專利名稱：靜脈成像設備、靜脈圖像插值方法和程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及靜脈成像設備、靜脈圖像插值方法和程序。
背景技術：
生物個人認證是未來的網(wǎng)絡社會中用于保護權利的相當重要的技術。在金錢、內 容和權利可通過假冒而在網(wǎng)絡上隨時被盜取的互聯(lián)網(wǎng)上進行的商業(yè)交易中，生物個人認證 作為對僅由加密無法保護的領域進行保護的技術而特別地引人注目。然而，使用指紋和虹 膜的生物個人認證可能無法解決偽造的問題。針對該問題，使用從外部不容易成像的靜脈 圖案的一部分的個人認證技術因為判斷精度以及難以偽造和假冒而有望成為下一代的生 物個人認證。另一方面，在開發(fā)用于拍攝靜脈圖像的成像方法時，因為光源的位置限制嚴格，所 以難以用平面結構制作成像設備。為了解決該問題，已經(jīng)提議了使用廣角鏡頭等的方法。 然而，即使使用該方法，也難以限制手指與成像設備之間的距離，而且要求用戶必須將手指 放在相同距離處。因此，無法確保認證的可再現(xiàn)性。雖然原理上采用大傳感器的接觸式或 非接觸式設備是理想的，但是大的傳感器尺寸由于昂貴的光學材料而導致成本增加。另外， 因為傳感器中產(chǎn)生的熱噪聲與溫度的上升成比例地增加，所以當成像過程中外部溫度變高 時，產(chǎn)生用于認證的圖像的畫質下降從而認證精度降低的問題。如上所述，成像設備受外部溫度的影響很大，從而知道成像設備的溫度很重要。第 2006-349957號日本未審專利申請中公開了一種用于提供具有用于檢測曝光設備中使用的 光學構件的溫度的溫度檢測裝置和用于調整光學構件的溫度以使檢測到的溫度保持在預 定范圍內的溫度調整裝置的設備。

發(fā)明內容
然而，當設備設置有如同第2006-349957號日本未審專利申請中公開的溫度檢測 裝置和溫度調整裝置時，產(chǎn)生難以生產(chǎn)更小型設備的問題。鑒于此，期望提供一種可以防止由于熱噪聲引起的畫質的惡化并且可以制造更小 型設備的靜脈成像設備、靜脈圖像插值方法和程序。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種靜脈成像設備，包括鏡頭陣列，包括布置 為陣列的多個光接收鏡頭；近紅外發(fā)光源，近紅外發(fā)光源設置在鏡頭陣列的末端并且向生 物體的一部分發(fā)射近紅外光；成像元件，包括用于基于由鏡頭陣列匯聚、在生物體內散射并 且透射穿過靜脈的近紅外光生成靜脈圖像數(shù)據(jù)的靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)，以及包括被遮光的 像素并且生成從所述被遮光的像素輸出的輸出值即熱噪聲輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)； 熱噪聲測量單元，基于從熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)來測量熱噪聲的幅 度；溫度估計單元，基于由熱噪聲測量單元所測量的熱噪聲的幅度來估計進行靜脈成像處 理的成像溫度；以及靜脈圖像插值單元，使用由靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)所生成的靜脈圖像數(shù) 據(jù)來生成靜脈圖像，并且基于由溫度估計單元估計得到的成像溫度來進行靜脈圖像的插值處理。根據(jù)以上配置，熱噪聲測量單元基于由熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)來測量熱噪聲的幅度。溫度估計單元基于由熱噪聲測量單元所測量的熱噪聲的幅度來 估計進行靜脈的成像處理的成像溫度。靜脈圖像插值單元使用從靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)所生 成的靜脈圖像數(shù)據(jù)來生成靜脈圖像，并且基于由溫度估計單元所估計的成像溫度來進行靜 脈圖像的插值處理。靜脈圖像插值單元優(yōu)選地基于由溫度估計單元所估計的成像溫度來進行靜脈圖 像的預定時間段的積分處理和靜脈圖像的降噪處理中的至少一個。在成像元件中，位于靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)中的多個像素優(yōu)選地對應于光接收鏡頭 中的一個。靜脈圖像插值單元優(yōu)選地使用從位于輸出用于生成靜脈圖像的靜脈圖像數(shù)據(jù)的 像素周圍的像素輸出的靜脈圖像數(shù)據(jù)進行插值處理。靜脈成像設備還可以包括熱噪聲輸出預處理單元，該熱噪聲輸出預處理單元對從 熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)進行預處理，以使熱噪聲測量單元可以定量 地處理熱噪聲。熱噪聲輸出預處理單元可以進行累加預定時間段的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)的累積處理 和對熱噪聲輸出數(shù)據(jù)的峰處理中的至少一個。靜脈成像設備還可以包括至少進行成像元件的驅動控制的驅動控制單元。驅動控 制單元可以基于由熱噪聲測量單元測量得到的熱噪聲的幅度來控制成像元件的光接收時 間和幀速率中的至少一個。靜脈成像設備還可以包括從所述靜脈圖像中提取靜脈圖案的靜脈圖案提取單元。 靜脈圖案提取單元可以基于由溫度估計單元所估計的成像溫度來改變用于提取靜脈圖案 的濾波器的濾波器特性。靜脈成像設備還可以包括警告單元，用于在由溫度估計單元輸出的成像溫度等于 或高于預定閾值時發(fā)出警告。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種靜脈圖像插值方法，包括以下步驟基于 從靜脈成像設備的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)來測量熱噪聲的幅度，所 述靜脈成像設備包括包含布置為陣列的多個光接收鏡頭的鏡頭陣列、設置在鏡頭陣列的末 端并且向生物體的一部分發(fā)射近紅外光的近紅外發(fā)光源以及成像元件，所述成像元件包括 基于由鏡頭陣列匯聚、在生物體內散射并且透射穿過靜脈的近紅外光生成靜脈圖像數(shù)據(jù)的 靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)以及包含被遮光的像素并且生成從被遮光的像素輸出的輸出值即熱 噪聲輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)；基于所測量的熱噪聲的幅度來估計進行靜脈的成像處 理的成像溫度；以及使用由靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)所生成的靜脈圖像數(shù)據(jù)來生成靜脈圖像， 并且基于所估計的成像溫度來進行靜脈圖像的插值處理。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種使控制靜脈成像設備的計算機實現(xiàn)以下 功能的程序熱噪聲測量功能，基于從熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)來測 量熱噪聲的幅度；溫度估計功能，基于通過熱噪聲測量功能測量得到的熱噪聲的幅度來估 計進行靜脈的成像處理的成像溫度；以及靜脈圖像插值功能，使用由靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū) 所生成的靜脈圖像數(shù)據(jù)來生成靜脈圖像，并且基于通過溫度估計功能所估計的成像溫度來 進行靜脈圖像的插值處理，其中靜脈成像設備包括包含布置為陣列的多個光接收鏡頭的鏡頭陣列、設置在鏡頭陣列的末端并且向生物體的一部分發(fā)射近紅外光的近紅外發(fā)光源、以 及成像元件，所述成像元件包括基于由鏡頭陣列匯聚、在生物體內散射并且透射穿過靜脈 的近紅外光生成靜脈圖像數(shù)據(jù)的靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)以及包含被遮光的像素并且生成從 被遮光的像素輸出的輸出值即熱噪聲輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，設備可以被生產(chǎn)得更小并且可以防止由于熱噪 聲引起的畫質惡化。


圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的靜脈成像設備的配置的框圖；圖2是用于說明根據(jù)本實施例的靜脈成像設備的說明圖；圖3是用于說明根據(jù)本實施例的靜脈成像設備的說明圖；圖4A是用于說明由微鏡頭陣列拍攝的圖像的說明圖；圖4B是用于說明由微鏡頭陣列拍攝的圖像的說明圖；圖5是用于說明根據(jù)本實施例的成像元件的說明圖；圖6A是用于說明根據(jù)本實施例的成像元件的說明圖；圖6B是用于說明根據(jù)本實施例的成像元件的說明圖；圖6C是用于說明根據(jù)本實施例的成像元件的說明圖；圖7是用于說明根據(jù)本實施例的成像元件的說明圖；圖8是用于說明根據(jù)本實施例的像素選擇單元的說明圖；圖9是用于說明從特定像素獲得數(shù)據(jù)的方法的說明圖；圖10是用于說明從特定像素獲得數(shù)據(jù)的方法的說明圖；圖11是用于說明根據(jù)本實施例的位移插值方法的流程圖；圖12是用于說明根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的靜脈成像設備的硬件配置的框圖。
具體實施例方式以下將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。注意，在本說明書和附圖中，具有 基本上相同的功能和結構的結構元件用相同的參考標號表示并且省略對這些結構元件的 重復說明。將按照以下順序給出描述。(1)目的(2)第一實施例(1-1)關于靜脈成像設備的配置關于成像單元的配置關于成像單元的結構的示例關于由微鏡頭陣列獲得的圖像關于成像元件關于圖像處理單元的配置關于認證處理單元的配置關于從特定像素獲得數(shù)據(jù)
6
(1-2)關于靜脈圖像插值方法(3)關于根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的靜脈成像設備的硬件配置(4)總結〈目的〉在描述根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的靜脈成像設備和靜脈圖像插值方法之前，首先 用對靜脈成像設備的概要的說明描述本發(fā)明的目的。在生物認證、特別是在靜脈認證中，使用將電荷耦合器件(CXD)、互補金屬氧化物 半導體(CMOS)等用作成像元件的照相機的方法已被主要使用。然而，這種靜脈認證設備比 用于指紋認證的設備大，因而應用于有限的應用范圍中?？紤]到這一情況，在下述根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的靜脈成像設備中，使用鏡頭 陣列和大傳感器的一種即微鏡頭陣列(MLA)，這使得靜脈成像設備可被生產(chǎn)得更薄。另外，大尺寸傳感器設備是由硅等制成的，而在使用硅的設備中，熱噪聲隨著溫度 上升而增加。特別地，在諸如TFT傳感器等用薄膜形成的傳感器設備中，高溫下的噪聲顯著 出現(xiàn)，這使得所拍攝的靜脈圖像嚴重惡化。此外，由于靜脈圖像的不斷惡化，高溫下的認證 精度會降低。鑒于以上問題，下述根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的靜脈成像設備意在通過使用成像 元件的成像區(qū)域周圍的像素來測量熱噪聲，借助于各溫度下各構件的最佳采樣和圖像處理 自動實現(xiàn)校正。(第一實施例)<關于靜脈成像設備的配置>首先，將參照圖1至圖3詳細描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的靜脈成像設備的配 置。圖1是用于說明根據(jù)本實施例的靜脈成像設備的配置的框圖。圖2是根據(jù)本實施例的 靜脈成像設備的平面圖。圖3是沿圖2的A-A線所取得的橫截面圖。如圖1所示，根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10包括例如3個單元，即成像單元、圖 像處理單元和認證處理單元，并且還包括存儲單元141。成像單元進行對生物體的一部分(例如手指)的成像的處理。如圖1所示，該成像 單元主要包括例如微鏡頭陣列101、近紅外發(fā)光源105、成像元件109和驅動控制單元121。圖像處理單元進行與由成像單元生成的靜脈相關的畫面數(shù)據(jù)(圖像數(shù)據(jù))的獲取 時的處理以及對所獲得的圖像數(shù)據(jù)的各種圖像處理，從而生成存在于生物體內部的靜脈的 圖像(靜脈圖像)。如圖1所示，該圖像處理單元主要包括例如像素數(shù)據(jù)分割單元123、熱 噪聲輸出預處理單元125、熱噪聲測量單元127、溫度估計單元129、警告單元131、像素選擇 單元133、靜脈圖像插值單元135。認證處理單元進行由圖像處理單元生成的靜脈圖像的認證處理。如圖1所示，該 認證處理單元主要包括例如靜脈圖案提取單元137和認證單元139。[關于成像單元的配置]首先，以下將詳細描述成像單元的配置。微鏡頭陣列(MLA) 101將從后面描述的近紅外發(fā)光源105發(fā)射到生物體的一部分 并且透射穿過生物體內部的靜脈的近紅外光(以下也稱作靜脈透射光)匯聚到后面描述的 成像元件109上。如后面所述，該微鏡頭陣列101包括多個光接收鏡頭。微鏡頭陣列101由例如比玻璃材料更易受到熱影響的材料制成。通過使用這種材料，可以借助于例如模制 廉價地大批生產(chǎn)任意尺寸的微鏡頭陣列。這種比玻璃材料更易受到熱影響的材料的示例包 括塑料樹脂。近紅外發(fā)光源105將具有預定波長帶的近紅外光發(fā)射到放置在靜脈成像設備10 上的生物體的一部分上。因為近紅外光具有很好地透射穿過身體組織并被血液中的血紅蛋 白(還原血紅蛋白)吸收的特性，所以當將近紅外光發(fā)射到手指、手掌或手背時，分布在手 指、手掌或手背內部的靜脈顯現(xiàn)為圖像中的陰影。顯現(xiàn)在圖像中的靜脈的陰影稱作靜脈圖 案。為了適當?shù)貙υ撿o脈圖案成像，近紅外發(fā)光源105發(fā)射具有約600nm至1300nm的波長 或者優(yōu)選地為700nm至900nm的波長的近紅外光。如果近紅外發(fā)光源105所發(fā)射的近紅外光的波長小于600nm或大于1300nm，則被 血液中的血紅蛋白吸收的光的百分比降低，而變得難以獲得適當?shù)撵o脈圖案。此外，如果近 紅外發(fā)光源105所發(fā)射的近紅外光的波長為大約700nm至900nm，則近紅外光被脫氧血紅蛋 白和氧化血紅蛋白兩者特別地吸收，因此可以獲得適當?shù)撵o脈圖案。例如可以使用發(fā)光二極管(LED)作為這種近紅外發(fā)光源105。另外，也可以使用能 夠發(fā)射包含上述波長帶的光的發(fā)光二極管與光學地限制所發(fā)射光的波帶的濾光器的組合， 而不是使用具有上述波長帶的發(fā)光二極管。另外，近紅外發(fā)光源105可以與對由光源發(fā)射 的光的分布進行調整的光量調整濾光器組合起來。對于該近紅外發(fā)光源105，近紅外光發(fā)射時序和所發(fā)射的近紅外光的強度等由后 面描述的驅動控制單元121來控制。成像元件109具有以柵格結構排列的多個像素111的成像表面，并且基于由微鏡 頭陣列101聚焦的靜脈透射光用近紅外光生成靜脈圖像數(shù)據(jù)?？梢允褂美鏑⑶型圖像傳 感器、CMOS型圖像傳感器、薄膜晶體管(TFT)型圖像傳感器等作為根據(jù)本實施例的成像元 件109。成像元件109輸出所生成的靜脈圖像數(shù)據(jù)。另外，成像元件109可以將所生成的靜 脈圖像數(shù)據(jù)記錄在后面描述的存儲單元141中。此外，在根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10中，如后面所描述的，多個像素111被分 配給微鏡頭陣列101的一個光接收鏡頭。因此，在根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10中，由 一個光接收鏡頭匯聚的近紅外光(靜脈透射光)用多個像素111成像。