專利名稱：信號處理設備和控制方法
發(fā)明的背景發(fā)明的領域本發(fā)明涉及一種信號處理設備和控制方法，用于處理在主體和獲取圖像的圖像獲取裝置的相對運動期間，通過順序獲取主體的局部圖像而獲得的信號。
相關技術的說明使用指紋、面孔、虹膜、手掌印等的生物驗證系統(tǒng)獲得從圖像獲得裝置發(fā)送的生物圖像，從獲得的圖像中提取特征，并把提取的信息與記錄的數(shù)據(jù)相比較，從而鑒別一個人。
用在生物驗證系統(tǒng)中的圖像獲得裝置的檢測系統(tǒng)的例子包括使用電荷耦合器件(CCD)傳感器或互補金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器的光學系統(tǒng)，靜電容量系統(tǒng)，壓力傳感系統(tǒng)，熱敏系統(tǒng)和電場檢測系統(tǒng)。另一方面，檢測系統(tǒng)可被分成兩種圖像獲取系統(tǒng)。一種是區(qū)域型系統(tǒng)，其中使用一個二維傳感器同時獲得主體圖像。另一種是掃掠型傳感器，其中一個一維傳感器或一個在副掃描方向上具有大約五到二十像素的帶狀二維傳感器被用于順序獲取主體的多個局部圖像。
傳統(tǒng)上，這樣的生物驗證系統(tǒng)對圖像獲得裝置獲得的圖像執(zhí)行各類處理，比如對比度改進和邊緣增強，隨后執(zhí)行特征提取處理來執(zhí)行比較。
但是，如果原始獲取的圖像沒有一定水平的足夠圖像質量，特征提取的精度降低，從而生物驗證系統(tǒng)中的比較精度也下降。例如，對于光學指紋傳感器，亮度級可以根據(jù)透光度的差別，個人手指尺寸的差別和由于包括室外或室內，白天或晚上等環(huán)境因素引起的外部光線的變化，發(fā)生很大的改變。特別是，當生物驗證系統(tǒng)安裝在手機、PAD(個人數(shù)據(jù)助理)等上時，外部光線的這種變化變得更重要。在這樣的情況下，當獲得黑色稍飽和或者欠飽和的圖像時，由于密度/層次數(shù)據(jù)不充足，常常不能從獲得的圖像中提取足夠的特征。
通過多次獲取一個圖像，自動曝光(AE)校正函數(shù)可以用于控制曝光條件。但是，這種方案要求多次重復數(shù)據(jù)采集，直到獲得適當?shù)钠毓鉃橹?，這樣在達到合適的曝光前需要時間。這種方案的例子是掃掠型指紋傳感器，它使用上文提到的一維傳感器或在副掃描方向上具有大約五到二十個像素的帶狀二維傳感器，它用于通過合并在副掃描方向上順序獲取的主體的圖像，獲得完整的圖像。特別是，就掃掠型指紋傳感器來說，為了獲得適當?shù)钠毓猓匦柚甘居脩舳啻螔呗?移動掃描)他/她的手指。這樣，采用這種方案的產品存在可用性顯著降低的問題。
而且，就這種掃掠型指紋傳感器來說，手指放在傳感器上并相對于圖像獲取表面移動。因而，在相對運動期間，速度、位置、按壓壓力、放手指的方式、手指的范圍(例如，手指的上關節(jié)或指尖)、環(huán)境、手指的表面狀況等會發(fā)生變化，這會大大改變曝光產生的亮度。一種掃掠型傳感器執(zhí)行圖像合并處理(也稱為“圖像重構處理”)，它包含通過計算確定順序獲取的局部圖像之間的相關系數(shù)，檢測局部圖像的線條中相同的指紋區(qū)域，和連接局部圖像。當相對運動期間亮度變化時，曝光狀態(tài)在局部圖像之間也會變化。因而，即使局部圖像屬于相同的指紋區(qū)域，相關值也會由于亮度差而降低。這造成圖像合并程序失敗，使得不可能連接局部圖像。在這樣的情況下，整個指紋圖像的片斷丟失或提供伸長或收縮的圖像。結果，存在提取的特征與記錄的指紋特征的匹配率降低，匹配精度下降的問題。另一種掃掠型指紋傳感器通過在不檢測局部圖像線條相同的指紋區(qū)域的情況下，比較局部圖像與預先記錄的圖像，并連接局部圖像來執(zhí)行驗證。當相對運動期間亮度變化時，曝光狀態(tài)在局部圖像之間也會變化。因而，由于局部圖像中的亮度差，相關值降低。結果，存在提取的特征和記錄的指紋特征匹配率下降，匹配精度也降低的問題。
發(fā)明的簡述考慮到上述問題，本發(fā)明提供一種在適當?shù)钠毓鈼l件下，連續(xù)獲取主體的多個局部圖像的信號處理設備和控制方法，。本發(fā)明還提供一種信號處理信號設備和控制方法，它能夠增強獲取的局部圖像的圖像質量，能夠有效提取特征點，并能夠均衡局部圖像的清晰度。本發(fā)明還提供一種能夠改善生物信息驗證精度的信號處理設備和控制方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種信號處理設備包括一個用于獲取主體的圖像的圖像獲取裝置，和一個用于控制第一模式和第二模式的控制部件。在第一模式下，在主體和圖像獲取裝置的相對運動期間，圖像獲取裝置以多個曝光條件獲取主體的第一局部圖像?？刂撇考鶕?jù)第一局部圖像設置曝光條件。在第二模式下，圖像獲取裝置按照控制部件設置的曝光條件順序獲取主體的多個第二局部圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種信號處理設備包括一個圖像獲取裝置，用于在主體和圖像獲取裝置相對運動期間，獲取主體的至少一個局部圖像，和一個曝光量控制部件，用于控制圖像獲取設備的曝光量。信號處理設備還包括一個檢測部件，用于檢測圖像獲取裝置獲得的至少一個局部圖像的亮度級；和一個曝光量控制部件，用于根據(jù)檢測的亮度級，執(zhí)行對將隨后獲取的局部圖像設置曝光量的控制。
結合附圖，根據(jù)下面的描述，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將更加明顯，附圖中，相同的參考符號代表相同或相似的部分。
附圖的簡要說明包含在說明書中并構成說明書的一部分的附解說明本發(fā)明的實施例，并和下面的說明一起解釋本發(fā)明的原理。


圖1是示意表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的指紋鑒定設備的結構框圖。
圖2A、2B和2C是說明使用第一實施例中的掃掠型系統(tǒng)的光學指紋傳感器的示意圖。
圖3是表示使用第一實施例中的掃掠型系統(tǒng)的光學指紋傳感器獲得的指紋圖像的示意圖。
圖4是表示第一實施例中的圖像獲取裝置的結構的電路圖。
圖5是表示第一實施例中的圖像獲取裝置的結構的電路圖。
圖6是說明第一實施例中的圖像獲得條件設定例程的流程圖。
圖7A、7B和7C是說明第一實施例操作的時序圖。
圖8A和8B是說明第一實施例的操作的圖表。
圖9是說明第一實施例的操作的示意圖。
圖10是示意表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的指紋驗證設備的結構框圖。
圖11是說明第二實施例中的圖像獲得條件設置例程的流程圖。
圖12A、12B和12C是說明第二實施例的操作的時序圖。
圖13是說明第二實施例的操作的示意圖。
圖14是描述用于圖1所示的本實施例的指紋驗證設備的連續(xù)圖像獲取例程的操作的流程圖。
圖15是描述圖14所示的曝光量校正設置例程1406的細節(jié)的流程圖。
圖16是描述圖14所示的圖像合并例程1408的細節(jié)的流程圖。
圖17是表示由傳統(tǒng)方法獲得的例證局部圖像，和通過局部圖像的組合而獲得的例證指紋圖像的示意圖，在所述傳統(tǒng)方法中，未響應于手指的按壓壓力的變化進行曝光控制。
圖18A是表示當本實施例的指紋驗證設備響應由于手指的按壓壓力的變化而產生的亮度變化，執(zhí)行曝光控制時，獲得的例證局部圖像的示意圖。
圖18B是表示在校正圖18A所示的局部圖像(a1)到(a9)后獲得的例證局部圖像，和通過組合校正后的局部圖像獲得的例證指紋圖像的示意圖。
圖19是表示由公知方法獲得的例證局部圖像，和通過組合局部圖像而獲得的例證指紋圖像的示意圖，在所述公知方法中，不響應獲得局部圖像時外部環(huán)境光的變化，控制曝光量。
圖20A是表示通過響應獲得局部圖像時外部光線環(huán)境的變化，控制曝光量，獲得的例證局部圖像的示意圖。
圖20B是表示在校正圖20A所示的局部圖像(a1)到(a9)之后獲得的例證局部圖像，和通過組合校正后的局部圖像獲得的例證指紋圖像。
優(yōu)選實施例的說明現(xiàn)在將參照附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是示意表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的掃掠型(掃描型)指紋鑒定設備的結構框圖，它用作信號處理設備。
根據(jù)本實施例的指紋驗證設備包括一個圖像獲得單元101和一個驗證單元102。例如，圖像獲得單元101和驗證單元102可以是具有一個圖像傳感器的圖像獲取單元和實現(xiàn)驗證單元102的功能的計算機的組合?；蛘撸瑘D像獲得單元101和驗證單元102可以集成到一個指紋驗證單元中，所述指紋驗證單元連接到一個獨立的個人計算機(未示出)。
圖1所示的圖像獲得單元101包括用作照射光源(光照射部件)的LED(發(fā)光二極管)103，和控制LED 103的亮度和照明計時的LED驅動器108。
圖像獲得單元101還包括CMOS或CCD圖像獲取裝置104，它可以是一維傳感器或者是一個在副掃描方向上有大約五到二十個像素的帶狀二維傳感器。在本實施例中，圖像獲取裝置104是在主掃描方向上有512個像素，在副掃描方向上有十二個像素的CMOS傳感器。
