(57)【要約】【課題】検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイドを通して取得したアナログ画像信号を二値化する画像処理回路に関し、検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイドを通して取得したアナログ画像信号を正確に二値化できる画像処理回路を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイド（１４）を通して取得したアナログ画像信号を二値化する画像処理回路であって、アナログ画像信号の平均値に応じてスライスレベルを生成するスライスレベル生成手段（４３）と、スライスレベル生成手段（４３）で生成されたスライスレベルとアナログ画像信号とを比較し、その大小関係に応じて二値化画像信号を生成する比較手段（４２）とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2005209033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイドを通して取得したアナログ画像信号を二値化する画像処理回路であって、
前記アナログ画像信号の平均値に応じてスライスレベルを生成するスライスレベル生成手段と、
前記スライスレベル生成手段で生成された前記スライスレベルと前記アナログ画像信号とを比較し、その大小関係に応じて二値化画像信号を生成する比較手段とを有することを特徴とする画像処理回路。
【請求項２】
前記スライスレベル生成手段は、前記アナログ画像信号に応じた電荷を蓄積するキャパシタと、
前記キャパシタの充放電電流を制限する抵抗と、
前記アナログ画像信号をオン期間、前記キャパシタに印加するスイッチとを有することを特徴とする請求項１記載の画像処理回路。
【請求項３】
前記イメージガイドを通した光に応じたアナログ画像信号を検出する画像検出手段と、
前記画像検出手段からアナログ画像信号を取得する画像取得タイミングを制御するとともに、該画像取得タイミングに応じて前記スイッチをオンさせる制御手段とを有することを特徴とする画像処理回路。
【請求項４】
前記アナログ画像信号をディジタルデータに変換するアナログ−ディジタル変換手段を有し、
前記スライスレベル生成手段は、前記アナログ−ディジタル変換手段で変換されたディジタルデータの平均値を算出し、該算出された平均値のディジタルデータを前記スライスレベルとして設定し、
前記比較手段は、前記スライスレベル生成手段で生成された前記スライスレベルと前記アナログ−ディジタル変換手段で変換されたディジタルデータとを比較し、その大小関係に応じて二値化画像データを生成することを特徴とする画像処理回路。
【請求項５】
前記スライスレベル生成手段は、予め設定された所定の有効期間の平均値を算出することを特徴とする請求項４記載の画像処理回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像処理回路に係り、特に、検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイドを通して取得したアナログ画像信号を二値化する画像処理回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理の分野では、セキュリティの向上に伴って、指紋などを個人の識別情報として用いる傾向にある。これに伴って、各種指紋センサが開発されている。
【０００３】
指紋センサの一つとして、端面に接触した部分からの光を透過させ、非接触部分の光が吸収されるように光ファイバ束の端面を傾斜してカットし、光ファイバ束を透過した光を検出することにより、指紋の凹凸を検出する装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
なお、このような指紋センサでは、光ファイバ束の端面の傾斜は、理論値に設定する必要があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３００９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、この種の指紋センサには小型化が要求されており、この種の指紋センサを小型化する場合、光ファイバ束の端面の傾斜を理論値より大きくする必要があった。光ファイバ束の端面の傾斜を理論値より大きくすると、漏光が発生し、指紋の凹部と凸部とを認識し難くなる。
【０００７】
指紋の凹部と凸部とは通常の二値化回路により二値化されて検出される。二値化回路では、一般にアナログ信号のピーク値とボトム値とから按分された点、例えば、中間点をスライスレベルとしている。
【０００８】