該成像元件109的像素掃描時序等由后面描述的驅動控制單元121控制。驅動控制單元121可以由例如CPU(中央處理單元)、R0M(只讀存儲器)、RAM(隨 機存取存儲器)等實現(xiàn)。驅動控制單元121進行近紅外發(fā)光源105和成像元件109的驅動 控制。另外，驅動控制單元121基于與從后面描述的熱噪聲測量單元127發(fā)送的熱噪聲的 幅度相關的信息至少調整成像元件109的驅動控制。更具體地，驅動控制單元121基于預 定的同步信號來進行成像元件109的光接收時間(快門速度)和成像元件109的幀速率的 驅動控制。驅動控制單元121可以進行與近紅外發(fā)光源105的近紅外光的發(fā)射時序和發(fā)射 強度相關的驅動控制。更具體地，關于成像元件109的控制，驅動控制單元121執(zhí)行沿成像元件109的某 一方向的驅動控制作為以像素數(shù)為單位控制沿成像元件109的某一方向的像素的這樣的 成像元件109的驅動控制。換言之，在沿著根據(jù)本實施例的成像元件109的某一方向所取 的剖面圖上，認為成像元件109包括例如7個像素。在這種情況下，驅動控制單元121通過在沿該剖面線的方向上將像素分成7組來進行驅動控制。驅動控制單元121在控制近紅外發(fā)光源105和成像元件109時，可以參照記錄在 后面描述的存儲單元141中的各種參數(shù)和數(shù)據(jù)庫。[關于成像單元的結構的示例]接下來，將參照圖2至圖6詳細描述根據(jù)本實施例的成像單元的結構的示例。根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10的微鏡頭陣列101如圖2所示例如包括多個微 鏡頭103即光接收鏡頭，且微鏡頭103以柵格圖案排列在預定板上。各個微鏡頭103例如 如圖3所示將通過入射面進入到該微鏡頭103中的靜脈透射光引導至后面描述的成像元件 109(具體地，成像元件109的像素111)。微鏡頭陣列101是場曲率小且在進深方向上無失 真的鏡頭陣列，因此通過使用這種微鏡頭陣列101可以獲得適當?shù)膱D像數(shù)據(jù)。構成微鏡頭 陣列101的各個微鏡頭103的焦點位置被設定在作為靜脈成像設備10的成像目標的、存在 靜脈V的靜脈層的位置處。已知人類皮膚具有包括表皮層、真皮層和皮下組織層在內的3層結構，上述靜脈 層存在于真皮層中。真皮層位于手指表面下約0. Imm至0. 3mm處并且具有約2mm至3mm的 厚度。由此，通過將微鏡頭103的焦點位置設定在真皮層存在的位置處(例如，手指表面下 約1. 5mm至2. Omm的位置處)，可以高效地匯聚透射穿過靜脈層的光。此外，布置在根據(jù)本實施例的微鏡頭陣列101中的微鏡頭103的數(shù)量不限于圖2 所示的示例。布置在根據(jù)本實施例的微鏡頭陣列101中的微鏡頭103的數(shù)量可以根據(jù)要成 像的生物體的尺寸、成像元件109的尺寸等自由地設定。作為近紅外發(fā)光源105的示例的多個發(fā)光二極管例如如圖2所示排列在微鏡頭陣 列101的相對的末端處。排列有發(fā)光二極管的末端優(yōu)選地對應于生物體的一部分(在圖2 和圖3所示的示例中是手指re)的上端和下端。通過以這種方式排列發(fā)光二極管，可以從 手指re的向上和向下方向發(fā)射近紅外光。此外，根據(jù)本實施例的近紅外發(fā)光源105的數(shù)量不限于圖2所示的示例，而是可根 據(jù)微鏡頭陣列101的尺寸、近紅外發(fā)光源105的發(fā)射面積等自由地設定。另外，方向性控制板107放置在微鏡頭陣列101和近紅外發(fā)光源105之間，例如如 圖2和圖3所示。該方向性控制板107控制從近紅外發(fā)光源105發(fā)射的直接光12的方向 性，以使直接光12不直接進入到微鏡頭陣列101的微鏡頭103中。從近紅外發(fā)光源105發(fā)射的近紅外光例如如圖3所示向上方傳播到手指TO的表 面，并且作為直接光12進入到手指re內。因為人體是近紅外光的適宜散射體，所以進入到 手指re內的直接光12傳播同時在所有方向上散射。這種散射光的一部分作為背面散射光 13通過上述靜脈層從背面行進到手指表面，并在途中透過靜脈V。透過靜脈的靜脈透射光 進入到構成微鏡頭陣列101的各個微鏡頭103中。此處，方向性控制板107放置在相鄰微鏡頭103間的邊界處。該方向性控制板107 使得可以控制靜脈透射光的方向性，且進入到各個微鏡頭103中的光可以與相鄰的微鏡頭 103分開。因而，在根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10中，可以選擇要匯聚在成像元件109 (具 體地，像素111)上的靜脈透射光。[關于由微鏡頭陣列獲得的圖像]接下來，將參照圖4A和圖4B詳細描述由微鏡頭陣列獲得的圖像的特征。圖4A和圖4B是用于說明由微鏡頭陣列拍攝的圖像的說明圖。一般地，如果某一圖像是通過使用微鏡頭陣列拍攝的，則例如如圖4A所示，所拍 攝的圖像是相對于原始圖像其上下側和左右側分別顛倒的圖像。另外，因為多個像素111 被分配給一個光接收鏡頭(微鏡頭103)，所以針對分配給一個微鏡頭103的全部像素111 產(chǎn)生上下側和左右側顛倒的圖像。例如，如圖4B所示，如果9(3X3)個像素111被分配給 一個微鏡頭103，則針對9個像素111的每一個產(chǎn)生上下側和左右側顛倒的圖像。如后所述，根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10使用由與微鏡頭103之一對應的多個 像素111的每一個生成的圖像數(shù)據(jù)來進行圖像的插值處理。[關于成像元件]接下來，將參照圖5和圖6A至圖6C詳細描述根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10的 成像元件109。圖5和圖6A至圖6C是用于說明根據(jù)本實施例的成像元件的說明圖。在根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10的成像元件109中，成像元件109內形成像素 111的區(qū)域例如如圖5所示被劃分成兩個區(qū)域151和153。其中的一個區(qū)域151是用于生 成靜脈圖像數(shù)據(jù)的靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)。另一個區(qū)域153是生成用于估計熱噪聲的幅度的 熱噪聲輸出數(shù)據(jù)的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)。在靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)151中，多個像素(未示出)排列成陣列，由微鏡頭陣列 101的多個微鏡頭103匯聚的靜脈透射光到達像素111。由靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)151輸出 的靜脈圖像數(shù)據(jù)是與生成該圖像數(shù)據(jù)的像素所檢測的光強度相關的數(shù)據(jù)。在熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)153中，多個像素(未示出)排列成陣列。如圖5所示， 熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)153被例如遮光膜155遮擋，以使得外部光不會進入到熱噪聲輸出 數(shù)據(jù)生成區(qū)153中。因此，從該熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)153輸出的數(shù)據(jù)不是作為由該區(qū)域 中包含的像素對外部光進行檢測的結果而生成的數(shù)據(jù)，而是與取決于設備內的溫度或外界 溫度而產(chǎn)生的熱噪聲相關的數(shù)據(jù)。設置在該成像元件109上的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)153 的尺寸可以根據(jù)與成像元件109 —起使用的微鏡頭陣列101的尺寸來確定。