多譜生物統(tǒng)計傳感器的制作方法

專利名稱：多譜生物統(tǒng)計傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及生物統(tǒng)計學。更具體地，本發(fā)明涉及借助多譜成像 傳感器進行生物統(tǒng)計測量的方法和系統(tǒng)以及用于測量酒精或其它分析物 的體內(nèi)水平的方法和系統(tǒng)。
"生物統(tǒng)計學"通常涉及對生命體的特征的統(tǒng)計分析。生物統(tǒng)計學的 一種類別包括"生物統(tǒng)計識別"，其通常在兩種模式之一下運轉(zhuǎn)，以提供 對人的自動識別或?qū)θ说募僭O身份進行驗證。生物統(tǒng)計檢測技術測量人的 身體特性或行為特征，并且將這些特征與相似的預先記錄測量結果進行比 較，以確定是否匹配。通常用于生物統(tǒng)計識別的身體特性包括臉、虹膜 (irises)、手幾何形狀、脈絡結構(vein structure)和指紋型(fingerprint pattern),所述都最主要的生物統(tǒng)計識別特征。通常用于分析所收集的指紋 的方法包括光學的、電容的、射頻的、熱能的、超聲的和一些其它更普通
的技術。
大部分指紋收集方法取決于測量手指皮膚或附近位置的特征。具體 地，光學指紋讀取器通常依賴于傳感器的壓盤與放置在壓盤上的手之間是 否存在折射率的不同。當充有空氣的指紋間隙位于壓盤的特定位置上方 時，由于空氣-壓盤之間折射率的不同，壓盤內(nèi)會出現(xiàn)全內(nèi)反射(TIR)。 可選擇地，如果折射率合適的皮膚與壓盤光學地接觸時，該位置的TIR可 受到破壞(frustrated),使光線穿過壓盤一皮膚界面。穿過手指與壓盤接觸 部位的TIR的差別圖(map of the differences)形成傳統(tǒng)光學指紋讀取的基 礎。存在許多光學裝置用于探測亮域(bright-field)和暗域(dark-field) 之間光學界面的變化。通常，簡單、準單色光束用于基于TIR的測量。
也存在非TIR光學指紋傳感器。在大多數(shù)情況下，這些傳感器依賴于 準單色光的某些裝置用于照亮指紋的前面、側面或后面，使所述光通過皮 膚發(fā)生擴散。由于穿過脊(ridge)和谷(valley)的皮膚壓盤邊界的光傳 遞的差異形成了指紋圖像。光傳遞的差異是由于是否在谷中存在中間氣隙 引起的菲涅耳折射特征的改變所導致的，這是本領域普通技術人員所公知 的。
由于非理想條件，光學指紋讀取器易受圖像質(zhì)量的影響。如果皮膚是 完全干的，與壓盤的折射率匹配將受損，會導致較差的圖像比較度。類似 地，如指紋很濕，谷內(nèi)充滿水，導致所有穿過指紋區(qū)全部發(fā)生光耦合，并 且大大減弱圖像比較度。如果手指對壓盤的壓力太大或太小、皮膚或傳感 器被弄臟、皮膚的老化和域磨損、或存在一些更細小的特征(如人種或很 年輕的小孩的情況)，都會出現(xiàn)類似的作用。所述作用會降低圖像質(zhì)量， 并且由此使指紋傳感器的整體性能降低。這樣，商用光學指紋讀取器會包 括一種由柔軟材料(例如硅樹脂)制成的薄膜以減弱這些作用和恢復性能。 作為柔軟材料，薄膜易損傷、磨損和污染，無維修就限制了傳感器的應用。
生物統(tǒng)計傳感器、特別是指紋生物統(tǒng)計傳感器通常傾向于對各種形式 的偽試樣的無效。對于指紋讀取器，向讀取器呈現(xiàn)授權用戶的指紋型的各 種方法是眾所周知的，所述指紋型嵌入某種非生物性材料種，例如紙、凝 膠、橡膠和同類物質(zhì)。因此，即使指紋讀取器被認為可以可靠地確定匹配 指紋型的存在與否，對于整體系統(tǒng)的安全性而言，確保匹配指紋型從真實
的、有生命的手指取得也是很重要的，這與普通傳感器的測定可能是很困 難的。
可能使某些生物系統(tǒng)失效的另一種方式是通過重放攻擊(replay attack)。在這種情況下，當授權用戶使用該系統(tǒng)時，入侵者記錄來自于傳 感器的信號。以后，入侵者操作傳感器系統(tǒng)，從而事先記錄的授權信號可 能被注入該系統(tǒng)，由此繞過傳感器本身而進入由生物統(tǒng)計學保護的該系 統(tǒng)。
使生物統(tǒng)計傳感器更穩(wěn)定、更安全和更少錯誤產(chǎn)生的通常方法是利用 被稱為"雙重(dual)"、"組合(combinatoric)"、"分層(layered)"、"融 合(ftised)"或"多因子"生物統(tǒng)計檢測來結合生物統(tǒng)計信號源。為加強 所述方法的安全性。生物統(tǒng)計技術以如下方式進行結合同時用不同的技 術測量主體的同一部位，并且避免了不同試樣或技術損壞所結合的不同傳 感器。當以看到主體同一部位的方式進行結合的技術，稱為"緊密耦合"。
對生理分析物(例如葡萄糖、酒精、血色素、尿素和膽固醇)的非侵 入式光學測量的精度受皮膚組織變化的影響。在某些情況才，這有利于測 量一個或更多與生物統(tǒng)計測量有關的生理分析物。無論商業(yè)還是法律實施 市場，上述雙重測量具有很大的潛力和應用。
因此，提供用于生物統(tǒng)計傳感器和分析物評估的方法和系統(tǒng)是最基本 的需要，所述分析物用多重圖像系統(tǒng)和方法進行評估。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的實施例提供用于生物統(tǒng)計檢測和生理分析物的評估的 方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的實施例在圖像容積內(nèi)從多重皮膚特征以不同深度和 位置收集代表空間光譜信息的多譜圖像數(shù)據(jù)。來自于不同特征的信息被結 合以提供生物統(tǒng)計識別的方法，包括身份確認。此外，多譜圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過 處理，形成有關試樣的真實性和活躍狀態(tài)的信息。多重圖像數(shù)據(jù)也可用于 確定有關可能存在于圖像位置的組織中的生理分析物的存在與否和數(shù)量 的信息。
本發(fā)明的實施例提供使用光學技術來評估主體上某個位置中皮膚成 分和結構的方法和系統(tǒng)。當具有特定波長的光進入皮膚時，將承受包括吸
收和散射在內(nèi)的光學相互作用。由于光學散射，在照射點進入皮膚的光一 部分通常從皮膚散射掉。因此反射的光產(chǎn)生的圖像包含通過光的皮膚的信 息，所述光從照射點傳至探測器。光的不同波長將與皮膚發(fā)生不同相互作 用。由于特定皮膚成分的屬性，光的特定波長或多或少與特定成分和結構 發(fā)生相互作用。此外，特定波長的光散射出皮膚和被探測之前會傳遞很長 的距離進入和通過皮膚。從皮膚反射出的光的空間特征的精確測量因此會 包括與特定波長的光發(fā)生作用的皮膚的成分和結構的信息。借助多重光和 不同照射波長的類似測量提供關于皮膚成分和結構的附加信息。
在一組實施例中，提供傳感器系統(tǒng)。設置光照分系統(tǒng)以向人的皮膚位 置以多個離散波長提供光。設置探測分系統(tǒng)以用于接收從皮膚位置散射的 光。計算單元與探測系統(tǒng)接口。計算單元具有從以所述多個離散波長接收 的光獲得空間分布多譜圖像的指令。計算單元也具有將獲得的多譜圖像與 多譜圖像數(shù)據(jù)庫進行比較的指令，以確定個人。
個人的識別在不同的實施例中也可不同地進行。在一個實施例中，用 于將獲得的多譜圖像與數(shù)據(jù)庫比較的指令包括用于在數(shù)據(jù)庫中搜索確定 與獲得的多譜圖像一致的多譜圖像的輸入指令。在另一實施例中，用于將 獲得的多譜圖像與數(shù)據(jù)庫比較的指令包括在對應于個人的假定身份的數(shù) 據(jù)庫輸入將獲得的多譜圖像與多譜圖像進行比較，所述數(shù)據(jù)與所謂的個人 識別一致，以確定假定身份。
光照分系統(tǒng)可能包括光源，所述光源向多個離散波長提供光；光照 光學器件，使光進入皮膚位置。在某些情況下，還設置的掃描機構以用特
定圖案掃描光。光源包括多個準單色光源，如LEDS或激光二極管。可選
擇地，光源包括寬帶光源，例如白熾燈或發(fā)光棒；和濾光器，其用于過
濾從寬帶光源射出的光。濾光器在一個實施例中包括可連續(xù)改變的濾光 器。在某些情況下，探測系統(tǒng)可能包括光探測器、光學分散元件和探測光 學器件。光學分散元件用于分離所吸收光的波長成分，探測光學器件將接 收的光引至光探測器。在一個實施例中，光照和探測分系統(tǒng)包括偏振鏡。 偏振鏡可能是圓形偏振鏡、線性偏振鏡或兩者的結合。在線性偏振鏡的情 況下，偏振鏡可能是彼此大體交叉。
