DE112010003414T5

DE112010003414T5 - Biometrische Multiplex-Bildgebung und biometrischer Dual-Bilderzeugersensor

Info

Publication number: DE112010003414T5
Application number: DE112010003414T
Authority: DE
Inventors: Ryan Martin; Robert K. Rowe; Steve P. Corcoran; Gary Rogers
Original assignee: Lumidigm Inc
Current assignee: HID Global Corp
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-12-06
Also published as: US20110211055A1; WO2011028620A1; US20110085708A1; IL218238A0; CN102576408A; US8731250B2; BR122013021647A2; US8872908B2; EP2471023A1; BR112012004177A2

Abstract

rfahren für eine gemultiplexte multispektrale Bildgebung, Objektunterscheidung, Hintergrundunterscheidung und/oder Identifikation. In einigen Ausführungsformen wird ein multispektraler Sensor zur Verfügung gestellt, der wenigstens zwei Beleuchtungsquellen und einen Bilderzeuger mit einem Farbfilterarray beinhaltet. Die zwei Beleuchtungsquellen können eine Trägerplatte mit Licht beleuchten, das abgegrenzte Beleuchtungswinkel und abgegrenzte Eigenschaften hat. Das Farbfilterarray, das im Bilderzeuger integriert sein kann oder davon separiert sein kann, kann Licht filtern, das auf spezifischen Unterscheidungen zwischen den zwei Beleuchtungsquellen beruht. Ein Einzelbild von einem Objekt kann bei der Trägerplatte erfasst werden. Individuelle Pixel werden dann in hohem Maße mit der einen oder der anderen Beleuchtungsquelle in Verbindung gebracht. Wegen der Filterung durch das Farbfilterarray, wird dieses Bild Informationen über den Beleuchtungswinkel beinhalten. Einige Ausführungsformen offenbaren einen biometrischen Dual-Bilderzeugersensor. Die zwei Bilderzeuger können einen Direkt-Bilderzeuger und einen TIR-Bilderzeuger beinhalten.

Description

QUERVERWEISE AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung ist eine nicht vorläufige Anmeldung und beansprucht die Vorteile der gemeinsam übertragenen vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 61/237,189, die am 26. August 2009 mit dem Titel „Multiplexed Biometric Imaging and Dual-Imager Biometric Sensor” eingereicht wurde und die hier durch Verweis vollständig für alle Zwecke aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Multispektrale Sensoren können von einem Objekt unter einer Vielzahl von individuellen Beleuchtungs- und/oder Bildgebungsvoraussetzungen Bilder erfassen. Bilder von multispektralen Sensoren können in verschiedenen Bereichen verwendet werden, wie beispielsweise für biometrische Bildgebung, Barcodelesen und Authentifizierung, Dokumentationsauthentifizierung und Qualitätssicherung, um einige zu nennen.
Herkömmliche optische Fingerabdrucksensoren umfassen typischerweise einen einzelnen internen Totalreflexion-Bilderzeuger (TIR), der es erfordern kann, dass mehrere Voraussetzungen erfüllt sein müssen, um einen guten Fingerabdruck bereitzustellen. Diese Voraussetzungen können das Erfordernis beinhalten, dass die Fingerabdruck-Papillarlinien intakt, sauber und in optischem Kontakt mit der Sensoroberfläche sind und dass die Haut einen geeigneten Feuchtigkeitsgehalt hat, das heißt, weder zu trocken noch zu nass ist. Falls eine dieser Voraussetzungen nicht erfüllt ist, kann der resultierende Fingerabdruck schwächer werden oder sogar völlig ausbleiben. Wenn diese Voraussetzungen jedoch erfüllt sind, ist das resultierende Bild allgemein von hoher Qualität und ist sowohl für eine automatisierte Analyse als auch für eine Analyse durch einen menschlichen Betrachter geeignet.
Multispektrale Sensoren und andere, die auf direkter Bildgebung basieren, können Bilder in einem viel größeren Bereich an Hautbedingungen, der örtlichen Umgebung und der Gegebenheit der Grenzfläche zwischen Haut und Sensor erfassen. Jedoch haben solche Bilder allgemein einen geringeren Kontrast als das entsprechende TIR-Bild, falls das TIR-Bild eine hohe Qualität besitzt.
Es kann für einen Sensor ein zeitaufwendiges Verfahren sein, um Bilder bei der Vielzahl von individuellen optischen und/oder bildgebenden Voraussetzungen zu beleuchten und zu erfassen. Multispektrale Sensoren haben oft Schwierigkeiten bei der Bestimmung, wann ein Objekt richtig beim Sensor zur Bildgebung angeordnet ist, um zu ermitteln, ob ein Objekt ein geeignetes Objekt zur Bildgebung ist und/oder um zwischen einem Objekt zur Bildgebung und Hintergrundobjekten zu unterscheiden.
KURZFASSUNG
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zur Verwendung bei multispektraler Bildgebung sind hier beschrieben. Die Umsetzung dieser Ausführungsformen kann zum Beispiel verwendet werden, um die biometrische Bildgebung zu verbessern. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung sind Systeme und Verfahren für multispektrale Multiplex-Bildgebung offenbart. Dieses Multiplexen kann zum Beispiel auftreten, wenn eine Farbfilteranordnung mit Pixeln (oder Mosaiken) verwendet wird, die im Wesentlichen den Beleuchtungsquellen farblich angepasst sind, die in einer anderen multispektralen Dimension unterschiedlich sind. Solche multispektralen Systeme können für schnelle multispektrale Bildgebung verwendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Beleuchtungsquelle mit relativ steilem Winkel zur Objektidentifikation, Ortung und/oder Hintergrundfilterung verwendet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Objektidentifikation durchgeführt werden, indem das Beleuchtungsmuster eines Bildes mit dem erwarteten Beleuchtungsmuster eines solchen Objektes identifiziert und/oder verglichen wird. Dieser Abgleich kann geometrische, spektrale und/oder Intensitätsmuster zwischen dem vorgegebenen Objekt und dem Muster eines bekannten Objektes vergleichen. In einigen Ausführungsformen kann eine Ortung erfolgen, indem die relative Position eines Beleuchtungsmusters in einem Bild mit einem bekannten oder erwarteten Ortungsmuster in einem Bild verglichen wird. In einigen Ausführungsformen kann ein abgebildetes Objekt von Hintergrundobjekten unterschieden werden, indem die Stärke oder Schwache von Farbfilterpixeln (oder Mosaiken), die mit der Beleuchtungswellenlänge verbunden sind, mit Farbfilterpixeln verglichen wird, die nicht mit der Beleuchtungswellenlänge verbunden sind.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung wird zum Beispiel ein Multispektralsensor zur Verfügung gestellt, der wenigstens zwei Beleuchtungsquellen und einen Bilderzeuger mit einer Farbfilteranordnung (Farbfilterarray) beinhaltet. Die zwei Beleuchtungsquellen können eine Trägerplatte mit Licht beleuchten, das unterschiedliche Abstrahlwinkel sowie unterschiedliche Eigenschaften hat, wie zum Beispiel individuelle Wellenlängenbereiche und/oder individuelle Polarisationsbedingungen. Das Farbfilterarray, das im Bilderzeuger eingebaut oder davon getrennt sein kann, kann Licht filtern, das auf spezifischen Unterschieden zwischen den zwei Beleuchtungsquellen beruht. Zum Beispiel kann das Farbfilterarray Pixel beinhalten, dessen Filter auf Farbe beruht und die Farbe dieser Pixel kann an die Farbe der Beleuchtungsquellen angepasst werden. Ein einzelnes Bild eines Objektes auf der Trägerplatte kann erfasst werden. Individuelle Pixel des Bildes werden dann in hohem Maße mit der einen oder anderen Beleuchtungsquelle in Verbindung gebracht. Wegen des Filterns des Farbfilterarrays wird dieses Bild Informationen über den Abstrahlwinkel beinhalten. Andere Farbfilterarrays können auf Polarisation beruhend filtern, um einen ähnlichen Effekt zu erzielen.
Als ein weiteres Beispiel kann eine einzelne Beleuchtungsquelle verwendet werden, um eine Trägerplatte mit einem relativ steilen Austrittswinkel zu beleuchten. Wobei der Austrittswinkel der Winkel ist, unter dem das Licht die Trägerplatte verlässt. Sequentielle Bildgebung der Trägerplatte kann bei Verwendung eines Bilderzeugers auftreten. Jeder Rahmen kann analysiert werden, um zu ermitteln, ob ein Objekt mit der Trägerplatte in Kontakt ist, oder ob das Objekt ein erwartetes Objekt ist und/oder für Hintergrundunterscheidungszwecke. In einigen Ausführungsformen kann ein Beleuchtungsmuster gesammelt werden und das Muster auf jedem Rahmen kann analysiert werden. Die Position des Objekts relativ zur Trägerplatte kann eine Funktion des relativen Orts des Lichtmusters in einem Bild, der Breite des Lichtmusters, des Intensitätsprofils des Lichtmusters und/oder des spektralen Gehalts des Beleuchtungsmusters sein. Beruhend auf einer Kalibrierung eines Sensors mit erwarteten Objekttypen, kann ein Computer jedes Beleuchtungsmuster analysieren, um zu ermitteln, ob das Objekt auf der Trägerplatte angeordnet ist oder um zu ermitteln, ob das Objekt das erwartete Objekt ist.
In anderen Ausführungsformen kann die Beleuchtungsquelle eine einzelne Wellenlänge oder Wellenlängenbereiche beinhalten und der Bilderzeuger kann ein Farbfilterarray mit einigen Pixeln oder Mosaiken beinhalten, das mit der Wellenlänge der Beleuchtungsquelle in Verbindung steht. Bilder können durch das Analysieren der Unterschiede in der Pixelanzahl in einem Beleuchtungsmuster, das mit der Wellenlänge der Beleuchtungsquelle und anderen Pixeln in Verbindung steht, analysiert werden, um zu ermitteln, ob ein abgebildetes Merkmal das Objekt ist, das abgebildet werden soll, oder Hintergrundrauschen.
Verschiedene Ausführugsformen der Erfindung, die multispektrale Dual-Bildgebung umfassen, sind hier ebenso beschrieben.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist ein multispektrales Dual-Bildgebungssystem offenbart. Zwei Bilderzeuger können verwendet werden, um gleichzeitig zwei Bilder einer Hautstelle unter verschiedenen Bildgebungsbedingungen zu sammeln. Zum Beispiel kann ein Bilderzeuger die Hautstelle direkt abbilden, während ein anderer die Hautstelle unter TIR-Voraussetzungen abbildet. Verschiedene Beleuchtungsgeräte können eingesetzt werden, um die Hautstelle zu beleuchten. In einigen Ausführungsformen kann ein Prisma verwendet werden, das es den beiden Bilderzeugern ermöglicht, die Hautstelle sowohl unter direkten Bedingungen als auch TIR-Bedingungen abzubilden.
Verschiedene Konfigurationen können verwendet werden. Zum Beispiel kann eine erste Beleuchtungsquelle (z. B. eine LED) verwendet werden, um einen Finger durch eine erste Facette eines facettenreichen Prismas zu beleuchten. Licht der ersten Beleuchtungsquelle kann sich bei einer zweiten Facette des facettenreichen Prismas einer internen Totalreflexion unterziehen, bevor das Objekt beleuchtet wird. Ein erster Bilderzeuger kann Licht abbilden, das vom Finger gestreut wird und die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der geringer ist als der kritische Winkel und sich bei einer zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht. Ein zweiter Bilderzeuger kann Licht abbilden, das vom Finger gestreut wird und die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der geringer ist als der kritische Winkel. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Bilderzeuger in einer Position angeordnet sein, so dass er kein Licht von der zweiten Beleuchtungsquelle abbildet, das an der ersten Facette intern totalreflektiert wurde.
In einigen Ausführungsformen kann der zweite Bilderzeuger von der zweiten Beleuchtungsquelle phasenverschoben angeordnet sein. Das heißt, dass das Licht von der zweiten Beleuchtungsquelle nur Licht vom zweiten Bilderzeuger abbilden kann, nachdem es durch das Objekt absorbiert und/oder gestreut wurde. Und in dieser Ausführungsform wird durch den zweiten Bilderzeuger kein Licht abgebildet, das bei der ersten Facette intern totalreflektiert wurde. Zum Beispiel kann der zweite Bilderzeuger bei einem Azimuthwinkel angeordnet sein, der von der zweiten Beleuchtungsquelle abweicht, zum Beispiel ein Winkel kleiner als 170°. In einigen Ausführungsformen ist dieser Winkel 90°. Der zweite Bilderzeuger kann auch angeordnet werden, um Licht bei größerem oder kleinerem Winkel als dem kritischen Winkel abzubilden.
In einer anderen Ausführungsform kann eine erste Beleuchtungsquelle ein Objekt beleuchten, das bei einer ersten Facette des facettenreichen Prismas angeordnet ist. Das System kann eine zweite Beleuchtungsquelle beinhalten, die das Objekt durch eine zweite Facette und durch die erste Facette bei einem Winkel, der größer ist als der kritische Winkel der ersten Facette, beleuchtet. Ein erster Bilderzeuger kann durch das Objekt gestreutes Licht abbilden, das die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der geringer ist als der kritische Winkel und sich bei der zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht. Ein zweiter Bilderzeuger kann verwendet werden, um von der ersten Facette intern totalreflektiertes Licht abzubilden.
In einigen Ausführungsformen kann der Fingerabdrucksensor der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um Bilder zu sammeln, die kein Fingerabdruck sind, zum Beispiel Geld, Dokumente, Barcodes, hergestellte Bauteile, etc. Bei einigen dieser Bilder können optische Sicherheitskennzeichnungen, wie beispielsweise Hologramme, farbändernde Tinte und andere derartige Kennzeichnungen vorliegen und verwendet werden, um die Dokumente oder Barcodes zu bestätigen, indem die Bilder, die den verschiedenen Beleuchtungsbedingungen entsprechen, beurteilt werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Dual-Bilderzeuger der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um Finger- oder Handabdrücke sowie Irisbilder, Gesichtsbilder, Überwachungsbilder, Bewegungserfassung, Erfassen von Umgebungslichtbedingungen, Barcodebilder, Sicherheitsdokumentbilder zu sammeln, und eine Vielfalt anderer solcher Funktionen durchzuführen. In einigen Ausführungsformen kann der direkte Bilderzeuger einen automatischen, variablen Fokus-Mechanismus („Autofokus”) beinhalten, um zusätzlich die Funktionalität der Bildgebung zu erleichtern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Patent oder die Anmeldung beinhaltet wenigstens eine in Farbe ausgeführte Zeichnung. Kopien von diesem Patent oder von der Veröffentlichung der Patentanmeldung mit farbiger(n) Zeichnung(en) werden auf Wunsch und gegen Zahlung der notwendigen Gebühr vom Amt zur Verfügung gestellt.
Die vorliegende Offenbarung wird in Zusammenhang mit den anhängigen Figuren beschrieben.
1A zeigt eine Draufsicht eines Blockdiagrammes eines biometrischen Multiplex-Bildgebungssystems gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
1B zeigt eine Draufsicht eines Blockdiagrammes eines biometrischen Multiplex-Bildgebungssystems gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
2 ist ein Beispiel eines Sensors mit Multiplexbilddaten, der ein Farbfilterarray gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung verwendet.
3 ist ein Beispiel eines Sensors mit Multiplexbilddaten, der ein Farbfilterarray gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung verwendet.
4A zeigt ein Beispiel eines Farbfilterarrays gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
4B zeigt die Farbantwortkurve von einem typischen Bayer Filterarray.
