TWI403960B - 用來鑑定使用者之成像設備及方法 - Google Patents

Description

用來鑑定使用者之成像設備及方法

本發明係關於在藉由成像手部而採集之生物特徵資料之基礎上，用來識別影像而決定使用者之成像設備。

在藉由提取手指之影像而識別使用者之生物特徵資料鑑定技術中，已導入一對照先前儲存之資料而匹配例如指紋或血管圖案之手指皮膚圖案的系統。此外，甚至在使用手掌影像而識別使用者之生物特徵資料鑑定技術中，亦提出一對照先前儲存之資料而匹配例如掌紋或手掌血管圖案之在皮膚表面上之圖案的系統。例如，對於安裝在銀行之自動櫃員機(ATM)而言，使用者係使用手指或手掌之生物特徵資料而加以鑑定。

可是，像ATM這種多數人使用的機器，由於需要碰觸他人碰觸過之物而進行生物鑑定，亦即需使用接觸式成像設備而成像及輸入生物特徵資料的方法，一般而言使用者不喜歡使用。

因此，作為相關技藝之技術文件，日本專利公開號第2003-85538號揭露一使用手指之指紋作為生物特徵資料的方法，作為有關非接觸式生物特徵資料成像設備之技術。

此外，日本專利公開號第H07(1995)-21373號揭露一使用手指之血管作為生物特徵資料的方法。

此外，日本專利公開號第2006-107401號揭露一使用手掌之血管作為生物特徵資料的方法。

然而，在上列之專利文件中，用於識別影像之成像設備分別使用不同之光學系統及成像單元。因此，當考慮用於鑑定例如指紋及掌紋之複數個生物特徵資料之技術時，用於識別影像之成像設備必須使用複數個輸入設備及成像單元。因此，用於識別影像之成像設備在實現降低尺寸及生產成本方面有其困難。

本發明之一目的為提供用以識別影像而鑑定使用者之一高度準確的成像設備。

根據本發明之一實施樣態，提供一用以識別影像之成像設備，其包含：一成像單元，包含用以導引手掌之成像區域之手掌導引單元、用以導引手指之成像區域之手指導引單元、及用以成像該手掌及該手指之該成像區域之生物特徵資料之成像單元。

根據本發明之一實施樣態，提供一用以識別影像之成像方法，其包含：一用以成像由手指導引單元所導引之手指成像區域的手指成像步驟、一用以對照先前儲存之手指影像資料而匹配成像之手指資料的手指影像匹配步驟、一用以成像由手掌導引單元所導引之手掌成像區域的手掌成像步驟、一用以對照先前儲存之手掌影像資料而匹配手掌之成像資料的手掌影像匹配步驟、及一根據匹配資料之結果而識別及決定使用者的鑑定決定步驟。

根據本發明之一實施樣態，一電腦可讀取媒體，其上記錄一程式以使電腦能夠執行；一用以成像由手指導引單元所導引之手指成像區域的手指成像功能、一用以對照先前儲存之手指影像資料而匹配成像之手指資料的手指影像匹配功能、一用以成像由手掌導引單元所導引之手掌成像區域的手掌成像功能、一用以對照先前儲存之手掌影像資料而匹配手掌之成像資料的手掌影像匹配功能、及一根據匹配資料之結果而識別使用者的鑑定決定功能。

以下將詳細說明本發明之第一實施例。

參照圖1，茲說明本實施例之生物特徵資料識別成像設備(以下稱為「成像設備」)。成像設備設有在成像設備100之內的例如相機等之成像單元104。成像設備100包含用以導引指紋及/或手指血管圖案的成像區域至合適的位置以成像之指尖導引單元102及指根導引單元103。此外，成像設備100亦包含手掌導引單元101，用以導引手掌至適合成像掌紋及/或手掌血管圖案的位置。此等導引單元設置於成像設備100的上部。

