CN101324924B

CN101324924B - 生物特征输入系统、图像合成设备及图像合成方法

Info

Publication number: CN101324924B
Application number: CN2008101254457A
Authority: CN
Inventors: 樋口辉幸
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: US8184871B2; US20080310690A1; JP4539683B2; JP2008310468A; HK1122119A1; EP2003597A2; CN101324924A; EP2003597A3

Abstract

一种生物特征输入系统，包括：放置在手指前方的成像器，用于形成手指正面的图像、以及手指的任一侧面的图像；放置在手指的侧面的至少一侧的反射镜，用于将手指的横侧面图像反射至成像器；以及合成器，用于对手指侧面所形成的图像施以镜像反转，并对手指侧面的镜像反转的图像与手指正面所形成的图像进行合成。

Description

生物特征输入系统、图像合成设备及图像合成方法

本申请基于并要求了2007年6月13日提交的日本专利申请第2007-156123号的权益，其公开通过引用全部合并在此。

技术领域

本发明涉及一种生物特征输入系统、图像合成设备、图像合成方法以及图像合成程序。

背景技术

JP-P2002-81912A所描述的技术公开了一种技术，其中，照相机一起拍摄了腿的顶面以及在镜体中出现的腿的侧面镜像。然而，该技术不是用于对其中腿的顶面链接到在镜体中出现的腿的侧面镜像的图像进行合成的技术。

JP-P1993-87744A所描述的技术公开了一种通过使用放置在右侧和左侧的棱镜同时拍摄药片的正面和侧面的图像的技术。然而，该技术不是用于对其中药片的正面和侧面的图像彼此链接的图像进行合成的技术。

JP-P2000-18927A所描述的技术公开了一种技术，其中，将镜子放置在四周，以使得可以将半导体的侧面及其顶面一起拍摄。然而，该技术不是用于对其中半导体的顶面和侧面的图像彼此链接的图像进行合成的技术。

在上述技术中，不可能对其中成像装置直接形成的图像和通过使用镜子、棱镜等的镜像反转所形成的图像彼此链接的图像进行合成。

发明内容

本发明是为了解决上述任务。

本发明的示例性目的是提供一种用于解决上述任务的生物特征输入系统、图像合成设备、图像合成方法以及图像合成程序。

解决上述任务的本发明是一种生物特征输入系统，包括：放置在手指前方的成像器，用于形成上述手指的正面图像、以及上述手指的任一侧面的图像；放置在上述手指的侧面的至少一侧的反射镜，用于将上述手指的侧面图像反射至上述成像器；以及合成器，用于对手指的侧面所成像的图像施以镜像反转，并对手指侧面的镜像反转的图像与手指正面所形成的图像进行合成。

解决上述任务的本发明也是一种图像合成设备，包括：输入部分，用于输入图像，上述图像包括在同一平面上彼此分离的第一图像和第二图像；以及合成器，用于针对输入的上述图像，对上述第一图像施以镜像反转，并将反转的第一图像链接到上述第二图像，以合成图像。

此外，解决上述任务的本发明是一种图像合成方法，包括以下步骤：输入图像，该图像包括在同一平面上彼此分离的第一图像和第二图像；对上述第一图像施以镜像反转；通过将上述反转的第一图像链接到上述第二图像来合成图像。

根据本发明，输入的图像包括在同一平面上彼此分离的第一图像和第二图像，对第一图像施加以镜像反转，并将其链接至第二图像，由此可以合成图像。

附图说明

在阅读以下详细描述和附图之后，本发明的其他目的、特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：

图1是示出了生物特征输入系统的整体配置的图；

图2是示出了成像系统的配置的图；

图3是示出了合成之前的图像数据的图；

图4是示出了在合成期间的图像数据的图；

图5是示出了合成之后的图像数据的图；

图6是示出了图像合成器的配置的图；

图7是图像合成器的处理流程图；

图8是示出了手指的位置变化的图；

图9是示出了手指的位置变化的图；

图10是示出了第三示例性实施例的生物特征输入系统的配置的图；

图11是示出了第四示例性实施例的生物特征输入系统的配置的图；

图12是示出了第五示例性实施例的生物特征输入系统的配置的图；

具体实施方式

现在，将参照附图，详细说明用于实现本发明的示例性实施例。

[第一示例性实施例]

图1示出了本示例性实施例的生物特征输入系统15。

本示例性实施例的生物特征输入系统15通过诸如手指13的指纹或血管之类的生物特征来认证身份。该系统通过使用成像系统14中的成像器29不仅在手指13的正面也在侧面同时成像，而从三个方向测量手指13的生物特征。因此，可以避免由于手指13的转动而引起的认证精度的恶化。

