本文所描述的實施例的某一方面涉及生物捕獲裝置和生物捕獲方法。

背景技術：

在生物認證中，光源向生物體發(fā)射光，并且使用來自生物體的反射光來獲取生物信息(例如，參見第2013-257609號日本專利申請公布、第2008-246011號日本專利申請公布以及第2010-240215號日本專利申請公布)。

技術實現要素：

在生物認證中，可能存在這樣的情況：提供用于向整個生物體發(fā)射光的照明光源和用于獲取生物體與圖像捕獲裝置之間的距離的距離檢測光源。照明光源和距離檢測光源交替地發(fā)射光。圖像捕獲裝置在照明光源和距離檢測光源的發(fā)光時刻捕獲生物體的圖像。因此，捕獲了生物圖像并且獲取到距離。根據檢測到的距離來校正生物圖像的大小。然而，當生物體移動時，生物體在照明光源的發(fā)光時刻的位置與生物體在距離檢測光源的發(fā)光時刻的位置之間出現間隙。因此，難以計算正確的校正量。

鑒于這些狀況而提出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在生物認證中實現高認證準確度的生物捕獲裝置和生物捕獲方法。

根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種生物捕獲裝置，包括：第一光源，被配置成向生物體發(fā)射第一波長的光；第二光源，被配置成向生物體發(fā)射與第一波長不同的第二波長的光；攝像裝置，被配置成捕獲從生物體反射的光；生物信息獲取器，被配置成基于從攝像裝置捕獲的圖像中的第一波長的分量來獲取生物圖像；距離信息獲取器，被配置成基于由攝像裝置捕獲的圖像中的第二波長的分量來獲取生物體與攝像裝置之間的距離信息；以及校正器，被配置成基于距離信息來校正生物圖像。

附圖說明

圖1a至圖1f示出了比較示例；

圖2a至圖2c示出了比較示例；

圖3a示出了根據第一實施例的生物認證裝置；

圖3b是距離檢測光源的側視圖；

圖3c是表示照射到生物體的光的波長與生物體的反射位置之間的關系；

圖3d示出了由攝像裝置捕獲的圖像；

圖4a示出了處理單元和比較器的框圖；

圖4b示出了處理單元和比較器的硬件結構；

圖5示出了登記處理的流程圖；

圖6示出了認證處理的流程圖；

圖7a示出了根據第二實施例的圖像捕獲裝置的平面圖；

圖7b示出了圖7a的截面圖；

圖8a示出了根據第三實施例的圖像捕獲裝置的平面圖；

圖8b示出了圖8a的截面圖；

圖9a至圖9d示出了根據第四實施例的圖像捕獲裝置；以及

圖10a至圖10d示出了根據第五實施例的圖像捕獲裝置。

具體實施方式

在描述實施例之前將給出對比較示例的描述。圖1a示出了根據比較示例的生物捕獲裝置200的平面圖。如圖1a所示，生物捕獲裝置200具有攝像裝置201、多個照明光源202、多個距離檢測光源203等。多個照明光源202具有大的照射角度并且向整個生物體發(fā)射光。多個照明光源202布置在攝像裝置201周圍。

圖1b示出了距離檢測光源203的側視圖。如圖1b所示，距離檢測光源203具有發(fā)光元件204和聚光透鏡205。聚光透鏡205聚集由發(fā)光元件204發(fā)射的光。因此，距離檢測光源203的照射角度較小。相應地，由每個距離檢測光源203對生物體的光照射范圍彼此間隔開。即，距離檢測光源203向生物體發(fā)射聚光。

照明光源202和距離檢測光源203交替地發(fā)射光。當照明光源202發(fā)射光時，光被發(fā)射到整個生物體。因此，攝像裝置201捕獲整個生物體的圖像。當距離檢測光源203發(fā)射光時，聚光被發(fā)射到生物體的一部分。

