EP4544519A1 - Vorrichtung zur kontaktlosen aufnahme von biometriedaten von hautbereichen - Google Patents

Vorrichtung zur kontaktlosen aufnahme von biometriedaten von hautbereichen

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EP4544519A1
EP4544519A1 EP23735598.7A EP23735598A EP4544519A1 EP 4544519 A1 EP4544519 A1 EP 4544519A1 EP 23735598 A EP23735598 A EP 23735598A EP 4544519 A1 EP4544519 A1 EP 4544519A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
offset
optics arrangement
emitter
image recording
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
EP23735598.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tom Michalsky
Daniel GLÄSNER
Jörg Reinhold
Philipp Riehl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Idloop GmbH
Original Assignee
Idloop GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Idloop GmbH filed Critical Idloop GmbH
Publication of EP4544519A1 publication Critical patent/EP4544519A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
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    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1312—Sensors therefor direct reading, e.g. contactless acquisition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/117—Identification of persons
    • A61B5/1171—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof
    • A61B5/1172—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof using fingerprinting
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    • G06V10/145—Illumination specially adapted for pattern recognition, e.g. using gratings
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    • G06T2210/00—Indexing scheme for image generation or computer graphics
    • G06T2210/56—Particle system, point based geometry or rendering

Definitions

  • the present disclosure relates to a device for the contactless recording of biometric data from skin areas.
  • fingerprint scanners are already known from the prior art, for example from US 2009/046 331 Al or from US 2012/076 369 Al, which are set up for the contactless recording of fingerprints, for example by using a camera as an image recording unit and use one or more light sources or projectors as a lighting unit.
  • the present disclosure relates to a device for the contactless recording of biometric data from skin areas.
  • a device for the contactless recording of biometric data from skin areas comprising: at least one image recording unit, which comprises an optical sensor and a sensor optical arrangement arranged in front of it in the beam path and is set up for the contactless recording of image data from illuminated skin areas, and at least an illumination unit which comprises a light emitter and an emitter optics arrangement arranged thereafter in the beam path and is set up to illuminate the skin areas to be recorded by the image recording unit, wherein the sensor optics arrangement is arranged offset relative to the optical sensor along the main optical planes of the sensor optics arrangement or the emitter optics arrangement is arranged relative to the light emitter along the The main optical planes of the emitter optical arrangement are arranged offset, so that the focal plane section of the image recording unit and the focal plane section of the lighting unit have the greatest possible overlap with one another.
  • 3D data of the skin areas in particular the biometric features of the hand or fingers such as the papillary/papillary ridges or the valleys of the valley structure of the skin areas, are advantageously obtained , can be generated.
  • an offset of the sensor optical arrangement and/or an offset of the emitter optical arrangement can lead to reflective optical elements being able to be provided within the device, since the image recording unit and the lighting unit can be moved further apart.
  • the reflective optical elements which can fold the beam path of the image recording unit and/or the lighting unit, allow the device to be designed to be more compact and still be able to maintain the working distance that is advantageous for detecting the biometric features using the image recording unit and the lighting unit, even if this is longer than the external dimensions of the device itself.
  • the recognized advantages can lead to a more compact device with significantly improved image quality or data quality of the captured biometric data being provided for the contactless capture of biometric features.
  • the offset of the sensor optics arrangement relative to the optical sensor or the offset of the emitter optics arrangement relative to the light emitter can be selected such that the overlap of the focus plane sections of the image recording unit and the lighting unit relative to the maximum possible overlap of the focus plane sections of the image recording unit and the lighting unit is at least 80%, in particular is greater than 95%.
  • the offset of the sensor optics arrangement relative to the optical sensor can have an offset between ⁇ 150% and >50%, in particular an offset between ⁇ 110% and >90%, or the offset of the emitter optics arrangement relative to the light emitter can have an offset between ⁇ 60 % and > 40%.
  • the sensor optics arrangement can be arranged offset relative to the optical sensor along the main planes of the sensor optics arrangement and the emitter optics arrangement can be arranged offset relative to the light emitter along the main planes of the emitter optics arrangement.
  • the device may further have a system area in which the units of the device are provided and a recording area for the contactless recording of image data of the skin areas to be recorded, the system area and the recording area being separated from one another by a common interface.
  • the focal plane section of the image recording unit and/or the lighting unit can be arranged in the recording area, wherein the beam path of the image recording unit and/or the beam path of the lighting unit is folded for contactless recording of the skin areas in the focal plane section by means of reflective optical elements, so that the working distance of the Sensor optics arrangement and / or the emitter optics arrangement for the respective focal plane section is larger than one of the external dimensions in depth, width and height of the system area of the device.
  • the reflective optical elements may include mirrors and/or prisms.
  • the recording area having the focal plane sections of the image recording unit and the lighting unit can be designed such that the skin areas to be recorded can be positioned within the depth of field of the focal plane sections of the image recording unit and the lighting unit.
  • the skin areas to be recorded can include areas of the human hand, in particular the palm and the fingers, and the recording area can be designed such that several fingers can be recorded simultaneously by the image recording unit.
  • the recording area can be designed such that 4 fingers, in particular the index, middle, ring and little fingers, or 2 thumbs, or the entire palm, or the entire inside of the hand can be recorded simultaneously by the image recording unit.
  • the lighting unit can illuminate the skin areas with structured light.
  • the device can further be set up to generate 3D data of the skin areas, in particular as a 3D point cloud, based on the image data of the skin areas captured by the at least one image recording unit and which were illuminated using structured light.
  • the light emitter can emit light at a wavelength between 400 nm and 550 nm, particularly preferably between 450 nm and 500 nm.
  • the system area of the device can have external dimensions in depth, width and height of at most 8", preferably ⁇ 180 mm, particularly preferably ⁇ 160 mm.
  • the device including the system area and receiving area, can have external dimensions in depth, width and height of at most 8", preferably ⁇ 180 mm, particularly preferably ⁇ 160 mm.
  • FIG. 1 shows an exemplary arrangement of an image recording unit and an illumination unit, whose planes of sharpness/focal planes can be superimposed, for example,
  • Fig. 2 shows an example of an image recording unit and an illumination unit with crossed focus planes (see illustration (a)) and in a Scheimpflug arrangement (see illustration (b)), whereby the depth of field planes/focus planes can be superimposed as an example,
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a device for the contactless recording of biometric data from skin areas, in which, for example, the sensor optical arrangement is shifted/offset relative to the camera and the emitter optical arrangement relative to the projector along their respective main optical planes,
  • Fig. 4 shows an example of the offset of the illuminating section of the focal plane of the lighting unit caused by the offset of the emitter optics arrangement of the projector
  • fig. 5 shows an example of the difference between an image captured by means of the Scheimpflug arrangement (see illustration (b)) and an image captured by means of an offset of the sensor optics arrangement of the image recording unit (see illustration (c)) compared to an image that was captured by means of a relative to that optical sensor and/or light emitter was detected in accordance with symmetrically arranged sensor optics arrangement and/or emitter optics arrangement (see illustration (a)),
  • FIG. 6 now shows an exemplary embodiment of a device with an image recording unit, illumination unit and computing unit, the beam paths being folded using reflective optics/reflective optical elements,
  • FIG. 8 shows, by way of example, a further advantage of the offset of the sensor optics arrangement compared to the camera and/or the emitter optics arrangement compared to the projector in relation to ease of use.
  • the beam path 130 of the image recording unit 100 applied by the camera 110 and the sensor optics arrangement 120 corresponds to the beam path formed by the projector 210 and the emitter optics arrangement 220 (for example as the lens of the projector 210).
  • 230 can be superimposed in the area of the respective focal planes 135 and 235 (see the cross-hatched area).
  • the beam path 130 (with the optical axis 132) of the image recording unit 100 can be applied by means of an optical system, for example comprising the optical sensor 115 of the camera 110 and the lens/lens system 125 (with corresponding optical main planes 125a) of the sensor optical arrangement 120.
  • the beam path 230 (with the optical axis 232) of the lighting unit 200, the beam path 230 being formed by means of an optical system, for example comprising the light emitter 215 of the projector 210 and the lens/lens system 225 (with corresponding main optical planes 225a) of the emitter optical arrangement 220 can be formed.
  • an optical system for example comprising the light emitter 215 of the projector 210 and the lens/lens system 225 (with corresponding main optical planes 225a) of the emitter optical arrangement 220 can be formed.
  • the sharpness plane/focal plane 135 of the image recording unit 100 and the sharpness plane/focal plane of the illumination unit 235 can be based on the respective beam path 130, 230, each essentially through the optical sensor 115 and the sensor optics arrangement 120 and/or through the light emitter 215 and the emitter optics arrangement 220 can be influenced, be limited to a respective section 137, 237, and focus planes 135, 235 limited to these sections 137, 237 can be now superimpose or overlap in certain areas, for example.
  • each focal plane 135, 235 has a corresponding depth of field 135a, 235a (see arrows in the obliquely hatched areas of the focal planes 135, 235), within which, for example, objects are captured essentially sharply by the camera 110 or the structure projected by the projector 210 (for example in structured light) can be imaged sharply on the object.
  • Fig. 1 of an exemplary interaction between camera 110 and projector 210 it can be seen by way of example that some of the focus planes 135, 235 overlap (shown cross-hatched), but also a considerable part of these focus planes 135, 235 do not overlap superimpose and thereby represent dead areas for possible recordings/captures of fingerprints of a hand, since in these dead areas either only the projector 210 illuminates or only the camera 110 captures images.
  • the used area of the optical sensor 115 would have to have a correspondingly high resolution (correspondingly large number of pixels of the optical sensor 115) in order to ensure the highest possible quality (with a correspondingly high level of detail) of the recorded fingerprints (in particular, for example for official purposes), since only a comparatively small part of the total area of the optical sensor 115 can be used to record the biometric features.
  • the area of the light emitter 215 of the projector 210 cannot be fully used, so that the potential for simultaneous detection of the largest possible area of the hand or fingers for the detection of biometric data is limited due to the limited illumination area available , cannot be used and this can cause a deficit in the efficiency of recording the biometric data.
  • contactless fingerprint capture systems can, for example, have a Scheimpflug arrangement of image recording unit 100 and lighting unit 200, which is shown and described below under FIG. 2.
  • Fig. 2 shows an example of an image recording unit 100 and an illumination unit 200 with crossed focus planes 135, 235 (see illustration (a)) and in a Scheimpflug arrangement (see illustration (b)), whereby the depth of field planes/focal planes 135, 235 can be superimposed on one another, for example .
  • focal planes 135, 235 In contrast to the exemplary arrangement of image recording unit 100 and illumination unit 200 as shown in FIG , 237 of) focal planes 135, 235 to maximize.
