专利名称：基于局部一致特征的生物测定的制作方法
基于局部一致特征的生物测定
交叉引用本申请要求在2007年3月21日提交的题为"BIOMETRICS BASED ON MULTISPECTRAL SKIN TEXTURE"的共同未决美国临时专 利申请No.60/896,063(律师备案号020204-004900US)的优先权，所述临时 专利申请全部内容通过引用结合在此。本申请与下列共同未决、共同转让 的申请中的每一个均相关，这些申请的每一个的全部公开通过引用结合在 此在2005年9月1日由Robert K. Rowe提交的题为"COMPARATIVE TEXTURE ANALYSIS OF TISSUE FOR BIOMETRIC SPOOF DETECTION"的美国专利申请No. 11/219,006;和由Robert K. Rowe在2006 年7月19日提交的题为"TEXTURE - BIOMETRICS SENSOR"的美国专利 申请No. 11/458,619。
背景技术：
本发明总体上涉及生物测定，并且具体地，涉及基于多光谱皮 肤纹理的生物测定。基于指纹的生物测定传感器在广泛的应用范围内被使用，从法 律执行和公民身份识别至商业访问控制。它们甚至被用于一些消费设备， 例如膝上型电脑和移动电话。在这些应用的至少一些中，当前技术状态中 存在的一般需求是减小传感器的总体尺寸，以减小设备上被传感器占据的 面积，以及降低传感器的总成本。大多数指纹传感器通过将指纹成像并且将图像与数据库中的一 个或多个存储图像比较来工作。如此，当将大面积的指纹成像时，可以比 较更多的数据并且可以得到更多有差别的结果。相反，这些类型的指纹传 感器的性能可能随着它们的尺寸减小而降低。解决此问题的一个方法可以是制备长的、窄的指纹传感器，其 通过组合在使用者将手指刷过传感器表面时收集的一系列窄的图像，来模拟较大面积的传感器。另外，解决此问题的类似方法可以是将一组较小的 指纹图像拼凑在一起，以共同地形成较大的指纹图像(称为"拼制图像
(mosaiking)")。这种配置可以减小传感器尺寸，但是它们也可能对使用者 增加另外的负担(例如，需要使用者学习如何刷指纹或需要手指在传感器上 的精确定位)，并且可能限制可以使用这种传感器的应用。因此，希望提供一种尺寸减小的生物测定传感器，其可用性很 高，并且可以用于多种应用，而没有功能性或可用性的显著降低。
发明内容
针对生物测定传感器描述了方法、系统和装置，所述生物测定 传感器允许减小传感区域的大小，而不显著降低传感器的生物测定功能 性。本发明的实施方案通过测量局部一致的但在不同人之间仍有区 别的皮肤特性，实现了生物测定传感器的传感区域的减小。由于该特性是 局部一致的，因此，即使登记皮肤部位和测量部位不同，也可以对登记皮 肤位置和测量部位的测量结果(measurements)进行有意义的比较。在一些 实施方案中，所述特性包括皮肤的光学特性。具体地，某些实施方案采用 多种使用小面积传感器的空间光谱成像技术。使用成像数据的空间、光谱 和/或纹理描述符，结合对所述数据的局部一致的特性进行应用的分类方法 学，可以进行匹配。在一些实施方案中，检测空间信息。例如，在光源和成像器之 间可以提供不同的间隔，以寻找空间照射特征(signatures)(例如"印出 (roll-off)")。在其它的实施方案中，检测光谱信息。例如，在光源和成像器 之间的固定间隔上，通过使用各种照射波长、偏振、滤波器以及照射的其 它特性，可以得到不同频率合成。此外，光谱信息可以以许多不同的方法 检测和/或使用，包括逐像素地，在特定像素窗上进行平均，如通过各种频 率分解方法所概述的，等等。在另一些实施方案中，检测纹理信息。在一 些配置中，纹理信息可以指示光学特征(例如块度、脊间隔等)；而在其它 的配置中，纹理信息可以指示空间和/或光谱数据的特性(例如由一个或多 个多光谱图像区域的傅立叶分解得到的系数分布)。在另外的其它实施方案中，同时或依次检测多种类型的信息，并且将其结合用于多种情形。在另 外的实施方案中，传感器或其它部件可操作为随时间而"学习"。例如，每 次识别使用者时，都可以将生物测定信息连同从该使用者收集的之前的生 物测定信息中的部分或全部一起处理。组合的信息可以用于产生该使用者 的更加有区别性的生物测定轮廓。 —组实施方案提供了一种进行生物测定功能的方法。所述方法 包括用照射光照射个体的小面积的目标皮肤部位；接收从所述小面积的 目标皮肤部位散射的光；从所接收的光产生局部特征轮廓，其中所述局部
特征轮廓标识了所述小面积的目标皮肤部位的特征，所述小面积的目标皮
肤部位的所述特征具有预定用于展示充分的局部一致性的类型；和分析所
产生的局部特征轮廓，以进行生物测定功能。分析所产生的局部特征轮廓
包括将所产生的局部特征轮廓与参比局部特征轮廓相比较，其中所述参
比局部特征轮廓是从小面积的参比皮肤部位所散射的光产生的，并且其中 所述小面积的目标皮肤部位实质上不同于所述小面积的参比皮肤部位。另一组实施方案提供了一种生物测定传感器。所述传感器包括 表面，适于与个体的目标皮肤部位接触；照射子系统，布置为照射所述目 标皮肤部位；检测子系统，布置为接收从所述目标皮肤部位散射的光，其 中所述光基本上在包括所述表面的区域内被接收；和计算单元，所述计算 单元与所述检测子系统相接口。所述计算单元具有用于从接收的光形成 图像的指令；用于从图像产生图像-纹理量度的指令；和用于分析产生的图 像-纹理量度以进行生物测定功能的指令。
通过参考下列附图，可以实现对本发明的特性和优点的进一步 理解。在附图中，类似的部件或特征可以具有相同的参考标记。此外，通 过在标记后面加上破折号和区分类似部件的第二标记，可以区分相同类型 的各种部件。如果在本说明书中仅使用第一参考标记，则可该描述可应用 于具有相同的第一参考标记的类似部件中的任何一个，而不考虑第二参考 标记。图1显示根据本发明的各种实施方案的示例性小面积传感器的一个实施方案的简化透视图。图2显示根据本发明的各种实施方案的传感器头的简化横截面
图，所述传感器头例如是图1中所示的传感器头。图3显示根据本发明的各种实施方案的传感器头的简化顶视图， 所述传感器具有与检测器等距布置的多个光源。图4显示根据本发明的各种实施方案的传感器头的简化顶视图， 所述传感器头具有围绕公共检测器布置的多个光源。图5显示根据本发明的各种实施方案的传感器头的简化顶视图， 所述传感器头具有相对多个检测器元件布置的多个光源。图6显示根据本发明的各种实施方案的传感器头的简化顶视图， 所述传感器头具有围绕检测器阵列布置的多个光源。图7显示根据本发明的各种实施方案的使用直接照射的多光谱 生物测定传感器的一个实施方案的简化示意图。图8显示根据本发明的各种实施方案的使用TIR成像的多光谱 生物测定传感器的一个实施方案的简化示意图。图9A图示在使用根据本发明的各种实施方案的MSI生物测定 传感器的一个实施方案的单个手指放置期间捕获的9个示例性图像。图9B显示根据本发明的各种实施方案对相同手指的两次放置
应用复合算法的示例性结果。图IOA显示根据本发明的各种实施方案的MSI传感器的简化透 视图，所述MSI传感器具有围绕检测器阵列布置的多个光源。图IOB显示根据本发明的各种实施方案的MSI传感器的一个实 施方案的简化侧视图，所述MIS传感器例如是图10A中的MIS传感器， 其中成像器与皮肤部位充分接触。图IOC显示根据本发明的各种实施方案的MSI传感器的一个实 施方案的简化侧视图，所述MIS传感器例如是图IOA中的MIS传感器， 其中成像器离开皮肤部位。图llA显示示例性拜耳(Bayer)滤色器阵列的示意图，其中滤波
器元件对应于一组原色并且以拜耳图案布置。图11B显示如图11A中的拜耳滤波器的示例性拜耳滤波器的示
13意性颜色响应曲线。图12显示存储或分析空间-光谱数据体的示意性数据立方体
(datacube)形式。图13显示根据本发明的各种实施方案的电子钥匙挂件的配置中 个人光谱生物测定系统的一个实施方案。图14显示根据本发明的各种实施方案的手表的配置中个人光谱
生物测定系统的一个实施方案。图15显示用于执行根据本发明的各种实施方案的生物测定传感
器和相关功能性的示例性计算系统。图16提供用于使用根据本发明的各种实施方案的多光谱传感器 结构的示例性方法的流程图。
具体实施例方式下面描述用于生物测定传感器的系统、装置、方法和软件，所 述生物测定传感器允许减小传感面积的尺寸而不显著降低传感器的生物 测定功能性。出于许多原因，希望提供一种小面积的传感器。例如，许多 应用可能受限于尺寸(例如，受限于形状因素)，受限于功率消耗(例如，受 限于电池寿命)，受限于成本，或受限于一些其它限制。将进一步意识到的 是，提供小的但是可靠的传感器，可以允许将传感器用于许多应用，包括 膝上型电脑、移动电话、汽车钥匙、车库门开启器、锁、工业机器开关， 或希望得到生物测定信息或限制访问的任何其它应用。用于减小传感面积同时保持简单的单接触用户界面的一种方法 可以是测量局部一致的但在人与人之间仍有区别的皮肤的特性。这样，小 面积的传感器能够使用从未预先登记的皮肤位置来进行生物测定匹配，只 要登记的和测试的皮肤部位的光学特性"足够类似(similarenough)"即可。本发明的实施方案提供了方法和系统，所述方法和系统允许收 集和处理多种不同类型的生物测定测量结果，在一些实施方案中包括综合 的多因素生物测定测量结果。这些测量结果可以提供个人身份的强有力保 证以及取得的生物测定样本的真实性。皮肤的组成和结构是差别很大、很复杂的，并且人与人不同。通过进行皮肤和皮下组织的空间-光谱性质的光学测量，可进行许多评估。 例如，生物测定4只别功能可用来识别或证明被测试的是谁的皮肤，活度功 能可用来确保被测样本是活着的、有生机的皮肤而不是其它类型的材料， 可进行多种生理学参数估计，例如年龄、性别、种族以及其它人口统计和 人体测量特性，和/或可进行各种分析物的浓度和参数的测量，所述参数包 括酒精、葡萄糖、血液灌注和充氧的程度、胆红素、胆固醇、脲等。皮肤的复杂结构可用于不同的实施方案中，以针对特定功能对 所述方法和系统的各方面进行定制。皮肤的最外层即表皮由下面的真皮和 皮下组织支撑。表皮本身可以有经标识的子层，包括角质层、透明层、粒 层、棘层和生发层。因此，例如，在最顶层角质层下面的皮肤具有涉及表 面形貌的某些特性，以及随进入皮肤的深度而变化的某些特性。给皮肤的 血液供应存在于真皮层中，真皮具有称作"真皮乳头"的凸入表皮的凸出 部，其通过毛细管使供血接近表面。在手指的掌侧表面一边，这种毛细管