5 zeigt ein Fließbild zur Schaffung eines Multiplexbildes gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
6 veranschaulicht ein optisches System, das gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann, um die Anwesenheit eines Objektes auf einer Trägerplatte zu ermitteln.
7 zeigt ein optisches System und optische Pfade gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
8A–11B veranschaulichen, gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung, wie die Höhe eines Objekts oberhalb der Trägerplatte ermittelt werden kann.
12 zeigt ein tatsächliches Bild, das bei der Verwendung der Ausführungsformen der Erfindung resultiert, wenn der Finger oder eine andere Objektoberfläche etwa 5 mm über der Trägerplatte angeordnet ist.
13 zeigt ein tatsächliches Bild, das bei der Verwendung der Ausführungsformen der Erfindung resultiert, wenn der Finger oder eine andere Objektoberfläche auf der Oberfläche der Trägerplatte angeordnet ist.
14 zeigt ein Fließbild zur Ermittlung, ob ein Objekt gegenwärtig bei oder nahe der Trägerplatte abzubilden ist, gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
15 zeigt ein Blockdiagramm eines Berechnungssystems, das in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann.
16 stellt eine isometrische Ansicht eines biometrischen Dual-Bilderzeuger-Sensors gemäß verschiedenen Ausführungsformen zur Verfügung.
17 stellt eine Draufsicht eines biometrischen Dual-Bilderzeuger-Sensors gemäß verschiedenen Ausführungsformen zur Verfügung.
18 stellt eine Vorderansicht eines biometrischen Dual-Bilderzeuger-Sensors gemäß verschiedenen Ausführungsformen zur Verfügung.
19 zeigt die gleichzeitige Beleuchtung eines Bildbereiches eines biometrischen Dual-Bilderzeuger-Sensors gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
20 zeigt einen internen Totalreflexionsbildgebungsweg innerhalb eines biometrischen Dual-Bilderzeuger-Sensors gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
21 zeigt ein Direktbildgebungsstrahlenbündel innerhalb eines biometrischen Dual-Bilderzeuger-Sensors gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
22 stellt eine schematische Darstellung eines biometrischen Dual-Bilderzeuger-Systems gemäß verschiedener Ausführungsformen dar.
23 stellt ein Fließbild eines Verfahrens zur Schaffung von zusammengesetzten biometrischen Bildern von einem biometrischen Zwei-Bilderzeuger-System gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar.
24A zeigt ein Beispiel eines biometrischen TIR-Bildgebungssensors gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
24B zeigt ein Beispiel eines biometrischen Direkt-Bildgebungssensors gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
25A zeigt ein Beispiel eines biometrischen TIR-Beleuchtungssensors gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
25B zeigt ein Beispiel eines biometrischen Direkt-Beleuchtungssensors gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die anschließende Beschreibung stellt nur (eine) bevorzugte exemplarische Ausführungsform(en) bereit und beabsichtigt nicht den Schutzbereich, den Geltungsbereich oder die Konfiguration der Offenbarung zu begrenzen. Vielmehr wird die anschließende Beschreibung der bevorzugten exemplarischen Ausführungsform(en) die Fachleute mit einer Beschreibung ausstatten, die das Durchführen einer bevorzugten exemplarischen Ausführungsform ermöglicht. Es wird vorausgesetzt, dass verschiedene Änderungen bei der Funktion und der Anordnung der Elemente gemacht werden können, ohne vom Geist und vom Schutzbereich, wie in den angefügten Ansprüche dargelegt, abzuweichen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Verbesserungen für biometrische Bildgebungs- und multispektrale Bildgebungssysteme, Verfahren und/oder Techniken zur Verfügung. Diese Verbesserungen können auf andere Anwendungsbereiche ausgedehnt werden.
Herkömmliche optische Fingerabdrucksensoren erfassen während einer einzelnen Messreihe ein einzelnes Bild eines Fingerabdrucks (oder einen Satz an Bildern, der unter im Wesentlichen ähnlichen optischen Voraussetzungen aufgenommen wurde). Andererseits erfassen multispektrale Bilderzeuger mehrere Bilder während einer einzelnen Messreihe bei unterschiedlichen optischen Voraussetzungen. Einen solchen Satz an Bildern zu sammeln kann mehr Erfassungszeit erfordern, als ein einzelnes Bild zu sammeln. Ausführungsformen der Erfindung stellen Verfahren und Systeme zur Verfügung, die geeignet sind dieses Problem zu lösen, indem multispektrale Bilder in einer effizienteren Art und Weise als mit der herkömmlichen fortlaufenden Erfassung erfasst werden, zum Beispiel indem Multiplextechniken verwendet werden.
In einigen Fällen ist es auch wünschenswert eine Fingerabdruckerfassungssequenz automatisch zu initiieren. Herkömmliche optische, auf TIR-Bildgebung beruhende, Sensoren können eine solche Funktion oft durchführen indem eine Bildsequenz analysiert wird und eine Erfassung initiiert wird, sobald ein wesentlicher Unterschied im Bild ermittelt wird. Ein solches Verfahren funktioniert, weil TIR-Bilderzeuger im Wesentlichen außerstande sind. Objekte zu prüfen, die nicht in direktem Kontakt mit dem optischen Sensor stehen und bestimmte andere erforderliche Eigenschaften haben. Dagegen können direkte Bildgebungssensoren, wie zum Beispiel multispektrale Fingerabdrucksensoren, die äußere Umgebung und jedes nahegelegene Objekt direkt über die Sensoroberfläche betrachten. Als solches sehen direkte Bildgebungssensoren einen Finger, der in Kontakt mit dem Sensor ist genauso, wie einen Finger der nahegelegen ist, aber mit dem Sensor nicht in Kontakt ist. Das resultierende Bild kann im Brennpunkt oder außerhalb des Brennpunkts sein, abhängig vom Abstand und der Tiefenschärfe des Bildgebungssystems sowie der Fingerbewegung. Um maximale Qualität zu erreichen, ist es deshalb oft vorzuziehen, eine Fingerabdruckerfassung zu initiieren, nachdem der Finger in sicherem Kontakt mit dem Sensor ist. Ausführungsformen der Erfindung sind erstrebenswert, um das Problem zu lösen, indem zuverlässige Mittel zur Verfügung gestellt werden, die eine solche Ermittlung, durch Verwendung von direkter Bildgebung, vornehmen.
Herkömmliche optische Fingerabdrucksensoren integrieren typischerweise einen einzelnen TIR-Bilderzeuger, der es erfordern kann, dass mehrere Bedingungen erfüllt werden, um einen guten Fingerabdrucksensor zur Verfügung zu stellen. Diese Bedingungen können das Erfordernis beinhalten, dass die Fingerabdruck-Papillarlinien intakt, sauber, in optischem Kontakt mit der Sensoroberfläche sind und dass die Haut einen geeigneten Feuchtigkeitsgehalt hat, das heißt, weder zu trocken noch zu nass ist. Falls eine dieser Bedingungen nicht erfüllt ist, kann der resultierende Fingerabdruck schwächer werden oder sogar völlig ausbleiben. Wenn diese Voraussetzungen jedoch erfüllt sind, ist das resultierende Bild allgemein von hoher Qualität und ist sowohl für eine automatisierte Analyse als auch für eine Analyse durch einen menschlichen Betrachter geeignet.
Multispektrale Fingerabdrucksensoren und andere die auf direkter Bildgebung basieren, können Bilder unter einer viel größeren Auswahl an Voraussetzungen der Haut, der örtlichen Umgebung und der Gegebenheit der Grenzfläche zwischen Haut und Sensor erfassen. Jedoch haben solche Bilder allgemein einen geringeren Kontrast als das entsprechende TIR-Bild, falls das TIR-Bild eine hohe Qualität besitzt. Einige Ausführungsformen der Erfindung lösen dieses Problem, indem sie einen Fingerabdrucksensor zur Verfügung stellen, der beide, TIR- und Direktbilder, während derselben Messreihe sammeln kann, um zu gewährleisten, dass biometrische Bilder ungeachtet der Umstände des Fingers, der Sensoroberfläche und/oder der örtlichen Umgebung immer gesammelt werden.
Im Rahmen dieser Offenbarung sollen die Begriffe „Finger”, „Fingerabdruck” und „Fingerabdruckbild” bedeuten, dass Stellen und Bilder beinhaltet sind, die von einem einzelnen Finger, mehreren Fingern, zwischenliegenden Fingergelenken, den Handflächen, den vollständigen Handinnenflächen und/oder jeder anderen Hautstelle auf dem Körper, sowie von anderen belebten oder leblosen Objekten, wie zum Beispiel Dokumenten, Barcodes, Zeugnissen und dergleichen gesammelt werden.
Die Begriffe „multispektrale Bildgebung”, „MSI” und „Multi-Bildgebung” beziehen sich auf Verfahren und Systeme zum Erfassen mehrere Bilder eines Fingers während einer einzelnen Messreihe, wobei wenigstens zwei der mehreren Bilder unter verschiedenen optischen Voraussetzungen gesammelt wurden. Verschiedene optische Voraussetzungen können unterschiedliche Beleuchtungswellenlängen, unterschiedliche Abstrahlwinkel (sowohl Azimuth als auch Elevation und können Elevationen auf beiden Seiten des optisch kritischen Winkels, der durch die Sensorbildgebungsoberfläche und die Luft oder einem anderen umgebenden Medium definiert wird, beinhalten), unterschiedliche Beleuchtungspolarisationsvoraussetzungen, unterschiedliche Bildgebungswinkel (sowohl Azimuth als auch Elevation und können Elevationen auf beiden Seiten des optisch kritischen Winkels, der durch die Sensorbildgebungsoberfläche und die Luft oder einem anderen umgebenden Medium definiert wird, beinhalten), unterschiedliche Bildgebungsbrennebenen, unterschiedliche räumliche Bildgebungsauflösungen, unterschiedlichen zeitlichen Bildgebungsauflösungen, unterschiedliche Bildgebungspolarisationsvoraussetzungen und andere solche Voraussetzungen, die die resultierenden Bilder wesentlich verändern, umfassen, wobei sie aber darauf nicht begrenzt sind. Ebenfalls wird, sofern nicht anders angegeben, der Einfallswinkel, der Abstrahlwinkel, der Bildgebungswinkel, etc. relativ zur Senkrechten der Einfallsfläche gemessen.
Die Begriffe „interne Totalreflexion-Bildgebung” und „TIR-Bildgebung” beziehen sich auf ein im Stand der Technik bekanntes Bildgebungsverfahren, wobei die optische Achse des Bildgebungssystems bei einem Winkel relativ zur Senkrechten der Sensorbildgebungsoberfläche liegt, der größer ist als der optisch kritische Winkel dieser Oberfläche. Ein TIR-Bildgebung zeigendes Blockdiagramm ist in 24A gezeigt. In diesem Diagramm bildet der Bilderzeuger 150 Licht von der Trägerplatte 105 bei einem Winkel θ_imaging ab, der größer ist als der kritische Winkel θ_critical, wie von der Senkrechten 116 der Facette 105 gemessen. Das ist TIR-Bildgebung. Beleuchtungsquellen 122 können bei verschiedenen Elevation- und Azimuth-Winkeln positioniert werden und 24B zeigt einen Bilderzeuger 150, der Licht von der Trägerplatte 105 bei einem Winkel θ_imaging abbildet, der kleiner ist als der kritische Winkel θ_critical.
25A veranschaulicht TIR-Beleuchtung. In diesem Beispiel beleuchtet eine Beleuchtungsquelle 120 die Trägerplatte 105 bei einem Winkel θ_illumination, der größer ist als der kritische Winkel θ_critical. 25B zeigt ein Nicht-TIR-Beleuchtungssystem, bei dem die Beleuchtungsquelle 120 die Trägerplatte 105 bei einem Winkel θ_illumination, der kleiner ist als der kritische Winkel θ_critical, beleuchtet.
Verschiedene Beleuchtungs- und Bildgebungskonfigurationen sind in den 24A–25B gezeigt. Ausführungsformen der Erfindung können jede Kombination von TIR-Bildgebung, direkte Bildgebung, TIR-Beleuchtung und direkte Beleuchtung integrieren. Außerdem können mehrere Beleuchtungsquellen und/oder Bilderzeuger bei mehreren Elevation- und/oder Azimuth-Winkeln sein.
Der kritische Winkel ist eine Funktion des Lichtbrechungsindex der zwei Medien auf beiden Seiten einer Grenzfläche und beträgt etwa 42 Grad für eine Glas-Luft-Grenzfläche. Weil die optische Achse des TIR-Bildgebungssystems unterhalb des kritischen Winkels der Sensoroberfläche liegt, agiert die Oberfläche, wenn sie unberührt ist, wie ein Spiegel (aus der Sicht des Bilderzeugers) und kann an solchen Stellen nicht mehr als Spiegel agieren, an denen ein Material mit geeigneten optischen Eigenschaften in direkten Kontakt mit der Sensoroberfläche gelangt.
An Stellen, an denen ein Finger oder anderes Material eine Sensoroberfläche kontaktiert, wird ein neuer kritischer Winkel definiert. Jedoch wird sich zum Zweck der vorliegenden Offenbarung der Begriff „kritischer Winkel” auf einen durch den Sensor (das heißt, durch die Trägerplattenoberfläche) und die Umgebung definierten Winkel beziehen, bei der angenommen wird, dass diese bei den meisten Einsatzzwecken Luft sein wird. Wie im Stand der Technik bekannt, wird Licht Winkel an den Grenzen zwischen den Medien aufgrund von Erscheinungen, wie zum Beispiel Lichtbrechung, Reflexion, Beugung und anderen solchen Effekten, verändern. Wenn sich ein Strahlungswinkel in der vorliegenden Anmeldung darauf bezieht, dass er größer oder kleiner als der kritische Winkel sein wird, bezieht sich diese Aussage auf den Strahlungswinkel an der operativen Grenze, wie zum Beispiel der Sensorbildgebungsoberfläche statt auf den Winkel der selben Strahlung an irgend einer anderen Grenze oder Medium, es sei denn, dass es als solches ausdrücklich festgelegt wurde.
Der Begriff „direkte Bildgebung” bezieht sich auf ein Bildgebungsverfahren, bei dem die optische Achse des Bildgebungssystems bei einem Winkel relativ zur Sensorbildgebungsoberfläche liegt, der geringer ist als der optisch kritische Winkel dieser Oberfläche. Zum Beispiel ist das in 24B gezeigte System ein Beispiel für ein direktes Bildgebungssystem.
1A und 1B sind Blockdiagramme eines Bildgebungssystems gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. 1A zeigt eine Seitenansicht eines solchen Systems mit einem direkten Bilderzeuger 150. Das heißt, es bildet die Trägerplatte bei einem Winkel ab, der geringer ist als der kritische Winkel θ_critical, gemessen von der Senkrechten. Mehrere Beleuchtungsquellen 120, 121 und 122 sind gezeigt, die die Trägerplatte bei verschiedenen Winkeln θ₁₂₀, θ₁₂₁, und θ₁₂₂ beleuchten. Festzustellen ist, dass der Winkel θ₁₂₀ größer ist als der kritische Winkel θ_critical. 1B zeigt eine Draufsicht des in 1A gezeigten Bildgebungssystems, wobei der Finger aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt ist. Jede Beleuchtungsquelle 120, 121 und 122 beleuchtet die Trägerplatte aus unterschiedlichen Azimuth-Winkeln ϕ₁₂₀, ϕ₁₂₁ und ϕ₁₂₂ relativ zu einem Teil der Trägerplatte.
