TW521214B

TW521214B - Method and apparatus for reduction of trapezoidal distortion and improvement of image sharpness in an optical image capturing system

Info

Publication number: TW521214B
Application number: TW089115343A
Authority: TW
Inventors: Harry H Teng; Sung-Chan Jo
Original assignee: Secugen Corp
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2003-02-21
Also published as: KR100469571B1; CN1369077A; DE60023156D1; WO2001011549A3; CA2381300A1; EP1210686B1; KR20020033459A; EP1210686A2; JP2003506798A; ATE306697T1; JP3877058B2; CA2381300C; WO2001011549A9; CN1178154C; AU7389700A; US6324020B1; DE60023156T2; WO2001011549A2

Description

521214 Α7 Τ—- _ Β7 五、發明說明（1 ) 發明部份請先閱讀背而4之士意事項再填頁\ 本發明係有關光獲得裝置，用於影像捕捉及辨認系統。明確言之，本發明包含一光獲得裝置，用以減小或大致消除圖案物件之影像中之梯形失真，並使該影像可明銳聚隹〇 > » Λ \ 背景圖案物件辨認系統在工業及商業上成爲普通裝置，並具有多種用途。例如，此系統可用於掃描器，以掃描文書，圖畫，及照片。最近，製造者試圖降低有關圖案辨認系統之成本，使其更可供消費者使用。圖案辨認系統之此一消費者應用包含指紋獲得及辨認。此一系統可用於例如提高電腦安全，由讀取可能之使用者指紋，與獲准可使用該電腦或存，該電腦之一些檔案或功能之使用者之指紋比對來達成。此一系統例如可取代使用註冊姓名及口令之安全系統。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製此一指紋辨認系統或任何圖案辨認系統需能做之第一件事爲精確獲得指紋或其他圖案，以供分析之用。現有若干機構用以獲得圖案資料。例如，美專利 3，975，711;4，681，576; 5，177，435 ;及 5，233，404 號均發表Λ 以獲得圖案物件之影像之裝置。，圖1顯示一先行技藝光指紋捕捉及辨認系統之槪要圖。在圖1中，光辨認系統1 0 8包含一光源1 1 2，一光本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -4- 521214 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（3 ) 金氧半導體（C Μ 0 S )裝置，此捕捉光影像，並變換其爲電信號。此影像感測器爲精於本藝之人士所熟悉。電信號然後發送至儲存及處理單位1 2 5。儲存及處理單位1 2 5可包含一記憶單位，一處理器，及一類比至數位變換器（未顯示）。類比至數位變換器變換來自影像感測器1 1 6之類比電信號爲數位資料。記憶器用以儲存數位資料，及用以比對所捕捉之指紋影像及所儲存之指紋影像之演算法。處理器根據用以比對此資料之演算法，比對所捕捉之數位資料及前所儲存於記憶器中之資料。處理器亦可分析所捕捉之數位資料，其用途與所儲存之資料之比對不同。此儲存及處理單位爲精於本藝之人士所知，且可包含標準之個人電腦，裝有適當之軟體。供處理及比對影像資料用之演算法發表於例如美專利序號 4，13 _5，147 及 4，688，995，各整個列作參考。當指紋置於光稜鏡之攝影表面1 1 8上時，指紋脊 1 1 1接觸攝影表面1 1 8，及指紋谷1 0 9保持不接觸攝影表面1 1 8。如此，在指紋谷1 0 9中，自光源 1 1 2進入光稜鏡1 1 0之入射光1 2 4在攝影表面 1 1 8上進行全內反射，如果來臨之光之入射角度超過光稜鏡1 1 0之臨界角度。然而，在指紋脊1 1 1處，一& 入射光1 2 4被吸收，並散射離開指紋脊。如此處所>用， ”散射”一辭指光投射於不規則表面上後，在多個方向上發射或不規則反射離開該不規則之表面。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） - — fill· H ·ϋ I βϋ n n n I · I n (請先閱讀背面之>i·意事項再頁) 訂： •線. -6- 521214 A7 __ B7 五、發明說明（4 ) (請先閱讀背面之注意事項再填►頁) 由於此散射及/或吸收，故在指紋脊1 1 1處之入射光1 2 4較全內反射爲少。如此，自指紋谷1 〇 9反射離開稜鏡1 1 0之光1 3 0之強度大於自指紋脊1 1 1反射離開鏡1 1 0之光之強度。指紋脊1 1 1之較低強度之反射光1 3 0轉化爲較暗之區域，以指示有物件在光束及指紋表面間之入射點處。反之，較高強度之反射光1 3 0，諸如進行全內反射者轉化爲較亮區域，以指示無物件在入射光1 2 4及攝影表面1 1 8間之入射點處。如此可區別較暗之指紋脊1 1 1及較亮之指紋谷1 0 9。由於在指紋脊1 1 1處入射光之吸收主要負責產生指紋影像，故系統 1 0 8稱爲”吸收”攝影系統。