CN102576408A

CN102576408A - 多路复用的生物计量成像和双成像器生物计量传感器

Info

Publication number: CN102576408A
Application number: CN2010800482377A
Authority: CN
Inventors: 瑞安·马丁; 罗伯特·K·罗韦; 史蒂夫·P·科科伦; 加里·罗格斯
Original assignee: SPECTRUM IDENTIFICATION CO
Current assignee: HID Global Corp
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-07-11
Also published as: BR122013021647A2; IL218238A0; EP2471023A1; US8731250B2; WO2011028620A1; BR112012004177A2; DE112010003414T5; US8872908B2; US20110211055A1; US20110085708A1

Abstract

一些实施例公开了用于多路复用多光谱成像、物体辨别、背景辨别和/或物体识别的系统和方法。在一些实施例中，提供一种包括至少两个照射源和具有滤色器阵列的成像器的多光谱传感器。这两个照射源可以利用具有不同照射角和不同特征的光照射平台。该滤色器阵列可以与该成像器一体或者与其分开，并且可以基于这两个照射源之间的特定差别过滤光。可以获取平台处的物体的单个图像。然后将该图像的各个像素与一个或其它照射源高度关联。由于该滤色器阵列的过滤，该图像将包括与照射角有关的信息。一些实施例公开了双成像器生物计量传感器。这两个成像器可以包括直接成像器和TIR成像器。

Description

多路复用的生物计量成像和双成像器生物计量传感器

相关申请的交叉引用

本申请是非临时申请，并且要求共同转让的、于2009年8月26日提交的、标题为“Multiplexed Biometric Imaging and Dual-Imager BiometricSensor”的美国临时申请61/237189的优先权，该临时申请的全部内容通过引用包含于此以用于所有目的。

背景技术

多光谱传感器可以在多个不同的照射和/或成像条件下获取物体的图像。来自多光谱传感器的图像可用于各种目的，诸如用于生物计量成像、条形码读取和认证、文档认证以及质量保证，但仅以这些为例。

传统的光学指纹传感器典型地包括单个全内反射(TIR)成像器，其可能要求满足多个条件以提供好的指纹图像。这些条件可能包括要求指纹纹路完整、干净、与传感器表面光学接触，以及要求皮肤具有适当的水分含量(即，既不太干也不太湿)。如果不满足这些条件的任何一个，则所得到的指纹图像可能品质下降或者甚至完全缺失。然而，当满足这些条件时，所得到的图像通常具有高质量且可用于自动分析和观察者分析两者。

基于直接成像的多光谱传感器和其它传感器可以在更宽范围的皮肤、本地环境以及皮肤和传感器之间的分界面性质的条件下获取图像。然而，假如与这种图像对应的TIR图像具有高质量，则这种图像通常具有比TIR图像低的对比度。

传感器从多个不同的光学和/或成像条件照射并获取图像可能是耗时的过程。多光谱传感器通常难以确定物体何时被适当放置在用于成像的传感器处，难以确定物体是否是用于成像的适当物体，和/或难以辨别用于成像的物体和背景物体。

发明内容

本文描述了采用多光谱成像的本发明的各种实施例。这些实施例的实施可用于例如改善生物计量成像。根据本发明的一些实施例，公开了用于多路复用多光谱成像的系统和方法。例如，可以使用滤色器阵列进行该多路复用，该滤色器阵列的像素(或镶嵌)与在另一多光谱维度中不同的照射源基本上颜色匹配。这种多光谱系统可用于快速多光谱成像。

根据本发明的各种实施例，相对大倾斜角的照射源可用于物体识别、位置检测和/或背景过滤。根据一些实施例，可以通过识别图像的照射图案并且/或者将图像的照射图案与物体的期望照射图案进行比较来执行物体识别。该比较可以在目标物体和已知物体的图案之间比较几何图案、光谱图案和/或强度图案。在一些实施例中，可以通过对图像内的照射图案的相对位置与图像内的已知或期望位置进行比较来进行位置检测。在一些实施例中，可以通过对与照射波长相关联的滤色器像素(或镶嵌)和与照射波长不相关联的滤色器像素进行比较，来从背景物体辨别成像物体。

例如，根据本发明的一些实施例，提供一种多光谱传感器，该多光谱传感器包括至少两个照射源和具有滤色器阵列的成像器。这两个照射源可以利用具有不同照射角和不同特征(诸如不同波长或波段和/或不同偏振条件)的光照射平台。滤色器阵列可以与成像器一体或者与其分开，并且可以基于这两个照射源之间的特定差别过滤光。例如，滤色器阵列可以包括基于颜色进行过滤的像素，并且这些像素的颜色可以与照射源的颜色匹配。可以获取平台处的物体的单个图像。然后，将图像的各个像素与一个或其它照射源高度关联。由于滤色器阵列的过滤，该图像将包括与照射角有关的信息。其它滤色器阵列可以基于偏振进行过滤以实现类似的效果。

作为另一示例，可以使用单个照射源以利用极大倾斜的出射角照射平台。出射角是光离开平台的角度。可以使用成像器进行平台的顺序成像。可以分析每一帧以确定物体是否与平台接触，物体是否是期望物体，和/或用于背景辨别目的。在一些实施例中，可以采集照射图案，并且可以分析每一帧的图案。物体相对于平台的位置可以是图像内照射图案的相对位置、照射图案的宽度、照射图案的强度分布和/或照射图案的光谱内容的函数。基于利用期望物体类型校准传感器，计算机可以分析每个照射图案以确定物体是否位于平台上或者确定物体是否是期望物体。

在其它实施例中，照射源可以包括单个波长或波段，并且成像器可以包括滤色器阵列，该滤色器阵列具有与照射源的波长相关联的一些像素或镶嵌。可以分析图像以通过分析照射图案内与照射源波长相关联的像素和其它像素的数目差别，来确定成像特征是要成像的物体还是背景噪声。

本文还描述了包括多光谱双成像的本发明的各种实施例。

在本发明的各种实施例中，公开了多光谱双成像系统。可以使用两个成像器以在不同的成像条件下同时采集皮肤部位的两个图像。例如，一个成像器可以对皮肤部位直接成像，而另一成像器在TIR条件下对皮肤部位成像。可以包括各种照射器来照射皮肤部位。在一些实施例中，可以使用棱镜，该棱镜允许两个成像器在直接条件和TIR条件两个条件下对皮肤部位成像。

可以使用各种配置。例如，第一照射源(例如，LED)可用于通过多面棱镜的第一面照射手指。来自第一照射源的光在照射物体之前可以在多面棱镜的第二面处经历全内反射。第一成像器可以对从手指散射的、以小于临界角的角度穿过第一面的并且在第二面处经历全内反射的光成像。第二成像器可以对从手指散射的并且以小于临界角的角度穿过第一面的光成像。在一些实施例中，第二成像器可以位于如下位置，第二成像器在该位置处时不对来自第二照射源的、在第一面处被全内反射的光成像。

在一些实施例中，第二成像器可被定位成与第二照射源不同相。也就是说，来自第二照射源的光只有在被物体吸收和/或散射之后才能被第二成像器成像。并且，在本实施例中，在第一面处全内反射的光不被第二成像器成像。例如，第二成像器可被定位在与第二照射源不成直线的方位角；如小于170°的角。在一些实施例中，该角是90°。第二成像器还可定位成对大于或小于临界角的光成像。

在另一实施例中，第一照射源可以照射位于多面棱镜的第一面处的物体。该系统可以包括第二照射源，第二照射源可以以大于第一面的临界角的角度通过第二面并且通过第一面照射物体。第一成像器可以对由该物体散射的、以小于临界角的角度穿过第一面并且在第二面处经历全内反射的光成像。第二成像器可用于对从第一面全内反射的光成像。

在一些实施例中，本发明的指纹传感器可用于采集非指纹图像；例如，钱、文档、条形码、制造的部件等。在这些图像的某些中，可以存在光学安全标记(诸如全息图、变色墨)和其它这种标记，并且这些标记可用于通过评估与不同的照射条件相对应的图像来确认文档或条形码。

在一些实施例中，本发明的双成像器可用于采集指纹图像或掌纹图像以及虹膜图像、面部图像、监视图像，检测运动，检测周围环境照明条件、条形码图像、安全文档图像，并且进行各种其它功能。在一些实施例中，直接成像器可以包括自动变焦(“自动聚焦”)机构以利于附加的成像功能。