傳感器系統(tǒng)可能包括與皮膚位置接觸的壓盤，或傳感器系統(tǒng)用于非接觸運轉(zhuǎn)。壓盤適于皮膚位置敲擊壓盤的表面。在一個這樣的實施例中，壓
盤包括光學清理輥(clear roller),手指可能通過敲擊動作滾過所述清理輥。 在一個這樣的實施例中，所述實施例中用于獲取空間分布多譜圖像的指令 包括當皮膚位置旋轉(zhuǎn)時由從皮膚不同位置接收的光建立多譜圖像。
光照分系統(tǒng)可能包括多個光照分系統(tǒng)。在不同實施例中，多個離散波 長連續(xù)設置或幾乎同時設置，并且具有可識別的譯碼。用于多個離散波長 的合理波長包括處于400nm和2.5iim之間。
在一些實施例中，傳感器系統(tǒng)可能具有附加的元件用于其它參數(shù)的評 估。例如，在一個實施例中，計算系統(tǒng)進一步包括用于從接收得出光譜分 布特征的指令。所述光譜分配特征可能用于確定皮膚位置表面以下組織的 分析物濃度，如酒精、葡萄糖、血色素，尿素和膽固醇。在另一個實施例 中，計算系統(tǒng)進一步具有用于從獲得的光譜分配特征確定活性狀態(tài)的指
在第二套實施例中，被提供用于識別個人的方法。個人的皮膚位置在 多個離散波長被照亮。從皮膚位置散射的光被吸收。從以多個離散波長吸 取的光得出空間分布多譜圖像。獲得的多譜圖像數(shù)據(jù)或一個或更多的其部 分與獲得的多譜圖像的數(shù)據(jù)庫進行比較。不同的實施例包括所述與傳感器 系統(tǒng)的實施例有關的方面。某種程度上，允許出現(xiàn)對于全部試樣的不恒定 的測量順序的產(chǎn)生。在一個實施例中，照亮波長的順序在測量之間改變。 在另一個實施例中，用于照亮皮膚的照亮波長的選擇在測量之間被改變。
第三套實施例中，設置傳感器系統(tǒng)。設置照亮分系統(tǒng)用于以多個離散 波長向試樣提供光。設置探測分系統(tǒng)以接收試樣組織內(nèi)散射的光。計算單 元與探測分系統(tǒng)接口 。計算單元具有從以所述多個離散波長接收的光獲得 空間分布多譜圖像的指令。計算單元也具有從獲得的多譜圖像確定組織活 性狀態(tài)的指令。在一個這樣的實施例中，活性狀態(tài)由獲得的多譜特征的錯 亂空間分布來確定。多變因素分析在矩陣上進行，其在與像素化(pixdated) 空間分布的像素相對應的第一維具有入口，并且在與多個不同波長之一對 應的第二維具有入口。此外，不同實施例可能包括用于其它傳感系統(tǒng)的相 關實施例中所述的方面。
在第四套實施例中，提供一種用于確定試樣的活性狀態(tài)的方法。所述
試樣借助多個離散波長的光被照亮。試樣組織內(nèi)散射的光被吸收。被接收 的光的多譜特征以多個離散波長被獲得。組織的活性狀態(tài)由獲得的多譜特 征來確定，以確保發(fā)出的試樣的特征與從可信試樣預測的特征相一致。不 同實施例可能包括另一套實施例中所述的方面。
在第五套實施例中，提供一種用于確定人體血液酒精濃度水平的方 法。響應于傳播至人體組織中的電磁輻射的從人體組織中射出的電磁輻射 被接收。接收的電磁輻射的光譜屬性被分析。血液酒精濃度水平通過所分 析的光譜屬性來確定。
特定實施例中的光譜屬性可以在具體波長范圍上得到分析。例如，在 一個實施例中，所接收的電磁輻射的幅度在2.1 2.5微米的波長范圍內(nèi)被確
定。該范圍包括具體的波長2.23微米、2.26微米、2.28微米、2.30微米、 2.32微米、2.25微米和2.38微米，其中一個或多個幅度在具體實施例中確定。 在另一個實施例中，所接收的電磁輻射的幅度在1.5 1.9微米的波長范圍內(nèi) 被確定。所述范圍包括1.67微米、1.69微米、1.71微米、1.73微米、1.74 微米、1.76微米和1.78微米，其中一個或多個幅度在具體實施例中確定。
在第六套實施例中，提供一種用于測定人體血液酒精濃度的裝置。接 收器適用于接收電磁輻射，所述電磁輻射響應于傳播至人體組織中的電磁 輻射從人體組織中射出。計算機可讀存儲介質(zhì)與處理器相接。計算機可讀 程序包括用于分析接收的電磁輻射的光譜屬性的指令和用于從分析的光 譜屬性確定血液酒精濃度的指令。
在一些實施例中，本發(fā)明的方法和/或操作可能嵌入于一些設備中，諸 如機動車輛，其使用和/或操作可能依賴于血液酒精濃度的測定。此外，在 一些實施例中酒精監(jiān)測可能與生物統(tǒng)計識別相連。例如，嵌入結合酒精監(jiān) 測器和生物統(tǒng)計識別儀器的設備的使用和/或操作可能依賴于酒精監(jiān)測和 生物統(tǒng)計識別的結合。在一個實施例中，生物統(tǒng)計識別用與進行酒精估算 同樣的多譜數(shù)據(jù)來進行。


參照其它部分及相關附圖對發(fā)明的特性和優(yōu)點進行進一步的說明，其 中圖中相同的符號代表同類元件。某種程度上，參考符號包括數(shù)字部分，
其后面有拉丁字母作為后綴；對于標號的數(shù)字部分指具有所述數(shù)字部分但 具有不同的拉丁字母后綴的所有參數(shù)。
圖l是說明本發(fā)明一個實施例中的多譜生物統(tǒng)計傳感器的前視圖2A是說明一個實施例所示的多譜生物統(tǒng)計傳感器的側視圖； 圖2B是另一實施例所示的多譜生物統(tǒng)計傳感器的側視圖3是說明本發(fā)明一個實施例的計算機線斷層成像光譜儀(CTIS)的 前視圖4是說明本發(fā)明實施例中敲擊傳感器的俯視圖； 圖5是說明根據(jù)本發(fā)明實施例產(chǎn)生的多譜數(shù)據(jù)方塊；
圖6是皮膚散射效果的曲線示意圖7是說明血吸收效果的曲線示意圖8是說明可以用于發(fā)明的實施例的不同照亮特征的實例； 圖9A是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的酒精監(jiān)測器的使用方法的流程圖9B是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的酒精測定器和生物統(tǒng)計傳感器的結 合的示意圖9C是說明本發(fā)明實施例中調(diào)節(jié)光學漂移(optical drift)的方法的示 意圖10是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的用于操作酒精監(jiān)測器的功能的計算 機系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
1.概述
本發(fā)明實施例提供用于收集和處理完整的多因素生物統(tǒng)計測量的方 法和系統(tǒng)。這些完整多因素生物統(tǒng)計測量可以保障人的真實性以及獲取的 生物統(tǒng)計試樣的可靠性。在一些實施例中，傳感器提供多個離散光波長， 所述多個離散光波長穿過皮膚表面，并且在皮膚和/皮或下組織內(nèi)發(fā)生散 射。在此，離散波長是指作為單一存儲單元(binned unit)被處理的一系 列波長或波段，對于每個單一存儲單元，信息作為一個整體僅來自于存儲 單元，并且不來自于存儲單元的各個波長子集。在某些情況下，存儲單元 可能是不連續(xù)的，從而當多個離散波長被提供時，處于任意一對波長或波
長段之間的波長不被提供，但這并不是在每個實施例中都需要。在一個實 施例，光的波長處于紫外線-可視光-近紅外線的波長范圍內(nèi)。 一部分被皮 膚和/或皮下組織散射的光退出皮膚，并且用于形成皮膚表面上或以下的組 織結構的多譜圖像。在此，多譜泛義是指使用多波長的方法和系統(tǒng)，并且 因此包括圖像系統(tǒng)，對于技術熟練的人員來說，所述圖像系統(tǒng)是"超光譜
(hyperspectral)"或"超光譜(ultra spectral)"的。由于皮膚的波長依賴 性，光的每個波長形成的圖像通常與其它波長形成的圖像是不同的。因此， 本發(fā)明的實施例從光的每個光的波長中以所述方式收集圖像，所述方式中 特征光譜和偏光信息可能通過用于結果多譜圖像數(shù)據(jù)的運算法則得到。
在某些應用中，期望獨立地或與生物統(tǒng)計測量相結合地評估人體特征 和其它參數(shù)。例如，在上述具體實施例中，提供人的血液中酒精濃度的能 力，同時測定指紋型；上述實施例具有進行法律實施的應用或不同商業(yè)應 用，包括限制駕駛機動車輛。這樣，分析物測量和進行測定的人的身份無 法分離地連接起來。