结构追随表面上的摩擦脊和谷(friction ridges and valleys)的图案。在身体的 某些其它部位，毛细管床的结构可能不那么有条理，但仍是特定位置和个 人所特有的。同样，皮肤不同层之间界面的形貌是十分复杂的，也是皮肤位 置和个人所特有的。虽然皮肤和皮下组织的皮下结构的这些来源对于生物 测定确定或分析物测量的非成像光学测量来说可能表现为重大的噪声源， 但通过能够经本发明的实施方案比较的空间光谱特征，可以突显这些结构差异。在某些情况下，墨水、染料和/或其它的色素沉着可作为局部 覆盖层或表面下纹身，存在于部分皮肤中。人造色素沉着的这些形式可以 是或可以不是人的肉眼可见的。但是，如果本发明的装置所用的一个或多 个波长对色素敏感的话，那么这种传感器除了用于其它的所期望的测量任 务以外，还能在某些实施方案中用来证明色素的存在、数量和/或形状。总的来说，本发明的实施方案提供收集空间-光谱信息的方法和 系统，这些信息可表示为具有独立的空间和光谱维度的多维数据结构。在 某些情况下，所期望的信息恰好包含在整个多维数据结构的一部分中。例 如，均匀分布的、光谱活性化合物的估计或许正巧需要所测得的光谱特征，
15这些光谱特征可从整个多维数据结构中提取。在这种情况下，可以简化整 个系统的设计，以通过减少图像像素的数目，甚至限制到单个像素，来减 少或消除所收集数据的空间分量。因此，虽然所披露的系统和方法总体上 是在空间-光谱成像的上下文中描述的，但应认识到，本发明涵盖类似的测 量，其中成像程度大为减少，甚至减少到只有单个检测器元件的程度。本发明的一些实施方案使用皮肤的多光谱成像(MSI)来提供关 于皮肤组织的表面和表面下的("多光谱")特性的信息。除了 MSI揭示来自
皮肤表面以下的显著信息的潜力以外，多个波长、照射角和光学偏振条件 也可以产生另外的信息，所述另外的信息超出了通过简单表面反射测量可 以获得的信息。这些多光谱特征可以称为"纹理"，并且与旨在找到局部一 致的数据的特性的分类方法学一起使用(例如，确定个体的身份)。而且， 在此调査中使用的多个波长、照射角和光学偏振条件产生了另外的信息， 所述另外的信息超出了通过简单反射测量可以获得的信息。更宽泛地，在多个光学条件下收集的数据，不论它们是同时收 集的还是依次收集的，在本文中均被称为"多光谱"数据。多光谱数据的各 方面的更完整描述阐述于在2006年4月24日提交的题为 "MULTISPECTRALBIOMERTRIC SENSORS"的共同未决、共同转让美国 专利申请No.11/379,945中，所述美国专利申请的全部公开内容通过引用 结合在此。不同的光学条件可以包括偏振条件的不同、照射角的不同、成 像角的不同、照射波长的不同等。因而，空间-光谱数据可以被认为是某些 类型的多光谱数据中包括空间信息的子集，例如，用检测器记录不同的多 光谱照射条件，所述检测器允许在基本上相同的照射条件和不同的空间或 角位置下的至少一对测量。备选地，空间-光谱数据还可以源自单个检测器， 所述单个检测器测在2个或更多的照射条件下测量样本的光学响应，所述 2个或更多的照射条件的不同之处在于它们相对于检测器的空间或角取 向。并且，如在本文中所使用的，"小面积"传感器在各种实施方案中是指 有效面积小于1 cr^的传感器，某些特定实施方案的情况下，使用有效面 积小于0.75 cm2、小于0.5 cm2、小于0.25 cm2、小于0.1 cm2、小于0.05 cm2 或小于0.01 cn^的传感器。在一个实施方案中，传感器实质上是点传感器。将意识到的是，本文中所示的装置、系统和方法可以应用于许多类型的生物测定识别。特别地，可以在身体的许多不同区域识别局部一 致的特征。例如，皮肤的各种掌侧表面可以包括可用根据本发明的小面积 传感器识别的局部一致特征，包括手掌、手指、关节、指节等的掌侧表面。 同样，当参考指纹描述本发明的许多实施方案时，将意识到的是，所述实 施方案还可以应用于其它的生物测定部位，并且不应当以任何方式被作为 是限制。存在着许多使用指纹的纹理匹配的方法。在一个示例中，可以
将使用Gabor滤波器的局部纹理分析应用于围绕核点(core point)的成小方 格状的(tessellated)区域。在另一个示例中，可以将傅立叶分析指纹纹理用 作生物测定确定的基础。在另外的示例中，可以将小波分析用于指纹图像 以区别它们。尽管这些示例在基本功能和其它方法学内容方面不同，但是 它们都是基于常规的指纹图像。换言之，观察到的纹理图案是从单个图像 提取的，这可能限制了信息含量，并且可能由于伪像(artifacts)而受到不利 影响，所述伪像归因于下列作用，例如干燥的皮肤、皮肤和传感器之间的 不良接触，以及其它的在操作上重要事宜。本发明的一些实施方案使用以鲁棒形式的成像而取得的多个图 像。所述图像含有关于皮肤的表面和表面下特征的信息。在某些实施方案 中，从纹理分析去除与常规光学指纹图像匹配最紧密的MSI栈中的数据平 面，以避免存在欺骗效果(例如，干燥的皮肤、皮肤部位和传感器台板之间 的不良接触，等)。将意识到的是，存在用于使用小面积的指纹传感器进行生物测 定匹配的多种方法。 一种途径可以是，通过将从手指的多次放置获得的一 系列小的指纹图像拼凑在一起，构造大的登记图像(称为"拼制图像 (mosaiking)")。另一种途径可以是组合细节信息，而非组合图像本身。对 于这些途径的一个限制在于，它们可能需要对皮肤部位的精确登记，以进 行准确测量。例如，为了用这些类型的传感器提供准确结果，使用者可能 必须将他的手指精确地定位在传感器上，在测量过程中避免皮肤的任何移 动，等。这样，可能希望感应皮肤部位的、在皮肤部位的其它区域上局 部一致的小面积特征。本发明的-一些实施方案发现皮肤部位局部一致的特征。使用局部一致特性，可以允许在一个皮肤部位进行登记测量，并且在 不同的(例如，附近的)皮肤部位成功地检验。这可以将许多小面积传感器 内在的某些类型的错误(例如，在传感期间的皮肤部位的轻微移动，等)最 小化，并且可以改进可用性和可靠性。
C0048]为了捕获关于皮肤部位(例如，手指的皮肤)的表面和表面下特征
的富含信息的数据，MSI传感器可以在各种光学条件下收集皮肤部位的多
个图像。原始图像可以使用不同的照射光波长、不同的偏振条件和/或不同 的照射取向捕获。于是各个原始图像可以含有稍微不同、但是互补的关于 皮肤部位的信息。不同波长可以穿透皮肤到达不同深度，并且被皮肤中的 各种化学组分和结构不同地吸收和散射。不同的偏振条件可以改变表面和 表面下特征对于原始图像的贡献程度。此外，不同的照射取向可以改变表 面特征被强调的位置和程度。根据本发明的MSI传感器的实施方案配置为从皮肤部位检测纹 理信息。"纹理"通常是指描述图像的色调特性的空间分布的一些方面的大 量度量(metrics)中的任何一种，以上己经描述了这种度量的一些。例如， 一些纹理，例如通常在指纹图案或木纹中发现的那些，是流状的(flowlike) 并且可以通过例如取向和连贯性等度量很好地描述。对于具有空间规则性 (至少局部地)的纹理，傅立叶变换和相关的功率谱的某些特性是重要的， 例如能量紧凑度(energy compactness)、优势频率或取向等。可以将某些统 计动差，如均值、方差、歪斜(skew)和峰度，用于描述纹理。可以使用动 差不变量，其是对于尺度、旋转和其它扰动的改变无变化的各种动差的组 合。可以产生灰色调的空间依赖性矩阵，并且对其分析，以描述图像纹理。 可以将图像区域上的熵(entropy)计算作为图像纹理的量度。可以将各种类 型的小波变换用于描述所述图像纹理的各方面。如上所述，可转向锥体 (steerable pyramid)、 Gabor滤波器以及使用空间有界基函数的其它机制可 以用于描述图像纹理。在本发明的实施方案中可以单独地或组合地使用本 领域技术人员已知的纹理的这些和其它的这种测量。因而可以通过跨越图像的像素强度的变化来表明图像纹理，其 可以用于本发明的实施方案以进行生物测定功能。在一些实施方案中，可 以在对于在不同照射波长和/或偏振条件下记录的不同光谱图像进行这种纹理分析时提取附加信息，并且可以从多光谱数据组提取该附加信息，从而产生皮肤部位的色度纹理描述。这些实施方案能够通过仅捕获皮肤部位图像的小面积部分，允许进行生物测定功能。预期的是，皮肤部位的纹理特性在皮肤部位上是近似一致的，从而允许通过在图像部位的不同部分进行测量以进行生物测定功能。在许多情形中，甚至可以不需要皮肤部位在不同测量中使用的部分彼此重叠。使用皮肤部位的不同部分的这种能力在可以使用的结构设计中
提供了相当大的灵活性。这部分地由于生物测定匹配可以统计地进行而不需要对确定的空间图案的匹配的这一事实。传感器可以以紧凑的方式配置，因为它不需要在规定的空间区域上获取图像。提供小的传感器的能力还允许，与需要收集完全的空间信息以进行生物测定功能的传感器相比，更经济地制造传感器。在不同的实施方案中，可以用纯光谱信息进行生物测定功能，而在其它的实施方案中，使用空间-光谱信息。图1显示根据本发明的一些实施方案的示例性小面积传感器的一个实施方案的简化透视图。传感器组装体IOO包含以选择的方式布置在传感器头102上的一系列或多个光源104，其还含有一个或多个检测器106。传感器组装体100还可以包括对光源104提供功率的功率调节电子器件(未示出)，并且还可以包括信号处理电子器件(未示出)，其放大来自检测器106的产生的信号。可以安置多导线电缆108，以对传感器头供以功率并且与用于处理检测到的信号的系统(例如，微处理器或计算机)通信。光源104可以是具有或没有光学带通滤波器并且具有或没有光闸的发光二极管(LED)、激光二极管、垂直腔面发射激光器(VCSELS)、石英钨卤素白炽灯泡，或本领域中已知的各种其它光源。光源104可以各自具有相同的波长特性，或可以由具有在约350 nm至约2500 nm的光谱范围中的不同中心波长的光源组成。通常，光源104的集合可以包括波长与其它光源相同的一些光源和不同的一些光源。在一个实施方案中，光源104包括具有位于约350 nm至约1100 nm的光谱范围内的不同波长特性的LED、激光二极管、VCSEL或其它固态光电子装置的组。在一些情况下，
19检测器阵列可以包括光学滤波器阵列，用于限制由某些阵列元件所见的光的波长。检测器106可以是单个元件，或它可以是元件的l-或2-维阵列。
