CN101488184A - 生物识别系统 - Google Patents

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CN101488184A CNA2009100036820A CN200910003682A CN101488184A CN 101488184 A CN101488184 A CN 101488184A CN A2009100036820 A CNA2009100036820 A CN A2009100036820A CN 200910003682 A CN200910003682 A CN 200910003682A CN 101488184 A CN101488184 A CN 101488184A
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Abstract

一种生物识别系统，其包括：光源，将光施加至活体；探测部分，在该探测部分上放置活体；微透镜阵列部分，构造为使得每个都聚集来自活体的光的多个微透镜以一定的间隔布置；遮光部分，布置在微透镜阵列部分的光入射侧和光出射侧中至少一侧并具有开口，每个开口面对布置每个微透镜的区域；图像采集装置，基于由微透镜阵列部分聚集的光而获得活体的图像采集数据；和识别部分，基于在图像采集装置中获得的图像采集数据进行活体的识别。

Description

生物识别系统
技术领域
本发明涉及一种生物识别(biometrics authentication)系统，基于采集活体部位(living body part)中例如静脉或指纹的结构的图像而获得的数据来进行活体识别。
背景技术
在相关技术中，采集活体部位中的结构图像的图像采集装置被用于生物识别系统等，并且已经提出了各种进行活体识别的生物识别系统，例如，通过使用指纹或者静脉的图像采集数据。典型地，在这样的生物识别系统中，图像采集装置具有大的厚度，所以在图像采集装置应用至薄型(low-profile)装置的情形下，将图像采集装置布置在生物识别系统外部的技术和独立布置光学系统(图像采集透镜)及探测系统(图像采集装置)的技术已经成了主流。
然而，近年来，由于各种装置的外形减小、对于可制造性或设计的限制等，期望生物识别系统实现为能够直接安装在这样的装置上的薄型的模块。因此，在日本未审查专利中请公开No.2006-155575中，提出了一种图像采集光学系统，其中近红外光源倾斜地布置在手指下方，从而将光施加至手指的内部以获得静脉的图像采集数据。此外，在日本未审查专利申请公开No.2007-74079和日本专利No.3821614中，提出了通过接收微透镜阵列聚集的光的图像采集装置而采集图像的图像采集装置。
发明内容
在使用上述微透镜阵列的图像采集光学系统中，由每个微透镜聚集的进行图像采集的目标的图像形成在图像采集装置上。此时，就有了不需要的光束从相邻的微透镜进入(串扰)从而降低采集图像的图像质量的问题。因此，在日本未审查专利申请公开No.2007-74079和日本专利No.3821614中，遮光壁被布置在以格子形式布置在微透镜阵列中的微透镜之间，以防止上述串扰的发生。
然而，为了在微透镜之间布置遮光壁以避免不需要的光束，就需要遮光壁形成为具有足够的高度，所以就有了由于遮光壁的高度而使整个系统的厚度增加的问题。
根据前面所述，期望提供一种生物识别系统，能够在减小其外形的同时基于较少受串扰影响的采集图像来进行活体识别。
根据本发明的实施例，提供了一种生物识别系统，包括：光源，将光施加至活体；探测部分，在该探测部分上放置活体；微透镜阵列部分，构造为使得每个都聚集来自活体的光的多个微透镜以一定的间隔布置；遮光部分，布置在微透镜阵列部分的光入射侧和光出射侧中至少一侧并具有开口，每个开口面对布置每个微透镜的区域；图像采集装置，基于由微透镜阵列部分聚集的光而获得活体的图像采集数据；和识别部分，基于在图像采集装置中获得的图像采集数据进行活体的识别
在根据本发明实施例的生物识别系统中，当活体放置在探测部分上时，光从光源施加至活体，在光被每个微透镜聚集之后，图像采集装置接收聚集的光。然后，在图像采集装置中获得活体的图像采集数据，并基于图像采集数据进行活体的识别。在此情形下，在微透镜阵列中，多个微透镜以一定的间隔布置，具有在面对微透镜的区域中的开口的遮光部分布置在光入射侧和光出射侧中至少一侧，从而在图像采集装置中，防止了来自相邻微透镜的不需要的光束轻易地进入。
