專利名稱：圖像輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及識別原稿、條形碼、指紋等字符和圖像等的圖像輸入裝置及指紋識別裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，存在這樣的構(gòu)成在識別原稿、條形碼等字符和圖像等的圖像輸入裝置中，通過手送使人工掃描器等在原稿等上移動，進(jìn)行圖像讀取。該構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型化、便攜化，但是，存在人工掃描器的手送速度變化而導(dǎo)致圖像變形的情況。
此外，存在這樣的圖像輸入裝置使手指直接接觸到二維的半導(dǎo)體傳感器(靜電電容型和光學(xué)讀取型等)上，來讀取指紋，進(jìn)行指紋認(rèn)證。近年來，這樣的指紋傳感器在企業(yè)或個人的保安的強(qiáng)化方面受到注目，而且，在利用手機(jī)和攜帶設(shè)備的電子商務(wù)等中，如果指紋傳感器變得小型、重量輕、低成本，就會期待飛躍的市場擴(kuò)大。但是，目前的指紋傳感器是以與手指的大小相同的尺寸來構(gòu)成，因此，傳感器尺寸不得不變得大型。
半導(dǎo)體的價格由晶片產(chǎn)量而唯一地決定，因此，尺寸大導(dǎo)致高價格，當(dāng)裝載到手機(jī)中時，在成本上存在問題。而且，大型的指紋傳感器不適合于小型的便攜設(shè)備。因此，如果使傳感器變得小型，則在成本上、形狀上是有利的。作為解決措施，如果采用光學(xué)讀取型，用線列傳感器構(gòu)成光傳感器，能夠使傳感器小型化。但是，在此情況下，為了讀取指紋，就必須使線列傳感器與手指相對運動，因此，與由人工掃描器所進(jìn)行的圖像讀取相同，讀取的指紋圖像變形，認(rèn)證精度顯著降低。
因此，作為改善該缺點的現(xiàn)有的公知例子，有日本專利公報特許第3198810號。其是判斷原稿的字符讀取時的手送速度，把該判斷結(jié)果反饋給時序發(fā)生裝置，來校正圖像變形。
在上述特許第3198810號所公開的技術(shù)中，在原稿讀取中非常注意而緩慢地移動原稿或手的情況下，或許能夠以低分辨率進(jìn)行圖像的認(rèn)證。但不能用于需要高分辨率、要求高認(rèn)證精度的指紋傳感器這樣的用途中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以比較少的像素行的面?zhèn)鞲衅鱽磉_(dá)到讀取圖像的高再現(xiàn)性的圖像輸入裝置。
為了達(dá)到上述目的，在本發(fā)明的一個實施例中，提供一種圖像輸入裝置，其特征在于，包括傳感器，具有多個像素；切換電路，切換從上述傳感器的多個像素讀取圖像的第一讀取方式和從少于在上述傳感器的上述第一方式中使用的像素數(shù)的多個像素讀取圖像的第二讀取方式；以及檢測電路，由上述第二讀取方式來檢測上述傳感器上的被攝物體的有無，其中，在由上述檢測電路檢測到在上述傳感器上有被攝物體的情況下，切換到上述第一讀取方式。
另外，在另一個實施例中，提供一種圖像輸入裝置，其特征在于，包括傳感器，具有多個像素；切換電路，切換從上述傳感器的多個像素讀取圖像的第一讀取方式和從少于在上述傳感器的上述第一方式中使用的像素數(shù)的多個像素讀取圖像的第二讀取方式；以及檢測電路，由上述第二讀取方式來檢測上述傳感器與被攝物體的相對移動，其中，在由上述檢測電路檢測到上述相對移動的情況下，切換到上述第一讀取方式。
另外，在另一個實施例中，提供一種圖像輸入裝置，通過使被攝物體與包含多個像素的傳感器相對移動，分別依次取得作為上述被攝物體的圖像的一部分的多個部分圖像，其特征在于，包括控制電路，根據(jù)多個上述部分圖像數(shù)據(jù)的比較，控制取得將要合成的多個上述部分圖像數(shù)據(jù)的定時。
本發(fā)明的其他目的、特征可以通過以下說明書和附圖弄明白。


圖1是本發(fā)明的圖像輸入裝置的一個實施例的系統(tǒng)圖；圖2A是示意地表示傳感器和手指的移動的圖，圖2B是表示光學(xué)式的指紋讀取裝置的簡要構(gòu)成的圖；圖3是表示形狀的識別比較簡單的“M”形狀的字為被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖；圖4是表示傳感器的電路塊的圖；圖5是表示傳感器像素部的圖；圖6是表示傳感器的動作時序的時序圖；圖7是本發(fā)明的圖像輸入裝置的一個實施例的系統(tǒng)圖；圖8A是示意地表示傳感器和手指的移動的圖，圖8B是表示光學(xué)式的指紋讀取裝置的簡要構(gòu)成的圖；圖9是用于說明傳感器中的一部分像素線列讀出動作的圖；圖10是用于說明圖像輸入動作的流程圖；圖11是表示形狀的識別比較簡單的“M”形狀的字為被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖；圖12是表示傳感器的電路塊的圖；圖13是表示傳感器像素部的圖；圖14是表示傳感器的動作時序的時序圖；圖15是表示傳感器的動作時序的時序圖；圖16是本發(fā)明的圖像輸入裝置的一個實施例的系統(tǒng)圖；圖17是本發(fā)明的圖像輸入裝置的一個實施例的系統(tǒng)圖；圖18A是示意地表示傳感器和手指的移動的圖，圖18B是表示光學(xué)式的指紋讀取裝置的簡要構(gòu)成的圖；
圖19A、19B是用于說明傳感器中的讀出動作的圖；圖20是表示形狀的識別比較簡單的“M”形狀的字為被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖；圖21是表示傳感器的電路塊的圖；圖22是表示傳感器像素部的圖；圖23是表示傳感器的動作時序的時序圖；圖24是表示傳感器的動作時序的時序圖；圖25是用于說明傳感器中的讀出動作的圖；圖26是表示傳感器的動作時序的時序圖；圖27是表示形狀的識別比較簡單的“M”形狀的字為被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖；圖28是表示形狀的識別比較簡單的“M”形狀的字為被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖。
具體實施例方式
下面使用附圖來對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。在以下的說明中，主要以需要高精度的圖像再生的指紋讀取為例來進(jìn)行說明，但是，本發(fā)明并不僅限于該例，也能用于原稿讀取和條形碼等。此外，這里相對于傳感器移動作為被攝物體的手指，但是，也可以相對于被攝物體來使傳感器移動。
下面對實施例1進(jìn)行說明。
圖2A是示意地表示傳感器和手指的移動的圖，圖2B是表示光學(xué)式的指紋讀取裝置的簡要構(gòu)成的圖。在本實施例中，使用水平像素540像素、垂直像素20像素的傳感器10。在進(jìn)行指紋認(rèn)證時，例如，通常使用垂直像素數(shù)為500像素左右的，因此，與此相比，在本實施例中使用的傳感器尺寸非常小。此外，在本實施例中，不是利用傳感器讀取全體圖像，而是讀取其一部分的圖像，因此，垂直像素數(shù)可以是充分讀取一部分圖像的像素數(shù)。在傳感器10上(根據(jù)需要，在傳感器10上配置薄板玻璃或纖維墊板等保護(hù)部件)放置手指，在本實施例中，如圖2A所示的那樣，使手指在對于傳感器10的長度方向的垂直方向上移動(用圖2A中的箭頭表示)，依次讀取圖像。
如圖2B所示的那樣，從手指的側(cè)部(可以是上方向、斜上方向、下方向、斜下方向，為了謀求裝置的小型化，最好從是從側(cè)部)由作為光照射裝置的LED 1照射光，在手指內(nèi)使光散射·透過，該光從手指入射到傳感器10中，得到指紋圖像。
