專利名稱：攝像裝置、指紋認證裝置和攝像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及取得被拍攝物體的圖像的攝像裝置、使用該攝像裝置的指紋認證裝置和攝像方法，特別是，涉及適當?shù)卮钶d在指紋認證等的生物體認證系統(tǒng)中的攝像裝置、使用該攝像裝置的指紋認證裝置和攝像方法。
背景技術(shù)：
近年來，為了確保個人信息和機密信息的安全，指紋認證裝置等的生物體認證系統(tǒng)引人注目，也增加了將它制成辦公設(shè)備和便攜式設(shè)備的需要。這種利用指紋、面孔、虹膜、掌紋等的生物體認證系統(tǒng)從攝像裝置取得生物體的圖像，從該取得的圖像提取特征，將其信息與原來已經(jīng)登記的數(shù)據(jù)對照，進行本人的認證。
這里，作為用于生物體認證系統(tǒng)的攝像裝置的檢測方式，存在著用CCD和CMOS傳感器等的攝像元件的光學(xué)方式、靜電電容方式、壓力感知方式、熱感應(yīng)方式、電場檢測方式等。又，作為別的分類，存在著用2維區(qū)域傳感器統(tǒng)括地取得被拍攝物體圖像的區(qū)域類型；和使用1維直線傳感器或副掃描方向的像素數(shù)約為5～20的帶狀的2維傳感器，將在副掃描方向順次地對被拍攝物體進行攝像得到的整體圖像合成的稱為掃描型(sweep type)的攝像方式(例如，請參照日本公開公報，日本特開2002-216116號專利公報。)至今，在這種生物體認證系統(tǒng)中，在對由攝像裝置取得的圖像進行改善對比度和強調(diào)邊緣等的各種不同的圖像處理后，實施用于進行對照的特征提取處理。
又，已經(jīng)揭示了關(guān)于在傳感器的受光區(qū)域內(nèi)的不同部分中使曝光條件不同進行攝影的圖像輸入裝置的技術(shù)(例如，請參照美國公開公報USAA2003147550。)可是，在生物體認證系統(tǒng)中，如果原來攝像的圖像本身沒有某種程度的充分的圖像品質(zhì)，則因為特征提取水平下降，所以對照精度降低。例如，在光學(xué)式的指紋傳感器中，光源的質(zhì)量成為決定拍攝圖像自身的圖像品質(zhì)的重大要素。
例如當將多個LED等作為光源時，各光源(LED)光量的不均勻性成為一個問題。例如LED，即便根據(jù)亮度的等級分層次加以區(qū)別，也存在著將相同的電流值亮度的最小值和最大值相差2倍的情形作為允許范圍，作為相同制品出廠。即，相對于相同的電流值的亮度在LED制品之間的不均衡是很大的。
在這種情形中，當將多個LED作為光源時，亮度的不均衡原封不動地在拍攝的指紋圖像中表現(xiàn)出來，光源的不均勻性最大占據(jù)動態(tài)范圍的50％而擠壓信號成分。這不僅引起S/N的降低，而且因為不均勻性的搗亂使為了除去背景和提取隆起線等的提取攝像圖像特征的圖像處理更加困難，所以存在著結(jié)果使對照精度低下那樣的問題。
又，特別是在使手指密切接觸傳感器的光學(xué)式的指紋傳感器的情形中，因為將光源配置在傳感器附近，所以從光源和傳感器的距離關(guān)系，與傳感器上的受光區(qū)域有關(guān)，光量發(fā)生不均衡產(chǎn)生光量的不均勻性(黑斑)。在這種情形中，也存在著因為亮度差原封不動地在攝像的指紋圖像中表現(xiàn)出來，所以如上所述，光源的不均勻性擠壓信號成分，使得產(chǎn)生S/N降低、除去背景和提取隆起線等的圖像處理難以進行，使對照精度下降那樣的問題。
特別是，在掃描型的指紋傳感器的情形中，產(chǎn)生了由攝影圖像的畫質(zhì)惡化引起的下列所示的2個特有的問題。第一，產(chǎn)生使圖像再構(gòu)成(將部分圖像聯(lián)系起來的處理)變得困難那樣的問題。這樣，為了圖像再構(gòu)成，在取得在傳感器上移動的手指(指紋)的部分圖像后，需要計算上下鄰接的部分圖像的相關(guān)性，檢測同一指紋部位。這時，存在著因為在攝像區(qū)域內(nèi)具有由離開關(guān)光源的距離不同和光源自身的偏差等引起的亮度差，該亮度差降低了相關(guān)性，所以使檢測同一指紋部位變得很困難。又，特別是當在手指移動的方向上存在黑斑時這種相關(guān)性降低變得更加顯著。
第二，當從再構(gòu)成后的手指整體的圖像提取指紋特征點時，產(chǎn)生檢測出錯誤的特征點，不能夠檢測本來的特征點，對照精度降低那樣的問題。這樣，當對手指移動方向存在黑斑時，得到在包含亮度高的行(這里是最初讀出的行)和亮度低的行(這里是最后讀出的行)的行方向中具有亮度差的多個部分圖像。當這些部分圖像連續(xù)地連接起來時，例如將第1個部分圖像的最后行和第2個部分圖像的最初行連接起來進行處理。這樣，在通過計算第1個部分圖像的最后行(作為第1行)和第2個部分圖像的最初行(作為第2行)的相關(guān)性連接起來的情形中，存在著當因為黑斑，第1行和第2行的亮度差很大時，在連接部分中產(chǎn)生偽線那樣的問題。而且，也存在著在各部分圖像的每個境界上出現(xiàn)同樣的線，可能錯誤地識別為偽指紋圖案那樣的問題。一般指紋特征點的提取是檢測指紋圖案的隆起線，將該隆起線的不連續(xù)點和分叉點等作為特征點檢測出來。因此，發(fā)生作為偽指紋圖案錯誤地識別出來的不連續(xù)點和分叉點，將不是本來特征點的點作為特征點提取出來。從而，產(chǎn)生使指紋對照精度低下那樣的問題。
又，作為解決上述問題的對策，也考慮用圖像處理校正取得的攝像圖像，但是存在著經(jīng)過校正部分的S/N惡化，或者發(fā)生副作用的畫質(zhì)惡化的情形，不是本質(zhì)上解決問題的對策。
進一步，存在著光學(xué)傳感器容易受到由外光產(chǎn)生的影響那樣的問題。在室內(nèi)和夜間等外光弱、以來自光源的光為主照明被拍攝物體的情形，和白晝的來自室外和窗戶的強入射光與來自光源的光一起照明被拍攝物體的情形中，光量及其分布狀況變化很大，即便是同一被拍攝物體，所得到的圖像也發(fā)生很大變化。
例如，在室內(nèi)時的光量條件最佳化的情形中，當處于強的盛夏的直射目光下時，就不能進入假定的動態(tài)范圍，光量過強圖像發(fā)生飽和。相反地，在明亮環(huán)境下最佳化的情形中，當光量過弱時圖像成為黑沉沉的。
又，在從窗戶傾斜地入射夕陽的光的情形中等，當面內(nèi)的光量分布變化很大時，面內(nèi)一部分飽和，或者成為黑沉沉的，包含在可以用于圖像處理和認證的動態(tài)范圍中的圖像范圍變窄。
由于這些原因，產(chǎn)生了外光對部分圖像的計算時間和計算結(jié)果以及對照精度等產(chǎn)生影響那樣的問題。
也考慮了以使外光不入射到傳感器的像素的方式設(shè)計遮光罩、設(shè)置遮斷外光的光學(xué)部件的方法，但是遮光罩和遮斷外光的光學(xué)部件招致外形尺寸增大和成本增加。
本發(fā)明，就是考慮到上述事情提出的，本發(fā)明的目的是提供解決上述課題中的至少1個，提供了校正由于多個光源中的光量的變化導(dǎo)致的光量不均勻性的攝像裝置、指紋認證裝置和攝像方法。
又，本發(fā)明的目的是提供能夠校正由光源和傳感器的位置關(guān)系產(chǎn)生的黑斑的攝像裝置、指紋認證裝置和攝像方法。
進一步，本發(fā)明的目的是提供能夠檢測由外光引起的曝光量的變化和不均勻性并進行校正的攝像裝置、指紋認證裝置和攝像方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述課題提出的，其特征在于在根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置中，具備備有1維或2維狀配置的像素，對被拍攝物體進行攝像的攝像部件和將光照射在被拍攝物體上的照射部件，攝像部件具有當被拍攝物體和攝像部件相對移動時，輸出被拍攝物體的多個部分圖像，控制攝像部件中的部分圖像內(nèi)的曝光量的控制部件。
又，本發(fā)明的特征在于在根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置中，具備備有2維狀配置的像素，對被拍攝物體進行攝像的攝像部件、與攝像部件的主掃描方向平行地配置，將光照射在上述被拍攝物體上的多個光照射部件、控制多個光照射部件的亮度的控制部件、和在攝像部件的副掃描方向，控制上述攝像部件的電荷積累期間或上述光照射部件的亮度中的至少一方的副掃描方向控制部件，控制部件通過控制上述多個光照射部件的亮度對上述攝像部件中的上述主掃描方向的光量分布進行控制，副掃描方向控制部件，以校正上述攝像部件的副掃描方向中的上述光照射部件的亮度差的方式，控制上述攝像部件的電荷積累期間或上述光照射部件的亮度中的至少一方。
又，本發(fā)明的特征在于在根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置中，具備對被拍攝物體進行攝像的攝像部件、將光照射在上述被拍攝物體上的光照射部件、判斷外光狀況的判斷部件、和與由上述判斷部件判斷的外光狀況相應(yīng)，控制上述攝像部件中的圖像內(nèi)的曝光量的控制部件。
又，本發(fā)明的特征在于在根據(jù)本發(fā)明的指紋識別裝置中，具備權(quán)利要求1到10中任何一項所述的攝像裝置。
又，本發(fā)明的特征在于在根據(jù)本發(fā)明的指紋識別裝置中，具備權(quán)利要求15到20中任何一項所述的攝像裝置。
又，本發(fā)明的特征在于在根據(jù)本發(fā)明的攝像方法中，該方法是用對被拍攝物體進行攝像的攝像部件，將光照射在該被拍攝物體上取得圖像的攝像方法，使攝像部件和上述被拍攝物體相對移動，輸出該被拍攝物體的多個部分圖像，控制上述攝像部件的上述部分圖像面內(nèi)的曝光量。
又，本發(fā)明的特征在于在根據(jù)本發(fā)明的攝像方法中，該方法是用對被拍攝物體進行攝像的攝像部件，將光照射在該被拍攝物體上取得圖像的攝像方法，與外光狀況相應(yīng)，控制上述攝像部件中的圖像面內(nèi)的曝光量。


圖1是表示作為本發(fā)明的第1實施方式，應(yīng)用本發(fā)明的掃描型指紋認證裝置的模式構(gòu)成的方框圖。
圖2A、2B、2C、和2D是表示用本實施方式中的稱為掃描型的方式的光學(xué)式指紋傳感器的概略構(gòu)成和工作原理的圖。
圖3A1、3A2、3A3、3A4、3A5、3A6、3A7、3A8、3A9、3B和3C是表示在掃描型指紋傳感器中，從多個部分圖像合成指紋整體的圖像的處理例的圖。
圖4是表示圖1的攝像元件單元104(圖2的攝像元件204)的傳感器單元6的電路構(gòu)成例的圖。
圖5是表示圖4所示的像素單元41的構(gòu)成例的圖。
圖6A、6B是表示圖2B中從點A到點B的方向(傳感器的主掃描方向)的亮度分布的圖。
圖6C、6D是表示在光源自身沒有亮度不均勻性的狀態(tài)中指紋圖像的輸出水平的圖。
圖6E、6F是表示當校正圖6B所示的亮度不均勻性時的亮度分布例的圖和表示圖2B中從點C到點D的方向的亮度分布例的圖。
圖7是表示圖1所示的光源103和LED驅(qū)動單元108的具體電路例的圖。
圖8是表示作成輸入到圖7所示的輸入端子701～703的LED控制脈沖的控制脈沖作成電路的電路例的圖。
圖9是表示本實施方式中的攝像元件單元104和LED驅(qū)動單元108的工作的定時圖。
圖10A和10B是表示區(qū)域型指紋認證裝置中的光源和攝像元件的位置關(guān)系的圖。
圖11A、11B是表示從點A到點B的方向(傳感器的主掃描方向)的亮度分布的圖。
圖11C是表示從圖10A的點C到點E的方向(攝像元件1101的副掃描方向)的亮度分布的圖。
圖12是表示將圖10A所示的LED1102a～1102d分別作為1個系統(tǒng)的共計分成4個系統(tǒng)，由晶體管的接通/斷開進行點亮控制的電路例的圖。
圖13是表示作成輸入到圖12所示的輸入端子701的控制脈沖的控制脈沖作成電路的圖。
圖14是表示第2實施方式中的攝像元件單元104和LED驅(qū)動單元108的工作的定時圖。
圖15是表示作為本發(fā)明的第3實施方式，應(yīng)用本發(fā)明的掃描型指紋認證裝置的模式構(gòu)成的方框圖。
圖16A和16B是說明室內(nèi)和室外情形中的照明光和曝光量的關(guān)系的圖。
圖17A是表示本發(fā)明的第3實施方式中攝像元件、光源和手指的位置關(guān)系的圖。
圖17B是表示本發(fā)明的第3實施方式中100％點亮時的LED的亮度的圖。
圖17C是表示本發(fā)明的第3實施方式中光源的控制電路例的圖。
圖18A和18B是本發(fā)明的第3實施方式中室內(nèi)時的面內(nèi)的光量校正的說明圖。
圖19A和19B是本發(fā)明的第3實施方式中室外時的面內(nèi)的光量校正的說明圖。
圖20是外光傾斜地入射時的說明圖。
圖21A和21B是本發(fā)明的第3實施方式中外光傾斜地入射時的面內(nèi)的光量校正的說明圖。
圖22是本發(fā)明的第3實施方式中根據(jù)外光狀況的曝光量控制程序的流程圖。
具體實施例方式
下面，我們參照

本發(fā)明的實施方式。
(第1實施方式)圖1是表示作為本發(fā)明的第1實施方式，應(yīng)用本發(fā)明的掃描型指紋認證裝置的模式構(gòu)成的方框圖。
在本實施方式中的指紋認證裝置由攝像單元101和認證單元102構(gòu)成。例如，攝像單元101是具有圖像傳感器的攝像單元，認證單元102是將由個人計算機實施的功能組合起來的單元，或者，也可以是將攝像單元101和認證單元102作為1個指紋認證單元組合起來，與圖中未畫出的個人計算機連接的獨立裝置。
