TWI826394B - 基於垂直腔面發射雷射的生物識別認證裝置及使用此一裝置進行生物識別認證之方法 - Google Patents

Abstract

本發明描述一種具有一顯著改良之信雜比之用於一物件之生物識別認證之裝置(1)及方法(100)。該裝置包括：一光學影像感測器元件(11)，其至少對一紅外光譜敏感以運用額外紅外光狀況(ILC)在環境光狀況(ALC)下拍攝該物件(2)之至少一個圖像(112)；一紅外光源(12)，其用以提供針對該等紅外光狀況(ILC)之額外紅外光(IR)；及一處理單元(13)，其用以提供自該圖像(112)獲得之用於該生物識別認證之一影像或影像碼(131)，其中該紅外光源(12)發射具有介於925nm至955nm之間之一峰值波長(121)且具有小於5nm之一半高寬值之一窄紅外光譜，且其中一紅外帶通濾波器(14)配置於該物件(2)與該光學影像感測器元件(11)之一感測器陣列之間之光路徑(LP)中，該紅外帶通濾波器(14)具有至少涵蓋該紅外光源(12)之該峰值波長(121)之介於925nm與955nm之間之一透射窗(141)。

Description

基於垂直腔面發射雷射的生物識別認證裝置及使用此一裝置進行生物識別認證之方法

本發明係關於一種具有顯著改良信雜比之用於一物件之生物識別認證之裝置及使用此一裝置進行生物識別認證之方法。

面部辨識、虹膜掃描及駕駛人監控系統係生物識別認證之自動化方法，其對面部之視訊影像使用數學圖案辨識技術，該面部之複合圖案係唯一、穩定的且可從一定距離看見。

常見的生物識別認證系統(諸如面部辨識、虹膜掃描及駕駛人監控系統)使用運用精細的近紅外LED照明來獲取富含細節且無陰影之影像之視訊攝影機技術。藉由數學及統計演算法自此等圖案編碼之數位模板允許個體之認證或偵測駕駛人狀態。

生物識別認證需在所有類型之環境狀況中工作。在戶外狀況中，太陽在物件上產生大量紅外(IR)照明。通常，將與一攝影機同步之一主動IR照明器放置於物件前方。一次運用IR另一次不運用IR拍攝一物件之圖像，且後續的減去步驟產生物件之無陰影影像。用於面部辨識、虹膜掃描及駕駛人監控系統之攝影機系統接收主動IR及日光照明兩者。每隔一個圖像(圖框)僅用主動IR照明照亮。運用主動IR照明及不運用主動IR照明之圖像(圖框)可彼此相減以產生在經減去IR影像上具有較低雜訊之無陰 影影像。為改良信雜比，使用IR帶通濾波器。IR-LED之峰值波長依據環境溫度(-40至85C)變動約36nm。一IR帶通濾波器可用於濾除IR-LED之光譜範圍外之日光照明之光譜含量以增大攝影機感測器處之信雜比。但是，考量IR-LED之峰值波長之可能熱偏移之帶通濾波器之寬度太寬而無法提供IR影像之一所需低信雜比。

因此，需要實現針對由攝影機拍攝用於生物識別認證之影像之信雜比之顯著改良之系統。

本發明之一目標係提供一種系統，其提供由攝影機拍攝用於生物識別認證之影像之在戶外狀況中之一顯著改良信雜比。

本發明係由獨立技術方案界定。附屬技術方案界定有利實施例。

根據一第一態樣，一種用於一物件之生物識別認證之裝置包括：一光學影像感測器元件，其至少對一紅外光譜敏感以運用額外紅外光狀況在環境光狀況下拍攝物件之至少一個圖像；一紅外光源，其用以提供針對紅外光狀況之額外紅外光；及一處理單元，其用以提供自圖像獲得之用於生物識別認證之一影像或影像碼，其中紅外光源發射具有介於925nm至955nm之間之一峰值波長且具有小於5nm之一半高寬值之一窄紅外光譜，且其中一紅外帶通濾波器配置於物件與光學影像感測器元件之一感測器陣列之間之光路徑中，該紅外帶通濾波器具有至少涵蓋紅外光源之峰值波長之介於925nm與955nm之間之一透射窗。

