(57)【要約】バイオメトリック機能を実行するための方法およびシステムが提供される。個人の対象とするスキン部位は、対象とするスキン部位の固定された位置に対し１つの照明セッションの間、別個の光学条件の下で、照明される。対象とするスキン部位からの光は、光学条件の各々に対して受け取られる。対象とするスキン部位の画像は、受け取られた光から生成される。画像は、画像のうちの少なくとも１つの画像の部分における特性としてバイオメトリック特徴を識別するために分析される。バイオメトリック機能は、バイオメトリック特徴の識別に従ってインプリメントされる。
2008527544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオメトリック機能を実行する方法であって、該方法は、
個人の対象とするスキン部位の実質的に固定された位置に対して、単一の照明セッションの間、複数の別個の光学条件の下で、該対象とするスキン部位を照明することと、
該複数の別個の光学条件の各々に対して該対象とするスキン部位からの光を受け取ることと、
該受け取られた光から該対象とするスキン部位の複数の画像を生成することと、
該複数の画像のうちの少なくとも１つの画像の部分における特性としてバイオメトリック特徴を識別するために該複数の画像を分析することと、
該バイオメトリック特徴の識別に応じて該バイオメトリック機能をインプリメントすることと
を包含する、方法。
【請求項２】
前記バイオメトリック特徴は、前記複数の画像の数倍のそれぞれの部分に共通な特性である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バイオメトリック特徴は、複数のバイオメトリック特徴を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の画像を分析することは、
前記対象とするスキン部位の配置は該複数の画像の各々に共通であるという条件から、該複数の画像間の空間的関係を識別することと、
該識別された空間的関係から、該複数のバイオメトリック特徴を識別することと
を包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記バイオメトリック機能をインプリメントすることは、前記複数のバイオメトリック特徴を、バイオメトリック特徴のセットを識別された個人に関係づけるデータベースに記憶されたバイオメトリック特徴のセットと比較することを包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記対象とするスキン部位は、前記個人の指を含み、前記複数の画像は、指紋画像を含み、前記バイオメトリック特徴は、該指紋画像のミニューシアポイントを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の別個の光学条件は、別個の照明波長を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の別個の光学条件は、別個の偏光条件を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の別個の光学条件は、前記１つの照明セッションの間、前記対象とするスキン部位を照明するための別個の照明方向を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の別個の光学条件は、様々な焦点面を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記バイオメトリック機能をインプリメントすることは、前記個人を識別すること、または該個人の同一性を検証することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記対象とするスキン部位から光を受け取ることは、該対象とするスキン部位の表面下から散乱した光を受け取ることを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の画像は、前記スキン部位の内部全反射（「ＴＩＲ」）画像および該スキン部位の非ＴＩＲ画像を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記対象とするスキン部位は、前記個人の指を含み、
該対象とするスキン部位は、プラテンと接触し、
前記複数の画像は、指紋画像を含み、
前記バイオメトリック特徴は、該対象とするスキン部位が該プラテンと接触する領域外で識別される、該個人のバイオメトリック特徴を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数の画像を分析することは、
前記複数の画像のうちの少なくとも１つの画像を骨格化することと、
骨格化された該複数の画像のうちの少なくとも１つの画像において前記バイオメトリック特徴を識別することと
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の画像を分析することは、前記複数の画像のうちの少なくとも１つの画像の部分の分解を基本機能のセットに対して実行することを包含し、前記バイオメトリック特徴は、該分解によって形成された係数のセットを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記バイオメトリック特徴は、前記スキン部位の隆起部およびくぼみの表現を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記バイオメトリック特徴は、前記対象とするスキン部位の表面下に血管が存在する特性を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
バイオメトリックシステムは、
個人による対象とするスキン部位の配置に適合されたプラテンと、
該対象とするスキン部位が該プラテンに置かれたとき、該対象とするスキン部位を照明するように配置された照明源と、
該対象とするスキン部位から光を受け取るように配置された画像化システムと、
該照明源および該画像化システムとインタフェースされたコントローラと
を備え、該コントローラは、
該対象とするスキン部位の実質的に固定された位置に対して、１つの照明セッションの間、複数の別個の光学条件の下で、該照明源によって該対象とするスキン部位を照明する命令と、
該画像化システムによって受け取られた光から該対象とするスキン部位の複数の画像を生成する命令と、
該複数のうちの画像の少なくとも１つの画像の部分における特性としてバイオメトリック特徴を識別するために該複数の画像を分析する命令と、
該バイオメトリック特徴の識別に応じてバイオメトリック機能をインプリメントする命令と
を含む、システム。
【請求項２０】
前記バイオメトリック特徴は、前記複数の画像の数倍のそれぞれの部分に共通な特性である、請求項１９に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項２１】
前記バイオメトリック特徴は、複数のバイオメトリック特徴を包含する、請求項１９に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項２２】
前記複数の画像を分析する前記命令は、
前記プラテン上の前記対象とするスキン部位の配置は、該複数の画像の各々に共通であるという条件から該複数の画像の間での空間的関係を識別する命令と、
該識別された空間的関係から前記複数のバイオメトリック特徴を識別する命令と
を包含する、請求項２１に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項２３】
前記コントローラとインタフェースされたデータベースをさらに備え、該データベースをさらに備え、該データベースは、バイオメトリック特徴のセットを識別された個人に関係づけ、前記バイオメトリック機能をインプリメントする前記命令は、前記複数のバイオメトリック特徴を該データベースに記憶されたバイオメトリック特徴のセットと比較する命令を備えている、請求項２１に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項２４】
前記照明源によって供給された光を偏光するように配置された第１の偏光子をさらに備え、
前記画像化システムは、前記対象とするスキン部位から受け取られた光を偏光するように配置された第２の偏光子を備え、