首先，我們說明攝像單元101。在圖1的攝像單元101中，103是照明用的光源(光照射部件)，在本實施方式中是LED(LightEmitting Diode(光發(fā)射二極管))。108是控制該LED的亮度和點亮定時的LED驅(qū)動單元。
104是CMOS(Complememtary Metal Oxide Semiconductor(互補型金屬氧化物半導(dǎo)體))型和CCD(Charge Coupled Device(電荷耦合器件))型等的攝像元件單元，是1維傳感器或副掃描方向的像素數(shù)約為5～20個像素的帶狀2維傳感器，比取得圖像的被拍攝物體的面積小。本實施方式中的攝像元件單元104是CMOS型的傳感器，是主掃描方向為512個像素，副掃描方向為12個像素的帶狀2維傳感器。
105是控制攝像元件單元104和AD(Analog Digital(模擬數(shù)字))變換器單元107的取樣定時的傳感器驅(qū)動單元。106是將來自攝像元件單元104的模擬輸出箝位在適合于在后段的AD變換器單元107中進行處理的DC(直流)電平上，并且進行適當放大的放大/箝位單元。107是將來自攝像元件單元104的模擬輸出變換為數(shù)字信號的AD變換器單元。又，109是與認證單元102進行通信的通信單元。
110a、110b分別是傳播攝像元件單元104、放大/箝位單元106輸出的模擬信號的圖像數(shù)據(jù)信號線。110c是傳播AD變換器單元107輸出的數(shù)字信號的圖像數(shù)據(jù)信號線。112a、112c是從傳感器驅(qū)動單元105輸出到攝像元件單元104和AD變換器單元(ADC單元)的驅(qū)動脈沖的信號線。112b是從LED驅(qū)動單元108發(fā)送到光源103的驅(qū)動脈沖的信號線。111是通信單元109接受來自認證單元102的控制信號并進行輸出的信號，是傳送控制傳感器驅(qū)動單元105和LED驅(qū)動單元108的信號的控制線。
113是通信單元109輸出從AD變換器單元107輸入的圖像數(shù)據(jù)信號，傳送到認證單元102的數(shù)據(jù)信號線。114是將來自認證單元102的控制信號傳送到攝像單元101的通信單元109的控制信號線。
下面，我們說明認證單元102。在認證單元102中，115是用于與攝像單元101進行通信的通信單元。135是用具有帶狀2維傳感器的攝像單元101輸出的、在副掃描方向順次對被拍攝物體進行攝像得到的多個圖像數(shù)據(jù)，合成表示被拍攝物體像的圖像的圖像合成單元。136是用于圖像合成單元135進行圖像處理的幀存儲器單元。
121是用圖像合成單元135輸出的合成后的圖像數(shù)據(jù)，檢測手指放置在攝像元件單元104上和檢測該手指為不是假手指的生物體的生物體檢測單元。生物體檢測單元121用圖像數(shù)據(jù)的色成分和亮度變動，判別圖像數(shù)據(jù)中的被拍攝物體是否是生物體(手指)。122a是生物體信息亮度檢測單元，從圖像合成單元135輸出的合成后的圖像數(shù)據(jù)中判別包含生物體信息的區(qū)域，檢測經(jīng)過判別的生物體信息區(qū)域的亮度。123a是取得來自以生物體信息亮度檢測單元122a為首的各單元的信息，通過通信單元115將控制攝像單元101的控制信號輸出到攝像單元101的控制單元。
116是為了對圖像合成單元135輸出的合成后的圖像數(shù)據(jù)進行特征提取，進行強調(diào)邊緣等的圖像處理的前處理單元。117是用于前處理單元116進行圖像處理的幀存儲單元。118是前處理單元116從圖像處理后的圖像數(shù)據(jù)提取特征的特征提取單元。119是將由特征提取單元118提取的個人特征登記在數(shù)據(jù)庫單元120中，或者與已經(jīng)登記的數(shù)據(jù)比較對照的登記/對照單元。120是保存?zhèn)€人數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫單元。
124a、124b、124c、124d是傳送圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線。125是數(shù)據(jù)庫單元120和登記/對照單元119之間的數(shù)據(jù)線和控制線。126是將特征提取單元118的提取狀態(tài)傳送到控制單元123a的信號線。127、129a是將圖像合成單元135輸出的合成后的圖像數(shù)據(jù)傳送到生物體信息亮度檢測單元122a、手指檢測單元121的信號線。128是用于生物體檢測單元121將生物體檢測結(jié)果傳送到控制單元123a的信號線，130a是用于生物體信息亮度檢測單元122a將生物體信息亮度檢測結(jié)果傳送到控制單元123a的信號線。131是用于接受各單元狀態(tài)，將控制單元123a輸出的用于控制攝像單元101的控制信號傳送到通信單元115的信號線。
本實施方式的攝像單元101在出廠時預(yù)先檢查構(gòu)成光源103的各LED元件的亮度不均衡和各LED與攝像元件單元104的位置關(guān)系等決定的光量的不均勻性(黑斑)，從而成為從LED亮度分布算出的校正值、調(diào)整值的方式，控制單元123a經(jīng)過通信單元115將控制信號發(fā)送到傳感器驅(qū)動單元105和LED驅(qū)動單元108。傳感器驅(qū)動單元105和LED驅(qū)動單元108，與來自控制單元123a的控制信號相應(yīng)，對攝像元件單元104的工作和光源103的各LED光量進行控制。又，從LED亮度分布算出校正值等的定時不限定于出廠時，例如，也可以通過由生物體信息亮度檢測單元122a檢測光源103的各LED元件的亮度不均衡和各LED與攝像元件單元104的位置關(guān)系等決定的光量的不均勻性，判定手指放置區(qū)域的亮度，由控制單元123a以動態(tài)地使校正值、調(diào)整值改變的方式，發(fā)送控制信號，控制傳感器驅(qū)動單元105和LED驅(qū)動單元108，從而對攝像元件單元104的工作和光源103的各LED光量進行控制。又，也可以將控制單元設(shè)置在攝像裝置內(nèi)。
通過以上的來自控制單元123a的校正、調(diào)整，攝像單元101能夠提高照明被拍攝物體的手指的光源103的光量均勻性，并且與黑斑相應(yīng)地控制曝光條件，一面校正在攝像面內(nèi)的照明條件的差異，一面取得指紋圖像。
下面，我們用圖說明本實施方式中的稱為掃描型的方式的光學(xué)式指紋傳感器。
圖2是表示用本實施方式中的稱為掃描型的方式的光學(xué)式指紋傳感器的概略構(gòu)成和工作原理的圖。圖2A是從手指的側(cè)面方向看的光學(xué)式指紋傳感器的概略圖，圖2B是從手指上方看的光學(xué)式指紋傳感器的概略圖，圖2C表示由帶狀2維傳感器取得的1個指紋圖像例。又，圖2D是從手指的前端側(cè)看的光學(xué)式指紋傳感器的概略圖。
在圖2A中，201是成為指紋認證的對象的手指，向箭頭207的方向移動。202是作為光源的LED。203是將指紋的凹凸圖案的光學(xué)上的差異導(dǎo)入后述的攝像元件204的光學(xué)部件(或其或其以下，稱為光學(xué)部件)。204是副掃描方向的像素數(shù)約為5～20的帶狀的2維傳感器，具體地說是CMOS型的攝像元件。又，圖2A的LED202與圖2B的LED202a～202e對應(yīng)，圖2的LED202(a～e)與圖1的光源103對應(yīng)。又，圖2A、2B、2C和2D的光學(xué)部件203和攝像元件204與圖1的攝像元件單元104對應(yīng)。
205是從LED202到手指201的光射出方向。206是LED202發(fā)出的光在手指內(nèi)散射后，從手指201向著光學(xué)部件203和攝像元件204的光的入射方向。
又，在圖2C中，208是由帶狀的2維傳感器(攝像元件204)從作為被拍攝物體的手指201取得的1個指紋像例。又，在圖2B、2D中，209是防止伴隨著手指201的移動動作，到移動方向和垂直方向的手指201的模糊和偏移的引導(dǎo)機構(gòu)。在圖2B中，點A、B、C、D的各點表示攝像元件204的像素上的位置。又，在圖2B、2D中，我們省略攝像元件204的光學(xué)部件203地進行表示。
又，如圖2C所示，箭頭210是攝像元件204中的主掃描方向，箭頭211是攝像元件204中的副掃描方向。這里，我們將在后面用圖4、5述說本實施方式中的主掃描方向、副掃描方向的定義。在本實施方式中，如圖2B所示，與箭頭210所示的主掃描方向平行地配列作為光源的LED202a～202e。
在圖2D中，212表示手指201在該引導(dǎo)機構(gòu)209上時手指201的輪廓。
L1表示攝像元件204的寬度，L2表示引導(dǎo)機構(gòu)209的高度。如圖2D所示，當將引導(dǎo)機構(gòu)209設(shè)置在攝像元件204的兩端時，存在著如L3所示的手指201不接觸或者難以接觸攝像元件204的攝像面的區(qū)域。具體地說，當L2為1.5mm、L1為15mm時，在攝像元件204的攝像面中20％的區(qū)域不與或者難以與手指201接觸。這里，當令妥當?shù)囊龑?dǎo)機構(gòu)209的高度為1.5mm～2.5mm時，從兩端算起的10～16.5％的區(qū)域與手指201的中央部分比較與手指201的接觸是不充分的。
在一般的這種傳感器構(gòu)成的研討結(jié)果中也好，實驗結(jié)果中也好，期望畫質(zhì)上處于均勻狀態(tài)的區(qū)域是與手指201充分接觸的攝像元件204的攝像面積的中央67～80％(2/3～4/5)左右的區(qū)域。又，攝像面兩端的區(qū)域起著從取得本來的指紋圖像的目的出發(fā)，從手指201的側(cè)面的指紋中隆起線圖案的變化，輔助中央?yún)^(qū)域的指紋提取的作用；或者起著根據(jù)從手指201的外側(cè)進入的光，檢測外光環(huán)境(現(xiàn)在，在室外或者室內(nèi)，夜晚或者白晝)，用于算出適當?shù)钠毓鈼l件和信號處理水平的作用等，作為用于得到內(nèi)插中央67～80％的區(qū)域的取得圖像的信息的區(qū)域的情形是很多的。
下面，我們說明在掃描型指紋傳感器中，從多個圖2C所示的部分圖像合成指紋整體的圖像的處理。
圖3是表示在掃描型指紋傳感器中，從多個部分圖像合成指紋整體的圖像的處理例的圖。圖3A1～3A9表示當手指201在圖2A的箭頭207的方向移動時，由指紋傳感器的攝像元件204連續(xù)取得的指紋的部分圖像。圖3B是其中的1個，與圖3A6相當。這里，圖3A1的301表示例如也包含在圖3A5的圖像中的對于同一手指201，攝像單元101最初取得的部分圖像。圖3C表示根據(jù)由包含攝像元件204的攝像單元101取得的部分圖像圖3A1～3A9，通過圖像合成單元135合成得到的1個指紋圖像例。
如圖2所示，一面使手指201在攝像元件204上移動，一面在副掃描方向順次地進行攝像，取得的指紋的部分圖像是如圖3B(＝圖3A6)的302部分和圖3A7的下半部分以及圖3B的303部分和圖3A5的上半部分那樣地連續(xù)的圖像中相關(guān)性高的區(qū)域。圖像合成單元135，通過將該相關(guān)性高的部分判斷為手指201的同一區(qū)域并將其連系起來，從圖3A1～3A9所示的部分圖像合成圖3C所示的指紋圖像。
下面，我們說明本實施方式中的CMOS型攝像元件204(攝像元件單元104)備有的傳感器單元6的電路構(gòu)成例。
圖4是表示圖1的攝像元件單元104(圖2A、2B、2C和2D的攝像元件204)的傳感器單元6的電路構(gòu)成例的圖。本實施方式中的攝像元件單元104是副掃描方向的像素數(shù)約為5～20的帶狀的2維傳感器。由該帶狀的攝像元件單元104，構(gòu)成通過合成在副掃描方向順次對作為被拍攝物體的手指201進行攝像得到的圖像，取得整體圖像的稱為掃描型的指紋傳感器。
在本實施方式中，在一般的攝像元件中水平掃描方向為主掃描方向，垂直掃描方向為副掃描方向。通常的CMOS型攝像元件單元104，首先選擇垂直方向的1行(例如最上面的行)，從該行的水平方向的一端向同一行的相反側(cè)的一端(例如從最左向)順次讀出像素。此后，選擇下一個垂直方向的1行，同樣從水平方向的一端向同一行的相反側(cè)的一端順次讀出像素。這樣取得在垂直方向中讀出各行的圖像整體的像素。因此，在本實施方式的攝像元件單元104中，將水平方向的掃描作為主掃描，將垂直方向的掃描作為副掃描。
在圖4中，41是在傳感器單元6中構(gòu)成1個像素的圖像單元。42是圖像單元41中的讀出脈沖(ΦS)的輸入端子。43是圖像單元41中的重置脈沖(ΦR)的輸入端子。44是圖像單元41中的傳送脈沖(ΦT)的輸入端子。45是圖像單元41中的信號讀出端子(P0)。46是從后述的選擇器單元66將讀出脈沖(ΦS)發(fā)送到水平方向的各像素的信號線，47是從后述的選擇器單元66將重置脈沖(ΦR)發(fā)送到水平方向的各像素的信號線。48是從后述的選擇器單元66將傳送脈沖(ΦT)發(fā)送到水平方向的各像素的信號線。49是垂直信號線，40是定電流源，51是與垂直信號線49連接的電容。52是柵極與水平移位寄存器56連接，垂直信號線49和輸出信號線53與源極-漏極連接的傳送開關(guān)。54是與輸出信號線53連接的輸出放大器。將輸出放大器54的輸出輸出到輸出端子55。該輸出端子55是傳感器單元6的輸出端子。
