CN101661555B - 静脉成像装置、静脉成像方法和静脉认证装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静脉成像装置、静脉成像方法和静脉认证装置，其中该静脉成像装置包括：透镜阵列，其以阵列形式布置多个光接收透镜；多个近红外光照射源，其分别布置在透镜阵列的相反端并且以近红外光照射生物体的部位；成像元件，其基于由透镜阵列聚集并且在生物体中散射并透过静脉的近红外光而生成静脉的摄像；以及亮度调整单元，其根据用于控制成像元件的同步信号以及离近红外光照射源的距离而调整从近红外光照射源照射的近红外光的亮度，其中成像元件在与布置有近红外光照射源的透镜阵列的侧面垂直的方向上执行线扫描。

Description

静脉成像装置、静脉成像方法和静脉认证装置

技术领域

本发明涉及一种静脉成像装置、静脉成像方法和静脉认证装置。 

背景技术

在未来的网络化社会中，生物个体认证是用于保护私有权的非常重要的技术。具体地说，对于可以通过欺骗其他人在因特网上窃取金钱、内容和权利的商业交易，生物个体认证作为用于保护仅仅通过密码不可以解决的领域的技术而被关注。这里，关于指纹和虹膜的伪造问题依然存在。从这个观点来看，利用不易成像的部位的静脉图案的个体认证技术由于确定精确且难以伪造和欺骗而有望成为下一代的生物个体认证。 

指纹认证技术和静脉认证技术是生物个体认证技术的示例。对于指纹认证技术，存在这样的问题，即大约百分之四的用户可能没有登记并且对通过遗留指纹进行欺骗的抵抗力可能不够。然而，由于图像合成可以以利用线传感器、区域传感器等的扫描类型而容易地执行，存在可以缩小传感器尺寸的优势。另一方面，预期成为下一代认证技术而没有这些问题的静脉认证技术由于传感器大而难以安装在移动设备等上。具体地说，对于利用静脉的透视图像的成像类型，由于光源位置的限制严格而难以将设备配置成平面形状。 

为了实现缩小利用静脉认证技术的设备的尺寸，在日本专利申请公开No.2008-36058中采用以阵列形式布置微透镜的微透镜阵列。 

发明内容

除了利用微透镜阵列之外，可能有必要使向用作成像对象的生物体照射光的光源与设备集成以便实现设备尺寸的缩小。然而，在光源与设备集成的情况下，从光源照射的光的强度随着远离光源而迅速地降低。可以考虑若干方法来作为对此问题的解决方案。然而，考虑设备被安装到不同装备上的情况的限制，尚未获得满意的解决方案。 

本发明是鉴于上面的问题而提出的，并且期望提供一种新改进的、能够在实现缩小装置尺寸的同时容易地获得均匀亮度的静脉图像的静脉成像装置、静脉成像方法和静脉认证装置。 

根据本发明的实施例，提供了一种静脉成像装置，其包括：透镜阵列，其以阵列形式布置多个光接收透镜；多个近红外光照射源，其分别布置在透镜阵列的相反端，并且以近红外光照射生物体的部位；成像元件，其基于由透镜阵列聚集并且在生物体中散射并透过静脉的近红外光而生成静脉的摄像；以及亮度调整单元，其根据用于控制成像元件的同步信号以及离近红外光照射源的距离而调整从近红外光照射源照射的近红外光的亮度，其中成像元件最好在与布置有近红外光照射源的透镜阵列的侧面垂直的方向上执行线扫描。 

使用上述构造，亮度调整单元根据用于控制成像元件的同步信号以及离近红外光照射源的距离而调整从近红外光照射源照射的近红外光的亮度。 

亮度调整单元最好沿着成像元件的扫描方向随时间改变近红外光的亮度。 

亮度调整单元最好在近红外光照射源附近减小近红外光的亮度，并且朝着透镜阵列的接近中心的方向增大近红外光的亮度。

 亮度调整单元可以根据预定校正曲线随时间改变亮度。 

亮度调整单元还可以包括电流控制单元，其控制要被提供到近红外光照射源的电流量。 

亮度调整单元还可以包括开关控制单元，其执行近红外光照射源的开关控制，并且开关控制单元可以根据用于近红外光照射源的开关控制的脉冲的宽度和频率而随时间改变亮度。

根据本发明的另一实施例，提供了一种静脉成像方法，包括以下步骤：以由静脉成像装置调整亮度的近红外光照射生物体的部位；以及根据同步信号对以经亮度调整的近红外光照射的生物体部位进行成像并且生成静脉的摄像，其中静脉成像装置包括：透镜阵列，其以阵列形式布置多个光接收透镜；多个近红外光照射源，其分别布置在透镜阵列的相反端，并且以近红外光照射生物体部位；成像元件，其基于由透镜阵列聚集并且在生物体中散射并透过静脉的近红外光而生成静脉的摄像；以及亮度调整单元，其根据用于控制成像元件的同步信号以及离近红外光照射源的距离而 调整从近红外光照射源照射的近红外光的亮度，其中成像元件最好在与布置有近红外光照射源的透镜阵列的侧面垂直的方向上执行线扫描。 