例如，如圖5所示，上述熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)153可以沿成像元件109的一邊設 置在成像元件109的一端?；蛘撸鐖D6A和圖6B所示，熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)153可以沿 成像元件109的相對邊設置、或如圖6C所示可以沿成像元件109的4條邊設置。[關于圖像處理單元的配置]接下來，返回參照圖1。將詳細描述根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10的圖像處理 單元的配置。像素數(shù)據(jù)分割單元123由例如CPU、ROM和RAM實現(xiàn)。如圖7所示，例如，像素數(shù) 據(jù)分割單元123基于從驅動控制單元121輸入的用于掃描成像元件109的脈沖來判斷從成 像元件109發(fā)送的像素數(shù)據(jù)是從成像元件109的兩個區(qū)域中的哪個輸出的。如圖7所例示 的，為了獲得來自成像元件109的兩個區(qū)域的輸出，使用三種脈沖，即成像元件的垂直(或 水平)方向上同步用的脈沖、熱噪聲輸出獲取脈沖、靜脈圖像數(shù)據(jù)獲取脈沖。因此，像素數(shù) 據(jù)分割單元123可以根據(jù)這些脈沖來判斷是發(fā)送熱噪聲輸出數(shù)據(jù)還是發(fā)送靜脈圖像數(shù)據(jù)。像素數(shù)據(jù)分割單元123將熱噪聲輸出獲取脈沖為高(Hi)狀態(tài)時間段內獲得的數(shù) 據(jù)(即熱噪聲輸出數(shù)據(jù))發(fā)送至后面描述的熱噪聲輸出預處理單元125。另外，像素數(shù)據(jù)分 割單元123將用于獲得靜脈圖像數(shù)據(jù)的脈沖為高狀態(tài)時間段內獲得的數(shù)據(jù)(即靜脈圖像數(shù)據(jù))發(fā)送至后面描述的像素選擇單元133。熱噪聲輸出預處理單元125由例如CPU、ROM、RAM等實現(xiàn)。熱噪聲輸出預處理單元 125對從像素數(shù)據(jù)分割單元123發(fā)送的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)進行預處理以使得后面描述的熱噪 聲測量單元127能夠定量地處理熱噪聲。上述預處理的示例包括累加預定時間段的熱噪聲 輸出數(shù)據(jù)的累積處理和對熱噪聲輸出數(shù)據(jù)進行的峰處理。熱噪聲輸出預處理單元125可以 實施累積處理和峰處理中的至少一個?；蛘?，熱噪聲輸出預處理單元125可以實施累積處 理和峰處理兩者，并且可以包括這些處理以外的預處理。從熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)153輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)是隨時間變化的不穩(wěn)定的 輸出。通過進行上述處理，可以使熱噪聲輸出數(shù)據(jù)中包含的表示熱噪聲輸出的數(shù)值穩(wěn)定在 可以被定量地評價的程度。由此，可以改進由后面描述的熱噪聲測量單元127進行的測量 處理的精度。熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)153將進行了預處理的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)發(fā)送至熱噪聲測 量單元127。熱噪聲測量單元127由例如CPU、ROM、RAM等實現(xiàn)。熱噪聲測量單元127分析由 熱噪聲輸出預處理單元125發(fā)送的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)，并且測量成像元件109中產(chǎn)生的熱噪 聲的幅度。熱噪聲測量單元127將熱噪聲的測量結果作為熱噪聲信息發(fā)送至驅動控制單元 121和溫度估計單元129。驅動控制單元121可以根據(jù)從熱噪聲測量單元127發(fā)送的熱噪聲的幅度降低成像 元件109的驅動頻率，并且可以控制成像元件109的光接收時間(即快門速度)和幀速率。 隨著熱噪聲增大，從成像元件109輸出的數(shù)據(jù)的S/N(信噪)比降低。因而，驅動控制單元 121可以通過降低成像元件109的驅動頻率、增加光接收時間以及減慢幀速率，來防止由熱 噪聲引起的數(shù)據(jù)信號的S/N比降低。溫度估計單元129由例如CPU、R0M、RAM等實現(xiàn)。溫度估計單元129基于熱噪聲信 息即與從熱噪聲測量單元127發(fā)送的熱噪聲的幅度有關的信息來估計設備進行成像處理 的溫度(成像溫度)。此處，靜脈成像設備10進行成像處理的溫度可以是安裝靜脈成像設 備10的位置處的外部溫度，或者可以是靜脈成像設備10達到的溫度。溫度估計單元129 具有包含有在成像元件109中產(chǎn)生的熱噪聲的幅度與進行成像處理的溫度之間的對應關 系在內的數(shù)據(jù)庫。溫度估計單元129基于該數(shù)據(jù)庫根據(jù)熱噪聲的幅度估計溫度。數(shù)據(jù)庫可 以通過表示這兩個參數(shù)之間的關系的表達式來表達該對應關系。例如，上述數(shù)據(jù)庫可以在靜脈成像設備10的生產(chǎn)過程中通過一邊改變溫度一邊 測量所產(chǎn)生的熱噪聲的幅度來生成。這樣生成的數(shù)據(jù)庫包含各個靜脈成像設備10特有的 熱噪聲的特征，從而可以精確地估計設備中產(chǎn)生的熱噪聲和溫度之間的關系。溫度估計單元129可以基于溫度的估計結果來估計從成像元件109輸出的數(shù)據(jù)信 號的S/N比的降低。例如，該S/N比的降低的程度可以通過使用供明確組裝設備時的溫度和 S/N比之間的關系用的評價實驗等的結果而預先生成數(shù)據(jù)庫并通過使用這樣生成的數(shù)據(jù)庫 來估計。溫度估計單元129將溫度的估計結果(例如表示當前溫度是70°C的信息)發(fā)送至 后面描述的警告單元131、像素選擇單元133、靜脈圖像插值單元135和靜脈圖案提取單元 137。當溫度估計單元129估計例如S/N比降低的程度時，溫度估計單元129可以發(fā)送估計結果(例如表示預期降低約IOdB的信息)以及溫度的估計結果。警告單元131由例如CPU、ROM、RAM等實現(xiàn)。警告單元131參照從溫度估計單元 129發(fā)送的溫度的估計結果等，并且當靜脈成像設備10的溫度或外界溫度等于或高于預定 閾值時，警告單元131判斷難以進行正常的靜脈成像處理(乃至靜脈認證處理)，從而輸出警告。另外，當警告單元131從后面描述的認證單元139接收到表示從某一用戶獲得的 靜脈圖案的認證失敗了預定次數(shù)或更多的信息時，警告單元131可以判斷設備自身處在不 允許設備進行正常工作的環(huán)境下，從而可以輸出警告。另外，當警告單元131判斷溫度達到設備不能進行正常的靜脈成像處理(乃至靜 脈認證處理)的水平時，警告單元131可以停止由設備自身實施的靜脈成像處理和靜脈認 證處理。像素選擇單元133由例如CPU、ROM、RAM等實現(xiàn)。像素選擇單元133從與微鏡頭 103之一對應的多個像素111中選擇生成用于生成靜脈圖像的靜脈圖像數(shù)據(jù)的像素。以下 將參照圖8描述像素選擇單元133所進行的像素選擇處理。圖8是用于說明像素選擇單元 133所進行的像素選擇處理的說明圖。圖8示出了以下情況微鏡頭陣列101中的一個微鏡頭103對應于8X8 = 64個 像素111，并且微鏡頭103是將物體的尺寸縮小一半的鏡頭。在這種情況下，物體的尺寸縮 小至一半大小。從而通過使用64個像素中位于中央部分的4X4= 16個像素可以獲得物 體的圖像數(shù)據(jù)。即使在這種情況下，來自物體的光也聚焦在中央部分的像素以外的像素上， 從中央部分的4X4= 16個像素以外的部分獲得的圖像數(shù)據(jù)也可以用于生成物體圖像。在這時，充當像素選擇的基準單元的基準單元區(qū)域如上所述由于微鏡頭103的倍 率是包括4X4= 16個像素的區(qū)域。