在根据本发明实施例的生物识别系统中，多个微透镜以一定的间隔布置在微透镜阵列中，具有在面对微透镜的区域中的开口的遮光部分布置在光入射侧和光出射侧中至少一侧，所以可以防止来自相邻微透镜的不需要的光束轻易地被图像采集装置接收，而不用布置具有沿系统的厚度方向的高度的遮光壁。因此，生物识别系统可以实现其外形的减小，同时可以实现基于较少受串扰影响的采集图像而进行的活体识别。
通过下面的描述，本发明其它的以及进一步的目标、特征和优势将更充分地表现出来。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的生物识别系统的整体构造的功能块图；
图2是示出图1所示的生物识别系统的示意性截面图；
图3A和3B是示出图1所示的遮光部分的示意性立体图；
图4是示出根据相关技术的示例的生物识别系统的示意性截面图；
图5是描述图4所示的生物识别系统的功能的示意图；
图6是示出根据对比示例的生物识别系统的示意性截面图；
图7是描述图1所示生物识别系统的功能的示意图；
图8A和8B是实际采集的图像的示例；
图9是图1所示生物识别系统的应用示例的图；
图10是示出根据本发明修改的遮光部分的示意性平面图；
图11A和11B是描述透射率分布滤光器的构造的图；
图12A和12B是涉及根据对比示例的生物识别系统而获得的采集图像的图；
图13是通过使用图10所示的遮光部分而获得的采集图像。
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述优选实施例。
图1示出了根据本发明实施例的生物识别系统1的整体构造。图2示出了生物识别系统1的z-x截面图。具体地，生物识别系统1采集活体2(例如指尖)的例如静脉的结构的图像来进行识别，并包括光源10、探测部分11、开口率分布滤光器(aperture ratio distribution filter)11、微透镜阵列12、遮光部分13A和13B、图像采集装置14、图像处理部分15、图案存储部分16、识别部分17、光源驱动部分181、图像采集装置驱动部分182以及控制部分19。
光源10将光施加至作为要进行图像采集目标的活体2，并且光源10例如由LED(发光二极管)等制成。相对于活体2，光源10与图像采集装置14布置在相同的一侧，例如，在沿活体2的纵向方向(x方向)的两端的位置。在采集活体2内部结构的图像，例如静脉图像的情形下，光源10发射近红外波长区域(大约从700nm到1200nm的波长区域)的光。
探测部分11例如由玻璃盖片(cover glass)等制成，并且是活体2被探测的区域(平面)，也就是，放置活体2的区域(平面)。然而，活体2并不需要与探测部分11进行直接接触，活体2可以放置在探测部分11的上方。
微透镜阵列12例如布置在探测部分11的下方，从而在活体2内部的期望观察的平面的图像形成在图像采集装置14上的光接收平面上，并聚集施加至活体2的光。在微透镜阵列12中，多个微透镜以一定的间隔布置在例如透明基板上。每个微透镜的厚度或直径或者微透镜之间的间隔由所期望的图像放大率或所期望的分辨率适当地设定。此外，作为微透镜，例如，可以使用液晶透镜、液体透镜、衍射透镜等。
遮光部分13A和13B分别布置在微透镜阵列12的光入射侧和光出射侧。遮光部分13A和13B在选择的区域中遮挡进入微透镜阵列12的光束或者从微透镜阵列12出射的光束，以限制进入图像采集装置14的光束。遮光部分13A和13B的构造将在后面详细描述。
图像采集装置14接收来自微透镜阵列12的光以获得图像采集数据，并布置在微透镜阵列12的焦平面上。图像采集装置14包括多个以矩阵形式布置的CCD(电荷耦合装置)、CMOS(互补金属氧化物半导体)等。
图像处理部分15响应控制部分19的控制对在图像采集装置14中获得的图像采集数据进行预定的图像处理，以将图像采集数据输出至识别部分17。此外，图像处理部分15以及后面将要描述的识别部分17和控制部分19中每个都包括例如微型计算机等。
图案存储部分16是存储生物识别图案(相对于识别时所获得的图像采集图案的对比图案，并通过预先采集活体的图像而获得)的部分，并包括非易失性存储器(例如EEPROM(电可擦可编程只读存储器)等)。
