KR20090053937A - 확실한 지문 획득을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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루미다임 인크.
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Abstract

조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템들이 개시된다. 플래튼은 다수의 면들을 갖고, 면들 중 적어도 하나는 개인에 의해 의도된 피부 지점을 배치하기 위해 구성된 표면을 가지며, 다른 면은 흡광재를 포함할 수 있다. 광원 및 광학 장치는 임계각 미만의 각도들의 경로들 및 임계각보다 더 큰 각도들의 경로들을 포함하는, 상이한 조명 경로들을 따라 광원으로부터의 광으로 상기 의도된 피부 지점을 조명하도록 배치된다. 두 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 광은 이미징 시스템에 의해 수신된다. 이미징 시스템은 개별적인 조명 경로들로부터 이미지들을 기록하도록 구성된 제 1 및 제 2 이미징 지점을 포함할 수 있다. 또한, 플래튼은 평행하지 않은 출구면들을 포함할 수 있다.

Description

확실한 지문 획득을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ROBUST FINGERPRINT ACQUISITION}
본 출원은 "SYSTEM AND METHOD FOR ROBUST FINGERPRINT ACQUISITION"란 명칭으로 2006년 8월 30일자로 출원된 미국 가출원번호 제60/841,344호의 장점을 청구하며, 그 명세서는 모든 목적을 위하여 본 발명에 참조로 포함된다.
본 출원은 Robert K. Rowe("멀티스펙트럼 애플리케이션")에 의해 2005년 4월 25일자로 출원된 "MULTISPECTRAL IMAGING BIOMETRICS"란 명칭의 미국 출원번호 제11/115,100호의 일부 연속출원으로서, 가출원이 아니며, 이하의 각각의 출원들의 출원일의 장점을 청구한다: Robert K. Rowe 및 Stephen P. Corcoran에 의해 2004년 6월 1일자로 출원된 "MULTISPECTRAL FINGER RECOGNITION"란 명칭의 미국 가특허출원번호 제60/576,364호; Robert K. Rowe에 의해 2004년 8월 11일자로 출원된 "MULTISPECTRAL IMAGING BIOMETRIC"란 명칭의 미국 가특허출원번호 제60/600,867호; Robert K. Rowe에 의해 2004년 9월 17일자로 출원된 "FINGERPRINT SPOOF DETECTION USING MULTISPECTRAL IMAGING"란 명칭의 미국 가특허출원번호 제60/610,802호; Robert K. Rowe에 의해 2005년 2월 18일자로 출원된 "SYSTEM AND METHODS FOR MULTISPECTRAL FINGERPRINT SENSING"란 명칭의 미국 가특허출원번호 제60/654,354호; 및 Robert K. Rowe 외에 의해 2005년 3월 4일자로 출원된 "MULTISPECTRAL IMAGING OF THE FINGER FOR BIOMETRICS"란 명칭의 미국 가특허출원번호 제60/659,024호, 이들 각각의 전체 명세서들은 모든 목적을 위하여 그 전체가 참조로 본 발명에 포함된다.
본 출원은 Robert K. Rowe에 의해 2004년 12월 9일자로 출원된 "METHODS AND SYSTEMS FOR ESTIMATION OF PERSONAL CHARACTERISTICS FROM BIOMETRIC MEASUREMENTS"란 명칭의 공동 계류 중인 공동 출원된 미국 특허출원번호 제11/009,372호, Robert K. Rowe 외에 의해 2005년 4월 25일자로 출원된 "MULTISPECTRAL BIOMETRIC IMAGING"란 명칭의 미국 특허출원번호 제11/115,101호, 및 Robert K. Rowe에 의해 2005년 4월 25일자로 출원된 "MULTISPECTRAL LIVENESS DETERMINATION"란 명칭의 미국 특허출원번호 제11/115,075호와 관련되어 있으며, 그 각각의 전체 명세서들은 모든 목적을 위하여 그 전체가 참조로 본 발명에 포함된다.
본 출원은 일반적으로 생체측정(biometrics)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 출원은 생체 인식(biometric identification)에 관한 것이다.
"생체측정"이란 일반적으로 살아있는 몸체의 특성들의 통계적 분석을 지칭한다. 생체측정의 하나의 카테고리는 사람의 자동 인식을 제공하거나 사람의 의도된 신원을 검증하기 위한 2개의 모드들 중 하나로 동작하는 "생체 인식(biometric identification)"을 포함한다. 생체 감지 기술들은 사람의 행동 특성들 또는 물리적 피쳐들(features)을 측정하고 그러한 특성들을 미리 기록된 유사한 측정치들과 비교하여 매칭되는지 여부를 결정한다. 생체 인식을 위해 통상적으로 사용되는 물리적 피쳐들은 얼굴, 홍채, 손 형태, 혈관 구조, 및 지문을 포함하고, 이들은 모든 생체 인식 피쳐들 중 가장 널리 사용되는 것이다. 수집된 지문들을 분석하기 위한 현재의 방법들은 광학, 용량성, 무선 주파수, 열, 초음속, 및 몇가지 다른 보편적이지 않은 기술들을 포함한다.
대부분의 지문-수집 방법들은 손가락의 표면에 매우 근접한 또는 손가락의 표면에 있는 피부의 특성들 측정에 의존한다. 특히, 광학 지문 판독기들(readers)은 통상적으로 센서 플래튼(platen)과 그 상부에 배치된 손가락 사이의 굴절률의 차이의 존재 또는 부재에 의존한다. 계면에서의 입사각이 임계각보다 더 크고 지문의 공기-충진된 골짜기가 플래튼의 특정 지점에 나타날 때, 공기-플래튼 굴절률 차이 때문에 플래튼에서 내부 전반사("TIR")가 발생한다. 대안적으로, 적절한 굴절률의 피부가 플래튼과 광학 접촉되는 경우, 이러한 지점에서의 TIR은 "방해(frustrated)"되어, 광이 플래튼-피부 계면을 횡단(traverse)할 수 있도록 한다. 손가락이 플래튼을 터치하는 영역에 걸쳐서 TIR의 차이들의 맵은 종래의 광학 지문 판독을 위한 기초를 형성한다. 명시야(bright-field) 및 암시야(dark-field) 광학 배열들(arrangements)의 광학 계면의 이러한 변화를 검출하기 위해 사용되는 많은 광학 배열들이 있다. 통상적으로, 준단색(quasimonochromatic) 단일 광 빔이 사용되어 이러한 TIR-기반 측정을 수행한다.
또한, 넌-TIR 광학 지문 센서들이 있다. 일부 넌-TIR 접촉 센서들은 손가락 끝(fingertip)의 정면, 측면들 또는 후면을 조명하여 광이 피부를 통하여 발 산(diffuse)되도록 준단색 광의 몇몇 배열에 의존한다. 지문 이미지는 융기부 및 골짜기들에 대한 피부-플래튼 계면에 걸쳐서 손가락을 통과하는 광 투과율의 차이들 때문에 형성된다. 계면에서의 광 투과율 차이는 골짜기들의 중간 공기 갭들의 존재 또는 부재로 인해 발생하는 Fresnel 반사 특성들의 변화들에 기인한다. 몇몇 넌-TIR 센서들은 비-접촉 센서들로서, 편광된 광을 사용하여 손가락의 표면 피쳐들(features)을 이미징한다. 몇몇 경우들에서, 이미징 시스템은 선형 편광기를 포함할 수 있고, 조명 광은 2개의 이미지들을 제공하도록 평행 및 수직 방향들로 편광될 수 있으며, 그 다음 2개의 이미지들이 몇몇 방식으로 조합되어 손가락의 표면 피쳐들을 향상시킨다.
