JP2008287702A - 携帯型電子機器、指紋読み取り方法及びバーコード読み取り方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】指紋画像データを記憶する指紋データメモリから指パターン画像を作成し、光センサを備えるLCDパネルに、この指パターン画像の濃度を調節しつつ、表示する。そして、光センサから得られる画像情報と指紋画像データとの特徴量を照合し、照合結果を出力する。また、バーコードを判別する際にも、同様に画像の表示による照明状態を調整して、適正なS/Nで読み取って、バーコードをデコードする。
【選択図】図2
Description
より詳細には、撮像機能を備える画像表示パネルを用いて、指紋認証やバーコード読み取りを行う技術に関する。
これら携帯型電子機器は高価であるが故に、常に盗難の危機に晒されている。
また、特に携帯電話端末においては、記憶されている電話番号等の情報が盗難に伴って流出してしまうと、元の持ち主に留まらず、多くの人々が社会的に無視できない被害を被ることとなってしまう。
また、このような被写体の場合は、最適な光量或は露出にて読み取りを行わないと、光量が多すぎる(露出過多)場合はハレーションを起こし、逆に光量が少なすぎる(露出不足)場合は画像全体が暗く潰れてしまう。
例えば、携帯電話端末が備える撮像部で、印刷物に印刷されたバーコード(一次元バーコードや二次元バーコードなど)を、撮像して読み取らせる機能を備えたものが普及している。ところが、バーコードの場合には、コードとして印刷された微細な模様を正確に読み取る必要があり、撮像時の撮影条件を最適に設定しないと、そのバーコードの正確な検出は不可能である。通常、携帯電話端末が備える撮像部でバーコードを撮像して、その撮像画像からバーコードを正確に判別するまでには、例えばバーコードを認識する枠内に入るようにして、本体を完全に静止させて撮像するなどの処理が必要であり、非常に手間がかかると共に、バーコードが認識されるまでにある程度の時間を必要とし、手軽にバーコード読み取りが行えているとは言えなかった。
携帯電話端末101は、マイクロプロセッサとしての中央制御ユニット(CPU)よりなる制御部102を備え、制御部102はバス103を介して携帯電話端末101内の各部と通信を行って、各部の動作制御を行う。なお、図1では説明を簡単にするためにバス103を1つで示してあるが、実際には制御用の制御ラインと、データ用のデータラインとを備える。
バス103には、通信処理部104と、表示部108と、操作パネル109と、ROM110と、RAM111と、音声処理部121とが接続されている。
通信処理部104には、アンテナ105が接続してあり、無線信号の送信処理及び受信処理を行う。
表示部108は、液晶画像表示パネルと、その表示パネルの駆動部とで構成され、表示パネル上の各画素に対応して光センサが配置されて、表示面に近接又は接触した画像の読み取りが可能なパネルである。この光センサ付き表示部108の詳細については後述する。
操作パネル109は、ユーザが操作する操作キーなどの操作手段で構成される。
音声処理部121にはスピーカ106とマイクロフォン107とが接続してあり、スピーカ106からの音声の出力処理及びマイクロフォン107からの入力された音声処理が行われる。
このように構成されることで、例えば操作パネル109を操作して電話番号を入力し、電話をかける、一般的な携帯電話端末として使用が可能である。
したがって、「電子機器」という括りで見ると、通信処理部104、スピーカ106及びマイクロフォン107は、携帯電話端末101の構成要件としては必須であるものの、本発明の必須構成要件ではない。
表示部108は、LCDパネル202とLCDコントローラ210とバックライト218よりなる。
LCDパネル202は、縦横にマトリクス状に画素が配置されて、画像を表示できる構成としてある。LCDパネル202の一つの画素を構成する部分に、画素トランジスタよりなる三つの発色制御体203と、三つの光センサ204よりなり、それぞれの色の画素に隣接して光センサが配置してある。この光センサ204は、LCDパネル202の表示面に近接又は接触した画像を読み取るセンサである。ここでの光センサ204による画像の読み取りは、基本的には、LCDパネル202の表示面に読み取り対象物を接触させて読み取るものであるが、例えば表示面の表面から数mm程度に近接させた状態でも読み取りが可能な場合もある。従って、読み取り可能な画像の最大のサイズは、LCDパネル202の表示面のサイズである。
発色制御体203の真上には赤、青及び緑の図示しないカラーフィルタが覆っている。発色制御体203は、オフ状態では透明であり、通電すると透明度が低下する。この透明度を制御することにより、三原色から所望の色を表示する。