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製上述系統可捕捉光指紋影像，並處理光指紋影像之電代表。然而，在指紋脊1 1 1之區域中，入射光1 24仍進行一些孝內反射及一些在與入射光1 3 0平行之方向上之散射。如此，由指紋谷1 0 9及指紋脊1 1 1所反射之光1 3 0間之強度差可較低。即是，在指紋影像中指紋脊 1 1 1及谷1 0 9間之對比較低。此會使影像獲得，處理，及比較較爲困難。而且，在光辨認系統，諸如光辨認系統1 〇 8中，透鏡組件1 1 4中之第一透鏡之直徑可能需要小於檢視表面 1 2 2上之指紋之影像。此二者使光辨認系統1 〇 8可d 小，且可較低廉製造。 _ 然而，如顯示於圖2，在諸如系統1 0 8之吸收式系統中，如透鏡組件1 1 4之第一透鏡之直徑小於攝影表面本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 521214 A7 _____ B7 五、發明說明（6 ) 面1 2 2上之指紋爲小時，.會在光辨認系統1 〇 8中發生所謂梯形失真之現象。在攝影系統中之梯形失真具有使該系統所產生之正方形影像呈現如梯形之效果。圖2爲槪要圖，顯示光辨認系統1 〇 8中何以引起梯形失真。來自光源112之入射光進入棱鏡11〇並反射離開攝影表面1 1 8，攝取物件A B之影像。反射光 1 3 0然後離開攝影表面1 2 2，並至透鏡組件1 4 4之點A、及B、處，以形成物件A、B、。經由檢視表面 1 2 2檢視物件A B，物件A B呈現位於一 ”視在影像” 物件a b處。明確言之，點A呈現於點a處，距檢視表面 1 2 2 —距離a a、，及點B呈現於點b處，距檢視表面 1 2 2 —距離b b、。物件之視在影像現示距檢視表面 1 2 2之距離由物件距檢視表面1 2 2之實際距離除以稜鏡1 1 0多折射率決定。明確言之，距離a a、由以下決定： aa、=Aa、/n，其中，η爲稜鏡1 1 〇之折射率。同樣， bb、=Bb、/n〇當自一物件之視在影像至透鏡組件1 1 4之透鏡平面 1 0 7之光徑路在攝影物件之不同部份上不相等，及透鏡本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Β ϋ -Γ ϋ n ϋ n 1 ! n n n V · I n . *輪 - (請先閱讀背面之注意事項再頁) 訂_ · -—線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ** 9 - 521214 A7 B7 五、發明說明（10 ) 然而，諸如稜鏡2 1 0之梯形稜鏡在製造上會較之諸如圖1所示之三角形稜鏡1 1 〇昂貴。此仍由於需拋光一額外之表面等。此會增加諸如攝影系統2 0 8之價格’在消費者使用上較不可行。訂而且，由於自稜鏡2 1 0中之指紋之視在影像之不同部份至透鏡組件2 1 4之散射光徑路長度不同，故影像獲得系統2 0 8會使指紋影像之部份失焦，其情形與光辨認系統1 0 8相似。而且，雖未顯示於圖3，但如顯像獲得系統2 0 8之透鏡組件2 1 4之第一透鏡小於檢視表面 2 2 2上之指紋影像，則自稜鏡2 1 0中之指紋之視在影像之不同部份至透鏡組件2 1 4及影像感測器2 1 6之散射光徑路長度之不同亦會引起梯形失真。線如上述顯然，需要改善用於圖案物件辨認系統上之影像獲得裝谭。明確言之，需要一種影像獲得裝置，此產生較小或大致消除之梯形失真之影像。而且，亦需要一種影像獲得系統，此產生大致整個影像在焦點中之一影像。該影像獲得系統亦應較爲小巧及低廉。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製發明槪要本發明包含一種小巧之影像獲得裝置，此產生高對比，低失真影像，此具有較小或大致無梯形失真。而且，¥ 發明之影像獲得系統可以較低之成本製造。該裝置包含一 ’光折射器，具有一攝影表面，欲攝影之圖案物件置於其上，以形成圖案物件之視在影像於光折射器中；一另外表面本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521214 A7 B7 五、發明說明（11 ) ;及一檢視表面。檢視表面鄰接攝影表面，並與之形朗一角度r。圖案物件之影像投射通過檢視表面。該裝置並包含一透鏡鄰近檢視表面，用以接收及聚焦圖案物件之影像。透鏡具有一透鏡平面垂直於透鏡之光軸，且此與檢視表面形成一角度5。角度r及5構製在使自圖案物件之視在影像之一部份移行至透鏡平面及最終至影像感測器之第一光線之徑路長度，及大致平行於第一光線並自圖案物件之視在影像之另一部份移行至透鏡平面及最終至影像感測器之任何其他光線之徑路長度大致相等。此宜由固定角度r 及5以符合下等式來達成： 0.7 ^ (n2-sin2 5 )l/2(cot γ )(sin (5 ) + sin2 5 ^ 1.3 在本舉明之另一方面，欲攝影之物件所置處之攝影表面之該部份之每一點宜能具有至少一光線自其上散射，俾該光線及檢視表面之相交形成一角度於檢視表面及攝影表面鄰近，該角度小於90度。在本發明之另一方面，產生圖案物件之影像之一方法包括提供一光折射器，具有一攝影表面，一檢視表面，及另一表面。一角度r形成於由檢視表面所界定之一平面及由攝影表面所界定之一平面之間。一圖案物件置於攝影i 面上，及入射光投射進入光折射器中。入射光散射離，開攝影表面及圖案物件，並通過檢視表面。