傳感器驅動器105控制圖像獲取裝置104和模數(shù)轉換器(ADC)107的取樣定時。放大器106對從圖像獲取裝置104提供的模擬輸出箝位到適于由下一級的ADC 107處理的DC(直流)電平，并適當放大模擬輸出。模擬輸出從圖像獲取裝置104通過模擬圖像數(shù)據(jù)信號線路110a發(fā)送到放大器106。放大的模擬輸出通過模擬圖像數(shù)據(jù)信號線路110b從放大器106發(fā)送到ADC 107。轉換的(數(shù)字)信號經過數(shù)字圖像數(shù)據(jù)信號線路110c從ADC 107發(fā)送到通信部件109。
驅動脈沖通過信號線路112a從傳感器驅動器105發(fā)送到圖像獲取裝置104。一個驅動脈沖通過信號線路112b從傳感器驅動器105發(fā)送到ADC 107。一個驅動脈沖通過信號線路112c從LED驅動器108發(fā)送到光源103?？刂凭€路111響應于來自生物信息亮度檢測部件112a的檢測信號和來自驗證單元102中的手指檢測部件121的檢測信號，控制傳感器驅動器105和LED驅動器108。
數(shù)據(jù)信號通過數(shù)據(jù)信號線路113從圖像獲得單元101的通信部件109發(fā)送到驗證單元102的通信部件115，控制信號通過控制信號線路114從驗證單元102的通信部件115發(fā)送到圖像獲得單元101的通信部件109。
驗證單元102包括合并由帶狀二維傳感器在副掃描方向上順序獲取的主體的圖像的圖像合并部件135。
手指檢測部件121用作生物傳感器，用于通過使用以下說明的預處理部件116提供的圖像信息，檢測手指的放置，和確定放置的手指是活體的手指還是偽造的手指。手指檢測部件121使用圖像的顏色和/或亮度的波動確定主體是否是活體的主體。本實施例中的生物信息亮度檢測部件122a識別包括在出自獲得的圖像信息中的生物信息中的一個區(qū)域，并檢測識別的生物信息區(qū)域的亮度。響應于從生物信息亮度檢測部件122a和其他功能塊(例如，手指檢測部件121和特征提取部件118)發(fā)送的信息，控制部件123a控制圖像獲得單元101。
預處理部件116執(zhí)行圖像處理，比如邊緣增強，以便在下一級提取特征。幀存儲器117用于執(zhí)行圖像處理。特征提取部件118提取個人特征。記錄/比較部件119在數(shù)據(jù)庫120中記錄由特征提取部件118提取的個人特征，或者把個人特征與記錄的數(shù)據(jù)進行比較，以便驗證。記錄/比較部件119和數(shù)據(jù)庫120之間的通信通過數(shù)據(jù)和控制線路125完成。
圖像數(shù)據(jù)經過數(shù)據(jù)線路124a從通信部件115發(fā)送到圖像合并部件135，經過數(shù)據(jù)線路124b從圖像合并部件135發(fā)送到預處理部件116，經過數(shù)據(jù)線路124c從預處理部件116發(fā)送到特征提取部件118，并經過數(shù)據(jù)線路124d從特征提取部件118發(fā)送到記錄/比較部件119。特征提取部件118的提取狀態(tài)經信號線路126發(fā)送。必要的圖像信息經過信號線路127從圖像合并部件135發(fā)動到手指檢測部件121，并經過信號線路129a發(fā)送到生物信息亮度檢測部件122a。身體檢測的結果經過信號線路128從手指檢測部件發(fā)送到控制部件123a。生物信息亮度檢測的結果經信號線路130a從生物信息亮度檢測部件122a發(fā)送到控制部件123a。響應驗證單元102的功能塊的狀態(tài)(例如，生物信息亮度檢測部件122a，手指檢測部件121和特征提取部件118的狀態(tài))控制圖像獲得單元101的信號經通信部件115，從驗證單元102的控制部件123a發(fā)送到圖像獲得單元101。
本實施例中，本實施例的指紋驗證設備在掃描手指或主體的圖像獲取操作期間，通過轉換傳感器和LED的驅動，獲得一個指紋圖像，同時設置獲取圖像的最佳條件。具體地說，為了實現(xiàn)轉換，響應于從驗證單元102發(fā)送的手指檢測信息，和從生物信息區(qū)域獲得的亮度檢測結果，控制圖像獲得單元101中的傳感器驅動器105和LED驅動器108。
圖2A、2B和2C和3是說明使用當前實施例中的稱為掃掠型系統(tǒng)的系統(tǒng)的光學指紋傳感器的示意圖。
圖2A是手指的側視圖，而圖2B是手指的頂視圖。圖2C說明帶狀二維傳感器獲得的一個指紋圖像。圖2A表示手指201和用作光源的LED 202。光學部件203用于把指紋的隆起/凹陷圖案中的光學差異指引到傳感器中。傳感器204是一維傳感器或在副掃描方向上有大約五到二十個像素的帶狀二維傳感器。在這種情況下，傳感器204是CMOS或CCD圖像獲取裝置。光從光源202發(fā)出(沿箭頭205表示的方向)并傳送到手指201，并沿入射到傳感器204的方向(用箭頭206表示)從手指201上反射。手指201沿箭頭207表示的方向移動(掃掠或掃描)。圖2C說明由帶狀二維傳感器204獲得的一個指紋圖像208的例證指紋圖案。
參照圖3，圖像(a1)到(a9)是當手指201沿圖2A中所示的方向207運動時，由帶狀二維傳感器204順序獲得的指紋局部圖像。圖像(b)是這些圖像之一，并對應于局部圖像(a6)。局部圖像(a6)的一個區(qū)域301也包括在相同手指201的局部圖像(a5)中。圖像(c)是通過合并由帶狀二維傳感器204獲得的局部圖像(a1)到(a9)獲得的一個指紋圖像。
因而，如圖2A所示，當手指201在傳感器204上移動時，通過沿副掃描方向的順序圖像獲取而得到那些局部圖像。接著，通過確定已經從手指201的相同區(qū)域獲得連續(xù)圖像的高度相關區(qū)域(圖3中的301)，并通過連接高度相關區(qū)域，局部圖像可被重構為一個完整的指紋圖像。
圖4是圖1所示的圖像獲取裝置104的電路圖。本實施例中的圖像獲取裝置104是在副掃描方向上具有大約五到二十個像素的帶狀二維傳感器。更具體地說，圖像獲取裝置104是稱為掃掠型傳感器的傳感器，用于通過沿副掃描方向順序獲取手指或主體的圖像，并合并獲取的圖像，獲得完整的圖像。這里，典型的面?zhèn)鞲衅髦械乃綊呙璺较虮环Q為“主掃描方向”，而垂直掃描方向被稱為“副掃描方向”。因此，在以下對圖像獲取裝置104的說明中，主掃描方向指水平方向，而副掃描方向指垂直方向。
參照圖4，傳感器包括多個像素41。每個像素41有一個有于讀脈沖(φS)的輸入端42，每個像素41有一個用于復位脈沖(φR)的輸入端，并且每個像素41有一個用于轉換脈沖(φT)的輸入端。每個像素41還有一個信號讀出端(P0)45。信號線路46用于從下文中說明的選擇器部件66向水平方向的對應像素41發(fā)送讀脈沖(φS)。信號線路47用于從選擇器部件66向水平方向的對應像素41發(fā)送復位脈沖(φR)，信號線路48用于從選擇器部件66向水平方向的對應像素41發(fā)送轉換脈沖(φT)。傳感器包括與對應的垂直信號線路49連接的恒定電流源40和電容51。傳感器包括轉換開關52。轉換開關52的柵極連接到水平移位寄存器56(HSR)，源極和漏極連接到對應的垂直信號線路49和輸出信號線路53。輸出放大器54連接到輸出信號線路53。輸出端55連接到輸出放大器54。
圖像獲取裝置104包括一個用于水平移位寄存器(HSR)56的起始脈沖HST 57的輸入端和用于水平移位寄存器56的轉換時鐘脈沖HCLK 58的輸入端。圖像獲取裝置104還包括一個垂直移位寄存器(VSR)59，一個用于垂直移位寄存器59的起始脈沖VST 60的輸入端，和一個用于垂直移位寄存器59的轉換時鐘脈沖VCLK 61的輸入端。圖像獲取裝置104還包括一個用于電子快門的移位寄存器(ESR)62，快門使用一個稱為滾動快門系統(tǒng)的系統(tǒng)，這將在下文說明。圖像獲取裝置104還包括一個用于垂直移位寄存器62(VSR)的起始脈沖EST63的輸入端，用于垂直移位寄存器59(VSR)的輸出線路64和用于電子快門的移位寄存器(ESR)62的輸出線路65。在圖像獲取裝置104中還包括一個用于轉換脈沖(φT)的源信號TRS 67的輸入端，一個用于復位脈沖(φR)的源信號RES 68的輸入端，和一個用于讀脈沖(φS)的源信號SEL 69的輸入端。
圖5是說明圖4所示的像素之一的進一步的細節(jié)的電路圖。在圖5中，像素41包括電源電壓VCC71，復位電壓VR72，光電二極管73，由MOS晶體管74、75、76和77組成的開關，一個寄生電容FD78和接地79。
現(xiàn)在將參照圖4和5說明圖像獲取裝置104的操作。首先，使用于復位的開關74和連接到光電二極管73的開關75進入關狀態(tài)，響應于入射光，電子電荷被保存在光電二極管73中。
此后，當開關76是關狀態(tài)時，開關74被打開，從而復位寄生電容78。接著開關74被關閉，開關76打開，從而復位狀態(tài)的電荷讀出到信號讀出端45。
接著，使開關76進入關狀態(tài)，開關75打開，從而保存在光電二極管73中的電荷被傳遞到寄生電容78。接著，使開關75進入關狀態(tài)，開關76打開，從而充電信號讀出到信號讀出端45。
如下文所述，用于MOS晶體管的驅動脈沖φS、φR和φT由垂直移位寄存器59和62和選擇器部件66產生，并分別通過對應的信號線路46、47和48提供到輸入端42、43和44。至于從輸入端60輸入的時鐘信號的一個脈沖，信號TRS的一個脈沖，信號RES的一個脈沖和信號SEL的一個脈沖分別輸入到對應的輸入端67、68和69。因而，驅動脈沖φS、φR和φT與各個信號SEL、RES和TRS同步輸出。結果，驅動脈沖φS、φR和φT分別提供到對應的輸入端42、43和44。
