对个体进行生物识别测量的方法及多光谱传感器的制作方法

专利名称：对个体进行生物识别测量的方法及多光谱传感器的制作方法
对个体进行生物识别测量的方法及多光谱传感器
本申请是申请号为“200580017952. 3”、题为“多光谱成像生物识别”的中国专利申请的分案申请。
由联邦资助研究或开发作出的关于发明的权利的声明
美国政府享有按照合同No. FA8750-04-C-0190得到了美国纽约的Rome空军研究 实验室的支持的该申请的权利。
背景技术：
本发明一般涉及生物识别。更具体地，本申请涉及多光谱成像生物识别。
“生物识别(Biometrics)”一般涉及对活体特征的统计分析。一种统计包括“生物 识别认证”，其一般在两种模式之一的情况下运行，用于提供对人的自动识别或者对据称的 人的声称的身份进行验证。生物识别传感技术测量人的物理特征或行为特征，并将这些特 征与类似的预先记录的测量进行比较，以确定是否匹配。一般被用于生物识别认证的物理 特征包括面部，虹膜，手形，血管结构，以及指纹图案，其中指纹图案是所有生物识别认证特 征中最普遍的。当前用于对采集到的指纹进行分析的方法包括光学，电容，射频，热，超声， 以及其它几种不太常用的方法
大部分指纹采集方法依靠对手指表面上或与其非常靠近的皮肤特征进行测量。特 别地，光学指纹读取器一般地依靠传感器台板以及置于其上的手指之间存在或者不存在折 射率的差异。当界面上光的角度大于临界角度并且在台板的特定位置上存在指纹的充气凹 部时，由于空气-台板折射率的差异而在台板中出现全内反射“TIR”)。另外，如果适当折 射率的皮肤与台板光学接触，则该位置上的IlR被“阻止”，允许光穿过该台板-皮肤界面。 贯穿手指与台板接触区域的TIR的差异的映射形成了常规光学指纹读取的基础。存在大量 的既以明场又以暗场光学装置方式检测光学界面的变化的光学装置。一般地，单束的准单 色光被用于进行该基于TIR的测量。
也存在非IlR光学指纹传感器。一些非IlR接触传感器依靠准单色光装置来照射 指尖的前面，侧面或者背面，使得光透过皮肤漫射。由于对于突起和凹部，穿过手指并横过 皮肤-台板界面的光传输的差异而形成了指纹图象。界面上光传输的差异是由于Fresnel 反射特性的变化而引起的，而Fresnel反射特性取决于在凹部中是否存在中间气隙。一些 非IlR传感器为非接触传感器，其使用偏振光对指纹的表面特征进行成像。在有些情况下， 该成像系统可以包括线偏振器，并且可以在平行和垂直的方向上对入射光进行偏振，以提 供两个图像，接着按照某种方式将这两个图象组合在一块，以增强手指的表面特征。
虽然根据IlR现象的光学指纹读取器是一种最普遍使用的指纹传感器，但是它们 容易受到由于非理想条件而造成的图像质量问题的影响。如果皮肤过分干燥，则与台板匹 配的比率将受到损害，这就导致了很差的图像对比度。类似地，如果手指太湿，则凹部将充 满水，这将导致遍布指纹区出现光耦合并且大大降低图像对比度。如果手指压在台板上的 压力过小或过大，皮肤或传感器太脏，皮肤老化和/或破损，或者存在过度精细的特征例如 同种同文化之民族和非常年轻的儿童的情况，也会产生类似的效果。这些效果降低了图像质量，并且从而降低了指纹传感器的整体性能。经过近来的研究，发现16%的指纹图像由于 受到这些影响而没有达到最佳图像质量。在有些情况下，商用光学指纹读取器中包括软材 料例如硅树脂的薄膜，用以帮助减轻这些影响并且恢复性能。因为是软材料，因此该薄膜会 受到损伤，磨损，以及污染，在它需要维护之前就限制了传感器的使用。
生物识别传感器，特别是指纹生物识别传感器，一般由于各种形式的欺骗采样而 失效。在指纹读取器的情况下，本领域内已知有多种方法，用于为读取器提供授权用户的指 纹图案，该指纹图案被嵌入到一些类型的非生物材料中，例如纸张，明胶，乳胶等。这样，即 使指纹读取器能够被认为是很可靠地确定是否存在匹配指纹图案，确保可以从真正的活体 手指上获取匹配图案对整个系统的安全来说也是很关键的，而这是通过许多现有的传感器 也很难确定的。
