JP2009511094A - Biometric sensor - Google Patents
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Abstract
バイオメトリック評価のために提示される試料の真性を評価する方法を説明する。前記試料は異なる光学条件下で照明される。前記試料から散乱される光が受光される。複数の画像が形成され、各画像は光学条件のうちの1つに対する前記受光された光から形成されている。一組の質感度が生成され、各質感度は前記画像のうちの1つから生成されている。前記生成された質感度が、本物の隠されていない生物組織である試料と一致するかどうか判断される。A method for evaluating the authenticity of a sample presented for biometric evaluation is described. The sample is illuminated under different optical conditions. Light scattered from the sample is received. A plurality of images are formed, each image being formed from the received light for one of the optical conditions. A set of quality sensitivities is generated, each quality sensitivity being generated from one of the images. It is determined whether the generated quality sensitivity is consistent with a sample that is a genuine, unhidden biological tissue.
Description
(関連出願の引用)
本願は、以下のそれぞれの出願日の利益を主張する:米国特許出願第11/216,006号(「COMPARATIVE TEXTURE ANALYSIS OF TISSUE FOR BIOMETRIC SPOOF DETECTION」、Robert K.Roweにより2005年9月1日出願)、米国特許出願第11/458,619号(「TEXTURE−BIOMETRICS SENSOR」、Robert K.Roweにより2006年7月19日出願)、米国特許出願第11/458,607号(「WHITE LIGHT SPECTRAL BIOMETRIC SENSORS」、Robert K.Rowe、他により2006年7月19日出願)。
(Citation of related application)
This application claims the benefit of each of the following filing dates: U.S. Patent Application No. 11 / 216,006 ("COMPARATIVE TEXTURE ANALYSIS OF TISSUE FOR BIOMETRIC SPOTATION DETECTION", filed September 1, 2005 by Robert K. Rowe). ), U.S. Patent Application No. 11 / 458,619 ("TEXTURE-BIOMETRICS SENSOR", filed July 19, 2006 by Robert K. Rowe), U.S. Patent Application No. 11 / 458,607 ("WHITE LIGHT SPECTRAL BIOMETRIC"). SENSORS ", Robert K. Rowe, et al., Filed July 19, 2006).
本願は、概して、生物測定に関する。さらに具体的には、本願は、スペクトル情報を使用するバイオメトリック測定を行うための方法およびシステムに関する。 The present application relates generally to biometrics. More specifically, this application relates to methods and systems for performing biometric measurements using spectral information.
「バイオメトリックス」は、概して、生体の特性の統計的分析をいう。バイオメトリックスの1つのカテゴリは、2つの様式のうちの1つで一般的に機能し、人々の自動識別を提供するか、または人々の推定される身元を確認する「バイオメトリック識別」を含む。バイオメトリック感知技術は、人の身体特性または行動特性を測定し、そのような特徴を事前に記録された同様の測定と比較して適合があるかどうかを判断する。バイオメトリックのために一般的に使用されている身体的特徴は、顔、虹彩、手の形状、静脈構造、およびすべてのバイオメトリック識別特徴の中で最も普及している指紋の紋様を含む。収集された指紋を分析するための現在の方法は、光学、容量性、高周波、熱、超音波、およびいくつかの他のあまり一般的でない技術を含む。 “Biometrics” generally refers to statistical analysis of biological properties. One category of biometrics generally includes “biometric identification” that functions in one of two ways and provides automatic identification of people or verifies their estimated identity. Biometric sensing techniques measure a person's physical or behavioral characteristics and compare such characteristics with similar pre-recorded measurements to determine if there is a match. Physical features commonly used for biometrics include the face, iris, hand shape, vein structure, and fingerprint patterns that are most prevalent among all biometric identification features. Current methods for analyzing collected fingerprints include optics, capacitive, high frequency, heat, ultrasound, and some other less common techniques.
指紋収集方法のほとんどは、指の表面における、またはその付近の皮膚の特性を測定することに依っている。特に、光学指紋読取装置は、典型的には、センサプラテンとその上に置かれた指との間の屈折率の差異の有無に依っている。空気で満たされた指紋の溝がプラテンの特定位置より上にある場合、空気・プラテンの屈折率差のため、全内部反射率(「TIR」)がプラテン内に発生する。あるいは、適切な反射率の皮膚がプラテンと光学的に接触している場合、この位置におけるTIRは「妨害」され、光がプラテンと皮膚の接触面を横断できるようになる。指がプラテンに触れている領域にわたるTIRの差異のマップは、従来の光学指紋読取の基礎を形成する。明視野および暗視野両方の光学配置における光学接触面のこの変化を検出するために使用される多数の光学配置がある。一般的に、このTIR基礎測定を行うために単一の準単色光線が使用される。 Most fingerprint collection methods rely on measuring skin properties at or near the finger surface. In particular, optical fingerprint readers typically rely on the presence or absence of a refractive index difference between a sensor platen and a finger placed thereon. If the fingerprint groove filled with air is above a specific location on the platen, total internal reflectivity ("TIR") occurs in the platen due to the refractive index difference between the air and the platen. Alternatively, if an appropriately reflective skin is in optical contact with the platen, the TIR at this location is “disturbed” and light can cross the platen-skin contact surface. A map of TIR differences across the area where the finger touches the platen forms the basis for conventional optical fingerprint reading. There are a number of optical arrangements used to detect this change in optical contact surface in both bright and dark field optical arrangements. In general, a single quasi-monochromatic beam is used to make this TIR basic measurement.
非TIR光学指紋センサも存在する。ほとんどの場合、これらのセンサは準単色光のある配置に依存して指先の正面、側面または背部を照明し、皮膚を通して光を拡散させる。指紋画像は、隆起および溝に対する皮膚とプラテンの境界にわたる光透過率の差異により、形成される。光透過の差異は、当業者には公知のように、溝内の中間空隙の有無によるフレネル反射特性の変化によるものである。 There are also non-TIR optical fingerprint sensors. In most cases, these sensors illuminate the front, sides or back of the fingertip depending on the arrangement of quasi-monochromatic light and diffuse the light through the skin. The fingerprint image is formed by the difference in light transmission across the skin and platen boundary for the ridges and grooves. As is known to those skilled in the art, the difference in light transmission is due to the change in Fresnel reflection characteristics due to the presence or absence of an intermediate gap in the groove.
光学指紋読取装置は、非理想的な条件による画質問題の影響を特に受けやすい。皮膚が過度に乾燥している場合、プラテンとの屈折率適合が低下し、結果として質の悪い画像コントラストとなる。同様に、指が非常に湿っている場合、溝が分泌液で充満される場合があり、光結合を指紋領域全体にわたって起こし、画像コントラストを大きく低下させる。プラテン上の指の圧力が小さすぎる、または大きすぎる、皮膚またはセンサが汚れている、皮膚が老化および/または磨耗している、または一定の民族または非常に幼い子供の場合など、過度に細かい特徴が存在する場合に、同様の影響が発生する場合がある。これらの影響は画質を低下させ、それによって指紋センサの全面的な性能を低下させる。場合によっては、市販の光学指紋読取装置は、シリコーンなどの軟質材料の薄膜を組み込んで、これらの影響を軽減し、性能の回復に役立てる。軟質材料として、膜は、破損、磨耗、および汚染の影響を受けやすく、整備なしではセンサの使用は限られる。 Optical fingerprint readers are particularly susceptible to image quality problems due to non-ideal conditions. If the skin is excessively dry, the refractive index match with the platen is reduced, resulting in poor image contrast. Similarly, if the finger is very wet, the groove may fill with secretions, causing optical coupling throughout the fingerprint area and greatly reducing image contrast. Excessively fine features, such as too little or too much finger pressure on the platen, dirty skin or sensors, aging and / or worn skin, or certain ethnic or very young children A similar effect may occur when there is. These effects reduce image quality and thereby reduce the overall performance of the fingerprint sensor. In some cases, commercially available optical fingerprint readers incorporate a thin film of soft material such as silicone to reduce these effects and help restore performance. As a soft material, the membrane is susceptible to breakage, wear, and contamination, and the use of the sensor is limited without maintenance.
TIR、ならびに静電容量、RFなどのようなその他の様相に基づく光学指紋読取装置は、典型的に、取得中に存在する非理想的画像化条件にある程度影響される画像を作り出す。よって、結果として生じる画像の質感特性の分析は、患者の皮膚の質感特性を観察する能力を制限または曖昧にし得る、サンプリング条件に影響される。この結果は、質感がそのような感知様相において実用性が制限されるということになる。 Optical fingerprint readers based on TIR, as well as other aspects such as capacitance, RF, etc. typically produce images that are somewhat affected by non-ideal imaging conditions present during acquisition. Thus, the analysis of the texture characteristics of the resulting image is influenced by sampling conditions that can limit or obscure the patient's ability to observe the texture characteristics of the skin. The result is that the texture is limited in practicality in such a sensing aspect.
バイオメトリックセンサ、特に指紋バイオメトリックセンサは、概して、種々の形態の偽装試料によって打破されがちである。指紋読取装置の場合、紙、ゼラチン、エポキシ、ラテックスなどのある種の無生物材料に組み込まれている認定されたユーザの指紋の紋様を備える読取装置を提示する、種々の方法が当技術分野において既知である。よって、たとえ指紋読取装置が適合する指紋の紋様の有無を確実に判断すると考えることが可能である場合でも、適合する紋様が本物の生体の指から取得されていることを確実にする(多くの一般的なセンサでは確認することが困難な場合がある)ことは、全体的なシステム安全性にとっても重要である。 Biometric sensors, particularly fingerprint biometric sensors, are generally prone to being defeated by various forms of camouflaged samples. In the case of fingerprint readers, various methods are known in the art to present a reader with a certified user fingerprint pattern incorporated into certain inanimate materials such as paper, gelatin, epoxy, latex, etc. It is. Thus, even if it can be considered that the fingerprint reader reliably determines the presence or absence of a matching fingerprint pattern, it ensures that the matching pattern is obtained from a real biological finger (many It may also be difficult to ascertain with common sensors), which is also important for overall system safety.
いくつかのバイオメトリックシステムが打破される場合のある別の方法は、リプレイ攻撃の使用によるものである。このシナリオでは、認定ユーザがシステムを使用している時に、侵入者がセンサから出る信号を記録する。その後、侵入者は、事前に記録された認定信号がシステム内へ投入されるようにセンサシステムを操作することによって、センサ自体をバイパスしてバイオメトリックによって確保されるシステムへのアクセスを得る。 Another way in which some biometric systems may be broken is through the use of replay attacks. In this scenario, an intruder logs the signal from the sensor when an authorized user is using the system. The intruder then gains access to the biometric secured system by bypassing the sensor itself by manipulating the sensor system so that a pre-recorded authorization signal is injected into the system.
バイオメトリックセンサをより強固、より確実、およびエラーを起こしにくくするための一般的な方法は、本技術分野では、時として「二重」、「組み合わせ」、「層状」、「融合」、「多重バイオメトリック」、または「多因子バイオメトリック」感知と呼ばれる方法を使用して、バイオメトリック信号源を組み合わせることである。この方法で強化された安全性を提供するために、種々の技術が体の部分を同時に測定し、組み合わされている種々のセンサを打破する種々の試料または技術を使用することによって打破されることに耐えるような方法で、バイオメトリック技術が組み合わされる。体の同一部分を確認する方法で技術が組み合わされる場合、それらは「密に結合されている」と呼ばれる。 Common methods for making biometric sensors more robust, more reliable, and less error-prone are sometimes referred to in the art as “double”, “combined”, “layered”, “fused”, “multiplexed”. Combining biometric signal sources using a method called “biometric”, or “multifactor biometric” sensing. In order to provide enhanced safety in this way, different techniques can be defeated by measuring different parts of the body at the same time and using different samples or techniques that break down the different sensors combined. Biometric technology is combined in such a way as to withstand. When techniques are combined in a way that identifies the same part of the body, they are said to be “tightly coupled”.
ブドウ糖、アルコール、ヘモグロビン、尿素、およびコレステロールなどの生理的検体の非侵襲性光学測定の精度は、皮膚組織の変動によって悪影響を受ける。場合によっては、バイオメトリック測定と連動して1つ以上の生理的検体を測定することが有利である。そのような二重測定には、商業および法執行の両市場において潜在的な関心および適用がある。 The accuracy of non-invasive optical measurements of physiological specimens such as glucose, alcohol, hemoglobin, urea, and cholesterol is adversely affected by changes in skin tissue. In some cases, it may be advantageous to measure one or more physiological analytes in conjunction with biometric measurements. Such dual measurements have potential interest and application in both commercial and law enforcement markets.
したがって、多重スペクトル画像化システムおよび方法を使用した、バイオメトリック感知および検体推定のための改善された方法およびシステムに対し本技術分野における一般的な必要性がある。 Accordingly, there is a general need in the art for improved methods and systems for biometric sensing and analyte estimation using multispectral imaging systems and methods.
したがって、本発明の実施形態は、バイオメトリック評価のために提示される試料の真性を評価する方法を提供する。前記試料は、複数の異なる光学条件下で照明される。前記試料から散乱される光が受光される。複数の画像が形成され、そのような各画像は、前記複数の異なる光学条件のそれぞれに対する前記受光された光から形成されている。複数の質感度が生成され、そのような各質感度は、前記複数の画像のそれぞれから生成されている。前記生成された複数の質感度が、本物の隠されていない生物組織である試料と一致するかどうか判断される。ある特定の実施形態では、前記質感度は画像コントラスト度を備えることができる。 Accordingly, embodiments of the present invention provide a method for assessing the authenticity of a sample presented for biometric assessment. The sample is illuminated under a plurality of different optical conditions. Light scattered from the sample is received. A plurality of images are formed, and each such image is formed from the received light for each of the plurality of different optical conditions. A plurality of quality sensitivities are generated, and each such quality sensitivity is generated from each of the plurality of images. It is determined whether the generated multiple quality sensitivities are consistent with a sample that is a genuine, unhidden biological tissue. In a particular embodiment, the quality sensitivity can comprise a degree of image contrast.
異なる光学条件下での前記試料の照明は、それを複数の種々の波長を有する複数の光で照明する、複数の異なる偏光条件下で光照明する、複数の異なる照明角度で光照明するなどによって、達成することができる。 Illumination of the sample under different optical conditions can be achieved by illuminating it with multiple lights having multiple different wavelengths, illuminating under multiple different polarization conditions, illuminating at multiple different illumination angles, etc. Can be achieved.
いくつかの実施形態では、前記質感度は、前記複数の画像のそれぞれの空間移動窓法分析を行うことによって生成することができる。場合によっては、前記複数の質感度は、一定の空間周波数内の画像コントラスト度を備えることができる。例えば、前記サンプルが複数の異なる波長を有する光で照明されると、赤色照明下の画像コントラストは青色照明下の画像コントラストよりも低いことを確認することができる。あるいは、赤色照明下の画像コントラストは、所定の値未満であることを確認することができる。場合によっては、前記空間移動窓法分析は、前記複数の画像について移動窓フーリエ変換を計算することによって行うことができる。あるいは、前記複数の画像の移動窓中心および移動窓変動度を計算することによって行うことができる。例えば、一実施形態において、前記移動窓中心度は移動窓平均値を備え、前記移動窓変動度は移動窓標準偏差を備える。別の実施形態では、前記移動窓中心度は移動窓平均値を備え、前記移動窓変動度は移動窓範囲を備える。 In some embodiments, the quality sensitivity can be generated by performing a spatial moving window analysis of each of the plurality of images. In some cases, the plurality of quality sensitivities may comprise a degree of image contrast within a certain spatial frequency. For example, when the sample is illuminated with light having a plurality of different wavelengths, it can be confirmed that the image contrast under red illumination is lower than the image contrast under blue illumination. Alternatively, it can be confirmed that the image contrast under red illumination is less than a predetermined value. In some cases, the spatial moving window analysis can be performed by calculating a moving window Fourier transform for the plurality of images. Alternatively, it can be performed by calculating the moving window center and moving window variation of the plurality of images. For example, in one embodiment, the moving window centrality includes a moving window average value, and the moving window variation includes a moving window standard deviation. In another embodiment, the moving window centrality comprises a moving window average value, and the moving window variability comprises a moving window range.
試料の真偽の判断は、前記複数の質感度を多次元空間内の点にマップするよう多次元尺度構成法を適用することによって行うことができる。これにより、前記点が、本物の隠されていない生物組織である前記試料に対応する多次元空間の所定の領域内にあるかどうかの判断を行うことができる。一実施形態において、前記多次元空間は二次元空間である。 The authenticity of the sample can be determined by applying a multidimensional scaling method to map the plurality of quality sensitivities to points in the multidimensional space. Thereby, it can be determined whether or not the point is within a predetermined region of the multidimensional space corresponding to the sample that is a real biological tissue that is not hidden. In one embodiment, the multidimensional space is a two-dimensional space.
別の一組の実施形態では、バイオメトリック機能を実施する方法が提供される。個人の皮膚と推定される部位は、照明光で照明される。前記皮膚と推定される部位は、ある表面と接触している。前記皮膚と推定される部位から散乱される光は、前記表面を含む平面内で実質的に受光される。画像は、前記受光された光から形成される。画像質感度は前記画像から生成される。前記生成された画像質感度は、前記バイオメトリック機能を実施するよう分析される。 In another set of embodiments, a method for performing a biometric function is provided. The part estimated to be the individual's skin is illuminated with illumination light. The part presumed to be the skin is in contact with a certain surface. Light scattered from a site estimated to be the skin is substantially received in a plane including the surface. An image is formed from the received light. Image quality sensitivity is generated from the image. The generated image quality sensitivity is analyzed to perform the biometric function.
ある実施形態では、前記バイオメトリック機能は、偽装防止機能を備え、そのような実施形態では、前記画像質感度は、前記皮膚と推定される部位が生体組織を備えるかどうかを判断するよう分析される。その他の実施形態では、前記バイオメトリック機能は、識別機能を備え、そのような実施形態では、前記画像質感度は、個人の身元を識別するよう分析される。なお、その他の実施形態では、前記バイオメトリック機能は、デモグラフィックまたは人体計測機能を備え、そのような実施形態では、前記画像質感度は、個人のデモグラフィックまたは人体計測特性を推定するよう分析される。 In an embodiment, the biometric function comprises an anti-spoofing function, and in such an embodiment, the image quality sensitivity is analyzed to determine whether the site presumed to be skin includes biological tissue. The In other embodiments, the biometric function comprises an identification function, and in such embodiments, the image quality sensitivity is analyzed to identify an individual's identity. In other embodiments, the biometric function comprises a demographic or anthropometric function, and in such embodiments, the image quality sensitivity is analyzed to estimate an individual demographic or anthropometric characteristic. The
前記表面は、画像検出器の表面とすることができ、前記皮膚と推定される部位から散乱される光は、前記画像検出器において受光される。あるいは、光のパターンは、パターンの実質的な劣化または減衰なしに、前記平面から前記平面の外に配置される画像検出器へ平行移動させることができ、前記平行移動されたパターンは前記画像検出器において受光される。種々の実施形態では、前記皮膚と推定される部位から散乱される光は、単色画像検出器またはカラー画像検出器において受光されることができる。 The surface may be the surface of an image detector, and light scattered from a site presumed to be the skin is received by the image detector. Alternatively, the light pattern can be translated from the plane to an image detector located outside the plane without substantial degradation or attenuation of the pattern, and the translated pattern is the image detection. The light is received at the instrument. In various embodiments, the light scattered from the presumed site of skin can be received at a monochromatic image detector or a color image detector.
いくつかの実施形態では、前記照明光は白色光である。そして、前記画像は種々の波長に対応する複数の画像を備えてもよい。したがって、前記画像質感度は、前記複数の画像のそれぞれの空間移動窓法分析を行うことによって生成することができる。例えば、移動窓フーリエ変換は、前記複数の画像について計算することができる。あるいは、前記複数の画像の移動窓中心度および移動窓変動度を計算することができる。 In some embodiments, the illumination light is white light. The image may include a plurality of images corresponding to various wavelengths. Therefore, the image quality sensitivity can be generated by performing a spatial moving window analysis of each of the plurality of images. For example, a moving window Fourier transform can be calculated for the plurality of images. Alternatively, the moving window centrality and moving window variation of the plurality of images can be calculated.
前記バイオメトリック機能を実施するよう前記生成された画像質感度を分析する際に、前記生成された画像質感度は、参照画像質感度と比較することができる。場合によっては、前記参照画像質感度は、参照皮膚部位から散乱される光から形成される参照画像から生成され、前記皮膚と推定される部位は、前記参照皮膚部位とは実質的に異なる。ある実施形態では、前記バイオメトリック機能を実施する際に、前記受光された光のスペクトル特徴は、参照スペクトル特徴と比較される。 In analyzing the generated image quality sensitivity to perform the biometric function, the generated image quality sensitivity can be compared to a reference image quality sensitivity. In some cases, the reference image quality sensitivity is generated from a reference image formed from light scattered from a reference skin site, and the site presumed to be skin is substantially different from the reference skin site. In one embodiment, in performing the biometric function, the spectral characteristics of the received light are compared with reference spectral characteristics.
