CN101361095A - 图像输入设备、图像输入方法、个人身份验证设备以及电子设备 - Google Patents

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CN101361095A CNA2007800015522A CN200780001552A CN101361095A CN 101361095 A CN101361095 A CN 101361095A CN A2007800015522 A CNA2007800015522 A CN A2007800015522A CN 200780001552 A CN200780001552 A CN 200780001552A CN 101361095 A CN101361095 A CN 101361095A
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井关敏之
名须川利通
小菅信一
高桥博明
高桥彰
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Abstract

披露了一种图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该图像输入设备包括：光源，向活体发射近红外光；透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜具有在面向活体的一侧布置的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧布置的正光焦度的一面；成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；以及重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从成像单元形成的复眼图像重建单个图像。该重建的单个图像被输入作为对象的图像。

Description

图像输入设备、图像输入方法、个人身份验证设备以及电子设备
技术领域
本发明涉及一种适于输入活体内的对象(例如，手指的血管、皮下指纹)的图像的输入设备和输入方法，以及使用所述对象的所述图像的个人身份验证设备。
背景技术
专利文件1(日本公开专利号第2004-27281号)、专利文件2(日本公开专利号第2005-92375号)以及专利文件3(日本公开专利号第7-21373号)披露了个人身份验证设备的实施例，该个人身份验证设备向手指发射红外光或近红外光来捕获手指中血管图案的图像，并且基于血管图案执行个人身份验证。
此外，专利文4(日本专利第3705766号)、专利文件5(日本公开专利第2001-61109号)以及非专利文件1(Rui Shogenji等人的“Development of ThinImage Input Apparatus using Compound-Eye Optical System”图像信息和电视工程师学术期刊，第59卷，第9期，1135-1141页，2003)披露了使用复眼光学系统的薄图像输入设备的实施例。此外，非专利文件1披露了要被应用到指纹身份验证系统的示例指纹输入技术。
在专利文件1、2和3中披露的个人身份验证设备使用单眼光学系统来输入血管图案图像，使得对于对象距离和成像距离施加限制，并且该设备可能不能被充分地小型化。应该注意到的是为了能够在例如移动电话的电子设备、在例如PDA的小型化信息终端或者笔记本电脑中安装个人身份验证设备，个人身份验证设备必须被充分地小型化。
为了将个人身份验证设备小型化，也必须将用于输入活体内的对象(例如手指的血管或者皮下指纹)的图像的图像输入设备小型化。如在专利文件4和5中记录的那样，在小型化图像输入设备的过程中，通常使用复眼光学系统是更有利的。然而，在使用图像输入设备用于个人身份验证的情况下，除了最小化图像输入设备之外，必须以足够的图像质量捕获要被输入并用于个人身份验证的活体内的对象的图像。
发明内容
本发明的方面用于提供最小化的(薄)图像输入设备，该设备适用于输入活体内的例如血管或皮下指纹的成像对象的图像，以及使用所述图像输入设备的个人身份验证设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜具有在面向活体的一侧布置的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧布置的正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；以及
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从成像单元形成的复眼图像重建单个图像，该重建的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的另一个方面，提供了一种图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜具有在面向活体的一侧布置的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧布置的正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
校正单元，配置用于基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正由成像单元形成的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化，并且生成校正的复眼图像；以及
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从校正单元生成的校正的复眼图像重建单个图像，所述重建的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的另一个方面，提供了一种图像输入方法，用于输入活体内存在的对象的图像，该方法包括以下步骤：
使用成像光学系统，其包括
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有的正光焦度的一面；以及
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像，
基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正成像单元形成的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化以生成校正的复眼图像；
使用小眼图像之间的视差从校正的复眼图像重建单个图像；以及
输入该重建的单个图像作为对象的图像。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施例的图表；
图2是显示具有锥形开口的光屏蔽部件的图表；
图3是显示具有分层结构的光屏蔽部件的图表；
图4是表示用于生成复眼图像示例仿真的图表；
图5A和5B是表示根据对象距离的不同相邻小眼图像之间的重叠区域尺寸的不同的图表；
图6是表示根据小眼图像的视差(parallax)的变化小眼图像之间的像素亮度差的平方值的和E的变化的图形；
图7是表示从复眼图像重建单个图像的过程中排列像素的方法的图表；
图8是表示从复眼图像重建单个图像的示例处理步骤的流程图；
图9是表示本发明的第二实施例的图表；
图10A和10B是在平凸透镜的凸面面向对象侧的情况下以及平凸透镜的凸面面向图像表面侧的情况下，表示与对象视觉角度相关的平凸透镜的MTF特性的图形；
图11是在平凸透镜的凸面面向图像表面侧的情况下表示和对象距离相关的平凸透镜的MTF特性的图形；
图12是表示本发明的第三实施例的图表；
图13是表示本发明的第四实施例的图表；
图14是在将发射的光线强度调制为正弦波形、将调制周期划分为四个阶段(phase)，并且在这些阶段区间取样图像的情况下，表示图像取样定时的图形；
图15是表示降低光学放大倍数以及扩大成像光学系统的视野的例子的图表；和
图16A和16B是示例电子设备的透视图，每个电子设备具有根据本发明的实施例安装在其上的个人身份验证设备。
具体实施方式
下面，参考附图描述本发明的优选实施例。应该注意到在下面描述的例子中，假设人的手指对应于活体，并且手指的内部血管对应于要被成像的对象。此外，假设输入血管的图像使得其血管图案可以被用于执行个人身份验证。而且，在这些图表中，为了减少重复描述对于相似的或实质上相同的组成要素给出相同的附图标记。
(第一实施例)
图1是显示根据本发明的第一实施例的图像输入设备和个人身份验证设备的图表。在图1中，成像光学系统100、预处理单元101、重建操作单元102、后处理单元103组成图像输入设备。此外，身份验证操作单元104和注册的数据存储器105组成身份验证处理部分，该部分基于血管图案执行个人身份验证处理。这样的身份验证处理部分和图像输入设备组成根据本实施例的个人身份验证设备。
在图1中，将手指(活体)1放置在成像光学系统100的特定位置上。该成像光学系统100捕获手指1中的作为对象的血管2的图像，并且输入该捕获的图像。成像光学系统100包括光源6、透镜阵列3、光屏蔽部件4、图像获取(pickup)装置5以及光学带通滤波器7.
