TWI421782B

TWI421782B - 指紋防偽裝置及其方法

Info

Publication number: TWI421782B
Application number: TW99134819A
Authority: TW
Inventors: Bruce C S Chou
Original assignee: Egis Technology Inc
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2014-01-01
Also published as: TW201216172A

Description

指紋防偽裝置及其方法

本發明是有關於一種指紋防偽裝置及其方法，特別是有關於一種利用真假手指彈性的不同以進行指紋防偽之指紋防偽裝置及其方法。

對於指紋生物辨識應用，長久以來，對於假手指的辨別一直是一個重要的研究。目前，有許多光學偵測的方法，例如透過紅外線技術以偵測皮下組織的生物特性(如血氧濃度或者是血流的速度)，進而進行真假手指的辨別。然而，這一類的方法都需要複雜的紅外線光學機台，相對來說其成本較高；且由於此類複雜的光學系統不易將感測元件尺寸縮小，對於要求輕薄短小的攜帶式的電子系統如手機或筆記型電腦來說，便不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裝置被成功地被開發及應用在上述攜帶式電子裝置上，其主要感測原理係為非以光學方式來感測，而是藉由製作於矽半導體的微小電極矩陣，且藉由人體的導電特性，來量測每一電極與手指對應面積的電容值；其相應之偵測假手指的方式也是藉由這種基本原理而來，透過皮膚阻抗的量測以鑑別真皮膚及假手指材料的差別。

可是，由於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電特性的材料出現。例如，以果凍膠所製成的假手指(gummy finger)，其阻抗特性相似於人體皮膚，以致於感測裝置無法有效的辨認出真假手指。所以，這種藉由手指皮膚導電特性量測以鑑別真假手指的方法是有問題的。

為此，本發明將採用另一種三度空間影像分析方式，以解決上述問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種指紋防偽裝置及其方法，以解決習知的指紋防偽方法因真假手指的濕度及電阻值重疊範圍過大而無法有效進行指紋防偽。

根據本發明之目的，提出一種指紋防偽裝置，其包含一指紋擷取單元以及一處理單元。指紋擷取單元係連續地擷取一手指之一指紋並根據指紋提供複數個指紋圖像。處理單元則根據指紋圖像任二相鄰者之形變狀態而決定一彈性值，當彈性值符合一預設彈性值範圍時，處理單元即判斷手指為一偽造手指。

其中，當彈性值不符合預設彈性值範圍時，處理單元即判斷手指為一真實手指。

其中，指紋擷取單元更設有一凸點，凸點係於手指上製造形變，且處理單元係分析手指經過凸點後所產生之一凹陷部的形變回復狀態而決定彈性值。

其中，處理單元係分析手指經過凸點後所產生之一凹陷部相對於手指未經過凸點之形變而決定彈性值。

其中，處理單元係於辨識出指紋圖像所具有之一奇異點後，以奇異點為中心向四周展開一區域範圍，處理單元再分析指紋圖像於區域範圍內之形變而決定彈性值。

根據本發明之目的，再提出一種指紋防偽方法，其係適用於一指紋防偽裝置，該指紋防偽裝置包含一指紋擷取單元及一處理單元。指紋防偽方法包含以指紋擷取單元係連續地擷取一手指之一指紋並根據指紋提供複數個指紋圖像後，再以處理單元根據指紋圖像之任二相鄰者的形變狀態而決定一彈性值，當彈性值符合一預設彈性值範圍時，處理單元即判斷手指為一偽造手指。

承上所述，依本發明之指紋防偽裝置及其方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)此指紋防偽裝置及其方法可藉由分析手指在滑過指紋擷取模組時的形變狀態來進行指紋防偽，藉此可提高指紋防偽之正確性。

(2)此指紋防偽裝置及其方法可藉由分析從指紋圖像之奇異點為中心向四周展開一區域範圍內之形變來進行指紋防偽，藉此可有效提升指紋辨識及防偽的效率。

1‧‧‧指紋防偽裝置

10‧‧‧指紋擷取單元

100‧‧‧凸點

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

3‧‧‧彈性值

4‧‧‧預設彈性值範圍

5‧‧‧奇異點

6‧‧‧範圍

S10~S40‧‧‧步驟

第1圖係為本發明之指紋防偽裝置之方塊圖；第2A圖係為本發明之指紋防偽裝置之第一實施例示意圖；第2B圖係為本發明之指紋防偽裝置之第一實施例之真假指紋形變不同的實際圖樣；第3圖係為本發明之指紋防偽裝置之第二實施例示意圖；第4圖係為本發明之指紋防偽裝置之第三實施例示意圖；第5圖係為本發明之指紋防偽方法之流程圖；以及第6圖係為本發明之指紋防偽方法之另一流程圖。

請參閱第1圖，其係為本發明之指紋防偽裝置之方塊圖。如圖所示，本發明之指紋防偽裝置1，其包含一指紋擷取單元10以及一處理單元11。指紋擷取單元10係連續地擷取一手指2之一指紋20並根據指紋20提供複數個指紋圖像200、201、202。處理單元11則根據指紋圖像200、201、202任二相鄰者之形變狀態而決定一彈性值3，當彈性值3符合一預設彈性值範圍4時，處理單元11即判斷手指2為一偽造手指。另外，當彈性值3不符合預設彈性值範圍4時，處理單元11即判斷手指2為一真實手指。