一透鏡置於檢視表面鄰近，及一角度5形成於透鏡之焦平面及由檢視表面所本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） n n n n ϋ ϋ n I n n I · n n "^ * (請先閱讀背面之注意事項再頁) · --線· -14- 521214 Α7 _____ Β7 五、發明說明（12 ) 界定之平面之間。角度7及（5固定，俾使自形成於光折射器中之圖案物件之視在影像之一部份移行至透鏡平面及最終至影像感測器之第一光線之徑路長度及大致平行於第一光線並自圖案物件之視在影像之另部份移行至透鏡平面及最終至影像感測器之任何其他光線之徑路長度大致相等。角度r及5宜固定，俾二者具有以下等式關係： 0.7 ^ (n2-sin2 δ )l/2(cot τ )(sin δ )-hsin2 δ ^ 1.3 而且，欲用於攝影之攝影表面之部份宜能具有至少一光線自其上散射，俾該光線及檢視表面之相交形成一第一角度於觀看表面及攝影表面之相交處鄰近，該角度小於 9 0度。以上所討論之裝置及方法可產生圖案物件之一影像，此具有較少或大致無梯形失真，且此可產生一影像，其整個在較明銳之焦點上。此優點便於更精確處理及比對圖案物件之影像。附圖簡述圖1爲先行技藝影像獲得裝置之槪要圖，此利甩吸收影像獲得技術。 1 圖2爲圖1之影像獲得裝置之槪要圖，顯示梯形失真〇圖3爲第二先行技藝之影像獲得系統之槪要圖，此利本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — l· — —!.—-------裝—— * ί - (請先閱讀背面之注意事項再填頁) . --線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 521214 A7

五、發明說明（13 ) 用散射影像獲得技術。圖4爲本發明之影像獲得裝置之槪要圓，包含一稜鏡，光源，透鏡組件，及影像感測器。圖5爲圖4所示之稜鏡及光源之透視圖。圖6爲圖4所不之影像獲得系統之槪要圖，顯示如何減小梯形失真。圖7爲槪要圖，顯不可甩於圖4所示之影像獲得系統中之一透鏡組件。圖8爲圖4所示之影像獲得系統之槪要圖，顯示較宜之稜鏡及透鏡組件構造。圖9爲槪要圖’顯不一稜鏡之另一實施例，此可用於本發明之影像獲得系統，顯示一散射光線徑路。圖1 0爲圖9所示之棱鏡之槪要圖，顯示另一散射光線徑路。_ 主要元件對照表個數 10 8 光辨認系統 116 影像感測器 13 0 反射光 308 影像獲得系統 3 0 9 指紋谷 3 10 三角稜鏡 3 11 指紋脊 3 1 2 光源本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） i----：---------裝— (請先閱讀背面之注意事項再頁) 訂. --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 521214 A7

五 '發明說明（彳4 ) 3 1 4 透鏡組件 3 1 6 影像感測器 3 1 8 攝影表面 3 2 〇檢視表面 3 2 2 光散射表面 3 2 4 入射光 3 2 8 臨界角度 3 3 0 散射光 3 3 5 指紋 4 1 0 光線 - — till· n ϋ ί ·ϋ n n Λιβ I 0 n ί • · I (請先閱讀背面之^j意事項頁) 詳細說明圖4及5顯示本發明之圖案物件影像獲得系統3 〇 8 。獲得系i充3 0 8宜包含一方形稜鏡3 1 〇，一光源 3 1 2，一透鏡組件3 1 4，及一影像感器3 1 6。稜鏡 3 1 0爲一五面三角稜鏡，其長度延伸進入圖4之平面中。稜鏡3 1 0包含一方形平面形之攝影平面3 1 8，其上置欲攝影之物件，諸如指紋3 3 5。稜鏡3 1 0亦包含一方形平面形檢視之表面3 2 0，置於攝影表面上之指紋 3 3 5之影像通過此而自稜鏡3 1 0出來。在圖4及5之實施例中，檢視表面3 2 0亦用作光接收表面，使光可i 過而入進稜鏡3 1 0中。一光散射表面3 2 2包含稜<鏡 3 1 0之一第三或另外方形平面形表面。爲以下詳述之理由，光散射表面3 2 2宜爲擴散性。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） - •線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 • 17- 521214 A7 B7 五、發明說明（16 ) il·——一--------裝· II (請先閱讀背面之注意事項再填頁) 齊於一公共光軸9 0 2。透鏡9 0 4最宜具有一直徑約 1 7 · 8mm，及二透鏡9〇6及9 08最宜具有直徑6 m m。認爲任何數之透鏡可包含於透鏡組件3 1 4中。影像感測器3 1 6捕捉來自透鏡組件3 1 4之光影像，並變換其爲電信號。影像感測器3 1 6可爲電荷交連裝置（” C C D ” )，或變換光信號爲類比或數位電信號之任何其他裝置。影像感測器3 1 6宜爲一互補金氧半導體裝置。C CD及CMOS影像感測器爲精於本藝之人士所熟知。由影像感測器3 1 6所產生之電信號可使用已知之裝置處理，並用以與輸入之圖案，諸如指紋比對。如背景部份所述，此信號處理裝置發表於例如美專利 4，135，147 及 4，688，9 95 號，此等列作參考。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製爲產李指紋3 3 5之光影像於影像感測器3 1 6上，指紋3 3 5置於攝影表面3 1 8上。來自光源3 1 2之入射光324通過檢視表面320，並進入稜鏡3 10。