前記複数の別個の光学的条件は、別個の相対的な偏光条件を含む、請求項１９に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項２５】
前記照明源によって供給された光を偏光するように配置された第１の偏光子をさらに備え、
前記画像化システムは、前記対象とするスキン部位から受け取られた光を偏光するように配置された第２の偏光子を備え、
該第１の偏光子と第２の偏光子とは、実質的にクロスされた構成である、請求項１９に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項２６】
前記画像化システムは、複数の分散されたフィルタエレメントを有するカラーフィルタのアレイを備え、各フィルタエレメントは、限定された数の特定された狭帯域波長範囲のうちの一つの該狭帯域波長範囲の光を照射するように適合され、
前記複数の別個の光学的条件は、該特定された狭帯域波長範囲内の別個の波長の照明光を含む、請求項１９に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項２７】
前記対象とするスキン部位を、前記複数の別個の光学的条件の下で前記照明源によって照明する前記命令は、該対象とするスキン部位を異なる波長で順次に照明する命令を含む、請求項２６に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項２８】
前記コントローラは、前記対象とするスキン部位を、前記プラテンの外部の環境を有する該プラテンの界面によって定義される臨界角よりも大きい角度で、該プラテン内からの光を用いて照明する命令をさらに含み、前記画像化システムによって受け取られた光から、該対象とするスキン部位の複数の画像を生成する命令は、該対象とするスキン部位が該プラテンと接触している、該プラテンの界面へ入射する光から、該対象とするスキン部位の表面構造の画像として、該複数の画像のうちの少なくとも１つを生成する命令を含む、請求項１９に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項２９】
前記複数の画像を分析する命令は、
前記複数の画像のうちの少なくとも１つの画像を骨格化する命令と、
骨格化された該複数の画像のうちの少なくとも１つの画像において、前記バイオメトリック特徴を識別する命令と
を含む、請求項１９に記載のバイオメトリックシステム。
【請求項３０】
前記複数の画像を分析する命令は、前記複数の画像のうちの少なくとも一つの画像の部分の分解を基本関数のセットに対して実行する命令を含み、
前記バイオメトリック特徴は、該分解によって形成された係数のセット
を含む、請求項１９に記載のバイオメトリックシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅによって２００５年１月７日に出願された、名称「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＦＥＡＴＵＲＥ  ＤＥＦＩＮＩＴＩＯＮ」の米国仮特許出願第６０／６４１，９９１号の本出願であり、その出願日の利益を主張する。
【０００２】
本出願は、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅらによって２００４年４月５日に出願された、名称「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳＥＮＳＯＲ」の米国特許出願第１０／８１８，６９８号の一部継続出願であり、該米国特許出願は、２００３年４月４日に出願された米国仮特許出願第６０／４６０，２４７号、２００３年６月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／４８３，２８１号、２００３年９月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／５０４，５９４号、および２００４年３月１０日に出願された、米国仮特許出願第６０／５５２，６６２号の各々の本出願である。
【０００３】
本出願は、また、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅによって２００５年４月２５日に出願された、名称「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣＳ」の米国特許出願第１１／１１５，１００号の一部継続出願であり、該米国特許出願は、２００４年６月１日に出願された米国仮特許出願第６０／５７６，３６４号、２００４年８月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／６００，８６７号、２００４年９月１７日に出願された米国仮特許出願第６０／６１０，８０２号、２００５年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／６５４，３５４号、および２００５年３月４日に出願された米国仮特許出願第６０／６５９，０２４号の各々の本出願である。
【０００４】
本出願は、また、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．ＲｏｗｅおよびＳｔｅｐｈｅｎ  Ｐ．Ｃｏｒｃｏｒａｎによって２００５年４月２５日に出願された、名称「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＢＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＩＭＡＧＩＮＧ」の米国特許出願第１１／１１５，１０１号の一部継続出願であり、該米国特許出願は、２００４年６月１日に出願された米国仮特許出願第６０／５７６，３６４号、２００４年８月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／６００，８６７号、２００４年９月１７日に出願された米国仮特許出願第６０／６１０，８０２号、２００５年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／６５４，３５４号、および２００５年３月４日に出願された米国仮特許出願第６０／６５９，０２４号の各々の本出願である。
【０００５】
本出願は、また、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅによって２００５年４月２５日に出願された、名称「ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＬＩＶＥＮＥＳＳ  ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩＯＮ」の米国特許出願第１１／１１５，０７５号の一部継続出願であり、該米国特許出願は、２００４年６月１日に出願された米国仮特許出願第６０／５７６，３６４号、２００４年８月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／６００，８６７号、２００４年９月１７日に出願された米国仮特許出願第６０／６１０，８０２号、２００５年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／６５４，３５４号、および２００５年３月４日に出願された米国仮特許出願第６０／６５９，０２４号の各々の本出願である。
【０００６】
本出願は、以下の係属中の、同一人に譲渡された出願に関連する：Ｒｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅによって２００４年９月１７日に出願された、名称「ＦＩＮＧＥＲＰＲＩＮＴ  ＳＰＯＯＦ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＵＳＩＮＧ  ＭＵＬＴＩＳＰＥＣＴＲＡＬ  ＩＭＡＧＩＮＧ」の米国仮特許出願第６０／６１０，８０２号、およびＲｏｂｅｒｔ  Ｋ．Ｒｏｗｅによって２００４年１２月１７日に出願された、名称「ＣＯＭＢＩＮＥＤ  ＴＯＴＡＬ−ＩＮＴＥＲＮＡＬ−ＲＥＦＬＥＣＴＡＮＣＥ  ＡＮＤ  ＴＩＳＳＵＥ  ＩＭＡＧＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」の米国特許出願第１１／０１５，７３２号。