因此，本领域内需要有一种用于生物识别传感的改进方法和系统。 发明内容
本发明的实施例提供了对个体进行生物识别测量的方法。在单个照明时间期间在 多个不同的光学条件下照射个体的目标皮肤部位。对于所述多个不同的光学条件中的每一 个分别接收在所述目标皮肤部位的表面下散射的光。由所述接收到的光得到所述目标皮肤 部位的多光谱图像。利用所得到的多光谱图像进行生物识别功能。
在不同的实施例中可以进行大量不同的生物识别功能。在一个实施例中，执行生 物识别功能包括验证所述个体的身份。在进一步的实施例中，执行生物识别功能包括将所 述多光谱图像与存储在数据库中的多个多光谱图像进行比较，所述数据库将所述多个多光 谱图像与人的身份相关联。通过找到所述多光谱图像与所述数据库中存储的所述多个多光 谱图像之一之间的匹配来识别所述个体。在另一个实施例中，执行该生物识别功能包括将 所述多光谱图像与存储在数据库中的多个非多光谱图像进行比较，所述数据库将所述多个 非多光谱图像与人的身份相关联。通过找到所述多光谱图像与所述数据库中存储的所述多 个非多光谱图像之一之间的对应来识别所述个体。例如，所述数据库可以包括从所述非多 光谱图像中得到的值，在这种情况下，通过从所述多光谱图像中提取特征并将所述特征与 所述值进行比较将所述多光谱图像与所述多个非多光谱图像比较。
大量不同的特征可以被用于生成多个不同的光学条件。例如，在一个实施例中，多 个不同的光学条件包括不同的偏振条件。在另一个实施例中，包括照射光的多个不同的波 长。在该实施例中，个体的目标皮肤部位可以同时被多个不同的波长的照射光照射，可能以 连续波长的形式，并且对散射光进行过滤，以对多个不同的波长进行分离。
偏振也可以被用于确保检测到的光已经经历了多个散射过程。例如，可以对于每 个不同的光学条件，用具有第一偏振的光对目标皮肤部位进行照射。用第二偏振对接收到 的光进行偏振，该第一和第二偏振基本上定义了交叉偏振条件。在不同的实施例中，该第一 和第二偏振可以都为线偏振或者都可以为圆偏振。
在一个实施例中，皮肤部位的表面结构的图像也可以被采集。例如，可以用来自 台板内部的光以大于临界角的角度来照射所述皮肤部位，其中所述临界角由所述台板与所 述台板的外部环境的分界面定义，所述表面结构对应于所述皮肤部位与所述台板接触的部 分。在所述单个照明时间期间，所述目标皮肤部位的位置可基本不变。
另一组实施例提供了多光谱传感器。采用了台板，用于由个体放置目标皮肤部位。 布置了照射源，用于当目标皮肤部位被放置在台板上时对其进行照射。布置了成像系统，用 于接收从所述目标皮肤部位的表面下散射的光。将控制器与所述照射源和所述成像系统相 接。所述控制器包括在目标皮肤部位在台板上的位置基本不变的单个照明时间期间在多个 不同的光学条件下用照射源对所述目标皮肤部位进行照射的指令。所述控制器还包括对于 所述多个不同的光学条件中的每一个利用由所述成像系统分别接收到的光得到所述目标 皮肤部位的多光谱图像的指令。利用所得到的多光谱图像进行生物识别功能。该多光谱传 感器可以有时候被方便地包括在便携式电子装置中。
许多实施例使用偏振。在一个这种实施例中，该多光谱传感器进一步包括第一偏 振器，用于对由照射源提供的光进行偏振。该成像系统包括第二偏振器，用于对皮肤部位的 表面下散射的光进行偏振。该多个光学条件包括不同的相对偏振条件。在另一个这种实施 例中，该多光谱传感器还进一步包括第一偏振器，用于对由照射源提供的光进行偏振，以及 第二偏振器，用于对皮肤部位的表面下散射的光进行偏振。可以在交叉结构中提供该第一 和第二偏振器。
在一些实施例中，该成像系统包括滤色器阵列，该滤色器阵列具有多个分布式滤 波器元件。每个滤波器元件都被用于传输有限数量的指定窄带波长范围之一的光。该多个 不同的光条件包括指定的窄带波长范围内照射光的不同波长。在一个这种实施例中，在多 个不同的光学条件下通过照射源对目标皮肤部位进行照射的指令包括顺序地通过不同的 波长对目标皮肤部位进行照射的指令。在另一个这种实施例中，在多个不同的光学条件下 通过照射源对目标皮肤部位进行照射的指令包括同时通过多个波长对目标皮肤部位进行 照射的指令。