Biometrische Multiplex-Bildgebung
Biometrische Multiplex-Bildgebungssysteme und -verfahren werden gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zur Verfügung gestellt. Multiplex-Bildgebungssysteme können Bilder unter verschiedenen Beleuchtungsvoraussetzungen effizienter erfassen, als ein einfaches Erfassen einer Sequenz von Einzelbildern unter jeder der gewünschten Voraussetzungen. Solche Bilddaten können in einen multiplexenden Art und Weise gesammelt werden. In einigen Ausführungsformen können die Wellenlänge oder spektralen Eigenschaften eines abgebildeten Objektes verwendet werden, um Informationen von unterschiedlichen Abstrahlwinkeln und/oder optischen Polarisationen zusammen in ein einzelnes Bild zu multiplexen.
1A zeigt eine Seitenansicht eines Blockdiagramms eines Systems, das gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung für biometrische Multiplex-Bildgebung verwendet werden kann. 1B zeigt eine Seitenansicht. Das System kann eine Trägerplatte 103 beinhalten, die beliebig viele Formen haben kann. Verschiedene polygonal-förmige Trägerplatten werden später beschrieben. Die Trägerplatte kann eine Bildgebungsoberfläche 105 beinhalten, wo, zum Beispiel eine vorgegebene Hautstelle während einer biometrischen Erfassung zur Bildgebung angeordnet werden kann. Bei der Bildgebungsoberfläche 105 können Finger 110 zur Bildgebung angeordnet werden. Obwohl ein Finger gezeigt ist, kann jeder Objekttyp abgebildet werden. Diese Objekte können Objekte für biometrische Zwecke, wie beispielsweise Hände, mehrere Finger, Gesichter, Augen, etc. sein. Und die Objekte können Geld, Dokumente, Objekte mit Kodierungen oder Barcodes, etc. beinhalten.
Finger 110 können beleuchtet werden, indem eine Vielzahl von Beleuchtungsquellen verwendet werden. Drei Beleuchtungsquellen 120, 121 und 122 sind in dieser Ausführungsform gezeigt. In einigen Ausführungsformen können nur zwei Beleuchtungsquellen verwendet werden. In anderen können nicht weniger als vier oder fünf verwendet werden. Jede Beleuchtungsquelle kann die Bildgebungsoberfläche 105 bei einem unterschiedlichen Abstrahlwinkel relativ zu der Senkrechten der Bildgebungsoberfläche 105 beleuchten. Beispielsweise beleuchtet die Beleuchtungsquelle 120 die Bildgebungsoberfläche 105 unter dem Winkel θ₁₂₀, die Beleuchtungsquelle 121 die Bildgebungsoberfläche 105 unter dem Winkel θ₁₂₁, die Beleuchtungsquelle 122 die Bildgebungsoberfläche 105 unter dem Winkel θ₁₂₂. Hierbei gilt, dass θ₁₂₀ ≠ θ₁₂₁ ≠ θ₁₂₂. Diese Winkel können größer oder kleiner als der relativ zu der Senkrechten zur Trägerplatte gemessene kritische Winkel bei der Grenzfläche nahe der Trägerplatte sein. Und diese Winkel können „Elevationswinkel” genannt werden.
Außerdem wird jede der Beleuchtungsquellen 120, 121 und 122 ebenso bei unterschiedlichen Azimuth-Winkeln ϕ₁₂₀, ϕ₁₂₁ und ϕ₁₂₂ um einen zentralen Teilbereich der Trägerplatte platziert. Ein Azimuth-Winkel kann von jedem beliebigen Punkt aus gemessen werden. Wie in 1B gezeigt, werden die Azimuth-Winkel relativ zu einer Referenzlinie senkrecht zur Standardkontaktaufnahme eines Fingers gemessen. In einem System mit vier Beleuchtungsquellen, kann zum Beispiel eine erste Beleuchtungsquelle einen Elevationswinkel von etwa 43° und einen Azimuthwinkel von etwa 12° haben. Eine zweite Beleuchtungsquelle kann einen Elevationswinkel von etwa 46° und einen Azimuthwinkel von etwa 78° haben. Eine dritte Beleuchtungsquelle kann einen Elevationswinkel von etwa 43° und einen Azimuthwinkel von etwa 168° haben. Eine vierte Beleuchtungsquelle kann einen Elevationswinkel von etwa 46° und einen Azimuthwinkel von etwa 102° haben. In einigen Ausführungsformen können die Azimuthwinkel relativ zu den verschiedenen Beleuchtungsquellen und/oder -bilderzeugern wichtiger sein, als der Winkel zwischen den Beleuchtungsquellen und einer Referenzlinie. Die Wellenlänge des durch die Beleuchtungsquellen zur Verfügung gestellten Lichts kann enorm variieren.
Außerdem kann jede Beleuchtungsquelle 120, 121 und 122 einzigartiges monochromatisches Licht zur Verfügung stellen. Zum Beispiel kann die Beleuchtungsquelle 120 die Bildgebungsoberfläche 105 mit blauem Licht (z. B. 440–490 nm) beleuchten, die Beleuchtungsquelle 121 kann die Bildgebungsoberfläche 105 mit grünem Licht (z. B. 520–570 nm) beleuchten und die Beleuchtungsquelle 122 kann die Bildgebungsoberfläche 105 mit rotem Licht (z. B. 630–740 nm) beleuchten. Monochromatische Lichtquellen können Licht mit einer Wellenlänge (z. B. ein Laser) oder Licht in einem engen Lichtband, das eine Einzelwellenlänge umgibt (z. B. LED oder gefilterte Breitbandquelle) zur Verfügung stellen. In einigen Ausführungsformen können die Lichtquellen Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums in Spektralbereichen zur Verfügung stellen, die ultraviolette und/oder infrarot Wellenlängen beinhalten können. Die Hauptwellenlänge oder der Hauptwellenlängenbereich des Lichts von jeder Beleuchtungsquelle ist in einigen Ausführungsformen von den anderen Quellen unterschiedlich. Im vorangegangenen Beispiel stellt die jeweilige Lichtquelle rotes, blaues oder grünes Licht zur Verfügung.
Die Beleuchtungsquellen 120, 121 und 122 können quasi-monochromatische Lichtquellen mit einem engen Bereich von Primärfarbenwellenlängen beinhalten. Die Beleuchtungsquellen 120, 121 und 122 können ebenso LEDs, Laserdioden oder Laser beinhalten.
Ein Bilderzeuger 150 wird verwendet, um das Licht, das von irgend einem au der Bildgebungsoberfläche 105 angeordnetem Objekt, wie beispielsweise Finger 110, gestreut und/oder reflektiert wurde, abzubilden. Ein Bilderzeuger 150 kann ein Farb- oder ein Schwarz/Weiß-Bilderzeuger sein. Ein Bilderzeuger 150 kann ein Objekt durch verschiedene optische Elemente 140 und 145, sowie durch ein Farbfilterarray 130 abbilden. Ein Farbfliterarray 130 kann im Bilderzeuger 150 integriert sein oder ein eigenständiges Element sein. Das Farbfilterarray 130 ist ein Mosaik von winzigen Farbfiltern, die, beruhend auf der Anordnung des Mosaiks, die Farbantwort trennt. Verschiedene Typen von Farbfilterarrays können verwendet werden, wie zum Beispiel, ein Bayer-Filter, eine RGBE-Filter, ein CYYM-Filter, ein CYGM-Filter oder jeder andere Typ von RGBW-Filter.
Ein Beispiel eines Bayer-Farbfilterarrays ist in 4A gezeigt. Diese Anordnung verwendet rote 404, grüne 412 und blaue 408 Farbfilterelemente. Wie aus der in 4B gezeigten Farbantwortkurve für ein typisches Bayer-Filterarray ersichtlich ist, überschneidet sich generell einiges in den Spektralbereichen der roten 424, grünen 432 und blauen 428 Transmissionseigenschaften der Filterelemente. Da es insbesondere in den Kurven für die grünen 432 und blauen 428 Transmissionseigenschaften offensichtlich ist, kann das Filterarray eine Transmission von Infrarotlicht zulassen. Dies kann mit einer Aufnahme eines Infrarotfilters als ein Teil des Bilderzeugers verhindert werden. In anderen Ausführungsformen kann ein Infrarotfilter weggelassen werden und eine oder mehrere Beleuchtungsquellen, die Infrarotlicht emittieren, können integriert werden. Auf diese Weise können es alle Filterelemente 404, 408 und 412 dem Licht ermöglichen, dass es im Wesentlichen durchläuft und in einem Infrarotbild beim Bilderzeuger 150 resultiert.
Als Alternative zu einem Farbfilter können der Bilderzeuger oder andere Optiken chromatische und/oder polarisierende Strahlteiler beinhalten, um das gemultiplexte Licht vorn Finger zu separieren. Das separierte Licht kann dann zu individuellen monochromatischen Bilderzeugern gelenkt werden, wo die Anzahl der Bilderzeuger der Anzahl der so separierten Beleuchtungsbedingungen entspricht.
Ungeachtet des verwendeten Farbfilterarraytyps, sollte in einigen Ausführungsformen die durch die Beleuchtungsquellen 120, 121 und 122 zur Verfügung gestellte Lichtwellenlänge an die Filterarrayelemente angeglichen oder nahe angeglichen werden. Und in einigen Ausführungsformen kann die Anzahl der Beleuchtungsquellen an die Anzahl der verschiedenen Filterelemente im Array angeglichen werden, obwohl dies nicht notwendigerweise sein muss. Zum Beispiel gibt es für ein Bayer-Array drei Filterfarben. Daher können drei Beleuchtungsquellen verwendet werden. Jede Beleuchtungsquelle kann dann Licht in einem roten, blauen oder grünen Wellenlängenbereich zur Verfügung stellen, um mit dem Array im Einklang zu stehen.
Daher kann ein Bilderzeuger 150 ein Multiplex-Bild eines Objekts erzeugen, das durch mehrere Beleuchtungsquellen beleuchtet wurde, die so angeordnet wurden, dass sie Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen bei unterschiedlichen Winkeln abgeben. Dies kann während einer einzelnen Beleuchtungssitzung erfolgen und in einigen Ausführungsformen kann ein Einzelbild erzeugt werden. Das Einzelbild kann als Multiplex-Bald angesehen werden, das später durch Farbe demultiplext werden kann, um Informationen in Bezug auf das Objekt zur Verfügung zu stellen, die vom Abstrahlwinkel der Beleuchtungsquelle abhängig sind. Außerdem kann das Multiplex-Bild als ein Multispektralbild angesehen werden, weil es nicht nur Informationen über die Beleuchtungswellenlänge, sondern auch den Abstrahlwinkel beinhaltet.
In einigen Ausführungsformen können die Beleuchtungsquellen, anstatt von oder zusätzlich zu den Unterschieden beim Abstrahlwinkel unterschiedliche Polarisationseffekte beinhalten. Das resultierende Multiplex-Bild kann dann ein Multispektralbild sein, das ebenso Polarisationsinformationen beinhaltet.
Ein Beispiel eines Sensors mit Multiplex-Bilddaten, der ein Farbfilterarray verwendet, ist in 2 gezeigt. Eine Trägerplatte 103 wird zur Verfügung gestellt und durch diese kann eine Bildgebungsoptik 205 einen Finger (oder ein Objekt) auf dem Bilderzeuger 207 abbilden. In einigen Ausführungsformen kann der Bilderzeuger 207 ein Silizium CMOS Bilderzeuger mit einem integrierten Bayer-Filter sein. Andere Farbfilterarrays und/oder andere Lichtseparierungsmittel (wie zum Beispiel polarisierende Strahlteiler oder polarisierende Filterarrays) und/oder andere Bildarraymaterialien können alternativ oder in Verbindung mit dieser Anordnung verwendet werden. Außerdem können auch verschiedene Bilderzeuger, wie beispielsweise Silizium-CCD-Bilderzeuger verwendet werden oder Bilderzeuger, die aus anderem fotoaktiven Material, wie beispielsweise InGaAs, InSb, MCT und anderem im Stand der Technik bekannten Material hergestellt sind.
3 zeigt eine andere Ansicht des in 2 gezeigten Sensors mit zwei veranschaulichten Multiplex-Beleuchtungsquellen. In dieser Ausführungsform wird eine blaue Lichtquelle 203 (z. B. eine blaue LED, die mit Linsen, Spiegeln, optischen Diffusoren und anderen Komponenten dieser Art kombiniert werden kann) und eine grüne Lichtquelle 205 (z. B. eine grüne LED, die mit Linsen, Spiegeln, optischen Diffusoren und anderen Komponenten dieser Art kombiniert werden kann) gleichzeitig eingeschaltet. Das Licht durchquert einen Weg, der die Trägerplatte 103 bei zwei verschiedenen Winkeln beleuchtet. Das Licht von den Lichtquellen 203 und 205 zeigt, dass dieses jeweils von inneren gespiegelten Oberflächen 211 und 213 reflektiert wird. Die reflektierenden Oberflächen 211, 213 werden verwendet, um den Abstrahlwinkel (in Bezug auf die Trägerplattensenkrechte) zu vergrößern, obwohl eine kleine Sensorgrundfläche beibehalten wird. Sobald das Licht von den Lichtquellen 203 und 205 die Trägerplatte 203 beleuchtet und durchquert, kann das Licht einen Finger oder ein anderes Objekt von zwei Winkeln gleichzeitig beleuchten. Ein Bildgebungssystem mit einem Farbfilterarray, wie das in 1A gezeigte, kann dann verwendet werden, um ein Multiplex-Bild zu erfassen.
Zusätzlich zu den zwei Beleuchtern 203, 205 können andere Beleuchter 207, 209 verwendet werden, um eine ähnliche Multiplex-Beleuchtung bei früheren oder späteren Einzelbildern zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich können andere als blaue oder grüne Beleuchter in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung integriert werden. Zum Beispiel kann ein roter Beleuchter in einer unterschiedlichen räumlichen und winkligen Position von den Beleuchtern 203, 205 verwendet werden.
5 zeigt ein Fließbild eines Verfahrens zur Schaffung eines Multiplex-Bildes gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Das Verfahren 500 beginnt bei Block 505. Bei Block 510 wird eine Hautstelle mit wenigstens zwei Beleuchtungsquellen mit unterschiedlicher Wellenlänge und unterschiedlichen Abstrahlwinkeln beleuchtet. Die beiden Beleuchtungsquellen können die Hautstelle gleichzeitig oder der Reihe nach beleuchten. In anderen Ausführungsformen können mehr als zwei Beleuchtungsquellen mit unterschiedlicher Beleuchtungswellenlänge und unterschiedlichen Abstrahlwinkeln verwendet werden. Bei Block 515 kann das Licht von der Hautstelle gefiltert werden, indem ein Farbfilterarray eines jeden Typs verwendet wird, und dieses wird dann bei Block 520 abgebildet. In einigen Ausführungsformen kann ein einzelnes Multiplex-Bild erfasst werden. Der Vorgang 520 kann bei Block 525 enden. Verschiedene nachträgliche Verfahrenstechniken können verwendet werden, um multispektrale Informationen aus dem Multiplex-Bild zu entnehmen. Zum Beispiel können die den spezifischen Farbfiltermosaiken entsprechenden Pixel separat vom Multiplex-Bild extrahiert werden. Jedes dieser Bilder wird dann Bilder darstellen, die unter unterschiedlichen Beleuchtungsvoraussetzungen (sowie unterschiedlichen Spektralvoraussetzungen) gesammelt wurden. Diese Bilder können dann interpoliert werden, indem lineare oder nichtlineare Techniken verwendet werden, um eine einheitliche Bemusterung des Objekts über demselben Raster herzustellen.