又，56是水平移位寄存器(HSR)，57是它的開始脈沖(HST)的輸入端子，58是它的傳送時鐘信號(HCLK)的輸入端子。又，59是垂直移位寄存器(VSR)，60是它的開始脈沖(VST)的輸入端子，61是它的傳送時鐘信號(VCLK)的輸入端子。又，62是后述的稱為滾動快門的方式的電子快門用的移位寄存器(ESR)，63是它的開始脈沖(EST)的輸入端子，64是垂直移位寄存器(VSR)59的輸出線，65是電子快門用的移位寄存器(ESR)62的輸出線。又，66是輸出控制像素單元41工作的讀出脈沖(ΦS)、重置脈沖(ΦR)、傳送脈沖(ΦT)的選擇器單元，67是傳送脈沖的原信號TRS的輸入端子，68是重置脈沖的原信號RES的輸入端子，69是讀出脈沖的原信號ESL的輸入端子。又，在圖4中，只在1個像素上賦予標號41～45，因為賦予其它像素的標號通過看圖容易理解所以將它們省略了，但是在下面的說明中，在傳感器單元6的全部像素上賦予標號41～45。
圖5是表示圖4所示的像素單元41的構(gòu)成例的圖。在圖5中，71是電源電壓(VCC)，72是重置電壓(VR)，73是光二極管，74～77是由MOS晶體管構(gòu)成的開關(guān)，78是寄生電容(FD)，79是地。上述開關(guān)74是重置用開關(guān)，開關(guān)76是讀出用開關(guān)。
這里，我們參照圖4、圖5說明攝像元件單元104中的光電變換工作。
首先，在圖5的重置用開關(guān)74和與光二極管73連接的開關(guān)75處于斷開的狀態(tài)中，在光二極管73中積累由入射光產(chǎn)生的電荷。
此后，在開關(guān)76處于斷開的狀態(tài)中，通過使開關(guān)74接通，對寄生電容78進行重置。接著，通過使開關(guān)74斷開，開關(guān)76接通，在信號讀出端子45讀出重置狀態(tài)的電荷。
下面，在使在開關(guān)76斷開的狀態(tài)中，通過使開關(guān)75接通，將在光二極管73中積累的電荷傳送給寄生電容78。接著，在使開關(guān)75斷開的狀態(tài)中，通過使開關(guān)76接通，在信號讀出端子45讀出信號電荷。
各MOS晶體管的驅(qū)動脈沖ΦS、ΦR、ΦT如后述那樣是由垂直移位寄存器59、62和選擇器單元66作成的，通過各信號線46～48，供給像素的輸入端子42～44。對于從輸入端子60輸入的時鐘信號的1個脈沖，分別將信號TRS、RES、SEL的1個脈沖輸入到輸入端子67～69，因此，分別與信號TRS、RES、SEL同步地輸出驅(qū)動脈沖ΦS、ΦR、ΦT。結(jié)果，將驅(qū)動脈沖ΦS、ΦR、ΦT供給輸入端子42～44。
又，信號讀出端子45通過垂直信號線49與定電流源40連接，并且與垂直信號線電容51和傳送開關(guān)52連接，通過垂直信號線49將電荷信號傳送到垂直信號線電容51，此后按照水平移位寄存器56的輸出，順次的地掃描傳送開關(guān)52，在輸出信號線53順次讀出垂直信號線電容51的信號，通過輸出放大器54從輸出端子55輸出。這里，垂直移位寄存器(VSR)59在開始脈沖(VST)開始掃描，傳送時鐘(VCLK)61通過輸出線64順次傳送VS1、VS2、......VSn。又，電子快門用的垂直移位寄存器(ESR)62，在從輸入端子63輸入的開始脈沖(EST)開始掃描，順次將從輸入端子61輸入的傳送時鐘(VCLK)傳送到輸出線65。
各像素單元41的讀出順序，首先選擇垂直方向的上面第1行，伴隨著水平移位寄存器56的掃描從左到右選擇與各列連接的1行程度的像素單元41。當?shù)?行的輸出結(jié)束時，選擇第2行，再次在伴隨著水平移位寄存器56的掃描從左到右與各列連接的像素單元41中選擇并輸出經(jīng)過光電變換的信號電荷。
下面，同樣按照垂直移位寄存器59的順序掃描，從上到下掃描第1、2、3、4、5.......行，進行1個畫面的圖像輸出?？墒?，傳感器單元6中的曝光期間由各像素單元41積累光電荷的積累時間和來自被拍攝物體的光入射到傳感器單元6的攝像面的期間決定。當進一步說明時，CMOS型傳感器，因為與IT(interline transfer(隔行傳送))型和FIT(frame-interline transfer(幀隔行傳送)型的CCD元件不同，備有受到遮光的緩沖存儲單元，所以在順次讀出從像素單元41得到的信號的期間中也繼續(xù)使還沒有讀出的像素單元41曝光。從而，當連續(xù)地讀出畫面輸出時，其曝光時間與畫面的讀出時間大致相等。又，用LED作為光源，在用遮光材料等不使外光入射的情形中等，可以只將點亮期間作為曝光期間進行控制。
又，作為1個別的控制曝光時間的方法，在CMOS型傳感器中，作為電子快門(布簾式快門)，實施與并行地進行積累的開始和結(jié)束的垂直掃描的滾動式快門一起曝光的驅(qū)動方法。因此，可以以積累的開始和結(jié)束的垂直掃描線數(shù)為單位設(shè)定曝光時間。在圖4中，ESR62是重置像素開始積累的垂直掃描用的移位寄存器。VSR59是傳送電荷結(jié)束積累的垂直掃描用的移位寄存器。當用電子快門功能時，使ESR62在VSR59前進行掃描，與其間隔相當?shù)钠陂g成為曝光期間。
這樣，CMOS型面積傳感器采取由滾動式快門進行的積累方法，以垂直方向的1行為單位重置像素電荷，因為以1行為單位讀出像素電荷，所以具有能夠以垂直掃描方向的行為單位，即以副掃描方向的行為單位控制電荷積累的特性。
本實施方式中的指紋認證裝置利用能夠以副掃描方向的行為單位控制電荷積累、和由光源照射條件和傳感器的積累期間的關(guān)系決定傳感器單元6的像素的曝光的特性。
我們用圖6A、6B、6C、6D、6E、6F、7、8和9說明本實施方式的指紋認證裝置的工作。
圖6A、6B和6C表示對于圖2B所示的A、B、C、D各點的位置的由光源(LED202a～202e)產(chǎn)生的亮度分布。其中，圖6A和6B是表示圖2B中從點A到點B的方向(傳感器的主掃描方向)的亮度分布的圖。在圖6A和6B中，601a～e模式地表示圖2B所示的各LED201a～e的亮度分布的中心。這里，當各LED 201a～e的亮度理想地完全沒有不均衡時，其亮度分布如圖6A所示。在圖6A中，實際的LED201a的亮度分布由虛線602所示，由5個LED 201a～e產(chǎn)生的整個亮度分布由虛線603所示。如圖6A所示，理想地各LED201a～e的亮度水平為100％，表示整個亮度水平的虛線603在點A～點B的方向上也成為均勻的。
但是，關(guān)于實際的LED，即便制造商根據(jù)亮度進行分級(分層)，在同一驅(qū)動電流下亮度的最大值約為最小值的2倍等，不均衡很大也是一般的情形。這種情形的亮度不均衡例如圖6B所示。這里，當601a、d為100％的亮度水平時，601c為75％，601b、e為50％的亮度水平。這時的由5個LED201a～e產(chǎn)生的整個亮度分布由虛線604表示。
在這種情形中，因為在點A～B的區(qū)域中的亮度分布也在50％上下，所以用該光源攝像得到的指紋圖像在點A～B的區(qū)域中的輸出分布也發(fā)生50％的變化。這種取得圖像的不均勻性，當對于取得指紋圖像后的圖像，進行圖像處理提取指紋的隆起線和除去背景，提取特征點時，引起提取錯誤、S/N低下、動態(tài)范圍不足等，最終使認證精度降低。即便在圖像處理過程中通過對光源不均勻性的校正進行除去，但是當不是單純的光源不均勻性地變化時，由這種圖像處理進行的校正也不能夠高效率地進行除去，而發(fā)生偽輪廓等。
這里，我們說明一般用光學(xué)的攝像元件取得指紋圖像和由指紋圖案產(chǎn)生的光強度的差＝對比度。圖6C是表示在沒有光源自身的亮度不均勻性的狀態(tài)中指紋圖像的輸出水平的圖。如圖6C的輸出水平610所示，我們看到與指紋圖案相應(yīng)地能夠得到約10％～30％的對比度(除去干燥的指紋等)。又，圖6C的輸出水平610使對比度最低約為10％。又，為了提取指紋的隆起線圖案，除了進行圖像計算外，對比度需要在全標度的25％以上，當在25％或其或其以下時，不能夠得到充分的認證精度。
所以，如上所述，當由攝像元件取得的指紋圖像的指紋圖案部分的對比度為10％時，如圖6D的輸出水平610所示為了使10％的對比度增加到25％，需要乘上2.5倍的增益?？墒牵瑘D6D表示在沒有光源自身的亮度不均勻性的狀態(tài)中指紋圖像的輸出水平611，但是當考慮到輸出水平611的25％是表示指紋圖案的信號成分時，光源的亮度不均勻性要少并且需要抑制在余下的75％以內(nèi)。這里，我們看到因為增益為2.5倍，所以至少需要將光源的亮度不均勻性抑制到30％以內(nèi)。
因此，在本實施方式中，形成在圖2B所示的LED 202a～202e中，將LED 202a和LED 202b作為1個系統(tǒng)，將LED 202c作為1個系統(tǒng)，將LED 202d、202e作為1個系統(tǒng)，共計分成3個系統(tǒng)，通過分別地控制3個系統(tǒng)的LED的亮度水平，使中央?yún)^(qū)域的亮度分布平坦化的構(gòu)成。例如，圖6E表示當對圖6B所示的亮度不均勻性控制亮度水平時的亮度分布例。如圖6E所示，攝像單元101，控制LED驅(qū)動單元108，LED202a和202b系統(tǒng)不改變原來的亮度，以使LED202c的亮度從75％變到50％的方式使亮度下降。進一步，攝像單元101將LED202d、202e的系統(tǒng)的亮度減半。通過以上的控制，LED 202a～202e的點A～點B中的整體亮度分布如虛線605線所示。
因此，盡管當對于LED202a的亮度為100％，LED202e的亮度為25％時，它們的亮度差擴大了，但是因為LED202b、LED202c、LED202d的亮度能夠大致相等，所以關(guān)于點A～點B的大約75％的中央?yún)^(qū)域，能夠提高亮度的均勻性。因此，本實施方式的攝像單元101，因為能夠抑制用于上述指紋認證的圖像所需的中央67～80％的區(qū)域的光量不均勻性，所以能夠提高取得圖像的品質(zhì)。通過提高攝像單元101取得的指紋圖像的品質(zhì)，認證單元102，也能夠改善對中央?yún)^(qū)域的指紋部分的圖像處理的精度，圓滑地提取指紋的隆起線和特征點，能夠提高認證精度。又，關(guān)于點A和點B近旁的端側(cè)區(qū)域亮度差擴大，但是這里需要的處理，例如是除去背景和檢測手指位置等，判別手指和背景的境界區(qū)域提取手指輪廓等的處理，與指紋圖案自身的提取比較，即便亮度差大通過調(diào)整閾值也可以進行充分的處理。
如以上所示，本實施方式的指紋認證裝置中的攝像單元101，當取得指紋圖像時，分成高畫質(zhì)的圖像所需的區(qū)域，能夠與該區(qū)域相應(yīng)地調(diào)整成為光源的LED的亮度。即，攝像單元101，以防止中央?yún)^(qū)域的亮度不均勻性的方式，將LED202a～202e分成3個系統(tǒng)進行控制。因此，攝像單元101能夠用必要的最小限度的LED的調(diào)整系統(tǒng)數(shù)，實現(xiàn)適合于取得良好畫質(zhì)的指紋圖像的有效的LED的亮度不均勻性改善。
下面，我們述說副掃描方向的曝光量控制(亮度控制)。圖6F是表示圖2B中從點C到D的方向(傳感器的副掃描方向)的亮度分布例的圖。圖6F的實線606表示圖6B所示的亮度不均勻性調(diào)整前的LED202c從點C到點D的方向的亮度水平的變化。又，圖6F的實線607表示圖6E所示的亮度不均勻性調(diào)整后的LED202c從點C到點D的方向的亮度水平的變化。如該實線606、607所示，向著從點C到點D的方向亮度降低，亮度在點D比點C降低25％，發(fā)生黑斑。該黑斑是由因為相對于點C，點D在位置上更多地離開LED202c，所以光量分布降低引起的。
當手指201接近指紋傳感器時，從該點C到點D的方向(副掃描方向)的亮度降低，一般為約10～30％，這可以從模擬結(jié)果看到。該方向的亮度降低(＝黑斑)，特別在掃描型傳感器的情形中，引起當計算部分圖像的相關(guān)度時使相關(guān)性降低，圖像之間不能夠連接的問題。又，即便能夠連接，也因為在合成的圖像中長方形狀地殘留亮度變動，所以作為偽輪廓進行處理成為偽指紋信息使認證精度降低。
在本實施方式中，對該攝像元件204的副掃描方向的黑斑，利用攝像元件204的副掃描方向的各行中的曝光定時的時間上的偏離，控制曝光量實現(xiàn)校正。具體地說，存在著以行為單位與黑斑量相應(yīng)地改變各像素中的電荷積累時間的方法和與各像素的行中的曝光定時的時間偏離相應(yīng)地調(diào)整LED 202a～202e的點亮時間的方法，也可以將這2種方法組合起來。通過以上的曝光量控制，以用圖6F中虛線608所示的比例增加亮度水平的方式，在副掃描方向增加各行的曝光量。因此，通過合成由黑斑引起的亮度減少的變化(直線607)和由曝光量的行方向的控制引起的亮度水平的變化(虛線608)，如虛線609所示使它的總曝光量在副掃描方向大致均勻。
