生物特征图像拾取设备

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生物特征图像拾取设备\n[0001] 相关申请的交叉引用\n[0002] 本发明包含与于2007年7月30日向日本专利局提交的日本专利申请JP \n2007-197607相关的主题，该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。\n技术领域\n[0003] 本发明涉及例如拾取生物有机体的静脉图像的生物特征图像拾取设备(biometric image pickup apparatus)。\n背景技术\n[0004] 近年来，已经开始将利用生物特征鉴别(biometricauthentication)的个人识别技术(生物特征识别技术)引入到对特定区域或银行ATM的访问控制中。作为这种识别生物有机体的方法，已经提出了将脸、指纹、声波纹、虹膜、静脉等作为鉴别数据的方法。其中，手指或手掌皮肤下的静脉的形状图案几乎终生不改变，并且是关于生物有机体的内部的信息，因此难以伪造，并且利用静脉的方法具有高度安全性。因此，已经经常将静脉应用于生物特征鉴别中。\n[0005] 图5示出了典型的生物特征图像拾取设备的示意图。该生物特征图像拾取设备包括其上安装了诸如LED(发光二极管)的光源100的上盖101、盖玻璃102、图像拾取透镜103和诸如CCD(电荷耦合装置)或CMOS(互补金属氧化物半导体)的图像拾取装置104。在生物特征图像拾取设备100中，当将生物有机体2设置在盖玻璃102上，并且光从其顶部穿过生物有机体2时，光被流过静脉的血红蛋白吸收。由此，对比度在生物有机体2内改变，并且对比度的改变被图像拾取装置104接收，由此能够获得生物有机体2的静脉数据。\n[0006] 当以这种方式获得静脉数据时，光被生物有机体内的血红蛋白吸收以拾取图像，所以通常使用发射对生物有机体具有透射率并容易被血红蛋白吸收的波长的光的光源作为光源(照明光)100(例如，参考日本专利No.3797454)。\n发明内容\n[0007] 然而，如上所述，当穿过生物有机体的光被血红蛋白吸收并由此获得静脉的图像时，由于诸如所谓的杂散光或太阳光之类的外部光的影响而在图像拾取数据内产生噪声，从而造成所获得的图像的图像质量的劣化。\n[0008] 由于上述原因，需要提供一种生物特征图像拾取设备，其能够减小噪声的影响，并提高所获得的图像的图像质量。\n[0009] 根据本发明的实施例，提供一种生物特征图像拾取设备，该生物特征图像拾取设备包括：光源部分，其选择性地在第一波长区域的光和第二波长区域的光之间切换，以将该第一波长区域的光和该第二波长区域的光施加到生物有机体，该第一波长区域的光穿过生物有机体的透射率高，该第二波长区域的光穿过生物有机体的透射率比该第一波长区域的光穿过该生物有机体的透射率低；图像拾取透镜部分，其使来自该生物有机体的光会聚；\n图像拾取装置，其基于通过该图像拾取透镜部分会聚的光中的该第一波长区域的光获得该生物有机体的第一图像拾取数据，并在基于通过该图像拾取透镜部分会聚的光中的该第二波长区域的光获得该生物有机体的第二图像拾取数据；以及图像处理部分，其获得由该图像拾取装置获得的该第一图像拾取数据和该第二图像拾取数据之间的差分图像数据。\n[0010] 在根据本发明实施例的生物特征图像拾取设备中，当将第一波长区域的光和第二波长区域的光施加到生物有机体时，到达生物有机体内部的光被生物有机体的内部吸收，并且获得该第一图像拾取数据和该第二图像拾取数据，该第一图像拾取数据和该第二图像拾取数据均包含生物有机体内部的形状图案。