さらに別の一組の実施形態では、バイオメトリックセンサが提供される。前記センサは、表面、照明サブシステム、検出サブシステム、および演算ユニットを備える。前記表面は、皮膚と推定される部位と接触するように構成される。前記照明サブシステムは、前記皮膚と推定される部位が前記表面と接触している場合に、前記皮膚と推定される部位を照明するよう配置される。前記検出サブシステムは、前記皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するように配置され、光は前記表面を含む平面内で実質的に受光される。前記演算ユニットは、前記検出サブシステムと連動され、前記受光された光から画像を形成するための命令を有する。また、前記画像から画像質感度を生成するため、および前記バイオメトリック機能を実施するよう前記生成された画像質感度を分析するための命令も有する。 In yet another set of embodiments, a biometric sensor is provided. The sensor comprises a surface, an illumination subsystem, a detection subsystem, and a computing unit. The surface is configured to contact a site presumed to be skin. The illumination subsystem is arranged to illuminate the presumed part of the skin when the presumed part of the skin is in contact with the surface. The detection subsystem is arranged to receive light scattered from a site presumed to be the skin, and the light is received substantially in a plane including the surface. The arithmetic unit is linked to the detection subsystem and has instructions for forming an image from the received light. There are also instructions for generating image quality sensitivity from the image and for analyzing the generated image quality sensitivity to perform the biometric function.
そのようなセンサにより実施することができる多数の種々のバイオメトリック機能がある。一実施形態において、前記バイオメトリック機能は偽装防止機能を備え、前記演算ユニットは、前記皮膚と推定される部位が生体組織を備えるかどうかを判断するための命令を有する。別の実施形態では、前記バイオメトリック機能は、識別機能を備え、前記演算ユニットは、前記生成された画像質感度から個人の身元を識別するための命令を有する。なお、別の実施形態では、前記バイオメトリック機能は、デモグラフィックまたは人体計測特性機能を備え、前記演算ユニットは、前記生成された画像質感度からデモグラフィックまたは人体計測特性を推定するための命令を有する。 There are a number of different biometric functions that can be implemented by such sensors. In one embodiment, the biometric function includes an anti-spoofing function, and the arithmetic unit includes an instruction for determining whether the site estimated as the skin includes a living tissue. In another embodiment, the biometric function comprises an identification function, and the computing unit comprises instructions for identifying an individual's identity from the generated image quality sensitivity. In another embodiment, the biometric function includes a demographic or anthropometric characteristic function, and the arithmetic unit issues a command for estimating the demographic or anthropometric characteristic from the generated image quality sensitivity. Have.
場合によっては、前記バイオメトリックセンサは、画像検出器をさらに備える。
そのような実施形態の1つでは、前記表面は画像検出器の表面であり、前記検出サブシステムは前記画像検出器を備え、前記画像検出器において前記皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するよう構成される。別のそのような実施形態では、前記画像検出器は、前記平面の外に配置される。光学配置は、パターンの実質的な劣化または減衰なしに、前記平面から前記画像検出器へ光のパターンを平行移動させるよう構成される。前記検出システムは、前記画像検出器を備え、前記画像検出器において前記平行移動されたパターンを受光するよう構成される。種々の実施形態において、前記画像検出器は、単色画像検出器またはカラー画像検出器を備えることができる。
In some cases, the biometric sensor further comprises an image detector.
In one such embodiment, the surface is the surface of an image detector, the detection subsystem comprises the image detector, and light scattered from a site presumed to be the skin in the image detector. Configured to receive light. In another such embodiment, the image detector is located outside the plane. The optical arrangement is configured to translate the pattern of light from the plane to the image detector without substantial degradation or attenuation of the pattern. The detection system includes the image detector and is configured to receive the translated pattern in the image detector. In various embodiments, the image detector can comprise a monochromatic image detector or a color image detector.
場合によっては、前記照明サブシステムは、前記皮膚と推定される部位を白色光で照明するよう構成される。そして、前記画像は、種々の波長に対応する複数の画像を備えることができ、前記画像質感度を生成するための前記命令は、前記複数の画像のそれぞれの空間移動窓法分析を行うための命令を備える。例えば、一実施形態においては、前記複数の画像をもとに移動窓フーリエ変換を計算するための命令があってもよい一方で、別の実施形態は、複数の画像の移動窓中心度および移動窓変動度を計算するための命令を有する。 In some cases, the illumination subsystem is configured to illuminate the presumed site with white light. The image may comprise a plurality of images corresponding to various wavelengths, and the instructions for generating the image quality sensitivity are for performing a spatial moving window analysis of each of the plurality of images. Provide instructions. For example, in one embodiment, there may be instructions for calculating a moving window Fourier transform based on the plurality of images, while another embodiment provides a moving window centrality and movement of the plurality of images. Has instructions for calculating window variability.
一実施形態において、前記バイオメトリック機能を実施するよう前記生成された画像質感度を分析するための前記命令は、前記生成された画像質感度を参照画像質感度と比較するための命令を備える。そのような参照画像質感度は、参照皮膚部位から散乱される光から形成される参照画像から生成することができ、前記皮膚と推定される部位は前記参照皮膚部位とは実質的に異なる。ある実施形態では、前記演算ユニットは、前記バイオメトリック機能を実施する際に、前記受光された光のスペクトル特徴を、参照スペクトル特徴と比較するための命令をさらに有する。 In one embodiment, the instructions for analyzing the generated image quality sensitivity to perform the biometric function comprise instructions for comparing the generated image quality sensitivity with a reference image quality sensitivity. Such reference image quality sensitivity can be generated from a reference image formed from light scattered from a reference skin site, and the site estimated to be the skin is substantially different from the reference skin site. In one embodiment, the computing unit further comprises instructions for comparing spectral characteristics of the received light with reference spectral characteristics when performing the biometric function.
なお、別の一組の実施形態では、バイオメトリックセンサが提供される。白色光照明サブシステムは、個人の皮膚と推定される部位を白色光で照明するよう配置される。検出サブシステムは、前記皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するよう配置され、前記受光される光が入射するカラー画像装置を備える。演算ユニットは、前記検出サブシステムと連動される。前記演算ユニットは、カラー画像装置により、前記皮膚と推定される部位の複数の空間的に分布した画像を前記受光された光から抽出するための命令を有する。前記複数の空間的に分布した画像は、個人の照明された組織の種々の量に対応する。また、前記演算ユニットは、前記バイオメトリック機能を実施するよう前記複数の空間的に分布した画像を分析するための命令も有する。 In another set of embodiments, a biometric sensor is provided. The white light illumination subsystem is arranged to illuminate an area presumed to be an individual's skin with white light. The detection subsystem is arranged to receive light scattered from a site estimated to be the skin, and includes a color image device on which the received light is incident. The arithmetic unit is linked to the detection subsystem. The arithmetic unit has a command for extracting, from the received light, a plurality of spatially distributed images of the portion estimated to be the skin by a color image device. The plurality of spatially distributed images correspond to various amounts of a person's illuminated tissue. The computing unit also has instructions for analyzing the plurality of spatially distributed images to perform the biometric function.
これらの実施形態の1つにおいて、前記バイオメトリック機能は、偽装防止機能を備え、前記複数の空間的に分布した画像を分析するための前記命令は、前記皮膚と推定される部位が生体組織を備えるかどうかを判断するための命令を備える。これらの実施形態のもう1つにおいて、前記バイオメトリック機能を実施するよう前記複数の空間的に分布した画像を分析するための前記命令は、個人のデモグラフィックまたは人体計測特性を推定するよう前記複数の空間的に分布した画像を分析するための命令を備える。これらの実施形態のさらに別の1つにおいて、前記バイオメトリック機能を実施するよう前記複数の空間的に分布した画像を分析するための前記命令は、個人の血液中の検体の濃度を判断するよう前記複数の空間的に分布した画像を分析するための命令を備える。 In one of these embodiments, the biometric function includes an anti-spoofing function, and the command for analyzing the plurality of spatially distributed images is that the site estimated to be skin is a living tissue. Instructions for determining whether to prepare are provided. In another of these embodiments, the instructions for analyzing the plurality of spatially distributed images to perform the biometric function include the plurality of instructions to estimate an individual demographic or anthropometric characteristic. Instructions for analyzing the spatially distributed image of In yet another of these embodiments, the instructions for analyzing the plurality of spatially distributed images to perform the biometric function determine a concentration of an analyte in an individual's blood. Instructions are provided for analyzing the plurality of spatially distributed images.
いくつかの実施形態では、前記バイオメトリックセンサは、前記皮膚と推定される部位と接触しているプラテンをさらに備えることができ、前記白色光照明サブシステムは、前記プラテンを通して前記皮膚と推定される部位を照明するよう構成される。その他の実施形態では、前記白色光照明サブシステムが、前記皮膚と推定される部位が前記バイオメトリックセンサと物理的に接触していない場合に、代わりに前記皮膚と推定される部位を照明するよう構成される。 In some embodiments, the biometric sensor can further comprise a platen in contact with the site presumed to be the skin, and the white light illumination subsystem is presumed to be the skin through the platen. Configured to illuminate the site. In other embodiments, if the white light illumination subsystem is not in physical contact with the biometric sensor, the white light illumination subsystem instead illuminates the presumed site. Composed.
前記白色光は、種々の実施形態において、種々の方法で提供することができる。例えば、一実施形態において、前記白色光照明サブシステムは、広帯域白色光源を備える。別の実施形態では、前記白色光照明サブシステムは、複数の狭帯域光源および光学配置を備え、前記複数の狭帯域光源によって提供される光を結合する。前記複数の狭帯域光源は、一組の原色のそれぞれに対応する波長の光を提供することができる。場合によっては、前記皮膚と推定される部位、および前記皮膚と推定される部位が照明される照明領域は、相対的に動いている。 The white light can be provided in various ways in various embodiments. For example, in one embodiment, the white light illumination subsystem comprises a broadband white light source. In another embodiment, the white light illumination subsystem comprises a plurality of narrowband light sources and an optical arrangement for combining light provided by the plurality of narrowband light sources. The plurality of narrow-band light sources can provide light having a wavelength corresponding to each of a set of primary colors. In some cases, the portion estimated to be the skin and the illumination region where the portion estimated to be the skin is illuminated are relatively moving.
いくつかの実施形態は、前記白色光を偏光するよう配置される前記照明システムに第一偏光子を含むことによって偏光を利用する。そして、前記検出システムは、前記受光された光に出会うよう配置される第二の偏光子を備える。前記第一および第二の偏光子は互いに対して交差してもよい。その他の実施形態では、前記第一および第二の偏光子は平行でもよい。いくつかの実施形態では、第二を保持する一方で前記第一の偏光子を省略してもよい。いくつかの実施形態では、これらの偏光オプションのうち2つ以上を単一装置内で組み合わせてもよい。前記検出システムは、時として、前記受光された光が前記カラー画像装置に入射する前に前記受光された光に出会うよう配置される赤外線フィルタを備えることもできる。 Some embodiments utilize polarization by including a first polarizer in the illumination system that is arranged to polarize the white light. The detection system includes a second polarizer arranged to encounter the received light. The first and second polarizers may cross each other. In other embodiments, the first and second polarizers may be parallel. In some embodiments, the first polarizer may be omitted while retaining the second. In some embodiments, two or more of these polarization options may be combined in a single device. The detection system can sometimes comprise an infrared filter arranged to encounter the received light before the received light is incident on the color imaging device.
ある実施形態では、前記皮膚と推定される部位は、指または手の手掌面であり、前記バイオメトリック機能はバイオメトリック識別を備える。前記複数の空間的に分布した画像を分析するための前記命令は、前記皮膚と推定される部位の表面指紋画像または表面掌紋画像を、前記複数の空間的に分布した画像から抽出するための命令を備える。そして、前記表面指紋画像または表面掌紋画像は、個人を識別するよう指紋または掌紋の画像のデータベースと比較される。前記バイオメトリック機能がバイオメトリックを備えるその他の実施形態では、前記複数の空間的に分布した画像を分析するための前記命令は、代わりに、個人を識別するよう前記複数の空間的に分布した画像を、多重スペクトル画像のデータベースと比較するための命令を備える。 In one embodiment, the site presumed to be the skin is a finger or a palm surface of the hand, and the biometric function comprises biometric identification. The command for analyzing the plurality of spatially distributed images is a command for extracting a surface fingerprint image or a surface palmprint image of a site estimated to be the skin from the plurality of spatially distributed images. Is provided. The surface fingerprint image or surface palm print image is then compared with a fingerprint or palm print image database to identify the individual. In other embodiments, wherein the biometric function comprises a biometric, the instructions for analyzing the plurality of spatially distributed images, instead, the plurality of spatially distributed images to identify an individual. For comparing to a database of multispectral images.
さらに別の一組の実施形態では、バイオメトリック機能を実施する方法が提供される。個人の皮膚と推定される部位は、白色光で照明される。前記皮膚と推定される部位から散乱される光は、前記受光される光が入射するカラー画像装置により受光される。前記皮膚と推定される部位の複数の空間的に分布した画像が導出され、前記複数の空間的に分布した画像は個人の照明された組織の種々の量に対応する。前記複数の空間的に分布した画像は、前記バイオメトリック機能を実施するよう分析される。 In yet another set of embodiments, a method for performing a biometric function is provided. The part presumed to be the individual's skin is illuminated with white light. Light scattered from the site estimated to be the skin is received by a color image device on which the received light is incident. A plurality of spatially distributed images of a site presumed to be the skin are derived, and the plurality of spatially distributed images correspond to various amounts of individual illuminated tissue. The plurality of spatially distributed images are analyzed to perform the biometric function.
これらの実施形態のいくつかでは、前記バイオメトリック機能は偽装防止機能を備え、前記複数の空間的に分布した画像を分析するステップは、前記推定される部位が生体組織を備えるかどうかを判断するステップを備える。これらの実施形態のその他では、前記複数の空間的に分布した画像は、個人のデモグラフィックまたは人体計測特性を推定するよう分析される。これらの実施形態のさらに異なるものでは、前記複数の空間的に分布した画像は、個人の血液中の検体の濃度を判断するよう分析される。 In some of these embodiments, the biometric function comprises an anti-spoofing function, and the step of analyzing the plurality of spatially distributed images determines whether the estimated site comprises living tissue. Comprising steps. In other of these embodiments, the plurality of spatially distributed images are analyzed to estimate an individual demographic or anthropometric characteristic. In yet another of these embodiments, the plurality of spatially distributed images are analyzed to determine the concentration of the analyte in the individual's blood.
前記皮膚と推定される部位は、時として、前記皮膚と推定される部位と接触しているプラテンを通して前記白色光を配向することによって、照明することができる。場合によっては、前記皮膚と推定される部位は、広帯域白色光源で照明することができる一方で、その他の場合では、おそらく一組の原色に対応する複数の狭帯域光線を生成および結合することができる。前記皮膚と推定される部位は、時として、前記皮膚と推定される部位が照明される照明領域に関して相対的に動いていることがある。 The presumed site of skin can sometimes be illuminated by directing the white light through a platen in contact with the presumed site of skin. In some cases, the presumed skin area can be illuminated with a broadband white light source, while in other cases it may generate and combine multiple narrow-band rays that probably correspond to a set of primary colors. it can. The site presumed to be the skin sometimes moves relative to the illumination area where the site presumed to be the skin is illuminated.
一実施形態では、前記白色光は第一の偏光により偏光され、前記皮膚と推定される部位より散乱される前記受光された光は第二偏光により偏光される。前記第一および第二の偏光は、互いに対して実質的に交差してもよく、または互いと実質的に平行であってもよい。前記受光された光は、時として、前記受光された光が前記カラー画像装置に入射する前に、赤外線波長においてフィルタにかけられることがある。 In one embodiment, the white light is polarized by a first polarization and the received light scattered from a site presumed to be the skin is polarized by a second polarization. The first and second polarizations may be substantially crossed with respect to each other or may be substantially parallel to each other. The received light is sometimes filtered at infrared wavelengths before the received light is incident on the color imager.
場合によっては、前記バイオメトリック機能はバイオメトリックを備える。
例えば、前記皮膚と推定される部位は指または手の手掌面となり得る。そして、前記複数の空間的に分布した画像の分析は、前記皮膚と推定される部位の表面指紋または掌紋画像を前記複数の空間的に分布した画像から導出し、前記表面指紋または掌紋画像を指紋または掌紋画像と比較することによって処理され得る。他の実施形態では、前記複数の空間的に分布した画像は、個人を識別するよう多重スペクトル画像のデータベースと比較され得る。
In some cases, the biometric function comprises a biometric.
For example, the portion estimated to be the skin can be a finger or a palm surface of a hand. Then, the analysis of the plurality of spatially distributed images includes deriving a surface fingerprint or palm print image of the part estimated to be the skin from the plurality of spatially distributed images, and the surface fingerprint or palm print image Or it can be processed by comparing with a palmprint image. In other embodiments, the plurality of spatially distributed images may be compared to a database of multispectral images to identify individuals.
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、および同様の構成要素を参照ためにいくつかの図面にわたって類似参照標示が使用される図面を参照することによって実現することができる。場合によっては、参照標示はラテン文字接尾語が続く数字部分を含み、参照標示の数字部分のみの参照は、その数字部分を有するがラテン文字接尾語が異なるすべての参照標示を集合的に参照することを目的とする。 A further understanding of the nature and advantages of the present invention may be realized by reference to the remaining portions of the specification, and to the drawings, in which like reference designations are used throughout several drawings to refer to like components. . In some cases, a reference sign includes a numeric part followed by a Latin letter suffix, and a reference to only the numeric part of the reference sign collectively refers to all reference signs that have that numeric part but a different Latin letter suffix. For the purpose.
(1.概説)
本発明の実施形態は、いくつかの実施形態における統合多因子バイオメトリック測定を含む、種々様々な種類のバイオメトリック測定の収集および処理を可能にする方法およびシステムを提供する。これらの測定は、個人の身元、ならびに採取されているバイオメトリック試料の真偽の強固な確実性を提供することができる。いくつかの実施形態では、センサは、個人の皮膚の表面を貫通して皮膚および/または下層組織内に散乱する白色光を使用する。本願で使用されるように、「白色光」は、場合によっては原色を備えることができる、成分波長帯への分離に適応したスペクトル組成を有する光をいう。白色光を画定するために使用される通常の原色は、赤、緑、および青であるが、当業者にとって公知であるように、その他の組み合わせをその他の場合において使用してもよい。明確にするために、本願で使用されるような「白色光」は、成分波長帯の正確な波長分布および強度のため、人間の観察者には白に見えない場合があり、それに関連する異なる色合いまたは色を有する場合があることが強調される。その他の場合において、前記白色光は、紫外線または赤外線スペクトル領域内の1つ以上の帯域を備えることができる。場合によっては、前記白色光は、赤外線および/または紫外線スペクトル領域内の波長域からなる場合、人間の観察者には全く見えない場合さえある。皮膚および/または下層組織によって散乱される光の一部は、皮膚を射出し、皮膚の表面における、またはその下の組織の構造の画像を形成するために使用される。皮膚の波長依存性質のため、前記白色光によって備えられる光の各波長から形成される画像は、他の波長において形成される画像と異なり得る。したがって、本発明の実施形態は、特徴的なスペクトルおよび空間的情報が、結果として生じる画像から抽出できるような方法で、画像を収集する。
(1. Overview)
Embodiments of the present invention provide methods and systems that enable collection and processing of a wide variety of types of biometric measurements, including integrated multifactor biometric measurements in some embodiments. These measurements can provide an individual's identity as well as true and authentic certainty of the biometric sample being collected. In some embodiments, the sensor uses white light that penetrates the surface of the individual's skin and scatters into the skin and / or underlying tissue. As used herein, “white light” refers to light having a spectral composition adapted to separation into component wavelength bands, which may optionally have a primary color. Common primary colors used to define white light are red, green, and blue, but other combinations may be used in other cases as is known to those skilled in the art. For clarity, “white light” as used in this application may not appear white to human observers due to the precise wavelength distribution and intensity of the component wavelength bands, and the associated differences. It is emphasized that it may have a tint or color. In other cases, the white light may comprise one or more bands in the ultraviolet or infrared spectral region. In some cases, the white light may even be completely invisible to a human observer if it consists of wavelengths in the infrared and / or ultraviolet spectral region. Some of the light scattered by the skin and / or underlying tissue is used to eject the skin and form an image of the structure of the tissue at or below the surface of the skin. Due to the wavelength dependent nature of the skin, the image formed from each wavelength of light provided by the white light may be different from the images formed at other wavelengths. Thus, embodiments of the present invention collect images in such a way that characteristic spectral and spatial information can be extracted from the resulting image.
いくつかの用途では、単独またはバイオメトリック測定と組み合わせてのいずれかで、体のその他のパラメータおよび特性を推定することが望ましい可能性がある。例えば、具体的なそのような一実施形態では、指紋の紋様の測定と同時に個人の検体レベルを測定する能力が提供される。法執行における用途は、測定検体が個人の血中アルコールレベルを備える実施形態において見られ、また、そのような実施形態は、車両アクセスの制限を含む種々の商業的応用も可能にする。このように、それをもとに測定が行われる検体測定と個人の身元とは、密接に結び付けることができる。 In some applications, it may be desirable to estimate other parameters and characteristics of the body, either alone or in combination with biometric measurements. For example, in one such specific embodiment, the ability to measure an individual's analyte level simultaneously with the measurement of a fingerprint pattern is provided. Applications in law enforcement are found in embodiments in which the measured specimen comprises an individual's blood alcohol level, and such embodiments also allow for various commercial applications including limited vehicle access. As described above, the sample measurement based on the measurement and the identity of the individual can be closely linked.
