專利名稱：指紋圖像攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種指紋圖像攝像裝置，特別是涉及這樣一種指紋圖像攝像裝置，該指紋圖像攝像裝置不論指紋的皮膚表面的濕氣的狀態(tài)如何，即使在指紋的凹凸不清晰的場(chǎng)合，也可獲得穩(wěn)定的指紋圖像。
背景技術(shù)：
在過(guò)去的指紋圖像攝像裝置中，在指尖部分的指紋部分非接觸的狀態(tài)下保持手指，從指尖部分的指甲側(cè)(背側(cè))照射光，檢測(cè)透過(guò)手指內(nèi)部的光。透過(guò)指尖部分的光的透射系數(shù)在指紋的凸部較低，在凹部較高，所以，可獲得指紋的凸部較暗、凹部較明亮的圖像(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
(專利文獻(xiàn)1)日本特開(kāi)2003-85538號(hào)公報(bào)(第3～4頁(yè)、圖1～4)過(guò)去的指紋圖像攝像裝置如以上那樣構(gòu)成，不論指紋的皮膚表面的濕氣的狀態(tài)如何，即使在指紋的凹凸不清晰的場(chǎng)合，也可獲得穩(wěn)定的指紋圖像，但有時(shí)存在明度部分地飽和或過(guò)暗、不能辯認(rèn)與指紋的凹凸對(duì)應(yīng)的明暗的對(duì)比度的部分，有時(shí)不太能獲得正確的指紋信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種指紋圖像裝置，該指紋圖像裝置可獲得在包含作為指紋圖像的主要部分的、個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍中明度適當(dāng)、能夠辯認(rèn)明暗的對(duì)比度的指紋圖像。
本發(fā)明的指紋圖像攝像裝置具有光源、攝像單元、及光學(xué)系；該光源以具有成為攝像對(duì)象的指紋的指尖部分作為被檢測(cè)物，在上述被檢測(cè)物上照射可透過(guò)其的光；該攝像單元對(duì)透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自上述光源的光進(jìn)行攝像，獲得上述指紋的凸部較暗、凹部較明亮的指紋圖像；該光學(xué)系將透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自上述光源的光成像到上述攝像單元；來(lái)自上述光源的光照射到大體指甲以外的部分，其照射中心在上述指尖部分的存在指甲的面的、寬度方向的大體中心線上，而且相對(duì)上述指甲的生長(zhǎng)邊緣處于與上述指甲部分相反側(cè)。
按照本發(fā)明的指紋圖像攝像裝置，以具有成為攝像對(duì)象的指紋的指尖部分作為被檢測(cè)物，在上述被檢測(cè)物上照射可透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自光源的光，由光學(xué)系將透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自上述光源的光成像到攝像單元，由攝像單元對(duì)透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自上述光源的光進(jìn)行攝像，獲得上述指紋的凸部較暗、凹部較明亮的指紋圖像；所以，不論指紋的皮膚表面的濕氣的狀態(tài)如何，即使在指紋的凹凸不清晰的場(chǎng)合，也可獲得穩(wěn)定的指紋圖像。
而且，可透過(guò)上述被檢測(cè)物的光照射到大體指甲以外的部分，其照射中心在上述指尖部分的存在指甲的面的、寬度方向的大體中心線上，而且相對(duì)上述指甲的生長(zhǎng)邊緣處于與上述指甲部分相反側(cè)，所以，可獲得在包含作為主要部分的個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍中明度適當(dāng)、能夠辯認(rèn)明暗的對(duì)比度的指紋圖像。
因此，可獲得更正確的指紋信息。


圖1為示出本發(fā)明實(shí)施形式1的指紋圖像攝像裝置的整體構(gòu)成的側(cè)面圖。
圖2涉及本發(fā)明的實(shí)施形式1，為示出從腹側(cè)觀看到的指尖部分近旁的狀態(tài)的下面圖。
圖3涉及本發(fā)明的實(shí)施形式1，為示出由CCD攝像獲得的指紋圖像的圖。
圖4涉及本發(fā)明的實(shí)施形式1，為示出由CCD攝像獲得的指紋圖像的圖。
圖5涉及本發(fā)明的實(shí)施形式1，為示出由CCD攝像獲得的指紋圖像的圖。
圖6涉及本發(fā)明的實(shí)施形式1，為示出由CCD攝像獲得的指紋圖像的圖。
圖7涉及本發(fā)明的實(shí)施形式1，為示出指尖部分的背側(cè)的光照射點(diǎn)A～D的圖。
圖8涉及本發(fā)明的實(shí)施形式1，為說(shuō)明照射區(qū)域的圖。
圖9為示出本發(fā)明實(shí)施形式1的指紋圖像攝像裝置的另一整體構(gòu)成的側(cè)面圖。
圖10為示出本發(fā)明實(shí)施形式1的指紋圖像攝像裝置的要部的另一構(gòu)成的側(cè)面圖。
圖11為示出本發(fā)明實(shí)施形式1的指紋圖像攝像裝置的要部的再另一構(gòu)成的側(cè)面圖。