透镜阵列3用于形成对象的图像，并且包括在垂直于透镜轴的平面上以二维阵列布置的多个透镜3a。然而，本发明不局限于这样的布置，并且透镜3a可以可选地以例如一维阵列进行布置。
根据本发明的实施例，组成透镜阵列3的每个透镜3a在对象侧具有0光焦度或负光焦度的一面，在图像表面侧具有正光焦度的一面(例如，下表面侧)。在图1所示的例子中，凸面面向图像表面侧的平凸透镜被用作透镜3a。应该注意到凸面可以是球面表面或者非球面表面。在透镜3a的凸面是非球面的情况下，可以增强用于提高透镜3a的光学特性的设计灵活性。
光屏蔽部件4用于防止在图像表面通过透镜阵列3的透镜3a的光线之间的串扰，以及用于防止产生例如重影光和闪光的噪声光。根据一个实施例，光屏蔽部件4被布置具有从透镜阵列3的透镜3a延伸到图像表面的高度，并且在以二维阵列布置的透镜3a的位置包括开口(过孔)，每个开口具有正方形的横截面。在另一个实施例中，光屏蔽部件可以是针孔阵列，该针孔阵列在对应于透镜阵列3的透镜3a的位置具有开口。在另一个实施例中，光屏蔽部件可以由透明平行平面组成，该透明平行平面对应于其上形成的透镜阵列3的透镜3a具有开口，并具有通过汽相淀积(vapor deposition)在例如透明平行平面的上表面和/或下表面上淀积的一个或多个非透明薄膜。
图像获取装置5用于形成对应于由透镜阵列3的透镜3a形成的图像的收集(小眼图像)的复眼图像。例如，可以使用具有以二维阵列布置的图片接收元件5a的CCD图像获取装置或者CMOS图像获取装置。在一个实施例中，图像获取装置5可以包括电路，该电路用于调整来自图片接收元件5a的光电转换信号的增益，并且将模拟信号转换为要被配置来输出捕获的信号的数字信号作为数字图像数据。应该注意到图像获取装置5从小眼图像形成了由多个像素组成的图像。
光源6可以是例如对于手指(活体)1发射近红外光的发光二极管(LED)，，近红外光可以以相对低的吸收率被吸收。由光源6在手指(活体)1上发射的近红外光被手指1的血管(成像对象)2中减少的血色素吸收。然而，近红外光很难被手指1的除了血管2之外的部分吸收。以这种方式，可以将血管图案可视化。详细地，血管图案可以由透镜阵列3的透镜3a在图像获取装置5的成像表面上成像为复眼图像。
光学带通滤波器7仅通过预定波长范围内的光线，包括由光源6发射的近红外光的波长。光学带通滤波器7被布置来去除除了来自光源6之外的光源的噪声光的影响。应该注意到在并不是必须考虑噪声光的情况下，或者在噪声光的影响由如下所述的涉及本发明的第五实施例的图像数据处理而去除的情况下，可以不用必须包括光学带通滤波器7。而且，在一个实施例中，光学带通滤波器7可以被布置在透镜阵列3的图像表面侧，例如图像获取装置5的成像表面。
应该注意到在图1的实例中仅仅显示了一个光源6。然而，在其他实施例中，可以布置多个光源以在成像对象的区域上发射光线。而且，在一个实施例中，激光二极管(LD)可以被用作光源6。此外，应该注意的是在图1的实例中，布置光源6从不面向透镜阵列3的一侧(例如，图1的上侧)向手指(成像对象)1发射光线。然而，在其他实施例中，可以布置光源6以从例如该侧或者底部向手指1发射光线。即，由于对手指1发射的近红外光在手指1内的所有方向漫射，在这些实施例中手指1的血管图案图像可以被充分捕获。在另一个实施例中，可以加入将在光源6生成的近红外光指引到手指1的光导体。
图像获取装置5从由透镜阵列3的透镜3a形成的图像中捕获血管图案(对象图像)的复眼图像，并且将该捕获的图像输出为数字图像数据。该数字图像数据由预处理单元101进行预处理，并且被传送至重建操作单元102。预处理单元101可以通过移除由光屏蔽部件4产生的阴影部分并且对于各个小眼图像执行平滑处理或者平均处理来从复眼图像中提取小眼图像的区域，；或者例如提取包括血管图案的小眼图像并且对于小眼图像执行强化处理来锐化(sharpening)血管图案图像。通过下面将更详细描述的使用小眼图像之间的视差来执行重建操作处理，重建操作单元102从预处理的小眼图像中重建单个图像。然后，如果必要或期望的，后处理单元103可以对于单个图像数据执行例如噪声去除的后处理，之后将该单个图像数据输入身份验证操作单元104作为血管(对象)图像数据。上述操作对应于根据本实施例的图像输入设备的实例图像输入操作。应该注意到的是上述预处理和后处理操作对应于在图像重建处理之前和之后要被执行的处理。因此，预处理单元101和后处理单元103的操作可以被看作和重建操作单元102的操作一起的图像重建操作。
例如，身份验证操作单元104可以从输入血管图像数据中提取血管图案的特征量，并且比较提取的特征量和存储在注册的数据存储器105中的注册人员的血管图案来进行个人身份验证。详细地，如果提取的特征量和注册人员的注册的特征量之间的差异小于或等于预定值，进行身份验证的人(例如，手指1的拥有者)可以被验证为已注册的人。另一方面，如果该差异大于该预定值，身份验证失败。由于使用血管图案的个人身份验证技术是公知的，在此省略了进一步的详细的描述。
透镜阵列3可以由透明的树脂或玻璃材料形成。透镜阵列3可以使用例如回流方法、区域定量(area ration)灰度掩膜方法或抛光方法的处理技术来制造。可选地，透镜阵列3可以使用由例如上述处理技术制造的模具通过铸模来制造。光屏蔽部件4也可以使用例如树脂、玻璃或金属的材料通过相似处理来制造。然而，应该注意的是通过使用例如不透明的材料或者在透明材料上进行涂层处理来布置光屏蔽部件4以防止光通过或在其上被反射。
应该注意到在图1的实例中，光屏蔽部件4的开口(过孔)在与透镜3a到图像获取装置5的成像表面的透镜轴近似正交的平面上具有实质上相同的截面面积。在图2所示的可选实施例中，开口4a的截面面积在朝向成像表面侧变得更小，使得开口4a可以被布置为锥形结构。例如，如图2中箭头所示，通过将开口4a布置为锥形结构，可以防止在对角方向进入开口4a的光线在开口4a内反射并进入图像获取装置5的成像表面，使得可以防止光斑或重影。此外，应该注意到当光屏蔽部件4的高度根据开口4a的尺寸必须是相对高的，光屏蔽部件的处理可能变得困难。在这种情况下，可以通过将多个具有适当高度的层分层以简单处理并将这些层绑定在一起来制造光屏蔽部件4。图3表示通过将具有适当高度的光屏蔽部件4的两层分层以简单处理来制造光屏蔽部件4的例子。
图4A和4B是表示以成像光学系统100来形成复眼图像的仿真例子的图表。图4A表示从其中形成复眼图像的原始图像。图4B表示从图4A的原始图像中获得的复眼图像。在图4B所示的复眼图像中，在小眼图像之间布置的黑色部分对应于由光屏蔽部件4形成的阴影部分。小眼图像是由透镜阵列3的透镜3a形成的。详细地，根据透镜阵列3的透镜3a的透镜位置来将成像对象的差异部分成像。在图1中，由参考2a标识的区域表示对应于要被透镜3a观察并且成像为小眼图像的区域的一个透镜3a的视野。而且，由参考2b标识的区域表示重叠部分，其中两个相邻透镜3a的视野相互重叠。这个部分对应于图4B所示的复眼图像的相邻小眼图像的重叠区域。
应该注意的是从手指的皮肤表面到血管的距离因人而异，因此，从图1的透镜阵列3到血管2的距离根据要被进行身份验证的人的不同而不同。例如，当如图5A所示，当血管2和透镜阵列3之间的距离减小时，或者当光屏蔽部件4的高度增加时，可能不产生相邻小眼图像之间的重叠区域。另一方面，如图5B所示，当血管和透镜阵列之间的距离增加时，或者当光屏蔽部件4的高度减小时，相邻小眼图像之间的重叠区域可以被扩大。
