CN102713932B - 用于使静脉网传感器的红外发射器组的激活从动于活体的存在的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于使静脉网传感器的红外发射器组的激活从动于所述活体在传感器的该组与图像获取装置之间的存在。该方法的特征在于，每个红外发射器在与每个红外发射器相关联的至少一个存在探测器(DP)探测到部分活体(CV)的存在时被激活，一旦未探测到部分活体(CV)的存在，每个红外发射器立即被禁止。

Description

用于使静脉网传感器的红外发射器组的激活从动于活体的存在的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于使静脉网传感器的红外发射器组从动于活体的存在的方法和装置。

背景技术

诸如手指、手掌、脚趾等的活体的静脉网传感器是非常有用的，例如用于基于生物数据控制对场所或机器的访问。例如，在指纹门禁系统的情况中，静脉网传感器与指纹传感器相关联以增加门禁系统的可靠性，因为它确保所获取的指纹确实来自于活体手指，并且通过对用户的指纹及其手指的静脉网与先前记录的生物数据进行比较来对用户进行鉴权。

静脉网传感器包括红外源，红外源照射传感器的图像获取装置，诸如CCD照相机。

该红外源通过通常相对于彼此位于行和/或列中的红外发射器组形成。则称为红外发射器阵列或矩阵。

当活体置于红外源与图像获取装置之间时，光通量中的一些光线直接撞击图像获取装置，而其他光线穿过活体之后立即撞击此装置。因而对所获取的图像进行数字处理使得活体的静脉网出现在该图像上。然后可通过对所获取的静脉网与先前记录的静脉网进行比较来对用户进行鉴权。

尽管静脉网传感器的原理很简单，但是其使用会引发所获取的图像过度曝光的问题。这是因为直接撞击图像获取装置的光线会诱发与穿过活体的光线所诱发的图像像素相比强度较高的图像像素。强度的不同会在所获取的图像上造成伪像，诸如尤其位于活体边缘处的光晕或局部过强。这些伪像干扰了被应用于所获取的图像以使静脉网显现的处理操作。

为了改善静脉网的获取质量，静脉网传感器包括用于使所有红外发射器的激活从动于活体的存在的装置。因此，当部分活体存在于红外发射器之一与图像获取装置之间时，该红外发射器被激活，并且当红外发射器直接照射获取装置时，该红外发射器被禁用。

已知这种从动装置用于图像处理。

具体地，专利US20022048014A1描述了一种从动方法，其包括当活体存在时微弱地激活组中的所有红外发射器。然后通过图像获取装置获取图像并且通过对获取的图像进行处理来探测活体在图像中的位置。然后考虑图像中像素的强度并将其与参考值进行比较。当图像的像素强度小于参考值时，诱发该像素强度的红外发射器的激活增强，从而可从将来的图像获取中提取静脉网。另一方面，当图像的像素强度大于参考值时，诱发该像素强度的红外发射器被禁用。

因此，通过分析红外发射器被微弱激活时获取的图像的强度，确定这些红外发射器中的哪个必须被强烈激活以及哪个必须被禁用。当活体移动时，获取新的图像以再次确定哪个红外发射器必须被强烈激活以及哪个红外发射器必须被禁用。因此，红外发射器的激活(和禁用)从动于活体在红外发射器与图像获取装置之间的存在。

一旦手指以稳定的方式被定位，也就是说红外发射器保持在稳定的状态一段时间，获取新的图像，然后从该新图像提取静脉网。

这种通过分析获取的图像的强度的从动方法具有若干缺陷。

首先，为了知晓红外发射器在图像平面内的位置，必须校准图像获取装置。换句话说，该从动方法要求诱发图像中各像素强度的红外发射器是预先已知的。由于对于从动方法，所有红外发射器与图像获取装置的相对位置必须保持固定以连续正确地发挥作用，当传感器在其制造期间校准时这种对使用的约束被更加地放大。这涉及静脉网传感器的机械约束，或者传感器的任意使用之前提供校准阶段。