皮膚組成および構造は、非常に異なり、非常に複雑で、個人によって変化する。皮膚および下層組織の空間スペクトル特性の光学的測定を行うことによって、多数の評価を行うことができる。例えば、生体識別機能は、誰の皮膚が測定されているのかを識別および検証するよう実施することができ、生存性機能は、測定されている試料が生存および生存可能な組織であり、別の種類の物質ではないことを確かめるよう実施することができ、年齢、性別、民族性、およびその他のデモグラフィックおよび人体計測特性などの種々の生理的パラメータの推定値を出すことができ、および/またはルコール、ブドウ糖、血液かん流および酸化の度合い、ビリルビン、コレステロール、尿素、および類似物を含む種々の検体およびパラメータの濃度の測定を行うことができる。 Skin composition and structure are very different, very complex and vary from individual to individual. Numerous assessments can be made by making optical measurements of the spatial spectral properties of the skin and underlying tissue. For example, a biometric function can be implemented to identify and verify who's skin is being measured, and a viability function is a tissue in which the sample being measured is viable and viable, Can be performed to verify that it is not a type of substance, and can provide estimates of various physiological parameters such as age, gender, ethnicity, and other demographic and anthropometric characteristics, and / or Measurements of the concentration of various analytes and parameters can be performed, including lucol, glucose, blood perfusion and degree of oxidation, bilirubin, cholesterol, urea, and the like.
種々の実施形態において、皮膚の複雑な構造は、特定の機能に対する方法およびシステムの側面を調整するために使用することができる。皮膚の最外層である表皮は、その下の真皮および下皮によって支持される。表皮自体は、角質層、透明層、顆粒層、有棘層、および基底層を含む5つの識別された副層を有し得る。よって、例えば、最上の角質層の下の皮膚は、表面トポグラフィーに関するいくつかの特性、ならびに皮膚の深さとともに変化するいくつかの特性を有する。皮膚への血液供給は、真皮層内に存在するが、真皮は、毛細血管を介して表面の近くに血液供給をもたらす、「真皮乳頭」として知られる表皮内への突起部を有する。指の手掌面では、この毛細血管構造は、表面上の皮膚紋理の紋様に従う。体のいくつかの他の場所では、毛細血管床の構造はあまり規則正しくないが、依然として特定の場所および個人の特徴を示す。同様に、皮膚の種々の層の間の接触面のトポグラフィーは非常に複雑で、皮膚の場所および個人の特徴を示す。皮膚および下層組織の表面下構造のこれらの源は、バイオメトリック判断または検体測定に対する皮膚の非画像化光学的測定の大きな雑音源を表すが、構造差は、本発明の実施形態を通して有利に比較することが可能な空間スペクトル特徴によって明示される。 In various embodiments, the complex structure of the skin can be used to adjust aspects of the method and system for a particular function. The epidermis, the outermost layer of the skin, is supported by the underlying dermis and lower skin. The epidermis itself may have five distinct sublayers including the stratum corneum, the clear layer, the granular layer, the spiny layer, and the basal layer. Thus, for example, the skin below the uppermost stratum corneum has some properties related to surface topography, as well as some properties that vary with skin depth. The blood supply to the skin is in the dermis layer, but the dermis has a protrusion into the epidermis known as the “dermal papilla” that brings the blood supply close to the surface via capillaries. On the palm of the finger, this capillary structure follows the skin pattern on the surface. In some other parts of the body, the structure of the capillary bed is not very regular, but still exhibits certain locations and individual characteristics. Similarly, the topography of the contact surface between the various layers of the skin is very complex and exhibits skin location and individual characteristics. Although these sources of skin and underlying subsurface structures represent a significant source of noise in non-imaging optical measurements of skin for biometric judgment or analyte measurements, structural differences are advantageously compared throughout the embodiments of the present invention. It is manifested by the spatial spectral features that can be done.
場合によっては、インク、染料、および/またはその他の色素が、局所塗布または表面下の入れ墨として皮膚の部分に存在する場合がある。これらの形態の人工色素は、人間の裸眼では見えることも、見えないこともある。しかし、本発明の装置によって使用される1つ以上の波長が色素に敏感である場合、いくつかの実施形態において前記センサは、他の所望の測定作業に加えて、色素の存在、量および/または形状を検証するために使用することが可能である。 In some cases, inks, dyes, and / or other pigments may be present on the skin as a topical application or subsurface tattoo. These forms of artificial pigments may or may not be visible to the naked human eye. However, if one or more wavelengths used by the apparatus of the present invention are sensitive to dyes, in some embodiments the sensor may be present in addition to other desired measurement tasks, the amount of dye, and / or Or it can be used to verify the shape.
一般的に、本発明の実施形態は、独立した空間およびスペクトル次元を有する多次元データ構造において表すことができる空間スペクトル情報を収集する方法およびシステムを提供する。ある場合において、所望の情報は、多次元データ構造全体の一部だけに含まれる。例えば、均一に分布したスペクトル的に活性化した化合物の推定は、多次元データ構造全体から抽出することができる、測定されたスペクトル特性だけを必要とし得る。そのような場合、全体的なシステム設計は、単一ピクセルの限度にまで画像ピクセルの数を減らすことによって、収集されたデータの空間的成分を低減または排除するよう簡素化することができる。よって、開示されるシステムおよび方法は、概して、空間スペクトル画像化との関連で説明されるが、本発明は、単一の検知素子にまで画像の度合いが大きく低減される同様の測定を包含することが認識されるであろう。 In general, embodiments of the present invention provide a method and system for collecting spatial spectral information that can be represented in a multi-dimensional data structure having independent spatial and spectral dimensions. In some cases, the desired information is included in only a portion of the overall multidimensional data structure. For example, estimation of a uniformly distributed spectrally active compound may require only measured spectral characteristics that can be extracted from the entire multidimensional data structure. In such cases, the overall system design can be simplified to reduce or eliminate the spatial component of the collected data by reducing the number of image pixels to the limit of a single pixel. Thus, although the disclosed systems and methods are generally described in the context of spatial spectral imaging, the present invention encompasses similar measurements in which the degree of image is greatly reduced to a single sensing element. It will be recognized.
(2.非接触型バイオメトリックセンサ)
本発明の一実施形態は、非接触型バイオメトリックセンサ101の正面図を示す、図1の概略図により描かれる。前記センサ101は、1つ以上の光源103を有する照明サブシステム121および画像装置115を備える検出サブシステム123を備える。前記図は、前記照明サブシステム121が、複数の照明サブシステム121aおよび121bを備える実施形態を描写するが、本発明は、照明または検出サブシステム121または123の数によって限定されない。例えば、照明サブシステム121の数は、照明の一定のレベルを達成するよう、パッケージ要件を満たすよう、および前記センサ101のその他の構造的制約を満たすよう便宜的に選択することができる。照明光は、光源103からのフラッド光、光線、光点、および類似物などの形態など、所望の形態に照明を成形する照明光学系105を通って通過する。前記照明光学系105は、便宜上レンズから成るとして示されているが、さらに一般的に、1つ以上のレンズ、1つ以上の鏡、および/またはその他の光学素子の任意の組み合わせを含むことができる。また、前記照明光学系105は、指定の一次元または二次元パターンで照明光をスキャンするスキャナ構造(図示せず)も備えることができる。種々の実施形態において、前記光源103は、点光源、線光源、領域光源を備えることができ、または一連のそのような光源を備えることができる。一実施形態において、前記照明光は、検討される個人の指119またはその他の皮膚部位に当たる前に、光が通過する直線偏光子107を配置することによってなど、偏光として提供される。画像化される皮膚部位は、任意の固体表面と接触せずに光と相互作用するよう位置づけることができるため、図1に示されるような実施形態は、本願では「非接触型」センサと呼ばれる。下記に詳しく説明される「接触型」バイオメトリックセンサでは、画像化される皮膚部位は、プラテンまたは光検出器などのある固体表面と接触している。
(2. Non-contact biometric sensor)
One embodiment of the invention is depicted by the schematic diagram of FIG. 1 showing a front view of a non-contact
場合によっては、種々の実施形態では、前記光源103は、広帯域源として、または狭帯域エミッタの集合として提供することができる白色光源を備える。広帯域源の例は、白色光発光ダイオード(「LED」)、白熱電球またはグローバー(glowbar)、および類似物を含む。狭帯域エミッタの集合は、赤色のLEDまたはレーザーダイオード、緑色のLEDまたはレーザーダイオード、および青色のLEDまたはレーザーダイオードを含む実施形態のような、原色波長を有する準単色光源を備えることができる。 In some cases, in various embodiments, the light source 103 comprises a white light source that can be provided as a broadband source or as a collection of narrowband emitters. Examples of broadband sources include white light emitting diodes (“LEDs”), incandescent bulbs or glowbars, and the like. The collection of narrowband emitters can comprise a quasi-monochromatic light source having a primary color wavelength, such as embodiments that include a red LED or laser diode, a green LED or laser diode, and a blue LED or laser diode.
直接反射光を軽減するための代替機構は、光学的偏光子を利用する。直線および円形両方の偏光子は、当業者にとって公知のように、一定の皮膚の深さにより敏感な光学的測定を行うために、有利に採用し得る。図1に図示される実施形態では、前記照明光は、直線偏光子107によって偏光される。そして、前記検出サブシステム123は、前記照明偏光子107に対して実質的に直角であるその光軸を備えて配置される直線偏光子111も含むことができる。このように、前記試料からの光は、複数の散乱現象を受けて、その偏光の状態を有意に変化させなければならない。光が皮膚の表面を貫通して、多くの散乱現象後に前記検出サブシステム123に再び散乱されると、そのような現象が発生する。
An alternative mechanism for reducing direct reflected light utilizes an optical polarizer. Both linear and circular polarizers can be advantageously employed to make optical measurements that are more sensitive to a certain skin depth, as is known to those skilled in the art. In the embodiment illustrated in FIG. 1, the illumination light is polarized by a
逆に、2つの偏光子107および111の使用はまた、前記偏光子111を偏光子107と実質的に平行になるよう配置することによって、直接反射光の影響を増大させるために使用することもできる。いくつかのシステムにおいて、2つの異なる偏光条件(つまり、交差偏光条件下、および平行偏光条件下)で収集される多重スペクトルデータの収集を可能にするよう、単一装置内に2つ以上の偏光構成を組み合わせることが有利となる場合がある。その他の実施形態では、偏光子107または111のいずれか、または両方を省略することができ、実質的にランダムに偏光された光の収集を可能にする。
Conversely, the use of two
前記検出サブシステム123は、レンズ、鏡、位相板、および波面符号化装置を備える検出光学系、および/または前記検出器115上で画像を形成するその他の光学素子を組み込むことができる。また、前記検出光学系113は、スキャン構造(図示せず)を組み込んで、順に前記検出器115に全体的な画像の部分を伝えることができる。あらゆる場合において、前記検出サブシステム123は、皮膚の表面を貫通して、皮膚から射出される前に皮膚および/または下層組織内で光散乱を受けた光に敏感となるよう構成される。
The
白色光が使用される実施形態では、前記検出器115は、一組の原色に対応するフィルタ要素がベイヤーパターンで配置されるベイヤー・カラーフィルタアレイを備えることができる。赤204、緑212、および青208のカラーフィルタ要素を使用する配置について、そのようなパターンの例が図2Aに示されている。場合によっては、前記検出器サブシステム123は、検出される赤外光を軽減するよう配置される赤外線フィルタ114をさらに備えることができる。図2Bに示される典型的なベイヤーフィルタアレイについての色応答曲線から分かるように、前記フィルタ要素の赤224、緑232、および青228の透過特性のスペクトル域内には、重複が概して存在する。特に、緑232および青228の透過特性についての曲線において明白なように、前記フィルタアレイは、赤外光の透過を可能にし得る。これは、前記検出器サブシステムの一部としての赤外線フィルタ114を含めることにより回避される。その他の実施形態では、前記赤外線フィルタ114は省略してもよく、赤外光を放つ1つ以上の光源103を組み込んでもよい。このように、すべてのカラーフィルタ要素204、208および212は、光が実質的に通過できるようにし、結果として前記検出器115全体にわたる赤外線画像を生じる。
In embodiments where white light is used, the detector 115 may comprise a Bayer color filter array in which filter elements corresponding to a set of primary colors are arranged in a Bayer pattern. An example of such a pattern is shown in FIG. 2A for an arrangement using red 204, green 212, and blue 208 color filter elements. In some cases, the
非接触型バイオメトリックセンサの別の実施形態は、図3の正面図により概略的に示されている。この実施形態では、前記バイオメトリックセンサ301は、照明サブシステム323および検出サブシステム325を備える。図1に関連して説明される実施形態と同様に、いくつかの実施形態では、複数の照明サブシステム323があってもよく、図3は、2つの照明サブシステム323を有する具体的実施形態を示す。前記照明サブシステム323によって備えられる白色光源303は、広帯域または上記の狭帯域源の組み合わせを含む、白色光の任意の光源とすることができる。前記白色光源303からの光は、前記皮膚部位119に入射する前に、照明光学系305および直線偏光子307を通過する。光の一部は前記皮膚部位119から、画像光学系315および319、直線偏光子311、および分散光学素子313を備える前記検出サブシステム325内へと拡散的に反射される。前記分散素子313は、透過型または反射型、プリズム、または光の波長の関数としての光の経路の偏りを引き起こす本技術分野で公知のその他の光学部品とすることができる、一次元または二次元の格子を備えることができる。図示された実施形態では、前記第一の画像光学系319は、前記直線偏光子311および分散素子313を介する透過に対して、前記皮膚部位119から反射される光を平行にする働きをする。光のスペクトル成分は、前記分散素子313によって角度分離され、前記第二の画像光学系315によって検出器上に別々に集束される。図1に関連して論じられるように、前記偏光子307および311の光軸が互いに対して実質的に直角に配向されている場合、前記照明および検出サブシステム323、325によって備えられる偏光子307、311のそれぞれは、前記検出器317において直接反射光の検出を低減する働きをする。また、前記偏光子307、311は、それらの光軸が実質的に平行となるように配向することができ、それは前記検出器317において直接反射光の検出を増大する。いくつかの実施形態では、偏光子307または311のいずれか、または両方を省略してもよい。
Another embodiment of a non-contact biometric sensor is schematically illustrated by the front view of FIG. In this embodiment, the
よって、前記検出器において受光される光から生成される画像は、計算機トモグラフィー画像分光計(「CTIS」)の方法における「符号化された」画像である。スペクトルおよび空間の両方の情報は、結果として生じる画像に同時に存在する。個々のスペクトルパターンは、符号化された画像の数学的反転または「再構成」によって得ることができる。 Thus, the image generated from the light received at the detector is an “encoded” image in a computed tomography image spectrometer (“CTIS”) method. Both spectral and spatial information are present simultaneously in the resulting image. Individual spectral patterns can be obtained by mathematical inversion or “reconstruction” of the encoded image.
図1の非接触型センサの描写は、前記照明光をスキャンするようスキャナ構造を提供することができることを記述した。これは、前記照明領域と皮膚部位との間の相対運動がある実施形態のより一般的な部類の例である。そのような実施形態では、画像は、相対運動中に収集される別々の画像部分を構築することによって構成することができる。また、そのような相対運動は、ユーザが皮膚部位を平行移動するよう指示される、カード読取型(swipe)構造のセンサを構成する実施形態において達成され得る。カード読取型センサの一例は、図4の略図により上面図で示されている。この図では、センサ401の前記照明領域および検出領域405は、実質的に同一直線上にある。カード読取型センサ401のいくつかの実施形態では、一つ以上の照明領域があってもよい。例えば、前記検出領域405の両側に配置される複数の照明領域があってもよい。いくつかの実施形態では、前記照明領域403は、前記検出領域を部分的または完全に覆ってもよい。画像データは、図4中の矢印によって示されるように、光学的に活性な領域を通して指またはその他身体部分を平行移動することによって、前記センサにより収集される。いくつかの実施では、その例は下記で詳しく説明される接触型構造で使用することができるものの、カード読取型センサは、上記の前記非接触型センサ構造のいずれかで実装することができる。前記皮膚部位の別個の部分から順に受け取られる光は、バイオメトリック応用に引き続き使用される画像を構築するために使用される。
The depiction of the non-contact sensor of FIG. 1 described that a scanner structure can be provided to scan the illumination light. This is an example of a more general class of embodiments where there is relative motion between the illuminated area and the skin site. In such embodiments, the images can be constructed by building separate image portions that are collected during relative motion. Such relative motion may also be achieved in embodiments that constitute a card-ready sensor where the user is instructed to translate the skin site. An example of a card reading sensor is shown in top view by the schematic diagram of FIG. In this figure, the illumination area and the
上記の実施形態は、下記に説明されるようなバイオメトリック応用において使用することができる多数の空間スペクトルデータを作り出す。本発明は、前記多数の空間スペクトルデータを格納または分析するどんな特定の方法にも限定されない。解説の目的で、それは図5にデータキューブの形態で示されている。前記データキューブ501は、それぞれは光スペクトルの異なる部分に対応し、かつそれぞれは空間的情報を含む、複数の平面503、505、507、509、511を備えるスペクトル次元に沿って分解されて示されている。場合によっては、前記多数の空間スペクトルデータは、空間およびスペクトル情報を越えた付加的な種類の情報を含んでもよい。例えば、異なる照明構造、異なる偏光などによって画定されるような異なる照明条件は、付加的な次元の情報を提供することができる。より広範には、複数の工学的条件下で収集されるデータは、同時または順次に収集されるか否かにかかわらず、本願では「多重スペクトル」データと呼ばれる。多重スペクトルデータの側面のより完全な説明は、2006年4月24日に出願された「MULTISPECTRAL BIOMETRIC SENSORS」と題された、同時係属の同一出願人による米国特許出願第11/379,945号で説明され、その全開示はすべての目的で参照することにより本願に組み込まれる。よって、空間スペクトルデータは、異なる光学条件として異なる照明波長を含む一定の種類の多重スペクトルデータの一部であると考えることができる。
The above embodiments create a large number of spatial spectral data that can be used in biometric applications as described below. The present invention is not limited to any particular method of storing or analyzing the multiple spatial spectral data. For illustrative purposes, it is shown in the form of a data cube in FIG. The
白色光下で照明が発生する実施形態では、前記画像503、505、507、509、および511は、例えば、450nm、500nm、550nm、600nm、および650nmにおける光を使用して生成される画像に対応する場合がある。別の例では、各ピクセル位置において、赤、緑、および青のスペクトル帯域内の光の量に対応する3つの画像があってもよい。各画像装置は、皮膚と相互作用する特定の波長の光の光学効果を表す。波長によって変化する皮膚および皮膚の構成要素の光学的性質により、多重スペクトル画像503、505、507、509および511のそれぞれは、一般的に他とは異なる。よって、前記データキューブはR(Xs,Ys,XI,YI,λ)として表すことができ、光源点Xs、Ysにおいて照明されると各像点XI、YIにおいて見られる波長λの拡散反射光量を表す。種々の照明構成(フラッド、線など)は、適切な光源点位置にわたって点応答を合計することによって要約することが可能である。従来の非TIR指紋画像F(XI、YI)は、所与の波長λoに対する前記多重ペクトル・データキューブとして大まかに表わされ、すべての光源位置にわたって合計されることが可能である。
In embodiments where illumination occurs under white light, the
皮膚および/または下層組織内を通る光は概して、種々の波長において皮膚および/または下層組織の種々の光学的特性に影響される。種々の波長において異なって影響される皮膚および/または下層組織内の2つの光学効果は、散乱および吸光である。皮膚内の光散乱は、概して、円滑で比較的ゆっくりと変化する関数の波長である。逆に、皮膚内の吸光は、概して、皮膚内に存在するある構成要素の特定の吸収特徴により、強い波長の関数である。例えば、血液、メラニン、水、カロチン、ビリルビン、エタノールおよびブドウ糖はすべて、時として白色光源に包含され得る400nmから2.5μmのスペクトル領域内でかなり大きな吸光特性を有する。 Light passing through the skin and / or underlying tissue is generally affected by various optical properties of the skin and / or underlying tissue at various wavelengths. Two optical effects in the skin and / or underlying tissue that are affected differently at different wavelengths are scattering and light absorption. Light scattering in the skin is generally a function wavelength that is smooth and relatively slowly changing. Conversely, light absorption in the skin is generally a function of strong wavelength due to the specific absorption characteristics of certain components present in the skin. For example, blood, melanin, water, carotene, bilirubin, ethanol and glucose all have fairly large light absorption characteristics within the 400 nm to 2.5 μm spectral region that can sometimes be included in a white light source.