【０００７】
上のパラグラフにおいて識別された各出願は、その全体をすべての目的のために参考として本明細書に引用される。参考としてのそのような引用は、特に米国仮特許出願第６０／６４１，９９１号の付属書類を含む。
【０００８】
本出願は、一般的に、バイオメトリクスに関する。より詳細には、本出願は、改良されたバイオメトリック特徴定義のシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００９】
バイオメトリックシステムから適切な性能を達成することは、基本的に、データセット内のバイオメトリック特徴をデータセットの他の部分から分離する能力に依存し、バイオメトリック特徴は、次いで人を識別するために使用され得、一方、データセットの他の部分は、人の識別とは一般的に無関係である。例えば、指紋センサの場合を考えられたい。指紋画像が収集されるたびに、指紋画像は、画像を固有にさせる様々な現象によって影響される。このことは、同じ指紋が画像化されるときでさえ、事実である。例えば、センサ上に指を置くたびに、指の異なる部分がセンサに接触することになり、そして画像化される。指の方向および圧力における相違は皮膚の歪み、画像コントラストの変化、指紋画像の特性に影響を及ぼすその他のアーチファクトを引き起こす。センサ自体も、画像ごとに変動するアーチファクトを画像に導入し得る。これらのセンサアーチファクトは、画像面全体における、ある方法で変動する固定パターンノイズ、およびノイズ源の種類の中でもとりわけ様々な高周波画像ノイズ源を含み得、該ノイズ源は、ショットノイズおよびダークノイズを含む。
【００１０】
変動するこれらの種類の非バイオメトリック源が存在するために、二つの指紋画像は、それらが同一人から発生したものかどうかを判定するために、一般的に、画像減算などの単純な演算によって直接に比較され得ない。代わりに、画像の特徴は、登録データベースに入力するために用いられる画像とテスト画像の両方において識別される。これらの特徴は、次いで、十分な数が存在し、かつ２つの画像におけるほぼ同じ相対的な空間位置にあるかどうかを判定するために比較される。その場合、画像は一致したという。そうでない場合、画像は一致しないと決定される。
【００１１】
多くの既存の指紋センサは、画像を収集するために指とセンサとの直接の接触を必要とする。指がセンサと適切な接触をしない場合、指とセンサとの直接の接触領域は減少され、より少ないバイオメトリック情報の収集という結果となる。一般的に、この減少した画像領域から引き出され得るバイオメトリック特徴は少なくなり、一致する指紋画像を正しく判定する能力の低下という結果になる。
【００１２】
指紋特徴を正しく定義することに関するこれらの不十分さのいくつかに対処するために、システムデータベースに登録するためにシステムは、ユーザが二つ以上のサンプルをとることを必要とする。このようにして、１つの指から複数の画像が得られ、各登録画像全体に共通な特徴を検出するように分析され得る。しかし真のバイオメトリック特徴の存在を判定する能力は、指の方向、変換、回転、歪みおよび登録画像のセット全体におけるその他の画像のアーチファクトにおける相違によって、なおも妥協される。さらに、複数の指紋画像を収集し比較する能力は、通常、登録手続き中のみ実行可能である。識別または検証などのバイオメトリック機能の通常の実行中、ほとんどのアプリケーションは、バイオメトリックセンサが一つの高速に獲得された指紋画像を用いて動作することを必要とする。そのようなシナリオにおいて、複数の画像を用いることによるテストサンプルの特徴検出を向上させる機会はない。
【００１３】
指紋センサは、また一般的に、指の皮膚の外面の特性で発生する画像を収集する。しかしこれらの外面の特性は、磨耗、汚染、または環境条件における相違から生じる変化を受け易く、これらのすべては、指紋特徴定義をさらに妥協させ得る。さらに、表面特性は、滑らかな穴のない表面に残された指紋の潜在プリントに基づき比較的に容易に複製される。従って、従来の指紋センサが指の表面特性のみの測定に依存することは、多くのマイナスの結果を有する。第１に、検出され得るバイオメトリック特徴の数および質は、磨耗またはなくなり得る表面皮膚に存在する特徴に限られる。第２に、外表面の皮膚に存在する特徴のみに依存するセンサは、正規の指紋パターンの人工的な複製を用いるセキュリティ破壊を受け易い。
【００１４】
指はほぼ円筒形の物体であるために、皮膚が、画像領域の端に向かってセンサ表面から離れる傾向がある。この理由により、法執行アプリケーションために収集される指紋画像は、一般的に、「ロールされた（ｒｏｌｌｅｄ）」手順を用いて収集される。そのような手順において、指のより多くの部分が画像化されることを可能にするために指のより多くの部分がセンサに接触するように、指はセンサ表面に沿ってロールされて、指の画像は獲得される。この手順は時間がかかり、ユーザにとって使いにくく、一般的に、そのようなデータの適切な収集を手伝う熟練したオペレータを必要とする。その結果、指紋画像収集のこの方法は、より大きい画像領域が原則的に性能の向上を提供し得るが、一般的に、自動化され人のいないバイオメトリックセンサでは使用されない。
【００１５】
従って、バイオメトリック特徴が定義され得るバイオメトリック測定値を収集するための改良された方法およびシステムに対して当技術におけるニーズがある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（本発明の概要）
本発明の実施形態は、バイオメトリック機能を実行するための方法を提供する。個人の対象となるスキン部位は、その対象となるスキン部位の実質的に固定された位置に対して、一つの照明期間中、複数の別個の光学的条件下で照明される。対象となるスキン部位からの光は、複数の別個の光学的条件の各々に対して受け取られる。対象となるスキン部位の複数の画像が、受け取られた光から生成される。複数の画像は、画像のうちの少なくとも一つの画像の部分における特性としてバイオメトリック特徴を識別するために分析される。バイオメトリック機能は、バイオメトリック特徴の識別に従ってインプリメントされる。
【００１７】
一部の実施形態において、バイオメトリック特徴は、複数の画像の数倍のそれぞれの部分に共通な特性である。一部の実施形態において、バイオメトリック特徴は、また、複数のバイオメトリック特徴を含む。そのような例において、複数の画像は、対象となるスキン部位の配置が複数の画像の各々に共通であるという条件から複数の画像間の空間的関係を識別することによって分析され得、該条件が複数のバイオメトリック特徴が識別された空間的関係から識別されることを可能にする。そのような実施形態におけるバイオメトリック機能のインプリメンテーションは、また、複数のバイオメトリック特徴と、バイオメトリック特徴のセットを識別された個人に関係づけるデータベースに記憶されたバイオメトリック特徴のセットと比較することを含む。
【００１８】
一実施形態において、対象となるスキン部位は個人の指を含み得、該指は、指紋画像を含む複数の画像と、指紋画像のミニューシアポイント（ｍｉｎｕｔｉａ  ｐｏｉｎｔ）を含むバイオメトリック特徴とを有する。別の実施形態において、バイオメトリック特徴は、スキン部位の隆起部およびくぼみの描写を含む。さらに他の実施形態において、バイオメトリック特徴は、対象となるスキン部位の表面下の血管の存在の特性を含む。複数の別個の光学的条件の例は、別個の照明波長、別個の偏光条件、別個の照明または画像化の方向、様々な焦点面などを含む。バイオメトリック機能のインプリメンテーションの例は、個人を識別することまたは個人のアイデンティティを検証することを含む。一部の実施形態において、対象となるスキン部位から受け取られた光は、対象となるスキン部位の表面下から散乱した光を含み得る。複数の画像は、スキン部位の内部全反射（「ＴＩＲ」）画像およびスキン部位の非ＴＩＲ画像を含む。
【００１９】
一実施形態において、対象となるスキン部位は、個人の指を含み、プラテンに接触する。複数の画像は指紋画像を含み、バイオメトリック特徴は、対象となるスキン部位のプラテンへ接触する領域外での識別された個人のバイオメトリック特徴を含む。
【００２０】
ある例おいて、複数の画像は、画像の少なくとも一つを骨格化することによって分析され得、バイオメトリック特徴が骨格化された画像のうちの少なくとも一つにおいて識別されることを可能にする。別の実施形態において、複数の画像は、画像のうちの少なくとも一つの一部の分解を基本機能のセットに関して実行することによって分析され、該基本機能は、分解によって生成される係数のセットを含むバイオメトリック特徴を有する。