信號讀出端45通過垂直信號線路49連接到恒定電流源40，還連接到垂直信號線電容51和轉換開關52。充電信號通過垂直信號線路49傳送到垂直信號線路電容51。接著，根據(jù)水平移位寄存器56的輸出，轉換開關52被順序驅動，從而垂直信號線電容51中的信號被順序讀出到輸出信號線路53，并經過輸出放大器54從輸出端55輸出。在這種情況下，垂直移位寄存器(VSR)59響應經過輸入端60輸入的起始脈沖VST開始掃描，并且經過輸入端61輸入的轉換時鐘脈沖VCLK按照VS1，VS2，...，和VSn的順序通過輸出線路64順序傳送。用于電子快門的垂直移位寄存器(ESR)62響應經過輸入端63輸入的起始脈沖EST開始掃描，并且經過輸入端61輸入的轉換時鐘脈沖VCLK順序傳送到輸出線路65。
首先，選擇從上面數(shù)第一行(第一個像素行)，按照水平移位寄存器56的掃描，從左到右選擇連接到第一行的像素41，從而輸出信號。當完成第一行時，選擇第二行，并且同樣按照水平移位寄存器56的掃描，從左到右選擇連接到第二行的像素41，從而輸出信號。
以相同的方式，響應垂直移位寄存器59的順序掃描，從頂部到底部，即從第一行到第n行執(zhí)行掃描，從而輸出用于一個屏幕的圖像。
傳感器的曝光時間段依賴于圖像獲取像素41保存光感生電荷的存儲時間段和來自主體的光進入圖像獲取像素41的時間段。
與行間轉移(IT)和幀行間轉移(FIT)CCD器件不同，這里使用的CMOS傳感器沒有遮光緩沖存儲器。因而，即使在順序讀出由一些像素41獲得的信號的時間段中，信號還沒有讀出的其他像素41被連續(xù)曝光。因而，當順序讀出屏幕輸出時，曝光時間變得基本上等于屏幕讀出時間。
但是，當LED用作光源時，例如用遮光部件等擋住外部光的入口使得有可能只把LED發(fā)光的時間段當作曝光時間段。
此外，作為控制曝光時間的另一種方法，用于電子快門(焦平面快門)的稱為滾動快門的驅動系統(tǒng)被用于CMOS傳感器。在滾動快門系統(tǒng)中，并行執(zhí)行開始電荷存儲的垂直掃描和結束電荷存儲的垂直掃描。這允許設置開始和結束存儲的垂直掃描線的曝光時間。在圖4中，移位寄存器(ESR)62用作復位像素和開始電荷存儲的垂直掃描移位寄存器，并且垂直移位寄存器(VSR)59用作傳送電子電荷和結束電荷存儲的垂直掃描移位寄存器。當使用電子快門功能時，移位寄存器62先于垂直移位寄存器59被驅動，對應于該時間間隔的時間段成為曝光時間。
現(xiàn)在將參照圖6到9說明本實施例的操作。
圖6是說明本實施例的指紋驗證系統(tǒng)的圖像獲得條件設定例程的流程圖。在下面所述的例程中，驗證單元102通過按照手指檢測信息和生物亮度信息，控制傳感器驅動器105和LED驅動器108，設置圖像獲得單元101的圖像獲得條件。
首先，在步驟S601，處理進入圖像獲得條件設置例程。在步驟S602，驗證單元102的控制部件123a控制傳感器驅動器105，把將在傳感器副掃描方向上讀出的行數(shù)，從常規(guī)值十二改變?yōu)榱＿@時，通過交替地“跳過”操作，減少將在副掃描方向上讀出的行數(shù)。而且，為了降低功耗，通過應用啟動信號，低速執(zhí)行獲得局部圖像的操作，使得以每兩個時鐘脈沖一個時鐘的速度執(zhí)行操作。
在步驟S603，驗證單元102的控制部件123a控制LED驅動器108，把LED亮度設置成足以檢測手指的存在/不存在的低電平。因而，傳感器進入檢測手指的圖像獲得模式。
在步驟S604，獲得一幀局部圖像。在步驟S605，確定手指是否存在。當沒有檢測到手指時(步驟S605為否)，處理返回到步驟S604。當檢測到手指時(在步驟S605為是)，處理前進到步驟S606。
在步驟S606，驗證單元102的控制部件123a控制傳感器驅動器105，把以每兩個時鐘脈沖一個時鐘的速度導致操作的啟動信號轉換為其中每次輸入時鐘信號的常規(guī)操作的信號，同時把在傳感器副掃描方向上將讀出的行數(shù)保持為六。結果，高速執(zhí)行用于獲得局部圖像的操作。
在步驟S607，驗證單元102的控制部件123a控制LED驅動器108，把LED亮度設置為任意值。因此，傳感器進入設置曝光條件的圖像獲得模式。
在步驟S608，獲得一幀局部圖像。在步驟S609，檢測包含生物信息的一部分的亮度，即指紋部分的亮度。在步驟S610，確定檢測的亮度是否落在預定范圍中。當確定亮度在范圍之外時(步驟S610為否)，處理返回到步驟S607，再次設置LED亮度，以致低于該范圍的亮度被增加，高于該范圍的亮度被降低。
另一方面，當在步驟S610確動亮度在預定范圍內時，在步驟S611，驗證單元102的控制部件123a控制傳感器驅動器105，把將在傳感器副掃描方向上讀出的行數(shù)，從六變?yōu)槌Ｒ?guī)值十二。此時，啟動信號作為其中每次輸入時鐘信號的常規(guī)操作的信號。因此，在曝光條件被設為最佳值的情況下，傳感器操作進入獲取指紋圖像的默認圖像獲得模式。在步驟S612，圖像獲得條件設置例程結束。
圖7A表示在用于獲取指紋圖像的默認圖像獲得模式下，傳感器和LED的操作計時，圖7B表示在用于檢測手指的圖像獲得模式下，傳感器和LED的操作計時，圖7C表示在用于設置曝光條件的圖像獲得模式下，傳感器和LED的操作計時。
在圖7A、7B和7C中，VST和VCLK分別表示在傳感器副掃描方向上(垂直掃描方向，即與本實施例中手指移動方向相同的方向)，垂直移位寄存器(VSR)59的起始脈沖和轉換時鐘脈沖。HST和HCLK分別表示在傳感器主掃描方向上(水平掃描方向，即基本上與本實施例中手指運動方向垂直的方向)，水平移位寄存器(HSR)56的起始脈沖和轉換時鐘脈沖。LED表示LED照明脈沖。水平軸表示一個照明時間段。如“×”所示，小時鐘脈沖HCLK以特定的周期出現(xiàn)。
圖7A說明一幀時間段701，其中以默認圖像獲得模式得到用于獲取指紋圖像的一個局部圖像。在時間段702，傳送第一行的圖像，在時間段703，傳送第12行的圖像。LED照明時間段704確定在時間段701獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。LED照明時間段705確定在時間段701之后的一個時間段中獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。在優(yōu)化曝光量之后的用于獲取指紋圖像的圖像獲得模式下，用固定的LED照明量，如時間段704和705所示，獲取圖像。而且，副掃描方向上的移位寄存器不執(zhí)行“跳過”操作，從而獲得12行的圖像。而且，由于每次輸入時鐘脈沖，因此主掃描方向上的移位寄存器也以高速操作。
在檢測手指的圖像獲得模式(圖7B)下，一幀時間段706用于獲得一個局部圖像。每隔一個脈沖，以很短的時間段傳送副掃描方向上的移位寄存器59的轉換脈沖VCLK 707、708。結果，副掃描方向線路的操作被交替跳過。在時間段709、710，獲得主掃描方向上一行的圖像。在時間段709中，傳送用于第一行的圖像，在時間段710中，傳送輸出到第六行的圖像。LED照明時間段711確定在時間段706獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。LED照明時間段712確定在時間段706之后的一個時間段獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。在檢測手指的圖像獲得模式下，如時間段711和712所示，對LED來說，允許檢測手指的存在/不存在就足夠了，從而照射時間段設為最小長度。而且，由于該模式并不意圖獲取指紋圖像，副掃描方向上的移位寄存器不執(zhí)行“跳過”操作，從而獲得用于六個線路的圖像。另外，由于放置手指的時間被監(jiān)控，可低速執(zhí)行操作。因而，主掃描方向上的移位寄存器的操作也以每兩個時鐘脈沖操作一次的速率低速執(zhí)行。
在設置曝光條件的圖像獲得模式(圖7C)下，一幀時間段713用于獲得一個局部圖像。在圖7B所示的情況下，每隔一個脈沖以很短的時間傳送副掃描方向上的移位寄存器中的轉換脈沖VCLK，從而交替跳過關于副掃描方向上的各行的操作。在每個時間段714、715，獲得主掃描方向上一行的圖像。在時間段714，傳送第一行的圖像，并且在時間段715，傳送輸出到第六行的圖像。LED照明時間段716確定在時間段獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。LED照明時間段717確定在時間段713之后的一個時間段獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。在設置曝光條件的圖像獲得模式下，通過改變如時間段716和717所示的LED照明時間段，將曝光量調整到必要的水平。這時，盡管已經獲得了指紋圖像，仍然調整曝光量。因而，為了盡可能快地優(yōu)化優(yōu)化曝光量，以進入默認的圖像獲取模式，副掃描方向上的移位寄存器執(zhí)行跳過操作，從而獲得六行的圖像。由于高速操作是理想的，因此按照常規(guī)方式執(zhí)行主掃描方向上移位寄存器的操作。
圖8A和8B分別表示主掃描方向上一行的一幅圖像的數(shù)據(jù)，按照設置曝光條件的圖象獲得模式獲得所述圖像。圖8A表示優(yōu)化曝光量之前的數(shù)據(jù)，而圖8B表示優(yōu)化曝光量之后的數(shù)據(jù)。水平軸表示主掃描方向上的一個位置，垂直軸表示傳感器的輸出電平。獲得的指紋圖案區(qū)域根據(jù)手指的尺寸或形狀，或者手指相對于傳感器的接觸條件而改變。這時，主掃描方向上的區(qū)域X1到X2對應于存在用作生物信息的指紋圖案的區(qū)域。生物信息亮度檢測部件122a識別存在用作生物信息的指紋圖案的區(qū)域，并確定指紋圖案的亮度是否在預定范圍內。例如，在圖8A中當亮度的最佳范圍設在127±50時，生物信息亮度檢測部件122a獲得的亮度在輸出電平a1到b1的輸出電平范圍內，并且平均為72或更低。因而，可以確定該亮度低。結果，LED照明時間段被延長，曝光量被優(yōu)化，如圖8B所示。識別存在用作生物信息的指紋圖案的區(qū)域的方法的例子包括當一個區(qū)域的圖像的頻率與指紋圖案類似時，識別該區(qū)域的方法。