识别部分17是通过响应控制部分19的控制对从图像处理部分15输出的图像采集图案和存储在图案存储部分16中的生物识别图案进行对比从而进行活体2的识别的部分。
光源驱动部分181响应控制部分19的控制来驱动光源10发射光。图像采集装置驱动部分182响应控制部分19的控制来驱动图像采集装置14采集图像(收集光)。控制部分19控制着图像处理部分15、识别部分17、光源驱动部分181和图像采集装置驱动部分182的运行。
接着，将参考图3A和3B详细地描述遮光部分13A和13B的构造。图3A和3B是示出遮光部分的示例的立体图。
遮光部分13A和13B每个都在面对布置在微透镜阵列12中的微透镜的区域中包括开口。例如，在遮光部分13A中，布置了图3A所示的圆形开口13A-1；在遮光部分13B中，布置了图3B所示的矩形开口13B-1。微透镜阵列12夹在遮光部分13A和遮光部分13B之间，从而微透镜的凸起部分从开口突出。
这样的遮光部分13A和13B可以在例如由不锈钢、铜(Cu)、镍(Ni)等制成的金属膜上通过使用例如光刻方法的蚀刻进行图案化形成与上述微透镜的位置相对应的多个开口来形成。
接着，下面将描述这样的生物识别系统1的功能和效果。
在生物识别系统1中，首先，当活体(例如指尖)2放置在探测部分11上并且光源10被光源驱动部分181驱动时，从光源10发射的光L被施加至活体2。施加至活体2的光例如在活体2中被散射，并被吸收进入静脉。另一方面，布置微透镜阵列12中的每个微透镜使得活体2内部所期望的观察平面的图像形成在图像采集装置14上的光接收平面上，从而在活体2内部的光被微透镜阵列12聚集之后，光进入图像采集装置14。从而，在图像采集装置14中，获得了活体2的静脉图像的采集数据(静脉图案)。然后，在图像处理部分15对由图像采集装置14获得的静脉图案进行适当的图像处理之后，静脉图案输入至识别部分17。在识别部分17中，对比输入的静脉图案和存储在图案存储部分16中用于静脉识别的识别图案，由此进行识别。因此，最终的生物识别结果(识别结果数据Dout)被输出，从而完成了生物识别。
现在，将参考图7和8A，并对比图4、5和8B所示的相关技术的示例以及图6所示的对比示例来描述遮光部分13A和13B的功能。图4是示出相关技术的生物识别系统的示意性构造的Z-X截面图。图5是描述图4所示的生物识别系统的功能的示意图。图6是示出根据对比示例的生物识别系统的示意性构造的Z-X截面图。图7是描述根据本实施例的生物识别系统的功能的示意图。图8A和8B是实际采集的图像的示例，图8A与本发明的实施例关联，图8B与相关技术的示例关联。
如图4所示，在相关技术的生物识别系统中，包括多个微透镜的微透镜阵列104和图像采集装置105布置在探测部分103的下方。在微透镜阵列104中，微透镜紧密地布置为矩阵形式。从而，由微透镜阵列104聚集的光在图像采集装置105上形成图像，以获得图像采集数据。
然而，在这样的构造中，如图5所示，来自活体2的图像I10的光束进入到多个微透镜，在图像采集装置105上形成多个图像I11。例如，在微透镜的直径(节距)为P1并且图像放大率为2：1的情形下，具有等于图像I10的尺寸的1/3的尺寸的多个图像I11以微透镜直径1.5倍大的间隔形成在图像采集装置105上。因此，在微透镜之间产生串扰(crosstalk)，引起图像质量下降，例如，如图8B所示。
因此，在图6所示的生物识别系统中，遮光壁115在微透镜阵列114的光出射侧(更接近图像采集装置的一侧)被布置在微透镜之间的区域中。遮光壁115对应于X-Y平面上微透镜的位置以格子形式形成，并形成为在Z方向具有长度(高度)H。由此，在图像采集装置上，可以防止上述串扰的产生。
然而，在遮光壁115布置在微透镜之间的区域中的构造中，通过遮光壁115的Z方向的长度H防止光束进入相邻的微透镜，因此整个系统的厚度增加了，并且整个系统的厚度增加不利于系统外形的减小。