圖1c示出了攝像裝置201與生物體206之間的位置關系。圖1c示出了生物體206靠近攝像裝置201的情況和生物體206遠離攝像裝置201的情況。圖1d示出了在生物體206遠離攝像裝置201的情況下在照明光源202的發(fā)射時刻由攝像裝置201捕獲的生物圖像和在距離檢測光源203的發(fā)射時刻由攝像裝置201捕獲的聚光圖像。圖1e示出了在生物體206靠近攝像裝置201的情況下在照明光源202的發(fā)射時刻由攝像裝置201捕獲的生物圖像和在距離檢測光源203的發(fā)射時刻由攝像裝置201捕獲的聚光圖像。

如圖1d所示，當生物體206遠離攝像裝置201時，在生物圖像中生物體206較小。在這種情況下，聚光較小并且聚光之間的距離較小。如圖1e所示，當生物體206靠近攝像裝置201時，在生物圖像中生物體206較大。在這種情況下，聚光較大，并且聚光之間的距離較大。以這種方式，攝像裝置201與生物體206之間的距離和聚光的大小或聚光之間的距離存在相關性。圖1f示出了聚光之間的距離和攝像裝置201與生物體206之間的距離之間的關系。如圖1f所示，當獲取了聚光之間的距離時，可以獲取攝像裝置201與生物體206之間的距離信息。當校正并存儲了距離信息時，可以利用所存儲的距離信息來校正生物圖像中的生物體的大小。

當照明光源202和距離檢測光源203交替地發(fā)射光時，在照明光源202的光發(fā)射與距離檢測光源203的光發(fā)射之間存在時間差。在這種情況下，當生物體相對于攝像裝置201移動時，生物圖像中的生物體大小的校正準確度可能會下降。例如，將給出對生物體更靠近攝像裝置201的情況的描述。例如，圖2a示出了生物體206從時間t1到時間t6逐漸接近攝像裝置201的情況。在時間t1、時間t3和時間t5，照明光源202發(fā)射光。在時間t2、時間t4和時間t6，距離檢測光源203發(fā)射光。

圖2b示出了在照明光源202和距離檢測光源203的光發(fā)射的切換足夠快于生物體206的移動的情況下捕獲的圖像。如圖2b所示，當切換足夠快時，生物體206的捕獲時刻與聚光的捕獲時刻之間的差異較小。圖2c示出了在照明光源202和距離檢測光源203的光發(fā)射的切換足夠慢于生物體206的移動的情況下捕獲的圖像。如圖2c所示，生物體206的捕獲時刻與聚光的捕獲時刻之間的差異較大。在這種情況下，即使根據聚光之間的距離來校正生物圖像，校正準確度也可能較低。

因此，考慮在同一時刻接收每個光學裝置的光。然而，在這種情況下，需要提供用于檢測生物信息的光學裝置和用于檢測距離的光學裝置。在這種情況下，部件成本可能會很大。在以下實施例中，將給出對能夠抑制部件成本并且實現高校正準確度的生物捕獲裝置、生物捕獲方法和生物捕獲程序的描述。

[第一實施例]

圖3a示出了根據第一實施例的生物認證裝置100。如3a所示，生物認證裝置100具有捕獲裝置10、處理單元20、認證單元30等。捕獲裝置10具有攝像裝置11、多個照明光源12、多個距離檢測光源13等。捕獲裝置10的每個部件設置在矩形基板上。

例如，攝像裝置11設置在基板的中心。多個照明光源12在攝像裝置11周圍圍繞攝像裝置11。在圖3a中，照明光源12的數量為八個。照明光源12具有大的照射角度并且向整個生物體發(fā)射光。照明光源12發(fā)射第一波長的光或包括第一波長的預定波長范圍的光。在該實施例中，照明光源12發(fā)射近紅外光。第一波長為750nm至1400nm。

圖3b示出了距離檢測光源13的側視圖。如圖3b所示，距離檢測光源13具有發(fā)光元件14和聚光透鏡15。發(fā)光元件14發(fā)射的光被聚光透鏡15聚集。因此，距離檢測光源13朝向生物體的照射角度小。相應地，各距離檢測光源13各自的照射范圍彼此間隔開。即，距離檢測光源13向生物體發(fā)射聚光。在圖3a的示例中，四個距離檢測光源13布置在基板的四個角上。多個距離檢測光源13發(fā)射與第一波長不同的第二波長的光或包括該第二波長的預定波長范圍的光。在該實施例中，多個距離檢測光源13發(fā)射藍光。而且，第二波長為465nm至485nm。當照明光源12和距離檢測光源13的波長范圍具有一定范圍時，照明光源12的波長范圍不包括第二波長并且距離檢測光源13的波長范圍不包括第一波長。