術語「紅外光源」表示在一5nm或更小之一窄發射頻帶內發射光之任何適當固態光發射器。此等適當發射器可為邊緣發射雷射或所 謂的VCSEL。由主動IR與太陽形成之照明之比率對於在經減去IR影像上產生儘可能低的雜訊係關鍵的。歸因於日光光譜中歸因於大氣中水的存在之紅外吸收，在具有低紅外強度之日光光譜中存在介於925nm與955nm之間之一波長範圍，即水吸收深區(water absorption deep)。為了增大影像之信雜比，紅外光源之峰值波長應定位在925nm至955nm之波長範圍內。此外，帶通濾波器之透射窗經調適於紅外光源之峰值波長及水吸收深區範圍。濾除其他波長(尤其來自環境光(日光光譜)之紅外光之含量)以進一步增大信雜比。環境光內之紅外含量越低，且來自紅外光源之紅外光位準越高，則所獲得影像之信雜比越高。可在一或多個額外影像處理步驟後自所拍攝之圖像獲得影像。藉由選擇水吸收深區之範圍內之一最佳化峰值波長結合使用具有位於水吸收深區內之紅外光源之峰值波長附近之窄透射窗之一紅外帶通濾波器而達成高信雜比。

術語「光學影像感測器元件」表示接收來自物件之光並且將光之局部量測強度轉化成物件之一圖像之單元。光學影像感測器元件包括用於運用藉由感測器陣列判定之一特殊解析度量測光強度之一適當感測器陣列。光學影像感測器元件可包括光束塑形元件，諸如透鏡、鏡面等。帶通濾波器可遠端配置或配置於光學影像感測器元件之頂部上或配置於光學影像感測器元件內之一適當位置處。

為了從一圖像或從一影像提供一影像碼，一演算法處理影像並且收集特徵，該等特徵經儲存為參考影像碼。對於虹膜掃描，在應用於所獲得影像之數個數學步驟函數之後產生作為影像碼之一虹膜碼以與自參考影像獲得之一對應參考影像碼比較。

因此，根據本發明之裝置提供針對經拍攝用於生物識別認 證之影像之在戶外狀況中之一顯著改良信雜比，從而導致基於生物識別特徵之物件之一更安全及可靠認證。

在一實施例中，根據本發明之裝置中之光源之峰值波長在具有介於-40℃與+80℃之間之一溫度範圍之室溫下具有圍繞峰值波長小於±9nm之一波長偏移。提供指定窄發射光譜之紅外光源實現即使在熱導致峰值波長偏移實現根據本發明之裝置之大溫度操作窗的情況下仍將全光譜保持在介於925nm與955nm之間之指定波長範圍內。

在一實施例中，紅外光源之峰值波長在室溫下介於930nm與950nm之間。940nm之波長係在環境光譜之範圍中點，其中水吸收率大，從而導致環境光中之特別低紅外含量。對於較高溫度，峰值波長偏移至較長波長，對於較低溫度，偏移至較短波長。紅外光源之最佳紅外峰值波長歸因於水吸收深區而係大約940nm。術語「大約」表示圍繞指定峰值波長±2nm之一範圍。

在一實施例中，紅外光源之一發射光譜具有小於1nm之半高寬值。對於此等窄光譜，透射窗可針對所要範圍之操作溫度而設計為更窄，而不損失甚至針對高或低操作溫度之紅外光源之紅外光之強度。自紅外光源發射之紅外光之峰值波長將隨溫度而偏移。在操作溫度之範圍內，完整紅外光源發射光譜應在透射窗內以提供透過透射濾波器到達光學感測器元件之紅外光之最大化強度。