光センサ204の真上にも、発色制御体203と同様に図示しないカラーフィルタが設けられており、それぞれの色に応じた光の強度を電気信号に変換して、カラー画像を読み取る処理が行われる。
LCDコントローラ210には、LCDパネル202を構成する発色制御体203と、光センサ204が接続してある。
LCDパネル発色制御部211は、インターフェース212から入力される画像データに基づいて、LCDパネル202を発色させる制御を行う。また、後述の画像処理部215から制御を受けて発色制御を行うこともある。
LCDパネル出力駆動部213は、LCDパネル202の各画素を構成する発色制御体203を駆動するための増幅回路よりなる。
画像処理部215はマイクロコンピュータを構成し、フラッシュメモリよりなるプログラムメモリ216に格納されているプログラムを読み込んで、指紋照合処理を実行する。その処理の詳細は、フラッシュメモリよりなる指紋データメモリ217に予め保存されている指紋データを読み込み、光センサ入力信号処理部214から得られる指紋スキャンデータと照合し、一致/不一致の判定結果を出力する。
インターフェース212はバス103に接続される。
電源スイッチを一秒以上押し続けると、携帯電話101は電源オン状態となる。これに呼応して、制御部102はブート処理として、ROM110からプログラムを読み込み、各機能を司る部分の初期化等の処理を開始する(ステップS301)。
次に、制御部102はLCDコントローラ210に対し、既に指紋データが指紋データメモリ217内に存在するか、問い合わせを行う(ステップS302)。
もしなければ(ステップS302のN)、携帯電話101の店舗販売時に設定されているパスワードを入力するための画面を表示し(ステップS303)、入力されたパスワードの合致を判定する(ステップS304)。合致していれば、読み込んだ指紋データをLCDコントローラ210内の指紋データメモリ217に保存する、指紋登録処理を行い(ステップS305)、携帯電話101が所有者に使える状態になる(ステップS306)。
なお、パスワードが合致していなければ、その旨のエラー表示をLCD画面に表示し(ステップS307)、電源をオフする(ステップS308)。
LCDコントローラ210が指紋の一致/不一致を制御部102に報告すると(ステップS310)、一致していれば携帯電話101としての機能が利用可能になり(ステップS306)、一致していなければエラー表示(ステップS307)の後、電源オフされる(ステップS308)。
つまり、指紋照合処理自体はLCDコントローラ210の内部によって行われ、それ以外の処理は制御部102が司る。
制御部102の指令によってLCDコントローラ210が処理を開始すると(ステップS401)、プログラムメモリ216からプログラムを読み込んだ画像処理部215は、最初に図示しないLCDのバックライト218を点灯させるべく、制御部102に依頼する(ステップS402)。なお、この処理は必ずしも必要ではなく、制御部102がLCDコントローラ210に指紋照合を命ずる際に、自発的にバックライト218の点灯を実行してもよい。
次に、画像処理部215はLCDパネル発色制御部211に対し、指パターン画像を表示させるべく命ずる。LCDパネル発色制御部211はこの命令を受け、指紋データメモリ217に保存されている指紋データを読み込み、指パターン画像を作成し、表示する(ステップS403)。
図7に示す指パターン画像702とは、LCDパネル202に表示する、所定の濃さの灰色或は白色の、指の形の画像である。指パターン画像702の詳細は後述する。
次に、画像処理部215は光センサ204から入力されるデータを検証する。具体的には、光センサ204のうち、幾つかの光センサ204から得られるデータの色情報を解析し、それらデータがほぼ全て肌色に属するか否かを見る(ステップS404)。つまり、この処理は入力範囲内における肌色検出処理であり、入力範囲において満遍なくサンプルが取れればよく、検出に必要なサンプル数は少なくてよいのである。
肌色が入力されるまで、つまり指が液晶表示部108のパネル上に置かれるまで、このポーリング処理は続く。
肌色のデータが検出された、つまり指が液晶表示部108のパネル上に置かれたら、指紋入力処理を行う(ステップS405)。そして、得られた指紋データを、指紋データメモリ217内の指紋データと照合し、一致している特徴量が所定量以上あるか否か、つまり指紋が合致しているか否かを判定し、その結果を出力し(ステップS406)、終了する(ステップS407)。