根据本发明的另一实施例，提供了一种静脉认证装置，包括：静脉成像单元；静脉图案提取单元，其从由静脉成像单元生成的静脉摄像提取静脉图案；以及认证单元，其基于所提取的静脉图案执行认证处理，其中静脉成像单元包括：透镜阵列，其以阵列形式布置多个光接收透镜；多个近红外光照射源，其分别布置在透镜阵列的相反端，并且以近红外光照射生物体的部位；成像元件，其基于由透镜阵列聚集并且在生物体中散射并透过静脉的近红外光而生成静脉的摄像；以及亮度调整单元，其根据用于控制成像元件的同步信号以及离近红外光照射源的距离而调整从近红外光照射源照射的近红外光的亮度，其中成像元件最好在与布置有近红外光照射源的透镜阵列的侧面垂直的方向上执行线扫描。 

根据上述本发明的实施例，可以在实现设备尺寸缩小的同时容易地获得均匀亮度的静脉图像。 

附图说明

图1是描述根据本发明第一实施例的静脉成像装置的构造的框图； 

图2是根据本实施例的静脉成像装置的平面图； 

图3是在图2中的线A-A处剖开的剖视图； 

图4A是描述在近红外光照射源的位置和亮度之间的关系的说明图； 

图4B是描述在近红外光照射源的位置和亮度之间的关系的说明图； 

图4C是描述在近红外光照射源的位置和亮度之间的关系的说明图； 

图5A是描述根据本实施例的亮度调整单元的说明图； 

图5B是描述根据本实施例的亮度调整单元的说明图； 

图6A是描述根据本实施例的亮度调整单元的说明图； 

图6B是描述根据本实施例的亮度调整单元的说明图； 

图7是描述根据本实施例的静脉认证装置的构造的框图；以及 

图8是描述根据本发明每个实施例的静脉成像装置的硬件构造的框图。 

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有实质上相同的功能和结构的结构元件以相同标号来表示，并且省略对这些结构元件的重复说明。 

这里，以下面的次序进行描述。 

(1)第一实施例 

(1-1)静脉成像装置的构造 

(1-2)静脉成像装置的操作 

(1-3)将静脉成像装置安装到静脉认证装置的示例 

(2)根据本发明每个实施例的静脉成像装置的硬件构造 

(3)总结 

通过上述研究，本发明的发明人得出了以下意见。使用相关领域中的静脉成像装置，拍摄诸如手指静脉的精细静脉的图像是困难的，除非成像装置和照明装置相距一定程度。这是因为照射到手指中的近红外光由于生物体而引起较大地散射。一般而言，据说照射到生物体中的近红外光中的70％或更多仅仅到达真皮层。因此，从成像装置侧照射的光通过真皮变为反射光。因此，由于反射光的干扰，通过吸收来自背面的散射光而为阴影的精细静脉图像的对比度显著地降低。从而，成像变得困难。因此，相关领域中的静脉成像装置的使用限于诸如手掌或手背的大静脉。 

如稍后描述，根据本发明每个实施例的静脉成像装置包括使用微透镜阵列的平坦传感器以及被布置在面板附近的集成照明装置。在本发明的每个实施例中，通过提供方向性控制板或孔板以及光源来执行仅仅来自静脉背面的选择性光的成像变为可能，其中方向性控制板或孔板被布置成用于提取到微透镜阵列中的每个透镜的选择性光。以这种方式，实现了光源与传感器的集成，这对于相关领域中的光学***来说是困难的。 

然而，使用上述构造，由于光的强度和亮度随着远离照明装置的附近而迅速地减小，因此出现以下三个问题。 

1.由于照明装置的附近和中心的亮度分布太大，因此难以采用一次成像拍摄整体。 

2.当将照明调整为在中心处感光时，感光器在照明装置的附近饱和， 从而成像变得困难。 

3.当将照明调整为在照明装置附近感光时，在中心的S/N比率减小，从而成像变得困难。 

为了解决上述问题，在相关领域中提出了一种利用具有光学分布的亮度分布滤光器的解决方法。然而，下面描述的一些问题仍然没有解决。因此该方法难以实际实施。 

1.目前，用于成像元件的TFT近红外传感器在灵敏度和动态范围方面都不够。通过使用亮度分布滤光器，进一步减小灵敏度和动态范围。 

2.由于极大地减小了传感器灵敏度，以高亮度照射源进行照明可能是必要的。 

3.用于校正光学亮度分布滤光器的影响的图像校正处理是非常困难的。 

4.由于故意产生亮度不均匀，因此其不可以用于传感器显示。 

5.由于产生传感器灵敏度上的变化，其不可以用于触摸板传感器。 

具体地说，对于期望的平坦传感器的实施例，No.4和No.5变为关键的缺陷。 

根据本发明的每个实施例，为了解决上述问题，由本发明的发明人提供了如下所述的静脉成像装置。 

(第一实施例) 

<静脉成像装置的构造> 

首先，将参考图1到3详细地描述根据本发明第一实施例的静脉成像装置的构造。图1是描述根据本实施例的静脉成像装置的构造的框图。图2是根据本实施例的静脉成像装置的平面图。然后，图3是在图2中的线A-A处剖开的剖视图。 

例如，如图1所示，根据本实施例的静脉成像装置10主要包括微透镜阵列(MLA)101、近红外光照射源105、成像元件109、亮度调整单元113和存储器单元121。静脉成像装置10对放在其上的生物体的部位(例如，手指)进行成像，并且生成存在于生物体中的静脉的摄像(即，静脉图像)。 