另外，如果沒有圖像聚焦位置的偏差等，則由微鏡頭 103匯聚的光聚焦在8X8 = 64個像素的基本上中央的部分。因而，像素選擇單元133從與 微鏡頭103之一對應的8X8個像素中選擇位于中央部分的4X4個像素。另外，像素選擇單元133參照從溫度估計單元129發(fā)送的溫度的估計結果，并且當 預期從像素111輸出的數(shù)據(jù)信號的S/N比降低時，像素選擇單元133還選擇位于基準單元 區(qū)域周圍并檢測光的像素。像素選擇單元133將關于這樣選擇的像素的信息(例如用于指定所選像素的信 息)和從所選像素獲得的靜脈圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至后面描述的靜脈圖像插值單元135。靜脈圖像插值單元135由例如CPU、ROM、RAM等實現(xiàn)。靜脈圖像插值單元135基于 從像素選擇單元133發(fā)送的靜脈圖像數(shù)據(jù)生成靜脈圖像。另外，靜脈圖像插值單元135基 于關于從溫度估計單元129發(fā)送的溫度的信息(表示溫度的信息、關于S/N比的降低的估 計結果等)對所生成的靜脈圖像進行插值處理。當生成靜脈圖像時，靜脈圖像插值單元135基于從溫度估計單元129發(fā)送的關于 溫度的信息對靜脈圖像數(shù)據(jù)中包含的輸出值進行校正。更具體地，靜脈圖像插值單元135 不使用靜脈圖像數(shù)據(jù)中包含的輸出值本身生成圖像，而是基于以下表達式1進行輸出值的 校正。校正后的輸出值=(數(shù)據(jù)輸出值_黑電平基準值)/(白電平基準值-黑電平基準 值) (表達式1)
在上述表達式1中，黑電平基準值是當成像元件109對單純黑色的圖像成像時從 成像元件109輸出的數(shù)據(jù)的輸出值，而白電平基準值是當成像元件109對單純白色的圖像 成像時從成像元件109輸出的數(shù)據(jù)的輸出值。在上述表達式1中，數(shù)據(jù)的輸出值是當成像 元件109對物體成像時由成像元件109輸出的數(shù)據(jù)的輸出值。當成像溫度變高時，相對于數(shù)據(jù)輸出值熱噪聲的比率增加，從而圖像的對比度降 低，且整體圖像變白。鑒于此問題，根據(jù)本實施例的靜脈圖像插值單元135基于從溫度估計 單元129發(fā)送的關于溫度的信息來改變黑電平基準值的值，并自動地防止由熱噪聲的增加 引起的圖像惡化。更具體地，在上述表達式1中，設置被乘以常溫時的黑電平基準值的校正 系數(shù)，并且靜脈圖像插值單元135基于從溫度估計單元129發(fā)送的關于溫度的信息調整該 校正系數(shù)的值。由靜脈圖像插值單元135進行的插值處理的示例包括所生成的靜脈圖像的降噪 處理?；蛘?，靜脈圖像插值單元135可以根據(jù)從溫度估計單元129發(fā)送的關于溫度的信息對 多個幀圖像進行積分處理并進行用于改善靜脈圖像的畫質的處理。當對多個幀圖像進行積 分時，進行處理要花更多時間，從而靜脈成像設備10的用戶必須等待更長時間。然而，可以 限制因環(huán)境溫度等造成的不能對靜脈成像(乃至不能執(zhí)行靜脈認證處理)的情形的發(fā)生。另外，靜脈圖像插值單元135可以根據(jù)從溫度估計單元129發(fā)送的關于溫度的信 息例如使用多抽頭插值濾波器進行以下插值處理。如圖8所示，靜脈圖像插值單元135可 以不僅使用從基準單元區(qū)域中包含的像素獲得的圖像數(shù)據(jù)，還使用從位于基準單元區(qū)域周 圍并檢測光的像素獲得的圖像數(shù)據(jù)來進行靜脈圖像的插值處理(合成處理)。以上處理使 得即使在S/N比隨熱噪聲增加而降低時也可以改善靜脈圖像的畫質(S/N比)。靜脈圖像插值單元135將進行了插值處理的靜脈圖像發(fā)送至后面描述的靜脈圖 案提取單元137。[關于認證處理單元的配置]靜脈圖案提取單元137由例如CPU、ROM、RAM等實現(xiàn)。靜脈圖案提取單元137具有 例如對從靜脈圖像插值單元135發(fā)送的靜脈圖像進行靜脈圖案提取的預處理的功能、提取 靜脈圖案的功能和進行靜脈圖案提取的后處理的功能。上述靜脈圖案提取的預處理的示例包括從靜脈圖像中檢測手指的輪廓并識別手 指位于靜脈圖像的哪個位置的處理、以及使用檢測出的手指的輪廓來旋轉所拍攝的圖像并 校正所拍攝圖像的角度的處理。上述靜脈圖案的提取是通過對完成了輪廓檢測處理和角度校正處理的所拍攝的 圖像應用差分濾波器來進行的。差分濾波器是在所關注的像素和相鄰像素之間的差分大的 部分處輸出較大的值作為輸出值的濾波器。換言之，差分濾波器是通過使用所關注的像素 和其相鄰像素之間的灰度值的差分的運算來增強圖像中的線或邊緣的濾波器。一般地，如果使用濾波器h(x，y)對以二維平面上的柵格點(x，y)作為變量的圖像 數(shù)據(jù)u(x，y)進行濾波，則如以下表達式2所示生成圖像數(shù)據(jù)v(x，y)。在表達式2中“*” 表示卷積積分。v(x, y) - u(x, y) * h(x, y)=Y^h{ml,m2yi(x-mx,y-m2)
Wi1 W2
在根據(jù)本實施例的靜脈圖案的提取中，可以使用諸如一次空間微分濾波器或二次 空間微分濾波器等微分濾波器作為上述差分濾波器。一次空間微分濾波器是計算所關注的 像素與水平方向和垂直方向上相鄰的像素之間的灰度值的差分的濾波器，而二次空間微分 濾波器是對于所關注的像素提取灰度值的差分的變化量大的部分的濾波器?？梢允褂靡韵赂咚估绽?LOG)濾波器作為二次空間微分濾波器。LOG濾波器 (表達式4)由高斯濾波器(表達式3)的二階導數(shù)表示，即使用高斯函數(shù)的平滑濾波器。在 以下表達式3中，ο表示高斯函數(shù)的標準差，即表示高斯濾波器的平滑程度的變量。另外， 以下表達式4中的ο是與表達式3中同樣的表示高斯函數(shù)的標準差的參數(shù)，并且可以通過 改變σ的值改變當進行LOG濾波時的輸出值。
上述靜脈圖案提取的后處理的示例包括對應用了差分濾波的所拍攝的圖像進行 的閾值處理、二值化處理和細化處理。在以上后處理之后，可以提取靜脈圖案的輪廓。根據(jù)本實施例的靜脈圖案提取單元137可以根據(jù)從溫度估計單元129發(fā)送的關 于溫度的信息來改變上述濾波器的濾波器特性(例如，表示濾波器的各個表達式中的系數(shù) 值)。如上所述，靜脈圖像插值單元135根據(jù)由高溫造成的熱噪聲的增加進行適當?shù)膱D像插 值處理。由于該插值處理，可能會發(fā)生采用仍以用于在常溫下提取靜脈圖案的方式設定的 濾波器無法進行適當?shù)撵o脈圖案的提取處理的情況。鑒于此問題，靜脈圖案提取單元137 根據(jù)關于溫度的信息來改變?yōu)V波器特性，由此從即使在高溫下拍攝的圖像中也可以提取適 當?shù)撵o脈圖案。靜脈圖案提取單元137將這樣提取的靜脈圖案和輪廓發(fā)送至后面描述的認證單 元139。此外，靜脈圖案提取單元137可以將提取的靜脈圖案和輪廓存儲在后面描述的存儲 單元141中。靜脈圖案提取單元137還可以將進行各個處理時生成的參數(shù)、處理的進展等 存儲在存儲單元141中。認證單元139由例如CPU、ROM、RAM等實現(xiàn)。認證單元139通過將由靜脈圖案提取 單元137生成的靜脈圖案與已登記的模板做比對來對靜脈圖案進行認證。靜脈圖案認證單元139基于由靜脈圖案提取單元137生成的靜脈圖案和已登記的 靜脈圖案的模板對所生成的靜脈圖案進行認證。靜脈圖案認證單元139請求后面描述的 存儲單元141公開所登記的靜脈圖案，并將所獲取的登記靜脈圖案和從靜脈圖案提取單元 137傳送的靜脈圖案做比較。登記靜脈圖案和所傳送的靜脈圖案之間的比較可以例如基于如下計算的相關系數(shù)來執(zhí)行。在作為比較結果而判斷登記靜脈圖案與所發(fā)送的靜脈圖案類 似的情況下，認證單元139判斷所發(fā)送的靜脈圖案的認證成功。當判斷登記靜脈圖案與所 發(fā)送的靜脈圖案不類似時，認證單元139判斷認證失敗。相關系數(shù)是由以下表達式5定義的，它是表示兩個數(shù)據(jù)χ = IxJ和y = {yj之間 的相似度的統(tǒng)計學指標，是從-1到1的實數(shù)值。如果相關系數(shù)指示為接近1的值，則意味 著兩個數(shù)據(jù)相似，而如果相關系數(shù)指示為接近0的值，則意味著2個數(shù)據(jù)不相似。另外，如 果相關系數(shù)指示為接近-1的值，則意味著兩個數(shù)據(jù)的符號相反。
