使用扫描型成像器的生物特征信息检测的制作方法

专利名称：使用扫描型成像器的生物特征信息检测的制作方法
使用扫描型成像器的生物特征信息检测
本发明一妝涉及一种用于检测生物特征信息的方法和系统，例如一种使用 扫描型成像器的指纹识别方法和系统。
由于廉价计算机的可用性，M生物特征对Ai4行自动识别已经变为可能。 例如，通常使用的用于记录指纹图像的部件，也被称作指纹传感器，其可以分
为三个组
1 )使用光学投影的传感器；
2) 平面传感器；或
3) 带状传感器。
就使用光学投影的传感器而言，图像取自其上承载指尖的清晰、透明的表 面，并且其通过光学装置以减少尺寸的方式在芯片照相机中成像。芯片照相机 的表面仅仅是承载面积大小的一部分。从而半导体材料的成本相对较低，但是 光学装置的成本很高。此外，基于该原理的传感器需要有几厘米的大小。
使用最广泛的是平面传感器，其具有指尖大小的图像记录器，该图像记录
器基于半导^M底制造。其需要有大约14xl8mm到22x25mm之间的面积。无 论1OT什么成像原理(测量局部电容效应，电场变化或者光学记录)，成本的相 当大的部分是由作为对记录单元(像素)的支持的必要芯片表面单独导致的。 考虑到大量的使用，这些成本例如比今天对于图像评估微处理器所导致的成本
要高很多。
在第三组中，只需要小得多的记录表面，因为指尖的图像柳顿序地按行记 录。用户在记录行传感器上移动他的手指，该传自随着移动的进行逐行检测 指纹。这些传感器只需要15xlmm到20x3mm的窄带芯片表面，也就是说仅仅 需要一部分的半导体材料，从而具有高得多的经济效益。然而，在实践中，它 们有明显的缺点，即经常产生不可用的失真图像。
PCT申请W02005/024706中描述了一种指纹检测系统，其中带状传繊被 用于记录用户指纹的图像，以及光电子速度传感器被用于在图像捕获期间，通
过评估在移动手指表面处反射的已调制激光的调制的多普勒频移来确定手指的 运动。确定的手指的运动被用于校正由于不规则的运动而引起失真的手指结构 的图像。
如果使用具有足够高的空间分辨率的扫描型传感器，在传自上进行的手 指的单个的扫描就能提供充足的图像 以精确地重新产生指纹的图像。然而， 在多种类型的传感器的情况下，单个的扫描产生具有低空间^f,率的图像。
图像中每个采样的实际位置是在采样那一刻所述单元的位置。在许多系统 中，这些被量化为像素位置的(例如，矩形的)网格以提供标准的信号处理算 法用于进一步的处理。
通过增加采样频率或降低手指运动的速度，可以在手^ii动的方向上提高
图像的空间分辨率。在沿着行分布的较小距离上使用多个单元能够在垂直于手 指运动的方向上提高空间分辨率。另外，重复扫描也可以在垂直于手指运动的 方向上增加空间分辨率。
如果获得的图像空间分辨率较低，可以使用可用样本的插值以获得特殊位 置的导出样本(如在量化过程中)。然而， 一般地，在有很少或没有可用样本的 区域使用插值是没有意义的。采样应当在空间上接近仍然是基本的，即在每一 个位置上数据应当是可用的。换句话说，水平方向和垂直方向上的分辨率需要 足够高。
因此本发明的目的是提供一种用于从身体局部的图像检测生物特征信息的 方法和系统，其中保证了在图像获得期间，获得足够数量和分布的釆样以重新 生成该身体局部的精确图像。
依据本发明的第一方面，提供了一种用于检测关于用户的生物特征信息的
方法，包括以下步骤提供至少一个传感器，用于当用户的身体局部经过所述 传感器时，提供表示所述身体局部的结构的图像 釆样；确定在测量操作期 间所获得的关于所述身体局部的数据采样的数量和位置识别在所述测量操作 期间是否获得了足够的 采样，并提供相应的指示。
同样根据本发明的第一方面，提供了一种用于检观咲于用户的生物特征信 息的系统，包括至少一个传感器，用于当用户的身体局部经过所述传感器时， 提供表示所述身体局部的结构的图像数据采样；用于确定在测量操作期间所获得的关于所述身体局部的数据采样的数量和位置的装置；用于识别在所述测量 操作期间是否获得了足够的数据采样的装置，以及用于提供相应的指示的装置。