圖9說明了當手指沿圖2所示的方向207移動時，由帶狀二維傳感器順序獲得的局部圖像(a1)到(a10)，還說明了通過合并局部圖像(a1)到(a10)，獲得的一個指紋圖像(c)。
這時，在獲得局部圖像(a1)之前，在檢測手指的圖像獲得模式下，檢測傳感器上手指的放置。局部圖像(a1)到(a3)是在設置曝光條件的圖像獲得模式下獲得的圖像。局部圖像(a4)到(a10)是在獲取指紋圖像的默認圖像獲得模式下獲得的圖像。這時，對于三個幀，即局部圖像(a1)到(a3)來說，曝光量被優(yōu)化。局部圖像(a1)到(a3)是由跳過操作獲得的圖像，因此曝光量沒有被優(yōu)化。但是，為了在緊接著手指開始運動之后，不丟失一個片段地獲得大面積圖像，局部圖像(a1)到(a3)是必要的。而且，為了用優(yōu)化的曝光量，在手指的最關鍵的中央區(qū)域獲取盡可能最大面積的圖像，重要的是在通過跳過操作高速獲得圖像(a1)到(a3)的時候，控制LED亮度。
如上所述，在本實施例中，控制部件123a控制第一、第二和第三模式。即，在第一模式，在手指或主體和圖像獲取裝置104的相對運動期間，連續(xù)獲取手指的多個第一局部圖像，同時改變曝光條件。在第二模式，按照多個第一局部圖像，設置曝光條件。在第三模式，按照設置的曝光條件，在手指和圖像獲取裝置104的相對運動期間，連續(xù)獲取多個第二局部圖像。使用這種方案，在檢測到手指后馬上獲得圖像。這允許獲取包括手指運動起始點的大面積圖像，從而有可能獲得驗證所需的大量特征信息。因此，本實施例能夠實現(xiàn)高精度指紋驗證系統(tǒng)。另外，本實施例能夠增加一次完成包括掃掠型傳感器特定手指運動的驗證操作的可能性，從而有可能提供可用性增強的產品。
使用掃掠型傳感器的本實施例不僅能夠提供高精度指紋驗證系統(tǒng)，而且還能夠簡化電路，從而實現(xiàn)電路小型化。處理電路的小型化適用于需要便攜性的應用設備，包括諸如具有通過電磁波發(fā)送信息的發(fā)射器，和用于選擇理想目的地的選擇器的移動個人計算機、PDA(個人數(shù)據(jù)助理)和手機之類的便攜設備。
盡管在上述實施例中說明了通過使用指紋來驗證主體(即鑒別個人)的系統(tǒng)。但是本發(fā)明不限于此。例如，本實施例的系統(tǒng)同樣能夠應用于通過使用眼睛視網膜、面部特征、手掌形狀等驗證主體(個人)的系統(tǒng)，只要該系統(tǒng)根據(jù)主體的局部圖像執(zhí)行驗證即可。盡管用于驗證主體的系統(tǒng)根根通過連接主體的局部圖像獲得的組合圖像執(zhí)行驗證，但是本發(fā)明不限于此。例如，掃掠型指紋傳感器不檢測各行局部圖像行中的相同指紋區(qū)域，并連接局部圖像，而是通過比較局部圖像和預先記錄的圖像來執(zhí)行驗證。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的信號處理設備能夠獲取一個完整圖像，同時在單個指紋圖像獲取期間設置曝光條件。這能夠實現(xiàn)高精度驗證和高速驗證。
第二實施例圖10是示意表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的用作信號處理設備的掃掠型(掃描型)指紋驗證設備的結構框圖。
根據(jù)第二實施例的指紋驗證設備和第一實施例一樣包括一個圖像獲得單元101和一個驗證單元102。
在圖10所示的圖像獲得單元101中，一個LED103用作照明光源(光照射部件)。LED驅動器108用于控制LED103的亮度和照明定時。
CMOS或CCD圖像獲取裝置104可以是一維傳感器或在副掃描方向上具有大約五到二十個像素的帶狀二維傳感器。在本實施例中，圖像獲取裝置104是在主掃描方向上具有512個像素，在副掃描方向上具有十二個像素的CMOS傳感器。
傳感器驅動器105控制圖像獲取裝置104和模數(shù)轉換器(ADC)107的取樣計時。放大器106把從圖像獲取裝置104提供的模擬輸出箝位到一個適合于由下一級的ADC 107處理的DC電平，并適當放大模擬輸出。
本實施例中的生物信息亮度檢測部件122b識別包括在出自獲得的圖像信息的生物信息中的一個區(qū)域，并檢測識別的生物信息區(qū)域的亮度?？刂撇考?23c響應從生物信息亮度檢測部件122b發(fā)送的信息和從驗證單元102發(fā)送的控制信號，控制傳感器驅動器105和LED驅動器108。
驅動脈沖經信號線路112a從傳感器驅動器105發(fā)送到圖像獲取裝置104，并且驅動脈沖經信號線路112b從傳感器驅動器105發(fā)送到ADC 107。驅動脈沖經信號線路112c從LED驅動器108發(fā)送到光源103。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)經信號線路129b提供到生物信息亮度檢測部件122b，并且生物信息亮度檢測部件122b的生物信息亮度檢測結果經信號線路130b提供到控制部件123c。在本實施例中，控制信號根據(jù)來自身體檢測部件121的檢測信號等，(經控制信號線路114)從驗證單元102發(fā)送到圖像獲取單元101。圖像獲得單元101中的通信部件109經控制信號線路114接收控制信號，并經控制線路111a把它送到控制部件123a?？刂撇考?23c經控制線路111b控制傳感器驅動器105和LED驅動器108。
圖像獲得單元101經數(shù)據(jù)信號線路113向驗證單元102發(fā)送數(shù)據(jù)，并經控制信號線路114從驗證單元102接收控制信號。
驗證單元102中的通信部件105通過經數(shù)據(jù)信號線路113從圖像獲得單元101接收數(shù)據(jù)信號，并經控制信號線路114向圖像獲得單元101發(fā)送控制信號，實現(xiàn)驗證單元102和圖像獲得單元101之間的通信。圖像合并部件135合并由帶狀二維傳感器在副掃描方向上進續(xù)獲取的主體的圖像。
身體檢測部件121檢測手指或主體的放置，并通過使用從預處理部件116(后面說明)提供的圖像信息，確定放置的主體是活體的手指還是偽造的手指。響應從身體檢測部件121和其他功能塊(例如特征部件118)發(fā)送的信息，控制部件123b控制圖像獲得單元101。
預處理部件116執(zhí)行諸如邊界增強之類的圖像處理，以便在下一級提取特征。幀存儲器117用于執(zhí)行圖像處理。特征提取部件118提取個人特征。記錄/比較部件119在數(shù)據(jù)庫120中記錄由特征提取部件118提取的個人特征，或者將個人特征與記錄的數(shù)據(jù)進行比較，以便驗證。
圖像數(shù)據(jù)經數(shù)據(jù)線路124a從通信部件115發(fā)送到圖像組合部件135，經數(shù)據(jù)線路124b從圖像組合部件135傳送到預處理部件116，經數(shù)據(jù)線路124c從預處理部件116發(fā)送到特征提取部件118，并經數(shù)據(jù)線路124d從特征提取部件118發(fā)送到記錄/比較部件119。記錄/比較部件119和數(shù)據(jù)庫120之間的通信通過數(shù)據(jù)和控制線路125完成。特征提取部件118的提取狀態(tài)經信號線路126發(fā)送到控制部件123b，必要的圖像信息經信號線路127從圖像合并部件135發(fā)送到身體檢測部件121。身體檢測的結果經信號線路128從身體檢測部件121發(fā)送到控制部件123b。控制部件123b響應其他功能塊的狀態(tài)(例如，身體檢測部件121和特征提取部件118的狀態(tài))，經信號線路131把用于控制圖像獲得單元101的信號發(fā)送到通信模塊115。
本實施例的指紋驗證設備在掃描手指或主體的圖像獲取操作期間，通過轉換傳感器和LED的驅動，獲得指紋圖像，同時設置最佳圖像獲取條件。具體地說，為了實現(xiàn)該轉換，響應從驗證單元102發(fā)送的手指檢測信息和從圖像獲得單元101發(fā)送的生物信息區(qū)域亮度檢測結果，控制圖像獲得單元101中的傳感器驅動器105和LED驅動器108。
現(xiàn)在將參照圖11到13說明本實施例的操作。
圖11是說明本實施例的指紋驗證裝置的圖像獲得條件設置例程的流程圖。在以下說明的例程中，按照由充當主系統(tǒng)的驗證單元102檢測的手指信息和由圖像獲得單元101檢測的亮度信息，控制傳感器驅動器105和LED驅動器108，從而設置圖像獲得單元101的圖像獲得條件。
在步驟S1101，處理進入圖像獲得條件設置例程。在步驟S1102，控制部件123c控制傳感器驅動器105把傳感器的曝光操作為全面曝光模式。
在步驟S1103，控制部件123c控制LED驅動器108把LED亮度設置為足夠檢測手指的出現(xiàn)/不出現(xiàn)的低電平。從而，使傳感器進入檢測手指的圖像獲得模式。
在步驟S1104，獲得一幀局部圖像。在步驟S1105，判定是否從驗證單元102接收手指檢測信息。當沒有檢測到手指，即沒有接收到手指檢測信息時(步驟1105為否)，處理返回到步驟S1104。當檢測到手指時(步驟S1105為是)，處理前進到步驟S1106。
在步驟S1106，控制部件123c控制傳感器驅動器105把傳感器的曝光操作改成用滾動快門系統(tǒng)(電子快門系統(tǒng))的曝光模式。
在步驟S1107，控制部件123c控制LED驅動器108，使得LED亮度與電子快門操作同步地關于任意行數(shù)發(fā)生變化。改變LED亮度的方法的例子包括控制流經LED的電流的方法和改變LED照明時間段的比率的方法(包括以脈沖模式驅動LED)。作為步驟S1107處理的結果，傳感器進入設置曝光條件的圖像獲得模式。