表達式 5)(表達式 5)無數(shù)據(jù)χ的平均值歹數(shù)據(jù)y的平均值另外，認證單元139可以將認證結果與認證時刻等關聯(lián)起來，并將認證結果作為 認證歷史記錄在存儲單元141中。通過生成以上認證歷史，可以知道是誰請求了靜脈圖案 認證以及請求者何時請求了靜脈圖案認證，而且還知道誰使用了靜脈成像設備10以及用 戶何時使用了靜脈成像設備10。另外，當從某一用戶獲得的靜脈圖案的認證失敗了預定次數(shù)或更多時，認證單元 139將表示認證處理已失敗了預定次數(shù)或更多的消息發(fā)送至警告單元131。通過將這種信 息發(fā)送至警告單元131，當判斷由于環(huán)境溫度造成的熱膨脹等而不能進行正常的靜脈認證 處理時，可以警告靜脈成像設備10的用戶不能正常地進行認證。存儲單元141存儲靜脈成像設備10的用戶的登記靜脈圖案和與登記靜脈圖案關 聯(lián)的其它數(shù)據(jù)。除了這些數(shù)據(jù)以外，存儲單元141還可存儲由成像單元生成的靜脈圖像數(shù) 據(jù)、由靜脈圖像插值單元133生成的靜脈圖像和由靜脈圖案提取單元137提取的靜脈圖案 等。此外，在存儲單元141中可以存儲靜脈圖像插值單元135進行的插值處理中所必需的 各種程序、數(shù)據(jù)等。另外，除了這些數(shù)據(jù)以外，存儲單元141還可存儲當靜脈成像設備10進 行某項處理時需要存儲的各種參數(shù)或處理的進展、各種數(shù)據(jù)庫等。該存儲單元141可以被 成像單元、圖像處理單元和認證處理單元中包含的各處理單元自由地讀寫。[關于從特定像素獲得數(shù)據(jù)]以下將參照圖9和圖10詳細描述從特定像素獲得數(shù)據(jù)的方法。圖9和圖10是用 于說明從特定像素獲得數(shù)據(jù)的方法的說明圖。根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10的成像元件109是多層元件。例如，圖9示出了 成像元件109是由3層構成的多層元件這一情況的示例。在根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10中，成像元件10沿手指的縱向即沿圖中y軸 的方向進行行掃描。以下將沿圖中y軸的方向稱作垂直方向，將與垂直方向正交的方向即 沿圖中χ軸的方向稱作水平方向。如圖9所示，在根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10中，圖像數(shù)據(jù)由驅動控制單元121 以水平行為單位沿垂直同步的時間軸輸出。換言之，將某些沿水平方向布置的像素的數(shù)據(jù) 同步地輸出至圖9所示的第一層，將某些沿水平方向布置的像素的數(shù)據(jù)輸出至第二層，并且將某些沿水平方向布置的像素的數(shù)據(jù)輸出至第三層。以這種方式，根據(jù)驅動控制單元121 的控制，成像元件109可按多層輸出。因此，像素選擇單元133可以將關于要選擇的像素的信息發(fā)送至驅動控制單元 121，而驅動控制單元121可以選擇多層元件的某一層所得的輸出，并通過時序控制選擇水 平行上的特定像素。 在圖9所示的示例中，已經(jīng)描述了分開驅動垂直同步行的方法。或者如圖10所示， 也可以借助于電路在水平行內進行分開驅動。在圖10所示的示例中，在同一水平行上存在3種像素111，即將數(shù)據(jù)輸出至第一水 平層的像素、將數(shù)據(jù)輸出至第二水平層的像素和將數(shù)據(jù)輸出至第三水平層的像素。因此，通 過選擇多層元件的某一層所得的輸出并進行用于選擇垂直行上特定像素的時序控制，驅動 控制單元121可以選擇由任意像素提供的數(shù)據(jù)?；蛘撸梢越M合使用垂直行內的分開驅動和水平行內的分開驅動。以上已經(jīng)描述了根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10的功能的示例。上述各個元件 可以使用通用的組件或電路構成，或者可以由各個元件的功能所專用的硬件構成。另外，各 個元件的功能可以完全由CPU等實現(xiàn)。從而可以根據(jù)實現(xiàn)本實施例時的技術水平來適當?shù)?改變要使用的配置。此外，可以編寫用于實現(xiàn)根據(jù)本實施例的靜脈成像設備的上述各個功能的計算機 程序，并且在可對具有微鏡頭陣列、近紅外發(fā)光源和成像元件的成像設備進行控制的個人 計算機等中實現(xiàn)該計算機程序。還可以設置存儲上述計算機程序的計算機可讀記錄介質。 記錄介質可以是例如磁盤、光盤、磁光盤和閃存?；蛘撸鲜鲇嬎銠C程序可以不使用記錄介 質而是經(jīng)由網(wǎng)絡分發(fā)。根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10可以在諸如計算機或服務器等的信息處理設 備、諸如便攜式電話或PHS等移動終端或便攜信息終端(PDA)、自動柜員機(ATM)、訪問管理 設備中實施。另外，根據(jù)本實施例的靜脈成像設備10可以在諸如游戲機、游戲機的控制器 等各種設備上實施。在以上說明中，假設先前作為模板登記的登記靜脈圖案被記錄在靜脈成像設備10 內?；蛘?，登記靜脈圖案可以存儲在諸如DVD介質、藍光介質、致密閃存(注冊商標)、記憶 棒或SD存儲卡等記錄介質、配備有非接觸型IC芯片的IC卡或電子設備等中，或者可以存 儲在經(jīng)由諸如互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡連接至靜脈成像設備10的服務器中。<關于靜脈圖像插值方法>接下來，將參照圖11詳細描述根據(jù)本實施例的靜脈成像設備所執(zhí)行的靜脈圖像 插值方法。圖11是用于說明根據(jù)本實施例的靜脈圖像插值方法的流程圖。首先，靜脈成像設備10的用戶將諸如手指等生物體的一部分放置在靜脈成像設 備10的微鏡頭陣列101上。靜脈成像設備10的成像單元執(zhí)行對放置在其上的生物體的一 部分的成像處理(步驟S101)。另外，靜脈成像設備10的熱噪聲輸出預處理單元125針對從成像元件109的熱噪 聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)153輸出的數(shù)據(jù)，進行用于累加預定時間段的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)的累積處 理和對熱噪聲輸出數(shù)據(jù)進行的峰處理。另外，熱噪聲測量單元127基于從熱噪聲輸出預處 理單元125發(fā)送的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)來進行熱噪聲的測量處理(步驟S103)。熱噪聲測量單元127將熱噪聲的測量結果發(fā)送至驅動控制單元121和溫度估計單元129。此處，驅動控制 單元121根據(jù)所發(fā)送的熱噪聲的測量結果來進行成像元件109的驅動控制(步驟S105)。此后，溫度估計單元129基于從熱噪聲測量單元127發(fā)送的熱噪聲的測量結果估 計成像處理過程中的溫度(步驟S107)。此外，溫度估計單元129還可以基于所估計的溫度 估計S/N比的降低程度。溫度估計單元129將溫度估計結果和包含S/N比的降低程度的估 計結果等在內的與溫度相關的信息發(fā)送至警告單元131、像素選擇單元133、靜脈圖像插值 單元135和靜脈圖案提取單元137。關于溫度的信息被發(fā)送至的警告單元131對溫度的估計結果作出判斷(步驟 S109)，并判斷溫度是否超過需要警告的閾值。當溫度達到需要警告的水平時，靜脈成像設 備10在顯示屏幕上輸出警告(步驟S111)。當溫度還未達到需要警告的水平時，像素選擇單元133基于接收到的關于溫度的 信息執(zhí)行像素的選擇處理。更具體地，像素選擇單元133針對構成微鏡頭陣列101的各個 微鏡頭103，從對應于微鏡頭103之一的多個像素中選擇輸出用于生成靜脈圖像的圖像數(shù) 據(jù)的像素。