光学的吸収および散乱の複合効果により、様々な照明波長が種々の深さまで皮膚を貫通する。これにより効果的に、様々なスペクトル画像は、照明された組織の種々の量に対応する種々の相補的な情報を有する。特に、皮膚の表面に近い毛細血管層は異なる空間的特性を有し、該特性は、血液が強力に吸収している波長で画像化され得る。皮膚および下層組織の複雑な波長依存特性のため、所与の画像位置に対応する一組のスペクトル値は、明確かつ異なる空間的特性を有する。これらの空間的特性は、ピクセル毎ベースで収集された画像を分類するために使用することができる。この評価は、一組の適格画像から典型的な組織スペクトル質を生成することによって行うことができる。例えば、図5に示される前記空間スペクトルデータは、N×5マトリクスとして並べ変えることができ、ここで、Nは周辺領域の空気からよりもむしろ生体組織からのデータを含む画像ピクセルの数である。この一組のマトリクスをもとに行われる固有値分析または他の因子分析は、これらの組織のピクセルの代表的なスペクトル特徴をもたらす。そして、その後のデータ内のピクセルのスペクトルは、マハラノビス距離およびスペクトルの剰余などの数的指標を使用して、そのような以前に確立されたスペクトル特徴と比較することができる。少なくない画像ピクセルが生体組織と一致しないスペクトル質を有する場合、前記試料は本物ではないと見なされて拒絶され、よって前記試料の生存性の判断に基づいて前記センサにおける偽装防止方法を組み込むための機構を提供する。 Due to the combined effect of optical absorption and scattering, different illumination wavelengths penetrate the skin to different depths. This effectively results in different spectral images having different complementary information corresponding to different amounts of illuminated tissue. In particular, the capillary layer close to the surface of the skin has different spatial properties, which can be imaged at wavelengths where blood is strongly absorbed. Due to the complex wavelength dependent properties of skin and underlying tissue, a set of spectral values corresponding to a given image location has distinct and different spatial properties. These spatial characteristics can be used to classify images collected on a pixel-by-pixel basis. This assessment can be done by generating a typical tissue spectral quality from a set of eligible images. For example, the spatial spectral data shown in FIG. 5 can be reordered as an N × 5 matrix, where N is the number of image pixels containing data from living tissue rather than from surrounding air. . Eigenvalue analysis or other factor analysis based on this set of matrices yields representative spectral features of these tissue pixels. The spectra of the pixels in subsequent data can then be compared to such previously established spectral features using numerical indicators such as Mahalanobis distance and spectral remainder. If not a few image pixels have spectral qualities that do not match the biological tissue, the sample is considered unauthentic and rejected, thus incorporating an anti-spoofing method in the sensor based on the viability determination of the sample Provide mechanism.
あるいは、皮膚の質感特性は、単独でまたはスペクトル特性とともに、前記試料の真偽を判断するために使用することができる。例えば、各スペクトル画像は、種々の空間的特性の大きさを表すことができるような方法で分析することができる。そのような方法は、ウェーブレット変換、フーリエ変換、コサイン変換、濃度共起などを含む。任意のそのような変換からの結果として生じる係数は、それらが抽出される画像の質感の側面を表わす。よって、一組のスペクトル画像より抽出される一組のそのような係数は、結果的に、多重スペクトルデータの色質感特性の説明となる。そして、これらの特性は、既知の試料の同様の特性と比較して、偽装または生存性判断などのバイオメトリック判断を行うことができる。そのような判断を行うための方法は、概して、上記の空間的特性について説明される方法と同様である。そのような判断に対する適用できる分類技術は、線形および二次の判別分析、分類ツリー、ニューラルネットワーク、および当業者に公知のその他の方法を含む。 Alternatively, skin texture characteristics can be used alone or in combination with spectral characteristics to determine the authenticity of the sample. For example, each spectral image can be analyzed in such a way that it can represent the magnitude of various spatial characteristics. Such methods include wavelet transform, Fourier transform, cosine transform, density co-occurrence and the like. The resulting coefficients from any such transformation represent the texture aspect of the image from which they are extracted. Thus, a set of such coefficients extracted from a set of spectral images results in an explanation of the color texture characteristics of the multispectral data. These characteristics can then be compared to similar characteristics of known samples to make biometric decisions such as camouflaging or viability decisions. The method for making such a determination is generally similar to the method described for spatial characteristics above. Applicable classification techniques for such decisions include linear and quadratic discriminant analysis, classification trees, neural networks, and other methods known to those skilled in the art.
同様に、前記試料が手または指の手掌面である実施形態では、画像ピクセルは、それらのスペクトル質またはそれらの色質感質に基づいて「隆起」、「溝」、または「その他」として分類することができる。この分類は、線形判別分析、二次判別分析、主成分分析、ニューラルネットワーク、および当業者に公知のその他の判別分析方法を使用して行うことが可能である。隆起および溝のピクセルは、典型的な手掌面上では隣接しているため、場合によっては、対象の画像ピクセルの周囲の局所近傍からのデータを使用して画像ピクセルを分類する。このように、従来の指紋画像は、さらなる処理およびバイオメトリック評価のために抽出することができる。「その他」のカテゴリは、本物の試料において予期されるのとは異なるスペクトル質を有する画像ピクセルを示し得る。「その他」として分類される画像内のピクセルの総数に対し、閾値を設定することができる。この閾値を越えると、前記試料は本物ではないと判断され、適切な指示を行って措置を行うことができる。 Similarly, in embodiments where the sample is a palm surface of a hand or finger, image pixels are classified as “ridges”, “grooves”, or “others” based on their spectral quality or their color texture. be able to. This classification can be performed using linear discriminant analysis, secondary discriminant analysis, principal component analysis, neural network, and other discriminant analysis methods known to those skilled in the art. Since the ridge and groove pixels are adjacent on a typical palm surface, in some cases, data from a local neighborhood around the image pixel of interest is used to classify the image pixels. In this way, conventional fingerprint images can be extracted for further processing and biometric evaluation. The “other” category may indicate image pixels that have a spectral quality different from that expected in a real sample. A threshold can be set for the total number of pixels in the image classified as “other”. If this threshold value is exceeded, the sample is judged to be unauthentic and an appropriate instruction can be given to take action.
同様の方法で、指の手掌面などの領域から収集される多重スペクトルデータは、隆起が終了し、分岐し、または他のそのようなトポロジックな変化を受ける位置として規定される、「特徴点」の位置を直接推定するために分析することができる。例えば、多重スペクトルデータセットの色質感質は、上記の方法で判断することができる。そして、これらの質は、前述の方法で各画像位置を「隆起終止」、「隆起分岐」、または「その他」として分類するために使用することができる。このように、特徴点の特徴抽出は、画像正規化、画像二値化、画像細線化、および特徴点フィルタリング、当業者に公知の技術など、演算的に面倒な計算を行う必要なく、多重スペクトルデータから直接達成することができる。 In a similar manner, multispectral data collected from regions such as the palm of the finger is defined as the “feature point” defined as the location where the bulge ends, branches, or undergoes other such topological changes. Can be analyzed to directly estimate the position of. For example, the color texture quality of the multispectral data set can be determined by the above method. These qualities can then be used to classify each image location as “end of bulge”, “lift divergence”, or “other” in the manner described above. In this way, feature point feature extraction is performed without the need for computationally tedious calculations such as image normalization, image binarization, image thinning, and feature point filtering, and techniques known to those skilled in the art. Can be achieved directly from the data.
身元のバイオメトリック判断は、多数の空間スペクトルデータ全体を使用して、またはその特定部分を使用して行うことができる。例えば、適切な空間フィルタを適用して、組織内のより深いスペクトル的に活性化した構造の典型的な代表である、より低い空間周波数を析出することができる。指紋データは、同様の空間周波数分離および/または上記のピクセル分類方法を使用して抽出することができる。スペクトル情報は、上記の方法で画像の活性部分から分離することが可能である。そして、前記多数の空間スペクトルデータのこれらの3つの部分は、適合の度合いを判断するために、当業者に公知の方法を使用して、処理し、対応する登録データと比較することができる。これらの特性の適合の強度に基づいて、登録されたデータとの前記試料の整合について判断を行うことが可能である。実施可能な一定の種類の空間スペクトル分析についての付加的な詳細は、RobertK.Roweらによって2004年4月5日に出願された「MULTISPECTRAL BIOMETRIC SENSOR」と題された、米国特許出願第10/818,698号において提供され、その全開示はすべての目的で参照することにより本願に組み込まれる。 The biometric determination of identity can be made using the entire large number of spatial spectral data or using specific portions thereof. For example, an appropriate spatial filter can be applied to deposit a lower spatial frequency that is typical of deeper spectrally activated structures in the tissue. Fingerprint data can be extracted using similar spatial frequency separation and / or pixel classification methods as described above. Spectral information can be separated from the active portion of the image in the manner described above. These three portions of the multiple spatial spectral data can then be processed and compared with corresponding registration data using methods known to those skilled in the art to determine the degree of fit. Based on the strength of the fit of these characteristics, it is possible to make a judgment about the alignment of the sample with the registered data. Additional details about certain types of spatial spectral analysis that can be performed are described in Robert K. et al. Provided in US patent application Ser. No. 10 / 818,698, entitled “MULTISPECTAL BIOMETRIC SENSOR” filed April 5, 2004 by Rowe et al., The entire disclosure of which is hereby incorporated by reference for all purposes. Incorporated into.
先述のように、皮膚および下層組織内に存在する場合のある一定の物質は、異なる吸光特性を有する。例えば、エタノールは約2.26μm、2.30μm、および2.35μmの特有の吸光ピーク、および2.23μm、2.28μm、2.32μm、および2.38μmのスペクトルトラフを有する。いくつかの実施形態では、非侵襲性光学的測定は、2.1〜2.5μmの範囲内、さらに具体的には2.2〜2.4μmの範囲内の波長において行われる。少なくとも1つのピーク波長とトラフ波長とを含む実施形態では、結果として生じるスペクトルデータは、組織中のアルコール濃度の推定値を提供し、ならびに検査されている個人のバイオメトリック特徴を提供するよう、部分最小二乗、主成分回帰、および当業者に公知のその他の多変量解析法を使用して分析される。血中アルコールレベルに対する相関は、これらの波長のサブセットを用いて判断される値により生成することができるが、少なくとも3つのスペクトルピーク値を検査することが好ましく、7つのスペクトルピークおよびトラフ値が測定される場合には、より正確な結果が得られる。 As previously noted, certain substances that may be present in the skin and underlying tissue have different light absorption characteristics. For example, ethanol has characteristic absorption peaks of about 2.26 μm, 2.30 μm, and 2.35 μm, and spectral troughs of 2.23 μm, 2.28 μm, 2.32 μm, and 2.38 μm. In some embodiments, non-invasive optical measurements are made at wavelengths in the range of 2.1 to 2.5 μm, more specifically in the range of 2.2 to 2.4 μm. In embodiments that include at least one peak wavelength and trough wavelength, the resulting spectral data provides an estimate of the alcohol concentration in the tissue as well as a biometric characteristic of the individual being examined. Analyzed using least squares, principal component regression, and other multivariate analysis methods known to those skilled in the art. A correlation to blood alcohol level can be generated by values determined using a subset of these wavelengths, but it is preferable to examine at least three spectral peak values, and seven spectral peaks and trough values are measured. If so, more accurate results are obtained.
その他の実施形態では、非侵襲性光学的測定は、1.5〜1.9μmの範囲内、さらに具体的には1.6〜1.8μmの範囲内の波長において行われる。具体的実施形態において、光学的測定は、約1.67μm、1.69μm、1.71μm、1.73μm、1.74μm、1.76μmおよび1.78μmのうちの1つ以上の波長において行われる。アルコールの存在は、1.69μm、1.73μm、および1.76μmのスペクトルピークによって、ならびに1.67μm、1.71μm、1.74μm、および1.78μmのスペクトルトラフによってこれらの波長において特徴付けられる。2.1〜2.5μmの波長帯と同様に、アルコール濃度は、スペクトルピークおよびトラフ値のうち1つ以上の相対的強度によって特徴付けられる。また、血中アルコールレベルに対する相関は、1.5〜1.9μmの範囲内のこれらの波長のサブセットを用いて判断される値により生成することができるが、少なくとも3つのスペクトルピーク値を検査することが好ましく、7つのスペクトルピークおよびトラフ値が測定される場合には、より正確な結果が得られる。 In other embodiments, non-invasive optical measurements are made at a wavelength in the range of 1.5 to 1.9 μm, more specifically in the range of 1.6 to 1.8 μm. In a specific embodiment, the optical measurements are made at one or more of the wavelengths of about 1.67 μm, 1.69 μm, 1.71 μm, 1.73 μm, 1.74 μm, 1.76 μm and 1.78 μm. . The presence of alcohol is characterized at these wavelengths by spectral peaks of 1.69 μm, 1.73 μm, and 1.76 μm, and by spectral troughs of 1.67 μm, 1.71 μm, 1.74 μm, and 1.78 μm. . Similar to the 2.1-2.5 μm wavelength band, alcohol concentration is characterized by the relative intensity of one or more of the spectral peaks and trough values. Also, a correlation to blood alcohol level can be generated with values determined using a subset of these wavelengths in the range of 1.5-1.9 μm, but at least three spectral peak values are examined. Preferably, more accurate results are obtained when seven spectral peaks and trough values are measured.
ある実施形態において、小型スペクトルアルコール監視装置を、種々のシステムおよび用途に内蔵してもよい。前記スペクトルアルコール監視装置は、警察の職員に提供することができるか、または個人による個人的利用のために、電子フォブ、腕時計、携帯電話、PDA、または任意のその他の電子装置などの電子装置の一部として一体化することができるような、専用システムとして構成することが可能である。そのような装置は、ある個人の血中アルコールレベルが規定された制限内であるかどうかを示すための機構を含むことができる。例えば、前記装置は、赤色および緑色LEDを含むことができ、前記装置内の電子機器は、個人の血中アルコールレベルが規定された制限内であれば緑色LEDを照らし、そうでなければ赤色LEDを照らす。一実施形態において、前記アルコール監視装置は、個人が指先などの組織を前記装置上に便宜的に置くことができるように典型的には位置付けられ、自動車に搭載することができる。一部の場合には、前記装置は運転の適合性を示す情報指針として機能することができるのみであるが、その他の場合においては、個人が規定レベル未満の血中アルコールレベルを有するという肯定的判断にもとづいて、自動車のエンジン着火が行われるようにしてもよい。 In certain embodiments, a small spectrum alcohol monitoring device may be incorporated into various systems and applications. The spectral alcohol monitoring device can be provided to police personnel or for personal use by individuals such as electronic fobs, watches, cell phones, PDAs, or any other electronic device It can be configured as a dedicated system that can be integrated as part. Such a device can include a mechanism for indicating whether an individual's blood alcohol level is within defined limits. For example, the device can include red and green LEDs, and the electronics in the device illuminate the green LED if the individual's blood alcohol level is within a defined limit, otherwise the red LED Illuminate. In one embodiment, the alcohol monitoring device is typically positioned so that an individual can conveniently place tissue, such as a fingertip, on the device and can be mounted in a vehicle. In some cases, the device can only serve as an informational guideline for driving suitability, but in other cases the positive that an individual has a blood alcohol level below a prescribed level. Based on the determination, engine ignition of the automobile may be performed.
(3.接触型バイオメトリックセンサ)
バイオメトリックセンサは、図1および3に示されるものと同様の方法で構成することができるが、前記皮膚部位はプラテンと接触して置かれるように構成される。そのような設計には、前記プラテンとの光の相互作用に起因する一定の付加的な特性があり、時として、付加的な情報が集合空間スペクトルデータの一部として組み込まれることを可能とする。
(3. Contact type biometric sensor)
The biometric sensor can be configured in a manner similar to that shown in FIGS. 1 and 3, but the skin site is configured to be placed in contact with the platen. Such a design has certain additional characteristics due to light interaction with the platen, sometimes allowing additional information to be incorporated as part of the aggregate spatial spectral data. .
接触型バイオメトリックセンサ601の正面図を提供する図6に、一実施形態が示されている。図1に図示される前記センサのように、前記接触型センサ601は、1つ以上の照明サブシステム621および検出サブシステム623を有する。前記照明サブシステム621のそれぞれは、1つ以上の白色光源603、および前記光源603によって提供される光を所望の形態に成形する照明光学系を備える。非接触型配置と同様に、前記照明光学系は、概して、光学素子の任意の組み合わせを含むことができ、時として、スキャナ構造を含むことができる。場合によっては、前記照明光は、前記照明光が通過する偏光子607を配置することによって偏光として提供される。広帯域および狭帯域源を含む白色光源603の例は上記で説明され、前記光源603は、種々の実施形態において種々の形状を有する光源を提供するよう構成することができる。
One embodiment is shown in FIG. 6, which provides a front view of contact
前記照明光は、前記照明光学系621によって配向され、プラテン617を通過して皮膚部位119を照明する。センサ配置601および部品は、前記照明光学系621の直接反射を最小化するために有利に選択することができる。一実施形態において、そのような直接反射は、直接反射光の量が最小化されるように、前記照明サブシステム621および検出サブシステム623を相対的に配向することによって軽減される。例えば、前記照明サブシステム621および前記検出サブシステム623の光軸は、前記プラテン617上に設置される鏡が相当量の照明光を前記検出サブシステム623内に配向しないような角度で設置することができる。また、前記照明および検出サブシステム621および623の光軸は、両サブシステムの受入れ角度が前記システム601の臨界角未満であるように、前記プラテン617に対する角度で設置することができ、そのような構造は、前記プラテン617と前記皮膚部位119との間の全内部反射率により、相当な影響を回避する。
The illumination light is directed by the illumination optical system 621 and passes through the
前記プラテン617の存在は、偏光子の使用によって直接反射光を軽減する能力を不利に妨げない。前記検出サブシステム623は、前記照明サブシステム621によって備えられる前記偏光子607に対して実質的に直角または平行な光軸を有する偏光子611を含むことができる。前記試料からの光は、実質的に多くの散乱現象を受けて、前記検出器615によって感知される前にその偏光の状態を変えなければならないため、偏光子611および607が互いに対して実質的に直角に配向される場合に、前記プラテン617と前記皮膚部位119との間の接触面における表面反射は軽減される。前記検出サブシステム623は、前記検出器615上の前記プラテン表面617の付近の領域の画像を形成する検出光学系をさらに組み込むことができる。また、一実施形態において、前記検出光学系613は、スキャン構造(図示せず)を備え、前記検出器615の上へ前記プラテン領域部分を順に伝える。特に、ベイヤーフィルタアレイが使用される時などの前記検出器615が赤外光に敏感である実施形態では、赤外線フィルタ614が、検出される赤外光の量を軽減するよう含まれ得る。逆に、上記のように、いくつかの実施形態では、前記赤外線フィルタ614を省略することができ、いくつかの実施形態では、赤外線の発光を備える付加的な光源603を含むことができる。
The presence of the
上記のその他の配置のように、前記検出サブシステム623は、概して、皮膚の表面を貫通して、皮膚および/または下層組織内で光散乱を受けた光に敏感となるよう構成される。前記偏光子は、時として、表面特徴を生成または強調するために使用することができる。例えば、前記照明光が前記プラテン617に平行な方向(「P」)に偏光される場合、前記検出サブシステム623は、垂直方向(「S」)に偏光子611を組み込んで、反射光は、一対の偏光子の消光比の分だけ妨害される。しかし、隆起点において前記皮膚部位を横切った光は、光学的に散乱され、それは偏光を効果的にランダム化する(しかし当業者には公知のように、皮膚それ自身はいくつかの特徴的な偏光質をもつ)。これにより、一部、吸収され再発光された光の約50%を、S偏光画像化システムによって観察することができる。 As with the other arrangements described above, the detection subsystem 623 is generally configured to be sensitive to light that penetrates the surface of the skin and is subject to light scattering within the skin and / or underlying tissue. The polarizer can sometimes be used to generate or enhance surface features. For example, if the illumination light is polarized in a direction parallel to the platen 617 (“P”), the detection subsystem 623 incorporates a polarizer 611 in the vertical direction (“S”) and the reflected light is The light is blocked by the extinction ratio of the pair of polarizers. However, light across the skin site at the ridge point is optically scattered, which effectively randomizes the polarization (but the skin itself has several characteristic features as known to those skilled in the art. (With polarization quality). This allows about 50% of the partially absorbed and re-emitted light to be observed by the S-polarized imaging system.