圖1是本發(fā)明的圖像輸入裝置的一個實施例的系統(tǒng)圖。傳感器10依次輸出手指的一部分的拍攝圖像。由傳感器10分別讀取的手指的一部分的圖像存在重復(fù)的部分。隨著手指的移動速度變慢，重復(fù)的部分的比例變多。傳感器10由未圖示的驅(qū)動電路進(jìn)行驅(qū)動控制。
來自傳感器10的圖像信號暫時保存在存儲器12中，或者，直接輸入到特征點抽出部11中，進(jìn)行手指的一部分的圖像的特征點抽出。對于特征點抽出，另外進(jìn)行描述。特征點對每一幀按每任意像素行被保存在存儲器13中。例如，第一幀被寫入存儲器區(qū)域1，第二幀被寫入存儲器區(qū)域2，…，第n幀被寫入存儲器區(qū)域n。每一幀的特征點在特征點比較部14中進(jìn)行比較，由速度判定部16來計算在特征點相一致的像素行的位置上手指的移動速度或者速度變化。同時，由重疊判定部15決定幀間的圖像的重疊即圖像的重疊區(qū)域，在圖像修正部(圖像合成部)17中進(jìn)行修正(校正)，使得沒有圖像的重疊，在顯示部18上進(jìn)行顯示。該圖像在登錄時被保存在數(shù)據(jù)保存部20中，在認(rèn)證時，與在認(rèn)證部19中所保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在顯示部18上與被修正的手指的圖像一起顯示表示指紋的一致、不一致的認(rèn)證結(jié)果，在不一致的情況下，再次進(jìn)行手指的移動，在相一致的情況下，進(jìn)入該設(shè)備的目的(例如，允許手機(jī)的使用，能夠進(jìn)行通話)。
對于特征點抽出法，一般為以下三種方法從指紋圖像抽出隆線的構(gòu)造等指紋特征(端點和分支點)的方法(例如，Marchal關(guān)系法)、評價圖像的相似度的圖像(圖形)匹配法、在橫向(與手指的長度方向垂直的方向)上細(xì)致地分解指紋圖像，對各個圖像的隆線的濃淡的不同進(jìn)行頻率分析的頻率分析法。
圖3是表示形狀的識別比較簡單的“M”形狀的字為被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖。數(shù)據(jù)A表示某個時刻t1的被攝物體像的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)B表示時刻t2(＞t1)上的被攝物體像的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)C表示重疊部分的圖像數(shù)據(jù)。通過比較數(shù)據(jù)A的圖像數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)B的圖像數(shù)據(jù)，識別圖像的重疊部分的數(shù)據(jù)C，修正為“M”形狀的被攝物體像的圖像數(shù)據(jù)。
如圖3的示意圖所示的那樣，在形狀的識別比較簡單的被攝物體像的情況下，作為比較數(shù)據(jù)A和數(shù)據(jù)B的特征的方法，最好為評價圖像的相似度的圖像匹配法。象指紋這樣比較復(fù)雜的情況下，如果比較一部分的指紋，則頻率分析法的處理比較簡單。Marchal關(guān)系法檢測隆線的端點和分支點，因此，最好是傳感器面積較大。
圖4和圖5是表示傳感器10的一個構(gòu)成例的圖，圖4是表示傳感器的電路決的圖，圖5是表示傳感器像素部的圖。
在圖4中，30是讀取圖像的光電變換部，31是選擇光電變換部30的掃描行的垂直掃描電路，32是暫時保存來自光電變換部30的信號的暫時保存存儲器，33是把來自暫時保存存儲器32的信號傳送控制到后級的差動放大器和增益可變放大器(PGA)34的水平掃描電路。來自PGA 34的信號由模擬數(shù)字變換器(A/D變換器)36變換為數(shù)字信號，導(dǎo)入后級的圖1所示的特征點抽出部11。垂直掃描電路31、暫時保存存儲器32、水平掃描電路33、PGA 34、A/D變換器36由來自定時發(fā)生器35的控制信號進(jìn)行控制。
接著，使用圖5來說明圖4所示的光電變換部30和暫時保存存儲器32的構(gòu)成。在此使用的光電變換部由被稱為CMOS傳感器的像素放大器形式所構(gòu)成。各個像素由6個元件形成。即，一個像素由光電二極管PD、除去光電二極管PD的殘留電荷的復(fù)位開關(guān)MV、用于把光電二極管PD的信號電荷傳送給后級的放大器的傳送開關(guān)MTX、用于除去放大器(緩沖晶體管)的柵極部的殘留電荷的復(fù)位開關(guān)MRES、作為緩沖柵極部的信號電壓的放大器的緩沖晶體管MSF、把緩沖晶體管MSF的信號輸出控制到垂直信號線上的開關(guān)MSEL所構(gòu)成。M1和M2是用于把來自垂直信號線的信號傳送給暫時保存用的電容器CS，CN的開關(guān)。M3和M4是用于把來自電容器CS，CN的信號S1和噪聲N1分別經(jīng)過水平輸出線而傳送給下一個差動放大器(未圖示)的開關(guān)。用于進(jìn)行總括復(fù)位的開關(guān)MV、MRES以及用于進(jìn)行總括傳送的傳送開關(guān)MTX相當(dāng)于全部像素總括曝光裝置。全部像素總括曝光期間是從全部像素被復(fù)位到由傳送開關(guān)MTX所產(chǎn)生的信號傳送結(jié)束為止的期間，在該期間通過點亮LED 1，而能夠得到手指的指紋圖像。
光電二極管PD的信號被傳送給電容器CS，像素放大器(緩沖晶體管MSF)的復(fù)位噪聲被傳送給電容器CN。
下面使用圖6來對傳感器的動作時序進(jìn)行說明。
圖6的基本驅(qū)動時序為在傳感器的全部像素被全面總括清除之后，圖2(B)所示的LED 1被點亮，指紋的一部分被讀取。該信號被總括傳送給各像素的放大器柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)。柵極部的信號在每行中被傳送給電容器CS來進(jìn)行保存。然后，柵極部被復(fù)位，其噪聲被保存在電容器CN中。信號和噪聲被同時傳送給后級的差動放大器，從信號中除去噪聲。該動作在每行中反復(fù)進(jìn)行。
下面使用圖6來詳細(xì)說明上述動作。首先，當(dāng)傳感器10上的手指被檢測到時，在T1期間，傳感器的動作開始，從定時發(fā)生器35輸出控制信號φstart。接受控制信號φstart的垂直掃描電路31在T2期間首先把信號φC1，φC2(n)，φC2(n+1)，…作為H電平，接通開關(guān)MV、MRFS，在全部像素中清除光電二極管PD和放大器的柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)。接著，使信號φP在全部像素中同時為H電平，接通傳送開關(guān)MTX，此時，LED 1被點亮(φLED為H電平)，照射到移動的手指上，來自手指的反射光由各像素的光電二極管PD進(jìn)行光電變換，向放大器的柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)傳送來自光電二極管PD的信號。指紋圖像進(jìn)行20行的讀取。而且，在使傳送開關(guān)MTX關(guān)斷的狀態(tài)下，在期間T3內(nèi)，點亮LED 1，然后，接通傳送開關(guān)MTX，而可以傳送信號。進(jìn)行控制以使LED 1的點亮期間(光照射期間)與由全部像素總括曝光裝置所產(chǎn)生的曝光期間相一致或者處于該曝光期間內(nèi)，由此，能夠降低耗電。放大器的輸出信號通過使信號φsel(n)和φS成為H電平，而接通開關(guān)MSEL和M1，由此，被保存在電容器CS內(nèi)。