由於光源置於邊緣3 3 8鄰近，故入射光3 2 4投射於光散射表面3 2 2。如上述，光散射表面宜爲擴散性。由於此，投射於光散射表面3 2 2之入射光3 3 4之較高部份在稜鏡3 1 0內部散射。此散射光然後投射於攝影表面 3 1 8。即使光散射表面3 2 2並非擴散性，大致所有i 入射光3 2 4以一角度3 2 3投射於光散射表面3 2f2，此角度大於散射表面3 2 2之臨界角度。如此，入射光反射離開光散射表面3 2 2，並投射於攝影表面3 1 8。爲本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -19- 521214 A7 ____ B7 五、發明說明（17 ) 提高入射光之反射離開光散射表面3 2 2，嘗試置一反射表面3 8 1之鏡面於散射表面3 2 2。 L----^--------裝—— m 、 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填頁) 由於入射光已散射或直接反射離開散射表面3 2 2，故入射光3 2 4之相當大之百分率以較之稜鏡3 1 0之臨界角度爲小之一角度3 2 7投射於攝影表面3 1 8。故此，投射於攝影表面3 1 8上有指紋谷3 0 9之區域處之入射光3 2 4並不進行全內反射，且大致通過攝影表面 3 1 8。如此，投射於攝影表面3 1 8上有指紋谷3 0 9 處之光大致不入射於感測器3 1 6上。然而，投射於攝影表面3 1 8上有指紋脊接觸攝影表面3 1 8之區域處之入射光大致散射，產生散射光3 3 0。散射光3 3 0之一部份經檢視表面3 2 0離開稜鏡3 1 0。於離開棱鏡3 1 0 時，散射光折射進入透鏡組件3 1 4中，此聚焦散射光 3 3 0於多像感測器3 1 6中。 --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製由於入射光3 2 4可由散射表面3 2 2散射，故入射光3 2 4提供較均勻之照射於攝影表面3 1 8上，此產生一較均勻之影像。此均勻之影像爲所必需，因爲此較易處理，及與其他所儲存之指紋資料比對。爲進一步增加照射於攝影表面3 1 8上之均勻性，檢視表面3 2 0之面對光源3 1 2之部份可由鈾刻線3 7 0產生條痕於檢視表面 320上，如顯示於圖5。線370延伸於稜鏡3 l〇i 長度上，且平行於頂端3 3 8。線3 7 0用以擴散由光源 3 1 2所發射之光，當該光通過檢視表面3 2 0時。除以上所討論之組成件外，影像獲得系統3 0 8宜亦本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20- 521214 A7 _ B7 五、發明說明（18 ) 包含一光阻罩3 5 0在光接收表面之一部份上，鄰近光源 3 1 2。光阻罩宜延伸於稜鏡3 1 0之整個長度上（進入圖4之平面）。光阻罩350亦用以減少自光源312逸散之光量，此可能進入透鏡組件3 1 4，並干擾或遮蔽指紋影像。且考慮面對稜鏡3 1 0之內部之光阻罩3 5 0之表面爲鏡面。此鏡面可用以增加入射於攝影表面3 1 8上之散射光之所需強度。另加或取代光阻罩3 5 0者，可置一第二光阻表面3 5 2於光源3 1 2及透鏡組件3 1 4之間。光罩3 5 2宜自檢視表面3 2 0以一角度延伸，以阻斷自光源逸散之光進入透鏡組件3 1 4中。由於光源相當狹窄，且位於與攝影表面3 1 8相對之邊緣3 3 8鄰近，故到達攝影表面3 1 8之大致所有入射光3 2 4反射或散射進入透鏡組件3 1 4中。即是，幾乎無入射光j 2 4可在與指紋脊3 1 1接觸點處散射離開攝影表面，而不由影像感測器3 1 6捉住。爲進一步減少落於指紋谷3 0 9上之入射光可能通過透鏡組件3 1 4而到達影像感測器3 1 6，光源3 1 2宜構造不延伸通過一線 3 6 0，如顯示於圖5，該線延伸於稜鏡3 1 0之長度上，並由垂直於檢視表面3 2 0及與鄰接攝影表面3 1 8之邊緣3 6 5截交之一平面之截交界定。如光源3 1 2保持於與頂端3 3 8同一側，則由光源3 1 2垂直發射之入li 光3 2 4大致不到達影像感測器3 1 6，不散射離開指紋脊 3 1 1。由減少自光源3 1 2直接入射於攝影表面上之入射光本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ij----L--------裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填頁) 訂·· _線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - 521214 A7 B7 五、發明說明（19 ) 3 2 4至最低程度，大致無入射光3 2 4自攝影表面 3 1 8之指紋谷3 0 9之區域全內反射。此意爲大致無光線自此等谷區域通過檢視表菌3 2 0並進入透鏡組件 3 1 4。而是，大致所有自攝影表面3 1 8通過進入透鏡組件3 1 4之光自攝影表面3 1 8上之指紋脊散射。此提供具有指紋脊3 1 1及指紋谷3 0 9間較高對比之指紋影像。此一高對比指紋影像較易處理及與其他指紋影像比對 ’且故此，有利於增加處理之精確度。而且，此散射技術之使用於影像獲得由一三角稜鏡達成，而非如背景部份中所討論之Lougheed所發表之梯形稜鏡。由於三角稜鏡較之梯形稜鏡可更有效製造，故影像獲得系統3 0 8可有利於以較低費用製造。而且，散射之光大體自一物件向許多方向散射，與大致一方向煮不同。