專利名稱：指紋防偽裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種指紋防偽裝置及其方法，特別涉及一種利用真假手指彈性的不同以進(jìn)行指紋防偽的指紋防偽裝置及其方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于指紋生物識(shí)別應(yīng)用，長(zhǎng)久以來，對(duì)于假手指的辨別一直是一個(gè)重要的研究。目前，有許多光學(xué)偵測(cè)的方法，例如透過紅外線技術(shù)以偵測(cè)皮下組織的生物特性(如血氧濃度或者是血流的速度)，進(jìn)而進(jìn)行真假手指的辨別。然而，這一類的方法都需要復(fù)雜的紅外線光學(xué)機(jī)臺(tái)，相對(duì)來說其成本較高；且由于此類復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)不易將感測(cè)組件尺寸縮小， 所以對(duì)于要求輕薄短小的攜帶式的電子系統(tǒng)如手機(jī)或筆記型計(jì)算機(jī)來說，不容易滿足其使用者的需求。近年來，能滿足輕薄短小的指紋感測(cè)裝置被成功地開發(fā)及應(yīng)用在上述攜帶式電子裝置上，其主要感測(cè)原理不是以光學(xué)方式來感測(cè)，而是通過制作于硅半導(dǎo)體的微小電極矩陣，且通過人體的導(dǎo)電特性，來測(cè)量每一電極與手指對(duì)應(yīng)面積的電容值；其相應(yīng)的偵測(cè)假手指的方式也是通過這種基本原理，通過皮膚阻抗的測(cè)量以鑒別真皮膚及假手指材料的差別?？墒?，由于假手指材料的多樣性，目前已有可以近乎完美地模擬真手指的導(dǎo)電特性的材料出現(xiàn)。例如，以果凍膠所制成的假手指(gummy finger)，其阻抗特性相似于人體皮膚，導(dǎo)致感測(cè)裝置無法有效的辨認(rèn)出真假手指。所以，這種通過手指皮膚導(dǎo)電特性測(cè)量以鑒別真假手指的方法是有問題的。為此，本發(fā)明將采用另一種三維空間影像分析方式，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種指紋防偽裝置及其方法， 以解決現(xiàn)有的指紋防偽方法因真假手指的濕度及電阻值重迭范圍過大而無法有效進(jìn)行指紋防偽。根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種指紋防偽裝置，其包括指紋提取單元以及處理單元。 指紋提取單元連續(xù)地提取手指的指紋并根據(jù)指紋提供多個(gè)指紋圖像。處理單元根據(jù)指紋圖像中的任意兩個(gè)相鄰指紋圖像的形變狀態(tài)來確定彈性值，當(dāng)彈性值符合預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，處理單元判斷手指是偽造手指。其中，當(dāng)彈性值不符合所述預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，處理單元判斷手指是真實(shí)手指。其中，指紋提取單元還設(shè)置有凸點(diǎn)，凸點(diǎn)用于在手指上制造形變，并且處理單元分析手指經(jīng)過凸點(diǎn)后所產(chǎn)生的凹陷部的形變回復(fù)狀態(tài)來確定彈性值。其中，處理單元分析手指經(jīng)過凸點(diǎn)后所產(chǎn)生的凹陷部相對(duì)于手指未經(jīng)過凸點(diǎn)的形變來確定彈性值。其中，處理單元在識(shí)別出指紋圖像具有奇異點(diǎn)之后，以奇異點(diǎn)為中心向四周展開一區(qū)域范圍，處理單元再分析指紋圖像在區(qū)域范圍內(nèi)的形變來確定彈性值。根據(jù)本發(fā)明之目的，還提出一種指紋防偽方法，其適用于指紋防偽裝置，該指紋防偽裝置包括指紋提取單元及處理單元。指紋防偽方法包括指紋提取單元連續(xù)地提取手指的指紋并根據(jù)指紋提供多個(gè)指紋圖像后，處理單元根據(jù)指紋圖像中的任意兩個(gè)相鄰指紋圖像的形變狀態(tài)來確定彈性值，當(dāng)彈性值符合預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，處理單元判斷手指是偽造手指。其中，當(dāng)彈性值不符合所述預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，處理單元判斷手指是真實(shí)手指。其中，指紋提取單元還設(shè)置有凸點(diǎn)，凸點(diǎn)用于在手指上制造形變，并且處理單元分析手指經(jīng)過凸點(diǎn)后所產(chǎn)生的凹陷部的形變回復(fù)狀態(tài)來確定彈性值。其中，處理單元分析手指經(jīng)過凸點(diǎn)后所產(chǎn)生的凹陷部相對(duì)于手指未經(jīng)過凸點(diǎn)的形變來確定彈性值。其中，處理單元在識(shí)別出指紋圖像具有的奇異點(diǎn)之后，以奇異點(diǎn)為中心向四周展開一區(qū)域范圍，處理單元再分析指紋圖像在區(qū)域范圍內(nèi)的形變來去定彈性值。如上所述，根據(jù)本發(fā)明之的指紋防偽裝置及其方法，其可具有一個(gè)或多個(gè)下述優(yōu)占.