  • the image recording unit 100 and the illumination unit 200 are initially aligned convergently to the measuring area/measuring volume.
  • the sensor optics arrangement 120 and the emitter optics arrangement 220 are now tilted according to "Scheimpflug", thereby creating a coplanarity in the two focal planes 135, 235 (see illustration (b) of FIG. 2).
  • This can, for example, superimpose/overlap the cutouts 137, 237 of the focal planes 135, 235 can be enlarged with one another in comparison to the exemplary arrangement according to FIG.
  • Scheimpflug arrangement could potentially make better use of the surfaces of the optical sensor 115 and light emitter 215.
  • a significant problem that the Scheimpflug arrangement can pose is a perspective distortion of the image of the depth of field in the image recording unit 100; Falling lines can occur in the recorded/captured image (see illustration (b) of Fig. 5).
  • the measuring area in the camera can be displayed in a geometrically distorted manner, and an attempt can be made to compensate for this disadvantage, for example by using a higher resolution of the optical sensor 115 (higher number of pixels of the optical sensor 115), in order to achieve a suitable image in all image areas for the respective application (for example private or business sector or, with significantly higher requirements, in the official sector) to achieve the specified minimum resolution.
  • the illumination by the illumination unit 200 can also experience negative influences for the same reasons, so that, for example, the measuring area/volume is illuminated unevenly, for example illumination of the measurement object coming too far from the side (shadow formation at certain points on the object surface to be captured). and, for example in the case of structured light projected onto the finger/hand, a distortion of this projected structure.
  • the device 1000 for the contactless recording of biometric data from skin areas is to be provided and will be explained by way of example below.
  • Fig. 3 shows an exemplary embodiment of a device 1000 for the contactless recording of biometric data from skin areas, in which, for example, the sensor optics arrangement 120 is shifted/offset relative to the camera 110 and the emitter optics arrangement 220 relative to the projector 210 along their respective main optical planes 125a, 225a.
  • the device 1000 shown here as an example includes, as described in FIG lens/lens system 125 having the main optical plane 125a, and a lighting unit 200 comprising a projector 210 with a light emitter 215 (for example for emitting structured light) and an emitter optics arrangement 220 with a lens/lens system 225 having the main optical plane 225a.
  • a lighting unit 200 comprising a projector 210 with a light emitter 215 (for example for emitting structured light) and an emitter optics arrangement 220 with a lens/lens system 225 having the main optical plane 225a.
  • the sensor optics arrangement 120 (measured at its optical axis 132) can be arranged offset from the line of symmetry which is perpendicular to the optically effective surface of the optical sensor 115 of the camera 110 and is arranged essentially in the middle of the optically effective surface of the optical sensor 115 and thereby have an offset (for explanations of the offset see Fig. 4 and the associated description).
  • This can result in the beam path 130 usable by the optical sensor 115 of the camera 110, and in particular the section 137 of the focal plane 135 of the image recording unit 100, moving towards the section 237 of the focal plane 235 the lighting unit 200 can be offset/shifted (shifted/offset along its respective main optical plane 125a).
  • the emitter optics arrangement 220 (measured on its optical axis 232) can be positioned perpendicular to the optically effective surface of the light emitter 215 of the projector 210, essentially in the middle of the optically effective surface
  • the line of symmetry arranged on the light emitter 215 can be arranged offset and therefore also have an offset (for explanations of the offset see FIG. 4 and the associated description).
  • the image recording unit 100 Similar to the image recording unit 100, this can result in the beam path 230 (of the projected light) usable by the light emitter 215 of the projector 210, and in particular the section 237 of the focal plane 235 of the lighting unit 200, towards the section 137 of the focal plane 135 the image recording unit 100 can be offset/shifted (shifted/offset along their respective main optical planes 225a).
  • the embodiment explained as an example means that any tilting of the lens/lens system 125, 225 of the sensor optics arrangement 120 or the emitter optics arrangement 220 can be dispensed with (as in the Scheimpflug arrangement described in illustration (b) in FIG. 2), and yet the Overlap of the two cutouts 137, 237 of the two focal planes 135, 235 (focus planes 135, 235), which are also aligned essentially parallel to one another, are maximized, sometimes even up to more than 95% overlap (whereby 100% overlap means that at least one section 137, 237 of the focal planes 135, 235 is completely superimposed / overlapped by the other section 137, 237 of the focal planes 135, 235).
  • the overlap of the two cutouts 137, 237 of the focal planes 135, 235 can be at least 80%, preferably at least 85% and particularly preferably at least 90% of the maximum possible overlap, so that the maximum usable area of the optical sensor 115 of the camera 110 and/or the maximum usable area of the light emitter 215 of the projector 210 can be utilized as much as possible in order to detect the biometric features such as fingerprints and/or the features of an entire palm with the largest possible illumination area (due to the improved use of the optically effective surface of the light emitter 215). and the highest possible resolution (number of pixels) of the optical sensor 115 within the largest possible illumination area.
  • the focus planes 135, 235 can be aligned essentially congruent with one another and thereby maintain their essentially parallelism to one another, which is particularly true for one in all areas of the cutouts 137, 37 of the focus planes 135, 235 enables sharp 3D capture of biometric features such as fingerprints etc. with a high level of detail, for example as a 3D point cloud.
  • the embodiment described as an example with the offset of the sensor optics arrangement 120 and the emitter optics arrangement 220 can offer an optimal overlap of the cutout 237 as an illumination zone and the cutout 137 as an observation zone of the measuring area/measuring volume.
  • the optical sensor 115 of the camera 110 and also the light emitter 215 of the projector 210 do not require more pixels (resolution) than absolutely necessary, since in the optimal case no dead areas appear when the cutouts 137, 237 overlap/overlap.
  • the light emitter 215 of the projector 210 can emit light in a wavelength between 400 nm and 550 nm, particularly preferably between 450 nm and 500 nm, and project it onto the skin areas to be detected (such as fingers or palm).
  • the light projected by the projector 210 can be designed as structured light, so that a predetermined pattern/structure is projected onto the biometric features to be detected, for example to identify the biometric features of the hand or fingers such as the papillaries/papillary ridges or the valleys of the valley structure of the skin areas can be recognized more efficiently by the image recording unit 100 and 3D data (for example as a 3D point cloud) can be generated more easily from them.
  • a predetermined pattern/structure is projected onto the biometric features to be detected, for example to identify the biometric features of the hand or fingers such as the papillaries/papillary ridges or the valleys of the valley structure of the skin areas can be recognized more efficiently by the image recording unit 100 and 3D data (for example as a 3D point cloud) can be generated more easily from them.
  • the optical sensor 115 can, for example, be designed as a CMOS sensor (or APS) or as a CCD sensor and have a resolution of 0.3 mega-pixels (for example for very small objects to be detected, such as a fingertip) to 50 megapixels (for example for very large objects such as the entire hand).
  • the lens 125, 225 or the lens system 125, 225 shown in FIG. 3 is only to be regarded as an example and not as a restrictive embodiment.
  • the lens 125, 225/the lens system 125, 225 can be a wide variety of types of lenses, for example collecting or diverging lenses or one A combination of these can act, whereby, for example, an aperture can be included or no aperture, as well as certain filters or no filters can be included.
  • the beam paths 132, 232 shown in the figures are only examples and should not be construed as restrictive. Depending on the specific design of the sensor optics arrangement 120 or the emitter optics arrangement 220, the beam paths 132, 232 can have different courses.
  • FIG. 4 shows an example of the offset of the illuminating section 237 of the focal plane 235 of the lighting unit 200 caused by the offset of the emitter optics arrangement 220 of the projector 210.
  • the offset is defined in percent as the relative displacement of the illumination area (detail 237) generated by the illumination unit 200 with reference to the area size, which in the present example is shown by the dimensions LI and L2.
  • the cutout 237 is offset by half ( ⁇ 50%) of its extent L2 along its extent L2.
  • an offset along the extent LI can also take place (as shown for example with the ⁇ 25% of the extent LI along the extent LI) or a superimposed offset of both extents LI and L2.
  • the example shown here relates to the offset of the lighting unit 200, whereby this offset can also be applied to the image recording unit 100 by analogy.
  • the offset can also be defined as the ratio of the lateral displacement of the respective optical arrangement (sensor optical arrangement 120 or emitter optical arrangement 220) to the respective chip length of the optical sensor 115 or light emitter 215 in the direction of displacement (for example along the main optical planes 125a of the sensor optical arrangement 120 or along the main optical planes 225a the emitter optics arrangement 220).
  • the offset of the sensor optical arrangement 120 relative to the optical sensor 115 can have an offset between ⁇ 150% and >50%, preferably ⁇ 130% and >70%, particularly preferably ⁇ 110% and >90%.
  • the offset of the emitter optical arrangement 220 relative to the light emitter 215 can have an offset between ⁇ 60% and >40%, preferably approximately 50%.
  • the offset of the sensor optics arrangement 120 relative to the optical sensor 115 and the offset of the emitter optics arrangement 220 relative to the light emitter 215 can each have an offset > 25%.
  • All of these exemplary configurations of the offset of the sensor optics arrangement 120 relative to the optical sensor 115 or the emitter optics arrangement 220 relative to the light emitter 215 can result in an optimized or optimal overlap of the illumination area (detail 237) of the illumination unit 200 with the measuring area (detail) which can be detected by the image recording unit 100 137) within their respective depth of field 135a, 235a.
  • FIG. 5 shows an example of the difference between an image captured by means of the Scheimpflug arrangement and an image captured by means of an offset of the sensor optics arrangement 120 of the image recording unit 100 compared to an image that is captured by means of an optical sensor 115 and/or light emitter 215 in each case correspondingly symmetrically arranged sensor optics arrangement 120 and/or emitter optics arrangement 220 was detected.
  • a hatched area can be seen as an example image as it would be recorded by the camera if neither a Scheimpflug arrangement nor an offset of the sensor optics arrangement 120 and/or emitter optics arrangement 220 were present, but instead the sensor optics arrangement 120 and/or emitter optics arrangement 220 would each be arranged symmetrically relative to the optical sensor 115 and/or the light emitter 215.
  • the hatched area in illustration (a) is a rectangle with vertical side lines and horizontal top and bottom edges.
  • FIG. 6 now shows an exemplary embodiment of a device 1000 with an image recording unit 100, illumination unit 200 and computing unit 300, the beam paths 132, 232 being folded by means of reflective optics 700/reflective optics elements 700.
  • the device 1000 shown here as an example is divided into a system area 500 and a recording area 600, which can be separated from one another by a common interface, for example an optically transparent element 820 (such as a glass plate 820).
  • a common interface for example an optically transparent element 820 (such as a glass plate 820).
