图像读取装置以及图像读取方法

专利名称：图像读取装置以及图像读取方法
技术领域：
本发明涉及图像读取装置以及图像读取方法，尤其涉及具有发光单元，根 据从拍摄对象接受的光量来读取拍摄对象图像的图像读取装置以及图像读取 方法。
技术背景以往，已知通过在线状的指紋传感器上，沿着与指紋传感器的长度方向大 体垂直的方向扫掠手指，来进行指紋的图像读取的图像读取装置。在该图像读 取装置中，指紋传感器使用了接受光并根据接受的光量输出电气信号的摄像元 件，该摄像元件在检测出手指接近或接触指紋传感器后，按预先设定的光累积 时间取得指紋图像。图9是表示使用现有的图像读取装置取得指紋图像时的光累积时间和取 得指紋图像的关系的图。图9 (a)表示图像读取装置的摄像元件的光累积时 间。在图9(a)中，设想在室内等干扰光的影响较小的环境中取得指紋图像 而设定了光累积时间，将其设定为与室内的图像取得相匹配的固定时间。图9 (b)表示通过在内部具有摄像元件的指紋传感器130取得了在指紋 传感器130上扫掠的手指160的指紋图像的状态。在图9 (b)中，在室内进 行了指紋的图像读取，周围的环境是干扰光140较弱的状态，干扰光140对图 像读取的影响较小。图9 (c)表示在图9(b)的条件下进行指紋图像的读取所取得的指紋图 像的像素数据值。在图9 (c)中表示了在摄像元件中将光电变换元件排列为1 列而得到的线状传感器(Line Sensor)的情况下的像素数据值，指紋的峰和谷 成为传感器输出的差而表示出来，得到可以清晰地区别峰和谷的指紋图像。这样，通过与室内的图像取得相匹配地来设定光累积时间，在干扰光较弱 的室内可以取得清晰的指紋图像。此外，已知如下光电传感器系统的灵敏度调整装置在摄像元件中釆用了
将光电传感器进行二维排列而得到的光电传感器阵列，所述光电传感器使用了 具有感光功能和选择晶体管功能的、具有双栅极构造的薄膜晶体管，在通过光 电传感器阵列取得拍摄对象图像前，将光电传感器阵列的图像读取灵敏度改变 为多个级别来执行预读入动作，针对每个图像读取灵敏度，提取出与图像图案 相关联的特定的测定量的最大值和最小值，由此计算测定量的数据范围，提取 出具有最大数据范围的读取灵敏度，将其作为正规读取动作时设定的读取灵敏 度(例如参照专利文献1 )。专利文献1专利3116950号/>报 发明内容然而，在上述图9所示的现有技术的内容中，在相同状态下在直射日光下 等干扰光较强的环境下取得指紋图像时，在指紋传感器130中过渡累积光，像 素数据的输出饱和，因此存在成为指紋的峰和谷难以判别的图像，无法应用于 指紋认证的问题。图IO是表示使用现有的图像读取装置，在较强的干扰光140下进行指紋 图像的取得的情况的图。图10 (a)表示在较强的干扰光140下，在指紋传感 器130上扫掠手指160来进行指紋图像的图像读取的状态。在图10 (a)中， 在直射日光等较强的干扰光强度的环境下，当手指160在指紋传感器130上扫 掠时，干扰光140的透射光141透过手指160而到达指紋传感器130。图10 (b)表示在图10 (a)的较强的干扰光下进行图像读取时，通过指 紋传感器130取得的指紋图像的像素数据值。在图10 (b)中可知，像素数据 大部分达到输出最大值而饱和，成为难以区别指紋的峰和谷的指紋图像。另外，在上述专利文献l中记载的结构中，在摄像元件中使用了光电传感 器，该光电传感器使用了具有感光功能和选择晶体管功能的、具有双栅极结构 的薄膜晶体管，因此制作成本上升，另外，为了设定读取灵敏度而需要与正规的读入相同的预读入动作，而且到读取灵敏度的设定为止的处理数量较多，因 此存在读取灵敏度的设定需要较长时间的问题。因此，本发明的目的在于，提供以简单的结构并且在通常的图像读取动作 中设定摄像元件的光累积时间，即使在直射光等干扰光较强的环境下也可以取 得具有适当对比度的清晰图像的图像读取装置以及图像读取方法。
为了实现上述目的，本发明的第1方式的图像读取装置(100)的特征在于，具有发光单元(10),其向拍摄对象(150)照射出射光(11);摄像元 件(20),其接受来自所述拍摄对象(150)的入射光(12),产生与接受的光 量相对应的电气信号；拍摄对象接近检测单元(40 ),其检测所述拍摄对象(150 ) 接近该摄像元件(20);干扰光强度判定单元(50)，其当通过该拍摄对象接近 检测单元(40)检测出所述拍摄对象(150)的接近时，将所述发光单元(10) 熄灭，通过所述摄像元件(20)取得规定像素量的所述拍摄对象(150)的图 像，根据该图像的像素数据判定干扰光强度；以及光累积时间设定单元(60), 其才艮据该干扰光强度判定单元(50)判定出的干扰光强度，设定所述摄像元件 (20)的光累积时间。由此，在一连串的图像读取动作中，可以与干扰光强度相匹配地恰当地设 定图像读取装置的摄像元件的光累积时间，可以在适当条件下进行图像读取。