^ \\\ ·(1)該指紋防偽裝置及其方法可通過分析手指在滑過指紋提取單元時(shí)的形變狀態(tài)來進(jìn)行指紋防偽，由此可提高指紋防偽的正確性；(2)該指紋防偽裝置及其方法可通過分析以指紋圖像奇異點(diǎn)為中心向四周展開一區(qū)域范圍內(nèi)的形變來進(jìn)行指紋防偽，由此可有效提升指紋辨識(shí)及防偽的效率。


圖1是本發(fā)明的指紋防偽裝置的方塊圖；圖2A是本發(fā)明的指紋防偽裝置的第一實(shí)施例的示意圖；圖2B是本發(fā)明的指紋防偽裝置的第一實(shí)施例的真假指紋形變不同的實(shí)際圖樣；圖3是本發(fā)明的指紋防偽裝置的第二實(shí)施例的示意圖；圖4是本發(fā)明的指紋防偽裝置的第三實(shí)施例的示意圖；圖5是本發(fā)明的指紋防偽方法的流程圖；以及圖6是本發(fā)明的指紋防偽方法的另一流程圖。主要組件符號(hào)說明1 指紋防偽裝置；10 指紋提取單元；100:凸點(diǎn)；11:處理單元；2 手指；20 指紋；200、201、202 指紋圖像；203 假手指指紋圖像；204 真手指指紋圖像；21 凹陷部；
4
3 彈性值；4 預(yù)設(shè)彈性值范圍；5 奇異點(diǎn)；6:范圍；以及SlO S40 步驟。
具體實(shí)施例方式參閱圖1，圖1是本發(fā)明的指紋防偽裝置的方塊圖。如圖1所示，本發(fā)明的指紋防偽裝置1包括指紋提取單元10以及處理單元11。指紋提取單元10連續(xù)地提取手指2的指紋20，并根據(jù)指紋20提供多個(gè)指紋圖像200、201、202。處理單元11根據(jù)指紋圖像200、 201、202中的任意兩個(gè)相鄰指紋圖像的形變狀態(tài)而決定彈性值3，當(dāng)彈性值3符合預(yù)設(shè)彈性值范圍4時(shí)，處理單元11判斷手指2是偽造手指。另外，當(dāng)彈性值3不符合預(yù)設(shè)彈性值范圍4時(shí)，處理單元11判斷手指2是真實(shí)手指。參閱圖2A，圖2A是本發(fā)明的指紋防偽裝置的第一實(shí)施例的示意圖。如圖2A所示，指紋提取單元10是長(zhǎng)條形的傳感器，待進(jìn)行身份認(rèn)證的使用者的手指2以滑動(dòng)的方式滑過指紋提取單元10。指紋提取單元10還設(shè)置有凸點(diǎn)100，凸點(diǎn)100用于在手指2上制造形變，使得處理單元更容易分析手指2的形變狀態(tài)。圖2A僅為示意圖，當(dāng)手指2經(jīng)過凸點(diǎn) 100后所產(chǎn)生的凹陷部21在制圖上便以留白的方式來表示，且其中還以虛線的方式來表示凹陷部21的指紋變形漸漸回復(fù)的型態(tài)。當(dāng)使用者將手指2按壓在指紋提取單元10上并開始滑動(dòng)時(shí)，處理單元11隨即分析手指2經(jīng)過凸點(diǎn)100后所產(chǎn)生的凹陷部21的形變回復(fù)狀態(tài)來確定彈性值3 ；處理單元11也可分析手指2經(jīng)過凸點(diǎn)100后所產(chǎn)生的凹陷部21相對(duì)于手指2未經(jīng)過凸點(diǎn)100的部分，根據(jù)兩者之間的形變狀態(tài)來確定彈性值3。參閱圖2B，圖2B是本發(fā)明的指紋防偽裝置的第一實(shí)施例的真假指紋形變不同的實(shí)際圖樣。如圖2B左方所示，其為假手指指紋圖像203，由于假手指的彈性值比較單一，因此其形變的回復(fù)(凹陷部21的回復(fù)狀況)也很均勻；相對(duì)的，圖2B右方的真手指指紋圖像 204則因?yàn)檎鎸?shí)手指的彈性值處處不同，因此可以發(fā)現(xiàn)真手指指紋圖像204在經(jīng)過凸點(diǎn)后的回復(fù)狀態(tài)也是不均勻的。因此，本發(fā)明即可根據(jù)此種形變模式及形變量的不同，來判斷由指紋提取單元10所提取的指紋圖像是否是從真實(shí)手指所提取到的。