微透镜阵列(MLA)101接收从稍后提及的近红外光照射源105照射到 生物体的部位之后穿透生物体中的静脉的近红外光(在下文中也被称为静脉透射光)，并且将该光引导到稍后提及的成像元件109。 

近红外光照射源105对放在静脉成像装置10上的生物体部位照射具有预定频带的近红外光。近红外光能够被血液中的血红蛋白(即，还原血红蛋白)吸收同时对身体组织具有高穿透性。因此，当近红外光照射到手指、手掌或手背时，在其内部延伸的静脉作为阴影出现在图像上。呈现图像的阴影被称为静脉图案。为了满意地执行静脉图案的成像，近红外光照射源105照射波长大约在600nm和1300nm之间并且最好在700nm和900nm之间的近红外光。 

这里，当从近红外光照射源105照射的近红外光的波长短于600nm或长于1300nm时，被血液中的血红蛋白吸收的比率变小。因此，获得满意的静脉图案是困难的。另一方面，当从近红外光照射源105照射的近红外光的波长大约在700nm和900nm之间时，近红外光特别是被脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白两者吸收。因此，可以获得满意的静脉图案。 

这里，例如，可以采用发光二极管(LED)作为近红外光照射源105。此外，代替具有上述频带的发光二极管，也可以使用能够照射包括上述频带的光的发光二极管与光学上限制照射光的波段的滤光器的组合。 

从近红外光照射源105照射的近红外光的亮度由稍后提及的亮度调整单元113进行控制。 

成像元件109具有以网格形状布置多个感光器的成像表面，并且基于通过微透镜阵列101形成图像的静脉透射光而生成近红外光的静脉图像。例如，电荷耦合器件(CCD)类型的图像传感器、互补金属氧化物半导体类型图像传感器等可以被用作根据本实施例的成像元件109。成像元件109输出所生成的静脉图像(在下文中也被称为图像数据)。此外，成像元件109可以将所生成的静脉图像存储在稍后提及的存储器单元121。 

成像元件109的感光器的扫描定时等由稍后提及的成像元件控制单元111控制。 

成像元件控制单元111例如包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等，并且执行对成像元件109的驱动控制。更具体地说，成像元件控制单元111基于预定的同步信号而控制成像元件109的感光器的扫描定时等。这里，成像元件控制单元111能够参考存储在稍后提及的存储器单元121中的各种参数和数据库等，执行对成像 元件109的控制。 

亮度调整单元113例如包括CPU、ROM、RAM等。然后，亮度调整单元113根据用于控制成像元件109的同步信号、以及从近红外光照射源105到微透镜阵列101上方位置的距离，调整从近红外光照射源105照射的近红外光的亮度。亮度调整单元113能够根据存储在稍后提及的存储器单元121中的校正曲线123而执行亮度调整。 

在下面，将详细地描述亮度调整单元113。 

存储器单元121存储校正曲线123，用于调整从近红外光照射源105照射的近红外光的亮度。另外，也可存储由成像元件109生成的静脉图像等。此外，除了上面的之外，也可适当地存储在静脉成像装置10执行某处理时所需存储的参数、处理进度、各种数据库等。存储器单元121能够由成像元件109、成像元件控制单元111、亮度调整单元113等来读取和写入。 

[静脉成像装置的结构] 

接下来，参考图2和图3详细地描述根据本实施例的静脉成像装置的结构。 

如图2所示，例如，根据本实施例的静脉成像装置10的微透镜阵列101具有多个微透镜103。微透镜103在预定基底上被布置成网格形状。例如，如图3所示，微透镜103中的每个透镜将从光入射表面照射到微透镜103的静脉透射光引导到稍后提及的成像元件109中。微透镜阵列101是图像表面曲率小得以致在深度方向上几乎不存在失真的透镜阵列。因此，可通过利用这种微透镜阵列101来获得满意的图像数据。构成微透镜阵列101的微透镜103中的每个微透镜的焦点被设置在静脉层的位置，其中存在作为静脉成像装置10的成像对象的静脉V。 

众所周知，人体的皮肤具有表皮层、真皮层和皮下组织层的三层结构。上述的静脉层存在于真皮层中。真皮层是存在于离手指表面大约0.1到0.3mm的位置下面的、大约2到3mm厚的层。因此，通过将微透镜103的焦点设置在真皮层的存在位置处(例如，离手指表面大约1.5到2.0mm的位置)，可以有效地聚集穿透静脉层的透射光。 

这里，根据本实施例被布置到微透镜阵列101的微透镜103的数目不限于图2中示出的示例。根据本实施例被布置到微透镜阵列101的微透镜103的数目可以根据要被成像的生物体的尺寸以及成像元件109的尺寸而 自由地设置。 

例如，如图2所示，作为近红外光照射源105的示例的多个发光二极管被布置在微透镜阵列101的相反端。布置发光二极管的端最好与生物体部位(即，图2和图3所示的示例中的手指FG)的上端和下端相对应。通过如上所述布置发光二极管，近红外光可以从手指FG的上部方向和下部方向进行照射。 

这里，不限于图2所示的示例，根据本实施例的近红外光照射源105的数目可以根据微透镜阵列101的尺寸、近红外光照射源105的照射的可能区域等而自由地设置。 

此外，例如，如图2和图3所示，方向性控制板107被装备在微透镜阵列101和近红外光照射源105之间。方向性控制板107控制从近红外光照射源105照射的直接光12的方向性，使得直接光12不被直接照射到微透镜阵列101的微透镜103。 