皮膚成分和結構差別很大，非常復雜，并且人與人不同。通過對皮膚 和皮下組織的空間光譜(spatio-spectral)屬性進行光學測量，可以做許多 評估。例如，生物統(tǒng)計識別功能用于識別或檢驗誰的皮膚被測量，活性功 能用于確保所測試樣是活的，并且是活皮膚而不是其它類型的材料，對不 同的生理參數(shù)進行評估，如年齡性別、種族、和其它人口統(tǒng)計和人口測量 特征，和/或不同分析物和參數(shù)的濃度，諸如酒精、葡萄糖、注血度和氧化、 膽紅素、膽固醇、尿素和同類參量。
在不同實施例中可以使用皮膚復雜的結構以適應用于特殊作用的方 法和系統(tǒng)。皮膚的最外層(即表皮)由其下的真皮和下皮支持。表皮本身 可能具有五個次層，所述五個v層包括角質(zhì)層、透明層、顆粒層、棘層 和生發(fā)層。因此，例如，最外部的角質(zhì)層下的表層具有涉及皮膚形狀的特 征，和隨進入皮膚深度改變的特征。當向皮膚所供的血處于真皮層時，真 皮具有伸向表皮的突出物，稱之為"真皮突起"，其通過毛細血管向接近 的皮膚供血。在手指的手掌面，所述毛細血管結構緊臨皮膚的磨擦脊。在 身體的其他位置，毛細血管床結構是更低級的，但它是特定位置和人的特 征。此外，皮膚不同層之間的界面的形狀是十分復雜的，并且是皮膚位置
和人的特性。當所述表層的皮膚組織源和皮下組織代表重要噪聲源時，本 發(fā)明實施例中結構的差異由光譜特征比較進行證實，所述噪聲源用于生物 統(tǒng)計探測表皮的非圖像光學測量或分析物測量。
在某些情況下，墨水、染料和/或其它色素沉積存在于表皮的某個部位， 充當局部護層或表層紋理。這種色素沉積可能人眼能看到，也可能看不到。 然而，如果本發(fā)明的裝置使用的單個或更多的波長對所述色素沉積是敏感 的， 一些實施例中的傳感器對存在、質(zhì)量和/或色素沉積的形狀進行確認時 要附加其它期望的測量任務。
通常，本發(fā)明的實施例涉及用于收集多譜圖像或數(shù)據(jù)塊格式的空間光 譜信息的方法和系統(tǒng)。在某些情況下，期望信息容納于整個多譜數(shù)據(jù)塊的 某一部分。例如，不均勻分布的評估、光譜有效成分可能需要測量光譜特 征，所述光譜特征來自于全面多譜數(shù)據(jù)塊。這樣，整個系統(tǒng)設計可能通過 減少圖像像素甚至限制成單像素的方式被簡化，以便減少或消除收集的數(shù) 據(jù)的空間成分。因此，當披露的系統(tǒng)和方法通常在多譜成像的前后進行描 述，可以認識到本發(fā)明包括類似的測量成像度大大降低，甚至在具有單 探測器元件的點上。
2.示意性實施例
本發(fā)明的一個實施例如圖i所示，圖i是說明多譜生物統(tǒng)計傳感器ioi
的前視圖。多譜傳感器101包括照射分系統(tǒng)121，所述照射分系統(tǒng)121具有 一個或多個光源103和具有成像儀115的探測分系統(tǒng)123。圖中所述的實施 例中，照射系統(tǒng)121包括多個照射分系統(tǒng)121a和121b，但發(fā)明對照射或探 測分系統(tǒng)121或123的數(shù)量無限制。例如照射分系統(tǒng)121的數(shù)量可方便地的 選捧使其照射水平達到某種程度，以滿足包裝的需要，并且滿足其它多譜 生物統(tǒng)計傳感器101的結構限制。來自光源103的照射光穿過照射裝置105， 所述光學裝置105使照射變成期望的形狀，例如，泛光形式、光線、光點 和類似形狀。為顯示方便，照射光學器件105包括透鏡，但通常包括一個 或多個透鏡、 一個或多個鏡子和/或其它光學器件的組合。照射光學器件105 也包括掃描儀機構(未示出)，以特定的一維或二維圖案掃描照射光。在 不同實施例中，光源103可能包括點光源、線光源、面光源或其他光源。 在一個實施例中，照射光被處理成偏振光，諸如設置偏振器107，使光接
觸手指119或人體的其它位置之前先通過偏振器107。
在某些情況下，光源103可能包括一個或多個準單色光源，其中光在
窄波段之上被提供。上述準單色光源可能包括如發(fā)光二極管，激光二極管
或量子打點激光器等設備?？蛇x擇地，光源103可能包括寬帶源諸如白熾 燈泡或發(fā)光棒。對于寬帶源，照射光可能通過帶通濾光器109以使照射光 的譜寬變窄。在一個實施例中，帶通濾光器109包括一個或多個離散光帶 通濾光器。在另一實施例中，帶通濾光器109包括連續(xù)變化濾光器，所述 連續(xù)濾光器可做旋轉(zhuǎn)或直線(或旋轉(zhuǎn)和直線運動的組合)運動以改變照射 光的波長。在另一個實施例中，帶通濾光器109包括可調(diào)濾光器元件，諸 如液晶可調(diào)濾光器、聲波光學可調(diào)濾光器、可調(diào)Fabry-Perot濾光器或其它 濾光器機構，這對本領域普通技術人員是共知的。
來自光源103的光通過照射光學器件105、光學濾光器109和/或偏振器 107之后，穿過壓盤107并且照射手指119或其它皮膚位置。傳感器和部件 的布局選擇有利于使進入探測壓盤113的光的直接反射最小化。在一個實 施例中，通過相對定向照射分系統(tǒng)121和探測分系統(tǒng)123使探測到的直接反 射的光的量最小化，所述直接反射被減弱。例如，照射分系統(tǒng)121和探測 分系統(tǒng)123的光軸設置成一定角度，使置于壓盤117之上的鏡面不會將一定 量的照射光引向探測分系統(tǒng)123。此外，照射光和探測分系統(tǒng)121和123的 光軸相對壓盤117呈一定角度，使兩分系統(tǒng)的接收角小于系統(tǒng)的臨界角； 上述結構避免了由于壓盤117和皮膚位置119之間的全內(nèi)反射產(chǎn)生的影響。
用于減少直接反射光可選擇的機構是使用光學偏振器。線性和圓形偏 振器的使用有利于使光學測量對某皮膚深度更敏感，對本領域普通人員是 共知的。在圖l所示的實施例中，照射光由線性偏振器107產(chǎn)生偏振。探測 分系統(tǒng)123可能也包括線性偏振器111，所述線性偏振器的光學軸布置成與 照射偏振器107呈正交。這樣，來自試樣的光必須經(jīng)過多重散射以極大地 改變其偏振狀態(tài)。當光穿過皮膚時所述散射出現(xiàn)，并且經(jīng)過幾次散射以后 回至探測分系統(tǒng)123。這樣，減少了壓盤117和皮膚位置119之間界面處的
皮膚反射。
探測分系統(tǒng)123可能將探測光學器件結合，所述探測光學器件包括透 鏡、鏡子、和/或其它光學器件，所述元件形成壓盤皮膚117至探測器115區(qū)域的圖像。探測光學器件113也可能包括掃描機構(未示出)，其將壓盤 區(qū)域地部分依次作用至探測器H5。在所有的情況下，探測分系統(tǒng)123對光
是敏感的，所述光穿透皮膚并在退出表層之前在表皮和/或皮下組織內(nèi)經(jīng)過 光學散射。
照射分系統(tǒng)121和探測分系統(tǒng)123在不同光學體系中以不同的波長下 運轉(zhuǎn)。 一個實施例使用發(fā)出的光基本處于400 1000nm區(qū)域的光源103;這 樣，探測器115可能基于硅探測元件或本領域普通技術人員公知的對上述 波長的光敏感的其它探測材料。在另一實施例中，光源103可能發(fā)出光的 波長包括近紅外區(qū)1.0~2.5微米，在這種情況下探測器115可能包括由 IngaAs、 InSb、 PbS、 MCT和其它本領域普通技術人員共知的材料制成的 對上述波長的光敏感的元件。
圖2A是說明本發(fā)明的實施例之一的側視圖。為清晰起見，該圖未示出 探測分系統(tǒng)，但清晰的示出了照射分系統(tǒng)121。本實施例中的照射分系統(tǒng) 121包括具有不同波長特性的兩個離散光源203和205。例如，光源203和205 可能是準單色光源(例如LEDS)，其不需要光學濾光器。光源203a， 203b 和203c可能提供與第二波段基本相同、但與第一波段不同的照射。如圖所 示，圖2A所示的照射光學器件提供泛光照射，但作為可代替的實施例通過 將一些圓柱形光學器件、聚焦光學器件或本領域普通技術人員公知的其它 光學部件進行結合，布置成線、點或其它形式的照射。
