JP4475275B2 - 画像読取装置、及び、画像読取方法、並びに、スイープ型指紋読取装置 - Google Patents

Description

本発明は画像読取装置、及び、画像読取方法、並びに、スイープ型指紋読取装置に係り、特に、読取対象の画像に基づいて読取対象に移動量を検出する画像読取装置、及び、画像読取方法、並びに、スイープ型指紋読取装置に関する。

近年、コンピュータなどのセキュリティーの向上が求められる中、指紋などの生体認証が行われるようになっている。生体認証を実現するためのデバイスとして、指紋読取装置がある。

また、指紋読取装置として、記録面に対して指をスイープさせ、指紋画像をライン毎に読み取り、読み取ったライン毎の指紋画像を組み立てることによって、指紋画像を取得するスイープ式指紋読取装置がある。

このような指紋読取装置において指紋を読み取る方法として、空気層、すなわち、指紋の凹部と皮膚、すなわち、指紋の凸部との屈折率の違いをイメージガイドと呼ばれる光ファイバ束を利用した光学装置によって指紋を読み取る光学式指紋読取装置が提案されている。

なお、このような指紋読取装置は、単に、指紋を読み取るだけでなく、読み取った画像を用いて指の移動を検出することが可能である。このため、指の移動を検知することによりポインティングデバイスとして用いることができるようになっている。

しかし、光学式指紋読取装置では、動作時に読取対象に対して光を照射する必要があり、照明による電力を消費する。また、指紋画像を読み取るためのイメージセンサ、イメージセンサから出力される画像をディジタルデータに変換するアナログ−ディジタル変換器などでも大きな電力を消費する。また、指紋読取装置には取得した画像データを処理するために、メモリなども内蔵されており、メモリでも電力を消費する。

ポインティングデバイスとして使用する場合、指の動きを常時検知する必要があるため、消費電力が大きくなるなどの問題点があった。

なお、スキャナなどの画像読取装置、光学式ポインティングデバイスでは、低消費電力化のための提案が種々されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開２００４−２１３６７４号公報 特開２００５−１００４３６号公報 特開平８−２２７４５１号公報

上記指紋読取装置で、ポインティング機能を実現する場合には、常時、照明、イメージセンサ、アナログ−ディジタル変換器、メモリなどが動作していたため、消費電力が大きくなるなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、不要な電力消費を低減できる画像読取装置、及び、画像読取方法、並びに、スイープ型指紋読取装置を提供することを目的とする。

本発明は、読取対象の画像をライン毎に読み取るラインイメージセンサ部と、ラインイメージセンサ部から前記読取対象の画像を順次取り込み、読取対象の画像を取得する画像処理部とを有する画像読取装置において、画像処理部は、読取対象から取得した画像に基づいて読取対象の移動を検出する移動検出手段と、読取対象から取得した画像に基づいて読取対象の移動速度を検出し、検出された移動速度が所定速度より遅いときに、ラインイメージセンサ部及び画像処理部を、サンプルホールド期間単位で、間欠的に動作させる画像読取間隔制御手段とを有する。

また、本発明は、読取対象の画像をライン毎に読み取るラインイメージセンサ部から読取対象の画像を画像処理部に順次取り込み、読取対象の画像を取得する画像読取方法において、読取対象から取得した画像に基づいて画像処理部により読取対象の移動速度を検出する移動速度検出手順と、移動速度検出手順で検出された移動速度が所定速度より遅いときに、前記ラインイメージセンサ部及び前記画像処理部を、サンプルホールド期間単位で、間欠的に動作させる読取間隔制御手順とを有する。