在一實施例中，紅外光源係一VCSEL。術語「VCSEL」表示垂直腔面發射雷射，其中雷射光束與習知邊緣發射半導體雷射相反，自VCSEL之頂部表面垂直發射。VCSEL發射在幾nm或更小(例如，小於1nm)之非常窄的發射頻帶內之光。存在提供具有範圍從650nm至2000nm 之峰值波長之雷射光束之多種VCSEL。可藉由選擇水吸收深區之範圍內之一最佳化峰值波長結合使用具有圍繞位於水吸收深區內之VCSEL之峰值波長之窄透射窗之一紅外帶通濾波器而進一步改良信雜比。根據本發明之一VCSEL可具有舉例而言2.0*1.6*1.1mm至5.0*5.0*2.mm之一引線框或陶瓷封裝之大小。VCSEL晶粒經組裝於封裝中。在用以塑形所發射紅外光束之當前擴散板之情況中，此板經膠合至封裝之頂部。在一實施例中，VCSEL運用高於電流槓桿(lever)之電流臨限值之一電流操作。電流槓桿影響VCSEL之發射光譜之半高寬值，其中在於低於電流臨限值之一電流下操作VCSEL之情況中，半高寬值顯著增大。

在一實施例中，帶通濾波器之透射窗具有小於30nm(較佳小於15nm)之一寬度。此等帶通濾波器之一透射窗之中心可與日光(環境)光譜之最小紅外強度匹配，其中窄透射窗僅涵蓋日光光譜之最小強度直接附近之波長，從而減小日光紅外光之量，且因此減小用於生物識別認證之所獲得影像中之雜訊。此外，紅外光源之窄紅外發射光譜實現使用帶通濾波器，該帶通濾波器提供此等窄透射窗允許針對所有所需操作溫度將紅外光源之峰值波長保持在窄透射窗內。

在一實施例中，紅外帶通濾波器經調適以使小於2%之整個環境光通過。當將透射窗調適至紅外強度非常低之日光(環境)光譜之範圍時，通過帶通濾波器之日光(環境)光之量顯著減小。例如，藉由使用VCSEL作為紅外光源而實現透射窗之所需調適。

在一實施例中，裝置進一步包括一擴散器單元，該擴散器單元配置於紅外光源與物件之間之光路徑內，從而朝向物件提供具有介於20°與100°之間之一光束角度之一光束。擴散板塑形所發射紅外光束以能 夠甚至針對紅外光源與物件之間之小距離均勻照明物件之至少所關注區域。在紅外光源提供雷射光束之情況中，擴散板使原始光束變寬。在其他紅外光源之情況中，擴散板可使原始光束變窄。取決於本紅外光源，熟習技術者能夠使用擴散板，從而提供所需光束塑形性質。

在另一實施例中，擴散器單元配置於紅外光源之頂部上以提供一小型裝置，其實現將紅外光源定位為靠近物件以藉由照明物件之所關注區域而不浪費紅外光照明非用於生物識別認證之物件之區域而增強紅外光之強度。擴散板可膠合在紅外光源之頂部上。

在另一實施例中，裝置包括或至少連接至儲存參考影像或參考影像碼之一影像資料庫以藉由比較所獲得影像或影像碼與參考影像或參考影像碼而執行生物識別認證。對於生物識別認證，存取參考影像或參考影像碼，從而允許提供所獲得影像或影像碼與參考影像或參考影像碼之間之一致係強制性的。裝置可包括充當一影像資料庫從而實現對參考影像或參考影像碼之快速及容易存取之一儲存單元。在另一實施例中，裝置可經由一資料連接(例如，無線資料連接)連接至遠端影像資料庫，例如經由網際網路或經由蜂巢式電話網路，從而實現從裝置遠端更新參考影像資料庫。

在一實施例中，裝置經調適以在環境光狀況下拍攝物件之至少兩個單獨圖像(一個運用紅外光狀況，一個不運用紅外光狀況)，其中處理單元從將環境光狀況下之圖像自額外紅外光狀況下之圖像減去而提供影像或影像碼。減去步驟消除來自環境光之紅外光貢獻，其顯著地進一步降低雜訊位準，同時維持藉由來自裝置之紅外光源之窄峰值紅外光獲得之高信號位準，從而導致針對在減去步驟後獲得之影像之非常高的信雜比。