【００２１】
バイオメトリック機能を実行する方法は、バイオメトリックシステムで具体化され得る。バイオメトリックシステムは、プラテン、照明源、画像化システム、およびコントローラを備える。プラテンは、個人によって、対象とするスキン部位の配置に対して適合される。照明源は、プラテンに置かれた場合に、対象となるスキン部位を照明するように配置される。画像化システムは、対照となるスキン部位からの光を受け取るように配置される。コントローラは、バイオメトリックシステムに関して上記されたような方法をインプリメントする命令を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の性質および利点のさらなる理解は、明細書の残りの部分および図面を参照することによって、なされ得る。図面において、同じ参照ラベルは、同様な構成要素を参照するためにいくつかの図面を通して使用される。一部の例において、参照ラベルは、数字部分とその後に続くラテン文字の接尾辞を含み、参照ラベルの数字部分のみの参照は、その数字の参照部分を有するが異なるラテン文字の接尾辞を有するすべての参照ラベルを総称的にいう。
【００２３】
（本発明の詳細な説明）
本発明の実施形態は、１つの照明セッションの間に様々な光学条件の下で取られたスキン部位の複数の画像の獲得を利用するバイオメトリック機能を実行するシステムおよび方法を提供する。従って、画像は、バイオメトリック特徴の信頼できる定義を生成するために様々な方法で組み合わされ得るスキン部位についての様々な情報を含む。１つの照明期間を使用することは、スキン部位の実質的に固定された位置に対して画像が生成されることを可能にし、画像間の特徴の相対的な方向における不確実性を除去し、正確さの向上および処理要件を減少させる結果となる。
【００２４】
用語「バイオメトリクス」は、一般的に、生体の特性の統計的な分析をいう。バイオメトリクスの１つのカテゴリーは、「バイオメトリック識別」を含み、バイオメトリック識別は、通常、人の自動的な識別を提供するかまたは対象とする人の同一性を検証する２つのモードのうちの１つのモードで動作する。本明細書に使用される場合に、「バイオメトリクス特徴」または時々単に「特徴」という場合、バイオメトリクス識別、同一性検証、試料の真正の判定、生体性などのバイオメトリックタスクに関する情報を含む画像のそれらの部分または画像のセットをいうことが意図される。用語「部分」は、物体の全体を除く物体の一部分をいうことが意図され、従って、画像の「部分」は、画像全体ではない画像の一部をいう。異なる特定の実施形態において、このように、画像の部分は、画像の領域の１０％未満の領域、画像の領域の５％未満の領域、画像の領域の２％未満の領域、画像の領域の１％未満の領域、画像の領域の０．５％未満の領域、画像の領域の０．２％未満の領域、画像の領域の０．１％未満の領域、または画像の領域の異なる比率の領域を有する画像の一部をいい得る。
【００２５】
スキン部位が指を含む場合において、バイオメトリック特徴は、従って、隆起部分岐または隆起部終了のいずれかにおいて発生する局所的指紋隆起特性であると指紋技術において周知の公知の「ミニューシアポイント」を含む。スキン部位が指を含む別の場合において、バイオメトリック特徴は、指紋の隆起部およびくぼみによって指紋画像の部分に形成される特定のパターンであり得る。
【００２６】
本明細書に記述される測定に適用可能なスキン部位は、指および親指のすべての表面およびすべての関節、指のつめおよび爪床、手のひら、手の甲、手首および前腕、顔、目、耳、および体のすべての外表面を含む。以下の討議は、特定の実施形態の例を提供するときに、時々、特に「指」を言及するが、これらの実施形態は単に例示的であり、他の実施形態は体の他の部分のスキン部位を使用し得ることは理解されるべきである。
【００２７】
１つの照明期間に複数の別個の光学条件の下に収集されたすべての画像のセットは、本明細書で「マルチスペクトルデータ」という。様々な光学的条件は、偏光条件における差異、照明角度における差、画像化角度における差、照明波長における差、および画像化されるスキン部位の、本明細書で「焦点面」と呼ばれる平面の位置における差異を含み得る。一部の光学的条件において、結果として生じる画像は、試料とプラテンとの間の界面における内部全反射（ＴＩＲ）現象の存在および分布によって大幅に影響される。これらの画像は、本明細書において「ＴＩＲ画像」という。一部の光学的条件において、結果として生じる画像は、プラテンにおけるＴＩＲ影響の有無によって実質的に影響を受けない。これらの画像は、本明細書において「直接画像」という。
【００２８】
単なる例として、マルチスペクトルデータが様々な照明波長で獲得された画像を含む実施形態は、近紫外（ＵＶ−Ａ、３２０〜４００ｎｍ）〜中赤外（〜５μｍ）の波長を有する。シリコンベースの画像化アレイは、約３００ｎｍ〜約１１００ｎｍ間で変動する検出可能な波長の範囲を有するそのような実施形態において使用され得る。これらの場合において、照明波長は検出可能な範囲内にあるように有利に選ばれ得る。一部の場合において、照明波長は可視スペクトル領域（４００〜７００ｎｍ）内にある。本明細書において使用される場合、「離散波長（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）」という場合は、単一のまとまったユニット（ｓｉｎｇｌｅ  ｂｉｎｎｅｄ  ｕｎｉｔ）として扱われる波長のセットまたは波長帯域をいうことが意図される。各まとまったユニットに関して、情報は、まとまったユニットから全体として引き出されるだけであって、まとまったユニットの個々の波長サブセットからは引き出されない。一部の場合において、まとまったユニットは不連続であり得、その結果、複数の離散波長が提供される場合、波長の任意の対または波長帯域の間にある、波長は提供しようとしてもできないが、それが問題となることはない。
【００２９】
マルチスペクトルデータが様々な偏光条件の下で獲得される画像を含む実施形態は、クロス偏光（ｃｒｏｓｓｅｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）状態、パラレル偏光（ｐａｒａｌｌｅｌ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）状態、および／または偏光なしで獲得された画像を含み得る。光の偏光は直線または楕円であり得る。直線偏光の場合、「クロス（ｃｒｏｓｓｅｄ）」は、偏光子の光軸が実質的に直角であることを意味する。楕円偏光の場合、「クロス」は、偏光子が実質的に反対の意味（右円対左円）であることを意味する。
【００３０】
マルチスペクトルデータが様々な照明角度で獲得された画像を含む実施形態は、スキン部位が置かれるプラテンに対して異なる角度で照明光を提供することによって達成され得る。一部の場合において、画像は、スキン−プラテン界面によって形成される臨界角より実質的に小さい角度の照明光から形成される。別の場合において、画像は、スキン−プラテン界面によって形成される臨界角より実質的に大きい角度の照明光から形成される。
【００３１】
マルチスペクトルデータが様々な画像化角度で獲得された画像を含む実施形態は、スキン部位が置かれるプラテンに対して様々な角度で向けられた検出器アレイによって達成され得る。一部の場合において、画像のいくつかは、スキン−プラテン界面によって形成される臨界角より小さい角度でスキン部位を見る検出器アレイから形成される。他の場合において、画像のいくつかは、スキン−プラテン界面によって形成される臨界角より大きい角度でスキン部位を見る検出器アレイから形成される。
【００３２】
マルチスペクトルデータが様々な焦点面で獲得された画像を含む実施形態は、プラテンと直接に接触しない試料の領域を適切に画像化するように可変焦点設定を有する画像化システムによって達成され得る。例えば、第１のそのような画像において、画像化システムの焦点は、スキン部位とプラテンとの間の界面を画像化するように設定され得る。第２のそのような画像において、プラテンから一定の距離（例えば、試料側に）にある異なる平面を画像化するなどのように再設定され得る。一部の実施形態において、そのような可変焦点イメージャのための画像化システムはテレセントリック（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）であるように構成され、焦点が合っていない部分においてさえ一連のオーバラップする画像を提供する。