  • the interface can also be part of a housing 800, or a combination of housing 800 and the optically transparent element 820, or separate the receiving area 600 from the system area 500 without any physical configuration.
  • the device 1000 shown by way of example in FIG. 3 described are arranged offset, so that, for example, both the image recording unit 100 and the lighting unit 200 each have an offset. It's already there at this point pointed out that if necessary, only one of the image recording unit 100 and lighting unit 200 can have an offset.
  • the beam path 132 of the image recording unit 100 and the beam path 232 of the lighting unit 200 are, for example, each deflected/folded within the housing 800 by reflective optical elements 700 before they reach the common focal plane 135, 235.
  • the beam paths 132, 232 run through an optically transparent element 820, for example designed as a glass pane 820, before they reach or form the common focal plane 135, 235.
  • optically transparent element 820 does not have to be present, but can also be omitted or replaced by another element.
  • the optically transparent element 820/the glass pane 820 can advantageously be used to protect, for example, the image recording unit 100, lighting unit 200 and/or computing unit 300 located in the system area 500, for example from contamination, damage and/or manipulation.
  • the reflective optical elements 700 can be designed, for example, as mirrors and/or beam-deflecting prisms, or as a combination of these elements (mirror/prism).
  • the image recording unit 100, the lighting unit 200, the computing unit 300 and the reflective optical elements 700 are provided/arranged within the system area 500 of the device 1000.
  • the common focal plane 135, 235 of the image recording unit 100 and the lighting unit 200 are, for example, outside the system area 500 and within the recording area 600.
  • the two areas can, for example, have a comparatively compact design, since the reflective optical elements 700 fold/deflect the beam paths 132, 232 in such a way that the desired working distance (distance between sensor optics arrangement 120 or emitter optics arrangement 220 up to the focal plane 135, 235 along the respective beam path 132, 232) of, for example, approximately twice the diameter (or the diagonal) of the cutouts 137, 237 of the focal planes 135, 235 (for example a working distance of approximately 200 mm with a diameter of approximately 100 mm/ Diagonal of the cutouts 137, 237), although the external dimensions in depth Tsoo, width Bsoo and height Hsoo of the system area 500, for example, each at most 8", preferably less than 180 mm, and particularly preferably less than 160 mm.
  • a sufficiently large working distance can be particularly advantageous in order to avoid any shadowing effects on the biometric features (such as fingerprints or the valleys of the papillary valley structures) during the detection of the biometric features.
  • the beam path(s) 132, 232 are not guided directly from the camera 110 or the projector 210 to the object to be captured (for example the palm of the hand or the fingers).
  • the folding/deflection of the beam paths 132, 232 by means of the reflective optical elements 700 can be advantageously supported or made possible, for example, by the offset of the sensor optics arrangement 120 relative to the camera 110 and/or by the offset of the emitter optics arrangement 220 relative to the projector 210.
  • At least one reflective optics 700 can be positioned in the respective beam path 132, 232, without affecting the other Beam path 132, 232 to cover (or only partially), since, with the same overlap in the focal plane 135, 235, the camera 110 and the projector 210 can be moved further apart.
  • system area 500 can be further reduced in size, for example depending on the possibility of arranging the reflective optical elements 700 and/or depending on the number of reflective optical elements 700, so that, for example, the external dimensions in depth Tsoo, width Bsoo and height HSOO+H ⁇ OO of the system area 500 including receiving area 600, for example each at most 8", preferably less than 180 mm, and particularly preferably less than 160 mm.
  • the recording area 600 having the cutouts 137, 237 of the focal planes 135, 235 of the image recording unit 100 and the lighting unit 200 is designed in such a way that the skin areas to be recorded are within the depth of field 135a, 235a of the cutouts 137, 237 of the focal planes 135, 235 of the image recording unit 100 and the lighting unit 200 can be positioned.
  • the biometric features of the skin areas e.g. fingerprints and/or palms
  • the biometric features of the skin areas can be recorded effectively and in high quality (with a high level of detail), so that high-quality 3D data on the respective recorded biometric features can later be created from them.
  • the skin areas to be recorded include areas of the human hand, in particular the palm and the fingers, and the recording area 600 is designed such that several fingers can be recorded simultaneously by the image recording unit 100. This can further increase the efficiency of recording the biometric characteristics.
  • the recording area 600 can be designed so that 4 fingers, in particular the index, middle, ring and little fingers, or 2 thumbs, or the entire palm, or the entire inside of the hand can be recorded simultaneously by the image recording unit 100.
  • the system area 500 can have a computing unit 300 for controlling the image recording unit 100 and lighting unit 200 and for processing the captured biometric data, wherein the computing unit 300 can alternatively also be provided outside the system area 500.
  • the computing unit 300 of the device 1000 can process the recorded biometric data (for example convert the image data recorded by the image recording unit 100 into biometric data of the skin areas, for example into 3D data, in particular into an SD point cloud) and optionally store it in a storage unit 310, whereby the storage of the Data can also be done outside the device 1000.
  • the computing unit 300 can compare the processed/calculated biometric data with biometric data already stored in the storage unit 310 and thus detect potential matches.
  • FIG. 7 shows an example of a further advantage of the offset of the sensor optics arrangement 120 compared to the camera 110 and/or the emitter optics arrangement 220 compared to the projector 210 in relation to the required installation space.
  • the already known Scheimpflug arrangement is shown in illustration (a) of FIG are tilted.
  • FIG. 8 shows, by way of example, a further advantage of the offset of the sensor optics arrangement 120 compared to the camera 110 and/or the emitter optics arrangement 220 compared to the projector 210 in relation to ease of use.
  • the offset of the emitter optics arrangement 220 relative to the projector 210 can have an advantage over a non-offset emitter optics arrangement 220.
  • the offset of the emitter optics arrangement 220 relative to the projector 210 can have an advantage over a non-offset emitter optics arrangement 220.
  • the offset of the emitter optics arrangement 220 relative to the projector 210 can have an advantage over a non-offset emitter optics arrangement 220.
  • the offset of the emitter optics arrangement 220 relative to the projector 210 can have an advantage over a non-offset emitter optics arrangement 220.
  • As shown in illustration (a) of FIG 6 shown and described) must approach that he is blinded by the light beam projected by the projector 210. This can of course be very unpleasant for the user, especially since a projector can have a very bright and powerful light source (for example like the light emitter 215).
  • the light beam/light cone emitted by the projector 210 can be directed away from the user, so that the user is not blinded. even if he has to get very close to the device. It should be noted that only examples or exemplary embodiments of the present disclosure as well as technical advantages have been described in detail above with reference to the attached figures.

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung 1000 zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen. Dabei wird beispielsweise eine Sensoroptikanordnung 120 der Bildaufnahmeeinheit 100 bzw. eine Emitteroptikanordnung 220 der Beleuchtungseinheit 200 derart versetzt, dass die Fokusebenen 135, 235 der Bildaufnahmeeinheit 100 und der Beleuchtungseinheit 200 im Wesentlichen vollständig überlappen. Hierdurch kann beispielsweise die Fläche des optischen Sensors 115 der Bildaufnahmeeinheit 100 bzw. die Fläche des Lichtemitters 215 der Beleuchtungseinheit 200 maximal ausgenutzt werden und dadurch eine in Qualität deutlich verbesserte Erfassung der biometrischen Merkmale einer Hand, insbesondere der Finger, erfolgen. Zudem kann beispielsweise durch eine Strahlfaltung mittels reflektiver Optikelemente 700 die Kompaktheit der Vorrichtung 1000 weiter erhöht werden.

Description

VORRICHTUNG ZUR KONTAKTLOSEN AUFNAHME VON BIOMETRIEDATEN VON
HAUTBEREICHEN
Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen.
Hintergrund
Für die Aufnahme von biometrischen Daten von Personen wird es im Zuge von Pandemien und sich rasant verbreitenden Infektionen immer wichtiger, diese Daten auf kontaktlosem Weg, also beispielsweise bei Fingerabdrücken ohne das Berühren von Oberflächen, zu erfassen.
Aus dem Stand der Technik sind bereits mehrere sogenannte Fingerprint-Scanner bekannt, beispielsweise aus der US 2009 / 046 331 Al oder aus der US 2012 / 076 369 Al, die für die kontaktlose Aufnahme von Fingerabdrücken eingerichtet sind, indem sie beispielsweise eine Kamera als Bildaufnahmeeinheit und eine oder mehrere Lichtquellen bzw. Projektoren als Beleuchtungseinheit verwenden.
Ein Problem, was solche Systeme häufig haben, ist die Kombination aus dem Erfordernis der Kompaktheit solcher Systeme bei gleichzeitiger hoher Qualität der erfassten Fingerabdrücke, insbesondere wenn diese Systeme beispielsweise für behördliche Zwecke verwendet werden sollen, da hier die Anforderungen noch einmal merklich höher sind als beispielsweise im privaten oder geschäftlichen Bereich.
Für die Kompaktheit der Systeme wird häufig versucht, die Kamera und den Projektor möglichst nah beieinander innerhalb des Gerätes zu positionieren und dabei die Überlappung des Schärfentiefenbereichs der Kamera mit dem Schärfentiefenbereich des Projektors mittels einer Scheimpflug-Anordnung von Kamera und Projektor zu lösen. Dieser Aufbau führt jedoch zu einer Verzerrung des Bildes und damit zu einer partiellen Verschlechterung der Qualität der erfassten Fingerabdrücke innerhalb des Bildes. Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Nachteile ist es ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine verbesserte Vorrichtung zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen mit verbesserter Qualität der erfassten Fingerabdrücke bei gleichzeitiger Kompaktheit des Aufbaus bereitstellen zu können.
Zusammenfassung
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen.
Insbesondere werden zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe eine Vorrichtung zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen einige beispielhafte bevorzugte Ausführungsformen.
Gemäß einem Aspekt wird in einigen Ausführungsbeispielen eine Vorrichtung zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen vorgeschlagen, aufweisend: mindestens eine Bildaufnahmeeinheit, die einen optischen Sensor und eine im Strahlengang davor angeordnete Sensoroptikanordnung umfasst und zur kontaktlosen Aufnahme von Bilddaten von beleuchteten Hautbereichen eingerichtet ist, und mindestens eine Beleuchtungseinheit, die einen Lichtemitter und eine im Strahlengang danach angeordnete Emitteroptikanordnung umfasst und zur Beleuchtung der von der Bildaufnahmeeinheit aufzunehmenden Hautbereiche eingerichtet ist, wobei die Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor entlang der optischen Hauptebenen der Sensoroptikanordnung versetzt angeordnet ist oder die Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter entlang der optischen Hauptebenen der Emitteroptikanordnung versetzt angeordnet ist, so dass der Schärfeebenenausschnitt der Bildaufnahmeeinheit und der Schärfeebenenausschnitt der Beleuchtungseinheit eine größtmögliche Überlappung miteinander aufweisen.