当在两个相邻小眼图像之间没有重叠区域时，可以如下重建单个图像：提取复眼图像中的各个小眼图像；将提取的小眼图像重新定向，该提取的小眼图像由透镜3a反转成为其原始方向；以及将反转的小眼图像连接在一起。然而，当在两个相邻小眼图像之间存在重叠区域时，一个重叠区域变得无效，使得在这样的情况下，当通过仅将小眼图像连接在一起来重建单个图像时，可以减少组成重建图像的像素的大小和数目，以及可以降低图像分辨率。此外，当如图5B的例子所示血管2和透镜阵列3之间的距离增加时，重叠区域的面积以及无效像素的数目增加，并且成像光学系统的光学放大倍数减小，使得血管图案图像变得更小，并且图像分辨率降低。
本发明的一个实施例旨在对于这样的由于无效像素数目的增加和光学放大倍数的减小引起的图像分辨率的减小进行补偿，例如，如下所述通过使用重建操作单元102的小眼图像之间的视差来执行单个图像重建过程。
应该注意到的是由于透镜3a和血管(成像对象)2之间的位置关系，在小眼图像之间存在视差。因此，小眼图像对应于根据视差而转移的图像。在下面的描述中，小眼图像之间的视差指的是给定小眼图像关于复眼图像中的参考小眼图像的转移量(以长度单位)。使用小眼图像之间的视差，隐藏在小眼图像的像素中的对象结构的图像可以被重现。在一个例子中，小眼图像之间的视差可以通过使用下面的公式(1)计算小眼图像之间的亮度差的平方和来检测。
E = Σ x = 1 X Σ y = 1 Y { I B ( x , y ) - I m ( x - P x , y - P y ) } 2 - - - ( 1 )
在上面的公式(1)中，IB表示复眼图像的参考小眼图像，该参考小眼图像可以被任意设置为基于其获得各个小眼图像的视差的参考。Im表示各个小眼图像，m表示标识各个小眼图像的数字，其可以是从1到N的范围的值(N表示构成透镜阵列3的透镜3a的数目)。PX和PY各自表示给定小眼图像关于参考小眼图像在X和Y方向的视差。根据本例子，对于所有组成小眼图像的像素获得给定小眼图像和参考小眼图像之间的亮度差，以及获得亮度差的平方值的和E。连续计算该值E，同时逐渐改变PX和PY的值，并且当值E取最小值时，PX和PY的值被确定为各自表示在x和y方向上相对于参考小眼图像的视差的值。图6是表示与PX和PY的值的改变相关的E的值的改变的三维图形，x轴表示PX的值，y轴表示PY的值，z轴表示E的值。
从图6的图形可见，当E取最小值时，PX和PY的值各自对应于在x轴和y轴方向的小眼图像Im相对于参考小眼图像IB的视差。在视差维数可能小于图像获取装置5的像素大小的情况下，可以放大小眼图像使得视差维数对应于图像获取装置5的像素大小或成为其整数倍。即，可以增加组成小眼图像的像素的数目，并且可以通过确定放大的小眼图像之间的亮度差的平方和来获得视差。为了放大小眼图像，必须执行内插操作，该内插操作涉及参考其相邻像素来确定每个像素的亮度。至于放大率，因为可以从光学放大倍数、透镜阵列3的透镜孔距(pitch)以及图像获取装置5的像素大小来估算视差的近似值，可以确定放大率使得估算的视差对应于图像获取装置5的像素大小。在透镜阵列3的透镜孔距处理正确性足够高的情况下，如果对象和透镜阵列3之间的距离是已知的，可以几何地计算小眼图像的视差。在这个方面，根据一个例子，可以通过检测一对小眼图像之间的视差并且计算下面的公式(2)来获得小眼图像的视差，其中δ表示给定小眼图像的视差，Δ表示实际检测的小眼图像的视差，N表示检测了视差的小眼图像的中心与参考小眼图像的中心之间关于图像中x或y方向(水平或垂直方向)的距离，以及n表示给定小眼图像的中心以及参考小眼图像的中心之间的距离。
δ = Δ · n N - - - ( 2 )
在成像对象和透镜阵列3之间的距离相对短使得小眼图像之间的视差相对大的情况下，可以优选地检测相邻小眼图像之间的视差，而不是固定参考小眼图像。在这样的情况下，一对相邻小眼图像中的一个变成参考小眼图像，另一个变成为检测其视差的小眼图像。如上所述，可以有一个或多个不包含血管图案的图像的小眼图像。因此，在一个优选实施例中，可以在预处理操作中提取包含血管图案的图像的小眼图像，并且对于提取的小眼图像可以检测视差，同时，可以使用提取的小眼图像的检测的视差使用上面的公式(2)计算来获得剩余的没有血管图案的图像的小眼图像的视差。在另一个实施例中，可以通过执行小眼图像之间的交叉相关计算，而不是计算小眼图像之间的亮度差的平方和来检测小眼图像的视差。
图7是表示重建单个图像的方法的图表。在图7所示的例子中，从复眼图像9的每个小眼图像9a中提取像素亮度，并且该提取的像素亮度被布置在虚拟空间中的重建图像8的对应位置上，其位置是基于复眼图像9中的小眼图像9a和其视差来确定的。通过对所有小眼图像的像素执行上述布置像素亮度的处理，可以获得重建图像8。
应该注意的是，当由于光屏蔽部件4产生的视差维数和/或阴影部分的影响而存在重建的图像中不包含亮度的像素，例如，可以基于其相邻像素的亮度来对这样的像素执行内插。此外，在视差小于像素大小的情况下，将重建图像放大使得视差维数可以等于像素大小或者是像素大小的整数倍。即，增加组成重建图像的像素的数目，以及此后可以执行上述布置像素亮度的处理。
图8是表示可以由重建操作单元102执行的示例处理步骤的流程图。根据图8，首先，重建操作单元102获取复眼图像(步骤S1)。然后，从包括在预处理中提取的血管图案的图像小眼图像中选择性地设置用于视差检测的参考小眼图像(步骤S2)，并且检测各个小眼图像关于参考小眼图像的视差(步骤S3)。然而，应该注意的是对于不包含血管图案的图像的小眼图像可以不检测视差，并且可以通过例如计算上面的公式(2)来获得这样的小眼图像的视差。然后，执行重建操作以使用各个小眼图像的视差从复眼图像中构建单个图像(步骤S4)，之后将该重建的单个图像输出(步骤S5)。通过执行这样的重建处理，可以重现隐藏在小眼图像的像素中的对象结构的图像，并且即使当对象和透镜阵列3之间的距离增加以及分辨率减小时，可以获得具有改善的分辨率的单个图像。
应该注意的是当小眼图像之间的重叠相对小的时候，检测到的视差可以是例如非常小的值或者异常值。在这个方面，可以对视差设置阈值，并且在步骤S4中可以将要被使用的视差和该阈值进行比较。如果视差小于该阈值，可以通过简单地将小眼图像重新定向到其原始方向并且将小眼图像连接起来来重建单个图像。另一方面，如果视差大于或等于该阈值，可以执行使用视差的上述重建处理。
如果对象和透镜阵列3之间的距离处于预定的允许范围内，为了使用小眼图像之间的视差充分执行上述重建处理，由图像获取装置5成像的给定的一对相邻小眼图像必须具有至少一个表示对象的相同部分的共同的像素。因此，当对象和透镜阵列之间的距离处于预定允许的范围内时，必须执行设计手段以确保相邻的图像总是具有重叠的区域。例如，可以恰当地调整光屏蔽部件4的高度以及透镜阵列3的透镜3a之间的距离，使得即使当对象和透镜阵列3之间的距离处于预定允许范围的最小值时，相邻的小眼图像总是具有重叠区域。在另一个实例中，为了防止对象和透镜阵列3之间的距离变得小于预定允许范围的最小值，用于调整该距离的透明板(未显示)可以被布置在手指(活体)1和透镜阵列3之间，例如在光学带通滤波器7的上表面。在另一实例中，当没有提供光学带通滤波器7时，可以布置这样的透明板来代替光学带通滤波器7。通过实施这样的手段，总可以获得包括重叠区域的复眼图像，使得不用必须根据如上所述视差和阈值比较的结果来确定重建处理的进行。此外，由于对象和透镜阵列3之间的距离的变化可以反映在视差上，根据本发明实施例的使用视差的重建处理可以在例如由皮肤的厚度的差异引起的距离上容易地反映这样的变化。
应该注意到上面描述了输入手指的血管图案以及使用该血管图案来执行个人身份验证的示例情况。然而，本发明不局限于这样的例子，在其他实施例中，也可以将手掌的血管图案或手指的指纹图案成像以执行个人身份验证。在进一步的实施例中，本发明可以应用于成像技术来获取被用于例如非入侵的血糖水平测量的生物系统图像信息。