一方、指紋を弱い力で光ファイバ束の端面に接触させたときに得られるアナログ画像信号は、指紋の山の部分、すなわち、イメージガイドに接触した部分の信号が鋭く、やせた波形となり、指紋の谷の部分、すなわち、非接触部分の信号の期間が鈍く、肥大した波形となる。このようなアナログ画像信号を二値化すると、指紋の谷の部分が多く、指紋の山の部分が少ない、すなわち、一方のレベルに偏った二値化画像となり、指紋のパターンを正確に取得できず、よって、正確な指紋認証が行えなくなる。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイドを通して取得したアナログ画像信号を正確に二値化できる画像処理回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイド（１４）を通して取得したアナログ画像信号を二値化する画像処理回路であって、アナログ画像信号の平均値に応じてスライスレベルを生成するスライスレベル生成手段（４３）と、スライスレベル生成手段（４３）で生成されたスライスレベルとアナログ画像信号とを比較し、その大小関係に応じて二値化画像信号を生成する比較手段（４２）とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、スライスレベル生成手段（４３）は、アナログ画像信号に応じた電荷を蓄積するキャパシタ（５１）と、キャパシタ（５１）の充放電電流を制限する抵抗（５２）と、アナログ画像信号をオン期間、キャパシタに印加するスイッチ（５３）とを有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、イメージガイドを通した光に応じたアナログ画像信号を検出する画像検出手段と（１５）、画像検出手段（１５）からアナログ画像信号を取得する画像取得タイミングを制御するとともに、画像取得タイミングに応じてスイッチ（５３）をオンさせる制御手段（３２）とを有することを特徴とする。
【００１３】
また、アナログ画像信号をディジタルデータに変換するアナログ−ディジタル変換手段（１２１）を有し、スライスレベル生成手段はアナログ−ディジタル変換手段（１２１）で変換されたディジタルデータの平均値を算出し、算出された平均値のディジタルデータをスライスレベルとして設定し、比較手段はスライスレベル生成手段で生成されたスライスレベルと前記アナログ−ディジタル変換手段で変換されたディジタルデータとを比較し、その大小関係に応じて二値化画像データを生成することを特徴とする。
【００１４】
また、スライスレベル生成手段（１２１）は、予め設定された所定の有効期間の平均値を算出することを特徴とする。
【００１５】
なお、上記括弧内の参照符号は理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これによって請求の範囲が限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイド（１４）を通して取得したアナログ画像信号をスライスレベル生成手段（４３）により平均値を求め、求められた平均値をスライスレベルとして設定し、比較手段（４２）によりスライスレベル生成手段（４３）で生成されたスライスレベルとアナログ画像信号とを比較し、その大小関係に応じて二値化画像信号を生成することにより、ハイレベルとローレベルとの割合が略等しい二値化画像信号が得られ、よって、検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイドを通して取得したアナログ画像信号を正確に二値化できる等の特長を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
〔第１実施例〕
図１は本発明の第１実施例のブロック構成図、図２は本発明の第１実施例の斜視図を示す。
【００１８】
本実施例の画像検出装置１は、ラインセンサを用いた指紋検出装置であり、ラインセンサに対して指を直交する方向に移動させることにより、指紋を検出する装置であり、回路基板１１上に発光素子１２−１、１２−２、１２−３、導光ガイド１３、イメージガイド１４、受光装置１５、電子部品１６を搭載し、モールド樹脂１７により封止した構成とされている。なお、モールド樹脂１７は、カーボンなどが混入されており、光を通さない構成とされている。これによって、イメージガイド１４を伝搬しない不要な光が受光装置１５に入射することを防止している。
【００１９】
発光素子１２−１、１２−２、１２−３は、発光ダイオード（ＬＥＤ；light
emitting diode）から構成されており、その発光部分が回路基板１１上に、矢印Ｘ方向に略等間隔となるように搭載されている。発光素子１２−１、１２−２、１２−３には、回路基板１１上に搭載された電子部品１６から構成される制御装置２１から駆動パルス信号が供給される。駆動パルス信号は、受光装置１５で検出された検出信号に応じてＰＷＭ（pulse