TIR 현상을 기초로 하는 광학 지문 판독기들은 가장 통상적으로 전개되는 타입의 지문 센서들 중 하나이지만, 이상적이지 않은 조건들로 인한 이미지-품질 문제들에 취약하다. 피부가 지나치게 건조한 경우, 플래튼과의 지수 매칭이 손상되어 나쁜 이미지 명암비(contrast)를 초래할 것이다. 유사하게, 손가락이 매우 축축한 경우, 골짜기들에 수분이 충전되고, 이에 따라 전체 지문 영역에 걸쳐서 광 결합이 발생하고 이미지 명암비를 크게 감소시킬 수 있다. 플래튼 상에서 손가락의 압력이 너무 적거나 너무 큰 경우, 피부 또는 센서가 더러운 경우, 피부가 노화 및/또는 쇠약한 경우, 또는 특정한 민족 그룹들 및 매우 어린 아이들에 대해서 일어날 수 있는 것처럼 지나치게 미세한 피쳐들이 존재하는 경우, 유사한 결과들이 발생할 수 있다. 이러한 결과들은 이미지 품질을 저하시키고 이에 따라 지문 센서의 전체적인 성능을 저하시킨다. 최근의 한 연구에서, 이러한 결과들로 인해 16% 의 지문 이미지들이 부최적(suboptimal) 이미지 품질이 되는 것으로 발견되었다. 몇몇 경우들에서, 상업적인 광학 지문 판독기들은 이러한 결과들 중 일부를 경감하고 성능을 복원하도록 돕기 위해 실리콘(silicone)과 같은 소프트 물질로 이루어진 박막을 포함한다. 소프트 물질이므로 막이 손상, 마모 및 오염되고, 유지보수를 요구하기 이전에 센서 사용을 제한한다.
생체측정 센서들, 특히 지문 생체측정 센서들은 일반적으로 다양한 형태의 스푸프(spoof) 샘플들에 의해 방해받기 쉽다. 지문 판독기들의 경우, 페이퍼, 젤라틴, 에폭시, 라텍스 등과 같은 몇몇 종류의 무생물 물질에 삽입되는 인증된 사용자의 지문 패턴을 판독기들에 제공하기 위한 다양한 방법들이 종래기술에 공지되어 있다. 따라서, 지문 판독기가 매칭 지문 패턴의 존재 또는 부재를 신뢰성있게 결정하는 것으로 고려될 수 있지만, 진성의(genuine) 살아있는 손가락으로부터 매칭 패턴이 획득되는 것을 보장하는 것이 전체 시스템 안전성에 매우 중요하고, 이는 많은 현존하는 센서들에 의해 탐지하기가 어렵다.
따라서 일반적으로, 생체측정 감지를 위한 개선된 방법들 및 시스템들이 종래기술에 필요하다.
본 발명의 실시예들은 생체 측정 장치를 제공하며, 생체 측정 장치는 하나 이상의 광원들, 굴절 엘리먼트, 및 TIR과 멀티스펙트럼 이미지들이 단일 고정식 검출기 상에서 관찰되도록 배열된 단일 이미징 어레이를 포함한다. 다양한 구성예들에서, 시스템의 다른 엘리먼트들은 고정식 또는 이동식일 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광학 컴포넌트들이 TIR 및 멀티스펙트럼 이미지들을 캡쳐하도록 이동하는 본 발명의 범주내에 많은 구성예들이 존재한다.
제 1 세트의 실시예들에서, 조합된 멀티스펙트럼 및 TIR 생체측정 이미징 시스템이 제공된다. 플래튼은 다수의 면(facet)들을 갖는다. 면들 중 하나는 개인에 의해 의도된 피부 지점을 배치하기 위해 구성된 표면을 포함한다. 광원 및 광학 장치(arrangement)가 배치되어 다수의 상이한 조명 경로들을 따라 광원으로부터의 광을 의도된 피부 지점에 조명한다. 제 1 조명 경로는 상기 표면에 의해 규정되는 계면의 임계각 보다 작은 각도에서 상기 표면에 충돌한다. 제 2 조명 경로는 임계각보다 더 큰 각도에서 상기 표면에 충돌한다. 이미징 시스템은 상기 표면으로부터 광을 수신하도록 배치된다. 제 1 조명 경로를 따라 광원으로부터 전파되는 광은 의도된 피부 지점이 상기 표면 상에 배치될 때 의도된 피부 지점으로부터 확산된 이후 이미징 시스템에 의해 바로 수신된다. 제 2 조명 경로를 따라 광원으로부터 전파되는 광은 TIR이 상기 표면 상의 의도된 피부 지점의 존재에 의해 방해받을 때 이미징 시스템에 의해 수신된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, TIR을 받는 제 2 조명 경로를 따라 광원으로부터 전파되는 광은 흡광재(optical absorber)를 포함하는 플래튼의 면에 충돌한다.
제 2 세트의 실시예들은 다수의 면들을 가진 플래튼을 포함하는 유사한 구조를 가지며, 상기 면들 중 하나는 개인에 의해 의도된 피부 지점을 배치하기 위해 구성된 표면을 포함한다. 또한, 광원 및 광학 장치가 배치되어 다수의 상이한 조명 경로들을 따라 광원으로부터의 광을 의도된 피부 지점에 조명하며, 다수의 상이한 조명 경로들 중 제 1 조명 경로는 임계각 미만의 각도 및 상기 표면에 충돌하고, 다수의 상이한 조명 경로들 중 제 2 조명 경로는 임계각 보다 큰 각도에서 상기 표면에 충돌한다. 이러한 실시예들에서, 이미징 시스템이 배치되어 다수의 상이한 광 검출 경로들을 따라 상기 표면으로부터 광을 수신한다. 제 1 조명 경로를 따라 광원으로부터 전파되는 광은 의도된 피부 지점으로부터 확산된 이후 검출 경로들 중 제 1 검출 경로를 따라 수신된다. 제 2 조명 경로를 따라 광원으로부터 확산되는 광은 상기 표면으로부터의 TIR 이후 이미징 시스템에 의해 수신된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제 1 및 제 2 검출 경로를 따라 전파되는 광은 플래튼의 상이한 면들을 통해 플래튼을 빠져나온다.
두 세트의 실시예들에서, 광원들 및 이미징 시스템에 제공될 수 있는 다양한 특성들이 있다. 예를 들어, 광원은 다수의 광원들을 포함할 수 있으며, 광원들 중 제 1 광원은 제 1 조명 경로를 따라 광을 제공하도록 배치되고, 광원들 중 제 2 광원은 제 2 조명 경로를 따라 광을 제공하도록 배치된다. 각각의 제 1 및 제 2 광원은 실질적으로 단색(monochromatic)일 수 있거나, 이들 중 하나 또는 둘은 상이한 실시예들에서 광대역 광원을 포함할 수 있다. 이미징 시스템은 컬러 영상장치(imager)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 이미징 시스템은 전색성(panchromatic) 영상장치를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 광학 장치는 하나 이상의 편광기들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 그러한 편광기들은 이미징 시스템에 의해 평행-편광 이미징을 제공할 수 있거나, 이미징 시스템에 의해 교차-편광 이미징을 제공할 수 있거나, 이미징 시스템에 의해 랜덤 편광 이미징을 제공할 수 있다.
본 발명의 특성 및 장점들의 추가적인 이해는 명세서의 나머지 부분들 및 도면들을 참조로 달성될 수 있으며, 유사한 컴포넌트들을 지칭하기 위해 몇몇 도면들에 걸쳐서 유사한 참조 라벨들이 사용된다.
본 특허 또는 출원 파일은 적어도 하나의 컬러 도면을 포함하고 있다. 컬러 도면들을 갖는 본 특허 또는 특허 출원 공보의 사본들은 요청시 필요한 비용의 지불과 함께 특허청에 제공될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 조합된 멀티스펙트럼 및 TIR 생체측정 이미징 시스템을 도시한다.
도 2는 도 1의 실시예의 TIR 광원의 조명 경로를 도시한다.
도 3은 도 1의 실시예의 멀티스펙트럼 광원의 조명 경로를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 조합된 멀티스펙트럼 및 TIR 생체측정 이미징 시스템을 도시한다.
도 5는 도 4의 실시예의 TIR 광원의 조명 경로를 도시한다.
도 6은 도 4의 실시예의 TIR 광원의 조명 경로를 도시한다.
도 7은 도 4의 실시예에 의해 수집된 이미지를 도시한다.
도 8은 도 4의 실시예에 사용되는 프리즘의 광학 기능들을 예시하기 위한 광선 경로들을 도시한다(컬러).
도 9는 도 4의 실시예에 사용되는 프리즘의 광학 기능들을 예시하기 위한 광선 경로들을 도시한다(컬러).
도 10A는 TIR 조명을 달성하기 위해 도 4의 실시예에서 광 이동을 예시하기 위한 광선 경로들을 도시한다(컬러).
도 10B는 직접 조명을 달성하기 위해 도 4의 실시예에서 광 이동을 예시하기 위한 광선 경로들을 도시한다.
