(57)【要約】許容可能な指紋画像をキャプチャするシステムおよび方法が、本発明明細書中に開示される。本方法は、名目の画像積分時間において初期の指紋画像をキャプチャする工程を含む。この初期の指紋画像が、一旦、キャプチャされると、第１の中間時間がキャプチャされる。次に、画像暗さテストは、画像解像度テストに続いて実行される。１つ以上のこれらのテストが、第１の中間指紋画像が許容不可能であることを示す場合、次の中間画像積分時間は、キャプチャされる。この次の中間指紋画像は、画像解像度テストが実行される以前にキャプチャされる。許容可能な暗さレベルおよび許容可能な解像度レベルを有する画像がキャプチャされるまで、さらなる中間指紋画像が、キャプチャされ得る。さらに、この方法を実行する指紋スキャナが開示される。【選択図】図３
2004506993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
許容可能な指紋画像をキャプチャする方法であって、該方法は、
（ａ）名目上の画像積分時間において、初期の指紋画像をキャプチャする工程と、
（ｂ）第１の中間画像積分時間において、第１の中間指紋画像をキャプチャする工程と、
（ｃ）画像暗さテストを実行する工程と、
（ｄ）画像解像度テストを実行する工程と
を包含する、方法。
【請求項２】
前記工程（ｃ）が許容不可能な暗さレベルで生じるとき、工程（ｄ）より前に、次の中間画像積分時間において、次の中間指紋画像をキャプチャする工程（ｅ）をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記工程（ｃ）が許容可能な暗さレベルで生じるまで、さらなる次の中間積分時間において前記工程（ｅ）を繰り返す工程をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記中間積分時間は、前記名目上の画像積分時間を含む時間の範囲内にある、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記中間積分時間は、前記名目上の積分時間の１／７の倍数を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記工程（ｄ）が許容可能な画像解像度レベルで生じるまで、前記工程（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、および（ｅ）を繰り返す工程をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記工程（ｃ）は、
（ｆ）複数の暗さテスト線の平均暗さ値を計算する工程と、
（ｇ）全体的な画像暗さが許容可能であることを検証する工程と、
（ｈ）画像暗さ分布が許容可能であることを検証する工程と
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記工程（ｆ）は、一対の画像暗さ線に配置される複数の画像暗さ線の平均暗さ値を計算する工程をさらに含み、該一対の画像暗さ線は期待された画像キャプチャ領域内に設置される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記工程（ｇ）は、前記複数の画像暗さテスト線の所定数が、暗さ閾値を上回る計算された平均暗さ値に関連していることを検証する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記工程（ｇ）は、前記複数の画像暗さテスト線のうち８本が暗さ閾値を上回る計算された平均暗さ値に関連していることを検証する工程をさらに含み、該複数の画像暗さテスト線は１０本の画像テスト線を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記工程（ｄ）は、
（ｉ）各複数の画像解像度テスト線の隆線の数を決定する工程と、
（ｊ）画像解像度は、該工程（ｉ）で決定される隆線の数に基づいて許容可能であることを検証する工程と
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記工程（ｉ）は、画像解像度テスト線の第１のセットの各所定数、および画像解像度テスト線の第２のセットの各所定数の隆線の数を決定する工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記画像解像度テスト線の第１のセットは、５本の垂直解像度テスト線を含み、前記画像解像度テスト線の第２のセットは、７本の水平画像解像度テスト線を含み、前記工程（ｉ）は、該５本の各垂直画像解像度テスト線、および該７本の各水平画像解像度テスト線の隆線の数を決定する工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
許容可能な指紋画像をキャプチャするための指紋スキャナーであって、該指紋スキャナーは、
名目上の画像積分において、初期の指紋画像をキャプチャし、第１の中間画像積分時間において、第１の中間指紋画像をキャプチャするカメラと、
画像暗さテストおよび画像解像度テストを実行するプロセッサと
を含む、指紋スキャナー。
【請求項１５】
前記プロセッサが許容不可能な暗さレベルで生じる画像暗さテストを実行すると、前記カメラは、次の中間画像積分時間において、次の中間指紋画像をさらにキャプチャする、請求項１４に記載の指紋スキャナー。
【請求項１６】
前記プロセッサが許容可能な暗さレベルを生じる画像暗さテストを実行するまで、前記カメラは、さらなる次の中間積分時間をキャプチャする、請求項１５に記載の指紋スキャナー。
【請求項１７】
前記中間積分時間は、前記名目上の画像積分時間から導き出される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記中間積分時間は、前記名目上の画像積分時間の１／７の倍数によって該名目上の画像積分時間が掛けられることによって該名目上の画像積分時間から導き出される、請求項１７に記載の指紋スキャナー。
【請求項１９】
単一の中間指紋画像のため、前記プロセッサが、それぞれ許容可能な画像暗さおよび解像度レベルで共に生じる画像暗さテストおよび画像解像度テストを実行するまで、前記カメラは、次の中間積分時間において、次の中間指紋画像をキャプチャする、請求項１５に記載の指紋スキャナー。