Verfahren 500 kann zum Beispiel bei der in 15 gezeigten Berechnungsvorrichtung ausgeführt werden.
Anwesenheits- und Objekterfassung
Einige Ausführungsformen der Erfindung können verwendet werden, um die Anwesenheit und/oder die Lokalisierung eines Objektes vor der Bildgebung zu ermitteln. 6 veranschaulicht ein optisches System, das verwendet werden kann, um die Anwesenheit eines Objektes auf einer Trägerplatte zu ermitteln. Das Beleuchtungssystem 600 kann eine Beleuchtungsquelle (z. B. LED, Laser, etc.) und eine Beleuchtungsoptik (z. B. zylindrische Linsen, kugelförmige Linsen, Spiegel und/oder andere solcher optischen Komponenten) beinhalten. Die Beleuchtungsquelle kann eine monochromatische Quelle sein. Zum Beispiel kann eine rote, blaue oder grüne monochromatische Quelle verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Beleuchtungsbaugruppe 603 Licht in eine Strahlensteuerungskomponente 605 führen, die das Licht in Richtung gespiegelter Oberflächen 607 und dann auf und durch die Trägerplatte 603 führt. Ein Bilderzeuger 615 kann verwendet werden, um ein Video oder sequentielle Bilder eines Bereiches auf oder über der Trägerplatte 603 aufzunehmen. Ein Bilderzeuger 615 kann ein Farbfilterarray beinhalten. Und in einigen Ausführungsformen kann ein Pixel (oder Mosaik) des Farbfilterarrays im Wesentlichen dasselbe sein, wie die Wellenlänge von einer oder mehreren Beleuchtungsquellen (z. B. Beleuchtungssystem 600) oder kann mit dieser übereinstimmen. Der Weg des Beleuchtungslichts 703 ist in 7 veranschaulicht.
In 7 beleuchtet das Beleuchtungslicht 703 einen abgegrenzten Bereich der Trägerplatte 603. In einigen Ausführungsformen und wie in der Figur gezeigt, beleuchtet das Beleuchtungslicht 703 die Trägerplatte 603 mit einem relativ zu der Senkrechten der Trägerplattenoberfläche steilen Beleuchtungsaustrittswinkel. Auf diese Weise kann das abgegrenzte Muster bei unterschiedlichen Positionen im Bild, beruhend auf der Höhe des Fingers oder einem anderen Objekt über der Trägerplatte, erscheinen. Die gespiegelte Oberfläche 607 kann verwendet werden, um diesen, relativ zu der Luft über der Trägerplatte, steilen Beleuchtungsaustrittswinkel zur Verfügung zu stellen, ohne dass ein kompaktes Design geopfert wird. Zum Beispiel kann der Austrittswinkel der Beleuchtung (über der Trägerplatte, weil das Licht aus der Trägerplatte hinausgeht) jeder Austrittswinkel sein, der nicht senkrecht zur Oberfläche der Trägerplatte ist. Zum Beispiel kann der Austrittswinkel (θ) etwa 51° (±10°) zur Senkrechten der Trägerplatte betragen. In anderen Ausführungsformen kann der Austrittswinkel jeder Winkel von 40° bis zu nahezu parallel zur Trägerplatte sein, soweit es praktikabel ist (z. B. 90°). Zum Beispiel kann der Beleuchtungswinkel 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, 70°, 75°, 80°, 85° betragen.
8A–11B veranschaulichen, gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung, wie die Höhe eines Objekts über der Trägerplatte ermittelt werden kann. Zur Vereinfachung werden Lichtbrechungseffekte, da Licht in die Trägerplatte ein- und austritt, ignoriert. Falls die Lichtbrechungseffekte gezeigt worden wären, würde das aus der Trägerplatte austretende Licht einen größeren Austrittswinkel θ haben als gezeigt. Dieser Austrittswinkel θ kann jeder im vorangegangenen Paragraph beschriebene Winkel sein. In 8A ist ein Finger 805 weit über der Trägerplatte 803 positioniert. Ein Bilderzeuger 815 wird verwendet, um den Finger abzubilden. Der Bilderzeuger 815 kann ein Farbfilterarray beinhalten. Eine Beleuchtungsquelle 800 beleuchtet die Trägerplattenoberfläche und den Bereich nahe bei der Trägerplattenoberfläche. Die Lichtstrahlen von der Beleuchtungsquelle 800 können innerhalb des Streifens 820 begrenzt werden. Der Beleuchtungsaustrittswinkel der Beleuchtungsquelle 800 kann, relativ zur Senkrechten der Trägerplattenoberfläche, steil sein. Weil sich der Finger 805 der Trägerplatte 803 nähert, wird ein Teil des Fingers, wie in 8A gezeigt, beleuchtet. 8B zeigt eine durch einen Bilderzeuger 815 hergestellte Blockabbildung eines Bildes 830. Ein Beleuchtungsmuster 835 wird durch das durch den Finger 805 gestreute Licht ausgebildet. Die Position des Beleuchtungsmusters 835 kann die Position des Fingers relativ zu der Trägerplatte angeben. In 8B ist das Beleuchtungsmuster ganz rechts vom Bild angeordnet, wodurch eine Position des Fingers 805 weit über der Trägerplatte 803 angegeben wird.
9A zeigt den Finger 805, der einen Augenblick nach der Position des Fingers in 8A, näher an der Trägerplatte 803 positioniert ist. Und 9B zeigt ein Bild 830 von dem Finger 805 mit dem Beleuchtungsmuster 835, das sich nach links bewegt hat, um mit der Bewegung des Finger übereinzustimmen. 10A zeigt den Finger 805, der einen Augenblick nach der Position des Fingers in 9A, näher an der Trägerplatte 803 positioniert ist. Und 10B zeigt ein Bild 830 des Fingers 805 mit dem Beleuchtungsmuster 835, das sich nach links bewegt hat, um mit der Bewegung des Fingers übereinzustimmen. Letztlich zeigt 11A den Finger 805, der einen Augenblick nach der Position des Fingers in 10A, näher an der Trägerplatte 803 positioniert ist. Und 11B zeigt ein Bild 830 des Fingers 805 mit dem Beleuchtungsmuster 835, das sich nach links bewegt hat. Daher kann durch das Überwachen der Position des Beleuchtungsmusters 835 in sequentiellen Bildern die Position des Fingers 805 relativ zur Trägerplatte 803 ermittelt werden. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, bestimmt die Steilheit des Beleuchtungsaustrittwinkels in der Luft über der Trägerplatte die Beziehung zwischen der Höhe des Fingers 805 relativ zur Trägerplatte 803 und der Position des Beleuchtungsmusters 835 im Bild 830. Falls der Beleuchtungsaustrittwinkel steiler ist (nahe 90 Grad) wird sich die Position des Beleuchtungsmusters 835 als Funktion der Höhe des Fingers 805 über der Trägerplatte 803 schneller ändern.
12 zeigt ein tatsächliches Bild, das resultiert, wenn der Finger oder eine andere Objektoberfläche etwa 5 mm über einer Trägerplattenoberfläche angeordnet ist. Wie aus dem Bild ersichtlich ist, ist das Beleuchtungsmuster links im Bild angeordnet. 13 zeigt ein anderes tatsächliches Bild, das resultiert, wenn der Finger oder eine andere Objektoberfläche auf der Trägerplatte angeordnet ist. Mit dem Finger auf der Trägerplatte, ist das Beleuchtungsmuster 1335 zentral auf dem Bild angeordnet, während das Beleuchtungsmuster 1235 auf der Seite des Bildes angeordnet ist. Die horizontale Verschiebung zwischen den Beleuchtungsmustern ist auf den steilen Austrittswinkel der Beleuchtungsstrahlung zurückzuführen.
In einigen Ausführungsformen verändert sich das Intensitätsprofil des Beleuchtungsmusters, während der Finger sich der Trägerplatte nähert. Wegen des Beleuchtungsaustrittswinkels und der abgerundeten Querschnittsform eines Fingers, wird das Intensitätsprofil, während der Finger über der Trägerplatte ist, auf einer Seite des Fingers schärfer und auf der anderen Seite eher abgestuft. Während sich der Finger nähert, wird das Intensitätsprofil mehr und mehr symmetrisch. In einigen Ausführungsformen kann dieses Intensitätsprofil als weiterer Nachweis für die Position des Fingers verwendet werden. Andere Informationen, wie beispielsweise der Spektralgehalt, die Form und die Position können verwendet werden, um die Stelle und den Objekttyp zu bestimmen. Zum Beispiel kann sich die Breite des Beleuchtungsmusters ausweiten, so wie der Finger sich der Trägerplatte nähert.
Eine Videosequenz von Bildern kann erfasst und analysiert werden, um die Stelle des Beleuchtungsmusters zu bestimmen. Falls das Beleuchtungsmuster nicht an der korrekten Stelle lokalisiert wird, kann ein anderes Bild gesammelt und/oder analysiert werden, bis das Beleuchtungsmuster an der korrekten Stelle ist. Sobald es an der korrekten Stelle ist, können die biometrische Bildgebung oder andere Verfahren beginnen, die es erfordern, dass das Objekt an einer gewissen Stelle ist.
In einigen Ausführungsformen kann die Form des Beleuchtungsmusters den Objekttyp, der abgebildet werden wird, anzeigen. Zum Beispiel wurde in 12 und 13 ein Finger abgebildet, der ein Beleuchtungsmuster ergibt, das einem leicht bogenförmigen Rechteck ähnelt. Und das Zentrum des Trägerplattenbildes ist hell beleuchtet (gezeigt durch die rote Farbe), während die Lichtintensität auf beiden Seiten (blau) abfällt. Daher können beide, die geometrische Form und die Beleuchtungsintensität, auf das Objekt unter der Beleuchtung schließen lassen. Dieses Beleuchtungsmuster kann vom Beleuchtungswinkel und/oder dem Objekttyp, der abgebildet werden wird, abhängig sein. Durch die Fixierung des Beleuchtungswinkels und die Kalibrierung des Systems mit dem fixierten Beleuchtungswinkel, kann das Beleuchtungsmuster dann vom Objekttyp abhängig sein. Bilder können in sequentieller Reihenfolge erfasst werden und das Beleuchtungsmuster kann analysiert werden.
In der biometrischen Bildgebung von Fingerabdrücken kann dann zum Beispiel, falls das Beleuchtungsmuster widersprüchlich mit dem bekannten Beleuchtungsmuster eines Fingers ist, bestimmt werden, dass ein fremdes Objekt auf der Trägerplatte platziert wurde und die biometrische Bildgebung sollte nicht begonnen werden. Falls das Beleuchtungsmuster mit dem bekannten Beleuchtungsmuster eines Fingers übereinstimmt, kann dann bestimmt werden, dass ein Finger auf der Trägerplatte platziert wurde und die biometrische Bildgebung kann begonnen werden. Diese Technik kann in Verbindung mit den Anwesenheitserfassungstechniken verwendet werden, um zu bestimmen, wann der Finger in Kontakt mit der Trägerplatte ist, bevor der Start der biometrischen Bildgebung ausgelöst wird.
Verschiedene andere Objekte können entsprechende einzigartige Beleuchtungsmuster haben, die verwendet werden können. Das einzelne Beleuchtungsmuster ist unkritisch, solange es leicht zu erkennen ist und sich von Objekten im Hintergrund abgrenzt. Um dieses zu erreichen, kann die Form des Beleuchtungsmusters verändert werden, indem eine geeignete Optik in der Beleuchtungsbaugruppe sowie anderswo entlang des optischen Weges verwendet wird.
Zusätzlich können die spektralen Eigenschaften des Beleuchtungsmusters von den Hintergrundmaterialien und/oder Umgebungslichtbedingungen („Hintergrundrauschen”) unterschieden werden. Zum Beispiel kann die Beleuchtungsquelle eine blaue LED sein, die Licht emittiert, was durch die blauen Pixel des im Bilderzeuger verwendeten Farbfilterarrays gut erkannt wird und durch die anderen Pixel des im Bilderzeuger verwendeten Farbfilterarrays schlecht erkannt wird. Das Beleuchtungsmusters kann dann analysiert werden. Und falls erkannt wird, dass dabei das Beleuchtungsmuster ein starkes Signal bei den blauen Pixeln und ein schwaches Signal bei den anderen Pixeln zur Verfügung stellt, dann kann sicher erkannt werden, dass das Beleuchtungsmuster kein Hintergrundrauschen ist. Falls jedoch die blauen Pixel kein starkes Signal relativ zu den anderen Pixeln registrieren, dann ist das Beleuchtungsmuster wahrscheinlich ein Hintergrund und kann ignoriert werden. Obwohl dieses Beispiel eine blaue LED relativ zu den blauen Pixeln verwendet, können andere Wellenlängen verwendet werden.
Indem verschiedene Ausführungsformen verwendet werden, die hier beschrieben sind, können sequentielle Bilder der Hautstelle erfasst werden, solange mit einer einzelnen Beleuchtungsquelle mit einem steilen Beleuchtungswinkel beleuchtet wird. Vor dem Einsatz einer Funktion, die die Anwesenheit eines spezifischen Objekttyps auf einer Trägerplatte zur Bildgebung erfordert, wie beispielsweise bei biometrischer Bildgebung oder multispektraler Bildgebung, kann das Folgende in irgendeiner Reihenfolge und, mit oder ohne irgendeinem Schritt auftreten:

1. Analysieren des Beleuchtungsmusters, um sicherzustellen, dass die Form des Beleuchtungsmusters mit der Form des erwarteten Objekts übereinstimmt.
2. Analysieren der Stelle des Beleuchtungsmusters, um zu erkennen, ob dessen Stelle mit dem erwarteten Objekt übereinstimmt, das mit der Trägerplatte in Kontakt steht. Das Beleuchtungsmuster kann das geometrische Muster und/oder das Intensitätsprofil beinhalten.
3. Analysieren des Beleuchtungsmusters, um zu erkennen, ob es ein starkes Signal für die Pixel hat, das mit der Wellenlänge der Beleuchtungsquelle übereinstimmt und/oder um zu erkennen, ob das Beleuchtungsmuster ein schwaches Signal für die Pixel hat, das nicht mit der Wellenlänge der Beleuchtungsquelle übereinstimmt.

14 zeigt ein Fließbild, das das Verfahren 1400 zur Ermittlung, ob ein Objekt, das bei oder nahe der Trägerplatte ist, gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung abzubilden ist, darstellt. Das Verfahren startet bei Block 1405. Bei Block 1410 wird die Bildgebungsoberfläche beleuchtet und/oder der Bereich nahe der Bildgebungsoberfläche. In einigen Ausführungsformen kann diese Beleuchtung bei einem zur Senkrechten relativ steilen Winkel auftreten. In einigen Ausführungsformen kann diese Beleuchtung auftreten, indem eine monochromatische Lichtquelle verwendet wird. Die Wellenlänge dieser monochromatischen Lichtquelle kann zum Beispiel mit einem der Pixel und/oder Mosaiken des Farbfilterarrays des Bilderzeugers abgestimmt werden.