도 11A-11C는 특정 실시예에 사용될 수 있는 프리즘의 등거리, 정면, 및 측면 뷰들을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 및 이미징 시퀀스를 도시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 조명 및 이미징 시퀀스를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 조명 및 이미징 시퀀스를 도시한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 조명 및 이미징 시퀀스를 도시한다.
1. 개요
본 발명의 실시예들은 생체측정 측정값들의 수집 및 처리를 허용하는 방법들 및 시스템들을 제공한다. 이러한 생체측정 측정값들은 수행되는 생체측정 샘플의 인증 뿐만 아니라 개인의 신원을 확실히 보장할 수 있으며, 물리적 또는 논리적 액 세스를 위한 독립형 장치들 뿐만 아니라 휴대전화, 개인용 디지털 보조기(PDA), 랩톱 컴퓨터, 및 다른 휴대형 전자 장치들과 같은 많은 상이한 타입의 장치들내에 포함될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 민간인 및 범죄자 식별 둘다를 위한 지문 이미지 인식을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 방법들 및 시스템들의 공통적인 특징은 조합된 멀티스펙트럼 및 TIR 광원들을 단일 이미징 시스템에 적용하는 것이다.
본 발명의 센서들은 종래의 센서들에 비해 안전성 및 유용성을 증가시키게 하는 풍부한 정보(information-rich) 데이터세트를 제공한다. 증가된 안전성은 측정되는 재료의 상이한 광학 특성들을 나타내는 다중 이미지들로부터 정보를 조합함으로써 유도된다. 이러한 특성들은 센서의 스푸프를 시도하는데 사용될 수 있는 다양한 인공 재료들 및 방법들과 살아있는 인간 피부를 구별할 수 있도록 하는 충분한 정보를 제공한다. 또한, 증가된 안전성은 광범위한 환경적 및 생리적 영향들에 대하여 측정들을 수행하기 위한 메커니즘을 제공하는 본 발명의 특징으로부터 유도된다. 확실하고 신뢰가능한 샘플링은 나쁜 이미지 품질을 보상하기 위해 시스템 안전 표준들이 완화될 필요가 없음을 의미한다.
향상된 센서 유용성은 개인의 피부가 특정한 특성들을 갖는 요구조건 뿐만 아니라 정밀한 접촉 및 배치(positioning)를 위해서 개인에 대한 제약들을 감소시킴으로써 달성된다. 또한, 특정한 광학 조건들 하에서 수집되는 이미지들로부터 표면아래(subsurface) 생체측정 정보를 추출하는 특성은 표면 피쳐들이 없거나 손상된 그러한 경우들에도 생체측정 판별을 수행하기 위한 메커니즘을 제공한다. 이 러한 방식으로, TIR 측정들과 함께 연계하여 본 발명의 실시예들에서 이루어지는 멀티스펙트럼 측정들을 이용하면, 많은 육체 노동을 수행하는 사람들, 미용사들이나 간호사들과 같이 피부가 화학제에 노출되는 사람들, 또는 전형적으로 노인과 연관되는 바와 같은, 노화 피쳐들, 탄력 부족, 과도한 습기, 및/또는 건조함과 같은 이상적이지 않은 피부 특성들에 대해 바람직하게 확실하다.
상이한 광학 조건들은 편광 조건들의 차이들, 조명 각도의 차이들, 이미징 각도의 차이들 및 광 파장의 차이들을 포함할 수 있다. TIR 데이터는 명시야 또는 암시야 이미징 조건들인지와 무관하게 샘플과 플래튼 사이의 계면에서 TIR 현상의 분포 및 존재에 의해 크게 영향을 받는 이미지들의 결과이다. 이러한 이미지들은 본 발명에서 "TIR 이미지들"로서 지칭된다. 몇몇 광학 조건들에서, 결과적인 이미지들은 플래튼에서의 TIR 영향들의 존재 또는 부재에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다. 이러한 이미지들은 본 발명에서 "멀티스펙트럼 이미지들"로서 지칭된다.
본 발명에서 기술되는 멀티스펙트럼 및 TIR 측정들에 적용가능한 피부 지점들은 손가락들 및 엄지, 손톱, 조상(nail bed), 손바닥, 손등, 허리와 팔뚝, 얼굴, 눈, 귀의 모든 표면들과 모든 결합부들, 및 몸의 다른 모든 외부 표면들을 포함한다. 이하의 논의에서 종종 특정 실시예들의 예들을 제공함에 있어서 "손가락들"을 특정하게 참조하지만, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 것이며 다른 실시예들에서 다른 몸체 부분들의 피부 지점들을 사용할 수 있다는 점을 이해해야 한다.
몇몇 실시예들에서, 센서는 피부의 표면을 관통하여 피부 및/또는 하부에 놓이는 조직 내에서 확산되는 다수의 상이한 파장들의 광을 제공한다. 본 발명에서 사용되는 것처럼, "상이한 파장들"에 대한 참조는 단일한 저장 유닛들(binned units)로서 처리되는 파장들 또는 파장 대역들의 세트를 지칭하는 것으로 의도되며, 저장 유닛의 개별적인 파장 서브세트들로부터가 아니라, 단지 저장 유닛으로부터 전반적으로 각각의 저장 유닛에 대해, 정보가 추출된다. 몇몇 경우들에서, 저장 유닛들은 비연속적이어서, 다수의 상이한 파장들이 제공될 때, 임의의 쌍의 파장들 또는 파장 대역들 사이의 일부 파장이 제공되지 않지만, 이것이 요구되는 것은 아니다. 몇몇 예들에서, 파장들은 자외선-가시광선-근접 적외선 파장 범위내에 있다.
피부 및/또는 하부에 놓이는 조직에 의해 확산되는 광의 일부분은 피부를 빠져나오고, 피부의 표면 또는 피부의 표면 아래의 조직 구조의 이미지를 형성하는데 사용된다. 몇몇 실시예들에서, 그러한 이미지는 지문 이미지를 포함할 수 있고, 여기서 "지문"이란 용어는 피부무늬(dermatoglyphic) 피쳐들을 갖는 임의의 피부 지점의 임의의 표시를 지칭하는 것으로서 본 발명에서 광범위하게 사용된다.
TIR-기반 지문감정법(fingerprinting)은 많은 가정들 및/또는 조건들에 의존한다: 피부가 센서와 양호하게 광학적으로 접촉되고; 접촉 지점들에서 차이들을 유발하기에 충분하게 굴절률이 크도록 피부에 적절한 수분이 있으며; 및 센서의 표면 상에 수분 또는 다른 오염물들이 존재하지 않음. TIR은 이러한 가정들 및 조건들이 충족될 때 고품질, 고-명암비 이미지들을 제공하지만, 몇몇 상황들에서 고품질 이미지들을 제공하지 않을 수 있다. TIR 이미징을 멀티스펙트럼 이미징과 조합하는 것은 광범위한 환경적, 생리적, 및 샘플링 조건들 하에서 지문 이미지들을 수집 하기 위한 메커니즘을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 멀티스펙트럼 및 TIR 데이터의 수집을 허용하고, 보다 양호한-품질의 전통적인 지문을 생성할 수 있다. 멀티스펙트럼 이미지들은 TIR에 의해 제공되는 일부 정보에 대해 상보적인(complementary) 정보를 포함한다. 이는 생물(liveness) 및 스푸프-검출 특성, 패턴-기반 또는 색감(chromatic-textureal) 정보, 및 인구통계 정보를 결정하는 특성을 포함한다. 본 발명의 실시예들은 단일 이미징 어레이를 사용하여, 전체 시스템의 비용, 크기, 및 중량의 추가적인 감소를 유도한다. 또한, 단일 이미징 시스템의 사용은 필드에서의 배치(deployment) 이후 발생하는 제조 편차들 또는 편차들로부터 발생하는 다중 이미징 시스템들 간의 정렬 변경들에 대해 존재할 수 있는 감응성(sensitivity)을 방지한다.