圖3c示出了發(fā)射到生物體的光的波長與生物體的反射位置之間的關系。如圖3c所示，生物體的反射位置根據發(fā)射光的波長而波動。具體地，隨著波長越長，反射位置變得距皮膚表面越深。例如，藍光被表皮(epidemis)反射。近紅外光被皮下組織(hypodemis)反射。因此，當使用具有不同波長的發(fā)射光時，可以從生物體獲取多個不同的信息。在該實施例中，當使用近紅外光時，可以獲取諸如靜脈圖案(veinpattern)的皮下組織的信息。當使用藍光時，可以獲取在生物體的皮膚表面附近的表皮的信息。藍光在生物體的皮膚表面或皮膚表面附近的位置處反射。因此，與近紅外光波長相比，模糊和散射較少，并且聚光的輪廓鮮明。因此，提高了距離檢測準確度。

攝像裝置11是對第一波長和第二波長中的至少一個具有靈敏度的捕獲裝置。在該實施例中，攝像裝置11是彩色圖像傳感器。圖3d示出了由攝像裝置11捕獲的b(藍色)像素的圖像、由攝像裝置11捕獲的g(綠色)像素的圖像和由攝像裝置11捕獲的r(紅色)像素的圖像。距離檢測光源13發(fā)射藍光。因此，在b像素的圖像中出現聚光。照明光源12發(fā)射近紅外光。因此，在r像素的圖像中出現整個生物體。

圖4a示出了處理單元20和認證單元30的框圖。如圖4a所示，處理單元20用作光源控制器21、圖像獲取器22、距離信息檢測器23、距離信息存儲裝置24、生物信息檢測器25、校正器26等。認證單元30用作生物信息存儲裝置31、比較器32、輸出單元33等。

圖4b示出了處理單元20和認證單元30的硬件結構。如圖4b所示，處理單元20和認證單元30具有cpu101、ram(隨機存取存儲器)102、存儲器裝置103、顯示裝置104等。這些部件通過總線等彼此耦接。

cpu101是中央處理單元。cpu101包括一個或多個核。ram102是暫時存儲由cpu101執(zhí)行的程序、由cpu101處理的數據等的易失性存儲器。

存儲器裝置103是非易失性存儲器裝置。存儲器裝置103可以是諸如rom(只讀存儲器)或閃速存儲器的ssd(固態(tài)驅動器)、或者由硬盤驅動器驅動的硬盤。存儲器裝置103存儲根據第一實施例的生物捕獲程序和生物認證程序。顯示裝置104例如是液晶裝置。

存儲在存儲器裝置103中的生物捕獲程序和生物認證程序被開發(fā)到ram102。cpu101執(zhí)行被開發(fā)到ram102的生物捕獲程序和生物認證程序。當執(zhí)行生物捕獲程序時，實現處理單元20的每個單元。當執(zhí)行生物認證程序時，實現認證單元30的每個單元。

(登記處理)

將基于圖5給出對登記處理的描述。圖5示出了登記處理的流程圖。在登記處理中，用戶的生物信息預先存儲在生物信息存儲裝置31中作為生物模板，并且用戶的生物體與攝像裝置11之間的距離信息預先存儲在距離信息存儲裝置24中。

如圖5所示，光源控制器21使照明光源12和距離檢測光源13同時發(fā)射光(步驟s1)。這意味著照明光源12的發(fā)光時段與距離檢測光源13的發(fā)光時段完全或部分重疊。因此，照明光源12的光發(fā)射的開始時刻和結束時刻可以與距離檢測光源13的光發(fā)射的開始時刻和結束時刻不同。