因此，本发明的第一方面提供了一种装置，由此为用户提供了扫描是否完 成以及是否收集了足够的 采样用于测量操作的指示。
在一个示范性实施例中，当测量操作完成时，简单地提供指示。然而，另 外地或可替代地，可以在测量操作没有完成时提供关于需要由用户执行的动作 的指示，以促进测量操作，例如，"手向左移动"，"更慢地移动"等。
{继地，定义一阈值，其用于指示当达到这个阈值时，已经在测量操作期 间获得了足够的数据采样。在一个示范性实施例中，在测量操作期间所获得的
*采样周围定义Voronoi单元，并且当采样和所述单元的任一个顶点之间的最 大距离小于或等于预定义的阈值时，认为在测量操作期间获得了足够的数据采样。
在可替代的示范性实施例中，与扫描区域有关的一系列区域被定义，并且 关于每个区域所获得的数据采样的数量被确定，用于确定是否获得了足够的数 据采样来用于测量操作。在这种情况下，所述区域可能重叠和/或有不同的大小 和/或开沐。
在另夕卜一个示范性实施例中，可以定义一横跨在所述须糧操作期间获得的 所述身体局部的图像的像素图，并确定关于所述像素图的一个或多个区域中的 每一个所获得的数据采样的数量，从而确定是否已经获取足够的数据采样来用
于测量操作。
4允选地，所述方法进一步包括处理所述图像 采样以生,示所述身体 局部的图像，包括对所述数据采样进行插值以补偿任何丢失或不完全的数据采 样。
在一个示范性实施例中，生物特征信息被用于用户的识别，如t敏识别， 手部识别或人脸识别。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于检测关于用户的生物特征信息
的方法，包括步骤提供至少一个传感器，用于当用户的身体局部经过所述传 感器时，提供表示所述身体局部的表面的结构的图像数据采样生成表示关于 所述身体局部的至少一个下表面参数的数据，根据所述图像数据采样生成表示 所述身体局部的所述表面的所述结构的图像数据；并^ffl表示所述身体局部的所述表面的所述结构的所述图像数据和表示关于所述身体局部的至少一个下表 面参数的所述图像数据的组合来执行用户识别。
同样根据本发明的第二个方面，提供了一种用于检测关于用户的生物特征 信息的系统，其包括至少一个传感器，用于当用户的身体局部经过所述传感 器时，提供表示所述身体局部的表面的结构的图像数据采样；用于生成表示关 于所述身体局部的至少一个下表面参数的图像数据的装置；用于根据所述图像 数据采样生,示所述身体局部的所述表面的所述结构的图像 的装置，；以 及用于使用表示所述身体局部的所述表面的所述结构的所述图像数据和表示关 于所述身体局部的至少一个下表面参数的所述图像数据的组合来执行用户识别 的装置。
在优选实施例中，所述图像数据包括表示所述至少一个下表面参数的二维 图像数据。
在4腿实施例中，提供鹏传感器，tt^t也为光电子鹏传麟，以(雌 i鹏续地确定所述身体局部相对于所述传感器的运动，以及其中所确定的手指 运动被用于校正由于不规则的运动而引起失真的所述至少一个下表面参数的所 述图像。
所述至少一个下表面参数可以是血液中一个或多个溶解且封闭的气体，脉 络结构和真皮乳突。
参照这里所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是明显的并被说明。
本发明的实施例将仅仅ffl31^例的方式并参照附图进行描述，其中 图la示意性的说明了在匀速直线扫描的情况下，手指扫描和相关的一系列 采样位置；
图lb示意性的说明了在沿任意曲线 扫描的情况下，手指扫描和相关的 一系列采样位置；
图lc示意性的说明了在一系列扫描情况下，手指扫描和相关的一系列采样
位置；
