图像输入设备和个人认证设备的制作方法

专利名称：图像输入设备和个人认证设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及 的个人认证设备、及 实施的图像输入设备
背景技术：
最近，个人认证设备已经被安装到移动电话、笔记本个人计算机、其它 各种信息处理设备上。在最小化信息处理设备的过程中，需要进一步最小化 个人认证设备以安装到信息处理设备。
例如，日本公开的专利申请公报No. 2004-272821和No. 2005-092375公 开了使用手指的静脉样态的个人认证设备。该个人认证设备使用单眼(single eye)的光学系统，并且限制物距和才聂^f象距离以光学成^f象。因此，限制了进一 步最小化尺寸以及减小个人认证设备的重量。
此外，日本专利No. 3705766公开了一种组合了微透镜阵列、彩色滤波 器、受光单元阵列等等的图像输入设备。
在使用诸如手指的静脉样态的关于手指内对象的信息的个人认证设备的 情况下，需要将手指紧密接合到设备。用于个人认证设备的图像输入设备具 有摄取非常靠近的对象的图像的特性。
在使用指紋的情况下，能够通过摄取手指的狭窄区域的图像来获得必需 的指紋样态信息。另一方面，在使用手指静脉的情况下，为了获得必需的静 脉样态信息，需要摄取手指的宽区域的图像。为了观察在非常靠近的状态下 的对象的图像，通常使用微透镜阵列进行等倍成像。然而，如果试图通过使 用等倍成像来摄取宽区域，则需要具有宽成像表面的成像设备，并且增加设 备成本。限制了通常使用且便宜的CMOS (互补金属氧化物半导体)成像设 备或者CCD (电荷耦合器件)成像设备的成像表面。因此，需要特别制造以 获得具有宽成像表面的成像设备。
一种通过使用关于活体内的对象的信息来执行个人认证 一种能够作为所述个人认证设备的对象图像输入装置来

发明内容
本发明解决或者减轻了一个或多个上述问题。
按照本公开的方面，提供了一种图像输入设备，包括透镜阵列，其中 排列有多个透镜；屏蔽部件，防止穿过透镜阵列的各个透镜的光线在图像表 面上的串扰；平板部件，当接触活体时，调节在透镜阵列的透镜光轴方向中 活体的位置；摄像部分，包括图像表面，摄取复眼(compound eye )图像， 该复眼图像是活体内对象的缩小图像的集合，该活体的位置由该平板部件调 节，该缩小图像由透镜阵列的多个透镜大致形成在图像表面上；以及处理部 分，从摄像部分所摄取的复眼图像再次构成单个图像，其中，该处理部分再 次构成的单个图像作为对象图像输入。


接下来，将参考附图来描述本发明的实施例。
图1是图解说明按照本发明实施例的图像输入设备的结构的图2是图解说明从平板上方所观察的视图的图3A和图3B是说明对象的复眼图像的图4A和图4B是说明由于平板和透镜阵列之间的空气层而扩大视野的
图5是说明小目艮(ommatidium)图像的连接处理的图；以及 图6A和图6B是说明为了确保宽视野而不是在透镜表面上具有更强能量 的透镜阵列的结构的图。
具体实施例方式
接下来，将参考附图描述本发明的实施例。按照本发明的图像输入设备 优选应用于输入活体内对象的图像。在本发明的实施例中，图像输入设备被 描述为摄取作为对象的手指内的血管的图像并且把输入图像用于个人认证的 设备。
图l是图解说明依照本发明实施例的图像输入设备的结构的图。在图1 中，在指尖方向的视图中示意性地描绘人的手指1,以及示意性地描绘手指l 内的血管2。血管2是对象。
透镜阵列3形成对象的图像，并且在与光轴大致垂直的平面中以二维排列多个非球面的单透镜。在一侧或两侧的球面透镜或者两侧的非球面透镜可
以用于形成透镜阵列3的各个透镜。可选择地，能够使用诸如费涅耳透镜的 衍射类型的透镜。屏蔽部件4防止穿过透镜阵列3的各个透镜的光线的图像 表面上的串扰，并且抑制诸如重影和闪光的噪光。
观察区域2a是透镜阵列3的一个透镜所观察的区域，共享区域2b是观 察区域2a中彼此邻接的透镜所共享的区域(观察区域2a和共享区域2b将在 后文描述)。
图2是图解说明从对象观察的视图的图。在图2中，在从对象观察的视 图中图解说明包括透镜阵列3和屏蔽部件4的成像光学系统。如图2中所图 解说明的，屏蔽部件4是平板，在该平板上形成矩形光圈。矩形光圏的一边 的长度与透镜阵列3的各个透镜的有效直径大致相应，或者比各个透镜的直 径宽。将该矩形光圈延伸至图像表面，矩形光圈的尺寸是由一个透镜所形成 的图像(小目艮图像)的尺寸。