接下来，当活体快速移动时，这种从动方法是不可操作的。这是因为，对于能够从获取的图像提取的静脉网，首先需要获取另一图像用于激活/禁用红外发射器。因此，这种通过分析所获取的图像的强度的从动方法不适于迅速地获取静脉网，因为在活体的当前定位与将提取静脉网的图像的获取之间存在不可压缩的自动处理时间。

由本发明解决的问题克服现有技术的从动方法的缺陷。

发明内容

为此，本发明涉及用于使静脉网传感器的红外发射器组的激活从动于活体在该组与传感器的图像获取装置之间的存在的方法。该方法的特征在于，每个红外发射器在与该红外发射器相关联的至少一个存在探测器探测到部分活体的存在时被激活，并且只要未探测到部分活体的存在，每个红外发射器就被禁用。

至少一个存在探测器与该组的每个红外发射器的关系使从动方法与图像获取装置分离，因此避免了必须获取图像来决定激活或禁用各个红外发射器。

实现此方法的静脉网传感器能够用于迅速获取静脉网，因为现有技术的从动方法中的固有延迟不再存在。

此外，方法与获取装置的这种分离避免使用现有技术的校准阶段，因而方便了传感器的制造和使用。

本发明还涉及被设计为照射静脉网传感器的获取装置的红外发射器组。该组的特征在于其包括与每个红外发射器相关联的至少一个存在探测器。

根据一个实施方式，四个存在探测器与该组的每个红外探测器相关联，这四个存在探测器的每个位于每个红外发射器的基点处。

存在探测器的此特定定位避免了正被引导以被探测到的活体的移动。

根据一个实施方式，该组中的每个红外发射器和每个存在探测器位于至少一行和/或至少一列中，红外发射器与存在探测器交替位于每个行和/或每列中。

本发明还涉及用于使如上所述的红外发射器组的激活从动的装置，并且包括在与红外发射器相关联的至少一个存在探测器探测到部分活体的存在时激活该红外发射器以及一旦未探测到部分活体的存在就禁用红外发射器的装置。

最后，本发明涉及部分活体的静脉网的传感器，其包括如上所述的红外发射器组和装置。

附图说明

通过阅读下面的示例性实施方式的描述，本发明的上述特征以及其它特征将变得更加清楚，该描述是参照附图给出的，其中：

图1示出了静脉网传感器的示意图；

图2示出了存在探测器与红外发射器的关系的各种实施例；

图3示出了定位红外发射器的实施例；

图4a示出了定位红外发射器的另一实施例；

图4b示出了定位红外发射器的优选实施方式；

图5示出了定位静脉网传感器中的光源的实施方式；以及

图6示出了定位静脉网传感器中的光源的另一实施方式。

具体实施方式

图1示意性地示出了被设计为获取手指CV的静脉网V图像的静脉网传感器的实施例。可以理解，此传感器仅是一个示例性实施方式，可尤其适用于获取其它诸如手掌、脚趾等活体中的静脉图。

传感器包括红外发射器E的组B，红外发射器E例如为发光二极管或有机发光二极管；图像获取装置C，诸如CCD照相机，被定位为面向组B使得红外发射器E照射装置C；以及图像处理装置O，连接至获取装置C，从而首先获得通过装置C获取的图像，然后通过对获取的图像应用诸如在导言部分描述的处理以在该图像中显现手指CV的静脉网V。