さらに、本発明は、指紋の画像をライン毎に読み取るラインイメージセンサと、ラインイメージセンサから指紋のライン毎の画像を順次取り込み、取り込んだ画像を組み合わせることにより指紋の画像を取得する画像処理部とを有するスイープ型指紋読取装置において、画像処理部は、指紋から取得した画像に基づいて指紋の移動を検出する移動検出手段と、ラインイメージセンサによりライン毎に取得した画像に基づいて読取対象の移動速度を検出し、検出された移動速度が所定速度より遅いときに、ラインイメージセンサ及び画像処理部を、サンプルホールド期間単位で、間欠的に動作させる画像読取間隔制御手段とを有する。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって特許請求の範囲が制限されるものではない。

本発明によれば、読取対象の移動速度が所定速度より遅いときにラインイメージセンサ部及び画像処理部を、サンプルホールド期間単位で、間欠的に動作させることにより、移動速度が遅い場合などに、無駄な読取を抑制でき、よって、消費電力を低減できる。

図１は本発明の一実施例のブロック構成図、図２は本発明の一実施例の斜視図を示す。

本実施例では、読取対象の画像を読み取る画像読取部と、画像読取部から読取対象の画像を順次取り込み、読取対象の画像を取得する画像処理部とを有する画像読取装置画像読取装置としてスイープ型指紋読取装置を例に説明を行う。

本実施例のスイープ型指紋読取装置１００は、プリント配線板１１１上にＬＥＤ１１２、導光ブロック１１３、イメージガイド１１４、ラインイメージセンサ１１５、アナログ−ディジタル変換回路１１６、処理装置１１７、メモリ１１８、コネクタ１１９を搭載し、モールド樹脂１２０によりモールドした構成とされている。

ＬＥＤ１１２は、処理装置１１７からの駆動信号により駆動されて、発光する。ＬＥＤ１１２から出射した光は、導光ブロック１１３に入射する。導光ブロック１１３は、例えば、透明、半透明樹脂材から構成されており、ＬＥＤ１１２から出射した光を読取面Ｓまでガイドして、読取面Ｓから矢印Ｚ１方向に出射する。

読取面Ｓには、読取対象となる指が接触し、例えば、矢印Ｘ１方向にスイープされる。導光ブロック１１３から出射した光は、指に入射し、指内部で乱反射し、イメージガイド１１４に入射する、イメージガイド１１４は、例えば、光ファイバを束にして、固着し、その両端面が互いに平行となり、かつ、光ファイバの延在方向に対して所定の角度に傾斜して切断したものであり、長手方向が矢印Ｙ１、Ｙ２方向に延在するように配置されている。イメージガイド１１４は、指と密着した部分、すなわち、指紋の凸部からの光は入射し、他端面にガイドされ、指と離間した部分、すなわち、指紋の凹部からの光は反射し、他端面には到達しない。これによって、イメージガイド１１４の他端には、指紋に応じた明暗が発生する。イメージガイド１１４の他端面には、ラインイメージセンサ１１５が配置されている。

ラインイメージセンサ１１５は、イメージガイド１１４の他端に現れるイメージを読み取る。ラインイメージセンサ１１５は、フォトダイオードあるいはフォトトランジスタを矢印Ｙ１、Ｙ２方向に１又は複数列にわたって配列したものであり、ライン毎にイメージを読み取る。

ラインイメージセンサ１１５で読み取られた画像信号は、アナログ−ディジタル変換回路１１６に供給される。アナログ−ディジタル変換回路１１６は、ラインイメージセンサ１１５の各画素の画像信号をディジタルデータに変換する。アナログ−ディジタル変換回路１１６で変換されたディジタルデータは、処理装置１１７に供給される。

処理装置１１７は、ＡＳＩＣ、マイコンなどから構成されており、指紋読取動作時には、アナログ−ディジタル変換回路１１６から供給されたディジタルデータから指紋画像を組み立てる処理を行い、ポインティング動作時には指紋画像の移動に基づいてポインタなどを移動させるためのデータを作成する処理を行う。指紋読取動作は、読取面Ｓを操作される指の指紋をライン毎に読み取り、指紋の画像を組み立てる処理を実行する。また、ポインティング動作時には読み取った指紋画像の移動量、及び、方向を検出し、ポインタを移動させるためのデータを生成し、コネクタ１１９を介してホストコンピュータに送信する処理を実行する。このとき、処理装置１１７は、指の画像に基づいて指の移動速度を検出し、検出した移動速度に基づいてラインイメージセンサ１１５による指の読取間隔を制御する。