此时，由于第一波长区域的光比第二波长区域的光具有更高的透射率，因此在第一图像拾取数据中，生物有机体内部的形状图案的信号电平高于在第二图像拾取数据中的生物有机体内部的形状图案的信号电平。另一方面，第一图像拾取数据和第二图像拾取数据每一个均包括杂散光或外部光的信号分量；然而，第一图像拾取数据和第二图像拾取数据中的信号分量具有基本上相同的图案和基本上相同的信号电平。因此，在图像处理部分中，获得第一图像拾取数据和第二图像拾取数据之间的差分图像数据，由此获得了生物有机体内部的形状图案的图像数据，其中保留了生物有机体内部的形状图案，并且将杂散光或外部光的信号分量几乎去除了。\n[0011] 另外，在将光源设置在与图像拾取装置所设置的一侧相同的一侧上以将光施加到生物有机体的底表面的情况下，被生物有机体的表面(皮肤)所反射的光被图像拾取装置接收以产生噪声。在这种情况下，包含在第一图像拾取数据内的反射光的信号分量与包含在第二图像拾取数据内的反射光的信号分量基本上彼此相同，由此当获得它们之间的差分图像数据时，将反射光的信号分量去除了。\n[0012] 在根据本发明实施例的生物特征图像拾取设备中，将第一波长区域的光和第二波长区域的光施加到生物有机体，该第一波长区域的光穿过生物有机体的透射率高，该第二波长区域的光穿过生物有机体的透射率比该第一波长区域的光穿过该生物有机体的透射率低，因此，尽管在第一图像拾取数据中的生物有机体内部的形状图案的信号电平高于在第二图像拾取数据中的生物有机体内部的形状图案的信号电平，但是在第一图像拾取数据和第二图像拾取数据中杂散光或外部光的信号分量基本上彼此相同。因此，当获得第一图像拾取数据和第二图像拾取数据之间的差分图像数据时，保留了生物有机体内部的形状图案的数据，并且将杂散光或外部光的信号分量去除了，所以能够减小噪声的影响，并能够提高所获得的图像的图像质量。\n[0013] 另外，在将光源设置在与图像拾取装置所设置的一侧相同的一侧上以将光施加到生物有机体的底部侧的情况下，被生物有机体的表面(皮肤)所反射的光被图像拾取装置接收，但是在第一图像拾取数据和第二图像拾取数据中的反射光的信号分量基本上彼此相同。因此，当获得它们之间的差分图像数据时，将反射光的信号分量去除了。因此，与将光施加到生物有机体的系统无关，能够减小噪声的影响。另外，由于将光源设置在与图像拾取装置所设置的一侧相同的一侧上，因此能够实现整个系统的外形的减小。\n[0014] 本发明的其它和另外的目的、特征和优点将通过下面的描述更完整地呈现。\n附图说明\n[0015] 图1是示出根据本发明的第一实施例的生物特征鉴别系统的整体配置的框图；\n[0016] 图2A和2B是用于描述由图像拾取装置所接收的光线的示意图，其中，图2A示出施加第一波长区域的光的情况，图2B示出施加第二波长区域的光的情况；\n[0017] 图3是根据本发明的变形例的生物特征鉴别系统的示意性截面图；\n[0018] 图4A和4B是示出图3中所示的生物特征鉴别系统的光源单元的示意性透视图；\n以及\n[0019] 图5是相关技术中的生物特征图像拾取设备的示意性截面图。\n具体实施方式\n[0020] 下面参考附图详细地描述优选实施例。\n[0021] 图1示出了根据本发明实施例的生物特征鉴别系统1的整体配置。生物特征鉴别系统1拾取作为进行图像拾取的对象的生物有机体(例如，指尖)2的图像以进行生物有机体2的鉴别，然后将鉴别结果数据Dout输出，并且生物特征鉴别系统1包括光源10、玻璃基板11、图像拾取透镜12、图像拾取装置13、图像处理部分14、图案存储部分15、鉴别部分\n16、光源驱动部分17、图像拾取装置驱动部分18和控制部分19。\n[0022] 例如，相对于玻璃基板11的表面(本发明的实施例中的检测部分)，将光源10设置在与图像拾取装置13所设置的一侧相同的一侧上，并且能够从生物有机体2的底部侧将光施加到作为进行图像拾取的对象的生物有机体2上，该玻璃基板11将在后面描述。