具体实施方式

公开功率逐步唤醒机制的实施例。呈现以下描述以便使得所属领域的技术人员能够制作并使用本发明。特定实施例及应用的描述是仅作为实例而提供。所属领域的技术人员可以容易明白本文中所描述的实例的各种修改和组合，且在不脱离本发明的范围的情况下，本文中所界定的一般原理可应用于其它实例和应用。因此，本发明并不意图限于所描述和示出的实例，而应被赋予与本文中所公开的原理及特征一致的范围。词语“示例性”或“实例”在本文中用于意指“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示例性”或“实例”的任何方面或实施例未必应被解释为比其它方面或实施例优选或有利。

图1A说明根据本发明的各方面的移动装置的示例性框图。在图1A中所示的实例中，移动装置100可包含无线连接模块102、控制器104、传感器子系统106、存储器110和应用模块108。移动装置100可任选地包含多媒体子系统112、扬声器和麦克风114，以及显示器116。在一些实施方案中，无线连接模块102可经配置以在无线局域网(LAN)或无线个人局域网(PAN)中支持WiFi和/或蓝牙。控制器104可包含一或多个处理器、软件、硬件和固件以实施本文中所描述的各种功能。例如，控制器104可经配置以实施如图2到图6中所描述的移动装置100的功能。传感器子系统106可经配置以感测和处理各种传感器输入数据，并为控制器104产生传感器输出数据。应用模块108可包含电池充电电路和电源管理器、振荡器、锁相环路、时钟产生器和计时器。

在一些实施方案中，传感器子系统106可经配置以在低功率条件下感测和检测用户手指。例如，传感器子系统106可经配置以包含具有多个传感器像素的传感器，所述多个传感器像素可配置为低功率检测器(未示出)，例如270像素检测器配置，以确定指纹图像的某些区域的能量水平并进行关于手指是否存在的初始预测。在一些实施方案中，多个传感器像素可配置为中间级检测器，例如1782像素检测器配置，以确定可包含低功率检测器配置的传感器像素的指纹图像的某些区域的能量水平。中间级检测器可经配置以进行关于手指是否存在的更精细预测。在一些实施方案中，多个传感器像素可配置为经增强检测器，其中传感器中的所有像素都用于使用本文所描述的方法来确定手指是否存在。控制器104可进行接合以与低功率检测器配置、中间级检测器配置和/或经增强检测器配置合作，从而确定手指是否存在。控制器104和传感器子系统106的相关组件在进行接合以与完全传感器检测器合作时，通常会比通过传感器子系统106操作的低功率检测器配置或中间级检测器配置消耗更多的功率且需要更多的信号处理资源。

在某些实施例中，移动装置100可包含无线收发器，所述无线收发器能够通过无线天线在无线通信网络上发射和接收无线信号。一些实施例可包含多个无线收发器和无线天线以根据对应的多个无线通信标准实现发射和/或接收信号，所述标准例如IEEE标准802.11的版本、CDMA、WCDMA、LTE、UMTS、GSM、AMPS、紫蜂和蓝牙等。

无线连接模块102可包含SPS接收器，所述SPS接收器能够通过SPS天线接收并获取SPS信号。SPS接收器还可完全或部分地处理所获取SPS信号，以估计移动装置100的位置。在一些实施例中，控制器104和存储器110还可结合SPS接收器用于完全或部分地处理所获取SPS信号，和/或计算移动装置100的估计位置。可在存储器110或寄存器(未示出)中存储用于执行定位操作的SPS或其它信号。

在各种实施例中，控制器104可经配置以执行存储在存储器110中的一或多个机器可读指令，例如在计算机可读存储媒体上，例如RAM、ROM、闪存或磁盘驱动器(仅举几个实例)。一或多个指令可由一或多个处理器、专用处理器或DSP执行。存储器110可包含非暂时性处理器可读存储器和/或计算机可读存储器，其存储可由处理器和/或DSP执行以执行本文中所描述的功能的软件代码(编程代码、指令等)。控制器104可执行指令以执行下文结合图2到图6所论述的过程/方法的一或多个方面。

在一些实施方案中，用户接口可包含若干个装置中的任一个，例如多媒体子系统112、扬声器和麦克风114、显示器116等。在特定实施方案中，用户界面可使得用户能够与驻留在移动装置100上的一或多个应用交互。例如，装置可在存储器110中存储模拟或数字信号以便响应于用户的动作而通过控制器104进行进一步处理。类似地，驻留在移动装置100上的应用可在存储器110上存储模拟或数字信号以向用户呈现输出信号。

移动装置100还可包含用于捕获静止或移动图像的相机。相机可包含(例如)成像传感器(例如，电荷耦合器或CMOS成像器)、镜头、模/数电路、帧缓冲器等。在一些实施方案中，可通过控制器104执行表示所捕获图像的信号的额外处理、调节、编码或压缩。可替代地，视频处理器可执行表示所捕获图像的信号的调节、编码、压缩或操控。另外，视频处理器可对所存储图像数据进行解码/解压缩，以在移动装置100的显示器116上呈现。

图1B说明根据本发明的各方面的图1A的移动装置的传感器子系统的示例性实施方案。传感器子系统106可产生模拟或数字信号，所述模拟或数字信号可存储在存储器110中并由控制器104处理以支持一或多个应用，例如与基于指纹图像的检测而启动装置有关的应用。

如图1B中所示，传感器子系统106可包含一或多个传感器输入装置122、传感器处理模块124和一或多个传感器输出装置126。一或多个传感器输入装置122可包含低功率(指纹图像)检测器配置和中间级(指纹图像)检测器配置，如上文结合图1A所描述。一或多个传感器输入装置122还可包含以下中的一或多个：按键和按钮、超声波传感器、温度和湿度传感器、麦克风、超声波麦克风阵列、照片检测器、图像传感器、触摸传感器、压力传感器、化学传感器、陀螺仪、加速度计、磁力计、GPS和指南针。传感器处理模块124可经配置以执行以下功能中的一或多个，包含但不限于：输入传感器选择和控制、同步和时序控制、信号处理、传感器平台性能估计、传感器优化、传感器融合及输出传感器/装置选择和控制。一或多个传感器输出装置126可产生一或多个超声波、语音、视觉、生物测定、接近性、存在性、压力、稳定性、振动、位置、定向、前进方向、功率学和化学信号。传感器子系统106可经配置以实施基于指纹图像的检测而启动装置的功能，如图2到图6中所描述。