Vorteilhaft wurde hierbei erkannt, dass durch das Vorsehen eines Versatzes einer Sensoroptikanordnung und/oder eines Versatzes einer Emitteroptikanordnung in einer Vorrichtung zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten die Quantität als auch die Qualität der erfassten biometrischen Merkmale erhöht werden kann, da sowohl die Fokusebene der Bildaufnahmeeinheit mit der Fokusebene der Beleuchtungseinheit deutlich besser überlagert / überlappt werden kann, als auch keine Verzerrung bei der Erfassung der biometrischen Merkmale durch die Bildaufnahmeeinheit hervorgerufen wird, da man auf eine Scheimpflug-Anordnung verzichten kann.
Zudem wurde vorteilhaft erkannt, dass bei der Verwendung von strukturiertem Licht für die Beleuchtung der Hautbereiche in vorteilhafter Weise 3D-Daten der Hautbereiche, insbesondere der biometrischen Merkmale der Hand bzw. der Finger wie die Papillären / Papi llarleisten bzw. die Täler der Talstruktur der Hautbereiche, erzeugt werden können.
Darüber hinaus wurde vorteilhaft erkannt, dass ein Versatz der Sensoroptikanordnung und/oder ein Versatz der Emitteroptikanordnung dazu führen kann, dass reflektive Optikelemente innerhalb der Vorrichtung vorgesehen werden können, da Bildaufnahmeeinheit und Beleuchtungseinheit weiter auseinandergerückt sein können.
Zudem wurde vorteilhaft erkannt, dass durch die reflektiven Optikelemente, die den Strahlengang der Bildaufnahmeeinheit und/oder der Beleuchtungseinheit falten können, die Vorrichtung kompakter ausgestaltet sein kann und dennoch den für die Erfassung der biometrischen Merkmale mittels Bildaufnahmeeinheit und Beleuchtungseinheit vorteilhaften Arbeitsabstand einhalten kann, auch wenn dieser länger ist als die äußeren Abmaße der Vorrichtung selbst.
In Summe können die erkannten Vorteile dazu führen, dass eine kompaktere Vorrichtung mit deutlich verbesserter Bildqualität bzw. Datenqualität der erfassten biometrischen Daten für die kontaktlose Erfassung biometrischer Merkmale bereitgestellt werden kann.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Versatz der Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor oder der Versatz der Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter so gewählt sein, dass die Überlappung der Schärfeebenenausschnitte von Bildaufnahmeeinheit und Beleuchtungseinheit relativ zur maximal möglichen Überlappung der Schärfeebenenausschnitte von Bildaufnahmeeinheit und Beleuchtungseinheit mindestens 80 %, insbesondere größer 95 % ist.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Versatz der Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor einen Offset zwischen < 150 % und > 50 % aufweisen, insbesondere einen Offset zwischen < 110 % und > 90 %, oder der Versatz der Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter einen Offset zwischen < 60 % und > 40 % aufweisen. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor entlang der Hauptebenen der Sensoroptikanordnung versetzt angeordnet sein und die Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter entlang der Hauptebenen der Emitteroptikanordnung versetzt angeordnet sein.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Versatz der Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor und der Versatz der Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter jeweils einen Offset > 25 % aufweisen.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung ferner einen Systembereich, in dem die Einheiten der Vorrichtung vorgesehen sind, und einen Aufnahmebereich für die kontaktlose Aufnahme von Bilddaten der aufzunehmenden Hautbereiche aufweisen, wobei der Systembereich und der Aufnahmebereich durch eine gemeinsame Grenzfläche voneinander getrennt sind.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Schärfeebenenausschnitt der Bildaufnahmeeinheit und/oder der Beleuchtungseinheit im Aufnahmebereich angeordnet sein, wobei der Strahlengang der Bildaufnahmeeinheit und/oder der Strahlengang der Beleuchtungseinheit zur kontaktlosen Aufnahme der Hautbereiche in dem Schärfeebenenausschnitt mittels reflektiver Optikelemente gefaltet ist, so dass der Arbeitsabstand der Sensoroptikanordnung und/oder der Emitteroptikanordnung zum jeweiligen Schärfeebenenausschnitt größer als eines der äußeren Abmaße in Tiefe, Breite und Höhe des Systembereichs der Vorrichtung ist.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können die reflektiven Optikelemente Spiegel und/oder Prismen umfassen.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der die Schärfeebenenausschnitte der Bildaufnahmeeinheit und der Beleuchtungseinheit aufweisende Aufnahmebereich so ausgestaltet sein, dass die aufzunehmenden Hautbereiche innerhalb der Schärfentiefe der Schärfeebenenausschnitte der Bildaufnahmeeinheit und der Beleuchtungseinheit positionierbar sind.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen können die aufzunehmenden Hautbereiche Bereiche der menschlichen Hand, insbesondere der Handfläche und der Finger, umfassen und der Aufnahmebereich so ausgestaltet sein, dass mehrere Finger gleichzeitig durch die Bildaufnahmeeinheit aufnehmbar sind. In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Aufnahmebereich so ausgestaltet sein, dass 4 Finger, insbesondere Zeige-, Mittel-, Ring- und kleiner Finger, oder 2 Daumen, oder die gesamte Handfläche, oder die gesamte Innenseite der Hand gleichzeitig durch die Bildaufnahmeeinheit aufnehmbar sind.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Beleuchtungseinheit die Hautbereiche mit strukturiertem Licht beleuchten.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung ferner dazu eingerichtet sein, auf Basis der durch die mindestens eine Bildaufnahmeeinheit erfassten Bilddaten der Hautbereiche, die mittels strukturierten Lichts beleuchtet wurden, 3D-Daten der Hautbereiche zu erzeugen, insbesondere als 3D-Punktwolke.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Lichtemitter Licht in einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 550 nm, besonders bevorzugt zwischen 450 nm und 500 nm emittieren.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Systembereich der Vorrichtung äußere Abmaße in Tiefe, Breite und Höhe jeweils von höchstens 8", bevorzugt < 180 mm, insbesondere bevorzugt < 160 mm aufweisen.
In einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung einschließlich Systembereich und Aufnahmebereich äußere Abmaße in Tiefe, Breite und Höhe von höchstens 8", bevorzugt < 180 mm, insbesondere bevorzugt < 160 mm aufweisen.
Weitere Aspekte und deren Vorteile als auch Vorteile und speziellere Ausführungsmöglichkeiten der vorstehend beschriebenen Aspekte und Merkmale werden aus den folgenden, jedoch in keinster Weise einschränkend aufzufassenden Beschreibungen und Erläuterungen zu den angehängten Figuren beschrieben.
Kurzbeschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Bildaufnahmeeinheit und einer Beleuchtungseinheit, deren Schärfenebenen / Fokusebenen sich beispielhaft überlagern können,
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Bildaufnahmeeinheit und eine Beleuchtungseinheit mit überkreuzten Fokusebenen (siehe Darstellung (a)) und in Scheimpflug-Anordnung (siehe Darstellung (b)), wobei die Schärfetiefenebenen / Fokusebenen sich beispielhaft überlagern können,
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen, bei der beispielhaft die Sensoroptikanordnung gegenüber der Kamera und die Emitteroptikanordnung gegenüber dem Projektor entlang ihrer jeweiligen optischen Hauptebenen verschoben / versetzt ist,
Fig. 4 zeigt beispielhaft den durch den Versatz der Emitteroptikanordnung des Projektors hervorgerufenen Offset des beleuchtenden Ausschnitts der Fokusebene der Beleuchtungseinheit, fig. 5 zeigt beispielhaft den Unterschied zwischen eines mittels der Scheimpflug-Anordnung erfassten Bildes (siehe Darstellung (b)) und eines mittels eines Versatzes der Sensoroptikanordnung der Bildaufnahmeeinheit erfassten Bildes (siehe Darstellung (c)) im Vergleich zu einem Bild, das mittels einer gegenüber dem optischen Sensor und/oder Lichtemitter jeweils entsprechend symmetrisch angeordneten Sensoroptikanordnung und/oder Emitteroptikanordnung erfasst wurde (siehe Darstellung (a)),
Fig. 6 zeigt nun beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit Bildaufnahmeeinheit, Beleuchtungseinheit und Recheneinheit, wobei die Strahlengänge mittels reflektiver Optiken / reflektiver Optikelemente gefaltet sind,
Fig. 7 zeigt beispielhaft einen weiteren Vorteil des Versatzes der Sensoroptikanordnung gegenüber der Kamera und/oder der Emitteroptikanordnung gegenüber dem Projektor in Bezug auf den benötigten Bauraum,
Fig. 8 zeigt beispielhaft einen weiteren Vorteil des Versatzes der Sensoroptikanordnung gegenüber der Kamera und/oder der Emitteroptikanordnung gegenüber dem Projektor in Bezug auf den Benutzungskomfort.
Detaillierte Beschreibung der Figuren und bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren können hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein, manchmal allerdings auch mit unterschiedlichen Bezugszeichen. Es sei hervorgehoben, dass die Gegenstände der vorliegenden Offenbarung jedoch in keinster Weise auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt bzw. eingeschränkt sind, sondern weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele umfasst, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Bildaufnahmeeinheit 100 und einer Beleuchtungseinheit 200, deren Schärfenebenen / Fokusebenen 135, 235 sich beispielhaft überlagern können.
Dabei ist beispielhaft dargestellt, wie sich der durch die Kamera 110 und der Sensoroptikanordnung 120 (beispielsweise als Objektiv der Kamera 110) applizierte Strahlengang 130 der Bildaufnahmeeinheit 100 mit dem durch den Projektor 210 und der Emitteroptikanordnung 220 (beispielsweise als Objektiv des Projektors 210) gebildete Strahlengang 230 im Bereich der jeweiligen Fokusebenen 135 und 235 überlagern kann (siehe hierzu die gekreuzt schraffierte Fläche).
Dabei kann der Strahlengang 130 (mit der optischen Achse 132) der Bildaufnahmeeinheit 100 mittels eines optischen Systems beispielsweise umfassend den optischen Sensor 115 der Kamera 110 und die Linse / das Linsensystem 125 (mit entsprechenden optischen Hauptebenen 125a) der Sensoroptikanordnung 120 appliziert werden.
Vergleichbares kann für den Strahlengang 230 (mit der optischen Achse 232) der Beleuchtungseinheit 200 gelten, wobei der Strahlengang 230 mittels eines optischen Systems beispielsweise umfassend den Lichtemitter 215 des Projektors 210 und die Linse / das Linsensystem 225 (mit entsprechenden optischen Hauptebenen 225a) der Emitteroptikanordnung 220 gebildet werden kann.