在另一个实施例中，该控制器还包括用来自台板内部的光以大于临界角的角度来 照射所述皮肤部位的指令，其中所述临界角由所述台板与所述台板的外部环境的分界面定 义。由入射到所述皮肤部位与所述台板接触的所述台板的所述分界面上的光得到所述皮肤 部位的表面结构的图像。
在还一组实施例中，提供了一种对组织部位进行分析的方法。在单个照明时间期 间在第一和第二不同的偏振条件下接收从组织部位散射的光，其中在该照明时间期间，组 织部位的位置基本不变。该第二偏振条件并不定义相对于第一偏振条件的互补状态。从接 收到的光中得到组织部位的图像。
至少第一和第二偏振条件之一可以包括基本随机的偏振条件。在第一和第二不 同的偏振条件之一下接收从组织部位散射的光可以包括用具有第一偏振的光对组织部位 进行照射并检测从组织部位散射的具有第一偏振的光。作为选择，可以用具有第一偏振的 光照射该组织部位，并且可以检测到从组织部位散射的具有与第一偏振互补的第二偏振的 光。可以通过从在第一偏振条件下接收到的光中得到组织部位的第一图像以及从在第二偏 振条件下接收到的光中得到组织部位的第二图像来得到组织部位的图像。接着可以对该第 一和第二图像进行线性组合。在一些实施例中，可以对得到的图像执行生物识别功能。
本发明的实施例还提供了对个体进行生物识别测量的方法。在单个照明时间期间 在多个不同的光学条件下对相对于台板布置的个体的目标皮肤部位进行照明。多个不同的 光学条件的至少之一包括通过光以大于临界角的角度来照射该目标皮肤部位，其中该临界7角是由台板与外部环境的分界面定义的。不同的光学条件的至少另一个包括通过光以小于 临界角的角度来照射该目标皮肤部位。对于多个不同的光学条件的每一个条件分别接收从 目标皮肤部位散射的光，以得到目标皮肤部位的多光谱图像。
在一个实施例中，目标皮肤部位的部分与台板接触。在一个这样的实施例中，在被 目标皮肤部位散射之后接收到的光可以包括接收从如下位置散射后的光以得到目标皮肤 部位的表面结构的图像，在所述位置，以大于所述临界角的角度入射到所述目标皮肤部位 的光与所述目标皮肤部位与所述分界面接触的位置一致。
在不同实施例中，多个不同的光学条件可以包括不同的偏振条件，不同的照明角 度，和/或可以包括不同的照射光的波长。在一个实施例中，该台板包括一定厚度的材料; 通过光以大于临界角的角度对目标皮肤部位进行照射包括在光穿过台板的分界面到达皮 肤部位之前在材料的厚度内通过全内反射对该光进行多次反射。在另一个实施例中，由相 同的光检测器来接收在多光学条件中的每一个下接收的光。作为选择，可以通过第一成像 器接收在多个不同的光学条件的至少之一下散射的光，并且可以通过不同于第一成像器的 第二成像器来接收在不同的光学条件的另一个下散射的光。在不同的实施例中，可以在暗 场或明场结构下接收在多个不同的光学条件的至少之一下散射的光。在单个照明时间期 间，目标皮肤部位的位置基本不变。
另一组实施例提供了生物识别测量系统。该生物识别测量系统包括台板，照射源， 光检测器，以及控制器。该台板被用于放置个体的目标皮肤部位。该控制器与照射源以及 光检测器相接。该控制器包括用于在单个照明时间期间在多个不同的光学条件下对目标皮 肤部位进行照射的指令，其中在该照明时间期间，目标皮肤部位的位置基本不变。多个不同 的光学条件的至少之一包括通过光以大于临界角的角度来照射该目标皮肤部位，其中该临 界角是由台板与外部环境的分界面定义的。不同的光学条件的另一个包括通过光以小于临 界角的角度来照射该目标皮肤部位。该控制还包括对于所述多个不同的光学条件的多者中 的每一个由所述光检测器接收的从所述目标皮肤部位散射后的光得到所述目标皮肤部位 的多光谱图像的指令。在一些情况下，该生物识别测量系统被方便地包括在便携式电子装 置中或包括在十字转门中。