而且，如背景中所述，非平行之散射光可由透鏡組件用以產生一物件之聚焦之影像。故此，如顯示於圖6之光辨認系統3 1 8，如透鏡組件3 1 4之第一透鏡具有較之檢視表面3 2 2中之指紋3 3 5之對角線爲小之直徑，則可使用非平行散射之光線來產生指紋3 3 5 之聚焦影像。故此，透鏡組件3 1 4可，但無需置於相當接近檢視表面3 2 0之處，而不喪失由系統3 0 8所產生之指紋影像之邊緣附近之影像品質。此使影像獲得系統\ 3 0 8可有利地製成較爲小巧，並使透鏡組件3 1 4 <可在較低成本上製造。如顯示於圖6，由於透鏡組件3 1 4之第一透鏡之直本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） _li----：---------裝--- * ‘ 夕 (請先閱讀背面之1意事項再1^^|^頁) 訂_ · --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22- 521214 A7 _____ B7 五、發明說明（20 ) 徑小於檢視表面3 1 8上之指紋之大小，故會導致所產生之影像發生梯形失真。然而。本發明之影像獲得系統可減小所產生之影像之梯形失真，且增加整個明銳度。如背景部份中所述，梯形失真呈現具有幅度自所攝之實際物件之影像失真之一影像。梯形失真及影像失焦之部份可爲光自物件之視在影像至透鏡組件3 1 4，及最後至影像感測器 3 1 6，自攝影之物件之一部份至另一部之徑路度之變化所引起。然而，如顯示於圖6，在影像獲得系統3 0 8中，自指紋3 3 5之視在影像3 3 5 '上之不同點至透鏡組件3 1 4及影像感測器3 1 6之散射光3 3 0之徑路長度大致相同。明確言之，徑路A A ~大致等於徑路B B '及徑路C C '。如此，可減小梯形失真，且可增加整個影像明銳度。如顯示於圖6，大致相等之徑路A A '，B B ~ ，及C C ^利用透鏡組件3 1 4對檢視表面3 2 0傾斜。然而，與圖1所示之光辨認系統1 0 8不同者，透鏡組件3 1 4之此傾斜並不嚴重減弱到達影像感測器3 1 6 之影像之強度。如背景部份中有關光辨認系統1 0 8所述，傾斜透鏡組件1 1 4導致反射光1 3 0以其垂直線之角度投射於透鏡組件3 1 4之第一元件。此導致反射光 1 3 0自透鏡組件3 1 4之表面上更大反射，從而不必要地減弱影像感測器1 1 6處之影像強度。 l. 然而，稜鏡3 1 0宜具有折射率高於1。如此 '投射於檢視表面3 2 0之散射光3 3 0在其離開透鏡3 1 0時，折射偏離檢視表面3 2 0之垂直線，如此，由透鏡組件本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ΙΓΙΙΙ---------裝 i — ·*-鼻請先閱讀背面之注意事項再頁) · ••線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 -23- 521214 A7 ___B7_ 五、發明說明（21 ) 3 1 4之透鏡平面3 0 7之傾斜，散射光3 3 0以大致 9 0度投射於透鏡組件3 1 4。如此影像強度甚少或並無由於透鏡組件314之表面處之散射光之不當反射所引起之損失，且可減少梯形失真，且可增加整個影像明銳度’ 而不喪失影像感測器3 1 6處之影像強度。參考圖8，可決定傾斜透鏡組件3 1 4之適當角度。在圖8中，光線4 1 0及4 1 2分別自攝影表面邊緣 4 1 4及相對之攝影表面邊緣4 1 6散射。透鏡平面 3 0 7在理論上代表透鏡組件3 1 4，如透鏡組件之厚度減至零。距離A a爲沿光線4 1 0上自稜鏡3 1 0中之一物件之視在影像至透鏡平面3 0 7之距離，及距離B < b 爲沿光線4 1 2上距棱鏡3 1 0中之物件之視在影像之距離。爲大致消除梯形失真，距離A a應大致等於距離 B、b於B ' b爲在稜鏡3 1 0之邊緣B處之物件之視在深度，故此，如背景部份中所討論： B ' b = Bb/n 其中Bb爲自邊緣416處之點B至稜鏡310上點b之距離。大致消除梯形失真及提高整個影像明銳度之需求可表示如： A a = B b / η (等式 1) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — l·——：--------裝i — "-癱請先閱讀背面之注意事項再填頁) 訂· -·線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -24· 521214 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7____ 五、發明說明（U) 光線4 1 2入射於檢視表面3 2 0上之角度，即垂直於檢視表面3 2 0上之一線及稜鏡3 1 〇內之光線4 1 2 間之角度在圖8中顯示如Θ i。光線4 1 2在離開稜鏡 3 1 0後之折射角度顯示如Θ 2。故此，由Snell定律： n = sin02/s in<9i (等式 2) 而且，使用基本三角關係，可顯示： ABcosr+Bbcosa"=Ab (等式3) 其中，AB爲稜鏡3 1 0之攝影表面自點A至點B之長度 ;Ab爲檢視表面3 2 0上之節段Ab之長度；α、爲光線4 1 2及檢視表面3 2 0間之角度，此等於9 0 ° — 0 1 ;及7爲攝影表面3 1 8及檢視表面3 2 0間之角度（在圖8中亦顯示爲角度342)。