圖12為示出本發(fā)明實(shí)施形式2的指紋圖像攝像裝置的整體構(gòu)成的側(cè)面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)在以具有成為攝像對(duì)象的指紋的指尖部分作為被檢測(cè)物，在上述被檢測(cè)物上照射可透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自光源的光，由光學(xué)系將透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自上述光源的光成像到攝像單元，由攝像單元對(duì)透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自上述光源的光進(jìn)行攝像，獲得上述指紋的凸部較暗、凹部較明亮的指紋圖像時(shí)，照射上述光的位置對(duì)指紋圖像的明暗產(chǎn)生影響。主要是當(dāng)照射到指甲時(shí)，指甲前側(cè)飽和，根部側(cè)變暗，當(dāng)照射到指甲的生長(zhǎng)邊緣附近的大體指甲以外的部分時(shí)，指紋圖像的整體的明暗變得平緩，當(dāng)照射到第1關(guān)節(jié)附近時(shí)，根部側(cè)變得明亮，指甲尖側(cè)變暗。
發(fā)明者推測(cè)，可能是骨頭成為第2光源，碰到骨頭的光按寬的角度散射，可按較均勻的強(qiáng)度透過(guò)指尖部分直到指紋部分，但指尖的骨頭僅到指甲的途中，所以，如來(lái)自光源的光主要碰到指甲，則不碰到骨頭的光直接透過(guò)，明暗變強(qiáng)烈。
這樣，通過(guò)照射指甲的生長(zhǎng)邊緣附近的大體指甲以外的部分，從而可對(duì)明暗緩和的指紋圖像進(jìn)行攝像，可對(duì)包含作為主要部分的個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍的明度的優(yōu)化作出貢獻(xiàn)。
本發(fā)明所說(shuō)的包含個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍例如指包含從手指的第1關(guān)節(jié)到指尖的區(qū)域，或第1關(guān)節(jié)也包含在內(nèi)的區(qū)域，或包含手指的側(cè)面的指紋的區(qū)域等。
實(shí)施形式1圖1和圖2為用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施形式1的指紋圖像攝像裝置的圖，更為具體地說(shuō)，圖1為示出指紋圖像攝像裝置的整體構(gòu)成的側(cè)面圖，圖2為示出從攝像單元側(cè)(腹側(cè))觀看到的指尖部分近旁的狀態(tài)的下面圖。
本實(shí)施形式的指紋圖像攝像裝置具有光源3、攝像單元5、光學(xué)系4、及信號(hào)處理部分6；該光源3以具有成為攝像對(duì)象的指紋11的指尖部分1作為被檢測(cè)物，可透過(guò)指尖部分1的光30照射到大體指甲12以外的部分，其照射中心在指尖部分1的存在指甲12的面的寬度方向大體中心線上，而且相對(duì)指甲12的生長(zhǎng)邊緣處于與指甲12部分的相反側(cè)；該攝像單元5對(duì)透過(guò)被檢測(cè)物1的來(lái)自光源3的光30進(jìn)行攝像，獲得指紋11的凸部較暗、凹部較明亮的與指紋11對(duì)應(yīng)的指紋圖像；該光學(xué)系4將透過(guò)被檢測(cè)物1的來(lái)自光源3的光成像到攝像單元5；該信號(hào)處理部分6對(duì)從攝像單元5輸出的指紋圖像進(jìn)行圖像處理，獲得指紋信息，同時(shí)，根據(jù)該指紋信息識(shí)別個(gè)人。
另外，還具有通過(guò)調(diào)整光的照射條件(亮度、照射區(qū)域16)和攝像單元5(攝像元件52)的增益的至少一方而調(diào)整圖像的明度的單元(明度判定部分66、光源驅(qū)動(dòng)電路32、增益調(diào)整電路55)和重疊或部分粘合關(guān)于同一上述被檢測(cè)物的明度不同的多個(gè)指紋圖像的單元(圖像處理部分62)。
在本實(shí)施形式中，具有可保持指尖部分1的被檢測(cè)物保持部分(在圖1中，示出可在成為攝像對(duì)象的指紋11的表面非接觸的狀態(tài)下保持指尖部分1的帶開(kāi)口的被檢測(cè)物保持部分)2。帶開(kāi)口的被檢測(cè)物保持部分2的開(kāi)口部分包含作為由攝像單元5攝像的范圍的觀察面100地設(shè)置。
作為被檢測(cè)物的指尖部分1在其腹側(cè)具有成為攝像對(duì)象的指紋11，指紋11具有由凸部(山部)和凹部(谷部)構(gòu)成的凹凸圖案。在本發(fā)明中，指尖部分1不僅表示手指的前端部分，當(dāng)然也表示從手指的前端部分到第1關(guān)節(jié)或第2關(guān)節(jié)附近。
使光從指尖部分1的作為與指紋11的相反側(cè)的背側(cè)(指甲側(cè))向腹側(cè)(指紋側(cè))行進(jìn)地設(shè)置將可透過(guò)指尖部分1的光30照射到指尖部分1的光源3。作為光源3，使用出射這樣的投射光的光源，該投射光為主波長(zhǎng)為紅色光～近紅外光區(qū)域的光，即，處于紅色光～近紅外光區(qū)域的任一波長(zhǎng)(單色)的投射光，由紅色光～近紅外光區(qū)域的光混合而成的投射光，或作為主波長(zhǎng)包含紅色光～近紅外光區(qū)域的光(單色的場(chǎng)合和混合的場(chǎng)合都存在)，該光源3例如使用激光器、發(fā)光二極管、燈光源。紅色光～近紅外光區(qū)域的光由于相對(duì)作為被檢測(cè)物的生物的光的透射系數(shù)高，可較好地使用，但主波長(zhǎng)為600nm～1400nm的范圍的光更理想。另外，血管中的血紅蛋白的光吸收特性在660nm前后最小，所以，為了降低血管對(duì)指紋圖像的影響，主波長(zhǎng)630nm～780nm的區(qū)域的光更理想。
另外，也可不受到來(lái)自外部的光的影響地由遮光體覆蓋指尖部分1和光源3。