また、処理装置１１７は、ＬＥＤ１１２の発光タイミングを制御する。例えば、指の移動速度が所定速度より遅いときに読取間隔が大きくなるようにラインイメージセンサ１１５を制御する。また、処理装置１１７は、指の移動速度が所定速度より遅いときに処理装置１１７自体及びＬＥＤ１１２、並びに、ラインイメージセンサ１１５などの各部が間欠的に動作するように制御する。また、メモリ１１８は、ＳＲＡＭなどから構成されており、処理装置１１７の作業用記憶領域として用いられる。

次に、処理装置１１７でのポインティング動作時の処理について説明する。

図３は処理装置１１７のポインティング動作時の処理フローチャートを示す。

処理装置１１７は、ステップＳ１−１において指検出パラメータを設定する。指検出パラメータは、例えば、ＬＥＤ１１１の発光量、ラインイメージセンサ１１５の感度など指検出を行うのに最適な各種パラメータであり、予め内部に記憶されたパラメータである。

また、処理装置１１７は、ステップＳ１−２において指の移動検出間隔を連続に設定する。指の移動検出間隔は、ラインイメージセンサ１１５の読取間隔である。

さらに、処理装置１１７は、ステップＳ１−３において移動検出パラメータを設定する。移動検出パラメータは、取得した指紋画像から移動量、及び、方向を検出するためパラメータである。

処理装置１１７は、ステップＳ１−１〜Ｓ１−３で設定された各種パラメータに基づいてステップＳ１−４においてポインティング動作を開始する。なお、ポインティング動作には、指検出（タッピング検出）及び移動検出が含まれる。

処理装置１１７は、ステップＳ１−５において、画像を取得すると、ステップＳ１−６において指検出タイミングが否かの判定を行う。

処理装置１１７はステップＳ１−６で指検出タイミングのときには、ステップＳ１−７でラインイメージセンサ１１５からの画像を取り込み、読取面Ｓに指が接触しているか否かを検出する。指の接触は、ラインイメージセンサ１１５の出力によって行う。例えば、指が接触していない場合には、読取面Ｓが全面、空気層と接することになるので、ラインイメージセンサ１１５には光は入射しない。よって、ラインイメージセンサ１１５の出力を検出することによって、指の接触を検知することが可能となる。

処理装置１１７は、ステップＳ１−８において読取面Ｓに指が接触していると判定されると、ステップＳ１−９において指が読取面Ｓに接触していることを示す指接触情報をセットする。また、処理装置１１７はステップＳ１−８で読取面Ｓに指が接触していないと判定されると、ステップＳ１−１０で指接触情報をリセットする。

また、処理装置１１７は、内蔵タイマなどにより、指接触タイミングを計時しており、ステップＳ１−６において指検出タイミングではない場合には、ステップＳ１−７〜Ｓ１−１０の処理は実行しない。

処理装置１１７は、ステップＳ１−１１において移動検出タイミングか否かを判定する。処理装置１１７は、ステップＳ１−１１で移動検出タイミングであると判定した場合には、ステップＳ１−１２においてラインイメージセンサ１１５から画像データを取り込み、取り込んだ画像データと保存されている画像データとを比較する。

処理装置１１７は、ステップＳ１−１３において、ステップＳ１−１２での比較結果にも基づいて移動量及び移動方向を検出する。処理装置１１７は、ステップＳ１−１４において、ステップＳ１−１３での移動検出結果、移動が検出されると、ステップＳ１−１５において保存データを更新する。