在一實施例中，裝置係一行動電話、一平板電腦、用於汽車應用之駕駛人監控單元或一鎖固單元之一進入檢查組件。裝置使用之認證技術可為虹膜掃描及/或面部辨識。

根據一第一態樣，提供一種運用根據本發明之一裝置對一物件進行生物識別認證之方法，該裝置包括：一光學影像感測器元件，其至少對一紅外光譜敏感；一紅外光源，其用以提供針對額外紅外光狀況之紅外光；一紅外帶通濾波器，其配置於物件與光學影像感測器元件之一感測器陣列之間之光路徑中；及一處理單元。方法包括下列步驟：-運用額外紅外光狀況在環境光狀況下拍攝物件之至少一個圖像，其中紅外光源發射具有介於925nm至955nm之間之一峰值波長之紅外光，且紅外帶通濾波器具有涵蓋紅外光源之峰值波長之介於925nm與955nm之間之一透射窗，-藉由處理單元從圖像獲得用於生物識別認證之一影像或影像碼，及-藉由比較所獲得影像或影像碼與來自一影像資料庫之參考影像或參考影像碼而執行生物識別認證。

根據本發明之方法實現提供經拍攝用於生物識別認證之具有顯著改良之信雜比之影像，從而導致基於生物識別特徵之物件之一更安全及可靠認證。

在方法之一實施例中拍攝步驟包括在環境光狀況下拍攝物件之至少兩個單獨圖像(一個運用紅外光狀況，一個不運用紅外光狀況)，及獲得步驟包括藉由處理單元將環境光狀況下之圖像從額外紅外光狀 況下之圖像減去以獲得用於生物識別認證之影像或影像碼。

在方法之一實施例中，VCSEL在室溫下具有介於930nm與950nm之間之一峰值波長，較佳在室溫下大約940nm。

在方法之一實施例中，紅外帶通濾波器經調適以使小於2%之環境光通過。

在方法之一實施例中，一擴散器單元配置於VCSEL與物件之間之光路徑內，從而朝向物件提供具有介於20°與100°之間之一光束角度之一光束。

應暸解本發明之一較佳實施例亦可為附屬技術方案與各自獨立技術方案之任何組合。

下文界定進一步有利實施例。

1:用於生物識別認證之裝置

2:待運用裝置認證之物件

3:LED光譜

11:光學感測元件

12:紅外光源，例如，VCSEL

13:處理單元

14:紅外帶通濾波器(VCSEL)

15:擴散器單元

16:影像資料庫

31:在使用LED之情況中之紅外帶通濾波器之透射窗

100:用於生物識別認證之方法

110:運用額外紅外光狀況在環境光狀況下拍攝物件之至少圖像

111:環境光狀況下之所拍攝圖像

112:紅外光狀況下之所拍攝圖像

120:自運用額外紅外光狀況之圖像獲得一影像或影像碼用於生物識別認證

121:VCSEL之峰值波長

122:溫度導致之峰值波長之波長偏移

123:VCSEL之發射光譜

124:照明物件之光束

130:執行生物識別認證

131:自將圖像111、112彼此相減獲得之影像

141:帶通濾波器之透射窗

161:參考影像

AL:環境光、日光光譜

ALC:環境光狀況

BA:照明物件之光束之光束角度

FWHM:半高寬值

ILC:紅外光狀況

IR:紅外光

LP:光路徑(從光源經由物件至光學感測器元件)

