JP2005196470A - Image reader - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、指紋パターンなどの画像データを読み込むための画像読み取り装置に関する。 The present invention relates to an image reading apparatus for reading image data such as a fingerprint pattern.
近年では、人物を識別するための装置として、人の指紋パターンを画像データとして読み取り、この指紋パターンに対して照合処理を実行することにより人物を特定するパターン照合装置が用いられるようになってきている。 In recent years, as a device for identifying a person, a pattern matching device that reads a person's fingerprint pattern as image data and executes a matching process on the fingerprint pattern has been used. Yes.
従来、指紋パターンの画像データを読み取る画像読み取り装置では、例えば1次元撮像素子(光電変換素子)が用いられている(例えば特許文献1)。特許文献1に記載された指紋検知装置は、筐体の内部に、光学手段、光学的結像手段、及び1次元イメージセンサが配置されており、光学的指台がスライダーに保持されるように構成されている。光学的指台は、多数のマイクロプリズムが裏面に形成されたマイクロプリズムプレートで構成されている。 Conventionally, in an image reading apparatus that reads image data of a fingerprint pattern, for example, a one-dimensional imaging element (photoelectric conversion element) is used (for example, Patent Document 1). In the fingerprint detection device described in Patent Document 1, an optical unit, an optical imaging unit, and a one-dimensional image sensor are arranged inside a housing so that the optical finger base is held by a slider. It is configured. The optical finger base is composed of a microprism plate having a large number of microprisms formed on the back surface.
マイクロプリズムの入射面には、照明用の光源手段からの照射光を入射する。マイクロプリズムの出射面からは、表面で全反射した光源手段からの照射光が出射される。出射面から出た光は、光学的結像手段を通して、結像面に結像される。この結像面には1次元イメージセンサの光電変換素子が配置されており、結像された光は、その強弱に応じて電気信号に変換される。1次元イメージセンサからは、表面に置ける光学パターンに対応して1次元画像信号が出力される。
このように、特許文献1に記載された指紋検知装置では、指をマイクロプリズム(マイクロプレート)に押し当てて指紋の画像を読み取る構成であり、撮像光学系が読取面での全反射を利用している。従って、光源手段からの照射光と光学的結像手段に結像される光の光軸がなす角度が全反射角以上となるように光源手段と1次元イメージセンサが配置されている。従って、光源手段と1次元イメージセンサの配置位置が制約され、また光学系が複雑となるために、読取部を小型化するには限界があった。 As described above, the fingerprint detection device described in Patent Document 1 is configured to read a fingerprint image by pressing a finger against a microprism (microplate), and the imaging optical system uses total reflection on the reading surface. ing. Therefore, the light source means and the one-dimensional image sensor are arranged so that the angle formed between the light emitted from the light source means and the optical axis of the light imaged on the optical imaging means is equal to or greater than the total reflection angle. Accordingly, the arrangement position of the light source means and the one-dimensional image sensor is restricted, and the optical system is complicated, so that there is a limit to downsizing the reading unit.
また、従来の指紋検知装置では、読取面に接触された指の指紋凸部に照射された光が表面乱反射、内部吸収、内部拡散して減光することで指紋の濃淡画像を読み取っている。このため、例えば指(指紋)以外の対象物、例えば紙などに記載された文字や絵を読み取ろうとした場合に、光学的に完全な接触が得られないために、全反射を利用した構成では画像(文字や絵)を読み取ることができなかった。 Further, in the conventional fingerprint detection apparatus, the light emitted from the fingerprint convex portion of the finger that is in contact with the reading surface is subjected to surface irregular reflection, internal absorption, internal diffusion, and dimming to read the grayscale image of the fingerprint. For this reason, for example, when trying to read an object other than a finger (fingerprint), for example, a character or a picture described on paper, an optically complete contact cannot be obtained. The image (text or picture) could not be read.
本発明の課題は、1次元撮像素子を用いた読取部の構成において、より小型化を図り、対象物の画像を安定して読み取ることが可能な画像読み取り装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an image reading apparatus that can further reduce the size and can stably read an image of an object in a configuration of a reading unit using a one-dimensional image sensor.
請求項1記載の発明は、読み取り面に接触された物体の画像を読み取る画像読み取り装置において、前記読み取り面に光源から照射される光の照射光軸と、前記光源から照射されて前記読み取り面で反射した光を入射する撮像素子の撮像光軸とが、前記読み取り面の法線に対して、前記読み取り面での全反射角より小さい角度となるように前記光源と前記撮像素子とを線対称となる位置に配置したことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is an image reading apparatus that reads an image of an object in contact with a reading surface, an irradiation optical axis of light emitted from a light source to the reading surface, and irradiation from the light source to the reading surface. The light source and the image sensor are line-symmetric so that the imaging optical axis of the image sensor that receives the reflected light is at an angle smaller than the total reflection angle on the reading surface with respect to the normal line of the reading surface. It is arranged at a position where
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記読み取り面に接触しながら移動された物体について前記撮像素子により読み取った画像をもとに生成される2次元画像を、前記読み取り面に対する前記物体の異なる移動方向でそれぞれ読み取られる複数の2次元画像をもとに補正する補正手段を具備したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a two-dimensional image generated based on an image read by the imaging device with respect to an object moved while contacting the reading surface is used as the reading surface. Correction means for correcting the object based on a plurality of two-dimensional images respectively read in different movement directions of the object.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記補正手段は、前記2次元画像に含まれる基準とするパターンをもとに補正することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the correction unit performs correction based on a reference pattern included in the two-dimensional image.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記2次元画像は指の第1関節部分の皺を含む指紋画像であり、前記補正手段は、前記第1関節部分の皺に相当するパターンをもとに補正することを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3, wherein the two-dimensional image is a fingerprint image including a wrinkle of a first joint portion of a finger, and the correction means corresponds to a wrinkle of the first joint portion. The correction is based on the pattern to be corrected.