【請求項２０】
前記プロセッサは、複数の画像暗さテスト線の平均暗さ値を計算し、全体的な暗さが許容可能であることを検証し、画像暗さ分布が許容可能であることを検証する、請求項１４に記載の指紋スキャナー。
【請求項２１】
前記プロセッサは、一対の画像暗さ線に配置される複数の画像暗さ線に対する平均暗さ値を計算し、該一対の画像暗さ線は、期待された画像キャプチャ領域内に置かれる、請求項２０に記載の指紋スキャナー。
【請求項２２】
前記プロセッサは、前記複数の画像暗さテスト線の所定数が暗さ閾値を上回る計算された平均暗さ値に関連していることを検証する、請求項２１に記載の指紋スキャナー。
【請求項２３】
前記プロセッサは、前記複数の画像暗さ線のうち８本が暗さ閾値を上回る計算された平均暗さ値に関連していることを検証し、該複数の画像暗さ線のテスト線が１０本の画像暗さテスト線を含む、請求項２２に記載の指紋スキャナー。
【請求項２４】
前記プロセッサは、各複数の画像解像度テスト線の隆線の数を決定し、画像解像度が、該各複数の画像解像度テスト線の隆線の数に基づいて許容可能であることを検証する、請求項１４に記載の指紋スキャナー。
【請求項２５】
前記プロセッサは、垂直画像解像度テスト線の各所定数、および水平画像解像度テスト線の各所定数の隆線の数を決定する、請求項２４に記載の指紋スキャナー。
【請求項２６】
前記プロセッサは、５本の各垂直画像解像度テスト線、および７本の各水平画像解像度テスト線の隆線の数を決定する、請求項２５に記載の指紋スキャナー。
【請求項２７】
許容可能な指紋画像をキャプチャする方法であって、該方法は、
（ａ）第１の中間画像積分時間において、第１の中間指紋画像をキャプチャする工程と、
（ｂ）画像暗さテストを実行する工程と、
（ｃ）画像解像度テストを実行する工程と
を包含する、方法。
【請求項２８】
前記工程（ｂ）が許容不可能な暗さレベルで生じると、前記工程（ｃ）より前に、次の中間画像積分時間において、次の中間指紋画像をキャプチャする工程（ｄ）をさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記工程（ｂ）が許容可能な暗さレベルで生じるまで、さらなる次の中間積分時間において、前記工程（ｄ）を繰り返す工程をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
許容可能な指紋画像をキャプチャする指紋スキャナーであって、該指紋スキャナーは、
名目上の画像積分時間において、初期の指紋画像をキャプチャし、第１の中間画像積分時間において、第１の中間指紋画像をキャプチャするための手段と、
画像暗さテストおよび画像解像度テストを実行するための手段と
をさらに含む、指紋スキャナー。
【請求項３１】
指紋スキャナーに使用されるシステムコントローラであって、該システムコントローラは、画像暗さテストを実行し、画像解像度テストを実行する、システムコントローラ。
【請求項３２】
前記システムコントローラは、指紋画像内の複数の画像暗さテスト線の平均暗さ値を計算し、全体的な画像暗さおよび画像暗さ分布が共に許容可能であることを検証する、請求項３１に記載のシステムコントローラ。
【請求項３３】
前記システムコントローラは、指紋画像内の各複数の画像解像度テスト線の隆線の数を決定し、画像解像度が各複数の画像解像度テスト線の隆線の数に基づいて許容可能であることを検証する、請求項３１に記載のシステムコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、概して、指紋スキャニングおよび画像化に関する。より詳細には、本発明は、指紋画像をキャプチャするためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
（関連技術）
生物測定は、ハイレベルの安全を提供する一群の技術である。指紋キャプチャおよび指紋認識は、重要な生物測定技術である。法律の執行、銀行業務、投票、および他の産業は、ますます、本人であることを承認または証明するために、生物測定としての指紋を信頼する。「Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃｓ　Ｅｘｐｌａｉｎｅｄ，ｖ．２．０，Ｇ．Ｒｏｅｔｈｅｎｂａｕｇｈ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　Ａｓｓｎ．Ｃａｒｌｉｓｌｅ，ＰＡ１９９８，ｐａｇｅｓ１−３４」を参照のこと。
【０００３】
カメラを有する指紋スキャナーは、指紋の画像をキャプチャするのに利用可能である。キャプチャされた画像を表す信号は、データ通信インターフェースを介してさらなる処理のためのホストコンピュータに送られる。例えば、ホストは、１対１または１対多数の指紋マッチングを行い得る。
【０００４】
指紋画像を電気的にキャプチャするために、光源は、典型的には、指紋キャプチャ表面の方に向けられ、指紋キャプチャ表面は、光源からの光をカメラの方に反射する。指紋キャプチャ表面は、概して、ガラスである。指の表面と指紋キャプチャ表面との間の接触によって、反射された光は、指紋キャプチャ表面に対して配置された特定の指の指紋を表す。この反射は、カメラによってキャプチャされる必要がある。反射された光の強度は、このようなシステムにおいて大きく変化する。例えば、光源を製造するために用いられる製造許容誤差および技術に起因する変更は、指紋キャプチャ表面に向けられた光の強度に影響し得る。しかしながら、このような変更は、製造の時間で決定され得、システム設計の要因とされ得る。他の変更は、前もって決定されることができず、領域において補正する必要がある。
【０００５】
例えば、指と指紋キャプチャ表面との間の接触品質は、反射された光の強度において大きな役割を果たす。清潔な指紋キャプチャ表面上の非常に乾燥した皮膚表面により、反射された光が低強度レベルになるという結果になり得る。他方、油性の皮膚表面および／または清潔でない指紋キャプチャ表面により、反射された光が高レベルになるという結果になり得る。
【０００６】