接著，使信號φC2(n)成為H電平，使開關(guān)MRES接通，來使放大器柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)復(fù)位。然后，使信號φsel(n)和φN成為H電平，而接通開關(guān)MSEL和M2，由此，復(fù)位噪聲被傳送給電容器CN。此時，光電二極管PD為了防止因外來光等而由電荷過剩所產(chǎn)生的電荷向柵極部的泄漏，使信號φC1成為H電平，開關(guān)MV接通，被控制在固定電位上。被保存在電容器CS，CN內(nèi)的信號和噪聲依次被傳送到后級進(jìn)行處理。接著，當(dāng)?shù)趎行的像素的信號和噪聲在每列中被依次讀出時，把接著的第n+1行的像素的放大器的輸出信號傳送給電容器CS，把復(fù)位噪聲傳送給電容器CN，執(zhí)行在后級進(jìn)行傳送處理的讀出動作。這樣，進(jìn)行各像素行的讀出。期間T4是把全部像素信號讀出到后級的期間。當(dāng)檢測到傳感器10上沒有手指時，從定時發(fā)生器35輸出信號φend，停止傳感器的動作。
在此，讀出全部像素的時間的設(shè)定方法是重要的。即，需要預(yù)想或預(yù)設(shè)手指的移動的最高速度，決定傳感器的幀速度。當(dāng)幀速度慢時，由于手指的移動，指紋模糊，或者，當(dāng)幀速度過快時，在手指的移動慢的情況下，必須準(zhǔn)備多個圖像存儲器。
在本實施例中，把像素尺寸設(shè)定為30μm見方，把手指的最高移動速度設(shè)定為1cm/0.1sec。此時，如果LED點亮期間為28μsec，該期間的手指的移動為2.8μm，圖像的模糊部分或者幀間的抽樣誤差為max圖像尺寸的1/10以下。當(dāng)圖像的重疊為最小5像素時，在150μm中約1.4msec進(jìn)行反復(fù)，幀速率為約714幀/秒。控制信號φread期間為約1.4msec，因此，信號輸出頻率為約8MHz。當(dāng)進(jìn)一步縮短LED點亮期間時，能夠減小圖像的抽樣誤差，提高圖像合成后的指紋再現(xiàn)性，因此，能夠提高認(rèn)證精度。
如果以此為前提，驅(qū)動傳感器來進(jìn)行后述的圖像合成，特征點抽出方法用頻率分析法、圖像匹配法、關(guān)系法就能實現(xiàn)可以滿足的認(rèn)證。但是，可以根據(jù)需要(需要的認(rèn)證精度)，來設(shè)定特征點抽出法或幀速度。
此外，作為指紋檢測的方法，除了向手指照射光，用光傳感器檢測其反射光或透過光(或者散射·透過光)而檢測出指紋的光學(xué)式的方式之外，也存在把手指放置在壓電元件、靜電電容器檢測元件、溫度檢測元件等半導(dǎo)體傳感器上，通過檢測壓力、電容、溫度來檢測指紋的半導(dǎo)體傳感器方式，在本發(fā)明中可以使用任一種檢測方法。但是，在本發(fā)明中，由于拍攝圖像使得活動圖像的一部分重復(fù)，故要求傳感器10的讀取速度比手指的移動速度快的傳感器。
如上述那樣，根據(jù)本實施例，由于使用較小的傳感器，故成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。而且，能夠降低耗電，來進(jìn)行高精度的認(rèn)證，而可以在便攜設(shè)備中使用。
下面對實施例2進(jìn)行說明。
圖8A是示意地表示傳感器和手指的移動的圖，圖8B是表示光學(xué)式的指紋讀取裝置的簡要構(gòu)成的圖。在本實施例中，使用水平像素數(shù)為540像素，垂直像素數(shù)為20像素的傳感器10。在進(jìn)行指紋認(rèn)證時，例如，通常使用垂直像素數(shù)為500像素左右的，因此，與此相比，在本實施例中使用的傳感器尺寸非常小。而且，在本實施例中，不是通過傳感器讀取全體圖像，而是讀取其一部分的圖像，因此，垂直像素數(shù)可以是充分讀取一部分圖像的像素數(shù)。在傳感器10上(根據(jù)需要，在傳感器10上配置薄板玻璃和纖維墊板等保護(hù)部件)放置手指，在本實施例中，如圖2所示的那樣，使手指在對于傳感器10的長度方向的垂直方向上移動(用圖2中的箭頭表示)，依次讀取圖像。
如圖8B所示的那樣，從手指的側(cè)部(可以是上方向、斜上方向、下方向、斜下方向，為了謀求裝置的小型化，最好從是從側(cè)部)由作為光照射裝置的LED 1照射光，在手指內(nèi)使光散射·透過，該光從手指入射到傳感器10中，得到指紋圖像。
在本實施例中，在使用圖8A，8B說明的基于手指的移動動作的指紋圖像的讀出之前，如圖9所示的那樣，不使用傳感器10的全部的像素線列(在此為20行的線列)的所有，而使用一部分的多個像素線列來讀出信號，判斷傳感器10上有無手指，在能夠確認(rèn)手指配置在傳感器10上之后，使用傳感器10的全部像素線列進(jìn)入基于手指的移動動作的指紋圖像的讀入。在該構(gòu)成中，在判斷手指的有無時，不掃描全部的像素線列，因此，能夠謀求系統(tǒng)的低耗電化。
圖7是本發(fā)明的圖像輸入裝置的一個實施例的系統(tǒng)圖。首先，如圖9所示的那樣，使用傳感器110的一部分的多個像素線列來讀出信號，判斷傳感器110上有無手指。即，反復(fù)驅(qū)動圖9所示的傳感器110的一部分的多個像素線列，而得到數(shù)據(jù)A1、數(shù)據(jù)A2、數(shù)據(jù)A3、…(各個數(shù)據(jù)表示來自一部分的多個像素線列的輸出數(shù)據(jù))，把這些數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲器112或者直接輸入到特征點抽出部111。在特征點抽出部111中，當(dāng)檢測出從手指的特征點未抽出(手指未放置)的狀態(tài)變?yōu)槭种傅奶卣鼽c被抽出(放置了手指)的狀態(tài)時，特征點抽出部111向切換部121發(fā)送切換信號，切換部121向傳感器110輸出指示使用圖2所示的全部像素線列的基于手指的移動動作的指紋圖像的讀出開始的信號。
當(dāng)傳感器110上的手指存在被確認(rèn)并且進(jìn)行手指的移動后，傳感器110使用全部像素線列來依次輸出手指的一部分的拍攝圖像。由傳感器110所分別讀取的手指的一部分的圖像存在重復(fù)的部分。隨著手指的移動速度變慢，重復(fù)的部分的比例變多。
來自傳感器110的圖像信號暫時保存在存儲器112中，或者，直接輸入到特征點抽出部111中，進(jìn)行手指的一部分的圖像的特征點抽出。對于特征點抽出，另外進(jìn)行描述。特征點按每一幀每任意像素行被保存在存儲器113中。例如，第一幀被寫入存儲器區(qū)域1，第二幀被寫入存儲器區(qū)域2，…，第n幀被寫入存儲器區(qū)域n。每一幀的特征點在特征點比較部114中進(jìn)行比較，在速度判定部116中計算在特征點相一致的像素行的位置上手指的移動速度。另外，同時，在重疊判定部115中決定幀間的圖像的重疊，即圖像的重疊區(qū)域，在圖像修正部(圖像合成部)117中進(jìn)行修正(校正)，以使沒有圖像的重疊，在顯示部118中進(jìn)行顯示。該圖像在登錄時被保存在數(shù)據(jù)保存部120中，在認(rèn)證時，與在認(rèn)證部119中所保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在顯示部190中與被修正的手指的圖像一起顯示表示指紋的一致、不一致的認(rèn)證結(jié)果，在不一致的情況下，再次進(jìn)行手指的移動，在相一致的情況下，進(jìn)入該設(shè)備的目的(例如，許可手機(jī)的使用，使可以進(jìn)行通話)。
對于特征點抽出法，一般有以下三種方法從指紋圖像抽出隆線的構(gòu)造等指紋特征(端點和分支點)的方法(例如，Marchal關(guān)系法)、評價圖像的相似度的圖像(圖案)匹配法、在橫向(與手指的長度方向垂直的方向)上細(xì)致地分解指紋圖像，對各個圖像的隆線的濃淡的不同進(jìn)行頻率分析的頻率分析法。