在几个实施例中，该台板包括第一厚度的材料。对照射源进行布置，以通过在光穿 过台板的分界面到达皮肤部位之前在第一厚度的材料内通过全内反射对该光进行多次反 射来利用光以大于临界角的角度对目标皮肤部位进行照射。该台板有时候可以包括第二厚 度的材料，使得从目标皮肤部位的表面下被散射的光在入射到目标皮肤部位之前能够通过 该第二厚度的材料进行传播。该第二厚度的材料可以包括一个孔，该孔相对于光检测器布 置，使得从目标皮肤部位的表面下被散射的光穿过该孔到达光检测器。可以通过外部环境 的厚度来分离第一和第二厚度的材料。在有些情况下，该照射源可以包括布置在第一厚度 的材料中的第一照射源和/或布置在第二厚度的材料中的第二照射源。
在不同实施例中，该多个不同的光学条件可以包括不同的偏振条件，不同的照射 角度，和/或不同的照射光的波长。在一个实施例中，该光检测器包括朝着小于临界角的角 度方向的光轴。例如，该光轴可以基本上朝着与分界面垂直的方向。
该控制器有时候也可以包括利用得到的多光谱图像以及得到的皮肤部位的表面 结构的图像执行生物识别功能的指令。例如，该生物识别功能可以包括对个体的身份进行验证。
本发明的进一步实施例提供了方法，用于确定目标组织的活性状态。在单个照明 时间期间在多个不同的光学条件下对该目标组织进行照射。对于多个不同的光学条件的每 一个分别接收从目标组织散射的光。由接收到的光得到目标组织的多光谱图像。经过验证， 该得到的多光谱图像与活组织一致。
在一些实施例中，用人来表示目标组织，并且根据多光谱图像来验证人的身份。大 量不同的特性也可以被用于生成多个不同的光学条件。例如，在不同实施例中，多个不同的 光学条件可以包括不同的偏振条件，不同的照明角度，和/或可以包括照射光的不同波长。 在一个使用照射光的不同波长的实施例中，目标皮肤部位可以同时被多个不同波长的照射 光照射，并且通过对散射光进行过滤以对多个不同的波长进行分离，从而对于多个不同的 光学条件的每一个分别接收从目标组织散射的光。在替换实施例中，可以在不同的光学条 件下顺序地照射该目标组织。
偏振可以被用来确保该检测到的光已经经历了多个散射事件。例如，可以在不同 的光学条件的每一个下通过具有第一偏振的光对目标组织进行照射。可以通过第二偏振对 该接收到的光进行偏振，该第一和第二偏振基本上定义了交叉偏振条件。在不同实施例中， 该第一和第二偏振可以都为线偏振或者都为圆偏振。
从目标组织散射的光可以包括从目标组织的表面下散射的光。在一个实施例中， 目标组织的表面结构的图像也可以被采集。例如，可以用来自台板内部的光以大于临界角 的角度来照射目标组织，其中该临界角是由台板与台板的外部环境的分界面定义的，该表 面结构对应于与该台板接触的目标组织的部分。在单个照明时间期间，目标组织的位置基 本不变。
另一组实施例提供了活性检测器。使用了台板，用于放置目标组织。布置了一照 射源，用于当目标组织被放置在台板上时对其进行照射。布置了一成像系统，用于接收从该 目标组织散射的光。控制器与该照射源以及成像系统相接。该控制器包括在单个照明时间 期间在多个不同的光学条件下用照射源对目标组织进行照射的指令，其中在该照明时间期 间，目标组织在台板上的位置基本不变的。该控制器还包括对于多个光学条件的每一个由 成像系统分别接收到的光中得到目标组织的多光谱图像的指令。还提供了控制器指令用于 验证该得到的多光谱图像与活组织一致。
许多实施例使用偏振。在一个这种实施例中，该活性检测器进一步包括第一偏振 器，用于对由照射源提供的光进行偏振。该成像系统包括第二偏振器，用于对从目标组织散 射的光进行偏振。该多个光学条件包括不同的相对偏振条件。在另一个这种实施例中，该活 性检测器还进一步包括第一偏振器，用于对由照射源提供的光进行偏振，以及第二偏振器， 用于对从目标组织散射的光进行偏振。可以在交叉结构中提供该第一和第二偏振器。