在該模式下，在步驟S1108，獲得僅僅一幀的局部圖像。在步驟S1109，對LED亮度改變的任意行數(shù)檢測包括生物信息的區(qū)域的輸出電平，即指紋區(qū)域的輸出電平。在步驟S1110，檢測輸出電平，并且控制部件123c確定該輸出電平的LED亮度值，所述LED亮度值被確定為最適于驗證處理，并且控制LED驅動器108，從而LED亮度值達到確定值。
在步驟S1111，控制部件123c控制傳感器驅動器105再次把傳感器的曝光操作改為全面曝光模式。結果，在曝光條件被設為最佳值的情況下，傳感器進入獲取紋圖像的默認圖像獲得模式。在步驟S1112，圖像獲得條件設置例程結束。
圖12A表示用于獲取指紋圖像的默認圖像獲得模式的傳感器和LED的操作計時，圖12B表示用于檢測手指的圖像獲得模式的傳感器和LED的操作計時，和圖12C表示用于設置曝光條件的圖像獲得模式的傳感器和LED的操作計時。
圖12A到12C所示的是VST和VCLK，它們分別表示傳感器副掃描方向上(垂直掃描方向，即與本實施例中的手指移動方向相同的方向)，垂直移位寄存器(VSR)59的起始脈沖和轉換時鐘脈沖。HST和HCLK分別表示傳感器主掃描方向上(水平掃描方向，即基本上垂直于本實施例中的手指移動方向的方向)，水平移位寄存器(HSR)56的起始脈沖和轉換時鐘脈沖。LED表示LED照明脈沖，水平軸表示照明時間段。如“×”所示，小時鐘脈沖HCLK以某一周期出現(xiàn)。
在用于獲取指紋圖像的默認圖像獲得模式(圖12A)下，在一幀時間段1201獲得一個局部圖像。在時間段1202、1203獲得主掃描方向上一行的圖像。具體地說，在時間段1202，傳送第一行的圖像，在時間段1203，傳送第十二行的圖像。LED照明時間段1204確定在時間段1201獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。LED照明時間段1205確定在時間段1201之后的一個時間段獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。在優(yōu)化曝光量后，獲取指紋圖像的圖像獲得模式下，如時間段1204和1205所示，以固定的LED照明量獲取圖像。在時間段1204中發(fā)光的LED造成的曝光被稱為“全面曝光”，因為該曝光確定傳感器中全部十二行的曝光量，這些行的圖像在時間段1201輸出。
在用于檢測手指的圖像獲得模式(圖12B)下，示出了用于獲得一個局部圖像的一幀時間段1206。同時示出的是在主掃描方向上獲得一行圖像的時間段1207、1208。在時間段1207，傳送第一行的圖像，在時間段1208，傳送輸出至第十二行的圖像。LED照明時間段1209確定在時間段1206獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。LED照明時間段1210確定在時間段1206之后的時間段獲得并輸出的一幀圖像的曝光量。在用于檢測手指的圖像獲得模式下，對LED來說允許檢測手指的存在/不存在就足夠了，從而照明時間段被設為最小長度，如時間段1209和1210所示。另外在該模式下，在時間段1209中發(fā)光的LED造成的曝光確定傳感器中整個十二行的曝光量，這些行的圖像在時間段1206輸出，從而被稱為“全面曝光”。
在用于設置曝光條件的圖像獲得模式(圖12C)下，示出用于獲得一個局部圖像的一幀時間段1211。同樣在圖12C中示出的是用于上述電子快門的移位寄存器(ESR)62的起始脈沖EST。滾動快門曝光時間1212由起始脈沖EST和起始脈沖VST之間的時間間隔確定。在緊鄰向其提供轉換時鐘脈沖VCLK之前的曝光時間期間，曝光每一行，依據(jù)轉換時鐘脈沖選擇該行。其間獲得主掃描方向上一行的圖像的時間段1213和1214被示出。在時間段1213，傳送第一行的圖像，在時間段1214，傳送輸出至第十二行的圖像。LED照明時間段1215確定在時間段1213獲得并輸出的一行圖像的曝光量。LED照明時間段1218確定在時間段1214獲得并輸出的一行圖像的曝光量。在用于設置曝光條件的圖像獲得模式下，在多級改變LED照明亮度的時候，獲得一幅圖像，如時間段1215到1218所示。按照這種方式，以多個不同等級的曝光條件獲取一幅圖像，并且該圖像的使用允許確定最佳曝光條件。
參照圖13，圖像(a1)到(a9)是當手指沿圖2A所示的方向207移動時，由帶狀二維傳感器順序獲得的手指的局部圖像。圖像(c)是通過合并局部圖像(a1)到(a9)獲得的一幅手指圖像。
這時，在獲得局部圖像(a1)之前，按照檢測手指的圖像獲得模式檢測手指在傳感器上的放置。局部圖像(a1)是按照設置曝光條件的圖像獲得模式獲得的一幅圖像。局部圖像(a2)到(a9)是按照獲取指紋圖像的默認圖像獲得模式獲得的圖像。這時，用一幀(a1)優(yōu)化曝光量。局部圖像(a1)是在局部圖像的表面內以變化的曝光量獲得的一幅圖像。局部圖像(a1)還是為了在手指開始移動之后，不丟失其一個片段地立即獲得大面積圖像所必需的。該方案具有這樣的優(yōu)點，即能夠只用一個局部圖像(a1)設置最佳曝光條件，從而以最佳曝光量，在手指的最關鍵中央區(qū)域獲取盡可能大面積的圖像。
如上所述，本實施例的控制部件123a控制第一、第二和第三模式。即，在第一模式下，在手指或主體和用于獲取手指的局部圖像(指紋)的圖像獲取裝置104相對運動期間，以多個曝光條件獲取手指的第一局部圖像。在第二模式下，根據(jù)第一局部圖像，設置曝光條件。在第三模式下，按照設置的曝光條件，在手指和圖像獲取裝置104的相對運動期間，順序獲取多個第二局部圖像。借助該方案，在檢測到手指之后立即獲得圖像。這允許獲取包括手指運動的起始點的大面積圖像，從而有可能獲得驗證所需的更大量的特征信息。因此，本實施例能夠實現(xiàn)高精度指紋驗證系統(tǒng)。另外，本實施例能夠增大一次完成包含掃掠型傳感器特定手指運動的驗證操作的可能性，從而有可能提供可用性增強的產品。
使用掃掠型傳感器的本實施例不僅能夠提供高精度指紋驗證系統(tǒng)，而且能夠簡化電路，從而實現(xiàn)電路最小化。處理電路的最小化適合于需要便攜性的應用設備，包括諸如具有用于通過電磁波發(fā)送信息的發(fā)射器和用于選擇理想目的地的選擇器的移動個人計算機、PDA(個人數(shù)據(jù)助理)和移動電話之類的便攜設備。盡管在上述實施例中已經說明了通過使用指紋驗證主體(即鑒別個人)的系統(tǒng)，但是本發(fā)明不限于此。例如，本實施例的系統(tǒng)同樣能夠應用于通過使用眼睛視網膜、面部特征、手掌形狀等驗證主體(個人)的系統(tǒng)，只要該系統(tǒng)根據(jù)通過連接主體的局部圖像獲得的合并圖像執(zhí)行驗證即可。
第三實施例在上述第一和第二實施例中，說明了在順序獲得局部圖像的初始階段控制曝光量的情況。但是，在第三實施例中，將說明在順序獲得局部圖像的中間，響應亮度的變化控制曝光量的例子。
首先，將說明掃掠型指紋傳感器的問題。例如，對于接觸式光學掃掠型指紋傳感器，手指以與傳感器表面摩擦，同時與其緊密接觸的方式移動。這使得難以從手指開始運動到結束移動，保持手指的速度和壓力，以及手指的放置方式，實際上它們經常變化。
而且，對于安裝在諸如手機、PAD或筆記本電腦之類的移動設備上的指紋傳感器來說，當在手指運動期間獲取圖像時，當人乘車或步行移動，例如從一個陽光直射的地方移動到一個陽光被遮擋的地方，或從室外進入室內時，外部光入射到傳感器上的方式可能變化。另外，當手指運動時，由于出汗量的增加，手指表面的狀況可能變化。
這種情況下，光被手指漫射、反射或吸收，入射到圖像獲取裝置上的光量變化，從而造成保存的電荷量大大變化的問題。此外，取決于手指部分(例如，手指的指節(jié)和指尖)的手指厚度變化和取決于諸如包括腎骼或指甲之類區(qū)域的差異可能引起曝光量變化。在順序獲得的局部圖像中間，當由于這樣的因素，曝光量和保存的電荷量大大變化時，掃掠型指紋傳感器不能進行連接局部圖像的圖像合并處理(圖像重構處理)，從而不可能把它們連接起來，或者提供不正確連接的圖像。
這是因為圖像合并處理包含計算順序獲取的局部圖像之間的相關性系數(shù)，檢測各行局部圖像中相同的指紋區(qū)域，并連接局部圖像，以致檢測的各行被重疊。當手指運動期間亮度變化時，即使對應行屬于相同的手指區(qū)域，它們之間的相關性也降低。結果，錯誤地確定這些行不屬于相同的指紋區(qū)域，甚至屬于其他不同的區(qū)域。當圖像合并處理以這種方式失敗時，整個指紋圖像的片段被丟失或者提供伸長或縮短的圖像。結果，提取的特征與記錄的指紋特征的匹配率下降，從而匹配精度降低。
而且，當在連續(xù)獲得局部圖像中間，保存的電荷量顯著變化時，獲得的整個指紋圖像表面內的對比度和亮度改變。因此，將與記錄的圖像比較的特征信息也改變。因而，即使使用任意比較系統(tǒng)，比如特征點提取系統(tǒng)、圖案匹配系統(tǒng)或頻率分析系統(tǒng)，獲得的圖像和參考圖像之間的相關性也降低，從而比較精度下降。這是一種涉及通過計算確定順序獲取的局部圖像之間的相關性系數(shù)，檢測各行局部圖像中的相同指紋區(qū)域，并連接局部圖像，執(zhí)行圖像合并處理(它也叫做“圖像重構處理”)的掃掠型指紋傳感器，和通過不檢測各行局部圖像中的相同指紋區(qū)域，比較局部圖像與預先記錄的圖像，并連接局部圖像，執(zhí)行驗證的另一種掃掠型傳感器的公共任務例如，當手指在壓在傳感器表面的同時向你移動時，指尖產生的圖像具有比手指頂指節(jié)附近的圖像高10％到20％的亮度。這是因為頂指節(jié)附近的手指平行于傳感器表面移動，而由于手指的壓力沿垂直于傳感器表面的方向施加，指尖的壓力傾向于向下施加，因此手指頂指節(jié)附近的按壓壓力很高。例如，在獲得連續(xù)局部圖像中間，當局部圖像的亮度相對于另一個局部圖像增加20％時，用例如為四的因子增大利用自動增益控制(AGC)的增益提供四倍的增長。因此，在這種情況下，存在已在動態(tài)范圍內的圖像信號被飽和的問題。當圖像信號飽和時，不能獲得適當?shù)闹讣y圖像，從而不可能提取局部圖像之間的相關部分和合并局部圖像。因此，亮度變化的降低是重要的。