如图15所示，通过减少透镜阵列3的后焦距，可以降低光学放大倍数并确保更广阔的视野。在对象的大小相对大的情况下，通用的图像获取装置可能不能够充分成像对象，使得必须使用专用的图像获取装置，这将增加设备的整体成本。因此，为了防止这样的成本增加，根据一个优选实施例，可以基于对象大小以及通用图像获取装置的大小来设置恰当的光学放大倍数，使得可以使用通用的图像获取装置来对对象的整个图像进行充分成像。应该注意的是图15表示通过调整透镜阵列3来减小光学放大倍数的例子；然而，也可以实施其他的手段，例如加入另一个光学系统用于将对象图像去缩小。
(第二实施例)
图9是表示根据本发明的第二实施例的图像输入设备和个人身份验证设备的图表。根据本实施例的设备和第一实施例的设备的不同之处在于它包括校正操作单元201以及存储器202，作为用于校正(例如，通过MTF校正)由透镜阵列3的透镜3a引起的图像恶化的校正处理部。应该注意的是根据本实施例的设备的其他特征和第一实施例是相同的。应该注意的是关于其凸面面向图像表面的平凸透镜3a的光学传递函数(OTF)数据被预先存储在存储器202中。
图10A和10B是表示当平凸透镜的凸面面向对象侧的情况下和当平凸透镜的凸面面向图像表面侧的情况下MTF对应于平凸透镜光学传递函数的增益和物体的视角之间的关系。
图10A表示平凸透镜的MTF特性，该平凸透镜的凸面面向对象侧。图10B表示平凸透镜的MTF特性，如在本实施例中使用的透镜3a，该平凸透镜的凸面面向图像表面侧，。应该注意的是图10A和10B所示的细实线、点线和短划线表示入射到透镜的光线的不同角度，即，这些线表示对象的不同视角。此外，图10B所示的粗实线表示校正后的MTF特性。
如图10A所示，在平凸透镜的凸面面向对象侧的情况下，虽然在某个视角直到相对高的空间频带可以获得相对高的MTF值，根据视角MTF和截止频率显著变化，并且图像可能容易恶化。例如，为了在这种情况下在整个允许视角范围内维持高的MTF和高的截止频率，允许的视角范围可能必须十分窄和/或透镜可能需要具有例如分层结构或非球面结构的复杂的结构。换句话说，在这种情况下以简单的透镜配置来在宽的视角范围内获得充分的性能是困难的。应该注意的是如果MTF可以被限制在预定范围内，可以通过校正操作改进MTF特性。然而，在图10A的情况下，由于MTF根据视角而显著的变化，对于不同的视角必须分开执行校正，使得为了执行校正的处理负载可能更大。此外，由于MTF在某个视角可以容易地掉到0，对其执行校正的视角的范围可能更有限。
另一方面，如在图10B中所示，在平凸透镜的凸面面向图像表面侧的情况下，如同本实施例中使用的透镜3a，虽然可能减小了整个MTF的值，但是也可以减小MTF对于视角的变化而进行的变化以及减小截止频率的变化。因此，在执行MTF校正操作的情况下，平凸透镜的凸面被优选地布置为面向图像表面侧，并且为了在相对宽的视角范围内以相对小的处理负载来维持MTF的性能，优选地调整凸面结构使得MTF是统一的并且限制在预定范围内。例如，以本配置可以容易地获得图11B所示的粗实线表示的MTF特性。除了如上所述获得MTF特性的改善，应该注意的是可以通过将平凸透镜的凸面布置为面向图像表面侧来减少例如变形和弯曲的平面误差。而且，在使用以负光焦度面向对象侧的透镜情况和使用以正光焦度面向图像表面侧的透镜的情况可以等同的获得上述优势效果。
在下文中，描述了由校正操作单元201执行的MTF校正处理。应该注意的是根据本实施例的校正操作单元201被配置用于执行提取由图像获取装置5形成的复眼图像的小眼图像的处理，同时在执行该校正处理之前排除由光屏蔽部件4生成的阴影部分。因此，在本实施例中，预处理单元101不用必须执行提取除了阴影部分之外的小眼图像的过程。
通过透镜3a而降低质量的对象的图像，即，复眼图像的每个小眼图像的强度(intensity)数据可以由下面的公式(3)来表示：
I(x，y)＝FFT-1[FFT{S(x，y)}·OTF(x，y)]               (3)
应该注意的是在上面的公式(3)中，x和y表示小眼图像的位置坐标，I表示小眼图像的强度数据，S表示对象的强度数据，OTF表示透镜3a的光学传递函数数据，FFT表示傅立叶变换运算符，FFT-1表示反傅立叶变换运算符。应该注意的是可以使用在透镜设计阶段获得的透镜3a的波像差(waveaberration)数据通过透镜3a的光瞳函数(pupil function)的自相关来获得透镜3a的光学传递函数OTF数据。
校正操作单元201使用预先计算并存储在存储器202中的透镜3a的光学传递函数OTF数据，并对复眼图像每个小眼图像执行下面的公式(4)的计算来校正有透镜3a引起的质量恶化，并且生成具有改善的MTF的小眼图像(以及对应于校正的小眼图像的集合的复眼图像)。应该注意的是在下面的公式(4)中，R表示校正后的小眼图像的强度数据，α表示常数，用于防止被0除或者噪声放大。
R ( x , y ) = FFT - 1 [ FFT { I ( x , y ) } OTF ( x , y ) + α ] - - - ( 4 )
应该注意的是当光学传递函数并不根据光线角度的改变而改变的时候，这意味着即使当例如透镜本身略微倾斜的时候，光学传递函数也可能不改变。因此，在这种情况下可以减少由于安装图像获取装置5引起的透镜定位误差的影响。此外，应该注意的是当透镜的光线聚焦性能水平高的时候，即使相对于光轴图像表面位置的一点偏差，焦点也可能轻易地延伸而引起图像质量恶化。然而，如图11B所示在光线聚焦性能水平相对低的情况下，当图像表面位置稍微偏离光轴的时候，可以防止焦点延伸得太远。以这种方式，可以减少例如在设定透镜和图像表面之间距离中误差的影响。此外，在优选实施例中，可以在装配设备时将透镜阵列3连接至光屏蔽部件4。详细地，例如，透镜3a的凸面面向图像表面侧可以接合(engage)光屏蔽部件4的对应的开口(过孔)，使得可以有助于例如透镜阵列3和光屏蔽部件4的校准。
应该注意的是以上将涉及使用FFT进行频率滤波的校正过程描述为实例。然而，使用例如点扩散函数模式通过去卷积可以执行相似的校正处理。应该注意的是使用点扩散函数模式的处理可以比使用FFT(快速傅立叶变换)的更简单，使得在例如制造专用处理电路的情况下可以减少整个设备的成本。在另一个优选实施例中，可以对多个视角的每一个计算用于校正操作的光学传递函数数据，并且预先存储在存储器202中，使得对于对应于不同视角的每个图像区域使用对应的光学传递函数数据来执行校正。在另一个优选实施例中，对于例如弯曲和变形的平面误差通过预先估算它们的误差水平来执行校正。
根据图9所示的实施例的一个变型例，用于校正由透镜3a引起的图像质量恶化的校正处理部分(MTF校正)可以被布置在后处理单元103之后，而不是在预处理单元101之前。详细地，校正操作单元可以被布置在后处理单元103和身份验证操作单元104之间，并且用于存储光学传递函数数据的存储器可以连接至这个校正操作单元，使得对于重建的单个图像可以执行图像质量恶化校正(MTF校正)。应该注意的是对于单个图像的校正处理可以通过对该重建的单个图像执行一个校正处理序列来完成，使得与对每个小眼图像执行校正的情况相比可以减少操作时间。然而，应该注意的是由于要被用于校正处理的光学传递函数数据和各个透镜3a相关，并且要被用于校正各个小眼图像，当对于单个图像执行校正处理而不是对各个小眼图像执行校正处理时，与对各个小眼图像执行校正的情况相比可能不可避免地增加了校正误差。
(第三实施例)
