CN103348378A - 图像读取设备 - Google Patents

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Abstract

一种图像读取设备，包括：散射器5，用于在其上表面上搁置手指6并且用于散射从其下表面进入的光；光源11，用于利用来自于散射器5的下表面、以预定照射角的光照射散射器5上搁置的手指6；反射镜13，用于接收已经从光源11发射的、从散射器5上的手指6反射的光；CCD12用于通过接收反射镜13反射的光从散射器5的下表面沿水平扫描方向捕获散射器5上的手指6的图像，并且然后输出图像信号；以及电机25，沿着垂直扫描方向移动读取单元3，读取单元至少包括光源11、反射镜13和CCD12。将其上搁置有手指6的散射器5的上表面设定为散射面，并且将散射器5的来自光源11的光所进入的下表面设定为非散射面。

Description

图像读取设备
技术领域
本发明总体上涉及一直图像读取设备，用于通过从感测台的反面对对象成像来读取对象的表面图像，更具体地，涉及适合于获取锐化清楚的图像的图像读取设备。
背景技术
识别个体的传统方法包括使用指纹的方法。在该方法中，通常通过将指纹图像输入到设备中并且利用预先记录的指纹的图像检查输入图像，来进行识别。用于输入指纹图像的方法的示例是，使得用来自感测台反面的光照射作为对象的手指，手指搁在感测台上。然后通过诸如电荷耦合器件(CCD)等二维传感器来对手指成像。
在以上方法中，由二维传感器接收照射在手指上的光的反射，从而根据所接收光的强度对指纹的表面凸凹成像。然而，该方法的问题在于，二维传感器所接收的光太弱，难以获得再现指纹的表面凸凹的锐化图像。
近来，提出了针对此类问题制造的设备。在这些设备中，多种光学部件用于感测台，以便通过给出手指凹和凸之间的显著对比度差来锐化地再现指纹的表面凸凹。例如，专利文献1、2和3分别描述了其中在用于获得指纹图像的感测台中使用棱镜、光纤板和光波导的设备。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-2003-50993
专利文献2：JP-B-2579375
专利文献3：JP-A-10-143663
发明内容
技术问题
专利文献1和2中描述的设备分别采用棱镜和光纤板。因此，这些设备需要具有用于在其内部放置光学部件的空间，这使得难以小型化整个设备。此外，由于棱镜和光纤板是特殊的光学部件，因此设备的成本有增加的趋势。
专利文献3中描述的设备使用光导板作为感测台。该设备不能获得足够的对比度并且因此难以使指纹图像锐化。
专利文献1、2和3中描述的设备使用二维传感器作为光接收器。因此需要组合多个图像来获得一个指纹图像。在图像组合中，在组合的图像之间的连接处出现失真。继而要求诸如在图像组合期间校正失真以及从组合之后获得的图像中去除失真等处理。因此，设备需要备有适合的配置来进行这样的图像处理，这使得用于处理图像的图像处理电路和软件复杂，导致设备成本增加。
鉴于传统技术问题做出了本发明。本发明的示例目的是提供一种能够使获得的图像锐化并且能够在抑制成本的同时小型化的图像读取设备。
解决问题的技术手段
为了完成以上目标，本发明的一个示例方面是一种用于读取指纹或其他对象的图像的图像读取设备，该图像读取设备包括：对象搁置单元，由透光的板状部件构成，在对象搁置单元上搁置对象；以及图像读取单元，包括用光照射对象的光源以及用于捕获对象的图像并输出与对象相关联的图像信号的图像捕获装置；其中，图像读取单元还包括：图像读取装置，所述图像读取装置置于与对象接触的对象搁置单元的表面的对侧处，图像读取装置使用提供给图像捕获装置的线传感器随着水平扫描读取对象的光接收表面的一行；以及传送装置，用于沿着与水平扫描垂直的垂直扫描方向移动图像读取单元，并且对象搁置单元包括用于散射光的散射部件。
根据本发明，可以通过利用散射部件散射从光源发射的光来获得具有锐化对比度的图像。这使得图像锐化。此外，使用散射部件来代替特殊光学部件，使得设备可以小型化并降低成本。
此外，根据本发明，可以仅通过将逐行获取的多组图像数据连接在一起来实现图像获取。不需要执行复杂的图像组合处理。可以解决信号处理电路和软件的复杂性并且降低成本。
图像读取设备中的散射部件可以在搁置对象的表面处具有散射面。这使得能够利用散射部件散射的光更高效地照射对象，并且因此提高了图像锐化度。
图像读取设备中的散射部件可以沿着垂直扫描方向散射入射光。这使得能够利用散射部件散射的光更高效地照射对象，并且因此提高了图像锐化度。
在图像读取设备中，光源的照射角度可以根据散射部件散射光的角度来确定。
光源和线传感器布置为，使得线传感器接收在对象与对象搁置单元接触的位置处反射的光，其中反射角等于入射角。这使得线传感器能够有效率地接收从光源发射到对象的光的反射波。可以使图像更锐化。
图像读取设备还可以包括：触摸面板，附着在散射部件的表面上，触摸面板输出垂直扫描方向上的坐标信息，该坐标信息表示对象按压触摸面板的按压位置；以及检测装置，用于根据从触摸面板输出的坐标信息检测对象的按压位置沿着垂直扫描方向已经移动的移动距离；其中，传送装置根据检测装置检测到的移动距离沿着垂直扫描方向移动图像读取单元，使得图像读取单元遵循对象的滚动动作。利用这样的配置，甚至在对象滚动的情况下也能够使图像锐化。
本发明的有利效果
对于以上特性，根据本发明的图像读取设备可以使获得的图像锐化，并且能够在抑制成本的同时小型化。
附图说明
图1是示出了根据本发明第一示例实施例的图像读取设备的示例的概要视图，(a)示出了透视图，(b)示出了顶视图。
图2示出了图1中示出的图像读取设备的截面图。
图3示出了从图2中箭头A的方向观看的图2中CCD的平面图。
图4示出了图1中示出的图像读取设备的示例功能配置的框图。