請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記読み取り面に接触しながら移動された物体について前記撮像素子により読み取った画像をもとに生成される2次元画像を、前記物体の静止状態において読み取られた第1の画像と、前記物体の動き始めに読み取られた第2の画像とをもとに補正する補正手段を具備したことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a two-dimensional image generated based on an image read by the imaging device with respect to an object moved while contacting the reading surface is obtained. The image processing apparatus includes a correcting unit that performs correction based on the first image read in a stationary state and the second image read at the beginning of the movement of the object.
請求項6記載の発明は、光源から照射され物体において反射した光を撮像素子により読み取る画像読み取り装置において、物体が圧接した状態で移動されることで回転する中空の透明回転ローラを設け、前記透明回転ローラの中空内にローラの回転と連動しないように、前記光源から照射される光の照射光軸と、前記光源から照射されて前記透明回転ローラの前記物体が圧接される読み取り面で反射した光を入射する前記撮像素子の撮像光軸とが、前記読み取り面の法線に対して、前記読み取り面での全反射角より小さい角度となるように前記光源と前記撮像素子とを線対称となる位置に配置することを特徴する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the image reading apparatus that reads light reflected from an object irradiated from a light source by an imaging device, a hollow transparent rotating roller that rotates when the object is moved in a pressed state is provided, and the transparent Reflected by the irradiation optical axis of the light emitted from the light source and the reading surface which is irradiated from the light source and the object of the transparent rotating roller is pressed against the rotation of the roller in the hollow of the rotation roller. The light source and the image sensor are axisymmetric so that an imaging optical axis of the image sensor on which light is incident is at an angle smaller than a total reflection angle on the reading surface with respect to a normal line of the reading surface. It arrange | positions in the position which becomes.
請求項1記載の発明によれば、読み取り面に光源から照射される光の照射光軸と、光源から照射されて読み取り面で反射した光を入射する撮像素子の撮像光軸とが、読み取り面の法線に対して、読み取り面での全反射角より小さい角度となるように光源と撮像素子とを線対称となる位置に配置することで、光源と撮像素子の配置位置についての制限が緩和され装置全体の小型化を図ることができる。また、光源と撮像素子の配置位置を線対称とすることで、読み取り面での表面反射光を利用して、例えば指紋の凹凸を画像の明暗情報として効果的に変換することができ、また全反射を利用していないため、紙などの光学的には密着していない物体に記録された文字や絵などの画像情報を読み取ることができため、対象物の画像についての安定した読み取りを実現することができる。 According to the first aspect of the present invention, the reading optical surface includes the irradiation optical axis of light emitted from the light source to the reading surface and the imaging optical axis of the image sensor that receives the light irradiated from the light source and reflected by the reading surface. By placing the light source and the image sensor in a line-symmetric position so that the angle is smaller than the total reflection angle on the reading surface with respect to the normal line, restrictions on the position of the light source and the image sensor are relaxed Therefore, the overall size of the apparatus can be reduced. In addition, by arranging the light source and the image sensor to be axisymmetric, it is possible to effectively convert, for example, fingerprint irregularities as light / dark information of an image using surface reflected light on the reading surface. Since reflection is not used, it is possible to read image information such as letters and pictures recorded on objects that are not optically close to each other, such as paper. be able to.
請求項2記載の発明によれば、請求項1の発明の効果に加えて、読み取り面に接触しながら移動された物体について撮像素子により読み取った画像をもとに生成される2次元画像を、物体の異なる移動方向でそれぞれ読み取られる複数の2次元画像をもとに補正するので、例えば物体が読み取り面に対して接触圧が不均一な状態で移動されることにより発生する、移動方向の違いによる異なる画像の歪みなどを補正することができる。 According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, a two-dimensional image generated on the basis of an image read by an imaging device with respect to an object moved while contacting the reading surface, Since correction is made based on a plurality of two-dimensional images that are read in different movement directions of the object, for example, the difference in the movement direction that occurs when the object is moved with non-uniform contact pressure on the reading surface. It is possible to correct distortions of different images due to.
請求項3記載の発明によれば、請求項2の発明の効果に加えて、2次元画像に含まれる基準とするパターンをもとに補正することで、物体の異なる移動方向でそれぞれ読み取られる複数の2次元画像を用いた補正を安定して行うことができる。 According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the second aspect of the invention, by correcting based on the reference pattern included in the two-dimensional image, a plurality of objects read in different moving directions of the object, respectively. The correction using the two-dimensional image can be stably performed.
請求項4記載の発明によれば、請求項3の発明の効果に加えて、指紋画像の第1関節部分の皺に相当するパターンをもとに補正することで、このパターンについては個人差が少ないことから、複数の2次元画像を用いた補正を安定して行うことができる。 According to the invention of claim 4, in addition to the effect of the invention of claim 3, by correcting based on the pattern corresponding to the wrinkle of the first joint portion of the fingerprint image, there is an individual difference in this pattern. Therefore, correction using a plurality of two-dimensional images can be performed stably.