本発明の一実施形態の側面図が、図7Aに提供される概略図により示されている。明確にするために、この図は前記検出サブシステムを示さないが、照明サブシステム621をはっきりと示す。この実施形態における前記照明サブシステム621は、空間的に分布されている複数の白色光源703を有する。図示されるように、前記照明光学系621は、フラッド照明を提供するよう構成されるが、他の実施形態では、円筒光学系、集束光学系、または当業者には公知のその他の光学部品を組み込むことによって、線、点、またはその他のパターンの照明を提供するよう配置され得る。
A side view of one embodiment of the present invention is shown by the schematic provided in FIG. 7A. For clarity, this figure does not show the detection subsystem, but clearly shows the illumination subsystem 621. The illumination subsystem 621 in this embodiment has a plurality of
図7A内の白色光源703の配列は、実際には、図に示されるように平面的である必要はない。例えばその他の実施形態では、光学フィルタ、ファイバー束、またはファイバー光学面板または先細部が、便宜な位置における前記光源から、照明平面へと光を伝え、光が前記皮膚部位119上に再画像化される。前記光源は、LEDの場合のように、駆動電流をオンおよびオフにして制御され得る。あるいは、白熱光源が使用される場合、光の電源を切るステップは、液晶変調器などのある形態の空間光変調器を使用して、または開口、鏡、またはその他のそのような光学素子を制御する微小電気機械システム(「MEMS」)技術を使用して、達成することができる。そのような構造は、前記センサの構成が簡素化されることを可能にすることができる。一実施形態は、光学フィルタおよびLEDなどの照明源の電子スキャンの使用を示す図7Bに図示されている。個々のファイバー716aは、照明配列710に位置するLEDのそれぞれを画像化表面に接続し、その他のファイバー716bは、フォトダイオードアレイ、CMOSアレイ、またはCCDアレイを備えることができる画像化装置712へと反射光を再び伝える。よって、一組のファイバー716aおよび716bは、光を伝える際に使用される光学フィルタ束714を画定する。
The arrangement of the
接触型バイオメトリックセンサの別の実施形態は、図8の正面図により概略的に示されている。この実施形態では、バイオメトリックセンサ801は、1つ以上の白色光照明サブシステム823および検出サブシステム825を備える。前記照明サブシステム823は、照明光学系805を通過する光を提供する白色光源803、およびその上方に皮膚部位119が配置されるプラテン817に配向される偏光子807を備える。光の一部は、前記皮膚部位119から、画像光学系815および819、交差偏光子811、および分散光学素子813を備える検出サブシステム825内へと拡散的に反射される。前記第一の画像光学系819は、前記交差偏光子811および分散素子813を介する透過に対して、前記皮膚部位119から反射される光を平行にする働きをする。分離されたスペクトル成分は、前記第二の画像光学系815によって前記検出器817上へ別々に集束される。
Another embodiment of a contact biometric sensor is schematically illustrated by the front view of FIG. In this embodiment, the
また、図6〜8に図示されるような接触型バイオメトリックセンサは、前記照明領域が前記皮膚部位と相対運動状態にある構成の影響も受けやすい。先述のように、そのような相対運動は、前記照明光をスキャンするための機構により、および/または前記皮膚部位を動かすことによって、実装され得る。接触型センサの実施形態におけるプラテンの存在は、概して、前記皮膚部位の表面を画定された平面に制限することによって、前記皮膚部位の運動を容易にし、運動の自由が三次元で許容される実施形態では、付加的な困難は画像化深さ方向の外側への前記皮膚部位の動きに起因する場合がある。したがって、カード読取型センサは、上記で図4と関連して概して説明されるような方法で接触型バイオメトリックセンサにより実施することができるが、一方向の前記皮膚部位の運動を妨げるプラテンを備える。いくつかの実施形態では、前記カード型読取センサは、固定システムとすることができるが、接触型構造は、前記皮膚部位が白色光を通すローラー構造上を転動される、ローラーシステムが実装されることを可能にする。当業者によって理解されるように、符号化器は、位置情報を記録し、結果として生じる一連の画像片から完全二次元画像を合成するのに役立ち得る。前記皮膚部位の別個の部分から受光される光は、画像を構築するために使用される。 Moreover, the contact-type biometric sensor as illustrated in FIGS. 6 to 8 is easily affected by a configuration in which the illumination region is in a relative motion state with the skin site. As previously described, such relative motion may be implemented by a mechanism for scanning the illumination light and / or by moving the skin site. The presence of the platen in the contact sensor embodiment generally facilitates movement of the skin site by limiting the surface of the skin site to a defined plane, and the freedom of movement is allowed in three dimensions. In form, additional difficulties may be due to the movement of the skin site outward in the imaging depth direction. Thus, the card-reading sensor can be implemented with a contact biometric sensor in the manner generally described above in connection with FIG. 4 but includes a platen that prevents movement of the skin site in one direction. . In some embodiments, the card-type reading sensor can be a fixed system, but the contact-type structure is implemented with a roller system in which the skin site is rolled over a roller structure that transmits white light. Make it possible. As will be appreciated by those skilled in the art, the encoder can help record the location information and synthesize a complete two-dimensional image from the resulting series of image pieces. Light received from a separate part of the skin site is used to construct an image.
非接触型および接触型バイオメトリックセンサの上記の説明は、白色光が使用される実施形態に焦点を当てているが、その他の実施形態は、同様の構造配置で光のその他のスペクトルの組み合わせを利用することができる。さらに、その他の実施形態は、光学条件の付加的な変化を含み、多重スペクトル条件を提供することができる。そのような多重スペクトル応用のいくつかの説明は、同一出願人による、RobertK.Roweらにより2004年4月5日に出願された「MULTISPECTRAL BIOMETRIC SENSOR」と題された米国特許出願第10/818,698号、RobertK.Roweにより2005年7月8日に出願された「LIVENESS SENSOR」と題された米国特許第11/177,817号、RobertK.RoweおよびStephenP.Corcoranにより2004年6月1日に出願された「MULTISPECTRAL FINGER RECOGNITION」と題された米国仮特許第60/576,364号、Robert K.Roweにより2004年8月11日に出願された「MULTISPECTRAL IMAGING BIOMETRIC」と題された米国仮特許出願第60/600,867号、Robert K.Roweにより2005年4月25日に出願された「MULTISPECTRAL IMAGING BIOMETRICS」と題された米国特許第11/115,100号、2005年4月25日に出願された「MULTISPECTRAL BIOMETRIC IMAGING」と題された米国特許出願第11/115,101号、2005年4月25日に出願された「MULTISPECTRAL LIVENESS DETERMINATION」と題された米国特許第11/115,075号、Robert K.Roweらにより2005年3月4日に出願された「MULTISPECTRAL IMAGING OF THE FINGER FOR BIOMETRICS」と題された米国仮特許出願第60/659,024号、Robert K.Roweにより2005年4月27日に出願された「MULTISPECTRAL BIOMETRIC SENSORS」と題された米国仮特許出願第60/675,776号、Robert K. Roweにより2006年4月24日に出願された「MULTISPECTRAL BIOMETRIC SENSORS」と題された米国特許出願第11/379,945号に提供されている。先行出願のそれぞれの全開示は、すべての目的で参照することにより本願に組み込まれる。 While the above description of non-contact and contact biometric sensors focuses on embodiments where white light is used, other embodiments combine other spectral combinations of light with similar structural arrangements. Can be used. In addition, other embodiments can include additional changes in optical conditions to provide multispectral conditions. Some descriptions of such multispectral applications are found in the same applicant by Robert K. US patent application Ser. No. 10 / 818,698, entitled “MULTISPECTAL BIOMETRIC SENSOR”, filed April 5, 2004 by Rowe et al., RobertK. U.S. Patent No. 11 / 177,817 entitled "LIVENESS SENSOR", filed July 8, 2005 by Rowe, Robert K. et al. Rowe and Stephen P. US Provisional Patent No. 60 / 576,364 entitled "MULTISPECTRAL FINGER RECOGNITION" filed June 1, 2004 by Corcoran, Robert K. US Provisional Patent Application No. 60 / 600,867 entitled “MULTISPECTRAM IMAGE BIOMETRIC” filed August 11, 2004 by Rowe, Robert K. US Patent No. 11 / 115,100 entitled “MULTISPECTRAL IMAGEING BIOMETRICS” filed April 25, 2005 by Rowe, entitled “MULTISPECTRAL BIOMETRIC IMAGEING” filed April 25, 2005 U.S. Patent Application No. 11 / 115,101, U.S. Patent No. 11 / 115,075 entitled "MULTISPECTAL LIVENCE DETERMINATION" filed April 25, 2005, Robert K. US Provisional Patent Application No. 60 / 659,024 entitled "MULTISPECTRAL IMAGEING OF THE FINGER FOR BIOMETRICS" filed Mar. 4, 2005 by Robert et al., Robert K. US Provisional Patent Application No. 60 / 675,776 entitled “MULTISPECTAL BIOMETRIC SENSORS” filed April 27, 2005 by Robert, Robert K. No. 11 / 379,945, entitled “MULTISPECTAL BIOMETRIC SENSORS” filed April 24, 2006 by Rowe. The entire disclosure of each of the prior applications is incorporated herein by reference for all purposes.
ある実施形態において上記の前記非接触型および接触型バイオメトリックセンサは、白色光画像化を使用する。白色光の使用により、画像を複数色で同時に収集することができ、データ収集の全体的な速度は別個の状態が別々に収集される実施形態よりも速い。このデータ収集時間の短縮は、前記皮膚部位がデータ収集中に動くと、動きアーチファクトの低下を引き起こす。種々の色に対する別個の照明源の使用と比べてより少ない数の光源を使用することによって、全体的なセンサのサイズも減少し、より低いコストで提供することができる。相当する軽減は、光源の協調的操作を支援するために使用される電子機器においても可能である。また、現在カラー画像装置は、典型的には、単色画像装置よりも低い価格で入手可能である。 In one embodiment, the non-contact and contact biometric sensors described above use white light imaging. The use of white light allows images to be collected in multiple colors simultaneously, and the overall speed of data collection is faster than embodiments where separate states are collected separately. This reduction in data collection time causes a reduction in motion artifacts as the skin site moves during data collection. By using a smaller number of light sources compared to using separate illumination sources for different colors, the overall sensor size can also be reduced and provided at a lower cost. Corresponding mitigation is also possible in electronic equipment used to support cooperative operation of the light source. Also, current color image devices are typically available at lower prices than single color image devices.
また、白色光画像化の使用は、所望の解像度を達成するために、前記センサが全ピクセルを使用するよう設計されている場合にデータ量の軽減を可能にする。例えば、典型的な設計基準は、1インチにつき500ドットの解像度の1インチフィールドを提供することができる。これは、500×500ピクセルを有する単色カメラにより達成することができる。また、各色平面を別々に抽出する時に、1000×1000カラーカメラにより達成することもできる。同解像度は、500×500カラー画像装置を使用して{R、G、B}三重項に変換し、その後画像の単色部分を抽出することによって、達成することができる。これは、三原色に変換することによってカラー画像装置を使用し、その後に画像の単色部分の抽出を行う、より一般的な手順の具体例である。そのような手順により、概して、所望の解像度はその他の抽出技術よりも効率的に達成することができる。 The use of white light imaging also allows a reduction in the amount of data when the sensor is designed to use all pixels to achieve the desired resolution. For example, a typical design standard can provide a 1 inch field with a resolution of 500 dots per inch. This can be achieved with a monochromatic camera having 500 × 500 pixels. It can also be achieved with a 1000 × 1000 color camera when each color plane is extracted separately. The same resolution can be achieved by converting to {R, G, B} triplet using a 500 × 500 color imager and then extracting the monochromatic part of the image. This is a specific example of a more general procedure that uses a color imaging device by converting to the three primary colors, followed by extraction of a single color portion of the image. Such a procedure generally allows the desired resolution to be achieved more efficiently than other extraction techniques.
(4.一体型多重スペクトル/TIRセンサ)
いくつかの実施形態では、前記センサによって有効になる前記多重スペクトル画像化は、従来のTIR画像化システムと一体化することができる。そのような一体化の1つの例示は、多重スペクトル分析機能と一体化された明視野指紋センサを示す図10に提供されている。前記センサは、光源953、プラテン961、および画像化システム955を備える。前記画像化システム965は、レンズ、鏡、光学フィルタ、デジタル画像アレイ、およびその他のそのような光学素子(図示せず)を備えることができる。前記画像化システム955の光軸は、表面961aに対する臨界角よりも大きい角度にある。光源953からの光は、前記プラテン961の中を通り、前記プラテン表面961aを広範に照明する拡散反射コーティング963に当たる。指969がない場合、光は表面961aにおいてTIRを受けて、一部は収集されて画像化システム955により均一に明るいTIR画像を形成する。適切な屈折率の皮膚が前記プラテン表面961aと光学的に接触していると、接触点は結果として生じる画像上に比較的に暗い領域を形成する。異なる光源953の位置および/または画像システム955を使用したそのような構成の変形は、暗視野TIR画像を達成することができる。例えば、前記プラテン961が光源957により照明され、画像化システム955によって画像化される場合、接触点が比較的明るい暗視野画像が作り出される。いくつかの暗視野の実施形態では、コーティング963は、光学吸収体を備えることができる。
(4. Integrated multispectral / TIR sensor)
In some embodiments, the multispectral imaging enabled by the sensor can be integrated with a conventional TIR imaging system. One illustration of such integration is provided in FIG. 10, which shows a bright field fingerprint sensor integrated with multispectral analysis capabilities. The sensor includes a
第二の画像化システム959は、切子面961bを通して指969を見上げる。画像化システム959は、切子面961aに対する臨界角よりも小さい光軸を有する。いくつかの実施形態では、画像化システム959は、切子面961aに略垂直に配向される。この画像化システムは、レンズ、鏡、光学フィルタ、およびデジタル画像アレイ(図示せず)を備えることができる。このように、光源953が照明されると、TIR画像は、カメラ955によってとらえることができる一方で、直接画像は、カメラ959によってとらえることができる。TIR画像が、水、汚れ、接触の不足、乾燥した皮膚などによって悪影響を受ける場合でも、カメラ959によってとらえられる画像は、比較的影響を受けておらず、概して、指紋の紋様を含む有用なバイオメトリック特徴を含む。
The
画像化システム959は、直線偏光子または楕円(例えば円形)偏光子とすることができる光学的偏光子(図示せず)をさらに組み込むことができる。同様に、その他の光源957を前記システムに加えてもよい。前記光源957は、石英タングステンハロゲンランプ、または当技術分野で一般的に知られているその他の白熱光源でもよい。前記光源957は、白色光LED、または当技術分野で公知のその他の広帯域源でもよい。前記光源は、半導体LED、有機LED、レーザーダイオード、または当技術分野で公知のその他の種類のレーザーまたは単純色源などの単純色源でもよい。前記光源957は、レンズ、鏡、光学拡散器、光学フィルタ、およびその他のそのような光学素子をさらに備えることができる。
The
光源957は、実質的に同一でもよく、または種々の照明波長、角度、および/または偏光条件を提供することもできる。後者の場合、前記光源957aの1つは、前記画像化システム959に組み込まれる前記偏光子に対して実質的に直角に配向されている光学偏光子(図示せず)を有することができる。そのような光学配列は、表面下にある皮膚の特徴を強調する傾向がある。光源957bの1つは、画像化システム959において使用される前記偏光子と実質的に平行である偏光子を組み込むことができ、皮膚の表面特徴を強調する傾向がある。あるいは、前記光源957bの1つは、前記偏光子を省略してもよく、ランダム偏光を作り出す。そのようなランダム偏光は、前記画像化システム959内の前記偏光子と平行および垂直である偏光の組み合わせとして説明することができ、2つの偏光条件からの特徴を組み合わせる画像を作り出す。前記光源957は、同一の波長または種々の波長(偏光子がある、またはない)でもよい。光源957の数および配置は、形状因子の制約、照明レベルの制約、およびその他の製品要件を調整するよう種々の実施形態に対して異なってもよい。
The light sources 957 can be substantially the same or can provide various illumination wavelengths, angles, and / or polarization conditions. In the latter case, one of the
一実施形態において、光源957は、表面961aに対する臨界角よりも小さい角度で配向される。好適な実施形態において、光源は、前記光源の直接反射が画像化システム959または955によって見られないような角度および位置に位置することができる。また、そのような直接反射は、交差偏光子構成の使用を通して大いに軽減することも可能であるが、前記光源が視野内にある場合、概して、いくつかの画像アーチファクトが依然として存在する。さらに、平行偏光および非偏光構成は、そのような後方反射の影響を非常に受けやすい。
In one embodiment, the light source 957 is oriented at an angle that is less than the critical angle relative to the
そのようなシステムに偽装を行う試みは、概して、(1)指またはその他の組織を覆う薄い透明膜の使用、(2)指またはその他の組織を覆う薄い散乱膜の使用、および(3)指またはその他の組織を覆う厚い試料の使用、という3つの異なる部類にしたがって特徴付けることができる。本発明の実施形態は、第二および第三の例において、つまり偽装が厚い膜または薄い散乱膜を備える場合に、より実用性がある。偽装が薄い透明膜を備える、つまり実質的に非吸収および非散乱である場合、異なる指紋の紋様のトポロジーを組み込む試みは、従来の紋様とTIRの紋様とを比較することによって検出することができ、そのような比較を行う方法のより詳細な説明は、米国特許出願第11/015,732号に提供され、参照することにより本願に組み込まれている。 Attempts to impersonate such systems generally include (1) the use of a thin transparent film covering the finger or other tissue, (2) the use of a thin scattering film covering the finger or other tissue, and (3) the finger. Or it can be characterized according to three different categories: the use of thick samples covering other tissues. Embodiments of the present invention are more practical in the second and third examples, i.e. when the camouflage comprises a thick or thin scattering film. If the camouflage comprises a thin transparent film, ie is substantially non-absorbing and non-scattering, attempts to incorporate different fingerprint pattern topologies can be detected by comparing the traditional pattern with the TIR pattern. A more detailed description of how to make such comparisons is provided in US patent application Ser. No. 11 / 015,732, which is incorporated herein by reference.
また、薄い散乱膜、つまり相当量の光散乱のある実質的に非吸収である膜を使用する偽装も、従来のセンサを欺く試みにおいて、異なる指紋の紋様のトポロジーを組み込むことができる。本願で説明されるスペクトル画像化により、本物の指紋の画像が曖昧である場合でも、下層組織の特性を画像化することができる。逆に、厚い試料は、検出された光が仮にあったとしても、隣接組織内に有意に貫通しないことを確実にする、試料の散乱特性および吸光特性の組み合わせを提供する。従来のセンサを欺くよう異なる指紋の紋様のトポロジーを組み込む試みは、厚い試料のスペクトルおよびその他の光学特性を評価し、それらを本物の組織と比較することによって、本発明の実施形態にしたがって検出することができる。 Also, camouflage using a thin scattering film, ie, a substantially non-absorbing film with a significant amount of light scattering, can incorporate different fingerprint pattern topologies in an attempt to deceive conventional sensors. The spectral imaging described in this application allows imaging of the underlying tissue characteristics even when the real fingerprint image is ambiguous. Conversely, a thick sample provides a combination of the sample's scattering and extinction characteristics that ensure that the detected light, if any, does not penetrate significantly into adjacent tissue. Attempts to incorporate different fingerprint pattern topologies to deceive conventional sensors detect according to embodiments of the present invention by evaluating the spectrum and other optical properties of thick samples and comparing them to real tissue be able to.
(5.質感バイオメトリックセンサ)
本発明の実施形態において提供される接触型バイオメトリックセンサの別の形態は、質感バイオメトリックセンサである。「画像質感」は、一般的に、画像の色調特性(tonal characteristics)の空間分布のある側面を説明する多数の数的指標のいずれかをいい、そのいくつかは上記で説明した。例えば、指紋の紋様または木目などに一般的に見られるようないくつかの質感は流様であり、方向性およびコヒーレンスなどの数的指標によって十分表すことができる。空間的規則性(少なくとも局所的に)を有する質感については、エネルギーの稠密さ、卓越周波数および方向など、フーリエ変換および関連パワースペクトルの一定の特徴が重要である。平均、分散、非対称、および尖度などの一定の統計学的モーメントを使用して質感を表すことができる。尺度、回転、およびその他の摂動の変化に対して不変である種々のモーメントの組み合わせである、モーメント不変量を使用することができる。濃淡色調(gray−tone)空間依存性マトリクスを生成および分析して画像質感を表すことができる。画像領域上のエントロピーは、画像質感度(measure of image texture)として計算することができる。種々の種類のウェーブレット変換を使用して画像質感の側面を表すことができる。可変ピラミッド(Steerable pyramids)、ガボールフィルタ、および空間的に有界な基底関数(spatially bounded basis function)を使用するその他の機構を使用して、画像質感を表すことができる。本発明の実施形態では、当業者に公知であるこれらの、およびその他のそのような質感度を個別に、または組み合わせて使用することができる。
(5. Texture biometric sensor)
Another form of contact biometric sensor provided in embodiments of the present invention is a texture biometric sensor. “Image texture” generally refers to any of a number of numerical indicators that describe certain aspects of the spatial distribution of tonal characteristics of an image, some of which have been described above. For example, some textures commonly found in fingerprint patterns or wood grain are fluent and can be well represented by numerical indicators such as directionality and coherence. For textures with spatial regularity (at least locally), certain features of the Fourier transform and associated power spectrum, such as energy density, dominant frequency and direction, are important. Certain statistical moments such as mean, variance, asymmetry, and kurtosis can be used to represent the texture. Moment invariants, which are combinations of various moments that are invariant to scale, rotation, and other perturbation changes, can be used. A gray-tone spatial dependence matrix can be generated and analyzed to represent the image texture. The entropy on the image area can be calculated as a texture of image texture. Various types of wavelet transforms can be used to represent image texture aspects. Image textures can be represented using steerable pyramids, Gabor filters, and other mechanisms that use spatially bounded basis functions. In embodiments of the invention, these and other such quality sensitivities known to those skilled in the art can be used individually or in combination.
よって、画像質感は、バイオメトリック機能を実施する本発明の実施形態で使用することができる、画像にわたるピクセル強度の変化によって明示することができる。いくつかの実施形態では、そのような質感分析が多重スペクトルデータセットから抽出される異なるスペクトル画像について行われると、付加的な情報を抽出することができ、前記皮膚部位の色質感描写を作り出す。これらの実施形態は、皮膚部位の画像の一部をとらえることによって、バイオメトリック機能が実施されることを有利に可能にする。前記皮膚部位の質感特性は、前記皮膚部位にわたってほぼ一貫していることが予期され、画像部位の種々の部分で行われる測定によりバイオメトリック機能を実施できるようにする。多くの場合、種々の測定で使用される前記皮膚部位の部分が互いに重なることは要求されることさえない。 Thus, image texture can be manifested by changes in pixel intensity across the image that can be used in embodiments of the present invention that implement biometric functions. In some embodiments, when such texture analysis is performed on different spectral images extracted from a multi-spectral data set, additional information can be extracted to create a color texture description of the skin site. These embodiments advantageously allow biometric functions to be performed by capturing a portion of the image of the skin site. The texture characteristics of the skin site are expected to be nearly consistent across the skin site, allowing biometric functions to be performed with measurements made at various parts of the image site. In many cases it is not even required that the parts of the skin site used in the various measurements overlap one another.