应该注意的是透镜的光学传递函数可以根据对象距离(即，从对象2到透镜阵列3之间的距离)的不同而不同。特别地，在根据本发明的实施例的图像输入设备的成像光学系统中，其中对象位于和透镜阵列3相对近的地方，响应于对象距离的变化，光学传递函数可能显著变化。
图11是表示根据如图10B所示其凸面面向图像表面侧的平凸透镜中的对象距离，MTF特性的示例变化的图形。详细地，在图11中，当对象距离等于A、B和C时，由细实线、点线和短划线分别表示预定视角的MTF特性。从这个例子可以看到，在对象距离的变化不能被忽视的情况下(即，当MTF特性根据对象距离的不同而不同时)，当基于预定距离的光学传递函数数据来执行图像质量恶化校正(MTF校正)时可能发生校正误差。因此，为了减小校正误差，可以优选地预先准备不同对象距离的光学传递函数数据，使得可以根据对象距离选择要被用于图像质量恶化校正的光学传递函数数据。通过根据对象距离以上述方式执行图像质量恶化校正，图像质量恶化可以被恰当地校正以获得如图11中的粗实线所示的适当的MTF特性。
图12是表示根据本发明的第三实施例的图像输入设备和个人身份验证设备的图表。在本实施例中，加入对象距离检测单元301来检测对象距离(即，从对象2到透镜阵列3之间的距离)。此外，存储器202存储关于透镜3a的不同对象距离的光学传递数据，并且校正操作单元201被配置用于读取存储在存储器202中的、与最接近于对象距离检测单元301检测到的对象距离的对象距离相关的光学传递函数，来使用读取到的光学传递函数数据对复眼图像的每个小眼图像执行特性质量恶化校正(MTF校正)。应该注意的是根据本实施例的设备的其他特征可以和根据第二实施例的特征相同。
如上关于本发明的第一实施例的描述，小眼图像之间的重叠区域可以根据对象距离的不同而不同(见图5)。因此，可以基于三角测量原理使用重叠区域的信息，即，检测到的视差来计算对象距离。根据本实施例的对象距离检测单元301使用这样的方法来检测对象距离。详细地，对象距离检测单元301检测由图像获取装置5捕获的复眼图像的小眼图像之间的视差，并且基于三角测量原理使用检测到的视差来计算对象距离。应该注意的是可以通过检测两个小眼图像之间的视差来获得对象距离，即，并不要求复眼图像的所有小眼图像的视差来获得对象距离。而且，可以使用如上所述的方法来检测小眼图像之间的视差。
根据图12所示的实施例的变型例，用于校正由透镜3a引起的图像质量恶化的校正处理部分(MTF校正)可以被布置在后处理单元103之后，而不是在预处理单元101之前。详细地，校正操作单元可以被布置在后处理单元103和身份验证操作单元104之间，并且用于存储光学传递函数数据的存储器可以连接至这个校正操作单元，使得对于重建的单个图像可以使用和对象距离检测单元301检测的对象距离相关的光学传递函数数据来执行图像质量恶化校正(MTF校正)。应该注意的是对于单个图像的校正处理可以通过对该重建的单个图像执行一个校正处理序列来完成，使得与对每个小眼图像执行校正的情况相比可以减少操作时间。然而，应该注意的是由于要被用于校正处理的光学传递函数数据和各个透镜3a相关，并且要被用于校正各个小眼图像，当对于单个图像执行校正处理而不是对各个小眼图像执行校正处理时，与对各个小眼图像执行校正的情况相比可能不可避免地增加了校正误差。
(第四实施例)
图13是表示根据本发明的第四实施例的图像输入设备和个人身份验证设备的图表。根据本实施例，用于控制光源6的驱动操作的控制单元402以及偏差分量去除单元401被用于获得复眼图像数据，该复眼图像数据具有除了从光源6发射的近红外光之外的从其上移除的外部光的偏差分量(偏差光)。此外，图像获取驱动单元403用于驱动图像获取装置5。应该注意的是本实施例的其他特征可以和前述实施例及其变型例的任一个相同，使得这样的特征的表示可以在图13中被忽略。此外，应该注意的是虽然图13中包括带通滤波器7，这样的元件也可以被可选地忽略。例如，在忽略带通滤波器7的情况下，用于调整对象距离和/或保护透镜阵列3的透明板可以被布置在带通滤波器7的位置上。此外，应该注意的是虽然图像获取驱动单元403没有显示在表示前述实施例的图表中，这样的元件的描述仅仅是在这些图表中被忽略，在这些实施例中也使用驱动图像获取装置5的手段。
(例子1)
根据本实施例的第一示例实施方式，控制单元402开启/关闭光源的驱动电流来控制光源6间歇地发射光线。换句话说，光源6的光线发射被间歇地开启/关闭。在这种情况下，图像获取装置5捕获光源6的发射开启时间和发射关闭时间的复眼图像，并且为了控制偏差分量去除单元401来获得这些复眼图像，由控制单元402将同步于光源6的发射开启时间和发射关闭时间的定时信号提供至图像获取驱动单元403和偏差分量去除单元401。偏差分量去除单元401获得在光源6发射开启时间捕获的复眼图像和在光源6发射关闭时间捕获的复眼图像之间的差异来移除外部光的偏差分量，并且生成由光源6发射的光的光分量组成的复眼图像。
(例子2)
根据本实施例的第二示例实施方式，控制单元402将光源6的驱动电流调制到正弦波形，使得光源6发射的近红外光的强度可以根据正弦波形改变。由于外部光(偏差光)被叠加在近红外光上，如果这样的光直接入射到图像获取装置5上，对于每个像素可以连续获得图9所示的光强度调制。应该注意的是在图像中给定图像位置(x，y)上的像素的强度可以通过下面的公式(5)表示。
I(x，y)＝A(x，y)+B(x，y)·cos{φ(x，y)}               (5)
在上面的公式(5)中，I表示给定像素的强度，A表示外部光的强度，即，偏差光的强度，B表示光源6发射的光的调制振幅，以及Φ表示光源6发射的光的调制相位。
当调制周期被分成四个时间间隔，并且如图9所示在时间点t1、t2、t3和t4捕获图像，在上述时间点所获得图像的图像强度可以由下面的公式(6)-(9)表示。
I1(x，y)＝A(x，y)+B(x，y)·cos(φ)               (6)
I2(x，y)＝A(x，y)+B(x，y)·sin(φ)               (7)
I3(x，y)＝A(x，y)-B(x，y)·cos(φ)               (8)
I4(x，y)＝A(x，y)-B(x，y)·sin(φ)               (9)
光源6发射的光的调制振幅可以使用上面的公式(6)-(9)通过下面的公式(10)获得。因此，通过使用在上述时间点捕获的图像计算下面的公式(10)，偏差分量去除单元401可以产生具有从其上移除偏差分量的复眼图像。
B ( x , y ) = I 1 ( x , y ) - I 3 ( x , y ) 2 · cos { I 2 ( x , y ) - I 4 ( x , y ) I 1 ( x , y ) - I 3 ( x , y ) } - - - ( 10 )
应注意的是在上述例子中，调整周期被分成四个时间间隔，并且在分开的时间间隔对图像取样；然而，在其他可选实施方式中，调制周期内的取样频率可以增加，或者例如离散傅立叶变换可以用于计算以提取调制振幅。应该注意的是当取样频率增加时，可以更准确的移除偏差分量。
(第五实施例)
根据本发明的实施例的个人身份验证设备的整个成像光学系统可以被布置成相对薄的结构，使得该身份验证设备能够被安装在不同的电子设备中。以这种方式，可以根据由身份验证设备获得的身份验证结果来控制电子设备的操作，并且电子设备的使用可以被限制在特定用户。
图16A和16B是表示作为实例电子设备的小型化信息终端(例如PDA)以及笔记本电脑图表，每个电子设备具有根据本发明的实施例安装于其中的个人身份验证设备500。在图16A和16B的例子中，仅仅暴露其上放置手指的个人身份验证设备500的一部分(例如，光学带通滤波器7的部分)。希望使用该信息终端或笔记本电脑的人可以将他的/她的手指放在个人身份验证设备500的暴露的部分，以使他的/她的手指被个人身份验证设备500读取和验证。当这个人被验证为注册用户时，电子设备(例如，信息终端或者笔记本电脑)可以通过允许这个人登录来控制用户访问，当这个人没有被验证为注册用户，电子设备可以通过拒绝让这个人登录来控制用户访问。