最後，使用正弦定律，可顯示： AB/Bb = cos(9i/sinr (等式 4) 使用以上等式1，2，3，及4，可顯示爲大致消g 去梯形失真並增加整個影像明銳度，有關棱鏡3 1 0之角度及透鏡平面3 0 7與檢視表面3 2 0所形成之角度需滿足以下條件：本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " -25 - il·---：--------裝—— "、* (請先閱讀背面之注意事項再填頁) 訂： —線 521214 A7 ___ B7 五、發明說明（24 ) 3 0 8 ’大致減小或消除梯形失真，並提高整個影像明銳度。此利由影像獲得系統更精確處理及比對影像。稜鏡3 1 0可爲玻璃，壓克力，或具有折射率高於（空氣之）1之其他透明材料所製。具有較宜折射率及角度之稜鏡由韓國漢城之Shink Wang公司供應市面，且爲玻璃所製，具有編號Lak - 7或Lak - 8。諸如透鏡組件3 1 4之透鏡組件由韓國漢城之Woorin 光學系統公司供應市面，且宜由玻璃製造，具有商業編號 B K 7。如在透鏡組件3 1 4中使用一個以上之元件，如顯示於圖6，則各個別元件可由置其於由塑膠模鑄所製之一框或任何其他製造裝置中加以對齊及隔開，如本藝中所知。光源3 1 2宜包含四標準LED，在電路板上設置成一直線列_。L E D之電源爲精於本藝之人士所熟知。影像感測器3 1 6宜爲C Μ〇S式感測器，且由韓國漢城之 Hyundai電子，加州San Jose城之V L S I視覺公司’或加州Sunnyvale城之Omnivision技術公司供應巾面。爲確保影像獲得組成件進入圖4所示之相對位置中’ 具有每一組成件之保持槽之一框可爲塑膠模鑄或其他製造。光源312可置於一保持槽中，鄰近檢視表面320 ’ 或使用黏著劑直接固定於檢視表面3 2 0上’如本藝中戶^ 知。，等式5-8係假設攝影表面318之整個寬度AB可用以捕捉一影像所獲得。然而，小於一稜鏡之整個攝影表本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I ^----^----1----裝--- *· *·· (請先閱讀背面之注意事項再頁) - -線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -27- 521214 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（25 ) 面亦可用以捕捉一影像。此例如可爲具有一角度大於或等於9 0度之三角稜鏡用作光折射器之情形。然而，如稜鏡之整個攝影表面不用於攝取一物件，則除依以上等式5 -8構造外，此一攝影系統之構造宜另滿足另外需求。爲顯示此另外需求，圖9顯示具有一鈍角5 4 1之三角稜鏡 5 1 0。三角稜鏡5 1 0包含一平面形攝影表面5 1 8，一平面形檢視表面5 2 0，及一平面形另外表面5 2 2。圖9並顯示一光源5 1 2，此可大致與光源3 1 2相同，及一透鏡組件（未顯示）之透鏡平面5 0 7。用於稜鏡 5 1 0上之透鏡組件可大致與透鏡組件3 1 4相同。如顯示於圖9，一光線6 1 2自攝影表面5 1 8上之點D散射，及一光線6 1 0自攝影表面之點A散射。稜鏡 5 1 0及透鏡平面5 0 7依以上等式5構造。而且，節段 a、d、乎行於透鏡平面5 07。而且，長度D、d、爲攝影表面5 1 8上之點D處之一物件之影像之在稜鏡 5 1 0中之視在深度。如此，節段A a '及D、d、之深度相等。由於稜鏡5 1 0之折射率大於1，故當光線 6 1 2在點d '處離開棱鏡5 1 0時，此折射偏離垂直線 620而至檢視表面520。角度5 4 5小於9 0度，此在圖9中標示爲α 由光線6 1 2及檢視表面5 2 0截交所形成’且與檢視面及攝影表面之相交處相鄰。故此’當光6 1 2離開稜鏡 5 1 0，並折射偏離垂直線6 2 0時，此在與棱鏡5 1 0 外之光線6 1 0平行之一徑路中移行。故此’節段a、a ，此 ------I---；——裝·11 m* (請先閱讀背面之注意事項再頁) . --線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -28- 521214 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（26 ) 及d、d之長度亦相等。故此’自稜鏡5 1 0中之視在影像至透鏡平面5 0 7及最終至一影像感測器（未顯示）之總徑路長度對攝影表面5 1 8上之一物件在二點A及點D 處相同。如此，可增加整個影像之明銳度。現參考圖1 0，此亦顯示稜鏡5 1 0，自置於攝影表面5 1 8之點E上之一物件之在稜鏡5 1 0中之視在影像之徑路長度不等於自置於稜鏡510之點A處之一物件之在稜鏡5 1 0中之視在影像之徑路長度。光線6 1 2爲自置於攝影表面5 1 8上之點E處一物件散射之光線。如以上，由於稜鏡5 1 0具有折射率大於1，故當光線6 1 2 在點e、處離開稜鏡5 1 0時，此折射偏離垂直於檢視表面5 2 0上之線6 2 0。故此，由於標示爲^、之角度大於9 0度，故在稜鏡5 1 0外之光線6 1 2之徑路不平行於在棱鏡S 1 0外之光線6 1 0之徑路。由於光線6 1 0 及6 1 2不平行，故節段e ' e之長度與節段a ' a之長度不同。此意爲自稜鏡5 1 0中之視在影像至透鏡平面 5 0 7之總徑路長度對在攝影表面3 1 8上之點E處之物件與對其上之點A處之物件不同。故此，引起較大之梯形失真及較大之失焦影像。