【００３３】
実施形態は、可変焦点を有する画像化システムを使用する代わりにまたはその他に、固定焦点であるが比較的大きな焦点深度を有する画像システムを、代わりにまたは追加して使用し得る。そのような場合において、画像化システムは、従って、適切な焦点の領域が、試料のより大きい部分を適切に画像化するプラテンの表面およびその上の一定の距離（例えば、試料側に）を含むように設定され得る。一部の場合において、そのようなイメージャは、テレセントリック画像化を提供し、焦点の合っていない領域が他の焦点の合っている領域と共に空間的に登録されることを確実にする。
【００３４】
単なる例示として、スキン部位が指を含む場合において、様々な焦点面を提供する実施形態は、指紋特徴以外の特徴が画像平面の一部またはすべてから抽出されることを可能にする。例えば、深部の血管のような特徴は、約５４０ｎｍおよび５７６ｎｍにピークがある酸素付加ヘモグロビンを含み得る血液によって高吸収される波長で、一つ以上の画像平面を使用して検出され得る。一部の場合において、複数の照明波長に対応する複数の画像平面は、血液またはその他の皮膚構成物質に対応するスペクトル特性を有する特徴を識別するために分析される。
【００３５】
本発明の方法は、図１の流れ図で要約される。図１は、特定の実施形態において実行され得る多数のステップを示すが、本発明は他の実施形態も含む。特に示されたステップの順序は限定する意図ではない。ステップの一部は一部の代替の実施形態において省略され得、明示されていない一部の追加のステップは、一部の代替の実施形態において追加的に実行され得る。
【００３６】
方法は、ブロック１０４で開始し、ユーザはスキン部位をバイオメトリックセンサのプラテンに置く。後に続く記述は「スキン部位」と参照するが、本明細書に記述されたマルチスペクトル技術は、実際の生体組織と様々なだましとを区別する能力を有するので、本発明の実施形態は、より一般的に任意の対象とするスキン部位の感知および分析に適用可能であると認識されるべきである。マルチスペクトル測定は、スキン部位において実行され、測定順序は、様々な実施形態においてマニュアルまたは自動的に駆動される。自動起動は、光学スイッチ、容量スイッチ、圧力スイッチ、機械スイッチなどを含む機構によって達成され得、適切に位置されスキン部位の配置をリアルタイムで検出するような画像処理を有する１つ以上のカメラを有利に使用し得る。
【００３７】
測定シーケンスは、ブロック１０８においてマルチスペクトル条件の下でスキン部位を照明することによって開始し得る。そのような照明は、一般的に、１つの照明セッションの間にスキン部位の実質的に固定された位置に対して実行される。マルチスペクトル条件の下での照明は、１つの照明セッションの間においてでさえ、実質的に同時に達成され得、または順次に達成され得ることは当業者によって理解されるであろう。照明が実質的に同時か順次かどうかは、マルチスペクトル条件の特定の特徴に部分的に依存し、以下の特定の構造の様々な実施例は、実質的に同時の照明がマルチスペクトル条件のあるタイプに関して達成され得る構成を例示する。照明が順次実行される場合、シーケンスのスパンは、シーケンス中スキン部位の動きが最小となるように十分に短い時間であり、通常１秒未満である。
【００３８】
従って、光はブロック１１２においてスキン部位から受け取られる。受け取られた光は、プラテン−スキン界面からなどのスキン部位の表面において反射された光を含み得、および／またはスキン部位の表面下から散乱した光を含み得る。そのような表面化散乱は、従来の指紋画像化技術においては利用できない情報を提供する。特に、表面下バイオメトリック情報を引き出す能力は、表面特徴がなくなったり、損傷している場合においてでも、バイオメトリック測定を実行する機構を提供する。このようにして、本発明の実施形態は、乾燥、過度の湿気、弾力性の欠如、および／または、典型的には、老人、大量の手仕事を行なう人、または、ヘアドレッサーまたは看護師などの皮膚が薬品に曝される人に関連するような弱った特徴などの理想的でない皮膚の質に対して有利にロバストである。
【００３９】
画像は、ブロック１１６においてある処理方法によって、受け取られた光から生成される。処理は、１つの合成画像から様々な画像を引き出すことを含み得る。処理は、また、ヒストグラム、等化、コントラスト強化、エッジ強化、ノイズフィルタリングなどの画像処理ステップを含み得る。画像セグメンテーションは、画像背景をマスクし、試料が存在する領域のみを残すように実行され得る。ブロック１２０に示されるように、処理は、また、ある画像を他の画像に関して空間的に登録するために、１つ以上の画像に関して変換を実行することを含み得る。画像間の空間的関係の識別は、関連付けられるべき複数の画像間における識別されたバイオメトリック特徴の存在を可能にする。
【００４０】
そのようなバイオメトリック特徴を引き出す画像の処理はブロック１２４で実行される。例えば、スキン部位が指を含む実施形態において、ミニューシアポイントが個々の画像の各々に見つけられ得る。同様に、隆起部およびくぼみの全体のパターンが決定され得、指紋のコア領域などの関心のある特定の領域は、画像において識別され得る。一部の場合において、ある画像または画像の組合せは、血液特徴または画像に存在するスペクトル的に独特なその他の特性を決定するように分析され得る。バイオメトリック特徴は、シヌソイド、ガボール（Ｇａｂｏｒ）フィルタまたは種々のウェーブレットなどの基本関数の適切なセットに対する局所領域における指紋特徴の分解によって形成される係数のセットを含み得る。バイオメリック特徴のそのような識別は、画像に存在するアーチファクトのために生じる従来の不都合な影響を有利に回避し得る。従ってこの識別は、従来の指紋画像における識別とは異なる。従来の指紋画像においては、皮膚乾燥などの種々の要因が非常に低いコントラストの画像という結果となり得、隆起部は不連続のように見え、このことがミニューシアポイントを単純な画像アーチファクトから区別することをむずかしくする。
【００４１】
バイオメトリック特徴が複数の画像平面において見つけられる実施形態において、ブロック１２８において示されるように、それらの特徴は組合わせられ得る。画像は、互いに空間的に関係していて、同じスキン部位配置を表すので、特徴の場所は画像間で良好に定義される。従って特徴は、平均化などの適切な数学的な演算、および、「ａｎｄ」または「ｏｒ」のような論理組合せ演算、もしくは画像平面全体における特定の特徴の存在に対して意思を決めることによって、個々に評価され、組合せられ得る。組合せられた特徴セットは、個々の特徴が発生した画像平面のある指示、または特徴のタイプまたはオリジンのその他の指示子を含み得る。
【００４２】
例えば、一実施形態において、合成特徴（例えば、ミニューシアポイント）が、定義された場所の画像平面の少なくとも１つに存在する場合、合成特徴がその場所に存在すると宣言する規則によって、合成特徴が生成され得る。別の実施形態において、合成特徴が、場所の画像平面の少なくとも半分（またはその他の特定された分数）において存在する場合、合成特徴がその場所に存在すると宣言され得る。別の実施形態は、合成特徴の存在を宣言し得るために特徴がその場所のすべての画像平面に存在することを必要とし得る。更なる実施形態において、合成特徴は、特徴が特徴の場所の近くに識別可能な特性を有する画像平面のすべてに存在する場合のみ、特徴が定義された場所に存在すると宣言する規則によって生成され得る。様々な実施形態において合成特徴の存在を宣言するように適用され得るさらに他の規則は、本記述を読んだ後に、当業者にとって明らかであろう。
【００４３】
画像からの情報は、処理の様々な段階、一部の実施形態において特にブロック１２４の特徴引き出し段階の前において組合せられ得る。例えば、原画像は、ピクセルごとの合計によるなどの方法によって組合せられ得るか、または前処理された画像はある方法によって組合せられ得る。その他の例において、ガボールウェーブレット係数またはグラジエントフィールドなどの画像から引き出された値は、平均値、ロバスト平均値、中央値などを決定するような計算によって組合せられ得る。
【００４４】