另一方面，在本实施例中，在微透镜阵列12中，多个微透镜以一定的间隔布置，并且具有开口的遮光部分13A和13B被布置在微透镜阵列12的光入射侧和光出射侧，其中开口在面对微透镜的区域中。由此，如图7所示，优化了相邻微透镜之间的间隔，防止相邻微透镜聚集的不必要的光束L100轻易地进入到图像采集装置14上与每个微透镜对应的光接收区域。此外，防止了未被每个微透镜聚集的散射光L101，例如外部光或者杂散光轻易地在图像采集装置14上被接收。因此，活体2的图像I1、I2和I3分别被对应于图像I1、I2和I3的微透镜聚集，以在图像采集装置14上形成为光接收图像I4、I5和I6。因此，例如，如图8A所示，防止了串扰的影响，从而可以获得具有高图像质量的采集图像。
如上所述，在根据本实施例的生物识别系统1中，多个微透镜以一定的间隔布置成微透镜阵列12，具有在面对微透镜的区域中的开口的遮光部分13A和13B布置在微透镜阵列12的光入射侧和光出射侧，所以可以防止来自相邻微透镜的不必要的光束轻易地在图像采集装置14上被接收，而不用布置在系统厚度方向具有高度的遮光壁。因此，可以实现生物识别系统的外形的减小，同时可以实现基于较少受串扰影响的采集图像而进行的活体识别。此外，通过基于较少受串扰影响并具有高图像质量的图像而进行活体识别，活体识别精度得到改善。
此外，在微透镜阵列12中，当微透镜之间的间隔扩展时，可以在遮光部分13A和13B中确保宽的遮光区域，所以可以更有效地防止串扰的产生。此时，当扩展微透镜之间的间隔以增加遮光率时，微透镜的绝对数减少，从而采集图像的分辨率下降。即使采集图像的分辨率以这样的方式下降到了某种程度，也可以在生物识别中保持足够的识别精度，所以没有任何的实际问题。此外，通过增加每个微透镜的图像放大率，分辨率可以保持在某种程度。
此外，在使用根据上述对比示例的遮光壁的生物识别系统中，必须在以格子形式布置的微透镜之间形成高的遮光壁，所以复杂化了制造工艺，但是另一方面，根据本实施例的遮光部分13A和13B可以通过在金属板上蚀刻开口图案而形成，所以遮光部分13A和13B可以以简单的制造工艺来制造。
生物识别系统1适合于应用至薄型的便携模块，例如蜂窝电话、薄型膝上电脑、便携存储器以及各种卡。图9是使用生物识别系统1的蜂窝电话的示例的示意图。该蜂窝电话包括：要在其上放置活体2(指尖)的手指引导(finger guide)202和在翻转型外壳(flip-type enclosure)(第一外壳200和第二外壳201)表面上的显示识别结果的显示部分203。生物识别系统1包括在第一外壳200中，手指引导202的底部分对应于探测部分11，遮光部分13A、微透镜阵列12、遮光部分13B和图像采集装置14依次布置在探测部分11的下方。
接着，下面将描述本发明的修改。
修改
图10是示出根据本发明修改的遮光部分23的示意性构造的平面图。如上述遮光部分13A和13B的情形，遮光部分23布置在微透镜阵列1的光入射侧或光出射侧，并且开口布置在面对每个微透镜的区域中。然而，遮光部分23具有的开口率分布为：远离光源10的区域中的开口率大于接近光源10的区域中的。例如，如图10所示，遮光部分23具有的构造为：中央部分具有最大的开口面积，并且开口面积从中央部分到边缘部分逐渐减小。同样在这样的构造中，一个开口针对一个微透镜布置且面对一个微透镜，不管开口的面积如何，每个微透镜的平面面积是一致的。
换句话说，遮光部分23具有包括如图3A和3B所示的多个开口的遮光部分的功能和具有透射率分布滤光器的功能。图11A和11B示出了透射率分布滤光器的示例。图11A示出了透射率分布滤光器的轮廓图，图11B是示出透射率分布滤光器的透射率分布的图。如图所示，透射率分布滤光器中的透射率例如显示二维分布，其中中央部分的透射率最大，从中央部分到边缘部分透射率逐渐减小。在图11A中，较白的颜色意味着较高的透射率，较黑的颜色意味着较低的透射率。
通常地，在生物识别系统中，如上所述，在光从布置在活体下方(图像采集装置侧)的光源施加以减小外形的情形下，因为活体透射率的影响，接近光源的区域中的光量较大，而远离光源的区域中的光量较小。因此，如图12A和12B所示，所采集的图像中的光量分布变得不均匀。图12A示出了没有使用透射率分布滤光器的实际采集图像，图12B示出了所采集的图像中的光量分布。
因此，当遮光部分具有开口率分布，其中远离光源区域中的开口率大于接近光源的区域中的，并且与遮光部分23一样具有上述遮光部分的功能以及透射率分布滤光器的功能时，仅仅一个遮光部分就可以防止串扰的产生，并可以减少由于光源布置所导致的光量不均匀。因此，例如，如图13所示，可以获得图像质量高且光量不均匀性减小的采集图像。