特別是，在調(diào)整攝像元件204的主掃描方向中的上述各LED202a～202e的亮度不均勻性方面，通過進行副掃描方向的黑斑校正，能夠?qū)崿F(xiàn)指紋認證所需的中心區(qū)域的曝光條件的均勻化，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)部分圖像(攝像元件204在1次掃描中取得的圖像)的亮度水平的均勻化。因此，即便在部分圖像間的連接境界上也不發(fā)生亮度差，能夠防止當合成部分圖像時的合成失敗和發(fā)生由合成引起的噪聲等，能夠防止指紋認證的精度降低。如以上說明的那樣，本實施方式中的攝像單元101，通過進行與主掃描方向和副掃描方向的各自特性一致的曝光量校正，能夠?qū)崿F(xiàn)將圖像面內(nèi)的光源的曝光量差抑制在30％以內(nèi)。
特別是，在掃描型指紋傳感器的情形中，使手指201從手指201的根部向前端相對于攝像元件204移動的情形是很多的。因此，最想要求的是關(guān)于與手指201的移動方向成為相同方向的攝像元件204的副掃描方向的各像素，通過校正黑斑，形成相同的曝光量。又，如果是圖2A、2B、2C和2D所示的攝像元件和光源的位置構(gòu)成，則關(guān)于由作為光源的LED 202a～202e在副掃描方向生成的黑斑，因為光源(LED202a～202e)和攝像元件204的像素單元41的在副掃描方向中的位置關(guān)系(距離關(guān)系)是主要原因，所以該黑斑量的變化成為單調(diào)減少、單調(diào)增加(當將光源配置在傳感器的長邊單側(cè)時)等的單純變化。因此，可以用函數(shù)等預(yù)測黑斑量的變化率。又，即便在將光源配置在攝像元件204的長邊兩側(cè)的情形中，也可以形成二次函數(shù)的變化，與上述同樣地預(yù)測變化率。
另一方面，因為在與手指201的移動方向正交的方向(點A～點B的方向)，同原來一樣手指201的截面大小不同，手指201內(nèi)部的光透過率和散射率以及從手指201的側(cè)面迂回進入的光等的條件不同，所以盡可能均勻地照射是重要的。特別是，最好要重視期待具有指紋特征點的中央?yún)^(qū)域的光量均勻性，而關(guān)于端部區(qū)域(點A、點B附近)不需要如此重視光量均勻性。又，這時的光量不均勻性由于光源(LED202a～202e)的不均衡、手指201的大小、手指201所處位置、手指201的按壓、周圍的外光環(huán)境等，對于每個個別情形都變化很大。特別是各LED202a～202e的個體不均衡等對光源的不均衡影響很大。所以，與手指201的移動方向正交的方向(主掃描方向)的亮度變化很復(fù)雜，要預(yù)測它的亮度變化率是困難的。
所以，通過在圖2A和2B所示的掃描型指紋傳感器中使攝像元件204的副掃描方向與和手指201的移動方向相同的方向一致，控制副掃描方向的各行中的曝光量適合于在容易使曝光量一次函數(shù)地變化的控制的特質(zhì)面上，對黑斑進行校正。又，因為從與個別不均衡和環(huán)境沒有關(guān)系這點出發(fā)，很少需要改變校正條件，所以容易管理校正量。即，通過形成使攝像元件204的副掃描方向和生成由于離開光源的距離不同引起的黑斑生成的方向一致的構(gòu)成，可以預(yù)測黑斑量，控制副掃描方向的各行中的曝光量，能夠?qū)崿F(xiàn)適當?shù)暮诎咝Ｕ?br> 又，因為本實施方式的攝像元件單元104(的攝像元件204)用掃描型指紋傳感器，所以是副掃描方向的像素數(shù)約為5～20的帶狀，但是即便在用副掃描方向的像素數(shù)大于等于主掃描方向的像素數(shù)的面積傳感器的指紋傳感器的情形中，由于離開光源的距離不同引起的黑斑的影響，也使提取指紋中的動態(tài)范圍和對比度減少，引起認證精度降低。即便在這種情形中，如本實施方式那樣，通過使發(fā)生黑斑(亮度降低)的方向和攝像元件(CMOS傳感器)的副掃描方向一致，以黑斑校正的方式進行控制，可以處理各行中的曝光定時。又，我們將在后面述說用面積傳感器的指紋認證裝置作為第2實施方式。又在本實施方式中，控制主掃描方向、副掃描方向兩者，但是也可以只控制其中的某一方。將控制主掃描方向的主掃描方向控制部件和控制副掃描方向的副掃描方向控制部件作為圖1的控制部件123a一體地表示出來，但是既可以個別地進行設(shè)置，也可以只具有某一方的功能。
下面，作為控制分成上述3個系統(tǒng)的LED202a～202e的光量的構(gòu)成，我們說明圖1所示的光源103(＝圖2的LED202a～202e)和LED驅(qū)動單元108的具體電路例。
圖7、圖8是表示圖1所示的光源103和LED驅(qū)動單元108的具體電路例的圖。如圖7所示，由將LED 202a和202b作為1個系統(tǒng)(或其或其以下稱為第1系統(tǒng))，將LED 202c作為1個系統(tǒng)(或其或其以下稱為第2系統(tǒng))，將LED 202d、202e作為1個系統(tǒng)(或其或其以下稱為第3系統(tǒng))這樣共計3個系統(tǒng)構(gòu)成光源103。對于該3個系統(tǒng)的LED 202a～202e，LED驅(qū)動單元108通過晶體管706的接通/斷開進行點亮控制。圖7的701～703是輸入作為控制3個系統(tǒng)的LED點亮的信號的LED控制脈沖的輸入端子。如圖7所示，將控制第1系統(tǒng)的LED控制脈沖輸入到輸入端子701，同樣將控制第2系統(tǒng)和第3系統(tǒng)的LED控制脈沖輸入到輸入端子702和輸入端子703。704、705表示電阻元件，706表示晶體管，707表示電源，708表示GND(地)。
如圖7所示，在LED驅(qū)動單元108中，輸入端子701經(jīng)過電組元件704與基極端子連接的晶體管706的集電極端子經(jīng)過電組元件705和信號線112b與第1系統(tǒng)的LED202b、202a連接。輸入端子702經(jīng)過電組元件704與基極端子連接的晶體管706的集電極端子經(jīng)過電組元件705和信號線112b與第2系統(tǒng)的LED202c連接。輸入端子703經(jīng)過電組元件704與基極端子連接的晶體管706的集電極端子經(jīng)過電組元件705和信號線112b與第3系統(tǒng)的LED202d、202e連接。又，各晶體管706的發(fā)射極端子與GND708連接。
在光源103中，以當電流流入信號線112b時發(fā)光的方式，使作為第1系統(tǒng)的LED202a、202b串聯(lián)連接在電源707和信號線112b(傳送來自輸入端子701的信號)之間。同樣，使作為第2系統(tǒng)的LED202c連接在電源707和信號線112b(傳送來自輸入端子702的信號)之間，使作為第3系統(tǒng)的LED202d、LED202e串聯(lián)連接在電源707和信號線112b(傳送來自輸入端子703的信號)之間。
通過以上所述的構(gòu)成，LED驅(qū)動單元108與輸入到輸入端子701～703的LED控制脈沖相應(yīng)，對各晶體管706的接通/斷開的時間進行脈沖寬度控制，將驅(qū)動脈沖輸出到與3個系統(tǒng)的各個LED連接的3條信號線112b。因此，與從3條信號線112b輸入到3個系統(tǒng)的LED的驅(qū)動脈沖相應(yīng)，調(diào)整各LED的點亮熄滅比例對3個系統(tǒng)的亮度進行控制。
下面，我們說明作成輸入到圖7所示的輸入端子701～703的LED控制脈沖的控制脈沖作成電路的電路例。又，控制脈沖作成電路是LED驅(qū)動單元108具備的電路。
圖8是表示作成輸入到圖7所示的輸入端子701～703的LED控制脈沖的控制脈沖作成電路的電路例的圖。在圖8中，801是作為主掃描方向的觸發(fā)信號的水平同步信號的輸入端子。802是作為副掃描方向的觸發(fā)信號的垂直同步信號的輸入端子。803是時鐘端子。804是將水平同步信號和垂直同步信號作為觸發(fā)信號對時鐘脈沖進行計數(shù)的計數(shù)器。805是存儲用于對上述副掃描方向的黑斑進行校正的校正值的寄存器。以與該校正值相應(yīng)，從LED202a～202e離開距離的行的像素程度，增加曝光量的方式控制LED202a～202e的點亮熄滅時間。
806～808是存儲3個系統(tǒng)的LED中的亮度比例的調(diào)整值的寄存器。當與該調(diào)整值相應(yīng)地調(diào)整LED202a～202e的光量時，成為圖6E所示的亮度水平。即，是用于以使中央?yún)^(qū)域成為平均化的亮度水平的方式控制中央?yún)^(qū)域附近的LED光量的調(diào)整值。又，寄存器806～808分別與上述第1系統(tǒng)～第3系統(tǒng)對應(yīng)。
809～811是從寄存器805讀入用于對副掃描方向的黑斑進行校正的校正值，從寄存器806～808將LED的亮度比例的調(diào)整值按3個系統(tǒng)分別讀入，對計數(shù)器804的輸出進行解碼作成控制脈沖的解碼器。812～814是使從解碼器809～811輸入的控制脈沖與時鐘信號同步地輸出的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。
通過以上說明的構(gòu)成，LED驅(qū)動單元108能夠以光源103，以在主掃描方向中中央?yún)^(qū)域沒有亮度差的均勻化的亮度水平，將光照射在攝像元件104的攝像面上的方式進行控制，進一步，能夠以對在副掃描方向中生成的黑斑進行校正的方式調(diào)整光源103的LED202a～202e的點亮時間。即，LED驅(qū)動單元108能夠調(diào)整3個系統(tǒng)各自的LED的亮度，并且生成用于實現(xiàn)共同的副掃描方向的黑斑校正的控制脈沖，并輸出到光源103。
下面，我們用定時圖，說明控制攝像元件104和LED驅(qū)動單元108中的曝光量的情況。
圖9是表示本實施方式中的攝像元件單元104和LED驅(qū)動單元108的工作的定時圖。
在圖9中，901是輸入到控制LED202a、202b的第1系統(tǒng)的圖7的輸入端子701的控制脈沖P_701。902是輸入到控制LED202c的第2系統(tǒng)的圖7的輸入端子702的控制脈沖P_702。903是輸入到控制LED202d、202e的第3系統(tǒng)的圖7的輸入端子703的控制脈沖P_703。這些控制脈沖P_701/901～P_703/903的“H(高)”期間為LED的點亮期間。這樣，通過改變成為控制脈沖P_701/901～P_703/903(或其或其以下，作為控制脈沖901～903)的各個點亮期間的“H”脈沖寬度，能夠調(diào)整各個LED的亮度。
又，904表示重置副掃描方向的第1行的像素(L1)的定時。具體地說，表示重置圖5所示的寄生電容78的重置脈沖ΦR。905表示將積累在副掃描方向的第1行的像素中的電荷傳送到寄生電容(圖5的寄生電容78)的定時。具體地說，表示將電荷從圖5所示的光二極管73傳送到寄生電容78的傳送脈沖ΦT。
從而，時刻t1～時刻t3的期間916表示L1中的光二極管73的電荷積累期間。這里，如控制脈沖901～903所示，到時刻t2的期間912間不點亮LED。因此，實質(zhì)的副掃描方向的第1行的像素(L1)的電荷積累期間成為從時刻t2到時刻t3的期間917。
同樣，906表示重置副掃描方向中的第2行的像素(L2)的定時。907表示將積累在副掃描方向的第2行的像素(L2)中的電荷傳送到寄生電容78的定時。所以，期間918表示光二極管73的電荷積累期間，期間919表示實質(zhì)的副掃描方向的第2行的像素中的電荷積累期間。又，903表示重置副掃描方向中的第3行的像素(L3)的定時，909表示將積累在副掃描方向的第3行的像素(L3)中的電荷傳送到寄生電容78的定時。所以，期間920表示實質(zhì)的副掃描方向的第3行的像素中的電荷積累期間。
910表示重置副掃描方向中的第4行的像素(L4)的定時，911表示將積累在副掃描方向的第4行的像素(L4)中的電荷傳送到寄生電容78的定時。所以，921表示實質(zhì)的副掃描方向的第4行的像素中的電荷積累期間。
這樣，關(guān)于攝像元件單元104的攝像面內(nèi)的像素中的電荷積累期間，存在著在期間913所示的多個行(圖9的L1～L4)中共同積累的期間和如期間912、914所示，對于每個行電荷積累的處理不同的期間。如圖9所示，在副掃描方向中鄰接的各行間，電荷積累期間只是期間915不同。在本實施方式中，通過利用該積累期間的各行的偏離，如期間917、919、920、921所示，對于每一行電荷積累期間的長度能夠是不同的。即，能夠與副掃描方向的黑斑相應(yīng)地，控制行單位的曝光量。
如圖9所示，通過在直到對各行進行重置的期間912的時間內(nèi)，不點亮LED，在結(jié)束各行的重置后點亮LED，能夠使重置定時越遲的行，越增加電荷積累期間(＝曝光量)。相反地，如果在期間912和期間913的時間內(nèi)，點亮LED，則能夠使重置定時越遲的行，越減少電荷積累期間(＝曝光量)。進一步，當在期間912～914的時間內(nèi)，點亮LED時，在期間912或期間914的時間內(nèi)，也可以通過改變LED亮度，改變行單位的曝光量。
又，通過改變期間913(各行共同的電荷積累期間)和期間914(每行不同的電荷積累期間)的期間的比例，能夠改變曝光量的增加(減少)率。或者，通過在期間913和期間914中改變輸入到LED的脈沖寬度(LED接通期間)，也能夠改變曝光量的增加(減少)率。