检测器类型和材料根据光源波长和测量信号以及计时要求而适当地选择。
例如，检测器可以包括PbS、 PbSe、 InSb、 InGaAs、 MCT、测辐射热仪和/或微测辐射热仪阵列。在光源104是在约350 nm至约1100 nm的光谱范围内工作的固态光电子装置的一个实施方案中，检测器材料为硅。光源104可以依次点亮和熄灭，以对于每一个光源，通过将对所述光源的每一个进行功率开启和关闭，测量组织特性。备选地，可以使用本领域中已知的编码方法对多个光源104进行电子调制。这些编码图案包括，例如，傅立叶强度调制、Hadamard调制、随机调制以及其它的调制方法。值得注意的是，图1中所示的配置包括多个光源104和单个检测器106,从而有效地提供了可变的光源-检测器间隔。此配置可以在下列情况应用，例如，其中只有少量具有不同波长特性的光源104可应用的情况。在这些情况下，提供可变的光源-检测器间隔在从组织采集额外的光学信息时非常有用。图2显示根据本发明的一些实施方案的传感器头的简化横截面图，所述传感器头例如是图1中所示的传感器头100。还显示了与传感器头102的面209接触的组织210以及从各个光源211、 213、 215、 217、 219和221分别行进到检测器106的光的平均光学路径212、 214、 216、 218、220和222。在获取组织光谱数据中，可以以至少两个不同的取样模式进行测量。图2所示的光学几何结构被称为漫反射取样几何结构，其中光源和检测器位于组织的同侧。备选方法被称为透射取样，其中光在一侧进入到薄的组织区域如耳垂或指尖中，并且然后被位于组织的另一侧的检测器检测。尽管光在例如硅-区域的区域中可以穿透组织达到1厘米或更深的显著深度，但是取决于波长，组织的透射取样限制了可以使用的身体的区域。因而，尽管取样的任一模式可以应用于本发明，并且尤其是应用于利用在硅-区域中的光的分析，但是许多实施方案利用基于反射光的取样方法。参考图2，当用具体光源211照射组织时，通过检测器106检测到的产生的信号含有关于沿光源211和检测器106之间的路径的组织光学特性的信息。由于由组织的光学散射效应，任何给定光子的实际路径可以是高度不规则的，但是平均光学路径212可以是更加规则和平滑的曲线，如图中所示。对于不同光源-检测器间距差别，平均光学路径(例如212)通常可以不同。如果另一个光源221以与光源211距检测器106的相同距离而定位，并且两个光源具有相同的波长特性，则产生的信号可以合并(例如，以增加产生的测量的信噪比)，或可以作为独立的空间-光谱测量使用。如果光源221具有不同于光源211的波长特性，则产生的信号可以提供关于组织210的光学特性的信息，尤其是当它们涉及生物测定确定时，并且应当作为有区别的数据点进行分析。以类似的方式，如果两个光源具有相同的波长特性并且以距检测器106不同的距离定位(例如光源211和213)，则两个信号中的产生的信息是不同的，并且可以将测量结果(measurements)作为有区别的数据点进行记录和分析。波长特性和光源-检测器间距上的差别可以提供关于组织210的光学特性的附加信息。在一些实施方案中，检测器106或者位于传感器头102的中心，或者偏置到传感器头102的一侧(例如，以提供变化的光源-检测器间距距离)。传感器头102可以具有各种形状，包括椭圆形、正方形或长方形。传感器头102在光学表面上还可以具有复合曲率，以匹配将其安装所在的装置的轮廓，或匹配旨在触及该传感器的皮肤部位的轮廓。从皮肤的最上层反射的光可能不含有关于较深组织特性的显著信息。事实上，来自组织的顶表面的反射(称为"镜面的(specular)"或"分路的(shimted)"光)有时可能对光学测量有害。由于此原因，图2示例了传感器头102的几何形状，其中检测器106从传感器表面209凹进到构成传感器头102的主体的不透光材料207中。检测器106的凹进放置将在反射离开组织的第一(例如，表皮)表面以后可以被检测到的光的量最小化。可以看出，通过将光源211、 213、 215、 217、 219和221和/或检测器106的每一个凹进，可以产生相同的光学阻塞效应。当然，其它的光学阻塞方法，例如不同偏振滤波器的使用，根据本发明也是可以的。将意识到的是，在不背离本发明的情况下，光源和检测器的许多其它配置是可以的。在一个实施方案中，如图3中所示，传感器头102
具有许多距检测器106等距布置的光源104。此配置在下列情况下可以是有用的，例如，每一个光源104具有不同的波长，并且可以得到足够的光源104以实现来自系统的所期望的精确性结果。其实例可以在下列情况下
出现单独光源是通过将光学滤波器与一个或多个宽带(例如，白炽的)光
源结合而得到的。在此情况下，可以限定许多独特的波长带，并且可以将
光源104的每一个距中心检测器106等距放置。备选地，光源104的每一个可以基本上相同，并且将产生的测量结果的组用作皮肤在具体波长上的空间差别的量度。在另一个实施方案中，如图4中所示，许多光源401、 404、 407、410围绕公共检测器413布置。显示了四个不同的光源401、 404、 407、410用于照射，但是在具体的实施方案中可以采用更多或更少的光源。光源401、 404、 407、 410的每一个都光学连接到不同的光学波导402、 405、
408、 411。每个波导402、 405、 408、 411具有可单独控制的电子器件或机械光闸403、 406、 409、 412。这些光闸403、 406、 409、 412可以单独被控制，以对光进行编码，从而允许光在预定的一个位置或多个位置从光导402、 405、 408、 411进入到组织中。在某些实施方案中，光闸403、 406、
409、 412包括微电机械系统("MEMS")结构。光源401、 404、 407、 410可以包括不同的LED、激光二极管、VCSEL或其它类型的照射源。备选地，具有不同光学滤波器的一个或多个白炽光源可以用于产生不同波长特性的光，以连接到波导402、 405、 408、 411的每一个中。在又一个实施方案中，通过使用多于1个的检测器元件可以实现多个光源-检测器距离，如图5中所示。在所示例的实施方案中，三个不同光源502、 504、 506的每一个相对三个检测器501、 503、 505定位，使得给定光源和每一个检测器之间的间隔不同。例如，对于光源502，光源-检测器间隔相对于检测器501而言最短，并且相对于检测器505而言最长。通过依次或以编码的图案开启光源502、 504、 506并且在三个检测器501、503、 505的每一个处测量响应，可以测量在一些或全部波长上对于一些或全部可用的光源-检测器间距的组织特性。—些实施方案使用检测器阵列配置多个检测器元件和多个照射
22源。图6示例了根据本发明的一些实施方案的使用检测器阵列的传感器
600的简化顶视图。在此实施方案中，多个光源602、 604、 606、 608放置在检测器阵列609的周边。在每一个阵列元件检测到的信号于是可以表示相对于来自给定光源的光的不同光源-检测器间距。此配置可以存在许多变体，包括一维("1-D")、 二维("2-D")或三维("3-D")阵列的使用，以及在阵列内和在周边上放置光源。其它实施方案不同地配置为检测类似或不同的光学数据。例如，许多不同类型的多光谱成像("MSI")传感器是可以的。MSI生物测定传感器的一个实施方案由图7的示意图描绘，所述图7显示了使用直接照射的MSI传感器的正视图。MSI生物测定传感器701包括具有一个或多个光源703的照射子系统721以及具有成像器715的检测子系统723。所述图描绘了其中照射子系统721包括多个照射子系统721a和721b的实施方案，但是本发明不受照射子系统721或检测子系统723的数量限制。例如，照射子系统721的数量可以便利地选择，以获得某些照射水平，以满足包装需求，并且以符合MSI生物测定传感器701的其它结构制约。照射光从光源703通过照射光学器件705，所述照射光学器件705将照射成形为希望的形式，例如泛光、光线、光点等的形式。为了方便，将照射光学器件705显示为由透镜组成，但是更一般地可以包括一个或多个透镜、 一个或多个反射镜和/或其它光学元件的任意组合。照射光学器件705还可以包含扫描仪机构(未示出)，用来以规定的一维、或二维、或三维图案扫描照射光。光源703可以包含点光源、线光源、面光源，或在不同的实施方案中可以包含一系列这样的光源。在各种实施方案中，一个或多个光源703可以配置为以不同的波长、不同的偏振条件和/或不同的照射取向照射皮肤部位719(例如，手指的皮肤)。在一些实施方案中，光源703可以包括一个或多个在窄的波长带提供光的准单色光源。这样的准单色光源可以包括例如发光二极管、激光二极管或量子点激光器的装置。备选地，光源703可以包括宽带光源，例如白光LED、白炽灯泡或辉光棒。在宽带光源的情况下，照射光可以通过带通滤波器709，以使得照射光的光谱宽度变窄。在一个实施方案中，带通滤波器709包括一个或多个不连续的光学带通滤波器。在另一个实施方案中，带通滤波器709包括连续可变的滤波器，其旋转或线性移动(或具 有旋转和线性移动的组合)以改变照射光的波长。在又一个实施方案中，带