따라서 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있는 조합된 멀티스펙트럼 및 TIR 시스템들의 예들의 상세한 설명이 이하에서 제공되지만, 다른 기술들이 대안적인 실시예들에 사용될 수 있기 때문에 그러한 설명은 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
2. 제 1 실시예
도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 도시한다. 손가락(101)은 다수의 면들을 갖는 플래튼(103)상에 배치된다. 플래튼(103)의 하나의 면은 광학적으로 어둡게 된다(117). 2개의 조명 시스템들이 존재한다: (1) 광원(109) 및 선택사항으로서 광학계(107)를 포함하는 TIR 조명 시스템; 및 (2) 광원(113) 및 선택사항으로서 광학계(115)를 포함하는 멀티스펙트럼 조명 시스템. 광학계(107, 115)는 각각 단일 렌즈의 형태로 도시되지만, 이는 단순히 예시적인 목적을 위한 것이며, 보다 일반적으로는, 광학계(107, 115)는 광원들(109, 113)로부터의 광을 목표된 바와 같이 지향시키도록 배열된 렌즈들, 미러들 및 다른 광학 엘리먼트들의 배열을 포함할 수 있다. 유사하게, 개별 LED들로서 광원들(109, 113)을 도시한 것 또한 예시적인 것으로서, 다양한 다른 광원들이 사용될 수 있다. 이는 실질적으로 LED, 레이저 다이오드 등과 같은 단색 장치들의 어레이들, 또는 백열광원들 등과 같은 광대역 소스들의 어레이들을 포함한다. 디지털 영상장치 및 광학계(111)를 포함하는 단일 이미징 시스템이 제공된다.
동작 시퀀스는 멀티스펙트럼 및 TIR 광원들을 조명하는 단계 및 이미징 시스템 상의 상이한 이미징 지점들에서 두 광원들로부터 이미지들을 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 도 7은 멀티스펙트럼 및 TIR 지문의 이미지를 나란히 도시한다. 대안적으로, 동작 시퀀스는 멀티스펙트럼 광원을 조명하는 단계, 이미지를 수집하는 단계, 멀티스펙트럼 광을 끄는 단계, TIR 광원을 조명하는 단계, 다른 이미지를 수집하는 단계, 및 이미지들을 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 두 동작 시퀀스들에서 부가적인 단계는 두 광원들이 조명되지 않을 때 이미징하는 단계를 포함할 수 있다. 음영(dark) 이미지는 주변 광 효과들을 보상하도록 보정들을 수행하는데 유용할 수 있으며, 각각의 멀티스펙트럼 이미지들 및 TIR 이미지들은 음영 이미지를 차감(subtract)하도록 처리된다.
도 2는 도 1의 실시예의 TIR 이미징 모드를 도시한다. 광원(109)으로부터의 광은 광학계(107)와 면(103a)을 통과하는 경로(201)를 따른다. 손가락이 없거나 적절한 재료와의 다른 접촉시에, 광은 면(103d)에서 TIR 반사를 받는다. 반사된 광은 경로(203)를 따르고, 광학적으로 어두운 표면(117)과 충돌하여 흡수된다. 따라서, 영상장치는 이미지를 기록하지 않는다. 면(103d)에 대한 조명 경로(201)의 각도(면(103a)에 의해 영향을 받음)는 TIR 이미징을 제공하기 위해 임계각보다 더 큰 각도이어야 한다.
이미징 시스템(111)은 조명 경로(205)를 따라 면(103b)을 통하여 면(103d)을 관찰한다. 손가락의 존재시에, 이미지는 어둡다. 그러나, 손가락이 면(103d)과 접촉하게 배치될 때, 접촉 지점들이 TIR을 방해하고 확산 광이 이미징 시스템(111)에 의해 관찰될 수 있도록 한다. 이러한 구성은 암시야 장치에서 수집되는 진성(true) TIR 이미지를 발생시킨다.
내부 전반사는 플래튼의 표면 타겟과 조명 경로 사이의 입사각이 임계각보다 더 클 경우 발생한다. 종래기술에 공지된 것처럼, 광의 굴절은 상이한 굴절률들을 갖는 2개의 재료들 사이의 계면에서 일반적으로 발생할 것이다. 굴절각은 상이한 조명 각도들에 대해 상이하고, 스넬(Snell)의 법칙을 따른다:
Figure 112009018958486-PCT00001
.
여기서, n1은 공기의 굴절률일 수 있고, n2는 플래튼의 굴절률일 수 있으며, 각도 θ1 및 θ2는 계면에 대한 수직선으로부터 각각의 매체에서 측정된다. 공기의 굴절률(nair)은 유리의 굴절률(nglass) 미만이기 때문에, 계면의 임계각(θc)은 다음과 같이 정해진다:
Figure 112009018958486-PCT00002
.
예를 들어, nair가 약 1.0과 같고 nglass가 약 1.5(유리의 전형적인 굴절률에 해당함)와 같은 경우, 임계각은 약 41.8도이다. 이와 같은 경우에, 조명 경로(205)의 입사각은 41.8도보다 더 커야 한다. 더욱이, 손가락이 플래튼 상에 배치될 때 계면에서 TIR 방해가 발생하기 위해, 입사각은 플래튼과 손가락 피부 사이의 계면에 의해 규정되는 임계각 미만이어야 한다. 1.4의 굴절률을 갖는 피부에 대해, 이러한 제 2 임계각은 약 70.0도이다. 따라서, 이러한 예에서, 조명 경로의 입사각은 41.8도 보다 더 크고 70.0도 보다는 더 작아야 한다.
도 3은 도 1의 실시예의 멀티스펙터름 이미징 모드를 도시한다. 광원(113)으로부터의 광은 광학계(115)와 면들(103c)을 통하는 경로(301)를 따른다. 이미징 시스템(111)은 경로(303)를 따라 면(103b)을 통하여 면(103d)을 관찰한다. 면(103d)에 대한 조명 경로(301)의 각도(면(103c)에 의해 영향을 받음)는 임계각 미만의 각도이어야 한다. 상기에서 논의된 것처럼, 공기 및 전형적인 유리의 경우에, 입사각은 41.8도 미만이어야 한다. 입사각이 임계각 미만이기 때문에, 광원(113)으로부터의 조명 광은 플래튼의 최상부 면(103d)을 관통하고, 플래튼(103) 또는 플래튼(103)의 상부에 있을 경우 손가락의 모든 부분들을 조명한다. 손가락을 조명하는 광의 제 1 부분은 피부 표면으로부터 반사되면서, 광의 제 2 부분은 피부를 통과하여 확산 및 흡수와 같은 광학 효과들을 받는다. 일반적으로, 손가락 피부에 진입하는 광의 일부분은 피부 밖으로 다시 확산되어 플래튼(103)으로 되돌 아간다. 그 다음, 플래튼(103)으로 다시 확산되는 광은 경로(303)를 따르고 이미징 시스템(111)에 의해 이미징된다.
도 1-3의 실시예들과 관련하여 유의해야 하는 많은 특징들이 있다. 예를 들어, 영상장치는 상이한 실시예들에서 전색성 또는 컬러일 수 있다. 이전에 유의된 것처럼, 조명은 단색이거나 광대역일 수 있다. 광대역 조명을 사용하는 실시예들에서, 이미징 시스템(111)은 컬러 영상장치 형태와 같은 컬러 필터 어레이를 가진 영상장치를 포함할 수 있다. 이미징 시스템(111)은 대상물로부터 어레이 위로 반사되는 광을 포커싱하도록 구성된 검출 광학계 및 디지털 어레이를 구비한 디지털 이미징 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출 광학계는 렌즈, 미러, 핀홀(pinhole), 그러한 엘리먼트들의 조합물을 포함할 수 있거나, 통상의 당업자에게 공지된 다른 광학 엘리먼트들을 사용할 수 있다. 어레이는 CCD 또는 CMOS 어레이, InGaAs 어레이, 또는 종래기술에 공지된 바와 같은 다른 검출기 어레이들과 같은, 실리콘 이미징 어레이를 포함할 수 있다. 몇몇 예들에서, 이미징 시스템(111)은 광학 필터를 포함할 수도 있다. 광학 필터는 조명 파장 범위보다 더 긴 파장들의 광을 실질적으로 차단하는 단파장 통과 필터일 수 있다. 그러한 구성예는 약 580nm보다 더 긴 광 파장들은 실질적으로 손가락을 횡단할 수 있기 때문에, 밝은 광대역 주변 조명의 존재시에 바람직한 성능을 제공하는 것이 발명자들에 의해 발견되었다. 밝은 태양광에서, 이러한 장파장 광은 포화시켜서 이미지 획득을 방해할 수 있다. 따라서, 모든 목표된 조명 파장들을 통과시키면서 필터에 의해 그러한 장파장 광을 차단하는 것이 바람직할 수 있다.