另外，在指紋注冊(cè)時(shí)， 除了特征信息的存儲(chǔ)外，也同時(shí)存儲(chǔ)了防假手指的信息，該防假手指的信息(即各種有可能的假手指材料的彈性值)即構(gòu)成了預(yù)設(shè)的范圍。由于假手指(gummy finger)的材料特性較為單一，因此其形變量的變化將會(huì)落入一個(gè)特定的范圍內(nèi)；相反的，真實(shí)手指的形變則因人而異，其形變量的變化則無法以特定的范圍加以界定。參閱圖3，圖3是本發(fā)明的指紋防偽裝置的第二實(shí)施例的示意圖。如圖3所示，本實(shí)施例與第一實(shí)施例最大的不同在于，指紋提取單元10并未設(shè)置有凸點(diǎn)。因此，本實(shí)施例根據(jù)分析指紋圖像上的形變量的變化，給定按壓在指紋提取單元10上的手指2不同的彈性值，且每?jī)蓮?或以上)的指紋圖像便計(jì)算一次彈性值。當(dāng)處理單元11發(fā)現(xiàn)任二(或以上)相鄰(或連續(xù))的指紋圖像所對(duì)應(yīng)的彈性值落入一個(gè)特定的范圍內(nèi)(即圖1的預(yù)設(shè)彈性值范圍4，或如前一實(shí)施例所預(yù)先輸入的假手指的信息)時(shí)，處理單元11便判定按壓在指紋提取單元10上的手指2為偽造手指；相反的，當(dāng)處理單元11發(fā)現(xiàn)彈性值未落入一個(gè)特定的范圍內(nèi)(即圖1的預(yù)設(shè)彈性值范圍4)時(shí)，處理單元11便判定按壓在指紋提取單元10上的手指2為真實(shí)手指。此時(shí)，處理單元11在判定按壓在指紋提取單元10上的手指2為真實(shí)手指后，也可進(jìn)一步地利用其它機(jī)制確認(rèn)是否為真實(shí)手指，例如以溫度或?qū)щ娦缘?。另外，本發(fā)明所采用的防假手指方法是將手指紋路的三維空間幾何物理信息(即形變)轉(zhuǎn)換成可以計(jì)量及計(jì)算的電壓信息。例如，在指紋注冊(cè)時(shí)，除了特征信息的存儲(chǔ)外， 也同時(shí)存儲(chǔ)了防假手指的信息，該防假手指的信息是通過計(jì)算在固定面積內(nèi)所采樣的指紋圖像的形變量(代表了指紋的垂直空間信息)而被獲得，而固定面積的選取方式也是本發(fā)明的一大特征，由于在各方向及區(qū)域內(nèi)的指紋線密度不同，因此如果不選定特定區(qū)域及固定面積，則所得到的結(jié)果會(huì)有很大的差異。參閱圖4，圖4是本發(fā)明的指紋防偽裝置的第三實(shí)施例的示意圖。如圖4所示，本實(shí)施例與前兩個(gè)實(shí)施例的最大不同在于，處理單元11在識(shí)別出指紋圖像200具有奇異點(diǎn)5 后，以奇異點(diǎn)5為中心向四周展開一區(qū)域范圍6 (即特定區(qū)域)，處理單元11再分析指紋圖像200在區(qū)域范圍6內(nèi)的形變來確定彈性值3。其中，該范圍的外形可為圓形、橢圓形或多邊形，在本實(shí)施例中則為正方形。由于指紋提取單元10以連續(xù)提取的方式提取指紋20并提供指紋圖像200，所以只要處理單元11未發(fā)現(xiàn)指紋圖像200中具有奇異點(diǎn)5，則不計(jì)算彈性值而判斷手指2的真?zhèn)?；只有?dāng)處理單元11發(fā)現(xiàn)指紋圖像200中包含了奇異點(diǎn)5之后， 才根據(jù)奇異點(diǎn)5展開區(qū)域范圍6，并在區(qū)域范圍6之內(nèi)計(jì)算彈性值，進(jìn)而判斷手指2的真?zhèn)危?因此本實(shí)施例可有效且大幅提升指紋防偽的效率并節(jié)省系統(tǒng)的資源。