如以上所示，通過利用CMOS傳感器特有的行單位的電荷積累期間的時間差，能夠校正上述調(diào)整亮度后的3個系統(tǒng)的LED中的黑斑，能夠進一步提高攝像元件單元104中的攝像面內(nèi)的特別是中心區(qū)域的曝光量的均勻性。又，如果是以行為單位電荷積累期間不同的圖像傳感器，則即便是CMOS傳感器以外的圖像傳感器，也可以應(yīng)用本發(fā)明。
如上所述，指紋傳感器那樣的生物體認證裝置或條型碼讀出器那樣的物體識別裝置要實現(xiàn)面內(nèi)曝光量的均勻化是非常困難的。特別是，在使被拍攝物體密切接觸傳感器的那種類型的指紋傳感器和條型碼讀出器的圖像讀取單元等，與被拍攝物體接近，照射來自光源的光的光學(xué)傳感器的情形中，由光源自身的不均衡和與攝像元件單元的位置關(guān)系引起的亮度分布差造成的攝像面面內(nèi)的曝光量的差異能夠很大。
本實施方式中的指紋認證裝置的特征是著眼于生物體認證和物體識別所需的中央?yún)^(qū)域?qū)@種曝光量差進行2維的校正。具體地說，在與攝像元件(CMOS傳感器)的主掃描方向平行地配置多個光照射元件(光源)，并且以提高在主掃描方向的中央?yún)^(qū)域中的來自光照射元件的光量分布的均勻性的方式，對光照射元件的亮度進行控制，以提高在副掃描方向中的曝光量的均勻性的方式，對攝像元件的電荷積累定時、光照射元件的亮度和點亮定時進行控制。
又，除了在主掃描方向調(diào)整光照射元件的不均衡(亮度不均勻性)的構(gòu)成外，在一面按照攝像元件的副掃描，將由攝像元件的電荷積累定時和光照射元件的亮度決定的曝光量的比例一律保持在副掃描方向中，一面使其變化的構(gòu)成中，能夠進一步高效率地除去由光照射元件的亮度不均勻性、光照射元件和攝像元件的位置關(guān)系引起的曝光量差(黑斑)不同的2點的校正。特別是，作為用于黑斑校正的處理，因為只改變光源和攝像元件的驅(qū)動脈沖，所以通過追加校正功能不會增大電路規(guī)模和外形大小，能夠抑制由追加校正功能引起的制造成本的增加。又，也能夠省去為了防止發(fā)生黑斑設(shè)置別的光源等的成本。又，也可以只進行該副掃描方向的控制。
又，本實施方式的指紋識別裝置，如上所述，因為用通過控制光源的點亮定時和亮度與控制攝像元件的電荷積累定時，校正光源的亮度不均勻性和黑斑的方法，所以與由信號處理校正光源的亮度不均勻性和黑斑的情形比較，具有不發(fā)生由S/N降低和校正引起的副作用那樣的優(yōu)點。例如，在室外利用指紋認證裝置的情形等中，與LED的亮度比較外光的亮度更明亮，成為調(diào)整曝光量的主要原因，但是這時當然不發(fā)生亮度不均勻性。但是，在已有的指紋認證裝置中，在圖像處理中對亮度不均勻性進行一定的校正處理的情形中，存在著不判別室內(nèi)或室外進行不必要的校正那樣的問題?；蛘哒f，在已有的指紋認證裝置中，在室內(nèi)射入一部分外光的情形中存在著在室外光的區(qū)域中進行過度校正那樣的弊病。在本實施方式的指紋認證裝置中，因為通過控制光源的亮度和發(fā)光定時以及控制攝像元件的電荷積累定時，改變曝光量自身，所以即便在室外曝露于外光中，也能夠保持曝光量一定，不會發(fā)生過度校正。又，因為通過計算處理進行校正，所以也不會發(fā)生由計算處理引起的位精度低下等的問題。
以上，在本實施方式中，作為指紋認證方法，我們例示了從部分圖像合成整個指紋圖像和從合成的指紋圖像提取特征點的情形，但是本發(fā)明還述說了用于在進行指紋認證方面提高取得圖像品質(zhì)的部件和方法。用它的部分圖像提取特征信息的方法和特征信息的種類、認證的算法等也可以是任何的方法、種類和算法。
又，以上，我們說明了在本實施方式中的指紋認證裝置，但是也可以將本發(fā)明應(yīng)用于條型碼讀出器和工業(yè)用機器人等的物體識別用攝像裝置等中的曝光量控制。又，也可以將本發(fā)明應(yīng)用于通過照射光從圖像的特征識別物體的物體識別裝置等。又，也在生物體認證裝置中以指紋認證裝置為例說明了本實施方式，但是也可以將本發(fā)明應(yīng)用于通過將光照射在手和手指、面孔、眼睛等上，提取被拍攝物體的特征信息進行對照的生物體認證裝置。這里，被拍攝物體的特征信息例如是掌紋、靜脈等的血流、虹膜、面孔識別等的信息。又，在上述實施方式中，作為光照射部件我們舉出了LED，但是也可以是熒光管、EL、激光器等光源。
又，持有主掃描方向、副掃描方向的控制部件兩者的構(gòu)成是令人滿意的，但是也可以只具有其中的某一方。在本實施方式中，作為取得部分圖像的傳感器，我們例示了副掃描方向的像素數(shù)約為5～20的帶狀的2維傳感器，但是即便是1維傳感器，通過具有本實施方式中的主掃描方向的控制部件對取得的部分圖像內(nèi)的曝光量進行控制，同樣能夠提高被拍攝物體的圖像品質(zhì)。
(第2實施方式)我們用圖10A、10B、11A、11B、11C、12和13說明區(qū)域型指紋認證裝置，作為本發(fā)明的第2實施方式。這里，區(qū)域型指紋認證裝置是如上述第1實施方式那樣不需要掃描手指，只將手指放置在預(yù)定位置上讀取指紋進行認證的裝置。又，因為第2實施方式中的指紋認證裝置的模式構(gòu)成與圖1所示的第1實施方式的構(gòu)成相同，所以我們省略對它的說明。同樣，攝像元件單元104的內(nèi)部構(gòu)造也與第1實施方式中圖4、5所示的構(gòu)成相同，不同之處是副掃描方向的像素數(shù)。
圖10A和10B是表示區(qū)域型指紋認證裝置中的光源和攝像元件的位置關(guān)系的圖。圖10A是從手指的上面方向看的指紋認證裝置的概略圖，圖10B是從圖10A中的上側(cè)方向看的指紋認證裝置的概略圖。
在圖10A中，201是手指，1102a～1102d是作為光源的LED。這里，箭頭1104a～1104d表示來自LED1102a～4102d的光的射出方向。1103a、1103b是一面引導(dǎo)來自LED1102a～1102d的光一面在下面散射或反射在上面射出光的導(dǎo)光體等的光學(xué)部件。1101是用于在面上取得手指201的指紋的2維傳感器，這里是CMOS型攝像元件。又，箭頭1105是傳感器的主掃描方向，箭頭1106是傳感器的副掃描方向。又，傳感器的主掃描方向和副掃描方向的定義已經(jīng)在第1實施方式中用圖4、5說明了。又，點A、B、C、D的各點用于表示攝像元件1101的攝像面上的位置。這里，LED1102a～1102d和光學(xué)部件1103a、1103b與圖1的光源103對應(yīng)，攝像元件1101包含在圖1的攝像元件單元104中。
如以上所示，在本實施方式中，作為光源103與主掃描方向平行地配置是導(dǎo)光體的光學(xué)部件1103a、1103b。在圖10B中，虛線的箭頭1107表示光從光學(xué)部件1103b到手指201的射出方向。又，箭頭1108是在手指201中擴散的光入射到攝像元件1101的入射方向。
如圖10A和圖10B所示，在攝像元件1101的攝像面上，因為手指201的曲率在手指201的周圍區(qū)域是不與或難以與手指201接觸的部分。又，因為光學(xué)部件1102也具有高度，所以與第1實施方式相同，從兩端算起的一定區(qū)域與手指201的中央部分比較與手指201的接觸是不充分的。又，與第1實施方式相同，期望畫質(zhì)上處于均勻曝光狀態(tài)的區(qū)域大致是中央67～80％左右的區(qū)域。周圍的區(qū)域起著根據(jù)取得本來的指紋圖像的目的，從手指201的側(cè)面的指紋中隆起線圖案的變化，輔助提取中央?yún)^(qū)域的指紋的作用，或者起著根據(jù)從手指的外側(cè)進入的光，檢測外光環(huán)境(現(xiàn)在，在室外或者室內(nèi)，夜晚或者白晝等)，用于算出適當?shù)钠毓鈼l件和信號處理水平的作用等，用作為了得到內(nèi)插中央67～80％的區(qū)域的取得圖像的信息的區(qū)域。
下面，我們說明在攝像面上的圖10A所示的各點A～E之間的亮度分布，并且說明亮度不均勻性和黑斑的校正。圖11A、11B和圖11C是表示對于圖10A所示的點A～E的位置，由光源產(chǎn)生的亮度分布的圖。其中，圖11A、11B是表示從點A到點B的方向(傳感器的主掃描方向)的亮度分布的圖。具體地說，從LED1102a經(jīng)過作為導(dǎo)光體的光學(xué)部件1103a的亮度分布由虛線1201表示，從LED1102b經(jīng)過作為導(dǎo)光體的光學(xué)部件1103a的亮度分布由虛線1202表示。
首先，我們說明在攝像元件1101的主掃描方向生成的亮度不均勻性及其校正。在圖11A中，例示了由于LED的亮度不均衡，LED1102a為100％的亮度水平，LED1102b為50％的亮度水平的情形。這時，由于2個LED1102a、1102b的不均衡和作為導(dǎo)光體的光學(xué)部件1103a引起的光的衰減，整個亮度分布由虛線1203表示。
這時，因為在點A～點B的區(qū)域中由虛線1203表示的亮度分布約在70％上下，所以即便在中央?yún)^(qū)域的亮度分布中，如箭頭1204所示，也產(chǎn)生最大值和最小值相差約50％的亮度差。用該光源攝像得到的指紋圖像也在中央?yún)^(qū)域中輸出分布約50％地變化。這種取得圖像時的曝光量的不均勻性，對于取得指紋圖像后的圖像，當進行圖像處理提取指紋的隆起線和除去背景、提取特征點時，引起提取錯誤、S/N低下、動態(tài)范圍不足等，最終使認證精度低下。即便在圖像處理過程中通過校正而除去光源的不均勻性，但是由這種圖像處理進行的校正當不是單純的光源不均勻性的變化時不能夠高效率地除去不均勻性，而發(fā)生偽輪廓等。
因此，在本實施方式中，LED驅(qū)動單元108形成通過將LED1102a、LED1102b、LED1102c、LED1102d分別作為1個系統(tǒng)分成共計4個系統(tǒng)個別地進行控制，使中央?yún)^(qū)域的亮度分布變得均勻的構(gòu)成。例如，LED驅(qū)動單元108，如圖11B所示，以使LED1102a的亮度水平從100％降低到50％方式進行控制。通過該控制，LED1102a的亮度水平成為50％，與LED1102b的亮度水平相等。從LED1102a經(jīng)過作為導(dǎo)光體的光學(xué)部件1103a的亮度分布由虛線1205表示。又，由來自2個LED1102a、b的照射產(chǎn)生的光學(xué)部件1103a的整個亮度分布由虛線1206表示。
因此，如圖11B所示與圖11A的虛線1203的亮度差比較能夠縮小點A～點B的整個距離上的虛線1206的亮度差。特別是，關(guān)于中央?yún)^(qū)域，如箭頭1207所示，改善亮度差直到25％，能夠提高亮度的均勻性。如在第1實施方式中所述的那樣，因為能夠抑制用于指紋認證的圖像所需的中央?yún)^(qū)域的光量不均勻性，所以通過提高取得圖像的品質(zhì)，并改善對中央?yún)^(qū)域的指紋部分的圖像處理的精度，能夠圓滑地提取指紋的隆起線和特征點。結(jié)果，能夠提高認證精度。這樣，通過形成分割取得指紋圖像的區(qū)域，調(diào)整亮度的構(gòu)成，能夠用必要的最小限度的LED的調(diào)整系統(tǒng)數(shù)，實現(xiàn)有效地改善光量不均勻性，從而適合于取得指紋圖像。又，即便在由LED1102c和LED1102d照射的光學(xué)部件1103中，也能夠進行同樣的光量不均勻性的校正。
下面，我們說明在攝像元件1101的副掃描方向生成的黑斑及其校正。圖11C是表示從圖10A的點C到點E的方向(攝像元件1101的副掃描方向)的亮度分布的圖。如圖11C的實線1208所示，通過LED1102a的上述的調(diào)整，降低它的亮度分布，但是進一步通過降低從點C到中央D的亮度，增加從點D到點E的亮度，發(fā)生黑斑。
其原因是因為與點C、E比較點D對于光學(xué)部件1103a、b位置上離開更多，所以使光量降低的緣故。能夠通過模擬和實測預(yù)測和計算該方向的亮度降低。如已經(jīng)述說過的那樣，該方向的亮度降低(黑斑)與指紋提取中的動態(tài)范圍和對比度的降低有關(guān)，引起認證精度的降低。
在本實施方式中，與第1實施方式相同，利用攝像元件1101的成為副掃描方向的各行的曝光定時的時間偏離，控制曝光量實現(xiàn)黑斑校正。通過如圖11C的虛線1209所示的分割，增加LED1102a～1102d的點亮期間和亮度。因此，當合成由實線1208所示的黑斑引起的亮度變化和由虛線1209所示的LED1102a～1102d的點亮期間和亮度變化時，如虛線1210所示地使它的總曝光量在副掃描方向均勻化。進一步，能夠得到與通過在輸出上乘以增益、照射虛線1211所示的亮度水平的光的情形同等的輸出。
這樣，除了調(diào)整攝像元件1101的主掃描方向中的多個LED產(chǎn)生的亮度不均勻性外，通過對副掃描方向的黑斑進行校正，能夠?qū)崿F(xiàn)指紋認證所需的中心區(qū)域的曝光量的均勻化。因此，即便在攝像元件1101，在1次掃描中輸出的部分圖像間的連接合成處理中，在連接部分中也不發(fā)生亮度差，能夠防止由于圖像的連接合成的失敗和連接合成的副作用造成的畫質(zhì)惡化等引起指紋認證的精度降低。
圖12、圖13是表示本實施方式中的圖1所示的光源103和LED驅(qū)動單元108的具體電路例的圖。