영상장치(111)는 조명 세션 동안 다수의 이미지들을 연속적으로 획득할 수 있다. 예를 들어, 멀티스펙트럼 광원이 상이한 파장들, 편광 조건들 및/또는 각도들의 다중 광원들을 포함할 경우, 제 1 광원은 카메라가 이미지를 획득하여 저장하는 시간 동안 조명할 수 있다. 그 다음, 제 1 광원이 꺼지고 제 2 이미지가 획득되어 저장되는 시간 동안 제 2 광원이 조명된다. 그 다음, 이러한 시퀀스는 모든 광원들에 대해 계속되며, 어떠한 광원들도 조명하지 않음으로써 수집되는 "음영(dark)" 이미지를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 임의의 이미지 조건들 또는 모든 이미지 조건들이 조명 세션 동안 임의의 횟수로 반복될 수 있다. 결과적인 이미지들은 후속적인 처리를 위해 다양한 방식들로 조합될 수 있다. 예를 들어, 각각의 조명된 상태들과 음영 이미지 사이에서 상이한 이미지들이 생성될 수 있다. 이러한 두가지 타입의 이미지들 간의 차이는 조명 효과가 배경 조명으로부터 분리될 수 있도록 한다. 그 다음, 상이한 이미지들은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 추가적인 처리를 위해 사용될 수 있다.
몇몇 경우들에서, 필터는 디지털 어레이의 부분으로서 추가적으로 포함될 수 있는 컬러 필터 어레이일 수 있다. 컬러 필터 어레이는 공지된 Bayer 패턴의 적색-녹색-청색 필터 어레이를 포함할 수 있다. 몇몇 예들에서, 필터 엘리먼트들은 표준 적색-녹색-청색 파장들과 상이한 파장들을 투과시키도록 기능할 수 있고, 부가적인 파장들을 포함할 수 있으며, 및/또는 Bayer 패턴과 상이한 패턴으로 배열될 수 있다. 그러한 컬러 필터 어레이가 포함되는 예들에서, 광원(들)은 백색광원(들) 또는 광대역 광원(들)일 수 있다. 대안적으로, 광원(들)(109, 113)은 컬러 필터 어레이에 의해 포함되는 필터 엘리먼트들의 통과 대역들 내에 있는 중심 파장들을 갖는, LED들과 같은 다수의 협대역 광원들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 조명 광은 약 400-1000nm의 파장 범위내에서 제공된다. 다른 실시예들에서, 가시광선 스펙트럼 범위내의 파장들, 즉 약 400-700nm 범위의 파장들이 사용된다. 몇몇 경우들에서, 3개의 광 파장들이 각각 약 600nm, 540nm 및 450nm의 적색, 녹색, 및 청색 컬러들에 대응하는 실시예에서와 같이, 실질적으로 상이한 다수의 파장들이 사용된다. 더욱이, 다른 실시예들에서, 이미지들은 동시적으로 또는 하나씩 영상장치(111)에 의해 나란히 기록될 수 있다.
또한, 각각의 멀티스펙트럼 및 TIR 이미징에 대해 제공되는 다수의 광원들이 있을 수도 있다. 몇몇 경우들에서, 다수의 광원들 각각은 거의 동일할 수 있고 목표된 세기의 조명 및/또는 실질적으로 일정한 조명을 제공하도록 배열될 수 있다. 다른 경우들에서, 다수의 광원들은 선택된 상이한 파장들의 협대역 광원들이므로 이들이 함께 조명되는 경우, 컬러 영상장치와 함께 사용될 수 있는 광대역 광원을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 편광기들이 조명 및/또는 검출 서브시스템에 포함되어 평행-편광 이미징, 교차-편광 이미징, 또는 랜덤 편광 이미징을 제공할 수 있다.
3. 제 2 실시예
본 발명의 제 2 실시예는 도 4에 도시된다. 이러한 실시예에서, 손가락(401)은 다수의 면들을 갖는 플래튼(403)상에 배치된다. 2개의 조명 시스템들로서, 광원(409)과 광학계(407)를 포함하는 TIR 조명 시스템, 및 광원(413)과 광학 계(415)를 포함하는 멀티스펙트럼 조명 시스템이 있다. 또한, 광원들(409, 413) 및 광학계(407, 415)가 단지 간략히 도시되지만, 도시된 것보다 더 복잡한 광학 장치들 및 상이한 광원들의 사용은 본 발명의 범주내에 있는 것으로 의도된다. 참조번호 '411'로 집합적으로 지칭되는, 디지털 영상장치와 광학계를 포함하는 단일 이미징 시스템이 있다. 본 실시예에서, 동작 시퀀스는 두개의 멀티스펙트럼 및 TIR 광원들을 동시에 조명하는 단계를 포함한다. 면들(403b, 403c)과 영상장치 시스템(411)은 멀티스펙트럼 및 TIR 이미지들이 디지털 이미지의 상이한 부분들상에 위치된다. 도 1의 실시예와 유사하게, 몇몇 예들에서, 광이 조명되지 않음으로써 음영 이미지를 수집할 수 있다. 이는 각각의 멀티스펙트럼 및 TIR 이미지들로부터 음영 이미지를 차감함으로써 주변 조명 효과들에 대한 보정을 허용한다.
도 5는 도 4의 실시예의 TIR 이미징 모드를 도시한다. 광원(409)으로부터의 광은 광학계(407)와 면(403a)을 통하는 조명 경로(501)를 따른다. 조명 경로는 임계각보다 더 큰 각도에서 면(403e)상에 입사한다. 손가락이 없거나 적절한 다른 재료와 접촉시, 광은 면(403e)에서 TIR 반사를 받는다. 반사된 광은 면(403d)에서 TIR 반사를 받는 경로(503)를 따르고, 면(403c)을 관통하며, 이미징 시스템(411)에 의해 경로(505)를 따른 이후에 수집된다. 면들(403e, 403d)과 각각 충돌함에 따라 경로들(501, 503)에서의 광의 각도들은 이러한 표면들에서의 TIR 반사들을 보장하기 위해 임계각보다 더 커야 한다. 이미징 시스템(111)은 경로(503)를 따라 면(403c)을 통하여 면(403e)을 관찰한다. 손가락(401)이 없으면, 이미지는 밝다. 그러나, 손가락이 면(103d)과 접촉되게 배치되면, 접촉 지점들은 TIR을 방해하고 TIR 반사를 받는 광을 흡수하여, 이미징 시스템(411)에 의해 관찰되는 것처럼 이러한 지점들을 상대적으로 어둡게 한다.
도 6은 도 4의 실시예의 멀티스펙트럼 이미징 모드를 도시한다. 광원(413)으로부터의 광은 광학계(415) 및 면(403)을 통하는 경로(601)를 따른다. 면(403e)에 대한 조명 경로(601)의 각도(면(403c)에 의해 영향을 받음)는 임계각 미만의 각도이어야 한다. 이미징 시스템(411)은 경로(603)를 따라 면(403b)을 통하여 면(403e)을 관찰한다. 손가락이 없을 경우, 이미지는 어둡다. 그러나 손가락이 면(403e)과 접촉되게 배치되는 경우, 광원(413)으로부터의 광의 일부는 경로(603)의 방향에서 피부의 표면에 의해 반사되고 영상장치(411)에 의해 관찰된다. 또한, 광의 일부는 피부의 표면아래 부분들에 의해 확산되게 반사될 수 있으며 또한 영상장치(411)에 의해 측정될 수도 있다.
도 4-6에 도시된 바와 같은 플래튼(403)은 면들(403b, 403c)을 갖는다. 도 5-6에 도시되고 논의된 것처럼, 광은 영상장치(411)에서 이미징되기 이전에 표면(403e)에서 반사 및 확산 이후 각각의 이러한 면들을 관통한다. 이러한 면들(403b, 403c)은 평행하지 않은 면들이다.
도 7은 손가락(101)이 면(403e)을 터치하고 있고 두 TIR 광원(409) 및 멀티스펙트럼 광원(413)이 조명될 때, 이미징 시스템(411)에 의해 수집되는 이미지(700)의 일 예를 도시한다. 이미지(700)는 손가락의 TIR 이미지(705) 및 동일한 손가락의 멀티스펙트럼 이미지(703)를 도시한다. 이러한 이미지들에 대해 예를 들어, 손가락이 스푸프 샘플이 아니거나 다르게 변경되지 않도록 보장하기 위해 멀티 스펙트럼 이미지(703)의 평가와 같은, 다양한 프로세스가 수행될 수 있다. 멀티스펙트럼 이미지(703) 및 TIR 이미지(705)가 조합되어 지문 패턴의 단색 표시에 해당하는 지문의 단일한 합성 표시를 제공할 수 있다.