至于奇異點(diǎn)的選取，則簡(jiǎn)述如下在得到原始的指紋圖像后，先經(jīng)過指紋圖像的正規(guī)化(normalization)，將指紋圖像值重新分配為介于0 255，在本實(shí)施例為8比特的灰階分布，由正規(guī)化的指紋再經(jīng)過putty (為利用3 X 3九宮格計(jì)算圖像的平均值)處理后，最后根據(jù)該putty后的正規(guī)指紋圖像，利用3X3九宮格計(jì)算出該九宮格的平均梯度值，從而得到平均角度值，再由向量角度圖的差異化(相鄰角度差大于預(yù)設(shè)角度時(shí))來計(jì)算出奇異點(diǎn)(singular point)。盡管前述在說明本發(fā)明的指紋防偽裝置的過程中，已同時(shí)說明了本發(fā)明的指紋防偽方法的概念，但為求清楚起見，以下仍另外給出流程圖的詳細(xì)說明。參閱圖5，圖5是本發(fā)明的指紋防偽方法的流程圖。本發(fā)明的指紋防偽方法適用于指紋防偽裝置，該指紋防偽裝置包括指紋提取單元及處理單元。如圖5所示，指紋防偽方法包括下列步驟(SlO)指紋提取單元連續(xù)地提取手指的指紋并根據(jù)指紋提供多個(gè)指紋圖像；(S20)處理單元根據(jù)指紋圖像中的任意兩個(gè)相鄰指紋圖像的形變狀態(tài)來確定彈性值，并判斷彈性值是否符合預(yù)設(shè)彈性值范圍；(S30)當(dāng)彈性值符合預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，處理單元判斷手指是偽造手指；以及(S40)當(dāng)彈性值不符合預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，處理單元判斷手指是真實(shí)手指。參閱圖6，圖6是本發(fā)明的指紋防偽方法的另一流程圖。在一些較佳的實(shí)施例中， 在上述的步驟(Sio)之后還可包括下列步驟(Sll)處理單元在識(shí)別出指紋圖像具有奇異點(diǎn)后，以奇異點(diǎn)為中心向四周展開一區(qū)域范圍；以及(S12)處理單元根據(jù)該區(qū)域范圍內(nèi)的指紋圖像中的任意兩個(gè)相鄰指紋圖像在該區(qū)
6域范圍內(nèi)的形變狀態(tài)來確定彈性值，并判斷彈性值是否符合預(yù)設(shè)彈性值范圍。接著在步驟(S 12)后執(zhí)行步驟(S30)或(S40)。本發(fā)明的指紋防偽方法的細(xì)節(jié)已于前述說明本發(fā)明的指紋防偽裝置時(shí)進(jìn)行了詳細(xì)說明，在此便不再贅述。綜上所述，本發(fā)明的指紋防偽裝置及其方法可通過分析手指在滑過指紋提取模塊時(shí)的形變狀態(tài)來進(jìn)行指紋防偽，有效提高指紋防偽的正確性；而本發(fā)明還可通過分析以指紋圖像的奇異點(diǎn)為中心向四周展開一區(qū)域范圍內(nèi)的形變來進(jìn)行指紋防偽，而大幅提升指紋識(shí)別及防偽的效率。以上所述僅為舉例性，而非為限制性。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇對(duì)其進(jìn)行的等效修改或變更，均應(yīng)包含在權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種指紋防偽裝置，包括指紋提取單元，連續(xù)地提取手指的指紋，并根據(jù)所述指紋提供多個(gè)指紋圖像；以及處理單元，根據(jù)所述多個(gè)指紋圖像中的任意兩個(gè)相鄰指紋圖像的形變狀態(tài)來確定彈性值，當(dāng)所述彈性值符合預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，所述處理單元判斷所述手指是偽造手指。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋防偽裝置，其中，當(dāng)所述彈性值不符合所述預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，所述處理單元判斷所述手指是真實(shí)手指。