附图说明

本专利或申请文件包含至少一个彩色图。在提出请求并支付必要的费用后，专利局将提供本专利或专利申请公开的具有彩色图的副本。

结合附图描述本公开。

图1A示出根据本发明的一些实施例的多路复用的生物计量成像系统的顶视框图。

图1B示出根据本发明的一些实施例的多路复用的生物计量成像系统的顶视框图。

图2是根据本发明的一些实施例的使用滤色器阵列的具有多路复用的图像数据的传感器的示例。

图3是根据本发明的一些实施例的使用滤色器阵列的具有多路复用的图像数据的传感器的示例。

图4A示出根据本发明的一些实施例的滤色器阵列的示例。

图4B示出来自典型的拜尔过滤器阵列的颜色响应曲线。

图5示出根据本发明的一些实施例的用于产生多路复用的图像的流程图。

图6例示根据本发明的一些实施例的可用于检测平台上物体存在的光学系统。

图7示出根据本发明的一些实施例的光学系统和光学路径。

图8A-11B例示根据本发明的一些实施例如何确定物体在平台上方的高度。

图12示出当手指或其它物体表面位于使用本发明的实施例的平台表面上方约5mm处时得到的实际图像。

图13示出当手指或其它物体表面位于使用本发明的实施例的平台的表面处时得到的实际图像。

图14示出根据本发明的一些实施例的用于确定是否对存在于平台处或者平台附近的物体成像的流程图。

图15示出可以结合本发明的各种其它实施例使用的计算系统的框图。

图16提供根据各种实施例的双成像器生物计量传感器的等距视图。

图17提供根据各种实施例的双成像器生物计量传感器的顶视图。

图18提供根据各种实施例的双成像器生物计量传感器的前视图。

图19示出根据各种实施例的双成像器生物计量传感器的图像区域的同时照射。

图20示出根据各种实施例的双成像器生物计量传感器内的全内反射成像路径。

图21示出根据各种实施例的双成像器生物计量传感器内的直接成像光线束。

图22提供根据各种实施例的双成像器生物计量系统的示意图。

图23提供根据各种实施例的用于从两个成像器的生物计量系统生成合成的生物计量图像的方法的流程图。

图24A示出根据本发明的一些实施例的TIR成像生物计量传感器的示例。

图24B示出根据本发明的一些实施例的直接成像生物计量传感器的示例。

图25A示出根据本发明的一些实施例的TIR照射生物计量传感器的示例。

图25B示出根据本发明的一些实施例的直接照射生物计量传感器的示例。

具体实施方式

以下描述仅提供优选的示例性实施例，并且不是旨在限制本公开的范围、应用或配置。此外，以下对优选示例性实施例的描述将向本领域技术人员提供能够实施优选示例性实施例的描述。应该理解，在不偏离所附权利要求书阐述的精神和范围的情况下，可以在各要素的功能和配置方面进行各种变化。

本发明的实施例提供对生物计量成像和多光谱成像系统、处理和/或技术的改进。这些改进可以延伸到努力的其它领域。

传统的光学指纹传感器在单个测量时段期间获取指纹的单个图像(或者在基本类似的光学条件下拍摄的一组图像)。另一方面，多光谱成像器在不同的光学条件下在单个测量时段期间获取多个图像。采集这样的一组图像可能比采集单个图像需要更多的获取时间。本发明的实施例提供能够如下解决该问题的方法和系统：该方法和系统通过以比传统的串行获取更有效的方式(例如，通过使用多路复用技术)获取多光谱图像。

在一些情况下，还希望自动启动指纹获取序列。基于TIR成像的传统光学传感器通常能够通过分析图像序列并在检测到图像中的重大变化时启动获取来进行这种功能。这种方法之所以起作用，是因为TIR成像器基本上不能观察与光学传感器不直接接触且具有某些其它所需特征的物体。相反，直接成像传感器(如多光谱指纹传感器)能够通过传感器表面直接观察外部环境和任何附近物体。同样地，直接成像传感器能够看到与传感器接触的手指以及传感器附近的但不与传感器接触的手指。依据距离和成像系统的景深以及手指的运动，得到的图像可能对焦或离焦。因此，为了实现最佳图像质量，通常优选只有在手指与传感器紧密接触之后才启动指纹图像获取。通过提供使用直接成像进行这种确定的可靠装置来解决该问题的本发明的实施例是令人们满意的。

传统的光学指纹传感器典型地包括单个TIR成像器，为了提供良好的指纹图像，TIR成像器可能需要满足多个条件。这些条件可以包括以下要求：指纹纹路完整、干净、与传感器表面光学接触、皮肤的水分含量适当(即，既不太干也不太湿)。如果不满足这些条件中的任一个，则所得到的指纹图像可能品质下降或者甚至完全缺失。然而，当满足这些条件时，所得到的图像通常具有高质量且对自动分析和观察者分析两者有用。

基于直接成像的多光谱指纹传感器和其它传感器能够在更宽范围的皮肤、本地环境以及皮肤和传感器之间的分界面性质的条件下获取图像。然而，假如与这种图像对应的TIR图像具有高质量，则这种图像通常具有比TIR图像低的对比度。本发明的一些实施例通过提供如下指纹传感器来解决该问题，该指纹传感器能够在同一测量时段期间采集TIR图像和直接图像两者，以确保不管手指、传感器表面和/或本地环境的条件如何总是采集生物计量图像。

为了公开的目的，术语“手指”、“指纹”和“指纹图像”意图包括从单个手指、多个手指、中间指关节、手掌、手的整个手掌表面和/或身体上的任何其它皮肤部位以及其它有生命的或无生命的物体(如文档、条形码、证件等)采集的部位和图像。

术语“多光谱成像”、“MSI”和“多成像”是指用于在单个测量时段期间获取手指的多个图像的方法和系统，其中在不同的光学条件下采集多个图像中的至少两个。不同的光学条件可以包括但不限于：不同的照射波长、不同的照射角(方位角和仰角，并且可以包括在由传感器成像表面和空气或其它周围介质定义的光学临界角的任一边上的仰角)、不同的照射偏振条件、不同的成像角(方位角和仰角，并且可以包括在由传感器成像表面和空气或其它周围介质定义的光学临界角的任一边上的仰角)、不同的成像焦平面、不同的成像空间分辨率、不同的成像时间分辨率、不同的成像偏振条件以及实质上改变所得到的图像的其它条件。此外，除非另外说明，否则相对于入射面的法线测量入射角、照射角、成像角等。

术语“全内反射成像”和“TIR成像”指本领域中公知的成像方法，其中成像系统的光轴相对于传感器成像表面的法线成大于该表面的光学临界角的角度。图24A示出用于示出TIR成像的框图。在该框图中，成像器150对以大于临界角θ_critical的角θ_imaging来自平台105的光成像，θ_critical和θ_imaging是从面105的法线116测得的。这是TIR成像。照射源122可以位于各种仰角和方位角。图24B示出成像器150对以小于临界角θ_critical的角θ_imaging来自平台105的光成像。

图25A例示了TIR照射。在该示例中，照射源120以大于临界角θ_critical的角θ_illumination照射平台105。图25B示出非TIR照射系统，其中照射源120以小于临界角θ_critical的角θ_illumination照射平台105。

图24A-25B中示出照射和成像的各种配置。本发明的实施例可以包括TIR成像、直接成像、TIR照射和直接照射的任意组合。此外，多个照射源和/或成像器可以位于多个仰角和/或方位角处。

临界角是分界面两侧的两种介质的折射率的函数，并且针对玻璃-空气分界面的临界角约为42度。由于TIR成像系统的光轴位于传感器表面的临界角之外，所以该表面在未被触及时作为镜面(如由成像器看到的)，并且在具有适当光学特征的材料与传感器表面直接接触的那些位置处该表面可以停止作为镜面。

在手指或其它材料接触传感器表面的位置处确立新的临界角。然而，为了本公开，术语“临界角”指由传感器(即，平台表面)和周围环境(对于多数用途，假定周围环境为空气)确立的角。此外，如本领域已知，由于诸如折射、反射、衍射和其它效应的现象，在介质之间的边界处，光将改变角。除非明确指出，否则例如当在本申请中提到光线角大于或小于临界角时，该陈述是指在操作边界(诸如，传感器成像表面)处的光线角，而不是同一光线在任何其它边界或介质处的角。

术语“直接成像”指如下成像方法：在该成像方法中，成像系统的光轴相对于传感器成像表面具有小于该表面的光学临界角的角。例如，24B所示的系统是直接成像系统的一个示例。