さらに、一部の実施形態において、画像の組合せを検査することによって識別され得る。単なる例として一実施形態において、血液特徴は、画像のセットの各々における各ピクセル位置において存在する血液量を推定することによって、見つけられ得、該画像は、既知の血液の吸収スペクトルに基づき複数の照明波長に応答する。伝統的な最小自乗推定および種々のその他の公知の方法などの数学的手順がそのような分析を実行するために使用され得る。
【００４５】
特徴のセットは、一般的なバイオメトリック操作によって処理され得、登録、検証、識別、および／または、だまし検出などのバイオメトリック機能を実行する。例えば、スキン部位を提供した個人は、識別され得、またはその人の同一性は検証され得る。ブロック１３２において示されるように、そのようなバイオメトリック機能は、一部の実施形態において、引き出されたバイオメトリック特徴の組合せを特徴のデータベースと比較することによって実行され得る。例えば、データベースは、登録処理の一部として多くの個人から得られたバイオメトリック特徴の仕様の明細を含み、バイオメトリック機能は、ブロック１２８において生成された組合せをデータベースのエントリーと比較することによってブロック１３２において実行される。
【００４６】
図１の方法をインプリメントすることに適したバイオメトリックシステムの構造の全体図は、図２の概略図で提供される。図２は、個々のシステムエレメントが分離またはより統合された方法でインプリメントされ得る方法を広く示す。バス２２６を介して電気的に結合されたハードウェアエレメントから構成されるバイオメトリックシステム２００が示される。ハードウェアエレメントは、プロセッサ２０２、入力デバイス２０４、出力デバイス２０６、ストレージデバイス２０８、コンピュータ読取り可能ストレージメディアリーダ２１０ａ、通信システム２１４、ＤＳＰまたは専用プロセッサなどの処理加速ユニット２１６、およびメモリ２１８を含む。コンピュータ読取り可能ストレージメディアリーダ２１０ａは、コンピュータ読取り可能ストレージメディアリーダ２１０ｂにさらに接続され、この組合せは、リモート、ローカル、固定、および／またはリムーバブルのストレージデバイス、さらに、コンピュータ読取り可能情報を一時的および／またはより永続的に含むストレージメディアを包括的に表す。通信システム２１４は、有線、無線、モデム、および／または他のタイプの界面接続を備え、外部のデバイスとのデータ交換を可能にする。マルチスペククトルデータは、バイオメトリックセンサ２５６によって収集され、バイオメトリックセンサ２５６も、バス２２６を介して電気的に結合され得る。
【００４７】
バイオメトリックシステム２００は、また、ワーキングメモリ２２０内に現在位置するように示されるソフトウェアエレメントを含み、該ソフトウェアエレメントは、オペレーティングシステム２２４および本発明の方法をインプリメントするように設計されたプログラムなどのその他のコード２２２を含む。実質的な変種が特定の要求に従って使用され得ることは当業者にとって明らかであろう。例えば、カスタマイズされたハードウェアも
使用され得、および／または、特定のエレメントはハードウェア、ソフトウェア（アプレットのようなポータブルソフトウェアを含む）、またはその両方においてインプリメントされ得る。さらに、ネットワーク入力／出力デバイスなどのその他のコンピューティングデバイスへの接続が採用され得る。
【００４８】
様々な実施形態においてバイオメトリックセンサ２５６に使用され得る種々様々な構造は、例示的な目的で図３Ａ〜図６において提供される。例えば、図３Ａは、マルチスペクトル条件を提供するときの複数の照明波長を含むバイオメトリックセンサ３００の例を示す。複数の波長は、一般的に、バイオメトリック機能の一部としてユーザによって提示された指またはその他の組織の様々なコンポーネントと様々に相互に作用する。例えば、約６００ｎｍ未満の波長は、特に強いピークは、酸素付加ヘモグロビンのために約５４０ｎｍおよび５７６ｎｍである血液によって強く吸収される。また一般的に、光のより長い波長（例えば、赤または赤外光）は、皮膚により深く入りより深い構造によって影響され、光のより短い波長（例えば、青または近紫外）は、皮膚により浅く入り表面または表面に近い皮膚構造によって強く影響される。
【００４９】
図３Ａのスキン部位３０４はプラテン３０８上にあり、プラテン３０８は、スキン部位３０４を照明するために使用される波長において透明または半透明であり得る。デジタルカメラなどの光検出器３１２は、種々のレンズ、ミラー、および／またはその他の光学エレメント（図３Ａに示されていない）を使用して、プラテン３０８との界面の近くのスキン部位３０４の皮膚の画像を形成するために使用される。検出器３１２は、広範囲の波長に感度があり得る。一部の場合において、検出器３１２は、シリコンデジタル画像化チップを組み込み得る。そのようなシリコンベースのカメラは、約３５０ｎｍから１１００ｎｍの広範囲の波長を検出可能な「白黒カメラ」であり得る。
【００５０】
照明源３１０は、様々な波長の準モノクロ照明源として提供され得る。適切な照明源３１０の例は、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、レーザ、レーザダイオード、量子ドット、フィルタリングされた白熱光源などを含む。検出器３１２がシリコンベースのセンサを備える実施形態において、光源３１０の波長は、約３５０ｎｍから１１００ｎｍの範囲にあるように選ばれ得る。一実施形態において、光源は約４００〜７００ｎｍの可視領域にある。各照明源３１０からの光は広がり、種々の方法を用いてスキン部位３０４に向けられ得る。例えば、光は、レンズおよび／またはミラーなどの光学エレメントを使用して広げられ、平行にされ得る。光は、つや消しガラス材料、オパールガラス、ホログラフィックディフューザ、半透明プラスチック、および当技術において公知のその他の機構の１つなどの散乱媒体を使用して拡散され得る。
【００５１】
センサ３００の動作のシーケンスは、順次照明であり得、順次照明において、ある特定の波長の第１の光源３１０−１は、検出器３１２が画像を獲得し、記憶することを可能にするように照明される。第１の光源３１０−１は次いで消され、第２の光源３１０−２が照明され、その後、検出器３１２は、次の画像を獲得し、記憶する。このシーケンスは、すべての光源３１０に対して継続し、何回か反復され得る。あるいは、各光源３１０はある固有の周波数で変調され得、検出器３１２は、照明変調周波数のいずれとも一般的に異なる周波数で一連の画像を獲得する。結果として生じる画像は、次いで、当技術の公知の方法を使用して、個々の照明波長の寄与を推定するために分析され得る。
【００５２】
図３Ｂは、複数波長の実施形態の変形を示す。この場合、バイオメトリックセンサ３００’は、フィルタリングされていない白熱電球または白色光ＬＥＤなどの広帯域照明源として提供される照明源３１６を備えている。図３Ａの実施形態における検出器３１２の機能性の他に、検出器３２０は、光学的フィルタリング動作を実行するように装備される。そのように動作する１つの方法は、カラーカメラに一般に使用されるバイヤー（Ｂａｙｅｒ）パターンに類似の画像化アレイの表面にカラーフィルタアレイ（図示されていない）を組込むことである。別の方法は、様々なカラー画像を複数の検出器に向けるカラービームスプリッタを組込むことである。
【００５３】
図３Ｂに示されるシステムの動作のシーケンスは、従って、広帯域照明源３１６が照明された後に、一つ以上の画像を収集し得る。個々のカラー画像は、次いで、カラーフィルタアレイの場合はサブピクセルのセットとして抽出され得、カラービームスプリッタの場合は個々の検出器から読み取られ得る。
【００５４】
図３Ｃは、スキン部位３０４の複数の様々な画像を収集するように様々な偏光条件を組込んだバイオメトリックセンサ３００”示す。偏光は、組織または他の散乱媒体において発生する光学的散乱によって影響される。この理由により、クロス直線偏光子は、表面反射を区別し、組織内でより深く相互作用する光を強調するようにインプリメントされ得る。同様に、平行直線偏光および様々な楕円偏光構成は、組織の異なる特徴を強調するために採用され得る。関連する方法で、偏光、特に直線偏光はフレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）反射現象によって光学的界面で発生する反射の大きさに影響する。そのように、様々な直線偏光方向は、一つ以上の界面から反射された光を強調するためにまたは強調しないために採用され得る。
【００５５】