作为光源10，例如，可以应用LED等，并且通过响应于控制部分19的光源驱动部分17的驱动，光源10选择性地发射两个不同波长区域的光，该控制部分19将在后面描述。作为发射两个不同波长区域的光的照明装置，可采用将连接到两个光源的光纤捆扎的装置、将不同波长区域的两个光源连接到导光板的装置等。\n[0023] 更具体地，光源10选择性地发射穿过生物有机体2的透射率高的波长区域(第一波长区域)的光L1和穿过生物有机体2的透射率低的波长区域(第二波长区域)的光L2。\n光L1例如是从700nm至1200nm的波长区域的近红外光，并且是被静脉内的血红蛋白吸收的光。光L1优选是血红蛋白对它的吸收率高的波长区域例如从830nm至860nm的波长的光。另一方面，光L2例如是比700nm更短的波长的可见光或紫外光，或比1200nm更长的波长的光，并且是容易被生物有机体2的表面反射的波长区域的光。\n[0024] 将从光源10发出的光的波长设置为落入可被图像拾取装置13接收的波长范围内，该图像拾取装置13将在后面描述。例如，在图像拾取装置13由硅(Si)基材料制成的情况下，光L1和光L2的波长必需为大约1100nm或更小。因此，例如，可以将860nm波长的光用作光L1，将650nm波长的光用作光L2。\n[0025] 玻璃基板11是进行图像拾取时生物有机体2所放置的位置，并且是用于保护系统的内部例如图像拾取透镜12和图像拾取装置13的盖玻璃。在本发明的实施例中，玻璃基板11的表面是用于检测生物有机体2的检测部分。\n[0026] 图像拾取透镜12是用于使生物有机体2内的光会聚的折射透镜，并且例如由玻璃透镜、塑料透镜、液体透镜、液晶透镜等构成。将图像拾取透镜12设置在玻璃基板11的下侧上，使得生物有机体2内的预定观察平面(进行图像拾取的平面)的图像形成在图像拾取装置13的感光表面上，该图像拾取装置13将在后面描述。\n[0027] 图像拾取装置13接收由图像拾取透镜12所会聚的光，以获得图像拾取数据。图像拾取装置13包括多个固态成像装置，例如以矩阵形式设置的CCD和CMOS。在实施例中，根据从光源10发出的不同波长区域的光L1和光L2获得图像拾取数据(第一图像拾取数据和第二图像拾取数据)。图像拾取装置13通常由硅基材料构成，并且，在这种情况下，例如，可接收的波长区域为大约1100nm或更小。\n[0028] 图像处理部分14响应于控制部分19的控制对通过图像拾取装置13获得的图像拾取数据进行预定的图像处理，以将图像拾取数据输出到鉴别部分16。更具体地，在基于来自光源10的光L1获得的图像拾取数据和基于光L2获得的图像拾取数据之间执行比较操作，以通过计算确定它们之间的差，由此获得差分图像数据。另外，稍后描述的图像处理部分14和鉴别部分16以及控制部分19均包含例如微型计算机等。\n[0029] 图案存储部分15是存储生物特征鉴别图案(其为关于在鉴别时获得的图像拾取图案的比较图案，并且通过预先拾取生物有机体的图像来获得)的部分，并且包含非易失性存储器装置(例如，EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)等)。鉴别部分16是响应于控制部分19的控制通过将从图像处理部分14输出的图像拾取图案与存储在图案存储部分\n15中的生物特征鉴别图案进行比较来对作为进行图像拾取的对象的生物有机体2进行鉴别的部分。\n[0030] 光源驱动部分17响应于控制部分19的控制将光源10驱动为在光L1和光L2之间进行选择性切换以发射光L1和光L2。图像拾取装置驱动部分18响应于控制部分19的控制驱动图像拾取装置13以拾取图像(接收光)。