請參閱第2A圖，其係為本發明之指紋防偽裝置之第一實施例示意圖。如圖所示，指紋擷取單元10係為一長條形的感測器，而待進行身份認證的使用者的手指2係以滑動的方式滑過指紋擷取單元10。指紋擷取單元10更設置有一凸點100，此凸點100係用以於手指2上製造形變，使得處理單元更容易分析手指2的形變狀態。由於本圖僅為示意圖，當手指2經過凸點100後所產生的一凹陷部21在製圖上便以留白的方式來表示，且其中更以虛線的方式來示意凹陷部21的指紋變形漸漸回復的型態。當使用者按手指2於指紋擷取單元10上並開始滑動時，處理單元隨即分析手指2經過凸點100後所產生之凹陷部21的形變回復狀態而決定彈性值3；處理單元也可分析手指2經過凸點100後所產生之一凹陷部21相對於手指2未經過凸點100的部分，其兩者之間的形變狀態而決定彈性值3。

請參閱第2B圖，其係為本發明之指紋防偽裝置之第一實施例之真假指紋形變不同的實際圖樣。如本圖左方所示，其係為假手指指紋圖像203，由於假手指的彈性值比較單一，因此其形變的回復(凹陷部21的回復狀況)也很均勻；相對的，本圖右方的真手指指紋圖像204則因為真實手指的彈性值處處不同，因此可以發現真手指指紋圖像204在經過凸點後的回復狀態也是不均勻的。因此，本發明即可根據此種形變模式及形變量的不同，來判斷由指紋擷取單元所擷取的指紋圖像，是否是由真實手指所擷取到的。另外，在指紋註冊時，除了特徵資訊的儲存外，也同時儲存了防假手指的資訊，該防假手指的資訊(即各種有可能的假手指材料的彈性值)，這些資訊即構成了預設的範圍。由於假手指(gummy finger)的材料特性較為單一，因此其形變量的變化將會落入一個特定的範圍內；相反的，真實手指的形變則因人而異，其形變量的變化則無法以特定的範圍加以界定。

請參閱第3圖，其係為本發明之指紋防偽裝置之第二實施例示意圖。如圖所示，本實施例與第一實施例最大的不同，即在於指紋擷取單元10並未設置有凸點，因此，本實施例即根據分析指紋圖像上的形變量的變化，給定按壓在指紋擷取單元10上的手指2不同的彈性值，且每兩張(或以上)的指紋圖像便計算一次彈性值。當處理單元發現任二(或以上)相鄰(或連續)的指紋圖像所對應的彈性值落入一個特定的範圍內(即第1圖之預設彈性值範圍4，或如前一實施例所預先輸入的假手指的資訊)時，處理單元便判定按壓在指紋擷取單元10上的手指2為一偽造手指；相反的當處理單元發現彈性值未落入一個特定的範圍內(即第1圖之預設彈性值範圍4)時，處理單元便判定按壓在指紋擷取單元10上的手指2為一真實手指。此時，處理單元在判定按壓在指紋擷取單元10上的手指2為真實手指後，也可進一步地利用其他機制確認是否為真實手指，例如以溫度或導電性等。

另外，本發明所採用的防假手指方法，係將手指紋路的三度空間幾何物理訊息(即形變)轉換成可以計量及計算的電壓訊息。例如，在指紋註冊時，除了特徵資訊的儲存外，也同時儲存了防假手指的資訊，該防假手指的資訊，係透過計算在一固定面積內所採樣的指紋圖像的形變量(代表了指紋的垂直空間資訊)，而「一固定面積」的選取方式也是本發明的一大特徵，由於在各方向及區域內的指紋線密度不同，因此如果不選定一特定區域及一固定面積，則所得到的結果會有很大的差異。

請參閱第4圖，其係為本發明之指紋防偽裝置之第三實施例示意圖。如圖所示，本實施例與前兩個實施例的最大不同，即在於處理單元先於辨識出指紋圖像200所具有之一奇異點5後，以奇異點5為中心向四周展開一區域範圍6(即一特定區域)，處理單元再分析指紋圖像200於區域範圍6內之形變而決定彈性值3。其中，該範圍之外形係可為圓形、橢圓形或多邊形，在本實施例中則為正方形。由於指紋擷取單元10係以連續擷取的方式擷取指紋20並提供指紋圖像200，故只要處理單元未發現指紋圖像200中具有奇異點5，則不進行計算彈性值進而進行判斷手指2的真偽；唯有當處理單元發現指紋圖像200中包含了奇異點5之後，才根據奇異點5展開區域範圍6，並在區域範圍6之內進行計算彈性值，進而進行判斷手指2的真偽，因此本實施例可有效且大幅提昇指紋防偽的效率並節省系統的資源。