因为透镜阵列3的各个透镜是圆形，因此为了防止来自对象的光从透镜 的有效区域和矩形光圈之间的空间进入图像表面，而在透镜阵列3的摄像侧 的表面上除透镜的有效直径之外的部分上，形成膜5以反射来自对象侧的入 射光。通过将金属薄膜(例如，铬合金(chrome)薄膜)凝华(evaporate) 到透镜阵列3上，或者通过将不透明树脂印刷到透镜阵列3上，来形成膜5。 通过使用屏蔽部件4和膜5来消除由邻接透镜之间的串扰引起的闪光。
透镜阵列3通过把透明树脂和玻璃用作材料的诸如回流(reflow)方法、 面积灰度掩才莫(area gradation mask)方法、及抛光(polishing)方法的处J里 方法、或者使用由任意一个前述方法所制造的模型的成型方法来制作。
在树脂、玻璃、金属等等作为材料的平面上通过进行蚀刻、钻孔处理、 激光处理等等来制作光圏，从而制作屏蔽部件4。蚀刻和激光处理可以在屏 蔽部件4的透镜光轴方向限制高度。在这种情况下，制作得更薄的另一屏蔽 部件在透镜光轴方向与屏蔽部件4重叠并附接，以确保高度。通过使用不透 明材料作为屏蔽部件4的部件或者涂覆透明部件，可以抑制光的透射和反射。
摄像设备6摄取将由透镜阵列3成像的对象的复眼图像。像素6a以二维 排列。在本实施例中， 一般的CMOS (互补金属氧化物半导体)摄像设备被 用作摄像设备6。可选地，CCD (电荷耦合器件)摄像设备等等能够用作摄 像设备6。可以给CMOS摄像设备等等提供玻璃罩以保护图像表面。在该实施例中， 没有给摄像设备6提供玻璃罩。能够使用提供有玻璃罩的摄像设备。在这种 情况下，考虑到玻璃罩上光的折射的影响，需要设计透镜阵列3的形状和位 置。而且，存在用于混淆防止的光学低通滤波器安置在图像表面附近的摄像 设备。在实施例中，由于后文将描述的超分辨率处理因而没有提供低通滤波 器。
为了防止由于接触屏蔽部件4而引起的图像表面的损害，在从图像表面 稍微浮动的状态中，屏蔽部件4与透镜阵列3由底盘7支持。在由玻璃罩保 护图像表面的情况中，屏蔽部件4可以通过接触玻璃罩的表面来安置。
在图l所图解说明的结构中，由透镜阵列3和底盘7屏蔽存在摄像设备 6的图像表面的空间。这样，可以防止来自外部的灰尘进入并附着在图像表 面。因为屏蔽部件4从图像表面稍微浮动，因此为了防止由于光穿过屏蔽部 件4的底表面的图像表面之间的空间而造成的光线串扰，而在与图像表面平 行的方向的表面中定义透镜阵列3的透镜之间的斜度。
为了摄取较高对比度的鲜明的对象图像，提供LED (发光二极管)8以 发光到手指1。使用发射对于活体具有低吸收率的近红外范围的波长的光的 装置，作为LED8。可选地，能够使用发射诸如红区的对生物组织具有透射 率的波长的光的设备。在这个实施例中，如图2中所图解说明的，多个LED8 围绕透镜阵列3来安置。
驱动部分9驱动LED 8。驱动部分9可以配置为通过与图像输入设备的 电源的ON (接通)和OFF (切断)相关联来控制LED 8发射及熄灭光。如 果在图像输入设备为ON期间，LED8始终发射光，则不安全。因此，优选 提供切换器来检测手指1,并且驱动部分9使LED 8仅在切换器检测到手指1 期间发光。
手指1接触平板10,平板10调节透镜光轴方向的位置。在这个实施例 中，平板10是透明树脂材料制的透明部件，但不局限于这种材料。至少，平 板IO是由对于发射到手指1的近红外光等等具有透射率的诸如玻璃、树脂等 等的材料制成的平板部件。在平板10的底表面上，即，朝向图像表面一侧的 表面上，凝华有用作使发射到手指1的光波长附近的光通过的带通滤波器的 光学薄膜。通过这种结构，可以通过仅使用穿过手指1内部的光来摄取对象 图像，并且获得具有较高质量和较高对比度的图像。在这个实施例中，空气层11介于平板10和透镜阵列3之间。可以形成 填充另一气体或液体的空间或者真空空间，作为空气层ll。可选地，代替形 成空气层11，平板IO可以紧密接合透镜阵列3。在提供平板IO和透镜阵列 3之间的空气层11的情况下，通过透明的平板10的厚度、空气层ll的厚度、 及透镜阵列3的厚度来定义物距。物距是从形成透镜阵列3的各个透镜的主 平面到对象的距离。在将平板10紧密接合到透镜阵列3的情况下，通过平板 10的厚度和透镜阵列3的厚度来定义物距。与透镜阵列3相同的材料能够用 于平板10。