Bei Block 1415 wird der Bereich nahe der Bildgebungsoberfläche abgebildet. Bei Block 1420 wird das Bild analysiert, um zu bestimmen, ob die Form des Beleuchtungsmusters mit dem erwarteten Objekt übereinstimmt. Dieses Beleuchtungsmuster kann ein geometrisches Beleuchtungsmuster und/oder ein Intensitätsmuster sein. Falls das Beleuchtungsmuster widersprüchlich zu dem erwarteten Muster ist, kehrt das Verfahren 600 zu Block 1415 zurück und ein anderes Bild wird erfasst. In einigen Ausführungsformen verweilt das Verfahren 600 einen kurzen Augenblick bevor es zu Block 1410 zurückgekehrt. Falls das Muster mit dem erwarteten Objekt übereinstimmt, schreitet das Verfahren 1400 fort zu Block 1425.
Bei Block 1425 erkennt das Verfahren 1400, ob das Beleuchtungsmuster an einer Stelle ausgebildet ist, die mit dem auf der Trägerplatte platzierten erwarteten Objekt übereinstimmt. Falls die Stelle widersprüchlich ist, kehrt das Verfahren 1400 dann zu Block 1415 zurück und ein anderes Bild wird erfasst. Falls es übereinstimmt, schreitet das Verfahren 1400 fort zu Block 1430. Bei Block 1430 bestimmt das Verfahren 1400, ob das Beleuchtungsmuster mit dem Hintergrundrauschen übereinstimmt. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Pixel des Bildes in Verbindung mit dem Farbfilterarray analysiert werden. Falls die Pixel im Beleuchtungsmuster stark mit der Lichtbeleuchtungswellenlänge verbunden sind und/oder schwach mit Licht verbunden sind, das mit anderen Pixeln verbunden ist, dann ist das Objekt kein Hintergrundobjekt und das Verfahren 1400 schreitet fort zu Block 1435. Ansonsten kehrt das Verfahren 1400 zu Block 1415 zurück. Bei Block 1435 können Bildgebung oder andere Tests oder Messungen erfolgen, sobald bestimmt wurde, dass das richtige Objekt an der richtigen Stelle platziert ist und es kein Hintergrundrauschen ist. Das Verfahren 1400 endet bei Block 1440.
Das Verfahren 1400 kann zum Beispiel durch die in 15 gezeigte Rechnereinheit ausgeführt werden.
Rechnereinheit
15 zeigt ein Blockdiagramm der Rechnereinheit 1500, die in Verbindung mit oder als Teil eines biometrischen Sensorsystems verwendet werden kann. Die Figur veranschaulicht ganz allgemein, wie individuelle Systemelemente in einer getrennten oder in einer mehr eingebundenen Art und Weise ausgeführt werden können. Außerdem veranschaulicht die Zeichnung auch, wie jeder der vier Bilderzeuger 1510 einen zugeordneten Prozessor 1515 und/oder einen zugeordneten Speicher 1520 beinhalten kann. Jeder zugeordnete Speicher 1520 kann Betriebsprogramme, Datenverarbeitungsprogramme, Anweisungen zur Durchführung der hier beschriebenen Verfahren und/oder Bildverarbeitungsprogramme beinhalten, die auf den zugeordneten Prozessoren 1515 durchführbar sind. Zum Beispiel kann der zugeordnete Speicher 1520 Programme beinhalten, die durch die CPU 1502 ausgeführt werden können und/oder Bildverarbeitung zur Verfügung stellen. Die gezeigte Rechnereinheit umfasst Hardwareelemente die elektrisch über einen Bus 1530 verbunden sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Bus 1530 ebenso in Abhängigkeit von der Konfiguration mit einer oder mehreren LED(s) 1505, einem Näherungssensor (oder Anwesenheitssensor) 1512 und vier Bildgebungssubsystemen 1504 verbunden sein. In einer anderen Ausführungsform kann der Bilderzeugerspeicher 1528 zwischen Bilderzeugern 1515 und/oder mit der Rechnereinheit 1502 geteilt werden.
In solchen Ausführungsformen kann ein Bildgebungssubsystem einen Bilderzeuger 1510, einen Prozessor 1515 und einen Speicher 1520 beinhalten. In anderen Ausführungsformen kann ein Bildgebungssubsystem 1504 ebenso Lichtquellen und/oder optische Elemente beinhalten. Bildgebungssubsysteme 1504 können modular sein und ergänzende Bildgebungssubsysteme können leicht zum System hinzugefügt werden. Daher können biometrische Sensorsubsysteme beliebig viele Bildgebungssubsysteme 1504 beinhalten. Die verschiedenen Bildgebungssubsysteme können in einer Ausführungsform insofern räumlich modular sein, dass jedes Bildgebungssubsystem verwendet wird, um eine unterschiedliche räumliche Stelle abzubilden. In einer anderen Ausführungsform können die verschiedenen Bildgebungssubsysteme insofern multispektral modular sein, dass jedes Bildgebungssubsystem verwendet wird, um einen unterschiedlichen multispektralen Zustand abzubilden. Dementsprechend kann in solch einer Ausführungsform ein Bildgebungssubsystem 1504 ebenso verschiedene optische Elemente, wie beispielsweise Farbfilterarrays, Farbfilter, Polarisatoren, etc. beinhalten und/oder der Bilderzeuger 1510 kann relativ zur Bildgebungsstelle bei verschiedenen Winkeln platziert werden. In einer anderen Ausführungsform können die verschiedenen Bildgebungssubsysteme insofern Brennpunktmodularität zur Verfügung stellen, als jedes Bildgebungssubsystem verwendet wird, um einen unterschiedlichen Brennpunkt oder eine unterschiedliche Brennebene abzubilden.
Die Hardware-Elemente können eine zentrale Rechnereinheit (CPU) 1550, eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung(en) 1535, eine Speichervorrichtung 1555, einen Computer lesbaren Speicher 1540, eine Netzwerkkarte (NIC) 1545, eine Verarbeitungsbeschleunigungseinheit 1548, wie beispielsweise einen DSP oder Spezialprozessor und einen Speicher 1560 beinhalten. Der Computer lesbare Speicher 1540 kann ein Computer lesbares Speichermedium und ein Computer lesbares Mediumlesegerät umfassen, wobei die Kombination entfernte, lokale, fixierte und/oder entfernbare Speichervorrichtungen nebst Speichermedium zum vorübergehenden und/oder dauerhaften Speichern von Computer lesbaren Informationen umfassend beinhaltet. Der NIC 1545 kann verdrahtete, drahtlose, Modems und/oder andere Schnittstellenverbindungstypen umfassen und gestattet es, dass Daten mit externen Vorrichtungen ausgetauscht werden.
Außerdem kann die Rechnereinheit eine Beleuchtungsquellenschnittstelle 1557 und/oder Bilderzeugerschnittstelle 1556 beinhalten. Diese Schnittstellen können Standard-Eingabe/Ausgabe-Schnittstellen, wie USB, Firewire, UART, RS232 oder eine proprietäre Schnittstelle sein. Unabhängig von den Kommunikationsprotokollen kann die Bilderzeugerschnittstelle 1556 verwendet werden, um den Bilderzeuger anzuweisen (z. B. jeden der hierin beschriebenen Bilderzeuger oder Sensoren) ein Bild zu erfassen und/oder ein Bild zu exportieren. Die Beleuchtungsquellenschnittstelle 1557 kann verwendet werden, um jede der Vielzahl von Beleuchtungsquellen einzeln, als eine Gruppe oder sequentiell zu aktivieren und/oder zu deaktivieren.
Die Rechnereinheit 1500 kann ebenso Softwareelemente umfassen, die als gegenwärtig im Arbeitsspeicher 1560 angeordnet dargestellt sind, wobei sie ein Betriebssystem 1565 und andere Programme und/oder Code 1570, wie beispielsweise ein Programm oder Programme, die gestaltet wurden, um die hierin beschriebenen Verfahren zu realisieren, beinhalten. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass substantielle Veränderungen in Übereinstimmung mit spezifischen Anforderungen verwendet werden können. Zum Beispiel könnte individuell eingerichtete Hardware ebenso verwendet werden und/oder bestimmte Elemente könnten in Hardware, Software (einschließlich übertragbare Software, wie zum Beispiel Applets) oder beidem ausgeführt sein. Ferner kann einen Verbindung zu anderen Rechnereinheiten, wie beispielsweise Eingabe/Ausgabe-Netzwerkvorrichtungen zum Einsatz kommen.
Die Rechnereinheit 1500 kann verwendet werden, um die in jeder der Figuren gezeigten und die in den Spezifikationen beschriebenen Verfahren auszuführen. Spezifische Anweisungen und/oder Programmcode kann ebenso im Speicher 1518 oder 1512 gespeichert werden und durch die CPU 1502 ausgeführt werden.
Biometrischer Dual-Bilderzeugersensor
Ausführungsformen der Erfindung können Systeme, Verfahren und Vorrichtungen beinhalten, die Bilder vom Finger sammeln, indem zwei unterschiedliche Bilderzeugertypen verwendet werden, die Bilder vom Finger während derselben Messreihe erfassen. In einigen Fällen können die Bilderzeuger Bilder gleichzeitig erfassen. In einigen Fällen können die Bilderzeuger zwei Videosequenzen erfassen, wobei die Bilder der Videosequenzen so synchronisiert werden, dass die zwei Sequenzen im Wesentlichen zeitlich abgestimmt sind, um die Verarbeitung beim Vorliegen einer Fingerbewegung zu unterstützen oder andere Objekte abzubilden. In einigen Ausführungsformen können die zwei Bilderzeuger ein TIR-Bilderzeugersystem und/oder ein direktes Bildgebungssystem umfassen. In einigen Ausführungsformen können bei den Bildgebungssystemen eines oder beide multispektrale Bildgebungssysteme sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Prisma mit mehreren Facetten verwendet werden, bei dem die Facetten zur simultanen Direkt- und TIR-Bildgebung einer Hautstelle angeordnet sind. Das Prisma kann in Verbindung mit einer oder mehrerer Beleuchtungsquellen und/oder einem oder mehreren Bilderzeugern verwendet werden. Eine erste Facette des Prismas kann für die Platzierung einer vorgegebenen Hautstelle durch eine Person geeignet sein. Die erste Facette kann eine Bildgebungsoberfläche für die Platzierung der vorgegebenen Hautstelle beinhalten. Die erste Facette oder nur die Bildgebungsoberfläche der ersten Facette kann alternativ als eine „Trägerplatte” bezeichnet werden. Eine zweite Facette kann mit Verweis auf die erste Facette so ausgerichtet sein, dass ein Teil des Lichts, der bei der ersten Facette intern totalreflektiert wurde, im Wesentlichen durch die zweite Facette läuft. Der Sensor kann eine oder mehrere Beleuchtungsquellen beinhalten, die angeordnet sind, um die Bildgebungsoberfläche des Prismas und/oder der vorgegebenen Hautstelle durch die erste Facette des Prismas zu beleuchten. Der Sensor kann eine Direkt-Bildgebungsbaugruppe beinhalten, die angeordnet ist, um das durch die vorgegebene Hautstelle gestreute und von der zweiten Facette des Prismas reflektierte Licht zu empfangen. Der Sensor kann eine interne Totalreflexionsbildgebungsbaugruppe beinhalten, die angeordnet ist, um Licht zu empfangen, das unterhalb einer Oberfläche der vorgegebenen Hautstelle an der ersten Facette gestreut wird und im Wesentlichen eine dritte Facette des Prismas durchläuft.
Die 16 zeigt eine isometrische Ansicht eines biometrischen Dual-Bilderzeugersensors 1601 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Sensor 1601 beinhaltet ein Prisma 1610 und bestimmt ferner einen Bereich der Trägerplatte, der die Aktivbildoberfläche 1615 ist, die verwendet wird, um den Finger oder ein anderes Objekt abzubilden. Die Aktivbildoberfläche 1615 kann als eine Trägerplatte oder als eine Facette eines Prismas 1610 bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Prisma 1610 mehrere Facetten beinhalten. Ein biometrischer Dual-Bilderzeugersensor kann eine oder mehrere Beleuchtungsquellen beinhalten. Zum Beispiel beinhaltet der Dual-Bilderzeugersensor 1601 zwei Beleuchtungsquellen 1631 und 1632. Ein Dual-Bilderzeugersensor kann andere Komponenten beinhalten, wie beispielsweise reflektierende Oberflächen, wie Spiegel 1621, 1622, 1623, 1624 und/oder 1625, die verwendet werden können, um es zu erleichtern, dass das Licht zu unterschiedlichen Bildgebungskomponenten geführt wird. Ein Dual-Bilderzeugersensor kann ebenso einen oder mehrere interne Totalreflexionsbildgebungsbaugruppen beinhalten. 21 zeigt zum Beispiel die TIR-Bildgebungsbaugruppe 1641. Ein biometrischer Dual-Bildgebungssensor kann ebenso eine Direkt-Bildgebungsbaugruppe 1642 beinhalten.
17 zeigt die Draufsicht des biometrischen Dual-Bilderzeugersensors 1601 und 18 zeigt die Vorderansicht des Sensors 1601. Zwei Beleuchtungsbaugruppen 1631 und 1632 sind in 17 gezeigt. Und 18 zeigt eine dritte Beleuchtungsbaugruppe 1633 zusammen mit der Beleuchtungsbaugruppe 1631. Jede Beleuchtungsbaugruppe kann eine Beleuchtungsquelle sowie Linsen, Spiegel und/oder andere Optiken umfassen, sofern es notwendig ist, um das Beleuchtungslicht zu formen und zu führen. In einigen Beispielen können mehr oder weniger Beleuchter vorhanden sein. Die Beleuchter 1631, 1632 und/oder 1633 können in gewisser Weise simultan während einer Erfassungssequenz oder sequentiell oder gepulst oder verschlüsselt aufleuchten.
In einigen Ausführungsformen können die Beleuchter 1631, 1632 und/oder 1633, in Übereinstimmung mit anderen Aspekten verschiedener Ausführungsformen, im Wesentlichen unterschiedliche Wellenlängen haben. Einige Ausführungsformen können Beleuchtungsbaugruppen verwenden, die Beleuchtungsquellen ohne andere Optiken beinhalten, um die Beleuchtungsquelle zu formen und zu führen. Einige Ausführungsformen eines Dual-Bilderzeugersensors kann ebenso andere Beleuchtungsbaugruppen oder Beleuchtungsquellen beinhalten, wie unten diskutiert werden wird. Zum Beispiel können einige Ausführungsformen einen Beleuchter beinhalten, wie beispielsweise einen flachen Lichtleiter, der mit LEDs beleuchtet wird oder eine Kaltkathodenlampe (CCFL) oder andere im Stand der Technik bekannte Beleuchter, die als Teil einer TIR-Bildgebung verwendet werden können.
Beleuchtungslicht von irgendeiner oder allen Quellen, wie beispielsweise 1631, 1632 und/oder 1633 kann den Bildbereich 1615 beleuchten. Licht von einem den Sensor berührenden Finger kann dann durch die TIR-Bildbaugruppe 1641 abgebildet werden, nachdem es von bespiegelten Oberflächen 1621 und 1624 reflektiert worden ist. In einigen Ausführungsformen kann eine TIR-Bildbaugruppe, wie zum Beispiel 1641, keine reflektierenden Oberflächen, wie zum Beispiel 1621 und 1624 benötigen, um ein Bild zu erzeugen. Andere Ausführungsformen können mehr oder weniger Bildgebungsoberflächen beinhalten, die unterschiedlich konfiguriert sein können. Der den Aktivbildbereich 1615 berührende Finger kann ebenso durch eine Direkt-Bildbaugruppe 1642 nach den Reflexionen von den Oberflächen 1622, 1623 und/oder 1625 abgebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Direkt-Bildbaugruppe, wie zum Beispiel 1642, keine Reflexionsoberflächen, wie 1622, 1623 und/oder 1625 benötigen. Andere Ausführungsformen können mehr oder weniger Reflexionsoberflächen verwenden, die ebenso in unterschiedlichen Konfigurationen positioniert und/oder ausgerichtet werden können.