传感器处理模块124可经配置以处理来自一或多个传感器输入装置122的传感器输入数据，并为一或多个传感器输出装置126和/或一或多个任选的有源传感器输出装置产生输出命令或信号。根据本发明的各方面，直接用户输入可用于可预测地操控功率控制行为。在一些实施例中，移动装置可经配置以接受用户命令(通过直接的语音/听觉和/或视觉输入)，且经配置以感测大量使用用途、使用环境和使用情形。

在一些实施方案中，传感器处理模块124可包含：专用集成电路(ASIC)，其包含电路，例如用于产生多个电源电压的多个电压调节器；存储器、有限状态机、电平移位器和用于为具有多个传感器像素的超声波指纹传感器产生控制信号的其它相关电路；用于为超声波传感器产生发射器激励信号、范围门延迟信号、二极管偏压信号和接收器偏压信号的电路；用于从超声波传感器接收的像素输出信号的模拟信号调节、模/数转换和数字处理的电路；以及用于向移动装置的应用处理器发送数字输出信号的接口电路。应用处理器可执行本发明所描述的方法。出于功耗最小化的目的，所述方法可在应用处理器的孤立的低功率岛上执行，以使得在处于睡眠模式中时不必向整个应用处理器供应功率。在低功率睡眠模式中，应用处理器可命令ASIC接入并从有限数目的传感器像素获取输出信号，随后应用处理器可处理来自ASIC的数字化信息以确定手指是否存在。

在其它实施方案中，除了在先前段落中描述的ASIC电路之外，ASIC还可包含微控制器以自主执行局部位于ASIC上的唤醒算法的一或多个初始阶段。如果关于手指是否存在的初始预测是肯定的，那么ASIC中的微控制器可通过中断机制与应用处理器通信并唤醒应用处理器的一部分或更多部分，以进行关于手指是否存在的中间或经增强确定。对于整个低功率操作，可能需要微控制器在请求和获得(enlisting)移动装置的应用处理器和其他组件的处理资源之前进行确定。在一些实施方案中，关于手指是否存在的中间和/或经增强确定可由应用处理器部分地通过接入并从较大组的传感器像素获取输出信号来执行，所述较大组的传感器像素可包含传感器的整个有源区域。如果已检测到手指的存在，那么可获取指纹图像信息并将其用于与候选用户的登记指纹信息和认证匹配，以及应用处理器的其它功能。

在又其它实施方案中，除了上文提到的微控制器和ASIC电路之外，ASIC还可包含超声波传感器像素阵列和用于扫描像素的相关电路，例如行驱动器和列门驱动器。在这些实施方案中，除了手指存在检测的功能和本文中所描述的其它功能之外，ASIC还可执行感测传感器像素输出信号的功能。

图2说明根据本发明的各方面的功率逐步唤醒机制。在图2中所示的示例性功率逐步唤醒机制中，在框202中，装置配置成以第一取样速率监测第一组区域，例如使用在图1A中所描述的低功率检测器配置。在一些实施方案中，第一取样速率可为5Hz、10Hz、20Hz、100Hz或其它取样速率，这取决于被监测的指纹图像的大小、分辨率、功耗和/或其它因素。在框204中，装置可经配置以估计指纹图像的第一组区域的第一度量水平。在一些实施方案中，第一度量水平是在压电接收器处从第一组区域接收的经反射声能的测量值。第一度量水平可用于指示是否已检测到物体或用户手指的初始预测。在其它实施方案中，其它度量和它们的相关度量水平可用于检测物体或用户手指，例如指纹特征(例如，脊线和谷线)、某些空间频率的存在与否、声阻抗等。

在框206中，装置可经配置以(例如)通过控制器104和/或传感器处理模块124确定第一度量水平是否超过第一阈值。如果第一度量水平超过第一阈值(206_是)，那么所述方法可移动到框208。可替代地，如果第一度量水平未超过第一阈值(206_否)，那么所述方法可移回到框202，其中重复监测指纹图像的第一组区域的第一度量水平的过程。

在框208中，装置可经配置以(例如)使用如图1A中所描述的中间级检测器配置以第二取样速率监测指纹图像的第二组区域。在一些实施方案中，第二取样速率可仅有一次，或呈取决于被监测的指纹图像的大小、分辨率、功耗和/或其它因素的频率。在一些实施方案中，第二取样速率可等于或快于第一取样速率。在框210中，装置可经配置以估计指纹图像的第二组区域的第二度量水平。在一些实施方案中，第二度量水平是在压电接收器处从第二组区域接收的经反射声能的测量值。第二度量水平可用于指示是否已检测到物体或用户手指的更精细预测。在其它实施例中，其它度量和它们的相关度量水平可用于检测物体或用户手指，例如指纹特征(如脊线和谷线)、某些空间频率的存在与否、声阻抗等。

在框212中，装置可经配置以(例如)通过控制器104和/或传感器处理模块124确定第二度量水平是否超过第二阈值。如果第二度量水平超过第二阈值(212_是)，那么所述方法移动到框214。可替代地，如果第二度量水平未超过第二阈值(212_否)，那么所述方法可移回到框202，其中重复监测指纹图像的第一组区域的第一度量水平的过程。

在一些实施例中，响应于第一度量水平超过第一阈值，可绕过框208、210和212，这通过从框206到框214的短划线指示。

在框214中，控制器104和/或传感器处理模块124可响应于第二度量水平超过第二阈值而确定是否已检测到用户手指，并响应于检测到用户手指而发送信号以启动装置。可替代地或另外，传感器处理模块124可进一步分析整个有源传感器区域的指纹图像以确定是否已检测到用户手指并响应于检测到用户手指而启动装置。