图1A和图1B是根据本发明的一些实施例的成像系统的框图。图1A示出具有直接成像的成像器150的这种系统的侧视图。即，它以小于临界角θ_critical的角对平台成像，该角是从法线测得的。示出了多个照射源120、121和122以各种角θ₁₂₀、θ₁₂₁和θ₁₂₂照射平台。注意，角θ₁₂₂大于临界角θ_critical。图1B示出图1A所示的成像系统的顶视图，清楚起见未示出手指。每个照射源120、121和122相对于平台的一部分从不同的方位角和

照射平台。

多路复用的生物计量成像

根据本发明的一些实施例提供多路复用的生物计量成像系统和方法。与在每个期望条件下简单地获取图像帧的序列相比，多路复用的成像系统可以更有效地在不同照射条件下获取图像。可以以多路复用的方式采集这种图像数据。在一些实施例中，成像物体的波长或光谱特征可用于将来自不同照射角和/或光学偏振的信息一起多路复用到单个图像中。

图1A示出根据本发明的一些实施例的、可用于多路复用的生物计量成像的系统的侧视框图。图1B示出顶视图。该系统可以包括可为多种形状的平台103。稍后描述各种多边形形状的平台。该平台可以包括成像表面105，例如，可以在成像表面105上放置假设的皮肤部位以在生物计量获取期间成像。在成像表面105处，可以放置手指110以成像。尽管示出了手指，但是可以对任何类型的物体成像。这些物体可以包括用于生物计量目的的物体，诸如手、多个手指、面部、眼睛等。此外，这些物体可以包括钱、文档、具有代码或条形码的物体等。

可以使用多个照射源照射手指110。在本实施例中示出三个照射源120、121和122。在一些实施例中，可以只使用两个照射源。在其它实施例中，可以使用四个或五个。对可使用的照射源的数目没有限制。每个照射源可以相对于成像表面105的法线以不同的照射角照射成像表面105。例如，照射源120以角θ₁₂₀照射成像表面105，照射源121以角θ₁₂₀照射成像表面105，并且照射源122以角θ₁₂₂照射成像表面105，其中，θ₁₂₀≠θ₁₂₁≠θ₁₂₂。相对于平台的法线测得的这些角在平台附近的分界面处可以大于或小于临界角。此外，这些角可被称为“仰角”。

此外，照射源120、121和122中的每一个还位于围绕平台中心部分的不同方位角

和

处。可以从任意点测量方位角。如图1B所示，相对于与手指的标准接近垂直的基准线测量方位角。例如，在具有四个照射源的系统中，第一照射源可以具有约43°的仰角和约12°的方位角。第二照射源可以具有约46°的仰角和约78°的方位角。第三照射源可以具有约43°的仰角和约168°的方位角。第四照射源可以具有约46°的仰角和约102°的方位角。在一些实施例中，相对于各种照射源和/或成像器的方位角可能比照射源和基准线之间的角更重要。照射源提供的光的波长可能极大地改变。

此外，照射源120、121和122可以分别提供独特的单色光。例如，照射源120可以用蓝光(例如，440-490nm)照射成像表面105，照射源121可以用绿光(例如，520-570nm)照射成像表面105，并且照射源122可以用红光(例如，630-740nm)照射成像表面105。单色光源可以提供单个波长的光(例如，激光)或者在单个波长周围的窄光带内的光(例如，LED或过滤后的宽带源)。在一些实施例中，光源可以提供光谱区域中可见光谱外部的光，其可以包括紫外和/或红外波长。在一些实施例中，来自每个照射源的光的主要波长或波段可以与来自其它源不同。在前面的示例中，每个光源提供红光、蓝光或绿光。

照射源120、121和122可以包括具有原色波长的窄带的准单色光源。照射源120、121和122还可以包括LED、激光二极管或激光器。

成像器150用于对从置于成像表面105处的任何物体(诸如手指110)散射和/或反射的光成像。成像器150可以是彩色成像器或黑白成像器。成像器150可以通过各种光学元件140和145以及通过滤色器阵列130对物体成像。滤色器阵列130可以集成在成像器150内或为独立元件。滤色器阵列130是微小滤色器的镶嵌，其基于镶嵌的配置分离颜色响应。可以使用各种类型的滤色器阵列，例如拜尔过滤器、RGBE过滤器、CYYM过滤器、CYGM过滤器或任意类型的RGBW过滤器。

图4A示出拜尔过滤器阵列的示例。该配置使用红色404、绿色412和蓝色408滤色器元件。从图4B所示的典型拜尔过滤器阵列的颜色响应曲线可以看出，在过滤器元件的红色424、绿色432和蓝色428透射特性的光谱范围中一般存在一些交叠。特别地，在绿色432和蓝色428透射特性的曲线中明显看到，该滤色器阵列可以允许红外光的透射。通过包括红外过滤器作为该成像器的一部分可以避免这一点。在其它实施例中，可以省略红外过滤器并且可以包括一个或多个发射红外光的照射源。这样，所有滤色器元件404、408和412可以允许光基本通过，从而在成像器150处得到红外图像。

作为滤色器的替代，成像器或其它光学器件可以包括彩色光束分离器和/或偏振光束分离器，以分离来自手指的多路复用的光。然后，可以将分离的光导向至各单色成像器，其中成像器的数目对应于如此分离的照射条件的数目。

在一些实施例中，与所使用的滤色器阵列的类型无关，由照射源120、121和122提供的光的波长应该与滤色器阵列的元件对准或接近对准。此外，在一些实施例中，照射源的数目可以与阵列中的不同过滤元件的数目匹配，但是这不是必须的。例如，对于拜尔阵列来说，存在三种过滤颜色。因此，可以使用三个照射源。于是，每个照射源可以提供红色波段、蓝色波段或绿色波段的光以与该阵列一致。

这样，成像器150可以产生由如下多个照射源照射的物体的多路复用的图像，该多个照射源被配置成以不同的照射角照射不同波长的光。这可以在单个照射时段期间完成，并且在一些实施例中，可以产生单个图像。该单个图像可被看作是多路复用的图像，该多路复用的图像以后可按颜色解复用，以提供与物体有关的信息，该信息依赖于照射源的照射角。此外，由于该多路复用的图像不仅包含关于照射波长的信息并且还包含关于照射角的信息，因此其可被看作是多光谱图像。

在一些实施例中，代替照射角的差别或除了照射角的差别以外，照射源可以包括不同的偏振效果。于是，得到的多路复用的图像可以是还包括偏振信息的多光谱图像。

图2示出使用滤色器阵列的具有多路复用的图像数据的传感器的示例。设置有平台103，通过平台103，成像光学器件205可以将手指(或物体)成像在成像器207上。在一些实施例中，成像器207可以是具有集成的拜尔过滤器的硅CMOS成像器。可以替代地或者与该配置结合使用其它滤色器阵列和/或分离光的其它装置(诸如偏振光束分离器或偏振过滤器阵列)和/或其它图像阵列材料。此外，还可以使用各种成像器，诸如硅CCD成像器或由其它光敏材料(诸如InGaAs、InSb、MCT)制成的成像器和本领域中已知的其它成像器。

图3示出图2所示的传感器的另一视图，其例示了两个多路复用的照射源。在该实施例中，蓝色光源203(例如，可以与透镜、镜、光学漫射体和其它这类部件结合的蓝色LED)和绿色光源205(例如，可以与透镜、镜、光学漫射体和其它这类部件结合的绿色LED)被同时接通。光以两个不同的角穿过照射平台103的路径。来自光源203和205的光被示出为分别从内部反射表面211和213反射。反射表面211、213用于增加(关于平台表面法线的)照射角，同时保持小的传感器覆盖区。当来自光源203和205的光照射并穿过平台103时，该光可以同时从两个角照射手指或另一物体。然后，可以使用如图1A所示的具有滤色器阵列的成像系统来获取多路复用的图像。

除了两个照射源203、205以外，可以使用其它照射源207、209以在之前或之后的图像帧期间提供类似的多路复用的照射。另外，在本发明的其它实施例中可以包括蓝色和绿色以外的其它颜色的照射源。例如，可以使用空间位置和角位置与照射源203、205不同的红色照射源。