上記変更の結果として、指紋スキャナーシステムおよび許容可能な指紋画像をキャプチャする方法が必要とされる。さらに、効果的で且つ簡単に使用される指紋スキャナーを製造するために、このようなシステムおよび許容可能な指紋画像をキャプチャするための方法が、ユーザ入力をほとんど必要とすることなく実行されることが望ましい。
【０００７】
（本発明の要旨）
許容可能な指紋画像のキャプチャする方法が本明細書中で開示されている。この方法は、いわゆる画像積分時間にて初期の指紋画像をキャプチャする工程を包含する。一旦この初期の画像がキャプチャされると、第１の中間積分時間（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ）での第１の中間指紋画像がキャプチャされる。次に、画像暗さテストは、画像解像度テストの前に実行される。１回以上のこれらのテストが第１の中間指紋画像が許容不可能である場合、次の中間画像積分時間での次の中間指紋画像がキャプチャされる。この次の中間指紋画像は、画像解像度テストが実行される前に、キャプチャされ得る。さらなる中間指紋画像は、許容可能な暗さレベルおよび許容可能な解像度レベルを有する画像がキャプチャされるまで、キャプチャされ得る。これらのさらなる中間指紋画像は、増分された中間積分時間でキャプチャされ得る。
【０００８】
中間積分時間は、名目上の画像積分時間の１／７の倍数で名目上の画像積分時間を掛けることにより、名目上の画像積分時間から導かれる。
【０００９】
本発明による方法は、多数の画像暗さテスト線の平均暗さ値を計算する工程を包含する。一旦これらの画像暗さ値が計算されると、許容可能な画像全体の暗さおよび許容可能な画像暗さ分布が明らかにされる。画像全体の暗さは、画像暗さ線のペア（画像暗さ線のペアは予測された画像キャプチャ領域内に位置する）に配列された多数の画像暗さ線の平均画像暗さ値を計算することによって明らかにされ得る。次に、所定の数の画像暗さテスト線が、暗さの閾値を超える計算された平均暗さ値に関連したことが明らかにされる。所定の数は８本であり得る。
【００１０】
しばらくの間、許容可能な画像暗さ分布は、画像解像度テスト線のそれぞれに対して隆線の数を決定し、次いで、画像解像度が隆線の数に基づいて許容可能になることを明らかにすることによってアクセスされ得る。これらの隆線の数は、所定の数（例えば、５本）の垂直画像解像度テスト線のそれぞれ、および、所定の数（例えば、７本）の水平画像解像度テスト線のそれぞれについて決定され得る。
【００１１】
許容可能な指紋画像をキャプチャする指紋スキャナ（初期指紋画像を名目上の中間画像積分時間でキャプチャし、第１の指紋画像を第１の中間画像積分時間でキャプチャするカメラと、画像暗さテストおよび画像解像度テストを実行するプロセッサとを含む）が開示されている。このような指紋スキャナは、プロセッサが、画像暗さテストを実行して結果的に許容不可能な暗さレベルを生じると、次の中間画像積分時間に次の中間指紋画像をさらに積分し得る。指紋スキャナのカメラは、プロセッサが画像暗さテストを実行して結果的に許容可能な暗さレベルを生じるまで、さらなる次の中間積分時間に連続してキャプチャし得る。これらの中間積分時間は、本明細書中に開示された方法に関連して用いられる態様で名目上の積分時間から導かれ得る。
【００１２】
指紋スキャナのカメラは、プロセッサが画像暗さテストおよび画像解像度テストを実行して結果的に両方のテストから許容可能な画像暗さレベルおよび画像解像度レベルが生じるまで、または、最大の中間積分時間に達するまで、単一の中間指紋画像について個別に、次の中間積分時間にて次の中間指紋画像を連続してキャプチャする。
【００１３】
本発明による指紋スキャナは、本明細書で説明されている画像暗さテストおよび画像解像度テストを実行し得る。
【００１４】
さらに本発明の実施形態、特徴および利点、および、本発明の様々な実施形態の構造および動作は、添付された図面を参照して以下で詳細に説明される。
【００１５】
（好適な実施形態の詳細な説明）
（用語）
本明細書中で用いられる場合、用語「指紋スキャナ」は、指紋をスキャンして、その後、画像データを処理するか、または、画像データをホストプロセッサに送信する指紋スキャナを指すために用いられる。このような指紋スキャナは、遠隔指紋スキャナであり得る。ここで、「遠隔」とは、指紋スキャンがホストプロセッサから物理的に離れた位置で行われ得ることを意味するように意図されている。遠隔指紋スキャナおよびホストプロセッサは、永久に、または、永久ではないが、それらがデータインターフェースを介して接続され得るとしても、物理的に別個であるとみなされ得る。
【００１６】
本明細書中で用いられる場合、用語「指紋キャプチャイベント」は、指紋スキャナを用いて指紋画像をキャプチャする１つの動作を指すために用いられる。この用語は、任意の時間的な制限を意味するように意図されているのではなくて、イベントからイベントへと変化し得るイベントの特定の特徴を伴うイベントを指すように意図されている。このような特徴は、特定の指、その物理的特徴、および、指紋キャプチャに影響を与え得る画像キャプチャ面のきれいさといった他の要因を含む。
【００１７】
本明細書中で用いられる場合、用語「指紋画像」は、任意のタイプの検出された指紋画像を指すために用いられる。このような任意のタイプの指紋画像は、１つ以上の指紋のうちすべて、または、その一部の画像、ロール状指紋、平坦静止指紋、掌紋、および／または、複数の指のプリントを含むが、これらに限定されない。
【００１８】
本明細書中で用いられる場合、用語「許容可能な指紋画像」は、許容可能な暗さおよび許容可能な解像度の両方を有する指紋画像を指すために用いられる。特定の許容可能な暗さおよび解像度レベルが重要なのではなく、本明細書中で述べられるようにこの開示から当業者によって決定され得る。
【００１９】
（自動キャプチャシステムおよび方法）
図１Ａ〜１Ｃは、異なる明るさレベルを有する３つの指紋画像の例である。図１Ａの指紋画像は、図１Ｂおよび１Ｃの指紋画像に比べて比較的暗い。図１Ａの指紋画像の多くの場所で、隣接する隆線は、このような隆線間にある谷が画像内に見られ得ないために識別できない。次に、本発明による指紋スキャナに関して説明するように、特定の反射画像に対してカメラの感度が良すぎることに起因して、このような状況が生じる。
【００２０】