接下來，圖像獲取器22在照明光源12和距離檢測光源13二者都發(fā)射光的時刻從攝像裝置11獲取圖像(步驟s2)。接下來，距離信息檢測器23利用由攝像裝置11捕獲的圖像的b像素圖像來檢測生物體與攝像裝置11之間的距離信息(步驟s3)。距離信息與攝像裝置11和生物體之間的距離具有相關性。例如，距離信息例如是聚光的大小、聚光的形狀、聚光之間的距離等。在該實施例中，使用聚光之間的距離作為距離信息。接下來，距離信息存儲裝置24存儲由距離信息檢測器23檢測到的距離信息(步驟s4)。

接下來，生物信息檢測器25利用由攝像裝置11捕獲的圖像的r像素圖像來檢測生物信息(步驟s5)。例如，生物信息檢測器25檢測手掌形狀、掌紋、靜脈圖案等作為生物信息。接下來，生物信息存儲裝置31存儲由生物信息檢測器25檢測到的生物信息。通過這些過程，登記處理終止。

(認證處理)

將基于圖6給出對認證處理的描述。圖6示出了認證處理的流程圖。如圖6所示，光源控制器21使照明光源12和距離檢測光源13同時發(fā)射光(步驟s11)。接下來，圖像獲取器22從攝像裝置11獲取圖像(步驟s12)。接下來，距離信息檢測器23利用由攝像裝置11捕獲的圖像的b像素圖像來檢測聚光之間的距離作為距離信息(步驟s13)。

接下來，生物信息檢測器25利用由攝像裝置11捕獲的圖像的r像素圖像來檢測生物信息(步驟s14)。接下來，校正器26對在步驟s14中檢測到的生物信息進行校正，使得在步驟s13中檢測到的距離信息更接近存儲在距離信息存儲裝置24中的距離信息(步驟s15)。

例如，當使用聚光大小、聚光形狀、兩個聚光之間的距離等作為距離信息時，獲取攝像裝置11與生物體之間的距離。因此，可以減小在認證處理中獲取的生物信息的倍率(magnificationratio)與在登記處理中獲取的生物信息的倍率之間的差異。當使用三個或更多個聚光之間的距離作為距離信息時，除了攝像裝置11與生物體之間的距離之外，還可以獲取生物體的傾斜角度。在這種情況下，可以減小在認證處理中獲取的生物信息的倍率與在登記處理中獲取的生物信息的倍率之間的差異。此外，可以減小在認證處理中生物體的傾斜角度與在登記處理中生物體的傾斜角度之間的差異。即，可以減小在認證處理器中生物體的姿勢與在登記處理中生物體的姿勢之間的差異。

接下來，比較器32將校正后的生物信息與存儲在生物信息存儲裝置31中的生物信息進行比較(步驟s16)。例如，比較器32確定校正后的生物信息與存儲在生物信息存儲裝置31中的生物信息之間的相似度是否等于或大于閾值。接下來，輸出單元33使顯示裝置104顯示比較器32的比較結果(步驟s17)。通過這些過程，認證處理終止。

在該實施例中，向生物體發(fā)射第一波長的光，并且向生物體發(fā)射第二波長的光?；谟蓴z像裝置捕獲的圖像中的第一波長分量來獲取生物圖像。此外，基于第二波長分量來獲取攝像裝置與生物體之間的距離信息。以此方式，當使用具有不同波長的波長分量時，即使發(fā)射了第一波長的光和第二波長的光這兩者，也可以在不具有多個圖像捕獲裝置的情況下從由攝像裝置捕獲的圖像獲取生物圖像和距離信息。當利用距離信息來校正生物圖像時，可以提高使用生物圖像的認證準確度。

如圖3c所示，當波長較短時，光在更靠近皮膚表面的位置處反射。當光在靠近皮膚表面的位置處反射時，可以抑制反射光的模糊、散射等。因此，優(yōu)選地使用比第一波長短的波長作為第二波長。例如，優(yōu)選地，第二波長是可見光范圍波長，并且第一波長是近紅外范圍波長。

與檢測聚光的外邊緣相比，檢測聚光的亮度值中心更容易。因此，當利用多個聚光檢測多個聚光之間的距離時，提高了檢測生物體與攝像裝置11之間的距離的準確度。當使用三個或更多個聚光時，可以獲取生物體的傾斜角度。在這種情況下，可以校正生物體的姿勢，從而提高認證準確度。