根据本发明的各方面，可从指纹图像的第三组区域收集取样数据。在一些示例性实施方案中，控制器104和/或传感器处理模块124可经配置以从指纹图像的第三组区域接收第三取样数据，使用第三取样数据确定用于指示关于手指是否存在的经增强预测的第三组区域的第三度量水平，并且基于第二度量水平和第三度量水平的组合而启动装置，其中第二组区域包含比第一组区域更多的像素，并且第三组区域包含比第二组区域更多的像素。在一个方法中，第三组区域可包含指纹图像的整个感测区域(例如，整个有源区域)，例如超声波传感器阵列的有源区域。例如，第一组区域可为270像素检测器配置，第二组可为1782像素检测器配置，并且第三组可为14,400像素检测器的整个有源区域。在此实施方案中，当270像素检测器配置、1782像素检测器配置和14,400像素检测器(整个有源区域)配置中的每一个超过阈值时，移动装置可脱离睡眠模式并被启用(例如，唤醒)。

图3说明根据本发明的各方面的图2的功率逐步唤醒机制的示例性实施方案。如图3所示，框302表示在图2的框202中所监测的示例性指纹图像。线304、306、308、310等表示以第一取样速率取样的指纹图像的第一组区域。如上文所提到，在此阶段中，例如270像素检测器配置的低功率检测器配置、控制器104和/或传感器处理模块124可用于估计第一度量水平并比较第一度量水平与第一阈值，如图2的框202到206中所描述。

类似地，框312表示在图2的框208中所监测的指纹图像。集群314、316和318表示以第二取样速率取样的指纹图像的第二组区域。在此阶段中，例如1782像素检测器配置的中间级检测器配置、控制器104和/或传感器处理模块124可用于估计第二度量水平并比较第二度量水平与第二阈值，如图2的框208到212中所描述。

在第二度量水平超过第二阈值的情况中，可检测到用户手指的存在，并且可通过控制器104和/或传感器子系统106的传感器处理模块124发送信号以打开装置100。在装置100已经打开之后，框322表示所监测的指纹图像。在一些实施例中，响应于第一度量水平超过第一阈值，如图2的框202到206中所描述，可绕过框312，其通过从框302到框322的短划线指示。框324表示完全传感器检测器配置，例如14,400像素检测器配置，其可用于监测后续操作，例如装置100的后续使用。在一些实施方案中，14,400像素检测器配置表示指纹传感器的整个有源区域。在一些实施方案中，指纹传感器可用作主页按钮或装置100中的其它类型的按钮。

图4A说明根据本发明的各方面的用于执行图2的方法的各部分的随着时间推移的功耗的实例。在本实例中，在待用模式中，传感器子系统106所消耗的功率由标号402表示。消耗功率以便以第一取样速率获取第一组区域中的样本，从而估计能量水平和比较所估计能量水平与阈值。在此模式中，仅对较小组的指纹图像的像素进行取样，并且计算量可明显减少。这些因素均有助于减少待用模式中的功耗。

在时间406处，假设已经初步检测到手指，装置可持续执行功率逐步唤醒机制，如图2中所描述。标号404表示图2的框202到206所消耗的功率。假设第一度量水平超过第一阈值(图2中的206_是)，标号408表示框208到212所消耗的功率。如果在时间412处第二度量水平未超过第二阈值(即，检测到能量不足)，那么装置可恢复待用模式，这通过由标号402表示在时间412之后的功耗间隔来指示。

图4B说明根据本发明的各方面的用于执行图2的方法的各部分的随着时间推移的功耗的另一实例。在本实例中，在时间406之前的待用模式的情况类似于图4A的情况。

在时间406处，假设传感器可能已经感测到手指，装置可持续执行功率逐步唤醒机制，如图2中所描述。标号404表示图2的框202到206所消耗的功率。假设第一度量水平超过第一阈值(图2中的206_是)，标号410表示框208到212所消耗的功率。在此状况下，如果在时间412处第二度量水平超过第二阈值(即，检测到能量充足)，那么可检测到用户手指的存在并且可打开装置。标号414表示装置在打开之后的功耗。在启用装置之后，例如图3中所示的完全传感器检测器配置(324)的完全传感器检测器配置可经配置以支持后续操作，并且控制器104可经配置以控制完全传感器检测器配置。

图4C说明根据本发明的各方面的图2的功率逐步唤醒机制的示例性实施结果。在此示例性实施方案中，绘制触摸传感器的压板的手指的一千个数据点，从而示出了十个不同的手指触摸，其中每一手指触摸具有一百个数据点。每一数据点表示利用270像素检测器配置或1782像素检测器配置在手指处于传感器上的情况下计算出的度量水平(绘制点420和424)或在手指离开传感器的情况下计算出的度量水平(分别为绘制点422和426)。所使用的阈值(例如，第一阈值和第二阈值)是0.9972。如图4C中所示，绘制点420表示在手指处于传感器上的情况下的低功率270像素检测器配置的结果；绘制点424表示在手指处于传感器上的情况下的中间级1782像素检测器配置的结果；绘制点422表示在手指不处于传感器上的情况下的低功率270像素检测器配置的结果；以及绘制点426表示在手指不处于传感器上的情况下的中间级1782像素检测器配置的结果。当阈值为0.9972时，可以在手指处于传感器上和手指离开传感器之间清楚地区分出270像素检测器配置和1782像素检测器配置的度量水平，其中1782像素检测器配置显示出更小的变化和更高的分离度。

