[發明專利]光學地形成像

有效

• 申請號: 201280028752.8
• 申請日: 2012-04-11
• 公開（公告）號: CN103597820B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: H.A.米勒;R.E.馬丁;R.K.羅
• 申請（專利權）人: HID環球公司
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 于小寧

相關申請交叉引用

本申請是申請號為61/473,860、題為“OPTICAL TOPOGRAPHIC IMAGING”、在2011年4月11日提交的美國臨時專利申請的非臨時性申請，并且要求所述臨時申請的權益，在此通過引用來整體并入所述臨時申請的全部公開。

技術領域

本申請總地涉及光學成像。更具體地，本申請涉及光學地形成像。

背景技術

存在多種應用，其中需要對對象進行研究以分析其地形特征。一種具體示例是指紋成像，其中在識別應用中普遍使用凸處的地形圖案，以便或者提供根據指紋識別人的機制或者基于人的指紋來驗證人所聲稱的身份。

目前使用的大多數指紋采集方法依據在手指表面上或非常接近于手指表面的皮膚的測量特性。具體地，光學指紋讀取器通常依賴于在傳感器板和置于其上的皮膚組織之間存在還是不存在折射率的差別。當指紋的空氣填充的凹處在板的特定位置之上時，由于空氣-板的折射率差別在板中發生全內反射（TIR）。替換地，如果具有合適折射率的皮膚與板有光學接觸，那么在該位置處的TIR被破壞，允許光穿過板-皮膚接觸面。在手指觸摸板的整個區域上TIR的差別圖形成用于常規光學指紋讀取的基礎。存在多種光學裝置，用于檢測在亮場和暗場光學裝置二者中光學接觸面的這種變化。通常，使用單個準單色光束以進行該基于TIR的測量。

也存在不依賴于該基于TIR的測量的其他的光學指紋傳感器。在大多數情況下，這樣的傳感器依賴準單色光的某種排列以照明指尖的前面、側面或后面，這引起光通過皮膚漫射。根據整個凸處和凹處的皮膚-板邊界的光傳輸的差別形成指紋圖像。在光傳輸中的差別是由于菲涅耳反射特性的變化所引起的，所述變化由在凹處中存在或不存在任何中間空氣間隙而產生。

使用成像以分析地形特征的另一個示例是在機器可讀符號的部署中，所述機器可讀符號直接被合并到被標記為供應鏈監控系統的部件的部件上。使用符號以便通過用唯一的具有地形特征的符號來對部件進行標記從而改進供應鏈管理，所述地形特征通過諸如激光蝕刻、化學蝕刻、點式打標、澆鑄、機械加工和其他操作來形成。對唯一的符號進行成像以及由此進行讀取的能力對于監控部件和材料通過供應鏈的轉移是至關重要的。這樣的符號在此稱作“加工條形碼”，但是這樣的術語并不打算對形成符號的方式進行限制。

發明內容

本發明的實施例提供對對象的預定義部分進行研究的方法，所述對象具有對包括所述對象的對象類別進行定義的感興趣的特征。多個光源中的每一個從不同照明方向直接照明對象。多個光源被保持在相對于對象而言穩定的配置中。對于每個照明方向，利用保持在相對于多個光源而言穩定的布置中的相機，根據從對象散射的光生成圖像。將從針對對象類別的機器學習中得到的方法應用于對所生成的圖像進行過濾以得到與感興趣的特征一致的特性。根據過濾圖像確定對象的表面梯度（surface gradient）。對表面梯度積分（integrate）以生成對象的預定義部分的表面的地形。

在一些實施例中，也可以根據所生成的圖像確定對象的漫反射系數（albedo）。

當對象的預定義部分近似平面時，對所生成圖像進行過濾可以包括將帶通濾波器應用于所生成的圖像。當感興趣的特征包括方向時，對所生成的圖像進行過濾可以包括將方向濾波器應用于所生成的圖像。當感興趣的特征包括色彩特性時，對所生成的圖像進行過濾可以包括將色彩濾波器（chromatic filter）應用于所生成的圖像。

確定表面梯度的過程可以包括將解卷積應用于所生成的圖像，以計算（account for）由對象的大組件所引起的各向異性的光散射。在一些實例中，將不同的處理應用于所生成圖像中的每一個。具體地，可以通過應用作為由多個光源相對于對象的位置所定義的幾何形狀的函數所生成的周期性因數，來提取表面梯度。在一些實例中，可以借助機器學習過程來確定這些周期性因數。

可以通過地形圖像來定義對象的表面的地形，可以針對特定的效果對所述地形圖像實施變換。例如，變換可以改變地形圖像的對比度，可以減少在地形圖像內的由鏡面光所引起的偽影（artifacts），或者可以將地形圖像二值化。此外，可以借助機器學習過程來確定這些變換。

例如，當每個光源生成處于基本上相同波長的光時，光源基本上可以是單色源。光源可以以基本上相同的仰角圍繞對象分布，并且在相對于對象的方位上基本上均勻地分布。在一些實例中，對象的部分與板光學接觸，所述板對于由光源生成的光而言基本上是透明的。