此外，盡管這里使用相同的輸入特征點抽出部111來進(jìn)行使用了一部分的多個像素線列的手指的一部分的拍攝圖像的特征點抽出，和使用全部像素線列的手指的一部分的拍攝圖像的特征點抽出，但是也可以分別設(shè)置特征點抽出部，改變特征點抽出法，例如，用圖像(圖案)匹配法來進(jìn)行使用一部分的多個像素線列時的特征點抽出，而用頻率分析法來進(jìn)行使用全部像素線列時的特征點抽出。
圖10是表示上述圖像輸入的動作的流程圖。此外這樣的動作可以通過生成執(zhí)行相應(yīng)的程序，由軟件來執(zhí)行。即，首先，使用傳感器110的一部分的多個像素線列來讀出信號(步驟S1)由是否能夠抽出指紋的特征點，來判斷傳感器110上有無手指(步驟S2)。在能夠抽出指紋的特征點的情況下，進(jìn)行由使用全部像素線列的手指的移動動作所進(jìn)行的指紋圖像的讀取(步驟S3)。另一方面，在不能抽出指紋的特征點的情況下，再次使用傳感器110的一部分的多個像素線列來讀出信號。
由傳感器110分別讀取的手指的一部分的圖像，進(jìn)行手指的一部分的圖像的特征點抽出(步驟S4)。特征點按每一幀中每一像素行保存在存儲器113中(步驟S5)。比較每一幀的特征點(步驟S6)，在特征點超過預(yù)定數(shù)量相一致的情況下，在特征點相一致的像素行的位置上計算手指的移動速度，另外同時，決定幀間的圖像的重疊即圖像的重疊區(qū)域(步驟S7)。接著，進(jìn)行修正(校正)，以使沒有圖像的重疊(步驟S8)。在特征點不一致的情況下，再次進(jìn)行利用使用了全部像素線列的手指的移動動作的指紋圖像的讀取。
圖11是表示比較形狀的識別為簡單的“M”形狀的字是被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖。數(shù)據(jù)A表示某個時刻t1的被攝物體像的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)B表示時刻t2(＞t1)上的被攝物體像的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)C表示重疊部分的圖像數(shù)據(jù)。通過比較數(shù)據(jù)A的圖像數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)B的圖像數(shù)據(jù)，識別圖像的重疊部分的數(shù)據(jù)C，修正為“M”形狀的被攝物體像的圖像數(shù)據(jù)。
如圖11的示意圖所示的那樣，在比較的形狀的識別為簡單的被攝物體像的情況下，作為比較數(shù)據(jù)A和數(shù)據(jù)B的特征的方法，最好為評價圖像的相似度的圖像匹配法。在象指紋這樣比較復(fù)雜的情況下，如果比較一部分的指紋，則頻率分析法的處理比較簡單。Marchal關(guān)系法，為了檢測隆線的端點或分支點，傳感器面積最好較大。
圖12和圖13是表示傳感器110的一個構(gòu)成例的圖，圖12是表示傳感器的電路塊的圖，圖13是表示傳感器像素部的圖。
在圖12中，130是讀取圖像的光電變換部，131是選擇光電變換部130的掃描行的垂直掃描電路(V·SR)，132是暫時保存來自光電變換部130的信號的暫時保存存儲器，133是把來自暫時保存存儲器132的信號傳送控制到后級的差動放大器和增益可變放大器(PGA)134的水平掃描電路(H·SR)。來自PGA 134的信號由模擬數(shù)字變換器(A/D變換器)136變換為數(shù)字信號，導(dǎo)入后級的圖7所示的特征點抽出部111。垂直掃描電路131、暫時保存存儲器132、水平掃描電路133、PGA 134、A/D變換器136由來自定時發(fā)生器(TG)135的控制信號進(jìn)行控制。此定時發(fā)生器135接受從圖7所示的切換部121所輸出的信號，向垂直掃描電路131輸出對利用使用了圖8所示的全部像素線列的手指的移動動作的指紋圖像的讀出開始進(jìn)行控制的信號。
接著，使用圖13來說明圖12所示的光電變換部130和暫時保存存儲器132的構(gòu)成。在此使用的光電變換部以被稱為CMOS傳感器的像素放大器形式所構(gòu)成。各個像素由6個元件形成。即，一個像素由光電二極管PD、除去光電二極管PD的殘留電荷的復(fù)位開關(guān)MV、用于把光電二極管PD的信號電荷傳送給后級的放大器的傳送開關(guān)MTX、用于除去放大器(緩沖晶體管)的柵極部的殘留電荷的復(fù)位開關(guān)MRES、成為緩沖柵極部的信號電壓的放大器的緩沖晶體管MSF、把緩沖晶體管MSF的信號輸出控制到垂直信號線上的開關(guān)MSEL所構(gòu)成。M1和M2是用于把來自垂直信號線的信號傳送給暫時保存用的電容器CS，CN的開關(guān)。M3和M4是用于把來自電容器CS，CN的信號S1和噪聲N1分別經(jīng)過水平輸出線而傳送給下一個差動放大器(未圖示)的開關(guān)。全部像素總括曝光裝置相當(dāng)于用于進(jìn)行總括復(fù)位的開關(guān)MV、MRES以及用于進(jìn)行總括傳送的傳送開關(guān)MTX。全部像素總括曝光期間是從全部像素被復(fù)位到由傳送開關(guān)MTX所產(chǎn)生的信號傳送結(jié)束為止的期間，在該期間通過點亮LED 1，能夠得到手指的指紋圖像。
光電二極管PD的信號被傳送給電容器CS，像素放大器(緩沖晶體管MSF)的復(fù)位噪聲被傳送給電容器CN。
下面使用圖14對傳感器的動作時序進(jìn)行說明。
圖14的基本驅(qū)動時序為在傳感器的全部像素被全面總括清除之后，圖8(B)所示的LED 1被點亮，指紋的一部分被讀取。該信號被總括傳送給各像素的放大器柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)。柵極部的信號按每行被傳送給電容器CS來進(jìn)行保存。然后，柵極部被復(fù)位，其噪聲被保存在電容器CN中。信號和噪聲被同時傳送給后級的差動放大器，從信號中除去噪聲。該動作在每行中重復(fù)進(jìn)行。
使用圖14來詳細(xì)說明上述動作。首先，當(dāng)傳感器110上的手指被檢測到時，在T1期間，傳感器的動作啟動，從定時發(fā)生器135輸出控制信號φstart。接受控制信號φstart的垂直掃描電路131在T2期間首先把信號φC1，φC2(n)，φC2(n+1)，…作為H電平，接通開關(guān)MV、MRES，在全部像素中清除光電二極管PD和放大器的柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)。接著，使信號φP在全部像素中同時作為H電平，接通傳送開關(guān)MTX，此時，LED 1被點亮(φLED為H電平)，照射到移動的手指上，來自手指的反射光由各像素的光電二極管PD進(jìn)行光電變換，向放大器的柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)傳送來自光電二極管PD的信號。指紋圖像進(jìn)行20行的讀取。而且，在使傳送開關(guān)MTX關(guān)斷的狀態(tài)下，在期間T3內(nèi)，點亮LED 1，然后，接通傳送開關(guān)MTX，而可以傳送信號。進(jìn)行控制以使LED 1的點亮期間(光照射期間)與由全部像素總括曝光裝置所產(chǎn)生的曝光期間相一致或者處于該曝光期間內(nèi)，由此，能夠降低耗電。放大器的輸出信號通過使信號φsel(n)和φS成為H電平，而接通開關(guān)MSEL和M1，由此，被保存在電容器CS內(nèi)。