在此，使用者的指尖放置於指尖導引單元102之上且同一手指的指根放置於指根導引單元103之上以成像手指。藉此，使用者的手指被導引至成像單元104之適當位置而成像手指。此外，為了取得手掌影像，使用者的手掌亦放置於手掌導引單元101之上。藉此，使用者的手掌被導引至成像單元104之適當位置而成像手掌。

換句話說，指尖導引單元102及指根導引單元103導引手指的成像區域以提供手指之成像區域位在成像單元104之成像方向的延伸線上。同樣的方法，手掌導引單元101導引手掌的成像區域以提供成像區域位在成像單元104之成像方向的延伸線上。

由手掌導引單元101導引之手掌成像區域的位置位於較指尖導拒單元102及指根導引單元103導引之手指成像區域的位置離成像單元104為遠之側。例如，手掌導引單元101位於成像單元104之成像方向上較指尖導引單元102、指根導引單元103更遠的位置。因此，導引手指的位置挑選在導引手掌的位置及成像單元104的位置之間。

因此，因為在成像單元104之上的導引手掌之成像區域的位置變得較導引手指之成像區域的位置為遠，手掌可在較手指為廣的成像區域範圍中成像。因此，使用手掌影像之影像識別準確率可以提升。

此外，指尖導引單元102、指根導引單元103及手掌導引單元101被安排以設定導引手指及手掌之成像區域的位置在垂直方向上重疊。因此，成像設備100占用的區域可設定得更小。因而，安裝成像設備所需求的成本及空間可以減少。

手掌導引單元101包含凹面區域201、202、及203。當要求使用成像單元104取得手掌之掌紋或血管的影像時，使用者之手的三隻手指(食指、中指、及無名指)的根部如圖4所示放置於此等凹面區域之上。因此，手掌之成像區域被導引而成像單元104可成像手掌的成像區域。

指尖導引單元102及指根導引單元103導引使用者的手指。當成像單元104成像使用者手指的指紋及血管圖案時，指尖放置於指尖導引單元102之上而指根放置於指根導引單元103之上，如圖5所示。因此，手指之成像區域被導引而成像單元104可成像手指的成像區域。

在此，圖2(A)顯示包含成像單元104之成像設備100的垂直橫剖面圖，而沿圖2(A)中的線A-A’之橫剖面圖顯示於圖2(B)。

在此，指紋及掌紋光照單元208為一平板光照單元並安置於成像設備之指尖側的單一表面側(上表面側)。指紋及掌紋光照單元208發光以照射手指之指紋或手掌之掌紋而成像指紋或掌紋。由於指紋及掌紋光照單元208成像由皮膚表面之凹面及凸面區域所形成之指紋及掌紋，該光照系統最好由單一方向發射光線，因為吾人期望陰影係由皮膚表面上之凹面及凸面區域所形成。

作為指紋及掌紋光照單元208，較佳者係放射不易成像血管的短波長光線之光照單元。並且，考慮移除擾亂光線所獲得之效應，指紋及掌紋光照單元208可放射近紅外線波段的光線，就如血管光照單元209。在指紋及掌紋光照單元208及血管光照單元209提供同一或相似波段之光線的情況下，專用的指紋及掌紋光照單元被安排只由單一方向放射光線，藉此可獲得足夠的對比。此外，藉由處理成像之資料，限制了可能妨礙指紋及掌紋識別之外部光線的影響。

血管光照單元209分別安置在本裝置的右側及左側表面之內側。血管光照單元209在成像手指或手掌之血管的場合放射近紅外線至被導引的手指及手掌。

此外，在成像手指及手掌之血管圖案的場合，為了儘可能防止由皮膚表面之凹面及凸面區域所形成之指紋及掌紋陰影出現在成像之資料上，血管光照單元209在作為成像目標之手指及手掌的兩側由兩個方向放射光線。