控制部分19控制图像处理部分14、鉴别部分16、光源驱动部分17和图像拾取装置驱动部分18的操作。\n[0031] 接下来，在下面描述这种生物特征鉴别系统1的操作(生物特征鉴别过程)。图\n2A是用于描述在施加光L1的情况下由图像拾取装置13所接收的光线的示意图，而图2B是用于描述在施加光L2的情况下由图像拾取装置13所接收的光线的示意图。\n[0032] 在生物特征鉴别系统1中，首先，当将生物有机体(例如，指尖)2放置在玻璃基板\n11上并且例如通过光源驱动部分17的驱动从光源10发射光L1时，光L1从玻璃基板11的底表面被施加到生物有机体2。此时，光L1是穿过生物有机体2的透射率高的波长区域的光，因此光L1到达生物有机体2的内部，并被流过静脉的血红蛋白吸收。由此，对应于生物有机体2内的静脉的区域由于光的吸收而变暗，并且生物有机体2内的对比度被改变。另一方面，由于将图像拾取透镜12设置为使得生物有机体2内的预定观察平面的图像形成在图像拾取装置13的感光表面上，因此，由于生物有机体2内的光吸收而造成的对比度的改变被图像拾取装置13接收，从而获得静脉图案的图像拾取数据。\n[0033] 将以这种方式获得的图像拾取数据输出到图像处理部分14，并且图像处理部分\n14对图像拾取数据执行将在后面描述的预定图像处理，以便获得静脉图案的图像数据，然后将静脉图案的图像数据输出到鉴别部分16。鉴别部分16通过确定存储在图案存储部分\n15内的用于静脉鉴别的鉴别图案和所获得的静脉图案之间是否匹配来对生物有机体进行鉴别。然后，将最终的生物特征鉴别结果(鉴别结果数据Dout)输出，由此完成生物特征鉴别过程。\n[0034] 如图2A所示，由图像拾取装置13所接收的光包括：来自生物有机体2内部的光；\n以及从光源10发射的且然后被系统内部的壁等反射的光，或者光L3，例如所谓的杂散光、或者包括太阳光在内的外部光、内部光等。而且，由于从图像拾取装置13一侧将光施加到生物有机体2的底表面，因此从光源10发射的光L1包括到达生物有机体2内部的光L1a、以及被生物有机体2的表面(皮肤)22反射的光L2a。因此，在将光L1施加到生物有机体\n2的情况下，实际上，图像拾取装置13不仅接收获得静脉图案所必需的来自生物有机体2内部的光，而且也接收来自生物有机体2的表面22的反射光L2a或诸如杂散光或外部光之类的光L3。因此，除了静脉图案的数据以外，在施加光L1的情况下的图像拾取数据(第一图像拾取数据)还包括反射光L2a或光L3的信号分量。\n[0035] 另一方面，当通过光源驱动部分17的驱动从光源10发射穿过生物有机体2的透射率低的光L2时，如图2B所示，光L2被生物有机体2的表面22反射，并作为反射光L2a进入图像拾取装置13。而且，与图2A所示的情况一样，存在诸如杂散光或外部光之类的光L3，因此，在施加光L2的情况下，来自生物有机体2的表面22的反射光L2a和光L3被图像拾取装置13接收，并且获得光L2a和L3的数据作为图像拾取数据(第二图像拾取数据)。\n[0036] 此时，在将光L1施加在图像拾取装置13的感光表面上的情况下反射光L2a和光L3的接收光图像与在将光L2施加在图像拾取装置13的感光表面上的情况下反射光L2a和光L3的接收光图像处于相同的环境下。因此，在施加光L1的情况下的图像拾取数据和在施加光L2的情况下的图像拾取数据中的反射光L2a或光L3的信号分量具有基本上相同的图案和基本上相同的信号电平。因此，在图像处理部分14中，在施加光L1的情况下的图像拾取数据和在施加光L2的情况下的图像拾取数据之间执行比较操作以通过计算确定它们之间的差，然后获得差分图像数据，由此几乎将噪声光的信号分量去除了，并且保留了静脉图案的数据。