도 1-3의 실시예와 유사하게, 의도된 본 발명의 범주내에 있는 도 4-6의 실시예에서의 많은 변형예들이 있다. 예를 들어, 영상장치는 전색성 또는 컬러일 수 있고, 조명은 실질적으로 단색성 또는 광대역일 수 있다. 광대역 조명이 사용되는 실시예들에서, 영상장치는 종종 컬러 영상장치를 제공하기 위한 컬러 필터 어레이를 포함할 수 있다. 광원들(409, 413)은 각각, 실질적으로 일정한 조명 및/또는 목표된 세기의 조명을 제공하도록 배열되는 거의 동일한 다수의 광원들을 포함할 수 있다. 특정 예들에서, 다수의 광원들은 컬러 영상장치와 함께 사용하기 위해 함께 조명될 때 광대역 광원을 제공하는 상이한 파장들의 협대역 광원들을 포함한다.
광원들은 또한 이동가능할 수 있다. 광원들은 상이한 각도들로부터 표면 타겟을 조명하기 위해 이동할 수 있다. 광원들은 위치들 사이에서 턴오프되거나 위치들 사이의 이동 동안 유지될 수 있다. 더욱이, 영상장치는 광원들이 이동하는 동안 이미지들을 기록할 수 있고, 광원들이 특정 지점으로부터 타겟 표면을 조명할 때까지 또는 광원들이 턴온될 때까지 대기할 수 있다.
도 1-6에 도시된 광학 컴포넌트들의 특정한 특성들은 상이한 폼-팩터(form-factor) 제약들을 충족시키도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 차량 운전자의 신원을 검증하기 위한 시스템의 일부로서 피부 지점 또는 표면 타겟이 기어 시프트의 최상부에 구현되는 실시예에서, 광원들 및 이미징 장치는 구성되는 바와 같은 기어-시프트 핸들 내에 설치되지 않을 수 있다. 그러한 실시예에서, 광학 릴레이 시스템이 구현될 수 있다. 예를 들어, 보스코프(bore scope)의 렌즈들과 유사한 개별 렌즈들을 포함하는 릴레이 광학계가 사용되거나, 대안적으로 오르토스코프(orthoscope)에서 사용되는 바와 같은 광섬유들이 사용될 수 있다. 다른 경우들에서, 이미징 서브시스템 및/또는 광원들의 광학 경로들은 미러들의 사용을 통해 폴딩(folded)될 수 있어서 전체 크기를 감소시킬 수 있다. 광학 릴레이 시스템을 구현 및/또는 광학 시스템을 폴딩하기 위한 또 다른 기술들은 통상의 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 방식으로, 센서의 컴포넌트들은 샘플링 표면으로부터 떨어져 위치되거나, 다른 폼-팩터 제약들에 적합하도록 구성될 수 있다.
또한, 편광기들은 상이한 실시예들에서, 평행-편광 이미징, 교차-편광 이미징, 또는 랜덤 편광 이미징을 제공하기 위해 멀티스펙트럼 조명 및/또는 검출 시스템들에 삽입될 수 있다. 편광기들은 선형, 원형, 타원형, 또는 이들의 조합일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 광원들은 광대역 또는 협대역일 수 있다. 협대역인 경우, 광원들은 모두 동일한 파장일 수 있거나, 실질적으로 상이한 파장들일 수 있다. 또한, 편광기들은 일부 또는 전부의 광원들에서, "교차 편광" 배열 또는 "평행 편광" 배열을 제공할 수도 있다. 다중 광원 시스템들에서, 하나 이상의 조명 서브시스템들이 편광기를 배제할 수 있으며, 랜덤하게 편광되는 조명 광을 생성한다.
광원들 중 하나가 교차 편광 배열을 제공하는 경우, 편광기는 이미징 시스템 의 편광에 직교하게 편광되는 조명 광을 제공하도록 배치 및 배향될 수 있다. 그러한 직교성은 다른 광이 차단되기 때문에, 검출된 광이 피부 지점과 같은 다중 확산 이벤트들을 받도록 보장하는 유용성을 갖는다. 교차 편광기들의 이러한 특성은 특히 조명 서브시스템이 임계각 미만의 각도에서 배향되는 경우에 나타난다. 이 경우, 교차 편광기들이 없으면, 광은 피부로부터의 표면 반사들, 얕은 확산 이벤트들, 및 깊은 확산 이벤트들로부터 검출될 수 있다. 교차 편광기들이 사용될 때, 표면 및 얕은-확산 현상이 현저하게 감쇠된다. 반대로, 평행 편광기는 표면 피쳐들 및 얕은 확산 효과들을 두드러지게 하는데 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 랜덤 편광은 특히 적어도 하나의 다른 편광 상태와 연계하여, 바람직하게 사용될 수도 있다.
선형 편광기들의 경우, 검출 편광기들의 축으로부터 그 축들이 약 90°만큼 떨어지도록 배향되는 조명 편광기들을 구비함으로써 교차 편광 배열이 제공될 수 있다. 편광기들이 원형 편광기들인 대안적인 실시예들에서, 교차 편광 배열의 직교성은 반대 지각(opposite sense)(즉, 우측 및 좌측)의 원형 편광기들을 구비함으로써 달성될 수 있다. 또한, 선형 편광기들의 경우, 검출 편광기의 축에 대해 그 축들이 대략적으로 평행하도록 배향된 조명 편광기들을 구비함으로써 평행 편광 배열이 제공될 수 있다. 편광기들이 원형 편광기들인 대안적인 실시예들에서, 동일한 지각의 원형 편광을 이용함으로써 평행 편광이 달성될 수 있다. 편광기들의 효과로 인하여, 단일 조명 파장만이 사용될 때에도 시스템의 편광 상태를 변경함으로써 상이한 다중 광학 조건들이 달성될 수 있다. 물론, 멀티스펙트럼 조건들은 상 이한 광학 조건들의 다른 조합 중에서, 상이한 조명 파장들, 상이한 조명 각도들, 및 상이한 이미징 각도들의 사용을 포함할 수도 있다.
교차 편광 배열이 이전 사용자들에 의해 플래튼 상에 남겨진 잠복성 지문들(latent prints)의 가시성(visibility)을 크게 감소시키며, 이에 따라 잠복성 지문들을 "재활성화(reactivating)"함으로써 스푸프 가능성을 감소시키고 개선된 이미지 품질을 제공한다는 관찰로부터 추가적인 유용성이 유도된다. 그 배열의 유용성은 또한 종래의 광학 지문 판독기들에도 제공된다. 특히, 암시야 광학 지문 시스템들은 그러한 배열의 부가적인 편광 엘리먼트들을 위해 적합하다.
보다 일반적으로, 잠복성 지문들과 같은 효과들은 고유한 광학 특성들을 기반으로 하는 결과적인 멀티스펙트럼 데이터로부터 식별 및 구분될 수 있다. 예를 들어, 상이한 편광 조건들에 대하여 잠복성 지문들의 광학 특성들은 살아있는 인간 조직(tissue)과 상이하다. 유사하게, 파장 및 조명 각도의 함수로서 잠복성 지문들의 스펙트럼 특성들 또한 살아있는 인간 조직과 매우 상이하다. 따라서, 멀티스펙트럼 데이터의 스펙트럼 특성들의 분석은 종래기술에 공지된 것처럼, 스펙트럼 비혼합(unmixing)과 같은 기술들을 통해 잠복성 지문들로 인한 인공물들(artifacts)과 실제 조직 이미지를 구별하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 또한 스펙트럼 분석은 조직 데이터를 포함하는 이미지의 영역을 이미지 배경으로부터 분리시켜서 규정하는, 이미지 분할을 수행하기 위해 이용될 수도 있다. 유사한 방식으로, 본 발명의 멀티스펙트럼 데이터세트에 이용가능한 모든 정보는 인공적인 샘플들을 사용하려는 다양한 시도들 또는 센서를 속이기 위한 다른 수단과 진짜 인간 피부를 구별하는데에 매우 적합하다. 다중 파장들, 편광 조건들 및 조명 각도들에 대한 피부의 복합적인 광학 특성들은 인간 피부에 대해 구별되고, 센서를 속이기 위한 시도시에 사용될 수 있는 많은 상이한 종류의 재료들과 피부를 구별하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 상이한 실시예들의 일반적이지 않은(nonstationary) 변형예들은 멀티스펙트럼 또는 TIR 이미지가 이미징 시스템에 의해 획득될 수 있도록 이동식 영상장치 또는 회전식 광학 엘리먼트를 구비하는 그러한 메커니즘들에 의해 생성될 수 있다. 그러한 구성들은 보다 작은 영상장치의 사용을 허용하는 장점을 갖지만, 이미지들의 연속적인 획득 때문에 수집 시간이 더 오래 걸리고 시스템이 더 복잡한 경향이 있다.
