CN1225715C - 容性的图像测定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
在对尤其为指印图的图像进行容性测定的传感器中，为分配给每个像点的电容器(C12)补充一些参考电极，所述参考电极借助耦合电容(Ck)相互进行耦合。通过借助所设置的测试电极和附加的参考电极同时进行测定，一方面可以提供按网格划分的图像，另一方面还可建立一个被考虑作为局部参考值的平均值，所述平均值从所述容性耦合中得出。
Description
技术领域
本发明涉及一种容性的图像测定方法及装置，它们尤其适用于测定指印的黑白图像。
背景技术
已知有各种方法可用来为指印图像的拍摄实现容性的传感器阵。在ESSCIRC′98由S.Jung e.a.公开的“低功率和高性能的CMOS指印检测及编码结构”中曾讲述过一种指印传感器和所属的测试方法，它实现了指印的容性测定。为每个像点(像素)测定手指表面和上电极之间的电容。在所述的上电极的下方，除电气引线外，还有一些同所述上电极绝缘的耦合电极，它们与该上电极形成另外的电容。装设一个电子电路，由它实现将各个耦合电极充电到一个预定的电位，并通过一种开关把所述上电极充电到另一电位。此后将所述开关断开，以便在该装置上调整为某种电荷及电压比，而该电荷及电压比是可以测定的，并可用来测定相关像点上的相应电容。为了利用该方法达到一种具有足够图像质量的指印表示图像，总是需要校准传感器或至少引入一种外部参考。该参考值是必需的，以便从连续的传感数据(亦即由传感器方案获得的电压值，它与手指表面和传感器表面之间的电容值相对应)中得出适合于再处理的、也即离散化的图像。在设定的黑白图像拍摄中，如果因参考偏移而导致不足的对比度，则图像会分区地变黑或变白，这样产生的结果非常差。实际上这是不可避免的，因为传感值或用于从电容值求出电压值的电气参数值都可能局部地发生变化。该困难可以利用较昂贵的方法以如下方式处理，即对多级离散的图像进行暂存和再处理。
EP-A-0786745曾公开过一种容性的图像测定方法及装置。其中设置了用于测定局部平均值的获取装置，该装置与图像测定装置是分开布置的。
发明内容
本发明的任务在于提供一种容性的图像测定方法及装置，利用它们可以以一种简单的方式拍摄出对于细节再现具有足够对比度的扫描黑白图像，并尤其被用来再现指印。
在本发明的容性的图像测定方法中，借助许多布置于网格内的电极，并通过测试各电极和像点之间的电容来测定图像；借助另外一些布置于所述网格内的相互容性耦合的电极，并总是在图像的有限区域内为所述电容的相应测试测定一个局部的平均值；以及所述平均值被用作在相关区域内至少一个像点处的测试电容的参考值。
优选地，分别在其内测定平均值的所述区域的大小在图像内是变化的。
根据一种改进方案，所述平均值总是被用作极限值，通过将测试电容和相应的所述极限值进行比较来给每个像点分配两个可能值中的一个。该方法可以被用来测定指印的黑白图像。
根据本发明的容性的图像测定装置，所述图像由网格内的像点组成，在该装置中设有：一个用于放置待测图像的表面；按网格进行划分并相互绝缘的作为测试电极的导电体的、与所述表面具有不同间距的两个层，其中，在布置时与所述表面间距较小的层内再布置另外一些导电体作为参考电极，该参考电极按网格被布置在所述的测试电极附近，且在预定的区域内作容性耦合，使得在每个像点周围可以借助该参考电极进行局部取平均的容性测试；以及设有电子电路，利用该电子电路可以用相同的方式给所述的测试电极和参考电极加上电位以进行所述规定的且相同的测试，并总可测出位于像点和电极之间的电容。
优选地，所述参考电极具有梳子形的结构，它们与相邻参考电极的梳子形结构相啮合。
本发明方法采取了对测定的测试信号进行单级地模数转换。为了均衡随位置变化的亮度差异或对比差异，为在每个像点上测得的电容测试值引入一种局部的阈值比较。利用这种方式给出一个参考，以便以极限值的形式为测试值分配单级的数字结果(二进制0或1)。在该方法中，容性测试的图像测定和阈值的求出可以同时并行地进行，而所述阈值是从各个有限的图像片段的实际情况中得出的。用于执行该方法的装置在工作时与外部的参考值无关，而且譬如可以集成在半导体芯片上以便测定指印。
为了对图像进行容性测定，原理上所采用的处理方法与文章开头所述出版物的说明是相同的。采用网格形的导电体布置，它们相对于图像表面形成反电极。所述图像表面譬如可以是手指头的皮肤表面。利用皮肤表面的凸纹和凹槽构造，由此在以测试电极形式布置于一个平面上的导电体和假定为位于恒定电位的皮肤表面之间产生随位置不同的电容。在距离图像表面稍大的间隔范围内，还在一个与所述第一电极平行的平面上布置了其它一些电极，以作为耦合电极。通过加上合适的电位，并将相关的电位同布置在离图像表面较近处的电极断开，可以在相关的像点处测试出这种相应测试电极和图像表面之间的电容。