例如，如图3所示，从近红外光照射源105照射的近红外光向上传播到手指FG的表面并且作为直接光12被照射到手指FG中。这里，由于人体是近红外光的极好散射体，因此照射到手指FG中的直接光12被传播同时沿着各个方向被散射。部分散射光作为背面散射光13穿过上述静脉层从背面前进到手指表面，并且在途中穿透静脉V。穿透静脉的静脉透射光被照射到构成微透镜阵列101的微透镜103中的每个微透镜。 

这里，方向性控制板107被布置在彼此相邻的微透镜103的边界部分。使用方向性控制板107，可以控制静脉透射光的方向性并且可以选择要聚集到成像元件109的静脉透射光。 

[亮度调整单元] 

其后，参考图4A到6B详细地描述根据本实施例的亮度调整单元。图4A到4C是描述近红外光照射源的位置和亮度之间的关系的说明图。图5A到6B是描述根据本实施例的亮度调整单元的说明图。 

例如，如图4A所示，根据本实施例的静脉成像装置10包括微透镜阵列101以及布置在微透镜阵列101的相反端的近红外光照射源105。当将生物体的部位(例如，手指FG)放在静脉成像装置10上时，近红外光照射源105照射近红外光。然后，成像元件对由微透镜阵列101聚集的静脉透射光执行线扫描并且生成静脉图像。这里，如图4A所示，成像元件的扫描方向是与布置有近红外线光照射源105的透镜阵列的侧面垂直的方 向，即手指的上到下方向。在下面，沿着手指的上到下方向的扫描方向被称为垂直方向。 

在如图4A所示配置的静脉成像装置10中，如图4B所示，在从近红外光照射源105照射的近红外光的亮度未被调整的情况下，亮度离光源105越近就越高而离光源105越远就越低。结果，如图4B所示，在亮度未被调整的情况下，在沿着微透镜阵列101的垂直方向的接近中心部分处的亮度变低，从而照明程度不均匀。 

这里，通过在近红外光照射源105的附近减小从近红外光照射源105照射的近红外光的亮度并且在接近中心部分处增大亮度，可以解决这种照明的不均匀，而无需如在采用亮度分布滤光器的情况下那样降低装置的灵敏度。 

为了执行如上所述的亮度控制，根据本实施例的静脉成像装置10被装备有亮度调整单元113。 

[亮度调整单元的第一示例] 

图5A和图5B示出根据本实施例的亮度调整单元113的示例。如图5A所示，亮度调整单元113的示例包括电流控制单元115和电流驱动器117。 

例如，电流控制单元115包括CPU、ROM、RAM等。与输入到成像元件控制单元111中的同步信号类似的信号被输入到电流控制单元115。电流控制单元115与同步信号的开关操作同步地经由稍后提及的电流驱动器117，控制要提供到近红外光照射源105的电流量。更具体地说，为了实现如图5B的校正曲线所示的随着时间的电流量变化，电流控制单元115将适当电流量的控制信号输出到电流驱动器117并且在扫描方向上调整光源105的亮度。 

例如，电流驱动器117包括CPU、ROM、RAM等并且基于从电流控制单元115输出的电流量的控制信号而将电流提供到近红外光照射源105。 

在根据本实施例的静脉成像装置10中，成像元件109的垂直扫描方向被设置为与光源105的排列方向垂直。因此，可以利用垂直同步信号、与水平线的光接收定时同步地执行光源105的亮度控制。 

从图5B可清楚地看出，本示例中的电流量的校正曲线形成随着时间增大电流量并且从某时间点起减小电流量的形状。例如，当水平线处于光 源105的附近时(即，当时间接近于零时)，执行电流量的控制同时监控以8位转换的图像数据是否饱和。然后，当水平线朝着微透镜阵列101的中心部分前进并且来自生物体内部的散射光减小时，提供到光源105的电流量增大。以这种方式，可以实现如图4C所示的近红外光的亮度分布。 

[亮度调整单元的第二示例] 

图6A和图6B示出根据本实施例的亮度调整单元113的示例。如图6A所示，亮度调整单元113的示例包括电流驱动器117和开关控制单元119。 

例如，开关控制单元119包括CPU、ROM、RAM等。在前面的示例中，从近红外光照射源105照射的近红外光的亮度通过提供到光源105的电流量来控制。在该示例中，如图4C所示的亮度分布通过控制近红外光照射源105的照明时间来实现。 

与输入到成像元件控制单元111中的同步信号类似的信号被输入到开关控制单元119。与同步信号的开关操作同步，开关控制单元119经由电流驱动器117而控制近红外光照射源105的照明时间。更具体地说，为了实现如图6B的校正曲线所示的照明时间变化，开关控制单元119输出适当的照明脉冲宽度的控制信号到电流驱动器117并且在扫描方向上调整光源105的亮度。如图6B所示，照明时间的控制通过控制照明脉冲宽度来执行。脉冲宽度控制可以通过控制输入到电流驱动器117的开关控制信号的脉冲数来执行。 