图5说明根据本发明的各方面的基于指纹图像的检测而启动装置的方法。如图5中所示，在框502中，所述方法可监测指纹图像的第一组区域的第一度量水平。在框504中，所述方法可响应于第一度量水平超过第一阈值而确定指纹图像的第二组区域的第二度量水平。在框506中，所述方法可基于指纹图像的第二组区域的第二度量水平而启动装置。在一些实施方案中，第二组区域可对应于传感器中的传感器像素的一部分。在一些实施方案中，第二组区域可对应于传感器的整个有源区域(例如，所有传感器像素)。任选地，所述方法可监测指纹图像的第三区域，并使用指纹图像的第三区域利用装置实施用户接口操作。第三区域可对应于第三组区域，其在一些实施方案中可为传感器的整个有源区域。

根据本发明的各方面，第一度量水平可对应于声能水平、声学负载水平、空间频率、互相关值、图像质量值或其某一组合中的至少一个。在一些实施方案中，可通过比较来自第一组区域中的一或多个传感器像素的输出信号与在超声波发射器关闭(例如，停用)的情况下所获取的背景或静态值并根据输出信号的差计算第一度量水平来确定声能水平。在一些实施方案中，可通过比较来自第一组区域中的一或多个传感器像素的输出信号与在超声波发射器开启(例如，启用)的情况下所获取的前景值并根据输出信号的差计算第一度量水平来确定声能水平。在耦合到超声波传感器的压板表面上是否存在手指影响接收信号的声能水平。在一些实施方案中，可通过比较来自第一组区域中的一或多个传感器像素的输出信号的统计量(例如，平均值、加权平均值、标准差等)与在超声波关闭的情况下所确定的背景统计量或在超声波发射器开启的情况下所确定的前景统计量来确定声学负载水平。手指存在与否影响声学负载水平。在一些实施方案中，可根据从第一组区域中的多个像素获取的输出信号通过对所获取输出信号执行快速傅里叶变换(FFT)来确定空间频率。例如，在每毫米一个到五个线对范围内，或更接近地在每毫米两个到三个线对范围内的空间频率可指示是否存在指纹脊线和谷线，从而指示是否存在手指。在一些实施方案中，可通过比较来自第一组区域中的一组一或多个像素的输出信号与第一组区域中的一个相邻组的一或多个像素来确定互相关值。手指不存在往往会导致在相邻像素或相邻组的一或多个像素之间检测到噪声和/或随机变化，但手指的存在可能会由于相对于压板定位的手指脊线和谷线或物体的其它纹理而使相邻像素或相邻组的一或多个像素之间出现显著的信号差。在一些实施方案中，可根据从第一组区域中的一或多个像素获取的输出信号来确定图像质量值。例如，图像质量值可对应于可表示手指脊线的区域和可表示手指谷线的区域之间的对比率。在另一实例中，图像质量值可对应于像素输出信号从一个像素到下一个像素或从一个像素群组到下一个像素群组的变化速率，从而指示良好的特征清晰度。

在一些实施方案中，超过一个度量水平可进行组合以形成复合度量水平，其可提供关于手指是否存在的更佳确定。在一些实施方案中，可以一种类似于第一度量水平的确定的方式确定第二度量水平。在一些实施方案中，第二度量水平可具有与第一度量水平类似的阈值；但在其它实施方案中，第二度量水平可具有更高的阈值。

根据本发明的各方面，第一组区域可对应于选自以下中的一个的传感器像素：一组线(例如，一组行)、一组部分线、一组列、一组部分列、一组块、一组子块、一组分离像素、连续线、连续部分线、连续列、连续部分列、连续块、连续子块、一组连续区域、一组不连续区域或其某一组合。第一组区域的中心可位于超声波传感器阵列的有源区域上。在一些实施方案中，第一组区域的中心可位于有源区域上，以优先检测定位于有源区域上方的手指和减少检测仅定位于有源区域边缘上方的手指。

在一些实施方案中，第二组区域可对应于选自以下中的一个的传感器像素：一组线(例如，一组行)、一组部分线、一组列、一组部分列、一组块、一组子块、一组分离的像素、连续线、连续部分线、连续列、连续部分列、连续框、连续子块、一组连续区域、一组不连续区域、整个有源区域或其某一组合。第二组区域的中心可位于超声波传感器阵列的有源区域上。第二组区域通常包含比第一组区域更多的像素。传感器像素的块或子块可包含矩形像素阵列，其中两个或更多个相邻像素在像素阵列内的第一方向上，并且两个或更多个相邻像素在垂直于第一方向的第二方向上。

图6A说明根据本发明的各方面的如图5的框502中所示的监测指纹图像的第一组区域的第一度量水平的方法。在图6A中所示的实例中，在框602中，所述方法可以第一取样速率接收指纹图像的第一组区域的第一取样数据。在一些实施方案中，第一取样速率可针对5Hz的取样速率为每秒五帧或部分帧。

在框604中，所述方法可使用第一取样数据确定用于指示关于手指是否存在的初始预测的第一度量水平。在任选的框606中，所述方法可响应于第一度量水平小于或等于第一阈值而监测指纹图像的第一组区域的第一度量水平。在一些实施方案中，指纹图像的第一组区域可包含沿着多个线布置的一组像素，其中所述像素组可包含270像素模式。270像素模式可包含每一个线具有54个像素的五个线，并且其中每一个线可包含每一线段具有18个像素的三个线段。

图6B说明根据本发明的各方面的如图5的框504中所示的确定指纹图像的第二组区域的第二度量水平的方法。如图6B中所示，在框612中，所述方法可以第二取样速率接收指纹图像的第二组区域的第二取样数据。第二取样速率可为一次的。在一些实施方案中，第二取样速率可仅有一次，或呈取决于被监测的指纹图像的大小、分辨率、功耗和/或其它因素的频率。在一些实施方案中，第二取样速率可等于或快于第一取样速率。在框614中，所述方法可使用第二取样数据确定用于指示关于手指是否存在的更精细预测的第二度量水平。在一些实施方案中，指纹图像的第二组区域可包含以多个集群形式布置的一组像素，其中所述像素组可包含1782像素模式。在一些实施方案中，1782像素模式可包含三个像素子块，其中每一子块的大小为18个像素乘33个像素。