在本发明的方法中，还附加地采用了其它一些电极作为测试的参考电极，且所述参考电极总是布置在原来的测试电极附近。如此来布置和确定该参考电极，使得由此在原理上可以与利用原来的测试电极实行相同的测试。但该参考电极是利用所述布置以及必要时利用几何形状同其它-至少直接相邻的-参考电极进行强烈地容性耦合的，使得在利用这些电极测试时在图像的某个区域上围绕像点进行求平均。利用参考电极测定的平均值被用作阈值或极限值，并将该值与在借助原来测试电极进行容性测试时所得出的相应测试值进行比较。于是，为了替代在整个像平面上保持恒定的参考，可以用该平均值来作为随位置变化的比较值，即便在局部很明亮或很昏暗的图像情况下，所述比较值也能为细节再现提供足够的对比度。
在测试时加到测试电极上的电压可以不同于加在参考电极上的电压。
附图说明
图1示出了本发明方法的用于平均容性测量的电路原理图，它补充有
图2和3示出的适用于该方法的电极布置示意图，该布置也可以在所属的装置中以所述的方式实现，以及还补充有
图4示出的用于说明本发明图像质量改善的图解。
具体实施方式
图1示出了一种适用于该方法的布置的电路图。在每个像点内，两个导电体层(测试电极和耦合电极)之间都存在电容C12。耦合电极处于电位V2。假定图像表面、譬如手指的皮肤表面处于恒定的电位VF。在测试电极上加上一个确定的电位，并通过操作开关使其与该电极分开。根据各个像点处的相应电容关系，各电极上的电荷大小被调整为不同的值，对这些值进行测试以便确定测试电极和图像表面之间的相应电容。在借助参考电极进行测试的情况下，还需要考虑该电极之间存在的电容，原因是在布置和安排该参考电极时，图1所示的耦合电容值Ck是不可忽略的。在断开加到参考电极上的、与为原来测试而加到测试电极上的电压相同或不同的电压之后，每个像点内的参考电极上都被调整为一个与电极-像点电容CF、i相应的值VG、ref、i。如此实现的容性测试可以为需测定的图像提供一种可以说是拖影或模糊的复制图。利用容性测试中由参考电极之间的容性耦合所引起的测不准，可以在与通过测试电极确定的值进行比较时将该测试的局部值作为参考(参考值)。
图2以实施例的形式示出了网格形布置的一部分，该布置由排列于六边形网格上的六角形测试电极1组成，且所述测试电极总是环形地被位于边缘的中心六角形参考电极2包围。两个相应参考电极之间的耦合电容Ck被画成较小的电容器。这些电容器不是真实存在的，而只是表示由参考电极2真正形成的电容的等效电路图。
图3示出了图2的相应视图，其中准确地给出了参考电极2在实施例中的结构。参考电极2在此被构造为梳子形，并由此相互啮合，使得两个相邻像点的参考电极之间的耦合电容尽可能地大。通过该方式，参考电极2可以与给相邻像点分配的参考电极3形成电容尽可能大的电容器。因此在利用该布置实施所述的方法时，能够实现尽可能好的求平均值。从而，由图像结构决定的、各像点之间测试值的变化可在很大程度上得到均衡，而且基本上只测试通过多个像点所测定的平均值。
因此在该方法中，当通过参考电极进行测试时，利用测试电极测得的局部图像信息可用其局部的平均值来代替。在其上求平均值的区域的半径、以及按照位于整个图像中的位置进行局部求平均的加权可以通过电容Ck和C12的比值来调整。在此，极限情况是Ck＝0以及Ck无穷大，在前一种情形下可以产生一种基本上与从测试电极所测得的图像相一致的图像，当为后一种情形时，在每个参考电极上形成相同的电位，它对应于整个图像的总平均值。该电容比值需要与相应的应用匹配，譬如在指印传感器中使用该方法时可以如此来选择，以便在如下区域上测定所述的平均值，即该范围的半径-优选地是随位置而不同的-与指印的典型槽结构相匹配。
优选地，需要均匀地为每个像点选择测试电极和参考电极的布置。优选地设置均匀的电子电路，利用它们可以向每个像点内的电极加上或断开预定的电位。在每个像点中形成的、位于测试电极或参考电极上的电位优选地利用一个比较电路进行比较。根据该测试值小于或大于相关的平均值来从该比较中得出黑白图像的黑白像点。所述比较电路譬如可以实施为一种动态的锁存电路。
所述装置可以用集成电路的形式来实现，对此，所述以实施例形式给出的测试电极的六边形布置是尤其适合的。由于测试电极在这种具有相邻六角边的网格中的布置较密，所以此处的参考电极在布置时能很好地形成尽可能大的耦合电容。