本发明的第2方式的特征在于，在第l方式的图像读取装置UOO)中， 所述光累积时间设定单元(60)，当通过所述拍摄对象接近检测单元(40)检 测出所述拍摄对象(150)的接近时，将光累积时间设定为最大值。由此，当判定干扰光强度时，可以不设置多余的制约条件地进行恰当的干 扰光强度的判定。本发明的第3方式的特征在于，在第l或第2方式的图像读取装置(100) 中，所述干扰光强度判定单元(50),将所取得的每一个所述像素数据的输出 与规定的多个阔值进行比较，将所述像素数据分类于与光强度对应的多个区 域，根据该区域的度数(a、 b、 c)判定干扰光强度。由此，可以通过简单的判定方法，运算负担较少地恰当地判定干扰光强度， 可以迅速地进行光累积时间的设定，在适当条件下进行图像读取。本发明的第4方式的特征在于，在第1至第3任意一种方式的图像读取装 置(100)中，所述拍摄对象(150)是手指，所述摄像元件(20)是将多个光 电变换元件排列为线状的线状传感器，所述像素数据是通过在所述线状传感器 上扫掠所述手指而取得的线状像素数据的规定条数的像素数据。由此，可以在适当的光累积时间的条件下，进行使用扫掠式指紋传感器的 指紋图像读取装置的指紋图像的读取，可以取得能够清晰地区别指紋的峰和谷200810127243.6说明书第4/17页的指紋图像，可以提高指紋的认证精度。本发明的第5方式的特征在于，在第1至第4任意一种方式的图像读取装置(100)中，所述摄像元件(20),按通过所述光累积时间设定单元(60)而 设定的光累积时间，对所述拍摄对象(150 )进行拍摄，读取所述拍摄对象(150 ) 的图像。由此，可以按最佳设定的光累积时间进行拍摄对象的图像读取，无论干扰 光在什么条件下都可以取得清晰的图像。本发明的第6方式的特征在于，在第1至第5任意一种方式的图像读取装 置(100)中，还具有发光时间设定单元(70),其根据通过所述干扰光强度判 定单元(50)判定的干扰光强度，设定所述发光单元的点亮时间。由此，也可以根据干扰光强度来控制发光单元的发光时间，可以进一步高 精度地改善图像读取时的拍摄条件。本发明的第7方式的图像读取方法的特征在于，具有如下步骤检测出拍 摄对象(150)已接近摄像元件(20)的步骤；在使发光单元(10)熄灭的状 态下，通过所述摄像元件(20)对规定像素量的所述拍摄对象(150)的图像 进行拍摄，取得该图像的像素数据的步骤；根据该像素数据判定干扰光强度的 步骤；根据该干扰光强度设定所述摄像元件(20)的光累积时间的步骤；以及 通过所述摄像元件(20)对所述拍摄对象(150)进行拍摄的步骤。由此，在一连串的图像读取动作中，可以根据干扰光强度恰当地设定拍摄 元件的光累积时间，可以迅速地读取清晰的图像。本发明的第8方式的特征在于，在第7方式的图像读取方法中，取得所述 像素数据的步骤将所述摄像元件(20)的光累积时间设定为最大值。由此，可以不附加多余制约条件地恰当地取得像素数据，可以准确地进行 干扰光强度的判定。本发明的第9方式的特征在于，在第7或第8方式的图像读取方法中，所 述判定干扰光强度的步骤包含以下步骤将所述像素数据与规定的多个阈值进 行比较，将所述像素数据分类于与干扰光强度对应的多个区域，计算该区域的 度数(a、 b、 c)的步骤；以及将所述度数与规定的阔值进行比较，判定所述 干扰光强度的步骤。
由此，可以通过简单的算法迅速地判定干扰光强度，可以在一连串的图像 读取动作中，在与干扰光相匹配的条件下可靠地执行图像读取。本发明的第IO方式的特征在于，在第7至第9方式的图像读取方法中，所述拍摄对象(150)是手指，所述摄像元件(20)是将多个光电变换元件排 列为线状的线状传感器，所述像素数据是通过在所述线状传感器上扫掠所述手 指而取得的线状的像素数据的规定条数的像素数椐。由此，可以使用线状传感器的初始帧数据来恰当地设定光累积时间，可以 读取能够明确地区别峰和谷的清晰的指紋图像，可以使指紋的认证精度不受干 扰光强度影响地提高。本发明的第11方式的特征在于，在第7至第IO的任意一种方式的图像读 取方法中，还具有发光时间设定步骤根据在所述判定干扰光强度的步骤中判 定出的干扰光强度，设定所述发光单元的点亮时间。由此，也可以与干扰光强度相匹配地恰当地设定发光单元的发光时间，可 以进行更清晰的图像读取。此外，上述括号内的参照符号是为了易于理解而附加的，只不过是一个例 子，不限定于图示的形态。根据本发明，可以与干扰光强度相匹配地恰当地设定摄像元件的光累积时 间，可以与周围的干扰光强度无关地始终进行清晰的图像读取。


图1是表示应用了本发明的实施例中的图像读取装置100的图。图2是表示拍摄对象150接近摄像元件20的状态的图。其中，图2 ( a)表示手指接近，使发光单元IO点亮的状态。图2 (b)表示在手指接近的状态下使发光单元10熄灭的状态。图3是表示像素数据输出的图。其中，图3 (a)表示使发光单元IO点亮而取得的拍摄对象150的像素数据值。图3 ( b )表示使发光单元10熄灭而取得的拍摄对象150的像素数据值。图4是表示为了进行千扰光强度判定而取得了像素数据的状态的图。图5是表示干扰光强度判定用的像素数据取得时的光累积时间设定条件的图。