图5示出了用于描述图1中示出的图像读取设备的操作序列的流程图。
图6示出了使用散射器使指纹图像锐化的示意图，(a)示出了利用用于获得图像的光照射指纹的隆线的情况，(b)示出了利用用于获得图像的光照射指纹的谷线的情况。
图7示出了反射器设置的示意图。
图8示出了当入射角度和反射角度相同时使指纹图像锐化的示意图，(a)示出了利用用于获得图像的光照射指纹的隆线的情况，(b)示出了利用用于获得图像的光照射指纹的谷线的情况。
图9示出了获取的指纹图像的示例的示意图，(a)示出了使用散射器5获取的指纹图像，(b)示出了没有使用散射器5获取的指纹图像。
图10示出了根据本发明示例实施例的图像读取设备的示例的概要图，(a)示出了透视图，(b)示出了顶视图。
图11示出了图10中示出的图像读取设备的截面图。
图12示出了从图11中箭头A的方向观看图11中CCD的平面图。
图13示出了图10中示出的图像读取设备的功能配置的示例框图。
图14示出了图13中示出的坐标检测装置和移动检测装置的示例配置的框图。
图15是示出了检测指纹按压位置的方法的示意图。
图16是示出了计算移动到读取开始位置的移动距离的方法示意图。
图17是示出了检测手指的移动距离的方法的示意图。
图18是示出了将图像数据分成有效数据和无效数据的方法的定时图。
图19是示出了图10中示出的图像分类装置的示例配置的框图。
图20是示出了图10中示出的电机控制装置的示例配置的框图。
图21是示出了图10中示出的图像读取设备的操作序列的主流程图。
图22是示出了读取单元的位置校正的示意图，(a)示出了校正之前的状态，(b)示出了校正之后的状态。
图23是示出了图21中示出的读取终止处理的操作序列的子流程图。
图24是示出了手指滚动与CCD移动之间的关系的示意图。
图25示出了图10中的图像读取设备的操作定时图，该定时图示出了当触摸面板上搁置的手指仅沿正转向方向滚动时应用的操作定时。
图26示出了图10中的图像读取设备的另一操作定时图，该定时图示出了当触摸面板上搁置的手指沿着反向转向方向滚动时应用的操作定时。
图27是示出了手指的反向转向滚动和CCD移动之间的关系的示意图。
图28是示出了确定手指按压位置的移动距离是否达到线宽的另一示例方法的示意图。
具体实施方式
接着，参照附图详细描述本发明的示例实施例。
首先，描述本发明的第一示例实施例。第一示例实施例示出了根据本发明的图像读取设备应用于用于读取指纹图像的图像读取设备的情况。
图1示出了根据本发明的图像读取设备的第一示例实施例。如图1(a)所示，图像读取设备1包括：扫描框2；读取单元3，读取单元3容纳在扫描框2中并且构造成通过电机驱动沿着读取单元3的垂直扫描方向可移动；设置在扫描框2上的透明台板玻璃4；以及设置在台板玻璃4上的散射器5。尽管未示出，但是滑轨安装在扫描框2内部。读取单元3A配备有与滑轨啮合的齿轮以及旋转该齿轮的电机。
如图1(b)所示，在顶视图中以矩形形状形成散射器5，并且如图2所示，散射器用作搁置作为成像对象的手指6的搁置台。散射器5的示例是由玻璃或树脂基材料形成，其中一侧被处理成具有类似表面(砂面)的毛玻璃，以便散射从其他表面入射的光。
散射器5被设置为，使得散射面面对搁置手指6的侧面，非散射面面对从光源11(稍后描述)发射的光进入的侧面。散射器5还被设置为，沿着读取单元3的垂直扫描方向在宽范围内散射入射光并且沿着水平扫描方向在窄范围内散射入射光。通过如此设置散射器5，例如，可以以椭圆形形状形成入射光的散射范围(区域)，该椭圆形形状具有与读取单元的垂直扫描方向对准的主轴。这实现了用光有效率地照射手指6。散射器5的形式不限于该示例。例如，片状或膜状材料可以用于散射器5。
当手指6搁置在散射器5上时，台板玻璃4用作散射器5的支撑台。台板玻璃4例如由具有强度比散射器5高的透明玻璃构成。
如图2所示，读取单元3包括：光源11，用于利用光照射散射器5上搁置的手指6；CCD(电荷耦合器件)12，用于获取图像；反射镜13和光学透镜14，用于将手指6的指纹图像引导至CCD12的光接收表面；以及单元外壳15，用于容纳光源11、CCD12、反射镜13和光学透镜14。
通过散射器5的散射角确定来自光源11的光的照射角。确定来自光源11的光的照射角的方式不限于此，并且取而代之可以通过进行实验来确定。CCD12是一维CCD(线传感器)，逐行地捕获图像并且将接收到的光转换成图像信号，并然后输出图像信号。CCD12布置为沿着水平扫描方向延伸，如图3所示。反射镜13接收从对象反射的光，并且将光反射给光学透镜14。可以基于实验确定反射镜13的光接收角。
图4是示出了图像读取设备1的功能配置的框图。如图所示，图像读取设备1包括：光源11、CCD12；CCD驱动器21，用于提供图像输出信号φTG以驱动CCD12，并且使CCD12周期性地输出图像信号(模拟信号)IS；命令接收器22，用于激活光源11并且响应于来自外部的读取命令(指令)向CCD驱动器21给出指令；图像信号处理器23，用于对从CCD12输出的图像信号IS进行A/D(模拟/数字)转换或者其他预定的信号处理；存储器24，用于存储从图像信号处理器23输出的图像信号数据(数字信号)ID；步进电机(下文中，简称电机)25，用于沿着垂直扫描方向移动读取单元3(参见图1)；以及电机驱动器26，用于响应于来自命令接收器22的指令控制电机25。这些从光源11到电机驱动器26的部件均安装在图像读取设备1的读取单元3中，如图1所示。
接着，描述具有以上配置的图像读取设备1的操作序列。图5是用于描述图像读取设备1的操作的流程图。
首先，从外部接收读取命令(步骤S1)，图像读取设备1驱动CCD12并且通过CCD12开始成像(步骤S2)。