為了克服上述問題，本實施例的指紋驗證設備控制每個局部圖像的電荷存儲條件，從而補償變化的電荷存儲狀態(tài)。具體地說，例如，與指紋圖案無關地識別由于手指按壓壓力的改變而產生的亮度變化，和由于環(huán)境因素的改變而產生的亮度變化，為每個局部圖像控制由光源的亮度和圖像獲取裝置的存儲時間確定的曝光量，以便提供理想的曝光量。
下面，說明由貼著傳感器表面按壓手指的方式的不同而產生的亮度變化。當光入射到具有不同反射率的材料的分界面時，光在分界面反射。例如，當穿過折射率為1的空氣的光達到玻璃等表面時，發(fā)生這樣的反射。這種情況下的反射系數(shù)R能夠用如下等式計算R＝((1-n1)/(1+n1))2其中n1表示諸如玻璃之類材料的折射率。在這種情況下，其中n1＝1.5，R＝0.04，這意味著當材料的折射率是1.5時，大約4％的光被反射。
現(xiàn)在，將論述手指和傳感器表面之間的分界面。傳感器表面提供有保護部件和/或光學部件，比如硅和/或玻璃。這樣的材料的折射率約為1.4到1.6。另外，盡管依賴于手指表面汗水的影響，手指的折射率憑經驗可知約為1.4到1.6?，F(xiàn)在，將論述光源、手指和傳感器表面的關系。對于手指來說，存在手指與傳感器輕輕接觸的情況，和手指強烈按壓傳感器的情況。在任意一種情況，外部光傳到手指的可能的光學路徑是(1)LED表面和空氣之間的分界面；和(2)空氣和手指表面之間的分界面。光在手指上分散、從手指上發(fā)射并入射到傳感器的可能光學路徑是(3)手指和空氣之間的分界面；和(4)空氣和傳感器之間的分界面。
當光源和手指互相輕輕接觸，并且手指和傳感器同樣互相輕輕接觸時，在它們之間存在空氣間隙，從而在每個分界面(1)到(4)丟失大約2.6％到5.3％的光。因而，總共丟失大約10％到21％的光。另一方面，當手指與傳感器或光源緊密接觸時，光不會被(1)和(2)或(3)和(4)反射，從而反射量減小一半，光的總損失變成接近5％到11％。當手指與傳感器和光源都緊密接觸時，在任何分界面(1)到(4)都不反射光，從而不發(fā)生光丟失。因此，產生的亮度變化約約10％到21％，取決于由于手指運動而引起的按壓壓力變化，。對于每個層面來說(對分界面(1)到(4)來說)，亮度變化2.6％到5.3％。
因此，對給定的傳感器單元，與由光源和傳感器表面的材料確定的折射率相關的一級變化被唯一確定為2.6％到5.3％范圍內的一個值。因此，當考慮到由按壓壓力引起的亮度變化是手指移動期間的主要因素的事實時，多級地改變亮度，每級是該值的整數(shù)倍，使得有可能處理手指運動期間的亮度變化。
現(xiàn)在，說明一個例子，其中在本實施例中，由折射率產生的亮度變化的一級設為4％，亮度以4％的整數(shù)倍變化?，F(xiàn)在將參照圖14到20B說明第三實施例的操作。由于第三實施例的指紋驗證設備的結構與圖1所示的第一實施例的指紋驗證設備的結構相同，這部分的說明被省略。
和第一實施例的指紋驗證設備中一樣，在第三實施例的指紋驗證設備中，按照檢測的生物亮度信息，驗證單元102控制傳感器驅動器105改變電荷存儲時間段和/或控制LED驅動器108改變LED照明時間段和/或LED亮度，從而改變圖像獲得單元101對每個局部圖像的曝光條件。
圖14是描述圖1所示的本實施例的指紋驗證設備的連續(xù)圖像獲取例序的操作的流程圖。參照圖14，在步驟1401，指紋驗證設備開始連續(xù)圖像獲得條件設置例程。在步驟1402，驗證單元102從圖像獲得單元101接收一個局部圖像。接著，在步驟S1403，生物信息亮度檢測部件122a檢測生物信息亮度。在步驟S1404，控制部件123a計算檢測的亮度和預先設置的理想亮度值之間的差。在步驟1405，控制部件123a確定計算的差的絕對值是否小于第一預置閾值。當確定差的絕對值小于第一預置閾值時，這表示亮度變化小，并且在步驟1408的圖像合并例程中，圖像合并部件135執(zhí)行把獲得的局部圖像與另一個局部圖像連接的處理。另一方面，當在步驟1405確定差的絕對值大于或等于第一預置閾值時，處理前進到步驟S1406的曝光量校正設置例程。在步驟1406，控制部件123a控制傳感器驅動器105和LED驅動器108確定控制曝光量的校正量。曝光量校正例序(步驟1406)的細節(jié)如圖15所示，將在下文說明。
由于這種情況下的曝光量的校正在接下來的曝光中反映出來，已經獲取的局部圖像在亮度和理想值之間有很大差異。因此，如果不采取進一步的措施，合并圖像的精度和比較圖像的精度將下降。因而，在步驟1407，圖像合并部件135執(zhí)行關于合并之前的局部圖像，校正差異的處理，從而消除該差異。關于合并之前的局部圖像，校正差異的可用方法的例子包括只從所有圖像數(shù)據(jù)中減去該差異的方法，和執(zhí)行相乘，從而把圖像數(shù)據(jù)乘以對應于亮度降低率的增益(因為對應于該差異的亮度已經降低)的方法。
在如上上述執(zhí)行曝光量的校正控制(步驟S1406)和局部圖像的校正處理(步驟S1407)之后，在步驟1408圖像合并例程中，圖像合并部件135連接局部圖像和先前的局部圖像。圖16中示出了步驟S1408中的圖像合并例程的詳細處理，并將在下文說明。接著，在步驟S1409，控制部件檢測是否完成了局部圖像的順序獲得。當確定圖像獲得沒有結束，即局部圖像的順序獲得沒有完成時(步驟S1409為否)，處理返回到步驟S1402，獲得接下來的局部圖像。另一方面，當確定圖像獲得已經結束，即局部圖像的順序獲得完成時(步驟S1409為是)，在步驟S1410，連續(xù)圖像獲得例程結束。
在掃掠型傳感器中，跟蹤高速移動的手指的能力是驗證性能的一個指標。這是因為由于移動手指的方式因人而異，并且由于以固定速度移動手指的困難性，速度經常增加或降低，因此改善跟蹤能力是很重要的。一般，掃掠型傳感器高速獲取局部圖像。因而，在低運動速度的情況下，由于橫越局部圖像的運動量小，因此傳感器合并局部圖像，同時減小局部圖像中的一些局部圖像。另一方面，在高速運動的情況下，由于相鄰局部圖像之間能夠相關關系的區(qū)域的面積降低，即使減少一個局部圖像也使得不能使該圖像的前一圖像和下一圖像相互關聯(lián)，導致圖像的中斷連接。因此，重要的是使用順序獲得的局部圖像，同時使浪費最小化。在本實施例的指紋驗證設備中，按照從生物信息亮度檢測部件122a輸出的檢測結果，控制下一個局部圖像的曝光量，亮度變化的局部圖像被檢測并受到校正處理，接著合并產生的圖像。該方案改善了比較精度和驗證速度。
現(xiàn)在將說明在圖14所示的步驟S1406執(zhí)行的曝光量校正設置例程。圖15是表示圖14所示的曝光量校正設置例程1406的細節(jié)的流程圖。如圖15所示，首先，在步驟S1501，處理進入曝光量校正設置例程。接著，在步驟S1502，控制部件123a比較差的絕對值和第二預置閾值，通過比較檢測的生物亮度和上述理想值(在步驟S1404)獲得該差。當在步驟S1502確定差的絕對值小于第二閾值時，這表示由于按壓壓力的改變，亮度已經變化，處理前進到到步驟S1503。另一方面，當在步驟S1502確定差的絕對值大于或等于第二閾值時，這表示諸如外部光之類的某一環(huán)境因素發(fā)生改變，處理前進到步驟S1506。
在步驟S1503，當確定差小于“0”時，處理前進到步驟S1504。在這種情況下，由于亮度大于理想值，控制部件123a執(zhí)行把預置曝光調整量降低一個等級的調整。另一方面，當在步驟S1503確定差大于或等于“0”時，處理前進到步驟S1505。這時，由于亮度小于理想值，控制部件123a執(zhí)行把預置曝光量增大一個等級的調整。通過把保存在曝光控制寄存器中的設定值增大/降低預定值(即一個電平)，實現(xiàn)曝光量的調整。該寄存器可以是用于設置傳感器驅動器105的電荷存儲時間段的寄存器和/或用于設置LED照明時間段或LED驅動器108的LED亮度的寄存器。但是，這種情況下，變化后的設置值在下一個曝光時間段有效。
如上所述，手指按壓壓力產生的亮度變化量可被預置為多個等級之一。即，該方案適于通過對每個局部圖像，改變與反射系數(shù)的變化量對應的一級曝光變化量，執(zhí)行校正，從而對應于變化的特性。由于曝光量按照預定的變化率變化，該方案提供這樣的優(yōu)點，曝光量易于被改變，從而對應于實際的亮度變化，因此快速實現(xiàn)最佳曝光。
另一方面，當處理前進到步驟S1506，這意味著閾值已顯著改變，并且確定定這種情況需要緊急措施。由于這樣的顯著變化由各種因素引起，所以不可能預先確定校正量。因此，該方案適于為每種情況確定一個校正值，并在下一次曝光期間一齊改變曝光量。具體地說，在步驟S1506，控制部件123a確定校正與檢測的差對應的量所需要的曝光控制設置值(曝光校正量)。接著，在步驟S1507，控制部件123a重置曝光控制寄存器(用于設置傳感器105的電荷存儲時間段的寄存器和/或用于LED驅動器108的LED照明時間段或LED亮度的寄存器)。但是，這種情況下的設置在下一個曝光時間段變得有效。
如上所述，在通過確定每個亮度變化的類型或預先設置該類型，控制曝光量之后，在步驟S1508，控制部件123a在存儲器中存儲關于對應的局部圖像的差值，和與局部圖像相關聯(lián)的曝光量。在步驟S1509中，曝光量校正設置例程結束。
接著，將詳細說明(在圖14中的步驟S1408執(zhí)行的)圖像合并例程。