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指紋防偽裝置，其中，所述指紋提取單元還設(shè)置有凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)用于在所述手指上制造形變，并且所述處理單元分析所述手指經(jīng)過所述凸點(diǎn)后所產(chǎn)生的凹陷部的形變回復(fù)狀態(tài)來確定所述彈性值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的指紋防偽裝置，其中，所述處理單元系分析所述手指經(jīng)過所述凸點(diǎn)后所產(chǎn)生的凹陷部相對(duì)于所述手指未經(jīng)過所述凸點(diǎn)的形變來確定所述彈性值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋防偽裝置，其中，所述處理單元在識(shí)別出所述指紋圖像具有奇異點(diǎn)之后，以所述奇異點(diǎn)為中心向四周展開一區(qū)域范圍，并且所述處理單元分析所述指紋圖像在所述區(qū)域范圍內(nèi)的形變來確定所述彈性值。
6.一種指紋防偽方法，所述指紋防偽方法適用于指紋防偽裝置，所述指紋防偽裝置包括指紋提取單元和處理單元，所述指紋防偽方法包括下列步驟指紋提取單元系連續(xù)地提取手指的指紋，并根據(jù)所述指紋提供多個(gè)指紋圖像；以及處理單元根據(jù)所述多個(gè)指紋圖像中的任意兩個(gè)相鄰指紋圖像的形變狀態(tài)來確定彈性值，當(dāng)所述彈性值符合預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，處理單元判斷所述手指是偽造手指。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的指紋防偽方法，其中，當(dāng)所述彈性值不符合所述預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，處理單元即判斷所述手指是真實(shí)手指。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的指紋防偽方法，其中，指紋提取單元還設(shè)置有凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)用于在所述手指上制造形變，并且處理單元分析所述手指經(jīng)過所述凸點(diǎn)后所產(chǎn)生的凹陷部的形變回復(fù)狀態(tài)來確定所述彈性值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的指紋防偽方法，其中，處理單元分析所述手指經(jīng)過所述凸點(diǎn)后所產(chǎn)生的凹陷部相對(duì)于所述手指未經(jīng)過所述凸點(diǎn)的形變來確定所述彈性值。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的指紋防偽方法，其中，處理單元在識(shí)別出所述指紋圖像具有奇異點(diǎn)之后，以所述奇異點(diǎn)為中心向四周展開一區(qū)域范圍，處理單元分析所述指紋圖像在該區(qū)域范圍內(nèi)的形變來確定所述彈性值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種指紋防偽裝置及其方法，該裝置包括指紋提取單元以及處理單元。指紋提取單元連續(xù)地提取手指的指紋并根據(jù)指紋提供多個(gè)指紋圖像。處理單元根據(jù)指紋圖像中的任意兩個(gè)相鄰指紋圖像的形變狀態(tài)來確定彈性值，當(dāng)彈性值符合預(yù)設(shè)彈性值范圍時(shí)，處理單元判斷手指是偽造手指。
文檔編號(hào)G06K9/52GK102467671SQ20101053621
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者周正三 申請(qǐng)人:神盾股份有限公司