(杂项)
根据特定实施例，在上述第一到第四实施例中使用的重建操作单元、校正操作单元、对象距离检测单元、偏差分量去除单元以及身份验证处理单元可以至少部分地由软件配置。
此外，根据第一到第四实施例的图像输入设备的上述操作可以被解释为根据本发明的实施例的图像输入方法。
在下文中给出本发明的可能的实施例和它们的有益效果的所有描述。
根据本发明的第一方面，提供了图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜具有在面向活体的一侧布置的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧布置的正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；以及
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从成像单元形成的复眼图像重建单个图像，该重建的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的第二方面，提供了图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
校正单元，配置用于基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正在成像单元形成的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化，并且生成校正的复眼图像；以及
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从校正单元生成的校正的复眼图像重建单个图像，该重建的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的第三方面，提供了图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜具有在面向活体的一侧布置的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧布置的具有正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从成像单元形成的复眼图像重建单个图像；以及
校正单元，配置用于基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正在重建的单个图像中由透镜引起的图像质量恶化，并且校正的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的第四方面，根据本发明的第一到第三方面的上述图像输入设备可以进一步包括：
光学带通滤波器，配置用于使具有波长在预定波长范围内的光线通过，包括光源发射的近红外光的波长，该光学带通滤波器被布置在活体侧或透镜阵列的图像表面侧。
根据本发明的第五方面，提供了图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
控制单元，控制开启/关闭的光源的光线发射；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜具有在面向活体的一侧布置的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧布置的正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
偏差分量去除单元，配置用于获得当光源开启时由成像单元形成的复眼图像和当光源关闭时由成像单元形成的复眼图像之间的差异，并且生成去除了偏差的复眼图像，该复眼图像具有从其上去除的除了光源发射的近红外光之外的光的偏差分量；和
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从偏差分量去除单元生成的去除了偏差的复眼图像重建单个图像，该重建的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的第六方面，提供了图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
控制单元，控制开启/关闭的光源的光线发射；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
偏差分量去除单元，配置用于获得当光源开启时由成像单元形成的复眼图像和当光源关闭时由成像单元形成的复眼图像之间的差异，并且生成去除了偏差的复眼图像，该复眼图像具有从其上去除的除了光源发射的近红外光之外的光的偏差分量；
校正单元，配置用于基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正由偏差分量去除单元生成的去除了偏差的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化，并且生成校正的复眼图像；以及
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从校正单元生成的校正的复眼图像重建单个图像，该重建的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的第七方面，提供了图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
控制单元，控制开启/关闭的光源的光线发射；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜具有在面向活体的一侧布置的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧布置的正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
偏差分量去除单元，配置用于获得当光源开启时由成像单元形成的复眼图像和当光源关闭时由成像单元形成的复眼图像之间的差异，并且生成去除了偏差的复眼图像，该复眼图像具有从其上去除的除了光源发射的近红外光之外的光的偏差分量；
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从偏差分量去除单元形成的去除了偏差的复眼图像重建单个图像，以及
校正单元，配置用于基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正重建的单个图像中由透镜引起的图像质量恶化，该校正的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的第八方面，提供了图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
控制单元，将光源向活体发射的近红外光的强度变成正弦波形；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜具有在面向活体的一侧布置的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧布置的正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