圖12是表示將圖10A所示的LED1102a、LED1102b、LED1102c、LED1102d分別作為1個系統(tǒng)的共計分成4個系統(tǒng)，由晶體管的接通/斷開進行點亮控制的電路例的圖。這里，在各LED系統(tǒng)中流過的電流值由可變電阻1301a～1301d決定，該可變電阻1301a～1301d的各電阻值由調(diào)整端子1302a～1302d進行控制。既可以在出廠時等通過手動調(diào)整該調(diào)整端子1302a～1302d，或者也可以在系統(tǒng)中由微計算機經(jīng)過DA變換器等進行控制。
701是LED控制脈沖的輸入端子。704、705是電阻元件，706表示晶體管，707表示電源，708表示GND(地)。通過電流調(diào)整4系統(tǒng)的LED1102a～d的亮度不均衡。具體地說，通過對各晶體管706的接通/斷開進行脈沖寬度控制，調(diào)整LED1102a～d的點亮熄滅比例，對亮度不均勻性進行校正。又，用于副掃描方向的黑斑校正的，LED1102a～d的點亮熄滅比例的調(diào)整維持亮度不均勻性調(diào)整后的4系統(tǒng)間的點亮熄滅期間的比例。
下面，我們說明作成輸入到圖12所示的輸入端子701的LED控制脈沖的控制脈沖作成電路的電路例。又，控制脈沖作成電路是本實施方式的LED驅(qū)動單元108具備的電路。
圖13是表示作成輸入到輸入端子701的控制脈沖的控制脈沖作成電路的圖。在圖13中，801是作為主掃描方向的觸發(fā)信號的水平同步信號(HD)的輸入端子。802是作為副掃描方向的觸發(fā)信號的垂直同步信號(VD)的輸入端子。803是輸入時鐘信號(CLK)的時鐘信號端子。804是將水平同步信號和垂直同步信號作為觸發(fā)信號對時鐘信號進行計數(shù)的計數(shù)器。805是存儲用于對上述副掃描方向的黑斑進行校正的校正值的寄存器。809從寄存器805讀入用于對上述副掃描方向的黑斑進行校正的校正值，對計數(shù)器804輸出的計數(shù)值進行解碼，作成控制脈沖的解碼器。812是與時鐘信號同步地輸出從解碼器809輸入的控制脈沖的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。
通過以上說明的構(gòu)成，LED驅(qū)動單元108能夠，以用在主掃描方向中中央?yún)^(qū)域沒有亮度不均勻性的均勻化的亮度水平的光量LED1102a～1102d將光照射在攝像元件104的攝像面上的方式，進行控制。進一步，能夠以對在副掃描方向中生成的黑斑進行校正的方式調(diào)整LED1102a～1102d的點亮時間。即，LED驅(qū)動單元108能夠調(diào)整4個系統(tǒng)的不同LED的亮度，并且以生成用于實現(xiàn)共同的副掃描方向的黑斑校正的方式對LED1102a～1102d的接通/斷開進行控制。
下面，我們用定時圖說明對本實施方式中的攝像元件單元104和LED驅(qū)動單元108中的曝光量的控制。圖14是表示本實施方式中的攝像元件單元104和LED驅(qū)動單元108的工作的定時圖。
在圖14中，1501是副掃描方向的移位寄存器的傳送時鐘，在每個副掃描期間中加上1次脈沖。1502表示形成LED1102a～1102d共同的控制信號，輸入到輸入端子701的控制脈沖。該控制脈沖1502的“H”期間為LED的點亮期間。這樣，通過對于1515、1517改變1516的點亮期間的脈沖寬度，能夠調(diào)整LED1102a～1102d的亮度。
又，1503表示重置積累在副掃描方向的第1行的像素(L1)中的電荷的定時。具體地說，表示重置圖5所示的寄生電容78的重置脈沖ΦR。1504表示將積累在副掃描方向的第1行的像素中的電荷傳送到寄生電容(圖5的寄生電容78)的定時。具體地說，表示將電荷從圖5所示的光二極管73傳送到寄生電容78的傳送脈沖ΦT。
同樣，1505表示重置副掃描方向中的第2行的像素(L2)的定時。1506表示將積累在副掃描方向的第2行的像素中的電荷傳送到寄生電容78的定時。又，1507表示重置副掃描方向的第m行的像素(Lm)的定時，1508表示將積累在副掃描方向的第m行的像素中的電荷傳送到寄生電容78的定時。1509表示重置副掃描方向的第n行的像素(Ln)的定時，1510表示將積累在副掃描方向的第n行的像素中的電荷傳送到寄生電容78的定時。
在圖14中，期間1511～1514表示上述各行的像素(L1～Ln)的電荷積累期間。如圖14所示，期間1511～1514與進行2行程度的副掃描的期間相等。但是，LED1102a～1102d的點亮期間，如期間1515所示，因為在副掃描期間的100％的期間中不點亮，所以實質(zhì)上的副掃描方向的電荷積累期間等于在期間1511～期間1514上乘以LED1102a～1102d的點亮比例。所以，曝光量在期間1512、期間1513和期間1514中是不同的，在副掃描方向中成為中央?yún)^(qū)域的期間1513的曝光量大，而在副掃描方向中成為端部區(qū)域的期間1512和期間1514的曝光量小，實現(xiàn)了圖11C的虛線1209所示的曝光量控制。如以上所示，當將1502所示的控制脈沖輸入到輸入端子701中時，為了防止黑斑在副掃描方向?qū)ζ毓饬窟M行校正。
又，代替上述控制脈沖1502，當將1518所示的控制脈沖輸入到輸入端子701中時，能夠如下地控制曝光量?？刂泼}沖1518，與控制脈沖1502比較，兩端區(qū)域中的LED1102a～1102d的點亮比例小。當具體地進行比較時，作為中央?yún)^(qū)域的期間1521與期間1516同樣，點亮比例為100％。但是，期間1520的點亮比例比期間1515中的點亮比例小。同樣，期間1522的點亮比例也比期間1517的點亮比例小。通過這樣做，能夠使圖11C所示的虛線1209的斜率變大，能夠使與對黑斑進行校正的一方變得陡峭。
又，代替上述控制脈沖1502，當將1519所示的控制脈沖輸入到輸入端子701中時，能夠如下地控制曝光量。控制脈沖1519，與控制脈沖1502比較，整體上LED1102a～1102d的點亮比例小。當具體地進行比較時，期間1523、1524、1525的點亮比例為期間1515、1516、1517中的點亮比例的一半。通過這樣做，能夠使圖11C所示的虛線1209的斜率不變，使虛線1210的絕對值減少一半。即，通過保持在LED1102a～1102d的副掃描方向中的點亮比例的不同比率不變，在全部脈沖中使點亮比例減少一半，也能夠使黑斑校正量與原來相同而使亮度均勻地減少一半。這樣一來，通過利用曝光期間的時間差，以共同的比例對經(jīng)過亮度調(diào)整的4個系統(tǒng)的LED進行校正。
本實施方式的指紋認證裝置，因為利用光源的點亮比例和傳感器的積累時間對光源進行校正，所以與在信號處理中進行黑斑校正的情形比較，具有不發(fā)生由S/N降低和校正引起的副作用那樣的優(yōu)點。例如，在室外利用的情形等中，與LED的亮度比較外光的亮度更明亮成為主要原因，但是這時不發(fā)生亮度不均勻性。但是，當在圖像處理中進行一定的校正時，存在著不判別室內(nèi)或室外，相反地進行校正的情形?；蛘哒f，當即便在室內(nèi)也射入一部分外光時，存在著在室外光的區(qū)域中進行過度校正那樣的弊病，但是本實施方式的指紋認證裝置能夠一面除去這種弊病，一面以少的光源數(shù)抑制指紋認證所需的區(qū)域的亮度不均勻性，實現(xiàn)低成本高精度的指紋認證。
以上，我們說明了本實施方式中的指紋認證裝置，但是也可以將本發(fā)明應(yīng)用于條型碼讀出器和工業(yè)用機器人等的物體識別用的攝像裝置等，通過照射光從圖像的特征識別物體的圖像輸入裝置。又，也在生物體認證裝置中以指紋認證裝置為例說明了本實施方式，但是同樣也可以將本發(fā)明應(yīng)用于通過將光照射在例如手和手指、面孔、眼睛等上，提取被拍攝物體的特征信息進行對照的生物體認證裝置。這里，被拍攝物體的特征信息例如是掌紋、靜脈等的血流、虹膜、面孔識別等的信息。又，在上述實施方式中，作為光照射部件我們舉出了LED，但是也可以是熒光管、EL、激光器等的光源。
(第3實施方式)在本實施方式中表示對在室外的直射目光下和室內(nèi)光下的面內(nèi)曝光量不均勻性和從由來自夕陽和窗邊的光等產(chǎn)生的斜的橫側(cè)入射的外光引起的面內(nèi)曝光量的不均勻性進行的控制。這里基本構(gòu)成也與第1實施方式和第2實施方式相同，與攝像元件的主掃描方向平行地配置多個光照射元件，并且在主掃描方向的中心區(qū)域以提高來自光照射元件的光量分布的均勻性的方式對光照射元件的亮度進行控制，但是進一步檢測由外光引起的曝光量的變化和不均勻性，控制對它們的校正。又，在本實施方式中，只好割愛除去以提高副掃描方向中的曝光量的均勻性的方式對攝像元件的電荷積累定時、光照射元件的亮度和點亮定時進行控制的構(gòu)成，但是因為同時通過實施能夠除去由光源和攝像元件的位置關(guān)系產(chǎn)生的黑斑，所以如本實施方式中所述的那樣，對于來自以校正外光的影響的方式點亮的光源的照射光是有效果的，通過一起實施，增加有效性。
對于光學(xué)式傳感器，光源質(zhì)量是決定攝像圖像自身的畫質(zhì)品質(zhì)的重要因素，特別是，面內(nèi)曝光量的均勻化是重要的。在第1、第2實施方式中，例示了由光源自身的不均衡和與攝像元件單元的位置關(guān)系決定的亮度分布差(黑斑)引起的攝像面內(nèi)的曝光值的差，著眼于生物體認證和物體識別所需的區(qū)域，對這種曝光量的差進行校正。具體地說，在與攝像元件(CMOS傳感器)的主掃描方向平行地配置多個光照射元件(光源)，并且以提高在主掃描方向的中央?yún)^(qū)域中來自光照射元件的光量分布的均勻性的方式，對光照射元件的亮度進行控制。又，以提高在副掃描方向中的曝光量的均勻性的方式，對攝像元件的電荷積累定時、光照射元件的亮度和點亮定時進行控制。但是，阻礙面內(nèi)曝光量均勻化的要因不僅是由光源自身的不均衡和與攝像元件單元的位置關(guān)系引起的亮度分布差，即便關(guān)于其它的阻礙曝光量均勻化的要因本發(fā)明也是有效的。
圖15是表示作為本實施方式的掃描型指紋認證裝置的模式構(gòu)成的方框圖。因為具有與第1實施方式相同的功能，所以附加相同的標號，省略對它們的詳細說明。在圖15中，138是外光狀態(tài)判斷單元，是從攝像得到的圖像信號判別由來自光源的照明光產(chǎn)生的信號成分和由外光產(chǎn)生的信號成分的量和比例以及在面內(nèi)的各光的光量分布狀況的判斷部件。這里，從圖像合成單元輸出信號，但是既可以從圖像合成后的圖像進行判斷，也可以從圖像合成前的信號進行判斷。
作為外光狀態(tài)判斷單元138的具體判斷工作的例子，因為能夠預(yù)先預(yù)測由來自認證單元102自身進行控制的光源的照明光產(chǎn)生的信號成分的概算量，所以與該信號量比較計算實際取得圖像的信號的增加程度作為由外光產(chǎn)生的信號成分的量和比例。又，能夠從該增加程度的面內(nèi)分布判斷外光的入射方向(直射目光和來自窗邊的夕陽照入等)和周圍環(huán)境(室內(nèi)或室外)等。123a是接受來自以生物體信息亮度檢測單元122a、138為首的各單元的信息，通過通信單元115將控制攝像單元101的傳感器驅(qū)動單元105和LED驅(qū)動單元108的控制信號輸出到攝像單元101的控制單元。
137是將圖像合成單元135輸出的合成后的圖像數(shù)據(jù)傳送到生物體信息亮度檢測單元122a、手指檢測單元121、外光狀態(tài)判斷單元138的信號線。
139是用于將外光狀態(tài)判斷單元138的外光狀態(tài)判斷結(jié)果傳送到控制單元123a的信號線。131是將接受各單元的狀態(tài)，控制單元123a輸出的用于控制攝像單元101的控制信號傳送到通信單元115的信號線。
本實施方式的攝像單元101，與實施方式1相同，關(guān)于由構(gòu)成光源103的各LED元件的亮度不均衡和各LED與攝像元件單元104的位置關(guān)系決定的光量的不均勻性(黑斑)，以成為從LED亮度分布算出的校正值、調(diào)整值的方式，控制單元123a經(jīng)過通信單元115將控制信號發(fā)送到傳感器驅(qū)動單元105和LED驅(qū)動單元108。
傳感器驅(qū)動單元105和LED驅(qū)動單元108，與來自控制單元123a的控制信號相應(yīng)，對攝像元件單元104的工作和光源103的各LED的光量進行控制。
進一步，本實施方式的攝像單元101，以使從外光狀態(tài)判斷單元138用取得圖像的亮度分布判斷的周圍的光環(huán)境(室內(nèi)或室外，是否在強的直射日光下等)和外光的入射狀況(光是否傾斜地入射等)，取得的被拍攝物體的圖像在面內(nèi)曝光狀態(tài)成為均勻的方式，或者以使適當曝光量的面積盡可能地大的方式，控制單元123a經(jīng)過通信單元115將控制信號發(fā)送到傳感器驅(qū)動單元105和LED驅(qū)動單元108。傳感器驅(qū)動單元105和LED驅(qū)動單元108與來自控制單元123a的控制信號相應(yīng)，對攝像元件單元104的工作和光源103的各LED的光量進行控制。
通過來自以上的控制單元123a的校正、調(diào)整，攝像單元101控制照明被拍攝物體的手指的光源103，即便在加上外光的情形中，也能夠校正攝像面內(nèi)的照明條件的差異，提高面內(nèi)的曝光量的均勻性，并且在由外光和來自光源的光兩者照明的情形中也能夠以成為適當曝光量的方式調(diào)整攝像元件的積累條件，取得指紋圖像。