Dabei kann beispielhaft die Schärfeebene / Fokusebene 135 der Bildaufnahmeeinheit 100 sowie die Schärfeebene / Fokusebene der Beleuchtungseinheit 235 aufgrund des jeweiligen Strahlengangs 130, 230, die jeweils im Wesentlichen durch den optischen Sensor 115 und die Sensoroptikanordnung 120 und/oder durch den Lichtemitter 215 und die Emitteroptikanordnung 220 beeinflusst sein können, auf einen jeweiligen Ausschnitt 137, 237 begrenzt sein, und auf diese Ausschnitte 137, 237 begrenzte Fokusebenen 135, 235 können sich nun beispielhaft in bestimmten Bereichen überlagern bzw. überlappen. Zudem weist jede Fokusebene 135, 235 eine entsprechende Tiefenschärfe 135a, 235a auf (siehe Pfeile in den schräg schraffierten Bereichen der Fokusebenen 135, 235), innerhalb dieser beispielsweise Objekte von der Kamera 110 im Wesentlichen scharf erfasst oder die vom Projektor 210 projizierte Struktur (beispielsweise bei strukturiertem Licht) auf dem Objekt scharf abgebildet werden können.
In der in Fig. 1 gezeigten Darstellung eines beispielhaften Zusammenwirkens von Kamera 110 und Projektor 210 ist beispielhaft zu erkennen, dass ein Teil der Fokusebenen 135, 235 sich überlagern (gekreuzt schraffiert dargestellt), jedoch auch ein beachtlicher Teil dieser Fokusebenen 135, 235 sich nicht überlagern und dadurch Totbereiche für mögliche Aufnahmen / Erfassungen von Fingerabdrücken einer Hand darstellen, da in diesen Totbereichen entweder nur der Projektor 210 beleuchtet oder nur die Kamera 110 Bilder erfasst.
Dies kann beispielsweise dazu führen, dass bestimmte Flächen des optischen Sensors 115 der Kamera 110 für die Erfassung der Fingerabdrücke nicht genutzt werden können. Gleichzeitig kann es dazu führen, dass die genutzte Fläche des optischen Sensors 115 über eine entsprechend hohe Auflösung (entsprechend große Pixelanzahl des optischen Sensors 115) verfügen müsste, um eine möglichst hohe Qualität (mit entsprechend großer Detailtiefe) der erfassten Fingerabdrücke zu gewährleisten (insbesondere beispielsweise bei behördlichen Zwecken), da lediglich ein vergleichsweise kleiner Teil der Gesamtfläche des optischen Sensors 115 für die Erfassung der biometrischen Merkmale genutzt werden kann.
Darüber hinaus kann beispielsweise aber auch die Fläche des Lichtemitters 215 des Projektors 210 nicht vollständig genutzt werden, so dass das Potential zur gleichzeitigen Erfassung einer möglichst großen Fläche der Hand bzw. der Finger für die Erfassung von biometrischen Daten, aufgrund der beschränkt zur Verfügung stehenden Beleuchtungsfläche, nicht genutzt werden kann und dadurch ein Defizit in der Effizienz der Erfassung der biometrischen Daten hervorgerufen werden kann.
Auf Basis dieses beispielhaft aufgezeigten Problems bei der Überlagerung der Fokusebenen 135, 235 können beispielhaft kontaktlose Fingerabdruck-Erfassungssysteme (Fingerprint-Scanner) eine Scheimpflug-Anordnung von Bildaufnahmeeinheit 100 und Beleuchtungseinheit 200 aufweisen, welche im Folgenden unter Fig. 2 dargestellt und beschrieben wird. Fig. 2 zeigt beispielhaft eine Bildaufnahmeeinheit 100 und eine Beleuchtungseinheit 200 mit überkreuzten Fokusebenen 135, 235 (siehe Darstellung (a)) und in Scheimpflug- Anordnung (siehe Darstellung (b)), wobei die Schärfetiefenebenen / Fokusebenen 135, 235 sich beispielhaft überlagern können.
Im Gegensatz zu der beispielhaften Anordnung von Bildaufnahmeeinheit 100 und Beleuchtungseinheit 200 wie in Fig. 1 gezeigt, kann nun durch die Scheimpflug-Anordnung (siehe Darstellung (b) der Fig.2) versucht werden, den Bereich der Überlagerung/ Überlappung der (Ausschnitte 137, 237 der) Fokusebenen 135, 235 zu maximieren.
Dabei werden die Bildaufnahmeeinheit 100 und die Beleuchtungseinheit 200 zunächst konvergent zum Messbereich / Messvolumen ausgerichtet. Dies führt jedoch zu dem Umstand, dass zunächst einmal die Fokusebenen 135, 235 sich unter einem bestimmten Winkel überkreuzen / schneiden (siehe Darstellung (a) der Fig. 2), so dass der mögliche Messbereich für die Aufnahme von Fingerabdrücken sich zunächst eher noch verkleinert (siehe auch hier die gekreuzt schraffierte Fläche).
Um diesem Entgegenzuwirken werden nun die Sensoroptikanordnung 120 und die Emitteroptikanordnung 220 gemäß „Scheimpflug" verkippt und dadurch eine Koplanarität bei den beiden Fokusebenen 135, 235 erzeugt (siehe Darstellung (b) der Fig. 2). Hierdurch kann beispielsweise die Überlagerung/ Überlappung der Ausschnitte 137, 237 der Fokusebenen 135, 235 miteinander vergrößert werden im Vergleich zu der beispielhaften Anordnung gemäß Fig. 1.
Zudem könnten durch die Scheimpflug-Anordnung die Flächen des optischen Sensors 115 und Lichtemitters 215 potenziell besser genutzt werden.
Ein wesentliches Problem, was aber die Scheimpflug-Anrodnung bergen kann, ist eine perspektivische Verzerrung des Bildes der Schärfentiefenebene in der Bildaufnahmeeinheit 100; es kann in dem aufgenommenen / erfassten Bild zu stürzenden Linien kommen (siehe Darstellung (b) der Fig. 5). Dabei kann der Messbereich in der Kamera geometrisch verzerrt dargestellt werden, wobei beispielsweise durch eine höhere Auflösung des optischen Sensors 115 (höhere Pixelanzahl des optischen Sensors 115) eine Kompensation dieses Nachteils versucht werden kann, um in allen Bildbereichen eine für den jeweiligen Anwendungsfall (beispielsweise privaten oder geschäftlichen Bereich oder, mit deutlich höheren Anforderungen, im behördlichen Bereich) vorgegebene Mindestauflösung zu erzielen. Doch auch die Beleuchtung durch die Beleuchtungseinheit 200 kann aus den gleichen Gründen negative Einflüsse erfahren, so dass beispielsweise der Messbereich / das Messvolumen ungleichmäßig beleuchtet wird, beispielsweise eine zu sehr von der Seite kommende Beleuchtung des Messobjekts (Schattenbildung an bestimmten Stellen der zu erfassenden Objektoberfläche) und, beispielsweise im Falle von auf den Finger / die Hand projiziertem, strukturiertem Licht, eine Verzerrung dieser aufprojizierten Struktur.
Um diesem Problem zu begegnen und dabei in vorteilhafter Weise sowohl die Überlappung der Ausschnitte 137, 237 der Fokusebenen 135, 235 als auch die Nutzung der Fläche des optischen Sensors 115 der Bildaufnahmeeinheit 100 und die Nutzung der Fläche des Lichtemitters 215 der Beleuchtungseinheit 200 zu maximieren, soll beispielhaft die Vorrichtung 1000 zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen bereitgestellt und im Folgenden beispielhaft erläutert werden.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1000 zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen, bei der beispielhaft die Sensoroptikanordnung 120 gegenüber der Kamera 110 und die Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Projektor 210 entlang ihrer jeweiligen optischen Hauptebenen 125a, 225a verschoben / versetzt ist.
Die hier beispielhaft gezeigte Vorrichtung 1000 umfasst dabei, wie in Fig.1 beschrieben, eine Bildaufnahmeeinheit 100 umfassend eine Kamera 110 mit optischem Sensor 115 (beispielsweise einem CMOS-Sensor, kann aber auch einen optischen Sensor anderer Bauart umfassen) und eine Sensoroptikanordnung 120 mit einer die optische Hauptebene 125a aufweisende Linse / Linsensystem 125, sowie eine Beleuchtungseinheit 200 umfassend einen Projektor 210 mit Lichtemitter 215 (beispielsweise zum Emittieren von strukturiertem Licht) und einer Emitteroptikanordnung 220 mit einer die optische Hauptebene 225a aufweisende Linse / Linsensystem 225.
Dabei kann beispielsweise die Sensoroptikanordnung 120 (gemessen an ihrer optischen Achse 132) gegenüber der senkrecht auf der optisch wirksamen Oberfläche des optischen Sensors 115 der Kamera 110 stehenden, im Wesentlichen in der Mitte der optisch wirksamen Oberfläche des optischen Sensors 115 angeordneten Symmetrielinie versetzt angeordnet sein und dadurch einen Offset aufweisen (für Erläuterungen zum Offset siehe Fig. 4 und die dazugehörige Beschreibung). Dies kann dazu führen, dass der von dem optischen Sensor 115 der Kamera 110 nutzbare Strahlengang 130, und insbesondere der Ausschnitt 137 der Fokusebene 135 der Bildaufnahmeeinheit 100 hin zu dem Ausschnitt 237 der Fokusebene 235 der Beleuchtungseinheit 200 versetzt / verschoben (entlang ihrer jeweiligen optischen Hauptebene 125a verschoben / versetzt) sein kann.
Umgekehrt kann alternativ oder zusätzlich zum Versatz der Sensoroptikanordnung 120 der Bildaufnahmeeinheit 100 beispielsweise die Emitteroptikanordnung 220 (gemessen an ihrer optischen Achse 232) gegenüber der senkrecht auf der optisch wirksamen Oberfläche des Lichtemitters 215 des Projektors 210 stehenden, im Wesentlichen in der Mitte der optisch wirksamen Oberfläche des Lichtemitters 215 angeordneten Symmetrielinie versetzt angeordnet sein und dadurch ebenfalls einen Offset aufweisen (für Erläuterungen zum Offset siehe Fig. 4 und die dazugehörige Beschreibung). Dies kann, vergleichbar wie bei der Bildaufnahmeeinheit 100, dazu führen, dass der von dem Lichtemitter 215 des Projektors 210 nutzbare Strahlengang 230 (des projizierten Lichts), und insbesondere der Ausschnitt 237 der Fokusebene 235 der Beleuchtungseinheit 200 hin zu dem Ausschnitt 137 der Fokusebene 135 der Bildaufnahmeeinheit 100 versetzt / verschoben (entlang ihrer jeweiligen optischen Hauptebenen 225a verschoben / versetzt) sein kann.