도 1-6의 실시예의 광학 시스템의 몇가지 부가적인 분석은 도 8-11에 도시된다. 광학 시스템은 다수의 면들을 갖는 프리즘으로서 제공되는 플래튼을 사용할 수 있다. 이는 영상장치 상의 개별 지점들에 위치하는 이중 이미지들을 단일 이미징 렌즈 및 영상장치에 제공한다. 플래튼의 측면 및 등거리 뷰들을 도시하는 도 8 및 9에서, 녹색 그리드는 손가락이 배치되는 위치를 나타낸다. 이러한 위치는 표면 타겟으로 지칭될 수 있다. 각각의 도면의 우측에 나타낸 3개의 광선 경로들(815, 915)은 멀티스펙트럼 이미징 경로를 나타내고, 각각의 도면의 좌측에 나타낸 3개의 광선 경로들(810, 910)은 전형적인 TIR 이미징 경로를 나타낸다. 단지 예시로서, 도시된 시스템의 이미징 렌즈는 접합된 트리플릿 색지움 렌즈(cemented triplet achromat)로서 제공된다. 손가락을 이미징하기 위해 다른 렌즈 시스템들 이 사용될 수 있다. 도 8은 평행하지 않은 2개의 이미징 면들(840, 845)을 갖는 플래튼을 도시하고; 도 9는 평행하지 않은 2개의 면들(940, 945)을 갖는 플래튼을 도시한다.
예를 들어, 특정 변형예들에서, 단일 영상장치의 사용이 유지되지만 개별적인 이미징 렌즈 시스템들이 전형적인 TIR 및 직행 경로들을 위해 제공된다. 도 10A는 TIR 경우에 대해 광이 이동하는 경로를 나타낸다. 프리즘 플래튼과 접촉하는 손가락은 TIR 광을 방해하고 대응하는 접촉 지점들에서 영상장치의 보다 적은 광 세기를 유발한다. 도 10B는 멀티스펙트럼 조명을 위한 하나의 가능한 방법을 나타낸다. 다른 방법들은 직접 조명기로서 TIR 광원 및 편광된 직접 조명기로서 상이한 광원을 사용할 수 있다. 직접 조명된 광은 손가락으로부터 확산되고, 몇몇 확산된 광은 이미징 렌즈상에 떨어지며 영상장치 상에 손가락의 이미지를 형성한다.
도 11A-11C는 특정 실시예로서 밀리미터들로 도시된 치수들을 갖는 대략적인 프리즘(1100) 치수들을 도시한다. 바닥부 각도들은 광 경로들이 이미징 렌즈에서 교차하도록 선택될 수 있다. 또한, 이러한 각도들은 멀티스펙트럼 및 TIR 광원들로부터의 광 경로들이 영상장치 상에 나란히 입사하도록 선택될 수도 있다. 각도들은 광 경로 길이들이 전형적인 TIR 및 직접 이미징 경로들에 대해 보다 근접하도록 설계될 수 있다. 도 11C는 평행하지 않은 이미징 면들(1162, 1164)을 도시한다. 상이한 프리즘 형상들은 2개의 이미징 렌즈 배열들이 사용되는 실시예들을 포함하는 다양한 상이한 실시예들에서 사용될 수 있다.
전술한 본 발명의 다양한 실시예들은 도 12-15에 도시된 바와 같은 다양한 시퀀스들을 따를 수 있다. 이러한 시퀀스들은 단지 예시적인 것이다. 도 12는 하나의 예시적인 조명 및 이미징 시퀀스를 도시한다. 제 1 광원이 조명되고(1202), 생체측정 피쳐가 배치될 수 있는 플래튼 표면을 향해 광이 지향되며(1204), 영상장치 상의 제 1 지점에서 이미지가 수집되고(1206), 그 다음 제 1 광원이 감광(darken)된다(1208). 그 다음, 제 2 광원이 조명되고(1210), 생체측정 피쳐가 배치될 수 있는 플래튼 표면을 향해 광이 지향되며(1212), 영상장치 상의 제 2 지점에서 이미지가 수집되고(1214), 그 다음 제 2 광원이 감광된다(1216). 그 다음, 이미지들이 처리되고(1218) 저장된다(1220). 다른 시퀀스들에서, 애플리케이션이 지시하는 바와 같이 처리(1218) 및/또는 저장(1220) 단계들이 생략될 수 있다.
도 13에 도시된 시퀀스들에서, 단계들(1302-1316)은 도 12의 단계들(1202-1216)과 동일하다. 그러나, 이러한 시퀀스에서, 두 이미징 지점들에서 음영 이미지를 수집하는 부가적인 단계(1318)가 처리(1320) 및 저장(1322) 단계들 이전에 포함된다.
도 14에 도시된 시퀀스는 제 1 광원을 조명하고(1402), 광을 플래픈 표면으로 지향시키며(1404), 제 2 광원을 조명하고(1406), 광을 플래튼 표면으로 지향시키며(1408), 영상장치 상의 제 1 및 제 2 이미지 지점들에서 이미지들을 동시에 수집한다(1410). 이러한 시퀀스에서 두 광원들은 동일한 시간이지만 상이한 지점들에 있는 영상장치를 조명하는 반면에, 도 12 및 13에 도시된 시퀀스들에서 영상장치는 다른 광원이 감광될 때에만 각각의 지점에서 이미지들을 수집한다.
마지막으로 예시된 시퀀스로서, 도 15에 도시된 시퀀스는 제 1 광원을 조명하고(1502), 광을 플래튼 표면으로 지향시키며(1504), 제 2 광원을 조명하고(1506), 광을 플래튼 표면으로 지향시키며(1508), 영상장치 상의 제 1 및 제 2 이미지 지점들에서 이미지들을 동시에 수집한다(1510). 두 이미지들이 영상장치에 의해 수집된 이후에, 두 광원들은 감광되고(1512), 두 개의 제 1 및 제 2 이미지 지점들에서 음영 이미지가 수집된다(1514).
따라서, 몇가지 실시예들을 기술하였지만, 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 다양한 변형예들, 대안적인 구성들, 및 등가물들이 사용될 수 있다는 것은 통상의 당업자에 의해 인식될 것이다. 따라서, 상기한 설명이 이하의 청구범위에 규정되는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.