图6C说明根据本发明的各方面的如图5的框506中所示的基于指纹图像的第二组区域的第二度量水平而启动装置的方法。在图6C的实施例中，在框622中，所述方法可响应于第二度量水平超过第二阈值而确定手指的存在。在框624中，所述方法可响应于确定手指的存在而启动装置。在任选的框626中，所述方法可响应于第二度量水平小于或等于第二阈值而监测指纹图像的第一组区域的第一度量水平。

图6D说明根据本发明的各方面的确定指纹图像的一组区域的度量水平的示例性方法。在图6D的实施例中，在框632中，所述方法可基于指纹图像存在而确定前景变化。在框634中，所述方法可执行指纹图像的第一组区域的背景估计。在框636中，所述方法可基于前景变化和指纹图像的第一组区域的背景估计之间的差而确定第一组区域的第一度量水平。

图6E说明根据本发明的各方面的确定指纹图像的一组区域的前景变化的示例性方法。在图6E的实施例中，在框642中，所述方法可接收第一组取样数据中的第一取样前景数据，其中利用呈启用状态(也被称作开启状态)的超声波发射器收集第一取样前景数据。在框644中，所述方法可接收第一组取样数据中的第二取样前景数据，其中利用呈停用状态(也被称作关闭状态)的超声波发射器收集第二取样前景数据。在框646中，所述方法可将指纹图像的所述区域组的前景变化计算为第一取样前景数据和第二取样前景数据之间的差。应注意，第一取样前景数据和第二取样前景数据之间的差可经配置以因为在手指/物体触摸或定位在超声波传感器的压电层附近时所引入的热电效应而减少信号。热电效应可因为某些材料(例如压电材料)在其加热或冷却时能够产生临时电压而产生。温度的变化稍微变化了原子在晶体结构内的位置，从而使材料的极化变化。这种极化变化在热电材料的表面上产生了表面电荷，并且横跨晶体产生了电压。如果温度保持在其新值不变，那么热电电压会因为电荷泄漏而逐步消失。所述泄漏可能是因为电子通过晶体移动、离子通过空气移动、电流通过横跨晶体附接的电压表而泄漏等等。通过减小或消除热电效应，可获得更精确的超声波信号。

图6F说明根据本发明的各方面的执行背景估计的示例性方法。在图6F的实施例中，在框652中，所述方法可根据当前温度相对于参考温度的变化而确定经更新获取时间延迟和经更新超声波发射器频率，初始背景估计和初始超声波发射器频率可根据所述参考温度确定。在框654中，所述方法可基于经更新获取时间延迟和经更新超声波发射器频率而获取背景图像信息。在框656中，所述方法可使用背景图像信息计算背景估计。

任选地或另外，所述方法可执行以下中的至少一个：基于所述区域组中的像素的自相关而减少背景噪声(框658)；通过去除取样数据中的静态值而减少传感器伪影(框660)；或其组合。在一个实施方案中，可在图3中所示的指纹图像中利用在水平方向上偏移或迟滞一个像素来执行所述区域组中的像素的自相关。

应注意，在图6D到图6F中所描述的方法可用于使用第一取样数据确定用于指示关于手指是否存在的初始预测的第一度量水平以及使用第二取样数据确定用于指示关于手指是否存在的更精细预测的第二度量水平。

图7说明根据本发明的各方面的可经配置以实施功率逐步唤醒机制的装置的示例性框图。可实施功率逐步唤醒机制的装置可包含图7中所示的移动装置700的一或多个特征。在某些实施例中，移动装置700可包含无线收发器721，所述无线收发器721能够通过无线天线722在无线通信网络上发射和接收无线信号723。无线收发器721可通过无线收发器总线接口720连接到总线701。在一些实施例中，无线收发器总线接口720可至少部分地与无线收发器721集成。一些实施例可包含多个无线收发器721和无线天线722，以根据对应的多个无线通信标准实现发射和/或接收信号，所述标准例如IEEE标准802.11的版本、CDMA、WCDMA、LTE、UMTS、GSM、AMPS、紫蜂和等。

移动装置700还可包含GPS接收器755，所述GPS接收器755能够通过GPS天线758接收和获取GPS信号759。GPS接收器755还可完全或部分地处理所获取GPS信号759以估计移动装置的位置。在一些实施例中，处理器711、存储器740、DSP 712和/或专用处理器(未示出)还可结合GPS接收器755用于完全或部分地处理所获取GPS信号，和/或计算移动装置700的估计位置。可在存储器740或寄存器(未示出)中执行GPS或其它信号的存储。

同样在图7中示出，移动装置700可包含：通过总线接口710连接到总线701的数字信号处理器(DSP)712、通过总线接口710连接到总线701的处理器711以及存储器740。总线接口710可与DSP 712、处理器711和存储器740集成。在各种实施例中，可响应于存储在存储器740中的一或多个机器可读指令的执行而执行功能，例如在计算机可读存储媒体上，例如RAM、ROM、闪存或磁盘驱动器(仅举几个实例)。一或多个指令可由处理器711、专用处理器或DSP 712执行。存储器740可包含非暂时性处理器可读存储器和/或计算机可读存储器，其存储可由处理器711和/或DSP 712执行以执行本文中所描述的功能的软件代码(编程代码、指令等)。在特定实施方案中，无线收发器721可通过总线701与处理器711和/或DSP 712通信以使得移动装置700能够被配置为无线站。处理器711和/或DSP 712可执行方法和功能，并且执行指令以执行结合图1到图6F和图8到图9B所论述的过程/方法的一或多个方面。