請求項5記載の発明によれば、請求項1の発明の効果に加えて、物体の静止状態において読み取られた第1の画像と、物体の動き始めに読み取られた第2の画像とをもとに2次元画像を補正することで、例えば物体が読み取り面に対して接触圧が不均一な状態で移動されることにより発生する歪みが、物体の動き始めに大きく現れやすいことから、画像の歪みなどを効果的に補正することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the first image read in the stationary state of the object and the second image read at the beginning of the movement of the object are also included. In addition, by correcting the two-dimensional image, for example, distortion that occurs when the object is moved in a state where the contact pressure is not uniform with respect to the reading surface is likely to appear greatly at the beginning of the movement of the object. Distortion and the like can be effectively corrected.
請求項6記載の発明によれば、透明回転ローラの中空内にローラの回転と連動しないように、光源から照射される光の照射光軸と、光源から照射されて透明回転ローラの読み取り面で反射した光を入射する撮像素子の撮像光軸とが、読み取り面の法線に対して、読み取り面での全反射角より小さい角度となるように光源と撮像素子とを線対称となる位置に配置することで、光源と撮像素子の配置位置についての制限が緩和され装置全体の小型化を図ることができる。また、光源と撮像素子の配置位置を線対称とすることで、読み取り面での表面反射光を利用して、例えば指紋の凹凸を画像の明暗情報として効果的に変換することができ、また全反射を利用していないため、紙などの光学的には密着していない物体に記録された文字や絵などの画像情報を読み取ることができため、対象物の画像についての安定した読み取りを実現することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the irradiation optical axis of the light irradiated from the light source and the reading surface of the transparent rotating roller irradiated from the light source so as not to be interlocked with the rotation of the roller in the hollow of the transparent rotation roller. Position the light source and the image sensor in line symmetry so that the imaging optical axis of the image sensor on which the reflected light is incident is smaller than the total reflection angle on the reading surface with respect to the normal of the reading surface. By arranging, the restriction on the arrangement position of the light source and the image sensor is relaxed, and the entire apparatus can be reduced in size. In addition, by arranging the light source and the image sensor to be axisymmetric, it is possible to effectively convert, for example, fingerprint irregularities as light / dark information of an image using surface reflected light on the reading surface. Since reflection is not used, it is possible to read image information such as letters and pictures recorded on objects that are not optically close to each other, such as paper. be able to.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係わる画像読み取り装置を搭載した携帯電話の電子回路の構成を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic circuit of a mobile phone equipped with an image reading apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示す携帯電話は、CPU10が記憶装置12、RAM14、通話ユニット16、表示部18、キー部19、指紋読み取り部20などの各種デバイスとバスを介して接続されることで構成されている。指紋読み取り部20は、被検体を人の指先として、指先上の指紋パターンの画像を読み取る。
The mobile phone shown in FIG. 1 includes a
CPU10は、RAM14のプログラムエリアに格納されたプログラムを実行することにより各種の機能を実現する。CPU10は、携帯電話としての機能を制御する他、指紋読み取り部20による指紋パターンの画像データ(指紋画像)の読み取り制御と、この画像パターンに対する各種処理を実行する。
記憶装置12は、プログラムやデータ等が記憶されるもので必要に応じて読み出されてRAM14に格納される。
The
The storage device 12 stores programs, data, and the like and is read out as necessary and stored in the
RAM14は、プログラムや各種データが格納されてCPU10によってアクセスされるもので、携帯電話を制御する各種プログラムの他、指紋読み取り部20によって読み取られた指紋パターンの画像データに対する処理を実行する処理プログラムなどが格納される。指紋読み取り部20よる指紋パターンの画像データの読み取り時には、読み取られた画像データが格納される。
The
通話ユニット16は、携帯電話としての無線通信を行うためのユニットである。
表示部18は、CPU10により実現される各種機能を実行する際に様々なデータ等を表示する。
キー部19は、電話番号入力用の数字キーや各種の機能キーからなる複数のキーにより構成されている。
The
The
The
指紋読み取り部20は、指紋パターンを表す画像データを読み取るもので、例えば携帯電話の筐体表面に読み取り面が設けられる。本実施形態における指紋読み取り部20には、光源21、レンズ光学系(セルフォックレンズ22)、1次元撮像素子24、撮像制御回路26、A/D変換回路28、移動量検出装置29、読取透明板30が含まれている。
The