\n[0037] 如上所述，在根据实施例的生物特征鉴别系统1中，光源10在穿过生物有机体2的透射率高的光L1和穿过生物有机体2的透射率低的光L2之间选择性地切换，以将光L1和光L2施加到生物有机体2，由此获得包含静脉图案和杂散光或外部光的信号分量的图像拾取数据、以及包含与杂散光或外部光的信号分量基本上相同的数据的图像拾取数据。因此，在图像处理部分14中，获得这些图像拾取数据之间的差分图像数据，由此在保留静脉图案的数据的同时，将噪声光的信号分量几乎去除了。因此，能够减小噪声的影响，并且能够提高所获得的图像的图像质量。另外，相应地提高了鉴别精度。\n[0038] 特别是，将光源10设置在与图像拾取装置13所设置的一侧相同的一侧上，并且将光施加到生物有机体2的底表面，由此图像拾取装置13也接收被生物有机体2所反射的反射光L2a；然而，反射光L2a的信号分量在施加光L1的情况下与在施加光L2的情况下具有基本上相同的图案和基本上相同的信号电平，由此与光L3的信号分量的情况一样，反射光L2a的信号分量几乎被去除了。因此，与将光施加到生物有机体2的系统无关，能够减小噪声的影响。而且，将光源10设置在与图像拾取装置13所设置的一侧相同的一侧上，由此能够实现整个系统的外形的减小。\n[0039] 变形例\n[0040] 接下来，参考图3、4A和4B在下面描述本发明的变形例。图3示出了根据变形例的生物特征鉴别系统3的示意图。图4A是示出在不将电压施加到液晶单元的情况下的光透射状态的示意图，图4B是将电压施加到液晶单元的情况下的光透射(遮挡)状态的示意图。\n[0041] 除了光源和图像拾取装置之外，生物特征鉴别系统3具有与图1所示的生物特征鉴别系统1相同的配置。因此，相同的元件用与上述生物特征鉴别系统1相同的附图标记表示，并且不再对其进行进一步的描述。为了简便起见，与图1中的图像处理部分14、图案存储部分15、鉴别部分16、光源驱动部分17、图像拾取装置驱动部分18以及控制部分19相对应的配置未在该图中示出。\n[0042] 如图3所示，在生物特征学系统3中，图像拾取单元23a和光源单元23b规则地设置在图像拾取装置23内。图像拾取装置23例如包括形成有多个图像拾取单元23a的图像拾取区域D1、以及没有形成图像拾取单元23a的非图像拾取区域D2，并且光源单元23b形成在与图像拾取装置23的非图像拾取区域D2相对应的区域内。光源单元23b包括：能够在上述光L1和上述光L2之间选择性切换以发射光L1和光L2的光源，例如LED；以及典型的液晶单元(液晶显示装置)。\n[0043] 如图4A和4B所示，在液晶单元中，将液晶层234密封在由玻璃等制成的在其间具有透明电极232和233的一对基板230和231之间，并且将一对偏振滤光器235和236分别结合到基板230和231的外侧。在该变形例中，将一对偏振滤光器235和236设置为使得其偏振轴彼此正交。而且，例如，将作为液晶单元的光源的LED(未示出)等设置在偏振滤光器236的底表面上。此时，将导光板(未示出)设置在与图像拾取装置23的感光表面相对的整个表面上，由此来自一个LED的光能够从多个液晶单元(光源单元23b)提取出。\n[0044] 具有上述配置的光源单元23b能够被施加在液晶单元的透明电极232和233之间的电压驱动，以在光的透射和遮挡之间进行切换。换句话说，如图4A所示，在不施加电压的状态下，光透过，而如图4B所示，在施加电压的状态下，光被遮挡。而且，当对每个光源单元\n23b要施加的电压进行切换时，能够独立地驱动多个光源单元23b。\n[0045] 尽管参考实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于实施例，并且可以进行各种改变。