如图1中所图解说明的，由距形成透镜阵列3的各个透镜的大致主平面 的距离"a"表示物距，并且由从形成透镜阵列3的各个透镜的大致主平面到图 像表面的距离"b"表示图像表面距离。这样，可以由距离"a"与距离"b"的比来 确定透镜的光学放大倍率。
试图认证的人或试图注册个人数据的人用手指1接触平板10和底盘7。 从LED8发射的近红外光照射到手指1。该近红外光在活体内透射并散射。 所知的是，近红外光具有对于活体的透射率，但是被血液的还原的血红蛋白 吸收。因此，其中血管成像为黑色部分的血管样态图像由透镜阵列3形成在 摄像设备6的图像表面上作为复眼图像。
在图l中，来自LED8的光被发射到上方向。可选地，为了获得具有适 当对比度的血管样态图像，可以朝向手指1的中心发射光，或者朝向手指l 的侧面向斜向上的方向发射光。为了把从LED 8发射的光有效地照射到手指 1，可以在手指1和各个LED 8之间的光路径中提供透镜。
此外，取决于图像输入设备的使用环境，不是不可能不设置作为照明光 源的LED8，而通过使用外部光源来才聂取图像。然而，通过由LED8照射近 红外光，与图像输入设备的使用环境无关，可以摄取较高对比度的鲜明的血 管样态图Y象。这样，优选设置LED8。
将参考图3A和图3B描述在图像表面上形成复眼图像的情况。为了方便， 图3A所图解说明的肖像用作对象。关于该对象，在图像表面上形成如图3B 中所图解说明的复眼图像。小眼图像12是由形成透镜阵列3的各个透镜所摄 取的图像，并且与透镜相同数目的多个小眼图像12的集合形成复眼图像。阴 影13是屏蔽部件4的阴影，并且是对从复眼图像再次构成单个图像不作出贡 献的无效区域。此外，用于透镜阵列3的各个透镜的观察区域2a相互偏离。而且，在邻 接透镜的观察区域2重叠的状态下，产生共享区域2b。透镜阵列3的各个透 镜的观察区域2a的尺寸"s"、在邻接透镜之间的观察区域2a的偏离(视差) △、及共享区域2b的尺寸"w",通过使用透镜直径"d"、从透镜边缘到屏蔽壁 的距离"e"、及透镜斜度p,由下列公式(1)到(3)确定
s=ax(d+2xe)/b ( 1 )
△=axp/b ( 2 )
w=s-(p+2xe) ( 3 )
"u"表示将成像的对象的尺寸，"g"表示屏蔽部件4的矩形光圏的尺寸(与 透镜光轴大致垂直的表面中矩形光圈的截面的一个边缘的长度)，并且"x"表 示摄像设备6的图像表面的尺寸，在形成透镜阵列3的多个透镜中，如果与 图像表面最外部分对应的透镜的视野和图像表面尺寸"x"的加和(位于图1中 透镜阵列3的最左的透镜的视野的一半、位于图1中透镜阵列3的最右的透 镜的视野的一半、及图像表面尺寸"x"的加和)比对象尺寸"u"大，则通过使 用具有尺寸比对象尺寸"u，，小的图像表面的摄像设备6，可以摄取达到对象尺 寸"u"的对象的图像。因此，确定屏蔽部件4的矩形光圈尺寸"g"和图像表面 距离"b",以满足下列公式(4),并确保所需要的对象尺寸"u"和图像输入设 备的厚度
gxa/b+x^u (4)
在这个实施例中，图像表面距离"b"由屏蔽部件4的透镜光轴方向中的高 度大致限定。该高度大致对应于图像表面距离"b"。在此情况下，不总是需要 满足透镜的图像形成关系。确定平板10的位置(距离"a")和屏蔽部件4的 透镜光轴方向中的高度，以基于上述公式(4)，在透镜的截止(cutoff)频率 不低于对象的所需要频率的范围内，限定手指l的位置。因为不总是满足图 像形成关系，因此由于波象差的增大而降低所摄取的图像的对比度。如同后 文所描述的，可以通过使用透镜的点扩展函数(PSF )和光学传递函数(OTF ) 进行过滤来补偿。
手指1的皮肤介于成为对象的血管和透镜阵列3之间，并且皮肤的厚度 在个体之间不同。这样，从透镜阵列3到对象的物距"a"不同。可以通过假定 由于对象最靠近透镜阵列3因而光学放大倍率变高的情况，来考虑上述公式 (4)的关系。上述描述了图1中关于横向(手指1的宽度方向)的考虑，关于深度方