接著，使信號φC2(n)成為H電平，使開關(guān)MRES接通，來使放大器柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)被復(fù)位。然后，使信號φsel(n)和φN成為H電平，而接通開關(guān)MSEL和M2，由此，復(fù)位噪聲被傳送給電容器CN。此時，光電二極管PD為了防止由于外來光等而由電荷過剩所產(chǎn)生的電荷向柵極部的泄漏，使信號φC1成為H電平，開關(guān)MV接通，被控制在固定電位上。被保存在電容器CS，CN內(nèi)的信號和噪聲依次被傳送到后級進(jìn)行處理。接著，當(dāng)?shù)趎行的像素的信號和噪聲在每列中被依次讀出時，把接著的第n+1行的像素的放大器的輸出信號傳送給電容器CS，把復(fù)位噪聲傳送給電容器CN，執(zhí)行在后級進(jìn)行傳送處理的讀出動作。這樣，進(jìn)行各像素行的讀出。期間T4是把全部像素信號讀出到后級的期間。當(dāng)檢測到傳感器110上沒有手指時，從定時發(fā)生器35輸出信號φend，停止傳感器的動作。
圖15表示判斷手指有無的時序例的時序圖。重復(fù)驅(qū)動圖9所示的傳感器110的一部分的多個像素線列，得到數(shù)據(jù)A1、數(shù)據(jù)A2、數(shù)據(jù)A3、…(各個數(shù)據(jù)表示來自一部分的多個像素線列的輸出數(shù)據(jù))。然后，通過這些數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測為從手指的特征點未抽出(手指未放置)的狀態(tài)變?yōu)槭种傅奶卣鼽c被抽出(放置了手指)的狀態(tài)時，進(jìn)行利用使用了全部像素線列的手指的移動動作的指紋圖像的讀出。
在此，讀出全部像素的時間的設(shè)定方法是重要的。即，需要預(yù)想或預(yù)設(shè)手指的移動的最高速度，決定傳感器的幀速度。當(dāng)幀速度慢時，由于手指的移動，指紋模糊，或者，當(dāng)幀速度過快時，在手指的移動慢的情況下，必須準(zhǔn)備多個圖像存儲器。
在本實施例中，把像素尺寸設(shè)定為30μm見方，把手指的最高移動速度設(shè)定為1cm/0.1sec。此時，如果LED點亮期間為28μsec，該期間的手指的移動為2.8μm，圖像的模糊部分或者幀間的抽樣誤差為max圖像尺寸的1/10以下。當(dāng)設(shè)圖像的重疊為最小5像素后，在150μm中約1.4msec進(jìn)行重復(fù)，幀速率為約714幀/秒。由于控制信號φread期間為約1.4msec，故信號輸出頻率為約8MHz。當(dāng)進(jìn)一步縮短LED點亮期間時，能夠減小圖像的抽樣誤差，提高圖像合成后的指紋再現(xiàn)性，故能夠提高認(rèn)證精度。
如果以其為前提驅(qū)動傳感器來進(jìn)行后述的圖像合成，特征點抽出方法用頻率分析法、圖像匹配法、關(guān)系法也能實現(xiàn)可以滿足的認(rèn)證。但是，根據(jù)需要(需要的認(rèn)證精度)，來設(shè)定特征點抽出法或幀速度即可。
此外，作為指紋檢測的方法，除了向手指照射光，用光傳感器檢測其反射光或透過光(或者散射/透過光)而檢測出指紋的光學(xué)式的措施之外，也存在把手指放置在壓電元件、靜電電容器檢測元件、溫度檢測元件等半導(dǎo)體傳感器上，通過檢測壓力、電容、溫度來檢測指紋的半導(dǎo)體傳感器方式，在本發(fā)明中可以使用任一種檢測方法。但是，在本發(fā)明中，由于活動圖像的一部分重復(fù)地拍攝圖像，則要求傳感器10的讀取速度比手指的移動速度快的傳感器。
下面對本發(fā)明的圖像輸入裝置的另一個實施例進(jìn)行說明。本實施例是判斷手指的移動來控制圖14的驅(qū)動的開始。
圖16是本實施例的圖像輸入裝置的另一個系統(tǒng)圖。在圖15所示的時序圖中，能夠讀出數(shù)據(jù)來判斷手指的移動。在圖16中，對于與圖7相同的構(gòu)成部件，使用相同的標(biāo)號。
如圖9所示的那樣，使用傳感器110的一部分的多個像素線列來讀出信號，判斷傳感器110上有無手指。即，如圖15所示的那樣，重復(fù)驅(qū)動圖9所示的傳感器110的一部分的多個像素線列，得到數(shù)據(jù)A1、數(shù)據(jù)A2、數(shù)據(jù)A3、…(各個數(shù)據(jù)表示來自一部分的多個像素線列的輸出數(shù)據(jù))，把這些數(shù)據(jù)經(jīng)過存儲器112或者直接輸入特征點抽出部111，進(jìn)行手指的一部分圖像的特征點抽出。特征點在每個數(shù)據(jù)中對每個像素行被保存在存儲器113中。例如，數(shù)據(jù)A1被寫入存儲器區(qū)域1，數(shù)據(jù)A2被寫入存儲器區(qū)域2，…，數(shù)據(jù)Am被寫入存儲器區(qū)域m(m為小于n的數(shù)，m＜n)。每個數(shù)據(jù)的特征點在特征點比較部114中進(jìn)行比較，象數(shù)據(jù)A1和數(shù)據(jù)A2、數(shù)據(jù)A2和數(shù)據(jù)A3這樣比較數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)的比較值超過某個設(shè)定值不一致的情況下，特征點比較部114檢測手指移動，另外，在特征點相一致的像素行的位置上，由速度判定部116計算手指的移動速度。從特征點比較部114或者特征點比較部114和速度判定部116向切換部122發(fā)送切換信號，切換部122向傳感器110的時序發(fā)生部136輸出控制圖14的驅(qū)動的開始的信號。此外，由于從速度判定部116向切換部122或傳感器110的時序發(fā)生部136發(fā)送表示手指的移動速度的水平的信號，能夠適合于該移動速度來驅(qū)動傳感器，故用少量的存儲器就可以。而且，LED 101的點亮所產(chǎn)生的耗電也可以降低。進(jìn)而，由于在判斷手指的移動的情況下，不是掃描全部的像素線列，故能夠謀求系統(tǒng)的低耗電化。
使用圖11來說明圖14的驅(qū)動的幀間的數(shù)據(jù)的重疊。在此，為了簡化說明，把指紋變?yōu)樽址鸐來作為被攝物體，使字符M在傳感器上移動。幀A中的數(shù)據(jù)A和幀B的數(shù)據(jù)B的重疊，數(shù)據(jù)C為取得的圖像的重疊即重疊部分。存在如果被攝物體的移動慢，重疊的數(shù)據(jù)增加，幀驅(qū)動時間變長這樣的問題，但是，通過配合被攝物體的移動速度來驅(qū)動傳感器，就能夠減少重疊的數(shù)據(jù)，并減少存儲器容量。
如上述那樣，根據(jù)本實施例，由于使用小的傳感器，則成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。而且，能夠降低耗電，能夠進(jìn)行高精度的認(rèn)證，并能用于便攜設(shè)備。
下面對實施例3進(jìn)行說明。
圖18A是示意地表示傳感器和手指的移動的圖，圖18B是表示由光學(xué)式所實現(xiàn)的指紋讀取裝置的簡要構(gòu)成的圖。在本實施例中，使用水平像素數(shù)為540像素，垂直像素數(shù)為20像素的傳感器210。例如，在進(jìn)行指紋認(rèn)證時，通常使用垂直像素數(shù)為500像素左右的，因此，與此相比，在本實施例中使用的傳感器尺寸非常小。而且，由于在本實施例中，不是通過傳感器讀取全體圖像，而是讀取其一部分的圖像即可，故垂直像素數(shù)也是對讀取一部分圖像充分的像素數(shù)即可。在傳感器210上(根據(jù)需要，在傳感器210上配置薄板玻璃和纖維墊板等保護(hù)部件)放置手指，在本實施例中，如圖18A所示的那樣，使手指在相對于傳感器210的長度方向的垂直方向上移動(用圖18A中的箭頭表示)，依次讀取圖像。
如圖18B所示的那樣，從手指的側(cè)部(可以是上方向、斜上方向、下方向、斜下方向，但為了謀求裝置的小型化，最好從是從側(cè)部)利用成為光照射裝置的LED 1照射光，在手指內(nèi)使光散射/透過，該光從手指入射到傳感器210中，得到指紋圖像。