至於奇異點的選取，則簡述如下：於得到一原始的指紋圖像後，先經過指紋圖像之正規化(normalization)，將指紋圖像值重新分配為介於0~255，在本實施例為8bits的灰階分佈，由正規化之指紋再經過putty(為利用3x3九宮格計算圖像之一平均值)處理後，最後根據該putty後之正規指紋圖像，利用3x3九宮格計算出該九宮格之平均梯度值，而得到平均角度值，再由向量角度圖之差異化(相鄰角度差大於一預設角度時)來計算出奇異點( singular point)。

儘管前述在說明本發明之指紋防偽裝置的過程中，亦已同時說明本發明之指紋防偽方法的概念，但為求清楚起見，以下仍另繪示流程圖詳細說明。

請參閱第5圖，其係為本發明之指紋防偽方法之流程圖。本發明之指紋防偽方法係適用於一指紋防偽裝置，該指紋防偽裝置包含一指紋擷取單元及一處理單元。如圖所示，指紋防偽方法包含下列步驟：(S10)以指紋擷取單元連續地擷取一手指之一指紋並根據指紋提供複數個指紋圖像；(S20)以處理單元根據指紋圖像之任二相鄰者的形變狀態而決定一彈性值，並判斷彈性值是否符合一預設彈性值範圍；(S30)當彈性值符合預設彈性值範圍時，處理單元即判斷手指為一偽造手指；以及(S40)當彈性值不符合預設彈性值範圍時，處理單元即判斷手指為一真實手指。

請參閱第6圖，其係為本發明之指紋防偽方法之另一流程圖。在一些較佳的實施例中，於上述的步驟(S10)之後更可包含了下列步驟：(S11)以處理單元辨識出指紋圖像所具有之一奇異點後，以奇異點為中心向四周展開一區域範圍；以及(S12)以處理單元根據區域範圍內的指紋圖像之任二相鄰者，於該區域範圍內的形變狀態而決定一彈性值，並判斷彈性值是否符合一預設彈性值範圍。

接著在步驟(S12)後執行步驟(S30)或(S40)。

本發明之指紋防偽方法之細節已於前述說明本發明之指紋防偽裝置時詳細說明，在此便不再贅述。

綜上所述，本發明之指紋防偽裝置及其方法可藉由分析手指在滑過指紋擷取模組時的形變狀態來進行指紋防偽，有效提高指紋防偽之正確性；而本發明更可藉由分析從指紋圖像之奇異點為中心向四周展開一區域範圍內之形變來進行指紋防偽，而大幅提升指紋辨識及防偽的效率。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

S10~S40‧‧‧步驟

Claims

一種指紋防偽裝置，其包含：一指紋擷取單元，係於一手指的滑動路徑上設置一凸點，以透過該凸點於該手指上製造形變，該指紋擷取單元係連續地擷取該手指之一指紋，並根據該指紋提供複數個指紋圖像；以及一處理單元，該處理單元係根據該複數個指紋圖像之任二相鄰者的該手指經過該凸點所產生的凹陷部的形變回復狀態而決定一彈性值，當該彈性值符合一預設彈性值範圍時，該處理單元即判斷該手指為一偽造手指。
如申請專利範圍第1項所述之指紋防偽裝置，其中當該彈性值不符合該預設彈性值範圍時，該處理單元即判斷該手指為一真實手指。
如申請專利範圍第1項所述之指紋防偽裝置，其中該處理單元係分析該手指經過該凸點後所產生之一凹陷部相對於該手指未經過該凸點之形變而決定該彈性值。
如申請專利範圍第1項所述之指紋防偽裝置，其中該處理單元係於辨識出該指紋圖像所具有之一奇異點後，以該奇異點為中心向四周展開一區域範圍，該處理單元再分析該指紋圖像於該區域範圍內之形變而決定該彈性值。
一種指紋防偽方法，該指紋防偽方法係適用於一指紋防偽裝置，該指紋防偽裝置包含一指紋擷取單元及一處理單元，該指紋防偽方法包含下列步驟：以該指紋擷取單元係於一手指的滑動路徑上設置一凸點，透過該凸點於該手指上製造形變，以連續地擷取一手指之一指紋並根據該指紋提供複數個指紋圖像；以及以該處理單元係根據該複數個指紋圖像之任二相鄰者的該手指經過該凸點後所產生的凹陷部的形變回復狀態而決定一彈性值，當該彈性值符合一預設彈性值範圍時，該處理單元即判斷該手指為一偽造手指。
如申請專利範圍第5項所述之指紋防偽方法，其中當該彈性值不符合一預設彈性值範圍時，該處理單元即判斷該手指為一真實手指。
如申請專利範圍第5項所述之指紋防偽方法，其中該處理單元係分析該手指經過該凸點後所產生之一凹陷部相對於該手指未經過該凸點之形變而決定該彈性值。
如申請專利範圍第5項所述之指紋防偽方法，其中該處理單元係於辨識出該指紋圖像所具有之一奇異點後，以該奇異點為中心向四周展開一區域範圍，該處理單元再分析該指紋圖像於該區域範圍內之形變而決定該彈性值。