在一些实施例中，该成像系统包括滤色器阵列，该滤色器阵列具有多个分布式滤 波器元件。每个滤波器元件都被用于传输有限数量的指定窄带波长范围之一的光。该多个 不同的光学条件包括指定的窄带波长范围内照射光的不同波长。在一个这种实施例中，在 多个不同的光学条件下用照射源对目标组织进行照射的指令包括顺序地通过不同的波长 对目标组织进行照射的指令。
在另一个实施例中，该控制器还包括通过来自台板内部的光以大于临界角的角度来照射该目标组织的指令，其中该临界角是由台板与台板的外部环境的分界面定义的。从 台板表面上的入射光得到该皮肤部位的表面结构的图像，其中在该台板上，目标组织与该 台板接触。由入射到所述目标组织与所述台板接触的所述台板的所述分界面上的光得到所 述目标组织的表面结构的图像。


通过参照说明书的剩余部分以及附图能够实现对于本发明的特性和优点的进一 步的理解，其中在整个附图中，相同的参考标记被用于指代相同的部件。在有些情况下，参 考标记包括数字部分，其后面跟有拉丁字母后缀；只参看参考标记的数字部分就意味着共 同地参看所有的具有该数字部分而具有不同的拉丁字母后缀的参考标记。
该专利或申请文件含有至少一个彩色附图。根据请求并支付必要的费用，将由该 局提供具有彩色附图的专利或专利申请公开的副本。
图1提供了本发明一个实施例中多光谱生物识别传感器的前视图2A-2D提供了本发明另一个实施例中示出的多光谱生物识别传感器的四个视 图3A显示了本发明的一个实施例，其中引入了全内反射照明，多光谱成像照明， 以及光学棱镜；
图IBB显示了本发明的一个实施例，其中引入了用于全内反射照明的厚台板，以及 用于直接成像照明的分离机构；
图3C显示了本发明的一个实施例，其中引入了用于全内反射照明的厚台板，以及 用于直接成像照明的分离厚板；
图4A-4C说明了在不同实施例中使用的不同偏振结构的效果；
图5提供了对本发明的多摄影机实施例的示意性说明；
图6提供了流程图，用于描述使用在多个不同的光学条件下测量来执行对身份和 /或采样真实性的生物识别确定的方法；
图7为显示在不同光波长下血红蛋白吸收率的图8提供了根据本发明实施例的多光谱生物识别传感器与便携式电子装置集成 的示意性说明；
图9A和9B比较了在非理想条件下(COLOR)指尖的全内反射和多频谱成像测量的结果；
图IOA和IOB说明了存在光学清晰薄膜的情况下的图像特性；
图IlA提供了组织影像的顶视图，该组织影像被用于模拟说明本发明的某些方
图IlB提供了图IlA所示皮肤影像在不同波长处的多光谱图像的例子；
图12A和12B提供了为描述欺骗采样(COLOR)而选取的多光谱图像的结果；
图13提供了为描述欺骗采样(COLOR)而对于活体和假体手指选取的多光谱图像 的比较；
图14A-14D显示了为评价使用多光谱成像数据提供补充信息以改进指纹生物识 别性能中执行的多人研究结果；以及
图15A-15D说明了一示例性实施例，其中传感器与十字转门集成。
具体实施方式
1.概沭
本发明的实施例提供了方法和系统，该方法和系统考虑到生物识别测量的采集和 处理。这些生物识别测量可以对于人的身份以及所采用的生物识别采样的真实性提供强有 力的保证，并且可以与大量不同类型的装置组合在一块，例如蜂窝电话，个人数字助理，膝 上型计算机，以及其它便携式电子装置，还有用于物理或逻辑存取的独立装置。本发明的方 法和系统的共有特征在于采用了多个不同的光学结构，用于在单个照明时间期间采集多个 图像数据。在有些情况下，提供了方法和系统，用于通过使用具有两个不同的成像系统的传 感器来采集和处理数据。在其它情况下，所披露的方法和系统涉及使用具有单个摄影机的 传感器来采集数据。
本发明的传感器提供了富足信息数据集，相对于常规传感器来说，该富足信息数 据集增强了安全性和可用性。该增强调安全性源自将来自多个图像的信息组合在一块，其 中该多个图像代表被测材料的不同的光学特性。这些特性提供了充足的信息，以能够区分 活体皮肤和各种用于试图欺骗传感器的人造材料和方法。同样，增强的安全性源自本发明 的一方面，其提供了用于对大范围的环境和生理效应进行测量的机制。该健壮和可靠的采 样意味着系统安全标准并不会为了弥补很差的图像质量而必须被放松。