前記皮膚部位の種々の部分を使用するこの能力は、使用することができる構造設計における相当の柔軟性を提供する。これは、決定論的な空間パターンに対する適合を必要とする代わりに、バイオメトリック適合を統計学的に行うことができるという事実の結果でもある。センサは、指定の空間領域にわたって画像を取得する必要がないため、コンパクトな方法で構成することができる。小型センサを提供する能力により、完全な空間的情報を収集してバイオメトリック機能を実施する必要があるセンサよりも、経済的に前記センサを作ることもできる。異なる実施形態において、バイオメトリック機能は純粋な空間的情報により実施することができる一方で、その他の実施形態では、空間スペクトルデータが使用される。 This ability to use various parts of the skin site provides considerable flexibility in the structural design that can be used. This is also a result of the fact that instead of requiring a fit to a deterministic spatial pattern, a biometric fit can be made statistically. The sensor does not need to acquire an image over a specified spatial region and can be configured in a compact manner. The ability to provide a small sensor also makes it possible to make the sensor more economically than a sensor that needs to collect complete spatial information and perform a biometric function. In different embodiments, biometric functions can be implemented with pure spatial information, while in other embodiments, spatial spectral data is used.
質感バイオメトリックセンサ用の構成の一例は、図10Aに概略的に示されている。前記センサ1000は、複数の光源1004および画像装置1008を備える。いくつかの実施形態では、前記光源1004は、白色光源を備えるが、その他の実施形態では、前記光源は、準単色光源を備える。同様に、前記画像装置1008は、単色またはカラー画像装置を備えることができ、その一例はベイヤーパターンを有する画像装置である。画像は、測定されている前記皮膚部位119の平面において実質的に収集されるため、前記センサ1000は、本願では「接触型」センサと呼ばれる。しかし、前記センサを操作するための種々の構造を有することが可能であり、前記画像装置1008が前記皮膚部位119と実質的に接触しているものや、前記画像装置1008が前記皮膚部位119の平面から離れているものがある。
An example of a configuration for a texture biometric sensor is schematically illustrated in FIG. 10A. The
これは、図10Bおよび10Cにおける2つの例示的実施形態について示されている。図10Bの実施形態では、前記画像装置1008は、実質的に前記皮膚部位119と接触している。前記光源1004からの光は、前記皮膚部位119の組織の下を伝播し、前記皮膚部位119から、および下層組織内で散乱される光が前記画像装置1008によって検出できるようにする。前記画像装置1008が、前記皮膚部位119から離れている他の実施形態は、図10Cに概略的に示されている。この図面では、前記センサ1000’は、前記皮膚部位119の平面における画像を前記画像装置へ平行移動する光学配置1012を含み、実質的な強度の損失なしに、ファイバーに沿った全内部反射率によって画像の個々のピクセルを平行移動する複数の光学フィルタを備え得る。このように、前記画像装置1008によって検出される光のパターンは、前記皮膚部位119の平面において形成される光のパターンと実質的に同一である。よって、前記センサ1000’は、図10Bに示される前記センサ1000と実質的に同じ様式で動作する。つまり、光源1004からの光は、前記皮膚部位へ伝播され、そこで前記皮膚部位119を貫通した後に、下層組織によって反射および散乱される。情報は、実質的に損失なしで平行移動されるのみであるため、そのような実施形態において前記画像装置1008によって形成される画像は、図10Aのような配置で形成される画像と実質的に同一である。
This is shown for two exemplary embodiments in FIGS. 10B and 10C. In the embodiment of FIG. 10B, the
純粋な空間的情報を使用してバイオメトリック機能を実施する実施形態では、受け取られたデータ内のスペクトル特性が認識され、スペクトルの登録データベースと比較される。特定個人の結果として生じる組織スペクトルは、独自のスペクトル特徴、および装置が関連スペクトル特徴を抽出するよう調整されると、個人を識別するために使用することができるスペクトル特徴の組み合わせを含む。関連スペクトル特徴の抽出は、判別分析技術を含む多数の種々の技術により行うことができる。スペクトル出力の視覚分析において容易に明白ではないが、そのような分析技術は、バイオメトリック機能を実施するよう判別することができる独自の特徴を反復可能に抽出することが可能である。具体的な技術の例は、同一出願人による、「APPARATUS AND METHOD OF BIOMETRIC IDENTIFICATION AND VERIFICATION OF INDIVIDUALS USING OPTICAL SPECTROSCOPY」と題された米国特許第6,560,352号、「METHODS AND SYSTEMS FOR BIOMETRIC IDENTIFICATION OF INDIVIDUALS USING LINEAR OPTICAL SPECTROSCOPY」と題された米国特許第6,816,605号、「APPARATUS AND METHOD FOR IDENTIFICATION OF INDIVIDUALS BY NEAR−INFRARED SPECTROSCOPY」と題された米国特許第6,628,809号、Robert K. Roweらにより2003年9月12日に出願された「APPARATUS AND METHOD FOR IDENTIFICATION OF INDIVIDUALS BY NEAR−INFRARED SPECTROSCOPY」と題された米国特許出願第10/660,884号、およびRobert K. Roweらにより2001年6月5日に出願された「APPARATUS AND METHOD OF BIOMETRIC DETERMINATION USING SPECIALIZED OPTICAL SPECTROSCOPY SYSTEM」と題された米国特許第09/874,740号に開示されている。先行特許および特許出願のそれぞれの全開示は、その全体において参照することにより本願に組み込まれる。 In an embodiment that implements a biometric function using pure spatial information, spectral characteristics in the received data are recognized and compared to a spectral registration database. The tissue spectrum that results from a particular individual includes a unique spectral feature and a combination of spectral features that can be used to identify the individual once the device is tuned to extract the relevant spectral features. Extracting relevant spectral features can be done by a number of different techniques including discriminant analysis techniques. While not readily apparent in the visual analysis of spectral output, such analysis techniques can iteratively extract unique features that can be discriminated to perform biometric functions. An example of a specific technique is U.S. Patent No. 6,560,352, "METHODS TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TIMES OF TECHNOS US Patent No. 6,816,605 entitled "INDIVIDUALS USING LINEAR OPTICAL SPECTROCOPY", "APPARATUS AND METHOD FOR IDENTIFICATION OF INDIVIDUALS BY NEAR-INFRARED SP" US Pat. No. 6,628,809 entitled “ECTROSCOPY”, Robert K. US Patent Application No. 10 / 660,884 entitled “APPARATUS AND METHOD FOR IDENTIFICATION OF INDIVIDUALS BY NEAR-INFRARED SPECTROCOPY” filed September 12, 2003 by Robert et al., And Robert K. US Pat. No. 09 / 874,740 entitled “APPARATUS AND METHOD OF BIOMETRIC DETERMINATION USING SPECIALIZED OPTICAL SPECTROCOPY SYSTEM” filed June 5, 2001 by Rowe et al. The entire disclosure of each of the prior patents and patent applications is incorporated herein by reference in its entirety.
バイオメトリック識別を含む画像質感情報によりバイオメトリック機能を実施する能力は、生体からの信号の相当部分が毛細管血によるものであるという事実を利用することができる。例えば、前記皮膚部位119が指を備える場合、既知の生理的特性として、指の毛細血管は外部の指紋隆起構造のパターンに従う。したがって、照明波長に対する指紋の特徴のコントラストは、血液のスペクトル特徴に関連する。特に、約580nmより長い波長で撮影される画像のコントラストは、約580nm未満の波長で撮影される画像と比べて有意に低減される。非血液色素およびフレネル反射率などのその他の光学効果により生成される指紋の紋様には、異なるスペクトルコントラストがある。
The ability to perform a biometric function with image texture information, including biometric identification, can take advantage of the fact that a substantial portion of the signal from the organism is due to capillary blood. For example, if the
種々の実施形態において、皮膚部位119から散乱される光は、様々な種々の種類の比較質感分析を受けることができる。いくつかの実施形態は、収集された光から抽出される画像データの移動窓法分析の形態を利用して性能指数を生成し、それによって質感度または性能指数を評価する。いくつかの実施形態では、移動窓操作は、ブロック毎の分析またはタイル状分析と置き換えることができる。いくつかの実施形態では、画像の単一領域または画像全体域を、一度に分析することができる。
In various embodiments, the light scattered from the
一実施形態において、高速フーリエ変換は、画像データの1つ以上の領域について行われる。帯域内コントラスト性能指数Cは、平均またはDCパワー対帯域内パワーの比率として、そのような実施形態において生成される。具体的には、白色光によって備えられる複数の波長の1つに対応する指数iについて、コントラスト性能指数は、 In one embodiment, the fast Fourier transform is performed on one or more regions of the image data. The in-band contrast figure of merit C is generated in such embodiments as the average or the ratio of DC power to in-band power. Specifically, for an index i corresponding to one of a plurality of wavelengths provided by white light, the contrast performance index is
この式では、Fi(ξ,η)は、指数iに対応する波長における画像fi(x,y)のフーリエ変換であり、xおよびyは画像に対する空間的座標である。RlowおよびRhighによって画定される値域は、指紋特徴の対象の空間周波数の限定を表す。例えば、一実施形態において、Rlowは、約1.5縞/mmとすることができ、Rhighは、3.0縞/mmとすることができる。代替的な式では、コントラスト性能指数は、2つの異なる空間周波数帯域における積分パワーの比率として定義することができる。上記に示される方程式は、帯域の1つがDC空間周波数のみを備える特定の場合である。
In this equation, F i (ξ, η) is the Fourier transform of the image f i (x, y) at the wavelength corresponding to the index i, and x and y are the spatial coordinates for the image. The range defined by R low and R high represents the spatial frequency limitation of the object of the fingerprint feature. For example, in one embodiment, R low can be about 1.5 fringes / mm and R high can be 3.0 fringes / mm. In an alternative formula, the contrast figure of merit can be defined as the ratio of integrated power in two different spatial frequency bands. The equation shown above is the specific case where one of the bands comprises only the DC spatial frequency.
別の実施形態では、移動窓平均値および移動窓標準偏差が、収集された多数のデータについて計算され、性能指数を生成するために使用される。この実施形態では、指数iに対応する各波長について、前記移動窓平均値μIおよび前記移動窓標準偏差σIは、収集された画像fi(x,y)から計算される。各計算に対する移動窓は、同一サイズでもよく、指紋隆起の約2乃至3倍に及ぶよう便宜的に選んでもよい。好ましくは、窓のサイズは指紋特徴を切り出すには十分大きいが、背景変動を維持するには十分小さい。この実施形態における性能指数Ciは、前記移動窓標準偏差対前記移動窓平均値の比率として計算される。 In another embodiment, moving window averages and moving window standard deviations are calculated for a large number of collected data and used to generate a figure of merit. In this embodiment, for each wavelength corresponding to the index i, the moving window average value μ I and the moving window standard deviation σ I are calculated from the collected images f i (x, y). The moving window for each calculation may be the same size and may be conveniently chosen to cover approximately 2 to 3 times the fingerprint ridge. Preferably, the size of the window is large enough to cut out fingerprint features, but small enough to maintain background variation. The figure of merit C i in this embodiment is calculated as the ratio of the moving window standard deviation to the moving window average value.
明確な移動窓法分析を使用しない別の実施形態では、ウェーブレット分析をスペクトル画像のそれぞれについて行うことができる。いくつかの実施形態では、ウェーブレット分析は、結果として生じる係数はほぼ空間的に不変である方法で行うことができる。これは、非間引き型(undecimated)ウェーブレット分解を行い、二重ツリー複素ウェーブレット方法(dual−tree complex wavelet method)、またはそのような他の方法を適用することによって達成することができる。ガボールフィルタ、可変ピラミッド、およびそのようなその他の分解も適用して、同様の係数を生じることができる。いずれの分解方法が選択されるとしても、結果は、画像の特定位置における特定の基底関数に対応する変動の大きさに比例する係数の集合である。偽装検出を行うためには、ウェーブレット係数または係数から導かれた集計を、本物の試料に対して予期される係数と比較することができる。比較によって、その結果が十分な近似を示す場合、前記試料は本物とみなされる。そうでなければ、前記試料は偽装であると判断される。同様の方法で、現在測定された一組の係数を、同一とされる人物から以前に記録された一組と比較することによって、前記係数バイオメトリック照合に使用することもできる。 In another embodiment that does not use explicit moving window analysis, wavelet analysis can be performed for each of the spectral images. In some embodiments, wavelet analysis can be performed in such a way that the resulting coefficients are approximately spatially invariant. This can be achieved by performing an undecimated wavelet decomposition and applying a dual-tree complex wavelet method, or other such method. Gabor filters, variable pyramids, and other such decompositions can also be applied to produce similar coefficients. Whatever decomposition method is selected, the result is a set of coefficients proportional to the magnitude of the variation corresponding to a particular basis function at a particular location in the image. To perform fake detection, the wavelet coefficients or the aggregation derived from the coefficients can be compared to the coefficients expected for a real sample. By comparison, if the result shows a sufficient approximation, the sample is considered authentic. Otherwise, the sample is determined to be camouflaged. In a similar manner, the currently measured set of coefficients can also be used for the coefficient biometric matching by comparing with a previously recorded set from the same person.
(6.例示的用途)
種々の実施形態において、バイオメトリックセンサ(非接触型、接触型のいずれであっても)、または上記の種類の任意の質感センサは、バイオメトリック機能性を実施するよう計算システムによって操作することができる。図11は、別々の、またはより一体化した方法で、個々のシステム要素をどのように実施することができるかを大まかに図示する。計算装置1100は、前記バイオメトリックセンサ1156とも結合されるバス1126を介して、電気的に結合するハードウェア素子から成り立つように示されている。前記ハードウェア素子は、プロセッサ1102、入力装置1104、出力装置1106、ストレージ装置1108、コンピュータ可読ストレージ媒体読取装置1110a、通信システム1114、DSPまたは特殊用途プロセッサなどの処理加速装置1116、および記憶装置1118を含む。前記コンピュータ可読ストレージ媒体読取装置1110aは、コンピュータ可読ストレージ媒体1110bとさらに接続され、その組み合わせは、リモート、ローカル、固定、および/またはリムーバブルストレージ装置に加えて、コンピュータ可読情報を一時的および/またはより永久的に含むためのストレージ媒体を包括的に表す。前記通信システム1114は、有線、無線、モデム、および/またはその他の種類のインターフェース接続を備えることができ、データを外部装置と交換可能にする。
(6. Exemplary use)
In various embodiments, a biometric sensor (whether non-contact or contact), or any texture sensor of the type described above, can be operated by a computing system to implement biometric functionality. it can. FIG. 11 schematically illustrates how individual system elements can be implemented in a separate or more integrated manner. The computing device 1100 is shown to comprise hardware elements that are electrically coupled via a bus 1126 that is also coupled to the biometric sensor 1156. The hardware elements include a
また、前記計算装置1100は、オペレーティングシステム1124および本発明の方法を実施するよう設計されるプログラムなどのその他のコード1122を含む、作業記憶装置1120内に現在位置するように示されている、ソフトウェア素子を備える。当業者にとっては、具体的な要件に従って相当の変更を加えてもよいことは明白であろう。例えば、カスタマイズしたハードウェアも使用される場合があり、および/または特定の要素がハードウェア、ソフトウェア(アプレットなどの可搬性ソフトウェアを含む)または両方において実装される場合がある。さらに、ネットワーク入力/出力装置などのその他のコンピュータ装置への接続を採用してもよい。
The computing device 1100 is also software that is shown to be currently located in the working storage device 1120, including an
本発明の実施形態の一例として、多重スペクトル条件は、照明光の複数の種々の波長を備えることができる。質感度は、画像の一定の空間周波数に対して生成される画像コントラスト度である。「画像コントラスト」は、本願では、画像のある領域にわたる平均色調値に対する色調変動度をいう。本願で説明されるものと同様の方法によって可視光線を使用して画像化される生体である、被覆されていないヒトの指の場合、指紋信号のかなりの部分は、毛細管血によるものである。これはある程度、指の毛細血管は外部の指紋隆起構造のパターンに従うという既知の生理学的特性による。したがって、照明波長に対する指紋の特徴のコントラストは、血液のスペクトル特徴に関連することが予期できる。特に、約580nmより長い波長で撮影される画像のコントラストは、約580nm未満の波長で撮影される画像と比べて有意に低減される。非血液色素およびフレネル反射率などのその他の光学効果により生成される指紋の紋様には、異なるスペクトルコントラストがある。 As an example of an embodiment of the present invention, the multispectral condition can comprise a plurality of different wavelengths of illumination light. Quality sensitivity is the degree of image contrast generated for a certain spatial frequency of an image. In the present application, “image contrast” refers to a degree of tone variation with respect to an average tone value over a certain area of an image. In the case of an uncoated human finger, a living body imaged using visible light in a manner similar to that described herein, a significant portion of the fingerprint signal is due to capillary blood. This is due in part to the known physiological property that finger capillaries follow a pattern of external fingerprint ridges. Thus, the contrast of the fingerprint features to the illumination wavelength can be expected to be related to the spectral features of the blood. In particular, the contrast of images taken at wavelengths longer than about 580 nm is significantly reduced compared to images taken at wavelengths less than about 580 nm. Fingerprint patterns produced by other optical effects such as non-blood pigments and Fresnel reflectivity have different spectral contrasts.
約425nmから約700nmの波長帯にわたる酸素を豊富に含んだ血液のこのような吸光度スペクトルは、図12に示される。例示的実施形態では、この場合445nm、500nm、574nm、610nm、および660nmという5つの異なる波長を使用して多重スペクトル条件を規定するが、本発明は、どんな特定波長の使用または使用される多重スペクトル条件の数にも限定されない。これらの波長のそれぞれは、図12のスペクトルにおいて識別される。図から分かるように、血液の吸光値は、445nmおよび574nmの例示的波長に対し最大となり、500nmに対しより小さく、610nmおよび660nmに対し非常に小さくなる。したがって、445nmおよび574nmの照明波長下で撮影される本物の指の画像は、比較的高いコントラストを提供することが予期でき、610nmおよび660nmの波長で撮影される画像は、比較的低いコントラストを提供し、500nmで撮影される画像は中間のコントラストを有する。また、メラニンなどのその他の吸収体からの影響、波長ごとの散乱の変化、および種々の色収差も、コントラスト度および/またはその他の質感度に影響するが、これらの影響は小さいか、またはその他の見込まれる偽装物質または方法に対する生きているヒトの指の特性でもあるかのいずれかである。 Such an absorbance spectrum of oxygen rich blood over the wavelength range of about 425 nm to about 700 nm is shown in FIG. In the exemplary embodiment, in this case, five different wavelengths, 445 nm, 500 nm, 574 nm, 610 nm, and 660 nm, are used to define the multispectral conditions, but the present invention uses any specific wavelength for the multispectrum used or used. It is not limited to the number of conditions. Each of these wavelengths is identified in the spectrum of FIG. As can be seen, the absorbance values for blood are maximum for exemplary wavelengths of 445 nm and 574 nm, smaller for 500 nm, and much smaller for 610 nm and 660 nm. Thus, real finger images taken under illumination wavelengths of 445 nm and 574 nm can be expected to provide relatively high contrast, and images taken at wavelengths of 610 nm and 660 nm provide relatively low contrast. However, an image taken at 500 nm has an intermediate contrast. In addition, effects from other absorbers such as melanin, changes in scattering from wavelength to wavelength, and various chromatic aberrations also affect the degree of contrast and / or other quality sensitivities, but these effects are small or other It is either a characteristic of a living human finger against possible disguised substances or methods.