图2是说明根据本发明的示范性实施例的指纹识另係统的示意图； 图3是说明在 时亥树于采样/长度为A的Veronoi单元^的示意图4是说明包含了大量采样 =i的预定义区域^的示意图5是说明包含了大量采样A^ 二 1的具有像素G的像素分布图的示意图； 图6示意性地表示了在水平距离a上使用了 3个单元的情况下所得到的采 样位置；
图7是说明依据本发明的一个示范性实施例的系统的主要部件的示意性框 图，其显示了激光传感器的输出信号如何用于测量诸如脉络结构的皮下层信息; 图8示出了两个应用实例。
在下面的极端情况下，使用仅有单个单元的触摸传感器。由此，可以很清 楚的看到所描述的方法如何应用于具有多个单元的传感器。

图1示意性的说明 了3个实例。图la示出了用户的手指沿着一直线匀速垂直移动的情形。所获取 的采样是等距离的。图lb示出了手指沿着任意曲线 移动。最后，图lc示 出了手指以垂直和组合一些水平移动的方式来回运动的情形。这种情形下的采 样是有几分任意分布的。
图2示出了实施例的示例，其包括线状传感器或带状传微l)，以及光电
子速度传感器(2)，其中，这里仅仅可以看到装置外壳(4)之外的部分投影。
手指(3)附旨尖轻轻的按压在外壳(4)的表面上，自度传感器(2)和线状或
带状传感器(1)上拉动。
只有当具有可再现和恒定的速度的直线运动相对于带状传感器横向进行
时，才会产生具有正交的等距离图像点的规则图像。这只能通过手指运动在有 限程度上近似。而有几分弯曲的变速不规则的运动(5)是典型的。
根据本发明，提供了一种装置用于确定是否已经捕获了足够的图像数据， 并将其提示给用户，并且现在将描述执^S"f寺征的一些可替代的方法。
1.单元测量
在扫描过程中的每一刻，可以为可用的采样确定Vorond单元，参见图3。 在时刻w ，在采样/周围定义的Voronoi单元记为K,。采样/与单元p;,任意一个 顶点之间的最大距离记为Z^,。随着更多的单元被测量，Voronoi单元的数量将 会增加，同时可能减少前面计算的Voronoi单元的长度、，即《," +1,。随后 可以这样引入阈值r:使得如果对于所有的/保持A^r或v,::L^r，贝赚得
来足够的采样，且扫描可以终止。
该阈值可以在整个图像(r )上保持不变，但也可能取决于区域或者采樹z;)。
在这种情况下如果保持了V,:^,7;，扫描做好准备。根据需要被重现的图像的
质量来确定r。很明显，所有采样的可用性实现了最优的处理。在实践中，丢 失采样不是问题，因为在这种情形下进行插值非常适合，但大量采样丢失的情 形除外。 一般地，允许的丢失采样的最大值取决于想得到的图像的质量，丢失 采样的位置和使用的插值算法以及由此进行的合适阈值的选择都非常依赖于这 个t青形。
2. 对区域中的采样进行计数
另一种方法是在图像上定义一系列区域^ ，它们可以相互重叠和/或具有不 同的大小和形状。对于这些区域中的每一个，其所包含的采样A^的数量被计数， 参见图4。
如果在足够的区域中(例如^L)获得足够的采样(、::K》气, )，扫描过
程可以终止。
3. 像素图
用于确定扫描是否准备好的相似的方法^il过在图像上定义像素图，图5。 对A和 保持相同的标准。事实上，每一傾样/的位置被量化至綱如区域^的中心。
需要注意的是，在许多系统中，少量采样丢失是可以接受的，并可以使用
插值来克服这个潜在的问题。这样，在对区域中的采样进行计数的情形下，扫 描可以在例如、:W 2 A^之前被终止。
在长度测量或采样计数的基础上，肖巨够产生"扫描已准备好"的信号以表 示已经获取足够的数据，且该扫描可以终止。除了 "扫描己准备好"的信号外， 还可能产生控制信号，其可以辅助用户在传感器上移动手指，从而需要额外采 样的手指部分被提供给传感器。具有过大长度的单元的位置或不具有足够采样 的区域可被转化成信号，诸如"左移"，"右移"等。此外，检测手指移动得太 快也是可能的。因此可以产生信号"减慢移动"。