接着，图像读取设备1将读取单元3从其读取原始位置(读取开始位置)移动到读取结束位置(步骤S3)，从而逐行捕获图像。然后将如此获得的图像信号IS供应给图像信号处理器23，在图像信号处理器23中，执行诸如A/D转换的预定信号处理。在处理之后，将数据顺序地写入存储器24作为图像数据ID并且存储在存储器24中。
图像读取设备1接着确定读取单元3是否已经达到读取结束位置(步骤S4)。当确定读取单元3已经达到读取结束位置时(步骤S4：是)，则图像读取设备1终止读取操作。读取单元3返回原始位置并且停止驱动CCD12(步骤S5、S6)。
另一方面，当在步骤S4中确定读取单元3尚未达到读取结束位置时(步骤S4：否)，重复步骤S4，直到读取单元3达到读取结束位置为止。
在完成读取操作时，图像读取设备1将存储器24内存储的多个逐行图像数据集合连接在一起，从而获得一个指纹图像。这些图像数据ID的集合的连接不需要诸如图像组合等高级的数据编辑，而是可以仅通过按照存储顺序读出存储器24内存储的图像数据ID来进行。
以下描述利用散射器5锐化指纹图像的方式。当手指6搁置在散射器5上时，仅指纹的隆线(凸起部分)与散射器5接触，而谷线不接触。当在这种状态下从散射器5的反面发射光时，在隆线与谷线之间从手指6反射的光量不同。关于这一点，第一示例实施例适于基于由手指6反射的光量，使用散射器5锐化指纹的隆线和谷线之间的对比度。因此可以实现对指纹图像的锐化。
图6是示出了使用散射器5锐化指纹图像的示意图。图6(a)示出了当用光照射指纹时的示意图，图6(b)示出了当用光照射指纹的谷线时的示意图，以便获得图像。
当要对指纹的隆线成像时，如图6(a)所示，从光源11发射的光穿过台板玻璃4并且进入散射器5。此时，在散射器5上入射的光沿着散射方向在散射面处散射。然而，由于指纹的隆线与散射器5接触，因此不能有效率地用光照射隆线。已经到达指纹隆线的光量小于从光源发射的光量。从指纹隆线反射的光透过散射器5和台板玻璃4，以进入反射镜13，并且然后经由光学透镜14被CCD12的光接收面接收。
如所述，由于指纹的隆线与散射器5接触，图像读取设备1不能有效率地用从光源11发射并被散射器5散射的光照射隆线。因此减少了进入反射镜13的反射光的量。依据CCD12接收到的反射光量而获取的图像因此变为较暗图像。
另一方面，当要对指纹的谷线成像时，如图6(b)所示，从光源11发射的光透过台板玻璃4，并且沿着散射方向被散射面散射。此时，指纹的谷线不与散射器5接触，从而散射光透过散射器5并且到达指纹的谷线。此外，从光源11发射到沿垂直扫描方向较宽区域的光被散射器5散射，并然后到达谷线，所述较宽区域位于指纹没有接触散射器5的指纹隆线之间。
已经到达指纹谷线的光被反射以进入散射器5，从而更多地被散射面散射。反射光然后穿过台板玻璃4，进入反射镜13，并且经由光学透镜14被CCD12的光接收面接收。此外，从包围指纹谷线与散射器5之间的空间的读取位置的外围反射的光也被散射器5的散射面有效率地散射。反射光经由台板玻璃4、反射镜13和光学透镜14由CCD12的光接收面接收。
如上所述，指纹谷线不直接接触散射器5。从光源11发射到指纹隆线中没有接触散射器5的指纹隆线之间的较宽区域的光被散射器5散射，并且然后达到谷线。因此与指纹隆线相比可以更有效率地照射指纹谷线。此外，此时，从指纹谷线反射的光被散射器5的散射面散射，从谷线与散射器5之间空间的读取位置的外围反射的光也被散射器5的散射面有效率地散射。因此进入反射镜13的反射光量大于成像指纹隆线时的反射光量。因此，由CCD12中接收的光形成的图像变成比由光照射形成的隆线的图像更亮的图像。
如上所述，反射镜13上入射的反射光的量在指纹隆线和谷线之间不同。这锐化了指纹隆线和谷线之间的对比度，获得指纹图像的锐化。
顺便提及，例如，如果散射器5被设置为，散射器5的散射面面对读取单元3，则从光源11发射的光应当在台板玻璃4与散射器5之间的界面处散射。在这种情况下，利用类似的光(散射光)照射指纹的隆线和谷线。从指纹的隆线和谷线反射的光进一步被散射器5的散射表面散射，并然后进入反射镜13。因此，指纹的隆线和谷线之间由CCD12接收的反射光量之差与不使用散射器5的设备获得的散射光量差相同。不能锐化指纹图像。
为了利用上述配置获取指纹图像，例如，反射镜13可以被设置为，使得相对于手指6的入射角和反射角相同，如图7所示。这使得手指6上从光源11发射的光的反射波有效率地进入反射镜13，从而锐化指纹图像。
例如，令在从光源11发射到手指6的光与通过手指6与散射器5成直角的垂线之间的角度为入射角α。令从手指6反射并进入反射镜13的光与通过手指6的垂线之间的角度为反射角β。在这种情况下，反射镜13确定了其位置和角度，使得入射角α和反射角β彼此相同。
图8示出了反射镜13被设置为使得入射角α和反射角β彼此相同的情况。图8(a)示出了当用光照射指纹的隆线来成像的情况，图8(b)是示出了用指纹谷线的光照射的示意图。在图8中，为了便于描述，所有被反射器5散射的光中，仅示出了线性传播的光。
当要对指纹的隆线成像时，如图8(a)所示，从光源11发射的光经由台板玻璃4和散射器5以预定入射角到达隆线。此时，由于指纹的隆线与散射器5接触，因此散射器5上入射的光实质上在散射面处不散射。会直接反射光，并且以等于入射角的角度反射一部分光(直接反射的光)。从指纹隆线直接反射的光透过散射器5和台板玻璃4，进入反射镜13，并且经由光学透镜14被CCD12的光接收面接收。
进入反射镜13的直接反射光仅是从指纹隆线反射的光的一部分，因此光量小于从光源11发射的光量。因此要依据CCD12接收的光而获取的图像变为较暗图像。