Vorteilhaft kann durch die beispielhaft erläuterte Ausführung auf jegliche Verkippung der Linse / des Linsensystems 125, 225 der Sensoroptikanordnung 120 bzw. der Emitteroptikanordnung 220 verzichtet werden (wie in der in Darstellung (b) in Fig. 2 beschriebenen Scheimpflug-Anordnung), und dennoch die Überlappung der beiden Ausschnitte 137, 237 der beiden Fokusebenen 135, 235 (Schärfeebenen 135, 235), die zudem im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, maximiert werden, teilweise sogar bis hin zu einer mehr als 95 % Überlappung (wobei 100 % Überlappung dabei bedeutet, dass zumindest ein Ausschnitt 137, 237 der Fokusebenen 135, 235 von dem jeweils anderen Ausschnitt 137, 237 der Fokusebenen 135, 235 vollständig überlagert / überlappt wird).
Insbesondere kann dabei beispielhaft die Überlappung der beiden Ausschnitte 137, 237 der Fokusebenen 135, 235 dabei mindestens 80 %, bevorzugt mindestens 85 % und insbesondere bevorzugt mindestens 90 % der maximal möglichen Überlappung betragen, so dass die maximal nutzbare Fläche des optischen Sensors 115 der Kamera 110 und/oder die maximal nutzbare Fläche des Lichtemitters 215 des Projektors 210 größtmöglich ausgenutzt werden kann, um die biometrischen Merkmale wie Fingerabdrücke und/oder die Merkmale einer ganzen Handfläche mit einer größtmöglichen Beleuchtungsfläche (aufgrund der verbesserten Nutzung der optisch wirksamen Oberfläche des Lichtemitters 215) und einer möglichst hohen Auflösung (Pixelanzahl) des optischen Sensors 115 innerhalb der größtmöglichen Beleuchtungsfläche zu erfassen / aufzunehmen. Aufgrund des beispielhaft beschriebenen Versatzes (Offset) der Sensoroptikanordnung 120 und der Emitteroptikanordnung 220 können die Fokusebenen 135, 235 im Wesentlichen deckungsgleich zueinander ausgerichtet werden und dabei ihre im Wesentlichen Parallelität zueinander beibehalten, was insbesondere für eine in allen Bereichen der Ausschnitte 137, 37 der Fokusebenen 135, 235 eine mit hoher Detailtiefe scharfe 3D-Erfassung der biometrischen Merkmale wie Fingerabdrücke etc., beispielsweise als 3D-Punktwolke, ermöglicht.
Dabei kann die beispielhaft beschriebene Ausführung mit dem Versatz (Offset) der Sensoroptikanordnung 120 und der Emitteroptikanordnung 220 einen optimalen Überlapp des Ausschnitts 237 als Beleuchtungszone und des Ausschnitts 137 als Beobachtungszone des Messbereichs / Messvolumens bieten. Der optische Sensor 115 der Kamera 110 und auch der Lichtemitter 215 des Projektors 210 benötigen damit beispielsweise nicht mehr Pixel (Auflösung) als unbedingt nötig, da im Optimalfall gar keine Totbereiche bei der Überlappung / Überdeckung der Ausschnitte 137, 237 auftauchen.
Für eine beispielhafte Ausgestaltung der Beleuchtungseinheit 200 kann beispielsweise der Lichtemitter 215 des Projektors 210 Licht in einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 550 nm, besonders bevorzugt zwischen 450 nm und 500 nm emittieren und auf die zu erfassenden Hautbereiche (wie Finger oder Handfläche) projizieren.
Zudem kann das vom Projektor 210 projizierte Licht als strukturiertes Licht ausgebildet sein, so dass ein vorbestimmtes Muster/ eine vorbestimmte Struktur auf die zu erfassenden biometrischen Merkmale projiziert wird, beispielsweise um die biometrischen Merkmale der Hand bzw. der Finger wie die Papillären / Papillarleisten bzw. die Täler der Talstruktur der Hautbereiche für die Bildaufnahmeeinheit 100 effizienter erkennbar und daraus leichter 3D- Daten (beispielsweise als 3D-Punktwolke) erzeugbar zu machen.
Für eine beispielhafte Ausgestaltung der Bildaufnahmeeinheit 100 kann beispielsweise der optische Sensor 115 als CMOS-Sensor (bzw. APS) oder als CCD-Sensor ausgebildet sein und dabei eine Auflösung von 0,3 Mega-Pixel (beispielsweise für sehr kleine zu erfassende Objekte wie beispielsweise eine Fingerkuppe) bis 50 Mega-Pixel (beispielsweise für sehr großflächige Objekte wie beispielsweise die gesamte Hand) aufweisen.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die in Fig. 3 dargestellte Linse 125, 225 bzw. das dargestellte Linsensystem 125, 225 nur beispielhaft und nicht als einschränkende Ausgestaltung aufzufassen ist. Es kann sich bei der Linse 125, 225 / dem Linsensystem 125, 225 um verschiedenste Arten von Linsen, beispielsweise um Sammel- oder Streulinsen oder eine Kombination daraus handeln, wobei ferner beispielsweise eine Blende umfasst sein kann oder auch keine Blende, sowie bestimmte Filter bzw. auch keine Filter umfasst sein können.
Ebenfalls sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die in den Figuren gezeigten Strahlengänge 132, 232 nur beispielhaft sind und nicht als einschränkend aufzufassen sind. Je nach konkreter Ausgestaltung der Sensoroptikanordnung 120 bzw. der Emitteroptikanordnung 220 können die Strahlengänge 132, 232 unterschiedliche Verläufe haben.
Fig. 4 zeigt beispielhaft den durch den Versatz der Emitteroptikanordnung 220 des Projektors 210 hervorgerufenen Offset des beleuchtenden Ausschnitts 237 der Fokusebene 235 der Beleuchtungseinheit 200.
Darin wird der Offset in Prozent als relative Verschiebung der durch die Beleuchtungseinheit 200 erzeugten Beleuchtungsfläche (Ausschnitt 237) mit Bezug zur Flächengröße, welche im vorliegenden Beispiel durch die Ausdehnungen LI und L2 gezeigt wird, definiert.
Wird also beispielsweise ein Offset von ±50 % entlang der Ausdehnung L2 der ursprünglich projizierten Beleuchtungsfläche vorgenommen, wie in Fig. 4 beispielhaft dargestellt, so wird der Ausschnitt 237 um die Hälfte (±50 %) seiner Ausdehnung L2 entlang seiner Ausdehnung L2 versetzt.
Es kann dabei natürlich auch ein Offset entlang der Ausdehnung LI erfolgen (wie beispielhaft mit den ±25% der Ausdehnung LI entlang der Ausdehnung LI dargestellt) oder ein überlagerter Offset von beiden Ausdehnungen LI und L2.
Das hier gezeigte Beispiel betrifft den Offset der Beleuchtungseinheit 200, wobei dieser Offset in Analogie auch auf die Bildaufnahmeeinheit 100 anwendbar ist.
Darüber hinaus kann der Offset auch als das Verhältnis der lateralen Verschiebung der jeweiligen Optikanordnung (Sensoroptikanordnung 120 oder Emitteroptikanordnung 220) zur jeweiligen Chiplänge des optischen Sensors 115 oder Lichtemitters 215 in Verschiebungsrichtung (beispielsweise entlang der optischen Hauptebenen 125a der Sensoroptikanordnung 120 oder entlang der optischen Hauptebenen 225a der Emitteroptikanordnung 220) definiert werden.
So kann beispielsweise in der Vorrichtung 1000 der Versatz der Sensoroptikanordnung 120 relativ zum optischen Sensor 115 einen Offset zwischen < 150 % und > 50 %, bevorzugt < 130 % und > 70 %, insbesondere bevorzugt < 110 % und > 90 % aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise in der Vorrichtung 1000 der Versatz der Emitteroptikanordnung 220 relativ zum Lichtemitter 215 einen Offset zwischen < 60 % und > 40 %, bevorzugt ca. 50 % aufweisen.
Darüber hinaus kann beispielsweise der Versatz der Sensoroptikanordnung 120 relativ zum optischen Sensor 115 und der Versatz der Emitteroptikanordnung 220 relativ zum Lichtemitter 215 jeweils einen Offset > 25 % aufweisen.
Alle diese beispielhaften Ausgestaltungen des Offsets der Sensoroptikanordnung 120 gegenüber dem optischen Sensor 115 bzw. der Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Lichtemitter 215 können zu einer optimierten bzw. optimalen Überlappung von Beleuchtungsfläche (Ausschnitt 237) der Beleuchtungseinheit 200 mit der von der Bildaufnahmeeinheit 100 erfassbaren Messfläche (Ausschnitt 137) innerhalb ihrer jeweiligen Schärfentiefe 135a, 235a führen.
Fig. 5 zeigt beispielhaft den Unterschied zwischen eines mittels der Scheimpflug- Anordnung erfassten Bildes und eines mittels eines Versatzes der Sensoroptikanordnung 120 der Bildaufnahmeeinheit 100 erfassten Bildes im Vergleich zu einem Bild, das mittels einer gegenüber dem optischen Sensor 115 und/oder Lichtemitter 215 jeweils entsprechend symmetrisch angeordneten Sensoroptikanordnung 120 und/oder Emitteroptikanordnung 220 erfasst wurde.
Dabei ist in der Darstellung (a) der Fig. 5 eine schraffierte Fläche als Beispielbild zu erkennen, wie es von der Kamera aufgenommen werden würde, wenn weder eine Scheimpflug- Anordnung, noch ein Versatz der Sensoroptikanordnung 120 und/oder Emitteroptikanordnung 220 vorliegen würde, sondern stattdessen die Sensoroptikanordnung 120 und/oder Emitteroptikanordnung 220 jeweils entsprechend gegenüber dem optischen Sensor 115 und/oder dem Lichtemitter 215 symmetrisch angeordnet wäre. Wie beispielhaft zu sehen ist, ist die schraffierte Fläche in der Darstellung (a) ein Rechteck mit senkrechten Seitenlinien und waagerechter Ober- und Unterkante.