図３Ｃにおいて、スキン部位３０４は、光源３２４によってプラテン３０８を通って照明され、図３Ａおよび図３Ｂに関連して記述された方法と同様な方法で検出器３２８によって画像化される。光源３２４は準モノクロまたは広帯域であり得、検出器３２８は、それらの図面に関連して記述される方法で白黒またはカラーであり得る。照明源３２４の一部（または全部）からの光は、偏光エレメント３３２−１によって偏光され得る。偏光子３３２−１は、様々な実施形態において、直線偏光子または楕円偏光子を備え得る。同様に検出器３２８のいくつかは、第２の偏光子３３２−２を通って画像を見得、第２の偏光子も、様々な実施形態において、直線または楕円偏光子であり得る。
【００５６】
一実施形態において、照明偏光子３３２−１および検出偏光子３３２−２は、２つの
偏光子３３２の光学軸は、実質的に直角であるように配置された直線偏光子である。別の場合において、偏光子３３２は、実質的に平行な偏光を有するように配置される。
【００５７】
どちらかの偏光子３３２が楕円偏光子を備えている場合において、楕円偏光子の前に、楕円偏光子の軸に対してある角度に向けられた直線偏光子（図３Ｃに示されていない）が置かれ得る。この角度は、当業者に公知の方法で、右円光または左円光を生成するように選ばれ得る。一実施形態において、偏光子３３２によって構成される楕円偏光子は、両方の偏光子３３２が左円光を生成するか、または両方の偏光子３３２が右円光を生成するように配置される。別の実施形態において、一方の偏光子３３２は左円光を生成し得、他方の偏光子３３２は、右円光を生成する。
【００５８】
図３Ｃにおいて例示されるように、無偏光光源３２４も存在し得、偏光検出器３２８−１によって見られる照明条件を生成する。実施形態は、また、偏光光源３２４−２からの光を使用して生成される画像を見る非偏光カメラ３２８−２を有し得る。
【００５９】
照明および画像化の複数の角度の使用は、図４に示されるバイオメトリックセンサによって例示される。照明または検出の角度の変化は、一般に、光学界面から照射または反射された光の大きさおよび／または方向における変化を引き起こす。臨界角として公知のある角度において、２つの異なる屈折率のメディア間の界面は、内部全反射効果を生成し得る。プラテン−空気臨界角のどちらかの側においてプラテンに接触しているスキン部位を観察することは、非常に異なる情報内容を有する非常に異なる画像を生成し得る。外部指紋パターンなどの不規則な特徴に対して発生する影つけ効果も、種々の偏光効果と共にあり得る。これらの種類の効果のすべては、照明および検出の様々な光学角の下でイメージャによって生成される画像の性質を変化させる。
【００６０】
図４は、プラテンとして作用するかプラテンを備えるプリズム４０８を通しスキン部位４０４を照明する複数の照明源４１２を示す。プリズム４０８を通ってスキン部位４０４を見る複数の検出器４１６もある。プリズムを使用することは、光がプラテン材料に入り、そこから出る界面において発生する光学的影響を最小にする。マイクロプリズムアレイおよび単純な平面ウィンドウを含むその他の形式のプラテンが代わりに採用され得る。図面において、照明源４１２からの光は、スキン部位４０４を照明する前に準平行であり得る。任意のまたはすべての検出器４１６は、スキン部位４０４が任意のまたはすべての照明ソース４１２によって照明される場合、画像データを収集し得る。一部の場合において、図面にある光源４１２−１などの１つ以上の光源は、スキン部位４０４とプラテンとの間の界面における内部全反射を引き起こすプラテン−空気界面によって定義される臨界角よりも大きい角度で向けられ得る。一部の場合において、図面にある検出器４１６−１などの１つ以上の検出器は、同様に、検出器によって生成された画像が全内部反射影響による影響を引き起こすプラテン−空気界面によって定義される臨界角より大きい角度で向けられ得る。
【００６１】
図５Ａおよび図５Ｂは、複数の焦点面で画像を収集し得るバイオメトリックセンサ５００の一部を示す。図５Ａは、そのようなバイオメトリックセンサ５００の側面図を例示し、一方、図５Ｂは、センサ５００の前面図を示す。スキン部位５０４はプラテン５０８にある。図５Ｂの側面図は、スキン部位５０４が、プラテン５０８に接触しない領域を有する指などの曲面の本体部分によって構成される場合の傾向を例示する。従って、可変焦点を有する検出器５１２は、様々な焦点面を有し得る画像の収集を可能にする。例えば、第１のそのような画像は、実質的にスキン部位５０４とプラテン５０８との間の界面にある平面５２４に沿って、画像が最適であるように設定された焦点を有する検出器５１２によって獲得され得る。次のそのような画像は、プラテン５０８の上方にある平面５２０を画像化するようにリセットする検出器５０８の焦点を用いて、獲得され得る。第３のそのような画像は、検出器５１２がさらに別の平面５１６を画像化するように設定された焦点を有する場合などに獲得され得る。
【００６２】
検出器５１２によって構成される画像化システムは、レンズ、ミラー、および所望の焦点を達成するためのその他の光学エレメント（図５Ａまたは５Ｂに示されていない）を備えており、該画像化システムは、電気機械式アセンブリ、流体充填エレメントに作用する静電力を使用する液体レンズエレメント、変形ミラー、ＭＥＭＳベースのコンポーネントなどを備えているそのような光学エレメントによって焦点を変化させる機構を有する。一部の実施形態において、検出器５１２によって構成された画像化システムは、テレセントリック画像化を提供するように構成され、それによって様々な焦点設定の下で収集された画像における特徴の登録を維持する。
【００６３】
一部の実施形態において、画像化システムが十分な焦点深度を提供するように設計されている場合、固定焦点画像化システムが検出器５１２と共に使用され得る。例えば、固定焦点システムは、焦点面５１６、５２０、および５２４がすべて十分な解像度および画像品質を有して焦点を合わせられる場合、使用され得る。一般的に指紋特徴は、１インチ当たり約５００ピクセル（ｐｐｉ）の解像度を有するシステムによって画像化されるが、この要求は、アプリケーション要求によって、約１００ｐｐｉ〜約４０００ｐｐｉ間で大幅に変動し得る。特定の焦点領域に対して必要な解像度を有して特徴を画像化する能力を維持する画像化システム設計は、当業者にとって公知である。一部の場合において、そのような画像化システムは、また、テレセントリック画像特性を提供するように設計される。
【００６４】
図６は、様々な光学的条件の下で複数の画像を生成するために様々な機構を組合せることによってマルチスペクトルデータを収集するいくつかの異なる機構を組合せる本発明の実施形態を示す。スキン部位６０４は、プリズムから作られるプラテン６０８に接触して提供される。図面においてプリズム６０８の右側面は、拡散光学反射コーティング６１０でコーティングされる。光源６１２−２および６１２−３からの光は、プリズムに入りスキン部位６０４を照明する前に、それぞれ、偏光子６２０−１および６２０−３を通過する。光源６１２−１からの光は、偏光子をまず通過することなくプリズムに入る。種々の光源６１２によって発せられた光の波長は、実質的に互いに異なり得る。偏光子６２０−１および６２０−２は、特定の実施形態において、実質的に同じ方向の直線の偏光子であり得る。
【００６５】
検出器６１６−２は、偏光子６２０−２およびプリズム６０８を通してスキン部位６０４を見る。この偏光子６２０−２は、照明偏光子６２０−１および６２０−３と実質的に直角となるように向けられた直線偏光子であり得る。検出器６１６−１は、介在する偏光子なしにプリズム６０８を通してスキン部位６０４を見る。検出器６１６−１は、スキン部位６０４とプリズム６０８との間の界面において、ＴＩＲによって実質的に影響されるように向けられ得る。
【００６６】
検出器６１６のいずれかまたは両方によって構成される画像化システムは、画像を取るために種々の焦点面を提供する。一実施形態において、検出器６１６−２は、プラテン６０８に接触していないスキン部位６０４の部分を適切に画像化するように様々な焦点設定を有する複数の画像を収集するように適合され得る。あるいは、検出器６１６−２のための画像化システムは、プラテン６０８に接触していないスキン部位６０４の所望の量が適切な解像度で画像化されるように選ばれた焦点深度を有する固定焦点システムであり得る。可変焦点または固定焦点のいずれかの場合において、画像化システムは、テレセントリック画像化能力を提供するようにさらに適合され得る。