通滤波器709包括可调滤波器元件，例如液晶可调滤波器、声光可调滤波 器、可调Fabry-Perot滤波器，或本领域技术人员已知的其它滤波器机构。在其它的实施方案中，使用白光。如本文中所使用的，"白光" 是指具有适合于分离为成分波长带的光谱组成的光，在某些情况下可以包 括原色。用来确定白光的常规原色是红、绿和蓝，但是如本领域技术人员 所知道的，在其它情况下也可以使用另外的组合。为了清楚起见，要强调 的是这里所使用的"白光"，对观察的人来说也许不呈现白色，而可能有与 之相关的不同色调或颜色，这是由于精确的波长分布和成分波长带的强度 的原因。在其它的情况下，白光可包括紫外或红外光谱区中的一个或多个 光谱带。在某些情况下，当白光由红外和/或紫外光谱区中的波长带组成时， 它对观察的人来说甚至可能是完全不可见的。被皮肤和/或皮下组织散射的 光的一部分存在于皮肤中，并且被用来形成在皮肤表面和表面下的组织结 构的图像。因为皮肤的波长相关性，由白光所包含的光的每一波长所形成 的图像可以不同于以其他波长所形成的图像。在一些实施方案中，可以将 光学滤波器或滤波器阵列与检测器阵列结合，以将白光分成一组成分波 长。例如，可以将以拜耳图案布置的由红、绿和蓝滤色器元件组成的滤色 器阵列用于分离白光，如本领域技术人员所知的。照射子系统721和检测子系统723的各种实施方案配置为以多 种光学区段并且在多种波长下工作。 一个实施方案使用基本上在350-1100 纳米的区域中发射光的光源703。在此实施方案中，检测器715可以是基 于硅检测器元件或本领域技术人员己知的对处于这种波长的光敏感的其 它检测器材料。在另一个实施方案中，光源703可以在包括1.0-2.5微米的 近红外区段的波长发射辐射，在此情况下，检测器715可以包括由InGaAs、 InSb、 PbS、 MCT以及本领域技术人员已知的对处于这种波长的光敏感的 其它材料制成的元件。在图7中所示的实施方案中，第一照射子系统721a包括第一发 光二极管("LED")703a(即，光源)和照射起偏镜707。来自第一 LED 703a 的光在照射停留在传感器台板717上的手指719(即，皮肤部位)之前，通过照射起偏镜707。照射起偏镜707可以包括，例如，线起偏镜或圆起偏 镜。光与手指719相互作用并且光的一部分被导向检测子系统723。不直 接朝向检测子系统723反射回的其它的光可以发生折射、散射、其它反射 以及其它的光学事件。此种其它的光中的一些将最终朝向检测子系统723 反射。检测子系统723包括成像起偏镜711。成像起偏镜711取向为它 的光学轴垂直于照射起偏镜707的轴，使得具有与照射光相同的偏振的光 被成像起偏镜711充分削弱。这可以显著减小从皮肤表面反射的光的影响 并且强化在穿透皮肤以后己经进行了多次光学散射事件的光。第二照射子系统721b包括第二 LED 703b，但是没有起偏镜707。 当照射第二LED 703b时，照射光可以被随机偏振。由于随机偏振，表面 反射的光和深层穿透的光都能够以相等的比例通过成像起偏镜711。如此， 从该未偏振的第二LED 703b产生的图像可以含有来自手指的表面特征的 较强影响。值得注意的是，可以对直接照射源、偏振的第一LED 703a和未 偏振的第二LED 703b以及成像系统进行布置，以避免台板-空气界面处的 临界角现象。这可以确保每一个照射器将照射手指719并且成像器715将 对手指719进行成像(例如，不论皮肤是否干燥、脏，乃至是否与传感器良 好接触)。在一些实施方案中，传感器布局和部件可有利地选择，以使进 入到检测光学器件713中的照射的直接反射最少化。在一个实施方案中， 通过对照射子系统721和检测子系统723进行相对地取向来减少这种直接 反射，以使检测到的直接反射的光的量最小化。例如，将照射子系统721 和检测子系统723的光轴放置在使得放置在台板717上的反射镜不会将可 观的照射光量导向检测子系统723的角度上。此外，可以将照射和检测子 系统721和723的光轴放置在相对于台板717的角度上，使得这两个子系 统的角度接受小于系统的临界角;'这种配置避免了由于台板717和皮肤部 位719之间全内反射("TIR")的可观影响。在其它的实施方案中，检测子系统723可以结合检测光学器件， 检测光学器件包括透镜、反光镜和/或其它光学元件，用于将接近台板表面
25717的区域的图像形成到检测器715上。检测光学器件713还可以包括用 于将台板区域的部分中继传递到检测器715上的扫描机构(未示出)。将意 识到的是，存在着许多用于将检测子系统723如下配置方法对已经穿透 皮肤表面并且在离开皮肤之前，在皮肤和/或皮下组织内进行光学散射的光 敏感。在一些实施方案中，除图7中示例的直接照射以外，或代替图7 中示例的直接照射，MSI传感器701还集成有TIR成像形式。例如，关于 图7所讨论的偏振效应在使用非接触传感器时可以是有效的，而TIR和其 它技术对于接触传感器可能是更有效的。图8提供了使用TIR成像的MSI 传感器801的示意性示例。类似直接照射MSI传感器701(图7)，基于TIR 的MIS传感器801包括一个或多个光源803以及具有成像器715的检测子 系统723。在TIR照射模式中， 一个或多个光源803(例如，LED)照射台板 717的侧面。照射光的一部分通过在台板-空气界面进行多次TIR反射而传 播通过台板717。在TIR由于与皮肤接触而被破坏的点(例如，810)，光进 入到皮肤中并且漫反射。此漫反射的光的一部分被导向成像系统并且通过 成像起偏镜(因为此光是随机偏振的)，从而形成针对此照射状态的图像。 与所有的直接照射状态不同，产生的原始TIR图像的质量可能取决于皮肤 具有足够的含湿量和清洁性、与台板良好光学接触，正像常规TIR传感器 的情况一样。实际上，许多MSI传感器可以含有不同波长的多个直接照射 LED。例如，Lumidigm J110 MSI传感器以偏振和未偏振配置具有4个直 接照射波长段(430、 530和630纳米，以及白光)。当将手指放置在传感器 台板上时，与单个TIR图像一起捕获到8个直接照射图像。原始图像以像 素分辨率为525 ppi的640x480图像阵列捕获。在约500毫秒内捕获全部 9个图像。图9A示例了在使用MSI生物测定传感器的一个实施方案的单 次手指放置过程中捕获的9个示意性图像。上行902显示了蓝(430纳米)、 绿(530纳米)和红(630纳米)以及白光的未偏振波长的原始图像。中行904 显示了在交叉极化情况下，与上行902中的那些相对应的图像。在底行906上的单个图像显示TIR图像。已经扩展了每一个原始图像的灰度级，以强 调所述特征。从图9可以看出，在包括表面下皮肤的纹理特性的原始数据中 存在许多特征，其表现为在蓝和绿照射波长下特别显著的斑纹。同样，在 各个照射条件下的原始图像的相对强度对于手指或其它样本的光谱特征 (例如，颜色)是非常有指示性的。值得注意的是，在图9中已经使相对强 度不明显，以更好地显示原始图像的比较细节。图9中所示的原始图像组可以组合在一起以产生指纹图案的单 个表示。在一些实施方案中，此指纹产生依赖于基于小波的图像融合方法， 以提取、组合并增强作为指纹特性的这些特征。在一个实施方案中，使用 的小波分解方法基于二元树复小波变换("DTCWT")。图像融合可以通过在 每一个位置和分解级选择并编辑图像中的具有最大绝对量的系数而进行。然后可以对产生的系数集合进行小波逆变换，从而产生单个的 复合图像。对同一手指的两次放置施加复合算法的结果的一个实例显示于 图9B中。然后可以将两个复合指纹图像(*0952和954)与常规指纹匹配软
件一起使用。在一些实施方案中，还将用于产生复合指纹图像的DTCWT过 程用于提供多光谱数据的光谱-纹理特征。在一个实施方案中，来自多光谱 图像栈的DTCWT分解的第三级的系数被用作用于纹理分析的特征。由于 原始TIR图像平面的强度和质量可以高度可变(取决于皮肤潮湿、良好接 触等)，因此某些实施方案从多光谱纹理分析中省略了 TIR图像平面。在一些实施方案中，图像间乘积，尸，被定义为由在位置x,少的 多光谱图像栈中的任何两个原始多光谱图像z'和7'产生的在某个方向d和 分解级A的系数的共轭乘积，如以下定义的
P,V' (x， _y, J, A) = C, (x,少,A:) C 乂x， A:)。
在此等式中，C,(x，乂/t)是在分解级h方向J和位置x,少的图像/的复 系数，并且C,(;c，;;,/t)是图像y'的相应复值的共轭。该共轭乘积可以表示图 像的基础特征，同时保持对平移和一些量的旋转不敏感。
27
在一个实施方案中，将从每一个独特图像对产生的所有共轭乘
积的所有实部和虚部编译为特征向量。对于8个原始图像平面，这生成384 个元素的向量(每个方向28个共轭乘积，6个方向，对于/#，每个乘积两 个标量值(即，实的和虚的)；加上每个方向8个共轭乘积，6个方向，对 于i=j 一个标量值(即，仅实值))。另外，将系数的各向同性量(isotropic magnitudes)添加到特征向量，其中所述各向同性量是在6个方向系数上的 绝对量的总和。最后，将在分析区域上的每个原始图像的平均DC值添加 到特征向量。所有这些值的拼接得到在每个元素位置上的400个元素的特 征向量。除图7和8的直接照射和T限传感器以外，MSI传感器的一些 实施方案ft用照射的阵列。图IOA显示了基于阵列的MSI传感器的一个 示意性实施方案的示意图。传感器1000包括多个光源1004和成像器1008。 在一些实施方案中，光源1004包括白光光源，尽管在其它的实施方案中， 光源1004包括准单色光源。类似地，成像器1008可以包括单色或彩色成 像器。在一个实施例中，成像器1008具有拜耳滤色器阵列，在所述拜 耳滤色器阵列中，相应于一组原色的滤波器元件以拜耳图案布置。图11A 显示了这种图案的一个实例，针对使用红1104、绿1112和蓝1108滤色器 元件的布置。在一些情形下，成像器1008可以另外包括例如布置用于减 少检测到的红外光的量的红外滤波器或其它滤波器。图11B显示了示意性拜耳滤波器的示例性颜色响应曲线。如所 示出的，通常在滤波器元件的红1124、绿1132和蓝1128透射特性的光谱 范围中可以存在一些重叠。如在绿1132和蓝1128透射特征的曲线中特别 明显地，滤波器阵列可以允许红外光的透射。这可以通过将红外滤波器包 括为检测器子系统的一部分来避免。在其它的实施方案中，可以将红外滤 波器省略，并且可以结合一个或多个发射红外光的光源1004。以此方式， 所有的滤色器元件1104、 1108和1112可以允许该光充分通过，从而得到 跨越整个成像器1008的红外图像。返回到图IOA，在一些实施方案中，传感器IOOO是"接触"传感 器，因为基本上在被测量的皮肤部位719的区域中收集图像。然而，可以具有用于操作传感器的不同配置，在一些情况下，成像器1008与皮肤部