Im Vergleich dazu ist in der Darstellung (b) der Fig. 5, die beispielhaft nun das Bild mittels einer Kamera 110 in Scheimpflug-Anordnung (siehe hierzu auch Fig. 2, Darstellung (b)) wiedergibt, sehr deutlich zu erkennen, wie das ursprüngliche, schraffierte Rechteck verzerrt wird und es eher zu einer Art Trapez mit einem oberen, schmaleren (und damit verzerrten Teil des Bildes) und einem unteren, im Vergleich zum ursprünglichen Bild normal breiten Teil wird. Wie bereits beschrieben, kann es nun erforderlich sein, um beispielsweise eine geforderte Mindestqualität (Mindestauflösung) der in den Bildern erfassten Objekte zu erfüllen, dass ein viel höher auflösender optischer Sensor 115 benötigt werden könnte, um die verzerrten Bereiche des Bildes (und damit verzerrten im Bild erfassten Objekte) in der geforderten Auflösung wiederzugeben, wohingegen in den nicht verzerrten Bereichen ein einfacherer (niedriger auflösender) optischer Sensor 115 ausgereicht hätte. Dies kann zusätzlich dazu führen, dass die Kosten eines Gerätes aufgrund der gewählten Scheimpflug- Anordnung entsprechend höher werden.
Im weiteren Vergleich dazu sieht man in der Darstellung (c) der Fig. 5, wie das Bild, was mittels einer versetzten Sensoroptikanordnung 120 erfasst wurde, im Wesentlichen dem ursprünglichen Bild gleicht. Es gibt hier keine Verzerrungen durch die Bildaufnahmeeinheit 100. Ebenso würde es auch keine Verzerrungen bei einer aufprojizierten Struktur oder Abschattungseffekte bzw. ungleichmäßige Beleuchtung durch die Beleuchtungseinheit 200 geben.
Fig. 6 zeigt nun beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1000 mit Bildaufnahmeeinheit 100, Beleuchtungseinheit 200 und Recheneinheit 300, wobei die Strahlengänge 132, 232 mittels reflektiver Optiken 700 / reflektiver Optikelemente 700 gefaltet sind.
Die hier beispielhaft gezeigte Vorrichtung 1000 ist dabei beispielhaft unterteilt in einen Systembereich 500 und einen Aufnahmebereich 600, die durch eine gemeinsame Grenzfläche, beispielsweise ein optisch durchlässiges Element 820 (wie beispielsweise eine Glasplatte 820), voneinander getrennt sein können. Die Grenzfläche kann jedoch auch ein Teil eines Gehäuses 800 sein, oder eine Kombination aus Gehäuse 800 und dem optisch durchlässigen Element 820 sein oder ohne jegliche physische Ausgestaltung den Aufnahmebereich 600 von dem Systembereich 500 trennen.
Darüber hinaus kann die in Fig. 6 beispielhaft gezeigte Vorrichtung 1000 eine Kamera 110 mit Sensoroptikanordnung 120 sowie einen Projektor 210 mit Emitteroptikanordnung 220 aufweisen, wobei sowohl die Sensoroptikanordnung 120 gegenüber der Kamera 110 als auch die Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Projektor 210, wie in Fig. 3 beschrieben, versetzt angeordnet sind, so dass bespielhaft sowohl die Bildaufnahmeeinheit 100 als auch die Beleuchtungseinheit 200 jeweils einen Offset aufweisen. Es sei an dieser Stelle bereits darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls auch nur eine der Bildaufnahmeeinheit 100 und Beleuchtungseinheit 200 einen Offset haben kann.
Der Strahlengang 132 der Bildaufnahmeeinheit 100 und der Strahlengang 232 der Beleuchtungseinheit 200 werden dabei beispielhaft innerhalb des Gehäuses 800 jeweils durch reflektive Optikelemente 700 abgelenkt / gefaltet, bevor sie die gemeinsame Fokusebene 135, 235 erreichen. Beispielhaft verlaufen die Strahlengänge 132, 232, bevor sie die gemeinsame Fokusebene 135, 235 erreichen bzw. bilden, durch ein beispielsweise als Glasscheibe 820 ausgebildetes optisch durchlässiges Element 820 hindurch.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass das optisch durchlässige Element 820 nicht vorhanden sein muss, sondern auch weggelassen werden kann oder durch ein anderes Element ersetzt sein kann. Vorteilhaft kann das optisch durchlässige Element 820 / die Glasscheibe 820 dafür genutzt werden, um beispielsweise die in dem Systembereich 500 befindlichen Bildaufnahmeeinheit 100, Beleuchtungseinheit 200 und/oder Recheneinheit 300 zu schützen, beispielsweise vor Verschmutzung, Beschädigung und/oder Manipulation.
Die reflektiven Optikelemente 700 können hierbei beispielsweise als Spiegel und/oder strahlablenkende Prismen ausgebildet sein, oder als eine Kombination dieser Elemente (Spiegel/Prisma).
Wie beispielhaft gezeigt, sind dabei die Bildaufnahmeeinheit 100, die Beleuchtungseinheit 200, die Recheneinheit 300 und die reflektiven Optikelemente 700 innerhalb des Systembereichs 500 der Vorrichtung 1000 vorgesehen / angeordnet. Die gemeinsame Fokusebene 135, 235 der Bildaufnahmeeinheit 100 und der Beleuchtungseinheit 200 liegen beispielhaft außerhalb des Systembereichs 500 und innerhalb des Aufnahmebereichs 600.
Dabei können die beiden Bereiche (Aufnahmebereich 600 und Systembereich 500) beispielhaft eine vergleichsweise kompakte Bauweise aufweisen, da die reflektiven Optikelemente 700 die Strahlengänge 132, 232 derart falten / ablenken, dass der gewünschte Arbeitsabstand (Abstand zwischen Sensoroptikanordnung 120 bzw. Emitteroptikanordnung 220 bis zur Fokusebene 135, 235 entlang des jeweiligen Strahlenganges 132, 232) von beispielsweise circa dem Doppelten des Durchmessers (oder der Diagonalen) der Ausschnitte 137, 237 der Fokusebenen 135, 235 entspricht (beispielsweise einen Arbeitsabstand von ca. 200 mm bei ca. 100 mm Durchmesser/Diagonale der Ausschnitte 137, 237), obwohl die Außenmaße in Tiefe Tsoo, Breite Bsoo und Höhe Hsoo des Systembereichs 500 beispielsweise jeweils höchstens 8", bevorzugt kleiner 180 mm, und insbesondere bevorzugt kleiner 160 mm aufweisen.
Dabei kann ein ausreichend großer Arbeitsabstand insbesondere vorteilhaft sein, um keine Abschattungseffekte auf den biometrischen Merkmalen (wie Fingerabdrücke bzw. die Täler der Talstrukturen der Papillären) während der Erfassung der biometrischen Merkmale zu haben. Somit kann es sich beispielsweise als vorteilhaft erweisen, dass der bzw. die Strahlengänge 132, 232 nicht direkt von der Kamera 110 bzw. dem Projektor 210 zum zu erfassenden Objekt (beispielsweise die Handfläche oder die Finger) geführt werden.
Die Faltung / Ablenkung der Strahlengänge 132, 232 mittels der reflektiven Optikelemente 700 kann beispielhaft durch den Versatz der Sensoroptikanordnung 120 gegenüber der Kamera 110 und/oder durch den Versatz der Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Projektor 210 in vorteilhafterweise unterstützt bzw. ermöglicht werden.
Vorteilhaft dabei kann sein, dass durch den Versatz der Sensoroptikanordnung 120 gegenüber der Kamera 110 und/oder durch den Versatz der Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Projektor 210 mindestens eine reflektive Optik 700 in den jeweiligen Strahlengang 132, 232 positioniert werden kann, ohne dabei den jeweils anderen Strahlengang 132, 232 zu verdecken (oder auch nur teilweise), da, bei gleicher Überlappung in der Fokusebene 135, 235, die Kamera 110 und der Projektor 210 weiter auseinandergerückt werden können.
Zudem kann es vorteilhaft sein, die Strahlengänge 132, 232 nicht nur einmal zu falten, wie in Fig. 6 gezeigt, sondern gegebenenfalls mehrfach zu falten, beispielsweise zwei- oder dreimal, um beispielsweise die Vorrichtung 1000 noch kompakter ausgestalten zu können.
Zudem kann der Systembereich 500, beispielweise je nach Möglichkeit der Anordnung der reflektiven Optikelemente 700 und/oder je nach Anzahl der reflektiven Optikelemente 700, weiter verkleinert werden, so dass beispielsweise die Außenmaße in Tiefe Tsoo, Breite Bsoo und Höhe HSOO+HÖOO des Systembereichs 500 einschließlich Aufnahmebereich 600 beispielsweise jeweils höchstens 8", bevorzugt kleiner 180 mm, und insbesondere bevorzugt kleiner 160 mm aufweisen.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn der die Ausschnitte 137, 237 der Fokusebenen 135, 235 der Bildaufnahmeeinheit 100 und der Beleuchtungseinheit 200 aufweisende Aufnahmebereich 600 so ausgestaltet ist, dass die aufzunehmenden Hautbereiche innerhalb der Schärfentiefe 135a, 235a der Ausschnitte 137, 237 der Fokusebenen 135, 235 der Bildaufnahmeeinheit 100 und der Beleuchtungseinheit 200 positionierbar sind.
Hierdurch kann beispielsweise effektiv und in hoher Qualität (mit hoher Detailtiefe) die biometrischen Merkmale der Hautbereiche (beispielsweise Fingerabdrücke und/oder Handflächen) erfasst werden, so dass später aus ihnen qualitativ hochwertige 3D-Daten zu den jeweiligen erfassten biometrischen Merkmalen erstellt werden können.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die aufzunehmenden Hautbereiche Bereiche der menschlichen Hand, insbesondere der Handfläche und der Finger, umfassen und der Aufnahmebereich 600 so ausgestaltet ist, dass mehrere Finger gleichzeitig durch die Bildaufnahmeeinheit 100 aufnehmbar sind. Dies kann weiterhin die Effizienz der Erfassung der biometrischen Merkmale erhöhen.
Dabei kann beispielsweise der Aufnahmebereich 600 so ausgestaltet sein, dass 4 Finger, insbesondere Zeige-, Mittel-, Ring- und kleiner Finger, oder 2 Daumen, oder die gesamte Handfläche, oder die gesamte Innenseite der Hand gleichzeitig durch die Bildaufnahmeeinheit 100 aufnehmbar sind.
Zudem kann beispielsweise der Systembereich 500 eine Recheneinheit 300 zur Ansteuerung der Bildaufnahmeeinheit 100 und Beleuchtungseinheit 200 und zur Verarbeitung der erfassten biometrischen Daten aufweisen, wobei die Recheneinheit 300 alternativ auch außerhalb des Systembereichs 500 vorgesehen sein kann. Beispielsweise kann die Recheneinheit 300 der Vorrichtung 1000 die erfassten biometrischen Daten verarbeiten (beispielsweise die von der Bildaufnahmeeinheit 100 aufgenommenen Bilddaten in Biometriedaten der Hautbereiche, beispielsweise in 3D-Daten, insbesondere in eine SDPunktwolke umrechnen) und gegebenenfalls in einer Speichereinheit 310speichern, wobei das Speichern der Daten auch außerhalb der Vorrichtung 1000 erfolgen kann.