另一方面，当要对指纹的谷线成像时，如图8(b)所示，从光源11发射的光穿过台板玻璃4和散射器5，并且然后以预定入射角到达散射器5的表面。指纹的谷线不与散射器5接触，并且在指纹谷线与散射器5之间存在空间。因此，尽管来着光源11的一部分光透过散射器5，但是剩余的光以等于入射角的角度被反射(直接反射光)。在散射器5的表面上反射的直接反射光透过散射器5和台板玻璃4，进入反射镜13，并且经由光学透镜14由CCD12的光接收面接收。
进入反射镜13的直接反射光的量相对大于从指纹隆线直接反射的光的量。因此由CCD12中接收的光形成的图像是比由光照射获得的隆线图像更亮的图像。
图9示出了由不同方法获取的指纹图像的示例。图9(a)示出了使用散射器5获得的指纹图像，图9(b)示出了没有使用散射器5获得的指纹图像。与图9(b)中示出的不使用散射器5获得的图像相比，图9(a)中示出的使用散射器5获得的图像在指纹的隆线和谷线之间具有更锐化的对比度，这使得指纹图像锐化且清楚。
尽管第一示例实施例配置为利用CCD12接收从反射镜13反射的光，但是配置不限于此。例如，CCD12可以位于反射镜13的位置处，使得CCD12直接接收从对象反射的光，而不经由反射镜13。在这种情况下，按照与确定反射镜13的位置和角度所采用的方式类似的方式确定CCD12的位置和光接收面的角度。
如上所述，根据第一示例实施例，可以获得锐化且清楚的指纹图像，这是因为通过利用散射器散射从光源发射的光来产生指纹图像。此外，第一示例实施例使用散射器来锐化指纹图像，而不使用诸如棱镜或光纤板等特殊光学部件。因此可以减小设备尺寸，并且也可以降低成本。
此外，在第一示例实施例中，仅通过将使用线传感器获取的多个逐行图像数据集合连接在一起来获取一个指纹图像。这消除了对高级图像组合的需要，防止信号处理电路和软件变得更复杂，从而降低了设备的成本。
接着，描述本发明的第二示例实施例。第二示例实施例涉及其中滚动要成像的对象的示例。为了避免复杂描述，向与第一示例实施例的元件共同的元件各自分配相同的附图标记或符号，并且省略其详细描述。
图10示出了根据本发明第二示例实施例的图像读取设备。如图1(a)所示，图像读取设备10包括扫描框2；读取单元3、台板玻璃4；散射器5；以及附着在散射器5上的透明触摸面板7。
如图10(b)所示，在顶视图中以矩形形状形成触摸面板7，并且如图11所示，触摸面板7用作其上搁置要成像的手指6的搁置台。在触摸面板7上，如图10A所示，纵向(水平扫描方向)定义为Y轴(Y坐标)，横向(垂直扫描方向)定义为X轴(X坐标)。将手指6在触摸面板7上的位置输出为坐标信息。顺便提及，存在多种类型的触摸面板，包括电阻膜类型、电容类型和光学类型。触摸面板7可以这些多种类型中的任一类型。
参照图11，读取单元3包括光源11；电荷耦合器件(CCD)12；反射镜13；光学透镜14；以及单元外壳15。如图12所示，CCD12的光接收表面的线宽LW大于触摸面板7的一个X坐标刻度的宽度。
图13是示出了图像读取设备10的功能配置的框图。如图所示，图像读取设备10包括：坐标检测装置27，用于检测手指6在触摸面板7上的位置；移动检测装置28，用于基于坐标检测装置27获得的检测结果检测手指6的移动距离，并且然后输出移动检测信号DS；光源11；CCD12；CCD驱动器21；命令接收器22；图像信号处理器23；图像分类装置29，用于根据来自坐标检测装置27的移动检测信号DS和来自CCD驱动器21的图像输出信号φTG，将从图像信号处理器23输出的图像数据ID分成有效图像数据和无效图像数据；存储器24，用于存储从图像分类装置29输出的有效图像数据；电机25；以及电机控制装置30，用于控制电机25。这些从坐标检测装置27到电机控制装置29的部件均安装在图10中示出的读取单元3内部。
如图14所示，坐标检测装置27包括：触摸检测器31，响应于来自触摸面板7的输出检测手指6是否搁置在触摸面板7上，并且然后输出触摸检测信号TD。坐标检测装置27还包括：X坐标数据产生器32，通过转换从触摸面板7输出的模拟X坐标信号(即，对在其上手指6已经触摸或按压了触摸面板7的区域的X坐标方向区域加以指示的信号)来产生X坐标数据XD。
移动检测装置28包括初始位置检测器41；开始位置计算器42；当前位置检测器43；移动距离检测器44；以及反转检测器45。
基于来自触摸检测器31的触摸检测信号TD和来自X坐标数据产生器32的X坐标数据XD，初始位置检测器41检测手指6第一次触摸触摸面板7的位置(实验对象第一次搁置手指6的位置)。然后输出对检测到的位置的X坐标数据加以表示的初始位置数据X0。
如图15所示，手指6沿着垂直扫描方向(X坐标方向)按压的区域范围远宽于触摸面板7的一个X坐标刻度。因此，从X坐标数据产生器32提供给初始位置检测器41的X坐标数据XD应当是对左端的X坐标数据XD1和右端的X坐标数据XD2之间包括的多个刻度加以表示的值。初始位置检测器41通过沿着朝向手指6中心部分的方向从X坐标数据XD2中减去预定量“r”，或者通过沿着朝向手指6中心部分的方向将预定量“r”与X坐标数据XD1相加，来校正坐标数据。初始位置检测器41将经校正的数据视为手指6所按压的位置，并且将数据定义为初始位置数据X0。
这种校正功能不需要安装在初始位置检测器41中。取而代之，校正功能可以安装在坐标检测装置27的X坐标数据产生器32中。如果触摸板7最初适合于输出仅一个点的坐标信息(例如，手指按压或触摸区域的左端处的X坐标与右端处的X坐标之间的中间值)，则坐标校正不是必要的。
如图16所示，开始位置计算器42通过使用从初始位置检测器41输出的初始位置数据X0，计算读取单元3从其原始位置到读取开始位置的移动距离M。从开始位置计算器42输出计算后的数据作为对移动距离M加以表示的初始驱动值MV。开始位置计算器42预先存储对触摸面板7上多少个X坐标刻度对应于CCD12的线宽LW加以指示的信息。