指紋読み取り部20における指紋パターンの読み取りは、読み取り面に被検体である指先が圧接されて、その状態で所定の方向で移動されることで行われる。指紋読み取り部20では、光源21から照射され読み取り面に圧接(接触)される被検体である指先において反射した光が、セルフォックレンズ22により1次元撮像素子24に集光される。撮像制御回路26の制御により、セルフォックレンズ22を介して集光された光が1次元撮像素子24により光電変換され、さらにA/D変換回路28により指紋パターンを表す画像データとして変換される。1次元撮像素子24からは、所定のタイミングで定期的にデータが読み取られて、そのデータがRAM14にバッファリングされる。CPU10は、1次元撮像素子24により読み取られたデータに対して、移動量検出装置29により被検体(指)が所定量分移動したことが検知された場合に、指紋パターンを表す画像データとして取り込みRAM14に記録することで2次元画像(指紋画像)を生成する。
Reading of the fingerprint pattern in the
図2には、指紋読み取り部20の機構部分の概略構成(側面断面図)を示している。
図2に示すように、携帯電話の筐体には指紋画像の読み取り面となる読取透明板30が設けられている。読取透明板30は、光が透過するように透明な材料、例えばアクリルやガラスなどにより例えば矩形板状に形成される。読取透明板30の長手方向の長さは、例えば被検体である指の幅程度の長さ(指の移動方向に対して垂直方向の長さ)が確保される。また、読取透明板30の短手方向(矩形板の短い幅方向)は、図2に示すように、光源21から照射された光が読取透明板30に接触された被検体(指)により反射し、セルフォックレンズ22により集光可能な幅が確保されていれば良い。
FIG. 2 shows a schematic configuration (side sectional view) of the mechanism portion of the
As shown in FIG. 2, a reading
読取透明板30の近傍には、指の移動量を検知すると共に移動を安定化させるための移動量検出装置29が設けられている。移動量検出装置29はローラ状に形成された回転部材を有し、この回転部材が筐体表面に設けられたスリットから露出するように設けられている。移動量検出装置29の回転部材には、読取透明板30に対して被検体が接触されて移動された場合に、同時に被検体が接触されて回転される。移動量検出装置29は、回転部材の回転を検出してCPU10に通知して、1次元撮像素子24による読み取られる画像データの取り込みタイミングの制御に用いられる。
In the vicinity of the reading
図2に示すように、光源21(例えばLED(Light Emitting Diode))、セルフォックレンズ22、及び1次元撮像素子24は、筐体内で支持部材32によって固定保持される。第1実施形態においては、読取透明板30(読み取り面)に光源21から照射される光の照射光軸と、光源21から照射されて読取透明板30の表面(被検体)で反射した光を入射する1次元撮像素子24(及びセルフォックレンズ22とを含む撮像光学系)の撮像光軸とが、読取透明板30の法線(読取透明板30の表面に対して垂直方向を示す線)に対して、読み取り面での全反射角より小さい角度となるように、光源21と1次元撮像素子24とを線対称となる位置に配置している。例えば、照射光軸と撮像光軸とがなす読み取り面における屈折角度が90°より小さくなるようにすると共に、読み取り面に対する法線に対して線対称となるように光源21と1次元撮像素子24とを配置している。
As shown in FIG. 2, the light source 21 (for example, an LED (Light Emitting Diode)), the
第1実施形態に示す構成では、光源21から照射される光の全反射を利用していないため照射光軸(照射光の入射角)を小さくでき、光源21と1次元撮像素子24(及びセルフォックレンズ22)の配置位置についての制限が少ない。例えば、光源21と1次元撮像素子24の配置位置を、図2に示すように近づけることができ、またプリズムなどの光学部材を省略することができ、さらには光学距離を短くすることができることから、指紋読み取り部20の小型化を図ることができる。
In the configuration shown in the first embodiment, since the total reflection of light emitted from the
セルフォックレンズ22は、読取透明板30における被検体が圧接される部分(読み取り面)を1次元撮像素子24に結像させる。なお、セルフォックレンズに限るものではなく、ロッドレンズ群によって構成される結像光学系を用いること可能である。
The
1次元撮像素子24は、CCDラインセンサまたはCMOSラインセンサなどによって短冊状に構成されるもので、各撮像素子の配列が被検体の移動方向とほぼ垂直、すなわち読取透明板30の長手方向と平行となるように実装されている。1次元撮像素子24は、例えば読取透明板30の長さ分を撮像範囲としている。
The one-
なお、読み取り面の表面反射光を強調するために、光源21(照明系)と1次元撮像素子24(撮像光学系)との間の光軸経路中に偏光素子を配置する構成としても良い。 In order to emphasize the surface reflected light on the reading surface, a polarizing element may be arranged in the optical axis path between the light source 21 (illumination system) and the one-dimensional imaging element 24 (imaging optical system).
図3には、第1実施形態における被検体(指)に対する画像読み取りの状況を示す図である。図3中の矢印の太さは光量を表しており、太いほど光量が多いことを表している。指紋画像の指紋を表す濃淡は次のようにして検出される。 FIG. 3 is a diagram showing a state of image reading for the subject (finger) in the first embodiment. The thickness of the arrow in FIG. 3 represents the light amount, and the thicker the light, the greater the amount of light. The shading representing the fingerprint of the fingerprint image is detected as follows.
すなわち、図3(a)に示すように、指先の指紋凸部では、読取透明板30に密着するために光源21から照射された光が吸収され、反射光の光量が少なくなるために暗くなる。一方、図3(b)に示すように、指紋凹部では、読取透明板30に密着していないので指による光の吸収量が少なく、反射光の光量が多くなるために明るくなる。
That is, as shown in FIG. 3A, the fingerprint projection at the fingertip absorbs light emitted from the
こうして、指の読取透明板30上での移動に伴って指紋の凹凸に応じた画像データが1次元撮像素子24によって読み取られる。CPU10は、移動量検出装置29によって検出される被検体の移動量に応じて、複数の画像データを順次取り込むことで、指紋パターンを表す2次元画像を生成(合成)する。
In this way, the image data corresponding to the unevenness of the fingerprint is read by the one-
なお、前述した説明では、被検体を指として、指紋パターンを表す画像データ(指紋画像)を読み取るものとして説明したが、紙等を被検体として、紙に記録された文字や絵の画像を読み取るようにしても良い。 In the above description, the subject is a finger and image data (fingerprint image) representing a fingerprint pattern is read. However, paper or the like is used as a subject to read a character or picture image recorded on paper. You may do it.