图6是干扰光强度判定算法的判定流程图。图7是表示按照与干扰光强度等级相对应的模式而区别的参数设定例的图。其中，图7 (a)表示像素数据输出周期以及发光时间的最大时间。图7 (b)表示直射光模式中的光累积时间以及发光时间。图7 (c)表示日光强模 式中的光累积时间以及发光时间。图7 (d)表示日光弱模式中的光累积时间 以及发光时间。图7 (e)表示室内模式中的光累积时间以及发光时间。图8是表示光累积时间设定后的拍摄对象150的图像读取状态的图。图9是现有的图像读取装置的光累积时间和取得指紋图像的关系图。其 中，图9 (a)表示图像读取装置的摄像元件的光累积时间。图9(b)表示取 得了手指160的指紋图像的状态。图9 (c)表示在图9 (b)的条件下取得的 指紋图像的像素数据值的图。图IO是表示通过现有的图像读取装置，在较强的干扰光140下取得了指 紋图像的状态的图。其中，图10 (a)表示在较强的干扰光140下进行指紋图 像的图像读取的状态。图10 (b)表示在较强的干扰光下进行了图像读取时的 指紋图像的像素数据值。符号说明10发光单元、11出射光、12入射光、13透射光、20摄像元件、21像 素、25图像引导器、30壳体、40拍摄对象接近检测单元、50干扰光强度判 定单元、60光累积时间设定单元、70发光时间设定单元、100图像读取装置、 140干扰光、150拍^聂对象具体实施方式
以下，参照

用于实施本发明的最佳方式。图1是表示应用了本发明的实施例中的图像读取装置100的图。在图1中， 本实施例中的图像读取装置IOO具备发光单元IO、摄像元件20、拍摄对象 接近检测单元40、干扰光强度判定单元50、光累积时间设定单元60。而且， 本实施例中的图像读取装置100根据需要还可以具备图像引导器(image guide) 25、壳体30、发光时间设定单元70。发光单元10是用于向拍摄对象照射出射光的单元。发光单元10例如可以 应用红外LED (发光二极管)，也可以应用其它LED等照明单元。在发光单
元10中应用红外LED时，发光单元10将红外线照射在拍摄对象上。摄像元件20是用于接受来自拍摄对象150的入射光，根据接受的入射光 的光量输出电气信号对拍摄对象150进行拍摄的元件。摄像元件20例如可以 是如下结构排列了多个由光电变换元件构成的像素21，将各像素接受的入 射光变换为电气信号后输出，输出与光量相对应的电压的电气信号。由此，可 以通过电压值表现各像素21接受的光量，因此，可以表现各像素的灰度，整 体地构成图像，图像读取成为可能。此外，表示与像素21的电压值相对应的 值的像素数据值，可以通过例如0~255的输出值来表现，于是可以表现全部 的灰度。摄像元件20例如可以是将多个像素21横向排列成1列，将整体的形状构 成为线状而得到的线状传感器。线状传感器的像素21可以在纵向上排列1个 像素，在横向上排列多个像素，例如排列126个、256个、512个像素等上百 个单位的像素。将摄像元件20做成线状传感器时，无法一次读取拍摄对象150 的图像全体，因此，当拍摄对象150在线状传感器上沿纵向(与线状传感器垂 直的方向)移动时，通过线状传感器取得顺次移动的拍^t聂对象150的部分图像， 对其进行合成来读取拍摄对象150的全体图像。此外，在摄像元件20中应用 线状传感器时，可以将其构成l条，也可以是包含多条的结构。此外，摄像元件20可以是以2维方式排列像素21而得到的2维型摄像元 件。另外，应用于各像素21的光电变换元件可以应用各种元件，例如也可以 应用光电二极管构成CCD ( Charge Coupled Device )传感器。摄像元件20接受来自拍摄对象150的入射光，但在该入射光中除了与通 过发光单元10照射到拍摄对象150上的出射光相对应的反射光以外，还包含 干扰光的透射光。即，进行拍摄对象150的图像读取时，若像室内环境那样干 扰光的强度较弱，则通过发光单元10照射在拍摄对象150上的出射光的反射 光占大部分。然而，在直射日光下那样干扰光强度较高的环境下进行拍摄对象 150的图像读取时，透过拍才聂对象150的透射光也#:4聂<象元件20接受。这样， 摄像元件20不区别反射光和透射光地接受来自拍摄对象150的入射光。摄像元件20的各像素21在其表面上可以具有开闭单元(未图示)。开闭 单元是按照摄像元件20接受光的光累积时间来进行开闭的单元，起到作为所