TW:透射窗之寬度

本發明之此等及其他態樣將從下文描述之實施例暸解且參考下文描述之實施例闡明。

現將藉由實例基於參考隨附圖式之實施例描述本發明。

在圖式中：

圖1展示根據本發明之裝置之一實施例之一原理草圖。

圖2展示運用圖1之裝置拍攝單獨圖像並且將圖像彼此相減之一原理草圖。

圖3展示比較所獲得影像與參考影像以基於生物識別參數認證物件之一原理草圖。

圖4展示紅外日光光譜(環境光)及介於925nm與955nm之間之水深區(water deep)。

圖5展示不同溫度下之一個VCSEL之三個紅外光譜。

圖6展示不同溫度下之日光及VCSEL及LED之紅外光譜。

圖7展示根據本發明之方法之一實施例之一原理草圖。

在諸圖中，通篇相同數字指代相同物件。圖中之物件未必按比例繪製。

現將藉由諸圖描述本發明之各種實施例。

圖1展示根據本發明之用於一物件2之生物識別認證之裝置1之一實施例之一原理草圖。在此實施例中，裝置1包括一光學影像感測器元件11，該光學影像感測器元件11至少對一紅外光譜敏感以在環境光狀況ALC(太陽提供日光AL)下拍攝物件2之至少兩個單獨圖像111、112(一個運用紅外光狀況ILC(一紅外光源提供額外紅外光IR)，一個不運用紅外光狀況ILC)。裝置1進一步包括一紅外光源12，該紅外光源12用以提供針對紅外光狀況ILC之額外紅外光IR。裝置1進一步包括一處理單元13，該處理單元13用以提供從將環境光狀況ALC下之圖像111從額外紅外光狀況ILC下之圖像112減去而獲得之用於生物識別認證之一影像131或影像碼。熟習此項技術者已知用以將圖像資料彼此相減以提供一所得影像之適當軟體。在此實施例中，紅外光源12係發射具有介於925nm至955nm之間之一峰值波長121之紅外光之一VCSEL。此處，紅外帶通濾波器14在光學影像感測器元件11之頂部上配置於物件2與光學影像感測器元件11之間，該紅外帶通濾波器14具有涵蓋VCSEL之峰值波長121之介於925nm與955nm之間之一透射窗141。通常攝影機(光學影像感測器元件11)之視場(FOV)比照明器(紅外光源12)之視場小幾度。裝置1進一步包括一擴散器 單元15，該擴散器單元15在VCSEL之頂部上配置於VCSEL 12與物件2之間之光路徑LP內，從而朝向物件2提供具有介於20°與100°之間之一光束角度BA之一光束124。裝置1進一步包括一影像資料庫16，該影像資料庫16儲存參考影像或參考影像碼161以藉由比較所獲得影像或影像碼131與參考影像或參考影像碼161而執行生物識別認證。裝置1可為一行動電話、一平板電腦、一桌上型電腦、用於汽車應用之駕駛人監控單元或一鎖固單元之一進入檢查組件。裝置使用之認證技術可為虹膜掃描及/或面部辨識。

圖2展示運用圖1之裝置1拍攝單獨圖像111、112並且將圖像彼此相減之一原理草圖。圖像111、112係由光學影像感測器元件11在環境光狀況ALC下一個運用紅外光狀況ILC，一個不運用紅外光狀況ILC所拍攝，該等紅外光狀況ILC由發射具有介於925nm至955nm之間之一峰值波長121之紅外光IR之紅外光源提供。藉由處理單元13從將環境光狀況ALC下之圖像111從額外紅外光狀況ALC+ILC下之圖像112減去而獲得用於後續生物識別認證之影像或影像碼131，其中安裝並且執行一適當影像處理軟體。熟習此項技術者已知用以將圖像資料彼此相減以提供所得影像之適當軟體。

圖3展示比較所獲得影像或影像碼131與參考影像或參考影像碼161以基於生物識別參數認證130物件2之一原理草圖。此處，認證可藉由處理器13執行，其中安裝並且執行用以比較兩個不同影像之一適當軟體。熟習此項技術者已知用以比較影像之適當軟體。軟體可提供用於比較之匹配概率，其中針對高於一預定臨限值之一匹配概率認可一正匹配。在其他實施例中，可不儲存實際影像，而是可儲存應與自一參考影像獲得之 一對應參考影像碼比較之一經處理特徵碼。