紙等の物体では、指紋のように凹凸がなく読取透明板30に対して光学的に密着しないが、紙に記録された文字や絵などの有無による濃淡に、表面反射光がオフセットされた濃淡を取得することができる。
An object such as paper does not have unevenness like a fingerprint and does not optically adhere to the reading
このようにして、第1実施形態の画像読み取り装置では、読取透明板30の読み取り面に光源21から照射される光の照射光軸と、光源21から照射されて読み取り面で反射した光を入射する1次元撮像素子24(セルフォックレンズ22)の撮像光軸とが、読み取り面の法線に対して、読み取り面での全反射角より小さい角度となるように光源21と1次元撮像素子24とを線対称となる位置に配置することで、光源21と1次元撮像素子24の配置位置についての制限が緩和され装置全体の小型化を図ることができる。また、光源21と1次元撮像素子24の配置位置を線対称とすることで、読み取り面での表面反射光を利用して、例えば指紋の凹凸を画像の明暗情報として効果的に変換することができ、また全反射を利用していないため、紙などの光学的には密着していない物体に記録された文字や絵などの画像情報を読み取ることができため、対象物の画像についての安定した読み取りを実現することができる。
In this manner, in the image reading apparatus of the first embodiment, the irradiation optical axis of the light emitted from the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
第1実施形態では、指紋読み取り部20の読み取り面に読取透明板30を設け、被検体である指の移動量を移動量検出装置29によって検出しているが、第2実施形態では、被検体が圧接した状態で移動されることで回転する中空の回転透明ローラ35を設け、回転透明ローラ35の外周面に設けられた移動量読取パターン36を用いて指の移動量を検出する構成とする。従って、第2実施形態の指紋読み取り部20では、図1に示す移動量検出装置29の構成が不要となる。その他の構成については、第1実施形態と同じものとして詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, the reading
図4には、第2実施形態で用いる回転透明ローラ35の構成を示している。回転透明ローラ35は、光が透過するように透明な材料、例えばアクリルやガラスなどにより構成され、筐体に設けられたスリットから外周面の一部を露出させて回転するように実装される。
FIG. 4 shows the configuration of the rotating
また、回転透明ローラ35は、ローラ内部が中空になっており、この中空内に光源21(例えば、LED(Light Emitting Diode))、レンズ光学系(セルフォックレンズ22)、1次元撮像素子24を含む撮像機能部が実装されている。図5には、撮像機能部が回転透明ローラ35の中空内に実装された状態を断面によって示す図である。光源21、セルフォックレンズ22、及び1次元撮像素子24は、回転透明ローラ35の内部において回転透明ローラ35の回転と連動しないように支持部材32によって保持されている。
The rotating
回転透明ローラ35には、図4に示すように、外周面の表面形状を不均一とすることで形成されたパターン、あるいは印刷されたパターンが付されている。
As shown in FIG. 4, the rotating
表面形状を不均一とすることで形成されたパターンは、回転透明ローラ35の軸における断面形状が段階的に外径が変化する階段状に形成され、同形のパターンからなる移動量読取パターン36が外周面の1周に渡って付されている。
The pattern formed by making the surface shape non-uniform is formed in a step shape in which the cross-sectional shape of the shaft of the rotating
また、印刷パターンの場合も同様に、同形のパターンが外周面の1周に渡って付される。 Similarly, in the case of a print pattern, the same pattern is applied over the entire circumference of the outer peripheral surface.
回転透明ローラ35に付されるパターンは、例えば回転透明ローラ35の軸方向に対して所定の角度をもった直線部(それぞれが軸に対して一定の角度を持つ直線部)が連続するように形成されている。なお、図4に示すパターンは一例であって、他の形状パターンを用いることも可能である。
The pattern applied to the rotating
回転透明ローラ35の表面に付されたパターンは、被検体(指)の画像と同時に読み取られ、順次読み取られるライン状の画像データ中の位置が変化することにより指の移動、すなわち指紋画像として取り込むタイミングが判定される。
The pattern attached to the surface of the rotating
CPU10は、取り込みタイミングの判定に応じて、1次元撮像素子24によって読み取られる画像データを指紋パターンを表す画像データとして合成することで2次元画像を生成することができる。
The
図5に示すように、光源21(例えばLED(Light Emitting Diode))、セルフォックレンズ22、及び1次元撮像素子24は、回転透明ローラ35の中空内で支持部材32によって固定保持される。第2実施形態においては、読取透明板30(読み取り面)に光源21から照射される光の照射光軸と、光源21から照射されて読取透明板30の表面(被検体)で反射した光を入射する1次元撮像素子24(及びセルフォックレンズ22とを含む撮像光学系)の撮像光軸とが、読取透明板30の法線(回転透明ローラ35の表面に対して垂直方向を示す線)に対して、読み取り面での全反射角より小さい角度となるように、光源21と1次元撮像素子24とを線対称となる位置に配置している。例えば、照射光軸と撮像光軸とがなす読み取り面における屈折角度が90°より小さくなるようにすると共に、読み取り面に対する法線に対して線対称となるように光源21と1次元撮像素子24とを配置している。
As shown in FIG. 5, the light source 21 (for example, LED (Light Emitting Diode)), the
第1実施形態に示す構成では、光源21から照射される光の全反射を利用していないため照射光軸(照射光の入射角)を小さくでき、光源21と1次元撮像素子24(及びセルフォックレンズ22)の配置位置についての制限が少ない。例えば、光源21と1次元撮像素子24の配置位置を、図5に示すように近づけることができ、またプリズムなどの光学部材を省略することができ、さらには光学距離を短くすることができることから、回転透明ローラ35に実装する必要がある光学撮像系の小型化を図ることができる。
In the configuration shown in the first embodiment, since the total reflection of light emitted from the
このようにして、第2実施形態の指紋読み取り部20では、回転透明ローラ35の中空内にローラの回転と連動しないように、光源21から照射される光の照射光軸と、光源21から照射されて透明回転ローラ35の読み取り面で反射した光を入射する撮像素子24の撮像光軸とが、読み取り面の法線に対して、読み取り面での全反射角より小さい角度となるように光源21と撮像素子24とを線対称となる位置に配置することで、光源21と撮像素子24の配置位置についての制限が緩和され装置全体の小型化を図ることができる。また、光源21と撮像素子24の配置位置を線対称とすることで、読み取り面での表面反射光を利用して、例えば指紋の凹凸を画像の明暗情報として効果的に変換することができ、また全反射を利用していないため、紙などの光学的には密着していない物体に記録された文字や絵などの画像情報を読み取ることができため、対象物の画像についての安定した読み取りを実現することができる。
In this way, in the
次に、前述した第1実施形態及び第2実施形態において読み取られた画像に対する補正処理について説明する。 Next, correction processing for an image read in the first embodiment and the second embodiment described above will be described.