图5示出根据本发明的一些实施例的用于产生多路复用的图像的处理500的流程图。处理500在块505处开始。在块510处，用在块510具有不同波长和照射角的至少两个照射源照射皮肤部位。这两个照射源可以同时或顺序照射皮肤部位。在其它实施例中，可以使用两个以上具有不同照射波长和不同照射角的照射源。在块515处，可以使用任何类型的滤色器阵列过滤来自皮肤部位的光，然后在块520处成像。在一些实施例中，可以获取单个多路复用的图像。处理500可以在块525结束。可以使用各种后处理技术从该多路复用的图像中提取多光谱信息。例如，可以从该多路复用的图像单独提取与特定的滤色器镶嵌相对应的像素。于是，这些图像中的每一个代表在不同的照射条件(以及不同的光谱条件)下采集的图像。然后，可以使用线性或非线性技术对这些图像插值以在同一网格上产生物体的均匀采样。

处理500例如可由图15所示的计算装置执行。

存在和物体检测

本发明的一些实施例可用于在成像之前检测物体的存在和/或位置。图6例示可用于检测平台处物体的存在的光学系统。照射系统600可以包括照射源(例如，LED、激光器等)和照射光学器件(例如，柱面透镜、球面透镜、镜和/或其它这类光学部件)。照射源可以是单色源。例如，可以使用红色、蓝色或绿色单色源。在一些实施例中，照射组件603可以将光导向至光束控制部件605，光束控制部件605将光导向至反射表面607，然后导向至平台603上并且穿过平台603。成像器615可用于取得平台603上或上方区域的视频或序列图像。成像器615可以包括滤色器阵列。并且，在一些实施例中，滤色器阵列的像素(或镶嵌)可以与一个或多个照射源(例如，照射系统600)的波长基本相同或一致。图7例示了照射光703的路径。

在图7中，照射光703照射平台603的独特区域。在一些实施例中及如该图所示，照射光703以相对于平台表面法线的非常倾斜的照射出射角照射平台103。在这样做时，基于手指或其它物体在平台上方的高度可以在图像中的不同位置处出现独特图案。反射表面607可用于相对于平台上方的空气提供该非常倾斜的照射出射角而不牺牲紧凑设计。例如，(在光出射平台时在平台上方的)照射出射角可以是不垂直于平台表面的任何出射角。例如，该出射角(θ)可以与平台的法线成约51°(±10°)。在其它实施例中，出射角可以为从40°到实际上接近与平台平行(即，90°)的角度的任意角。例如，照射角可以是40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°。

图8A-11B例示根据本发明的一些实施例如何确定物体在平台上方的高度。为了简单起见，忽略了光进入和射出平台时的折射效果。如果示出折射效果，则射出平台的光将具有比所示更大的出射角θ。出射角θ可以是前面的段落中描述的任意角。在图8A中，手指805远在平台803上方。成像器815用于对手指成像。成像器815可以包括滤色器阵列。照射源800照射平台表面和平台表面附近的区域。来自照射源800的光线可被限定在带820内。照射源800的照射出射角可以相对于平台表面的法线非常倾斜。当手指805接近平台803时，如图8A所示，照射手指的一部分。图8B示出由成像器815产生的图像830的块图示。照射图案835由从手指805散射的光形成。照射图案805的位置可以表示手指相对于平台的位置。在图8B中，照射图案位于图像的极右处，表示手指805位置远在平台803上方。

图9A示出手指805在图8A所示的手指位置之后的时刻更靠近平台803。并且，图9B示出具有照射图案835的手指805的图像830，照射图案835向左移动以与手指的移动一致。图10A示出手指805在图9A中的手指位置之后的时刻进一步靠近平台803。并且，图10B示出具有照射图案835的手指805的图像830，照射图案835向左移动以与手指的位置一致。最后，图11A示出手指805在图10A中的手指位置之后的时刻与平台803接触。并且图11B示出具有向左移动的照射图案835的手指805的图像830。因此，通过监视序列图像中照射图案835的位置，可以确定手指805相对于平台803的位置。如从这些图中所示的，平台上方的空气中的照射出射角的倾斜度确定手指805相对于平台803的高度与图像830中照射图案835的位置之间的关系。如果照射出射角比较非常倾斜(接近90度)，则照射图案835的位置将按照手指805在平台803上方的高度的函数较快地改变。

图12示出当手指或其它物体表面位于平台表面上方约5mm处时得到的实际图像。从该图像可以看出，照射图案1235位于靠近该图像的左侧处。图13示出当手指或其它物体表面位于平台上时得到的另一实际图像。由于手指在平台上，所以照射图案1335居于图像中心，而照射图案1235位于图像的一侧。照射图案之间的水平移位是由照射光束的倾斜出射角导致的。

在一些实施例中，照射图案的强度分布(intensity profile)随着手指接近平台而改变。由于照射的出射角和手指的圆形截面形状，当手指在平台上方时，强度分布在手指的一侧上将是较尖的并且在另一侧上是较缓和的。随着手指越靠近，强度分布变得越来越对称。在一些实施例中，可使用该强度分布作为手指位置的进一步证据。可使用其它信息(诸如光谱内容、形状和位置)确定位置和物体类型。例如，照射图案的宽度可以随着手指接近平台而加宽。

可以获取并分析图像的视频序列以确定照射图案的位置。如果照射图案不是位于适当的位置，则可以采集和/或分析另一图像，直到照射图案处于适当的位置为止。一旦照射图案处于适当的位置，则可以开始要求物体处于特定位置的生物计量成像或其它处理。

在一些实施例中，照射图案的形状可以表示被成像的物体的类型。例如，在图12和图13中，对手指成像，使得照射图案类似略微弓形的矩形。并且平台图像的中心被明亮地照射(由红色示出)，而在两侧光强度下降(蓝色)。因此，照射的几何形状和强度二者可以表示被照射的物体。该照射图案可以取决于照射角和/或被成像的物体的类型。通过固定照射角并且利用固定的照射角校准该系统，照射图案可以取决于物体类型。可以按顺序获取图像并且可以分析照射图案。

例如，在指纹的生物计量成像情况下，如果照射图案与手指的已知照射图案不一致，则可以确定异物被置于平台上并且不应开始生物计量成像。如果照射图案与手指的已知照射图案一致，则可以确定手指被置于平台上并且可以开始生物计量成像。该技术可以与现有的检测技术结合使用，以在触发生物计量成像的开始之前确定手指何时与平台接触。

各种其它物体可以具有可使用的相应独特的照射图案。具体的照射图案不是关键的，只要其容易被识别并且与背景中的物体不同即可。为了实现此，可以使用照射组件中的及沿光学路径的其它处的适当光学器件改变照射图案的形状。

另外，可以从背景材料和/或周围环境照明条件(“背景噪声”)辨别照射图案的光谱属性。例如，照射源可以是发射如下光的蓝色LED：该光被成像器中使用的滤色器阵列的蓝色像素强烈地检测到且被该滤色器阵列的其它像素微弱地检测到。然后，可以分析照射图案。并且如果确定该照射图案在蓝色像素中提供强信号并且在其它像素中提供弱信号，则可以安全地确定该照射图案不是背景噪声。然而，如果蓝色像素没有记录相对于其它像素的强信号，则该照射图案可能是背景并且可以忽略。尽管该示例使用相对于蓝色像素的蓝色LED，但是也可以使用其它波长。

使用本文中描述的各种实施例，当利用具有倾斜照射角的单个照射源照射皮肤部位时，可以获取该皮肤部位的序列图像。在操作要求特定类型的物体存在于平台处以成像的功能之前，例如在生物计量成像或者多光谱成像中，可以按照任意顺序以及可以具有或缺少任何一个步骤地进行以下操作。

1.分析照射图案以确保照射图案的形状与期望物体的形状一致。

2.分析照射图案的位置以确定其位置是否与和平台接触的期望物体一致。照射图案可以包括几何图案和/或强度分布。

3.分析照射图案，以确定其是否对于与照射源的波长一致的像素具有强信号，并且/或者对于与照射源的波长不一致的像素具有弱信号。

图14示出根据本发明的一些实施例的、概述用于确定是否对存在于平台处或平台附近的物体成像的处理1400的流程图。在块1405处开始处理1400。在块1410处，照射成像表面和/或成像表面附近的区域。在一些实施例中，该照射可以以相对于法线倾斜的角发生。在一些实施例中，该照射可以使用单色光源发生。例如，该单色光源的波长可以与成像器的滤色器阵列的像素和/或镶嵌之一匹配。

在块1415处，对成像表面附近的区域成像。在块1420处，分析该图像以确定照射图案的形状是否与期望物体一致。该照射图案可以是几何照射图案和/或强度图案。如果该照射图案与期望图案不一致，则处理600返回到块1415，并且获取另一图像。在一些实施例中，在返回块1410之前，处理600暂停短的时间段。如果该图案与期望物体一致，则处理1400前进到块1425。