圖20是表示比較形狀的識別是簡單的“M”形狀的字為被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖。數(shù)據(jù)A表示某個時刻t1的被攝物體像的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)B表示時刻t2(＞t1)上的被攝物體像的圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)C表示重疊部分的圖像數(shù)據(jù)。在相應(yīng)的情況下，如果被攝物體的移動慢，則重疊的數(shù)據(jù)增加，幀驅(qū)動時間變長。因此，在本實施例中，通過配合被攝物體的移動速度來驅(qū)動傳感器，能夠減少重疊的數(shù)據(jù)，減少全部像素讀出的次數(shù)，由此，能夠減少存儲器容量。
在圖19A，B中表示了本實施例的動作的概念圖。如圖19A所示的那樣，除了使用圖18A，18B說明的傳感器210的全部像素線列(在此為20行的線列)的指紋圖像的讀出方式(稱為全部像素讀出方式)之外，還設(shè)置了使用傳感器10的一部分的多個像素線列的指紋圖像的讀出方式(稱為部分像素讀出方式)，如圖19B所示的那樣，首先，在全部像素讀出方式中，由傳感器210讀取數(shù)據(jù)A，接著，重復(fù)部分像素讀出方式，當(dāng)在所得到的數(shù)據(jù)B、數(shù)據(jù)C、…中具有與數(shù)據(jù)A內(nèi)的數(shù)據(jù)A′相一致的數(shù)據(jù)時，得到由全部像素讀出方式進(jìn)行接著的讀出的數(shù)據(jù)D。利用本實施例的動作，利用全部像素讀出方式的數(shù)據(jù)A和數(shù)據(jù)D的重疊部分L2與重復(fù)進(jìn)行全部像素讀出方式時(在數(shù)據(jù)A讀出后，不進(jìn)行部分像素讀出方式，用虛線表示進(jìn)行全部像素讀出方式時的數(shù)據(jù))的重疊部分L1與比較，能夠變小。這樣，即使在手指的移動速度慢的情況下，也能降低重疊部分。
圖17是本發(fā)明的圖像輸入裝置的一個實施例的系統(tǒng)圖。當(dāng)參照圖19A，19B進(jìn)行說明時，在確認(rèn)了傳感器210上的手指的存在，進(jìn)行手指的移動后，傳感器210使用全部像素線列來輸出手指的一部分的拍攝圖像(圖19B中的數(shù)據(jù)A)。來自傳感器210的圖像信號被暫時存儲在存儲器212中，或者，直接被輸入特征點抽出部211中，進(jìn)行手指的一部分圖像的特征點抽出。與特征點抽出相關(guān)的內(nèi)容另外描述。特征點作為第一幀的特征點，按每個任意的像素行，被存儲在存儲器213的存儲器區(qū)域1中。
接著，如圖19A，19B所示的那樣，驅(qū)動傳感器210的一部分的多個像素線列來得到拍攝圖像(圖19B的數(shù)據(jù)B)，該數(shù)據(jù)B經(jīng)過存儲器212或者直接輸入特征點抽出部211，進(jìn)行圖像的特征點抽出。特征點按每像素行被存儲在存儲器213的存儲器區(qū)域2中。在存儲器區(qū)域1中所存儲的數(shù)據(jù)A內(nèi)的數(shù)據(jù)A′的特征點與在存儲器區(qū)域2中所存儲的數(shù)據(jù)B的特征點在特征點比較部214中進(jìn)行比較，在數(shù)據(jù)A′的特征點與數(shù)據(jù)B的特征點相一致或超過某個設(shè)定值的情況下，特征點比較部214向切換部222發(fā)送控制信號，切換部222把傳感器210切換到全部像素讀出方式下。另外，由速度判定部216計算在特征點相一致的像素行的位置上的手指的移動速度。此外，在存儲器213中不保存數(shù)據(jù)B的特征點，從特征點抽出部211直接輸入特征點比較部214，與數(shù)據(jù)A′的特征點進(jìn)行比較。
如果數(shù)據(jù)A′的特征點與數(shù)據(jù)B的特征點不一致，驅(qū)動傳感器210的一部分的多個像素線列來得到拍攝圖像(圖19B的數(shù)據(jù)C)，與上述動作相同，比較數(shù)據(jù)A′的特征點與數(shù)據(jù)C的特征點，進(jìn)行部分像素讀出，直到通過部分像素讀出而得到的數(shù)據(jù)的特征點與數(shù)據(jù)A′的特征點相一致或者超過某個設(shè)定值為止。
當(dāng)通過切換部222切換到全部像素讀出方式下，進(jìn)行全部像素讀出時，與上述動作相同，來自傳感器210的圖像信號作為數(shù)據(jù)D而被暫時存儲在存儲器212中，或者，直接被輸入特征點抽出部211，進(jìn)行手指的部分圖像的特征點抽出。特征點作為第二幀的特征點，按每個任意像素行，被存儲在存儲器213的存儲器區(qū)域2中。此外，在進(jìn)行全部像素讀出時，由部分像素讀出所產(chǎn)生的在存儲器區(qū)域2中所存儲的數(shù)據(jù)B或數(shù)據(jù)C被刪除。
這樣，在全部像素讀出之后，進(jìn)行部分像素讀出，當(dāng)全部像素讀出所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的一部分與部分像素讀出所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)相一致或大致一致時，依次執(zhí)行進(jìn)行接著的全部像素讀出的動作。因此，能夠檢測手指對傳感器的移動速度，來設(shè)定幀速度。在此情況下，即使手指的移動速度變化，也能與其對應(yīng)來改變幀速度，調(diào)整重疊部(能夠?qū)?yīng)于移動速度的變化來改變幀速度)。此外，在手指的移動速度不怎么變化的情況下，最初設(shè)定從數(shù)據(jù)A到數(shù)據(jù)D的速度(幀速度)，也能夠在該設(shè)定之后，不進(jìn)行部分像素讀出，從接著的全部像素讀出之后以該幀速度來動作。
這樣，重疊部分較少的數(shù)據(jù)的特征點依次被存儲在存儲器213中。例如，由全部像素讀出所產(chǎn)生的第一幀被寫入存儲器區(qū)域1，第二幀被寫入存儲器區(qū)域2，…，第n幀被寫入存儲器區(qū)域n。每幀的特征點由特征點比較部214進(jìn)行比較，在特征點相一致的像素行的位置上，由速度判定部216計算手指的移動速度。另外，同時，由重疊判定部15決定幀間的圖像的重疊即圖像的重疊區(qū)域，由圖像修正部(圖像合成部)217進(jìn)行修正(校正)以及合成，以使沒有圖像的重疊，并在顯示部218上進(jìn)行顯示。該圖像在登錄時被保存在數(shù)據(jù)保存部220中，在認(rèn)證時，與在認(rèn)證部219中所保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在顯示部218上與被修正的手指的圖像一起顯示表示指紋的一致、不一致的認(rèn)證結(jié)果，在不一致的情況下，再次進(jìn)行手指的移動，在相一致的情況下，進(jìn)入該設(shè)備的目的(例如，許可手機(jī)的使用，使能夠進(jìn)行通話)。
對于特征點抽出法，一般為以下三種方法從指紋圖像抽出隆線的構(gòu)造等指紋特征(端點和分支點)的方法(例如，Marchal關(guān)系法)、評價圖像的相似度的圖像(圖形)匹配法、在橫向(與手指的長度方向垂直的方向)上細(xì)致地分解指紋圖像，對各個圖像的隆線的濃淡的不同進(jìn)行頻率分析的頻率分析法。
如圖20的示意圖所示的那樣，在比較的形狀的識別是簡單的被攝物體像的情況下，作為比較數(shù)據(jù)A和數(shù)據(jù)B的特征的方法，最好為評價圖像的相似度的圖像匹配法。象指紋這樣比較復(fù)雜的情況下，如果比較一部分的指紋，則頻率分析法的處理比較簡單。Marchal關(guān)系法為了檢測隆線的端點或分支點，傳感器面積最好較大。