当前位置检测器43使用从X坐标数据产生器32发送的X坐标数据XD，以输出对此时手指6正按压的位置加以表示的当前位置X坐标数据Xi。利用图15中示出的初始位置检测器41，当前位置检测器43通过沿着指向手指6中心部分的方向从X坐标数据XD2中减去预定量“r”，或者通过沿着指向手指6中心部分的方向将预定量“r”与X坐标数据XD1相加，来校正坐标数据。然后将校正后的值视为手指6的按压位置，并且定义为当前位置X坐标数据Xi。以恒定循环执行对当前位置X坐标数据Xi的检测，并且将循环的一个周期设定为短于CCD12的图像信号输出循环VT的周期(参见图18)。
移动距离检测器44使用从当前位置检测器43发送的当前位置X坐标数据Xi，来确定手指6的触摸位置的移动距离是否已经达到CCD12的线宽LW(参见图12)。根据确定结果，输出移动检测信号DS。
如图17所示，移动距离检测器44保持上一次升高移动检测信号DS时获得的X坐标数据Xm(稍后描述)。移动距离检测器44通过从当前位置X坐标数据Xi中减去所保持的X坐标数据Xm来计算手指6的移动距离(Xi-Xm)。移动距离检测器44接着确定计算后的移动距离(Xi-Xm)是否达到(等于或大于)等同于CCD12的线宽LW的长度。当移动距离达到线宽LW时，移动距离检测器44将移动检测信号DS升高到高电平(Hi)，如图18所示。移动距离检测器44还预先存储对触摸面板7的与CCD12的线宽LW相对应的X坐标刻度的个数。
此外，移动距离检测器44确定手指6的移动方向(即，移动沿着垂直方向是正向滚动还是反向滚动)，并且输出对移动方向加以表示的方向信号RD。当手指6的移动方向为正向，则将方向信号RD升高到高电平。当手指6的移动方向为反转时，将方向信号RD降低到低电平。可以使用上述计算的移动距离(Xi-Xm)来进行手指6移动方向的确定。移动距离检测器44在移动距离(Xi-Xm)为正值时确定移动是正向滚动，并且在移动距离是负值时确定移动是反向滚动。
提供反转检测器45来控制手指6的反转移动期间设备的操作。反转检测器45使用方向信号RD和从移动距离检测器44发送的移动距离(Xi-Xm)数据，来管理对手指6的反转移动距离加以表示的值L(沿以行数表示的反方向的移动距离的值)。反转检测器45还根据反转移动距离L产生逆向(反转)返回信号BS。
逆向返回信号BS是对逆向(反转)时段和返回时段加以指示的信号，在逆向(反转)返回时段期间手指6沿反方向移动，在返回时段期间手指6开始从反转移动返回并且到达反转开始位置(手指6的滚动已经从正向变为反向的位置)。如图18所示，逆向返回信号BS从手指6开始从正向移动反转的时间保持在高电平，直到手指6返回到其初始位置为止。
再次参照图13，图像分类装置29包括(如图19所示)：选择器51，从移动检测装置28接收移动检测信号DS，从反转检测器44接收逆向返回信号BS，并且从CCD驱动器21接收图像输出信号φTG，并然后输出图像选择信号SS；以及门电路52，使用来自选择器51的图像选择信号SS，将图像数据ID分为有效图像数据和无效图像数据。
如图18所示，在逆向返回信号BS保持在低电平的时段期间，选择器51参考移动检测信号DS和图像数据信号φTG。响应于紧随移动检测信号DS升高到高电平图像输出信号φTG的升高，选择器51将图像选择信号SS升高到高电平。图像选择信号SS在CCD12的图像输出信号循环VT的一个周期内保持在高电平。这里图像选择信号SS的高电平时段对应于其间确定图像数据ID为有效的时段，并且图像选择信号SS的低电平时段对应于其间确定图像数据ID为无效的时段。
另一方面，在逆向返回信号BS的高电平时段期间，选择器51将图像选择信号SS保持在低电平，而不管移动检测信号DS和图像输出信号φTG如何。
在图像选择信号SS的高电平时段期间，门电路52接收从图像信号处理器23输出的图像数据ID，并且将作为有效图像的图像数据传送到后续级的存储器24中。在图像选择信号SS的低电平时段期间，门电路52丢弃作为无效图像的图像数据ID。门电路52可以由例如AND电路组成。
再次参照图13，电机控制装置30包括(如图20所示)：电机驱动器61，用于响应于从移动检测装置28发送的移动检测信号DS驱动电机25；以及开始位置控制器62，用于将CCD12的移动控制到读取开始位置(读取单元3)。
当从移动距离检测器44输出的移动检测信号DS升高到高电平时，电机驱动器61驱动电机25以将CCD12(读取单元3)移动等同于垂直扫描方向上的线宽LW的距离。此外，当来自移动距离检测器44的方向信号DS指示正向时，电机驱动器61沿正向(沿正向移动CCD12的旋转方向)旋转电机25，并且当方向信号DS指示反转时，电机驱动器61沿反方向旋转电机25。
开始位置控制器62用于将CCD12从原始位置移动到读取开始位置(参见图16)。开始位置控制器62将从移动检测装置28输出的初始驱动值MV(参见图14)与电机驱动量(CCD12所移动的行数)相比较。开始位置控制器62继续向电机驱动器61给出指令以驱动电机25，直到两个值匹配为止。
应当注意，并非以上参照图13至20描述的整个配置需要用硬件来实现，一部分配置可以用软件来实现。
接着，描述具有以上配置的图像读取设备10的操作。首先主要参照图21至24描述指纹读取的操作序列。
如图21所示，在从外部接收到读取命令时，反转检测器45(参见图14)首先将反转移动距离(行数)初始化为L，“L＝0”(步骤S11)。选择器51(参见图19)将图像选择信号SS调低到低电平，并且针对图像数据ID建立无效状态(步骤S12)。
接着，图像读取设备10开始驱动CCD12(步骤S13)，并且等待手指6搁置在触摸面板7上(步骤14)。当手指6搁置在触摸面板7上并且触摸检测器31(参见图14)检测到触摸时，初始位置检测器41响应于该检测，并且产生对手指6的初始位置加以表示的初始位置数据X0(步骤S15)。