本示例的电流驱动器117例如包括CPU、ROM、RAM等，并且基于从开关控制单元119输出的脉冲宽度的控制信号而将电流适当地提供到近红外光照射源105。 

从图6B可清楚地看出，本示例中的脉冲宽度的校正曲线形成随着时间增大脉冲宽度并且从某时间点起减小脉冲宽度的形状。例如，当水平线处于光源105的附近时(即，当时间接近于零时)，执行脉冲宽度的控制同时监控以8位转换的图像数据是否饱和。然后，当水平线朝着微透镜阵列101的中心部分前进并且来自生物体内部的散射光减小时，脉冲宽度增大。以这种方式，可以实现如图4C所示的近红外光的亮度分布。 

这里，图5B和图6B中示出的校正曲线预先被设置成既满足在其两端的饱和度又满足在接近中心部分的灵敏度缺陷。例如，在首次执行静脉成像时测量校正曲线并且将其预先存储在存储器单元121中。然后，通过 在后续处理参考所存储的校正曲线123，可以提高根据本实施例的静脉成像装置10的处理速度。 

顺便提及，在上述的时间控制中，最好根据成像元件109的类型而改变同步信号的定时。这是因为由于在成像元件109为CCD的情况与成像元件109为CMOS的情况之间的数据读取特性不同，因此最好适当地调整元件的复位定时(reset timing)。 

上述示例被描述成以电流量或脉冲宽度控制从近红外光照射源105照射的近红外光的亮度的情况。另外，也可通过成像元件109的电子快门控制来执行亮度分布的校正。此外，也可通过利用各种图像处理技术来执行亮度分布的校正。 

到此为止，描述了根据本实施例的静脉成像装置10的功能示例。上述的每个结构组件可以通过通用组件或电路来配置，或者可以通过专用于每个结构组件的功能的硬件来配置。此外，也可通过CPU等来执行结构组件中的各个功能。因此，也可根据实现本实施例时的技术水平而适当地改变要采用的结构。 

<静脉成像装置的操作> 

在上述的静脉成像设备10中，当将生物体的部位(例如，手指)放在微透镜阵列101上时，点亮近红外光照射源105并且执行成像的准备。同时，通过参考存储器单元121来确定是否预先登记了校正曲线123。在预先登记了校正曲线123的情况下，亮度调整单元113参考所登记的校正曲线123执行光源105的亮度控制。相反，在登记校正曲线不存在的情况下，亮度调整单元113控制亮度，使得既满足从成像元件109输出的数据的饱和度又满足在接近中心部分的灵敏度缺陷。 

接下来，基于所输入的同步信号，亮度调整单元113控制近红外光照射源105的驱动同时调整亮度，从而以近红外光照射生物体的部位。同时，成像元件109基于所输入的同步信号而执行以经亮度调整的近红外光照射的生物体部位的成像。以这种方式，生成以近红外光均匀照射的生物体的静脉图像。 

使用上述的静脉成像装置，在成像宽度(即，在扫描方向上的宽度)大约为30mm的成像范围内的亮度抑制比率经测量大约为三十二分之一。该结果表示近红外光照射源105的照明功率可以通过使用根据本实施例的静脉成像装置而被抑制到三十二分之一。 

<将静脉成像装置的示例安装到静脉认证装置中> 

接下来，参考图7详细地描述将根据本实施例的静脉成像装置10安装到静脉认证装置中的情况的示例。图7是描述根据本实施例的静脉认证装置的构造的框图。 

例如，如图7所示，根据本实施例的静脉认证装置20主要包括：静脉成像单元201、静脉图案提取单元203、认证单元205和存储器单元211。 

构造与根据本实施例的静脉成像装置10类似的静脉成像单元201将经亮度调整的近红外光照射到生物体的部位同时参考存储在稍后提及的存储器单元211的校正曲线，并且生成对存在于生物体中的静脉进行成像的静脉摄像。静脉成像单元201将所生成的静脉摄像传送到稍后提及的静脉图案提取单元203。静脉成像单元201也可将所生成的静脉摄像存储在稍后提及的存储器单元211。 

例如，被配置为具有CPU、ROM、RAM等的静脉图案提取单元203包括以下功能：对于从静脉成像单元201传送的静脉摄像，执行静脉图案提取的预处理，提取静脉图案并且执行静脉图案提取的后处理。 

这里，例如，上述的静脉图案提取的预处理包括以下处理：从静脉摄像检测手指的轮廓并且识别在摄像中手指的位置；通过利用检测到的手指轮廓来旋转摄像而校正摄像的角度等等。 

上述的静脉图案的提取通过对完成了轮廓检测和角度校正的摄像应用微分滤波器来执行。微分滤波器是这样的滤波器，其在所关注的像素与其周围像素之间的差较大的部分处输出较大值。换句话说，微分滤波器是这样的滤波器，其以使用所关注的像素及其邻近的像素的刻度值之差的算法来强调线或边。 

一般而言，当取二维平面上的格点(x，y)为变量、以滤波器h(x，y)对图像数据u(x，y)执行滤波处理时，如下面的方程式1所述来生成图像数据v(x，y)。这里，方程式1中的符号‘＊’表示卷积积分。 

$v(x,y)=u(x,y)*h(x,y)$

$=\underset{m_1}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{m_2}{\mathrm{\&Sigma;}}h(m_1,m_2)u(x-m_1,y-m_2)$

$=\underset{m_1}{\mathrm{\&Sigma;}}\underset{m_2}{\mathrm{\&Sigma;}}u(m_1,m_2)h(x-m_1,y-m_2)$