同样在图7中示出，用户接口735可包含若干个装置中的任一个，例如扬声器、麦克风、显示装置、振动装置、键盘、触摸屏等。被提供给用户的用户接口信号可为通过扬声器、麦克风、显示装置、振动装置、键盘、触摸屏等中的任一个提供的一或多个输出。在特定实施方案中，用户接口735可使得用户能够与驻留在移动装置700上的一或多个应用交互。例如，用户接口735的装置可在存储器740上存储模拟或数字信号以便响应于用户的动作而通过DSP 712或处理器711进行进一步处理。类似地，驻留在移动装置700上的应用可在存储器740上存储模拟或数字信号以向用户呈现输出信号。在另一个实施方案中，移动装置700可任选地包括专用音频输入/输出(I/O)装置770，其包括(例如)专用扬声器、麦克风、数/模电路、模/数电路、放大器和/或增益控制件。在另一个实施方案中，移动装置700可包含触摸传感器762，所述触摸传感器762对键盘或触摸屏装置上的触摸、压力或超声波信号作出响应。

移动装置700还可包含用于捕获静止或移动图像的专用相机装置764。专用相机装置764可包含(例如)成像传感器(例如，电荷耦合装置或CMOS成像器)、镜头、模/数电路、帧缓冲器等。在一个实施方案中，可在处理器711或DSP 712处执行表示所捕获图像的信号的额外处理、调节、编码或压缩。可替代地，专用视频处理器768可执行表示所捕获图像的信号的调节、编码、压缩或操控。另外，专用视频处理器768可对所存储图像数据进行解码/解压缩，以在移动装置700上的显示装置(未示出)上呈现。

移动装置700还可包含耦合到总线701的传感器760，所述传感器760可包含(例如)惯性传感器和环境传感器。传感器760的惯性传感器可包含(例如)加速度计(例如，在三个维度中共同地响应于移动装置700的加速)、一或多个陀螺仪或一或多个磁力计(例如，支持一或多个指南针应用)。移动装置700的环境传感器可包含(例如)温度传感器、气压传感器、环境光传感器以及相机成像器、麦克风(仅举几个实例)。传感器760可产生模拟或数字信号，所述模拟或数字信号可存储在存储器740中并由DPS或处理器711处理以支持一或多个应用，例如针对定位或导航操作的应用。

在特定实施方案中，移动装置700可包含能够对在无线收发器721或GPS接收器755处接收及下变频转换的信号执行基带处理的专用调制解调器处理器766。类似地，专用调制解调器处理器766可对将被上变频转换的信号执行基带处理以供无线收发器721发射。在替代性实施方案中，作为具有专用调制解调器处理器的替代，可通过处理器或DSP(例如，处理器711或DSP 712)执行基带处理。

图8A到8C说明根据本发明的各方面的超声波传感器的实例。如图8A中所示，超声波传感器10可在压板40下包含超声波发射器20和超声波接收器30。超声波发射器20可为压电发射器，其可产生超声波21(见图8B)。超声波接收器30可包含安置在衬底中或衬底中上的压电材料和像素电路阵列。在一些实施方案中，衬底可为玻璃、塑料或半导体衬底，例如硅衬底。在操作中，超声波发射器20可产生一或多个超声波，所述超声波通过超声波接收器30前进到压板40的暴露表面42。在压板40的暴露表面42处，超声波能量可被接触压板40的物体25(例如，具有指纹脊线28的皮肤)发射、吸收或散射，或被反射回去。在空气接触压板40的暴露表面42的那些位置(例如，在指纹脊线28之间的谷线27)中，大部分超声波将朝超声波接收器30被反射回去以用于检测(见图8C)。控制电子器件50可耦合到超声波发射器20和超声波接收器30，并且可供应使超声波发射器20产生一或多个超声波21的时序信号。控制电子器件50接着可从超声波接收器30接收指示经反射超声波能量23的信号。控制电子器件50可使用从超声波接收器30接收的输出信号来构建物体25的数字图像。在一些实施方案中，控制电子器件50还可随着时间推移对输出信号进行连续取样以检测物体25的存在情况和/或移动。

根据本发明的各方面，超声波发射器20可为平面波产生器，其包含大体上平面的压电发射器层。可根据所施加的信号，通过向压电层施加电压以使所述层膨胀或收缩而产生超声波，由此产生平面波。可通过第一发射器电极和第二发射器电极将电压施加到压电发射器层。以此方式，可通过经由压电效应变化层的厚度而产生超声波。此超声波朝向手指(或待检测的其它物体)前进，并传递通过压板40。未被待检测的物体吸收或发射的波的一部分可进行反射以便通过压板40传递回去并被超声波接收器30接收。第一和第二发射器电极可为金属化电极，例如，涂覆压电发射器层的相对侧的金属层。

超声波接收器30可包含：安置在衬底中或衬底上的像素电路阵列，其还可被称作晶片或底板；以及压电接收器层。在一些实施方案中，每一像素电路可包含一或多个硅或薄膜晶体管(TFT)元件、电互连迹线，并且在一些实施方案中，还包含一或多个额外电路元件，例如二极管、电容器等等。每一像素电路可经配置以将在接近像素电路的压电接收器层中产生的电荷转换成电信号。每一像素电路可包含像素输入电极，其将压电接收器层电耦合到像素电路。

在所说明的实施方案中，接收器偏压电极安置在压电接收器层接近压板40的一侧上。接收器偏压电极可为金属化电极，并且可接地或偏压以控制将哪些信号传递到硅或TFT传感器阵列。从压板40的暴露(顶部)表面42反射的超声波能量通过压电接收器层转换成局部化的电荷。这些局部化的电荷被像素输入电极收集，并且传递到下伏像素电路上。电荷可通过像素电路放大并被提供到控制电子器件，所述控制电子器件处理输出信号。图9A中示出了实例像素电路的简化示意图，但是所属领域的一般技术人员应了解，可预期对简化示意图中所示的实例像素电路的许多变化和修改。

控制电子器件50可电连接到第一发射器电极和第二发射器电极，以及接收器偏压电极和衬底中或衬底上的像素电路。控制电子器件50可大体上如先前相对于图8A到8C所论述而操作。