成像單元104具有對指紋、手指血管圖案或掌紋及手掌血管圖案分別成像並且產生個別成像資料之功能。

在此，成像單元104由例如電荷耦合元件影像感測器(CCD)及互補式金氧半影像感測器(CMOS)之一影像感應器、一控制系統、及用以聚焦手指及手掌影像於影像感應器之一鏡片光學系統等等所組成。此外，成像單元104亦包含類比數位(AD)轉換器，用以藉由成像為影像資料，而轉換聚焦於影像感應器上之影像。

此外，成像單元104具有一手指成像模式，其中用以成像一手指之適當的焦距及快門速度等被預先設定；及一手掌成像模式，其中用以成像一手掌之適當的焦距及快門速度等被預先設定。

此外，成像設備100連接至成像單元104，如圖3所示。成像設備100包含：用以提取產生自成像單元104之影像資料的影像提取單元204、用以儲存影像特徵資料(例如預定之指紋、掌紋、及血管圖案)之匹配單元205、及用以控制連接至成像設備100之成像單元104之成像模式的控制單元210。

影像提取單元204由成像單元104提取之影像資料提取指紋、掌紋及手指和手掌血管的影像特徵。影像提取單元204具有影像特徵提取功能以傳送提取之影像特徵資料至匹配單元205。

在此，影像提取單元204由微處理器等所組成。影像提取單元204提取指紋、掌紋、及血管之影像。

匹配單元205具有影像資料匹配功能，用以在先前儲存之影像特徵資料基礎上匹配自影像提取單元204傳送之影像特徵資料。

如圖3所示，控制單元210連接至影像提取單元204並具有用以控制影像提取單元204之成像模式的成像模式控制功能。

在此，控制單元210具有色階模式切換功能，用以根據自影像提取單元204傳送之影像資料切換成像單元104之成像模式。在此情況下，控制單元210採集影像資料，且核對影像資料中預設像素或複數個不同像素之色階。因此，將聚焦之影像判定為手指影像或手掌影像。

例如，控制單元210根據影像資料，採集偏影像之右側或左側部分的數個像素之色階。在色階完全指示「黑」的情況下，控制單元210決定所採集之影像為一手指影像，其中只有影像的中央係聚焦的。

此外，在預設像素完全顯示「白」的情況下，控制單元210決定全部影像資料聚焦在影像上。因此，可決定此影像為手掌之影像，其具有較廣的聚焦區域。

不管成像目標是手掌或手指，皆可以如以上說明之方式決定，且亦可切換成像單元104之成像模式至正好適合成像目標之成像模式。

另外，控制單元210包含一連接至手掌導引單元101及指尖導引單元102之導引偵測單元，以透過感應器偵測例如指根放置於手掌導引單元101上之情況，即手掌導引單元101導引手掌之情況。再者，當偵測到手掌放置於手掌導引單元上時，成像目標可被決定為手掌，而成像單元104之成像模式亦可被切換至適合該成像目標(手掌)之成像模式。

再者，例如，當指尖放置於指尖導引單元102上，換言之，當指尖導引單元102導引手指時，控制單元210藉由導引偵測單元偵測此情況以決定該成像目標為一手指。在此，亦可切換(變換)成像單元104之成像模式至適合該成像目標(手指)的模式。

因此，為了有效獲得使用者識別的安全性，成像設備100可成像指紋、掌紋、手指血管圖案及手掌血管圖案。

同時，吾人亦可提供一小尺寸及低價之生物特徵資料成像設備，其可僅使用一個成像單元而成像及鑑定決定指紋、手指血管、掌紋及手掌血管的生物特徵資料。

再者，藉由使用同一成像單元104成像複數個不同生物特徵資料，可抑制由於進行成像之各成像單元上不同影像資料的特徵及傾向等出現，而造成的識別決定上之影響。

接下來，將接著說明如上述說明所組成之生物特徵資料成像設備100之操作。

首先，在手掌成像步驟中，將手掌導引單元101所導引之手掌成像區域加以成像。在手掌影像匹配步驟中，將成像所獲得之影像資料對照先前儲存之手掌影像加以匹配。然後，在成像模式切換步驟中，將在成像單元中預設之成像模式由用於成像手掌之手掌成像模式切換至用於成像手指之手指成像模式。然後，在手指成像步驟中，將指尖導引單元102及指根導引單元103所導引之手指成像區域加以成像。在手指影像匹配步驟中，將成像所獲得之成像手指資料對照先前儲存之手指影像加以匹配。在鑑定決定步驟中，依據手指影像及手掌影像之匹配結果鑑定及決定出使用者。