圖2A所示的示例性測量順序包括激活第一光源203和收集結果圖像。 獲得圖像后，第一光源203關閉，并且第二光源205以不同波長被激活并且 收集結果圖像。對于具有超過一個光源波長的傳感器，對應用于傳感器的 不同波長所述照射測量順序重復進行。可以知道在多個實施例中順序基本 是相同的，所述多個實施例中光的波長特性通過可調(diào)濾光器、可變?yōu)V光器， 可移動離散光學濾光器和同類濾光器進行確定。此外，用于在多波長收集 圖像的可選擇機構可以包括編碼方法，以當多波長以固定的時間照射時識 別每個波長的光。來自整個照射順序的數(shù)據(jù)隨后以下列方法收集各個波 長反應采用本領域普通技術人員共知的方法以編碼進行確定。照射技術因 此包括循環(huán)(round-robin)、分頻調(diào)制、Hadamard編碼和其它技術。
光源照射的順序隨著測量而改變，所述改變可以被引入以防止重放攻
擊，在重放攻擊中， 一系列有效信號被記錄，并在以后時間里重放，導致 擊壞生物統(tǒng)計傳感器。依試樣不同發(fā)生的測量改變也可能在某些實施例擴 展，以僅使用有效照射波長的子集，所述有效照射波長子集與登記數(shù)據(jù)集 的相應數(shù)據(jù)子集進行比較。
光源203和205不需要是如圖2A所示平面的。例如，另一實施例中，光 纖、光學纖維束或光纖面板或圓錐，也使某一方便位置的光源發(fā)出的光傳 至照射平面，在這里光重新在手指上成像。光源可通過關閉或打開的驅(qū)動 電流來控制，像LED那樣?？蛇x擇地，如果使用白熾光源，使用某種形式 的空間光調(diào)制器可以實現(xiàn)快速開關光源，所述空間光調(diào)制器例如是液晶調(diào) 制器或用微機電系統(tǒng)("MEMS")技術去控制孔徑、鏡子或其它上述光學 器件。
光學部件的應用，諸如光纖和光學纖維束可使多譜生物統(tǒng)計傳感器 得到簡化。一個實施例如圖2B所示，其說明使用光學纖維和電子掃描光源， 如LED。各個光纖216a將位于照射陣列210的每個LEDs與圖像皮膚相連， 并且其它光纖216b將光中繼至成像設備212 ，所述成像設備212可能包括光 電二極管陣列或CCD陣列。該套216a和216b因此限制用于中繼光的光學纖 維束214。
本發(fā)明的另一實施例的前視圖如圖3所示。本實施例中，多譜生物統(tǒng) 計傳感器301包括寬帶照射分系統(tǒng)323和探測分系統(tǒng)325。對于圖l所示的實 施例，在某些實施例中存在多個照射分系統(tǒng)323，圖3是說明特定的實施例 具有兩個照射分系統(tǒng)323。由照射分系統(tǒng)323構成的光源303是寬帶照射光 源，例如白熾燈泡或發(fā)光棒或可是本領域普通技術人員公知的任意其它 寬帶照射光源。來自光源303的光通過照射光學器件305和線性偏振307， 并且可選擇地的通過帶通濾光器309，用于將光的波長限制在一定區(qū)域上。 光通過壓盤117并進入皮膚位置119。部分光由皮膚119反射到探測分系統(tǒng) 325，所述探測分系統(tǒng)325包括成像光學器件315和319、十字線性偏振器311 和色散光學元件313。色散光學元件313可能包括一維或二維光柵，所述光 柵可能是穿透性的或反射性的，棱鏡或其它光學部件，以使光的路徑作為 光的波長的函數(shù)發(fā)生偏離。在所示實施例中，第一成像器件319將皮膚119 反射回的光校正并使其穿過橫向線性偏振器311和發(fā)射元件313。光的光譜
成分被分散元件313按角度分離，并且被第二成像器件聚焦至探測器317。
如圖1所示，分別由照射和探測分系統(tǒng)323和325構成的偏振器307和311用 于減少探測器317對直接反射光的探測量。
在探測器接收的光產(chǎn)生的多譜圖像是以計算機線斷層成像光譜儀 (CTIS)方式被編碼的圖像。波長和空間信息同時存在于結果圖像中，各 個光譜圖案通過編碼圖像的數(shù)學倒置或重構得到。
上述與圖l-3相關的實施例是面積傳感器結構，除了面積傳感器結構 之外，在某些實施例中多譜成像傳感可以設置成的敲擊傳感器。敲擊傳感 器的一個實例如圖4中的俯視圖所示。圖中傳感器401的照射區(qū)域403和探 測區(qū)域405大體是同線的。敲擊傳感器的某些實施例中，存在多于單個的 照射區(qū)域。例如，多個照射區(qū)域布置在探測區(qū)域405的兩側。在某些實施 例中，照射區(qū)域403可部分或全部與探測區(qū)域405重疊。傳感器401通過敲 擊手指或其它穿過激活區(qū)的人體部位收集多譜圖像的數(shù)據(jù)，如圖4中箭頭 所示。相應的線性傳感器可能是靜止系統(tǒng)或轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，所述靜止系統(tǒng)或轉(zhuǎn) 軸系統(tǒng)可能進一步包括編碼器，用于記錄位置信息和協(xié)助連接整個兩維圖 像，所述圖像來自本領域普通技術人員公知的結果系列圖像片斷。當使用 轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)時，指尖或其它皮膚位置在轉(zhuǎn)軸上發(fā)生旋轉(zhuǎn)，所述軸對于所用的 光的波長是透明的。隨后光被從皮膚位置的離散部分順序地收集，多譜圖 像由從不同部位收集的光建立。
部分實施例中的偏振器也可能用于產(chǎn)生或進一步增強皮膚特性。例 如，如果照射光在平行于取樣壓盤的方向(P)上發(fā)生偏振，并且探測分 系統(tǒng)在垂直方向(S)上包括偏振器，然后，反射光被偏光對的消光系數(shù) 阻滯。然而，在脊點穿過手指尖的光光學地散射，使偏振有效的隨機化。 這使吸收光和重新散射的光的約50y。的部分被S偏振成像系統(tǒng)觀察到。
所述的特定實施例相關的系統(tǒng)是說明性的和沒有限制的。在發(fā)明限制 范圍內(nèi)對其進行改變和選擇是可以的。在某些情況下，只要基本不影響本 發(fā)明的功能，光學部件的布置和順序是可改變的。例如，實施例使用寬帶 照射光源和一個或更多的光學濾光器，濾光器可能位于任意照射和探測分 系統(tǒng)之間的不同點。此外，當圖例說明手指或其它皮膚位置時，不用接觸 可進行相同的測量，所述手指或其它皮膚與壓盤接觸得到測量。某種程度
上，照射和探測用光學系統(tǒng)設置成照射和圖像呈一定距離。上述系統(tǒng)的實 例，在美國專利N0,-/--，---，"生物統(tǒng)計光學皮膚傳感器"中有所披露，
所述專利2004年3月10日申請(代理號No.20204-002620US)，在此并入作 為參考。
所述實施例產(chǎn)生一系列不同波長皮膚位置的圖像，或產(chǎn)生借助重構技 術產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，諸如DTIS的特殊情況或編碼照射分系統(tǒng)。即使一些不直接 產(chǎn)生光譜圖像的實施例中用于生物統(tǒng)計處理沒有必要產(chǎn)生它們，為顯示方 便，參考上述光譜圖像進行如下討論。圖5是示例性的光譜圖像，具有限 定多譜數(shù)據(jù)塊501。
分解數(shù)據(jù)塊的一種方法是成為與測量過程中試樣照射所用的每個波 長對應的圖像。圖中，五個獨立的圖像503、 505、 507、 509和511已經(jīng)示 出，其與五個離散照射波長和/或照射條件對應(例如X、 Y位置的照射點 光源)。在應用可見光的實施中，例如，圖像可能對應于用450nm、 500nm、 550nm、 600nm和650nm的光產(chǎn)生的圖像。每個圖像代表與皮膚相互作用的 具體波長的光的光學影響，對于測量中皮膚與壓盤接觸的實施例，代表通 過皮膚-壓盤界面和與皮膚相互作用的特定波長的光的組合光學影響。由于 皮膚和皮膚部件的光學屬性隨波長的改變而變化，每個多譜圖像503、 505、 507、 509和511通常與其它圖像不同。
因此數(shù)據(jù)塊表示為R (Xs， Ys， X!， Yp入)，并且表示從光源Xs， Ys照射時每個圖像點Xt， ^看到的波長的反射光的量。通過求和與合適光 源點位置對應的點可以得到不同照射結構(泛光、線型等)。普通非-TIR 指紋圖像F (Xi， Y》可大概描述為給定波長X。的多譜數(shù)據(jù)塊，并求和所 有光源位置<formula>formula see original document page 25</formula>
相反，光譜生物統(tǒng)計數(shù)據(jù)集S、fo使給定波長X的所測光強度和照射 與探測位置的差異3相關。