根据本发明的一个特征，至少一个存在探测器DP与组B中的各个红外发射器E相关联。存在探测器DP的功能是确定手指的一部分是否存在于此红外发射器与装置C之间。

可使用现有技术的若干类型的存在探测器。所强加的约束是它们必须给出与手指CV的一部分是否存在相关的二进制指示。

根据一个实施方式，与组B中的至少一个红外发射器E相关联的存在探测器DP的至少一个为超声波传感器。超声波传感器，也称为超声波测距仪，形成能够在不进行接触的情况下测量距离的这类传感器的一部分。超声波测距仪是基于对超声波发射与回波接收之间消耗的时间的测量。更精确地，当发射超声波时，其在周围空气中以342m/s的声速传播。一遇到障碍，回波就返回到测距仪的传感器，然后计算超声波发射与接收之间消耗的时间并由此推导出测距仪与障碍之间的距离。因此，超声波传感器确定在不存在手指CV的一部分的情况下其与障碍(诸如获取装置C或放置静脉网传感器的支撑件)之间的第一距离和确定当手指CV的一部分位于超声波传感器附近时的另一距离。如果此另一距离小于第一距离，则检测到手指的一部分的存在。

根据另一实施方式，与组B中的至少一个红外发射器E相关联的存在探测器的至少一个为红外探测器。这种类型的探测器探测温度与人体接近的主体的移动，在该实施例中主体为手指CV的一部分。

根据又一实施方式，与组B中的至少一个红外发射器相关联的存在探测器的至少一个为激光测距仪。

根据又一实施方式，与组B中的至少一个红外发射器相关联的存在探测器的至少一个为对光通量反应的开关，诸如光电二极管或光电三极管。光电二极管或光电三极管在未被光通量照射的情况下保持“开启”状态，并且在被照射的情况下切换至“闭合”状态。

应注意到，本发明不排除使用上述存在探测器DP中的一个或另一个。若干类型的存在探测器可与同一红外发射器相关联，和/或相同类型的存在探测器可与所述红外发射器相关联，和/或红外发射器之间的存在探测器类型不同。

每个红外发射器的存在探测器数量及其围绕同一红外发射器的相对定位是确定用于探测手指的一部分存在于该红外发射器与装置C之间的逻辑的两个参数。

图2a-2d给出了存在探测器与红外发射器关系的各种实施例。

单个存在探测器DP可与红外发射器相关联(图2a)。

此存在探测器DP可集成在红外发射器中。

此存在探测器DP还可位于红外发射器的周围，例如位于红外发射器的任一基点，即位于上、下、左或右。

由于存在探测器DP直接指示手指的一部分的存在，因此在后两种情况中不存在特定的逻辑。

两个存在探测器DP1和DP2可与同一红外发射器E相关联。这两存在探测器可对齐(如图2b所示)，或者相互之间形成特定的角度(如图2c所示)。然后保护逻辑可以是在两个存在探测器之一DP1或DP2指示此存在时认为手指存在，或者仅在两个存在探测器DP1和DP2都如此指示时才认为手指存在。

两个以上的存在探测器DP可与同一红外发射器E相关联，并且在不偏离本发明范围的情况下可考虑具体的探测逻辑。

根据图2d中示出的优选实施方式，四个存在探测器DP1,…,DP4与红外发射器E相关联。这四个存在探测器中的每个位于红外探测器的基点。然后探测逻辑可以是在四个存在探测器之一指示手指的一部分存在时认为手指存在，或者在四个存在探测器中的两个如此指示时认为手指存在，或者在四个存在探测器中的三个如此指示时认为手指存在，或者仅在四个存在探测器都如此指示时认为手指存在。

红外发射器组B包括若干红外发射器E，这些红外发射器E在不偏离本发明范围的前提下可以特定的方式相对于彼此定位。

根据图3所示的一个实施方式，红外发射器Ei,j(i＝1至L，并且j＝1至C)位于L行和C列中以形成L行C列的矩阵。由此可以理解，C或L可等于1。则可看作阵列。根据图3中的实施例，组B包括2行4列，并且由1、2、3和4表示的4个存在探测器与每个红外发射器Ei,j相关联。

由于大量的存在探测器，图3中组B的尺寸很大。红外发射器Ei,j与存在探测器通过行和/或列进行交替是有利的。因此减少了存在探测器的数量，这首先使组B的制造成本降低，其次使其尺寸减小。