生物特征输入系统15被配置为包括放置在手指13的右和左侧面的每一侧的镜子11和12、以及成像系统14。图1的左手侧示出了从作为输入对象的手指13的指尖方向看去的生物特征输入系统15的图。图1还示出了镜子11和12，以及从手指13的侧面看到的手指13。

此外，手指13的方向的标注如下：面向成像系统14的一侧是正面，其相反侧是背面。通常垂直于正面和背面的一侧是侧面。侧面的一侧是右，另一侧是左。同时，手指13中有指纹的一侧是手指球。手指球的相反侧是手指的背面。通常垂直于手指球及其背面的一侧是侧面。侧面的一侧是右侧面，另一侧是左侧面。在图1中，手指13的手指球面向正面。在图8中，手指13旋转，其手指球面向侧面的方向。在图1中，正面向下，但并不局限于此。

在图1中，镜子11和12(也称为反射镜)分别被放置在手指13的右和左侧面的每一侧，用于捕捉手指13的侧面图像，并将其反射到正面方向。镜子11和12的放置使反射的图像可以经由手指13前方的成像系统14而形成。换言之，以使得镜子11与12之间的距离在手指13的正面侧变得更大、而在背面侧变得更小的角度来放置镜子11和12。将镜子的反射表面布置在手指的侧面。成像系统14同时对镜子11和12所捕捉的手指13的侧面部分和正面部分进行成像。此外，可以使用其他用于反射光的物体来代替镜子11和12。替代物包括金属板和塑料板。

图2示出了成像系统14的详细配置。成像透镜将手指13的正面部分和镜子11和12所反射的手指13的侧面部分投射在成像装置22上。AD转换器24和外围控制器23在合成之前将被投射在成像装置22上的手指13的图像转换为图像数据31，并将其发送给图像合成器25。图像合成器25在合成之前从输入图像数据31中取出正面图像33和镜子11和12所反射并形成的侧面图像(右图像32和左图像34)。此外，图像合成器将它们彼此链接以使其连续，并在合成之后将包含正面和侧面数据的图像数据51输出至图像处理器26。图像处理器26从手指13的合成后的图像数据51中提取诸如指纹和血管之类的图像特征，并将图像特征提取数据28输出至匹配部分27。匹配部分27将图像特征提取数据28与所登记的诸如指纹和血管之类的特征数据2A进行匹配，特征数据2A预先登记数据库(在图中未示出)中。基于该匹配的结果，进行身份认证。

此外，成像透镜21、成像装置22、外围控制器23和AD转换器24配置了成像器29。此外，成像装置22由诸如CCD和CMOS之类的图像传感器配置。

外围控制器23、图像处理器26和匹配部分27由处理器、存储器、程序等配置，并且优选地实施对指纹或血管图像的图像处理，并实施对测量数据的登记或匹配。它们可以通过硬件配置为专用装置。由于外围控制器23、图像处理器26、匹配部分27和AD转换器24为本领域技术人员所知，并且不直接涉及本发明，故省略对其详细配置的解释。

图6示出了图像合成器25的详细配置。图像合成器25包括处理装置61。处理装置61在合成之前接收图像数据31的侧面图像(右图像32和左图像34)二者或其中之一，对其施以镜像图像反转，将其链接到正面图像33以合成图像数据51，并在合成之后输出图像数据51。这里，处理装置61进行以下的其他处理。处理装置61可以通过硬件实现，或者可以被实现为处理器读取存储在存储区中的图像合成程序并执行，并由此完成对等的功能。

接下来，参照附图，说明本示例性实施例的操作。

在图2中，镜子11和12捕捉手指13的侧面图像，并将其反射到正面方向。成像系统14中的成像器29同时对被镜子11和12所捕捉的手指13的侧面部分和正面部分进行成像。

图3示出了在合成之前所采集的图像或图像数据31。这里，为了示出在合成之前手指13的每个部分是如何在图像数据31中出现的，如图2所示，假定在手指13上画出在手指13的延伸方向上延伸的线a、线b、线c和线d。线a成像于正面图像33的位置a₂和右图像32的位置a₁。线b成像于正面图像33的位置b₂和左图像34的位置b₁。线c成像于右图像32的位置c₁。线d成像于左图像34的位置d₁。由于线c和线d位于手指13的背面，因此它们没有在正面图像33上成像。