第1実施形態及び第2実施形態に示す指紋読み取り部20の構成では、例えば被検体(指)を撮像素子の結像面上で接触させて移動させるので、指の腹の中心部の接触圧が強くなるなど、読み取り面に対する接触圧が不均一な状態で移動された場合、読み取られた画像に歪みが発生することがある。また、移動方向の違い(順方向または逆方向)による異なる画像の歪みなどが発生することがある。こうした画像の歪みに対して補正を施す。
In the configuration of the
図6は、補正処理における第1の方法を説明するための指紋画像の一例を示す図である。図6(a)は、歪みが発生していない正常指紋画像を示している。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a fingerprint image for explaining the first method in the correction process. FIG. 6A shows a normal fingerprint image with no distortion.
読み取り面上で移動される指に対して時間的に連続して読み取られる複数の画像データ(部分指紋画像)から1枚の指紋画像(2次元画像)が生成される。この場合、指の読み取り面に対する接触圧は、指先の周辺部に比べて中央部の方が高くなる傾向がある。そのため、摩擦抵抗が大きくなり、合成された指紋画像では、周辺部に対して中心部が移動方向と反対の方向にずれが生じ歪んでしまう。 One fingerprint image (two-dimensional image) is generated from a plurality of pieces of image data (partial fingerprint image) that are read sequentially with respect to a finger moved on the reading surface. In this case, the contact pressure with respect to the reading surface of the finger tends to be higher in the central portion than in the peripheral portion of the fingertip. For this reason, the frictional resistance is increased, and the synthesized fingerprint image is distorted by causing the central portion to shift in the direction opposite to the moving direction with respect to the peripheral portion.
図6(b)には、指を手前方向に移動させながら読み取られた指紋画像の一例を示している。また、図6(c)には、指を手前方向に移動させながら読み取られた指紋画像の一例を示している。図6(b)(c)に示すように、指の移動方向の違いにより異なった歪みが発生した指紋画像が読み取られる。 FIG. 6B shows an example of a fingerprint image read while moving a finger toward the front. FIG. 6C shows an example of a fingerprint image read while moving the finger toward the front. As shown in FIGS. 6B and 6C, fingerprint images having different distortions due to differences in finger movement directions are read.
CPU10は、指紋読み取り部20によって、読み取り面に対する異なる移動方向(順方向と逆方向)でそれぞれ読み取られる2つの指紋画像を読み取る。CPU10は、何れか一方の指紋画像を基準とする基準指紋画像とし、他方の指紋画像を歪ませて基準指紋画像との画像マッチングの評価値が最大(類似している状態)となるようにする。そして、CPU10は、歪ませた変形量の半分を補正値として、指の移動方向と逆方向に指紋画像を補正することで補正指紋画像を生成する。これにより、図6(d)に示すように、正常指紋画像に近い補正指紋画像を得ることができる。
The
なお、前述した説明では、画像全体を対象とした画像マッチングを用いているが、指紋画像中の特徴点を利用するようにしても良い。例えば、2つの指紋画像の特徴点抽出をそれぞれ行ない、対応する特徴点の位置の変化量を算出し、その中間値を補正値として指紋画像に対して補正を施すようにしても良い。 In the above description, image matching for the entire image is used, but feature points in the fingerprint image may be used. For example, feature points may be extracted from two fingerprint images, the amount of change in the position of the corresponding feature point may be calculated, and the fingerprint image may be corrected using the intermediate value as a correction value.
なお、前述した説明では、順方向と逆方向で移動された指についてそれぞれ読み取られた2つの指紋画像を用いて指紋画像の補正をしているが、3つ以上の指紋画像を用いて補正をするようにしても良い。この場合、異なる読み取り状況に応じてそれぞれ読み取られた複数の指紋画像について、それぞれの読み取り状況を反映させるようにして補正を施すことで、正常指紋画像と近くなるように補正指紋画像を生成する。 In the above description, the fingerprint image is corrected using two fingerprint images read for each finger moved in the forward direction and the reverse direction. However, the correction is performed using three or more fingerprint images. You may make it do. In this case, a corrected fingerprint image is generated so as to be close to a normal fingerprint image by performing correction so as to reflect the respective reading situations for a plurality of fingerprint images read according to different reading situations.
図7は、補正処理における第2の方法を説明するための指紋画像の一例を示す図である。図7(a)は、歪みが発生していない正常指紋画像を示している。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a fingerprint image for explaining a second method in the correction process. FIG. 7A shows a normal fingerprint image with no distortion.