根据图4a中的实施例，在各行和各列上进行交替。因此，分别标记为1和2的存在探测器分别与两个连续列和同一行中的两个红外发射器相关联，或者与两个连续行和同一列中的两个红外发射器相关联。其它存在探测器(图4a中没有任何标记的探测器)与单个红外发射器相关联。

根据图4b中的优选模式，在各行和各列上进行交替，但是标记为1的存在探测器此时与三个红外发射器相关联。其它存在探测器(图4b中没有任何标记的探测器)与单个红外发射器相关联。

该优选实施方式优化了组B的尺寸。

为关于图3、4a或4b描述的组B实现的优选探测逻辑为在与红外发射器相关联的四个存在探测器DP指示手指的一部分存在时认为红外发射器与装置之间存在手指的一部分。该探测逻辑确保红外发射器在被激活时不会直接照射装置C，甚至不会部分地直接照射装置C。

通过单独在行上或列上、或者在某些行上和/或某些列上实现交替，其它实施方式当然是可以的。

回到图1，根据另一特征，静脉网传感器还包括用于使红外发射器E的激活从动于组B与装置C之间存在手指CV的装置D。装置D包括用于核对存在探测器DP之一是否指示活体(在该情况下为手指)的一部分存在的装置MDP。装置D还包括通过使用探测逻辑激活组B中的红外发射器E的装置MC，如关于图2a-2d、3和4解释地，探测逻辑取决于与各个红外发射器E相关联的存在探测器DP的数量及其绕相同红外发射器的相对位置。

装置MDP和MC可例如由电子电路实现，电子电路可由逻辑门形成和/或包括微处理器或微控制器。

根据与至少一个存在探测器DP为对光通量作出反应的开关的情况相关的装置D的一个实施方式，装置D包括被设计为照射至少一个存在探测器DP的单个光源S。

根据一个实施方式，光源S由组B中的至少一个红外发射器形成。

根据装置的一个实施方式，光源S被定位为使得其光束(如图5所示的粗线)照射手指CV易于放置的区域。因此，当手指CV存在于此区域(或此手指的一部分)时，光束在手指上反射并且当手指的一部分位于红外发射器与装置C之间时照射与各个红外发射器相关联的存在探测器DP(光电二极管或光电三极管)。根据图5中的实施例，除了与标记为E的红外发射器相关联的存在探测器之外的所有存在探测器被照射。

根据装置的另一实施方式，光源S被定位为在手指不存在时照射存在探测器DP(光电二极管或光电三极管)，并且在手指的一部分存在于红外发射器与装置C之间时不再照射与这些红外发射器相关联的存在探测器DP(如图6所示)。根据该实施例，在手指CV存在的情况下仍然照射仅与红外发射器E相关联的存在探测器DP。

因此，一般地说，装置D使用使红外发射器E组的激活从动于活体(在该情况下为手指)存在于此组与装置C之间的方法。

在此方法中，核对每个存在探测器DP的状态。当这些存在探测器DP之一指示活体(在该情况下为手指)的一部分存在时，如果由与各个红外发射器Ei,j相关联的至少一个存在探测器DP探测到手指的一部分存在则各个红外发射器Ei,j被激活，并且只要未检测到手指的一部分存在则各个红外发射器Ei,j立即被禁用。

根据与各个红外发射器Ei,j相关联的单个存在探测器DP的情况相关的装置的一个实施方式，如果该存在探测器DP检测到手指的一部分存在则红外发射器Ei,j被激活，并且只要存在探测器DP未探测到手指的一部分存在则该红外发射器Ei,j立即被禁用。