(方程式1) 

对于根据本实施例的静脉图案的提取，诸如一次空间微分滤波器和二次空间微分滤波器的微分滤波器可以用于上述的微分滤波器。一次空间微分滤波器是这样的滤波器，其计算在水平方向和垂直方向上与所关注的像素相邻的像素的刻度值之差。二次空间微分滤波器是这样的滤波器，其针对所关注的像素提取刻度值的差的变化量较大的部分。 

例如，可使用在下面所描述的高斯-拉普拉斯算子(Log)滤波器作为二次空间微分滤波器。Log滤波器(如方程3中)由作为采用高斯函数的平滑滤波器的高斯滤波器(如方程2中)的二次微分来表示。这里，在方程2中，表示高斯函数的标准偏差的符号σ是表示高斯滤波器的平滑程度的变量。此外，在方程3中，符号σ是与方程式2类似的表示高斯函数的标准偏差的参数。可以通过改变σ值来改变执行Log滤波器处理的情况的输出值。 

$h_{\mathrm{gauss}}(x,y)=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&sigma;}}^2}\exp \{-\frac{(x^2+y^2)}{2{\mathrm{\&sigma;}}^2}\}$

(方程式2) 

$h_{\mathrm{Log}}(x,y)={\&dtri;}^2\&CenterDot;h_{\mathrm{gauss}}(x,y)$

$=(\frac{{\&PartialD;}^2}{\&PartialD;x^2}+\frac{{\&PartialD;}^2}{\&PartialD;y^2})h_{\mathrm{gauss}}$

$=\frac{(x^2+y^2-2{\mathrm{\&sigma;}}^2)}{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&sigma;}}^6}\exp \{-\frac{(x^2+y^2)}{2{\mathrm{\&sigma;}}^2}\}$

(方程式3) 

这里，例如，上述的静脉图案提取的后处理包括在应用微分滤波之后对摄像执行的阈值处理、二值化处理、细化处理(thinning process)等。在执行这些处理之后，提取静脉图案的构架变为可能。 

静脉图案提取单元203将如上述所提取的静脉图案和构架传送到稍后提及的认证单元205等。静脉图案提取单元203也可以将所提取的静脉图案和构架存储在稍后提及的存储器单元211。此外，静脉图案提取单元203还可以将在执行每个上述处理期间所生成的参数、处理进度等存储在存储器单元211。 

例如，认证单元205被配置成具有CPU、ROM、RAM等。认证单元205登记由静脉图案提取单元203生成的静脉图案作为模板，并且通过将由静脉图案提取单元203生成的静脉图案与预先登记的模板比较来执 行静脉图案的认证。例如，认证单元205还包括静脉图案登记单元207和静脉图案认证单元209。 

静脉图案登记单元207将由静脉图案提取单元203生成的静脉图案登记在稍后提及的存储器单元211处作为模板。除了静脉图案之外，在对登记静脉图案进行登记时，也可存储用于与静脉图案相关联来识别具有该静脉图案的人的其它数据(例如，指纹数据、面部图像数据、虹膜数据、声纹数据等)。此外，例如，登记作为模板的登记静脉图案也可能具有遵循通用生物测量交换文件格式(CBEFF)等的首标信息。 

静脉图案认证单元209基于由静脉图案提取单元203生成的静脉图案以及预先登记的静脉图案的模板而执行认证。静脉图案认证单元209向后面提及的存储器单元211请求登记静脉图案的公开内容并且在所获得的登记静脉图案与从静脉图案提取单元203传送的静脉图案之间执行比较。例如，可基于如在下面表示的那样计算出的相关系数而执行在登记静脉图案与所传送的静脉图案之间的比较。作为比较结果，静脉图案认证单元209在所传送的静脉图案与登记静脉图案相似时对所传送的静脉图案进行认证，而在不相似时不进行认证。 

由下面的方程式4定义的相关系数是表示两个数据x＝{xi}和y＝{yi}之间的相似程度的、并且取-1到1之间的实数值的统计度量。当相关系数接近于1时，其表示两个数据相似。当相关系数接近于0时，其表示两个数据不相似。此外，当相关系数接近于-1时，其表示两个数据的符号相反。 

$r=\frac{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}(x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x})(y_i-\stackrel{\&OverBar;}{y})}{\sqrt{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{(x_i-\stackrel{\&OverBar;}{x})}^2}\sqrt{\underset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}{(y_i-\stackrel{\&OverBar;}{y})}^2}}$

(方程式4) 

x：数据x的平均值 

y：数据y的平均值 

此外，静脉图案认证单元209可以将认证结果与认证时间等相关联、作为认证历史记录存储在存储器单元211。通过生成如上所述的认证历史记录，可以知道何时以及何人请求了静脉图案并且何时以及何人使用了静脉认证装置20。 

存储器单元211存储请求由静脉图案登记单元207登记的登记静脉图案以及与该登记静脉图案相关联的其它数据。除了这些数据之外，存储器 单元211也可存储由静脉成像单元201生成的静脉图像、由静脉图案提取单元203提取的静脉图案、用于执行光源的亮度控制的校正曲线等。此外，除了这些数据之外，存储器单元211也可适当地存储在静脉认证装置20执行某处理时需要存储的各种参数、处理进度、各种数据库等。存储器单元211能够由静脉成像单元201、静脉图案提取单元203、认证单元205等进行读取和写入。 