第2の方法では、画像中に含まれる基準パターンをもとにして指紋画像に対する補正を行う。ここでは、基準パターンとして、指の第1関節に現れる皺に相当するパターンを用いる。従って、第2の方法を用いる場合には、指紋読み取り部20によって指紋部分だけでなく、図7(a)に示すように、第1関節の皺のパターンを含めて読み取るようにする。
In the second method, the fingerprint image is corrected based on the reference pattern included in the image. Here, a pattern corresponding to a wrinkle appearing at the first joint of the finger is used as the reference pattern. Therefore, when the second method is used, the
図7(b)には、指を手前方向に移動させながら読み取られた指紋画像の一例を示している。図7(b)に示すように、指の移動方向に応じた歪みが発生している。 FIG. 7B shows an example of a fingerprint image read while moving the finger toward the front. As shown in FIG. 7B, distortion corresponding to the direction of finger movement occurs.
CPU10は、第1関節の皺に相当するパターンが、ほぼ直線状となっていることを利用して、このパターンが直線に最も近似するように指紋画像の全体に対して補正処理を施す。図7(b)に示す指紋画像の例では、指周辺よりも中央付近の方が歪みが大きい。
The
CPU10は、指の移動方向と逆方向に、第1関節の皺のパターンの歪み具合に応じて指紋画像を補正することで補正指紋画像を生成する。これにより、図7(c)に示すように、正常指紋画像に近い補正指紋画像を得ることができる。
The
図8は、補正処理における第3の方法を説明するための指紋画像の一例を示す図である。図7(a)は、別の2次元センサによって読み取られた歪みが発生していない2次元指紋画像を示している。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a fingerprint image for explaining a third method in the correction process. FIG. 7A shows a two-dimensional fingerprint image that is not distorted and is read by another two-dimensional sensor.
第3の方法では、別の2次元センサによって読み取られた2次元指紋画像を予め用意しておき、この2次元指紋画像を基準として指紋読み取り部20により読み取られた指紋画像に対して補正を施す。2次元指紋画像については、例えば認証処理の対象とする指紋画像を、別途、他の2次元センサが搭載された読み取り装置などによって読み取って自装置に蓄積しておく。2次元センサでは、指を移動させながら読み取りを行わないため指の移動に伴う歪みが発生せず、後述する基準指紋画像として用いることができる。
In the third method, a two-dimensional fingerprint image read by another two-dimensional sensor is prepared in advance, and the fingerprint image read by the
図8(b)には、指を手前方向に移動させながら読み取られた指紋画像の一例を示している。また、図8(c)には、指を手前方向に移動させながら読み取られた指紋画像の一例を示している。図8(b)(c)に示すように、指の移動方向の違いにより異なった歪みが発生した指紋画像が読み取られる。 FIG. 8B shows an example of a fingerprint image read while moving a finger toward the front. FIG. 8C shows an example of a fingerprint image read while moving the finger toward the front. As shown in FIGS. 8B and 8C, fingerprint images having different distortions due to differences in finger movement directions are read.
CPU10は、2次元指紋画像を基準とする基準指紋画像とし、指紋読み取り部20により読み取られた指紋画像を歪ませて基準指紋画像との画像マッチングの評価値が最大(類似している状態)となるようにする。
The
そして、CPU10は、歪ませた変形量を補正値として、指の移動方向と逆方向に指紋画像を補正することで補正指紋画像を生成する。これにより、何れの移動方向で読み取られた指紋画像についても、図8(d)に示すように、正常指紋画像に近い補正指紋画像を得ることができる。
Then, the
なお、前述した第3の方法についての説明では、画像全体を対象とした画像マッチングを用いているが、指紋画像中の特徴点を利用するようにしても良い。例えば、2つの指紋画像の特徴点抽出をそれぞれ行ない、対応する特徴点の位置の変化量を算出し、その変化量を補正値として指紋読み取り部20により読み取られた指紋画像に対して補正を施すようにしても良い。
In the above description of the third method, image matching for the entire image is used. However, feature points in the fingerprint image may be used. For example, feature points are extracted from two fingerprint images, the amount of change in the position of the corresponding feature point is calculated, and the fingerprint image read by the
図9は、補正処理における第4の方法を説明するための指紋画像の一例を示す図である。
第4の方法では、指を静止させた状態で読み取った部分的な指紋画像(第1の画像)と、指の動き始めに読み取られた部分的な指紋画像(第2の画像)とを用いて、指紋読み取り部20により読み取られた指紋画像全体に対して補正を施す。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a fingerprint image for explaining a fourth method in the correction process.
In the fourth method, a partial fingerprint image (first image) read with the finger stationary and a partial fingerprint image (second image) read at the beginning of finger movement are used. Thus, the entire fingerprint image read by the
第4の方法を用いる場合、指が読み取り面に静止した状態で接触されている場合に、指紋画像の一部が読み取り可能に構成されるものとする。 In the case of using the fourth method, it is assumed that a part of the fingerprint image can be read when the finger is in contact with the reading surface in a stationary state.
図9(a)には、指が静止状態にある時に読み取った部分的な指紋画像(静止画像)の一例を示している。また、図9(b)には、指を手前方向に移動開始された時に読み取られた部分的な指紋画像(動き始め画像)の一例を示している。図9(c)は、指を手前方向に移動させながら読み取られた指紋画像全体の一例を示している。図9(c)に示すように、指の移動方向に応じた歪みが発生している。 FIG. 9A shows an example of a partial fingerprint image (still image) read when the finger is in a stationary state. FIG. 9B shows an example of a partial fingerprint image (motion start image) read when the finger is started to move toward the front. FIG. 9C shows an example of the entire fingerprint image read while moving the finger forward. As shown in FIG. 9C, distortion corresponding to the moving direction of the finger occurs.