Claims (25)

  1. 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정(biometric) 시스템으로서,
    상기 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템은,
    다수의 면들(facets)을 갖는 플래튼(platen) - 적어도 하나의 면은 표면 타겟 면을 포함함 -;
    상기 표면 타겟 면에 대한 수직선(normal)으로부터 측정되는 제 1 각도에서 상기 표면 타겟 면에 충돌하는 제 1 조명 경로를 따라 상기 표면 타겟 면을 조명하도록 배치된 제 1 광원 - 상기 제 1 각도는 임계각 보다 더 작고, 상기 임계각은 상기 표면 타겟 면 상에 입사하는 광이 실질적으로 내부 전반사를 받는 상기 수직선으로부터 측정되는 가장 작은 각도를 규정함 -;
    상기 수직선으로부터 측정되는 제 2 각도에서 상기 표면 타겟 면에 충돌하는 제 2 조명 경로를 따라 상기 표면 타겟 면을 조명하도록 배치된 제 2 광원 - 상기 제 2 각도는 상기 임계각 보다 더 큼 -; 및
    제 1 이미징 지점과 제 2 이미징 지점을 포함하는 이미징 시스템
    을 포함하고,
    상기 이미징 시스템은 상기 제 1 이미징 지점의 상기 표면 타겟 면에서 확산된 이후 상기 제 1 광원으로부터 전파되는 광을 수신하도록 배치되며,
    상기 이미징 시스템은 상기 제 2 이미징 지점의 상기 표면 타겟 면 상에서 의도된(purported) 피부 지점의 존재에 의해 내부 전반사가 실질적으로 방해될 때 상기 제 2 광원으로부터 전파되는 광을 수신하도록 배치되는,
    조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광원과 상기 제 2 광원을 동시에 조명하도록 구성된 제어 메커니즘을 더 포함하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플래튼의 적어도 하나의 면은 흡광재(optical absorber)를 포함하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 조명 경로를 따라 전파되는 광은 상기 표면 타겟 면에서 실질적으로 내부 전반사를 받고 상기 흡광재와 충돌하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상장치(imager)는 상기 제 1 광원과 상기 제 2 광원이 조명되지 않는 시간에 음영(dark) 이미지를 수집함으로써 주변 조명 효과들을 보정하도록 구성되는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광원은 다수의 광원들, 광대역 광원, 상이한 파장들의 다수의 광원들, 상기 표면 타겟에서 실질적으로 일정한(uniform) 조명 세기를 제공하는 광원, 및 상기 표면 타겟의 실질적으로 일정한 조명을 제공하는 광원으로 이루어진 그룹에서 선택된 광원을 포함하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광원은 다수의 광원들, 광대역 광원, 상이한 파장들의 다수의 광원들, 상기 표면 타겟에서 실질적으로 일정한 조명 세기를 제공하는 광원, 및 상기 표면 타겟의 실질적으로 일정한 조명을 제공하는 광원으로 이루어진 그룹에서 선택된 광원을 포함하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상장치는 적어도 하나의 제 1 편광기를 더 포함하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 광원은 적어도 하나의 제 2 편광기를 포함하고, 상기 적어도 하나 의 제 2 편광기의 축은 상기 적어도 하나의 제 1 편광기의 축에 실질적으로 직교하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 광원은 적어도 하나의 제 2 편광기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 2 편광기의 축은 상기 적어도 하나의 제 1 편광기의 축에 실질적으로 평행한, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 조명 경로에서 상기 표면 타겟으로부터 확산되는 광은 제 1 출구면을 통하여 상기 플래튼을 빠져나오고, 상기 제 2 조명 경로에서 상기 표면 타겟으로부터 확산되는 광은 제 2 출구면을 통하여 상기 플래튼을 빠져나오며, 상기 제 1 출구면과 상기 제 2 출구면은 평행하지 않은, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광원 또는 상기 제 2 광원을 다수의 위치들로 이동시키도록 구성된 메커니즘을 더 포함하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 시스템.
  13. 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템으로서,
    다수의 면들을 갖는 플래튼 - 상기 면들 중 적어도 하나는 표면 타겟 면을 포함함 -;
    광원;
    다수의 상이한 조명 경로들을 따라 상기 광원으로부터의 광으로 의도된 피부 지점을 조명하도록 배치된 광학 장치(optical arrangement) - 제 1 조명 경로는 상기 표면 타겟 면에 대한 수직선으로부터 측정되는 임계각 보다 더 작은 제 1 각도에서 상기 표면 타겟 면과 충돌하고, 제 2 조명 경로는 상기 표면 타겟 면에 대한 상기 수직선으로부터 측정되는 상기 임계각보다 더 큰 제 2 각도에서 상기 표면 타겟 면과 충돌하며, 상기 임계각은 상기 표면 타겟 면 상에 입사하는 광이 실질적으로 내부 전반사를 받는 상기 수직선으로부터 측정되는 가장 작은 각도를 규정함 -; 및
    제 1 이미징 지점과 제 2 이미징 지점을 포함하고 상기 표면 타겟 면으로부터 광을 수신하도록 배치된 이미징 시스템
    을 포함하고,
    상기 제 1 조명 경로를 따라 상기 광원으로부터 전파되는 광은 상기 표면 타겟 면에서 확산된 이후 상기 제 1 이미징 지점에서 상기 이미징 시스템에 의해 수신되며,
    상기 제 2 조명 경로를 따라 상기 광원으로부터 전파되는 광은 상기 표면 타겟 면 상의 생체측정 피쳐의 존재에 의해 내부 전반사가 실질적으로 방해될 때 상 기 제 2 이미징 지점에서 상기 이미징 시스템에 의해 수신되는,
    조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 조명을 따라 상기 광원으로부터 전파되는 광은 흡광재를 포함하는 상기 플래튼의 적어도 하나의 면에 충돌하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 광원은 다수의 광원들을 포함하고,
    상기 광원들 중 제 1 광원은 상기 제 1 조명 경로를 따라 광을 제공하도록 배치되며, 상기 광원들 중 제 2 광원은 상기 제 2 조명 경로를 따라 광을 제공하도록 배치되는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광원 중 적어도 하나는 실질적으로 단색성(monochromatic)인, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광원 중 적어도 하나는 광대역 광원을 포함하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 광학 장치는 적어도 하나의 편광기를 포함하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 편광기는 상기 이미징 시스템에 의해 실질적으로 평행-편광(parallel-polarization) 이미징을 제공하는 편광기 장치(polarizer arrangement) 및 상기 이미징 시스템에 의해 실질적으로 교차-편광(corssed-polarization) 이미징을 제공하는 편광기 장치로 이루어진 그룹에서 선택된 편광기 장치를 포함하는, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 조명 경로로부터의 광은 제 1 출구면을 통하여 상기 플래튼을 빠져나오고, 상기 제 2 조명 경로로부터의 광은 제 2 출구면을 통하여 상기 플래튼을 빠져나오며, 상기 제 1 출구면과 상기 제 2 출구면은 평행하지 않은, 조합된 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미징 시스템.
  21. 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미지들을 획득하는 방법으로서,
    제 1 조명 경로를 따라 광원으로부터 광을 전파하는 단계 - 광은 표면 타겟 면에 대한 수직선으로부터 측정되는 제 1 각도에서 플래튼의 상기 표면 타겟 면에 충돌하고, 상기 제 1 각도는 임계각 보다 더 작으며, 상기 임계각은 상기 표면 타겟 플래튼 상에 입사하는 광이 실질적으로 전부 반사되는 상기 수직선으로부터 측정되는 가장 작은 각도로서 규정됨 -;
    제 1 이미징 지점에서 이미징 시스템에 의해 상기 제 1 조명 경로를 따라 상기 광원으로부터 전파되는 광을 수집하는 단계;
    제 2 조명 경로를 따라 광원으로부터 광을 전파하는 단계 - 광은 상기 표면 타겟 면에 대한 상기 수직선으로부터 측정되는 제 2 각도에서 상기 표면 타겟 면에 충돌하고, 상기 제 2 각도는 임계각 보다 더 큼 -; 및
    제 2 이미징 지점에서 상기 이미징 시스템에 의해 상기 제 2 조명 경로를 따라 상기 광원으로부터 전파되는 광을 수집하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제 1 조명 경로를 따라 전파되는 광은 상기 표면 타겟에 의해 확산된 이후 상기 이미징 시스템에 의해 수집되며,
    상기 제 2 조명 경로를 따라 전파되는 광은 상기 표면 타겟에서 의도된 피부 지점의 존재에 의해 내부 전반사가 방해될 때 상기 이미징 시스템에 의해 수집되는,
    멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미지들을 획득하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 조명 경로를 따라 광원으로부터 광을 전파하는 단계 및 상기 제 2 조명 경로를 따라 광원으로부터 광을 전파하는 단계는 동시에 발생하는, 멀티스펙트럼 및 내부 전반사 생체측정 이미지들을 획득하는 방법.
  23. 생체측정 이미징 시스템으로서,
    다수의 면들을 갖는 플래튼;
    광원; 및
    이미징 시스템
    을 포함하고,
    상기 플래튼의 적어도 하나의 면은 의도된 피부 지점을 수용하도록 구성된 표면 타겟을 포함하며,
    상기 이미징 시스템은 제 1 조명 경로와 제 2 조명 경로를 따라 상기 표면 타겟 면으로부터 확산되는 광을 수신하도록 배치되고,
    상기 제 1 조명 경로를 따라 상기 표면 타겟 면으로부터 확산되는 광은 제 1 출구면을 통하여 상기 플래튼을 빠져나오며,
    상기 제 2 조명 경로를 따라 상기 표면 타겟 면으로부터 확산되는 광은 제 2 출구면을 통하여 상기 플래튼을 빠져나오고,
    상기 제 1 출구면 및 상기 제 2 출구면은 평행하지 않은,
    생체측정 이미징 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 플래튼의 적어도 하나의 면은 흡광재를 포함하는, 생체측정 이미징 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 2 조명 경로를 따라 전파되는 광은 상기 표면 타겟 면에서 실질적으로 내부 전반사를 받고 상기 흡광재와 충돌하는, 생체측정 이미징 시스템.
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