図２Ａは、本発明による指紋スキャナ２００の例である。指紋スキャナ２００は光源２０５を含む。光源２０５は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）であり得る。あるいは、光源２０５は、指紋スキャナ内で用いるに適切な他のタイプの光源であり得る。このような光源は、本説明を読めば当業者には明らかである。光源２０５は、光を指紋キャプチャ面２１０へ向ける。指紋キャプチャ面２１０は、上に指が置かれて、光源２０５からの光がカメラ２１５へと反射し得るように、透明または半透明の材料である。指紋キャプチャ面２１０はガラスであり得るが、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者に明らかな他の材料を用いてもよい。
【００２１】
上述したように、指紋キャプチャ面２１０でカメラ２１５へと反射した光は、指と指紋キャプチャ面２１０との接触を示す。詳細には、指の隆線と指紋キャプチャ面２１０とが接触し、光は、その接触に相当する領域で反射することになる。したがって、接触品質が、反射光量に大きな役割を果たす。この接触品質は、被験体の皮膚の乾燥、指紋スキャナ面２１０のきれいさ、被験体が加える圧力等によって影響される。カメラ２１５は、例えば、感光性ピクセルアレイ内の反射光をキャプチャする。その後、画像がメモリ２２０に格納される。メモリ２２０は、不揮発性メモリおよび揮発性メモリの両方を含み得る。一実施例では、メモリ２２０は、デバイス動作に必須の実行可能なコードを格納する不揮発性メモリ、および、キャプチャした画像を表すデータを格納する揮発性メモリを含む。任意のタイプの不揮発性メモリ、例えば、電気的消去可能読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）または光学的消去可能読み出し専用メモリ（フラッシュＥＰＲＯＭ）が用いられ得るが、本発明は、これら特定のタイプの不揮発性メモリに限定されない。揮発性メモリは、検出した指紋画像を格納するランダムアクセスメモリであり得る。例えば、画像は、各ピクセルに関連付けられたグレースケール値を表す値のアレイとして格納され得る。本発明の他の実施形態では、他のタイプのメモリ（フラッシュメモリ、フロッピー（Ｒ）ドライブ、ディスク、ミニフロッピー（Ｒ）ドライブ等）が用いられ得る。揮発性メモリは、ミニフロッピー（Ｒ）ドライブ（Ｓａｎｄｉｓｋ　Ｃｏｒｐ．またはＩｎｔｅｌ　Ｃｏｒｐ．から入手可能なミニフロッピー（Ｒ）ドライブ等）を含み得る。このようにして、複数のプリントがローカルに格納され得る。このことは、国境検査所への適用、事件現場への適用および事故光景への適用において特に重要である。
【００２２】
カメラ２１５は、指紋キャプチャ面２１０から反射した光に応答しつつ、格納される画像が図１Ａ〜１Ｃに示される画像のようになるように、ピクセルの明るさ強度を暗さレベルに変換する。すなわち、実際に格納される画像は、暗ピクセルによって表される。この場合、明るさは、実際に受光される光パターンの画像が、図１Ａ〜１Ｃに示される画像の「ネガ」として現れるように、表現される。あるいは、格納される画像は、本発明の範囲から逸脱することなく、実際に受光した明るさレベルに相当してもよい。カメラ２１５は、５００×５００ピクセルの１インチ×１インチアレイを含み得る。本発明の範囲から逸脱することなく、他のサイズのアレイ、例えば、６２０×４８０ピクセルアレイを用いてもよい。カメラ２１５は、ＣＭＯＳ方形ピクセルアレイであり得る。例えば、Ｍｏｔｏｒｏｌａ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されたＣＭＯＳカメラを用いることができる。カメラ２１５は、積分時間によって制御された明るさに対する感度を有する。積分時間は、カメラ２１５内のピクセルが光を収集する時間長である。積分時間が長いほど、収集される光の量が多くなり、したがって画像はより明るくなる（または、変換後にはより暗くなる）ことを意味する。図２の指紋スキャナ２００の残りの要素を説明する前に、積分時間とキャプチャした画像との関係を図１Ａ〜１Ｃを参照して説明する。
【００２３】
図１Ａ〜１Ｃに示される指紋画像は、キャプチャした指紋の品質が、カメラの積分時間によってどの程度影響され得るかを示す。図１Ａの指紋画像は図１Ｂの指紋画像に比べて暗い。キャプチャカメラによる明るさに対する感度が良すぎるために、暗さが増して特徴付けられ得る（カメラによって受け取られた画像は、図に示される画像のネガであることに留意されたい）。この過剰な感度は、積分時間を短くすることによって修正され得る。したがって、積分時間を単に短くすることによって、図１Ｂの画像のような画像が、同じ指紋キャプチャイベントで生成され得る。図１Ｂの指紋画像は、図１Ａの指紋画像に比べて品質の点で優れている。これは、積分時間を短くすることによって、指紋画像を高い割合でキャプチャしつつも、カメラ内のピクセルの飽和度を下げるためである。一方、図１Ｃの指紋画像は、図１Ｂの指紋画像よりも明るい。キャプチャカメラによる明るさに対する感度が足りないために、このように特徴付けられ得る。この感度不足によって、図１Ｃのキャプチャした画像全体にわたっていくつかの隆線が欠けることになる。図１Ａを用いた場合と同様に、キャプチャカメラの感度を積分時間を変更することによって調節することができる。したがって、キャプチャカメラの積分時間を長くすることによって、より多くの光を収集し、図１Ｂのような画像をキャプチャすることができる。したがって、図１Ａ〜１Ｃは、１つの指紋キャプチャイベント時にキャプチャされた、異なる積分時間における指紋画像を表す。
【００２４】
図１Ａ〜１Ｃの画像について２点留意されたい。第１点は、画像間の差は、品質の変化を示すように意図されており、画像が「許容可能」であるとみなされる前に必要な特定の品質レベルを意味するように意図されていないことである。すなわち、図１Ｂは、画像１Ａおよび１Ｃの品質が改善された画像を示すように意図されているが、許容可能な指紋画像を生成するために必要な品質を示すように意図されているわけではない。指紋画像の許容性は、以降で説明する暗さおよび隆線のカウントテストによって決定され得る、特定の明るさレベルおよび隆線カウントの詳細によって決定される。したがって、図１Ａおよび１Ｃの指紋画像は、許容可能という用語が本明細書中で用いられる場合、許容可能な指紋画像であるとみなされ得る。留意すべき第２点は、図１Ａ〜１Ｃの画像は特定の指紋キャプチャイベントに相当するということである。図１Ｂに相当する積分時間は、次の指紋キャプチャイベントにおいて、容易に図１Ａの画像のような画像を生成する。キャプチャした指紋画像の品質に影響を与える変数の多くは、指紋キャプチャイベント間で変化するため、本明細書中で詳述されるように、指紋画像をキャプチャするたびに、最適な積分時間を決定する必要がある。