向(手指l的长度方向)的另一考虑将在后文描述。屏蔽部件4的矩形光圈 尺寸表示为"gxh" (g， h:与透镜光轴大致垂直的表面内矩形光圈的截面的各 边的长度)，摄像设备6的图像表面尺寸表示为"xxy"，将成像的对象的尺寸 (图像输入设备的对象位置的视野尺寸)表示为"uxv"，确定平板10的位置、 矩形光圏尺寸"gxh"、及图像表面距离"b",以满足下列公式(5)或(6):
gxa/b+x^u，且hxa/b+y^v (5)
或者
hxa/b+y^u,且gxa/b+x^v (6)
接下来，如图1中所图解说明的，在平板10和透镜阵列3之间提供空气 层ll的情况下，透镜的视野变得比没有设置空气层11的情况下宽。将描述 设置空气层11的情况。
在图4A中，图解说明在向透镜和对象之间的空间填充透镜材料而没有 空气层的情况下的光线。在图4B中，图解说明在提供空气层11的情况下的 光线(实线)。由于空气层11中折射的作用，在图4B中所观察的视野"s"比 在图4B中所观察的视野"s，，宽。因而，通过提供空气层ll，可以扩大可摄取 的对象尺寸，由与图像表面的最外部分对应的透镜的视野和图像表面尺寸"x" 的加和来确定所述可才聂取的对象尺寸。此外，因为可以缩短确保相同;f见野的
从透镜的大致主平面到对象的物距"a",因此图像输入设备能够更薄。而且， 在物距"a"设置为常数的情况下，形成透镜阵列3的各个透镜的视野的角度能 够更窄。这样，可以抑制图像质量的劣化。
接下来，将描述由摄像设备6所摄取的复眼图像的处理系统。在实施例 中，处理系统包括作为与图像输入相关联的元件的图像输入部分100、预处 理部分101、视差检测处理部分103、单个图像再次构成处理部分104、校正 处理部分105、及PSF样态存储部分106。该处理系统还包括作为与个人认证 直接相关联的元件的注册处理部分107、注册lt据存储部分108、及iU正处理 部分109。
图像输入部分100输入由摄像设备6所摄取的复眼图像的数据。以下， 复眼图像的数据或者小眼图像的数据被简称为复眼图像或小眼图像。
预处理部分101检测与由图像输入部分100输入的复眼图像中的屏蔽部 件4的阴影相对应的区域，并把阴影区域作为无效区域消除。屏蔽部件4的阴影区域是最暗的，并且具有格子形状。这样，通过使用适当阈值来数字化
复眼图像，能够容易地检测阴影区域。可以在视差检测处理部分103的处理 中执行类似的预处理。
由于手指1的皮肤的厚度在个体之间不同，因此物距"a"不同。即使同一 人的手指1，在把手指1较强地按压到平板10及较轻地按压到平板10的情 况下，从对象到平板10的物距"a"不同。与物距"a"的这种变化相关联，改变 观察区域2a和共享区域2b的尺寸。观察区域2a和共享区域2b的尺寸能够 作为在复眼图像中邻接的小眼图像之间(或者在附近的小眼图像之间)的相 对视差来计算。
视差检测处理部分103执行如上所述的检测视差的处理。首先，视差检 测处理部分103从消除了屏蔽部件4的阴影区域的复眼图像中提取包括血管 样态的两个小眼图像，以用于视差估计。因为血管样态暗，因此通过数字化 小目艮图像，能够容易地提取血管样态。因为屏蔽部件4的阴影部分的亮度与 血管样态的亮度不同，因此与用于数字化以消除屏蔽部件4的阴影区域的阈 值不同的阈值能够用于数字化小眼图像以提取血管样态。另外，存在亮度对 于各个小眼图像不同的情况。这样，针对每个小眼图像计算平均亮度值，平 均亮度值本身或与平均亮度值成比例的值能够用作用于数字化的阈值。如果 用于视差估计的两个小眼图像的位置彼此分开，则该两个小眼图像可以没有 共享区域2b。因此，优选提取邻接透镜的两个小眼图像。然而，如果在复眼 图像中的任何位置没有包含血管样态的两个邻接的小眼图像，则可以提取彼 此不邻接的两个小眼图像。
随后，视差检测处理部分103通过使用小眼图像来进行视差估计。例如， ^见差4企测处理部分103通过在x-方向和y-方向逐渐改变位移量，来重复计算 在x-方向和y-方向位移的一个小眼图像和另一小眼图像(作为基准)之间的 亮度偏差、及计算平方和的处理。当亮度偏差的平方和变得最小时，由x-方 向和y-方向中的位移量来在x-方向和y-方向中确定^L差。可选地，例如，日 本专利No. 3773563的第0087和0093殺乂^开的估计处理能够用于3见差估计。