<formula>formula see original document page 25</formula>
因此，多譜數(shù)據(jù)塊R與普通指紋圖像和光譜數(shù)據(jù)集相關。多譜數(shù)據(jù)塊 R是其它兩個數(shù)據(jù)集的超集，并且包括所述兩個獨立形態(tài)中可能丟失的相 互關系或信息。
由于壓盤材料和皮膚的光學性能在波長范圍內(nèi)大體是相同的，并且光 學界面在測量區(qū)間基本不變，皮膚-壓盤界面的光學作用在所有波段大體是 相同的。從皮膚移至壓盤以及從壓盤移至皮膚的光在光學界面受菲涅耳反 射的影響。因此，穿過氣隙的光在接收介質(zhì)中比不穿過氣隙的光的強度弱。 該現(xiàn)象只形成容納于多譜數(shù)據(jù)塊中的圖像信息的一部分。
進入皮膚和/或皮下組織的光通常在不同波長受皮膚和/或皮下組織的 不同光學屬性的影響。在不同波段在皮膚和/或皮下組織造成不同影響的兩 個影響是散射和吸收。皮膚組織產(chǎn)生的光學散射基本是平滑的和波長的相 對緩慢變化函數(shù)，如圖6所示。相反，由于皮膚中存在具有某種吸收特征 的成分，皮膚吸收通常是波長的強函數(shù)。例如，血具有某種吸收特征，如
圖7所示。除了血，在400納米到2.5微米光譜范圍皮膚和皮下組織中具有某 種吸收屬性的其它物質(zhì)包括黑色素、水、胡蘿卜素、膽紅素、酒精和葡萄 糖。
光學吸收和散射的雙重影響使不同的照射波長穿入皮膚至不同的深 度。該影響如圖8所示，圖8是以相同比例描述的由三個不同波長在皮膚表 面上產(chǎn)生的三個不同照射點在組織中產(chǎn)生的光學散射。該現(xiàn)象使不同光譜 圖像具有不同和補充信息，所述信息與照射器官的不同體積對應。具體地， 接近皮膚的毛細血管層具有不同的偏離特性，其可借助強烈吸收血的光的 波長成像。
因此，多譜圖像數(shù)據(jù)塊包括來自多個光源的空間多譜信息。僅通過實
例，為測量與壓盤接觸的指尖，結果數(shù)據(jù)塊包括由于一下因素的影響(1)指尖和壓盤之間的光學界面與傳統(tǒng)非TIR指紋內(nèi)包含的信息類似；(2)組 織內(nèi)的完全光譜特征依人而異；(3)接近皮膚的血管與脈像相似；(4)血 管和其它活性組織分布于組織更深處。同樣，本發(fā)明的實施例提供機構， 所述機構用于從指尖或被測量的其它皮膚位置內(nèi)的多個來源獲取生物統(tǒng) 計數(shù)據(jù)，由此，提供多因素生物統(tǒng)計檢測應用。
由于皮膚和皮下組織的復雜的波長依賴屬性，與給定圖像位置對應的 光譜值具有易限定和清楚的光譜特性。所述光譜特性可用于區(qū)別基于像素 的多譜圖像數(shù)據(jù)。所述評估可以從一組合格圖像產(chǎn)生典型組織光譜性能來 進行。例如，圖5所示的多譜數(shù)據(jù)可記為NX5矩陣，這里N是包括來自活組
織而不是空氣區(qū)域周圍的數(shù)據(jù)的圖像像素數(shù)?；谠摼仃嚨谋菊鞣治龌蚱?它因素分析產(chǎn)生所述組織像素代表性的光譜特征。后面數(shù)據(jù)集中的像素圖
譜與前述建立的圖譜借助韻律學(metrics)進行比較，比較，諸如 Mahalanobis距離和光譜余差。如果更多的圖像像素具有與活組織不一致 的光譜性質(zhì)，試樣被認為是非真實和不合格的，根據(jù)對試樣的活性的測量， 為傳感器提供了 一種反騙方法。
類似地，在試樣是手指的一個實施例中，基于其光譜性質(zhì)，多譜圖像 像素被認為是"脊"、"谷"或"其它"。用判別式的分析方法可以進行識 別，諸如線性判別式分析、二次判別式分析、原理成分分析、神經(jīng)網(wǎng)絡和 其它本領域普通技術人員共知的方式。由于基于典型指尖的脊和谷的像素 是連續(xù)的，在某些情況下，來自感興趣的圖像像素周圍的局部的多譜數(shù)據(jù) 用于識別圖像像素。這樣，傳統(tǒng)的指尖圖像從傳感器獲取，以進一步處理 和進行生物統(tǒng)計評估。其它類可能是指具有與真實試樣所期望的不同的光 譜性能的圖像像素。在被認為是"其它"的圖像中整體像素的總數(shù)量的閾 值可進行設置。如果超過該閾值，試樣判為非真實的，并且做合適的批示 并進行某些動作。
用完全數(shù)據(jù)塊或其特定的部分可進行真實性的生物統(tǒng)計測定。例如， 合適的空間濾光器可用于將低空間振率信息分離開，所述低空間頻率信息 典型地代表組織內(nèi)更深光譜活性結構。用類似的空間頻率分離和/或像素分 類方法獲取指紋信息。以上述方法從上述圖像的活性部分可以獲取光譜信 息。數(shù)據(jù)塊的三部分可被處理并且借助本領域公知的方法與對應記錄數(shù)據(jù) 進行比較?；谒鎏卣鞯钠ヅ涑潭?，決定試樣和記錄數(shù)據(jù)的匹配。
如前所述，皮膚和皮下組織中可能存在某些物質(zhì)，所述物質(zhì)具有不同 的吸收特性。例如，乙醇在約2.26微米，2.30微米和2.35微米具有特征吸收 峰值和在2.23微米.2.28微米.2.32微米和2.38微米具有光譜波谷(spectral trough)。在一些實施例中，非侵入式光學測量在2.1 2.5微米的波長范圍內(nèi) 進行，更具體的在范圍2.2到2.4微米的范圍內(nèi)。在包括至少一個波峰波長 和至少一個波谷波長的實施例中，借助多變量技術對結果光譜數(shù)據(jù)進行分 析，所述多變量技術諸如空間最小二乘，主要成分回歸和其它本領域普通 技術人員共知的方法，以進行組織內(nèi)酒精濃度的評估，也對被測試人的生
物統(tǒng)計簽名進行評估。雖然借助為這些波長的子集確定的值可獲得血液酒 精濃度相關性，優(yōu)選至少測量三個光譜峰值，當測量七個光譜峰值和谷值 時可使結果更精確。
在其它實施例中，在1.5 1.9微米波長范圍內(nèi)進行非侵入式光譜測量， 更具體的，在1.6 1.8微米的波長范圍內(nèi)進行。特定實施例中，在一個或更
多的波長進行光學測量，如1.67微米、1.69微米、1.71微米、1.73微米、1.74 微米、1.76微米和1.78微米。1.69微米、1.73微米和1.76微米波峰和1.67微 米、1.71微米、1.74微米和1.78微米的波谷說明存在酒精。與2.1 2.5波長范 圍類似，酒精濃度由一個或多個光譜峰值和谷值的相對強度來表示。此外， 當借助上述波長(1.5 1.9范圍內(nèi))的分集的測量值對血液酒精濃度進行校 正時，至少測量三個光譜峰值是優(yōu)選的，當測量七個光譜峰值和谷值時可 使結果更精確。
在某些實施例中小型光譜酒精監(jiān)測器可嵌入不同系統(tǒng)和應用中。光譜 酒精監(jiān)測器可設置成專用系統(tǒng)，例如提供給執(zhí)法人員，或組合作為電子設 備的一部分，如電子表、手表、移動電話、PDA或其它電子設備，用于個 人。所述設備包括用來指示人體酒精濃度是否處于一定范圍的機構。例如， 設備可能包括紅色或綠色LED，如果人體內(nèi)酒精含量處于一定范圍則綠燈 亮，如果不處于限制范圍則紅燈亮。在一個實施例中，酒精監(jiān)測器包含在 機動車輛內(nèi)，以使人能方便地將器官(如手指等)放在設備上。在某些情 況下，設備可能僅作為信息引導指示設備的可接收性，其它情況下，機動 車輛的點火依賴于人體內(nèi)酒精濃度低于制定水平的判斷。
上述行為是本發(fā)明的酒精監(jiān)測器進行的一系列動作的通常實例?？梢?由酒精監(jiān)測器實施的通常方法總結于圖9A中。在方框902，借助上述的光 譜信息進行酒精濃度測定。在方框904，對酒精濃度進行判斷，確定是否 處于指定極限。如果與低于所述極限，方框906作第一個動作。該動作可 能使發(fā)動機點火，使飛行員進入飛機，使工人進入車間等。如酒精濃度測 定不符合指定極限，方框908做第二個動作。該動作可能是阻止發(fā)動機點 火，避免飛行員進入飛機或阻止工人進入車間等。
在某些情況下，血液酒精濃度測量與生物統(tǒng)計測量聯(lián)合。圖9B是說明 所述聯(lián)合方法的流程圖。在方框910，酒精濃度測定借助光譜信息進行。根據(jù)酒精濃度是否處于指定極限進行不同的操作，由方框912探測。如果 酒精濃度超出該極限，在方框914進行第一個動作，如阻止機動車輛點火。 然而，僅因為酒精含量處于指定極限內(nèi)系統(tǒng)也不會自動地允許進入機動車