到此为止，描述了根据本实施例的静脉认证装置20的功能示例。上述每个结构组件可以通过通用部件或电路来配置，或者可以通过专用于每个功能组件的功能的硬件来配置。此外，也可通过CPU等来执行结构组件中的各个功能。因此，根据实现本实施例时的技术水平可适当地改变要采用的结构。 

这里，例如，根据本实施例的静脉认证装置20可以被安装到各种装置，例如，计算机和服务器等的信息处理装置、蜂窝电话和PHS等的便携式终端和个人数字助理(PDA)、自动柜员机(ATM)、房间进入管理装置、游戏设备或其控制器。 

在上面的描述中，登记作为模板的登记静脉图案存储在静脉认证装置20中。然而，可以将登记静脉图案存储在诸如以下的存储介质中：DVD介质、HD-DVD介质、蓝光介质、紧凑式闪存(其为注册商标)、记忆棒和SD存储卡、或者其上安装非接触型IC芯片的IC卡或电子设备等。也可将登记静脉图案存储在经由诸如因特网的通信网络而连接到静脉认证装置20的服务器。 

<硬件构造> 

接下来，参考图8详细地描述根据本发明每个实施例的静脉成像装置10的硬件构造。图8是描述根据本发明每个实施例的静脉成像装置10的硬件构造的框图。 

静脉成像装置10主要包括：CPU 901、ROM 903、RAM 905、主机总线907、电桥909、外部总线911、接口913、输入设备915、输出设备917、存储设备919、驱动器921、连接端口923和通信设备925。 

CPU 901用作运算处理装置和控制装置，并且根据存储在ROM 903、RAM 905、存储设备919或可拆卸记录介质927中的各种程序来控制静脉成像装置10中的全部或部分操作。ROM 903存储供CPU 901使用的程序、运算参数等。RAM 905暂时地存储在CPU 901的执行期间所使用的 程序、在执行期间适当改变的参数等等。这些通过主机总线907相互连接，其中主机总线907通过诸如CPU总线的内部总线来配置。 

主机总线907经由电桥909连接到诸如外设部件互连/接口(PCI)总线的外部总线911。 

输入设备915是由用户操作的操作装置，例如，鼠标、键盘、触摸板、按钮、开关和控制杆等。此外，例如，输入设备915可以是利用红外光或其他无线电波的遥控装置(即，所谓的遥控器)，或者可以是诸如支持静脉成像装置10的操作的蜂窝电话和PDA的外部连接设备929。另外，例如，输入设备915包括输入控制电路等，所述电路基于由用户使用上述的操作装置输入的信息而生成输入信号，并且将输入信号输出到CPU 901。静脉成像装置10的用户可以通过操作输入设备915而将各种数据和直接处理操作输入到静脉成像装置10。 

输出设备917被配置成具有能够将在视觉上或听觉上获得的信息通知给用户的装置。例如，输出设备917是诸如CRT显示装置、液晶显示装置、等离子体显示装置、EL显示装置或指示灯等的显示装置，诸如扬声器和耳机等的音频输出设备，打印机装置，蜂窝电话，传真机等等。例如，输出设备917输出通过由静脉成像装置10执行的各种处理获得的结果。具体地说，显示设备将通过由静脉成像装置10执行的各种处理获得的结果显示成文本或图像。另一方面，音频输出设备输出音频信号同时转换为模拟信号，其中音频信号被配置为具有再现语音数据和声音数据等。 

存储设备919是用于数据容纳的装置，其被配置为静脉成像装置10的存储器单元的示例。例如，存储设备919被配置成具有硬盘驱动器(HDD)等的磁存储器设备、半导体存储器设备、光存储器设备、光磁存储器设备等等。存储设备919存储由CPU 901执行的程序和各种数据、从外部获得的各种数据等等。 

驱动器921是用于记录介质的读取器/写入器。驱动器921被集成到或者被外部安装到静脉成像装置10。驱动器921读取存储在所安装的诸如磁盘、光盘、光磁盘、半导体存储器等的可拆卸记录介质927的信息并且将信息输出到RAM 905。此外，驱动器921也可将记录写入到所安装的诸如磁盘、光盘、光磁盘、半导体存储器等的可拆卸记录介质927。例如，可拆卸记录介质927是DVD介质、HD-DVD介质、蓝光介质、紧凑型闪存(注册商标，CF)、记忆棒和安全数字存储卡(SD存储卡)等。此外，例如，可拆卸记录介质927可以是安装有非接触型IC芯片的集成电路卡 (IC卡)或电子设备等。 

连接端口923是用于将设备直接连接到静脉成像装置10的端口。例如，连接端口923是通用串行总线(USB)、i.Link等的IEEE1394端口、小型计算机***接口(SCSI)端口、RS-232C端口、光音频端子、高清晰多媒体接口(HDMI)端口等等。通过将外部连接设备929连接到连接端口923，静脉成像装置10可以从外部连接设备929直接获得各种数据并且将各种数据提供到外部连接设备929。 