如果透镜阵列3的透镜斜度的误差充分小于关于估计的视差，则可以基 于通过估计计算从两个小眼图像所获得的视差以及由透镜阵列3的透镜斜度 所规定的小眼图像的位置关系，来计算形成复眼图像的所有小眼图像的相对 -现差。在使用蚀刻或类似处理方法来处理透镜阵列3的情况下，制作用于蚀刻的掩膜时的载物台运载误差影响透镜阵列3的透镜斜度误差。然而，透镜 阵列3的有效透镜区域与摄像设备6的成像表面大致相同，且并未宽到受载 物台运载误差所影响。因此，能够假设透镜阵列3的透镜斜度误差足够小， 并且基于两个小眼图像之间的估计视差来估计所有小眼图像的视差是没有问 题的。在诸如在塑料成型中的膨胀和收缩的透镜阵列处理中存在引起相对大 的倾斜误差的因素的情况下， 一个小眼图像被提取作为基准小眼图像，并且 在基准小眼图像和包括血管样态的所有小眼图像之间进行上述视差估计计 算。另外，关于不包括血管样态的小眼图像，基于在附近区域中小眼图像的 视差和位置关系来计算视差。因此，获得所有小眼图像的相对视差。不必提 及的是，视差估计计算的次数越少，用于视差检测的处理时间越短。
单个图像再次构成处理部分104利用^L差检测处理部分103计算的小眼 图像之间的视差，进行从复眼图像再次构成单个图像的处理。为了单个图像 的再次构成，能够使用各种公知的方法。例如，在存储器中准备再次构成图 像空间。接着，通过在通过与再次构成图像空间中的小眼图像的位置和视差 相对应而定义的位置，针对各个小眼图像的所有像素，重复再次构成小眼图 像的像素亮度的操作，单个图像能够在再次构成图像空间中被再次构成。作 为替代，例如，能够使用在日本专利No. 3773563的第0094到00128段中公 开的超分辨率处理。应当注意的是，在这个超分辨率处理中，低分辨率图像 被读取为小眼图像，高分辨率图像被读取为从复眼图像再次构成的单个图像。 在超分辨率处理中，通过使用多个低分辨率图像和它们的相对视差，在低分 辨率图像中复原超过摄像设备6的尼奎斯特(Nyquist)频率的频率成份。如 此，通过由透镜阵列3形成复眼，即通过伴随着使光学系统薄型化来缩小光 学倍率，可以再次构成分辨率^皮改进的单个图^f象。
应当注意的是，在日本专利No. 3773563公开的方法，在小眼的光学系 统获得的多个图像中，在与光学系统垂直的表面，检测对象和照相机之间的 相对位置偏离，并且通过使用该相对位置偏离来再次构成图像。在应用于本 发明的情况中，通过使用透镜阵列3而形成复眼图像的多个小眼图像被作为 个别图像处理。由透镜阵列3的各个透镜形成的小眼图像具有与对象不同的 位置关系，并且具有相对偏离。因此，能够类似于在日本专利No. 3773563 中公开的方法中所获得的多个图像来处理多个小眼图像。而且，在日本专利 No. 3773563中，解释了视差小于摄像设备的一个像素的情况。在本发明中，由于对象放置为邻接成像光学系统，因此在邻接小眼图像之间的视差变得大 于一个像素。即，可能存在在邻接小眼图像之间不共享对象图像的像素。在
曰本专利No. 3773563中，假设多个图像的所有像素共享对象图像。因此， 由于对于不共享对象图像的像素产生噪声，因此需要通过使用所估计的视差 来确定不共享对象图像的像素，并且需要抑制对于不共享对象图像的像素的 宽带插值及加权计算。
在视差变大而小眼图像之间共享对象图像的区域变小的情况中，替代于 预见超分辨率效果，而是进行小眼图像的连接处理(将在下面描述)。作为替 代，基于所估计的视差的尺寸，选择性地进行超分辨率处理和连接处理。与 完全应用中分辨率处理的情况相比较，可以减小存储器区域和计算时间。
如图5所说明的，小眼图像的连接处理是通过重叠由邻接小眼图像共享 的共享区域2b来连接小眼图像的处理。在图5中，两个小眼图像8a和8b从 复眼图像9提取，并垂直及水平地翻转。小眼图像8a和8b中的正方形包围 的各个区域是共享区域2b。连接小眼图像8a和8b,使得小眼图像8a和8b 中的共享区域2b被重叠并且彼此对应。然后，形成连接图像8c。
详细地，由于共享区域2b取决于邻接小眼图像中的物距"a"而变化，因 此，通过使用所检测的视差或者从视差计算的物距"a"，来计算邻接小眼图像 中的共享区域2b。在两个邻接小眼图像中，通过将一个小眼图像中的共享区 域2b设置为有效而将另 一个小目艮图像中的共享区域2b设置为无效，有效区 域被连接。连接小眼图像的所有有效区域以再次构成对象的单个图像。