接下來，靜脈圖像插值單元135通過使用從像素選擇單元133所選的像素獲得的 圖像數(shù)據(jù)來生成靜脈圖像，此后，靜脈圖像插值單元135根據(jù)成像處理過程中的溫度對所 生成的靜脈圖像進行圖像插值處理(步驟S113)。更具體地，靜脈圖像插值單元135進行多 個幀圖像的積分處理、降噪處理和使用鄰近像素的圖像的插值處理。當完成了圖像的插值處理時，靜脈圖像插值單元135將進行了插值處理的靜脈圖 像發(fā)送至靜脈圖案提取單元137。靜脈圖案提取單元137通過根據(jù)成像時的溫度改變用于 提取靜脈圖案的濾波器的濾波器特性，從所發(fā)送的靜脈圖像中提取靜脈圖案(步驟S115)， 并且將所提取的靜脈圖案發(fā)送至認證單元139。認證單元139通過使用從靜脈圖案提取單元137發(fā)送的靜脈圖案和存儲在存儲單 元141等中的登記靜脈圖案(模板)，來進行所發(fā)送的靜脈圖案的認證處理(步驟S117)。根據(jù)上述過程，可以自動地對由高溫下的熱噪聲造成的畫質的惡化進行插值。在以上說明中，在生物體的成像處理后進行熱噪聲的測量處理和成像處理過程中 的溫度的估計處理?；蛘?，靜脈成像設備10可以在進行生物體的成像處理之前預先進行熱 噪聲的測量處理和成像處理過程中的溫度的估計處理?！搓P于硬件配置〉以下將參照圖12詳細描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的靜脈成像設備10的硬件配置。 圖12是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的靜脈成像設備10的硬件配置的框圖。靜脈成像設備10包括微鏡頭陣列101、近紅外發(fā)光源105和成像元件109，此外， 靜脈成像設備10還包括CPU 90UROM 903和RAM 905。另外，靜脈成像設備10還包括主機 總線907、橋接器909、外部總線911、接口 913、輸入裝置915、輸出裝置917、存儲裝置919、 驅動器921、連接端口 923和通信裝置925。CPU 901用作處理單元和控制單元，它根據(jù)存儲在ROM 903、RAM905、存儲裝置919 或可移除記錄介質927中的各種程序來控制靜脈成像設備10內的全部或部分操作。ROM 903存儲CPU 901所使用的程序、處理參數(shù)等。RAM 905主要存儲CPU 901在運行中所使用 的程序、在運行過程中變化的參數(shù)等。CPU 901、ROM 903和RAM 905通過作為諸如CPU總線等的內部總線的主機總線907相互連接。主機總線907經(jīng)由橋接器909連接至諸如外圍組件互連/接口(PCI)總線等外部 總線911。輸入裝置915是例如鼠標、鍵盤、觸摸面板、按鈕、開關和控制桿等由用戶操作的操作裝置。另外，輸入裝置915可以是使用紅外線或其它無線電波的遠程控制裝置(或者 遙控器)，或是與靜脈成像設備10的操作兼容的、諸如便攜式電話或PDA等外部連接裝置 929。此外，輸入裝置915包括例如基于由用戶使用上述操作裝置輸入的信息而生成輸入信 號并將其輸出至CPU 901的輸入控制電路。靜脈成像設備10的用戶通過操作該輸入裝置 915可以向靜脈成像設備10輸入各種數(shù)據(jù)或給出處理操作的指令。輸出裝置917包括能夠從視覺或聽覺上將獲得的信息通知給用戶的設備。這種設 備的示例包括諸如CRT顯示裝置、液晶顯示裝置、等離子體顯示裝置、EL顯示裝置或燈等顯 示裝置、諸如揚聲器或耳機等聲音輸出裝置、或打印機、便攜式電話或傳真機。輸出裝置917 輸出例如通過靜脈成像設備10進行的各種處理獲得的結果。具體地，顯示裝置將由靜脈成 像設備10的各種處理獲得的結果顯示為文本或圖像。聲音輸出裝置將包含再生的聲音數(shù) 據(jù)、音響數(shù)據(jù)等在內的聲音信號變換成模擬信號并將其輸出。存儲裝置919是配置作為靜脈成像設備10的存儲單元的示例的用于數(shù)據(jù)存儲的 裝置。存儲裝置919可以包括諸如硬盤驅動器(HDD)等磁存儲裝置、半導體存儲裝置、光存 儲裝置、磁光存儲裝置等。該存儲裝置919存儲例如由CPU 901運行的程序、各種數(shù)據(jù)或從 外部獲取的各種數(shù)據(jù)。驅動器921是供記錄介質用的讀/寫器，它內置于或連接至靜脈成像設備10。驅 動器921讀取記錄在連接其上的諸如磁盤、光盤、磁光盤或半導體存儲器等可移除記錄介 質927中的信息并且將該信息輸出至RAM905。另外，驅動器921可以將信息寫入連接其上 的諸如磁盤、光盤、磁光盤或半導體存儲器等可移除記錄介質927中?？梢瞥涗浗橘|927 的示例包括DVD介質、HD-DVD介質和藍光介質。此外，可移除記錄介質927的示例包括致 密閃存(注冊商標)(CF)、記憶棒或安全數(shù)字(SD)存儲卡。另外，可移除記錄介質927可以 是配備有非接觸型IC芯片的集成電路(IC)卡或電子設備。連接端口 923是用于將裝置直接連接至靜脈成像設備10的端口。連接端口 923 的示例包括通用串行總線(USB)端口、諸如i.Link等IEEE1394端口和小型計算機系統(tǒng)接 口(SCSI)端口。此外，連接端口 923的示例包括RS-232端口、光聲端子、高清晰度多媒體 接口(HDMI)端口。通過將外部連接裝置929連接至連接端口 923，靜脈成像設備10可以從 外部連接裝置929直接獲取各種數(shù)據(jù)或者將各種數(shù)據(jù)提供給外部連接裝置929。通信裝置925是例如由用于連接至通信網(wǎng)絡931的通信裝置等構成的通信接口。 通信裝置925可以是用于有線或無線局域網(wǎng)(LAN)、藍牙或無線USB(WUSB)的通信卡。或 者，通信裝置925可以是光通信用的路由器、非對稱數(shù)字用戶線路(ADSL)用的路由器、或各 種通信用的調制解調器。該通信裝置925可以例如遵照諸如TCP/IP等規(guī)定協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng) 上或與其它通信裝置發(fā)送和接收信號等。另外，連接至通信裝置925的通信網(wǎng)絡931包括 有線或無線網(wǎng)絡等，并且可以是互聯(lián)網(wǎng)、家庭LAN、紅外數(shù)據(jù)通信(網(wǎng)絡)、無線電波通信、衛(wèi) 星通^[曰等ο以上已經(jīng)描述了可以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的靜脈成像設備10的功能的硬件配置的示例。上述各個元件可以使用通用的組件或電路構成，或者可以由各個元件的 功能所專用的硬件構成。因此可以根據(jù)實現(xiàn)本實施例時的技術水平來適當?shù)馗淖円褂玫?br> 配置。 〈總結〉如上所述，根據(jù)本發(fā)明的各個實施例，可以實現(xiàn)自動獲得成像元件的工作狀態(tài)、從 而即使當成像元件處在例如攝氏70度這樣的嚴酷環(huán)境下也能進行生物體的認證和成像的 靜脈成像設備。通過自動獲得成像元件的工作狀態(tài)，可以執(zhí)行自適應驅動方法和圖像信號 處理，并且可以不依賴于溫度而實現(xiàn)用于生物認證的圖像獲取和認證處理。根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的成像元件除了具有用于生成靜脈圖像數(shù)據(jù)的成像區(qū) 域外還具有遮擋外部光的區(qū)域。通過檢測該區(qū)域中的噪聲(熱噪聲)檢測到由工作溫度造 成的噪聲的增加。由于根據(jù)本實施例的靜脈成像設備可以用檢測到的噪聲估計設備的相對 溫度變化，因此可以根據(jù)該溫度變化信息來改變成像元件的驅動控制方法和圖像信號處理 方法。根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的靜脈成像設備可以通過測量與圖像傳感器等同的專 用像素的噪聲水平而精確地執(zhí)行快門速度和幀的累加處理、圖像信號處理等。由于用于檢 測噪聲的區(qū)域可以設置在成像元件內，因此可以獲得不影響設備的生產(chǎn)成本的結構。通過 時間上分開地導入關于噪聲的數(shù)據(jù)和所拍攝的圖像數(shù)據(jù)，從而用于導入關于噪聲的數(shù)據(jù)的 驅動電路也可以用于導入所拍攝的圖像數(shù)據(jù)。本領域的技術人員應當理解，根據(jù)設計要求和其他因素，可以進行各種修改、組 合、子組合和改變，只要這些修改、組合、子組合和改變在所附權利要求或其等同內容的范 圍內。本申請包含與2009年5月14日提交于日本專利局的日本在先專利申請JP 2009-117986中所公開主題相關的主題，所述日本在先專利申請的全部內容通過引用合并 于此。