輛。如方框916所示，上述限制的測量可能由生物統(tǒng)計測量代替，使人的 身份判斷由方框918完成。如果被確定為特定人，例如機動車輛的所有人， 方框920將做動作使其進入機動車輛。如果被確定為不是特定人，第三個
動作將阻止其進入機動車輛。第三個動作和第一個動作是對應的，使進入 機動車輛的行為被拒絕，但可選擇地，與第一或第二個動作不同的動作一
致。例如，第一個動作可能導致報警聲，說明陌生人欲進入被控制的機動 車輛。
圖9B提供的流程圖說明生物統(tǒng)計探測可能用于推翻響應于酒精監(jiān)測 測試的特定結果作出的決定。在另一實施例中，響應于酒精監(jiān)測的相反的 結果進行生物統(tǒng)計測量，或不考慮酒精監(jiān)測的結果情況下進行生物統(tǒng)計測 量。這樣，根據(jù)酒精監(jiān)測和生物統(tǒng)計探測結果的不同組合進行不同的動作。 此外，沒有必要在生物統(tǒng)計判斷之前進行酒精監(jiān)測；測試可以在不同的實 施例中以不同順序或同時進行。
在一些實施例中，通過用酒精監(jiān)測器對參考試樣確定光學校正而為光 學偏移作校正。圖9C是說明所述校正的方法的示意圖。在方框932，酒精 監(jiān)測器的光源用于照射試樣，所述試樣方便地包括酒精-水的混合物。在方 框934，酒精監(jiān)測器用于在光通過試樣射入后測量光的光譜特征。所述光 譜特性通常被存儲用于以后的不同光譜測量。因此，在方框936，酒精監(jiān) 測器的光源用于照射人的器官，并且在方框938，酒精監(jiān)測器的探測器對 穿過器官的光譜特性進行測量。在方框940，在用上述峰-谷比較分析的方 法進行測量血液酒精濃度之前，光譜特征根據(jù)從標準試樣測得的光譜特征 被校正。光源、探測器、光學濾光器、透鏡、鏡子和其它部件的改變將以 相同的方式影響有機體測量和標準試樣。與抗酒精標準試樣聯(lián)合的有機體 內(nèi)的試樣補償所述光學影響。
這里對酒精監(jiān)測器的功能管理由計算機系統(tǒng)完成。圖1 O所示的布置包 括適用于較大系統(tǒng)的許多部件；與便攜式設備整合的較小的系統(tǒng)可以應用 更少的部件備。圖10廣泛地的說明各個系統(tǒng)元件怎樣以分離或組合的方式
進行。計算設備1000包括硬件，所述硬件通過總線1026進行連接，也與酒 精監(jiān)測器1055連接。硬件包括處理器1002、輸入設備1004、輸出設備1006、 存儲設備1008、計算機可讀存儲介質(zhì)讀取器1010a、通信系統(tǒng)1014、諸如 DSP或特殊功能的處理器的處理加速單元1016和內(nèi)存1018。計算機可讀存 儲介質(zhì)讀取器1010a進一步與計算機可讀存儲介質(zhì)1010b相連，綜合結合代 表遠的、近的、固定的和/可移動地存儲設備加上存儲介質(zhì)用于暫時或長期 保存計算機信息。交換系統(tǒng)1014可能包括有線、無線、調(diào)制解調(diào)器、和/ 或其它交換方式和使數(shù)據(jù)通過外部設備得到交換。
計算設備1000也包括軟件，其通常位于從工作內(nèi)存中，所述軟件包括 操作系統(tǒng)1024和其它編碼1022，例如用于實施本發(fā)明方法的程序。對于本 領域普通技術人員來說，做與特定需要相關的改變是可以的。例如，可以 使用用戶化的硬件和/或特定的組件，無論是硬件還是軟件(包括方可移植 軟件，如java程序)或兩者都有。
圖10也說明生物統(tǒng)計傳感器1056也可通過總線1026實現(xiàn)電子連接，實 施例所用的所述總線1026將酒精監(jiān)測器1055和生物統(tǒng)計傳感器1056的作 用結合。如前所述，即使不需要，生物統(tǒng)計傳感器1056作個人識別時也可 用光譜信息。計算機設備1000可很好的應用于調(diào)整任意其它類型生物統(tǒng)計 識別設備的功能，所述生物統(tǒng)計識別設備具有如上所述的酒精監(jiān)測器。
通過確保傳感器測量的多譜數(shù)據(jù)包括分析物的吸收特性，人體中的其 它分析物可用類似的技術進行評估。所述分析物評估技術可進一步使用與 上述像素識別技術類似的方法進行協(xié)助。在所述實施例中，多譜圖像像素 稱為"脊"或"谷"，或根據(jù)另一合適的血管或非血管進行分類。多譜數(shù) 據(jù)的子集被提取，并且根據(jù)像素評級用于分析物評估。由于光學和穿過平 面像的生理差異，該處理減少了評估的可變性。
此外，如果考慮諸如成本和組件、材料、設計和其它器官的可靠性， 傳感器的結構可能有所改變。某些結構是更簡易的，便宜、比其它結構建 立的更快，并且可能存在不同的考慮，如影響原型和批量生產(chǎn)。對于所有 實施例，光學幾何學應該被考慮。皮膚區(qū)域是變化的，是照射波長的函數(shù)， 所述皮膚區(qū)域使大量反射光的量返回。例如，對于可視光和近紅外照射， 短波照射點可能布置的比長波點更密。使用敲擊結構是優(yōu)選的，使照射的
時間間隔和圖像的獲得對于快速穿過傳感器活動區(qū)域的運動是足夠的。調(diào) 整的照射方法可能更有利于用作所述類型的傳感器。
因此，對于所述的幾個實施例，對于本領域普通技術人員而言，只要 不偏離本發(fā)明的限制，可以作出改變、結構改動和等價方案。因此，上述 說明并不是本發(fā)明的限制范圍，所述限制范圍由下列權利說明進行限定。
權利要求
1.一種傳感器系統(tǒng)，包括照射分系統(tǒng)，其被設置以多個離散波長向人體的皮膚位置提供光；探測分系統(tǒng)，其被設置以接收從皮膚位置散射的光；計算單元，其與所述探測分系統(tǒng)相接口，并且具有用于從以多個離散波長接收的光獲得空間分布多譜圖像的指令；和用于將獲得的多譜圖像與多譜圖像數(shù)據(jù)庫進行比較以識別個人的指令。
2. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器系統(tǒng)，其中用于將獲得的多譜圖像與 數(shù)據(jù)庫比較的指令包括用于在數(shù)據(jù)庫中搜索確定與獲得的多譜圖像一致 的多譜圖像的輸入指令。
3. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器系統(tǒng)，其中用于將獲得的多譜圖像與 數(shù)據(jù)庫比較的指令包括在對應于個人的假定身份的數(shù)據(jù)庫輸入將獲得的 多譜圖像與多譜圖像進行比較以確定假定身份的指令。
4. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器系統(tǒng)，其中照射分系統(tǒng)包括 光源，其以多個離散波長提供光；照射光學器件，其用于將光引向皮膚位置；
5. 根據(jù)權利要求4所述的傳感器系統(tǒng)，其中照射分系統(tǒng)進一步包括掃 描機構，所述掃描機構以特定圖案對光進行掃描。
6. 根據(jù)權利要求4所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述光源包括多個準單色 光源。
7. 根據(jù)權利要求6所述的傳感器系統(tǒng)，其中至少準單色光源之一包括 LED。
8. 根據(jù)權利要求6所述的傳感器系統(tǒng)，其中至少準單色光源之一包括 激光二極管。
9. 根據(jù)權利要求4所述的傳感器系統(tǒng)，其中照射分系統(tǒng)包括 寬帶光源；和濾光器，其被設置以用于過濾從寬帶光源發(fā)出的光。
10. 根據(jù)權利要求9所述的傳感器系統(tǒng)，其中寬帶光源包括白熾燈泡。
11. 根據(jù)權利要求io所述的傳感器系統(tǒng)，其中寬帶光源包括發(fā)光棒。
12. 根據(jù)權利要求10所述的傳感器系統(tǒng)，其中濾光器包括連續(xù)可變?yōu)V光器。
13. 根據(jù)權利要求10所述的傳感器系統(tǒng)，其中探測分系統(tǒng)包括 光探測器；光學色散元件，其被設置以用于將所吸收光的波長成分分離；和 探測光學器件，其將接收的光引向光探測器。
14. 根據(jù)權利要求4所述的傳感器系統(tǒng)，其中探測分系統(tǒng)包括 光探測器；和探測光學器件，其將接收的光引向光探測器。
15. 根據(jù)權利要求14所述的傳感器系統(tǒng)，其中照射分系統(tǒng)進一步包括第一偏振器，其被設置以與從光源散射的光相 遇；和探測分系統(tǒng)進一步包括第二偏振器，其被設置以與接收的光相遇。