压板40可为可声学耦合到接收器的任何适当的材料，实例包含塑料、陶瓷、玻璃、蓝宝石、不锈钢、铝、金属、金属合金、聚碳酸酯、聚合材料或填充有金属的塑料。在一些实施方案中，压板40可为盖板，例如，用于显示装置或超声波传感器的防护玻璃罩或镜头玻璃。如果需要，可以通过相对厚(例如3mm及以上)的压板执行检测和成像。

可根据各种实施方案采用的压电材料的实例包含具有适当声学特性的压电聚合物，例如，声学阻抗在约2.5兆瑞利与5兆瑞利之间。可以采用的压电材料的特定实例包含铁电聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物。PVDF共聚物的实例包含60:40(摩尔百分比)的PVDF-TrFE、70:30的PVDF-TrFE、80:20的PVDF-TrFE和90:10的PVDR-TrFE。可以采用的压电材料的其它实例包含聚偏二氯乙烯(PVDC)均聚物和共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)均聚物和共聚物以及二异丙胺溴化物(DIPAB)。

压电发射器层和压电接收器层中的每一者的厚度可以选择成适合于产生和接收超声波。在一个实例中，PVDF压电发射器层的厚度可为大约28μm，且PVDF-TrFE接收器层的厚度可为大约12μm。超声波的实例频率在5MHz到30MHz的范围内，波长大约是四分之一毫米或更小。

图8A到8C示出了超声波传感器中的超声波发射器和接收器的实例布置，但其它布置也是可能的。例如，在一些实施方案中，超声波发射器20可在超声波接收器30上方，即，更接近检测物体。在一些实施方案中，压电接收器层可同时用作超声波发射器和超声波接收器。可用作超声波发射器或超声波接收器的压电层可被称作压电收发器层或单层发射器/接收器层。在一些实施方案中，超声波传感器可包含声学延迟层。例如，声学延迟层可在超声波发射器20与超声波接收器30之间并入到超声波传感器10内。声学延迟层可用于调整超声波脉冲时序，且同时使超声波接收器30与超声波发射器20电绝缘。延迟层可具有大体上均匀的厚度，其中用于延迟层的材料和/或延迟层的厚度被选择成提供在用于经反射超声波能量到达超声波接收器30的时间上的所要延迟。在这样做时，可使借助于已由物体反射而携带关于物体的信息的能量脉冲在从超声波传感器10的其它部分反射的能量不大可能到达超声波接收器30的时间范围期间到达超声波接收器30所在期间的时间范围。在一些实施方案中，硅或TFT衬底和/或压板40可用作声学延迟层。

图9A描绘超声波传感器的像素的4×4像素阵列。每一像素可(例如)与压电式传感器材料的局部区域、峰值检测二极管和读出晶体管相关联；许多或所有这些元件可形成于底板上或形成于底板中以形成像素电路。实际上，每一像素的压电式传感器材料的局部区域可以将接收到的超声波能量变换成电荷。峰值检测二极管可寄存由压电式传感器材料的局部区检测到的最大电荷量。接着可(例如)通过行选择机制、门驱动器或移位寄存器扫描像素阵列中的每一行，并且可触发每一列的读出晶体管以允许额外电路(例如，多路复用器和A/D转换器)能够读取每一像素的峰值电荷量值。像素电路可包含一或多个硅晶体管或TFT以允许像素的门控、定址和重置。

每一像素电路可提供关于由超声波传感器10检测到的物体的小部分的信息。尽管为方便说明起见，图9A中所示的实例具有相对粗略的分辨率，但是具有每英寸约500个像素或更高的分辨率的超声波传感器可配置有分层结构。超声波传感器10的检测区域可根据既定检测物体选择。例如，检测区域(例如，有源区域)可在针对单个手指的约5mm x 5mm到针对四个手指的约3英寸x3英寸的范围内。可视物体的需要而使用包含正方形、矩形和非矩形几何形状的较小和较大区域。

图9B示出了超声波传感器系统的高级框图的实例。所示出的许多元件可形成控制电子器件50的部分。传感器控制器可包含控制单元，所述控制单元经配置以控制传感器系统的各个方面，例如，超声波发射器时序和激励波形、用于超声波接收器和像素电路的偏压、像素定址、信号滤波和转换、读出帧速率等等。传感器控制器还可包含从超声波传感器电路像素阵列接收数据的数据处理器。数据处理器可将数字化数据转变为指纹的图像数据，或者将数据格式化以供进一步处理。

例如，控制单元可每隔一定间隔向发射器(Tx)驱动器发送Tx激励信号，以便使Tx驱动器激励超声波发射器并产生平面超声波。控制单元可通过接收器(Rx)偏压驱动器发送电平选择输入信号以便向接收器偏压电极加偏压，并且允许通过像素电路系统进行声学信号检测的门控。可使用多路分用器打开和关闭门驱动器，从而使传感器像素电路的特定行或列提供传感器输出信号。可通过电荷放大器、例如RC滤波器或抗混叠滤波器等滤波器和数字化器将来自像素的输出信号发送到数据处理器。应注意，系统的多个部分可包含在硅或TFT衬底上，并且其它部分可包含在相关集成电路(例如，ASIC)中。

根据本发明的各方面，超声波传感器可经配置以产生用于用户验证和认证的高分辨率指纹图像。在一些实施方案中，超声波指纹传感器可经配置以检测反射信号，所述反射信号与压板的外表面和手指脊线(组织)与谷线(空气)之间的差分声学阻抗成正比。例如，超声波的超声波能量的一部分可从传感器发射到脊线区域中的手指组织中，而超声波能量的其余部分朝传感器反射回去，而波的较小部分可发射到手指的谷线区域中的空气中，而超声波能量的其余部分反射回到传感器。本文中公开的校正衍射效应的方法可以增大整个信号和来自传感器的图像对比度。