位719充分接触，并且在一些情况下，成像器1008从皮肤部位719的区 域离开。在图10B的实施方案中，传感器1000-1的成像器1008与皮肤 部位719充分接触。来自光源1004的光在皮肤部位719的组织下面传播。 这可以允许从皮肤部位719并且在皮下组织中散射的光被成像器1008检 测。图10C中示意性地示出了备选的实施方案，其中成像器1008从 皮肤部位719移开。在这个附图中，传感器1000-2包括光学布置 (arrangement)1012，其将在皮肤部位719的区域的图像转移至成像器1008。 在一个实施方案中，光学布置1012包括多条光纤，其通过沿光纤的全内 反射转移图像的各个像素，而基本上没有强度损失。以此方式，被成像器 1008检测到的光图案基本上与在皮肤部位719的区域形成的光图案相同。 因此传感器1000-2可以以基本上与图10B中所示的传感器1000-1相同的 方式工作。这就是说，从光源1004来的光传播到皮肤部位，在穿透皮肤 部位719以后被皮下组织反射和散射。因为信息仅是转移而基本上没有损 失，所以在这个实施方案中由成像器1008形成的图像，可以基本上与采 用图10A那样的布置应该形成的图像相同。在单纯使用光谱信息执行生物测定功能的实施方案中，可以将 所接收的数据中的光谱特征进行识别和与光谱的登记数据库进行比较。所 产生的特定个体的组织光谱包括独有的光谱特征和光谱特征的多种组合， 一旦装置己被训练为提取相关的光谱特征，就能用这些光谱特征及其组合 识别个体。相关的光谱特征的提取可用若干不同的技术进行，包括线性和 二次判别分析、遗传算法、模拟退火和其它这样的技术。虽然在光谱输出 的视觉分析中不容易明显看出，但这种分析技术能重复地提取可加以区分 以进行生物测定功能的独有的特征。可以使用多种方法进行分类，所述方 法包括支持向量机(support vector machine)、 K最近邻(K nearest neighbor)、 神经网络以及其它众所周知的分类方法。在下列共同受让的美国专利中公 开了具体技术的例子名称为"APPARATUS AND METHOD OF BIOMETRIC IDENTIFICATION OR VERIFICATION OF INDIVIDUALS
29USING OPTICAL SPECTROSCOPY"的美国专禾lj No.6,560，352;名称为 "METHODS AND SYSTEMS FOR BIOMETRIC IDENTIFICATION OF INDIVIDUALS USING LINEAR OPTICAL SPECTROSCORY"的美国专利 No.6，816,605; 名称为 "APPARATUS AND METHOD FOR IDENTIFICATION OF INDIVIDUALS BY NEAR-INFRARED SPECTRUM"的美国专利No.6,628，809; Robert K. Rowe等人在2003年9 月 12 日提交的、名称为"APPARATUS AND METHOD FOR IDENTIFICATION OF INDIVIDUAL BY NEAR-INFRARED SPECTRUM" 的美国专禾lj申请No.7,203，345;以及Robert K. Rowe等人在2001年6月5 日提交的、名称为"APPARATUS AND METHOD OF BIOMETRIC DETERMINATION USING SPECIALIZED OPTICAL SPECTROSCOPY SYSTEM"的美国专利申请No.09/874，740。通过引用以全文形式将前述专 利和专利申请每一件的全部公开内容结合在本申请中。由以上公开内容教导的许多方法可容易地适用于空间-光谱数 据。具体地，使用如小波、傅立叶分解、可转向锥体(steerablepymmids)、 Gabor滤波器以及本领域中已知的其它分解方法，可以分析空间-光谱数据 的全部或一部分。然后，可以将由这些分解得到的系数一起拼接到如在本 公开内容的其它部分描述的值的向量中。然后，可以以与光谱值的向量进 行分析的类似的方式分析得到的向量。采用图像-纹理信息执行生物测定功能的能力，包括生物测定识 别在内，可利用这样的事实，即来自活体的信号的重要部分是由毛细管血 液引起的。例如，当皮肤部位719包括手指时，已知的生理特性是手指中 的毛细管追随外部指纹脊结构的图案。因此，与照射波长相对的指纹特征 的对比度与血液的光谱特征有关。特别是，采用大于约580 nm的波长取 得的图像的反差，可以相对于采用小于约580 nm的波长取得的图像的反 差而显著地减小。由非血液色素和其它的光学效应(例如菲涅耳反射)产生 的指纹图案可以具有不同的光谱反差。在不同实施方案中，从皮肤部位719散射的光可以进行各种不 同类型的比较性纹理分析。某些实施方案利用对由所收集的光导出的图像 数据进行移动窗口分析的形式，来产生品质因数，由此估计纹理或品质因数的量度。在一些实施方案中，移动窗口操作可被逐块(block-by-block)或 平铺(tiled)分析替代。在一些实施方案中，可一次性分析图像的单个区域 或整个图像。在一个实施方案中，对图像数据的一个或多个区域进行快速傅 里叶变换。在这类实施方案中产生带内反差品质因数C,作为平均或DC 功率与带内功率之比。特别是，对于与白光所包括的多个波长之一对应的
指数"反差品质因数为
c,三-
f'(o，o)
在这个表示式中，《(《,/7)是图像,f^ ^在对应于指数/的波长上的傅里叶 变换，这里x和y是图像的空间坐标。由i 《和i 胃定义的范围表示对指纹 特征有意义的空间频率的限定。例如，在一个实施方案中i 双可近似为1.5 个条纹/mm， 7 离可为3.0个条纹/mm。在一个备选的公式中，反差品质因 数可定义为两个不同的空间频带中的积分功率的比。上面显示的等式是一 个特定的情况，其中的频带之一仅包括DC空间频率。在另一个实施方案中，为所收集的数据体计算移动窗口平均值 和移动窗口标准偏差并用来产生品质因数。在此实施方案中，对于相应于
指数/的每一波长，从所收集的图像乂(^ ^计算移动窗口平均值ILl/和移动
窗口标准偏差oy。每次计算的移动窗口可以是相同的尺寸，并且可适宜地 选择为2-3个指纹脊量级的跨度。优选地，窗口尺寸足够大以便去除指纹 特征，但又足够小以便使背景变化持续。在这个实施方案中，品质因数 g作为移动窗口标准偏差与移动窗口平均值的比来计算
在又一实施方案中，进行类似的处理，但使用移动窗口范围(即 最大(图像值)-最小(图像值))代替移动窗口标准偏差。因此，类似于前面的 实施方案，对于相应于指数/的每一波长，从所收集的图像/&，刃计算移 动窗口平均值/Z/和移动窗口范围^。用于计算移动窗口平均值的窗口尺寸 优选也是足够大以便可去除指纹特征但又足够小以便维持背景变化。在某 些情况下，用于计算移动窗口平均值的窗口尺寸与用于计算移动窗口范围 的窗口尺寸相同， 一个实施方案中的合适值是在2-3个指纹脊量级的跨度。 在这个实施方案中，品质因数作为移动窗口平均值的比来计算.-
c,丄这个实施方案和前一个实施方案可考虑为更一般的实施方案中
的特定情况，在更一般的实施方案中，对收集的数据进行移动窗口计算， 以计算移动窗口的中心性量度和移动窗口的变化性量度。特定实施方案举 例说明中心性量度包括非加权平均值的情形，但也可更一般地包括任何其 它类型的统计中心性量度，例如在某些实施方案中的加权平均值或中值。 类似地，特定实施方案举例说明变化性量度包括标准偏差或范围的情形， 但也可更一般地包括任何其它类型的统计变化性量度，例如在某些实施方 案中平均值的中值绝对偏差或标准误差。在另一不使用显式移动窗口分析的实施方案中，可对每一光谱 图像进行小波分析。在一些实施方案中，可以以所得到的系数近似为空间 不变量的方式进行小波分析。这可通过进行非抽样小波分解，应用二元树 复小波方法或类似的其它方法来完成。Gabor滤波器、可转向锥体和这类 其它分解方法也可用来产生类似的系数。无论选择什么分解方法，结果均 是如下系数的集合这些系数与图像上特定位置处对应于特定基函数的变 量幅度成比例。为了进行生物测定欺骗检测，可以将小波系数或一些从中 导出的总和与预期由适当的参比数据组样本产生的系数进行比较。在生物 测定匹配功能是个人身份确定的情况下，适当的参比数据组是在较早时间 从目标个人收集的参比数据组。这些登记数据可以从同一皮肤部位或附近的局部一致的皮肤部位收集并且以所述的方式处理。处理的结果被存储在 数据库中，然后被检索，以用于与在较晚时间取得的类似的测量结果进行 比较。如果该比较显示结果足够逼近，则样本被认为匹配并且建立或确认 身份。相反，样本则被确定为不匹配(例如，被认为是欺骗)。按照类似的 方式，通过将当前测得的系数组与来自从代表性人群取得的一组真实测量 结果的先前记录的组进行比较，该系数也可用于生物测定验证。上述各种实施方案可以产生空间-光谱数据体，其可以用于各种 生物测定应用。本发明不限于存储或分析空间-光谱数据体的任何具体方 式。为了示例的目的，在图12中以数据立方体的形式显示。数据立方体1201被显示为沿具有多个平面1203、 1205、 1207、 1209、 1211的光谱维度分解，每一平面对应于光谱的不同部分，并且每一 平面包括空间信息。在一些情况下，空间-光谱数据体除包括空间和光谱信 息以外还可包括附加类型的信息。例如，由不同的照射结构、不同偏振等 所定义的不同的照射条件，可提供附加维度的信息。在白光下进行照射的一个实施方案中，例如，图像1203、 1205、 1207、 1209禾卩1211可能对应于使用在450 nm、 500腿、550 nm、 600 nm 和650 nm波长的光所产生的图像。在另一个实例中，在每一像素位置， 可能是三个图像，它们对应于红、绿和蓝光谱带中的光的量。每一图像代 表特定波长的光与皮肤相互作用的光学效应。由于随波长变化的皮肤和皮 肤组分的光学特性，多光谱图像1203、 1205、 1207、 1209和1211中的每
一个通常是彼此不同的。因此，数据立方体可以表示为i (Xs、 &、 x" r,、 ;y，并描述了在光源点Zs、 ^被照射时，在每一图像点z" F,看到的波长 入的漫反射光的量。不同的照射配置(泛光、线光等等)能通过对适当的光源
点位置上的点响应求和而相加。 一种常规的非TIR指纹图像Ff^、 JV能粗 略地描述为给定波长X。的多光谱数据立方体，并在所有的光源位置求和
相反，光谱生物测定数据集5Y^将给定波长X的被测光强与照射和检测位
置之间的差^联系起来
33<formula>formula see original document page 34</formula>