width modulation）制御される。
【００２０】
発光素子１２−１、１２−２、１２−３から出射された光は、導光ガイド１３に供給される。導光ガイド１３は、発光素子１２−１、１２−２、１２−３から出射された光のうち、赤色成分を透過させる。導光ガイド１３を透過した光は、指の内部に入射する。指に入射した光は、指内の組織により乱反射される。これによって、指先が内部で発光しているようになる。指先からの光は、イメージガイド１４の一端面に供給される。
【００２１】
イメージガイド１４は、矢印Ｘ方向に配列された光ファイバ束から構成されており、導光ガイド１３に隣接して、導光ガイド１３に平行に配置されている。イメージガイド１４を構成する光ファイバは、コアの周囲にクラッドが形成され、さらに、クラッドの周囲に吸収体が形成された構成とされており、指紋の溝部分と山部分とを識別するためのイメージガイドとして作用する。
【００２２】
イメージガイド１４は、光ファイバが矢印Ｘ方向に配列され、固着された構成とされており、その一方の端面が、その中心軸に対して、角度を持って形成されている。イメージガイド１４の一方の端面の角度は、空気層（屈折率１．０）からの光がファイバを通して他端面に伝搬できず、かつ、指（屈折率１．５〜１．７）からの光がファイバを通して他端面に伝搬できる角度に設定されている。その角度は、例えば、ファイバのコアの屈折率１．６２、クラッドの屈折率を１，５２としたとき、９．９７°〜３１．６４°程度に設定されるのが理想的である。
【００２３】
このとき、端面の傾斜角は、光ファイバのコアとクラッドとの界面の不均一性などにより、これより大きい角度であっても指紋の溝部分と山部分との識別は可能である。例えば、イメージガイド１４の一端面の角度は、３０°〜６０°で検出が可能となる。なお、イメージガイド１４の一端面の傾斜角が大きい程、装置の小型化が可能となる。本実施例では、イメージガイド１４の一端面の傾斜角度を４０°程度に設定し、小型化を図っている。このため、漏光が生じる。このため、本実施例では、漏光の影響を考慮して検出を行っている。
【００２４】
上記構造のイメージガイド１４によれば、指紋の溝の部分では、イメージガイド１４の端面との間に間隙が生じ、光が空気からイメージガイド１４の端面に入射するため、光はイメージガイド１４の他方の端面には伝搬されない。また、指紋の山の部分では、イメージガイド２３の端面に密着しており、指の内部を通る光はイメージガイド１４を通りイメージガイド１４の他端面に伝搬されることになる。
【００２５】
したがって、イメージガイド１４の他方の端面から出射される光を検出することにより、指紋の溝の部分か、山の部分かを識別できる。イメージガイド１４の他端面には、イメージガイド１４を光が伝搬されたか否かを検出するための受光装置１５が配置されている。
【００２６】
受光装置１５は、複数の受光素子１５−１〜１５−ｎを矢印Ｘ方向にライン状に配列した構成とされている。受光素子１５−１〜１５−ｎは、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型光電センサやＣＣＤ（charge coupled device）センサなどの一定周期毎に電荷を蓄積するタイプの受光素子から構成されている。また、受光素子１１−１〜１１−ｎは、イメージガイド１４のピッチに比べて等しいか、大きいピッチで配列されている。
【００２７】
受光装置１５は、受光素子１５−１〜１５−ｎでイメージガイド１４の他端から出射された光を受光し、受光した光の光量に応じて電荷を蓄積する。受光素子１５−１〜１５−ｎに蓄積された電荷は、一定期間毎に検出信号として出力される。受光装置１５から出力された検出信号は、制御装置２１に供給される。
【００２８】
制御装置２１は、検出部３１及び制御部３２から構成される。
【００２９】
図３は検出部３１のブロック構成図を示す。
【００３０】
検出部３１は、アンプ４１、コンパレータ４２、スライスレベル生成回路４３から構成される。
【００３１】
検出部３１には、受光装置１５の受光素子１５−１〜１５−ｎで検出された検出信号が順次に供給される。受光装置１５からの検出信号は、アンプ４１及びスライスレベル生成回路４３に供給される。アンプ４１は、受光装置１５からの検出信号を増幅して出力する。アンプ４１で増幅された信号は、コンパレータ４２の非反転入力端子に供給される。
【００３２】
スライスレベル生成回路４３は、キャパシタ５１、抵抗５２、アナログスイッチ５３から構成される。
【００３３】
受光装置１５からの検出信号は、アナログスイッチ５３を通して抵抗５２の一端に供給される。抵抗５２の他端は、キャパシタ５１の一端に接続される。キャパシタ５１の他端は、接地されている。
【００３４】