通过降低对于个体的准确接触和定位的限制以及降低对个体的皮肤具有特定品 质的要求来实现增强的传感器的可用性。同时，从在某些光学条件下采集到的图像中提取 表面下的生物识别信息的能力提供了用于即使在表面特征丢失或受损的情况下也能够进 行生物识别确定的机制。通过这种方式，在本发明的实施例中进行的多光谱测量对于以下 非理想皮肤质量也是有利且健壮的，例如干燥，过度潮湿，缺乏弹性，和/或磨损特征，磨损 特征例如一般与上年纪的人、进行强体力劳动的人、或者皮肤暴露给化学物质的人例如美 容师或护士相关。
在单个照明时间期间在多个不同的光学条件下采集到所有图像的集合在这里被 称为“多光谱数据”。该不同的光学条件可以包括偏振条件的不同，照射角度的不同，成像角 度的不同以及照射波长的不同。在有些光学条件下，所形成的图像显著地受到样品和台板 之间的界面上IlR现象的存在和分布的影响。这些图像在这里被称为“TIR图像”。在有些 光学条件下，所形成的图像实质上不会受到台板上是否存在TIR效果的影响。这些图像在 这里被称为“直接图像”。
可应用于这里所述的多光谱测量的皮肤部位包括手指和拇指的全部表面以及全 部关节，手指甲和甲床，手掌，手背，手腕和前臂，面部，眼睛，耳朵，以及身体的所有其它外 部表面。虽然在下面的讨论中在提供特定实施例的例子时具体参照“手指”进行，但是应当 理解，这些实施例仅仅是示范性的，并且其它实施例可以使用其它身体部分的皮肤部位。
在有些实施例中，传感器提供多个离散波长的光，其穿透皮肤的表面，在皮肤内和 /或皮下组织中散射。这里使用的“离散波长”就是指波长或波段的集合，该集合被处理为 单个的分档(binned)单元——对于每个分档单元，只整体上从分档单元中提取信息，而不 是从分档单元的各个波长子集中提取。在有些情况下，该分档单元可以是不连续的，使得当11提供多个离散的波长时，一些任意对波长或波段之间的波长不被提供，但这并不是必须的。 在一些情况下，该波长位于紫外-可见-近红外波长范围内。
一部分被皮肤和/或皮下组织散射的光存离开皮肤，并且被用于形成该皮肤表面 的或表面下的组织结构的图像。在一些实施例中，这样的图像可以包括指纹图像，这里术语 “指纹”被广义地用于表示具有肤纹特征的任何皮肤部位。
下面提供对可在本发明的实施例中使用的多光谱系统的例子的详细的说明，但是 这样的说明的意图并不是限制性的，因为其它技术可以用在可选的实施例中。
2.单摄影机多光谱成像
图1中示出了使用多光谱成像的实施例的第一个例子，其中该多光谱成像包括多 个不同的照射角度。该实施例中的多光谱传感器101包括一个或多个光源103，用于以角度 θ ！对手指进行照射，一个或多个光源133，用于以角度θ 2对手指进行照射，以及成像系统 123，其可以包括数字成像系统。在优选实施例中，角度Q1小于临界角，并且角度02大 于临界角θ c。可以适宜地选择照射源的数量，以便于达到某种程度的照明、提供多照明波 长、提供多偏振条件、满足封装要求以及满足多光谱生物识别传感器101的其它结构限制 条件。
来自光源103，133的照射光穿过照明光学器件，照明光学器件将照射光定型为所 希望的形状，例如泛光，光线，光点等等形状。为了方便起见，示出的照明光学器件105，135 由透镜组成，但是可以更一般地包括一个或多个透镜，一个或多个反射镜，和/或其它光学 元件的任意组合。该照明光学器件105，135还可以包括扫描机构(未示出)，用于以指定的 一维或二维模式对照射光进行扫描。在不同实施例中，光源103，133可以包括点光源，线光 源，面光源，或者可以包括一系列这种光源。光源103，133可以为窄带光源例如单色LED以 及激光二极管，或者可以为宽带光源例如白光LED或白炽光源。在光源103，133包括一系 列光源的情况下，这一系列的光源可以是相同波长或不同波长。不同的光源103，133可以 相同地配置或者它们可以互不相同。