图7示出了图像合成器25的处理流程。图像合成器25在合成之前接收图像数据31，并取出右图像32、正面图像33和左图像34(A1)。该取出操作是基于存在于右、正面和左图像之间的除手指13以外的图像(图3中的白色部分)的色度和亮度。此外，在本示例性实施例的生物特征输入系统15中，调整镜子11和12的相互距离和角度、以及镜子11和12相对于成像器29的位置，以使得存在于右、正面和左图像之间的除手指13以外的图像(图3中的白色部分)能够存在。

接着，图像合成器25对右图像32和左图像34(A2)施以镜像反转。图4示出了在合成过程中的图像数据41，这是上述处理的结果。这里，应在手指13的相同位置的线a₁和线a₂彼此邻近。线b₁和线b₂也彼此邻近。

此后，图像合成器25将图像彼此链接。在合成过程中，图像合成器首先从图像数据41中提取指纹特征点(A3)。由于从包括指纹的图像数据中提取特征点的技术为本领域技术人员所知，故省略其详细说明。

接下来，图像合成器25将正面图像33、右图像32和左图像34彼此链接，以使特征点彼此重合(A4)。换而之，图像合成器将图4中的线a₁和a₂彼此叠加，以及将线b₁和b₂彼此叠加。特别地，图像合成器在垂直于手指13的延伸方向的方向(图4底部的箭头的方向)上平移右图像32和左图像24，并使用模式匹配技术找到特征点与正面图像33的特征点重合的位置。此外，图像合成器对正面图像33、右图像32和左图像34进行链接。

此外，特征点不必完全重合。重合可以设置为能够完成匹配的程度上。例如，约80％的特征点彼此重合。图5示出了合成后的图像数据51，这是图像合成器25在上述处理中的输出。

此外，图像合成器25也可以被实现为合成除手指13以外的图像。例如，图像合成器25可以被配置为：用螺丝钉的图像代替手指13，采集、输入螺丝钉的图像，并基于螺丝钉的图案对螺丝钉的正面图像33、右图像32和左图像34进行彼此链接。

图8示出了手指13在匹配过程中旋转并倾斜放置的情况。手指13的手指球从镜子11反射，并由成像器29获得。手指13的侧面部分被成像器29直接获得。

图9示出了手指13在匹配过程中旋转到与图8中的情况相反的方向且倾斜放置的情况。手指13的手指球从镜子12反射，并由成像器29获得。手指13的侧面部分被成像器29直接获得。

在示例性实施例中，由于提供了镜子11和12以及图像合成器25，因而带来了以下优点：第一个优点是，由于从三个方向测量指纹，即手指13的正面和两个侧面，因而可以以高于仅从正面测量的精度进行身份认证；第二个优点是，由于从三个方向(即手指13的正面和两个侧面)测量诸如手指13的指纹之类的生物特征，因此即使测量者无意识地倾斜旋转了手指13，仍可以进行身份认证。

[第二示例性实施例]

第一示例性实施例的生物特征输入系统15提供了镜子11和镜子12。在第二示例性实施例中，提供了这两面镜子中的一面。由于镜子11和镜子12中有一面没有被提供，因此可以实现尺寸更紧凑且成本更低的生物特征输入系统15。在本示例性实施例中，由于从两个方向测量指纹，即手指13的正面和一个侧面，因此可以以高于仅从正面测量的精度来进行身份认证。此外，在本示例性实施例中，由于从两个方向测量指纹，即手指13的正面和一个侧面，因此即使测量者无意识地倾斜旋转了手指13，仍可以进行身份认证。

[第三示例性实施例]

图10示出了第三示例性实施例的生物特征输入系统15。在本示例性实施例中，在第一示例性实施例的两个镜子11和12的上方提供了天花板90。在本示例性实施例中，由于提供了天花板90，因此图像合成器25在合成之前可以很容易地将右图像32、正面图像33和左图像34从图像数据31中分离并取出。这是因为图像之间的色度和亮度(图3中的白色部分)不同于上述图像的色度和亮度。此外，在本示例性实施例中，手指13从生物特征输入系统15的前部或类似地插入生物特征输入系统15。

[第四示例性实施例]

尽管第四示例性实施例的基本配置与第一示例性实施例的相同，但它还提供了正面照明91和背面照明92。图11示出了第四示例性实施例的配置。

正面照明91照射手指13的指尖的正面(通常是手指球部分)，并产生存在于指尖的手指球上的指纹的反射图像。通过正面照明91得到的手指图像是由反射光得到的图像。相应地，其波长特性可以是可见光或近红外光，并且可以根据成像装置22的特性进行选择。然而，考虑到污染和环境光，红光的波长特性或约850-960nm的近红外光的波长特性是理想的。换言之，使用LED等作为正面照明91是理想的。此外，正面镜头93等聚集光、并且仅照射指尖的手指球部分也是理想的。