本實施方式中的攝像元件與實施方式1相同，是用稱為掃描型的方式的光學(xué)式指紋傳感器，它的構(gòu)成已經(jīng)在圖2A～5中先述說過了。
與實施方式1相同，本實施方式中的指紋認證裝置是利用由光源照射條件和傳感器的積累期間的關(guān)系決定傳感器單元的像素的曝光這一特性的裝置。
我們用圖16A、16B、17A、17B、17C、18A、18B、19A、19B、20、21A、21B和22說明本實施形態(tài)的指紋認證裝置。
圖16A和16B是表示照明室內(nèi)和室外中的被拍攝物體的光和這時的曝光狀態(tài)的模式圖。圖16A是室內(nèi)和夜間等外光成分少，基本上用來自LED光源的光照明手指的情形。圖16B表示在室外強的直射日光從正上方下射等的外光是照明手指的主要成分的情形。
這里，圖16A和16B與圖2D同樣是在手指的橫截面上的模式圖，201是手指，204是攝像元件，209是引導(dǎo)機構(gòu)。又，這里也省去了對攝像元件204上的光學(xué)部件203的表示。箭頭1601表示從LED光源2沿箭頭方向向著手指射出的照明光。虛線1602表示這時的攝像元件204的曝光量分布，橫軸表示與手指截面相應(yīng)的位置，縱軸表示曝光量。箭頭1603表示作為外光從正上方沿箭頭方向照明手指的直射日光。虛線1604表示這時的攝像元件204的曝光量分布，橫軸表示與手指截面相應(yīng)的位置，縱軸表示曝光量。
如圖16A所示，在室內(nèi)和夜間的情形中，因為成為來自手指接觸的攝像面一側(cè)的照明光，所以攝像元件204中的曝光量存在著在與手指接觸的中央?yún)^(qū)域多，在接近與手指不接觸的手指側(cè)面的兩端區(qū)域少的傾向。(這里，例示了與中央?yún)^(qū)域為100％的曝光量相對，兩端區(qū)域為40％的情形。)另一方面，如圖16B所示，在室外強的外光入射的情形中，因為成為來自手指接觸的攝像面和相反側(cè)的照明光，所以在攝像元件204中的曝光量在接近不與手指接觸的手指側(cè)面的兩端區(qū)域多，在與手指接觸的中央?yún)^(qū)域少。這是因為即便與接近手指側(cè)面的兩端區(qū)域接觸厚度也很薄，所以與中央?yún)^(qū)域比較光的透過率高的緣故。(這里，例示了與兩端區(qū)域為100％的曝光量相對，中央?yún)^(qū)域為40％的情形。)因為在中央?yún)^(qū)域和接近手指側(cè)面的兩端區(qū)域兩者中曝光量相差很大，所以要使手指的全部區(qū)域都具有適當曝光量是非常困難的，某一方發(fā)生飽和而泛白，而曝光量少的一側(cè)光量很少而變得黑沉沉的情形也不少。
也如實施方式中所論述的那樣，為了確保由當用光學(xué)式攝像元件取得指紋圖像時的指紋圖案產(chǎn)生的光強度之差等于對比度，在為了提取指紋的隆起線圖案而進行圖像計算方面所需的大于等于25％，需要與照明光的亮度不均勻性同樣地能夠抑制乘上增益的這種曝光量差。如果不能夠抑制，則使為了與中央?yún)^(qū)域和兩端區(qū)域的大曝光量差對應(yīng)地分配灰度等級的信號成分的灰度等級性降低，不能夠得到充分的對比度，S/N比減小，認證精度降低。本實施方式，通過檢測外光的狀況，與該狀況相應(yīng)，改變光源的點亮狀態(tài)和攝像元件的積累條件，可以提高攝像面內(nèi)的曝光分布的均勻性，并且以適當?shù)钠毓饬?，擴大能夠取得的指紋圖像的面積，提高信號成分的灰度等級性，提高認證精度。
圖17A、17B和17C是表示本實施方式中的掃描型光學(xué)式指紋傳感器的概略構(gòu)成的圖。
圖17A是從手指上方看的光學(xué)式指紋傳感器的概略圖。又圖17B是表示圖17A中的6個LED1702a～1702f的照明光的100％點亮時的亮度水平的圖。又，圖17C是點亮LED1702a～1702f的驅(qū)動單元的電路圖。
在圖17中，201是成為指紋認證的對象的手指。1702a～1702f是作為光源的LED。204是副掃描方向的像素數(shù)約為5～20的帶狀的2維傳感器，具體地說是CMOS型的攝像元件。
209是伴隨著手指201的移動工作，防止到移動方向和垂直方向的手指201的模糊和偏移的引導(dǎo)機構(gòu)。這里，省略了將指紋的凹凸圖案的光學(xué)上的差異導(dǎo)入后述的攝像元件204的光學(xué)部件。
這里，圖17B中的A、B、C與圖17A所示的相同標號的各點的位置對應(yīng)，圖17B是由圖17A的光源(LED1702a～1702f)產(chǎn)生的從點A到點B的方向(傳感器的主掃描方向)的亮度分布。
在圖17B中，1701a～1701f模式地表示圖17所示的各LED1702a～1702f的亮度分布的中心。這里，為了簡單化地說明外光環(huán)境的工作，假定LED的亮度沒有個別不均衡地進行說明。當以100％的亮度點亮全部LED時，該亮度分布如虛線1703所示。
我們例示LED1701a～1701f作為用與第1實施方式相同的3個系統(tǒng)控制光亮的構(gòu)成。這里在本發(fā)明中，如下面的本實施方式的3個系統(tǒng)的工作所示的那樣，通過與外光的入射方向相應(yīng)獨立地控制配置在主掃描方向中心兩側(cè)的至少2組，改善了對于從斜方向入射的外光的動態(tài)范圍。又，通過與外光的比例相應(yīng)獨立地控制配置在主掃描方向的中心側(cè)的組和兩端側(cè)的組的至少2個組，改善了對于外光狀況變化的動態(tài)范圍。
圖17C是表示圖15所示的光源103和LED驅(qū)動單元108的具體電路例的圖。如圖17C所示，由將LED 1702a和1702f作為1個系統(tǒng)(或其或其以下稱為第1系統(tǒng))，將LED 1702b和1702c作為1個系統(tǒng)(或其或其以下稱為第2系統(tǒng))，將LED 1702d、1702e作為1個系統(tǒng)(或其或其以下稱為第3系統(tǒng))這樣共計3個系統(tǒng)構(gòu)成光源103。LED驅(qū)動單元108通過晶體管706的接通/斷開，對該3個系統(tǒng)的LED進行點亮控制。圖17C的701～703是輸入作為控制3個系統(tǒng)的LED點亮的信號的LED控制脈沖的輸入端子。如圖17C所示，將控制第1系統(tǒng)的LED控制脈沖輸入到輸入端子701，同樣將控制第2系統(tǒng)和第3系統(tǒng)的LED控制脈沖輸入到輸入端子702和輸入端子703。704、705是電阻元件，706表示晶體管，707表示電源，708表示GND(地)。
如圖17C所示，在LED驅(qū)動單元108中，輸入端子701經(jīng)過電組元件704與基極端子連接的晶體管706的集電極端子經(jīng)過電組元件705和信號線112b與第1系統(tǒng)的LED1702a和1702f連接。
輸入端子702經(jīng)過電組元件704與基極端子連接的晶體管706的集電極端子經(jīng)過電組元件705和信號線112b與第2系統(tǒng)的LED1702b和1702c連接。輸入端子703經(jīng)過電組元件704與基極端子連接的晶體管706的集電極端子經(jīng)過電組元件705和信號線112b與第3系統(tǒng)的LED1702d、1702e連接。又，各晶體管706的發(fā)射極端子與GND708連接。
在光源103中，以當電流流入信號線112b時發(fā)光的方式，使作為第1系統(tǒng)的LED1702a和1702f串聯(lián)連接在電源707和信號線112b(傳送來自輸入端子701的信號)之間。同樣，使作為第2系統(tǒng)的LED1702b和1702c串聯(lián)連接在電源707和信號線112b(傳送來自輸入端子702的信號)之間，使作為第3系統(tǒng)的LED1702d、1702e串聯(lián)連接在電源707和信號線112b(傳送來自輸入端子703的信號)之間。
通過以上所述的構(gòu)成，LED驅(qū)動單元108與輸入到輸入端子701～703的LED控制脈沖相應(yīng)，對各晶體管706的接通/斷開的時間進行脈沖寬度控制，將驅(qū)動脈沖輸出到與3個系統(tǒng)的各個LED連接的3條信號線112b。因此，與從3條信號線112b輸入到3個系統(tǒng)的LED的驅(qū)動脈沖相應(yīng)，調(diào)整各LED的點亮熄滅比例對3個系統(tǒng)的亮度進行控制。
與實施方式1同樣，用圖8所示的電路制成作成輸入到圖17C所示的輸入端子701～703的LED控制脈沖的控制脈沖作成電路的電路。
這里，在圖16A所示的室內(nèi)和夜間等的情形中，外光判斷單元判定其狀況，如圖18A所示使6個LED的亮度，第1系統(tǒng)(LED1702a和1702f)為100％，第2系統(tǒng)(LED1702b和1702c)和第3系統(tǒng)(LED1702d和1702e)為50％，以成為虛線1803的方式對整個亮度分布進行控制。
結(jié)果，攝像元件單元中的曝光量如圖18B所示，成為當100％點亮全部3個系統(tǒng)時的曝光量分布1602和作為控制3個系統(tǒng)的LED的亮度分布1803的合成的1804。但是這時，因為中央?yún)^(qū)域的LED亮度下降，所以盡管兩端區(qū)域和中央?yún)^(qū)域中的曝光量差變小，然而合成的曝光量整體下降。因此，外光判斷單元不僅控制LED的亮度而且也控制攝像元件單元，使積累時間成為2倍。
因此，總的曝光量如虛線1805那樣，與中央?yún)^(qū)域的100％的曝光量相對，兩端區(qū)域成為80％，一面確保曝光量大于等于一定值，一面減少兩端區(qū)域和中央?yún)^(qū)域中的曝光量差，取得在攝像面整體上均勻的指紋圖像。又，在圖16B所示的室外的外光下的情形中，外光判斷單元判定其狀況，如圖19A所示使6個LED的亮度，第1系統(tǒng)(LED1702a和1702f)為50％，第2系統(tǒng)(LED1702b和1702c)和第3系統(tǒng)(LED1702d和1702e)為100％，以成為虛線1903的方式對整個亮度分布進行控制。
結(jié)果，攝像元件單元中的曝光量如圖19B所示，成為當不點亮全部3個系統(tǒng)時的曝光量分布1604和作為控制3個系統(tǒng)的LED的亮度分布1903的合成的1904。
但是這時，因為中央?yún)^(qū)域的LED亮度上升，所以盡管兩端區(qū)域和中央?yún)^(qū)域中的曝光量差變小，然而合成的曝光量超過100％。在1904中模式地表示大于等于100％，實際上發(fā)生飽和而泛白。因此，外光判斷單元不僅控制LED的亮度也控制攝像元件單元，使積累時間為2/3倍。因此，總的曝光量如虛線1905那樣，與中央?yún)^(qū)域的100％的曝光量相對，兩端區(qū)域成為93％，一面不使曝光量飽和，一面減少兩端區(qū)域和中央?yún)^(qū)域中的曝光量差，取得在攝像面整體上均勻的指紋圖像。
這樣，通過與檢測出的外光的狀況相應(yīng)，改變光源的點亮狀態(tài)和攝像元件的積累條件，可以提高攝像面內(nèi)的曝光分布的均勻性，并且通過形成適當?shù)钠毓饬?，擴大能夠取得的指紋圖像的面積，并且通過提高信號成分的灰度等級性，提高認證精度。
這時，在與多個配置相應(yīng)經(jīng)過分組化的光源中，通過與外光的比例相應(yīng)獨立地控制配置在主掃描方向的中心側(cè)的組和兩端側(cè)的組的至少2個組，追隨外光狀況變化很大的室內(nèi)和夜間情形與室外的日光下的情形兩者，實現(xiàn)確保動態(tài)范圍和對照精度的目的。
又，在光學(xué)傳感器的情形中，進一步成為課題的是日光等的強外光傾斜入射的情形。當外光傾斜入射時，因為產(chǎn)生強外光對照明光有貢獻的地方和背陰處光難以達到的地方，所以畫面中曝光量變化很大。
在本實施方式中，形成即便在這種情形中，通過改變光源的點亮狀態(tài)和攝像元件的積累條件，也能夠形成可以得到動態(tài)范圍廣和對照精度高的構(gòu)成。圖20是表示當日光等的強外光傾斜地入射時的照明被拍攝物體的外光和這時的曝光狀態(tài)的模式圖。當在室外由夕陽進行照射時和即便在室內(nèi)也存在從窗戶射入的目光時，發(fā)生這種狀況。
這里，圖20是與圖2D同樣在手指的橫截面中的模式圖，201是手指，204是攝像元件，209是引導(dǎo)機構(gòu)。又，這里也省去了攝像元件204上的光學(xué)部件203的表示。箭頭2003a、b表示作為外光從右斜上方沿箭頭方向照明手指的外光。
虛線2004表示這時的攝像元件204的曝光量分布，橫軸表示與手指截面相應(yīng)的位置，縱軸表示曝光量。
如圖20所示，2003a一側(cè)的光直到攝像元件附近區(qū)域高效率地照明手指，另一方面，2004b一側(cè)的光照明手指，但是由于手指的厚度光不能夠充分透過，又，也產(chǎn)生手指自身的背陰處。因此，攝像元件204中的曝光量如2004所示在光入射的方向高，在相反一側(cè)變少。(這里例示了與右側(cè)區(qū)域為100％的曝光量相對，左側(cè)區(qū)域為25％的情形。)在這種外光傾斜入射的情形中，外光判斷單元判定其狀況，如圖21A所示使6個LED的亮度，第1系統(tǒng)(LED1702a和1702f)為50％，第2系統(tǒng)(LED1702b和1702c)為100％，第3系統(tǒng)(LED1702d和1702e)為50％，以成為虛線2103的方式對整個亮度分布進行控制。