谓遮光器(shutter)的作用。即，开闭单元按光累积时间打开，在光累积时间 以外关闭。由此，可以调整摄像元件20的各像素21的光累积时间。图像引导器25是用于把来自拍摄对象150的入射光引导至摄像元件20的 管路。在图像引导器25中例如可以应用光纤，实现使摄像元件20高效地接受 来自拍摄对象150的入射光的波导管的功能。在想要将来自拍摄对象150的入 射光高效地引导至摄像元件20的情况下，可以根据需要来使用。此外，在图1中表示了作为拍摄对象150而应用了手指的例子。在这种情 况下，读取手指的指紋的图像。以下，为了易于理解，说明了将本实施例中的 图像读取装置IOO具体应用于指纹图像读取装置中的例子，但在拍摄对象150 是其它生物体或物体时，也可以应用本实施例的图像读取装置100。即，若拍 摄对象150是在接近或接触摄像元件20时通过摄像元件20检测来自从发光单 元10照射到拍摄对象150的出射光的入射光、由此可以读取拍摄对象150的 图像的拍摄对象150,则可以将本实施例的图像读取装置IOO应用于各种形态 的拍摄对象150的图像读取中。壳体30是用于容纳发光单元10、摄像元件20以及图像引导器25的容纳 单元，形成指紋传感器的外形。壳体30的上部理想的是使用玻璃等透明材料。 当拍摄对象150是手指时，通过在壳体30上方扫掠手指，壳体30内的发光单 元10从壳体30上部向接触的手指的指紋形成面照射出射光，仍然从壳体30 上部由摄像元件20接受入射光来进行指紋的拍摄。拍摄对象接近检测单元40是检测拍摄对象150接近摄像元件20的单元。 在后面描述具体的用于检测的运算内容，拍摄对象接近检测单元40与发光单 元10和摄像元件20相连，控制发光单元10的点亮以及熄灭，并且根据来自 摄像元件20的像素数据进行拍摄对象接近检测。即，根据发光单元10点亮时 来自摄像元件20的像素数据、和熄灭发光单元10时来自摄像元件20的像素 数据，检测拍摄对象的接近。拍摄对象接近检测单元40根据像素数据进行用 于拍摄对象接近检测的运算处理，因此，可以通过微处理器或规定的电子电路 等构成运算处理单元。干扰光强度判定单元50是用于判定干扰光强度的运算处理单元。干扰光 强度判定单元50与拍摄对象接近检测单元40连接，当通过拍摄对象接近检测 单元40检测出拍摄对象150接近摄像元件20时，进行干扰光强度的判定。在检测出拍摄对象的接近后进行干扰光强度的判定的原因在于，干扰光强度的判定是为了设定对拍摄对象150进行拍摄来进行图像读取时的最佳条件而进行 的判定，因此，若未达到可以对拍摄对象150进行拍摄的状态，则判定干扰光 强度没有意义。另外，干扰光强度判定单元50与发光单元10以及摄像元件20连接，控 制发光单元10的熄灭，并且根据从摄像元件20取得的像素数据，进行干扰光 强度的判定。根据干扰光强度来判定处于哪个干扰光强度区域，通过进行该模 式判定来进行干扰光强度的判定。此外，通过干扰光强度判定单元50执行的 干扰光强度判定的具体运算内容，也在后面进行描述。光累积时间设定单元60是用于根据由干扰光强度判定单元50判定出的干 扰光强度，设定摄像元件20的各像素21的光累积时间的单元。例如，可以通 过根据干扰光强度的模式而选择预先设定的光累积时间，来进行光累积时间的 设定。另外，光累积时间设定单元60也与拍摄对象接近检测单元40连接，当 拍摄对象接近检测单元40进行拍摄对象接近检测时，也设定摄像元件20的光 累积时间。摄像元件20的各像素21的开闭单元按照设定的光累积时间开闭各 像素21。发光时间设定单元70是根据由干扰光强度判定单元50判定出的干扰光强 度，设定进行拍摄对象150的图像读取时的发光单元10的发光时间(点亮时 间)的单元。理想的是根据干扰光强度，也与之恰当对应地设定发光时间，因 此可以根据需要设置发光时间设定单元70。此外，图像读取装置IOO,当通过其它单元而具备自动调整发光时间的功 能时也可以不设置发光时间设定单元70,而通过自动调整该发光时间的其它 单元来调整发光时间。接着，使用图2和图3，说明由拍摄对象接近检测单元40执行的拍摄对 象接近^r测的方法。图2是表示拍摄对象150接近摄像元件20的状态的图。图2 (a)表示作为拍摄对象150的手指接近摄像元件20，使发光单元10 点亮的状态。在图2 ( a)中，当作为拍摄对象150的手指接近摄像元件20时， 若使发光单元10点亮，则从发光单元10向拍摄对象150照射出射光，通过摄像元件20接受来自拍摄对象150的入射光12,可以取得拍摄对象150的图像、 即指紋图像。图2 (b)表示在作为拍摄对象150的手指接近摄像元件20的状态下，使 发光单元10熄灭的状态。在图2 (b)中，通过使发光单元10熄灭，不将出 射光11照射到拍摄对象150上，从而在摄像元件20中也不接受入射光12。 因此，通过图像读取装置IOO取得的图像全体是黑色图像。图3是表示在图2 (a)、 (b)的状态下取得的图像的像素数据输出的图。图3 (a)对应于图2 (a),表示在拍摄对象150接近摄像元件20的状态 下使发光单元10点亮而取得的像素数据值。