圖16是描述在圖14所示的步驟S1408執(zhí)行的圖像合并例程的細節(jié)的流程圖。如圖16所示，首先，在步驟S1601，處理進入圖像合并例程。在步驟S1602，圖像合并部件135確定前一個局部圖像和當前局部圖像之間的相位差。這里局部圖像之間的相位差指的是關于手指的相同區(qū)域的兩個局部圖像之間的偏移量，該偏移由手指的相對運動引起。當檢測到兩個局部圖像之間的相位差后，圖像合并部件135對準這兩個局部圖像。這時，圖像合并部件135使用計算局部圖像之間的相關性的方法，確定兩個局部圖像之間的相位差。計算相關性的方法的例子包括用于計算兩個局部圖像之間的互相關系數(shù)的方法，用于確定兩個局部圖像之間的像素亮度差的絕對值的方法，利用快速傅立葉變換檢測兩個局部圖像在在互功率譜內匹配的值的方法，和用于提取兩個局部圖像的各個特征點，并對準局部圖像，從而特正點互相匹配的方法。
接著，在步驟S1603，圖像合并部件135確定兩個局部圖像之間的相位差是否大于十二行(十二像素)。當確定相位差不大于十二行時，這表示已經檢測到局部圖像之間的相位差。盡管本實施例中，圖像獲取裝置104在手指運動方向上(即，在圖像獲取裝置104的副掃描方向上)有十二行，但本發(fā)明不限于此。在步驟S1604，圖像合并部件135確定相位差是否是“0”。當確定相位差是“0”時，這表示手指根本沒有動或手指以很低的速度運動，程序前進到步驟S1606，其中圖像合并部件135丟棄當前局部圖像，不把它與前一個局部圖像連接。接著，處理前進到步驟S1608，其中圖像合并部件135結束圖像合并例程。在這種情況下，前一個局部圖像用于確定關于接著獲得的局部圖像的相位差和/或用于合并圖像的處理。
當在步驟S1604確定相位差不是“0”時，處理前進到步驟S1605，其中圖像合并部件135按照檢測的相位差對準兩個局部圖像，并把獲得的局部圖像與前一個局部圖像合并。接著，在步驟S1607，與合并的圖像中對應局部圖像的位置相關，圖像合并部件135在與圖像分離的文件中記錄亮度差，曝光校正量和局部圖像的連接結果。例如，當記錄/比較部件119通過向位于局部圖像的各個區(qū)域的特征點分配加權，比較整個指紋的合并圖像與記錄的指紋數(shù)據(jù)時，使用該文件，同時考慮每個局部圖像的掃掠型特定質量差。例如，該方案可以是確定具有很大亮度差和/或較大曝光校正量的局部圖像具有大量誤差，不被用于比較。這有可能增強驗證精度，從而允許提高比較指紋的精度。
另一方面，當在步驟S1603確定兩個局部圖像之間的相位差大于十二行，或者當沒有得到數(shù)值時，這表示在兩個局部圖像之間沒有找到相關性。這種情況下，太快的圖像運動能導致該結果，在步驟S1609，圖像合并部件135連接當前局部圖像的第一行與前一個局部圖像的最后一行，而不是丟棄獲得的局部圖像。接著，在步驟S1610，與合并圖像中局部圖像的位置相關，圖像合并部件135在上述文件等中記錄表示相位差大于十二行的信息。接著，在步驟S1611，與合并圖像中對應局部圖像的位置相關，圖像合并部件135在上述文件等中記錄曝光校正量和局部圖像之間的亮度差。
現(xiàn)在將參照圖17、18A和18B，說明本實施例的指紋驗證設備響應手指按壓壓力的變化產生的亮度變化執(zhí)行處理的效果。
圖17是表示由已知方法獲得的示例局部圖像(a1)到(a9)的示意圖，其中不響應手指按壓壓力的變化執(zhí)行曝光控制。圖17還示出了通過合并局部圖像(a1)到(a9)獲得的示例指紋圖像(b)。圖18A是表示當本實施例的指紋驗證設備響應由于手指按壓壓力變化而產生的亮度變化，執(zhí)行曝光控制時獲得的示例局部圖像(a1)到(a9)的示意圖。當在步驟S1406的曝光量校正設置例程中的曝光控制期間設置曝光校正量時，獲得圖18A所示的局部圖像(a1)到(a9)。圖18B是表示通過校正圖18A中所示的局部圖像(a1)到(a9)，獲得的示例局部圖像(b1)到(b9)的示意圖。即，通過完成圖14的步驟S1407中的校正局部圖像數(shù)據(jù)的差的處理，獲得圖18B所示的局部圖像(b1)到(b9)。圖18B所示的指紋圖像(c)是通過合并圖18B所示的校正的局部圖像(b1)到(b9)，獲得的指紋圖像的例子。即，圖18B中的指紋圖像(c)是在執(zhí)行曝光控制和圖像校正后合并的一個圖像，并顯示出和圖17所示的圖像(b)相比，改進的圖像質量。
具體地說，圖17所示的局部圖像(a6)到(a9)是由于手指的按壓壓力的變化，亮度分別相對于理想值增加19％、17％、19％和18％時獲得的例子。因而，圖17所示的局部圖像(a6)到(a9)稍微被飽和。這種情況下，通過控制曝光量，本實施例的指紋驗證設備能夠提供圖18A中的局部圖像(a6)到(a9)，它們分別具有比亮度理想值高19％、9％、3％和2％的亮度級，并比圖17所示的局部圖像(a6)到(a9)更接近于理想值。
這時，假定參照圖14和15說明的第一和第二閾值分別設為6％和20％。用于按壓壓力變化的曝光調整量的一個等級被假定為8％。使用該設置，當獲得圖18A所示的局部圖像(a6)時，驗證單元102遵循圖14和15所示的例程。這時，由于獲得的局部圖像(a6)的亮度級的差在6％到20％的范圍內，驗證單元102確定亮度變化由手指按壓壓力引起(步驟S1503為“定”)。因此，處理前進到步驟S1503的處理。在步驟S1503，從圖14所示的步驟S1404的計算中顯然看出，當檢測的亮度大于理想值時，由于差值小于“0”，處理前進到步驟S1504，接著控制部件123a把曝光調整量減少8％。由于圖18A所示的局部圖像(a6)是從中檢測到亮度變化的圖像，用于其的曝光量沒有被控制。但是，在圖像獲得單元101獲得圖18A所示的下一個局部圖像(a7)之前，執(zhí)行把曝光量降低8％的控制。
結果，圖像獲得單元101隨后獲得的圖18A所示的局部圖像(a7)具有+9％的亮度級，它比圖17所示的局部圖像(a7)的亮度級低8％。由于圖18A所示的局部圖像仍然具有6％或更大的差，執(zhí)行把曝光量再降低一級(8％)的處理。因此，圖18A所示的局部圖像(a8)具有+3％的亮度級，它比圖17所示的局部圖像(a8)的亮度級低16％。由于圖18A中的局部圖像(a8)具有6％或更小的差，在獲得下一個局部圖像之前不執(zhí)行控制曝光量的處理。因此，圖18A所述的局部圖像(a9)具有+2％的亮度級，比圖17所示的局部圖像(a9)的亮度級低16％。如上所述，當獲得亮度電平在預定范圍內變化的局部圖像時，在獲得下一個局部圖像之前重復依據(jù)一個等級控制曝光量的處理。因而，本實施例的指紋驗證設備能夠獲得圖18A所示的局部圖像(a1)到(a9)，它們具有比圖17所示的局部圖像(a1)到(a9)更適當?shù)钠毓饬俊?br> 而且，如圖14的步驟S1408和圖16所示，在通過曝光量的控制獲得的圖18A中的局部圖像(a1)到(a9)中，圖像合并部件135對亮度級超過第一閾值的局部圖像上執(zhí)行校正處理。具體地說，對于圖18A所示的局部圖像(a6)，圖像合并部件135把+19％的差校正為0％，從而獲得圖18B所示的局部圖像(b6)。同樣，對于圖18A所示的局部圖像(a7)，圖像合并部件135把9％的差校正為0％，從而獲得圖18B所示的局部圖像(b7)。由于圖18A中的局部圖像(a8)和(a9)具有6％或更小的差，圖像合并部件135不執(zhí)行圖像校正。圖像合并部件135合并通過上述處理獲得的圖18B中的局部圖像(b1)到(b9)，建立圖18B所示的合并指紋圖像(c)。如上所述建立的圖18B的指紋圖像(c)具有6％或更小的亮度級變化。這表示本實施例的指紋驗證設備能夠提供高質量指紋圖像。
現(xiàn)在將參照圖19、20A和20B說明響應由外部光線環(huán)境的變化而引起的亮度變化，指紋驗證裝置的操作。
圖19是表示例局部圖像(a1)到(a9)和示例指紋圖像(b)的示意圖。局部圖像(a1)到(a9)由已知方法獲得，其中在獲得局部圖像時，不響應于外部光線環(huán)境的變化控制曝光量。圖19所示的指紋圖像(b)通過合并圖19所示的局部圖像(a1)到(a9)獲得。圖20A是表示在獲得局部圖像時，通過響應外部光線環(huán)境的變化，控制曝光量獲得的示例局部圖像(a1)到(a9)的示意圖。當在步驟S1406的曝光量校正設置例程中的曝光控制期間設置曝光校正量時，獲得圖20A中局部圖像(a1)到(a9)。圖20B是表示通過校正圖20A所示的局部圖像(a1)到(a9)獲得的示例局部圖像(b1)到(b9)的示意圖。即，通過完成圖14的步驟S1407中校正局部圖像數(shù)據(jù)的差的處理，獲得圖20B所示的局部圖像(b1)到(b9)。圖20B所示的指紋圖像(b)通過合并圖20B所示的校正后的局部圖像(b1)到(b9)獲得。即，圖20B的指紋圖像(b)是在進行了曝光控制和圖像校正后合并的圖像，并顯示出優(yōu)于圖19所示的圖像(b)的改進圖像質量。
具體地說，圖19所示的局部圖像(a6)到(a9)是當由于手指按壓壓力的變化，亮度相對于理想值分別大大降低25％、26％、21％和23％時獲得的例子。因而，圖19所示的局部圖像(a6)到(a9)具有欠飽和的黑色。這種情況下，通過控制曝光量，本實施例的指紋驗證設備能夠提供圖20A所示的局部圖像(a6)到(a9)，它們分別具有比理想亮度值高-25％、-1％、+4％和+2％的亮度級電平，并且比圖19所示的局部圖像(a6)到(a9)更接近理想值。