偏差分量去除单元，配置用于在光源向活体发射的近红外光的强度的正弦波形改变周期内的多个不同的阶段点处对成像单元形成的多个复眼图像执行计算处理，并且生成去除了偏差的复眼图像，该复眼图像具有从其上去除的除了光源发射的近红外光之外的光的偏差分量；和
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从偏差分量去除单元生成的去除了偏差的复眼图像重建单个图像，该重建的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的第九方面，提供了图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
控制单元，将光源向活体发射的近红外光的强度变成正弦波形；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
偏差分量去除单元，配置用于在光源向活体发射的近红外光的强度的正弦波形改变周期内的多个不同的阶段点处对成像单元形成的多个复眼图像执行计算处理，并且生成去除了偏差的复眼图像，该复眼图像具有从其上去除的除了光源发射的近红外光之外的光的偏差分量；
校正单元，配置用于基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正由偏差分量去除单元生成的去除了偏差的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化，并且生成校正的复眼图像；以及
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从校正单元生成的校正的复眼图像重建单个图像，该重建的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的第十方面，提供了图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
控制单元，将光源向活体发射的近红外光的强度变成正弦波形；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
偏差分量去除单元，配置用于在光源向活体发射的近红外光的强度的正弦波形改变周期内的多个不同的阶段点处对成像单元形成的多个复眼图像执行计算处理，并且生成去除了偏差的复眼图像，该复眼图像具有从其上去除的除了光源发射的近红外光之外的光的偏差分量；
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从偏差分量去除单元形成的去除了偏差的复眼图像重建单个图像，以及
校正单元，配置用于基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正重建的单个图像中由透镜引起的图像质量恶化，该校正的单个图像被输入作为对象的图像。
根据本发明的第十一方面，根据本发明的第二、第三、第六、第七、第九和第十方面的上述图像输入设备可以进一步包括：
距离检测单元，配置用于检测对象和透镜阵列之间的距离；以及
校正单元，根据距离检测单元检测的距离从预先准备的关于透镜的光学传递函数数据中选择一套光学传递函数数据，并且使用选择的这套光学传递函数数据来校正由透镜引起的图像质量恶化。
根据本发明的第十二方面，在根据第十一方面的上述图像输入设备中，
距离检测单元可以基于成像单元形成的复眼图像的小眼图像之间的视差来检测距离。
根据本发明的第十三方面，在根据第一到第十二方面的上述图像输入设备中可以进一步包括：
透明板，用于调整对象和透镜阵列之间的距离，透明板布置在透镜阵列的活体侧。
根据本发明的第十四方面，在根据第一到第十三方面的上述图像输入设备中可以进一步包括：
光屏蔽部件，防止在图像表面侧发生透镜阵列的透镜之间的串扰。
根据本发明的第十五方面，提供个人身份验证设备，其包括根据本发明的第一到第十四方面的图像输入设备中的任一个，并且身份验证设备基于图像输入设备输入的对象的图像来执行个人身份验证。
根据本发明的第十六方面，提供电子设备，其包括根据本发明第十五方面的上述个人身份验证设备，并且根据个人身份验证设备获得的身份验证的结果来控制电子设备的操作。
根据本发明的第十七方面，提供了图像输入方法，用于输入活体内存在的对象的图像，该方法包括以下步骤：
使用成像光学系统，其包括
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有的正光焦度的一面；以及
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像，
基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正成像单元形成的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化以生成校正的复眼图像；
使用小眼图像之间的视差从校正的复眼图像重建单个图像；以及
输入该重建的单个图像作为对象的图像。
根据本发明的第十八方面，提供了图像输入方法，用于输入活体内存在的对象的图像，该方法包括以下步骤：
使用成像光学系统，其包括
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有的正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
控制光源来间歇地发生光线；
获得当光源开启时由成像单元形成的复眼图像和当光源关闭时由成像单元形成的复眼图像之间的差异，以生成去除了偏差的复眼图像，该复眼图像具有从其上去除的除了光源发射的近红外光之外的光的偏差分量；
基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正去除了偏差的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化；
使用小眼图像之间的视差从校正的复眼图像重建单个图像；以及
输入该重建的单个图像作为对象的图像。
根据本发明的第十九方面，提供了图像输入方法，用于输入活体内存在的对象的图像，该方法包括以下步骤：
使用成像光学系统，其包括
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
将光源发射的近红外光的强度变成正弦波形；
在光源发射的近红外光的强度的正弦波形改变周期内的多个不同的阶段点处对成像单元形成的多个复眼图像执行计算处理，以生成去除了偏差的复眼图像，该复眼图像具有从其上去除的除了光源发射的近红外光之外的光的偏差分量；
基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正去除了偏差的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化以生成校正的复眼图像；
使用小眼图像之间的视差从校正的复眼图像重建单个图像；以及
输入该重建的单个图像作为对象的图像。
根据本发明的第一到第十四方面，包括光源、透镜阵列以及成像单元的成像光学系统可以被布置为相对薄和简单的结构，使得可以减少图像输入设备的整体厚度。