在图3 (a)中，在摄像元件20 中应用横向具有126像素的线状传感器，表示了线状传感器的1行的像素数据 输出值。横轴表示排列为横向1列的像素21的像素号码，纵轴表示各像素21 的像素数据输出值。如图3(a)所示，像素21对应于拍摄对象150表面的凹 凸、即指紋的峰和谷，在0-255之间表示各种像素数据输出值。如图3(a)所示，若在拍摄对象150接近摄像元件20的状态下，通过发 光单元10将出射光11照射在拍摄对象150上，则在摄像元件20中，入射光 12根据拍摄对象150的凹凸图案而变化，因此各像素21的像素数据输出值不 同，产生波动。然后，通过存储该图像数据输出值的最大值，可以存储像素数 据中最明亮的像素数据。另 一方面，若拍摄对象150是未接近的状态，则摄像元件20接受来自周 围的入射光，因此各像素21的像素数据输出值成为与周围的环境对应的大体 固定的值，不太产生像素间的差异。图3 (b)对应于图2 (b),表示在拍摄对象150接近的状态下使发光单元 IO熄灭而取得的拍摄对象150的像素数据输出值。如图2 (b)中说明的那样， 当熄灭发光单元10时，摄像元件20中没有来自拍摄对象150的入射光12， 并且摄像元件20被拍摄对象150覆盖，成为不接受光的状态，因此像素数据 输出值成为各像素大体固定的较低的值，取得全体较暗的图像的像素数据。这样，若在拍摄对象150接近摄像元件20的状态下熄灭发光单元10,则 各像素21的像素数据输出值同样地表示较低的值。此时，若存储像素数据输
出值的最大值，则可以存储图2 (b)的状态中的最明亮的像素数据。另一方面，若拍摄对象150未接近，则拍摄对象150不覆盖摄像元件20， 因此即使发光单元IO熄灭，也接受来自周围环境的光，各像素21的像素数据 输出值表示与周围的环境对应的大体固定的值。这样，在图3 (a)、 (b)的任意一种情况下，根据拍摄对象150是否接近 摄像元件20,所取得的像素数据不同。当拍摄对象150接近时，在使发光单 元10点亮的情况下，像素数据输出值的最大值表示某种程度的较大值，在使 发光单元10熄灭的情况下，像素数据输出值的最大值变小，因此，比较发光 单元10的点亮时和熄灭时的像素数据输出最大值，若相差一定以上，则可以 判断出拍摄对象150已接近。另一方面，若拍摄对象150未接近，则摄像元件20与发光单元10的点亮 或熄灭无关地接受来自周围的环境光，因此，像素数据输出值的最大值表示大 体固定的值，其差成为较小的值。在拍摄对象接近^H则单元40中，进行所述发光单元10的点亮.熄灭的控 制、和像素数据输出值的最大值的比较运算，检测拍摄对象150是否已接近摄 像元件20。此外，在本实施例中，若拍摄对象150接近摄像元件20则可以检测出接 近，因此举例说明了拍摄对象150接近摄像元件20的状态下的例子，但即使 拍摄对象150与摄像元件20接触，当然也同样可以检测出拍摄对象150的接 近(在这种情况下是接触)。在这种情况下，像素数据输出值大小的差进一步 变大，因此检测本身更加容易。接下来，使用图4至图6，说明通过干扰光强度判定单元50以及光累积 时间设定单元60进行的干扰光强度判定的控制以及运算处理内容。图4是表示为了进行干扰光强度判定而取得了像素数据的状态的图。在图 4中，发光单元10被熄灭，通过摄像元件20执行拍摄对象150的图像读取。 由于发光单元10已被熄灭，因此不产生来自发光单元10的出射光11导致的 入射光12,但来自周围的干扰光140透过拍摄对象150，产生了透射光13。 并且，摄像元件20接受由该干扰光140引起的透射光13。为了判定干扰光强度，需要知道单纯的干扰光对图像读取的影响。因此，在干扰光强度判定单元50中，若检测出拍摄对象150已接近，则熄灭发光单元10,在这种状态下进行拍摄对象150的图像读取，首先在最初进行取得拍摄对象图像的像素数据的控制。在熄灭发光单元10的状态下取得的像素数据，有为了判定干扰光强度而 需要的足够的规定像素数即可。若检测出拍摄对象150的接近，则立即预测开 始拍摄对象150的图像读取所需要的扫掠移动等动作，因此，取得本来需要的、 不使图像读取区域减少的程度的规定像素数的像素数据。例如，在摄像元件 20为2线状传感器、1条线具有126像素的情况下，可以将最初的10帧左右 分配给干扰光强度判定用的像素数据取得。当干扰光强度判定用的像素数据为 IO帧时，通过126像素x2 x 10 = 2520像素的像素数据来判定干扰光强度。干 扰光强度判定所需的规定像素数，可以根据用途和摄像元件的形态来设定适当 的数量。图5是表示取得用于在图4中执行的干扰光强度判定的像素数据时的、摄 像元件20的光累积时间的设定条件的图。在图5中将光累积时间设定为最大 值。例如，当摄像元件20成为输出每100 (fisec )所取得的像素数据的周期结 构时，将摄像元件20的光累积时间设定为最大值100 ((isec)。