処理を開始すると(ステップS501)、LCDパネル発色制御部211は、予め指紋データメモリ217に保存してあったLCD濃度値を読み出し、LCDパネル202の指紋パターン部分に相当する箇所の濃度を設定する。つまり、所定の濃さの灰色の指の形のパターンを画像として生成する。これが指パターン画像702である。
次に、画像処理部215は、光センサ204からデータを読み出す。つまり、指紋をスキャンする(ステップS503)。
そして、画像処理部215は、得られた指紋データを構成する、各ピクセルのデータを基に、平均コントラストを算出する処理を行う(ステップS504)。なお、この時点で得られた平均コントラスト値は、後の処理のために一時的に保持しておく。
画像処理部215は、得られた平均コントラスト値が十分であるか否かを検証し(ステップS505)、十分な平均コントラスト値が得られているのであれば、ステップS503において得られた指紋データを採用し(ステップS506)、処理を終了する(ステップS507)。
ここで、図5にて開示する指紋入力処理では、動作制御のために二つのフラグを用いている。
調節方向フラグは、LCDに表示する指パターン画像702の濃度の調整方向を示すフラグである。これはビットの1または0で表現される。どちらが「明るい方」であっても「暗い方」であってもよい。
反転フラグは、後述する処理で調節方向フラグが反転されたことを受けて、上げられるフラグ変数である。これもビットの1または0で表現される。
逆に、ステップS509において調節方向フラグが「暗い方」に設定されているのであれば、画像処理部215は、LCDパネル発色制御部211に、LCDに表示する指パターン画像702の濃度を濃くするように命じ、バックライト218が発する光の量を絞って指に照射されるようにする(ステップS511)。
そして、改めて指紋をスキャンし直し(ステップS512)、再度平均コントラスト値を算出する(ステップS513)。ここでも得られた平均コントラスト値は一時的に保持する。
もし、現在の平均コントラスト値が直前に得た平均コントラスト値よりも良くなっているのであれば、指パターン画像702の濃度変化処理の方向は正しいと判断できる。つまり、調節方向フラグは正しい調節方向を向いていると判断できる。そこで、そのままの状態で指パターン画像702の濃度変換処理を繰り返し(ステップS510或はS511)、平均コントラスト算出処理(ステップS513)を繰り返す。
反転フラグが上がっていない場合は、調節方向フラグを反転し(ステップS516)、反転フラグを上げる(ステップS517)。そして、再度指パターン画像702の濃度を調節した上で(ステップS509、S510またはS511)、指紋スキャン(ステップS512)と平均コントラスト算出処理(ステップS513)を繰り返す。
反転フラグが上がっている場合は、ステップS516にて調節方向フラグが既に反転されて、更に平均コントラスト値が直前値よりも悪くなったことを意味する。すなわち、一旦は指パターン画像702の濃度調節が良い方向に行ったものの、調節動作が行き過ぎたために再び悪くなったことを意味する。そこで、この時点では直前の指紋データが最良のデータであるので、これを採用し(ステップS518)、処理を終了する(ステップS519)。
処理を開始すると(ステップS601)、画像処理部215は、光センサ204から得られる全ピクセルのデータを取得する(ステップS602)。なお、ここで得る「全ピクセルのデータ」とは、指パターン画像702に相当するピクセルのデータのみであることに注意されたい。
次に、画像処理部215は、得られた全ピクセルのデータについて、それらピクセルの明るさ(明度)の平均値を算出し、これを閾値として設定する(ステップS603)。
次に、各ピクセルの明度を、設定した閾値と比較して、明るい方と暗い方とで分類する(S604)。
更に、分類したピクセルについて、明度の平均値をそれぞれ算出する(ステップS605)。この時点で、「閾値より明るい方のピクセルの明度の平均値」と、「閾値より暗い方のピクセルの明度の平均値」が得られる。
そして、算出した「閾値より明るい方のピクセルの明度の平均値」と「閾値より暗い方のピクセルの明度の平均値」の比を算出して(ステップS606)、上位ルーチンに演算結果を返して終了する(ステップS607)。これが平均コントラスト値となる。
図8は、携帯電話端末に指紋を読み込ませる状態を示す概略図である。
画像処理部215の命令により、LCDパネル発色制御部211は、LCDパネル202に、指パターン画像702と、マスク領域703を表示する。
指パターン画像702は、指の形をした灰色或は白色の画像である。これは図3の指紋登録処理S305にて登録し、指紋データメモリ217に保持されている指紋データによって形成される、指の形そのものである。