为了预见超分辨率处理效果，需要消除安装到摄像设备的低通滤波器、 及形成透镜阵列3的各个透镜的截止频率等等的带宽限制。因此，如上所述， 使用没有安装低通滤波器的摄像设备6。而且，需要设计光学系统使得截止 频率变得比在图像输入设备中作为目标的空间频率高(高于摄像设备6的尼 奎斯特频率)。另一方面，如果不预见超分辨率效果则不需要此考虑。
由于更短的焦距和更少的平面，因而通过使用透镜阵列3而被制作得薄 型化的光学系统具有设计的更低灵活性。而且，如在用来摄取个人^人证的手 指1的血管样态的图像的本发明实施例中所描述的，在物距"a"更短且变化的 情况中，总体上难以获得在遍历整个小眼图像抑制扭曲和散焦的状态下的图 像。如果从包括扭曲等的小眼图像再次构成单个图像，则不连续部分可能发 生并且劣化图像质量。为了抑制图像扭曲及由于进入透镜的光线入射角而造成的MTF的差异， 以及校正由于差异抑制而造成的MTF的劣化，优选在光学系统的设计阶段， 或者考虑光学系统的生产误差在设备生产之后的评价或测试阶段，存储预先 获得的PSF样态，以及针对在再次构成之前的各个小眼图像、或再次构成的 单个图像，使用PSF样态执行去巻积运算。因此，遍历整个小眼图像或者再 次构成的整个单个图像，可以抑制扭曲和散焦。在MTF的差异未被完全抑制 的情况中，优选针对各个物距"a"、各个视差、或者光线的各个入射角，获取 及存储PSF样态，以及使用与物距"a"、视差、或者光线的入射角相对应的 PSF样态，执行去巻积运算。可以针对在再次构成之前的各个小眼图像，或 者针对在再次构成之后的单个图像，执行去巻积运算。在针对各个小眼图像 执行去巻积运算的情况中，使用PSF样态，在该PSF样态中，以摄像设备6 的尼奎斯特频率适当地执行带宽限制。在针对再次构成的图像进行去巻积运 算的情况下，针对通过超分辨率处理加宽的频带，使用适当地执行带宽限制 的PSF样态。
通过上述去巻积运算，校正处理部分105执行校正。存储在PSF样态存 储部分106中的PSF样态用于校正。在实施例中，与不同视差相对应的多个 PSF样态存储在PSF样态存储部分106中。与由视差检测处理部分103检测 的视差相对应的PSF样态从PSF样态存储部分106读出，并由校正处理部分 105使用。
取决于对象尺寸和所需要的图像输入设备的厚度，由于在形成复眼图像 的各个小眼图像中扭曲增加，或者各个小眼图像的周边光量降低，存在使再 次构成的图像的图像质量劣化的情况。然而，由于能够估计扭曲和周边光量 的减少，因此可以通过使用所估计的值来校正图像。在这种情况中，在复眼 图像阶段，复眼图像可以从通过校正各个小眼图像的扭曲和周边光量而大体 变得正常的小眼图像生成，并且可以从所校正的小眼图像再次构成单个图像。 事实上，在使用常规单眼光学系统，伴随着减小图像输入设备的尺寸，来观 察对象的更宽的视野的情况下，扭曲和周边光量变成问题，上述方法能够校 正。当试图通过单眼光学系统和形成光学阵列的一个透镜来^f交正相同量的扭 曲和相同的周边光量时，根据本发明的图像输入设备能够实现比在使用单眼 光学系统的情况下更加减小设备尺寸。
在实施例中，作为操作模式，能够选择性地进行注册用于个人认证的个人数据的模式及进行个人认证的模式。
当选择注册个人数据的模式时，试图注册个人数据的人以手指接触平板
10。手指的血管样态被摄取，并且复眼图像被输入到图像输入部分100。在 执行上述处理之后，校正处理部分105输出扭曲被校正的血管样态的单个图 像。注册处理部分107把整个单个图像作为个人数据存储到注册数据存储部 分108。作为替代，注册处理部分107从单个图像提取特征信息，诸如指示 血管路径的分支点坐标等的信息，并且将特征信息作为个人数据存储在注册 数据存储部分108。