【００２５】
再度図２Ａの指紋スキャナ２００に戻って、システムコントローラ（本明細書中でプロセッサとも呼ばれる）２２５もまた含まれる。システムコントローラ２２５は、メモリ２２０に格納された実行可能なコードを用いて、ユーザ入力に応答して画像センサコントロール等のデバイス動作に関連する必須の機能を実行し得る。システムコントローラ２２５はまた、以降で詳述する許容可能な指紋画像のキャプチャに関連するテストを実行する。
【００２６】
当業者に明らかなように、他のタイプのメモリ、回路および／またはプロセシング能力は、指紋スキャナ２００内に含まれ得る。その一例は、フレームグラッバーおよびアナログ／デジタル変換器を含む。
【００２７】
また、図２に示される指紋スキャナ２００には、電源２３０、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェース２４０、インジケータ２３５およびユーザ入力コントロール２３６（後者の２つは、図２Ｂのインジケータおよびボタンとして示されている）が含まれる。ＵＳＢインターフェースを好適な実施形態とともに用いているが、本発明は、このようなインターフェースに限定されない。任意の通信インターフェースを用いることができる。例えば、ＩＥＥＥ１３９４高性能シリアルバスインターフェース、ＲＦインターフェースまたは周辺インターフェースでさえ、本発明の範囲から逸脱することなく用いることができる。
【００２８】
図２Ｂおよび２Ｃは、図２Ａによるモバイル式携帯型遠隔指紋スキャナの外観の一例を示す。指紋スキャナ２０２は、手に自然な形でフィットするように人間工学的に設計されている。（懐中電灯に類似の）長方形の円筒形状は、鋭いエッジを含まない。デバイスのサイズは、取り扱いにくくなったり、または、不自然な動作になることなく手の大きさに関わらず握ることができるよう十分小さい。デバイスは、オペレータまたは被験体に筋肉の負担を起こすことなく快適に使用され得る。一例として、指紋スキャナ２０２は、１．５×８．０×１．５インチ（高さ×長さ×幅）、重量約３４０グラム（１２オンス）であり、約１”×１”サイズの画像キャプチャ面２１０を有する。
【００２９】
指紋スキャナ２０２は、片手動作（左または右）用のユニットの全面にコントロールとステータスインジケータとを有する。指紋スキャナ２０２の威圧感のない外観は、典型的な懐中電灯−一般に公衆を驚かすことのないデバイス−に似せて設計されている。指紋スキャナ２０２は、鋭いエッジを有しておらず、デバイスに「ゴム」感を与えるポリマーでコーティングされた軽量アルミハウジングから構成される。指紋スキャナ２０２は小型かつ軽量であるため、乗り物から降りるやいなや警官の実用ベルトに保持され得る。デバイスは、片手で使用するように設計されているので、警官は、護身動作に備えた手を自由にすることができる。指紋スキャナ２０２は、急激な温度変化および意図しない乱用等の問題に耐えるように、厳しい環境向けに設計されている。
【００３０】
指紋スキャナ２０２は、ユーザによる起動およびステータスの印を提供する、１つの押しボタンと３個のＬＥＤのセットとを含む。ユーザは、ユニットを起動させるために１つのボタンを押すことのみを必要とする。指紋スキャナ２０２が一旦起動されると、指紋スキャナ２０２は、指が指紋キャプチャ面にもたらされるのを待つ。デジタル（またはアナログ）画像は、許容可能な画像が検出されると、自動的にキャプチャされる。次いで、画像は、データ品質テストを受け、その後、許容可能であるという印（例えば、可視表示および／または可聴音）をオペレータに通知する。許容可能な指紋画像を自動キャプチャするルーチンは、本明細書中で説明されるように、本発明にしたがって実行され得る。ユニットは、プロセスが完了したことを示すために音を発する。警官は、安全のために被験体を監視し続け、ユニットをドッキングステーションに手探りで導入し得る。ドッキングステーションに設置されると、指紋は、オペレータが介入することなく、自動的にモバイル式コンピュータに送信される。検出された画像は、ＦＢＩに提供されたソフトウェアに一致するようにスケールが調整される（５１２ピクセル×５１２ピクセルまでクロッピングされるか、または、パディングされる）。ただし、標準の画像サイズは、１”×１”、５００ｄｐｉ、グレースケール２５６レベル（ＡＮＳＩ−ＮＩＳＴ）である。指紋スキャナ２０２の他の細部は、１９９９年１０月２９日に出願された「Ｈａｎｄ−Ｈｅｌｄ　Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　Ｓｃａｎｎｅｒ　Ｗｉｔｈ　Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ　Ｉｍａｇｅ　Ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｄａｔａ　Ｓｔｏｒａｇｅ」と称する同時係属中の米国特許出願第０９／４３０，２９６号（アトーニドケット第１８２３．０１０００００号）に見られ得る。
【００３１】
指紋スキャナ２０２は、片手で保持され、人の指紋をキャプチャするために用いられる。指紋は、協力的な人（全面アプローチ）または非協力的な人（手錠をかけられた被験体−通常顔を下げている）からキャプチャされる。指紋スキャナ２０２は、片手で動作され得るので、警官は、護身動作に備えて手を準備できる。警官は、指紋をキャプチャために、指紋印刷の知識を有する必要はない。
【００３２】
上述したように、指紋スキャナ２００内のカメラ２１５の積分時間は、任意の特定の指紋キャプチャイベント時に、指と指紋キャプチャ面との間の接触品質の変動によってもたらされる明るさレベルの変化を補償するように調整され得る。このような補償は、自動的に（すなわち、オペレータが入力することなく）、次に説明する方法にしたがって、指紋スキャナ２００内で行われ得る。