アナログスイッチ５３がオンすることにより、抵抗５２を介して検出信号がキャパシタ５１に印加され、キャパシタ５１が検出信号に応じて充放電される。このとき、抵抗５２によりキャパシタ５１の充放電電流が制限される。よって、キャパシタ５１には、検出信号の平均値に応じた電荷が蓄積されることになる。
【００３５】
なお、アナログスイッチ５３は、制御部３２からの切換制御信号に応じてスイッチングされ、検出信号のうちの平均化される期間が制御される。
【００３６】
図４は制御部３２のスライスレベル設定処理時の処理フローチャートを示す。
【００３７】
制御部３２は、ステップＳ１−１で検出信号の取り込みが開始されると、ステップＳ１−２で検出信号の取り込みタイミングが有効期間か否かを判定する。
【００３８】
制御部３２は、ステップＳ１−２で有効期間であると判断すると、ステップＳ１−３でスライスレベル生成回路４３のアナログスイッチ５３をオンさせる。スライスレベル生成回路４３は、アナログスイッチ５３がオンすると、受光装置１５からの検出信号によりキャパシタ５１を充放電する。これによって、キャパシタ５１には、検出信号の平均値に応じた電荷が蓄積され、キャパシタ５１と抵抗５２との接続点の電位が検出信号の平均値に応じた電位とされる。
【００３９】
ここで、アナログスイッチ５３の制御動作について説明する。
【００４０】
図５はアナログスイッチ５３の制御動作を説明するための図を示す。図５（Ａ）はフレーム同期信号、図５（Ｂ）はスライスレベル、図５（Ｃ）は受光装置１５からの検出信号波形、図５（Ｄ）はアナログスイッチ５３の切換タイミング信号を示す。
【００４１】
時刻ｔ１で図５（Ａ）に示すようにフレーム同期信号が立ち上がった後、時刻ｔ２で図５（Ｃ）に示すように受光装置１５によりイメージガイド１４を通過した光に応じた検出信号が出力される。このとき、検出信号の立ち上がり部分及び立ち下り部分は、指の周縁部に当たり、イメージガイド１４との接触が不安定であるため、検出信号の不安定となる。したがって、制御部３２は、検出信号が立ち上がった後、検出信号が安定するであろう時刻ｔ３から検出信号が立ち下がる前の時刻ｔ４までの時間Ｔ１の間、アナログスイッチ５３をオンさせる。なお、制御部３２は、例えば、図５（Ａ）のフレーム同期信号が立ち上がっての時間に基づいて時刻ｔ３、ｔ４を決定し、アナログスイッチ５３を制御する。
【００４２】
このとき、図５（Ｂ）に示すスライスレベルは、図５（Ｃ）に示す検出信号のうちの図５（Ｄ）に示す時間Ｔ１の信号の平均値に応じたレベルとなる。
【００４３】
コンパレータ４２の非反転入力端子には、アンプ４１で増幅された信号は、コンパレータ４２の非反転入力端子に供給され、反転入力端子には、スライスレベル生成回路４３で生成されたスライスレベルが供給される。
【００４４】
コンパレータ４２は、アンプ４１の出力信号とスライスレベル生成回路４３からスライスレベルとを比較して、アンプ４１の出力信号がスライスレベル生成回路４３からのスライスレベルより大きいときには、出力をハイレベルとし、小さいときには、出力をローレベルとする。これによって、指紋の溝部分に対応する受光素子の検出信号はローレベル、指紋の山部分に対応する受光素子の検出信号はハイレベルとされ、指紋の画像が二値化される。コンパレータ４２の出力は、制御部３２に供給される。
【００４５】
図６は検出信号とスライスレベルとの関係を示す図である。
【００４６】
スライスレベルは、図６に破線で示すようにピーク値とボトム値との中間レベルより小さい値になる。これによって、山の時間と谷の時間を共に時間Ｔ11にすることができる。これによって、指をイメージガイド１４に弱い力で接触させた場合でも、指紋の山の部分と谷の部分とを均等にできる。これによって、指のイメージガイド１４への接触力によらず、鮮明に指紋などの二値化画像を取得できる。一方、図６に一点鎖線で示すようにピーク値とボトム値との半分のレベル１／２（ｐ−ｐ）をスライスレベルとすると、山の部分が時間Ｔ21、谷の部分が時間Ｔ21よりも大きい時間Ｔ22となり、谷の部分が多くなり、二値化したときに、指紋が薄くなったような画像となる。
【００４７】
なお、制御部３２は、例えば、ＡＳＩＣ（application specific
integrated circuit）やＣＰＵ（central processing unit）などにより構成されており、受光装置１５にその読み出しタイミングを制御するためのクロックなどを供給する。また、制御部３２は、検出装置３１のコンパレータ４２の出力に基づいて指紋の山と谷とで二値化された二値化画像が取得される。取得された二値化画像は、インタフェースを介してホスト装置に供給される。
【００４８】
