TWI451343B - 影像處理方法 - Google Patents

Description

影像處理方法

本發明係有關於一種影像處理方法，尤指一種可應用於指紋掃瞄之影像處理方法。

傳統作為保護用的密碼大多是由使用者鍵入英文字母、阿拉伯數字或其組合所組成，而目前新開發的資料保護技術著眼在生物辨識技術的領域。科學家發現即使是同種生物，不同個體之間仍然會有可供顯著區別的不同生物特徵，且生物特徵難以被他人複製竊取，因此以生物特徵作為區別身分的技術已逐漸成為資訊保護技術的主流。

最傳統的指紋讀取方法，係利用沾有染料之手指按壓在紙上，再利用掃描器進行掃描以將指紋輸入電腦中，以便與資料庫中之指紋圖形比對。然而，上述方法之最大缺點為無法達到即時處理的目的，因此無法滿足越來越多即時認證的需求，例如：電子商務應用、網路資料認證、攜帶式電子產品保密、IC卡個人身分認證，保全系統等。

因此，為了達到即時的指紋讀取，各種指紋辨識工具被積極開發而成為生物辨識領域中的關鍵技術。傳統上，可使用光學式指紋感測器來即時地讀取指紋，然而光學式指紋感測器通常使用大面積的透鏡、光學元件，故產品具有體積過於龐大之缺點，換言之，光學式指紋 器的光學機構之體積較大，在應用於中小型產品時有其限制，且在產品的攜帶與零件的固定會因為角度的關係而出現機構設計之瓶頸。

本發明之目的之一，在於提供一種影像擷取系統及其影像處理方法，其為一種尺寸小、易生產組裝的影像擷取系統，且其更可提高所擷取之影像的品質。

本發明實施例係提供一種影像處理方法，包含以下步驟：提供一影像擷取裝置，其包括一前端影像擷取單元、一後端影像擷取單元及奇數個線型排列於該前端影像擷取單元與該後端影像擷取單元之間的中間影像擷取單元；擷取滑動通過該影像擷取裝置上之一物件的圖像，其中該前端影像擷取單元擷取該物件之前端片段圖像，該前端片段圖像一端係為非重疊區域，另端為重疊區域；該後端影像擷取單元擷取該物件之後端片段圖像，該後端片段圖像一端係為非重疊區域，另端為重疊區域；該些中間影像擷取單元係分別擷取該物件之複數個中間片段圖像，每一該中間片段圖像的兩端均為重疊區域；進行影像處理，以消除該前端片段圖像、該後端片段圖像與該些中間片段圖像的重疊區域；以及將解析完之該前端片段圖像、該後端片段圖像與該些中間片段圖像疊合為該物件之完整圖像。

本發明實施例係提供一種影像擷取系統，至少包含：一影像擷取裝置，其包括一前端影像擷取單元、一後端影 像擷取單元及奇數個線型排列於該前端影像擷取單元與該後端影像擷取單元之間的中間影像擷取單元；一微處理裝置，其連接於該影像擷取裝置；以及一記憶裝置，其連接於該微處理裝置。

本發明具有以下有益的效果：本發明主要利用奇數個排列為線型的影像擷取單元所組成，故光學構件的組裝簡單、整體體積小。另外，本發明更提出一種影像處理方法，尤其是針對相鄰的影像擷取單元所造成的影像重疊問題，故可達到較佳的便攜性圖像。當本發明應用於指紋掃瞄時，本發明之方法所組合的影像為精準的指紋圖像，不會造成任何訊息、資訊的遺失。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

本發明提出一種影像擷取系統，其可利用線型排列的影像擷取單元進行影像之擷取，以在產品尺寸、成本上取得優勢；另外，本發明更提出一種影像處理方法，其可解決相鄰的影像擷取單元所造成的影像重疊(overlapped)的問題。

請參考圖1；本發明所提出的影像擷取系統至少包括影像擷取裝置11、微處理裝置12及記憶裝置，並再配合圖2，本發明之影像擷取裝置11係由奇數個線型排列之影像擷取單元所組成，更具體的說，影像擷取裝置11 包括一前端影像擷取單元11A、一後端影像擷取單元11B及奇數個線型排列於前端影像擷取單元11A與後端影像擷取單元11B之間的中間影像擷取單元11C。值得說明的是，前端影像擷取單元11A、後端影像擷取單元11B與中間影像擷取單元11C實質上可為相同的影像擷取單元，而由於排列位置的差異，使三者在後文所述的方法中提供不同的功能，故予以不同的元件名稱，例如在後文所述之指紋掃瞄之具體實施例中，前端影像擷取單元11A、後端影像擷取單元11B與中間影像擷取單元11C均為一指紋感測器，其可由複數個光學式感測元件所組成，如CMOS元件，但不以此為限，例如利用電容式、壓力式或溫差式感測元件將訊號轉換後，亦可實施本發明之方法。