在此，可將手掌影像匹配步驟、手掌成像步驟、成像模式切換步驟、手指成像步驟、手指影像匹配步驟、及鑑定決定步驟之執行內容程式化成電腦可執行之格式。

接下來，以上所說明之實施例之成像設備100之操作將詳細說明如下。

首先，如圖4所示，將手掌放置於成像設備100上以成像掌紋及手掌血管圖案。在此，該手掌以手掌導引單元101導引至預設的位置。

在此，在成像掌紋及手掌血管圖案的情況下，使用者放置手掌之三隻手指(食指、中指、及無名指)之指根部位於手掌導引單元101之預設凹面區域201、202、及203。

在此情況下，成像單元104被設定為手掌成像模式，以成像導引之手掌(手掌成像步驟)。

在此，控制單元210(圖2)偵測到指根放置於手掌導引單元101之上，且藉由設定成像單元104為手掌成像模式，可以成像單元104成像導引之手掌之掌紋及手掌血管圖案。

成像單元104成像手掌導引單元101所導引之手掌，控制單元210採集在成像之手掌資料中特定像素之色階資料，並根據色階資料決定該影像資料是否顯示手掌的影像。因此，控制單元210可將成像單元104切換為手掌成像模式，且成像單元104可設定為成像導引手掌之掌紋及手掌血管圖案。

接下來，成像單元104將聚焦之手掌的掌紋及手掌血管圖案影像傳送至影像提取單元204。

影像提取單元204根據來自成像單元104之影像資料提取掌紋及手掌血管圖案之影像特徵資料，並將此影像特徵資料傳送至匹配單元205。

匹配單元205將該影像特徵資料對照例如先前儲存之指紋、掌紋、及血管圖案之影像特徵資料而加以匹配(手掌影像匹配步驟)。

接下來，將一指紋及手指血管圖案成像。

首先，如圖5所示，使用者將手指放置在指尖導引單元102及指根導引單元103之上，以成像手指之指紋及手指血管圖案。因此，放置在指尖導引單元102及指根導引單元103上之手指被導引至最適合成像之位置。

在此，控制單元210偵測到手指已放置於指尖導引單元102及指根導引單元103之上，且可將成像單元104設定為手指成像模式，如此這個成像單元104可成像導引之手指之指紋及手指血管圖案。

此外，成像單元104成像放置於指尖導引單元102及指根導引單元103上的手指之影像，而控制單元210根據成像之資料中的特定像素之色階，決定該成像之資料顯示手指的影像。然後，控制單元210將成像單元104切換為手指成像模式，而成像單元104可成像導引之手指之指紋及手指血管圖案。

在此，匹配步驟需要一較長之時間，因為傳送至匹配單元205的手掌影像資料大於手指之影像資料。因此，可允許的設定為在提取手掌之掌紋資料期間，將手指之指紋及手指血管圖案成像(手指成像步驟)。因此，識別所需之總時間可以減少。

接下來，成像單元104傳送聚焦之手掌的掌紋及手掌血管圖案至影像提取單元204，作為影像資料。影像提取單元204根據自成像單元104傳送之影像資料，提取指紋及手指血管圖案之影像特徵資料，並傳送此影像特徵資料至匹配單元205。

匹配單元205將先前儲存在匹配資料儲存單元211之指紋及手指血管圖案與該傳送之影像特徵資料進行匹配，以執行使用者識別的決定(鑑定決定步驟)。在此，當例如指紋、手指及手掌之血管圖案完全匹配時，可設定為已完成識別決定。