種々の実施形態が、13名において収集された20の正常な指の画像を使用し、かつ薄いシリコーン偽装により収集された10の偽装画像を使用したデータセットについて検査している。収集できる画像の例は、図13に示され、その図面部分(a)〜(d)は、本物の指である結果を示し、部分(e)〜(h)は、偽装の結果を示す。画像のそれぞれについて識別される「平面」は、異なる波長に対応し、つまり平面1は445nm、平面2は500nm、平面3は574nm、平面4は610nm、および平面5は660nmである。平面6は、図1Bを参照して理解することが可能である。平面6は、TIR照明153を使用して収集されるが、画像化システム159によって画像化される画像に対応する。この実験で使用されたTIR照明の波長は、約640nmであった。よって、画像の比較は、本物の指と偽装の対、つまり部分(a)と(e)との間で行うことができ、両方とも平面[3 2 1]の結果を示し、その場合[3 2 1]という表記は、平面3がカラー図形内の赤の値に位置付けられ、平面2が緑の値に位置付けられ、平面1が青の値に位置付けられていることを意味する。同様に、比較は、両方とも平面[5 4 5]の結果を示す部分(b)と(f)、両方とも平面[5 3 1]の結果を示す部分(c)と(g)、両方ともTIR照明結果を示す部分(d)と(h)との間で、行うことができる。部分(a)および(e)の[3 2 1]画像は、青色および緑色照明により撮影され、本物の組織および偽装の両方について、指紋隆起は比較的高いコントラストであることを示す。これは、赤色照明下で撮影され、本物の指の指紋隆起については比較的低いコントラストだが、偽装の指紋については比較的高いコントラストを示す、部分(b)および(f)の[5 4 5]画像の結果とは反対である。
Various embodiments have examined data sets using 20 normal finger images collected in 13 people and using 10 camouflaged images collected by thin silicone camouflage. An example of an image that can be collected is shown in FIG. 13, where the drawing parts (a) to (d) show the result of being a real finger, and the parts (e) to (h) show the result of impersonation. The “plane” identified for each of the images corresponds to a different wavelength:
そのような差を利用することは、図14のフロー図により要約される本発明の方法により達成される。1つ以上の質感度は、各光学条件に対して開発され、結果として生じる一組の質感度は、本物の試料からの予測値と比較される。ブロック1404において、バイオメトリック機能を有効にするよう提示される組織試料であると推定される試料は、種々の光学条件下で照明される。前記種々の光学条件の例は、ブロック1424において示されるような種々の波長、ブロック1428において示されるような種々の偏光条件、ブロック1432において示されるような種々の光の相互作用角度などの要因を含むことができる。前記試料から散乱される光は、ブロック1408で収集され、比較質感分析で使用される。種々の実施形態は、収集された光から抽出される多重スペクトル画像スタックの異なる形態の移動窓法分析を利用してブロック1412における性能指数を生成し、それによって質感度または性能指数を評価する。いくつかの実施形態では、前記移動窓操作1412は、ブロック毎の分析またはタイル状分析と置き換えることができる。いくつかの実施形態では、画像の単一領域または画像全体が、一度に分析され得る。前記図面は、種々の実施形態において使用することができるコントラスト性能指数の3つの例を示すが、この開示を読んだ後に当業者にとっては明白となるように、その他のコントラスト性能指数ならびにその他の質感度を他の実施形態において使用することができるので、この特定の識別は制限することを目的としない。
Utilizing such differences is accomplished by the method of the present invention summarized by the flow diagram of FIG. One or more quality sensitivities are developed for each optical condition, and the resulting set of quality sensitivities are compared to the predicted values from a real sample. In
一実施形態において、高速フーリエ変換は、ブロック1436において示されるように、多重スペクトル画像スタックについて行われる。帯域内コントラスト性能指数Cは、平均またはDCパワー対帯域内パワーの比率のような実施形態において生成される。具体的には、光学条件iについて、コントラスト性能指数は、 In one embodiment, a fast Fourier transform is performed on the multispectral image stack, as shown at block 1436. The in-band contrast figure of merit C is generated in embodiments such as average or DC power to in-band power ratio. Specifically, for optical condition i, the contrast performance index is
この式では、Fi(ξ,η)は、照明条件i下で撮影される画像fi(x,y)のフーリエ変換であり、xおよびyは、画像に対する空間的座標である。RlowおよびRhighによって定義される範囲は、指紋特徴の対象の空間周波数の限定を表す。例えば、一実施形態において、Rlowは、約1.5縞/mmとすることができ、Rhighは、3.0縞/mmとすることができる。多重スペクトル条件が異なる照明波長によって全体的に画定される実施形態では、各状態iはそのような照明波長λの1つを表す。代替的な式では、コントラスト性能指数は、2つの異なる空間周波数帯域における積分パワーの比率として定義することができる。上記に示される方程式は、帯域の1つがDC空間周波数のみを備える具体的な場合である。
In this equation, F i (ξ, η) is a Fourier transform of an image f i (x, y) taken under illumination condition i, and x and y are spatial coordinates for the image. The range defined by R low and R high represents the spatial frequency limitation of the object of the fingerprint feature. For example, in one embodiment, R low can be about 1.5 fringes / mm and R high can be 3.0 fringes / mm. In embodiments where multispectral conditions are generally defined by different illumination wavelengths, each state i represents one such illumination wavelength λ. In an alternative formula, the contrast figure of merit can be defined as the ratio of integrated power in two different spatial frequency bands. The equation shown above is a specific case where one of the bands comprises only a DC spatial frequency.
別の実施形態では、ブロック1440において示されるように、移動窓平均値および移動窓標準偏差は、多重スペクトルスタックについて計算され、性能指数を生成するために使用される。この実施形態では、各光学条件iについて、前記移動窓平均値μIおよび前記移動窓標準偏差σIは、収集された画像fi(x,y)から計算される。各計算に対する移動窓は、同じサイズでもよく、指紋隆起の約2乃至3倍に及ぶよう便宜的に選択してもよい。好ましくは、窓のサイズは、指紋特徴を切り出すには十分大きいが、背景変動を維持させるには十分小さい。この実施形態における性能指数Ciは、前記移動窓標準偏差対前記移動窓平均値の比率として計算される。
In another embodiment, as shown at
前記移動窓法分析の結果は、ブロック1416において評価されて、それらが本物の組織試料である試料と一致するかどうかを判断する。もしそうであれば、バイオメトリック機能は、ブロック1448において行うことができ、通常、前記組織が所属する人物の身元の識別または照合するためのさらなる分析を含む。結果が本物の組織試料である前記試料と不一致である場合、ブロック1420において偽装として識別される。線形判別分析、二次判別分析、K最近隣、サポートベクタマシン、決定木、および当業者に公知であるようなその他のそのような方法を含む分類方法を採用して、そのような識別を行うことができる。
The results of the moving window analysis are evaluated at block 1416 to determine if they match a sample that is a real tissue sample. If so, a biometric function can be performed at
上記の方法のそれぞれの例示的結果は,図15A〜17Bに提供されている。図15A〜15Cは、度量の数値が移動窓高速フーリエ変換から計算される結果を提供し、図16Aおよび16Bは、度量の数値が移動窓平均値および移動窓標準偏差から計算される結果を提供し、図17Aおよび17Bは、度量の数値が移動窓平均値および移動窓範囲から計算される結果を提供する。 Exemplary results for each of the above methods are provided in FIGS. 15A-15C provide results in which measure values are calculated from moving window fast Fourier transforms, and FIGS. 16A and 16B provide results in which measure values are calculated from moving window averages and moving window standard deviations. 17A and 17B provide a result in which the measure value is calculated from the moving window average value and the moving window range.
図15Aに示される結果は、本物の指について収集され、複数試料のそれぞれについて移動窓高速フーリエ変換から導出された帯域内コントラスト性能指数の結果を示す。各試料の結果は、上記に指定される照明平面を識別する横座標に沿って曲線で表され、よって照明平面番号は、波長にやや非線形に対応するものの、前記横座標は波長依存性を例示すると考えることができる。個々の試料についてのデータは、灰色の線で結合され、前記試料のすべてにわたる平均は、より太い黒の線で示される。図12に図示される血液吸光特性により予期されるように、本物の指の試料からの結果のほとんどは、平面4〜5の赤色波長におけるコントラストの顕著な低下を伴って、スペクトルの青−緑色領域(平面1〜3)において、特徴的な予期された「V」形状を示す。平面6に対するコントラスト値は、これらの画像を収集するために使用される異なる光学配列により他の平面と一致しないが、この平面からの値は付加的な判別能力を提供する。
The results shown in FIG. 15A show the in-band contrast performance index results collected for a real finger and derived from the moving window fast Fourier transform for each of multiple samples. The result for each sample is represented by a curve along the abscissa that identifies the illumination plane specified above, so the illumination plane number corresponds to the wavelength somewhat non-linearly, but the abscissa exemplifies wavelength dependence. Then you can think. The data for the individual samples are combined with a gray line and the average over all of the samples is shown with a thicker black line. As expected by the blood extinction characteristics illustrated in FIG. 12, most of the results from a real finger sample show a spectral blue-green color with a significant decrease in contrast at the red wavelength in the plane 4-5. In the region (
本物の指および偽装の両方の結果が、図15Bに示されている。この場合、本物の指の結果は、実線によって繋げられる菱形で示される一方で、偽装は点線によって繋げられる丸で示される。偽装は、薄い膜で覆われた本物の指であった。照明平面4、5および6における結果の検討から明白なように、偽装は本物の試料について予期されるよりも赤色照明下で高いコントラストを示す。場合によっては、赤色コントラスト値が青−緑色値のある係数α未満であるかどうかを評価することによるなどの、コントラスト性能指数の相対比較が、絶対的な判断よりもロバストである場合がある。種々の実施形態は、異なる値のαを利用することができ、好適な値は、約α=0.5、α=0.75などであることが予期される。
The results for both real fingers and camouflage are shown in FIG. 15B. In this case, the result of a real finger is shown as a diamond connected by a solid line, while the camouflage is shown as a circle connected by a dotted line. The camouflage was a real finger covered with a thin membrane. As is evident from the examination of the results in the
多次元尺度構成法を使用してデータを処理し、本物の組織と偽装との間の明確な量的判別を提供することができる。これは、2つの座標についてプロットされる多次元尺度構成法結果を示す図15Cに図示される。この場合の座標は、コントラストデータの主成分分析(「PCA」)より導出される固有ベクトルのスコアに対応し、具体的には、この説明図内の「要因1」および「要因2」は、マサチューセッツ州ナティックに本社を置くThe Mathworks社より入手可能なMatLab(登録商標)プロプラムによるデータから生成された最初の2つの固有ベクトルについてのスコアである。本物の指の導出結果は星印で示される一方で、丸は偽装の導出結果を示すために使用されている。明確な区分が2つの間で明らかであり、図15Cの結果が分離プロットとして使用でき、グラフに描かれた線は1つの潜在的境界線である。線上および左側の結果を生成する同じ方法で分析される未知の試料は、図14のブロック1416において本物の試料として識別することができる一方で、線下および右側の結果は偽装として識別することができる。ここでの結果は、試料の異なる特徴に対応する異なる領域の二次元空間について示されるが、さらに一般的に、任意の次元空間の異なる領域が、分離を画する超平面を有することによってなど、前記試料を判別するために使用することができる。さらに一般的に、この開示の他の部分で説明されるように、様々な種々の分類方法を採用して、前記試料を本物の指またはそうでないとして分類することができる。
Data can be processed using multi-dimensional scaling to provide a clear quantitative discrimination between real tissue and impersonation. This is illustrated in FIG. 15C which shows the multidimensional scaling result plotted for two coordinates. The coordinates in this case correspond to the eigenvector scores derived from the principal component analysis (“PCA”) of the contrast data. Specifically, “
図16Aの結果は図15Bのものと同様であるが、上記のような移動窓平均値および移動窓標準偏差を使用する実施形態において導出されたものである。本物の指からの結果は再び、実線によって繋げられる菱形で示される一方で、偽装からの結果は点線によって繋げられる丸で示される。図15Bの結果のように、偽装は、本物の試料よりも赤色照明下での高いコントラストを示す。図15Cのものと同様の分離プロットが、図16Aの結果を使用して抽出された図16Bに示されている。この場合、本物の指の結果は再び、星印によって示される一方で、丸は偽装の結果を示すために使用され、結果は再び、MatLab(登録商標)プログラムによって提供される最初の2つの固有ベクトルを具体的に使用してPCAからの固有ベクトルスコアとして導出された。多次元尺度構成法結果が当てはまる二次元空間の一部分によって、偽装が本物の組織から判別できるようにする境界線が示されている。図16Bに示される一般的な挙動は、図15Cに示されるものと同様である。 The results of FIG. 16A are similar to those of FIG. 15B, but were derived in an embodiment using the moving window average and moving window standard deviation as described above. Results from real fingers are again shown with diamonds connected by solid lines, while results from camouflage are shown by circles connected by dotted lines. As in the results of FIG. 15B, the camouflage shows a higher contrast under red illumination than the real sample. A separation plot similar to that of FIG. 15C is shown in FIG. 16B extracted using the results of FIG. 16A. In this case, the real finger result is again indicated by an asterisk, while the circle is used to indicate the impersonation result, and the result is again the first two eigenvectors provided by the MatLab® program. Was specifically derived as the eigenvector score from PCA. The part of the two-dimensional space to which the multidimensional scaling method results apply indicates the boundary that allows the camouflage to be distinguished from the real tissue. The general behavior shown in FIG. 16B is similar to that shown in FIG. 15C.
また、図7Aおよび17Bに提示される結果も、図15Bおよび15Cまたは図16Aおよび16Bのものに対応する。この場合、結果は、上記のような多重スペクトルスタックの移動窓平均値および移動窓範囲を使用する実施形態において導出されたものである。再び点線によって繋がれる丸で示される偽装の結果は、図17Aで実線によって繋がれる菱形で示される本物の試料の結果よりも、赤色照明下での高いコントラストを示す。図17Bの分離性のあるプロットは再び、固有ベクトルスコアの空間を、本物の組織の結果(星印)が偽装の結果(丸)からはっきりと分離されている領域に分ける境界線を画定する能力を示す。前述のように、そのような境界能力により、どの多重スペクトル空間に導出結果が当てはまるかに従って、未知の結果を図14のブロック1416において分類することができる。 The results presented in FIGS. 7A and 17B also correspond to those of FIGS. 15B and 15C or FIGS. 16A and 16B. In this case, the results were derived in an embodiment using the moving window average and moving window range of the multispectral stack as described above. Again, the result of the camouflage shown by the circle connected by the dotted line shows a higher contrast under red illumination than the result of the real sample shown by the diamond connected by the solid line in FIG. 17A. The separable plot of FIG. 17B again demonstrates the ability to define a boundary that divides the eigenvector score space into regions where the real tissue results (stars) are clearly separated from the camouflage results (circles). Show. As described above, such boundary capabilities allow unknown results to be classified in block 1416 of FIG. 14 according to which multi-spectral space the derived result applies to.
種々の実施形態において、様々な代替的方法を使用して、図15A、16A、および17Aなどの図面に示されるようなコントラストデータを評価することができる。例えば、そのような代替的実施形態の1つにおいて、線形判別分析(「LDA」)はコントラストの判別法として使用される。単なる一例として、そのような分析は、ヒト組織より生成される第一部類のコントラスト曲線と種々の偽試料により生成される第二部類のコントラスト曲線といった、2つの部類にすることを利用し得る。 In various embodiments, various alternative methods can be used to evaluate contrast data as shown in the drawings such as FIGS. 15A, 16A, and 17A. For example, in one such alternative embodiment, linear discriminant analysis (“LDA”) is used as a contrast discriminant. By way of example only, such an analysis may utilize two categories: a first class of contrast curves generated from human tissue and a second class of contrast curves generated by various pseudo samples.
上記に提供される種々の例は、組織を提供するための指の使用、および多重スペクトル条件を提供する異なる照明光波長の使用に焦点を当てるが、これは限定を目的としない。その他の実施形態では、さまざまな偏光条件が、多重スペクトル条件を画定するのに代替的に、または付加的に使用されることができる。例えば比較は、交差偏光画像化、平行偏光画像化、ランダム偏光画像化などを含み得る、2つ以上の偏光条件の間で行うことができる。また、入射光線は、直線状偏光、環状偏光、楕円偏光などを有することによってなど、種々の偏光状態を有することができる。さらにその他の例では、種々の照明角度を使用して多重スペクトル条件を提供することができる。光の侵入深さは、照明角度の関数として変化し、結果として、本物の組織と偽装を判別する際に上記のように分析することができる画像コントラストを生じる。 The various examples provided above focus on the use of fingers to provide tissue and the use of different illumination light wavelengths to provide multispectral conditions, but this is not intended to be limiting. In other embodiments, various polarization conditions can be used alternatively or additionally to define multispectral conditions. For example, the comparison can be made between two or more polarization conditions, which can include cross polarization imaging, parallel polarization imaging, random polarization imaging, and the like. In addition, incident light can have various polarization states such as linearly polarized light, circularly polarized light, elliptically polarized light, and the like. In yet other examples, various illumination angles can be used to provide multispectral conditions. The penetration depth of light varies as a function of the illumination angle, resulting in an image contrast that can be analyzed as described above in distinguishing between real tissue and camouflage.
さらに、本発明は上記の具体的な性能指数に限定されず、種々の実施形態において、異なる、または付加的な質感ベースの性能指数を代替的に、または付加的に使用することができる。例えば、上記のように試料を判別する性能指数を導出する際に、モーメント不変量、濃度空間依存性などの統計学的モーメントを使用することができる。 Further, the present invention is not limited to the specific figure of merit described above, and different or additional texture-based figure of merit can be used alternatively or additionally in various embodiments. For example, when deriving a figure of merit for discriminating a sample as described above, statistical moments such as moment invariants and concentration space dependence can be used.
スペクトルコントラストは相対的測定基準である。この事実の有利な結果は、上記の方法が、種々の異なるスペクトルセンサにわたって、および様々な環境条件下においてロバストであることが予期されることである。 Spectral contrast is a relative metric. The advantageous result of this fact is that the above method is expected to be robust across a variety of different spectral sensors and under a variety of environmental conditions.
計算装置により実装することができる付加的な機能性の概要は、図18のフロー図により要約される。いくつかの実施形態では、皮膚と推定される部位は、ブロック1804において示されるように白色光で照明される。これにより、前記バイオメトリックセンサはブロック1808において、皮膚と推定される部位から光を受光することができる。上記のように、前記受光された光は、バイオメトリック機能を実装する際に、多数の異なる方法で分析することができる。前記フロー図は、前記バイオメトリック機能を実装する際に、分析の一定の組み合わせをどのように使用できるかを示すが、すべてのステップを行う必要はない。その他の場合では、前記ステップの一部を行うことができ、付加的なステップが行われる場合があり、および/または示されたステップは示されたものとは異なる順番で行われる場合がある。 An overview of additional functionality that can be implemented by the computing device is summarized by the flow diagram of FIG. In some embodiments, the site presumed to be skin is illuminated with white light as indicated at block 1804. This allows the biometric sensor to receive light from a presumed skin site at block 1808. As described above, the received light can be analyzed in a number of different ways when implementing a biometric function. The flow diagram shows how a certain combination of analyzes can be used in implementing the biometric function, but not all steps need to be performed. In other cases, some of the steps may be performed, additional steps may be performed, and / or the steps shown may be performed in a different order than that shown.
ブロック1812では、生存性チェックが、前記受光された光により行われ、通常、生体組織の特性があることを検証することによって、皮膚と推定される部位がある種の偽装ではないことを確認することができる。偽装が検出された場合、ブロック1864において警告を発することができる。発せられる具体的な種類の警告は、前記バイオメトリックセンサが配備される環境に依存する場合があるが、音声または視覚警告は、時として、前記センサ本体付近で発せられ、無音警告は、警備または警察職員に伝達することができる。
At block 1812, a viability check is performed with the received light and verifies that the site presumed to be skin is not some sort of disguise, typically by verifying that it has biological tissue characteristics. be able to. If impersonation is detected, a warning can be issued at
皮膚と推定される部位から散乱され受光される光は、ブロック1820において使用されて、皮膚と推定される部位の表面画像を導出することができる。皮膚と推定される部位が指の手掌面である場合、そのような表面画像は、指の隆起および溝のパターンの描写を含み、ブロック1824においてそれを従来の指紋のデータベースと比較できるようにする。付加的または代替的に、前記受光される光を使用して、ブロック1828において空間スペクトル画像を導出することができる。この画像は、ブロック1832において個人と関連付けられた画像を有する空間スペクトルデータベースと比較することができる。いずれにしても、その比較は、個人が比較の結果としてブロック1836において識別されることを可能にする。より高い信頼性の識別は、完全な空間スペクトル情報を使用することによって行われ、空間スペクトル画像との比較を提供できることが、概して予期される。しかし、いくつかの用途では、従来の指紋データのより高い可用性があり得、指紋が大規模法執行指紋データベースに格納されているが、空間スペクトルデータベースには格納されていない個人もいる。そのような場合、本発明の実施形態は有利に、従来の指紋画像の抽出が識別を行えるようにする。
Light that is scattered and received from a site that is estimated to be skin can be used in
前記空間スペクトルデータは、識別が従来の指紋データベースとの比較によるか、または空間スペクトル情報との比較を通して行われるかどうかにかかわらず、識別へのより高い信頼を提供することができるさらに付加的な情報を含む。例えば、ブロック1840において示されるように、デモグラフィックおよび/または人体計測特性は、前記受光された光より推定することができる。ブロック1836における画像に適合したデータベースエントリがデモグラフィックまたは人体計測情報を含む場合、整合性検査をブロック1844において行うことができる。例えば、その個人は、推測されたデモグラフィックおよび人体計測特性から年齢20〜35歳の白人男性として識別され得る。それに対し画像が適合するデータベースエントリが、その個人を68歳の黒人女性として識別する場合、ブロック1864において警告を発するきっかけとなる明らかな不一致がある。
The spatial spectral data may provide additional confidence in the identification, regardless of whether the identification is by comparison with a conventional fingerprint database or through comparison with spatial spectral information. Contains information. For example, as shown in
ブロック1856における検体濃度など、その他の情報も前記受光された光から判断することができる。判断された検体レベルに従って、時として、種々の措置を取ることができる。例えば、血中アルコールレベルがある閾値を越えると、自動車のエンジン着火が禁止される場合、または内科患者の血糖値がある閾値を越えると、警告が発せられる場合がある。皮膚の乾燥状態など、その他の生理的パラメータがその他の応用において推定され得、それに応じて、時として、さらにその他の措置が取られる。 Other information, such as analyte concentration in block 1856, can also be determined from the received light. Depending on the determined analyte level, various measures can sometimes be taken. For example, if the blood alcohol level exceeds a certain threshold, a car engine ignition may be prohibited, or if a medical patient's blood glucose level exceeds a certain threshold, a warning may be issued. Other physiological parameters, such as skin dryness, can be estimated in other applications, and sometimes other measures are taken accordingly.