在光穿过照明光学器件105，135之后，它穿过台板117并照射手指119或其它皮 肤部位，使得反射光被指向成像系统123。台板117可以被配置为使得进入该台板的照射光 能够以所希望的角度穿过该台板117。在照明系统109的情况下，其中该照明系统109以 角度9工对皮肤部位进行照射，小平面117b朝着与照射光轴大致垂直的方向。同样地，在 照明系统139的情况下，其中该照明系统139以角度θ 2对皮肤部位进行照射，小平面117c 朝着与相应的照射角几乎垂直的锥角方向。
在优选实施例中，角度Q1小于临界角并且角度θ 2大于临界角，临界角被定义为 出现全内反射的角。插图151示出了与在两种具有不同折射率的材料之间的分界面上计算 临界角相关的几何图形。如本领域内已知的，光的折射一般出现在这种分界面上。对于不 同的照射角，折射角也不同，并且满足以下形式的等式
n0 Sineo = Ii1 sin Θ”
其中Iltl为介质0的折射率，H1为介质1的折射率，并且从各个介质中在与分界面 垂直的方向上测量角度Qtl和θ1()当Iitl小于Ii1时，按照如下方式给出临界角
权利要求
1.一种对个体进行生物识别测量的方法，所述方法包括在单个照明时间期间在多个不同的光学条件下照射个体的目标皮肤部位； 对于所述多个不同的光学条件中的每一个分别接收在所述目标皮肤部位的表面下散 射的光；由所述接收到的光得到所述目标皮肤部位的多光谱图像； 利用所得到的多光谱图像进行生物识别功能；以及 通过所述多光谱图像来确定个体的身份。
2.根据权利要求1的方法，其中执行所述生物识别功能包括验证所述个体的身份。
3.根据权利要求1的方法，其中执行所述生物识别功能包括将所述多光谱图像与存储在数据库中的多个多光谱图像进行比较，所述数据库将所述 多个多光谱图像与人的身份相关联；以及通过找到所述多光谱图像与所述数据库中存储的所述多个多光谱图像之一之间的匹 配来识别所述个体。
4.根据权利要求1的方法，其中执行所述生物识别功能包括将所述多光谱图像与存储在数据库中的多个非多光谱图像进行比较，所述数据库将所 述多个非多光谱图像与人的身份相关联；通过找到所述多光谱图像与所述数据库中存储的所述多个非多光谱图像之一之间的 对应来识别所述个体。
5.根据权利要求4的方法，其中所述数据库包括从所述非多光谱图像中得到的值；以及将所述多光谱图像与所述多个非多光谱图像比较包括从所述多光谱图像中提取特征 并将所述特征与所述值进行比较。
6.根据权利要求1的方法，其中在多个不同的光学条件下照射所述个体的所述目标皮 肤部位包括在不同的光学条件下顺序地照射所述目标皮肤部位。
7.根据权利要求1的方法，其中所述多个不同的光学条件包括不同的偏振条件。
8.根据权利要求1的方法，其中所述多个不同的光学条件包括不同的照射波长。
9.根据权利要求1的方法，其中所述多个不同的光学条件包括照射光的不同的波长。
10.根据权利要求9的方法，其中在单个照明时间期间在多个不同的光学条件下照射所述个体的目标皮肤部位包括用 多个不同的波长的照明同时照射所述目标皮肤部位；以及对于所述多个不同的光学条件中的每一个分别接收在所述目标皮肤部位的表面下散 射的光包括；过滤所述散射光以分离所述多个不同的波长。
11.根据权利要求1的方法，其中在多个不同的光学条件下照射所述个体的所述目标皮肤部位包括对于所述不同的光 学条件的每一个，利用具有第一偏振的光照射所述目标皮肤部位；接收在所述目标皮肤部位的表面下散射的光包括利用第二偏振来偏振所接收到的光， 其中所述第一和第二偏振基本上限定了交叉偏振条件。
12.根据权利要求11的方法，其中所述第一和第二偏振均为线偏振。
13.根据权利要求11的方法，其中所述第一和第二偏振均为圆偏振。
14.根据权利要求1的方法，进一步包括采集所述皮肤部位的表面结构的图像。
15.所述台 板与所述台板的外部环境的分界面定义，所述表面结构对应于所述皮肤部位与所述台板接 触的部分。