次に処理装置１１７は、ステップＳ１−１６において初期状態か否かを判定する。処理装置１１７は、ステップＳ１−１６で初期状態ではない場合には、ステップＳ１−１７において移動速度に応じた移動検出間隔を算出し、算出した移動検出間隔を移動検出タイミングの検出間隔として設定する。例えば、指が読取面Ｓを移動する速度が遅いときには、次のサンプルホールド期間でラインイメージセンサ１１５によって読み取られる画像データがほとんど画像データとなる。したがって、間欠的に動作させても移動量が小さいので、移動量及び移動方向を検知可能である。

したがって、第１の間欠動作を行うように設定する。第１の間欠動作は、例えば、３サンプリングホールド期間に１回の割合で画像データを読み取り、出力する。

また、指が読取面Ｓを移動する速度が早いときには、次のサンプルホールド期間でラインイメージセンサ１１５によって読み取られる画像の変化が大きくなるので、間欠的に動作させると、比較が容易でなくなり、移動量及び移動方向を検知できなくなる恐れがあるので、連続的に読み取るように検出タイミングを設定する。すなわち、サンプルホールド期間毎に画像データを読み取り、出力するようにする。

また、処理装置１１７は、ステップＳ１−１６で初期状態の場合には、ステップＳ１−１８において初期用移動検出間隔を移動検出タイミングの検出間隔として設定する。移動が高速か低速かわからないので、例えば、連続的に読み取り、出力するように動作を設定する。

また、処理装置１１７は、ステップＳ１−１４において移動が検出されなければ、ステップＳ１−１９において移動検出が規定回数に達したか否かを判定する。

処理装置１１７は、ステップＳ１−１９で移動検出が規定回数に達した場合には、ステップＳ１−２０において保存画像データを今回読み取った画像データに更新する。また、処理装置１１７は、ステップＳ１−２１において移動検出タイミングを連続に設定する。

また、処理装置１１７は、ステップＳ１−１９で移動検出回数が規定回数に達していない場合には、ステップＳ１−２２において移動探索用検出間隔を取得し、ステップＳ１−２３で取得した移動探索用検出間隔を移動検出タイミングの間隔として設定する。移動探索時には、第１の間欠動作で移動が検出されないため、第１の間欠動作より短い期間で検出を行うことにより、指の移動の探索を行うようにし、移動を確実に検知できるようにしている。

例えば、第２の間欠動作を行うように設定する。第２の間欠動作は、例えば、第１の間欠動作より短い期間で間欠動作を行う動作である。例えば、２サンプリングホールド期間に１回の割合で画像データを読み取り、出力する。

処理装置１１７は、ステップＳ１−１７、Ｓ１−１８、Ｓ１−２１、Ｓ１−２３で移動検出タイミングの検出間隔が設定されると、ステップＳ１−５に戻って処理を続ける。

次に指紋読取装置１００の動作を説明する。

図４は読取動作時のタイミングチャート、図５は連続動作時のタイミングチャート、図６は第１の間欠動作時のタイミングチャート、図７は第２の間欠動作時のタイミングチャートを示す。図４（Ａ）、図５（Ａ）、図６（Ａ）はフレーム番号、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）はサンプルホールド信号、図４（Ｃ）、図５（Ｃ）、図６（Ｃ）は出力データ、図４（Ｄ）は１フレームの出力データ、図５（Ｄ）、図６（Ｄ）はラインイメージセンサ１１５の動作状態、図５（Ｅ）、図６（Ｅ）はＬＥＤ１１２の動作状態、図５（Ｆ）、図６（Ｆ）はアナログ−ディジタル変換回路１１６の動作状態、図５（Ｇ）、図６（Ｇ）はメモリ１１８の動作状態、図５（Ｈ）、図６（Ｈ）は処理装置１１７の動作状態を示している。