应注意，至少以下三段、图1到图2、图5到图9和它们对应的描述提供：用于监测指纹图像的第一组区域的第一度量水平的装置；用于响应于第一度量水平超过第一阈值而确定指纹图像的第二组区域的第二度量水平的装置，其中第二组区域包含比第一组区域更多的像素；用于基于指纹图像的第二组区域的第二度量水平而启动装置的装置；用于以第一取样速率从指纹图像的第一组区域接收第一取样数据的装置；用于使用第一取样数据确定用于指示关于手指是否存在的初始预测的第一度量水平的装置；用于从指纹图像的第二组区域接收第二取样数据的装置；用于使用第二取样数据确定用于指示关于手指是否存在的更精细预测的第二度量水平的装置；用于响应于第二度量水平超过第二阈值而确定手指是否存在的装置；用于响应于手指的存在而启动装置的装置；用于基于指纹图像存在而确定前景变化的装置；用于执行指纹图像的第一组区域的背景估计的装置；以及用于基于前景变化和指纹图像的第一组区域的背景估计之间差而确定第一组区域的第一度量水平的装置。

可取决于根据特定实例的应用而通过各种装置实施本文中所描述的方法。例如，这些方法可在硬件、固件、软件或其任何组合中实施。例如，在硬件实施方案中，处理单元可实施于一或多个专用集成电路(“ASIC”)、数字信号处理器(“DSP”)、数字信号处理装置(“DSPD”)、可编程逻辑装置(“PLD”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子装置、经设计以执行本文中所描述的功能的其它装置单元或其组合内。

在针对特定的设备或专用计算装置或平台的存储器内存储的二进制数字信号的操作的算法或符号表示方面呈现本文中包含的详细描述的一些部分。在此特定说明书的上下文中，术语“特定设备”等等包含通用计算机(只要其经编程以依据来自程序软件的指令执行特定操作)。算法描述或符号表示是信号处理或相关领域的技术人员用来向所属领域的其它技术人员传达其工作的实质内容的技术的实例。在此算法一般被视为产生期望结果的操作或类似信号处理的自一致序列。在此上下文中，操作或处理涉及对物理量的物理操控。通常，尽管并非必须，但此类量可呈能够进行存储、传递、组合、比较或以其它方式操控的电或磁信号的形式。主要出于普遍使用的原因，有时将此类信号称为位、数据、值、元素、符号、字符、术语、数字、标号等等已证实为方便的。然而，应理解，所有这些或类似术语应与适当物理量相关联且仅为方便的标记。除非另外具体陈述，否则如根据本文中的论述将清楚，应了解贯穿本说明书利用例如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”等的术语的论述是指特定设备的动作或过程，所述特定设备例如专用计算机、专用计算设备或类似的专用电子计算装置。因此，在本说明书的上下文中，专用计算机或类似的专用电子计算装置能够操控或变换信号，所述信号通常表示为在专用计算机或类似的专用电子计算装置的存储器、寄存器或其它信息存储装置、发射装置或显示装置内的物理电子或磁性量。

本文中所描述的无线通信技术可结合各种无线通信网络，例如无线广域网(“WWAN”)、无线局域网(“WLAN”)、无线个域网(WPAN)等等。本文中可互换使用术语“网络”与“系统”。WWAN可为码分多址(“CDMA”)网络、时分多址(“TDMA”)网络、频分多址(“FDMA”)网络、正交频分多址(“OFDMA”)网络、单载波频分多址(“SC-FDMA”)网络或以上网络的任何组合等等。CDMA网络可实施一或多个无线电接入技术(“RAT”)，例如cdma2000、宽带CDMA(“W-CDMA”)(仅列举一些无线电技术)。此处，cdma2000可包含根据IS-95、IS-2000和IS-856标准实施的技术。TDMA网络可实施全球移动通信系统(“GSM”)、数字高级移动电话系统(“D-AMPS”)，或一些其它RAT。GSM和W-CDMA描述于来自名称为“第三代合作伙伴计划”(“3GPP”)的协会的文档中。Cdma2000描述于来自名称为“第三代合作伙伴计划2”(“3GPP2”)的协会的文档中。3GPP和3GPP2文献可公开获得。在一方面，4G长期演进(“LTE”)通信网络也可根据所要求的主题来实施。例如，WLAN可包含IEEE802.11x网络，且WPAN可包含蓝牙网络、IEEE802.15x。本文中所描述的无线通信实施方案也可与WWAN、WLAN或WPAN的任何组合结合使用。

在另一方面中，如先前所提到，无线发射器或接入点可包含用于将蜂窝式电话服务延伸到企业或家庭中的毫微微小区。在此实施方案中，一或多个移动装置可通过(例如)码分多址(“CDMA”)蜂窝式通信协议与毫微微小区通信，且毫微微小区可向移动装置提供借助于例如因特网等另一宽带网络的对较大蜂窝式电信网络的接入。

如本文中所使用的术语“和”和“或”可包含多种含义，这将至少部分取决于使用所述术语的上下文。通常，“或”如果用于关联列表，例如A、B或C，那么意在表示A、B及C(此处是在包含性意义上使用)，以及A、B或C(此处是在排他性意义上使用)。贯穿本说明书对“一个实例”或“实例”的参考意味着结合实例描述的特定特征、结构或特性包含在所要求的主题的至少一个实例中。因此，短语“在一个实例中”或“实例”出现在整个本说明书中各个位置不一定全都参考同一实例。此外，可在一或多个实例中组合所述特定特征、结构或特性。本文中所描述的实例可包含使用数字信号操作的机器、装置、引擎或设备。此类信号可包含电子信号、光信号、电磁信号或提供位置之间的信息的任何形式的能量。

虽然已图解说明且描述当前视为实例特征的内容，但所属领域的技术人员应理解，在不脱离所要求的主题的情况下可做出各种其它修改并且可用等效物替代。另外，在不脱离本文中描述的中心概念的情况下，可进行许多修改以使特定情形适合于所要求的主题的教示。因此，希望所要求的主题不限于所公开的特定实例，而是此类所要求的主题还可包含落入所附权利要求书和其等效物的范围内的所有方面。