通过进行这种 设定，可以不对接受由干扰光引起的透射光13的摄像元件20的光累积时间设 置多余限制地，取得基于单纯的透射光13的像素数据。光累积时间设定单元60，若通过拍摄对象接近检测单元40检测出拍摄对 象150的接近，则立即将摄像元件20的光累积时间设定为最大值。即，当千 扰光强度判定单元50取得了干扰光强度判定用的像素数据时进行设定，以使 光累积时间成为最大值。此外，千扰光强度判定用的像素数据取得时的光累积时间的设定，设定为 摄像元件20的输出周期的最大值是最简单的控制，但也可以根据用途和摄像 元件20的形态设定为规定的一定时间。干扰光强度判定用的像素数据取得时 的光累积时间的设定，为使干扰光强度的判定易于进行，可以根据用途设定为 适当时间。图6是通过干扰光强度判定单元50以及光累积时间设定单元60执行的、 干扰光强度判定算法的判定流程图。
在图6中，在步骤100中，当通过拍摄对象接近检测单元40检测出拍摄对象150的接近时，通过光累积时间设定单元60将摄像元件20的光累积时间 设定为最大值。另外，通过干扰光强度判定单元50将发光单元IO控制为熄灭 状态。在步骤110中，执行用于干扰光强度判定的拍摄对象150的图像读取，取 得规定像素量的像素数据。例如若是在横向具有126像素的2线状传感器，则 将规定像素设定为IO帧的2520像素这样的图像读取初期的规定像素。另外， 例如拍摄对象150是手指时读取指紋图像，但在指紋图像的情况下，手指尖端 部分的指紋峰谷清晰部分的图像对于认证来说是重要的，因此，初始的接近手 指根部的部分，作为图像的重要度比尖端部稍差一些。也可以考虑所述拍摄对 象150的图像区域的重要度，来决定用于干扰光强度判定的规定像素。在步骤120中，将步骤110中取得的每一个像素21的像素数据输出值A 与规定的直射光等级的阈值进行比较。直射光等级的阈值，例如在0 255的 输出值中可以是IOO左右的设定值。阈值的设定，可以根据现状设定为适当值。 当像素数据输出值A比直射光等级的阈值高时，进入步骤150,在对直射光等 级的干扰光强度进行表示的区域的度数a上加1。另一方面，当像素数据输出 值A比直射光等级的阈值低时，进入步骤130。在步骤130中，比较判定像素数据输出值A是否超过了规定的日光强等 级的阈值。日光强等级的阈值，以表示比日光更强的等级的干扰光强度作为基 准，例如在0~255的输出值的范围内可以设定为50左右。该阈值也可以根据 用途和形态来设定为适当值。当像素数据输出值A超过日光强等级的阈值时， 进入步骤160,在对日光强等级的干扰光强度进行表示的区域的度数b上加1。 另一方面，当像素数据输出值A比日光强等级的阈值小时，进入步骤140。在步骤140中，判定像素数据输出值A是否超过表示比日光弱的等级的 规定的日光弱等级的阈值。日光弱等级的阈值，例如在0~ 255的输出值的范 围中可以设定为20左右。该阈值也可以根据用途和形态来进行适当设定。当 像素数据输出值A超过日光弱等级的阈值时，进入步骤170,在对日光弱等级 的干扰光强度进行表示的区域的度数c上加1。另一方面，当像素数据输出值 A比日光弱等级的阈值小时，进入步骤180。
在步骤180中，当像素数据输出值A未超过日光弱等级的阈值时，进行不对度数计数的处理。然后，进入步骤190。在步骤190中，判定是否对全部的规定像素执行了步骤120 ~ 180的判定 处理流程。例如，将上述1条线126像素的2线状传感器应用于摄像元件20 时，判定2520像素是否全部结束。若步骤120~ 180的处理对于全部规定像素 21未结束，则重复步骤120- 180的处理，直到针对干扰光强度判定用的全部 像素21,结束属于哪个干扰光强度等级的区域的判定为止。另一方面，在步骤190中，当针对干扰光强度判定用的全部的规定像素， 像素数据输出值A的等级判定结束时，计算出针对规定像素量的度数分布。 在步骤190结束后进入步骤200。在步骤200中，判定表示直射光等级的区域中的像素数的度数a是否多于 规定的直射光度数阈值。直射光度数阈值，例如在0 2520像素的范围内可以 设定为100左右。该阈值也可以根据用途和形态来设定为适当值。当表示直射光等级的区域中的像素数的度数a超过直射光度数阈值时，进 入步骤230,进行应该进行基于直射光用参数的光累积时间设定的干扰光强度 判定，干扰光强度判定单元50结束该处理。光累积时间设定单元60根据干扰 光强度判定单元50的判定结果，将摄像元件20设定为基于直射光用参数的光 累积时间。另一方面，当表示直射光等级的区域中的像素数的度数a未超过直 射光度数阈值时，进入步骤210。在步骤210中，判定表示日光强等级的区域中的像素数的度数b是否多于 规定的日光强度数阈值。日光强度数阈值，例如在0 2520像素的范围内可以 设定为IO左右。该阁值也可以根据用途和形态而设定为适当值。当表示日光强等级的区域中的像素数的度数b超过了日光强度数阈值时， 进入步骤240,进行应该进行基于日光强用参数的光累积时间设定的千扰光强 度判定，干扰光强度判定单元50结束该处理。光累积时间设定单元60根据干 扰光强度判定单元50的判定结果，将摄像元件20设定为基于日光强用参数的 光累积时间。另一方面，当表示日光强等级的区域中的像素数的度数b未超过 曰光强度数阈值时，进入步骤220。在步骤220中，判定表示日光弱等级的区域中的像素数的度数c是否多于