光源3由大于等于1個(gè)的例如激光器、發(fā)光二極管、燈光源構(gòu)成，可同時(shí)僅使任意的數(shù)量亮燈。由帶開(kāi)口的被檢測(cè)物保持部分2保持指尖部分1，當(dāng)觀察面100處在收容于帶開(kāi)口的被檢測(cè)物保持部分2的開(kāi)口內(nèi)的位置時(shí)照射預(yù)定的區(qū)域16地配置。另外，由光源驅(qū)動(dòng)電路32控制亮燈的元件，從而可控制照射到被檢測(cè)物1的光30的照射條件(亮度和照射區(qū)域16)。例如，在光源3由多個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成的場(chǎng)合，由各元件或可照射同一位置(區(qū)域)地構(gòu)成的元件的小組照射指尖部分1的不同位置(區(qū)域)地設(shè)置，可相應(yīng)于希望照射的位置(區(qū)域)改變亮燈的元件地控制，或者，在光源3不具有多個(gè)發(fā)光元件而具有單數(shù)的場(chǎng)合，設(shè)置驅(qū)動(dòng)部分，使其移動(dòng)到希望照射的位置(區(qū)域)地控制。
控制照射區(qū)域16包含位置控制和區(qū)域大小控制兩者。
另外，本實(shí)施形式的指紋圖像攝像裝置具有將被檢測(cè)物1的定位用的標(biāo)記光31照射到指尖部分1的標(biāo)記光源33。
標(biāo)記光源33設(shè)置成在作為被檢測(cè)物的指尖部分1載置于帶開(kāi)口的被檢測(cè)物保持部分2而覆蓋開(kāi)口部分時(shí)，標(biāo)記光31不入射到攝像元件52，在不將指尖部分1載置于帶開(kāi)口的被檢測(cè)物保持部分2的狀態(tài)下，標(biāo)記光31入射到攝像元件52。
另外，當(dāng)使被檢測(cè)物1移動(dòng)以在被檢測(cè)物(指尖部分)1的預(yù)定位置照射標(biāo)記光31時(shí)，可將被檢測(cè)物1配置到將來(lái)自光源3的光照射到照射區(qū)域16的位置。
標(biāo)記光源33雖然也可與光源3共用，但作為標(biāo)記光31，也可從別的光源在1～多個(gè)部位投影例如箭頭、或沿指甲皮那樣的曲線，或其它人可解讀、有助于理解手指放置位置的那樣的意義的圖案。
另外，標(biāo)記光31的波長(zhǎng)不僅為紅色光～近紅外光區(qū)域，只要為使用者可看見(jiàn)的可視光即可。
光學(xué)系4將透過(guò)指尖部分1的指紋11凸部的來(lái)自光源3的光和透過(guò)指紋11的凹部的來(lái)自光源3的光成像到攝像元件52。在本實(shí)施形式中，光學(xué)系4在來(lái)自指尖部分1的透射光最先通過(guò)的位置設(shè)置透鏡41，在透鏡41之后的、透射光通過(guò)而且在物體側(cè)(被檢測(cè)物1側(cè))成遠(yuǎn)心那樣的位置設(shè)置光闌42。
為了獲得更明確的指紋圖像，也可使透鏡41主要具有遠(yuǎn)心的效果，另外，在光通過(guò)光闌42后通過(guò)的位置設(shè)置主要用于成像的透鏡，另外，還設(shè)置具有消除圖像畸變的效果的透鏡，構(gòu)成包括多個(gè)透鏡的光學(xué)系。
指尖部分1的腹側(cè)即成為攝像對(duì)象的指紋11的表面由曲面構(gòu)成，指紋11與攝像元件52的距離隨觀察面100內(nèi)的部位而不同，所以，對(duì)于某些部位，有時(shí)發(fā)生對(duì)焦模糊或倍率的不同導(dǎo)致的圖像的畸變。因此，通過(guò)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)觀察面100的全面地增大焦點(diǎn)深度，在物體側(cè)采用遠(yuǎn)心的光學(xué)系，從而不受到對(duì)焦模糊或倍率變動(dòng)產(chǎn)生的影響，可獲得進(jìn)一步提高了對(duì)比度的指紋圖像。
由攝像單元5(以下有時(shí)也稱攝像系5)，可對(duì)使透過(guò)指尖部分1的內(nèi)部組織的具有強(qiáng)度分布的光在光學(xué)系4成像而獲得的圖像進(jìn)行攝像，獲得與指紋對(duì)應(yīng)的指紋圖像。攝像單元5具有作為波長(zhǎng)選擇單元的波長(zhǎng)選擇元件51、攝像元件52、及將來(lái)自攝像元件52的電信號(hào)變換成圖像電信號(hào)的圖像輸出電路53。
波長(zhǎng)選擇元件51(波長(zhǎng)選擇單元)用于選擇地僅使具有與光源3相同程度的波長(zhǎng)的光(紅色光～近紅外光區(qū)域的光)透射，作為波長(zhǎng)選擇元件51，可使用例如干涉濾波器、濾波器玻璃、塑料濾波器。來(lái)自波長(zhǎng)選擇元件51的輸出光信號(hào)在攝像元件52成像。
在圖1中，將波長(zhǎng)選擇元件51設(shè)于光闌42與攝像元件52之間，但波長(zhǎng)選擇元件51設(shè)置于透鏡41與指尖部分1之間、透鏡41由多片構(gòu)成的場(chǎng)合的透鏡與透鏡之間、透鏡41與光闌42之間的哪一個(gè)位置都可。另外，也可使用具有波長(zhǎng)選擇功能的透鏡41或攝像元件52。
攝像元件52例如為CCD(電荷成像元件)、CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化膜半導(dǎo)體)圖像傳感器等2維固體攝像元件或攝像管等。攝像元件52可使用對(duì)通過(guò)指尖部分1、透過(guò)指尖部分1的內(nèi)部組織的光具有感光度的元件，即對(duì)紅色光～近紅外光區(qū)域的光具有感光度的元件。使攝像單元5不接受來(lái)自指尖部分1的光以外的光地受到遮光。另外，設(shè)置有調(diào)整攝像元件52的增益的增益調(diào)整電路55。
信號(hào)處理部分6具有接收來(lái)自圖像輸出電路53的信號(hào)的圖像取入部分61，處理來(lái)自圖像取入部分61的信號(hào)、進(jìn)行2值化或細(xì)線化等的圖像處理部分62，接收來(lái)自圖像處理部分62的信號(hào)、將其作為登錄圖像保存的指紋數(shù)據(jù)保存部分63，及對(duì)照來(lái)自圖像處理部分62的圖像與來(lái)自指紋數(shù)據(jù)保存部分63的圖像、進(jìn)行個(gè)人識(shí)別的個(gè)人識(shí)別部分64，對(duì)從圖像輸出電路53輸出的指紋圖像進(jìn)行圖像處理，獲得指紋信息，同時(shí)，根據(jù)該指紋信息識(shí)別個(gè)人。