在块1425处，处理1400确定是否在与置于平台上的期望物体一致的位置处形成照射图案。如果位置不一致，则处理1400返回到块1415，并且获取另一图像。如果一致，则处理1400前进到块1430。在块1430处，处理1400确定照射图案是否与背景噪声一致。这可以通过结合滤色器阵列分析图像的像素来进行。如果照射图案内的像素与光照射波长强相关，并且/或者与和其它像素相关的光弱相关，则该物体不是背景物体，并且处理1400前进到1435。否则，处理1400返回到块1415。在块1435处，当确定出适当的物体位于适当的位置并且不是背景噪声时，可以进行成像或者其它测试或测量。在块1440处，处理1400结束。

例如，可以通过图15中所示的计算装置执行处理1400。

计算装置

图15示出可与生物计量传感器系统结合或者作为其一部分的计算单元1500的框图。该图概括地例示可以如何以分立的或集成的方式实施各个系统元件。另外，该图还示出四个成像器1510的每一个可以如何包括专用处理器1515和/或专用存储器1520。每个专用存储器1520可以包括专用处理器1515上可操作的操作程序、数据处理程序、用于执行本文中描述的方法的指令以及/或者图像处理程序。例如，专用存储器1520可以包括可由CPU 1502执行和/或提供图像处理的程序。该计算装置被示出为包括通过总线1530电耦合的硬件元件。根据各种实施例，取决于配置，总线1530还可以与一个或多个LED 1505、接近传感器(或者存在传感器)1512以及四个成像子系统1504耦合。在另一实施例中，可以在成像器1515中共享成像器存储器1520和/或与计算装置1502共享成像器存储器1520。

在这些实施例中，成像子系统可以包括成像器1510、处理器1515和存储器1520。在其它实施例中，成像子系统1504还可以包括光源和/或光学元件。成像子系统1504可以是模块化的且可以容易地对系统添加附加的成像子系统。因此，生物计量传感器子系统可以包括任何数目的成像子系统1504。在一个实施例中，各种成像子系统可以是空间模块化的，使得各成像子系统用于对不同的空间位置成像。在另一实施例中，各种成像子系统可以是多光谱模块化的，使得各成像子系统用于对不同的多光谱条件成像。因此，在这种实施例中，例如，成像子系统1504还可以包括各种光学元件(诸如滤色器阵列、滤色器、偏振器等)，并且/或者可以相对于成像位置以各种角度放置成像器1510。在另一实施例中，各种成像子系统可以提供聚焦模块化，使得各成像子系统用于对不同的焦点或焦平面成像。

硬件元件可以包括中央处理单元(CPU)1550、输入/输出装置1535、存储装置1555、计算机可读存储器1540、网络接口卡(NIC)1545、处理加速单元1548(诸如DSP或专用处理器)以及存储器1560。计算机可读存储器1540可以包括计算机可读存储介质和计算机可读介质读取器，该组合总体上表示用于临时地和/或更长久地包含计算机可读信息的远程的、本地的、固定的和/或可移动存储装置及存储介质。NIC 1545可以包括有线、无线、调制解调器和/或其它类型的接口连接，并且允许与外部装置交换数据。

此外，计算单元可以包括照射源接口1557和/或成像器接口1556。这些接口可以是标准输入/输出接口，诸如USB、火线接口、UART、RS232或专用接口。无论通信协议如何，成像器接口1556可用于指示成像器(例如，本文中描述的任何成像器或传感器)获取图像和/或输出图像。照射源接口1557可用于单独地、组合地或顺序地启动和/或停用多个照射源中的任一个。

计算单元1500还可以包括被示出为当前处于工作存储器1560内的软件元件，包括操作系统1565及其它程序和/或代码1570(诸如被设计为用于实施本文中描述的方法的一个或多个程序)。可以根据特定要求进行实质性的变更，这对本领域的技术人员来说是显然的。例如，还可以使用定制的硬件，并且/或者可以在硬件、软件(包括便携式软件，如小应用程序)或者此二者中采用特定的元件。此外，可以采用与其它计算装置(诸如网络输入/输出装置)的连接。

计算单元1500可用于执行任意附图中所示的及说明书中描述的处理。特殊指令和/或程序代码也可以被存储在存储器1518或1512中，并且由CPU 1502执行。

双成像器生物计量传感器

本发明的实施例可以包括可以使用两种不同类型的成像器采集手指图像的系统、方法和装置，这两种不同类型的成像器在同一测量时段期间获取手指的图像。在一些情况下，这些成像器可以同时获取图像。在一些情况下，这些成像器可以获取两个视频序列，其中视频序列的帧同步，使得这两个序列在时间上基本对准，以帮助处理被成像的手指或其它物体的运动的存在。在一些实施例中，这两个成像器可以包括TIR成像系统和/或直接成像系统。在一些实施例中，成像系统中的任一个或两个成像系统均可以是多光谱成像系统。

在本发明的一些实施例中，可以使用具有多个面的棱镜，棱镜面被布置为同时对皮肤部位直接成像和TIR成像。该棱镜可以与一个或多个照射源和/或一个或多个成像器结合使用。该棱镜的第一面可适于由个人放置目的皮肤部位。第一面可以包括用于放置目的皮肤部位的成像表面。第一面或者仅第一面的成像表面替代地可称为“平台”。可以关于第一面定向第二面，使得在第一面处全内反射的光的一部分充分穿过第二面。传感器可以包括一个或多个照射源，该一个或多个照射源被布置为穿过棱镜的第一面照射棱镜的成像表面和/或目的皮肤部位。传感器可以包括直接成像组件，其被布置为接收从目的皮肤部位散射的和从棱镜的第二面反射的光。传感器可以包括全内反射成像组件，其被布置为接收在第一面处的目的皮肤部位表面下散射的并基本上穿过棱镜的第三面的光。

图16示出根据本发明的一些实施例的双成像器生物计量传感器1601的等距视图。传感器1601包括棱镜1610，并且进一步指定平台的区域作为用于对手指或其它物体成像的有效成像表面1615；有效成像表面1615可被称为棱镜1610的平台或面。在一些实施例中，棱镜1610可以包括多个面。双成像器生物计量传感器可以包括一个或多个照射源。例如，双成像器传感器1601包括两个照射源1631和1632。双成像器传感器可以包括其它部件，例如反射表面(如镜1621、1622、1623、1624和/或1625)，其可用于帮助将光导向至不同的成像部件。双成像器传感器还可以包括一个或多个全内反射成像组件。例如，图21示出TIR成像组件1641。双成像生物计量传感器还可以包括直接成像组件1642。

图17示出双成像器生物计量传感器1601的顶视图，图18示出传感器1601的前视图。图17示出两个照射组件1631和1632。并且图18示出第三照射组件1633以及照射组件1631。根据需要，每个照射组件可以包括照射源以及透镜、镜和/或其它光学器件，以成形或导向照射光。在一些情况下，可以存在更多或更少的照射器。可以在获取序列期间同时接通，或者顺序接通，或者以某种方式脉冲地或编码地接通照射器1631、1632和/或1633。

在一些实施例中，照射器1631、1632和/或1633可以根据各实施例的其它方面具有基本上不同的波长。一些实施例可以使用可以包括照射源的照射组件而无需其它光学器件成形或导向照射源。如下面将要描述的，双成像传感器的一些实施例还可以包括其它照射组件或照射源。例如，一些实施例可以包括照射器(诸如由LED照射的平面光导或冷阴极荧光灯(CCFL))或可以作为TIR成像的一部分使用的本领域已知的其它照射器。

来自任一光源或所有光源(诸如1631、1632和/或1633)的照射光可以照射成像区域1615。然后，来自接触传感器的手指的光在从反射表面1621和1624反射之后可以被TIR成像组件1641成像。在一些实施例中，TIR成像组件(诸如1641)可以不需要反射表面(诸如1621和1624)来形成图像。其它实施例可以包括可以具有不同配置的更多或更少个成像表面。接触有效成像区域1615的手指还可以在从表面1622、1623和/或1625反射之后由直接成像组件1642成像。在一些实施例中，直接成像组件(诸如1642)可以不需要反射表面(诸如1622、1623和/或1625)。其它实施例可以使用也可以以不同的配置定位和/或定向的更多或更少个反射表面。