规定的日光弱度数阈值。日光弱度数阈值，例如在0 2520像素的范围内可以 设定为o左右。该阈值也可以根据用途和形态而设定为适当值。当表示日光弱等级的区域中的像素数的度数c超过日光弱度数阔值时，进 入步骤250,进行应该进行基于日光弱用参数的光累积时间设定的干扰光强度 判定，干扰光强度判定单元50结束该处理。光累积时间设定单元60根据千扰 光强度判定单元50的判定结果，将摄像元件20设定为基于日光弱用参数的光 累积时间。另一方面，当表示日光弱等级的区域中的像素数的度数c未超过日 光弱度数阈值时，进入步骤260。在步骤260中，通过干扰光强度判定单元50进行应该进行基于室内用参 数的光累积时间设定的千扰光强度判定，干扰光强度判定单元50结束该处理。 光累积时间设定单元60根据干扰光强度判定单元50的判定结果，将摄像元件 20的光累积时间设定为基于室内用参数的光累积时间。这样，在本实施例的图像读取装置IOO以及图像读取方法中，判定干扰光 强度，与之相对应地设定摄像元件20的光累积时间。由此，可以按与干扰光 强度对应的最佳的光累积时间进行图像读取。图7是表示通过光累积时间设定单元60以及发光时间设定单元70设定 的、按照与干扰光强度等级相对应的模式而区别的参数设定例的图。图7是左 侧表示通过光累积时间设定单元60设定的光累积时间的设定例、右侧表示通 过发光时间设定单元70设定的发光时间(点亮时间)的设定例的时序图。图7 (a)表示摄像元件20的像素数据输出周期以及发光单元10的点亮 时间的最大时间。在图7(a)中，当摄像元件20的像素数据的输出周期是100 (lisec)时，光累积时间的最大设定值成为100 ()isec)。另外，发光单元10 的点亮时间， 一般并非是在光累积时间的全部时间内点亮，而是在比光累积时 间短的时间内点亮，所以当光累积时间为100 (jisec )时设定为例如80 ((isec ) 左右。图7 (b)表示判定干扰光强度处于直射光等级，直射光模式中的光累积 时间以及发光时间。在图7(b)中，在直射光模式中干扰光强度高，当将光 累积时间设定得较长时，摄像元件20的受光量增多，大量像素数据可能达到 最大值而成为饱和状态。因此，将摄像元件20的光累积时间设定为最大值的30%即30 (iisec)，将发光单元10的点亮时间设定为0 (^tsec )。由于仅通过 干扰光的透射光13的光量就可以进行拍摄对象150的图像读取，因此将发光 单元10的点亮时间设为0 ( psec)。图7 (c)表示判定干扰光强度处于日光强等级，日光强模式中的光累积 时间以及发光时间。在图7 (c)中，摄像元件20的光累积时间比图7 (b)的 直射光模式延长，设定为50(psec)。另外，设定发光单元IO使其点亮一会儿， 设定为5 ((isec)的点亮时间。图7 (d)表示判定干扰光强度处于日光弱等级，日光弱模式中的光累积 时间以及发光时间。在图7 (d)中，摄像元件20的光累积时间比图7 (c)的 日光强模式进一步稍微延长，设定为60 ( psec )。另外，发光单元10的点亮时 间也比日光弱模式进一步稍微延长，设定为10 (psec)。图7 (e)表示判定干扰光强度等级处于室内等级，室内模式中的光累积 时间以及发光时间。在图7(e)中是几乎没有干扰光的影响的状态，因此将 摄像元件20的光累积时间设定为最大的100(psec)。另外，发光单元10的点 亮时间也比日光强模式进一步延长，设定为20 (psec)。这样，在本实施例的图像读取装置100以及图像读取方法中，根据干扰光 强度判定单元50所判定出的干扰光强度，通过光累积时间设定单元60可以进 行适当的光累积时间的设定。另外，根据需要，通过发光时间设定单元70也 设定发光时间，可以达到更适当的拍摄条件。此外，图7所示的例子只不过是设定的一例，可以根据用途和形态来进行 适当设定。图8是表示本实施例的图像读取装置100在摄像元件20的光累积时间设 定后进行拍摄对象150的图像读取的状态的图。本实施例的图像读取装置100, 在根据干扰光强度设定摄像元件20的光累积时间后，根据需要使发光单元10 点亮，伴随着拍摄对象150的进一步的扫掠等移动，通过摄像元件20进行图 像读取。在图8中，使作为拍摄对象150的手指在跟前扫掠，取得了从手指根 部侧到尖端的指紋图像。在将手指的根部侧在摄像元件20上扫掠的初始阶段， 适当地设定了光累积时间，因此，在光累积时间的设定以后可以取得能够清晰 地区别指紋的峰和谷的指紋图像。