In einer Ausführungsform kann die Direkt-Bildbaugruppe 1642 einen Farbbilderzeuger beinhalten, sowie Linsen, Spiegel, optische Filter, Gitter und andere solcher optischer Elemente, soweit es notwendig werden kann, ein Bild nach Stand der Technik auszubilden. Die TIR-Bildbaugruppe 1641 kann einen Farbbilderzeuger oder einen monochromatischen Bilderzeuger beinhalten, sowie Linsen, Spiegel, optische Filter, Gitter und andere solcher optischer Elemente, soweit es notwendig werden kann, ein Bild nach dem Stand der Technik auszubilden. In einigen Ausführungsformen, die einen monochromatischen Bilderzeuger eingebaut haben, kann dort ein optischer Bandpassfilter in der TIR-Bildbaugruppe 1641 sein, der im Wesentlichen das Licht von mehreren Beleuchtern führt, wie zum Beispiel 1631, 1632 und/oder 1633, während das Licht von anderen geblockt wird. In einigen Ausführungsformen kann bei einem optischen Filter, der bandexternes Licht blockt, Umgebungslicht in einem Bildgebungsweg oder in beiden beinhaltet sein.
19 bildet zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Sensors 1601. Diese Veranschaulichung zeigt die gleichzeitige Beleuchtung eines Bildbereiches 1615 des Prismas 1610 durch die Beleuchter 1631, 1632 und/oder 1633. In einigen Ausführungsformen können die Beleuchter 1631, 1632 und/oder 1633, in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt verschiedener Ausführungen, unterschiedliche Farben haben (wie zum Beispiel grün, rot und blau, jeweils lediglich beispielhalber; ultraviolettes und/oder Infrarotlicht kann anstatt von oder zusätzlich zu verschiedenen sichtbaren Wellenlängen verwendet werden). Die zentralen Wellenlängen von Beleuchtern, wie zum Beispiel 1631, 1632 und/oder 1633, sowie die spektrale Breite und Auswahl, welcher Beleuchter welche Farbe emittiert, kann je nach Anwendung variieren und solche Auswahlmöglichkeiten sind innerhalb des Schutzbereiches verschiedener Ausführungsformen. Wie zum Beispiel in 4 gezeigt, kann in einigen Ausführungsformen ein Beleuchter, wie zum Beispiel 1631 und/oder 1632 so positioniert werden, dass vom Beleuchter übertragenes Licht bei einer Facette, wie zum Beispiel Facette 1611, des Prismas 1610 intern totalreflektiert wird und dann Bildbereich 1615 beleuchtet. Einige Beleuchter, wie zum Beispiel 1633 können so positioniert und/oder ausgerichtet werden, dass Licht eine Facette durchläuft, wie zum Beispiel die Facette 1611 und dann den Bildbereich 1615 beleuchtet.
Die 20 bildet einen internen TIR-Bildgebungsweg 1651 ab. Die TIR-Bildbaugruppe 1641, die in einigen Ausführungsformen als TIR-Bilderzeuger bezeichnet wird, kann den Aktivbereich 1615 des Prismas 1610 durch die Prisma-Facette 1612 und reflektierenden Oberflächen 1621 und 1624 betrachten. Der Winkel zwischen dem TIR Bildbündel 1651 und der Trägerplattenfacette 1612 ist so, dass das Bündel 1651 durch die Facette 1612 durchkommen kann. In einigen Ausführungsformen ist das Bildbündel 1651 im Wesentlichen senkrecht zur Facette 1612. In einigen Ausführungsformen kann die Facette 1612 etwa senkrecht zu einem Winkel ausgerichtet sein, der in Bezug auf die Facette 1615 gleich oder größer ist als der kritische Winkel.
In einigen Ausführungsformen ist das Bildbündel 1651 bei einem Winkel ausgerichtet, der größer ist als der kritische Winkel, der durch die Oberfläche 1615 und das Umgebungsmedium, das normalerweise Luft ist, definiert ist. Deswegen kann es erstrebenswert sein, einen schwarzen Hintergrund für den TIR-Bilderzeuger 1641 zur Verfügung zu stellen, um in den Fällen, wo der TIR-Bilderzeuger 1641 in einem Dunkelfeldbeleuchtungsmodus in Betrieb ist, betrachten zu können. Um dies zu erreichen, kann die Facette 1611 des Prismas 1610 so ausgerichtet sein, dass im TIR-Bündel 1615 an der Oberfläche 1615 durch TIR reflektierte Strahlen im Wesentlichen durch die Facette 1611 aus dem Prisma 1610 ausgegeben werden können. In einigen Ausführungsformen kann eine Lichtfalle (z. B. optischer Absorber) 1660, die ein Material mit einer matt-schwarzen Oberflächenbeschaffenheit umfassen kann, so positioniert werden, dass im Wesentlichen alle TIR-Bündel 1651 auf der Falle 1660 landen.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Lichtfalle 1660 durch einen Beleuchter ersetzt werden, wie zum Beispiel einen flachen Lichtleiter mit LEDs oder einer Kaltkathodenlampe (CCFL) oder andere im Stand der Technik bekannte Beleuchter. In dieser alternativen Ausführungsform operiert das TIR-Bildgebungssystem in einem Hellfeldbeleuchtungsmodus.
Die 21 stellt ein Direkt-Bildgebungsstrahlenbündel 1652 das, das in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen durch die Direktbildgebungsbaugruppe 1642 gesehen wird. Das Direkt-Bildgebungsstrahlenbündel 1652 kann die Facette 1613 durchlaufen. In einigen Ausführungsformen ist das Direktbildbündel 1652 etwa senkrecht zur Facette 1613. In einigen Ausführungsformen ist das Direktbildbündel 1652 so ausgerichtet, dass es bei der Facette 1611 aufgrund TIR reflektiert wird und den Bildbereich 1615 durchläuft.
In einigen Ausführungsformen kann die Facette 1611 eine Doppelrolle erfüllen, indem sie hochreflektierend für das Direkt-Bildgebungsstrahlenbündel 1652 ist und ebenso durchlässig ist für das TIR-Bildgebungsbündel, wie in 22 veranschaulicht. In einigen Ausführungsformen kann die Facette 1611 eine Doppelrolle erfüllen, indem sie hochreflektierend für aus den Beleuchtern 1631 und/oder 1632 ausströmendes Licht ist und ebenso durchlässig ist für aus den Beleuchter 1633 ausströmendes Licht. In einigen Ausführungsformen kann die Facette 1611 für einige Kombinationen von Beleuchtungs- und Bildgebungsbündeln verschieden reflektieren und durchlässig sein.
Die 22 stellt ein Diagramm eines Dual-Bilderzeugersensors oder -systems 1607 gemäß verschiedener Ausführungsformen zur Verfügung. Das System 1607 beinhaltet das Prisma 1610 mit mehreren Facetten 1611, 1612, 1613 und 1615. Das System 1607 beinhaltet einen Direkt-Bilderzeuger 1644 und einen TIR-Bilderzeuger 1643. Die Direkt-Bildgebungsbaugruppe 1642 aus 21 kann zum Beispiel ein Beispiel eines Direkt-Bilderzeugers 1644 sein. Einige Ausführungsformen können einen Direkt-Bilderzeuger 1644 beinhalten, der andere optische Komponenten, wie hier beschrieben, beinhaltet, wie zum Beispiel Spiegel 1622, 1623 und 1625. Die TIR-Bildgebungsbaugruppe 1641 aus 20 kann zum Beispiel ein Beispiel des TIR-Bilderzeugers 1643 sein. Einige Ausführungsformen können einen TIR-Bilderzeuger 1643 beinhalten, der andere optische Komponenten, wie hier beschrieben, beinhaltet, wie zum Beispiel Spiegel 1621 und/oder 1624. Der Direkt-Bilderzeuger 1644 und der TIR-Bilderzeuger 1643 können in unterschiedlichen Konfigurationen in unterschiedlichen Ausführungsformen ausgerichtet und/oder positioniert sein.
Wie oben beschrieben, können unterschiedliche Facetten des Prismas 1610 unterschiedliche Funktionen zur Verfügung stellen. Zum Beispiel kann die Facette 1611 eine Doppelrolle erfüllen, indem sie hochreflektierend für die Direkt-Bildgebung ist und ebenso durchlässig ist für die TIR-Bildgebung. Wie ersichtlich ist, wird ein zur Facette 1611 gerichtetes TIR-Bündel 1653 durch die Facette 1611 transmittiert. Ein Direkt-Bildgebungsbündel 1654 kann an der Facette 1611 reflektieren. In einigen Ausführungsformen totalreflektiert das Direkt-Bildgebungsbündel 1653 intern an der Facette 1611. Außerdem zeigt das System 1607 ein Beispiel einer Facette 1613, das Direkt-Bildgebungsbündel 1654 durchlaufen können, um dann einen Direkt-Bilderzeuger 1644 zu erreichen. Darüber hinaus kann ein TIR-Bündel 1655 die Facette 1622 durchlaufen und dann einen TIR-Bilderzeuger 1643 erreichen.
Facetten, wie in 22 gesehen, können unterschiedliche Beziehungen zueinander haben, um die für unterschiedliche Ausführungsformen beschriebenen Funktionen zu beeinflussen. Zum Beispiel können die Facetten 1615 und 1611 konfiguriert sein, dass die Facette 1611 etwa senkrecht zu einem Winkel ausgerichtet ist, der gleich oder größer als der kritische Winkel der Facette 1615 ist, so dass Licht, das TIR an der Facette 1615 durchläuft, vor oder nach einer solchen TIR Interaktion durch die Facette 1611 laufen kann. Ähnlich kann die Facette 1612 etwa senkrecht zu einem Winkel ausgerichtet sein, der gleich oder größer als der kritische Winkel der Facette 1615 ist, so dass an der Facette 1615 intern totalreflektiertes Licht durch die Facette 1612 laufen kann.
Das Prisma 1610 kann Facetten, wie zum Beispiel 1613 beinhalten, die in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sein können. Zum Beispiel kann die Facette 1613 relativ senkrecht zum Licht ausgerichtet sein, das die Facette 1615 durchlaufen hat und von der Facette 1611 reflektiert wurde, so dass das Licht im Wesentlichen die Facette 1613 durchläuft.
Das System 1607 kann ebenso unterschiedliche Beleuchtungsquellen beinhalten. 1 bis 6, 16 bis 21 und 24 bis 25 zeigen unterschiedliche Beispiele mit Beleuchtungsquellen. Diese Figuren zeigen ebenso unterschiedliche Ausrichtungsbeispiele in Bezug auf die Bilderzeuger. Die Beleuchtungsquellen können in unterschiedlicher Weise positioniert und/oder ausgerichtet sein, um zum Beispiel einen Finger zu beleuchten und zum Beispiel eine Stelle auf dem Prisma 1610 entlang der Facette 1615 zu beleuchten.
In einigen Ausführungsformen können Sensoren und Systeme jeweils Bilder simultan sammeln, indem Direkt-Bilderzeuger, wie zum Beispiel 1642 oder 1644 und TIR-Bilderzeuger 1641 und 1643 verwendet werden. Falls eines von beiden Bildern in der Art und Weise der unterschiedlichen Ausführungsformen gemultiplext wurde, kann das Bild in die Bilder, entsprechend den unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen zerlegt werden, gefolgt von der Interpolation und/oder anderer Verarbeitung der resultierenden Bilder. Die sich ergebende Sammlung von Bildern (beide, TIR und Direkt) kann dann ferner in einer Art und Weise verarbeitet werden, dass ein einzelnes, zusammengesetztes Bild eines Fingerabdrucks erzeugt wird. Dieses zusammengesetzte Bild kann dann einem Hostrechner oder einer anderen verbundenen Vorrichtung übermittelt werden.
In einigen Ausführungsformen können der TIR-Bilderzeuger und der Direkt-Bilderzeuger von Sensoren oder Systemen synchronisierte Video-Streams der Bilder erfassen. Diese Video-Streams können erfasst werden, sobald ein Finger in der im Stand der Technik bekannten Art und Weise gerollt wird. Die gerollten Bildsequenzen können dann kombiniert werden, um ein zusammengesetztes gerolltes Druckbild zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen kann der Fingerabdrucksensor unterschiedlicher Ausführungsformen verwendet werden, um Bilder zu sammeln, die keine Fingerabdrücke sind. Insbesondere kann der Direkt-Bilderzeuger verwendet werden, um solche Bilder zu erfassen. Andere, so gesammelte Bilddaten können Barcodes und Dokumente beinhalten. Optische Sicherheitskennzeichnungen, wie zum Beispiel Hologramme, farbenändernde Tinte und andere solche Kennzeichnungen können vorliegen und verwendet werden, um die Dokumente oder Barcodes zu bestätigen, indem die Bilder, die den verschiedenen Beleuchtungsvoraussetzungen entsprechen, beurteilt werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Direkt-Bilderzeuger der unterschiedlichen Ausführungsformen verwendet werden, um Iris-Bilder, Gesichtsbilder, Überwachungsbilder, Bewegungserfassung, Erfassen von Umgebungslichtbedingungen und um eine Vielfalt von anderen solchen Funktionen durchzuführen. In einigen Ausführungsformen kann der Direkt-Bilderzeuger einen automatischen, variablen Brennpunkt-Mechanismus („Autofokus”) beinhalten, um zusätzlich die Funktionalität der Bildgebung zu erleichtern.
23 zeigt ein Fließbild für ein Verfahren 2300 zur Schaffung von zusammengesetzten biometrischen Bildern von einem biometrischen Zwei-Bilderzeuger-System. Das Verfahren 2300 kann zum Beispiel durchgeführt werden, indem Sensoren und Systeme verwendet werden, wie sie in 15 bis 22 gezeigt sind. Das Verfahren 2300 kann bei Block 2305 starten. Bei Block 2310 wird eine vorgegebene Hautstelle durch eine erste Facette einer Trägerplatte beleuchtet, indem eine oder mehrere Beleuchtungsquellen verwendet werden. Bei Block 2315 wird Licht von der vorgegebene Hautstelle empfangen. Bei Block 2320 wird ein Direktbild der vorgegebenen Hautstelle von einem ersten Teil des empfangenen Lichtes, das bei einer zweiten Facette der Trägerplatte reflektiert wird, erzeugt. Bei Block 2320 wird ein internes Totalreflexionsbild der vorgegebenen Hautstelle von einem zweiten Teil des empfangenen Lichtes, das durch eine dritte Facette der ausgerichteten Trägerplatte läuft, erzeugt. Das Verfahren 2300 kann bei Block 2330 enden. Jeder dieser Blöcke kann simultan stattfinden. Zum Beispiel können die Blöcke 2310 und 2315 zur selben Zeit stattfinden, wie die Blöcke 2320 und 2325.
In einigen Ausführungsformen des Verfahrens 2300 wird ein dritter Lichtteil bei der ersten Facette der Trägerplatte intern totalreflektiert und läuft dann durch die zweite Facette der Trägerplatte. Einige Ausführungsformen können ferner umfassen, dass der dritte Lichtteil bei einer Lichtfalle absorbiert wird, die unmittelbar bei der zweiten Facette angeordnet ist, so dass bei der ersten Facette intern totalreflektiertes Licht durch die zweite Facette läuft und im Wesentlichen durch die Lichtfalle absorbiert wird.