另外，信號(hào)處理部分6具有手指存在判定部分65，該手指存在判定部分65可對(duì)來(lái)自圖像取入部分61的信號(hào)進(jìn)行處理，判定該信號(hào)是否在預(yù)定的閾值的范圍內(nèi)，從而判定是否存在手指，將信號(hào)送到光源驅(qū)動(dòng)電路32。
另外，圖像取入部分61具有一時(shí)存儲(chǔ)取入的指紋圖像的功能。
另外，信號(hào)處理部分6具有明度判定部分66，該明度判定部分66判定由圖像取入部分61取入的指紋圖像的明度是否處于預(yù)定的閾值的范圍內(nèi)，根據(jù)判定結(jié)果將信號(hào)送到光源驅(qū)動(dòng)電路32和增益調(diào)整電路55的至少一方，調(diào)整照射指尖部分1的來(lái)自光源3的光30的照射條件(強(qiáng)度和照射區(qū)域16)和攝像元件52的增益的至少一方。即，在明度判定部分66中，可判定這樣的區(qū)域的圖像明度，該區(qū)域?yàn)橹讣y圖像整個(gè)區(qū)域，或可獲得個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的整個(gè)范圍，或抽取上述區(qū)域的一部分獲得的區(qū)域，或分割的區(qū)域。
另外，在對(duì)于相同的被檢測(cè)物使照射條件和攝像單元的增益的至少一方不同地進(jìn)行多張攝像的場(chǎng)合，雖然也可對(duì)于每次攝像由明度判定部分66重新判定圖像的明度，但也可例如由1次的判定對(duì)多個(gè)區(qū)域的明度進(jìn)行判定，保存其結(jié)果，第2次以后，不是再一次進(jìn)行明度判定，而是根據(jù)保存的結(jié)果調(diào)整圖像的明度，使得判定的各區(qū)域變得適當(dāng)。
另外，圖像處理部分62除了上述2值化或細(xì)線化等處理外，還具有這樣的功能，即，重疊或部分地粘合使光30對(duì)被檢測(cè)物1的照射條件和攝像單元(攝像元件52)的增益的至少一方不同地?cái)z像的多個(gè)指紋圖像。
信號(hào)處理部分6具有的各部分不需要全部設(shè)于信號(hào)處理部分6，例如也可將圖像輸出電路53連接于個(gè)人計(jì)算機(jī)，使其具有一部分，另外，在例如雖然保存指紋數(shù)據(jù)但不進(jìn)行個(gè)人識(shí)別的場(chǎng)合等，也可省略個(gè)人識(shí)別部分64。
下面，根據(jù)圖3～圖7說(shuō)明來(lái)自光源3的光30的照射區(qū)域(位置)與獲得的指紋圖像的明度的關(guān)系。
圖3～圖6為示出光(激光)30按點(diǎn)的形式照射到圖7的各點(diǎn)A～D時(shí)由CCD攝像獲得的指紋圖像的圖，圖3示出將激光30照射到圖7的點(diǎn)A時(shí)的指紋圖像，圖4示出將激光30照射到圖7的點(diǎn)B時(shí)的指紋圖像，圖5示出將激光30照射到圖7的點(diǎn)C時(shí)的指紋圖像，圖6示出將激光30照射到圖7的點(diǎn)D時(shí)的指紋圖像。在圖3～圖6中，朝著圖，右側(cè)為指甲尖側(cè)(指尖部分1的前端側(cè))。圖7為示出光在指尖部分1的背側(cè)的照射點(diǎn)A～D的圖。
在圖3中，在指紋圖像整個(gè)面的亮度大體均勻，但圖4中的接近照射區(qū)域16(點(diǎn)B)的指甲尖側(cè)(指尖部分的前端側(cè))飽和，圖5中遠(yuǎn)離照射區(qū)域16(點(diǎn)C)的指甲尖側(cè)變暗。另外，就指尖部分1的寬度方向而言，由圖6可知，接近照射區(qū)域16(點(diǎn)D)的部分飽和，相反側(cè)變暗。
根據(jù)這些結(jié)果可知，為了在包含個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍的大體整個(gè)面獲得亮度大體均勻的指紋圖像，最好照射到大體指甲12以外的部分，圖7的A點(diǎn)即照射中心在指尖部分1的、指甲12存在的面的寬度方向的大體中心線上，而且相對(duì)指甲12的生長(zhǎng)邊緣處于與指甲12部分相反側(cè)。
作為更具體的照射區(qū)域16，例如可列舉出圖7的A點(diǎn)(點(diǎn)區(qū)域)、圖8所示第1照射區(qū)域161、第2照射區(qū)域162、第3照射區(qū)域163等。
第1照射區(qū)域161為這樣的區(qū)域，即，在縱向上從指甲邊緣的點(diǎn)P朝根部方向到第1關(guān)節(jié)，寬度不超過(guò)指尖部分1的寬度，縱向的中心處于從指甲邊緣的點(diǎn)P到第1關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度的大體1/2左右的位置。
第2照射區(qū)域162為這樣的區(qū)域，即，在縱向上，根部側(cè)端部處于從指甲邊緣的點(diǎn)P到第1關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度的大體3/4左右的位置，前端側(cè)端部處于比指甲邊緣的點(diǎn)P多少更靠前端一些的位置，寬度為指寬的大體1/3，縱向中心處于從指甲邊緣的點(diǎn)P到第1關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度的大體1/3左右的位置。