图6中的例子显示了如果在距离"上使用了 3个单元，如何定位采样。
需要注意的是，这里描述的策略不仅仅应用于指纹的扫描，也可用于其他 方法。例如，面部识别的情形，面部可以针对摄像机移动和变化，直到获取足 够的数据。事实上， 一个2-D摄像机被用于获取3-D信息。一般地，本发明可 用于传感器的维数很低的情形，例如1-D代替2-D，或2-D代替3-D。 在WO2005/024706中公开了传感器可以执行皮下层测量，以"...从被手指 反射的光分量的彩色线光谱确定化学属性。因此，例如通过确定血液中溶解且 封闭的气体(例如，血液中的氧气成分或二氧化碳成分)的浓度可以区分活体 手指和复制品"。
除了这个提及的方法之外，制作2-D皮下层图像是可能的。这个图像可以 包括关于血液中溶解并封闭的气体浓度的信息，也包括关于例如脉络结构和真 皮乳突的信息。可以预料，这个皮下层信息适合用于用户识别。该皮下层图像 也可以用于增强传统的指纹用于识别目的。由于皮下层测量易遭受由如前面讨 论的对手指的不理想的扫描而引起相同的失真，可用的运动信息也能在这里使 用以控制图7中的图像处理器。
原则上，运动信息应当描述传感器相对于皮下层的运动。然而，由于皮下 层和实际测量的表面之间的距离非常小，产生的误差可以接受。此外，这个方 法明显降低了传感器系统的复杂性。
图8a和8b表示了两种应用。根据本发明的方案可以很方便的应用于移动 电话(15)。在节省空间的单元中，速度传感飄7)和线状传感器(6)被放置于前 侧或在外壳侧面上。这个单元同时是用于菜单控制和识别系统的输入部件。
另一个实例是由相关指纹敝活的小型认证装置。这里，示出了具有USB接 口的所谓令牌(16)，其可以用于PC系统以进行访问控制。
因此本发明相对于现有技术具有两个主要的优点，即
*生物特征数据图像的改进的且可调的分辨率；
* i!M使用皮下层2-D图像改进人物识别。
第一方面涉及，保持追踪通过传感器获得的采样的位置，并通过给出例如 "扫描已准备好"、"手指右移"、"减慢移动"等信号通知用户关于获^样的 进展。上面解释的3种采样策略都包括了一个阈值，在其上或其下时，扫描可 以停止，因为已经汇集足够的数据以获得高分辨率(手指)图像。
第二方面涉及，通过手指图像进行的可靠的人物识别。为这个目的，本发 明提出制作包括关于血液中(溶解且封闭的)气体的浓度，关于脉络结构，真皮乳 突等信息的2-D皮下层图像。
应当注意，上述实施例是说明而非限制本发明，并且在由不脱离附加权利 要求定义的本发明的范围的情况下，本领域技术人员肖^够设计许多可替代的实
施例。在权利要求中，位于括号中的任何参考标记都不能被解释为对权利要求
的限制。词语"包括"及类似语，不排除在任意权利要求或作为整体的说明书
中列出的元件或步骤之外存在其他的元件或步骤。元件的单数的标记不排除这
种元件复数的标记，反之亦然。本发明可以被通过包括若干不同元件的硬件装
置和M51合适的可编程计^t几装置实现。在列举了若干装置的装置权利要求中， 其中一些装置可以由一个或相同的硬件项目来体现。在相互不同的从属权利要
求中列举的某些测量方式不表g些测量方式的组合不能产生好的效果。
权利要求
1、一种用于检测关于用户的生物特征信息的方法，包括如下步骤提供至少一个传感器(1)，用于当用户的身体局部(3)经过所述传感器(1)时，提供表示所述身体局部(3)的结构的图像数据采样；确定在测量操作期间所获得的关于所述身体局部(3)的数据采样的数量和位置；识别在所述测量操作期间是否获得了足够的数据采样并提供相应的指示。
2、 根据权利要求1的方法，其包括提供如果确定获取了足够的采样贝IJ所述测量操作完成的指示。
3、 根据t又利要求l的方法，其包括如果确定没有获M够的采样，提供需要由用户执行的动作以改it^述观懂操作的指示。