如上述說明，在本發明中，手指及手掌之生物特徵資料可僅以成像單元加以成像，因此本發明可提供一生物特徵成像設備，其具有較利用單一生物特徵資料之現存的鑑定系統更高之識別準確度。此外，因為手指及手掌之生物特徵資料可僅以成像單元104加以成像，本發明之成像設備較相關技術可提供之包含複數個成像設備之裝置具有較小的尺寸及較低的價格。

本發明之第二實施例將詳細說明如下。

在此，與在第一實施例中相同之參考標號表示相同之構造元件。

第二實施例具有與以上說明之第一實施例(圖1)在系統結構中幾乎完全相同的結構，並更具有擴散器502、聚焦鏡503、及紅外線穿透濾光器504。因此，手指之指紋及血管圖案及手掌之掌紋及血管圖案之生物特徵資料可使用成像單元104以較高的影像品質成像。

首先，在此實施例中，聚焦鏡503設置在指紋及掌紋光照單元208之上部，如圖6(A)及圖6(B)所示。因此，由指紋及掌紋光照單元208照射至導引之手指或手掌的光線可偏振為幾乎平行之光線。因此，聚焦鏡503可輕易形成皮膚之凹面及凸面區域所形成之指紋或掌紋之陰影，而可增強指紋及掌紋之對比。

此外，擴散器502設置在分別的血管光照單元209之正上方。因此，可擴散投射之光線，使得在成像手掌之手指之血管影像的場合，皮膚之凹面及凸面區域所形成之指紋或掌紋難以產生陰影。換句話說，可成像只有血管之更詳細影像。

在此實施例中，如以上所說明，可選擇最適宜之光照單元用以成像指紋及掌紋及用以只成像血管。因此，可獲得光線之最適當條件，此外，可進行用於使用者鑑定之高度複雜決定。

此外，作為血管光照單元209，當考慮將血管中因吸收血紅素而降低的對比予以增強，與耐汙染物及擾亂光線的情況，較佳者為一具有近紅外線波長(約850至960nm之波長)特徵的LED。再者，在此實施例中，鑒於穿透此波長及移除其他波長之擾亂光線，紅外線穿透濾光器504可設置於光照單元之正上方。

再者，作為指紋及掌紋光照單元208，較佳者係使用一具有近紅外線波長(約850至960nm之波長)特徵的LED。此外，藉由配置該紅外線穿透濾光器504，可抑制擾亂光線之有害效應，亦可控制因為成像設備100內灰塵之沉積造成之成像單元104之鏡片的汙染。

雖然本發明係結合上述參考實施例而進行說明，然而熟習本技藝者亦可以各種其他方式實施本發明。

100．．．成像設備

101．．．手掌導引單元

102．．．指尖導引單元

103．．．指根導引單元

104．．．成像單元

201．．．凹面區域

202．．．凹面區域

203．．．凹面區域

204．．．影像提取單元

205．．．匹配單元

208．．．指紋及掌紋光照單元

209．．．血管光照單元

210．．．控制單元

211．．．匹配資料儲存單元

502．．．擴散器

503．．．聚焦鏡

504．．．紅外線穿透濾光器

藉由下述詳細說明及隨附圖式將使得本發明之其他特徵及優點更加顯現。

圖1為顯示用以識別本實施例之影像之成像設備之第一實施例的概略結構立體圖；

圖2(A)及2(B)顯示圖1之內部結構，其中圖2(A)係包含成像單元之垂直橫剖面圖，而圖2(B)係沿圖2(A)中的線A-A’之橫剖面圖；

圖3為顯示用以識別本實施例之影像之成像設備之內部結構的概略方塊圖；

圖4為在用以在本實施例中識別影像之成像設備中成像手掌期間之側視圖；

圖5為在用以在本實施例中識別影像之成像設備中成像手指期間之側視圖；

圖6(A)及6(B)顯示在用以在本實施例中識別影像之成像設備之第二實施例中的內部配置，其中圖6(A)係包含成像單元之垂直橫剖面圖，而圖6(B)係沿圖2(A)中的線A-A’之橫剖面圖。