圖21和圖22是表示傳感器210的一個構(gòu)成例的圖，圖21是表示傳感器的電路塊的圖，圖22是表示傳感器像素部的圖。
在圖21中，230是讀取圖像的光電變換部，231是選擇光電變換部230的掃描行的垂直掃描電路(VSR)，232是暫時保存來自光電變換部230的信號的暫時保存存儲器，233是把來自暫時保存存儲器32的信號傳送控制到后級的差動放大器和增益可變放大器(PGA)234的水平掃描電路(HSR)。來自PGA 234的信號由模擬數(shù)字變換器(A/D變換器)236變換為數(shù)字信號，導(dǎo)入后級的圖17所示的特征點抽出部211。垂直掃描電路231、暫時保存存儲器232、水平掃描電路233、PGA 234、A/D變換器236由來自定時發(fā)生器235的控制信號進(jìn)行控制。
接著，使用圖22來說明圖21所示的光電變換部230和暫時保存存儲器232的構(gòu)成。這里使用的光電變換部以被稱為CMOS傳感器的像素放大器形式所構(gòu)成。各個像素由6個元件形成。即，一個像素由光電二極管PD、除去光電二極管PD的殘留電荷的復(fù)位開關(guān)MV、用于把光電二極管PD的信號電荷傳送給后級的放大器的傳送開關(guān)MTX、用于除去放大器(緩沖晶體管)的柵極部的殘留電荷的復(fù)位開關(guān)MRES、成為緩沖柵極部的信號電壓的放大器的緩沖晶體管MSF、把緩沖晶體管MSF的信號輸出控制到垂直信號線上的開關(guān)MSEL所構(gòu)成。M1和M2是用于把來自垂直信號線的信號傳送給暫時保存用的電容器CS，CN的開關(guān)。M3和M4是用于把來自電容器CS，CN的信號S1和噪聲N1分別經(jīng)過水平輸出線而傳送給下一個差動放大器(未圖示)的開關(guān)。全部像素總括曝光裝置相當(dāng)于用于進(jìn)行總括復(fù)位的開關(guān)MV、MRES以及用于進(jìn)行總括傳送的傳送開關(guān)MTX。全部像素總括曝光期間是從全部像素被復(fù)位到由傳送開關(guān)MTX所產(chǎn)生的信號傳送結(jié)束為止的期間，在該期間通過點亮LED 1，而能夠得到手指的指紋圖像。
光電二極管PD的信號被傳送給電容器CS，像素放大器(緩沖晶體管MSF)的復(fù)位噪聲被傳送給電容器CN。
下面使用圖23來對傳感器的動作時序進(jìn)行說明。
圖23的基本驅(qū)動時序為在傳感器的全部像素被全面總括清除之后，圖18(B)所示的LED 201被點亮，指紋的一部分被讀取。該信號被總括傳送給各像素的放大器柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)。柵極部的信號按每行被傳送給電容器CS來進(jìn)行保存。然后，柵極部被復(fù)位，其噪聲被保存在電容器CN中。信號和噪聲被同時傳送給后級的差動放大器，從信號中除去噪聲。該動作對每行重復(fù)進(jìn)行。
使用圖23來更詳細(xì)地說明上述動作。首先，當(dāng)傳感器210上的手指被檢測到時，在T1期間，傳感器的動作啟動，從定時發(fā)生器235輸出控制信號φstart。接受控制信號φstart的垂直掃描電路231在T2期間首先把信號φC1，φC2(n)，φC2(n+1)，…作為H電平，接通開關(guān)MV、MRES，在全部像素中清除光電二極管PD和放大器的柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)。接著，使信號φP在全部像素中同時作為H電平，接通傳送開關(guān)MTX，此時，LED 201被點亮(φLED為H電平)，照射到移動的手指上，來自手指的反射光由各像素的光電二極管PD進(jìn)行光電變換，向放大器的柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)傳送來自光電二極管PD的信號。指紋圖像進(jìn)行20行的讀取。而且，在使傳送開關(guān)MTX關(guān)斷的狀態(tài)下，在期間T3內(nèi)，點亮LED 201，然后，接通傳送開關(guān)MTX，而可以傳送信號。進(jìn)行控制以使LED 201的點亮期間(光照射期間)與由全部像素總括曝光裝置所產(chǎn)生的曝光期間相一致或者處于該曝光期間內(nèi)，由此，能夠降低耗電。放大器的輸出信號通過使信號φsel(n)和φS成為H電平，并接通開關(guān)MSEL和M1，被保存在電容器CS內(nèi)。
接著，使信號φC2(n)成為H電平，使開關(guān)MRES接通，來使放大器柵極部(緩沖晶體管MSF的柵極部)被復(fù)位。然后，使信號φsel(n)和φN成為H電平，而接通開關(guān)MSEL和M2，由此，復(fù)位噪聲被傳送給電容器CN。此時，光電二極管PD為了防止由于外來光等而由電荷過剩所產(chǎn)生的電荷向柵極部的泄漏，使信號φC1成為H電平，開關(guān)MV接通，被控制在固定電位上。被保存在電容器CS，CN內(nèi)的信號和噪聲依次被傳送到后級進(jìn)行處理。接著，當(dāng)?shù)趎行的像素的信號和噪聲在每列中被依次讀出時，把接著的第n+1行的像素的放大器的輸出信號傳送給電容器CS，把復(fù)位噪聲傳送給電容器CN，執(zhí)行在后級進(jìn)行傳送處理的讀出動作。這樣，進(jìn)行各像素行的讀出。期間T4是把全部像素信號讀出到后級的期間。當(dāng)檢測到傳感器210上沒有手指時，從定時發(fā)生器35輸出信號φend，停止傳感器的動作。
圖24表示圖19B所示的動作的時序圖。在全部像素讀出方式中，由傳感器210讀取數(shù)據(jù)A，接著，重復(fù)部分像素讀出方式，當(dāng)在所得到的數(shù)據(jù)B、數(shù)據(jù)C、…中具有與數(shù)據(jù)A內(nèi)的數(shù)據(jù)A′相一致的數(shù)據(jù)時，得到由全部像素讀出方式進(jìn)行接著的讀出的數(shù)據(jù)D。通過依次進(jìn)行這樣的動作，對于手指全體，在全部像素讀出方式下進(jìn)行指紋的讀出。
在此，讀出全部像素的時間的設(shè)定方法是重要的。即，需要預(yù)想或預(yù)設(shè)手指的移動的最高速度，決定傳感器的幀速度。當(dāng)幀速度慢時，由于手指的移動，指紋模糊，或者，當(dāng)幀速度過快時，在手指的移動慢的情況下，必須準(zhǔn)備多個圖像存儲器。
在本實施例中，把像素尺寸設(shè)定為30μm見方，把手指的最高移動速度設(shè)定為1cm/0.1sec。此時，如果LED點亮期間為28μsec，該期間的手指的移動為2.8μm，圖像的模糊部分或者幀間的抽樣誤差為max圖像尺寸的1/10以下。當(dāng)設(shè)圖像的重疊為最小5像素時，在150μm中約1.4msec進(jìn)行重復(fù)，幀速率為約714幀/秒?？刂菩盘枽誶ead期間為約1.4msec，因此，信號輸出頻率為約8MHz。當(dāng)進(jìn)一步縮短LED點亮期間時，能夠減小圖像的抽樣誤差，提高圖像合成后的指紋再現(xiàn)性，因此，能夠提高認(rèn)證精度。
如果以其為前提，驅(qū)動傳感器來進(jìn)行后述的圖像合成，特征點抽出方法用頻率分析法、圖像匹配法、關(guān)系法也能實現(xiàn)可以滿足的認(rèn)證。但是，根據(jù)需要(需要的認(rèn)證精度)，來設(shè)定特征點抽出法或幀速度即可。
此外，作為指紋檢測的方法，除了向手指照射光，用光傳感器檢測其反射光或透過光(或者散射·透過光)而檢測出指紋的光學(xué)式的措施之外，也存在把手指放置在壓電元件、靜電電容器檢測元件、溫度檢測元件等半導(dǎo)體傳感器上，通過檢測壓力、電容、溫度來檢測指紋的半導(dǎo)體傳感器方式，在本發(fā)明中可以使用任一種檢測方法。但是，在本發(fā)明中，由于活動圖像的一部分重復(fù)地拍攝圖像，則要求傳感器10的讀取速度比手指的移動速度快的傳感器。