16. 根據(jù)權利要求15所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一和第二偏振器包括圓形偏振器。
17. 根據(jù)權利要求15所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一和第二偏振器包括 線性偏振器。
18. 根據(jù)權利要求17所述的傳感器系統(tǒng)，其中第一和第二偏振器大體 彼此交叉。
19. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器系統(tǒng)，進一步包括壓盤，其被設置 以與皮膚位置接觸。
20. 根據(jù)權利要求19所述的傳感器系統(tǒng)，其中壓盤適用于皮膚位置在壓盤表面敲擊。
21. 根據(jù)權利要求20所述的傳感器系統(tǒng)，進一步包括滾子系統(tǒng)，皮膚 位置在所述滾子系統(tǒng)可以滾動，其中用于獲得空間分布多譜圖像的指令包 括在皮膚位置滾動時由從皮膚位置的不同部位接收的光建立多譜圖像的 指令。
22.根據(jù)權利要求l所述的傳感器系統(tǒng)，其中計算單元進一步具有 用于從接收的光獲得光譜分布特性的指令；和將獲得的光譜分布特性與光譜分布特性數(shù)據(jù)庫進行比較的指令。
23. 根據(jù)權利要求22所述的傳感器系統(tǒng)，其中計算單元進一步具有從獲得光譜分布特性確定皮膚位置以下的組織內(nèi)分析物濃度的指令。
24. 根據(jù)權利要求23所述的傳感器系統(tǒng)，其中分析物從由酒精、葡萄 糖、血色素、尿素和膽固醇構成的組中選取。
25. 根據(jù)權利要求22所述的傳感器系統(tǒng)，其中計算單元進一步具有用于從獲得的多譜特性確定組織活性狀態(tài)的指令。
26. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器系統(tǒng)，其中多個離散波長處于400 納米 2.5微米。
27. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器系統(tǒng)，其中照射分系統(tǒng)包括多個照 射分系統(tǒng)，每個照射分系統(tǒng)被設置以多個離散波長向皮膚位置提供光。
28. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器系統(tǒng)，其中照射分系統(tǒng)適用于提供 大體同時并且具有可識別的編碼的多個離散波長。
29. 根據(jù)權利要求l所述的傳感器系統(tǒng)，其中照射分系統(tǒng)適用于順序 地提供多個所述離散波長。
30. —種用于識別個人的方法，該方法包括 以多個離散波長的光照射個人的皮膚位置，-吸收從皮膚位置散射的光；從以多個離散波長接收的光獲得空間分布多譜圖像；和 將獲得的多譜圖像與獲得的多譜圖像數(shù)據(jù)庫進行比較。
31. 根據(jù)權利要求30所述的傳感器系統(tǒng)，其中將獲得的多譜圖像與數(shù) 據(jù)庫進行比較包括在數(shù)據(jù)庫中搜索確定與獲得的多譜圖像一致的多譜圖 像的輸入。
32. 根據(jù)權利要求30所述的傳感器系統(tǒng)，其中將獲得的多譜圖像與數(shù) 據(jù)庫進行比較包括在對應于個人的假定身份的數(shù)據(jù)庫輸入將獲得的多譜 圖像與多譜圖像進行比較以確定假定身份。
33. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中照射皮膚位置包括 以多個離散波長提供光；和 將光導向至皮膚位置。
34. 根據(jù)權利要求33所述的方法，進一步包括以特定圖案掃描光線。
35. 根據(jù)權利要求33所述的方法，其中以多個離散波長提供光包括產(chǎn)生作為多個準單色光束的光。
36. 根據(jù)權利要求33所述的方法，其中以多個離散波長提供光包括產(chǎn)生寬帶光束；和 過濾寬帶光束。
37. 根據(jù)權利要求36所述的方法，其中接收光包括 將所接收的光中獨立的波長成分有角度地分離；和 將有角度地分離的波長成分引向光探測器。
38. 根據(jù)權利要求33所述的方法，其中照射皮膚位置進一步包括借助第一偏振器使提供的光發(fā)生偏振；和 接收所述光包括借助第二偏振器使接收的光發(fā)生偏振。
39. 根據(jù)權利要求38所述的方法，其中第一和第二偏振器基本彼此交叉。
40. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中多個離散波長處于約400納米 到2.5微米。
41. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中以所述光照射皮膚位置包括借 助多個離散波長照射皮膚位置，所述離散波長大體同時并具有識別編碼。
42. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中以所述光照射皮膚位置包括順 序地的提供多個離散波長。
43. 根據(jù)權利要求42所述的方法，其中多個離散波長按順序設置，所 述順序與前面的測量中提供多個離散波長的設置順序不同。
44. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中多個離散波長由一組波長組成， 其與用于前面的測量的一組波長不同。
45. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中皮膚位置包括指尖的手掌皮膚。
46. 根據(jù)權利要求30所述的方法，其中皮膚位置包括手的手掌皮膚。
47. 根據(jù)權利要求30所述的方法，進一步包括 從接收的光獲得光譜分布特征；和從接收的光譜分布特征確定皮膚位置表面以下組織內(nèi)的分析物濃度。
48. 根據(jù)權利要求47所述的方法，其中分析物從酒精、葡萄糖、血色 素、尿素和膽固醇構成的組中選取。
49. 根據(jù)權利要求30所述的方法進一步包括從接收的光獲得光譜分布特征；和從接收的多譜特征確定活性狀態(tài)。
50. 根據(jù)權利要求30所述的方法，進一步包括 從接收的光獲得光譜分布特征；和 將獲得光譜分布特征與光譜分布特征數(shù)據(jù)庫進行比較。
51. —種傳感器系統(tǒng)，包括照射分系統(tǒng)，其被設置以多個離散波長向試樣提供光； 探測分系統(tǒng)，其被設置以接收從試樣的組織散射的光； 計算單元，其與探測分系統(tǒng)相接口，并且具有用于獲取以多個離散波長接收的光的空間分布的多譜圖像的指令；和用來從獲得的多譜特征確定組織的活性狀態(tài)的指令。
52. 根據(jù)權利要求51所述的傳感器系統(tǒng)，其中照射分系統(tǒng)包括 光源，其以多個離散波長提供光；照射光學器件，其用于將光引向皮膚位置；
53. 根據(jù)權利要求52所述的傳感器系統(tǒng)，其中光源包括多個準單色光源。
54. 根據(jù)權利要求53所述的傳感器系統(tǒng)，其中至少準單色光源之一包 括LED。
55. 根據(jù)權利要求53所述的傳感器系統(tǒng)，其中至少準單色光源之一包 括激光二極管。
56. 根據(jù)權利要求51所述的傳感器系統(tǒng)，其中照射分系統(tǒng)包括 寬帶光源；和濾光器，其被設置用于過濾從寬帶光源發(fā)出的光。
57. 根據(jù)權利要求56所述的傳感器系統(tǒng)，其中寬帶光源包括白熾燈泡。
58. 根據(jù)權利要求56所述的傳感器系統(tǒng)，其中寬帶光源包括發(fā)光棒。
59. 根據(jù)權利要求56所述的傳感器系統(tǒng)，其中濾光器包括連續(xù)可變?yōu)V 光器。
60. 根據(jù)權利要求51所述的傳感器系統(tǒng)，其中用于確定組織活性狀態(tài) 的指令，其包括用于像素化獲得的多譜特征的空間分布的指令；和用于在矩陣上進行多變因素分析的指令，所述矩陣在與像素化空間分 布的像素相對應的第一維具有入口，并且在與多個不同波長之一對應的第 二維具有入口。
61. —種用于確定試樣的活性狀態(tài)的方法，所述方法包括以多個離散波長的光照射試樣； 接收從試樣散射的光；從以多個離散波長接收的光獲得多譜特征；和 從接收的多譜特征確定組織的活性狀態(tài)。