図４に示すように読取動作状態において、フレーム番号（Ｎ−１）、Ｎ、（Ｎ＋１）のサンプルホールド期間Ｔ(-1)、Ｔ0、Ｔ(+1)では、前のフレーム番号（Ｎ−２）、（Ｎ−１）、Ｎで取得した出力データを出力している。また、また、このとき、ラインイメージセンサ１１５が２ライン読取構造の場合には、図４（Ｄ）に示すように１フレームサンプルホールド期間Ｔ(+1)の間に第１ライン画素データ及び第２ライン画素データが含まれる。

このとき、図５に示すように連続動作時には、発光ダイオード１１２、ラインイメージセンサ１１５、アナログ−ディジタル変換回路１１６、メモリ１１８のいずれも連続して動作状態となる。

次に第１の間欠動作について説明する。

第１の間欠動作時では、図６に示すように、サンプルホールド期間Ｔ11において、ＬＥＤ１１２を点灯させるとともに、ラインイメージセンサ１１５を動作状態とし、ラインイメージセンサ１１５で画像を読み取る。このとき、アナログ−ディジタル変換回路１１６、処理装置１１７、メモリ１１８はスタンバイ状態である。

次のサンプルホールド期間Ｔ12でアナログ−ディジタル変換回路１１６、処理装置１１７、メモリ１１８をスタンバイ状態から通常の動作状態に復帰させ、サンプルホールド期間Ｔ11で取得した画像信号をラインイメージセンサ１１５から読み取り、アナログ−ディジタル変換回路１１６、処理装置１１７、メモリ１１８を動作させて処理し、出力する。なお、このとき、ラインイメージセンサ１１５は、画像を読み取らないので、ＬＥＤ１１２は、消灯される。

次のサンプルホールド期間Ｔ13では、ＬＥＤ１１２、ラインイメージセンサ１１５、アナログ−ディジタル変換回路１１６、処理装置１１７、メモリ１１８の動作は停止させる。

サンプルホールド期間Ｔ14〜Ｔ16では、サンプルホールド期間Ｔ11〜Ｔ13と同じ処理を行う。

このように、第１の間欠動作では、３サンプルホールド期間に１回の割合でデータが出力される。

これによって、各回路がスタンバイ状態となるため、図５に示す連続動作状態に比べて消費電力を低減できる。

次に第２の間欠動作について説明する。

第２の間欠動作時では、図７に示すように、サンプルホールド期間Ｔ11において、ＬＥＤ１１２を点灯させるとともに、ラインイメージセンサ１１５を動作状態とし、ラインイメージセンサ１１５で画像を読み取る。このとき、アナログ−ディジタル変換回路１１６、処理装置１１７、メモリ１１８はスタンバイ状態である。

次のサンプルホールド期間Ｔ12でアナログ−ディジタル変換回路１１６、メモリ１１８をスタンバイ状態から通常の動作状態に復帰させ、サンプルホールド期間Ｔ11で取得した画像信号をラインイメージセンサ１１５から読み取り、アナログ−ディジタル変換回路１１６、メモリ１１８を動作させて処理し、出力する。なお、このとき、ラインイメージセンサ１１５は、画像を読み取らないので、処理装置１１７はＬＥＤ１１２を消灯する。

サンプルホールド期間Ｔ13、Ｔ14、及び、サンプルホールド期間Ｔ14、Ｔ15では、サンプルホールド期間Ｔ11、Ｔ12と同じ処理を行う。

このように、第２の間欠動作では、２サンプルホールド期間に１回の割合でデータが出力する。

これによって、各回路がスタンバイ状態となるため、図５に示す連続動作状態に比べて消費電力を低減できる。

図８は指紋読取装置１００の状態を示す図である。図８（Ａ）は動作状態、図８（Ｂ）はスタンバイ状態を示している。

図８（Ａ）に示すように動作状態においては、ＬＥＤ１１２の消費電流は各々２０ｍＡ、ラインイメージセンサ１１５の消費電流は８ｍＡ、アナログ−ディジタル変換器１１６の消費電流は３ｍＡ、メモリ１１８の消費電流は３ｍＡである。