例如，在上述实施例中，作为实例描述了这样一种配置，其中一个光源在两种光即穿过生物有机体的透射率高的波长区域的光和穿过生物有机体的透射率低的波长区域的光之间选择性地切换以发射这两种光；然而，本发明并不局限于这种配置，并且可以采用这样的配置，即，设置发射穿过生物有机体的透射率高的波长区域的光的光源和发射穿过生物有机体的透射率低的波长区域的光的光源，并且选择性地驱动这些光源以发射每个波长区域的光。然而，在这种情况下，如果可能，优选将多个光源设置在同一位置处。当光源的位置不同时，来自皮肤的反射光或外部光的接收光图像不同，并且难以去除噪声的影响。\n[0046] 然而，在上述实施例中，作为实例描述了这样一种配置，其中，使用两种光即穿过生物有机体的透射率高的波长区域的光和具有穿过生物有机体的透射率低的波长区域的光来获得图像拾取数据；然而，本发明并不局限于这种配置，并且，即使使用三种或更多种不同波长的光，也可以实现本发明的效果。\n[0047] 另外，在上述实施例中，作为实例描述了这样一种配置，其中使用穿过生物有机体的透射率高的波长区域的光和穿过生物有机体的透射率低的波长区域的光，并且仅有一个图像拾取数据包括静脉图案的数据；然而，本发明并不局限于这种配置，并且，只要一种光穿过生物有机体的透射率比另一种光穿过生物有机体的透射率高，两者都可以穿过生物有机体。即使在这种配置中，尽管包含在这些图像拾取数据中的诸如杂散光或外部光之类的信号分量彼此相同，但是在这些图像拾取数据中所获得的静脉图案的信号电平彼此不同，由此通过取得这些图像拾取数据之间的差，去除了诸如杂散光或外部光之类的信号分量，并且保留了静脉图案的数据，由此获得了减小噪声影响的静脉图案的图像数据。\n[0048] 在上述实施例中，作为图像拾取透镜的实例，描述了单个透镜；然而，图像拾取透镜并不局限于单个透镜，可以将包含以矩阵形式设置的多个微透镜的微透镜阵列用作图像拾取透镜，并且将通过微透镜拾取的数据在图像处理部分中组合。在这种情况下，可以提高聚光效率，由此可以获得高信号强度。可替换地，当聚光效率提高时，可以减小感光装置的尺寸，由此可以实现所获得的图像的分辨率的增加。\n[0049] 在上述实施例中，在根据变形例的生物特征鉴别系统中描述了这样一种情况，其中，在施加电压的状态下，光源单元23b的液晶单元遮挡光，在不施加电压的状态下，光从光源单元23b的液晶单元中穿过；然而，本发明并不局限于这种情况，并且，即使电压的施加与光的透射和遮挡之间的关系相反，也可以实现本发明的效果。\n[0050] 在上述实施例中，作为实例描述了这样一种配置，其中，将光源设置在更靠近图像拾取装置的一侧上，并且将光施加到生物有机体的底表面；然而，本发明并不局限于这种配置，可以将光源设置为面向图像拾取装置并且生物有机体位于它们之间，可以将光施加到生物有机体的顶表面。甚至在这种配置中，来自皮肤的反射光的影响也不会起作用，并且能够去除诸如太阳光之类的外部光或内部光的影响，由此可以实现本发明的效果。而且，光源的位置和光源的数量并不局限于上述实施例。\n[0051] 在上述实施例中，作为实例描述了将来自光源的光直接施加到生物有机体的配置；然而，本发明并不局限于这种配置，并且，例如，本发明可应用到将从光源发出的光传播通过导光板等以施加到生物有机体的配置。\n[0052] 在上述实施例中，作为生物特征图像拾取设备，描述了基于生物有机体的静脉的图像数据来对生物有机体进行鉴别的生物特征鉴别系统；然而，本发明并不局限于此，并且，可以基于生物有机体中的任何其他结构的图像数据进行鉴别。本发明不仅可应用于生物特征鉴别系统，而且可应用于任何其他图像拾取设备。\n[0053] 本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素可以进行各种改变、组合、子组合和替换，只要它们在所附的权利要求或其等同物的范围内。