因此数据立方体7 涉及常规指纹图像和光谱生物测定数据集两者。数据立 方体/ 是其他两个数据集的任何一个的超集，并且包含相关信息以及这两 个独立模态的任何一个中可能损失的其它信息。透入皮肤和/或皮下组织的光，通常受在不同波长下的皮肤和/ 或皮下组织的不同光学特性的影响。在不同波长受到不同影响的皮肤和/ 或皮下组织中的两种光学效应是散射和吸收。皮肤组织中的光学散射通常 是平滑的并且相对缓慢变化的波长函数。相反地，皮肤中的吸收通常是波 长的强函数，这是由于皮肤中存在的某些组分的特定吸收特征。例如血液、 黑色素、水、胡萝卜素、胆红素、乙醇和葡萄糖在400nm至2.5pm的光 谱区都具有显著的吸收性，所述400 nm至2.5 nm的光谱区有时被白光光 源涵盖。光学吸收和散射的组合效果引起不同的照射波长，穿透皮肤至 不同的深度。这有效地使不同的光谱图像具有与受照组织的不同体积对应 的不同和互补的信息。特别是，紧靠皮肤表面的毛细管层具有不同的空间 特性，其能在血液强吸收的波长上成像。因为皮肤和皮下组织的复杂波长 依赖性质，所以与给定的图像位置对应的光谱值的集合具有明确而截然不 同的光谱特性。这些光谱特征可用于对逐像素收集的图像进行分类。这种 评估可通过从一组合格的图像中产生典型的组织光谱品质(spectral quality) 来进行。例如，如图12中所示的空间-光谱数据可记录为Nx5的矩阵，这 里的N是包含来自活组织而不是来自周围空气区的数据的图像像素的数 目。对该组矩阵进行的本征分析、Fisher线性判别分析或其它因数分析产 生这些组织像素的有代表性的光谱特征。可利用一些度量如马哈朗诺比斯 距离(Mahalanobis distance)和光谱残量(spectral residual),将后来的数据集 里的像素光谱与先前已建立的光谱特征进行比较。如果超过小数目的图像 像素有与活组织不一致的光谱品质，则样本被认为是非真实的而被拒绝， 因此基于样本活度的确定，在传感器中提供一种反欺骗方法的机制。前述分析构架还可以用于确定身份。在此情况下，从单个目标个体而非从具代表性的使用人群取得较早的参比数据。然后，与具体个人 参比数据的随后成功比较可以建立身份以及测量的真实性(例如，假定确保 了较早的参比测量结果是真实的)。备选地，皮肤的纹理特征可单独地或与光谱特征结合地用来确 定样本的真实性。例如，每一光谱图像可按照描述多种空间特性幅度的方
式来分析。这样做的方法包括小波变换、傅里叶变换、余弦变换、灰度级
同现(gray-level co-occurrence)等。从任何一种这样的变换而得的系数，描 述了从其推导出图像的纹理的一个方面。因此，由一组光谱图像推导出的 这种系数的集，产生对多光谱数据的色纹理特性的描述。然后，这些特性 可与已知样本的类似特性进行比较，以进行生物测定确定，例如欺骗或活 度确定。备选地，可以将所述特性与从据称同一个在较早的时候取得的数 据展开的那些进行比较，以建立身份。进行这种确定的方法通常类似于上 述关于光谱特征所描述的方法。这种确定的可适用分类技术包括线性和二 次判别分析、分类树、神经网络和本领域技术人员已知的其它方法。类似地，在样本为手或手指的掌侧表面的一个实施方案中，图 像像素基于它们的光谱品质或它们色度纹理特性可以分类为"脊"、"谷"或 "其它"。可以利用判别分析方法例如线性判别分析、二次判别分析、主分 量分析、神经网络和本领域技术人员已知的其它方法，进行这种分类。因 为脊和谷像素在典型的掌侧表面是连续的，所以在某些情况下，来自感兴 趣的图像像素周围的局部相邻位置的数据被用来对图像像素进行分类。这 样，常规的指纹图像可被提取做进一步处理并做生物测定评估。"其它"类 型可表示具有不同于真实样本中预料的光谱品质的图像像素。可设置被分 类为"其它"的图像中的像素总数的阈值。如果超过此阈值，则可确定样本 是非真实的而做出适当的指示并采取行动。以类似的方法，可分析从例如手指的掌侧表面的区域收集的多 光谱数据，以直接估计"细节点"的位置，其被定义为脊末梢、分叉或其它 这类形貌发生变化的位置。例如，多光谱数据集的色度纹理特性可用上述 方式确定。然后可用这些特性，以上述方式将每一图像位置分类为"脊末 梢"、"脊分叉"或"其它"。以此方式，细节特征就可直接从多光谱数据中提 取，而不必进行麻烦的计算例如图像归一化、图像二值化、图像细化和细节过滤，这些本领域技术人员已知的技术。身份的生物测定确定可利用整个空间-光谱数据体或利用它的特 定部分来做。例如，适当的空间滤波器可用来分离出较低空间频率信息， 这是组织中较深的光谱活性结构的典型代表。指纹数据可用类似的空间频 率分离法和/或上面披露的像素分类法提取。光谱信息能用上面所讨论的方 法从图像的有效部分分离出来。然后，可对空间-光谱数据体的这三个部分 用本领域技术人员已知的方法进行处理并与对应的登记数据进行比较，以 确定匹配的程度。基于这些特征的匹配强度，能做出关于样本与登记数据 的匹配的判定。有关可进行的空间-光谱分析的某些类型的附加细节提供在
Robert k.Rowe等人2004年4月5日提交的、名称为"MULTISPECTRAL BIOMETRIC SENSOR"的美国专利No.7,147,153中，通过引用将其全部 公开内容为了所有目的全面地结合在此。现在将意识到，可以将各种传感器实施方案以多种方式用于检 测皮肤部位的局部一致特征。各种实施方案可以单独地、组合地、串行地 或并行地检测空间、光谱、纹理和/或其它信息。将进一步意识到的是，可 以根据本发明使用许多传感器配置，所述传感器配置的一些在以下描述。根据本发明的，可以将小面积生物测定传感器，例如以上讨论 的那些，嵌入在各种系统和应用装置中。在一些实施方案中，传感器可以 配置为专用系统，其连接到PC或网络接口、 ATM，保护入口或允许对电 子器件例如移动电话的特定部件的访问。在这些实施方案中， 一个或多个 人可以在生物测定系统中登记并且使用特定读取器，以获得访问特定功能 或区域的权利。在其它的实施方案中，传感器被配置作为个人生物测定系统， 其确认授权使用装置的销售人员的身份，并且将此授权传达给需要访问授 权的任何适当装备的PC、 ATM、入口、或电子器件的部件。在一个实施 方案中，个人生物测定系统将识别编码传送到请求单元，然后使用生物测 定信号确认授权。这将意味着所述系统需要进行验证工作，而非潜在更加 困难的识别工作。然而，从使用者的观点，系统可以认出使用者而不需要显示地识别他或她本人。因而，该系统可以看起来以识别模式工作，这对于使用者可以更便利。个人生物测定系统的优点可以在于，如果未授权的人能够使特定生物测定系统-个人组合的个人生物测定系统编码失效，则个人生物测定系统可以被重置或替换以使用新的识别编码，从而重建关于授权的人的安全生物测定。此能力可以与将授枚仅基于生物测定特征(例如，来自指纹的空间-光谱信息)的多人生物测定系统形成对比。在所述多人生物测定系统的情况下，如果入侵者能够通过某种方式模仿来自授权使用者的信号而危害系统，则当它仅基于人的固定的生理特征时，就可能没有改变生物测定编码的能力。图13显示了以电子钥匙挂件1302配置的个人光谱生物测定系统的一个实施方案。尽管显示的是等距传感器配置，但是将意识到的是，可以使用根据本发明的任何类型的传感器。在一些实施方案中，照射系统1304和检测系统1306内置在挂件1302中，作为用于收集和数字化光谱信息的装置(未示出)。在一个实施方案中，传送短程无线技术1303(例如，基于RF信号)以在挂件和相应的读取器(未示出)之间通信，例如，以允许访问PC、入口等。在另一个实施方案中，将红外光学信号用于在挂件1302和读取器之间传送信息。在又一个实施方案中，在挂件1302和读取器之间建立直接的电连接。检测到的生物测定信息的实际处理可以在挂件1302内或在读取器进行。在前一情况下，可以在挂件1302内完成进行比较所必需的逻辑操作，然后将简单的确认或否认信号传送到读取器。在后一情况下，可以将检测到的生物测定信息从挂件1302传送到读取器(立即、顺次，或以任
何其它的有用方式)，并且可以在读取器或在读取器连接的主机进行比较和决定。在任一种情况下，都可以以安全的方式进行挂件1302和读取器之间的通信，例如，以避免拦截或系统的未授权使用。用于保证两个装置之间的安全通信的方法对于本领域的普通技术人员是众所周知的。在图14中描绘了个人光谱生物测定系统1400的第二实施方案。在此实施方案中，生物测定读取器1411被内置在例如手表1412中，并且基于从接近手表位置(例如，围绕手腕)的皮肤检测到的信号工作。在某些实施方案中，此系统的操作可以与关于图13所述的操作相同。除手表或挂件以外，可以将类似的生物测定能力置于其它个人电子装置中，包括例如，个人数字助手("PDA")和移动电话。在每一种情况下，个人生物测定系统可以提供用于访问其中安装有所述个人生物测定
系统的这两种装置的使用者授权，以及用于移动商务("M-商务")或所述装
置能够进行的其它无线交易的授权。还可以将小面积传感器应用于火器、商业设备、电动工具或其它潜在危险的装置或系统，例如，以防止未授权的或非故意的使用。例如，可以将生物测定传感器放置到火器的手柄中，以在以正常方式握持枪时传感组织特性。其它实施方案提供了下列能力识别应当从访问受保护的特性以及确定谁被授权访问该特性中明确排除的人。此能力可以，例如，改进系统对于已知试图使用所述装置的那些未授权的人的生物测定性能，这在某些情况(例如，个人手枪的情况)下是尤为重要的。具体地，拥有通过生物测定启用的手枪的父母可以将他们自己登记为授权使用者，并且还可以将他们的孩子登记为明确未授权的使用者。以此方式，父母可以进一步保证，与枪共处一室的孩子将不能使用它。再进一步的实施方案将生物测定系统的明确-否认能力用于固定设备，例如家庭、营业场所或汽宇。例如，安装在营业场所的入口的生物测定系统可以用于允许授权的雇员或临时工人进入。如果雇员被解雇或临时工人的期限期满，则可以将他们的登记数据从授权数据库转移到未授权数据库，并且如果之前雇员试图进入，则进行明确检査以拒绝这些雇员的访问。将意识到，本文中所述的应用仅为实施例，并且许多其它的应用也是可以的。例如，许多空间-光谱特征可以指示活组织，从而允许将一些传感器用于检测样本的"活度"。这可以阻止某些类型的欺骗尝试，例如胶乳或蜡"代替物"、或死的或切离的组织。在一些应用中，例如因特网访问授权，可以有用的是使用光谱生物测定系统来验证人的性别和/或年龄。因为年龄和性别可以在皮肤结构和组成中以不同的方式显现，因此光谱还可以在系统的和指示的方式方面发生改变，使得使用生物测定数据可以估计年龄和性别。关于从生物测定测量估计某些个人特征的另外的细节提供在由Robert K. Rowe在2004年12月9日提交的题为"METHODS ANDSYSTEMS FOR ESTIMATION OF PERSONAL CHARACTERISTICSFROM BIOMETRIC MEASUREMENTS"的美国专利No.7,623,313中，所