接著對本發(fā)明的圖像輸入裝置的另一個實施例進(jìn)行說明。本實施例不進(jìn)行部分像素讀出，通過全部像素讀出相互的比較，來降低數(shù)據(jù)的重疊部分。
在圖25中表示了本實施例的動作的概念圖。如圖25所示的那樣，首先，由傳感器210以第一次的全部像素讀出方式讀取數(shù)據(jù)A，接著，由傳感器210以第二次的全部像素讀出方式讀取數(shù)據(jù)B。在特征點比較部214中比較在第二次的全部像素讀出方式下得到的存儲在存儲器213的存儲器區(qū)域2中的數(shù)據(jù)B內(nèi)的數(shù)據(jù)B′與在第一次全部像素讀出方式下得到的存儲在存儲器區(qū)域1中的數(shù)據(jù)A內(nèi)的數(shù)據(jù)A′，當(dāng)相一致或者大致一致時，如圖25所示的那樣，接著，由傳感器210在第三次全部像素讀出方式下讀取數(shù)據(jù)C。此時，數(shù)據(jù)B從存儲器213中被刪除。此外，當(dāng)相一致或者大致一致時，使用在第二次的全部像素讀出方式下所得到的數(shù)據(jù)B，在特征點比較部214中與在第一次的全部像素讀出方式下所得到的數(shù)據(jù)A進(jìn)行特征點比較，以與上述實施例相同的動作進(jìn)行指紋的認(rèn)證。
在特征點比較部214中，比較在第三次的全部像素讀出方式下所得到被存儲在存儲器213的存儲器區(qū)域2中的數(shù)據(jù)C內(nèi)的數(shù)據(jù)C′與在第一次全部像素讀出方式下得到的存儲在存儲器區(qū)域1中的數(shù)據(jù)A內(nèi)的數(shù)據(jù)A′，當(dāng)相一致或者大致一致時，成為在存儲器213的存儲器區(qū)域2中存儲數(shù)據(jù)C的狀態(tài)，進(jìn)行接著的全部像素讀出。在此說明了進(jìn)行在全部像素讀出中的數(shù)據(jù)比較直到讀取了手指全體的指紋數(shù)據(jù)為止。本實施例的動作所產(chǎn)生的利用全部像素讀出方式的數(shù)據(jù)A和數(shù)據(jù)C的重疊部分L2與全部像素讀出方式的數(shù)據(jù)A和數(shù)據(jù)C的重疊部分L1相比較要小，通過不使用數(shù)據(jù)B，即使在手指的移動速度慢的情況下，也能降低重疊部分。其他的動作與上述實施例的動作相同，此外，為了提高處理速度，數(shù)據(jù)A′最好在數(shù)據(jù)A的最后附近，進(jìn)行比較的數(shù)據(jù)B′、數(shù)據(jù)C′最好在數(shù)據(jù)B、數(shù)據(jù)C的開頭附近。
在圖26中表示了圖25所示的動作的時序圖。在全部像素讀出方式下由傳感器210讀取數(shù)據(jù)A，在此后的全部像素讀出方式下所得到的數(shù)據(jù)B、數(shù)據(jù)C、…內(nèi)的數(shù)據(jù)B′、數(shù)據(jù)C′比較是否與數(shù)據(jù)A內(nèi)的數(shù)據(jù)A′相一致或大致一致(在此，數(shù)據(jù)C′與數(shù)據(jù)A′相一致)，使用具有一致或大致一致的數(shù)據(jù)C，不使用具有不一致的數(shù)據(jù)B′的數(shù)據(jù)B。這樣，能夠降低重疊部分。
圖27是在由圖19B說明的實施例中表示把比較形狀的識別是簡單的“M”形狀的字置換為被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖。由全部像素讀出所進(jìn)行的驅(qū)動讀取數(shù)據(jù)A，由接著的部分像素讀出所進(jìn)行的驅(qū)動讀取數(shù)據(jù)B，從數(shù)據(jù)A和數(shù)據(jù)B相一致的像素的位置，來判定被攝物體的移動速度，能夠進(jìn)行利用接著的全部像素讀出的驅(qū)動。
此外，作為由全部像素讀出所進(jìn)行的驅(qū)動的數(shù)據(jù)，可以僅利用數(shù)據(jù)A中的一部分的數(shù)據(jù)。圖28是表示把比較形狀的識別是簡單的“M”形狀的字置換為被攝物體像時的圖像數(shù)據(jù)的示意圖。設(shè)利用數(shù)據(jù)A中的一部分的數(shù)據(jù)作為由全部像素讀出所進(jìn)行的驅(qū)動的數(shù)據(jù)，在接著的部分像素讀出所進(jìn)行的驅(qū)動中，使用數(shù)據(jù)B中的數(shù)據(jù)B1、B2、B3、B4，來進(jìn)行數(shù)據(jù)A與數(shù)據(jù)B是否相一致或者大致一致的判斷。在此情況下，由于接著的驅(qū)動是為了讀取像素線列的一部分，故具有能夠快速進(jìn)行判斷的優(yōu)點。
由于在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明大量而廣泛的實施形式，應(yīng)該理解為本發(fā)明并不限于特定的實施形式，而是由附加的權(quán)利要求所規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種圖像輸入裝置，其特征在于，包括傳感器，具有多個像素；切換電路，切換從上述傳感器的多個像素讀取圖像的第一讀取方式和從少于在上述傳感器的上述第一方式中使用的像素數(shù)的多個像素讀取圖像的第二讀取方式；以及檢測電路，由上述第二讀取方式來檢測上述傳感器上的被攝物體的有無，其中，在由上述檢測電路檢測到在上述傳感器上有被攝物體的情況下，切換到上述第一讀取方式。
2.一種圖像輸入裝置，其特征在于，包括傳感器，具有多個像素；切換電路，切換從上述傳感器的多個像素讀取圖像的第一讀取方式和從少于在上述傳感器的上述第一方式中使用的像素數(shù)的多個像素讀取圖像的第二讀取方式；以及檢測電路，由上述第二讀取方式來檢測上述傳感器與被攝物體的相對移動，其中，在由上述檢測電路檢測到上述相對移動的情況下，切換到上述第一讀取方式。
3.一種圖像輸入裝置，通過使被攝物體與包含多個像素的傳感器相對移動，分別依次取得作為上述被攝物體的圖像的一部分的多個部分圖像，其特征在于，包括控制電路，根據(jù)多個上述部分圖像數(shù)據(jù)的比較，控制取得將要合成的多個上述部分圖像數(shù)據(jù)的定時。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像輸入裝置，其特征在于上述控制電路包括切換電路和檢測電路，所述切換電路，切換從上述傳感器的多個像素讀取圖像的第一讀取方式和從少于在上述傳感器的上述第一方式中使用的像素數(shù)的多個像素讀取圖像的第二讀取方式；所述檢測電路，對于與上述傳感器相對移動的被攝物體，比較用第一讀取方式進(jìn)行讀取所得到的上述部分圖像數(shù)據(jù)的一部分和此后用第二讀取方式進(jìn)行讀取所得到的上述部分圖像數(shù)據(jù)，依照上述檢測電路的比較結(jié)果，通過上述切換電路，從第二讀取方式切換到下一個第一讀取方式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像輸入裝置。該圖像輸入裝置包括傳感器，具有多個像素；切換電路，切換從上述傳感器的多個像素讀取圖像的第一讀取方式和從少于在上述傳感器的上述第一方式中使用的像素數(shù)的多個像素讀取圖像的第二讀取方式；以及檢測電路，由上述第二讀取方式來檢測上述傳感器上的被攝物體的有無，其中，在由上述檢測電路檢測到在上述傳感器上有被攝物體的情況下，切換到上述第一讀取方式。
文檔編號G06T1/00GK1758267SQ20051011702
公開日2006年4月12日 申請日期2003年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月20日
發(fā)明者橋本誠二 申請人:佳能株式會社