本実施例によれば、イメージガイド１４の検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイド１４を通して取得したアナログ画像信号をスライスレベル生成回路４３により平均値を求め、求められた平均値をスライスレベルとして設定し、コンパレータ４２によりスライスレベル生成回路４３で生成されたスライスレベルとアナログ画像信号とを比較し、その大小関係に応じて二値化画像信号を生成することにより、ハイレベルとローレベルとの割合が略等しい二値化画像信号が得られ、よって、検出面に接触した部分からの光を透過し、非接触部分の光を吸収する構成のイメージガイドを通して取得したアナログ画像信号を正確に二値化できる。
【００４９】
〔第２実施例〕
図７は本発明の第２実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５０】
本実施例の画像検出装置１００は、制御装置１１１の構成及び動作が第１実施例とは相違する。
【００５１】
本実施例の制御装置１１１は、ＡＤＣ（analog digital converter）１２１、制御部１２２から構成される。
【００５２】
ＡＤＣ１２１は、受信装置１５からのアナログ検出信号をディジタルデータに変換する。ＡＤＣ１２１で変換されたディジタルデータは、制御部１２２に供給される。制御部１２２は、ＡＤＣ１２１からのディジタルデータに基づいて指紋の山の部分と谷の部分とで二値化された二値化画像を生成する。
【００５３】
図８は制御部１２２の動作フローチャートを示す。
【００５４】
制御部１２２は、ステップＳ２−１でＡＤＣ１２１からデータを取り込み、ステップＳ２−２で取り込んだデータからノイズ成分などをディジタル導光ガイドなどにより除去した後のデータからピーク値を検出し、保存するとともに、ステップＳ２−３で取り込んだディジタルデータが内部に設定されたスライスレベルより大きいか否かを判定する。
【００５５】
制御部１２２は、ステップＳ２−３で取り込んだディジタルデータがスライスレベルより大きい場合には、ステップＳ２−４で二値化データをハイレベルとする。また、制御部１２２は、ステップＳ２−３で取り込んだディジタルデータがスライスレベルより小さい場合には、ステップＳ２−５で二値化データをローレベルとする。
【００５６】
次に制御部１２２は、ステップＳ２−６でＡＤＣ１２１から取り込んでいるディジタルデータが有効期間Ｔ１内か否かを判定する。制御部１２２は、取り込んでいるディジタルデータが有効期間Ｔ１内のものであれば、ステップＳ２−７で受信装置１５から取り込んだディジタルデータを含めてディジタルデータの平均値を算出する。
【００５７】
制御部１２２は、ステップＳ２−８で算出した平均値をスライスレベルとして内部に設定する。制御部１２２は、ステップＳ２−６でディジタルデータが有効期間Ｔ１の間ステップＳ２−７、Ｓ２−８により取り込んだディジタルデータの平均値を算出し、スライスレベルとして設定する処理を行う。
【００５８】
また、制御部１２２は、ステップＳ２−９でデータ取り込み期間が終了するまで、ＡＤＣ１２１からのディジタルデータの取り込み及び設定されたスライスレベルによる二値化を行い、二値化画像を取得する。
【００５９】
なお、本実施例を指紋検出装置に適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、ライン型受光装置を有する画像検出装置、一般に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施例のブロック構成図である。
【図２】本発明の第１実施例の斜視図である。
【図３】検出部３１のブロック構成図である。
【図４】制御部３２のスライスレベル設定処理時の処理フローチャートである。
【図５】アナログスイッチ５３の制御動作を説明するための図である。
【図６】検出信号とスライスレベルとの関係を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例のブロック構成図である。
【図８】制御部１２２の動作フローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１、１００  画像検出装置
１１  回路基板、１２−１〜１２−３  発光素子、１３  導光ガイド
１４  イメージガイド
１５  受光装置、１５−１〜１５−ｎ  受光素子、１６  モールド樹脂
２１、１１１  制御装置
３１  検出部、３２  制御部
４１  アンプ、４２  コンパレータ、４３  スライスレベル生成回路
５１  キャパシタ、５２  抵抗、５３  アナログスイッチ
１２１  ＡＣＤ、１２２  制御部
【図１】
2005209033.tif 000003
【図３】
2005209033.tif 000004
【図４】
2005209033.tif 000005
【図５】
2005209033.tif 000006
【図６】
2005209033.tif 000007
【図７】
2005209033.tif 000008
【図８】
2005209033.tif 000009
【図２】
2005209033.tif 000010