第3照射區(qū)域163為這樣的區(qū)域，即，在縱向上，根部側(cè)端部處于從指甲邊緣的點(diǎn)P到第1關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度的大體1/5左右的位置，前端側(cè)端部處于比指甲邊緣的點(diǎn)P多少更靠前端一些的位置，寬度為指寬的大體1/5，縱向中心處于從指甲邊緣的點(diǎn)P到第1關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度的大體1/10左右的位置。
縱向的前端側(cè)端部最好與指甲邊緣的點(diǎn)P一致，但也可多少處于指甲12內(nèi)一些。如設(shè)從指甲邊緣的點(diǎn)P到指尖部分1的前端部的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則縱向的前端側(cè)端部最好處于從指甲邊緣的點(diǎn)P到長(zhǎng)度L的大體1/3左右的位置，更理想的的情形為到大體1/4左右的位置，如為到達(dá)上指甲皮(與指甲根上的軟皮相當(dāng)?shù)牟糠?的程度，則更理想。
照射區(qū)域16的形狀可列舉出與上述區(qū)域內(nèi)接的橢圓形、矩形等。
另外，在生物的血液中，近紅外光的透射系數(shù)低，所以，在從攝像單元5輸出的指紋圖像中，將指尖部分1內(nèi)部的血管的圖案與指紋11的凹凸圖案重疊，明度下降，有時(shí)成為對(duì)比度下降的原因。在可見(jiàn)到比其它部分暗得非常多的部分的場(chǎng)合，為了使該部分變得明亮，也可使明暗變得強(qiáng)烈地?cái)z像。例如，在指尖部分1的指甲尖側(cè)的部分的圖像明度低的場(chǎng)合，如特意地使來(lái)自光源3的光30進(jìn)入指甲12地照射，根據(jù)需要對(duì)亮度或攝像元件的增益也進(jìn)行調(diào)整，使指尖部分1指甲尖側(cè)圖像的明度較低的部分的明度變得適當(dāng)?shù)財(cái)z像，則可提高上述明度較低的部分的對(duì)比度。這樣，通過(guò)使光30在指尖部分1的照射區(qū)域(位置)移動(dòng)，從而可控制明暗，實(shí)現(xiàn)局部的對(duì)比度的提高。
下面，說(shuō)明動(dòng)作。
首先，按容易看到標(biāo)記光31的光量亮燈，由攝像元件52按預(yù)定的間隔攝像。
如使標(biāo)記光31照射到預(yù)定位置地移動(dòng)指尖部分1，指尖部分1遮住光源31，則由攝像元件攝像的標(biāo)記光31被擋住，所以，由攝像元件52獲得的圖像的某一范圍小于等于一定的亮度。由攝像元件52獲得的圖像由信號(hào)處理部分6的圖像取入部分61從圖像輸出電路53取入到信號(hào)處理部分6。然后，從圖像取入部分61送到手指存在判定部分65，如標(biāo)記光31由指尖部分1遮住的攝像元件52(由攝像元件52獲得的圖像)上的預(yù)定的范圍的亮度在預(yù)定的閾值的范圍，則判定指尖部分1存在于攝像元件52的攝像范圍。
另外，由于同時(shí)使標(biāo)記光31照射到指尖部分1的最佳位置地一邊由使用者用眼確認(rèn)一邊使指尖部分1移動(dòng)，所以，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)光源3的光30在指尖部分1的照射位置最佳化獲得的明暗的最佳化、照射光量相對(duì)圖像亮度的高效率化。
在手指存在判定部分65中，當(dāng)判定指尖部分1存在于攝像元件52的攝像范圍時(shí)，為了投射可透過(guò)指尖部分1的光30，將信號(hào)送到光源驅(qū)動(dòng)電路32，使來(lái)自光源3的光30成為預(yù)定的亮度地調(diào)整亮燈的元件的個(gè)數(shù)和每個(gè)元件的亮度，使光源3亮燈。當(dāng)光源3亮燈時(shí)，標(biāo)記光源33可熄燈，也可保持亮燈。
照射到指尖部分1的背面(與指紋11相反側(cè)原面)的光30透過(guò)手指內(nèi)部、到達(dá)指紋11。指尖部分1腹側(cè)的表面附近的內(nèi)部組織具有與表面的指紋11的凹凸對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)分布，與指紋的凸部對(duì)應(yīng)的內(nèi)部組織的光透射系數(shù)低，與凹部對(duì)應(yīng)的內(nèi)部組織的光透射系數(shù)高，所以，與前者相比，透過(guò)后者的光的亮度增大。
透過(guò)指尖部分1的、具有與指紋11相應(yīng)的強(qiáng)度分布的光由在物體(作為被檢測(cè)物的指尖部分1)側(cè)成為遠(yuǎn)心地進(jìn)行了光學(xué)設(shè)計(jì)的光學(xué)系4的透鏡41與光闌42在攝像元件52上成像。在光闌42與攝像元件52之間，配置波長(zhǎng)選擇元件51，僅選擇與光源3相同程度的波長(zhǎng)的光(紅色光～近紅外光區(qū)域的光)。在圖像輸出電路53中，輸入來(lái)自攝像元件52的電信號(hào)，作為圖像電信號(hào)輸出指紋的山部(凸部)較暗、谷部(凹部)較明亮的指紋圖像。
在攝像單元5中這樣獲得的指紋圖像由信號(hào)處理部分6具有的圖像取入部分61取入，送到圖像處理部分62。在圖像處理部分62中，對(duì)指紋圖像例如日本特開(kāi)平10-334237號(hào)公報(bào)記載的那樣實(shí)施二值化、細(xì)線化等圖像處理，抽取特征信息(指紋信息)。抽取的數(shù)據(jù)根據(jù)需要由指紋數(shù)據(jù)保存部分63保存。在個(gè)人識(shí)別部分64中，將從圖像處理部分62輸出的數(shù)據(jù)與由指紋數(shù)據(jù)保存部分63保存的數(shù)據(jù)對(duì)照，識(shí)別個(gè)人。
下面，說(shuō)明指紋圖像的明度的調(diào)整和對(duì)相同的被檢測(cè)物攝像的明度不同的多個(gè)指紋圖像的重疊或部分的粘合。