通信设备925是例如被配置成具有用于连接到通信网络931的通信设备等的通信接口。例如，通信设备925是有线或无线的局域网(LAN)、用于蓝牙或无线USB(WUSB)的通信卡、用于光通信的路由器、用于异步数字用户线路(ADSL)的路由器、用于各种通信的调制解调器等等。例如，通信设备925可以执行遵循TCP/IP等的预定协议的、相对于因特网或其他通信设备的信号等的传送和接收。此外，连接到通信设备925的通信网络931通过采用有线或无线连接的网络等来配置。例如，通信网络931可以是因特网、家庭LAN、红外通信、无线电波通信、卫星通信等等。 

到此为止，描述了能够执行根据本发明每个实施例的静脉成像装置10的功能的硬件构造的示例。上述每个结构组件可以通过通用组件或专用于每个结构组件的功能的硬件来配置。因此，可以根据实现本实施例时的技术水平而适当地改变要使用的硬件构造。 

这里，根据本发明每个实施例的静脉认证装置20的硬件构造几乎与根据本发明每个实施例的静脉成像装置10的硬件构造相同并且具有相似的效果。因此省略详细的描述。 

<总结> 

如上所述，使用根据本发明每个实施例的静脉成像装置，手指静脉的成像可以通过利用其中集成了微透镜阵列和近红外光照射源的平坦传感器来执行。此外，根据本发明每个实施例的静脉成像装置可以抑制被安装到平坦传感器的近红外光照射源的亮度。 

此外，由于实现亮度分布控制而无需牺牲传感器的灵敏度，因此根据本发明每个实施例的静脉成像装置可以使用TFT传感器来执行静脉成像。 

此外，由于不会导致图像显示的不均匀，因此根据本发明每个实施例的静脉成像装置可以连带地用作传感器显示器。另外，由于仅仅在执行静 脉成像时控制亮度分布，因此也可连带地用作触摸板传感器。 

本申请包含与2008年8月25日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-215841中公开的主题内容相关的主题内容，在此通过引用将其全文合并于此。 

本领域的技术人员应当理解，可以在所附权利要求或其等价物的范围内根据设计需要或其它因素进行各种修改、组合、子组合和变更。 

Claims (8)

1.一种静脉成像装置，包括：

透镜阵列，其以阵列形式布置多个光接收透镜；

多个近红外光照射源，其分别布置在所述透镜阵列的相反端并且以近红外光照射生物体的部位；

成像元件，其基于由所述透镜阵列聚集并且在所述生物体中散射并透过静脉的近红外光而生成所述静脉的摄像；以及

亮度调整单元，其根据用于控制所述成像元件的同步信号以及离所述近红外光照射源的距离而调整从所述近红外光照射源照射的所述近红外光的亮度，

其中所述成像元件在与布置有所述近红外光照射源的所述透镜阵列的侧面垂直的方向上执行线扫描。

2.根据权利要求1所述的静脉成像装置，其中所述亮度调整单元沿着所述成像元件的扫描方向随时间改变所述近红外光的亮度。

3.根据权利要求2所述的静脉成像装置，其中所述亮度调整单元在所述近红外光照射源附近减小所述近红外光的亮度并且朝着所述透镜阵列的接近中心的方向增大所述近红外光的亮度。

4.根据权利要求2所述的静脉成像装置，其中所述亮度调整单元根据预定校正曲线随时间改变所述亮度。

5.根据权利要求4所述的静脉成像装置，其中所述亮度调整单元还包括电流控制单元，其控制要被提供到所述近红外光照射源的电流量。

6.根据权利要求4所述的静脉成像装置，其中所述亮度调整单元还包括开关控制单元，其执行所述近红外光照射源的开关控制；并且

所述开关控制单元根据用于所述近红外光照射源的开关控制的脉冲的宽度和频率而随时间改变所述亮度。

7.一种静脉成像方法，包括以下步骤：

以由静脉成像装置调整亮度的近红外光照射生物体的部位；以及

根据同步信号对以经过亮度调整的近红外光照射的所述生物体的部位进行成像并且生成静脉的摄像，

其中所述静脉成像装置包括：

透镜阵列，其以阵列形式布置多个光接收透镜；

多个近红外光照射源，其分别布置在所述透镜阵列的相反端并且以近红外光照射所述生物体的部位；

成像元件，其基于由所述透镜阵列聚集并且在所述生物体中散射并透过所述静脉的近红外光而生成所述静脉的摄像；以及

亮度调整单元，其根据用于控制所述成像元件的所述同步信号以及离所述近红外光照射源的距离而调整从所述近红外光照射源照射的所述近红外光的亮度，

其中所述成像元件在与布置有所述近红外光照射源的所述透镜阵列的侧面垂直的方向上执行线扫描。

8.一种静脉认证装置，包括

静脉成像单元；

静脉图案提取单元，其从由所述静脉成像单元生成的静脉摄像提取静脉图案；以及

认证单元，其基于所提取的静脉图案执行认证处理，

其中所述静脉成像单元包括：

透镜阵列，其以阵列形式布置多个光接收透镜；

多个近红外光照射源，其分别布置在所述透镜阵列的相反端并且以近红外光照射生物体的部位；

成像元件，其基于由所述透镜阵列聚集并且在所述生物体中散射并透过所述静脉的近红外光而生成所述静脉的摄像；以及

亮度调整单元，其根据用于控制所述成像元件的同步信号以及离所述近红外光照射源的距离而调整从所述近红外光照射源照射的所述近红外光的亮度，

其中所述成像元件在与布置有所述近红外光照射源的所述透镜阵列的侧面垂直的方向上执行线扫描。

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