在一个实施例中，为了形成本领域中已知的图像，直接成像组件1642根据需要可以包含彩色成像器以及透镜、镜、光学过滤器、光栅和其它光学元件。为了形成本领域中已知的图像，TIR成像组件1641根据需要可以包含彩色成像器或单色成像器以及透镜、镜、光学过滤器、光栅和其它光学器件。在包含单色TIR成像器的一些实施例中，在TIR成像组件1641中可以存在光学带通过滤器，其可以基本上透过来自一些数量的照射器(诸如1631、1632和/或1633)的光，同时阻断来自其它照射器的光。在一些实施例中，可以在任一或两个成像路径中包括阻断带外光环境光的光学过滤器。

图19示出传感器1601的三维视图。该图示示出通过照射器1631、1632和/或1633同时照射棱镜1610的成像区域1615。在一些实施例中，根据各实施例的另一方面，照射器1631、1632和/或1633可以具有不同颜色(诸如，仅作为示例，分别是绿色、红色和蓝色；代替各种可见波长或除了各种可见波长以外，还可以使用紫外光和/或红外光)。照射器(诸如1631、1632和/或1633)的中心波长和光谱宽度以及哪个照射器发射哪个颜色的选择都可以改变，并且这种选择在各实施例的范围之内。在一些实施例中，例如，如图4所示，可以将照射器(诸如1631和/或1632)定位成使得从照射器发射的光在棱镜1610的面(诸如面1611)处全内反射，然后照射成像区域1615。一些照射器(诸如1633)可以被定位和/或取向为使得光穿过面(诸如面1611)，然后照射成像区域1615。

图20描绘TIR成像路径1651。TIR成像组件1641(在一些实施例中可被称为TIR成像器)可以通过棱镜面1612和反射表面1621和1624观看棱镜1610的有效区域1615。TIR成像光束1651和平台面1612之间的角为使得光束1651可以穿过面1612。在一些实施例中，成像光束1651基本垂直于面1612。在一些实施例中，面1612可以定向为基本与等于或大于关于面1615的临界角的角垂直。

在一些实施例中，成像光束1651被定向为大于由表面1615和通常为空气的周围介质定义的临界角的角。因此，期望对TIR成像器1641提供黑色背景，以在暗视场照射模式操作TIR成像器1641的情况下观看。为了完成这一点，棱镜1610的面1611可以被定向为使得在表面1615处通过TIR反射的TIR光束1615中的光线可以基本上能够通过面1611穿过棱镜1610。在一些实施例中，可以将光挡(例如，光学吸收器)1660(可以包括具有无光黑色表面光洁度的材料)定位成使得基本上所有TIR光束1651落在光挡1660上。

在可选的实施例中，可以用照射器(诸如由LED照射的平面光导者冷阴极荧光灯(CCFL)或本领域中已知的其它照射器)代替光挡1660。在该可选实施例中，以亮视场照射模式操作TIR成像系统。

图21描绘根据各种实施例的直接成像组件1642看到的直接成像光线束1652。直接成像光束1652可以穿过面1613。在一些实施例中，直接成像光束1652基本上垂直于面1613。在一些实施例中，定向直接成像光束1652，使其由于在面1611处的TIR被反射并且穿过成像区域1615。

在一些实施例中，如图22所示，面1611可以起到很好地反射直接成像光束1652和透射TIR成像光束1651两个作用。在一些实施例中，面1611可以起到很好地反射从照射器1631和/或1632发射的光和透射从照射器1633发射的光两个作用。在一些实施例中，面1611可以不同地反射和透射照射光束和成像光束的一些组合。

图22提供根据各种实施例的双成像器传感器或系统1607的图。系统1607包括具有多个面1611、1612、1613和1615的棱镜1610。系统1607包括直接成像器1644和TIR成像器1643。例如，图21的直接成像组件1642可以是直接成像器1644的示例。一些实施例可以包括直接成像器1644，其可以包括本文中描述的其它光学部件，诸如镜1622、1623和1625。例如，图20的TIR成像组件1641可以是TIR成像器1643的示例。一些实施例可以包括TIR成像器1643，其可以包括本文中描述的其它光学部件，诸如镜1621和/或1624。在不同实施例中可以以不同的配置定向和/或定位直接成像器1644和TIR成像器1643。

如上所述，棱镜1610的不同面可以提供不同的功能。例如，面1611可以起到很好地反射直接成像并且透射TIR成像两个作用。可以看出，将通过面1611发射被朝向面1611导向的TIR光束1653。直接成像光束1654可以在面1611处反射。在一些实施例中，直接成像光束1653在面1611处全内反射。另外，系统1607示出面1613的示例，面1613导向成像光束1654穿过并且然后到达直接成像器1644。此外，TIR光束1655可以穿过面1612，然后到达TIR成像器1643。

图22看到的面可以具有相互不同的关系，以实现不同的实施例所描述的功能。例如，面1615和1611可以被配置为使得面1611被定向为基本上与等于或大于面1615的临界角的角垂直，使得在面1615处经历TIR的光可以在该TIR交互之前或之后穿过面1611。类似地，面1612可以被定向为基本上与等于或大于面1615的临界角的角垂直，使得在面1615处全内反射的光可以穿过面1612。

棱镜1610可以包括以不同的方式定向的面(诸如1613)。例如，面1613可以被相对定向为与穿过面1615并从面1611反射的光垂直，使得该光充分穿过面1613。

系统1607还可以包括不同的照射源。图1～6、图16～21以及图24～25示出具有照射源的不同示例。这些图还示出关于成像器的定向的不同示例。例如，可以以不同的方式确定照射源的位置和/或定向，以照射例如沿着面1615放置于棱镜1610上的手指。一些实施例还可以包括控制器，其可以控制成像器(诸如1643和1643)以及照射源。

在一些实施例中，传感器和系统可以各自使用直接成像器(诸如1642或1644)和TIR成像器1641或1643同时采集图像。如果任一图像是以不同实施例的方式多路复用的，则可以在对结果图像进行插值和/或其它处理之后，将图像分解为与不同的照射条件相对应的图像。然后，可以以生成指纹的单个合成图像的方式进一步处理得到的图像集合(TIR图像和直接图像)。然后，可以将该合成图像报告给主机或所连接的其它装置。

在一些实施例中，传感器和系统的TIR成像器和直接成像器可以获取图像的同步视频流。可以以本领域已知的方式，在手指滚动时获取这些视频流。然后，可以组合这些滚动图像序列以产生合成的滚动指纹图像。

在一些实施例中，可以使用不同实施例的指纹传感器来采集非指纹图像。具体地，直接成像器可用于获取这种图像。如此采集的其它图像数据可以包括条形码和文档。可以存在光学安全标记(诸如全息图、变色墨)和其它这种标记，并且其用于通过评估与不同照射条件相对应的图像来确认文档或条形码。

在一些实施例中，不同实施例的直接成像器可用于采集虹膜图像、面部图像、监视图像、检测运动、检测周围环境照明条件，并且进行各种其它功能。在一些实施例中，直接成像器可以包括自动变焦(“自动聚焦”)机构以利于附加的成像功能。

图23示出用于从两个成像器生物计量系统创建合成的生物计量图像的处理2300的流程图。例如，可以使用如图15～22所示的传感器和系统实施处理2300。处理2300可以在块2305处开始。在块2310处，使用一个或多个照射源通过平台的第一面照射目的皮肤部位。在块2315处，接收来自目的皮肤部位的光。在块2320处，从在平台的第二面反射的接收光的第一部分生成目的皮肤部位的直接图像。在块2320处，从穿过确定方向的平台的第三面的接收光的第二部分生成目的皮肤部位的全内反射图像。处理2300可以在块2330处结束。可以同时进行这些块中的任一个。例如，可以与块2320和2325同时进行块2310和2315。

在处理2300的一些实施例中，光的第三部分在平台的第一面处全内反射，然后穿过平台的第二面。一些实施例可以进一步包括在紧邻第二面的光挡处吸收光的第三部分，使得穿过第二面的、在第一面处全内反射的光被该光挡充分吸收。

在处理2300的一些实施例中，从平台的第二面反射的、由直接成像组件接收的光在第二面处被全内反射。在一些实施例中，第二面和第三面被定向为基本上关于第一面成临界角。

处理2300的一些实施例可以包括使用目的皮肤部位的全内反射图像和直接图像生成目的皮肤部位的合成图像。一些实施例可以包括接收来自目的皮肤部位的光，其包括在全内反射成像组件处接收接收光的第一部分以及在直接成像组件处接收接收光的第二部分。一些实施例可以进一步包括将图像中的至少一个分解为与不同的照射条件对应的多个图像。