述专利的整个公开内容为了所有目的而通过引用结合在此。在各种实施方案中，任何一种上述类型的生物测定传感器可以通过计算系统操作，以执行生物测定功能性。图15宽泛地示例了怎样将单独的系统元件以分开的或更加集成的方式进行执行。计算装置1500被显示包括经由总线1526电连接i^硬件元件，其还与生物测定传感器1556连接。硬件元件包括处理器1502、输入装置1504、输出装置1506、存储装置1508、计算机-可读存储介质读取器1501a、通信系统1514、处理加速单元1516如DSP或专用处理器，以及存储器1518。计算机可读存储介质读取器1501a另外连接到计算机可读存储介质1510b，该组合全面地表示远程、本地、固定和/或可拆卸存储装置加上用于临时和/或较永久地包含计算机可读信息的存储介质。通信系统1514可以包括有线的、无线的、调制解调的(modem)和/或其它类型的接口连接，并且允许与外部装置交换数据。计算装置1500还包括软件元件，其显示为当前位于工作存储器1520内，包括操作系统1524和其它代码1522，例如设计用于执行本发明的方法的程序。对于本领域技术人员显而易见的是，可以根据具体需求使用实质上的变体。例如，还可以使用定制的硬件和/或可以硬件、软件(包括便携式软件，例如applet)或两者实现特定元件。此外，可以使用至其它计算装置，如网络输入/输出装置，的连接。将意识到，采用-种或多种专用集成电路(ASIC)，所述装置的这些单元可以单独地或共同地实现，所述专用集成电路适于进行硬件中的可应用功能的一些或全部。备选地，由在一个或多个集成电路上的一个或多个其它的处理单元(或处理核)，进行所述功能。在其它的实施方案中，可以使用其它类型的集成电路(例如，结构化/平台式ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)和其它的半定制IC)，其可以以本领域中已知的任何方式编程。每一个单元的功能还可以用指令整体地或部分地执行，所述指令嵌入在存储器中，被格式化为由一个或多个通用或专用处理器实行。「01281示例性方法图16提供了用于使用根据本发明的实施方案的多光谱传感器结
构的示意性方法的流程图。尽管附图显示了以具体顺序进行的多个步骤，但是这意在是示意性的而非限制性的。在其它的实施方案中，可以以不同的顺序进行所述步骤，可以增加其它的步骤，和/或可以省略具体识别的一些步骤。在方框1604，照射个体的皮肤部位。在一些实施方案中，在多种不同的光学条件下照射皮肤部位，例如所述光学条件包括多个波长、偏振和/或光源-检测器间隔。在方框1608，接收从皮肤部位散射的光。在方框1612，然后从接收到的光形成皮肤部位的图像(例如，通过产生相应于不同的光学条件的皮肤部位的图像)，以产生局部特征轮廓。所述局部特征轮廓可以表征被成像的皮肤部位的局部一致特征。在方框1616，可以分析局部特征轮廓。在一些实施方案中，此分析包括将局部特征轮廓与参比特征轮廓进行比较。在某些实施方案中，参比特征轮廓包括与使用传感器的个体的局部一致特征有关的图像数据。例如，所述数据可以来自传感器的之前使用和/或来自之前收集的图像的数据库。此外，在一些实施方案中，传感器可以能够通过增强它的分析算法而随时间"学习"。例如，可以使用遗传算法、图像平均、神经网络和其它技术。在方框1620，基于局部特征轮廓的分析，可以进行生物测定功能。在一些实施方案中，生物测定功能包括身份识别功能。例如，可以将局部特征轮廓与存储的参比特征轮廓进行比较，以识别个体或确认个体的身份。在其它的实施方案中，生物测定功能包括人口统计、人体测量、活度、分析物测量，和/或其它生物测定功能。此说明书仅提供了示例性实施方案，并且不意在限制本发明的范围、适用性或配置。相反，实施方案的确切描述将对本领域技术人员提供关于执行本发明的实施方案的开放描述。在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。而且，应当强调，技术不断发展，并且因而许多元件仅是示例，并且不应当解释为是对本发明范围的限制。因而，在适当时各种实施方案可以省略、代替或增加各种程序 或部件。例如，应当意识到，在备选的实施方案中，可以以与所述顺序不 同的顺序进行所述方法，并且可以增加、省略或合并各种步骤。而且，关 于某些实施方案所述的特征可以组合到各种其它的实施方案中。可以以类 似的方式组合所述实施方案的不同方面和要素。而且，应当注意，可以将实施方案描述为作为流程图或方框图 描绘的方法。尽管每一种都可以将操作描述为连续过程，但是许多操作可 以平行或同时进行。另外，操作的顺序可以重排。其过程可以具有附图中 没有包括的另外的步骤。而且，如本文中所公开的，术语"存储器"或"存储器单元"可以表 示一种或多种用于存储数据的装置，包括只读存储器(ROM)、随机存取存 储器(RAM)、磁RAM、磁心存储器、磁盘存储介质、光学存储介质、闪 存装置、或用于存储信息的其它计算机-可读介质。术语"计算机可读介质" 包括，但不限于，便携式或固定存储装置、光学存储装置、无线信道、sim 卡、其它智能卡，以及能够存储、包含或承载指令或数据的各种其它介质。此外，实施方案可以通过硬件、软件、固件、中间件、微码、 硬件描述语言或它们的任何组合执行。当在软件、固件、中间件或微码中 执行时，可以将用于进行必需工作的程序代码或代码段存储在计算机可读 介质如存储介质中。处理器可以进行必需的工作。已描述了若干实施方案，本领域技术人员将认识到，在不偏离 本发明的精神的情况下，可以使用各种更改、备选配置以及等同物。例如， 以上要素可以仅是较大系统的部件，其中其它的规则可以优先或以其它方 式改变本发明的应用。而且，可以在考虑以上要素之前、过程中或之后进 行许多步骤。因此，上面的描述不应当用来限制本发明的范围，本发明的 范围由后附权利要求所限定。
权利要求
1.一种进行生物测定功能的方法，所述方法包括用照射光照射个体的小面积的目标皮肤部位；接收从所述小面积的目标皮肤部位散射的光；从所接收的光产生局部特征轮廓，其中所述局部特征轮廓标识了所述小面积的目标皮肤部位的特征，所述小面积的目标皮肤部位的所述特征具有预定用于展示充分的局部一致性的类型；和分析所产生的局部特征轮廓，以进行生物测定功能；其中分析所产生的局部特征轮廓包括将所产生的局部特征轮廓与参比局部特征轮廓相比较，其中所述参比局部特征轮廓是从小面积的参比皮肤部位所散射的光产生的，并且其中所述小面积的目标皮肤部位实质上不同于所述小面积的参比皮肤部位。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述小面积的目标皮肤部位与表 面接触。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述光基本上是在包括所述表面 的平面中接收的。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述小面积的目标皮肤部位是所 述个体的掌侧皮肤表面。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述个体的所述掌侧皮肤表面包 括所述个体的指纹的一部分。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中产生所述局部特征轮廓包括 从所接收的光形成图像； 从所述图像产生空间分布的多光谱数据；和 处理所述空间分布的多光谱数据以产生所述局部特征轮廓。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中产生所述局部特征轮廓包括 从所接收的光形成图像； 从所述图像产生图像-纹理量度；和处理所产生的图像-纹理量度以产生所述局部特征轮廓。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中 所述生物测定功能包括防欺骗功能；并且分析所产生的局部特征轮廓包括从所产生的局部特征轮廓确定所述 小面积的目标皮肤部位是否包含活组织。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中 所述生物测定功能包括身份识别功能；并且分析所产生的局部特征轮廓包括从所产生的局部特征轮廓确定所述 个体的身份。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中 所述生物测定功能包括人口统计功能；并且'分析所产生的局部特征轮廓包括从所产生的局部特征轮廓估计所述 个体的人口统计特征。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中 所述生物测定功能包括人体测量功能；并且分析所产生的局部特征轮廓包括从所产生的局部特征轮廓估计所述 个体的人体测量特征。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中接收从所述小面积的目标皮肤部位散射的光包括在成像检测器处接 收从所述小面积的目标皮肤部位散射的光。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中接收从所述小面积的目标皮肤部位散射的光包括在所述成像检测器 的表面平面处接收从所述小面积的目标皮肤部位散射的光。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中接收从所述小面积的目标皮肤 部位散射的光包括在传感器台板的表面平面处接收光的图案；在所述光的图案没有显著劣化或衰减的情况下，将所述光的图案从所 述台板的表面平面转移到所述成像检测器，其中所述成像检测器布置在所 述台板的表面平面的外面；和在所述成像检测器处接收所转移的光的图案。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述照射光是白光。
16. 根据权利要求1所述的方法，其中照射所述小面积的目标皮肤部 位包括在多种不同的光学条件下照射所述小面积的目标皮肤部位。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中在所述多种不同的光学条件下 照射所述小面积的目标皮肤部位包括在多种不同的偏振条件下用光照射 所述小面积的目标皮肤部位。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中在所述多种不同的光学条件下 照射所述小面积的目标皮肤部位包括在多种不同的波长下用白光照射所 述小面积的目标皮肤部位。