图4示出了用于说明本发明方法的三个图解。在测试电极的平面布置方向上用x标示的延伸是以任意单位在横坐标上标注的；各个像点的被测电容的电压值用VG在纵坐标上标注出来。所描绘的曲线8表示的是沿x方向变化的电压VG。按照电压值VG大于或小于参考电压Vref，相关的像点被表示为黑或白。从图4a可以知道，在只使用图解右边区域的参考电压Vref的情况下，电压VG一直大于参考电压，所以那儿的图像被同等地表示为黑色。不再考虑电压波动(曲线8的波峰和波谷)，所以此处图像不能实现较细的分辨率。如果根据图4b采用不同的参考电压Vref1、Vref2、Vref3来产生一种灰度值分级的图像，那么便可以用灰度级来再现所述的图像。但这种对测试结果的分析是与高费用联系在一起的。因此，根据本发明相应地示出了图4c所示的方法，其中，由划线标绘的参考电压Vref通过求平均值而局部地同图像的实际条件相匹配，于是在右边所示的区域内可以考虑电压VG相对于图像亮度值、也即黑白等级的变化。利用所述的方法，该参考电压Vref的测定可以通过采用容性耦合的参考电极求平均值来实现。
Claims (6)
1.容性的图像测定方法，
其中，借助许多布置于网格内的电极，并通过测试各电极和像点之间的电容来测定图像，
其中，借助另外一些布置于所述网格内的相互容性耦合的电极，并总是在图像的有限区域内为所述电容的相应测试测定一个局部的平均值，以及
其中，所述平均值被用作在相关区域内至少一个像点处的测试电容的参考值。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，分别在其内测定平均值的所述区域的大小在图像内是变化的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，所述平均值总是被用作极限值，通过将测试电容和相应的所述极限值进行比较来给每个像点分配两个可能值中的一个。
4.根据权利要求3所述的方法，
它被用来测定指印的黑白图像。
5.容性的图像测定装置，所述图像由网格内的像点组成，在该装置中设有：
一个用于放置待测图像的表面，
按网格进行划分并相互绝缘的作为测试电极的导电体的、与所述表面具有不同间距的两个层，其中，在布置时与所述表面间距较小的层内再布置另外一些导电体作为参考电极，该参考电极按网格被布置在所述的测试电极附近，且在预定的区域内作容性耦合，使得在每个像点周围可以借助该参考电极进行局部取平均的容性测试，以及
其中设有电子电路，利用该电子电路可以用相同的方式给所述的测试电极和参考电极加上电位以进行所述规定的且相同的测试，并总可测出位于像点和电极之间的电容。
6.根据权利要求5所述的装置，
其中，所述参考电极具有梳子形的结构，它们与相邻参考电极的梳子形结构相啮合。
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Legal Events
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Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG Free format text: FORMER NAME: INFENNIAN TECHNOLOGIES AG |
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Effective date of registration: 20120213 Address after: Ontario, Canada Patentee after: WI-LAN Inc. Address before: Munich, Germany Patentee before: Infineon Technologies AG |
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Owner name: ALRIGHT SOLUTIONS LTD. Free format text: FORMER OWNER: NEXTWAVE BROADBAND INC. Effective date: 20120323 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120323 Address after: Delaware Patentee after: Aoruita solutions LLC Address before: Ontario, Canada Patentee before: WI-LAN Inc. |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20051102 |