所述存儲器用于存儲指紋數(shù)據(jù)、控制參數(shù)和/或控制指令，所述控制器通過通信接口與上位機進行數(shù)據(jù)交互。

本發(fā)明還提出了一種指紋識別方法，該方法基于權利要求1-9任一項所述的一種指紋識別模塊，所述方法包括以下步驟：

S1，電荷清零步驟：在手指未接觸外部電極之前，閉合第一開關和第二開關，斷開第三開關，進一步的，對于積分運算電路，還需閉合第五開關，將第四開關閉合至第一常開端，將指紋采集電路、補償電路和積分運算電路中的電荷清零；

S2，噪聲檢測步驟：斷開第二開關，閉合第三開關，控制器通過噪聲測試控制端給噪聲抑制電容器設置初始電容值，第二信號源輸出方波信號或正弦波信號，使噪聲抑制電容器上產生預定的電荷量，輸出噪聲檢測信號，并通過積分運算電路和數(shù)模轉換電路將噪聲檢測信號傳送至控制器，由控制器判斷該噪聲檢測信號是否為數(shù)模轉換器的最大量程的一半，若不是，則調整噪聲抑制電容器的電容值，直到滿足該條件為止；

S3，指紋信號采集步驟：手指接觸外部電極時，閉合第一開關、第二開關、第三開關，第一信號源發(fā)出方波信號，經過外部電極后變化為待測指紋信號V1，再經外部電極與檢測傳感器之間的寄生電容Cp1耦合到檢測傳感器，檢測傳感器輸出外部電極和隔離電極之間的電荷差信號；

S4，信號補償步驟：控制器控制補償電路輸出補償信號V2，改變待測指紋信號V1中的正半周信號與負半周信號，其中，補償信號V2的值為負半周信號的值的平均值；

S5，噪聲抑制步驟：第二信號源輸出方波信號或正弦波信號，噪聲抑制電容器上產生預定的電荷量，輸出噪聲抑制信號，抑制指紋信號中的共模噪聲；

S6，積分運算步驟：積分運算電路接收到補償后的待測指紋信號V1和噪聲抑制信號的疊加信號，經過預設的積分周期長度，輸出指紋積分信號；

S7，數(shù)模轉換器將指紋積分信號進行數(shù)模轉換，并轉發(fā)給控制器，控制器根據(jù)電壓值計算得到對應的像素圖像，再根據(jù)每個外部電極的像素圖像生成所采集的指紋圖像。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的一種電荷轉移型指紋識別模塊及指紋識別方法，可通過補償電路放大指紋谷信號和指紋脊信號的信號差，還可通過噪聲抑制電路消除電路中的指紋噪聲，以實現(xiàn)更為準確地識別指紋。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為本發(fā)明指紋識別模塊的結構框圖。

圖2為本發(fā)明中電壓緩沖器的電路框圖。

圖3是本發(fā)明中電壓緩沖器的電路原理圖。

圖4是本發(fā)明中積分運算電路的電路原理圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書（包括任何附加權利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

如圖1所示，圖1描述了一種指紋識別模塊，主要包括指紋采集電路、補償電路、噪聲抑制電路、積分運算電路、數(shù)模轉換電路和控制器。在采集指紋信號時，本發(fā)明通過補償電路提供補償信號，放大指紋采集電路所采集的指紋谷信號和指紋脊信號的信號差，進行電荷補償，提高指紋識別的準確性，以及提高指紋圖像的成像質量。本發(fā)明還可通過噪聲抑制電路消除電路中的指紋噪聲，以便于過濾所采集的指紋信號中的指紋噪聲，進一步提高指紋識別的準確性和成像質量。

其中，所述指紋采集電路的輸出端為節(jié)點A，并與積分運算電路的輸入端連接，積分運算電路的輸出端通過數(shù)模轉換電路與控制器的指紋輸入端連接，所述補償電路的輸出端與指紋采集電路的補償端連接，其補償控制端與控制器的補償電路控制端連接，所述噪聲抑制電路的測試信號輸出端與節(jié)點A連接，其測試控制端與控制器的噪聲測試控制端連接。