尽管参考实施例描述了本发明，但是本发明不局限于这些实施例，而可以进行各种修改。例如，在上述实施例中，参考作为示例的遮光部分布置在微透镜阵列的光入射侧和光出射侧的构造而描述了本发明；然而，本发明并不局限于该构造，遮光部分可以仅仅布置在光入射侧，或者仅仅布置在光出射侧。然而，优选地，遮光部分布置在光出射侧，并且更优选地，遮光部分布置在光入射侧和光出射侧。这是因为可以轻易地遮挡来自相邻微透镜的不需要的光束。
此外，在上述实施例中，作为遮光部分，具有圆形开口或者矩形开口的遮光部分被作为示例来描述；然而，遮光部分中的开口的形状不局限于上述形状，并可以是其它任何形状。此外，在遮光部分布置在微透镜阵列的光入射侧和光出射侧的情形下，在光入射侧和光出射侧的开口的形状可以彼此相同或者不同。
在上述实施例中，这样一种构造被作为示例来描述，在该构造中通过使用光刻方法在金属膜上对应于微透镜的位置蚀刻开口图案来形成遮光部分并且微透镜阵列夹在遮光部分之间；然而，本发明不局限于该构造，并且遮光部分可以通过例如将铬(Cr)等蒸镀在未形成微透镜阵列的微透镜的区域上而直接形成。
在上述实施例中，这样一种构造被作为示例描述，在该构造中光源布置在活体2的沿纵向方向的两侧位置；然而，光源的位置不局限于该构造，并且只要相对于探测部分而言光源与图像采集装置布置在相同的一侧，则光源可以仅仅布置在一侧。
除了上述实施例中描述的部件，在获得静脉图案的情形下，例如，还可以布置减少光量不均匀性的透射率分布滤光器或者布置近红外滤过器(near-infrared pass filter)。近红外滤过器是使近红外波长区域的光选择性地从其中穿过的滤光器，并且例如由通过将铜酞菁类(copperphthalocyanine-based)化合物、无金属酞菁类化合物、蒽醌类染料等添加至丙烯酸树脂而形成的材料制成。当布置这样的近红外滤过器时，可以避免外部光等，并可以轻易地获得具有更高图像质量的采集图像。
在上述实施例中，描述了在图像处理部分15中对图像采集装置14中获得的图像采集数据进行合适的图像处理，然后进行识别的情形；然而，例如，在一些情形下，可以不布置图像处理部分15，识别部分17可以基于来自图像采集装置14的图像采集数据直接进行识别。在这样的构造中，系统构造可以进一步简化，整个系统的外形可以进一步减小。
在上述实施例中，描述了基于活体2内部的结构，例如静脉图案进行生物识别的情形；然而，本发明不局限于该情形，例如可以获得指纹图案，并基于该结果，可以输出最终的识别结果。
本领域技术人员应当理解，在所附权利要求或其等同特征的范围内，可以根据设计要求和其他因素来进行各种修改、组合、部分组合及替换。
本发明包含在2008年1月18日提交至日本专利局的日本专利申请JP2008-009639涉及的主题，将其全部内容引用结合于此。

Claims (6)

1、一种生物识别系统，包括：
光源，将光施加至活体；
探测部分，在所述探测部分上放置所述活体；
微透镜阵列部分，构造为使得每个都聚集来自所述活体的光的多个微透镜以一定的间隔布置；
遮光部分，布置在所述微透镜阵列部分的光入射侧和光出射侧中至少一侧并具有开口，每个所述开口面对布置每个所述微透镜的区域；
图像采集装置，基于由所述微透镜阵列部分聚集的光而获得所述活体的图像采集数据；和
识别部分，基于在所述图像采集装置中获得的所述图像采集数据进行所述活体的识别。
2、根据权利要求1所述的生物识别系统，其中
所述遮光部分布置在所述微透镜阵列部分的所述光出射侧。
3、根据权利要求1所述的生物识别系统，其中
所述遮光部分布置在所述微透镜阵列部分的所述光入射侧和所述光出射侧。
4、根据权利要求1所述的生物识别系统，其中
所述光源与所述图像采集装置相对于所述探测部分布置在相同的一侧。
5、根据权利要求4所述的生物识别系统，其中
所述遮光部分具有开口率分布，其中远离所述光源的区域中的开口率高于接近所述光源的区域中的。
6、根据权利要求1所述的生物识别系统，其中
所述图像采集装置获得所述活体的静脉的图像采集数据。
CNA2009100036820A 2008-01-18 2009-01-19 生物识别系统 Pending CN101488184A (zh)

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