この指パターン画像702に沿って、図8に示すように、指を乗せる。つまり、図4のステップS403にて表示する指パターン画像702は、指を乗せるガイドとしての役割を担っている。
マスク領域703は指パターン画像702以外の部分であり、黒色或は黒に準じる濃い色を表示する。つまり、ここに指を乗せても指紋を読み取らない、という指標である。また、これは指パターン画像702の領域(指紋読み取り領域)以外の領域からバックライト218の光が漏れ込んで、撮像に悪影響を及ぼす可能性を排除するためでもある。
図5に示した指紋入力処理において、ステップS510或はS511の処理によって、指パターン画像702の濃度が変化する。つまり、LCDパネル202に乗せられた指に照射される、バックライト218の光量が変化する。
図9(a)の状態は、指パターン画像702は白色である。つまり、指に照射されるバックライト218の光量が最も多い。
図9(b)の状態は、指パターン画像702はやや薄い灰色である。つまり、(a)に比べると、指に照射されるバックライト218の光量がやや少なくなっている。
図9(c)の状態は、指パターン画像702は(b)よりも更に濃い灰色である。つまり、(b)に比べると、指に照射されるバックライト218の光量が一層少なくなっている。
(1)図5にて開示した、光量を調節するアルゴリズムは様々な方法が考えられる。一例としては、周知の二分検索法等が利用可能である。
(2)ステップS606で平均コントラスト値を演算する代わりに、平均輝度の差を演算しても良い。
(3)指パターン画像702の代わりに、バックライト218の輝度を調節することでも同様の効果を得ることができる。この場合は、バックライト218に投入する電力をチョッパ制御する等の方法が考えられる。
液晶に表示する指パターン画像702の濃度を調節することで、被写体である指に照射するバックライト218の光量が調節される。本実施形態は、最適な指パターン画像702の濃度にて指をスキャンすることにより、指紋画像を取得する際に最適な光量状態を設定できるので、指紋照合処理を確実に遂行できる。
図10は、本実施の形態で特徴となる構成要素である、表示部108の内部を示すブロック図である。
表示部108は、LCDパネル202とLCDコントローラ310とバックライト218よりなる。
LCDパネル202の構成は、既に図2を参照して説明した構成と同じである。即ち、LCDパネル202は、縦横にマトリクス状に画素が配置されて、画像を表示できる構成としてある。LCDパネル202の一つの画素を構成する部分に、画素トランジスタよりなる三つの発色制御体203と、三つの光センサ204よりなり、それぞれの色の画素に隣接して光センサが配置してある。この光センサ204は、LCDパネル202の表示面に近接又は接触した画像を読み取るセンサである。
発色制御体203の真上には赤、青及び緑の図示しないカラーフィルタが覆っている。発色制御体203は、オフ状態では透明であり、通電すると透明度が低下する。この透明度を制御することにより、三原色から所望の色を表示する。
光センサ204の真上にも、発色制御体203と同様に図示しないカラーフィルタが設けられており、それぞれの色に応じた光の強度を電気信号に変換して、カラー画像を読み取る処理が行われる。ここまでは図2で説明した構成と同じである。
LCDコントローラ310には、LCDパネル202を構成する発色制御体203と、光センサ204が接続してある。
LCDパネル発色制御部311は、インターフェース312から入力される画像データに基づいて、LCDパネル202を発色させる制御を行う。また、後述の画像処理部315から制御を受けて発色制御および発光輝度の制御を行うこともある。本例の場合には、バーコード読み取り時に、LCDパネル202の発光輝度を適正に制御する処理が行われる。
LCDパネル出力駆動部313は、LCDパネル202の各画素を構成する発色制御体203を駆動するための増幅回路よりなる。
画像処理部315はマイクロコンピュータを構成し、フラッシュメモリよりなるプログラムメモリ316に格納されているプログラムを読み込んで、バーコードの判別処理を実行する。この判別処理時には、画像処理部315で光センサからのデータを読み出して二値化した後、その二値化したデータをバーコードデコード部317に供給して、バーコードとしてコード化されたデータのデコード処理を行う。ここでのデコード処理としては、例えば二次元バーコードのデコードを行う。或いは、一次元バーコードのデコードを行うようにしてもよい。デコードされたデータは、画像処理部315に戻し、画像処理部315からインターフェース312を介して、図1に示したRAM111に転送して格納させる。
インターフェース312は、図1に示したバス103に接続される。