光累积时间设定后的通常的图像读取中，从发光单元向作为拍摄对象150 的手指照射出射光11，通过来自拍摄对象150的入射光12可以对指紋进行拍 摄，取得清晰的指紋图像。这样，根据本实施例的图像读取装置IOO以及图像读取方法，在一连串的图像读取的动作中迅速地判定干扰光强度，并以此为基础恰当地设定摄像元件20的光累积时间，可以读取、取得清晰的指紋图像。以上，详细说明了本发明的优选实施例，但本发明不限于上述实施例，在 不超出本发明范围的情况下，可以对上述实施例进行各种变形以及替换。
权利要求
1. 一种图像读取装置，其特征在于，具有发光单元，其向拍摄对象照射出射光；摄像元件，其接受来自所述拍摄对象的入射光，产生与接受的光量相对应的电气信号；拍摄对象接近检测单元，其检测所述拍摄对象接近该摄像元件；干扰光强度判定单元，其当通过该拍摄对象接近检测单元检测出所述拍摄对象的接近时，将所述发光单元熄灭，通过所述摄像元件取得规定像素量的所述拍摄对象的图像，根据该图像的像素数据判定干扰光强度；以及光累积时间设定单元，其根据该干扰光强度判定单元判定出的干扰光强度，设定所述摄像元件的光累积时间。
2. 根据权利要求1所述的图像读取装置，其特征在于，所述光累积时间设定单元，当通过所述拍摄对象接近检测单元检测出所述 拍摄对象的接近时，将光累积时间设定为最大值。
3. 根据权利要求1或2所述的图像读取装置，其特征在于， 所述干扰光强度判定单元，将所取得的每一个所述像素数据的输出与规定的多个阈值进行比较，将所述像素数据分类于与光强度对应的多个区域，根据 该区域的度数判定干扰光强度。
4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的图像读取装置，其特征在于， 所述拍摄对象是手指，所述摄像元件是将多个光电变换元件排列为线状的线状传感器， 所述像素数据是通过在所述线状传感器上扫掠所述手指而取得的、线状像 素数据的规定条数的像素数据。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的图像读取装置，其特征在于， 所述摄像元件，按通过所述光累积时间设定单元而设定的光累积时间，对所述拍摄对象进行拍摄，读取所述拍摄对象的图像。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的图像读取装置，其特征在于， 还具有发光时间设定单元，其根据通过所述干扰光强度判定单元判定的干扰光强度，设定所述发光单元的点亮时间。
7. —种图像读取方法，其特征在于，具有如下步骤检测拍摄对象接近摄像元件的步骤；在使发光单元熄灭的状态下，通过所述摄像元件对规定像素量的所述拍摄 对象的图像进行拍摄，取得该图像的像素数据的步骤； 根据该像素数据判定干扰光强度的步骤；根据该干扰光强度设定所述摄像元件的光累积时间的步骤；以及 通过所述摄像元件对所述拍摄对象进行拍摄的步骤。
8. 根据权利要求7所述的图像读取方法，其特征在于， 取得所述像素数据的步骤中，将所述摄像元件的光累积时间设定为最大值。
9. 根据权利要求7或8所述的图像读取方法，其特征在于， 所述判定干扰光强度的步骤包含以下步骤将所述像素数据与规定的多个阈值进行比较，将所述像素数据分类于与干 扰光强度对应的多个区域，计算该区域的度数的步骤；以及将所述度数与规定的阈值进行比较，判定所述干扰光强度的步骤。
10. 根据权利要求7至9中任意一项所述的图像读取方法，其特征在于， 所述拍摄对象是手指，所述摄像元件是将多个光电变换元件排列为线状的线状传感器， 所述像素数据是通过在所述线状传感器上扫掠所述手指而取得的、线状像 素数据的规定条数的像素数据。
11. 根据权利要求7至10中任意一项所述的图像读取方法，其特征在于， 还具有发光时间设定步骤根据在所述判定干扰光强度的步骤中判定出的干扰光强度，设定所述发光单元的点亮时间。
全文摘要
本发明提供图像读取装置及图像读取方法，在图像读取动作中迅速设定摄像元件的光累积时间，在直射日光等干扰光较强的环境下也能取得有适当对比度的清晰图像。该图像读取装置具备向拍摄对象照射出射光的发光单元；接受来自所述拍摄对象的入射光，产生与接受的光量对应的电气信号的摄像元件；检测出所述拍摄对象已接近该摄像元件的拍摄对象接近检测单元；通过该拍摄对象接近检测单元检测出所述拍摄对象接近时，熄灭所述发光单元，通过所述摄像元件取得规定像素量的所述拍摄对象的图像，根据该图像的像素数据判定干扰光强度的干扰光强度判定单元；根据该干扰光强度判定单元所判定的干扰光强度，设定所述摄像元件的光累积时间的光累积时间设定单元。
文档编号H04N1/04GK101398888SQ20081012724
公开日2009年4月1日 申请日期2008年6月30日 优先权日2007年9月27日
发明者水岛悟史, 田原良则 申请人:三美电机株式会社