図19は、質感バイオメトリックセンサの例示的応用と同様のフロー図である。前記センサは、ブロック1904において個人の皮膚部位を前記検出器と接触して位置付けることによって使用される。先述のように、前記検出器は、指の表面の一部のみが前記検出器と接触するように比較的小さくすることができ、質感バイオメトリックの性質のため、種々の測定の際に接触して置かれる表面の特定部分の変動は、弊害とはならない。ブロック1908において、前記皮膚部位を照明し、ブロック1912において前記検出器により前記皮膚部位から散乱される光を受光することによって、データが収集される。
FIG. 19 is a flow diagram similar to an exemplary application of a texture biometric sensor. The sensor is used at
前記フロー図は、異なる種類の分析を行うことができることを示す。これらの分析のそれぞれがあらゆる場合に行われる必要はなく、実際、ほとんどの用途において単一種類の分析が使用されることが概して予期される。ブロック1916において一般的に示される1つのカテゴリの分析は、純粋に情報のスペクトル比較を使用する。ブロック1920および1928において一般的に示される別のカテゴリの分析は、ブロック1920において受け取られる光の空間スペクトル情報から画像質感を判断し、ブロック1928において画像質感を質感バイオメトリック情報のデータベースと比較することによって、画像質感情報を使用する。いずれか、または両方の種類の分析により、ブロック1932における個人の識別などのバイオメトリック機能が行われる。
The flow diagram shows that different types of analysis can be performed. Each of these analyzes need not be performed in every case, and in fact it is generally expected that a single type of analysis will be used in most applications. One category of analysis, generally indicated at block 1916, uses purely spectral comparison of information. Another category of analysis generally indicated at
よって、いくつかの実施形態を説明し、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更、代替的構造、および同等のものを使用することができることが、当業者によって認識されるであろう。したがって、上記の説明は、下記の特許請求の範囲において定義される本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。 Thus, it will be appreciated by one skilled in the art that various embodiments, alternative constructions, and the like may be used without departing from the spirit of the invention, while describing several embodiments. Therefore, the above description should not be taken as limiting the scope of the invention which is defined in the following claims.
Claims (77)
複数の異なる光学条件下で該試料を照明するステップと、
該複数の異なる光学条件のそれぞれに対する該試料から散乱される光を受光するステップと、
複数の画像を形成するステップであって、それぞれの画像は、該複数の異なる光学条件のうちのそれぞれに対する該受光された光から形成される、ステップと、
複数の質感度を生成するステップであって、それぞれの質感度は、該複数の画像のうちのそれぞれから生成される、ステップと、
該生成された複数の質感度が、本物の隠されていない生物組織である該試料と一致するかどうかを判断するステップと
を含む、方法。 A method for evaluating the authenticity of a sample presented for biometric evaluation, comprising:
Illuminating the sample under a plurality of different optical conditions;
Receiving light scattered from the sample for each of the plurality of different optical conditions;
Forming a plurality of images, each image being formed from the received light for each of the plurality of different optical conditions; and
Generating a plurality of quality sensitivities, each quality sensitivity being generated from each of the plurality of images; and
Determining whether the generated plurality of quality sensitivities are consistent with the sample being a real, non-hidden biological tissue.
前記生成された複数の質感度が、隠されていない生物組織である試料と一致するかどうかを判断するステップは、赤色照明下の画像コントラストが青色照明下の画像コントラストより低いことを確認するステップを含む、請求項6に記載の方法。 Illuminating the sample under a plurality of different optical conditions comprises illuminating the sample with light having a plurality of different wavelengths;
Determining whether the generated plurality of quality sensitivities match a sample that is an unhidden biological tissue, confirming that an image contrast under red illumination is lower than an image contrast under blue illumination The method of claim 6 comprising:
前記生成された複数の質感度が、隠されていない生物組織である試料と一致するかどうかを判断するステップは、赤色照明下の画像コントラストが所定の値未満であることを確認するステップを含む、請求項6に記載の方法。 Illuminating the sample under a plurality of different optical conditions comprises illuminating the sample with light having a plurality of different wavelengths;
Determining whether the generated plurality of quality sensitivities matches a sample that is an unhidden biological tissue includes confirming that the image contrast under red illumination is less than a predetermined value. The method according to claim 6.
前記生成された複数の質感度が、本物の隠されていない生物組織である試料と一致するかどうかを判断するステップは、該点が該多次元空間の所定の領域内にあるかどうかを判断するステップを含む、請求項6に記載の方法。 Generating the plurality of quality sensitivities further comprises applying a multidimensional scaling method to map the plurality of quality sensitivities to points in a multidimensional space;
Determining whether the generated plurality of quality sensitivities match a sample that is a real, non-hidden biological tissue, determines whether the point is within a predetermined region of the multidimensional space. The method of claim 6 including the step of:
該試料を複数の種々の波長を有する光で照明するステップと、
該複数の種々の波長のそれぞれに対する該試料から散乱される光を受光するステップと、
複数の画像を形成するステップであって、それぞれの画像は、該複数の種々の波長のうちのそれぞれに対する該受光された光から形成される、ステップと、
複数の画像コントラスト度を生成するステップであって、それぞれの画像コントラスト度は、該複数の画像のうちの1つの空間移動窓法分析を行うことによって、該複数の画像のうちの該1つから生成される、ステップと、
該複数の画像コントラスト度から、該試料が、青色照明下の画像コントラストよりも低い赤色照明下の画像コントラストを有するかどうかを判断するステップと
を含む、方法。 A method for evaluating the authenticity of a sample presented for biometric evaluation, comprising:
Illuminating the sample with light having a plurality of different wavelengths;
Receiving light scattered from the sample for each of the plurality of different wavelengths;
Forming a plurality of images, each image being formed from the received light for each of the plurality of different wavelengths; and
Generating a plurality of image contrast degrees, each image contrast degree being obtained from the one of the plurality of images by performing a spatial moving window analysis of one of the plurality of images. Generated steps, and
Determining from the plurality of image contrast degrees whether the sample has an image contrast under red illumination that is lower than an image contrast under blue illumination.
該点が該多次元空間の所定の領域内にあるかどうかを判断するステップと
を含む、請求項16に記載の方法。 The step of determining from the plurality of image contrast degrees whether the sample has an image contrast under red illumination that is lower than an image contrast under blue illumination is obtained by determining the plurality of image contrast degrees in a multidimensional space. Applying a multidimensional scaling method to map to
17. The method of claim 16, comprising determining whether the point is within a predetermined region of the multidimensional space.
複数の異なる光学条件下で該試料を照明するための手段と、
該複数の異なる光学条件のそれぞれに対する該試料から散乱される光を受光するための手段と、
複数の画像を形成するための手段であって、それぞれの画像は、該複数の異なる光学条件のそれぞれに対する該受光された光から形成される、手段と、
複数の質感度を生成するための手段であって、それぞれの質感度は、該複数の画像のそれぞれから生成される、手段と、
該生成された複数の質感度が、本物の隠されていない生物組織である試料と一致するかどうかを判断するための手段と
を備える、装置。 An apparatus for evaluating the authenticity of a sample presented for biometric evaluation,
Means for illuminating the sample under a plurality of different optical conditions;
Means for receiving light scattered from the sample for each of the plurality of different optical conditions;
Means for forming a plurality of images, each image being formed from the received light for each of the plurality of different optical conditions;
Means for generating a plurality of quality sensitivities, each quality sensitivity being generated from each of the plurality of images;
Means for determining whether the generated plurality of quality sensitivities are consistent with a sample that is a genuine, non-hidden biological tissue.
前記生成された複数の質感度が、本物の隠されていない生物組織である試料と一致するかどうかを判断するための前記手段は、該点が該多次元空間の所定の領域内にあるかどうかを判断するための手段を含む、請求項21に記載の装置。 Said means for generating an optical contrast measure further comprises means for generating a multidimensional scaling such that the figure of merit is mapped to a point in multidimensional space;
The means for determining whether the generated plurality of quality sensitivities are consistent with a sample that is a real, non-hidden biological tissue, wherein the point is within a predetermined region of the multidimensional space. The apparatus of claim 21 including means for determining whether.
個人の皮膚と推定される部位を照明光で照明するステップであって、該皮膚と推定される部位は表面と接触している、ステップと、
該皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するステップであって、該光は該表面を含む平面内で実質的に受光される、ステップと、
該受光された光から画像を形成するステップと、
該画像から画像質感度を生成するステップと、
該バイオメトリック機能を実施するよう該生成された画像質感度を分析するステップと
を含む、方法。 A method for performing a biometric function comprising:
Illuminating a site presumed to be an individual's skin with illumination light, wherein the site presumed to be skin is in contact with a surface;
Receiving light scattered from a site presumed to be the skin, wherein the light is received substantially in a plane including the surface;
Forming an image from the received light;
Generating image quality sensitivity from the image;
Analyzing the generated image quality sensitivity to perform the biometric function.
前記皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するステップは、該画像検出器において該皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するステップを含む、請求項23に記載の方法。 The surface is a surface of an image detector;
24. The method of claim 23, wherein receiving light scattered from a site presumed to be skin includes receiving light scattered from a site presumed to be skin by the image detector.
パターンの実質的な劣化または減衰なしに、前記平面から該平面の外側に配置される画像検出器へ光のパターンを平行移動させるステップと、
該画像検出器において該平行移動されたパターンを受光するステップとを含む、請求項23に記載の方法。 Receiving light scattered from the presumed site of the skin,
Translating a pattern of light from the plane to an image detector located outside the plane without substantial degradation or attenuation of the pattern;
24. receiving the translated pattern at the image detector.
前記画像質感度を生成するステップは、該複数の画像のそれぞれの空間移動窓法分析を行うステップを含む、請求項29に記載の方法。 The image comprises a plurality of images corresponding to various wavelengths,
30. The method of claim 29, wherein generating the image quality sensitivity comprises performing a spatial moving window analysis of each of the plurality of images.
該参照画像質感度は、参照皮膚部位から散乱される光から形成される参照画像から生成され、
前記皮膚と推定される部位は、該参照皮膚部位とは実質的に異なる、請求項23に記載の方法。 Analyzing the generated image quality sensitivity to perform the biometric function comprises comparing the generated image quality sensitivity to a reference image quality sensitivity;
The reference image quality sensitivity is generated from a reference image formed from light scattered from a reference skin site,
24. The method of claim 23, wherein the site presumed to be skin is substantially different from the reference skin site.
該皮膚と推定される部位が該表面と接触している場合に、該皮膚と推定される部位を照明するよう配置された照明サブシステムと、
該皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するよう配置された検出サブシステムであって、該光は、該表面を含む平面内で実質的に受光される、検出サブシステムと、
該検出サブシステムと連動され、
該受光された光から画像を形成するための命令と、
該画像から画像質感度を生成するための命令と、
該バイオメトリック機能を実施するよう該生成された画像質感度を分析するための命令と
を有する演算ユニットと
を備える、バイオメトリックセンサ。 A surface configured to contact the presumed site of the individual's skin;
An illumination subsystem arranged to illuminate the presumed site of skin when the presumed site of skin is in contact with the surface;
A detection subsystem arranged to receive light scattered from a site presumed to be the skin, wherein the light is received substantially in a plane including the surface;
In conjunction with the detection subsystem,
Instructions for forming an image from the received light;
Instructions for generating image quality sensitivity from the image;
And a computing unit having instructions for analyzing the generated image quality sensitivity to perform the biometric function.
前記生成された画像質感度を分析するための前記命令は、前記生成された画像質感度から前記皮膚と推定される部位が生体組織を備えるかどうかを判断するための命令を備える、請求項37に記載のバイオメトリックセンサ。 The biometric function includes an anti-spoofing function,
38. The instructions for analyzing the generated image quality sensitivity comprise instructions for determining whether a site that is estimated to be skin from the generated image quality sensitivity comprises a living tissue. The biometric sensor described in 1.
前記生成された画像質感度を分析するための前記命令は、該生成された画像質感度から個人の身元を判断するための命令を備える、請求項37に記載のバイオメトリックセンサ。 The biometric function includes an identity confirmation function,
38. The biometric sensor of claim 37, wherein the instructions for analyzing the generated image quality sensitivity comprise instructions for determining an individual's identity from the generated image quality sensitivity.
前記生成された画像質感度を分析するための前記命令は、前記生成された画像質感度から個人のデモグラフィック特性または人体計測特性を推定するための命令を備える、請求項37に記載のバイオメトリックセンサ。 The biometric function includes a demographic function or an anthropometric function,
38. The biometric of claim 37, wherein the instructions for analyzing the generated image quality sensitivity comprise instructions for estimating an individual demographic characteristic or anthropometric characteristic from the generated image quality sensitivity. Sensor.
前記表面は、該画像検出器の表面であり、
前記検出サブシステムは、該画像検出器を備え、該画像検出器において前記皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するよう構成される、請求項37に記載のバイオメトリックセンサ。 An image detector,
The surface is the surface of the image detector;
38. The biometric sensor of claim 37, wherein the detection subsystem comprises the image detector and is configured to receive light scattered from a site presumed to be the skin at the image detector.
パターンの実質的な劣化または減衰なしに、該平面から該画像検出器へ光のパターンを平行移動させるよう構成された光学配置とをさらに備え、
前記検出サブシステムは、該画像検出器を備え、該画像検出器において該平行移動されたパターンを受光するよう構成される、請求項37に記載のバイオメトリックセンサ。 An image detector disposed outside the plane;
An optical arrangement configured to translate the pattern of light from the plane to the image detector without substantial degradation or attenuation of the pattern;
38. The biometric sensor of claim 37, wherein the detection subsystem comprises the image detector and is configured to receive the translated pattern at the image detector.
前記画像質感度を生成するための前記命令は、該複数の画像のそれぞれの空間移動窓法分析を行うための命令を備える、請求項43に記載のバイオメトリックセンサ。 The image comprises a plurality of images corresponding to various wavelengths,
44. The biometric sensor of claim 43, wherein the instructions for generating the image quality sensitivity comprise instructions for performing a spatial moving window analysis of each of the plurality of images.
該参照画像質感度は、参照皮膚部位から散乱される光から形成される参照画像から生成され、
前記皮膚と推定される部位は、該参照皮膚部位とは実質的に異なる、請求項37に記載のバイオメトリックセンサ。 The instructions for analyzing the generated image quality sensitivity to perform the biometric function comprise instructions for comparing the generated image quality sensitivity with a reference image quality sensitivity;
The reference image quality sensitivity is generated from a reference image formed from light scattered from a reference skin site,
38. The biometric sensor of claim 37, wherein the site presumed to be skin is substantially different from the reference skin site.
該皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するよう配置され、該受光される光が入射するカラー画像装置を備える、検出サブシステムと、
該検出サブシステムと連動され、
該カラー画像装置により、該皮膚と推定される部位の複数の空間的に分布した画像を該受光された光から導出するための命令であって、該複数の空間的に分布した画像は個人の照明された組織の種々の量に対応する命令と、
バイオメトリック機能を実施するよう該複数の空間的に分布した画像を分析するための命令とを有する、演算ユニットと
を備える、バイオメトリックセンサ。 A white light illumination subsystem arranged to illuminate the presumed site of the individual's skin with white light;
A detection subsystem comprising a color imaging device arranged to receive light scattered from a site presumed to be the skin, and receiving the received light;
In conjunction with the detection subsystem,
Instructions for deriving, from the received light, a plurality of spatially distributed images of the site estimated to be the skin by the color image device, wherein the plurality of spatially distributed images Instructions corresponding to different amounts of illuminated tissue;
And a computing unit having instructions for analyzing the plurality of spatially distributed images to perform a biometric function.
前記検出システムは、前記受光された光に出会うように配置される第二の偏光子を備え、
該第一および第二の偏光子は、互いに対して交差している、請求項51に記載のバイオメトリックセンサ。 The illumination subsystem comprises a first polarizer arranged to polarize the white light;
The detection system comprises a second polarizer arranged to encounter the received light;
52. The biometric sensor of claim 51, wherein the first and second polarizers intersect each other.
前記バイオメトリック機能は、バイオメトリック識別を備え、
前記複数の空間的に分布した画像を分析するための前記命令は、
該皮膚と推定される部位の表面指紋画像または表面掌紋画像を、該複数の空間的に分布した画像から導出するための命令と、
前記個人の身元を識別するために、該表面指紋画像または表面掌紋画像を、指紋または掌紋の画像のデータベースと比較するための命令とを備える、請求項51に記載のバイオメトリックセンサ。 The site presumed to be the skin is the palm surface of a finger or hand,
The biometric function comprises biometric identification;
The instructions for analyzing the plurality of spatially distributed images are:
Instructions for deriving a surface fingerprint image or surface palmprint image of the site presumed to be the skin from the plurality of spatially distributed images;
52. The biometric sensor of claim 51, comprising: instructions for comparing the surface fingerprint image or surface palmprint image with a database of fingerprint or palmprint images to identify the identity of the individual.
前記複数の空間的に分布した画像を分析するための前記命令は、前記個人の身元を識別するための該複数の空間的に分布した画像を、多重スペクトル画像のデータベースと比較するための命令を備える、請求項51に記載のバイオメトリックセンサ。 The biometric function comprises biometric identification;
The instructions for analyzing the plurality of spatially distributed images include instructions for comparing the plurality of spatially distributed images for identifying the individual's identity with a database of multispectral images. 52. The biometric sensor of claim 51, comprising:
該皮膚と推定される部位と照明領域とは、相対的に動いている、請求項51に記載のバイオメトリックセンサ。 The illumination subsystem is configured to illuminate a site presumed to be the skin within an illumination area;
52. The biometric sensor according to claim 51, wherein the portion estimated to be skin and the illumination region are moving relatively.
個人の皮膚と推定される部位を白色光で照明するステップと、
受光される光が入射するカラー画像装置により、該皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するステップと、
該カラー画像装置により、該皮膚と推定される部位の複数の空間的に分布した画像を該受光された光から導出するステップであって、前記複数の空間的に分布した画像は該個人の照明された組織の種々の量に対応する、ステップと、
該バイオメトリック機能を実施するよう該複数の空間的に分布した画像を分析するステップと
を含む、方法。 A method for performing a biometric function comprising:
Illuminating the presumed portion of the individual's skin with white light;
Receiving light scattered from a site estimated to be the skin by a color image device on which the received light is incident;
Deriving, from the received light, a plurality of spatially distributed images of the site estimated to be the skin by the color imaging device, wherein the plurality of spatially distributed images are illuminated by the individual; Steps corresponding to various amounts of the treated tissue;
Analyzing the plurality of spatially distributed images to perform the biometric function.
複数の狭帯域光源を備える複数の狭帯域光線を生成するステップと、
該複数の狭帯域光線を結合するステップとを含む、請求項65に記載の方法。 Illuminating the presumed skin portion of the individual with white light,
Generating a plurality of narrowband rays comprising a plurality of narrowband light sources;
66. combining the plurality of narrowband rays.
該皮膚と推定される部位から散乱される光を受光するステップは、該受光された光を第二の偏光により変更するステップを含み、
該第一および第二の偏光は互いに対して実質的に交差している、請求項65に記載の方法。 Illuminating the site presumed to be the skin includes polarizing the white light with a first polarization,
Receiving the light scattered from the site presumed to be the skin includes changing the received light with a second polarization;
66. The method of claim 65, wherein the first and second polarizations are substantially crossed with respect to each other.
前記バイオメトリック機能は、バイオメトリック識別を備え、
前記複数の空間的に分布した画像を分析するステップは、
該皮膚と推定される部位の表面指紋画像または表面掌紋画像を、該複数の空間的に分布した画像から導出するステップと、
前記個人の身元を識別するよう該表面指紋画像または表面掌紋画像を、指紋または掌紋の画像のデータベースと比較するステップとを含む、請求項65に記載の方法。 The site presumed to be the skin is the palm surface of a finger or hand,
The biometric function comprises biometric identification;
Analyzing the plurality of spatially distributed images;
Deriving from the plurality of spatially distributed images a surface fingerprint image or surface palmprint image of the site presumed to be the skin;
66. The method of claim 65, comprising comparing the surface fingerprint image or surface palmprint image to a database of fingerprint or palmprint images to identify the individual's identity.
前記複数の空間的に分布した画像を分析するステップは、前記個人の身元を識別するよう該複数の空間的に分布した画像を、多重スペクトル画像のデータベースと比較するステップを含む、請求項65に記載の方法。 The biometric function comprises biometric identification;
66. The step of analyzing the plurality of spatially distributed images comprises comparing the plurality of spatially distributed images to a database of multispectral images to identify the individual's identity. The method described.
該皮膚と推定される部位と照明領域とは、相対的に動いている、請求項65に記載の方法。 The step of illuminating the part of the person estimated to be the skin with white light is performed within an illumination area,
66. The method of claim 65, wherein the site presumed to be skin and the illumination area are moving relative to each other.
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