16.根据权利要求1的方法，其中在所述单个照明时间期间，所述目标皮肤部位的位置 基本不变。
17.一种多光谱传感器，包括台板，用于由个体放置目标皮肤部位；照射源，被布置为当目标皮肤部位被放置在台板上时对其进行照射； 成像系统，被布置为用于接收从所述目标皮肤部位的表面下散射的光；以及 控制器，其与所述照射源和所述成像系统相接，所述控制器包括 在单个照明时间期间在多个不同的光学条件下用照射源对所述目标皮肤部位进行照 射的指令；对于所述多个不同的光学条件中的每一个利用由所述成像系统分别接收到的光得到 所述目标皮肤部位的多光谱图像的指令；以及利用所得到的多光谱图像进行生物识别功能的指令；以及 通过所述多光谱图像来确定个体的身份的指令。
18.根据权利要求17的多光谱传感器还包括第一偏振器，被布置为对由所述照射源提 供的光进行偏振，其中所述成像系统包括第二偏振器，被布置为对所述目标皮肤部位的表面下散射的光进行 偏振；以及所述多个不同的光学条件包括不同的相对偏振条件。
19.根据权利要求17的多光谱传感器还包括第一偏振器，被布置为对由所述照身源提 供的光进行偏振，其中所述成像系统包括第二偏振器，被布置为对所述目标皮肤部位的表面下散射的光进行 偏振；以及所述第和第二偏振器基本上为交叉结构。
20.根据权利要求17的多光谱传感器，其中所述成像系统包括滤色器阵列，所述滤色器阵列具有多个分布式滤波器元件，每个所 述滤波器元件都被用于传输有限数量的指定窄带波长范围之一的光；所述多个不同的光条件包括所述指定窄带波长范围内不同波长的照射光。
21.根据权利要求20的多光谱传感器，其中在所述多个不同的光学条件下用所述照射 源对所述目标皮肤部位进行照射的指令包括顺序地用不同的波长照射所述目标皮肤部位 的指令。
22.根据权利要求17的多光谱传感器，其中所述控制器进一步包括用来自台板内部的光以大于临界角的角度来照射所述皮肤部位的指令，其中所述临界 角由所述台板与所述台板的外部环境的分界面定义；以及由入射到所述皮肤部位与所述台板接触的所述台板的所述分界面上的光得到所述皮肤部位的表面结构的图像的指令。
23.一种分析组织部位的方法，所述方法包括在组织部位的位置基本不变的单个照明时间期间在第一和第二不同的偏振条件下接 收从所述组织部位散射的光，其中所述第二偏振条件并不限定相对于所述第一偏振条件的 互补状态；以及由所接收到的光得到所述组织部位的图像；以及利用所得到的多光谱图像进行生物识别功能；以及通过所述多光谱图像来确定个体的 身份。
24.根据权利要求23的方法，其中至少所述第一和第二偏振条件之一包括基本随机的 偏振条件。
25.根据权利要求23的方法，其中在所述第一和第二不同的偏振条件之一下接收从所 述组织部位散射的光包括用具有第一偏振的光照射所述组织部位；以及检测从所述组织部位散射的具有所述第一偏振的光。
26.根据权利要求23的方法，其中在所述第一和第二不同的偏振条件之一下接收从所 述组织部位散射的光包括用具有第一偏振的光照射所述组织部位；以及检测从所述组织部位散射的具有与所述第一偏振互补的第二偏振的光。
27.根据权利要求23的方法，其中得到所述组织部位的所述图像包括由在所述第一偏振条件下接收到的光得到所述组织部位的第一图像；由在所述第二偏振条件下接收到的光得到所述组织部位的第二图像；以及对所述第一和第二图像进行线性组合。
全文摘要
提供了对个体进行生物识别测量的方法及多光谱传感器。在单个照明时间期间在多个不同的光学条件下对个体的目标皮肤部位进行照明。对于该多个不同的光学条件中的每一个分别接收目标皮肤部位的表面下散射的光。由所接收的光得到目标皮肤部位的多光谱图像。用所得到的多光谱图像执行生物识别功能。通过所述多光谱图像来确定个体的身份。
文档编号G06K9/00GK102034095SQ20101058828
公开日2011年4月27日 申请日期2005年5月26日 优先权日2004年6月1日
发明者史蒂芬·P·科科兰, 罗伯特·K·罗韦 申请人:光谱辨识公司