【００６７】
光源６１２−１からの光は、プリズム６０８の中に入りコーティング６１０によって、拡散的に反射され、スキン部位６０４とプラテン６１０との間の界面を照明する。スキン部位は、複数の検出器６１６によって画像化される。光源６１２−１からの照明の下に画像が獲得された後に、この光源は消灯され、光源６１２−２は点灯される。検出器６１６のどちらかまたは両方の検出器６１６は、画像の第２のセットを取り得る。このシーケンスは、次いで光源６１２−３に関して反復される。
【００６８】
図６は、特定の数の光源および検出器、ならびに偏光される光を供給および受け取る特定の数のそれらの光源および検出器を示すが、これは例示的目的のみであることは理解されるであろう。より一般的に、実施形態は、上記のマルチスペクトルデータを生成する種々の局面の任意のものを組み合わせ得る。例えば、図６の実施形態は、無偏光の光のみが使用されるようにまたは単一焦点面のみが使用されるように、変更され得る。さらに、代替の実施形態は、より一般的に任意の数の光源および検出器を使用し得、偏光子を通って光を供給または偏光子を通って光を受け取るように配置された任意の数のそのような光源および検出器を有し得る。
【００６９】
図７は、図６の構成に従って組み立てられたシステムによって生成されたいくつかのデータを示す。画像化されたスキン部位は、画像化の前に粘土ベースの乾燥剤に１０分間さらされた後の特に乾燥した指である。図面の左側の参照番号７０４、７１２および７２０によって識別される画像は、初期前処理後に乾燥した指を見る種々の光学条件の結果から得られた画像である。従って、それらは、図１のブロック１１６において生成された画像に対応する。
【００７０】
参照番号７０８、７１６および７２４によって識別される図７の右側の画像は、それぞれの左側の画像に対して上記のバイオメトリック特徴抽出を実行した結果である。すなわち、画像７０８は、７０４に対してバイオメトリック特徴抽出を実行した結果であり、画像７１６は、７１２に対してバイオメトリック特徴抽出を実行した結果であり、画像７２４は、７２０に対してバイオメトリック特徴抽出を実行した結果である。右側画像７０８、７１６および７２４の各々は、左側の骨格化バージョンおよび見つけられたあらゆるミニューシアポイントを示し、ミニューシアポイントのサンプルは参照番号７２８によって示される。ミニューシアポイントを伴う骨格化画像７０８、７１６、および７２４は、図１のブロック１２８において生成される画像に対応する。
【００７１】
要約すると、画像の骨格化は、画像の前景領域を骨格の残部に格下げする処理である。この残部は、原領域の範囲と関連性とを大部分保存するが、原前景のピクセルのほとんどを捨てる。骨格化は、一般的に２つの方法のうちの１つで実行される。一方のクラスの技術を用いると、シニング（ｔｈｉｎｎｉｎｇ）がこれ以上不可能となり中央線が残されるように、ピクセルを各隆起線の縁から徐々に取り除く形態学的なシニングが提供される。残ったものが骨格に近似する。もう一方のクラスの技術を用いると、画像の距離変換が計算され、骨格は距離変換における特異点に沿う。いずれの場合においても、結果として生じる画像が、当技術において公知の方法を用いて線が終わるかまたは分岐する点を定義するために処理され得る。これらの点はミニューシアポイントとして公知であり、バイオメトリックタスクにおいてそれらを使用することは周知である。あるいは、方法は、原グレースケール（非骨格化）画像に直接に適用され得、当技術に公知の技術を用いてミニューシアポイントの類似のセットを抽出する。
【００７２】
画像７０４は、図６の照明源６１２−１および検出器６１６−１の使用に対応する光学的配置を用いて収集される。これは、一般的なＴＩＲベースの測定構成である。図７において明らかなように、ＴＩＲ画像は、観察される指の乾燥質によりひどく劣化される。この劣化は、画像７０８において識別されるわずかなミニューシアポイントという結果となり、それが比較的貧弱なバイオメトリックシステム性能となる。
【００７３】
画像７１２は、図６の照明源６１２−２および検出器６１６−２の使用に対応する光学的配置を用いて収集される。偏光子６２０−１および６２０−２に対応する直線偏光子は、実質的に直角方向にて配置される。画像７２０は、図６の照明源６１２−１および検出器６１６−２の使用に対応する光学的配置を用いて収集され、指を偏光子６２０−２を通して見る。この場合、照明源６１２−１および６１２−２の波長は類似しており、波長約
６３５ｎｍの赤色光である。結果として生じる画像７１２および７２０は、対応する骨格化された画像７１６および７２４においてより多くのより良いバイオメトリック特徴を生成し、このことは、それらの画像と画像７０８との比較によって例示される。
【００７４】
図８は、同じシステムによって生成されるデータの類似のセットを示すが、この場合は、人の指がセンサに非常に軽く触れ、非常に小さい領域の接触となる場合に収集されたデータから引き出された場合である。画像のレイアウトは、図７のレイアウトと同じである。すなわち、画像８０４、８１２、および８２０は、ＴＩＲ条件の下で、クロスの偏光構成、および種々の照明／検出角度でそれぞれ収集された前処理された画像に対応し、画像８０８、８１６および８２４は、特徴抽出後の対応する結果である。小さい領域の接触のため、光源６１２−１による照明によって生成され、検出器６１６−１によって画像化されたＴＩＲ画像８０４は、指紋特徴が見られ得る領域が大幅に減少した領域を有する。対応する処理された画像８０８も、この画像から抽出され得る特徴の数が大幅に減少した特徴を示す。
【００７５】
これは画像８１２と８２０との顕著な対照であり、これらの画像の両方とも比較的大きな焦点距離を有する検出器６１６−２を用いて収集される。これらの画像は、小さい接触領域にもかかわらず、全指紋領域を示す。対応する特徴抽出画像８１６および８２４は、スキン部位とセンサとの間の接触領域を越える領域においてバイオメトリック特徴を抽出する上記の方法およびシステムの能力を示す。
【００７６】
このように、いくつかの実施形態が記述されたので、種々の偏光、代替の構成および均等物は、本発明の精神から逸脱することなく使用され得ることは当業者によって認識されるであろう。従って、上記のことは、以下の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲を制限することとして解されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本発明のいくつかの実施形態の局面を要約した流れ図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従うバイオメトリクシステムの機能構造を示す概略図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、様々な照明波長および／または様々な偏光条件を提供する本発明の様々な実施形態によるマルチスペクトルデータの収集を可能にするバイオメトリックセンサの説明図を提供する。
【図４】図４は、複数の照明および検出角度を提供する本発明の別の実施形態におけるマルチスペクトルデータの収集を可能にするバイオメトリックセンサの説明図を提供する。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、複数の焦点面を提供する更なる実施形態においてマルチスペクトルデータの収集を可能にするバイオメトリックセンサの側面図および前面図をそれぞれ提供する。
【図６】図６は、複数の照明波長、複数の偏光条件、複数の照明角度、複数の検出角度、および複数の画像面でマルチスペクトルデータの収集を可能にする、図３Ａ〜図５Ｂのバイオメトリックセンサの局面を組み合わせたバイオメトリックセンサの説明図を提供する。
【図７】図７は、本発明のバイオメトリックセンサのプラテン上に一回配置時におけるドライスキンを有する指を画像化するように使用される３つの異なる光学構成からの原画像および処理された画像を示す。
【図８】図８は、本発明のバイオメトリックセンサのプラテンに最小の接触をする指を画像化するように使用される３つの異なる光学構成からの原画像および処理された画像を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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