处理2300的一些实施例可以进一步包括使用一个或多个照射源通过平台照射非皮肤部位。接收来自非皮肤部位的光，然后可以从接收光的第二部分生成非皮肤部位的直接图像。例如，非皮肤部位可以包括条形码、文档或者光学安全标记。在一些实施例中，例如，非皮肤部位可以包括虹膜、部分面部、监视位置、移动物体或者照明条件。

例如，可以通过图15所示的计算装置执行处理900。

在本发明的一些实施例中，TIR成像器和直接成像器各自可以同时采集图像。如果以本文中描述的一些实施例中描述的方式多路复用任一图像，则可以在对结果图像进行差值和/或其它处理之后，将图像分解为与不同的照射条件对应的图像。然后，可以处理所得到的图像集合(TIR图像和直接图像)以创建指纹的单个合成图像。然后，可以将该合成图像报告给主机或者所连接的其它装置。

在一些实施例中，TIR成像器和直接成像器可以获取图像的同步视频流。可以以本领域中已知的方式在手指滚动时获取这些视频流。然后，可以组合该滚动的图像序列以生成合成的滚动指纹图像。

可以使用各种其它配置。例如，可以使用第一照射源(例如，LED)通过多面棱镜(例如，棱镜1610)的第一面(例如，面1615)照射手指。来自第一照射源的光在照射物体之前可以在多面棱镜的第二面(例如，1611)处经历全内反射。第一成像器(例如，1644)可以对如下光成像：该光从手指散射、以小于临界角的角穿过第一面且在第二面处经过全内反射。第二成像器可以对从该手指散射的并且以小于临界角的角穿过第一面的光成像。在一些实施例中，第二成像器可以位于如下位置，该位置不对来自第二照射源的、在第一面处全内反射的光成像。

在一些实施例中，第二成像器被定位成与第二照射源不同相。也就是说，来自第二照射源的光只有在被物体吸收和/或散射之后才能对来自第二成像器的光成像。并且，在本实施例中，在第一面处全内反射的光不被第二成像器成像。例如，第二成像器可被定位在与第二照射源不成直线的方位角，诸如小于170°的角。在一些实施例中，该角为90°。第二成像器还可被定位成对大于或小于临界角的光成像。

在另一实施例中，第一照射源可以照射位于多面棱镜(例如，1610)的第一面(例如，1615)处的物体。该系统可以包括第二照射源，第二照射源可以以大于第一面的临界角的角通过第二面(例如，1611)并且通过第一面照射物体。第一成像器(例如，1644)可以对由物体散射的、以小于临界角的角穿过第一面并且在第二面处经过全内反射的光成像。第二成像器(1643)可用于对从第一面全内反射的光成像。

在一些实施例中，本发明的指纹传感器可用于采集非指纹图像；例如，钱、文档、条形码、制造的部件等。在这些图像的某些中，可以存在光学安全标记(诸如全息图、变色墨)和其它这种标记，并且这些标记可用于通过评估与不同的照射条件对应的图像来确认文档或条形码。

Claims

1.一种生物计量方法，包括以下步骤：

在同一照射时段期间在两个独特的照射条件下照射目的皮肤部位，第一照射条件包括以第一角度照射所述目的皮肤部位的、具有第一波长的光，并且第二照射条件包括以第二角度照射所述目的皮肤部位的、具有第二波长的光，其中所述第一波长和所述第二波长不同，并且所述第一角度和所述第二角度不同；

使用在所述第一波长的光和所述第二波长的光之间进行区分的滤色器阵列过滤来自所述目的皮肤部位的光；以及

利用单个成像器对过滤后的光成像。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像步骤产生所述皮肤部位的单个多路复用的图像。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述成像步骤创建所述目的皮肤部位的单个图像。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括提取利用所述第一波长的光成像的所述目的皮肤部位的第一图像，以及提取利用所述第二波长的光成像的所述目的皮肤部位的第二图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其中第一光源是单色的，并且第二光源是单色的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述过滤步骤使用滤色器阵列过滤光。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述滤色器阵列包括拜尔过滤器。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一波长在440nm和490nm之间。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一波长在520nm和570nm之间。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括利用第三波长的光照射所述目的皮肤部位，所述第三波长的光以第三角度照射所述目的皮肤部位，其中所述第三波长不同于所述第一波长和所述第二波长两者，并且所述第三角度不同于所述第二角度和所述第三角度，其中所述滤色器在所述第三波长、所述第二波长和所述第一波长的光之间进行区分。

11.一种系统，包括：

具有成像地点的平台；

第一照射源，其被配置为利用具有第一波长的光并且以第一角度照射所述成像地点；

第二照射源，其被配置为利用具有第二波长的光并且以第二角度照射所述成像地点，其中所述第一波长和所述第二波长不同，并且所述第一角度和所述第二角度不同；

滤色器阵列，其被配置为从具有所述第二波长的光过滤具有所述第一波长的光；以及

成像器，其被配置为通过所述滤色器阵列获取所述皮肤部位的图像。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一角度和所述第二角度中的任一个或二者均大于临界角，所述临界角由所述成像地点处的分界面定义且相对于法线测得。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述滤色器阵列是所述成像器的一部分。

14.根据权利要求11所述的系统，其中通过所述滤色器阵列获取的图像是多路复用的图像。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述滤色器阵列包括拜尔过滤器。

16.一种物体定位方法，包括以下步骤：

以相对于平台的法线的出射角照射所述平台附近的区域；

获取所述平台处或所述平台附近的物体的图像；

识别所述图像内照射图案的位置，其中所述照射图案是被照射的所述物体的成像响应；以及

从所述图像内所述照射图案的位置确定所述物体相对于所述平台的位置。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述确定步骤确定所述物体是否与所述平台接触。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括确定所述照射图案的形状，以及确定所述照射图案的形状是否与期望物体一致。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述照射图案的形状包括几何形状和/或照射图案。

20.根据权利要求18所述的方法，其中重复所述获取步骤、所述识别步骤和所述确定步骤，直到所述照射图案与所述期望物体一致为止。

21.一种物体辨别方法，包括以下步骤：

以相对于平台的法线的出射角照射所述平台的目的皮肤部位；

获取所述平台处或所述平台附近的物体的图像；

识别与物体相关联的所述图像内的照射图案的形状；以及

确定所述照射图案的形状是否与期望物体的照射图案的形状一致。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述照射图案包括几何图案。

23.根据权利要求21所述的方法，其中所述照射图案包括强度图案。

24.根据权利要求21所述的方法，其中所述确定步骤包括确定所述照射图案是否与被成像的手指一致。

25.一种背景辨别方法，包括以下步骤：

利用具有第一波长的照射源照射平台的目的皮肤部位；

获取所述平台处或所述平台附近的物体的图像，其中利用包括滤色器阵列的成像系统获取所述图像，其中所述滤色器阵列包括与第一波长相关联的多个第一像素和与第二波长相关联的多个第二像素；

识别所述物体的照射图案；以及

确定所述照射图案内被激活的第一像素的密集度是否高于所述照射图案内第二像素的密集度。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一波长在440nm和490nm之间。

27.一种系统，包括：

具有成像地点的平台；

照射源，其被配置为利用具有第一波长的光并且以相对于所述成像地点的法线的出射角照射所述成像地点；

成像器，其被配置为使用滤色器阵列获取所述皮肤部位的图像，其中所述滤色器阵列根据多个波长过滤颜色，并且其中所述多个波长之一包括所述第一波长；以及

与所述成像器通信耦合的计算单元。

28.根据权利要求27所述的系统，其中所述计算单元被配置为从所述成像器提供的物体的图像确定所述物体是否与所述成像地点接触。

29.根据权利要求28所述的系统，其中所述计算单元被配置为识别图像内所述物体的照射图案，并且确定所述照射图案是否与和所述皮肤部位接触的物体一致。

30.根据权利要求27所述的系统，其中所述计算单元被配置为确定物体是否与期望物体一致。

31.根据权利要求30所述的系统，其中所述计算单元被配置为识别图像内所述物体的照射图案，并且确定所述照射图案是否与期望物体一致。

32.根据权利要求31所述的系统，其中所述照射图案包括几何图案和强度图案之一和二者。

33.根据权利要求27所述的系统，其中

所述滤色器阵列包括与所述第一波长相关联的第一像素；以及

所述计算单元被配置为确定图像内的物体是否与背景物体一致。

34.根据权利要求33所述的系统，其中所述计算单元被配置为识别所述图像内的照射图案，并且确定所述照射图案内被激活的第一像素的密集度是否大于不具有所述照射图案的第一像素的密集度。