接着，开始位置计算器42(参见图14)计算读取单元3从其原始位置到读取开始位置的移动距离M(参见图16)。开始位置控制器62(参见图20)然后将读取单元3移动到读取开始位置(步骤S16)。
参照图22(a)，例如，假定通过将读取单元3的中心部分设定为基准位置P来控制读取单元3的位置。在这种情况下，尽管读取单元3的位置依赖于反射镜13和光学透镜14的布置，但是读取单元3可以从原始位置移动到读取开始位置，并且设定在该位置，手指6的初始位置X0与反射镜13和光学透镜14的光轴16之间存在偏离。
为了校正该偏离，电机驱动器61可以在读取单元3移动到读取开始位置之后调整读取单元3，如图22(b)所示。通过将读取单元3向后移动等同于光轴16与初始位置X0之间的位移“s”的少量距离，可以校正偏离。备选地，开始位置计算器42可以从计算后的移动距离M中减去位移“S”，在图16中示为(M-s)，并且基于计算后的值定义初始驱动值MV。
如果设备初始配置为防止发生未对准(如在将读取单元3的基准位置P初始设定为与光轴16对准的情况)，则以上校正处理不必要。
再次参照图21，当实验对象开始滚动他或她的手指6时(步骤S17)，当前位置检测器43(参见图14)产生对手指的当前按压位置加以表示的当前位置X坐标数据Xi(步骤S18)。如上所述，以恒定循环执行对当前位置X坐标数据Xi的检测，并且将循环的一个周期设定为短于CCD12的图像信号IS输出循环VT的一个周期(参见图18)。
接着，移动距离检测器44(参见图14)计算手指6的移动距离(Xi-Xm)。移动距离检测器44还产生对手指6的移动方向加以指示的方向信号RD(步骤S19)。接着，移动距离检测器44确定手指6的移动方向是正向还是反向(步骤S20)。当移动方向为正向时(步骤S20：是)，移动距离检测器44确定手指6的移动距离(Xi-Xm)达到CCD12的线宽LW(参见图12)(步骤S21)。
如果手指6的移动距离(Xi-Xm)等于或大于线宽LW(步骤S20：是)，即如果移动检测信号DS升高到高电平，则这指示手指6的按压位置已经沿着正滚动方向移动了等于或大于线宽LW的距离。电机驱动器61(参见图20)然后驱动电机25，以沿着正滚动方向将CCD12(读取单元3)移动等同于线宽LW的距离(步骤S22)。在这种情况下，如图24(a)所示，电机驱动器61沿着正滚动方向逐行地移动CCD12，以遵循手指6的移动。
参照图21，在步骤S22之后提供步骤S23。这里为了方便起见步骤S23的描述在此省略，并且将在稍后给出。
与步骤S22并行地，选择器51将图像选择信号SS升高到高电平，以使得从图像信号处理器23输出的图像数据ID有效(步骤S24)。如上所述，响应于紧邻移动检测信号DS升高到高电平状态之后图像输出信号φTG的升高，进行图像选择信号SS的升高。在CCD12的图像输出信号循环VT的一个周期内保持图像选择信号SS的高电平时段，如图18所示。因此，使得一行的图像数据ID有效。通过门电路52向存储器24输出有效的图像数据ID(参见图19)。
另一方面，如果手指6的移动距离(Xi-Xm)小于线宽LW(步骤S21：否)，即，如果移动检测信号DS没有升高，则选择器51保持使得图像数据ID无效的情况(步骤S25)。换言之，图像选择信号SS保持在低电平。
同时，当手指6的移动方向为反向(步骤S20：否)，则选择器51保持使得图像数据ID无效的情况(步骤S26)。选择器51还确定手指6的移动距离(Xi-Xm)的绝对值是否等于或大于线宽LW(步骤S27)。
当手指6的移动距离(Xi-Xm)的绝对值小于线宽LW时(步骤S27：否)，处理返回到步骤S18。响应于当前位置X坐标数据Xi的下个检测定时，执行步骤S18和后续步骤。
当手指6的移动距离(Xi-Xm)的绝对值等于或大于线宽LW时(步骤S27：是)，这指示手指6的按压位置已经沿着反滚动方向移动了等于或大于线宽LW的距离。反转检测器45将反转移动距离L与等同于一行的值相加(步骤S28)。此外，电机驱动器61反向旋转电机25，以沿着反向滚动方向将CCD12移动等同于线宽LW的距离(步骤S29)。
此后，响应于当前位置X坐标数据Xi的下个检测定时的到来，执行步骤S18。处理前进至步骤S20，在步骤S20中，移动距离检测器44确定手指6的移动方向是否为正。如果手指6此时继续反方向移动(步骤S20：否)，则处理再次跳过步骤S26，并且重复从步骤S26到S29。因此，每次在手指6的移动距离(Xi-Xm)的绝对值达到线宽LW时以累加方式将“1”与反转移动距离L相加。此外，每次移动距离(Xi-Xm)的绝对值达到线宽LW时，CCD12沿着反滚动方向逐行移动，以遵循手指6的移动，如图24(b)所示。
如果在步骤S20中确定手指6的移动已经改变到正滚动方向(步骤S20：是)，则处理前进至步骤S21。移动距离检测器44然后确定手指6的移动距离(Xi-Xm)已经达到线宽LW。当手指6沿着正滚动方向的移动距离(手指6沿着返回到反转开始位置的方向的移动距离)等于或大于线宽LW时(步骤S21：是)，则电机驱动器61沿着其正向旋转电机25，以沿着正滚动方向将CCD12返回一行(步骤S22)。
接着，反转检测器45确定反转移动距离L是否为“0”(步骤S23)。该处理用于确认CCD12是否已经返回到手指6的反转开始位置。如果反转移动距离不为“0”(步骤S23：否)，即，如果CCD12尚未返回到反转开始位置，则反转检测器45针对图像数据ID保持无效模式(步骤S30)，并且从反转检测器45自己保留的反转移动距离L中减去“1”(步骤S31)。从反转移动距离L中减去“1”的步骤是对应于步骤S22的处理，在步骤S22中，CCD12沿着正滚动方向返回一行。