如上述，爲避免此點，當具有9 0°或更大角度之稜鏡使用於本發明之攝影系統中時，宜使用小於攝影表面整個寬度來攝取一物件之影像。如以上所示，當α %，小於9 0 ° ，且影像捕捉系統依以上等式（5 )至（8 )構造時，可大致消除梯形失真。而且，當α '大於或等於本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I------:---.---裝--- * 1 ί (請先閱讀背面之注意事項再15||^頁) · --線- -29- 521214 A7 ________B7___ 五、發明說明（27 ) 9 0度時，會引起梯形失真。故此，如欲使用小於.稜鏡之攝影表面5 1 8之整個寬度來置欲攝影之物件時，欲用以攝影之攝影表面5 1 8之每一部份需能具有至少一光線自其上散射，俾該一光線及檢視表面5 2 0之截交形成一角度α '於圖9及1 0中，在檢視表面及攝影表面相交鄰近，此小於9 0度。在依以上等式5 - 8構造之攝影系統中，此標準有利於減小或大致消除梯形失真，並增加整個影像之明銳度。稜鏡5 1 0及光源5 1 2可由大致相同方法及相同材料製造，如以上有關稜鏡3 1 0及光源3 1 2所述。本發明可構造許多廣大不同之實施例，而不脫離本發明之精神及範圍。應明瞭本發明並不限於說明書中所述之特定實施例。例如，雖本發明之上述實施例以指紋之攝影來說明，但任何其他型式之圖案物件設想亦可由本發明攝影。 --------Γ---.---裝--- . 一 ί (請先閱讀背面之注意事項再填頁) --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） -30-

Claims

521214 條 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍附件二 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第89 1 1 5343號專利申請案中文申請專利範圍修正本民國91年5月修正 1 · 一種用以構製圖案物件之高對比、低失真之影像之小巧裝置，包含：一光折射器，用以反射及折射光，該光折射器包含：一攝影表面欲攝影之圖案物件置於其上，以產生圖案物件之一視在影像於光折射器中；一檢視表面，鄰接攝影表面，且由此投射於欲攝影之物件之一影像，檢視表面與攝影表面形成一角度r ;及另一表面，鄰接攝影表面至少一透鏡，鄰近檢視表面，並用以接收及聚焦經由檢視表面投射之圖案物件之影像，透鏡具有一透鏡平面垂直於透鏡之光軸，透鏡平面與檢視表面形成一角度5 ; 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製其中，角度r及5形成在使自圖案物件之視在影像之一部份移行至透鏡平面之第一光線之徑路長度及大致平行於第一光線並自圖案物件之視在影像之另一部份移行至透鏡平面之任何其他光線之徑路長度大致相等。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，角度 r及5有以下等式關係： 0.7S (n2-sin25 )1/2(cotT· Msin^ ) + sin25 S 1·3 。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21 ΟΧ297公釐） 521214 A8 B8 C8 D8_____ 六、申請專利範圍 3 .如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，角度 r及3有以下等式關係： 0.85S (n2-sin25 )1/2(cotT )(sin5 ) + sin25 $ 1.15 。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，角度 r及5有以下等式關係： 0.925^ (n^sin2^ )1/2(cotT )(s> in δ ) + sin25 ^ 1.075 。 5 _如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，欲攝影之物件所置處之攝影表面之部份能使至少一光線自其每一部份上散射，俾該至少一光線及檢視表面之相交形成小於9 0度之一第一角度，鄰近檢視表面及攝影表面之截交處。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之裝置，另包含至少一光源，位於光折射器鄰近，並用以發射入射光，此進入光折射器，以產生圖案物件之一影像於檢視表面上。 7 .如申請專利範圍第6項所述之裝置.，其中：該三角稜鏡包含：一第一邊緣，與攝影表面相對，並鄰接檢視表面；及光源爲一條形發光二極體（L E D )，朝向並平行於檢視表面並鄰接第一邊緣。 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）： n I I !Ί i-IM-1 i— I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521214 A8 B8 C8 D8 _ 六、申請專利範圍 8 .如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，該至少一透鏡具有一直徑； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 欲攝影之物件具有一長度；及至少一透鏡之直徑小於欲攝影之物件之長度。 