背面照明92从手指13的背面侧照射手指13的第一关节和第二关节之间的部分(称为指骨)，并得到这个部分中的多个血管的图像。此外，背面镜头94等聚集光、并且仅照射手指13的第一关节和第二关节之间的部分也是理想的。背面照明92的光线具有可射入手指13内部并被血管中的红色血液吸收的波长是理想的。对于光源而言，LED等具有红光的波长特性或约850-960nm的近红外光的波长特性是理想的。

在本示例性实施例中，由于提供了正面照明91和背面照明92，因此作为手指13的生物特征的指纹和血管可以被同时成像。按照这种方式，在本示例性实施例中，由于除镜子11和12之外提供了正面照明91和背面照明92，因此一个成像器29可以从正面和侧面对指纹和血管这两个生物特征进行成像。在本示例性实施例中，可以利用高于第一示例性实施例的精度进行生物认证。

[第五示例性实施例]

在第五示例性实施例中，使用具有约850-960nm波长的近红外光作为第四示例性实施例的正面照明91和背面照明92的光，并在手指13与成像器29之间提供红外透射滤波器95，用于截断可见区域内的光。图12示出了本示例性实施例的配置。在本示例性实施例中，通过使用红外透射滤波器95，可以防止诸如用于室内照明的荧光灯之类的环境光。

尽管已经参考本发明的示例性实施例具体说明并描述了本发明，本发明并不局限于这些示例性实施例。本领域技术人员应理解，在不背离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种形式和细节上的变化。

Claims

1.一种生物特征输入系统，包括：

放置在手指前方的成像器，用于形成所述手指的正面图像、以及所述手指的任一侧面的图像；

放置在所述手指的至少一个侧面的反射镜，用于将所述手指的侧面图像反射至所述成像器；以及

合成器，用于对所述手指的侧面所成像的图像施以镜像反转，在垂直于所述手指的延伸方向的方向上平移所述手指的被施以镜像反转的侧面图像，并进行链接使所述手指的正面图像和所述手指的侧面图像的特征点彼此一致，并对所述手指的侧面的镜像反转的图像与所述手指的正面所成像的图像进行合成。

2.如权利要求1所述的生物特征输入系统，其中，所述反射镜包括在所述手指的延伸方向上延伸的反射板，每个反射板被放置在所述手指的两个侧面中的一侧，在所述手指正面一侧的所述反射板之间的距离大于在所述手指背面一侧的所述反射板之间的距离。

3.如权利要求1所述的生物特征输入系统，其中所述系统具有：

放置在所述手指正面方向的第一光源；以及

放置在所述手指背面方向的第二光源。

4.如权利要求3所述的生物特征输入系统，其中，所述第二光源的光从所述手指的背面方向照射所述手指的第一关节和第二关节之间的部分。

5.如权利要求3所述的生物特征输入系统，其中，所述第一光源和所述第二光源的光的波长为850nm至960nm，以及

所述系统具有放置在所述手指与所述成像器之间的红外透射滤波器。

6.一种图像合成设备，包括：

输入部分，用于输入图像，所述图像包括在同一平面上彼此分离的第一图像和第二图像；以及

合成器，用于针对输入的所述图像，对所述第一图像施以镜像反转，并将反转的第一图像链接至所述第二图像，以合成图像，

其中，所述第一图像是手指的任一侧面的图像，所述第二图像是所述手指的正面图像，

其中，所述合成器在垂直于所述手指的延伸方向的方向上平移被施以镜像反转的所述第一图像，并使从所述第一图像和所述第二图像提取的特征点彼此一致，并进行链接，以合成图像。

7.一种图像合成方法，包括以下步骤：

输入图像，所述图像包括在同一平面上彼此分离的第一图像和第二图像；

对所述第一图像施以镜像反转；

通过将所述反转的第一图像链接到所述第二图像来合成图像，

其中，所述第一图像是手指的任一侧面的图像，所述第二图像是所述手指的正面图像，以及

其中，所述合成步骤包括以下步骤：在垂直于所述手指的延伸方向的方向上平移被施以镜像反转的所述第一图像，并使从所述第一图像和所述第二图像中提取的特征点彼此一致，并实施链接，以执行合成。