62. 根據(jù)權利要求61所述的方法，其中照射皮膚位置包括 以多個離散波長提供光；和 將光導向至皮膚位置。
63. 根據(jù)權利要求62所述的方法，其中以多個離散波長提供光包括產(chǎn) 生作為多個準單色光束的光。
64. 根據(jù)權利要求62所述的方法，其中以多個離散波長提供光包括產(chǎn)生寬帶光束；和 過濾寬帶光束。
65. 根據(jù)權利要求64所述的方法，其中接收光包括 將所接收的光中獨立的波長成分有角度地分離；和 將有角度地分離的波長成分弓i向光探測器。
66. 根據(jù)權利要求61所述的方法，其中以所述光照射皮膚位置包括借 助多個離散波長照射皮膚位置，所述離散波長同時并具有識別編碼。
67. 根據(jù)權利要求61所述的方法，其中照射皮膚位置包括連續(xù)地的提 供多個不連續(xù)地的波長。
68. 根據(jù)權利要求61所述的方法，其中皮膚位置包括指尖的手掌皮膚。
69. 根據(jù)權利要求61所述的方法，其中皮膚位置包括手的手掌皮膚。
70. 根據(jù)權利要求61所述的方法，其中探測組織的活性狀態(tài)包括 像素化獲得的多譜特征的空間分布；和 在矩陣上進行多變因素分析，所述矩陣在與像素化空間分布的像素相 對應的第一維具有入口，并且在與多個不同波長之一對應的第二維具有入 □。
71. —種用于確定人體血液酒精濃度的方法，包括 響應于傳播至人體組織中的電磁輻射接收從人體組織中射出的電磁輻射；分析所接收電磁輻射的光譜屬性；和 從分析的光譜屬性確定血液酒精濃度。
72. 根據(jù)權利要求71所述的方法，其中分析接收的電磁輻射的光譜屬 性包括在2.1 2.5微米波長范圍內(nèi)確定接收的電磁輻射幅度。
73. 根據(jù)權利要求71所述的方法，其中分析接收的電磁輻射的光譜屬 性包括在2.2 2.4微米波長范圍內(nèi)確定接收的電磁輻射幅度。
74. 根據(jù)權利要求71所述的方法，其中分析接收的電磁輻射的光譜屬 性包括以一個或多個的波長值確定接收的電磁輻射幅度，所述波長值大體 與下列值構成的組中選取的值相等2.23微米、2.26微米、2.28微米、2.30 微米、2.32微米、2.25微米和2.38微米。
75. 根據(jù)權利要求71所述的方法，其中分析接收的電磁輻射的光譜屬 性包括在1.5 1.9微米波長范圍內(nèi)確定接收的電磁輻射幅度。
76. 根據(jù)權利要求71所述的方法，其中分析接收的電磁輻射的光譜屬 性包括在1.6~1.8微米波長范圍內(nèi)確定接收的電磁輻射幅度。
77. 根據(jù)權利要求71所述的方法，其中分析接收的電磁輻射的光譜屬 性包括以一個或多個的波長值確定接收的電磁輻射幅度，所述波長值大體 與下列值構成的組中選取的值相等1.67微米、1.69微米、1.71微米、1.73 微米、1.74微米、1.76微米和1.78微米。
78. 根據(jù)權利要求71所述的方法，其中分析接收的電磁輻射的光譜屬 性包括對接收的電磁輻射的光學偏移進行校正。
79. 根據(jù)權利要求78所述的方法，其中對光學偏移進行校正包括響應 于電磁輻射在標準試樣中的傳播對從標準試樣發(fā)出的電磁輻射進行測量。
80. 根據(jù)權利要求79所述的方法，其中標準試樣包括酒精和水的混合物。
81. 根據(jù)權利要求79所述的方法，其中對從標準試樣發(fā)出的電磁輻射進行測量包括在2.1 2.5微米的波長范圍內(nèi)對電磁輻射進行測量。
82. 根據(jù)權利要求79所述的方法，其中對從標準試樣發(fā)出的電磁輻射 進行測量包括在1.5 1.9微米的波長范圍內(nèi)對電磁輻射進行測量。
83. 根據(jù)權利要求71所述的方法，進一步包括響應于人體血液酒精濃 度超出指定范圍的判斷進行動作。
84. 根據(jù)權利要求85所述的方法，其中所述動作包括阻止機動車輛的 點火。
85. 根據(jù)權利要求71所述的方法，進一步包括對人體進行生物統(tǒng)計識別。
86. 根據(jù)權利要求85所述的方法，其中對人體進行生物統(tǒng)計識別包括 將接收的電磁輻射的光譜變化與以前存儲的光譜變化進行比較。
87. 根據(jù)權利要求85所述的方法，其中進一步包括響應于確定的血液 酒精濃度和生物統(tǒng)計人體識別的組合進行動作。
88. 根據(jù)權利要求85所述的方法，其中電磁輻射以多個離散波長從皮膚位置傳至人體組織；和進行人體的生物統(tǒng)計識別包括根據(jù)從皮膚散射的電磁輻射獲得空間分布的多譜圖像；和 將獲得的多譜圖像與獲得的多譜圖像數(shù)據(jù)庫進行比較。
89. —種用于測定人體血液酒精濃度的裝置，所述裝置包括 接收器，其適用于響應于電磁輻射進入人體組織的傳播而接收從人體器官發(fā)出的電磁輻射；計算機可讀存儲介質(zhì)，與處理器相連，計算機可讀存儲介質(zhì)具有嵌入 其中的計算機可讀程序，用于引導處理器的操作，所述計算機可讀程序包 括用于分析接收的電磁輻射的光譜屬性的指令；和 用于由分析的光譜屬性確定血液酒精濃度的指令。
90. 根據(jù)權利要求89所述的裝置，其中接收器包括傳感器和光學帶通 濾光器，所述光學帶通濾光器適用于傳播波長范圍處于2.1 2.5微米之內(nèi)的光。
91. 根據(jù)權利要求89所述的裝置，其中接收器包括多個傳感器和多個 光學帶通濾光器，所述光學帶通濾光器適用于傳播波長值大體與下列值構成的組中選取的值相等的光2.23微米、2.26微米、2.28微米、2.30微米、 2.32微米、2.25微米和2.38微米。
92. 根據(jù)權利要求89所述的裝置，其中接收器包括傳感器和光學帶通 濾光器，所述光學帶通濾光器適用于傳播波長范圍處于1.5 1.9微米之內(nèi)的光。
93. 根據(jù)權利要求89所述的裝置，其中接收器包括多個傳感器和多個 光學帶通濾光器，所述光學帶通濾光器適用于傳播波長值大體與下列值構 成的組中選取的值相等的光1.67微米、1.71微米、1.73微米、1.74微米、 1.76微米和1.78微米。
94. 根據(jù)權利要求89所述的裝置，其中接收器包括 可變?yōu)V光器；和探測器陣列。
95. 根據(jù)權利要求94所述的裝置，其中探測器陣列包括半導體探測器 陣列。
96. 根據(jù)權利要求94所述的裝置，其中探測器陣列包括焦熱電探測器 陣列。
97. 根據(jù)權利要求94所述的裝置，其中探測器陣列包括輻射熱計探測 器陣列。
98. 根據(jù)權利要求89所述的裝置，進一步包括電磁輻射源，所述電磁 輻射源適用于將電磁輻射傳至人體組織。
99. 根據(jù)權利要求98所述的裝置，其中電磁輻射源包括發(fā)光二極管。
100. 根據(jù)權利要求98所述的裝置，其中電磁輻射源包括激光二極管。
101. 根據(jù)權利要求100所述的裝置，其中激光二極管是可調(diào)的。
102. 根據(jù)權利要求89所述的裝置，其中計算機可讀程序進一步包括 用于從接收的電磁輻射進行生物統(tǒng)計識別的指令。
103. 根據(jù)權利要求89所述的裝置，進一步包括適于對人體進行生 物統(tǒng)計識別的生物統(tǒng)計設備。
104. 根據(jù)權利要求103所述的裝置，其中電磁輻射以多個離散波長從皮膚位置傳至人體組織；和計算機可讀程序包括根據(jù)從皮膚散射的電磁輻射獲得空間分布的多譜圖像的指令；和 將獲得的多譜圖像與獲得的多譜圖像數(shù)據(jù)庫進行比較的指令。
105. 根據(jù)權利要求103所述的裝置，其中生物統(tǒng)計識別是非光學生物 統(tǒng)計識別。
106. 包括權利要求89所述的裝置的鑰匙袋。
107. 包括權利要求89所述的裝置的機動車輛。
全文摘要
一種用于生物統(tǒng)計傳感器的方法和系統(tǒng)。照射分系統(tǒng)，其向人體提供離散波長的光。探測分系統(tǒng)，其用于接收皮膚位置散射的光。計算機單元與探測系統(tǒng)相連。計算機元件具有根據(jù)從皮膚散射的電磁輻射發(fā)出空間分布的多譜圖像的指令。計算機元件也具有將獲得的多譜圖像與獲得的多譜圖像的數(shù)據(jù)進行比較的指令，以便于識別人體。
文檔編號A61B5/00GK101194270SQ200480009307
公開日2008年6月4日 申請日期2004年4月5日 優(yōu)先權日2003年4月4日
發(fā)明者大衛(wèi)·P·斯特柳斯卡, 羅伯特·K·羅, 羅伯特·M·哈勃 申請人:光譜辨識公司