圖4展示依據從800nm至1000nm之波長及介於925nm與955nm之間之水深區之針對自90cm之一距離自物件反射之日光光譜AL(環境光)之參考至發射器之表面之90cm距離及參考至發射器之表面之法向量之0°之物件之照度(以W/m³/nm為單位)。水深區表示日光光譜AL之一部分，其中紅外強度特別低，與相鄰波長範圍相比低得多。裝置1包括具有自925nm延伸至955nm之具有30nm或甚至更小(例如，從930nm延伸至950nm之20nm)之一透射窗141之一帶通濾波器14。紅外LED之所需透射窗131亦經展示以展現在使用VCSEL作為紅外光源12之情況中之優點。在使用紅外LED之情況中，透射窗寬得多以自紅外LED光源接收足夠紅外光，從而導致歸因於日光之紅外部分之波長特性之高得多之雜訊位準。在使用VCSEL之情況中，透射窗141可經選擇為更窄(針對LED，TW=30nm而非80nm)以減小紅外日光AL之接收量。根據本發明之所得帶通濾波器14可經調適以藉由選擇約940nm之透射窗之中心波長且使透射窗充分變窄至例如10nm之寬度而使小於2%之整個環境光AL通過。

圖5展示-40℃、+25℃及+85℃之三個不同溫度下之相同VCSEL 12之三個紅外光譜123。在此處被視為室溫之+25℃下，峰值波長121係940nm。VCSEL 12之發射光譜123具有小於1nm(此處0.8nm)之一半高寬值FWHM。作為一比較，紅外LED具有具37nm或更大之半高寬值之光譜。VCSEL 12之峰值波長121在介於-40℃與+85℃之間之溫度範圍內之25℃(大約室溫)下具有圍繞峰值波長121小於±9nm(此處±5nm)之一波長偏移122。窄發射光譜及低溫度偏移允許應用具有20nm或更小(例如，15nm)之寬度TW之帶通濾波器14之一透射窗141。在此等窄透射窗 TW內，由VCSEL當在介於通常涵蓋現實操作溫度之-40℃與+85℃之間之溫度範圍內操作時發射之完整紅外光透射帶通濾波器。VCSEL光源額外提供一高光強度。兩者皆導致高紅外信號位準。結合提供歸因於水深區之一低雜訊位準之帶通濾波器之透射窗之位置，基於所量測紅外光之所得影像之信雜比顯著增大。

圖6展示依據波長之在-40℃、+25℃及+85℃之溫度下針對日光AL之紅外光譜及VCSEL 12之發射光譜123及LED之發射光譜3之發射器之表面之90cm距離處及參考至發射器之表面之法向量之0°之物件之照度(以W/m³/nm為單位)。有關VCSEL之發射光譜123之更多細節，吾等參考圖5。由VCSEL提供之紅外發射光譜123具有與紅外LED光譜3相比大兩個量級之強度，其等係寬光譜，在需要由紅外光源提供之高強度位準時阻止使用具有經調適於介於日光光譜AL之925nm與955nm之間之水深區之窄透射窗之帶通濾波器。此外，與針對VCSEL相比，針對LED之峰值波長之溫度偏移高得多，從而提供VCSEL作為紅外光源之上述進一步優點。