重复以上处理，直到反转移动距离L等于“0”为止。如图24(c)所示，开始位置控制器62沿着正滚动方向逐行地移动CCD12，使得CCD12遵循手指6到反转开始方向的返回。当反转移动距离L等于“0”，即，当CCD12已经返回到手指6的反转开始位置(步骤S23：是)，处理前进至步骤S24。开始位置控制器62然后间歇地沿正滚动方向一步一行地移动CCD12，而同时适当地使得图像数据ID有效。
其后，重复步骤S18至S31，直到手指6离开触摸面板7或者获得的图像数据ID的行数达到指定的有效图像行数(步骤S32、S33)。也就是说，从手指6的一个侧面到另一侧面以一行为单位获得手指6的滚动指纹图像。顺便提及，指定的有效图像行数是预设的，以允许人的滚动指纹图像的多种尺寸。将滚动指纹图像的估计尺寸转换成行数并且数字化成等同值。
当手指6从触摸面板7离开或者获得的图像数据ID的行数等于指定的有效图像行数(步骤S32：是，或者步骤S33：是)，则CCD12结束读取操作。如图23所示，CCD驱动器21然后将CCD12返回到原始位置并且停止驱动CCD12(步骤S34、S35)。
接着，描述了图21至24中示出的图像读取设备10的操作示例，在以上处理下执行这些操作示例。首先主要参照图25描述触摸面板7上搁置的手指6仅沿着正滚动方向滚动时的操作。尽管图25中未示出，但是这里逆向返回信号BS保持在低电平。
如果起初手指6缓慢滚动，则在定时t1处升高移动检测信号DS之后暂时不升高移动检测信号DS。在这种情况下，响应于紧随移动检测信号DS升高之后的图像输出信号φTG的升高(定时t2)，图像选择信号SS升高到使得图像数据ID(A)有效。此外，响应于移动检测信号DS的升高(定时t1)，升高电机驱动信号，以将CCD12沿着正滚动方向移动一行。
随着CCD12的图像信号输出周期VT的一个时间段过去(随着下个图像输出信号φTG升高)，图像选择信号SS下降，以将情况改变成使得图像数据ID无效的模式(定时t3)。无效情况继续，直到图像选择信号SS的下次升高(定时t5)为止。丢弃在该时段期间输出的图像数据ID(B)和ID(C)。
在定时t4，检测到移动检测信号DS的第二次升高。按照上述方式进行图像数据ID(D)的有效和电机驱动。随着定时t4之后手指6的滚动速度增加，移动检测信号DS应当在短时段内升高。据此，更频繁地使得图像数据ID有效：还使得图像数据ID(D)之后的图像数据ID(E)有效。
在后续时间(定时t6-t11)中，同样根据手指6滚动的处理将图像数据ID分为有效和无效图像。此外，根据需要沿正向间歇地移动CCD12，以便执行读取操作。在完成读取时，图像读取设备10将存储器24中存储的有效图像数据集合：ID(A)，ID(D)，ID(E)，ID(G)，ID(I)，ID(K)至(M)，和ID(O)连接在一起。然后可以获得一个指纹图像。将这些图像数据ID的集合连接在一起不需要诸如图像组合等高级的数据编辑，而是可以通过仅按照存储顺序读出存储器24内存储的图像数据ID来进行。
如上所述，在第二示例实施例中，尽管从CCD12周期性地逐行输出图像信号IS，但是检测到手指6的按压位置的移动距离，并且CCD12随着手指6的滚动移动。此外，每次手指6的按压位置的移动距离达到线宽LW，就选择性地使得图像数据ID有效。因此，可以逐行地顺序获取指纹图像，而同时避免指纹图像元素的交叠(图像交叠)。通过将多个逐行图像数据ID的集合连接在一起，创建滚动指纹的整个图像。因此与通过连接帧图像(区域图像)形成整个图像的情况相比，图像之间的连接不可能失真。因此，可以获得具有最小失真的高质量图像，而无需在传统技术中执行的失真校正处理。
接着，以下主要参照图26描述当触摸面板7上搁置的手指6的滚动方向反转时的操作。
在从定时t21到t24的时间段期间(其间手指6沿正滚动方向滚动)，方向信号RD保持高电平，并且设备实质上按照与图25中示出的定时t1-t3期间的操作相同的方式操作。
当在定时t24处手指6的滚动方向反转并且手指6的按压位置开始沿着反滚动方向移动时，逆向返回信号BS升高到高电平。逆向返回信号BS保持在高电平，直到手指6返回到反转开始位置(手指6的滚动方向从正向改变到反向的位置)的定时t30为止。使得在从定时t24到定时t30的时间间隔中输出的所有图像数据ID(C)到(H)无效并丢弃。
在定时t25处，手指6的反转移动距离达到线宽LW。电机驱动信号然后在定时t26处升高。电机25反向旋转以沿着反方向移动CCD12。
其后，随着手指6的滚动方向在定时t27处再次反转并且手指6的按压位置开始沿着正方向移动，方向信号RD升高到高电平。当手指6的正向移动距离在定时t28达到线宽LW时，电机驱动信号在定时t29处升高，以沿着正方向旋转电机25，从而沿着正方向移动CCD12。
在定时t30(在定时t30处，手指6返回到反转开始位置)之后的时间中，根据如图25的手指6滚动处理选择性地将图像数据ID分成有效和无效图像。此外，CCD12适当地沿着正方向移动，以便执行读取操作。
如上所述，在第二示例实施例中，检测到手指6的滚动方向反转的定时，以及手指6再次反转(再反转)并且返回到反转开始位置的定时。将两个定时之间的时间间隔中获得的所有图像数据ID确定为无效。因此，可以适当地丢弃在实验对象没有正确地滚动手指的时间期间产生的图像数据ID。这防止了此时的图像数据ID混合到连接之后的图像中，使得可以避免干扰连接后的图像。因此，即使实验对象在读取期间改变他或她的手指6的滚动方向，实验对象也不需要开始再次读取，因此提高了实验对象的方便性。
顺便提及，如图24(b)所示，第二示例实施例配置为，使得CCD12在手指6的滚动方向反转时移动以遵循手指6的移动。同时，如图27所示，CCD12可以停留在手指6的反转开始位置，并且甚至在手指正沿着反方向滚动时也不沿着反方向移动。CCD12可以待机，直到手指6再次反转并且返回到反转开始位置为止。在手指6已经返回到反转开始位置之后，CCD12沿着正向移动，使得遵循手指6的按压位置的移动，如图25所示。