在本實(shí)施形式中，為了獲得在包含作為指紋圖像的主要部分的、個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍中明度適當(dāng)、可辯認(rèn)明暗的對(duì)比度的指紋圖像，將來(lái)自光源3的光30照射到大體指甲12以外的部分(上述第1～第3照射區(qū)域161～163等照射區(qū)域16)，上述那樣的其照射中心在指尖部分1的存在指甲12的面的、寬度方向的大體中心線上，而且相對(duì)指甲12的生長(zhǎng)邊緣處于與指甲12部分的相反側(cè)。
然而，即使這樣，在包含作為指紋圖像的主要部分的、個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍，由于亮度飽和或亮度過(guò)低，可能導(dǎo)致存在不能判別指紋的山和谷的部分，成為不能抽取個(gè)人識(shí)別所需要的信息的指紋圖像。
因此，在本實(shí)施形式中，在例如由圖像處理部分62抽取上述指紋的特征信息之前，由明度判定部分66判定指紋圖像的明度的過(guò)度或不足，在明度存在過(guò)度或不足的場(chǎng)合，獲取最佳明度的圖像地調(diào)整照射條件(光源3的亮度或照射區(qū)域)和攝像元件52的增益的至少一方，再次進(jìn)行攝像，獲得適當(dāng)明度的圖像。
為了在包含作為指紋圖像的主要部分的、個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍中明度適當(dāng)，有時(shí)不是僅進(jìn)行1次調(diào)整，而是進(jìn)行多次調(diào)整，對(duì)多張圖像進(jìn)行攝像。另外，即使在由1次的調(diào)整即可使包含作為指紋圖像的主要部分的、個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍滿足適當(dāng)明度的場(chǎng)合，為了進(jìn)一步提高畫(huà)質(zhì)，提高對(duì)比度，有時(shí)也反復(fù)進(jìn)行多次調(diào)整和攝像。
下面，以獲取多張圖像的場(chǎng)合為例進(jìn)行說(shuō)明。按預(yù)定的亮度和照射區(qū)域16從光源3照射光30，按預(yù)定的攝像元件52的增益進(jìn)行第1次攝像。從圖像取入部分61將該圖像送到明度判定部分66，在該處判定在包含作為指紋圖像的主要部分的、個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍的整體明度，如不適當(dāng)，則使其變得適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行由光源驅(qū)動(dòng)電路32實(shí)施的光源3的亮度、照射區(qū)域的調(diào)整和由增益調(diào)整電路55實(shí)施的增益的調(diào)整中的至少1個(gè)調(diào)整，再次進(jìn)行攝像。
在這里，整體明度指例如直方圖等不包含各像素的位置信息的整體明度，或根據(jù)特定部位的明度或少數(shù)的輪廓等狹小范圍的明度判斷圖像整體的明度的場(chǎng)合，有時(shí)也存在包含部分地過(guò)亮或過(guò)暗的部位的場(chǎng)合。
由明度判定部分66將圖像分成多個(gè)部分區(qū)域，判定各部分區(qū)域的圖像明度，該圖像的含有其中包含了作為指紋圖像主要部分的個(gè)人識(shí)別所需指紋信息的范圍的區(qū)域的整體明度適當(dāng)。多個(gè)部分區(qū)域可考慮例如將前端側(cè)和根部側(cè)等整個(gè)區(qū)域分割成2個(gè)而獲得的各區(qū)域，從整個(gè)區(qū)域取出多個(gè)部位的、至少含有大于等于1對(duì)指紋的山和谷的區(qū)域等各種各樣的區(qū)域。
在這樣獲得的多個(gè)部分區(qū)域全部滿足處于預(yù)定的閾值范圍內(nèi)的適當(dāng)明度的場(chǎng)合，將該圖像的圖像信息送到圖像處理部分62，作為個(gè)人識(shí)別或指紋數(shù)據(jù)保存用，抽取指紋信息。
另外，在各部分區(qū)域，如圖像的明度處于預(yù)定閾值范圍外的部位至少存在1個(gè)，則使得該部分區(qū)域的整體成為適當(dāng)?shù)拿鞫鹊剡M(jìn)行由光源驅(qū)動(dòng)電路32實(shí)施的光源3的亮度、照射區(qū)域調(diào)整和由增益調(diào)整電路55實(shí)施的增益調(diào)整中的至少1個(gè)調(diào)整，再次進(jìn)行攝像，從圖像取入部分61取入圖像，一時(shí)保存。上述動(dòng)作對(duì)圖像明度處于預(yù)定閾值范圍外的部位至少存在1個(gè)的所有部分區(qū)域進(jìn)行，將獲得的圖像一時(shí)保存到圖像取入部分61。
然后，從圖像取入部分61將一時(shí)保存的圖像送到個(gè)人識(shí)別部分64，重疊多張圖像，或切出滿足了處于預(yù)定閾值范圍內(nèi)的適當(dāng)明度的部分區(qū)域，進(jìn)行將其粘合等的處理，獲得在包含個(gè)人識(shí)別所需要的指紋信息的范圍的整個(gè)面成為適當(dāng)明度的圖像。
在上述例子中，關(guān)于含有其中包含了作為指紋圖像主要部分的個(gè)人識(shí)別所需指紋信息的范圍的區(qū)域的整體明度或預(yù)定的特定部位的明度成為適當(dāng)?shù)膱D像，切成多個(gè)部分區(qū)域，判定各部分區(qū)域的圖像明度，決定是否對(duì)多張圖像攝像，但也可不判定各部分區(qū)域的圖像明度，而是從最初開(kāi)始對(duì)照射條件和攝像元件52的增益的至少一方不同的、明度不同的多張的圖像進(jìn)行攝像。