CPU10は、例えば静止状態で読み取った静止画像を基準指紋画像とし、動き始め画像を歪ませて基準指紋画像との画像マッチングの評価値が最大(類似している状態)となるようにする。
For example, the
そして、CPU10は、歪ませた変形量を補正値として、指の移動方向と逆方向に指紋画像全体に対して補正することで補正指紋画像を生成する。これにより、図9(d)に示すように、正常指紋画像に近い補正指紋画像を得ることができる。
Then, the
なお、前述した説明では、読み取り開始前の静止状態で読み取った静止画像(図9(a))と、動き始めに読み取った動き始め画像を用いて補正処理を実行しているが、読み取り終了近くで読み取った動き終わり画像と、指紋画像全体の読み取りが完了して指の移動が停止された時に読み取った静止画像を用いて、前述と同様にして補正処理を実行することもできる。 In the above description, correction processing is performed using a still image read in a still state before starting reading (FIG. 9A) and a motion start image read at the beginning of movement, but near the end of reading. The correction process can also be executed in the same manner as described above using the motion end image read in step 1 and the still image read when the reading of the entire fingerprint image is completed and the movement of the finger is stopped.
このようにして、指が読み取り面に対して接触圧が不均一な状態で移動されることにより発生する、移動方向の違いによる異なる画像の歪みなどを補正することができる。従って、指紋画像に対する照合処理を実行する場合に、正確な照合結果を得やすくすることができる。また、歪みの少ない指紋画像に補正するので、指紋読み取り部20の構成の違いに依存せず、他の方式の指紋読み取り装置で得られた指紋画像とも照合することもできる。
In this manner, it is possible to correct different image distortions or the like caused by the difference in the moving direction, which occurs when the finger is moved with a nonuniform contact pressure on the reading surface. Therefore, it is possible to easily obtain an accurate collation result when executing a collation process for a fingerprint image. Moreover, since the fingerprint image is corrected with less distortion, it is possible to collate with a fingerprint image obtained by another type of fingerprint reading device without depending on the difference in the configuration of the
また、読み取り時に得られる画像をもとに指紋画像に対する歪みを補正することができるので(第3の方法以外)、指の状態や環境の変化に応じた歪みの少ない補正された指紋画像を得ることができる。 Further, since the distortion of the fingerprint image can be corrected based on the image obtained at the time of reading (other than the third method), a corrected fingerprint image with little distortion according to the change of the finger state or environment is obtained. be able to.
なお、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも1つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 Note that the above embodiment includes inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, at least one of the problems described in the column of problems to be solved by the invention can be solved, and described in the column of the effect of the invention. In a case where at least one of the obtained effects can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
10…CPU、12…記憶装置、14…RAM、16…通話ユニット、18…表示部、19…キー部、20…指紋読み取り部、21…光源、22…セルフォックレンズ(レンズ光学系)、24…1次元撮像素子、26…撮像制御回路、28…A/D変換回路、29…移動量検出回路、30…読取透明板、32…支持部材、35…回転透明ローラ、36…移動量読取パターン。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記読み取り面に光源から照射される光の照射光軸と、前記光源から照射されて前記読み取り面で反射した光を入射する撮像素子の撮像光軸とが、前記読み取り面の法線に対して、前記読み取り面での全反射角より小さい角度となるように前記光源と前記撮像素子とを線対称となる位置に配置したことを特徴とする画像読み取り装置。 In an image reading device that reads an image of an object in contact with a reading surface,
An irradiation optical axis of light emitted from a light source to the reading surface and an imaging optical axis of an image sensor that receives light irradiated from the light source and reflected by the reading surface are relative to the normal line of the reading surface. The image reading apparatus is characterized in that the light source and the image sensor are arranged in a line-symmetrical position so that the angle is smaller than a total reflection angle on the reading surface.
物体が圧接した状態で移動されることで回転する中空の透明回転ローラを設け、
前記透明回転ローラの中空内にローラの回転と連動しないように、前記光源から照射される光の照射光軸と、前記光源から照射されて前記透明回転ローラの前記物体が圧接される読み取り面で反射した光を入射する前記撮像素子の撮像光軸とが、前記読み取り面の法線に対して、前記読み取り面での全反射角より小さい角度となるように前記光源と前記撮像素子とを線対称となる位置に配置することを特徴する画像読み取り装置。 In an image reading device that reads light reflected from an object irradiated from a light source by an image sensor,
Provide a hollow transparent rotating roller that rotates by moving the object in pressure contact,
In the hollow of the transparent rotating roller, in order not to interlock with the rotation of the roller, an irradiation optical axis of light irradiated from the light source, and a reading surface that is irradiated from the light source and presses the object of the transparent rotating roller The light source and the image sensor are lined so that the imaging optical axis of the image sensor on which the reflected light is incident is at an angle smaller than the total reflection angle on the reading surface with respect to the normal line of the reading surface. An image reading device arranged at a symmetrical position.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019075085A (en) * | 2017-10-12 | 2019-05-16 | 神盾股▲ふん▼有限公司 | Method for fingerprint recognition and electronic device using the same |
US10713466B2 (en) | 2014-03-07 | 2020-07-14 | Egis Technology Inc. | Fingerprint recognition method and electronic device using the same |
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2004
- 2004-01-07 JP JP2004002074A patent/JP2005196470A/en active Pending
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