圖7展示運用根據本發明之一裝置1對一物件2進行生物識別認證之方法100之一實施例之一原理草圖，該裝置1包括：一光學影像感測器元件11，其至少對一紅外光譜敏感；一紅外光源12，其用以提供針對額外紅外光狀況ILC之紅外光IR；一紅外帶通濾波器14，其配置於物件2與光學影像感測器元件11之一感測器陣列之間之光路徑LP中；及一處理單元。方法100包括下列步驟：運用額外紅外光狀況ILC在環境光狀況ALC下拍攝110物件2之至少一個圖像112，其中紅外光源12發射具有介於925nm至955nm之間之一峰值波長121之紅外光IR，且紅外帶通濾波器 14具有涵蓋VCSEL 12之峰值波長121之介於925nm與955nm之間之一透射窗141；藉由處理單元13自圖像122獲得120用於生物識別認證之一影像或影像碼131；及藉由比較所獲得影像131與來自一影像資料庫16之參考影像161而執行130生物識別認證(亦參見圖3)。在一實施例中，拍攝步驟110包括在環境光狀況ALC下拍攝物件2之至少兩個單獨圖像111、112(一個運用紅外光狀況ILC，一個不運用紅外光狀況ILC)，且獲得步驟120包括藉由處理單元13將環境光狀況ALC下之圖像111從額外紅外光狀況ILC下之圖像112減去以獲得用於生物識別認證之影像或影像碼131(亦參見圖2)。

VCSEL 12在室溫下可具有介於930nm與950nm之間之一峰值波長121，較佳在室溫下大約940nm。紅外帶通濾波器14可經調適以使小於0.30%之環境光AL通過。此外，一擴散器單元15可配置於VCSEL 12與物件2之間之光路徑LP內，從而朝向物件2提供具有介於20°與60°之間之一光束角度BA之一光束124。

雖然已在圖式及上文描述中詳細繪示及描述本發明，但是此繪示及描述將被視為闡釋性或例示性且非限制性的。

閱讀本發明後，熟習此項技術者將暸解其他修改。此等修改可涉及本技術中已知且可作為本文中已描述之特徵的替代或補充之其他特徵。

熟習此項技術者可從圖式、揭示內容及隨附發明申請專利範圍之研究暸解並執行所揭示實施例之變動。在發明申請專利範圍中，詞語「包括」不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一」或「一個」不排除複數個元件或步驟。在互不相同之附屬發明申請專利範圍中引述某些措施 之單純事實並不指示此等措施之一組合不可有利地使用。

發明申請專利範圍中之任何參考符號不應被解釋為限制其範疇。

1:用於生物識別認證之裝置

2:待運用裝置認證之物件

11:光學感測元件

12:紅外光源，例如，VCSEL

13:處理單元

14:紅外帶通濾波器(VCSEL)

15:擴散器單元

16:影像資料庫

124:照明物件之光束

AL:環境光、日光光譜

BA:照明物件之光束之光束角度

IR:紅外光

LP:光路徑(從光源經由物件至光學感測器元件)

Claims (14)