In einigen Ausführungsformen des Verfahrens 2300 wird das durch die Direkt-Bildgebungsbaugruppe empfangene Licht, das von der zweiten Facette der Trägerplatte reflektiert wird, bei der zweiten Facette intern totalreflektiert. In einigen Ausführungsformen sind die zweite und dritte Facette bei im Wesentlichen kritischen Winkeln, in Bezug auf die erste Facette, ausgerichtet.
Einige Ausführungsformen des Verfahrens 2300 können eine Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes der vorgegebenen Hautstelle beinhalten, indem das interne Totalreflexionsbild und das Direktbild der vorgegebenen Hautstelle verwendet wird. Einige Ausführungsformen können einen Empfang des Lichts von der vorgegebenen Hautstelle beinhalten, das das Empfangen des ersten Teils des empfangenen Lichts bei einer internen Totalreflexionsbildgebungsbaugruppe und das Empfangen des zweiten Teils des empfangenen Lichts bei einer Direktbildgebungsbaugruppe beinhaltet. Einige Ausführungsformen können ferner das Zerlegen wenigstens eines der Bilder in mehrere Bilder, entsprechend den unterschiedlichen Beleuchtungsvoraussetzungen, umfassen.
Einige Ausführungsformen des Verfahrens 2300 können ferner das Beleuchten einer Stelle, die keine Hautstelle ist, über die Trägerplatte umfassen, indem eine oder mehrere Beleuchtungsquellen verwendet werden. Das Licht wird von einer Stelle empfangen, die keine Hautstelle ist und dann kann ein Direktbild der Stelle, die keine Hautstelle ist, von einem zweiten Teil des empfangenen Lichts erzeugt werden. Die Stelle, die keine Hautstelle ist, kann zum Beispiel Barcodes, Dokumente oder optische Sicherheitskennzeichnungen beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann die Stelle, die keine Hautstelle ist, zum Beispiel eine Iris, einen Gesichtsbereich, eine Überwachungsortung, ein Bewegungsobjekt oder eine Beleuchtungsbedingung umfassen.
Das Verfahren 900 kann zum Beispiel durch die in 15 gezeigte Rechnervorrichtung ausgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können jeweils der TIR-Bilderzeuger und der Direkt-Bilderzeuger simultan Bilder sammeln. Falls eines der Bilder in der Art und Weise gemultiplext wird, die in einigen hierin beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde, kann das Bild in die Bilder entsprechen den unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen zerlegt werden, gefolgt von einer Interpolation und/oder einer anderen Verarbeitung der resultierenden Bilder. Die sich ergebende Sammlung von Bildern (beide, TIR und Direkt) kann dann verarbeitet werden, um ein einzelnes, zusammengesetztes Bild des Fingerabdrucks zu erzeugen. Dieses zusammengesetzte Bild kann dann einem Hostrechner oder einer anderen verbundenen Vorrichtung übermittelt werden.
In einigen Ausführungsformen können der TIR-Bilderzeuger und Direkt-Bilderzeuger synchronisierte Video-Streams der Bilder erfassen. Diese Video-Streams können erfasst werden, sobald ein Finger in der im Stand der Technik bekannten Art und Weise gerollt wird. Die gerollten Bildsequenzen können dann kombiniert werden, um ein zusammengesetztes gerolltes Druckbild zu erzeugen.
Verschiedene andere Konfigurationen können verwendet werden. Zum Beispiel kann eine erste Beleuchtungsquelle (z. B. eine LED) verwendet werden, um einen Finger durch eine erste Facette (z. B. Facette 1615) eines facettenreichen Prismas (z. B. Prisma 1610) zu beleuchten. Licht der ersten Beleuchtungsquelle kann bei einer zweiten Facette (z. B. 1611) des facettenreichen Prismas eine interne Totalreflexion durchlaufen bevor das Objekt beleuchtet wird. Ein erster Bilderzeuger (z. B. 1644) kann Licht abbilden, das vorn Finger gestreut wird und die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der geringer ist als der kritische Winkel und bei einer zweiten Facette eine interne Totalreflexion durchläuft. Ein zweiter Bilderzeuger kann Licht abbilden, das vom Finger gestreut wird und die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der geringer ist als der kritische Winkel. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Bilderzeuger in einer Position angeordnet sein, so dass er kein Licht von der zweiten Beleuchtungsquelle abbildet, das an der ersten Facette intern totalreflektiert wurde.
In einigen Ausführungsformen kann der zweite Bilderzeuger von der zweiten Beleuchtungsquelle phasenverschoben angeordnet sein. Das heißt, dass das Licht von der zweiten Beleuchtungsquelle nur Licht vom zweiten Bilderzeuger abbilden kann, nachdem es durch das Objekt absorbiert und/oder gestreut wurde. Und in dieser Ausführungsform wird durch den zweiten Bilderzeuger kein Licht abgebildet, das bei der ersten Facette intern totalreflektiert wurde. Zum Beispiel kann der zweite Bilderzeuger bei einem azimutalem Winkel angeordnet sein, der von der zweiten Beleuchtungsquelle abweicht, wie zum Beispiel ein Winkel kleiner als 170°. In einigen Ausführungsformen ist dieser Winkel 90°. Der zweite Bilderzeuger kann auch angeordnet werden, um Licht bei einem größeren oder kleineren Winkel als dem kritischen Winkel abzubilden.
In einer anderen Ausführungsform kann eine erste Beleuchtungsquelle ein Objekt beleuchten, das bei einer ersten Facette (z. B. 1615) des facettenreichen Prismas (z. B. 1610) angeordnet ist. Das System kann eine zweite Beleuchtungsquelle beinhalten, die das Objekt durch eine zweite Facette (z. B. 1611) und durch die erste Facette bei einem Winkel, der größer ist als der kritische Winkel der ersten Facette, beleuchtet. Ein erster Bilderzeuger (z. B. 1644) kann durch das Objekt gestreutes Licht abbilden, das die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der geringer ist als der kritische Winkel und bei der zweiten Facette eine interne Totalreflexion durchläuft. Ein zweiter Bilderzeuger (z. B. 1643) kann verwendet werden, um von der ersten Facette intern totalreflektiertes Licht abzubilden.
In einigen Ausführungsformen kann der Fingerabdrucksensor der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um Bilder zu sammeln, die kein Fingerabdruck sind, zum Beispiel Geld, Dokumente, Barcodes, hergestellte Bauteile, etc. Bei einigen dieser Bilder können optische Sicherheitskennzeichnungen wie beispielsweise Hologramme, farbenändernde Tinte und andere solche Kennzeichnungen vorliegen und verwendet werden, um die Dokumente oder Barcodes zu bestätigen, indem die Bilder, die den verschiedenen Beleuchtungsbedingungen entsprechen, beurteilt werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Dual-Bilderzeuger der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um Finger- oder Handabdrücke zu sammeln, sowie Irisbilder, Gesichtsbilder, Überwachungsbilder, Bewegungserfassung, Erfassen von Umgebungslichtvoraussetzungen, Barcodebilder, Sicherheitsdokumentbilder und um eine Vielfalt anderer solcher Funktionen durchzuführen. In einigen Ausführungsformen kann der Direkt-Bilderzeuger einen automatischen, variablen Brennpunkt-Mechanismus („Autofokus”) beinhalten, um zusätzlich die Funktionalität der Bildgebung zu erleichtern.

Claims

Biometrisches Verfahren umfassend: Beleuchtung einer vorgegebenen Hautseite unter zwei einzigartigen Beleuchtungsbedingungen während derselben Beleuchtungssitzung, wobei die erste Beleuchtungsbedingung Licht mit einer ersten Wellenlänge umfasst, das die vorgegebene Hautseite bei einem ersten Winkel beleuchtet und die zweite Beleuchtungsbedingung Licht mit einer zweiten Wellenlänge umfasst, das die vorgegebene Hautseite bei einem zweiten Winkel beleuchtet, worin die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge abgegrenzt sind und der erste Winkel und der zweite Winkel abgegrenzt sind; Filtern von Licht von der vorgegebenen Hautseite, indem ein Farbfilterarray verwendet wird, das zwischen Licht der ersten Wellenlänge und Licht der zweiten Wellenlänge unterscheidet; und Bildgebung des gefilterten Lichts mit einem Einzelbilderzeuger.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Bildgebung ein gemultiplextes Einzelbild der Hautseite erzeugt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die Bildgebung ein Einzelbild der vorgegebenen Hautseite erstellt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend das Extrahieren eines ersten Bildes der vorgegebenen Hautseite, das mit Licht der ersten Welle abgebildet ist und Extrahieren eines zweiten Bildes der vorgegebenen Hautseite, das mit Licht der zweiten Welle abgebildet ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die erste Lichtquelle monochromatisch und die zweite Lichtquelle monochromatisch ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem das Filter das Licht filtert, indem ein Farbfilterarray verwendet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, bei welchem das Farbfilterarray einen Bayer Filter umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die erste Wellenlänge zwischen 440 nm und 490 nm ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem die erste Wellenlänge zwischen 520 nm und 570 nm ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner umfassend die Beleuchtung der vorgegebenen Hautstelle mit Licht einer dritten Wellenlänge, wobei die vorgegebene Hautstelle bei einem dritten Winkel beleuchtet wird, wobei die dritte Wellenlänge von beiden Wellenlängen, der ersten und der zweiten, abgegrenzt ist und der dritte Winkel von den zweiten und dritten Winkeln abgegrenzt ist, wobei der Filter zwischen Licht der dritten, zweiten und ersten Wellenlängen unterscheidet.
System umfassend: eine Trägerplatte mit einer Bildgebungsstelle; eine erste Beleuchtungsquelle, die konfiguriert wurde, um die Bildgebungsstelle mit Licht mit einer ersten Wellenlänge und bei einem ersten Winkel zu beleuchten; eine zweite Beleuchtungsquelle, die konfiguriert wurde, um die Bildgebungsstelle mit Licht mit einer zweiten Wellenlänge und bei einem zweiten Winkel zu beleuchten, wobei sich die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge abgrenzen und der erste Winkel und der zweite Winkel sich abgrenzen; ein Farbfilterarray, das konfiguriert wurde, um Licht mit der ersten Wellenlänge von Licht mit der zweiten Wellenlänge zu filtern; und ein Bilderzeuger, der konfiguriert wurde, um ein Bild der Hautstelle durch das Farbfilterarray zu erfassen.
Das System gemäß Anspruch 11, bei welchem einer vom ersten und zweiten Winkel oder beide größer sind als der kritische Winkel, der durch die Grenzfläche bei der Bildgebungsstelle festgelegt ist und relativ zur Senkrechten gemessen wird.
Das System gemäß Anspruch 11, bei welchem das Farbfilterarray ein Teil des Bilderzeugers ist.
Das System gemäß Anspruch 11, bei welchem das durch das Farbfilterarray erfasste Bild ein gemultiplextes Bild ist.
Das System gemäß Anspruch 11, bei welchem das Farbfilterarray einen Bayer Filter umfasst.
Objektortungsverfahren, umfassend: Beleuchtung eines Bereichs nahe der Trägerplatte bei einem Austrittswinkel relativ zur Senkrechten der Trägerplatte; Erfassen eines Bildes eines Objektes bei oder nahe der Trägerplatte; Identifizieren eines Ortes eines Beleuchtungsmusters im Bild, wobei das Beleuchtungsmuster eine abgebildete Antwort des beleuchteten Objekts ist; und Ermitteln des Ortes des Objekts relativ zur Trägerplatte vom Ort des Beleuchtungsmusters im Bild;
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, bei welchem das Ermitteln ermittelt, ob das Objekt in Kontakt mit der Trägerplatte ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, ferner umfassend das Ermitteln einer Form des Beleuchtungsmusters und Ermitteln, ob die Form des Beleuchtungsmusters mit einem erwarteten Objekt übereinstimmt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, bei welchem die Form des Beleuchtungsmusters eine geometrische Form und/oder ein Beleuchtungsmuster beinhaltet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 18, bei welchem die Erfassungs-, Identifizierungs- und Ermittlungsschritte wiederholt werden bis das Beleuchtungsmuster mit dem erwarteten Objekt übereinstimmt.
Objektunterscheidungsverfahren, umfassend: Beleuchtung einer vorgegebenen Hautstelle einer Trägerplatte bei einem Austrittwinkel relativ zur Senkrechten der Trägerplatte; Erfassen eines Bildes eines Objektes bei oder nahe der Trägerplatte; Identifizieren der Form eines Beleuchtungsmusters im Bild, das mit einem Objekt verbunden wird; und Ermitteln, ob die Form des Beleuchtungsmusters mit der Form eines Beleuchtungsmusters eines erwarteten Objekts übereinstimmt.
Das Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem das Beleuchtungsmuster geometrische Muster beinhaltet.
Das Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem das Beleuchtungsmuster ein Intensitätsmuster beinhaltet.
Das Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem der Ermittlungsschritt das Ermitteln umfasst, oh das Beleuchtungsmuster mit einem abgebildeten Finger übereinstimmt.
Hintergrundunterscheidungsverfahren, umfassend: Beleuchtung einer vorgegebenen Hautstelle einer Trägerplatte mit einer Beleuchtungsquelle mit einer ersten Wellenlänge; Erfassen eines Bildes eines Objektes bei oder nahe der Trägerplatte, wobei das Bild mit einem Bildgebungssystem erfasst wird, das ein Farbfilterarray beinhaltet, das eine Vielzahl von ersten Pixeln beinhaltet, die verbunden sind mit der ersten Wellenlänge und eine Vielzahl von zweiten Pixeln beinhaltet, die verbunden sind mit einer zweiten Wellenlänge; Identifizieren eines Beleuchtungsmusters des Objekts; und Ermitteln, ob eine höhere Konzentration erste Pixel im Beleuchtungsmuster angeregt sind als die zweiten Pixel im Beleuchtungsmuster.
Das Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die erste Wellenlänge zwischen 440 nm und 490 nm ist.
System, umfassend: eine Trägerplatte mit einer Bildgebungsseite; eine Beleuchtungsquelle, die konfiguriert wurde, um die Bildgebungsstelle bei einem Austrittswinkel relativ zur Senkrechten der Bildgebungsstelle und mit Licht einer ersten Wellenlänge zu beleuchten; ein Bilderzeuger, der konfiguriert wurde, um ein Bild der Hautstelle zu erfassen, indem ein Farbfilterarray verwendet wird, wobei das Farbfilterarray Farbe gemäß einer Vielzahl von Wellenlängen filtert und wobei eine der Vielzahl von Wellenlängen eine erste Wellenlänge beinhaltet; und eine Rechnereinheit, die kommunikativ mit dem Bilderzeuger gekoppelt ist.
Das System gemäß Anspruch 27, bei welchem die Rechnereinheit konfiguriert ist, um zu ermitteln, ob ein Objekt mit der Bildgebungsstelle von einem Bild des Objektes, das vom Bilderzeuger zur Verfügung gestellt wird, in Kontakt ist.
Das System gemäß Anspruch 28, bei welchem die Rechnereinheit konfiguriert ist, um ein Beleuchtungsmuster des Objekts in einem Bild zu identifizieren und um zu ermitteln, ob das Beleuchtungsmuster mit einem mit der Hautstelle in Kontakt stehenden Objekt übereinstimmt.
Das System gemäß Anspruch 27, bei welchem die Rechnereinheit konfiguriert ist, um zu ermitteln, ob das Objekt mit einem erwarteten Objekt übereinstimmt.
Das System gemäß Anspruch 30, bei welchem die Rechnereinheit konfiguriert ist, um ein Beleuchtungsmuster des Objekts in einem Bild zu identifizieren und um zu ermitteln, ob das Beleuchtungsmuster mit einem erwarteten Objekt übereinstimmt.