根据与各个红外发射器Ei,j相关联的若干存在探测器DP的情况(例如，关于图3、4a或4b描述的情况)相关的装置的一个实施方式，存在探测器DP之一(例如，红外发射器E1,4右手侧的探测器)指示手指的一部分存在后该方法立即待命直到其它存在探测器DP指示该手指的存在。当与红外发射器E1,4相关联的四个存在探测器DP同时指示手指存在时，红外发射器E1,4被激活然后装置C获取手指的图像。这同样适用于组B的其它红外发射器的激活。只要四个探测器不再指示手指存在，红外发射器E1,4立即被禁用。

因此，只要组B的红外发射器被激活，就能够立即获取手指的图像。

在光源S由组B的至少一个红外发射器E形成的情况中或者当该光源S为红外发射器时，组B的红外发射器的激活/禁用状态在装置C的整个整合过程中即装置C获取图像期间保持不变。这是为了获取用于提取手指静脉网的有用图像。

在任何情况下，将理解，与现有技术的从动方法相比，根据本发明的从动方法是非常迅速的。因而是非常有利的，因为即使活体在红外发射器组与装置C之间只存在非常短暂的瞬间，根据本发明的方法都能够获得诸如手指的活体的静脉网。

Claims (12)

1.用于使静脉网传感器的红外发射器组的激活从动于活体的存在的方法，所述静脉网传感器还包括存在探测器组以及面对所述红外发射器组的获取装置，每个存在探测器都与至少一个红外发射器相关联，每个红外发射器都与至少一个存在探测器相关联，所述获取装置与所述方法不关联，所述方法包括：

探测步骤，在该探测步骤中，每个存在探测器探测在与其相关联的红外发射器与所述获取装置之间是否存在部分活体；

激活步骤，在该激活步骤中，每个红外发射器在与其相关联的存在探测器响应于具体的探测逻辑时被激活；以及，

禁用步骤，在该禁用步骤中，每个红外发射器与其相关联的存在探测器不响应于具体的探测逻辑时被禁用。

2.根据权利要求1所述的方法，其中仅一个存在探测器与每个红外发射器相关联，并且用于红外发射器的所述探测逻辑对应于如下事实：与该红外发射器关联的存在探测器探测到部分活体。

3.根据权利要求1所述的方法，其中若干存在探测器与每个红外发射器相关联，并且用于红外发射器的所述探测逻辑对应于如下事实：与该红外发射器关联的所有存在探测器同时探测到部分活体。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述红外发射器组中的红外发射器一被激活，所述静脉网传感器的图像获取装置就获取图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述静脉网传感器的图像获取装置获取图像期间不实施红外发射器的激活步骤和禁用步骤。

6.静脉网传感器，包括：

红外发射器组；

获取装置，面对所述红外发射器组；

存在探测器组，每个存在探测器都与至少一个红外发射器相关联，每个红外发射器都与至少一个存在探测器相关联，每个存在探测器被用于探测在与其相关联的红外发射器与所述获取装置之间是否存在部分活体；

当与红外发射器相关联的存在探测器响应于具体的探测逻辑时激活该红外发射器的装置；以及

当与红外发射器相关联的存在探测器不响应于特定的探测逻辑时禁用该红外发射器的装置。

7.根据权利要求6所述的静脉网传感器，其中红外发射器和存在探测器被布置在行和列中。

8.根据权利要求7所述的静脉网传感器，其中红外发射器与存在探测器交替位于每行和每列中。

9.根据权利要求7所述的静脉网传感器，其中四个存在探测器与每个红外发射器相关联，所述四个存在探测器中的每一个都位于红外发射器的基点处。

10.根据权利要求6所述的静脉网传感器，其中所述存在探测器组中的至少一个存在探测器为对光通量作出反应的开关，并且所述静脉网传感器还包括被设计为照射所述开关的单个光源。

11.根据权利要求10所述的静脉网传感器，其中所述单个光源被定位为通过所述部分活体的反射来照射至少一个开关。

12.根据权利要求10所述的静脉网传感器，其中所述单个光源被定位为在活体不存在时照射所述至少一个开关。