4、 根据权利要求l的方法，其中定义了一阈值，其表示当达到这个阈值时，在所述测量操作期间已经获取足够的数据采样。
5、 根据权利要求l的方法，其中，在测量操作期间所获得的齡采样周围 定义Voronm单元，并且当采样和所述单元的任意一个顶点之间的最^J巨离小于 或等于预定义阈值时，认为在测量操作期间已经获取了足够的M采样。
6、 根据权利要求l的方法，其中，定义了与扫描区域有关的一系列区域， 并且确定相对于每个区域所获得的数据采样的数量，从而确定是否已经获得了足够的数据采样来用于测量操作。
7、 根据权利要求6的方法，其中所述区域重叠和/或具有不同的大小和/或糊犬。
8、 根据权利要求l的方法，其中，定义了横跨在所述测量操作期间获得的 所述身体局執3)的图像的像素图，确定了关于所述像素图的一个或多个区域中 的每一个所获得的数据采样的数量，从而确定是否已经获取足够的数据采样来 用于测量操作。
9、 根据权利要求1的方法，其进一步包括处理所述图像 采样以生) 示所述身体局敬3)的图像，包括对所述数据采样进行插值以补偿任何丢失的或 不完整的数据采样。
10、 根据权利要求l的方法，其中，所述生物特征信息被用于用户识别， 诸如指纹识别，手部识别或面部识别。
11、 一种用于检测关于用户的生物特征信息的系统，包括至少一个传感 教l)，用于当用户的身体局部(3)经过所述传,1)时，提供表示所述身体局部 (3)的结构的图像数据采样；用于确定在测量操作期间所获得的关于所述身体局 部(3)的 采样的数量和位置的装置；用于识别在所述测量操作期间是否获得 了足够的数据采样的装置，和用于提供相应的指示的装置。
12、 一种用于检测关于用户的生物特征信息的方法，包括如下步骤提供 至少一个传感器(l)，用于当用户(3)的身体局部(3峰过所述传^l(l)时，提供 表示所述身体局部的表面的结构的图像数据的采样；生成表示关于所述身体局 部(3)的至少一个下表面参数的数据；根据所述图像数据采样生皿示所述身体 局部(3)的所述表面的所述结构的图像数据；以及使用表示所述身体局部(3) 的所述表面的所述结构的所述图像数据和表示关于所述身体局諷3)的至少一个 下表面参数的所述图像数据的组合来执行用户识别。
13、 根据权利要求12的方法，其中，所述图像 包括表示所述至少一个下表面参数的二维图像数据。
14、 根据权利要求12的方法，其中，提供速度传感器(1)，用于确定所述 身体局部(3)相对于所述传感教1)的运动，并且其中所确定的手指运动被用于校 正表示由于不规则的运动而失真的所述至少一个下表面参数的所述图像。
15、 根据权利要求12的方法，其中，所超少一个下表面参数包括一个或多个在血液中溶解且封闭的气体，脉络结构和真皮乳突。
16、 一种用于检测关于用户的生物特征信息的系统，包括至少一个传感用于当用户的身体局部(3)经过所述传iimi)时，提供表示所述身体局部(3)的表面的结构的图像数据采样；用于生成表示关于所述身体局部(3)的至少一 个下表面参数的图像数据的装置；用于根据所述图像数据采样生皿示所述身 体局部(3)的所述表面的所述结构的图像数据的装置；及用于使用表示所述身体 局部(3)的所述表面的所述结构的所述图像数据和表示关于所述身体局部(3)的至 少一个下表面参数的所述图像数据的组合来执行用户识别的装置。
全文摘要
一种指纹识别系统，其中在带状传感器(1)上扫描用户的手指(3)，直到确定获取了足够多的图像数据采样，然后提供扫描操作完成的指示。
文档编号G06K9/00GK101341496SQ200680048157
公开日2009年1月7日 申请日期2006年12月20日 优先权日2005年12月21日
发明者A·A·M·L·布鲁克斯, C·C·普雷素拉, M·达姆斯特拉 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司