まず、携帯電話端末101を、バーコード読み取りモードにする操作があったか否か、制御部102が判断する(ステップS701)。バーコード読み取り時には、ユーザが操作パネル109を操作して、バーコード読み取りモードにする。このバーコード読み取りモードにする操作があったことを制御部102が判別すると、制御部102が該当するバーコード読み取りモードを設定する。そして、LCDパネル202上の光センサ204の出力のLCDコントローラ310での処理を開始させる。なお、バーコード読み取りモード時には、後述するようにLCDパネル202上に、バーコード読み取りモードである点と、バーコードを読み取らせる範囲を示す枠などを表示させる。
図13は、バーコードの読み取り状態の例を示した図である。この例では、図13(a)に示すように、二次元バーコード91が印刷された印刷物90に、携帯電話端末101のLCDパネル202を近づけさせる。そして、図13(b)に示すように、二次元バーコード91が印刷された箇所に、LCDパネル202を接触又は非常に近くに近接させた状態として、しばらく静止させる。
このようにすることで、LCDパネル202から印刷物90の表面を照明する状態が最適に自動的に調整されて、最もS/Nが少ない状態となって、光センサ204でバーコードの画像が読み取られて、バーコードが判別される。この場合、従来の携帯電話端末が備えるカメラ部でバーコードを撮影して判別する場合と異なり、バーコードが印刷された箇所に直接接触させて読み込ませることができる。従って、端末を静止した状態とすることが簡単に行え、短時間に簡単かつ確実にバーコードの読み取りが完了し、従来の携帯電話端末よりも簡単に精度良くバーコード読み取りが行える。
また、光センサ付きの画像表示パネルとして、バックライトを備えて液晶表示パネルを適用した例について説明したが、その他の表示方式の画像表示パネルにも適用可能である。例えば、有機EL(electroluminescence)表示パネルを適用してもよい。有機EL表示パネルの場合にも、表示パネル上に発光素子とは別に受光素子を光センサとして配置して、同様の構成とすることができる。或いは、有機EL表示パネル上の発光素子を、光センサとしても機能させ、画像の表示と受光を時分割で交互に行う構成とすることも可能である。
Claims (6)
- 表示面に近接又は接触した画像の読み取りが可能な光センサを有する画像表示パネルと、
前記画像表示パネルの表示を制御するパネル制御部と、
指紋画像データを記憶する指紋データメモリと、
前記指紋画像データから指パターン画像を作成して前記画像表示パネルに表示すべく前記パネル制御部に命ずると共に、前記指パターン画像の濃度を調節しつつ、前記光センサから得られる画像情報と前記指紋画像データとの特徴量を照合し、照合結果を出力する画像処理部と、
前記照合結果に応じて動作制御を行う制御部とを備える
携帯型電子機器。 - 前記画像処理部は、前記画像表示パネルに前記指パターン画像を表示する際に、前記指パターン画像以外の領域を前記指パターン画像よりも暗い色にて表示するべく、前記パネル制御部に命ずるようにした
請求項1記載の携帯型電子機器。 - 表示面に近接又は接触した画像の読み取りが可能な光センサを有する画像表示パネルと、
前記画像表示パネルの表示を制御するパネル制御部と、
前記光センサが読み取った画像から、一次元又は二次元のバーコードを判別し、その判別したバーコードをデコードしてデータを得る画像処理部と、
前記画像処理部で得たデータに基づいた処理の制御を行う制御部とを備える
携帯型電子機器。 - 前記画像処理部でバーコードを判別した際に、前記画像表示パネルでの表示画像の発光輝度を、バーコードが最適に判別できる輝度に前記パネル制御部が制御する
請求項3記載の携帯型電子機器。 - 表示面に近接又は接触した画像の読み取りが可能な光センサを有した画像表示パネルを発光させるステップと、
指紋データメモリに指紋画像データから指パターン画像を作成して前記画像表示パネルに表示するステップと、
前記光センサから得られる信号から画像データを生成して、平均コントラスト値を算出するステップと、
前記平均コントラスト値が最適な値になるように、前記指紋画像データの濃度を調節するステップとを含む
指紋読み取り方法。 - 表示面に近接又は接触した画像の読み取りが可能な光センサを有した画像表示パネルを発光させるステップと、
前記光センサが読み取った画像から、一次元又は二次元のバーコードを判別し、その判別したバーコードをデコードしてデータを得るステップと、
前記バーコードの判別状態に応じて、前記画像表示パネルの発光輝度を調節するステップとを含む
バーコード読み取り方法。
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