在這種情況下，假定參照圖14和15所述的第一和第二閾值分別設為6％和20％。使用該設置，當獲得圖20A中所示的局部圖像(a6)時，驗證單元遵循圖14和15所示的例程。由于獲得的局部圖像(a6)的亮度級變化為20％或更大，處理前進到步驟S1506的處理，確定亮度變化由反常因素引起，比如外部光線環(huán)境(在步驟S1502中為“否”)。在步驟S1506，控制部件123a確定與該差異(-25％)對應的曝光校正量(這種情況下為+25％)。接著，在步驟S1507，控制部件123a校正曝光量，并重新設置寄存器中的曝光校正量。由于圖20A所示的局部圖像(a6)是已經檢測到亮度變化的圖像，不控制用于其的曝光量。但是，在獲得圖20B所示的下一個局部圖像(a7)之前執(zhí)行曝光量的控制。
結果，圖像獲得單元101隨后獲得的圖20A所示的局部圖像(a7)具有-1％的亮度級，這比圖19所示的局部圖像(a7)的亮度級高25％。由于圖20A中的局部圖像(a7)具有與理想值相差6％或更小的亮度級，在獲得下一個局部圖像之前不執(zhí)行控制曝光量的處理。因此，圖20A中的局部圖像(a8)具有+4％的亮度級，這比圖19中的局部圖像(a8)的亮度級高25％，并且圖20A中的局部圖像(a9)具有+2％的亮度級，這比圖19中的局部圖像(a9)的亮度級高25％。如上所述，當局部圖像的亮度電平被改變，超過預定閾值時，在獲得下一個局部圖像之前執(zhí)行對應于變化量，控制曝光量的處理。因而，本實施例的指紋驗證設備能夠獲得圖20A中的局部圖像(a1)到(a9)，它們具有比圖19中的局部圖像(a1)到(a9)更適當?shù)钠毓饬俊?br> 而且，如圖14的步驟S1408和圖16所示，在通過曝光量控制獲得的圖20A中的局部圖像(a1)到(a9)中，圖像合并部件135對亮度級超過第一閾值的局部圖像執(zhí)行校正處理。具體地說，關于圖20A所示的局部圖像(a6)，圖像合并部件135把-25％的差校正為0％，從而獲得圖20B所示的局部圖像(b6)。關于圖20A中的局部圖像(a7)、(a8)和(a9)，由于它們具有6％或更小的差，圖像合并部件135不執(zhí)行圖像校正。圖像合并部件135合并圖20B中的通過上述處理獲得的局部圖像(b1)到(b9)，以建立圖20B所示的合并指紋圖像(b)。如上所述建立的圖20B中的指紋圖像(b)具有6％或更小的亮度級變化。這表示本實施例的指紋驗證設備能夠提供高質量指紋圖像。
如上所述，本實施例的指紋驗證設備合并局部圖像，同時通過檢測亮度的變化，并根據(jù)亮度級的差異，確定變化的原因，或者預先設定變化的類型，來控制曝光量。因而，指紋驗證設備能夠改善局部圖像之間的亮度均勻度，從而提高驗證精度和局部圖像的匹配率。另外，結合第一實施例和本實施例，能夠實現(xiàn)這樣的指紋驗證設備，即能夠在順序獲取主體的局部圖像的初始階段，控制每一行的曝光量，從而獲得最佳曝光量，并且能夠執(zhí)行控制，從而按照主體運動期間，主體的光學特征變化和環(huán)境變化，達到曝光的最佳量。
使用掃掠型傳感器的本實施例不僅能夠提供高精度的指紋驗證系統(tǒng)，而且能夠簡化電路，從而實現(xiàn)電路小型化。處理電路的小型化適用于需要便攜性的應用設備，包括諸如具有通過電磁波發(fā)送信息的發(fā)射器和用于選擇理想目標的選擇器的移動個人計算機、PDA(個人數(shù)據(jù)助理)和手機之類的便攜設備。
盡管在本實施例中已經說明了通過使用作為主體的手指的指紋驗證個人身份的指紋驗證系統(tǒng)，但本發(fā)明不限于此。例如，該指紋驗證系統(tǒng)同樣能夠應用于通過使用眼睛視網膜、面部特征、手掌形狀等鑒別個人的系統(tǒng)，只要這樣的系統(tǒng)根據(jù)主體的局部圖像執(zhí)行驗證即可。盡管用于驗證主體的系統(tǒng)根據(jù)通過連接主體的局部圖像獲得的合并圖像執(zhí)行驗證，但本發(fā)明不限于此。例如，掃掠型指紋傳感器通過將局部圖像與預先記錄的圖像相比較，而不檢測各行局部圖像中的相同指紋區(qū)域，并連接局部圖像來執(zhí)行驗證。
第三實施例的指紋驗證設備能夠獲取圖像，同時在單個指紋獲取時間段內的適當時刻改變曝光條件。因而，該設備能夠提供高質量的圖像數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)高精度驗證和高速驗證。而且，盡管已經結合其中圖1所示的驗證單元102中的控制部件123a控制每個局部圖像的曝光量的例子說明了本實施例，但是圖10所示的圖像獲得單元101中的控制部件123c也可以控制每個局部圖像的曝光量。這樣的方案也能夠提供同樣的優(yōu)點。
另外，盡管已經結合其中光學CMOS傳感器被用于圖像獲取裝置104的例子說明了本實施例，但是也可以使用采用其他系統(tǒng)的傳感器，比如靜電容量系統(tǒng)。這種情況下，以與光學傳感器相同的方式，控制每個局部圖像的電荷存儲條件，從而補償像素中積聚的電荷量的變化，也能夠提供相同的優(yōu)點。因此，本發(fā)明能夠應用到光學傳感器之外的圖像獲取系統(tǒng)傳感器。
本發(fā)明不限于上述實施例，在本發(fā)明的精神和范圍內能夠作出各種改變和修改。因此，為了向公眾告知本發(fā)明的范圍，做出隨附的權利要求。
權利要求
1.一種信號處理設備，包括一個用于獲取主體的多個圖像的圖像獲取裝置，多個圖像包括第一局部圖像和多個第二局部圖像；和一個用于控制第一模式和第二模式的控制部件，其中，在第一模式下，在主體和圖像獲取裝置的相對運動期間，圖像獲取裝置利用多個曝光條件獲取主體的第一局部圖像，并且控制部件根據(jù)第一局部圖像設置曝光條件中的相應一個曝光條件，和在第二模式下，圖像獲取裝置按照控制部件設置的曝光條件中的相應一個曝光條件，順序獲取主體的多個第二局部圖像。
2.根據(jù)權利要求1的信號處理設備，其中第一局部圖像包括單獨一個第一局部圖像。
3.根據(jù)權利要求1的信號處理設備，其中第一局部圖像包括多個局部圖像，并且圖像獲取裝置利用多個曝光條件獲取多個第一局部圖像。
4.根據(jù)權利要求1的信號處理設備，還包括一個驗證單元，用于通過比較局部圖像和預先記錄的圖像執(zhí)行驗證。
5.根據(jù)權利要求4的信號處理設備，其中驗證單元按照每個局部圖像的亮度級驗證主體。
6.根據(jù)權利要求4的信號處理設備，其中主體包括指紋。
7.一種控制方法，包括在主體和用于獲取該主體的圖像的圖像獲取裝置的相對運動期間，利用多個曝光條件獲取主體的至少一個第一局部圖像；和按照至少一個第一局部圖像設置曝光條件中的相應一個曝光條件，并按照設置的曝光條件中的相應一個曝光條件，順序獲取主體的多個第二局部圖像。
8.一種信號處理設備，包括一個圖像獲取裝置，用于在主體和圖像獲取裝置的相對運動期間，獲取主體的多個局部圖像；一個檢測部件，用于檢測由圖像獲取裝置獲得的多個局部圖像中每一個的亮度級；和一個曝光量控制部件，用于根據(jù)檢測到的亮度級，執(zhí)行設置隨后將獲取的局部圖像的曝光量的控制。
9.根據(jù)權利要求8的信號處理設備，還包括一個改變部件，用于按照主體和圖像獲取裝置的相對運動期間，多個局部圖像的亮度級的變化，改變曝光量控制部件。
10.根據(jù)權利要求9的信號處理設備，其中改變部件在兩種情況之間改變曝光量部件，一種情況是確定亮度級變化由主體的運動引起，一種情況是確定亮度級變化由外部入射光的數(shù)量的變化引起。
11.相據(jù)權利要求8的信號處理設備，還包括一個校正部件，用于按照由檢測部件檢測的亮度級，對局部圖像執(zhí)行校正。
12.根據(jù)權利要求8的信號處理設備，還包括一個驗證單元，用于通過比較局部圖像和預先記錄的圖像執(zhí)行驗證。
13.根據(jù)權利要求12的信號處理設備，其中驗證單元按照每個局部圖像的亮度級驗證主體。
14.根據(jù)權利要求12的信號處理設備，其中主體包括指紋。
15.一種控制方法，包括在主體和用于獲取主體的圖像的圖像獲取裝置的相對運動期間，獲取主體的多個局部圖像；檢測由圖像獲取裝置獲取的多個局部圖像中的每一個的亮度級；和按照檢測到的亮度電平，執(zhí)行控制，以便設置稍后將獲取的局部圖像的曝光量。
16.一種信號處理設備，用于順序獲取主體的多個局部圖像，該信號處理設備包括第一控制部件，用于執(zhí)行控制，以便校正用于獲取局部圖像中的相應一個局部圖像的曝光量，在改變曝光量的同時，按照獲取的至少一個局部圖像執(zhí)行控制；一個檢測部件，用于檢測以第一控制部件校正的曝光量，獲取的各個局部圖像的亮度級；和第二控制部件，用于按照由檢測部件檢測的亮度級，執(zhí)行控制，以便改變由第一控制部件校正的曝光量。
17.根據(jù)權利要求16的信號處理設備，還包括一個驗證單元，用于通過比較各個局部圖像和預先記錄的圖像執(zhí)行驗證。
18.根據(jù)權利要求17的信號處理設備，其中驗證單元按照每個局部圖像的亮度級驗證主體。
19.根據(jù)權利要求17的信號處理設備，其中主體包括指紋。
20.一種用于信號處理設備的控制方法，所述信號處理設備用于順序獲取主體的多個局部圖像，控制方法包括按照改變曝光量時獲取的至少一個獲取局部圖像，執(zhí)行控制，以校正用于獲取后續(xù)局部圖像的曝光量；檢測用校正的曝光量獲取的后續(xù)局部圖像的亮度級；和按照檢測的亮度級，執(zhí)行控制，以改變校正的曝光量。
全文摘要
一種信號處理設備，包括一個用于獲取主體的圖像的圖像獲取裝置和一個用于控制第一模式和第二模式的控制部件。在第一模式下，圖像獲取裝置在主體和圖像獲取裝置的相對運動期間，利用多個曝光條件獲取第一局部圖像?？刂撇考凑盏谝痪植繄D象設置曝光條件。在第二模式下，圖像獲取部件按照由控制部件設置的曝光條件，順序獲取主體的多個第二局部圖像。從而，信號處理設備能夠以最佳的曝光條件獲取主體的圖像。
文檔編號G06K9/00GK1622117SQ20041009594
公開日2005年6月1日 申請日期2004年6月18日 優(yōu)先權日2003年11月26日
發(fā)明者繁田和之 申請人:佳能株式會社