請復參考圖1，在本具體實施例中，係將本發明之影像擷取系統用於擷取使用者之指紋21，根據圖1所示，本發明之影像擷取系統之影像擷取裝置11可為一滑動式的指紋感測器，其用於讀取使用者之指紋21的資料；微處理裝置12則係用於處理由影像擷取裝置11所讀取的指紋資料，並重建指紋資料以形成使用者之指紋21的完整影像資料軟體或機制；記憶裝置則用於儲存資料，如影像資料或影像處理之運算功能。舉例而言，記憶裝置可包括唯讀記憶體(ROM)14及隨機存取記憶體(RAM)13；唯讀記憶體14連接至微處理裝置12，唯讀記憶體14中可儲存有一影像處理軟體或影像處理機制；而隨機存取記憶體13同樣連接於微處理裝置12，隨機存取 記憶體13用以暫存使用者之指紋21的資料及/或使用者之指紋21的完整影像資料等。

請配合圖2，影像擷取裝置11之前端影像擷取單元11A、後端影像擷取單元11B及中間影像擷取單元11C用以感測滑動通過其上之手指之複數個片段指紋圖像，而微處理裝置12依據前述之影像處理軟體或影像處理機制、邏輯將該等片段指紋圖像進行一定的運算，以去除相鄰影像擷取單元所形成的重疊部分，藉以疊合成該手指之完整影像資料。

請參考圖3、圖4，以下將詳細說明本發明之影像處理方法：首先，提供前述之影像擷取系統，以利用影像擷取裝置11進行使用者之指紋21的感測，如圖1所示，使用者之指紋21與影像擷取裝置11有一相對運動速度V，換言之，使用者將手指以速度V滑動過影像擷取裝置11的表面，因此影像擷取裝置11可以連續性的擷取指紋圖像。如同上述，影像擷取裝置11包括一個前端影像擷取單元11A、一個後端影像擷取單元11B與奇數個中間影像擷取單元11C，如圖3所示，本實施例之影像擷取裝置11包括7個中間影像擷取單元11C，而前端影像擷取單元11A、後端影像擷取單元11B與中間影像擷取單元11C在後文中均以透鏡(lens)進行說明，但僅為解釋之用，並非用以限制本發明。

接著，如圖4之步驟S101：利用前述之影像擷取單元擷取滑動通過該影像擷取裝置11上之一物件的圖像，例 如擷取複數個片段指紋圖像。在本步驟中，該物件(如使用者之手指的指紋21)係對應該些影像擷取單元11A、11B與11C之透鏡而被區分為AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、HI、IJ等片段；而前端影像擷取單元11A負責擷取該物件之前端片段圖像，後端影像擷取單元11B則負責擷取該物件之後端片段圖像，具體而言，前端影像擷取單元11A負責擷取AB片段之影像，後端影像擷取單元11B則負責擷取IJ片段之影像，值得說明的是，由於影像之重疊部分乃肇因於前述片段的端點，如AB片段之A端、B端等，故後文的說明則著重在A端、B端等端點進行說明。另外，中間影像擷取單元11C係分別擷取該物件圖像之複數個中間片段圖像，例如BC、CD、DE、EF、FG、GH、HI等片段之影像。

請參考圖3之(a)部分，其顯示上述片段經過影像擷取單元11A、11B與11C之透鏡後而成像，並可藉由微處理裝置12而儲存於隨機存取記憶體13中；如圖所示，前端影像擷取單元11A所擷取之前端片段圖像的一端係為非重疊區域(即影像不重疊之部分)，另端為重疊區域(即影像重疊之部分)，例如，前端影像擷取單元11A所擷取之前端片段圖像的一端為B’(即B端的影像)，其為非重疊區域；而另一端則為A’(即A端的影像)及C’(即與前端影像擷取單元11A相鄰之中間影像擷取單元11C所擷取之C端影像)之組合(以A’+C’表示)，其為重疊區域。同理，後端影像擷取單元11B所擷取之後端片段圖像的一端係為非重疊區域，另端為重疊區域， 例如，後端影像擷取單元11B所擷取之後端片段圖像的一端為I’(即I端的影像)，其為非重疊區域；而另一端則為J’(即J端的影像)及H’(即與後端影像擷取單元11B相鄰之中間影像擷取單元11C所擷取之H端影像)之組合(以H’+J’表示)，其屬於重疊的區域。