35.一种生物计量系统，包括：

第一照射装置，用于通过多面棱镜的第一面照射手指，其中来自所述第一照射装置的光在照射所述物体之前在所述多面棱镜的第二表面处经历全内反射；以及

第一成像装置，用于对如下光成像：所述光从所述手指散射、以小于临界角的角度穿过所述第一面并且在所述第二面处经历全内反射，

其中所述临界角由所述第一面与外部环境的分界面定义并且相对于所述第一面的法线测得。

36.根据权利要求35所述的系统，还包括第二成像装置，所述第二成像装置用于对从所述手指散射的并且以大于所述临界角的角度穿过所述第一面的光成像。

37.根据权利要求35所述的系统，还包括光挡，所述光挡紧邻所述第二面，使得穿过所述第二面的、在所述第一面处经历全内反射的光被所述光挡充分吸收。

38.根据权利要求36所述的系统，还包括控制器，所述控制器与所述第一照射装置、所述第一成像装置以及所述第二成像装置接口，所述控制器包括：

在单个照射时段期间利用所述第一照射装置照射所述手指的指令；

从所述第二成像装置接收的光生成所述手指的全内反射图像的指令；以及

从所述第二成像装置接收的光生成所述手指的直接图像的指令。

39.根据权利要求38所述的系统，其中所述控制器接口还包括如下指令，该指令用于使用所述手指的第一成像装置图像和第二成像装置图像生成手指的合成图像。

40.根据权利要求36所述的系统，其中所述第一成像装置和所述第二成像装置被配置为同时接收光。

41.根据权利要求36所述的系统，其中所述第一成像装置和所述第二成像装置被配置为获取同步视频流。

42.根据权利要求36所述的系统，其中所述第一成像装置和所述第二成像装置中的至少一个包括多光谱成像装置。

43.根据权利要求35所述的系统，还包括第二照射装置，所述第二照射装置用于通过多面棱镜的所述第一面照射手指，其中来自所述第二照射装置的光在照射手指之前穿过所述多面棱镜的第二表面。

44.根据权利要求43所述的系统，其中所述第一照射装置和所述第二照射装置包括不同的波长。

45.一种方法，包括以下步骤：

利用在第二面处经历全内反射的光照射位于第一面处的物体；

对由所述物体散射的、以小于临界角的角度穿过第一面并且在第二面处经历全内反射的光成像；以及

对由所述物体散射的、以大于所述临界角的角度穿过所述第一面的光成像，

46.根据权利要求45所述的方法，还包括在紧邻所述第二面的光挡处吸收光，其中该光在所述第一面处经历全内反射，然后穿过所述第二面。

47.根据权利要求45所述的方法，还包括使用如下图像生成所述物体的合成图像：从由所述物体散射的、以小于所述临界角的角度穿过所述第一面并且在所述第二面处经历全内反射的光得到的图像，和从被所述物体散射的并且以大于所述临界角的角度穿过第一面的光得到的图像。

48.根据权利要求45所述的方法，还包括将所述图像中的至少一个分解为与不同的照射条件相对应的多个图像。

49.根据权利要求45所述的方法，其中所述物体包括条形码、文档或钱。

50.一种多面棱镜，包括：

第一面；以及

第二面，其中彼此相对地定向所述第一面和所述第二面，使得：

能够利用在所述第二面处经历全内反射的光照射位于所述第一面处的物体，

由所述物体散射的、以小于临界角的角度穿过所述第一面的部分光能够在所述第二面处经历全内反射之后被成像，以及

由所述物体散射的、以大于所述临界角的角度穿过所述第一面的部分光能够被成像而不与所述第二面作用，

51.根据权利要求50所述的多面棱镜，还包括：

第三面，关于所述第一和所述第二面定向所述第三面，使得由所述物体散射的、以小于所述临界角的角度穿过所述第一面并且在所述第二面处经历全内反射的那部分光之后穿过所述第三面。

52.根据权利要求51所述的多面棱镜，其中所述第三面被定向为基本垂直于所述第一面。

53.根据权利要求50所述的多面棱镜，还包括：

第四面，关于所述第一面和所述第二面定向所述第四面，使得由位于所述第一面处的所述物体散射的、以大于所述临界角的角度穿过所述第一面的那部分光穿过所述第四面。

54.根据权利要求53所述的多面棱镜，其中所述第四面被定向为关于所述第一面成大于或等于所述临界角的角度。

55.一种系统，包括：

第一照射装置，用于照射位于多面棱镜的第一面处的物体；

第二照射装置，用于以大于所述第一面的临界角的角度通过第二面并且通过第一面照射所述物体；

第一成像装置，用于对由所述物体散射的、以小于临界角的角度穿过所述第一面并且在所述第二面处经历全内反射的光成像；以及

第二成像装置，用于对从所述第一面全内反射的光成像，

56.根据权利要求55所述的系统，其中所述第一照射装置和所述第二照射装置具有不同的波长。

57.根据权利要求55所述的系统，其中所述第二成像装置被定向为对从所述物体和所述第一面的分界面全内反射的光成像。

58.根据权利要求57所述的系统，其中所述第一照射装置以小于所述第一面的临界角的角度照射所述物体。

59.根据权利要求55所述的系统，其中所述第一成像装置和所述第二成像装置被配置为获取同步的视频流。

60.一种系统，包括：

第一照射装置，用于照射位于多面棱镜的第一面处的物体；

第二照射装置，用于以大于所述第一面的临界角的角度通过第二面并且通过所述第一面照射所述物体；

第一成像装置，用于对由所述物体散射的、以小于临界角的角度穿过所述第一面并且在第二面处经历全内反射的光成像；以及

第二成像装置，用于对在所述物体与平台接触的点处由所述物体散射的光成像，

61.根据权利要求60所述的系统，其中所述第二成像装置以小于所述临界角的角度对所述平台成像。

62.根据权利要求60所述的系统，其中所述第二成像装置以大于所述临界角的仰角对所述平台成像。

63.根据权利要求60所述的系统，其中所述第二成像装置以相对于第二照射装置小于170°的方位角对所述平台成像。

64.根据权利要求60所述的系统，其中所述第一照射装置和所述第二照射装置具有不同的波长。

65.一种方法，包括以下步骤：

以小于临界角的角度照射位于棱镜的第一面处的物体；

以大于所述临界角的角度照射位于所述第一面处的物体，其中光通过棱镜的所述第二面进入棱镜；

使用第一成像系统对由所述物体以小于相对于第一面的临界角的角度散射的并且在所述第二面处全内反射的光成像；以及

使用第二成像系统对来自所述第一面的光成像，

其中所述临界角由所述第一面与外部环境的分界面定义，并且相对于所述第一面的法线测得。

66.根据权利要求65所述的方法，其中使用所述第二成像系统对来自所述第一面的光成像的步骤还包括：使用所述第二成像系统对从所述第一面全内反射的光成像。

67.根据权利要求65所述的方法，其中使用第二成像系统对来自第一面的光成像的步骤还包括：使用所述第二成像系统对由所述物体在物体-面分界面处散射的光成像。

68.根据权利要求65所述的方法，其中用具有不同波长的光以小于所述临界角的角度照射位于所述棱镜的第一面处的物体和以大于所述临界角的角度照射位于第一面处的物体。

69.根据权利要求65所述的方法，还包括使用由所述第一成像系统和所述第二成像系统创建的图像生成所述物体的合成图像。

70.一种系统，包括：

具有第一面和第二面的多面棱镜；

第一照射源，其被配置为以小于临界角的角度照射所述第一面；

第二照射源，其被配置为以大于所述临界角的角度照射所述第一面，其中来自所述第二照射源的光通过所述第二面进入所述棱镜；

第一成像器，其被配置为对来自所述第一面的、被所述第二面全内反射的光成像；以及

第二成像器，其被配置为对来自所述第一照射源的、从所述第一面全内反射的光成像，

71.一种系统，包括：

具有第一面和第二面的多面棱镜；

第二成像器，其被配置为对从所述物体和所述第一面的分界面散射的光成像，

72.根据权利要求71所述的系统，其中所述第二成像器对小于所述临界角的仰角的光成像。

73.根据权利要求71所述的系统，其中所述第二成像器对大于所述临界角的仰角的光成像。

74.根据权利要求71所述的系统，其中所述第二成像器对与所述第二照射源不同相的方位角的光成像。