Das System gemäß Anspruch 31, bei welchem das Beleuchtungsmuster eines von einem geometrischen Muster und einem Intensitätsmuster beinhaltet oder beide.
Das System gemäß Anspruch 27, bei welchem das Farbfilterarray erste Pixel beinhaltet die mit der ersten Wellenlänge verbunden sind; und die Rechnereinheit konfiguriert ist, um zu ermitteln, ob ein Objekt in einem Bild mit einem Hintergrundobjekt übereinstimmt.
Das System gemäß Anspruch 33, bei welchem die Rechnereinheit konfiguriert ist, um ein Beleuchtungsmuster im Bild zu identifizieren und um zu ermitteln, ob die Konzentration von ersten Pixeln, die im Beleuchtungsmuster angeregt sind, größer ist, als die Konzentration von ersten Pixeln ohne dem Beleuchtungsmuster.
Biometrisches System, umfassend: erstes Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung eines Fingers durch eine erste Facette eines facettenreichen Prismas, wobei sich Licht von dem ersten Beleuchtungsmittel bei einer zweiten Oberfläche des facettenreichen Prismas einer internen Totalreflexion unterzieht bevor das Objekt beleuchtet wird; und erste Bildgebungsmittel zur Bildgebung von Licht, das vom Finger gestreut wird und bei einem Winkel, der kleiner ist als der kritische Winkel, die erste Facette durchläuft und sich einer internen Totalreflexion bei der zweiten Facette unterzieht, wobei der kritische Winkel durch eine Grenzfläche der ersten Facette mit einer äußeren Umgebung definiert ist und relativ zu der Senkrechten der ersten Facette gemessen wird.
Das System von Anspruch 35, ferner umfassend zweites Bildgebungsmittel zur Bildgebung von Licht, das vom Finger gestreut wird und die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der größer als der kritische Winkel ist.
Das System von Anspruch 36, ferner umfassend eine Lichtfalle, die unmittelbar bei der zweiten Facette angeordnet ist, so dass Licht, das sich bei der ersten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht und die zweite Facette durchläuft, im Wesentlichen durch die Lichtfalle absorbiert wird.
Das System von Anspruch 36, ferner umfassend eine Steuerung, die mit dem ersten Beleuchtungsmittel, dem ersten Bildgebungsmittel und dem zweiten Bildgebungsmittel verbunden ist, wobei die Steuerung beinhaltet: Anweisungen, um den Finger mit dem ersten Beleuchtungsmittel während einer einzelnen Beleuchtungssitzung zu beleuchten; Anweisungen, um ein internes Totalreflexionsbild des Fingers aus dem Licht zu erzeugen, das durch das zweite Bildgebungsmittel empfangen wurde; und Anweisungen, um ein Direktbild des Fingers aus dem Licht zu erzeugen, das durch das zweite Bildgebungsmittel empfangen wurde.
Das System von Anspruch 38, bei welchem die Steuerungsschnittstelle ferner Anweisungen beinhaltet, um ein zusammengesetztes Bild des Fingers zu erzeugen, indem das erste Bildgebungsmittelbild und das zweite Bildgebungsmittelbild des Fingers verwendet werden.
Das System von Anspruch 36, bei welchem das erste Bildgebungsmittel und das zweite Bildgebungsmittel konfiguriert sind, um simultan Licht zu empfangen.
Das System von Anspruch 36, bei welchem das erste Bildgebungsmittel und das zweite Bildgebungsmittel konfiguriert sind, um synchronisierte Video-Streams zu erfassen.
Das System von Anspruch 36, bei welchem wenigstens ein erstes Bildgebungsmittel oder zweites Bildgebungsmittel ein multispektrales Bildgebungsmittel umfasst.
Das System von Anspruch 35, ferner umfassend ein zweites Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung des Fingers durch die erste Facette des facettenreichen Prismas, bei welchem Licht aus dem zweiten Beleuchtungsmittel die zweite Oberfläche des facettenreichen Prismas durchläuft bevor der Finger beleuchtet wird.
Das System von Anspruch 43, bei welchem das erste Beleuchtungsmittel und das zweite Beleuchtungsmittel unterschiedliche Wellenlängen umfassen.
Verfahren, umfassend: Beleuchtung eines Objekts, das bei einer ersten Facette positioniert ist, mit Licht, das sich bei einer zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht; Bildgebungslicht, das durch das Objekt gestreut wird, das die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der kleiner als der kritische Winkel ist und sich bei der zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht; und Bildgebungslicht, das durch das Objekt gestreut wird, das die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der größer als der kritische Winkel ist, wobei der kritische Winkel durch die Grenzfläche der ersten Facette mit einer äußeren Umgebung definiert ist und relativ zu der Senkrechten der ersten Facette gemessen wird.
Das Verfahren von Anspruch 45, ferner umfassend absorbierendes Licht bei einer Lichtfalle, die unmittelbar bei der zweiten Facette angeordnet ist, bei welchem sich das Licht bei der ersten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht und dann die zweite Facette durchläuft.
Das Verfahren von Anspruch 45, ferner umfassend eine Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes des Objektes, indem das Bild aus dem Licht verwendet wird, das durch das Objekt gestreut wurde, das die erste Facette beim Winkel durchläuft, der kleiner als der kritische Winkel ist und sich bei der zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht und das Bild aus dem Licht verwendet wird, das durch das Objekt gestreut wurde, das die erste Facette beim Winkel durchläuft, der größer als der kritische Winkel ist.
Das Verfahren von Anspruch 45, ferner umfassend eine Zerlegung wenigstens eines der Bilder in eine Vielzahl von Bildern entsprechend den unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen.
Das Verfahren von Anspruch 45, bei welchem das Objekt einen Barcode, ein Dokument oder Geld umfasst.
Facettenreiches Prisma, umfassend: eine erste Facette; und eine zweite Facette, wobei die erste Facette und die zweite Facette relativ zueinander ausgerichtet sind, so dass: ein Objekt, das bei der ersten Facette positioniert ist, mit Licht beleuchtet werden kann, das sich bei der zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht, ein Lichtanteil, der durch das Objekt gestreut wurde, der die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der kleiner als der kritische Winkel ist kann, nachdem er sich bei der zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht, abgebildet werden, und ein Lichtanteil, der durch das Objekt gestreut wurde, das bei der ersten Facette positioniert ist, der die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der größer als der kritische Winkel ist, kann ohne mit der zweiten Facette zusammenzuwirken abgebildet werden, wobei der kritische Winkel durch eine Grenzfläche der ersten Facette mit einer äußeren Umgebung definiert ist und relativ zu der Senkrechten der ersten Facette gemessen wird.
Das facettenreiche Prisma von Anspruch 50, ferner umfassend: eine dritte Facette, die in Bezug auf die ersten und zweiten Facetten ausgerichtet ist, so dass der Lichtanteil, der durch das Objekt gestreut wurde, der die erste Facette bei einem Winkel durchlauft, der kleiner als der kritische Winkel ist und sich bei der zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht, dann die dritte Facette durchläuft.
Das facettenreiche Prisma von Anspruch 51, bei welchem die dritte Facette im Wesentlichen senkrecht zur ersten Facette ausgerichtet ist.
Das facettenreiche Prisma von Anspruch 50, ferner umfassend: eine vierte Facette, die in Bezug auf die ersten und zweiten Facetten ausgerichtet ist, so dass der Lichtanteil, der durch das Objekt gestreut wurde, der die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der größer als der kritische Winkel ist, die vierte Facette durchläuft.
Das facettenreiche Prisma von Anspruch 53, bei welchem die vierte Facette bei einem Winkel ausgerichtet ist, der größer als oder gleich dem kritischen Winkel in Bezug auf die erste Facette ist.
System, umfassend: erstes Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung eines Objekts, das bei einer ersten Facette des facettenreichen Prismas angeordnet ist; zweites Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung des Objekts durch eine zweite Facette und durch die erste Facette, bei einem Winkel, der größer als der kritische Winkel der ersten Facette ist; erstes Bildgebungsmittel für Bildgebungslicht, das durch das Objekt gestreut wird, das die erste Facette bei einem Winkel durchlauft, der kleiner als der kritische Winkel ist und sich bei der zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht; und zweites Bildgebungsmittel für Bildgebungslicht, das von der ersten Facette intern totalreflektiert wird, wobei der kritische Winkel durch eine Grenzfläche der ersten Facette mit einer äußeren Umgebung definiert ist und relativ zu der Senkrechten der ersten Facette gemessen wird.
Das System gemäß Anspruch 55, bei welchem das erste Beleuchtungsmittel und das zweite Beleuchtungsmittel abgegrenzte Wellenlängen haben.
Das System gemäß Anspruch 55, bei welchem das zweite Bildgebungsmittel ausgerichtet ist, um Licht abzubilden, das von der Grenzfläche des Objekts und der ersten Facette intern totalreflektiert wird.
Das System gemäß Anspruch 57, bei welchem das erste Beleuchtungsmittel das Objekt bei einem Winkel beleuchtet, der kleiner ist als der kritische Winkel der ersten Facette.
Das System gemäß Anspruch 55, bei welchem das erste Bildgebungsmittel und das zweite Bildgebungsmittel konfiguriert sind, um synchronisierte Video-Streams zu erfassen.
System, umfassend: erstes Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung eines Objekts, das bei einer ersten Facette des facettenreichen Prismas angeordnet ist; erstes Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung des Objekts durch eine zweite Facette und durch die erste Facette, bei einem Winkel, der größer ist als der kritische Winkel der ersten Facette; erstes Bildgebungsmittel für Bildgebungslicht, das durch das Objekt gestreut wird, das die erste Facette bei einem Winkel durchläuft, der kleiner als der kritische Winkel ist und sich bei der zweiten Facette einer internen Totalreflexion unterzieht; und zweites Bildgebungsmittel für Bildgebungslicht, das vom Objekt bei Punkten gestreut wird, wo das Objekt in Kontakt mit der Trägerplatte ist, wobei der kritische Winkel durch eine Grenzfläche der ersten Facette mit einer äußeren Umgebung definiert ist und relativ zu der Senkrechten der ersten Facette gemessen wird.
Das System nach Anspruch 60, bei welchem das zweite Bildgebungsmittel die Trägerplatte bei einem Winkel abbildet, der kleiner als der kritische Winkel ist.
Das System nach Anspruch 60, bei welchem das zweite Bildgebungsmittel die Trägerplatte bei einem Elevationswinkel abbildet, der größer als der kritische Winkel ist.
Das System nach Anspruch 60, bei welchem das zweite Bildgebungsmittel die Trägerplatte bei einem Azimuthwinkel abbildet, der, relativ zum zweiten Beleuchtungsmittel, kleiner als 170° ist.
Das System nach Anspruch 60, bei welchem das erste Beleuchtungsmittel und das zweite Beleuchtungsmittel abgegrenzte Wellenlängen haben.
Verfahren, umfassend: Beleuchtung eines Objekts, das bei einer ersten Facette eines Prismas bei einem Winkel angeordnet ist, der kleiner als der kritische Winkel ist; Beleuchtung des Objekts bei der ersten Facette bei einem Winkel, der größer als der kritische Winkel ist, wobei das Licht in das Prisma durch eine zweite Facette des Prismas eintritt; Bildgebungslicht, das durch das Objekt bei einem Winkel gestreut wird, der, relativ zur ersten Facette, kleiner als der kritische Winkel ist und bei der zweiten Facette intern totalreflektiert wird, indem ein erstes Bildgebungssystem verwendet wird; und Bildgebungslicht von der ersten Facette, das ein zweites Bildgebungssystem verwendet, wobei der kritische Winkel durch eine Grenzfläche der ersten Facette mit einer äußeren Umgebung definiert ist und relativ zu der Senkrechten der ersten Facette gemessen wird.
Das Verfahren von Anspruch 65, bei welchem Bildgebungslicht von der ersten Facette, das ein zweites Bildgebungssystem verwendet, ferner Bildgebungslicht umfasst, das von der ersten Facette intern totalreflektiert wird, indem das zweites Bildgebungssystem verwendet wird.
Das Verfahren von Anspruch 65, bei welchem Bildgebungslicht von der ersten Facette, das ein zweites Bildgebungssystem verwendet, ferner Bildgebungslicht umfasst, das durch das Objekt bei der Objekt-Facette-Grenzfläche gestreut wird, indem das zweite Bildgebungssystem verwendet wird.
Das Verfahren von Anspruch 65, bei welchem die Beleuchtung des Objekts, das bei der ersten Facette des Prismas bei einem Winkel angeordnet ist, der kleiner als der kritische Winkel ist und die Beleuchtung des Objekts bei der ersten Facette bei dem Winkel, der größer als der kritische Winkel ist, mit Licht, abgegrenzte Wellenlängen haben.
Das Verfahren von Anspruch 65, ferner umfassend das Erzeugen eines zusammengesetzten Bildes des Objekts, indem die Bilder verwendet werden, die durch ein ersten Bildgebungssystem und das zweite Bildgebungssystem erstellt wurden.
System, umfassend: ein facettenreiches Prisma mit einer ersten und zweiten Facette; eine erste Beleuchtungsquelle, die konfiguriert ist, um die erste Facette bei einem Winkel zu beleuchten, der kleiner als der kritische Winkel ist; eine zweite Beleuchtungsquelle, die konfiguriert ist, um die erste Facette bei einem Winkel zu beleuchten, der größer als der kritische Winkel ist, wobei Licht von der zweiten Beleuchtungsquelle durch die zweite Facette in das Prisma eintritt; ein erster Bilderzeuger, der konfiguriert ist, um Licht von der ersten Facette abzubilden, das durch die zweite Facette intern totalreflektiert wurde; und ein zweiter Bilderzeuger, der konfiguriert ist, um Licht von der ersten Beleuchtungsquelle abzubilden, das von der ersten Facette intern totalreflektiert wurde, wobei der kritische Winkel durch eine Grenzfläche der ersten Facette mit einer äußeren Umgebung definiert ist und relativ zu der Senkrechten der ersten Facette gemessen wird.
System, umfassend: ein facettenreiches Prisma mit einer ersten und zweiten Facette; eine erste Beleuchtungsquelle, die konfiguriert ist, um die erste Facette bei einem Winkel zu beleuchten, der kleiner als der kritische Winkel ist; eine zweite Beleuchtungsquelle, die konfiguriert ist, um die erste Facette bei einem Winkel zu beleuchten, der größer als der kritische Winkel ist, wobei Licht von der zweiten Beleuchtungsquelle durch die zweite Facette in das Prisma eintritt; ein erster Bilderzeuger, der konfiguriert ist, um Licht von der ersten Facette abzubilden, das durch die zweite Facette intern totalreflektiert wird; und ein zweiter Bilderzeuger, der konfiguriert ist, um Licht abzubilden, das von der Grenzfläche des Objekts und der ersten Facette gestreut wird, wobei der kritische Winkel durch eine Grenzfläche der ersten Facette mit einer äußeren Umgebung definiert ist und relativ zu der Senkrechten der ersten Facette gemessen wird.
Das System gemäß Anspruch 71, bei welchem der zweite Bilderzeuger Licht bei einem Elevationswinkel abbildet, der kleiner als der kritische Winkel ist.
Das System gemäß Anspruch 71, bei welchem der zweite Bilderzeuger Licht bei einem Elevationswinkel abbildet, der größer als der kritische Winkel ist.
Das System gemäß Anspruch 71, bei welchem der zweite Bilderzeuger Licht bei einem Azimuthwinkel abbildet, der mit der zweiten Beleuchtungsquelle phasenverschoben ist.