結(jié)果，攝像元件單元中的曝光量如圖21B所示，成為當不點亮全部3個系統(tǒng)時的曝光量分布2004和作為控制3個系統(tǒng)的LED的亮度分布2103的合成的2104。
但是這時，因為左側(cè)區(qū)域的LED亮度上升，所以盡管右側(cè)區(qū)域和左側(cè)區(qū)域中的曝光量差變小，然而合成的曝光量超過100％。在2104中模式地表示大于等于100％，但是實際上發(fā)生飽和而泛白的情形。因此，外光判斷單元不僅控制LED的亮度也控制攝像元件單元，使積累時間成為2/3倍。
因此，總的曝光量如虛線2105那樣，與右側(cè)區(qū)域的100％的曝光量相對，左側(cè)區(qū)域成為83％，通過一面不使曝光量飽和，一面減少右側(cè)區(qū)域和左側(cè)區(qū)域中的曝光量差，取得在整個攝像面上均勻的指紋圖像。
這樣，通過與檢測出的外光的狀況相應(yīng)，改變光源的點亮狀態(tài)和攝像元件的積累條件，可以提高攝像面內(nèi)的曝光分布的均勻性，并且通過形成適當?shù)钠毓饬浚瑪U大能夠取得的指紋圖像的面積，并且通過提高信號成分的灰度等級性，提高認證精度。
這時，在與多個配置相應(yīng)地經(jīng)過分組化的光源中，通過與外光的入射方向和比例相應(yīng)獨立地控制配置在左右的至少2個組，通過校正由傾斜地入射的光產(chǎn)生的面內(nèi)的照明光亮差，實現(xiàn)確保動態(tài)范圍和對照精度的目的。
圖22是表示本實施方式中圖15的外光狀態(tài)判斷單元138的工作的操作程序圖。
根據(jù)本實施方式中說明的外光狀態(tài)對曝光量的控制例如是在掃描型傳感器上開始滑動手指的階段或在滑動手指的途中進行的。在這種根據(jù)外光狀態(tài)調(diào)整曝光量的程序中，當在2201進入程序時，外光狀況判斷單元138，首先以在2202將曝光量設(shè)定在用于測定外光狀況的初始值上的方式，將指示發(fā)送到控制單元123a。
這里，熄滅LED，只用外光進行曝光。接著，在2203，外光狀況判斷單元138從圖像合成單元135取得在初始設(shè)定值的曝光條件下得到的取得圖像數(shù)據(jù)，算出用于判斷外光狀況的各種數(shù)據(jù)。這里，算出對于主掃描方向左側(cè)、中央、右側(cè)這樣3個區(qū)域的各平均亮度數(shù)據(jù)。
在2204，判定對于主掃描方向左側(cè)、中央、右側(cè)這樣3個區(qū)域的各平均值是否全部小于等于一定值(判定值1)。當小于等于判定值時，在2205，判斷外光很少。這時進行到2206，外光狀況判斷單元138算出外光的亮度，并且如圖18A所示點亮LED的3個系統(tǒng)，進一步以最終的曝光量能夠有效地利用動態(tài)范圍的方式，為了調(diào)整攝像元件的積累時間，將指示發(fā)送到控制單元123a。因此，進行圖18B的1805那樣的曝光量調(diào)整。在2207，結(jié)束曝光量調(diào)整程序。
當超過一定值時，在2208，判定對于主掃描方向左側(cè)和右側(cè)這樣2個區(qū)域的各平均值兩者是否都大于等于一定值(判定值2)。當兩者都大于等于判定值時，在2209，判斷在面內(nèi)被均勻地照射。直射日光從正上方照射等情形與此相當。
這時進行到2210，外光狀況判斷單元138算出外光的亮度，并且如圖19A所示地點亮LED的3個系統(tǒng)，進一步以最終的曝光量能夠有效地利用動態(tài)范圍的方式，為了調(diào)整攝像元件的積累時間，將指示發(fā)送到控制單元123a。因此，進行圖19B的1905那樣的曝光量調(diào)整。在2207，結(jié)束曝光量調(diào)整程序。
當在2208低于一定值時，在2211，判定對于主掃描方向右側(cè)區(qū)域的平均值是否大于等于左側(cè)區(qū)域的平均值。當右側(cè)區(qū)域的平均值大于等于左側(cè)區(qū)域的平均值時，在2212，判斷外光從右側(cè)進行照射。
這時進行到2213，外光狀況判斷單元138算出外光的亮度，并且如圖21A所示地點亮LED的3個系統(tǒng)，進一步以最終的曝光量能夠有效地利用動態(tài)范圍的方式，為了調(diào)整攝像元件的積累時間，將指示發(fā)送到控制單元123a。因此，進行圖21B的2105那樣的曝光量調(diào)整。在2207，結(jié)束曝光量調(diào)整程序。
當在2211，判定對于主掃描方向右側(cè)區(qū)域的平均值低于左側(cè)區(qū)域的平均值時，在2214，判斷外光從左側(cè)進行照射。這時行進到2215，外光狀況判斷單元138算出外光的亮度，并且以在LED的3個系統(tǒng)中與圖21A相反使右側(cè)的亮度增高的方式調(diào)整LED的亮度，進一步以最終的曝光量能夠有效地利用動態(tài)范圍的方式，為了調(diào)整攝像元件的積累時間，將指示發(fā)送到控制單元123a。因此，進行曝光量調(diào)整，在2207，結(jié)束曝光量調(diào)整程序。
這樣一來，通過形成外光狀況判斷單元判斷外光的面內(nèi)的分布狀況和照射量，曝光量的控制單元控制光源的亮度和攝像元件的積累量的構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)不受外光環(huán)境左右，動態(tài)范圍廣和對照精度高兩者并存的光學(xué)式傳感器。
以上，我們參照附圖詳細述說了本發(fā)明的實施方式，但是具體的構(gòu)成不限于這些實施方式，也包含在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)的設(shè)計等。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，其特征在于具備，對被拍攝物體進行攝像的攝像部件；和將光照射在上述被拍攝物體上的光照射部件；當上述被拍攝物體和上述攝像部件相對移動時，上述攝像部件輸出上述被拍攝物體的多個部分圖像，該攝像裝置還具有，控制上述攝像部件中的上述部分圖像面內(nèi)的曝光量的控制部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于具有多個上述光照射部件；與上述攝像裝置的主掃描方向平行地配置該光照射部件；上述控制部件具有通過該多個光照射部件的亮度控制對上述攝像裝置的主掃描方向的光量分布進行控制的主掃描方向控制部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于上述控制部件進一步具備，在上述攝像部件的副掃描方向上控制上述攝像部件的電荷積累期間或上述光照射部件的亮度中的至少一個的副掃描方向控制部件；上述副掃描方向控制部件，對上述攝像元件的電荷積累期間或上述光照射部件的亮度中的至少一個進行控制，以校正在上述攝像部件副掃描方向上的上述光照射部件的亮度差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于上述主掃描方向控制部件控制作為在上述攝像部件的上述主掃描方向上的圖像區(qū)域中占據(jù)2/3～4/5的中心部分的區(qū)域的中心區(qū)域，控制上述多個光照射部件的亮度以使上述中心區(qū)域的光量分布中的光量差在30％以內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于上述主掃描方向控制部件，依照配置對上述多個光照射部件進行分組，并按上述組進行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于當上述被拍攝物體是手指時，上述副掃描方向就成為手指的移動方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攝像裝置，其特征在于上述副掃描方向控制部件，進行依照上述攝像元件的電荷積累的定時來變更上述光照射部件的亮度的控制，以校正在上述攝像部件的副掃描方向上的亮度差。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攝像裝置，其特征在于上述副掃描方向控制部件，通過改變周期性的點亮熄滅中的點亮期間的比例來控制上述光照射部件的亮度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的攝像裝置，其特征在于當上述副掃描方向控制部件周期性地點亮熄滅上述光照射部件時，上述點亮熄滅的周期是與上述攝像元件中的副掃描周期相應(yīng)的周期。
10.一種攝像裝置，其特征在于具備，對被拍攝物體進行攝像的攝像部件；與上述攝像裝置的主掃描方向平行地配置，將光照射在上述被拍攝物體上的多個光照射部件；控制上述多個光照射部件的亮度的控制部件；和在上述攝像部件的副掃描方向上，控制上述攝像元件的電荷積累期間或上述光照射部件的亮度中的至少一個的副掃描方向控制部件；上述控制部件通過控制上述多個光照射部件的亮度來對上述攝像部件中的上述主掃描方向上的光量分布進行控制；上述副掃描方向控制部件，對上述攝像部件的電荷積累期間或上述光照射部件的亮度中的至少一個進行控制，以校正在上述攝像部件的副掃描方向上的上述光照射部件的亮度差。
11.一種生物體認證裝置，其特征在于具備根據(jù)權(quán)利要求1～10中任一項所述的攝像裝置。
12.一種攝像方法，該攝像方法是用對被拍攝物體進行攝像的攝像部件，將光照射在該被拍攝物體上而取得圖像的攝像方法，其特征在于通過使上述攝像部件和上述被拍攝物體相對移動，輸出上述被拍攝物體的多個部分圖像，控制在上述攝像部件的上述部分圖像面內(nèi)的曝光量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的攝像方法，其特征在于校正在上述攝像部件的主掃描方向中的上述光的亮度差。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的攝像方法，其特征在于進一步進行控制，變更上述攝像部件的電荷積累期間或上述光的亮度中的至少一方，從而校正在上述攝像部件的副掃描方向上的上述光的亮度差。
15.一種攝像裝置，其特征在于具備，對被拍攝物體進行攝像的攝像部件；將光照射在上述被拍攝物體上的光照射部件；判斷外光狀況的判斷部件；和依照由上述判斷部件判斷的外光狀況來控制上述攝像部件中的圖像面內(nèi)的曝光量的控制部件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的攝像裝置，其特征在于具有，當上述被拍攝物體和上述攝像部件相對移動時，輸出上述被拍攝物體的多個部分圖像，依照由上述判斷部件所判斷的外光狀況來控制在上述攝像部件中的上述部分圖像面內(nèi)的曝光量的控制部件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的攝像裝置，其特征在于具有多個上述光照射部件；與上述攝像裝置的主掃描方向平行地配置該光照射部件；上述控制部件具備通過該多個光照射部件的亮度控制，對上述攝像裝置的主掃描方向上的光量分布進行控制的主掃描方向控制部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的攝像裝置，其特征在于上述控制部件具備控制上述光照射部件的亮度的亮度控制部件；和控制上述攝像部件的電荷積累期間的積累期間控制部件；依照由上述判斷部件所判斷的外光狀況來控制上述亮度控制部件和上述積累期間控制部件兩者。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的攝像裝置，其特征在于上述主掃描方向控制部件，對上述多個光照射部件進行分組，依照外光入射方向獨立控制相對于主掃描方向中心配置在兩側(cè)的至少兩個組。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的攝像裝置，其特征在于上述主掃描方向控制部件，對上述多個光照射部件進行分組，依照外光的比例獨立控制在主掃描方向中配置于中心部的組和配置于兩端的組中的至少兩個組。
21.一種生物體認證裝置，其特征在于具備根據(jù)權(quán)利要求15所述的攝像裝置。
22.一種攝像方法，它是用對被拍攝物體進行攝像的攝像部件，將光照射在該被拍攝物體上而取得圖像的攝像方法，其特征在于依照外光狀況來控制在上述攝像部件中的圖像面內(nèi)的曝光量。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠校正由多個光源中的光量不均衡引起的光量不均勻性的攝像裝置、指紋認證裝置和攝像方法。攝像元件單元(104)備有2維狀配置的像素，對被拍攝物體進行攝像。光源(103)由與攝像元件單元(104)的主掃描方向平行地配置的多個LED構(gòu)成，將光照射在被拍攝物體上。LED驅(qū)動單元(108)，以使攝像元件單元(104)中的主掃描方向的中心區(qū)域的光量分布更加均勻的方式，對多個LED的亮度進行控制。
文檔編號G06K9/20GK1620113SQ20041009268
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月18日
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