盡管在本實施例中校正了在步驟14中檢測到的生物信息，但是該結構不受限制。例如，可以校正生物圖像，并且可以從校正后的生物圖像中檢測生物信息。在任何情況下，對從生物圖像獲取的生物信息進行校正?？梢孕Ｕ鎯υ谏镄畔⒋鎯ρb置31中的生物信息。例如，可以校正存儲在生物信息存儲裝置31中的生物信息，使得在登記處理中獲取的距離信息更接近在認證處理中獲取的距離信息。

[第二實施例]

圖7a示出了根據第二實施例的捕獲裝置10a的平面圖。圖7b示出了圖7a的截面圖。如圖7a和圖7b所示，捕獲裝置10a具有用于使照明光源12的發(fā)射光的分布均勻化的光學導體16。光學導體16布置在多個照明光源12上。光學導體16被布置成使得距離檢測光源13的發(fā)射光不進入光學導體16并且照明光源12的發(fā)射光進入光學導體16。

如圖7b所示，光學導體16具有楔形截面。如圖7a所示，光學導體16具有圓環(huán)形狀，攝像裝置11的光軸穿過圓環(huán)形狀的中心。此外，光學導體16具有用于使光朝向光學導體16的輸入側或光學導體16的輸出側散射的凹凸面(asperity)。例如，光學導體16具有被構造成在光學導體16的輸入側或輸出側具有凹凸面的結構，諸如表面紋理形狀、噴砂或棱鏡槽。利用凹凸面結構，可以使照明光源12的照明光均勻地發(fā)射到生物體。因此，可以提高認證準確度。光學導體16可以具有正方形形狀或矩形形狀。用于產生聚光的每個聚光透鏡可以同時形成在四個角處。用于使光發(fā)射到生物體的光學導體和用于聚光的聚光透鏡可以由單個構件構成。在這種情況下，可以降低成本。光學導體16可以由諸如丙烯酸或聚碳酸酯的塑料或者玻璃制成。當使用塑料時，可以更多地降低成本。

[第三實施例]

圖8a示出了根據第三實施例的捕獲裝置10b的平面圖。圖8b示出了圖8a的截面圖。如圖8a和圖8b所示，替代光學導體16，捕獲裝置10b具有透鏡陣列17。透鏡陣列17具有在每個照明光源12的發(fā)光側的透鏡。透鏡陣列17被布置成使得距離檢測光源13的發(fā)射光不進入透鏡陣列17并且照明光源12的發(fā)射光進入透鏡陣列17。

如圖8a所示，透鏡陣列17具有圓環(huán)形狀，攝像裝置11的光軸穿過該圓環(huán)形狀的中心。此外，透鏡陣列17具有用于使光朝向透鏡陣列17的輸入側或透鏡陣列17的輸出側散射的凹凸面。例如，透鏡陣列17具有被構造成在透鏡陣列17的輸入側或輸出側具有凹凸面的結構，諸如表面紋理形狀、噴砂或棱鏡槽。利用該凹凸面結構，可以使照明光源12的照明光均勻地發(fā)射到生物體。因此，可以提高認證準確度。透鏡陣列17可以具有正方形形狀或矩形形狀。用于產生聚光的每個聚光透鏡可以同時形成在四個角處。用于使光發(fā)射到生物體的透鏡陣列和用于聚光的聚光透鏡可以由單個構件構成。在這種情況下，可以降低成本。透鏡陣列17可以由諸如丙烯酸或聚碳酸酯的塑料或玻璃制成。當使用塑料時，可以更多地降低成本。

[第四實施例]

圖9a示出了根據第四實施例的捕獲裝置10c的平面圖。圖9b示出了圖9a的截面圖。如圖9a和圖9b所示，替代光學導體16，捕獲裝置10c具有衍射光學元件陣列18。衍射光學元件陣列18具有在每個照明光源12的發(fā)光側的衍射光學元件。衍射光學元件陣列18被布置成使得距離檢測光源13的發(fā)射光不進入衍射光學元件陣列18并且照明光源12的發(fā)射光進入衍射光學元件陣列18。