另外，中間影像擷取單元11C所擷取之中間片段圖像的兩端均為重疊區域，例如前端第一個中間影像擷取單元11C所擷取之中間片段圖像的一端為C’(即C端的影像)及A’(即與中間影像擷取單元11C相鄰之前端影像擷取單元11A所擷取之A端影像)之組合(以A’+C’表示)，另端為B’(即B端的影像)與D’(即與前端第一個中間影像擷取單元11C相鄰之前端第二個中間影像擷取單元11C所擷取之D端影像)之組合(以B’+D’表示)，故兩端均為重疊區域；而本發明之方法則在於將上述之重疊區域解析出所需要之非重疊區域。

接著，如圖4之步驟S103：進行影像處理，以消除該前端片段圖像、該後端片段圖像與該些中間片段圖像的重疊區域，換言之，本步驟係藉由比對片段指紋圖像之重疊區域與非重疊區域以解析出所需要之非重疊區域。在本具體實施例中，微處理裝置12可抓取儲存於隨機存取記憶體13中的片段指紋圖像，並以唯讀記憶體14中所儲存之影像處理軟體或影像處理機制進行比對。

舉例而言，可利用該前端片段圖像之非重疊區域與該些中間片段圖像中關連於該前端片段圖像之非重疊區域的重疊區域進行比對，以解析出該些中間片段圖像中的非 重疊區域。具體地說，在本具體實施例中，前端影像擷取單元11A所擷取之前端片段圖像的非重疊區域為B’(即B端的影像)，故微處理裝置12可抓取儲存於隨機存取記憶體13中與B’(即B端的影像)相關連的片段指紋圖像，如具有(B’+D’)重疊區域之影像，再根據唯讀記憶體14中所儲存之影像處理機制，如減法之運算，即可解析出D’(即D端的影像)；同理，後端影像擷取單元11B所擷取之後端片段圖像的非重疊區域為I’(即I端的影像)，故微處理裝置12可抓取儲存於隨機存取記憶體13中與I’(即I端的影像)相關連的片段指紋圖像，如具有(G’+I’)重疊區域之影像，再根據唯讀記憶體14中所儲存之影像處理機制，如減法之運算，即可解析出G’(即G端的影像)；因此，經過第一階的運算，即可解析出D’與G’之非重疊區域，換言之，即可將重疊區域經過運算後成為非重疊區域。

接著，同於前述第一階之運算，針對其他的重疊區域進行第二階運算。在此步驟中，利用所解析出之該些中間片段圖像中的非重疊區域與該些中間片段圖像中關連於所解析出之非重疊區域的重疊區域進行比對，以更解析出該些中間片段圖像中的非重疊區域，舉例來說，微處理裝置12可根據已解析出之D’之非重疊區域，抓取儲存於隨機存取記憶體13中與D’相關連的片段指紋圖像，如具有(D’+F’)重疊區域之影像，再根據唯讀記憶體14中所儲存之影像處理機制，如減法之運算，即可解析出F’(即F端的影像)；據此，藉由重複進行上述的比對、運算作業， 微處理裝置12即可將該前端片段圖像、該後端片段圖像及該些中間片段圖像的兩端解析為非重疊區域，並進而將經過解析而具有非重疊區域的片段指紋圖像儲存於隨機存取記憶體13。

接著，下一步驟在於將解析完之該前端片段圖像、該後端片段圖像與該些中間片段圖像疊合為該物件之完整圖像。在具體實施例中，此步驟可至少包括以下子步驟：如圖4之S105步驟：依據片段指紋圖像的關連特徵將片段指紋圖像進行排列，例如利用前端影像擷取單元11A、後端影像擷取單元11B及中間影像擷取單元11C定義出畫素(pixel)的數量、序列等關連，以將解析完之該前端片段圖像、該後端片段圖像與該些中間片段圖像排列成特定的組合，如圖3之(b)部分；以及將該前端片段圖像、該後端片段圖像及該些中間片段圖像進行翻轉並依序排列之步驟，如圖3之(c)部分，藉以將片段指紋圖以疊合的方式組合成完整的指紋圖像(S107)。