此外，在第二示例实施例中，检测器44保持利用移动检测信号DS的升高而获得的X坐标数据Xm，以确定手指6的按压位置的移动距离是否达到线宽LW。移动距离检测器44通过从当前位置X坐标数据Xi减去X坐标数据Xm来计算移动距离(Xi-Xm)，并且确定计算的移动距离(Xi-Xm)是否等于或大于线宽LW。备选地，如图28所示，移动距离检测器44可以通过累加在检测循环DT的每个周期处获得的X坐标数据Xi1-Xi6来计算移动距离Xadd。移动距离检测器44可以确定移动距离Xadd是否等于或大于等同于线宽LW的长度。在这种情况下，利用移动检测信号DS的每次升高，将移动距离Xadd重置为“0”。
此外，参照图15，在第二示例实施例中，初始位置检测器41通过统一添加或减去预定值“r”来获知手指6的按压位置。取而代之，在初始位置检测器41和当前位置检测器43中可以通过计算XD1+{(XD2-XD1)/2}或XD2-{(XD2-XD1)/2}来进行处理，以找到每次的X坐标数据XD1和X坐标数据XD2的中心坐标，并且然后将中心坐标视为按压位置。
如上所述。第二示例实施例可以甚至在对象滚动时使用散射器获得锐化且清楚的指纹图像。每次手指6的按压位置的移动距离达到带宽LW时选择器51选择性地使图像数据ID无效。因此，可以获取具有最小化失真的高质量图像，而无需在传统技术中进行的失真校正处理。因此继而防止信号处理电路和软件的复杂性，使得可以降低设备成本。
至此，已经描述了本发明的第一和第二示例实施例。本发明不限于以上配置，并且可以在所附权利要求中提出的本发明范围内合并多种改变和修改。例如，在第一和第二示例实施例中，将CCD视为用于输出图像信号IS的线传感器的示例。然而，不必使用CCD作为线传感器。取而代之，线传感器可以是CMOS(互补金属氧化半导体)传感器或任何其他适合的成像部件。
第一和第二示例实施例示出了根据本发明的图像读取设备用于读取指纹的情况。然而要读取的对象类型不限于手指并且可以是任何其他对象。
此外，只要通过沿着触摸面板7滚动对象来读取对象，就可以以各种方式应用第二示例实施例的系统。这种应用的示例是饮料或食品罐的表面检查。尽管优选地要读取的对象是圆柱形，但是可以使用甚至形状有些变形的任何其他对象，只要该对象可以沿着触摸面板7滚动即可。
已经参照示例实施例和示例描述了本发明，但是本发明不限于该示例实施例和示例。此外，可以在本发明范围内对本发明的配置或细节进行本领域技术人员可以理解的各种改变。
本申请要求2011年1月27日递交的日本专利申请No.2011-014889的优先权和利益，其公开内容通过引用合并于此。
附图标记列表
1、10 图像读取设备
2 扫描框
3 读取单元
4 台板玻璃
5 散射器
6 手指
7 触摸面板
11 光源
12 CCD
13 反射镜
14 光学透镜
15 单元外壳
16 光轴
21 CCD驱动器
22 命令接收器
23 图像信号处理器24 存储器
25 电机
26 电机驱动器
27 坐标检测装置
28 移动检测装置
29 图像分类装置
30 电机控制装置
31 触摸检测器
32 X坐标数据产生器
41 初始位置检测器
42 开始位置计算器
43 当前位置检测器
44 移动距离检测器
45 反转检测器
51 选择器
52 门电路
61 电机驱动器
62 开始位置控制器

Claims (6)

1.一种用于读取指纹或其他对象的图像的图像读取设备，该图像读取设备包括：
对象搁置单元，所述对象搁置单元由透光的板状部件构成，在所述对象搁置单元上搁置所述对象；以及
图像读取单元，所述图像读取单元包括用光照射所述对象的光源以及用于捕获所述对象的图像并输出与所述对象相关联的图像信号的图像捕获装置；
其中：
所述图像读取单元还包括：
图像读取装置，所述图像读取装置位于与所述对象接触的所述对象搁置单元的表面的相对侧，所述图像读取装置使用提供给所述图像捕获装置的线传感器读取所述对象的光接收面的一行，作为水平扫描，以及
传送装置，所述传送装置用于沿着与所述水平扫描垂直的垂直扫描方向移动所述图像读取单元；并且
所述对象搁置单元包括用于散射光的散射部件。
2.根据权利要求1所述的图像读取设备，其中，所述散射部件在搁置所述对象的所述表面处具有散射面。
3.根据权利要求1或2所述的图像读取设备，其中，所述散射部件沿着所述垂直扫描方向散射入射光。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的图像读取设备，其中，所述光源根据所述散射部件散射光的角度来确定所述光的照射角。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像读取设备，其中，所述光源和所述线传感器被布置为，使得所述线传感器在所述对象与所述对象搁置单元接触的位置处接收以等于入射角的反射角反射的光。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像读取设备，还包括：
触摸面板，所述触摸面板附着在所述散射部件的所述表面上，所述触摸面板输出所述垂直扫描方向上对所述对象按压所述触摸面板的按压位置加以表示的坐标信息；以及
检测装置，所述检测装置根据从所述触摸面板输出的所述坐标信息，检测所述对象的按压位置沿着所述垂直扫描方向已经移动的移动距离；
其中，所述传送装置根据所述检测装置检测到的所述移动距离，沿着所述垂直扫描方向移动所述图像读取单元，使得所述图像读取单元跟随所述对象的滚动动作。
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