此外，由于光源向活体发射近红外光，近红外光可以由例如活体内存在的血管的成像对象以高吸收率吸收而活体内除了成像对象之外的部分很难吸收，可以形成例如血管的成像对象的清楚的图像。此外，应该注意的是在复眼光学系统中，通常，具有正光焦度的透镜阵列的透镜的一面(例如，平凸透镜凸面)被布置在面向成像对象侧。然而，在本发明的实施例中，布置在对象侧的具有零或负光焦度的一面以及布置在图像表面侧的具有正光焦度的一面的透镜(例如，平凹透镜具有面向图像表面侧的凹面)被用作透镜阵列的透镜，使得即使当对象距离小的时候，可以减小由于对象视角(入射到透镜的光线的入射角)的变化引起的MTF的变化，并且可以防止例如变形和弯曲的平面误差的发生。此外，应该注意的是对象距离可以根据例如每个人的皮肤厚度的改变而改变。然而，根据本发明的实施例使用小眼图像之间的视差来从复眼图像重建单个图像的处理可以容易地适用于对象距离的变化，并且补偿图像分辨率的降低。以这种方式，可以输入活体内的例如血管的成像对象的高质量对象。
此外，如在本发明的第二、第六和第九方面基于透镜的光学传递函数数据通过对复眼图像的各个小眼图像执行校正处理来校正复眼图像，或者如在本发明的第三、第七和第十方面的基于所述光学传递函数数据校正从复眼图像重建的单个图像，可以输入甚至更高质量的图像，其中校正了由透镜引起的图像质量恶化。此外，如在本发明的第十一方面根据对象距离通过使得能够选择要被用于图像质量恶化校正处理的光学传递函数数据，即使当对象距离变化时也可以正确执行图像质量恶化校正。以这种方式，可以减少对象距离不同引起的影响，并且可以进一步改善输入图像质量。此外，通过使用具有布置在对象侧的零或负光焦度的一面和布置在图像表面侧的正光焦度的一面的透镜作为透镜阵列的透镜，可以减少由于对象视角(入射到透镜的光线的入射角度)的变化而引起的MTF的变化，使得可以简化图像质量恶化校正处理。
通过布置如本发明的第四方面的光学带通滤波器，该滤波器仅使具有包括光源发射的近红外光的波长在预定波长范围的光线通过，或者如本发明的第五到第十方面通过光源调制和计算处理来去除偏差分量，可以减少外部光的影响，即，除了光源的发射光之外的光，并且可以输入对象的稳定图像。
在将对象放置在与透镜阵列非常接近使得相邻小眼图像之间不存在重叠图像区域的情况下，可能不能有效执行使用小眼图像之间的视差的图像重建。如本发明的第十三方面通过布置透明板来调整对象和透镜阵列之间的距离防止上述问题。
此外，如本发明的第十四方面通过包括光屏蔽部件，可以防止在图像表面侧发生透镜阵列的透镜之间的串扰，使得在输入图像中可以减少例如重影和闪光的噪声。
根据本发明的第十五方面，通过使用根据本发明的一个方面的简单配置的薄图像输入设备，可以实现例如适于安装在电子设备中的薄个人身份验证设备。
根据本发明的第十六方面，例如，通过将根据本发明的一个方面的个人身份验证设备安装到电子设备中，不需要由于个人身份验证设备的安装而扩大电子设备。
此外，可以根据个人身份验证设备获得的身份验证结果来控制对例如小型化的信息终端或笔记本电脑的电子设备的登录访问，使得可以改善电子设备的安全性。
根据本发明的第十七方面到十九方面，可以获得与在本发明的第一到第十四方面获得的有益效果相似的有益效果。例如，通过实施根据本发明的一个方面的图像输入方法，可以输入例如活体内的血管的对象的高质量图像，和/或可以输入不受除了光源发射的光之外的光的影响的稳定图像。
虽然本发明是关于某些优选实施例表示和描述的，但是很明显通过阅读和理解说明书，本领域的普通技术人员可以进行等效替换和产生变型例。本发明包括由于这样的等效替换和变型例，本发明仅由说明书的范围限定。
本申请基于并主张2006年10月12日申请的日本专利申请第2006-278423号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

Claims (11)

1.一种图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜具有在面向活体的一侧布置的零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧布置的正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；以及
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从成像单元形成的复眼图像重建单个图像，所述重建的单个图像被输入作为对象的图像。
2.根据权利要求1所述的图像输入设备，进一步包括：
光学带通滤波器，配置用于使具有波长在预定波长范围内的光线通过，该预定波长范围包括光源发射的近红外光的波长，所述光学带通滤波器被布置在透镜阵列的活体侧或图像表面侧。
3.根据权利要求1所述的图像输入设备，进一步包括：
透明板，用于调整对象和透镜阵列之间的距离，该透明板布置在透镜阵列的活体侧。
4.根据权利要求1所述的图像输入设备，进一步包括：
光屏蔽部件，防止在图像表面侧发生透镜阵列的透镜之间的串扰。
5.一种图像输入设备，其输入活体内存在的对象的图像，该设备包括：
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有正光焦度的一面；
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像；
校正单元，配置用于基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正由成像单元形成的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化，并且生成校正的复眼图像；以及
重建单元，配置用于使用小眼图像之间的视差从校正单元生成的校正的复眼图像重建单个图像，所述重建的单个图像被输入作为对象的图像。
6.根据权利要求5所述的图像输入设备，进一步包括：
光学带通滤波器，配置用于使具有波长在预定波长范围内的光线通过，该预定波长范围包括光源发射的近红外光的波长，所述光学带通滤波器被布置在透镜阵列的活体侧或图像表面侧。
7.根据权利要求5所述的图像输入设备，进一步包括：
距离检测单元，配置用于检测对象和透镜阵列之间的距离；
其中校正单元根据距离检测单元检测的距离从预先准备的关于透镜的光学传递函数数据中选择一套光学传递函数数据，并且使用选择的这套光学传递函数数据来校正由透镜引起的图像质量恶化。
8.根据权利要求7所述的图像输入设备，其中
所述距离检测单元基于成像单元形成的复眼图像的小眼图像之间的视差来检测距离。
9.根据权利要求5所述的图像输入设备，进一步包括：
透明板，用于调整对象和透镜阵列之间的距离，该透明板布置在透镜阵列的活体侧。
10.根据权利要求5所述的图像输入设备，进一步包括：
光屏蔽部件，防止在图像表面侧发生透镜阵列的透镜之间的串扰。
11.一种图像输入方法，用于输入活体内存在的对象的图像，该方法包括以下步骤：
使用成像光学系统，其包括
光源，向活体发射近红外光；
透镜阵列，布置在面向活体的位置，包括多个透镜，每个透镜在面向活体的一侧具有零或负光焦度的一面，以及在面向图像表面的一侧具有正光焦度的一面；以及
成像单元，布置在透镜阵列的图像表面侧，配置用于形成对应于由透镜阵列的透镜形成的小眼图像的集合的复眼图像，
基于预先准备的关于透镜的光学传递函数数据来校正成像单元形成的复眼图像的小眼图像中由透镜引起的图像质量恶化以生成校正的复眼图像；
使用小眼图像之间的视差从校正的复眼图像重建单个图像；以及
输入所述重建的单个图像作为对象的图像。
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