当选择个人认证模式时，试图认证的人用手指接触平板10。手指的血管 样态被摄取，并且复眼图像被输入到图像输入部分100。在执行上述处理之 后，校正处理部分105输出扭曲被校正的血管样态的单个图像。认证处理部 分109检验该单个图像与存储在注册数据存储部分108中的个人数据。在个 人数据作为对象的整个单个图像而存储的情况下，可以执行样态匹配操作， 以检验从校正处理部分105输出的单个图像。作为替代，认证处理部分109 可以从输入的单个图像和所存储的单个图像二者提取各自的特征信息，诸如 血管路径的分支点坐标，来作为个人数据，并且可以通过互相比较各自的特 征信息来4企验该人。在将支点坐标的特征信息等注册为个人数据的情况中， 认证处理部分109可以类似地从输入单个图像中提取特征信息，并且可以通 过互相比较各自的特征信息来检验该人。然后，当来自输入的单个图像的特 征信息与存储在注册数据存储部分108中的个人数据相对应时，认证处理部 分109输出指示成功认证的信息。当来自输入的单个图像的特征信息与存储 在注册数据存储部分108中的个人数据不对应时，认证处理部分109输出指 示认证失败的信息。在认证处理中使用血管路径的分支点坐标等的特征信息 的情况中，需要特征提取处理部分，然而具有减小注册数据存储部分108中 存储的数据量的优势。
对象的分辨率由摄像设备的尼奎斯特频率和对象位置上的光学放大倍率 的乘积来表示。由于个体间皮肤厚度的差异，物距发生变化。由于较长的物 距，光学放大倍率低下，并且分辨率劣化。伴随着分辨率的劣化，变得难以 获得有效的血管样态，并且认证的精确性低下。那么，认证的方便性在个体 间差异。能够通过使用小眼图像之间的相对视差因物距变长而变小(采样变 为高密度)的上述超分辨率处理，来补偿个体间的这种差异。因此，可以抑制伴随物距的分辨率改变。
将参考图6A和图6B描述形成透镜阵列3的透镜。在图1说明的透镜阵 列3的情况中，透镜阵列3被配置为具有如图6A所说明的一面的透镜平面。
根据本发明的一个方面，如图6B所说明的，透镜阵列3被配置为把在对 象侧形成的透镜和在摄像表面上形成的透镜配对，并且两个透镜被形成为具 有朝向对象的负能量。透镜变得薄型化则需要更强的能量。因此，垂度(sag) 量变得更大。对于具有高垂度量的表面和陡峭的表面，处理困难。在如图6B 所说明的配置中，透镜表面的能量能够被分散为两个，透镜表面的曲率能够 被降低。因此，由于图6B中所说明的透镜的垂度量"z"能够少于图6A中所 说明的配置的透镜的垂度量"z"，因此能够容易地处理透镜，并且有益于使用 模型的成型处理等。
如果关注于高速性能，则有利的是由硬件实现预处理部分101、视差检 测处理部分103、单个图《象再次构成处理部分104、；欧正处理部分105、注册 处理部分107、及认证处理部分109。另一方面，对于笔记本个人计算机和安 装在其内部装有微计算机的信息设备中的个人认证设备，如果关注于成本， 则有利的是由软件实现这些处理部分的全部或者一部分。
因此，本发明可以实现如下的图像输入设备，即，通过对于显著靠近摄 像部分的对象使用薄型光学系统，能够摄取在比摄像部分的图像表面宽的区 域上的对象的图像，并且能够输入图像。例如，在输入手指的静脉样态的个 人认证的应用中，能够使用其中图像表面尺寸不更宽的通常且不昂贵的摄像 设备，并且能够减少设备成本。
在图像输入设备中，通过在透镜阵列和透明平板部件之间提供气体，诸 如空气等，或者液体层，或者真空层，与以平板部件或者透镜阵列填充与此 层相对应的空间相比较，可以进一步减小平板部件或者透镜阵列的体积，并 且进一步减少用于平板部件或者透镜阵列的材料成本。另外，通过在层和透 镜阵列之间以及在层和平板部件之间的边界处的折射，可以扩大视野范围。
在图像输入设备中，基于在透镜光轴方向的屏蔽部件的高度，图像表面 距离"b"(与透镜阵列的各个透镜的大致主平面的距离)能够确定，光线的串 扰在与图像表面平行的方向上的表面中能够防止。
在图像输入设备中，在由于透镜的更短的后焦点因而减小光学放大倍率 的过程中，能够以更宽的视野摄取图像。另一方面，透镜需要更强的能量。结果，变得难以处理具有更强能量且陡峭的表面。针对此困难，在图像输入 设备中，透镜阵列的透镜能量能够被分散为两份。因此，可以降低各个透镜 的透镜表面的能量。透镜形状在树脂结构中相对容易处理，能够确保较宽视 野。而且，通过配置为在两个表面的对象方向上具有负能量，可以抑制图像 形成位置的差异和基于光线到透镜的入射角度的放大。因此，即使视野增大， 仍可以输入图像扭曲被抑制的图像。
在图像输入设备中，在把诸如近红外线光的光照射到生命体的状态中，
对象被成像。因此，能够进一步增强对比度，并且能够输入具有更高S/N比 率(信噪比)的对象图像。
根据本发明，能够实现如下的个人认证设备，即，通过使用手指等的血 管样态图像，以更高的精确度执行个人认证，并且更加薄型化且成本最小化。