1. 一種用於一物件(2)之生物識別認證之裝置(1)包括：一光學影像感測器元件(11)，其至少對一紅外光譜敏感以運用額外紅外光狀況(ILC)在環境光狀況(ALC)下拍攝該物件(2)之至少一個圖像(112)；一紅外光源(12)，其用以提供針對該等紅外光狀況(ILC)之額外紅外光(IR)；及一處理單元(13)，其用以提供自該圖像(112)獲得之用於該生物識別認證之一影像或影像碼(131)，其中該紅外光源(12)發射具有介於925nm至955nm之間之一峰值波長(121)且具有小於5nm之一半高寬值之一窄紅外光譜，且其中一紅外帶通濾波器(14)配置於該物件(2)與該光學影像感測器元件(11)之一感測器陣列之間之光路徑(LP)中，該紅外帶通濾波器(14)具有至少涵蓋該紅外光源(12)之該峰值波長(121)之介於925nm與955nm之間之一透射窗(141)，其中該紅外光源(12)之該峰值波長(121)在具有介於-40℃與+80℃之間之一溫度範圍之室溫下具有圍繞該峰值波長(121)小於±9nm之一波長偏移(122)。
2. 如請求項1之裝置(1)，其中該紅外光源(12)之該峰值波長(121)在室溫下係介於930nm與950nm之間，較佳在室溫下大約940nm。
3. 如請求項1之裝置(1)，其中該紅外光源(12)之一發射光譜(123)具有小於1nm之一半高寬值(FWHM)。
4. 如請求項1之裝置(1)，其中該紅外光源(12)係一VCSEL。
5. 如請求項1之裝置(1)，其中該紅外帶通濾波器(14)之該透射窗(141)具有小於30nm，較佳小於15nm之一寬度(TW)。
6. 如請求項5之裝置(1)，其中該紅外帶通濾波器(14)經調適以使小於2%之整個環境光(AL)通過。
7. 如請求項1之裝置(1)，其進一步包括一擴散器單元(15)，該擴散器單元(15)配置於該紅外光源(12)與該物件(2)之間之光路徑(LP)內，從而朝向該物件(2)提供具有介於20°與100°之間之一光束角度(BA)之一光束(124)。
8. 如請求項7之裝置(1)，其中該擴散器單元(15)配置於該紅外光源(12)之頂部上。
9. 如請求項1之裝置(1)，其中該裝置(1)包括或至少連接至儲存參考影像或參考影像碼(161)之一影像資料庫(16)以藉由比較該所獲得影像或影像碼(131)與該等參考影像或參考影像碼(161)而執行該生物識別認證。
10. 如請求項1之裝置(1)，其中該裝置(1)經調適以在該等環境光狀況(ALC)下拍攝該物件(2)之至少兩個單獨圖像(111、112)，一個運用該等紅外光狀況(ILC)，一個不運用該等紅外光狀況(ILC)，其中該處理單元(13)從將該等環境光狀況(ALC)下之該圖像(111)從運用該等額外紅外光狀況(ILC)之該等環境光狀況(ALC)下之該圖像(112)減去而提供該影像或影像 碼(131)。
11. 如請求項1之裝置(1)，其中該裝置(1)係一行動電話、一平板電腦、用於汽車應用之一駕駛人監控單元或一鎖固單元之一進入檢查組件。
12. 一種運用如請求項1之裝置(1)對一物件(2)進行生物識別認證之方法(100)，該裝置(1)包括：一光學影像感測器元件(11)，其至少對一紅外光譜敏感；一紅外光源(12)，其用以提供針對額外紅外光狀況(ILC)之紅外光(IR)；一紅外帶通濾波器(14)，其配置於該物件(2)與該光學影像感測器元件(11)之一感測器陣列之間之光路徑(LP)中；及一處理單元(13)，該方法(100)包括下列步驟：運用額外紅外光狀況(ILC)在環境光狀況(ALC)下拍攝(110)該物件(2)之至少一個圖像(112)，其中該紅外光源(12)發射具有介於925nm至955nm之間之一峰值波長(121)之紅外光(IR)，且該紅外帶通濾波器(14)具有涵蓋該紅外光源(12)之該峰值波長(121)之介於925nm與955nm之間之一透射窗(141)，其中該紅外光源(12)之該峰值波長(121)在具有介於-40℃與+80℃之間之一溫度範圍之室溫下具有圍繞該峰值波長(121)小於±9nm之一波長偏移(122)，藉由該處理單元(13)從該圖像(112)獲得(120)用於該生物識別認證之一影像或影像碼(131)，及藉由比較該所獲得影像或影像碼(131)與來自一影像資料庫(16)之參考影像或參考影像碼(161)而執行(130)該生物識別認證。
13. 如請求項12之方法(100)，其中該拍攝步驟(110)包括在環境光狀況(ALC)下拍攝該物件(2)之至少兩個單獨圖像(111、112)，一個運用紅外光狀況(ILC)，一個不運用紅外光狀況(ILC)，及其中該獲得步驟(120)包括藉由該處理單元(13)將環境光狀況(ALC)下之該圖像(111)從額外紅外光狀況(ILC)下之該圖像(112)減去以獲得用於該生物識別認證之該影像或影像碼(131)。
14. 如請求項12或13之方法(100)，其中一擴散器單元(15)配置於該紅外光源(12)與該物件(2)之間之光路徑(LP)內，從而朝向該物件(2)提供具有介於20°與60°之間之一光束角度(BA)之一光束(124)。