在圖式中，相同之參考標號表示相同之構造元件。

101．．．手掌導引單元

102．．．指尖導引單元

103．．．指根導引單元

104．．．成像單元

Claims (12)

1. 一種成像設備，用以識別一影像，該成像設備包含：一手掌導引單元，用以導引一手掌至一手掌之成像區域；一手指導引單元，用以導引一手指至一手指之成像區域；及一成像單元，用以成像該手掌及該手指之成像區域之生物特徵資料；其中該手指之成像區域係位於該成像單元及該手掌之成像區域之間。
2. 根據申請專利範圍第1項之成像設備，更包含：一切換單元，用以切換成像模式，該成像模式包含手指成像模式及手掌成像模式。
3. 根據申請專利範圍第2項之成像設備，更包含：一採集單元，用以採集預定之成像區域之色階資料，其中該切換單元根據該色階資料切換模式。
4. 根據申請專利範圍第2項之成像設備，更包含：一偵測單元，用以偵測該手掌導引單元是否導引該手掌至該手掌之成像區域，其中若該偵測單元偵測該手掌導引單元導引該手掌至該手掌之成像區域時，該切換單元切換該成像模式至該手掌成像模式。
5. 根據申請專利範圍第2項之成像設備，更包含：一第一光照單元，用以照射該手指或手掌之成像區域，以成像指紋及掌紋。
6. 根據申請專利範圍第5項之成像設備，更包含：一第二光照單元，用以藉由近紅外線照射該手指或手掌之成像區域之血管。
7. 根據申請專利範圍第6項之成像設備，更包含：一提取單元，用以自藉由該成像單元加以成像之指紋影像、手指之血管影像、手掌影像、及手掌之血管影像，提取指紋圖案、手指之血管圖案、掌紋圖案、及手掌之血管圖案之資料。
8. 根據申請專利範圍第7項之成像設備，更包含： 一儲存單元，用以儲存指紋圖案、手指血管圖案、掌紋圖案、及手掌血管圖案之資料；及一匹配單元，用以匹配該提取之資料及該儲存之資料。
9. 一種用以識別一影像的方法，包含：(a)成像一手掌之成像區域，該手掌之成像區域藉由一手掌導引單元導引；(b)對照儲存在一儲存單元中之手掌資料而匹配該成像之手掌資料；(c)成像一手指之成像區域，該手指之成像區域藉由一手指導引單元導引且係位於一成像單元及該手掌之成像區域之間；(d)對照儲存在該儲存單元中之手指資料而匹配該成像之手指資料；及(e)根據步驟(b)及/或步驟(d)之匹配結果而鑑定一使用者。
10. 根據申請專利範圍第9項之用以識別一影像的方法，更包含：(f)在該步驟(b)之後切換成像模式自手掌成像模式至手指成像模式。
11. 一種具體表現一程式之非暫態電腦可讀取媒體，該程式使一裝置實施一方法，該方法包含：(a)成像一手掌之成像區域，該手掌之成像區域藉由一手掌導引單元導引；(b)對照儲存在一儲存單元中之手掌資料而匹配該成像之手掌資料；(c)成像一手指之成像區域，該手指之成像區域藉由一手指導引單元導引且係位於一成像單元及該手掌之成像區域之間；(d)對照儲存在該儲存單元中之手指資料而匹配該成像之手指資料；及(e)根據該匹配結果而鑑定一使用者。
12. 根據申請專利範圍第11項之具體表現一程式之非暫態電腦可讀取媒體，該程式使一裝置實施一方法，該方法更包含： (f)切換成像模式自手掌成像模式至手指成像模式。