綜合上述，本發明提出之影像擷取系統係利用奇數個排列為線型的影像擷取單元所組成，故可達到低成本、尺寸小的產品；另外，本發明亦可利用影像比對、處理等技術去除相鄰影像擷取單元所造成的影像重疊問題，換言之，本發明提出一種影像擷取的完整解決方案。

綜上所述，本發明至少具有以下優點：

1、本發明可應用於指紋掃瞄領域，而本發明之方法所組合的影像為精準的指紋圖像，不會造成任何訊息的遺失。

2、由於本發明不需要大面積的感測元件即可擷取到手指紋路圖像，不僅在成本上有相當大的優勢，辨識比對的品質亦佳，例如低誤判率等。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。

11‧‧‧影像擷取裝置

11A‧‧‧前端影像擷取單元

11B‧‧‧後端影像擷取單元

11C‧‧‧中間影像擷取單元

12‧‧‧微處理裝置

13‧‧‧隨機存取記憶體

14‧‧‧唯讀記憶體

21‧‧‧指紋

V‧‧‧速度

A~J‧‧‧端點

A’~J’‧‧‧端點之影像

S101~S107‧‧‧步驟

圖1係顯示本發明之影像擷取系統的示意圖。

圖2係顯示本發明之影像擷取裝置的示意圖。

圖3(a)~(c)係顯示本發明之影像處理方法的示意圖。

圖4係顯示本發明之影像處理方法的流程圖。

S101~S107‧‧‧步驟

Claims (6)

1. 一種影像處理方法，包含以下步驟：提供一影像擷取裝置，其包括一前端影像擷取單元、一後端影像擷取單元及奇數個線型排列於該前端影像擷取單元與該後端影像擷取單元之間的中間影像擷取單元；擷取滑動通過該影像擷取裝置上之一物件的圖像，其中該前端影像擷取單元擷取該物件經過該前端影像擷取單元的透鏡之前端片段圖像，該前端片段圖像一端係為非重疊區域，另端為重疊區域；該後端影像擷取單元擷取該物件經過該後端影像擷取單元的透鏡之後端片段圖像，該後端片段圖像一端係為非重疊區域，另端為重疊區域；該些中間影像擷取單元係分別擷取該物件分別經過該些中間影像擷取單元的透鏡之複數個中間片段圖像，每一該中間片段圖像的兩端均為重疊區域；進行影像處理，利用該前端片段圖像的非重疊區域，比對該些中間片段圖像的重疊區域，以消除其中一個該中間片段圖像中的與該前端片段圖像的非重疊區域相同的重疊區域，並利用該後端片段圖像的非重疊區域，比對該些中間片段圖像的重疊區域，以消除其中一個該中間片段圖像中的與該後端片段圖像的非重疊區域相同的重疊區域，再利用被消除其中一重疊區域的該些中間片段圖像，以消除該前端片段圖像、該後端片段圖像與該些中間片段圖 像的重疊區域；以及將解析完之該前端片段圖像、該後端片段圖像與該些中間片段圖像疊合為該物件之完整圖像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中進行影像處理的步驟中，係利用該前端片段圖像之非重疊區域與該些中間片段圖像中關連於該前端片段圖像之非重疊區域的重疊區域進行比對，以解析出該些中間片段圖像中的非重疊區域。
3. 如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中進行影像處理的步驟中，更包括利用所解析出之該些中間片段圖像中的非重疊區域與其他片段圖像中關連於所解析出之非重疊區域的重疊區域進行比對，以更解析出其他片段圖像中的非重疊區域的步驟。
4. 如申請專利範圍第3項所述之影像處理方法，其中在進行影像處理的步驟中，係利用減法之運算解析出該些中間片段圖像中的非重疊區域。
5. 如申請專利範圍第4項所述之影像處理方法，其中在進行影像處理的步驟之後，該前端片段圖像、該後端片段圖像及該些中間片段圖像的兩端均被解析為非重疊區域。
6. 如申請專利範圍第4項所述之影像處理方法，其中在疊合該物件之完整圖像的步驟之前，更包括將該前端片段圖像、該後端片段圖像及該些中間片段圖像進行翻轉並依序排列之步驟。