9 ·如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中，欲攝影之物件所置處之攝影表面部份能使至少一光線自其每一部份上散，俾該至少一光線及檢視表面之相交形成小於 9 0度之一第一角度，鄰近檢視表面及攝影表面之相截交處。 1 〇 .如申請專利範圍第3項所述之裝置，其中，欲攝影之物件所置處之攝影表面之部份能使至少一光線自其每一部份上散射，俾該至少一光線及檢視表面之相交形成小於9 0度之一第一角度，鄰近檢視表面及攝影表面之相截交處。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製：[1 .如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中，欲攝影之物件所置處之攝影表面之部份能使至少一光線自其每一部份上散開，俾該至少一光線及檢視表面之相交形成小於9 0度之一第一角度，鄰近檢視表面及攝影表面之相截交處。 1 2 · —種圖案物件之攝影方法，包括.：提供一光折射器’具有一攝影表面，一檢視表面，及另一表面；形成一角度r於由檢視表面所界定之一平面及由攝影表面所界定之一平面之間；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) _ ' 521214 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍置該圖案物件於光折射器之攝影表面上；投射入射光於光折射器中； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 散射該入射光離開攝影表面及圖案物件，並通過檢視表面；提供一透鏡鄰近檢視表面；形成一角度3於由檢視表面所界定之一平面及透鏡之一透鏡平面之間；固定角度5及角度r，俾使自圖案物件之視在影像之一部份移行至透鏡平面之第一光線之行徑長度及大致平行於第一光線並自圖案物件之視影像之另一部份移行至透鏡平面之任何其他光線之徑路長度相等。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中，固定角度3及角度τ之步驟包括使角度5及角度r具有以下等式關係： 0.7S (n2-sin25 )1/2(cotT )(sin5 ) + sin23 S 1.3 。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 4 ·如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中，固定角度5及角度r之步驟包括角度5及角度r具有以下等式關係： . 0.85S (n2-sin25 )1/2(cotr )(sin5 ) + sin25 S 1.15 。 1 5 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中，本i張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4· (210><297公釐） ~ · 521214 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍固定角度5及角度r之步驟包括角度5及角度r具有以下等式關係： 0.925 ^ (n2-sin25 )1/2(cotr )(sin5 ) + sin2 ά ^ 1.075 。 1 6 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中，置圖案物件於攝影表面上之步驟包括置圖案物件於攝影表面之部份上，此等能使至少一光線自上散射，俾該至少一光線及檢視表面之相交形成小於9 0度之一第一角度，鄰近檢視表面及攝影表面之截交處。 1 7 ·如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中，置圖案物件於攝影表面上之步驟包括置圖案物件於攝影表面之部份上，此等能使至少一光線自其上散射，俾該至少一光線及檢視表面之相交形成小於9 0度之一第一角度，鄰近檢視表面及攝影表面之截交處。 1 8 ·如申請專利範圍第1 4項所述之方法，其中，置圖案物件於攝影表面上之步驟包括置圖案物件於攝影表面之部份上，此等能使至少一光線自上散射，俾該至少一光線及檢視表面之相交形成小於9 0度之一第一角度，鄰近檢視表面及攝影表面之截交處。· . 1 9 .如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中，置圖案物件於攝影表面上之步驟包括置圖案物件於攝影表面之部份上，此等能使至少一光線自其上散開、俾該至少一光線及檢視表面之相交形成小於9 0度之一第一角度， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .P. 、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -5 - 521214 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍鄰近檢視表面及攝影表面之截交處 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6 - 521214 r 第8 9 1 1 5 3 4 3號專利申請案中文圖式修正頁

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