基于上述實施例，進一步的，本發(fā)明所述指紋采集電路包括第一信號源、外部電極、檢測傳感器和隔離電極，所述外部電極的電源端與第一信號源連接，其輸出端與檢測傳感器的第一輸入端連接，所述檢測傳感器的第二輸入端與隔離電極的輸出端連接，所述隔離電極的輸入端與指紋采集電路的補償端連接，所述檢測傳感器的輸出端與節(jié)點A連接。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明所述補償電路包括電壓緩沖器和補償信號源，所述電壓緩沖器的輸入端與補償信號源的輸出端連接，其輸出端與補償電路的輸出端連接，所述補償信號源的控制端與控制器的補償電路控制端連接。

基于上述任一實施例，進一步的，如圖2所示，圖2描述了本發(fā)明中電壓緩沖器的結構框圖，所述電壓緩沖器主要包括緩沖放大器、電壓控制器、電平位移器、失真反饋電路和恒流電流源。

其中，所述電壓控制器的第一端與工作電源端VDD連接，其第二端與緩沖放大器的第一端連接，其第三端通過電平位移器與緩沖放大器的第二端連接。

所述緩沖放大器的第二端還與電壓緩沖器的輸入端Vin連接，其第三端與電壓緩沖器的輸出端Vout連接。

所述恒流電流源的第一端與緩沖放大器的第三端連接，其第二端通過失真反饋電路與電壓緩沖器的輸入端Vin連接，其第三端與模擬地對接，其偏置端接入偏置電壓Vb。

基于上述任一實施例，進一步的，如圖3所示，圖3描述了本發(fā)明中電壓緩沖器的一種電路原理圖，所述電壓緩沖器可包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、電容C1和電容C2。其中，PMOS管M1相當于電壓控制器，PMOS管M2相當于緩沖放大器，PMOS管M3和PMOS管M4相當于一個共源共刪的恒流電流源，電容C1相當于電平位移器，電容C2相當于失真反饋電路。

所述PMOS管M1的漏極與工作電源端連接，其源極與PMOS管M2的漏極連接，其柵極通過電容C1與電壓緩沖器的輸入端連接。

所述PMOS管M2的柵極與電壓緩沖器的輸入端連接，其源極與電壓緩沖器的輸出端連接。

所述PMOS管M3的漏極與電壓緩沖器的輸出端連接，其源極與PMOS管M4的漏極連接，其柵極與偏置電壓端Vb3連接。

所述PMOS管M4的漏極與PMOS管M3的源極之間還通過電容C2與電壓緩沖器的輸入端連接，其源極與模擬地對接，其柵極與偏置電壓端Vb4連接。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明所述噪聲抑制電路包括第二信號源和噪聲抑制電容器，所述噪聲抑制電容器的第一端與節(jié)點A連接，其第二端與第二信號源連接，其容值設置端與控制器的噪聲測試控制端連接。

基于上述任一實施例，進一步的，如圖4所示，本發(fā)明所述積分運算電路包括運算放大器、反饋電容器、電容C3、電阻R1、電阻R2、電阻R3、調零電位器Rw、第四開關S4、第五開關S5和基準信號源。

所述運算放大器的反向輸入端通過電阻R1與第四開關S4的常閉端連接，所述第四開關S4的第一常開端與積分運算電路的輸入端連接，所述第四開關S4的第二常開端與地對接；所述電容C3并聯(lián)在運算放大器的反向輸入端和輸出端之間，所述運算放大器的輸出端還通過電阻R3和第五開關S5與運算放大器的反向輸入端連接。

所述運算放大器的正向輸入端通過電阻R2與基準信號源連接；所述運算放大器的輸出端與積分運算電路的輸出端連接；所述運算放大器的調零端的正負極之間并聯(lián)調零電位器Rw；所述運算放大器的工作電壓正極與工作電壓端+Vc連接，其工作電壓負極與工作電壓端-Vc連接；所述調零電位器Rw的控制端與運算放大器的工作電壓端-Vc連接。