19. 根据权利要求16所述的方法，其中从所接收的光产生所述局部特征轮廓包括产生多个图像，所述多个图像的每一个均对应于所述不同的光学条件之一；和对所述多个图像应用复合算法。
20. 根据权利要求16所述的方法，其中所述参比局部特征轮廓是进一步通过如下产生的从多个图像产生复合参比图像，所述多个图像的每一个对应于之前成 像的小面积的参比皮肤部位。
21. 根据权利要求16所述的方法，其中在所述多种不同的光学条件下照射所述小面积的目标皮肤部位包括用具有多种不同波长的光照射所述小面积的目标皮肤部位。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中产生所述局部特征轮廓包括 产生对应于所述不同波长的多个图像；和 对所述多个图像的至少一部分进行空间移动窗口分析。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中进行所述空间移动窗口分析包 括计算所述多个图像的移动窗口傅立叶变换。
24. 根据权利要求22所述的方法，其中进行所述空间移动窗口分析包括计算所述多个图像的移动窗口中心性量度和移动窗口变化性量度。
25. 根据权利要求1所述的方法，其中接收从所述小面积的目标皮肤部位散射的光包括在单色成像检测器处接收从所述小面积的目标皮肤部位散射的光。
26. 根据权利要求1所述的方法，其中接收从所述小面积的目标皮肤 部位散射的光包括在彩色成像检测器处接收从所述小面积的目标皮肤部 位散射的光。
27. 根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括 在进行所述生物测定功能中，将所接收的光的光谱特征与参比光谱特征相比较。
28. —种生物测定传感器，包括照射子系统，布置为用照射光照射个体的小面积的目标皮肤部位； 检测子系统，布置为接收从所述小面积的目标皮肤部位散射的光；和计算单元，所述计算单元与所述检测子系统相接口，并且具有用于从所接收的光产生局部特征轮廓的指令，其中所述局部特征 轮廓标识了所述小面积的目标皮肤部位的特征，所述小面积的目标皮肤部位的所述特征具有预定用于展示充分的局部一致性的类型；和用于分析所产生的局部特征轮廓以进行生物测定功能的指令，其中分析所产生的局部特征轮廓包括将所产生的局部特征轮廓与参比局部特征轮廓相比较，其中所述参比局部特征轮廓是从小面积的参比皮肤部位所散射的 光产生的，并且其中所述小面积的目标皮肤部位基本上不同于所述小面积的参比 皮肤部位。
29. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，进一步包括 适于与所述个体的所述小面积的目标皮肤部位接触的表面。
30. 根据权利要求29所述的生物测定传感器，其中 所述照射子系统布置为当所述小面积的目标皮肤部位与所述表面接触时，照射所述小面积的目标皮肤部位。
31. 根据权利要求29所述的生物测定传感器，其中 所述光是基本上在包括所述表面的平面中接收的。
32. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述小面积的目标皮肤部位是所述个体的掌侧皮肤表面。
33. 根据权利要求32所述的生物测定传感器，其中所述个体的所述掌 侧皮肤表面包括所述个体的指纹的一部分。
34. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中用于产生所述局部 特征轮廓的指令包括从所接收的光形成图像； 从所述图像产生空间分布的多光谱数据；和 处理所述空间分布的多光谱数据以产生所述局部特征轮廓。
35. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中用于产生所述局部 特征轮廓的指令包括从所接收的光形成图像； 从所述图像产生图像-纹理量度；和 处理所产生的图像-纹理量度以产生所述局部特征轮廓。
36. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中 所述生物测定功能包括防欺骗功能；并且用于产生所述局部特征轮廓的指令包括从所产生的局部特征轮廓确 定所述小面积的目标皮肤部位是否包含活组织。
37. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中 所述生物测定功能包括身份识别功能；并且用于产生所述局部特征轮廓的指令包括从所产生的局部特征轮廓确 定所述个体的身份。
38. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中 所述生物测定功能包括人口统计功能；并且用于产生所述局部特征轮廓的指令包括从所产生的局部特征轮廓估计所述个体的人口统计特征。
39. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中 所述生物测定功能包括人体测量功能；并且用于产生所述局部特征轮廓的指令包括从所产生的局部特征轮廓估计所述个体的人体测量特征。
40. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，所述生物测定传感器另外包括成像检测器，其中所述检测子系统包括所述成像检测器，并且所述检测子系统配置为在 所述成像检测器处接收从所述小面积的目标皮肤部位散射的光。
41. 根据权利要求40所述的生物测定传感器，其中所述检测子系统配置为在所述成像检测器的表面平面处接收从所述小 面积的目标皮肤部位散射的光。
42. 根据权利要求40所述的生物测定传感器，所述生物测定传感器进一步包括传感器台板，所述传感器台板包括表面平面；成像检测器，所述成像检测器布置在所述传感器台板的表面平面的外面；禾口光学装置，所述光学装置配置为在光的图案没有显著劣化或衰减的情 况下，将所述光的图案从所述传感器台板的表面平面转移到所述成像检测 器，其中所述检测子系统包括所述成像检测器，并且所述检测子系统配置 为在所述成像检测器处接收所转移的光的图案。
43. 根据权利要求40所述的生物测定传感器，其中 所述成像检测器是单色成像检测器。
44. 根据权利要求40所述的生物测定传感器，其中 所述成像检测器是彩色成像检测器。
45. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述照射光是白光。
46. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述照射子系统布置为在多种不同的光学条件下照射所述小面积的目标皮肤部位。
47. 根据权利要求46所述的生物测定传感器，其中所述多种不同的光学条件包括多种不同的偏振条件。
48. 根据权利要求46所述的生物测定传感器，其中所述多种不同的光 学条件包括在多种不同波长下的白光。
49. 根据权利要求46所述的生物测定传感器，其中用于从所接收的光 产生所述局部特征轮廓的指令包括用于产生多个图像的指令，所述多个图像的每一个均对应于所述不同 的光学条件之一；和对所述多个图像应用复合算法的指令。
50. 根据权利要求46所述的生物测定传感器，其中所述参比局部特征轮廓是进一步通过如下产生的从多个图像产生复合参比图像，所述多个图像的每一个对应于之前成 像的小面积的参比皮肤部位。
51. 根据权利要求46所述的生物测定传感器，其中所述多种不同的光学条件包括具有多种不同波长的光。
52. 根据权利要求51所述的生物测定传感器，其中用于产生局部特征轮廓的指令包括用于产生对应于所述不同波长的多个图像的指令；和 用于对所述多个图像的至少一部分进行空间移动窗口分析的指令。
53. 根据权利要求52所述的生物测定传感器，其中用于进行所述空间 移动窗口分析的指令包括计算所述多个图像的移动窗口傅立叶变换。
54. 根据权利要求52所述的生物测定传感器，其中用于进行所述空间移动窗口分析的指令包括计算所述多个图像的移动窗口中心性量度和移动窗口变化性量度。
55. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述计算单元进一步具有用于在进行所述生物测定功能中，将所接收的光的光谱特征与参比光谱特征相比较的指令。
56. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述传感器的暴露 表面的面积小于0.75 cm2。
57. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述传感器的暴露 表面的面积小于0.5cm2。
58. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述传感器的暴露 表面的面积小于0.25 cm2。
59. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述传感器的暴露 表面的面积小于O.l cm2。
60. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述传感器的暴露 表面的面积小于0.05cm2。 -
61. 根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述传感器的暴露表面的面积小于0.01 cni2。
62.根据权利要求28所述的生物测定传感器，其中所述传感器实质上 是点传感器。
全文摘要
本发明对于生物测定传感器描述了系统、装置、方法和软件，所述生物测定传感器允许在不显著减小传感器的生物测定功能性的情况下减小传感面积的尺寸。照射个体的皮肤部位，并且接收从皮肤部位散射的光。从接收到的光形成皮肤部位的局部一致特征的图像。分析所述局部一致特征，以进行生物测定功能。
文档编号A61B5/117GK101641049SQ200880009107
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月19日 优先权日2007年3月21日
发明者罗伯特·K·罗 申请人:光谱辨识公司