如上所述，依照本发明，更薄型化且最小化的更优选的个人认证设备能 够实现为低成本的个人认证设备的图像输入部分。而且，通过使用图像输入 设备，可以以低成本实现更薄型化且最小化、并且具有更高认证精确度的个 人认证设备。
本发明不限于特定公开的实施例，在不脱离本发明的范围的情况下，可 以进4于变型和纟务改。
本申请基于2007年9月14日提交的日本优先权专利申请No. 2007-239581和2008年8月19日提交的No. 2008-211087，其全部内容通过 引用包含于此。
权利要求
1. 一种图像输入设备，包括透镜阵列，其中排列有多个透镜；屏蔽部件，防止穿过透镜阵列的各个透镜的光线在图像表面上的串扰；平板部件，当接触活体时，调节在透镜阵列的透镜光轴方向中活体的位置；摄像部分，包括图像表面并且摄取复眼图像，该复眼图像是活体内对象的缩小图像的集合，该活体的位置由该平板部件调节，该缩小图像由透镜阵列的多个透镜大致形成在图像表面上；以及处理部分，从摄像部分所摄取的复眼图像再次构成单个图像，其中，由该处理部分再次构成的单个图像作为对象图像输入。
2. 按照权利要求1所述的图像输入设备，其中，气体或液体的层提供在 平板部件和透镜阵列之间。
3. 按照权利要求2所述的图像输入设备，其中，所述层是空气层。
4. 按照权利要求l所述的图像输入设备，其中，真空层提供在平板部件 和透镜阵列之间。
5. 按照权利要求l所述的图像输入设备，其中，所述屏蔽部件安置在透 镜阵列和图像表面之间，包括透镜阵列的多个透镜各自的矩形光圈，当各个矩形光圈的尺寸表示为gxh( g和h表示与透镜阵列的透镜光轴大 致垂直的表面内矩形光圈的截面的各边的长度)，从透镜阵列的各个透镜的大 致主表面到对象的距离表示为a,从透镜阵列的各个透镜的大致主表面到图像 表面的距离表示为b，图像表面的尺寸表示为xxy (x和y表示矩形的图像表 面的各边的长度)，以及对象位置处的视野尺寸表示为uxv (u和v是矩形的 视野的各边的长度)时，满足关系式(i)或关系式(ii):gxa/b+x^u,并且hxa/b+y^v (i)或者hxa/b+y = u， 并且gxa/b+x^v (ii )。
6. 按照权利要求5所述的图像输入设备，其中，所述透镜光轴方向中的 屏蔽部件的高度与距离b大致一致。
7. 按照权利要求1所述的图像输入设备，其中，在所述透镜阵列中多个具透镜形成为面向对象的第一表面和面向图像表面的第二表面配对，并且形成 在面向对象的第一表面上的透镜和形成在面向图像表面的第二表面上的透镜 在对象方向上具有负能量。
8. 按照权利要求1所述的图像输入设备，还包括光源，用来把光照射到 接触平板部件的生命体，其中，所述平板部件具有对于从光源发射的光的透射率。
9. 一种个人认证设备，包括 图像输入设备；以及认证处理部分，通过使用从该图像输入设备输入的对象图像，来进行认 证处理，其中，该图像输入设备包括 透镜阵列，其中排列有多个透镜；屏蔽部件，防止穿过透镜阵列的各个透镜的光线在图像表面上的串扰； 平板部件，当接触活体时，调节在透镜阵列的透镜光轴方向中活体的位置；摄像部分，包括图像表面并且摄取复眼图像，该复眼图像是活体内对象 的缩小图像的集合，该活体的位置由该平板部件调节，该缩小图像由透镜阵 列的多个透镜大致形成在图像表面上；以及处理部分，从摄像部分所摄取的复眼图像再次构成单个图像， 其中，由该处理部分再次构成的单个图像作为对象图像输入。
全文摘要
公开一种图像输入设备，包括透镜阵列，其中排列有多个透镜；屏蔽部件，防止穿过透镜阵列的各个透镜的光线在图像表面上的串扰；平板部件，当接触活体时，调节在透镜阵列的透镜光轴方向中活体的位置；摄像部分，包括图像表面并且摄取复眼图像，该复眼图像是活体内对象的缩小图像的集合，该活体的位置由该平板部件调节，该缩小图像由透镜阵列的多个透镜大致形成在图像表面上；以及处理部分，从摄像部分所摄取的复眼图像再次构成单个图像。图像输入设备把该处理部分再次构成的单个图像作为对象图像输入。
文档编号G06K9/00GK101414354SQ20081017991
公开日2009年4月22日 申请日期2008年9月16日 优先权日2007年9月14日
发明者山中佑治, 森田展弘 申请人:株式会社理光