Darüber hinaus kann die Recheneinheit 300 die verarbeiteten / berechneten Biometriedaten mit bereits in der Speichereinheit 310 abgespeicherten Biometriedaten vergleichen und so potenzielle Übereinstimmungen detektieren.
Fig.7 zeigt beispielhaft einen weiteren Vorteil des Versatzes der Sensoroptikanordnung 120 gegenüber der Kamera 110 und/oder der Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Projektor 210 in Bezug auf den benötigten Bauraum. Dabei ist in der Darstellung (a) der Fig. 7 die bereits bekannte Anordnung nach Scheimpflug gezeigt, bei der sowohl die Bildaufnahmeeinheit 100 (mit Kamera 110 und Sensoroptikanordnung 120) als auch die Beleuchtungseinheit 200 (mit Projektor 210 und Emitteroptikanordnung 220) konvergent zueinander zulaufend verkippt sind.
Dies kann jedoch zu einem benötigten freien Bauraum (siehe gestricheltes Rechteck um die Bildaufnahmeeinheit 100 und Beleuchtungseinheit 200 herum) führen, der im Vergleich zu der Anordnung mit dem Versatz der Sensoroptikanordnung 120 gegenüber der Kamera 110 und der Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Projektor 210, wie in Darstellung (b) gezeigt, deutlich größer ausfällt.
Oder anders ausgedrückt: Neben den bereits genannten Vorteilen der Anordnung mit Versatz der jeweiligen Optikanordnungen 120, 220 gegenüber der Kamera 110 bzw. Projektor 210 können auch Vorteile im Hinblick auf den benötigten Bauraum gewonnen werden, so dass die Vorrichtung 1000, wie beispielsweise in Fig. 6 gezeigt und beschrieben, kompakter ausgestaltet werden kann als vergleichbare Vorrichtungen, die die Scheimpflug-Anordnung umsetzen.
Fig.8 zeigt beispielhaft einen weiteren Vorteil des Versatzes der Sensoroptikanordnung 120 gegenüber der Kamera 110 und/oder der Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Projektor 210 in Bezug auf den Benutzungskomfort.
Dabei kann insbesondere der Versatz der Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Projektor 210 einen Vorteil gegenüber einer nicht versetzten Emitteroptikanordnung 220 aufweisen. Insbesondere kann, wie in Darstellung (a) der Fig. 8 gezeigt ist, eine nicht versetzte Emitteroptikanordnung 220 dazu führen, dass der Benutzer, der seine biometrischen Merkmale erfassen lassen möchte / erfassen lassen muss, so nah an die Vorrichtung 1000 (wie beispielsweise in Fig. 6 gezeigt und beschrieben) herantreten muss, dass er von dem vom Projektor 210 projizierten Lichtstrahl geblendet wird. Dies kann natürlich für den Benutzer sehr unangenehm sein, zumal ein Projektor über eine durchaus sehr helle und leistungsstarke Lichtquelle (beispielsweise wie der Lichtemitter 215) verfügen kann.
Hingegen kann durch den Versatz der Emitteroptikanordnung 220 gegenüber dem Projektor 210, wie in Darstellung (b) der Fig. 8 gezeigt, der Lichtstrahl / Lichtkegel, der vom Projektor 210 ausgesendet wird, vom Benutzer weggeleitet werden, so dass keine Blendung des Benutzers erfolgt, selbst wenn er sehr nah an das Gerät herantreten muss. Es sei darauf verwiesen, dass vorstehend lediglich Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sowie technische Vorteile detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben wurden. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch in keinster Weise auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale bzw. deren beschriebene Kombinationen begrenzt bzw. eingeschränkt, sondern umfasst weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination bzw. Teilkombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.
Liste der Bezugszeichen
100 Bildaufnahmeeinheit
110 Kamera
115 optischer Sensor
120 Sensoroptikanordnung
125 Linse / Linsensystem der Sensoroptikanordnung
125a optische Hauptebene der Linse / des Linsensystems der Sensoroptikanordnung
130 Strahlengang der Bildaufnahmeeinheit
132 optische Achse des Strahlengangs der Bildaufnahmeeinheit
135 Schärfenebene / Fokusebene der Bildaufnahmeeinheit
135a Tiefenschärfe der Fokusebene der Bildaufnahmeeinheit
137 Ausschnitt der Fokusebene der Bildaufnahmeeinheit
200 Beleuchtungseinheit
210 Projektor
215 Lichtemitter
220 Emitteroptikanordnung
225 Linse / Linsensystem der Emitteroptikanordnung 225a optische Hauptebene der Linse / des Linsensystems der
Emitteroptikanordnung
230 Strahlengang der Beleuchtungseinheit
232 optische Achse des Strahlengangs der Beleuchtungseinheit
235 Schärfenebene / Fokusebene der Beleuchtungseinheit
235a Tiefenschärfe der Fokusebene der Beleuchtungseinheit
237 Ausschnitt der Fokusebene der Beleuchtungseinheit
300 Recheneinheit
310 Speichereinheit der Recheneinheit
500 Systembereich
600 Aufnahmebereich
700 reflektiven Optiken / Optikelemente
800 Gehäuse
820 Grenzfläche von Systembereich und Aufnahmebereich / optisch durchlässiges Element / Glasscheibe
1000 Vorrichtung
B500 Breite des Systembereiches
H500 Höhe des Systembereiches
T500 Tiefe des Systembereiches
HÖOO Höhe des Aufnahmebereiches

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur kontaktlosen Aufnahme von Biometriedaten von Hautbereichen, aufweisend:
- mindestens eine Bildaufnahmeeinheit, die einen optischen Sensor und eine im Strahlengang davor angeordnete Sensoroptikanordnung umfasst und zur kontaktlosen Aufnahme von Bilddaten von beleuchteten Hautbereichen eingerichtet ist, und
- mindestens eine Beleuchtungseinheit, die einen Lichtemitter und eine im Strahlengang danach angeordnete Emitteroptikanordnung umfasst und zur Beleuchtung der von der Bildaufnahmeeinheit aufzunehmenden Hautbereiche eingerichtet ist, wobei die Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor entlang der optischen Hauptebenen der Sensoroptikanordnung versetzt angeordnet ist oder die Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter entlang der optischen Hauptebenen der Emitteroptikanordnung versetzt angeordnet ist, so dass der Schärfeebenenausschnitt der Bildaufnahmeeinheit und der Schärfeebenenausschnitt der Beleuchtungseinheit eine größtmögliche Überlappung miteinander aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor oder der Versatz der Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter so gewählt ist, dass die Überlappung der Schärfeebenenausschnitte von Bildaufnahmeeinheit und Beleuchtungseinheit relativ zur maximal möglichen Überlappung der Schärfeebenenausschnitte von Bildaufnahmeeinheit und Beleuchtungseinheit mindestens 80 %, insbesondere größer 95 % ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor einen Offset zwischen < 150 % und > 50 % aufweist, insbesondere einen Offset zwischen < 110 % und > 90 %, oder der Versatz der Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter einen Offset zwischen < 60 % und > 40 % aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor entlang der Hauptebenen der Sensoroptikanordnung versetzt angeordnet ist und die Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter entlang der Hauptebenen der Emitteroptikanordnung versetzt angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Sensoroptikanordnung relativ zum optischen Sensor und der Versatz der Emitteroptikanordnung relativ zum Lichtemitter jeweils einen Offset > 25 % aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen Systembereich, in dem die Einheiten der Vorrichtung vorgesehen sind, und einen Aufnahmebereich für die kontaktlose Aufnahme von Bilddaten der aufzunehmenden Hautbereiche aufweist, wobei der Systembereich und der Aufnahmebereich durch eine gemeinsame Grenzfläche voneinander getrennt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schärfeebenenausschnitt der Bildaufnahmeeinheit und/oder der Beleuchtungseinheit im Aufnahmebereich angeordnet ist, wobei der Strahlengang der Bildaufnahmeeinheit und/oder der Strahlengang der Beleuchtungseinheit zur kontaktlosen Aufnahme der Hautbereiche in dem Schärfeebenenausschnitt mittels reflektiver Optikelemente gefaltet ist, so dass der Arbeitsabstand der Sensoroptikanordnung und/oder der Emitteroptikanordnung zum jeweiligen Schärfeebenenausschnitt größer als eines der äußeren Abmaße in Tiefe, Breite und Höhe des Systembereichs der Vorrichtung ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektiven Optikelemente Spiegel und/oder Prismen umfassen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der die Schärfeebenenausschnitte der Bildaufnahmeeinheit und der Beleuchtungseinheit aufweisende Aufnahmebereich so ausgestaltet ist, dass die aufzunehmenden Hautbereiche innerhalb der Schärfentiefe der Schärfeebenenausschnitte der Bildaufnahmeeinheit und der Beleuchtungseinheit positionierbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzunehmenden Hautbereiche Bereiche der menschlichen Hand, insbesondere der Handfläche und der Finger, umfassen und der Aufnahmebereich so ausgestaltet ist, dass mehrere Finger gleichzeitig durch die Bildaufnahmeeinheit aufnehmbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich so ausgestaltet ist, dass
- 4 Finger, insbesondere Zeige-, Mittel-, Ring- und kleiner Finger,
- 2 Daumen,
- die gesamte Handfläche, oder
- die gesamte Innenseite der Hand gleichzeitig durch die Bildaufnahmeeinheit aufnehmbar sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit die Hautbereiche mit strukturiertem Licht beleuchtet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner dazu eingerichtet ist, auf Basis der durch die mindestens eine Bildaufnahmeeinheit erfassten Bilddaten der Hautbereiche, die mittels strukturierten Lichts beleuchtet wurden, 3D-Daten der Hautbereiche zu erzeugen, insbesondere als SDPunktwolke.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtemitter Licht in einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 550 nm, besonders bevorzugt zwischen 450 nm und 500 nm emittiert.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Systembereich der Vorrichtung äußere Abmaße in Tiefe, Breite und Höhe jeweils von höchstens 8", bevorzugt < 180 mm, insbesondere bevorzugt < 160 mm aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einschließlich Systembereich und Aufnahmebereich äußere Abmaße in Tiefe, Breite und Höhe von höchstens 8", bevorzugt < 180 mm, insbesondere bevorzugt < 160 mm aufweist.
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