權利要求
一種靜脈成像設備，包括鏡頭陣列，所述鏡頭陣列包括布置為陣列的多個光接收鏡頭；近紅外發(fā)光源，所述近紅外發(fā)光源設置在所述鏡頭陣列的末端并且向生物體的一部分發(fā)射近紅外光；成像元件，所述成像元件包括靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)，用于基于由所述鏡頭陣列匯聚、在所述生物體內散射并且透射穿過靜脈的近紅外光生成所述靜脈的圖像數(shù)據(jù)；以及熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)，包括被遮光的像素并且生成從所述被遮光的像素輸出的輸出值即熱噪聲輸出；熱噪聲測量單元，所述熱噪聲測量單元基于從所述熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)來測量熱噪聲的幅度；溫度估計單元，所述溫度估計單元基于由所述熱噪聲測量單元所測量的熱噪聲的幅度來估計進行所述靜脈的成像處理的成像溫度；以及靜脈圖像插值單元，所述靜脈圖像插值單元使用由所述靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)所生成的靜脈圖像數(shù)據(jù)來生成靜脈圖像，并且基于由所述溫度估計單元估計的成像溫度來進行所述靜脈圖像的插值處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的靜脈成像設備，其中所述靜脈圖像插值單元基于由所述溫度 估計單元所估計的成像溫度執(zhí)行所述靜脈圖像的預定時間段的積分處理和所述靜脈圖像 的降噪處理中的至少一個。
3.根據(jù)權利要求1所述的靜脈成像設備，其中，在所述成像元件中，位于所述靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)中的多個像素對應于所述光 接收鏡頭中的一個，并且其中，所述靜脈圖像插值單元使用從位于輸出用于生成所述靜脈圖像的所述靜脈圖像 數(shù)據(jù)的像素周圍的像素輸出的靜脈圖像數(shù)據(jù)進行所述插值處理。
4.根據(jù)權利要求2所述的靜脈成像設備，其中，在所述成像元件中，位于所述靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)中的多個像素對應于所述光 接收鏡頭中的一個，并且其中，所述靜脈圖像插值單元使用從位于輸出用于生成所述靜脈圖像的所述靜脈圖像 數(shù)據(jù)的像素周圍的像素輸出的靜脈圖像數(shù)據(jù)進行所述插值處理。
5.根據(jù)權利要求1所述的靜脈成像設備，還包括熱噪聲輸出預處理單元，所述熱噪聲 輸出預處理單元對從所述熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)輸出的所述熱噪聲輸出數(shù)據(jù)進行預處理， 以使所述熱噪聲測量單元定量地處理所述熱噪聲。
6.根據(jù)權利要求4所述的靜脈成像設備，其中所述熱噪聲輸出預處理單元執(zhí)行累加預 定時間段的所述熱噪聲輸出數(shù)據(jù)的累積處理和對所述熱噪聲輸出數(shù)據(jù)的峰處理中的至少 一個。
7.根據(jù)權利要求1所述的靜脈成像設備，還包括至少進行所述成像元件的驅動控制的 驅動控制單元，其中所述驅動控制單元基于由所述熱噪聲測量單元所測量的熱噪聲的幅度來控制所 述成像元件的光接收時間和幀速率中的至少一個。
8.根據(jù)權利要求1所述的靜脈成像設備，還包括從所述靜脈圖像中提取靜脈圖案的靜 脈圖案提取單元，其中所述靜脈圖案提取單元基于由所述溫度估計單元所估計的成像溫度來改變用于 提取靜脈圖案的濾波器的濾波器特性。
9.根據(jù)權利要求1所述的靜脈成像設備，還包括警告單元，所述警告單元在由所述溫 度估計單元輸出的成像溫度等于或高于預定閾值時發(fā)出警告。
10.一種靜脈圖像插值方法，包括以下步驟基于從靜脈成像設備的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)來測量熱噪聲 的幅度，所述靜脈成像設備包括鏡頭陣列，所述鏡頭陣列包括布置為陣列的多個光接收鏡頭；近紅外發(fā)光源，所述近紅外發(fā)光源設置在所述鏡頭陣列的末端并且向生物體的一部分 發(fā)射近紅外光；以及成像元件，所述成像元件包括基于由所述鏡頭陣列匯聚、在所述生物體內散射并且透 射穿過靜脈的近紅外光生成靜脈圖像數(shù)據(jù)的靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)以及包括被遮光的像素 并且生成從所述被遮光的像素輸出的輸出值即熱噪聲輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)；基于所測量的熱噪聲的幅度估計進行所述靜脈的成像處理的成像溫度；以及使用由所述靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)所生成的所述靜脈圖像數(shù)據(jù)來生成靜脈圖像，并且基 于所估計的所述成像溫度來進行所述靜脈圖像的插值處理。
11.一種使得控制靜脈成像設備的計算機實現(xiàn)以下功能的程序熱噪聲測量功能，基于從熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)來測量熱噪聲 的幅度；溫度估計功能，基于通過所述熱噪聲測量功能所測量的熱噪聲的幅度來估計進行靜脈 的成像處理的成像溫度；以及靜脈圖像插值功能，使用由靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)所生成的靜脈圖像數(shù)據(jù)來生成靜脈 圖像，并且基于由所述溫度估計功能所估計的所述成像溫度來進行所述靜脈圖像的插值處 理，其中所述靜脈成像設備包括鏡頭陣列，所述鏡頭陣列包括布置為陣列的多個光接收 鏡頭；近紅外發(fā)光源，所述近紅外發(fā)光源設置在所述鏡頭陣列的末端并且向生物體的一部 分發(fā)射近紅外光；以及成像元件，所述成像元件包括基于由所述鏡頭陣列匯聚、在所述生物 體內散射并且透射穿過靜脈的近紅外光生成靜脈圖像數(shù)據(jù)的靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)以及包 含被遮光的像素并且生成從所述被遮光的像素輸出的輸出值即熱噪聲輸出的熱噪聲輸出 數(shù)據(jù)生成區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種靜脈成像攝像設備、靜脈圖像插值方法和程序。根據(jù)本發(fā)明的靜脈成像設備的成像元件包括基于由鏡頭陣列匯聚、在生物體內散射并且透射穿過靜脈的近紅外光生成靜脈圖像數(shù)據(jù)的靜脈圖像數(shù)據(jù)生成區(qū)，以及包含被遮光的像素并且生成從所述被遮光的像素輸出的輸出值即熱噪聲輸出的熱噪聲輸出數(shù)據(jù)生成區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的靜脈成像設備基于熱噪聲輸出數(shù)據(jù)來測量熱噪聲，并且基于該熱噪聲的測量結果來估計成像溫度。根據(jù)本發(fā)明的靜脈成像設備基于所估計的成像處理過程中的溫度來進行圖像的插值處理。
文檔編號G06K9/00GK101887516SQ201010178078
公開日2010年11月17日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權日2009年5月14日
發(fā)明者佐藤英雄 申請人:索尼公司