【００３３】
図３は、本発明の実施形態による許容可能な指紋画像をキャプチャするルーチン３００の例である。第１の工程３０５において、初期指紋画像が名目上の積分時間でキャプチャされる。第１の工程３０５において、指紋スキャナは、指が現れるのを「待っている」。したがって、第１の工程３０５は、指紋スキャナが、指の存在を検出するまで、名目上の積分時間で画像を連続キャプチャする工程を包含する。各画像を名目上の積分時間でキャプチャした後に、暗さテストを行って、指の存在を検出する。暗さテストの結果がポジティブ（これは、十分な暗さを有する指紋画像が検出されたことを意味する）となると、初期指紋画像がキャプチャされ、したがって、第１の工程３０５は終了する。用いられた暗さテストは、本発明による暗さテストであり得、図４Ａおよび４Ｂを参照して以降で詳述される。名目上の積分時間は、指と指紋キャプチャ面との間の接触品質に起因する任意の変化を差し引いた、用いられる光源の強度およびカメラの感度に基づいて、許容可能な指紋画像をキャプチャすると予想される積分時間であり得る。典型的には、所与のカメラに関連する積分時間の範囲は、例えば、２０〜１２０ミリ秒である。したがって、名目上の積分時間は、前もって、予想される状況に基づいて、所与のカメラの典型的な範囲内から特定の積分時間として決定され得る。例えば、典型的な名目上の積分時間は５０ｍｓであり得るが、本発明の範囲から逸脱することなく、他の名目上の積分時間を選択してもよい。例えば、２０〜１２０ｍｓの積分時間範囲を有するカメラ向けに、４０ｍｓ〜６０ｍｓの範囲内から名目上の積分時間を選択することができる。
【００３４】
図３に示されるルーチン３００の次の工程３１０において、中間指紋画像が、第１の積分時間でキャプチャされる。本発明は、初期指紋画像が名目上の積分時間でキャプチャされると、最適積分時間を見つけるために積分時間セットを用いる。積分時間セットは、名目上の積分時間から求められ得る。例えば、積分時間セットは、適切な倍率だけ乗算された名目上の積分時間に各々等しい６個の積分時間を含み得る。実施形態において、積分時間は、名目上の積分時間によって乗算された６／７、７／７、８／７、９／７、１０／７および１１／７に等しくあり得る。したがって、名目上の積分時間が５０ｍｓとなるように選択されると、本発明の実施形態によるルーチンで用いられる積分時間は、４３ｍｓ、５０ｍｓ、５７ｍｓ、６４ｍｓ、７１ｍｓおよび７９ｍｓとなる。したがって、この例を続けて用いて、初期画像が５０ｍｓでキャプチャされると、積分時間は４３ｍｓまで短くされて、中間指紋画像がキャプチャされる。以降で説明するように、許容可能な指紋画像がキャプチャされるまで、さらなる中間指紋画像がより長い積分時間でキャプチャされ得る。したがって、名目上の積分時間周辺の積分時間範囲が用いられる限り、用いられる特定の積分時間が重要ではないことは、当業者には明らかであることに留意されたい。
【００３５】
図３のルーチン３００の次の工程３１５において、工程３１０でキャプチャされた中間画像の画像暗さテストが実行される。このような画像暗さテストは、中間画像が十分に暗いかどうかを判定するために用いられる。本発明の画像暗さテストは、図４Ａおよび４Ｂと共に以下で記述されるように用いられ得る。他の画像暗さテストは、また、本発明の範囲を逸脱することなく用いられ得る。例えば、単にカメラ内の全てのピクセルの値を平均化することでさえも、キャプチャされた中間画像の暗さレベルを指し示し得る。
【００３６】
工程３１５で実行された画像暗さテストの結果次第で、次の工程３２５または３３０は、図３に示されるように３２０で実行される。許容可能な暗さテストに必要とされる暗さの特定レベルは、重要ではなく、本開示の所与の当業者によって判定され得る。許容可能な暗さレベルは、環境および特定の使用であり得、従って、適切に製造者またはユーザによって設定され得る。
【００３７】
工程３１５の画像暗さテストが許容不可能な暗さレベルとなった場合、画像積分時間を増加し、増加された積分時間における別の中間画像をキャプチャする次の工程３２５が実行される。この工程に対する唯一の例外は、積分時間がより高い積分時間まで増加され得ないときである。なぜなら、この最大の積分は、中間指紋画像がキャプチャされた時点だからである。このような場合、ルーチンは、工程３０５に戻る。
【００３８】
画像積分時間が増加され、別の中間画像がキャプチャされる場合、ルーチンは工程３１５に戻り、暗さテストを再び実行する。従って、ルーチン３００は、許容可能な暗さレベルを有する中間画像がキャプチャされるまで繰り返される工程３１５、３２０、および、３２５を伴うループを含む。
【００３９】
許容可能な暗さレベルを有する中間指紋画像がキャプチャされると、イメージ解像度テストが、工程３３０において実行される。用いられるイメージ解像度テストは、本発明に従う画像解像度テストであり得、図５Ａおよび５Ｂと共に以下で詳述され得る。このような画像解像度テストは、指紋画像の隆線および溝の存在を概して代表する連続した、明るいピクセルおよび暗いピクセルの最小数を含むピクセルパターンに集中することによって所定の領域の隆線数を数える。あるいは、詳細な画像のレベルに対してキャプチャされた画像をテストする任意の画像解像度テストは、本発明の範囲を逸脱することなく用いられ得る。許容可能な画像解像度レベルに必要とされる画像解像度の特定のレベルは、重要ではなく、本開示の所与の当業者によって判定され得る。許容可能な画像解像度レベルは、環境および特定の使用であり得、適切に製造者またはユーザによって設定され得る。
【００４０】
画像解像度テストが工程３３０において実行されると、二つの異なる工程の一つは、３３５で示されるテストの結果に基づいて実行される。
【００４１】
画像解像度テスト３３０が、中間指紋が許容不可能な解像度であることを示す場合、以前に論じられたように、ルーチンは、工程３２５に戻る。工程３２５の上記の説明のように、キャプチャされた画像が最大積分時間の結果であるために積分時間が増加され得ない場合、ルーチン３００は、工程３０５へ戻り、新規の初期の指紋画像を待つ。
【００４２】