在該場(chǎng)合，例如預(yù)定大于等于2種的進(jìn)行第1次攝像后的第1次明度判定時(shí)的明度閾值，為了獲得與各閾值對(duì)應(yīng)的圖像明度，具有在決定光源3的亮度或照射位置、照射面積、攝像元件42的增益的值后攝像多張的方法。即，可考慮包含個(gè)人識(shí)別所需指紋信息的范圍的大體整個(gè)面成為適當(dāng)明度那樣的閾值，不是比適當(dāng)?shù)拿鞫茸兠髁炼沁^(guò)暗的部分消失的那樣的閾值，或不是比適當(dāng)?shù)拿鞫雀刀秋柡筒糠窒У哪菢拥拈撝档?。關(guān)于這樣獲得的多張圖像，如上述那樣進(jìn)行重疊或粘合等，形成1張圖像。
另外，在上述所有的例子中，在第1次攝像的場(chǎng)合，以獲得在包含個(gè)人識(shí)別所需指紋信息的范圍的大體整個(gè)面明亮度大體均勻的指紋圖像為目的，最好使來(lái)自光源3的光30照射到大體指甲12以外的部分(上述第1～第3照射區(qū)域161～163等照射區(qū)域16)，其照射中心在指尖部分1的存在指甲12的面的寬度方向大體中心線上，而且相對(duì)指甲12的生長(zhǎng)邊緣處于與指甲12部分的相反側(cè)。
由圖像處理部分62重疊或粘合的圖像可為2值化等處理前的圖像，也可為處理后的圖像。
另外，在如上述那樣對(duì)相同被檢測(cè)物重疊或粘合攝像的明度不同的多張圖像的場(chǎng)合，為了防止指尖部1的位置偏移，盡可能地縮短攝像間隔較重要。
以上說(shuō)明了重疊或粘合對(duì)相同被檢測(cè)物進(jìn)行攝像獲得的明度不同的多張圖像的場(chǎng)合，但也可直接使用這樣的指紋圖像進(jìn)行個(gè)人識(shí)別，該指紋圖像通過(guò)將來(lái)自光源3的光30照射到上述那樣的第1～第3照射區(qū)域161～163等照射區(qū)域16而獲得，包含作為指紋圖像主要部分的個(gè)人識(shí)別所需指紋信息的范圍的整體明度適當(dāng)。
如以上說(shuō)明的那樣，按照本實(shí)施形式，具有光源3、攝像單元5、光學(xué)系4；該光源3以具有成為攝像對(duì)象的指紋11的指尖部分1作為被檢測(cè)物，在被檢測(cè)物照射可透過(guò)其的光30；該攝像單元5對(duì)透過(guò)被檢測(cè)物的來(lái)自光源3的光進(jìn)行攝像，獲得指紋11的凸部較暗、凹部較明亮的指紋圖像；該光學(xué)系4將透過(guò)被檢測(cè)物的來(lái)自光源3的光成像到攝像單元52，來(lái)自光源3的光30照射到大體指甲12以外的部分，其照射中心在指尖部分1的存在指甲12的面的寬度方向大體中心線上，而且相對(duì)指甲12的生長(zhǎng)邊緣處于與指甲12部分的相反側(cè)，所以，不論指紋11的皮膚表面的濕氣的狀態(tài)如何，即使在指紋11的凹凸不清晰的場(chǎng)合，也可獲得穩(wěn)定的指紋圖像，而且在包含作為指紋圖像主要部分的個(gè)人識(shí)別所需指紋信息的范圍可獲得適當(dāng)明度的、可辯認(rèn)明暗的對(duì)比度的指紋圖像，可防止明度原因?qū)е碌闹讣y圖像的劣化，獲得正確的指紋信息。
另外，由于還具有通過(guò)調(diào)整光的照射條件和攝像單元5(攝像元件52)的增益的至少一方而調(diào)整圖像的明度的單元(明度判定部分66、光源驅(qū)動(dòng)電路32、增益調(diào)整電路55)，以及重疊或部分粘合關(guān)于同一上述被檢測(cè)物的明度不同的多個(gè)指紋圖像的單元(圖像處理部分62)，所以，可獲得在包含作為指紋圖像主要部分的個(gè)人識(shí)別所需指紋信息的范圍中明度適當(dāng)、可辯認(rèn)明暗的對(duì)比度的指紋圖像，可進(jìn)一步確實(shí)地防止明度原因?qū)е碌闹讣y圖像的劣化，獲得正確的指紋信息。
由于具有信號(hào)處理部分6，該信號(hào)處理部分6對(duì)從攝像單元5輸出的指紋圖像進(jìn)行圖像處理獲得指紋信息，同時(shí)，根據(jù)該指紋信息識(shí)別人個(gè)，所以，可根據(jù)正確的指紋信息進(jìn)行性能提高了的個(gè)人識(shí)別。
在上述實(shí)施形式中，說(shuō)明了作為成像單元使用透鏡41的場(chǎng)合，但除了成像透鏡以外，也可使用具有成像功能的針孔等。
另外，在上述實(shí)施形式中，由于在生物的血液中近紅外光的透射系數(shù)低，所以，在從攝像單元5輸出的指紋圖像中，將指尖部分1內(nèi)部的血管的圖案與指紋的凹凸圖案重疊。因此，也可如以下那樣，從由攝像單元5輸出的指紋圖像消除血管的圖案。
即，首先，將從攝像單元5輸出的指紋圖像作為原圖像，相對(duì)原圖像進(jìn)行平滑化處理，獲得平滑化圖像。指紋的凹凸圖案與血管圖案相比，線寬度較小，所以，在平滑化圖像中，除去指紋的凹凸圖案，殘留血管圖案。當(dāng)進(jìn)行原圖像與平滑化圖像的差分運(yùn)算時(shí)，獲得僅留有指紋的凹凸圖案的指紋圖像，從該指紋圖像進(jìn)行指紋的特征信息的抽取。
在上述說(shuō)明中，說(shuō)明了由信號(hào)處理部分6處理由攝像單元5獲得的指紋圖像、識(shí)別個(gè)人的場(chǎng)合，但在不進(jìn)行個(gè)人識(shí)別、僅是獲得指紋圖像的場(chǎng)合當(dāng)然也可使用。
另外，為了實(shí)現(xiàn)裝置整體的小型化，也可如圖9所示那樣，使透過(guò)指尖部分1的光偏轉(zhuǎn)地設(shè)置平面鏡8作為反射單元，光學(xué)系4、波長(zhǎng)選擇元件51、攝像元件52對(duì)著偏轉(zhuǎn)后的光地設(shè)置。在圖9中，信號(hào)處理部分6被省略。
反射單元不限于平面鏡8，例如通過(guò)使用曲面鏡，可減輕圖像的畸變和像差。
另外，也可設(shè)置多個(gè)反射單元進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化。
另外，平面鏡8也不一定需要處于透鏡42與指尖部分1間，例如只要處于透鏡41與光闌42間等攝像元件與指尖部分1之間即可。