如圖9a所示，衍射光學元件陣列18具有圓環(huán)形狀，攝像裝置11的光軸穿過該圓環(huán)形狀的中心。由于每個衍射光學元件被布置在照明光源12上，因此照明光源12可以將光以一定分布發(fā)射到生物體的必要區(qū)域。因而，可以提高認證準確度。

圖9c示出了衍射光學元件的細節(jié)。如圖9c所示，衍射光學元件是衍射件的集合體。在衍射光學元件中，排列了間距和旋轉方向彼此不同的期望像素數量的微衍射件。作為示例，生物大小為110mm×110mm。照明光源12的發(fā)光部的大小為3mm×3mm。發(fā)射波長為545nm。照明光源12的照明部與衍射光學元件之間的間隔為5mm。衍射光學元件陣列的基板是合成二氧化硅并且具有2mm的厚度。在這種情況下，如圖9d所示，當衍射光學元件陣列(大小為5mm)由250像素×250像素(總共62500)個單元大小為0.02mm的衍射光學元件構成時，可以在對生物體的照射中實現有效的方形均勻分布。各衍射件的間距和旋轉方向的數量是巨大的。因此，為了簡明起見，省略了細節(jié)。衍射光學元件陣列18可以由諸如丙烯酸或聚碳酸酯的塑料或者玻璃制成。當使用塑料時，可以更多地降低成本。

[第五實施例]

圖10a示出了根據第五實施例的捕獲裝置10d的平面圖。圖10b示出了圖10a的截面圖。如圖10a和圖10b所示，替代衍射光學元件陣列18，捕獲裝置10d具有衍射光學元件陣列19。衍射光學元件陣列19具有在每個照明光源12和每個距離檢測光源13的發(fā)光側的衍射光學元件。照明光源12和距離檢測光源13的透鏡可以由單個構件構成。因此，可以減少部件的數量。

圖10c示出了用于距離檢測光源13的衍射光學元件的細節(jié)。如圖10c所示，衍射光學元件是衍射件的集合體。在衍射光學元件中，排列了間距和旋轉方向彼此不同的期望像素數量的微衍射件。從外部，衍射光學元件類似于圖9c所示的用于照明光源12的衍射光學元件。然而，如稍后描述的那樣，單元大小、像素數量(pix)、各衍射件的間距和各衍射件的旋轉方向與圖9c的衍射光學元件的單元大小、像素數量(pix)、各衍射件的間距和各衍射件的旋轉方向不同。作為示例，生物大小為110mm×110mm。距離檢測光源13的發(fā)光部的大小為3mm×3mm。發(fā)射波長為465nm。距離檢測光源13的照射部與衍射光學元件之間的間隔為5mm。衍射光學元件的基板是合成二氧化硅并且具有2mm的厚度。在這種情況下，如圖10d所示，當衍射光學元件陣列(大小為3mm)由120個像素×120像素(總共為14400)個單元大小為0.025mm的衍射光學元件構成時，可以在對生物體的照射中實現有效的方形均勻分布。各衍射件的間距和旋轉方向的數量是巨大的。因此，為了簡明起見，省略了細節(jié)。衍射光學元件陣列19可以由諸如丙烯酸或聚碳酸酯的塑料或者玻璃制成。當使用塑料時，可以更多地降低成本。

在上述實施例中，照明光源12用作被配置成向生物體發(fā)射第一波長的光的第一光源的示例。距離檢測光源13用作被配置成向生物體發(fā)射與第一波長不同的第二波長的光的第二光源的示例。攝像裝置11用作被配置成捕獲從生物體反射的光的攝像裝置的示例。生物信息檢測器25用作被配置成基于由攝像裝置捕獲的圖像中的第一波長的分量來獲取生物圖像的生物信息獲取器的示例。距離信息檢測器23用作被配置成基于由攝像裝置捕獲的圖像中的第二波長的分量來獲取生物體與攝像裝置之間的距離信息的距離信息獲取器的示例。校正器26用作被配置成基于距離信息來校正生物圖像的校正器的示例。捕獲裝置10和處理單元20用作生物捕獲裝置的示例。