画像解像度テスト３３０が、中間指紋画像が許容可能な解像度であることを示す場合、中間指紋画像は、暗さと解像度との両方の点において許容可能な指紋画像である。従って、最終工程３４０において、両方のテストを通過した中間指紋画像は、許容可能な指紋画像であり、ルーチンは完了する。この様に、ルーチン３００は、自動的に許容可能な指紋画像をキャプチャする。工程３４０は、許容可能な指紋画像が捉えられたことを意味する信号を提供する工程を含む。この信号は、聴覚的、視覚的または両方であり得る。
【００４３】
本発明に従った画像暗さテストおよび画像解像度テストの詳細は、次に、図４Ａ、４Ｂ、５Ａおよび５Ｂにおいて説明される。
【００４４】
図４Ａは、本発明に従った画像暗さ４００をテストするルーチンを示す。ルーチン４００の第１の工程４０１において、画像暗さテスト線は、キャプチャされた画像から選択される。したがって、暗さを決定するために画像全体からピクセルを観察するよりも、少数のピクセル線が選択される。本発明者は、特定のテスト線を選択することによって、画像暗さテストは、多数の線のみをテストすることから十分な画像暗さを補償するだけでなく、また、指紋スキャナの画像補足表面の適切な指紋位置を保証し得る。図４Ｂは、一実施例に従ったこのような画像テスト線の詳細を示す。
【００４５】
図４Ｂは、本発明に従った画像暗さテストに用いられる画像暗さテスト線の配置を示す。図４Ｂにおいて、画像キャプチャ表面２１０は、期待された画像キャプチャ領域４２０に描かれる。期待された画像キャプチャ領域４２０は、画像キャプチャイベントの間に指紋が位置されることが期待される領域である。画像キャプチャ領域４２０の正確な大きさおよび位置は、本発明の範囲を逸脱することなく、図で示されるものとは異なり得る。暗さテスト中に存在する暗さ領域が期待された領域に配置されることを保証するために、画像テスト線は、期待された画像キャプチャ領域４２０全体に場所を定められる。特に、図４Ｂの配置において、線４３５、４３６等の１０個の画像テストがある。これらの１０個の画像テスト線は、画像テスト線４３０−４３４の５つの組に配置される。これらの５個の画像テスト線４３０−４３４は、図４Ｂで示される期待された画像キャプチャ領域４２０全体に間隔を空けて置かれる。本発明の実施形態において、各画像テスト線４３５、４３６は、３２ピクセルの対角的な配置である。画像テスト線のピクセルおよび配置の他の数は、本発明の範囲を逸脱することなく用いられ得る。
【００４６】
図４Ａで示されるルーチン４００の次の工程４０２において、各画像暗さテスト線に対する平均暗さの値が計算される。このような平均値は、画像暗さテスト線の各ピクセルに対する暗さの値を加え、次いで、その合計を画像暗さテスト線のピクセル数で割ることによって計算され得る。
【００４７】
次の工程４０３において、許容可能な全体の画像暗さが検証される。この検証は、例えば、所定の画像暗さテスト線の数が、暗さレベルの閾値を越えた、関連する平均画像暗さレベルを有することを検証することによって行われ得る。実施形態において、画像暗さテスト線の所定の数（または、パーセンテージ）は、８本（または、画像暗さテスト線の８０％）である。８つの画像暗さテストが、暗さレベルの閾値を越えた平均画像暗さレベルを有する場合、全体の画像暗さは、許容可能と考えられる。画像暗さ線の他の数（パーセンテージ）は、本発明の範囲を逸脱することなく用いられ得る。同様に、選択された特定の暗さレベルの閾値は、重要ではなく、本開示の所与の当業者によって決定され得る。許容可能な暗さレベルは、特定の環境に基づき得る。この特定の環境において、指紋スキャナは、指紋スキャナが用いられる分野に関連する必要なものと同様に用いられる。従って、許容可能な暗さレベルは、製造者またはユーザによって適切に設定され得る。工程４０３において、画像暗さ全体が、許容可能として検証されると、画像暗さ分布の許容性を検証する次の工程４０４が実行される。以前の工程４０３が、画像暗さ全体がテストされた画像に対して許容可能ではないことを決定した場合、ルーチン４００が続くことは不必要であり、代わりに工程４０３において停止することに留意されたい。工程４０４において、画像暗さ分布がテストされる。画像暗さ全体が許容可能である工程４０３の決定にもかかわらず、この暗さは、特定の領域に集中され得る。例えば、図４Ｂで示されるように、組４３０−４３３の全ての画像暗さテスト線が、許容可能な暗さレベルを有する場合、組４３４の両画像暗さテスト線の許容可能な暗さが欠如しているにもかかわらず、画像は、許容可能な画像レベル暗さ全体を有する。次いで、工程４０４は、画像の暗さが期待された画像キャプチャ領域４２０全体に分布されたことを検証するために用いられる。工程は、画像暗さテスト線の５つの組４３０−４３４の各々における少なくとも一つの画像暗さテスト線が、許容可能な暗さレベルを有することを検証することによって実行され得る。工程４０３のように、これは、各暗さテスト線の平均暗さの値を所定の暗さの閾値と比較することによってなされ得る。この暗さの閾値は、工程４０３に伴って用いられた値と同じであり得る。同様に、工程４０３のように、選択された特定の暗さの閾値レベルは、重要ではなく、本開示における当業者によって決定され得る。許容可能な暗さレベルは、特定の環境に基づき得る。この特定の環境において、指紋スキャナは、指紋スキャナが用いられる分野に関連する必要なものと同じように用いられる。従って、許容可能な暗さレベルは、製造者またはユーザによって適切に設定され得る。
【００４８】
図４Ａで示されるルーチン４００の工程４０４が、画像暗さが期待された画像キャプチャ領域４２０全体に分布されたことを検証するために、図４Ａのルーチン４００は、特定の領域全体の許容可能な暗さレベルを検証するために用いられ得る。従って、このようなルーチン４００は、図３で示されるルーチン３００内の画像暗さテストとして用いられ得る。一方で、ルーチン３００で示される画像解像度テスト３００はまた、図５Ａで示されるようなルーチンで実行され得る。
【００４９】