另外，在圖1中，指尖部分1使其腹側(cè)的指紋11面大體平行于攝像元件52的攝像面地配置，但指尖部分1的指紋11與攝像元件52的攝像面也可具有角度地配置，在該場(chǎng)合也可獲得同樣的效果。
作為可在成為攝像對(duì)象的指紋表面非接觸的狀態(tài)保持的被檢測(cè)物保持部分2，不限于圖1和圖2中所示的畫(huà)框形狀的被檢測(cè)物保持部分，例如也可使用圖10所示那樣在指尖部分1的觀察面100的外側(cè)的第1關(guān)節(jié)附近支承指尖部分1地配置的桿狀的被檢測(cè)物保持部分，或如圖11所示那樣在觀察面100的外側(cè)夾住觀察面100相對(duì)配置的至少1對(duì)的桿狀的被檢測(cè)物保持部分等。
實(shí)施形式2圖12為示出本發(fā)明實(shí)施形式2的指紋圖像攝像裝置的圖，更具體地說(shuō)，為示出指紋圖像攝像裝置的整體構(gòu)成的側(cè)面圖。以下主要說(shuō)明與實(shí)施形式1的不同點(diǎn)。
在本實(shí)施形式中，作為被檢測(cè)物保持部分2，不為由實(shí)施形式1示出的可在成為攝像對(duì)象的指紋11的表面非接觸的狀態(tài)下保持指尖部分1的被檢測(cè)物保持部分2，而是使用可在成為攝像對(duì)象的指紋11的表面接觸的狀態(tài)下保持指尖部分1的、沒(méi)有開(kāi)口的透明的被檢測(cè)物保持部分(以下稱透明狀被檢測(cè)物保持部分)2，這一點(diǎn)與實(shí)施形式1不同，其它構(gòu)成與實(shí)施形式1相同。
關(guān)于動(dòng)作，也與實(shí)施形式1相同，可獲得與實(shí)施形式1相同的效果。
但是，為了對(duì)透過(guò)指紋11的凸部的來(lái)自光源3的光和透過(guò)指紋11的凹部的來(lái)自光源3的光進(jìn)行攝像，獲得指紋11的凸部較暗、凹部較明亮的指紋圖像，需要在被檢測(cè)物保持部分2的指紋接觸面，檢測(cè)按小于等于全反射的臨界角的方向入射到透明狀被檢測(cè)物保持部分2的光，該全反射的臨界角根據(jù)指紋的凹部與透明狀被檢測(cè)物保持部分2間的氣體的折射率和透明狀被檢測(cè)物保持部分2的折射率決定。
實(shí)施形式3在上述各實(shí)施形式中，說(shuō)明了具有可保持指尖部分1的被檢測(cè)物保持部分2的場(chǎng)合，但被檢測(cè)物保持體2不一定非要設(shè)置。
在本實(shí)施形式中，沒(méi)有被檢測(cè)物保持部分2，與被檢測(cè)物相當(dāng)?shù)闹讣獠糠譃橄鄬?duì)構(gòu)造體非接觸的狀態(tài)，這一點(diǎn)與實(shí)施形式1不同，其它構(gòu)成與實(shí)施形式1相同。
在這樣構(gòu)成的裝置中，也可獲得與實(shí)施形式1同樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種指紋圖像攝像裝置，具有光源、攝像單元、及光學(xué)系；該光源以具有成為攝像對(duì)象的指紋的指尖部分作為被檢測(cè)物，在上述被檢測(cè)物上照射可透過(guò)其的光；該攝像單元對(duì)透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自上述光源的光進(jìn)行攝像，獲得上述指紋的凸部較暗、凹部較明亮的指紋圖像；該光學(xué)系將透過(guò)上述被檢測(cè)物的來(lái)自上述光源的光成像到上述攝像單元；來(lái)自上述光源的光照射到大體指甲以外的部分，該光的照射中心在上述指尖部分的存在指甲的面的、寬度方向的大體中心線上而且相對(duì)上述指甲的生長(zhǎng)邊緣處于與上述指甲部分相反的一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋圖像攝像裝置，其特征在于具有通過(guò)調(diào)整光的照射條件和攝像單元的增益的至少一個(gè)從而調(diào)整圖像的明度的單元，及重疊或部分地粘合關(guān)于同一上述被檢測(cè)物的明度不同的多個(gè)指紋圖像的單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋圖像攝像裝置，其特征在于具有信號(hào)處理部分，該信號(hào)處理部分對(duì)從攝像單元輸出的指紋圖像進(jìn)行圖像處理獲得指紋信息，同時(shí)，根據(jù)該指紋信息識(shí)別個(gè)人。
全文摘要
本發(fā)明的指紋圖像攝像裝置具有光源(3)、攝像單元(5)、光學(xué)系(4)；該光源(3)以具有成為攝像對(duì)象的指紋(11)的指尖部分(1)作為被檢測(cè)物，在被檢測(cè)物上照射可透過(guò)其的光(30)；該攝像單元(5)對(duì)透過(guò)被檢測(cè)物的來(lái)自光源的光進(jìn)行攝像，獲得指紋的凸部較暗、凹部較明亮的指紋圖像；該光學(xué)系(4)將透過(guò)被檢測(cè)物的來(lái)自光源的光成像到攝像單元；來(lái)自光源(3)的光(30)照射到大體指甲以外的部分，該光(30)的照射中心在指尖部分(1)的、存在指甲(12)的面的寬度方向大體中心線上，而且相對(duì)指甲的生長(zhǎng)邊緣處于與指甲部分的相反側(cè)。所以，可獲得在包含作為主要部分的個(gè)人識(shí)別所需指紋信息的范圍為適當(dāng)明度、能夠辨認(rèn)明暗的對(duì)比度的指紋圖像。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1754503SQ20051010757
公開(kāi)日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月1日
發(fā)明者佐野惠美子, 鹿井正博, 白附晶英, 中島利郎 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社