閉合第四開關S4至第二常開端，閉合第五開關S5，對積分運算電路進行消振和調零，然后斷開第五開關S5，調整調零電位器Rw，控制運算放大器的輸出時間，一般的，降低運算放大器的輸出時間，使運算放大器的輸出隨時間的變化盡量慢。再講第四開關S4與第一常開端連接，控制器采集運算放大器的輸出電壓Vo1，經一定時間后，再將第四開關S4與第二常開端閉合，采集運算放大器的輸出電壓Vo2，根據(jù)輸出電壓Vo1和輸出電壓Vo2，判斷積分運算電路的電壓保持能力，若保持時間小于預設閾值，則繼續(xù)調整調零電位器Rw，知道保持時間大于或等于預設閾值為止，以此使積分運算電路的保持一個高線性度、低漂移的狀態(tài)。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明還包括第一開關S1、第二開關S2和第三開關S3，所述第一開關連接在指紋采集電路與補償電路之間，所述第二開關連接在節(jié)點A與指紋采集電路之間，所述第三開關連接在節(jié)點A與噪聲抑制電路之間，所述第一開關S1、第二開關S2和第三開關S3的控制端分別與控制器的開關控制端連接，接收相應的開關控制信號。

基于上述任一實施例，進一步的，本發(fā)明還包括均與控制器連接的存儲器和通信接口，所述存儲器用于存儲指紋數(shù)據(jù)、控制參數(shù)和/或控制指令，所述控制器通過通信接口與上位機進行數(shù)據(jù)交互。

本發(fā)明的工作原理：指紋識別模塊的手指接觸面上排列多個外部電極，組成一個電極陣列，當手指接觸指紋識別模塊時，外部電極采集手指的指紋信號，包括指紋谷信號和指紋脊信號，且由于指紋谷與指紋脊的高度不同，導致指紋谷信號和指紋脊信號不同，指紋谷信號和指紋脊信號的差值也不同。

本發(fā)明具體包括以下多個步驟：

S1，電荷清零步驟：在手指未接觸外部電極之前，閉合第一開關和第二開關，斷開第三開關，進一步的，對于積分運算電路，還需閉合第五開關，將第四開關閉合至第一常開端，將指紋采集電路、補償電路和積分運算電路中的電荷清零。

S2，噪聲檢測步驟：斷開第二開關，閉合第三開關，控制器通過噪聲測試控制端給噪聲抑制電容器設置初始電容值，第二信號源輸出方波信號或正弦波信號，使噪聲抑制電容器上產生預定的電荷量，輸出噪聲檢測信號，并通過積分運算電路和數(shù)模轉換電路將噪聲檢測信號傳送至控制器，由控制器判斷該噪聲檢測信號是否為數(shù)模轉換器的最大量程的一半，若不是，則調整噪聲抑制電容器的電容值，直到滿足該條件為止。

S3，指紋信號采集步驟：手指接觸外部電極時，閉合第一開關、第二開關、第三開關，第一信號源發(fā)出方波信號，經過外部電極后變化為待測指紋信號V1，再經外部電極與檢測傳感器之間的寄生電容Cp1耦合到檢測傳感器，檢測傳感器輸出外部電極和隔離電極之間的電荷差信號。

S4，信號補償步驟：控制器控制補償電路輸出補償信號V2，改變待測指紋信號V1中的正半周信號與負半周信號，其中，補償信號V2的值為負半周信號的值的平均值，從而使得在補償信號V2耦合到隔離電極時，檢測傳感器所輸出的待測指紋信號V1中，負半周信號的值約等于零。

由于手指在接觸外部電極時，不僅使外部電極與檢測傳感器的之間的寄生電容Cp1發(fā)生變化，手指還相當于一個噪聲源將噪聲引入后續(xù)電路，從而對指紋的識別產生影響，無法識別出正確的指紋圖像，因此，在處理指紋信號時，需消除指紋信號所引入的指紋噪聲。

S5，噪聲抑制步驟：第二信號源輸出方波信號或正弦波信號，噪聲抑制電容器上產生預定的電荷量，輸出噪聲抑制信號，抑制指紋信號中的共模噪聲。

S6，積分運算步驟：積分運算電路接收到補償后的待測指紋信號V1和噪聲抑制信號的疊加信號，經過預設的積分周期長度，輸出指紋積分信號。

S7，數(shù)模轉換器將指紋積分信號進行數(shù)模轉換，并轉發(fā)給控制器，控制器根據(jù)電壓值計算得到對應的像素圖像，再根據(jù)每個外部電極的像素圖像生成所采集的指紋圖像。

本發(fā)明可直接通過通信接口輸出指紋圖像數(shù)據(jù)，還可將采集的指紋圖像與存儲器中的預設指紋圖像進行比較，通過通信接口輸出相應的身份驗證指令。

本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。