また、図８（Ｂ）に示すように非動作状態においては、ＬＥＤ１１２の消費電流は各々０ｍＡ、ラインイメージセンサ１１５の消費電流は漏れ電流などによって１μＡ、アナログ−ディジタル変換器１１６の消費電流も漏れ電流などによって１μＡ、メモリ１１８の消費電流は８μＡに抑制される。

なお、メモリ１１８は、例えば、ＳＲＡＭから構成されており、一般にＳＲＡＭの動作モードの一つにスタンバイ状態がある。ＳＲＡＭは、スタンバイ状態では電源電圧が動作範囲内でメモリ素子にアクセスせず、リード／ライト動作を行なわない状態となる。なお、このとき、リード／ライト動作はいつでも可能である。処理装置１１７は、間欠動作時には、例えば、メモリ１１８をスタンバイ状態とする。

このように、図６、図７に示すように間欠動作を行うことにより大幅に電流消費を低減できる。

以上、本実施例では、指の移動速度が遅いときには、第１の間欠動作状態となり、また、指探索時には第２の間欠動作状態となり消費電流を低減できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形例が考えられることは言うまでもない。

本発明の一実施例のブロック構成図である。 本発明の一実施例の斜視図である。 処理装置１１７のポインティング動作時の処理フローチャートである。 通常動作時のタイミングチャートである。 連続動作時のタイミングチャートである。 第１の間欠動作時のタイミングチャートである。 第２の間欠動作時のタイミングチャートである。 指紋読取装置１００の状態を示す図である。

符号の説明

１００ スイープ型指紋読取装置
１１１ プリント配線板、１１２ ＬＥＤ、１１３ 導光ブロック
１１４ イメージガイド、１１５ ラインイメージセンサ
１１６ アナログ−ディジタル変換回路、１１７ 処理装置、１１８ メモリ
１１９ コネクタ、１２０ モールド樹脂

Claims (3)

1. 読取対象の画像をライン毎に読み取るラインイメージセンサ部と、前記ラインイメージセンサ部から前記読取対象の画像を順次取り込み、前記読取対象の画像を取得する画像処理部とを有する画像読取装置において、
   前記画像処理部は、前記読取対象から取得した画像に基づいて前記読取対象の移動を検出する移動検出手段と、
   前記読取対象から取得した画像に基づいて前記読取対象の移動速度を検出し、検出された移動速度が所定速度より遅いときに、前記ラインイメージセンサ部及び前記画像処理部を、サンプルホールド期間単位で、間欠的に動作させる画像読取間隔制御手段とを有することを特徴とする画像読取装置。
2. 読取対象の画像をライン毎に読み取るラインイメージセンサ部から前記読取対象の画像を画像処理部に順次取り込み、前記読取対象の画像を取得する画像読取方法において、
   前記読取対象から取得した画像に基づいて前記画像処理部により前記読取対象の移動速度を検出する移動速度検出手順と、
   前記移動速度検出手順で検出された移動速度が所定速度より遅いときに、前記ラインイメージセンサ部及び前記画像処理部を、サンプルホールド期間単位で、間欠的に動作させる読取間隔制御手順とを有することを特徴とする画像読取方法。
3. 指紋の画像をライン毎に読み取るラインイメージセンサと、前記ラインイメージセンサから前記指紋のライン毎の画像を順次取り込み、取り込んだ画像を組み合わせることにより前記指紋の画像を取得する画像処理部とを有するスイープ型指紋読取装置において、
   前記画像処理部は、前記指紋から取得した画像に基づいて前記指紋の移動を検出する移動検出手段と、
   前記ラインイメージセンサによりライン毎に取得した画像に基づいて前記読取対象の移動速度を検出し、検出された移動速度が所定速度より遅いときに、前記ラインイメージセンサ及び前記画像処理部を、サンプルホールド期間単位で、間欠的に動作させる画像読取間隔制御手段とを有することを特徴とするスイープ型指紋読取装置。

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