図５Ａは、本発明の実施形態に従う画像解像度５００をテストするルーチンの図面である。図４Ａのルーチン４００が、許容可能な暗さレベルに対する画像をテストする一方で、図５Ａのルーチン５００は、解像度の許容可能なレベルに対する画像をテストする。このようなテストは、例えば、許容可能な指紋画像の必要な隆線の詳細な特徴を欠いている一方で、特定の画像が、許容可能な暗さのレベルを有し得るために、有益である。従って、ルーチン５００は、その解像度レベルに対する画像をテストする。指紋画像が、許容可能な指紋画像の明るい溝の特徴によって分離された暗隆線を有するので、ルーチン５００は、画像解像度テスト線に沿って隆線および溝を数えることによって画像解像度のテストを行う。図５Ａのルーチン５００の第一の工程５０１において、画像解像度テスト線は、テストされるべきキャプチャされた画像から選択される。これは、図５Ｂと共に説明される。
【００５０】
図５Ｂは、本発明に従った画像解像度テストで用いられる画像解像度テスト線の配置を示す。図５Ｂにおいて、画像キャプチャ表面２１０は、期待された画像キャプチャ領域５２０で描かれる。図４Ｂに示される配置のように、期待された画像キャプチャ領域５２０は、指紋が画像キャプチャイベントの間に位置されることを期待される領域である。画像キャプチャ領域５２０の正確な大きさおよび位置は、本発明の範囲を逸脱することなく図で示されるもとは異なり得る。画像キャプチャ領域５２０内において、画像解像度テスト線５３１、５４１等の二つのグループ５３０、５４０が配置される。各画像解像度テスト線は、画像キャプチャ領域５２０内のピクセルの線である。画像解像度テスト線５３０の第一のグループは、５つの垂直に配置された平行な画像解像度テスト線（例えば、５３１）を含む。画像解像度テスト線５４０の第２のグループは、７つの水平に配置された平行な画像解像度テスト線（例えば、５４１）を含む。画像解像度テスト線特定の数が描かれているが、画像解像度テスト線の他の数は、本発明の範囲を逸脱することなく用いられ得る。同様に、画像解像度テスト線の配置が、垂直に配置された線よりも水平に配置された線を含むように、図５Ｂの配置において選択されているが、異なる配置は、本発明の範囲を逸脱することなく用いられ得る。
【００５１】
図５Ａに示されるルーチン５００の次の工程５０２において、各画像解像度テスト線の隆線の総数が決定される。このような隆線の総数は、指紋の隆線の期待されたパターンを表すピクセルの波状パターンを期待することによって決定され得る。指紋画像において、隆線は、谷を表す明るい領域を介入することによって互いに分離された隣接した暗い領域として示される。従って、指紋の隆線の数を含むピクセルの線は、比較的明るいピクセルの実質的に連続的な群を受けて比較的くらいピクセルの実質的に連続的な群を含む。ピクセルが比較的暗くみなされるか、明るくみなされるかは、中間レベルの明るさレベルを選択することによって決定され得る。この中間領域の明るさレベルは、単一の明るさレベルまたは明るさレベルの領域であり得る。比較的暗いピクセルは、この中間領域の明るさレベルの暗い側にあるピクセルであり、比較的明るいピクセルは、この中間領域の明るさレベルの明るい側にあるピクセルである。従って、隆線は、例えば、三つ以上の比較的明るいピクセルによって境界をつけられる、例えば、三つ以上の連続した比較的暗いピクセルの存在によって決定され得る。このように、一つの画像解像度のテスト線内の隆線の数は、比較的明るいピクセルの群によって分離される比較的暗いピクセルの群を数えることによって工程５２０において決定され得る。隆線を明確にするために必要な比較的暗いピクセルの実際の数は、この開示により所与の関連する当業者によって決定され得る。
【００５２】
最後の工程５０３において、工程５０２において決定される画像解像度テスト線の隆線の数を用いて、画像解像度の許容性を検証する。このことは、例えば、各画像解像度テスト線が各画像解像度テスト線に関連する閾値の隆線の数値より大きくなることを検証することによってなされ得る。使用される特定の閾値の隆線の数値は決定的ではなく、この開示により所与の関連する当業者によって決定され得る。各画像解像度テスト線の閾値の隆線の数値を有するというよりも、単一の閾値の隆線の数値が全ての画像解像度テスト線で使用され得る。許容可能な画像の暗さのように、許容可能な画像の解像度レベルは、指紋スキャナーが使用される特有の環境、および指紋スキャナーが使用される領域に関連する必要性に基づいており、したがって、製造またはユーザによって必要に応じて設定され得る。
【００５３】
（結論）
本発明の様々な実施形態が上述されてきたが、これらは、例示のみの目的で表されており、限定されないことが理解されるべきである。上掲の特許請求の範囲で定義するように本発明の意図および範囲から逸脱することなく、形式および内容において様々に変化することが当業者によって理解される。従って、本発明の幅および範囲は、任意の上述された例示の実施形態によって限定されるべきでなく、上掲の特許請求の範囲およびそれに相当するものに従ってのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
図１Ａは、異なる明るさレベルを有する３つの指紋画像のうちの１つの例である。
【図１Ｂ】
図１Ｂは、異なる明るさレベルを有する３つの指紋画像のうちの１つの例である。
【図１Ｃ】
図１Ｃは、異なる明るさレベルを有する３つの指紋画像のうちの１つの例である。
【図２Ａ】
図２Ａは、本発明による指紋スキャナの例である。
【図２Ｂ】
図２Ｂは、図２Ａによるモバイル式携帯型遠隔指紋スキャナの外観の例である。
【図２Ｃ】
図２Ｃは、図２Ａによるモバイル式携帯型遠隔指紋スキャナの外観の例である。
【図３】
図３は、本発明の実施形態による許容可能な指紋画像をキャプチャするルーチンの例である。
【図４Ａ】
図４Ａは、本発明による画像暗さをテストするルーチン４００を示す。
【図４Ｂ】
図４Ｂは、本発明による画像暗さテストに用いられる画像テスト線の構成を示す。
【図５Ａ】
図５Ａは、本発明による画像解像度をテストするルーチンの例である。
【図５Ｂ】
図５Ｂは、本発明による画像解像度テストに用いられる画像解像度テスト線の構成を示す。
【図２Ａ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図５Ａ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004506993.tif 000042
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