TWI534716B - 手指指紋讀取系統 - Google Patents

Description

手指指紋讀取系統

本發明係有關於一種指紋讀取系統，尤指一種非接觸式的手指指紋讀取系統。

個人用之電子產品如電腦或是手機等，其通常都含有個人資料儲存於內部。通常為了避免其他人取得個人之資料，其會設置一道密碼鎖，使用時需要輸入預先設定的密碼才能進入使用電子產品。然而此種輸入密碼的方法還是很容易因為他人透過其他方式取得密碼，使個人資料被他人取得。

因此，另有開發透過指紋辨識功能辨別使用者的接觸式的指紋讀取器，其藉由手指指紋凸起與三菱鏡鏡面上的接觸破壞全反射的條件，因而可以得到明暗的手指指紋照片。然而此種接觸式的指紋讀取器因為三菱鏡的成本高並且體積大，且三菱鏡的鏡面由於與手指接觸因此需要特殊表面處理並免刮痕或腐蝕破壞玻璃表面，且手指上面的髒汙或是指紋會殘留在三菱鏡表面上造成後續辨識困難而需要清潔。另外接觸式的指紋讀取器也無法辨別假指紋。

此外，雖然也有非接觸式的指紋讀取器，然而傳統的非接觸式的指紋讀取器通常為了得到清晰的手指指紋照片，照機鏡頭須要採用微距鏡鏡頭，並且拍攝距離要夠近以取得足夠大放大倍率而有清楚的手指指紋照片，而這就代表其照片的景深很淺，其必須具有明確的手指承托機構件以固定手指位置或者是需要昂貴的高階微距鏡以得到近距離深景深的光學效果。

綜上所述，本創作人有感上述缺失可改善，乃特潛心研究並配合學理之應用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之創作。

鑒於以上之問題，本發明提供一種手指指紋讀取系統，透過非接觸式手指指紋讀取系統可以避免前述先前技術所產生的問題。

為了達到上述之目的，本發明之其中一實施例係提供一種手指指紋讀取系統，其包含：一鏡頭模組、一控制模組及一訊號處理模組。該鏡頭模組具有一偵測單元、一影像擷取單元、一液態透鏡單元及一照明單元。該控制模組電性連接於該鏡頭模組，以控制該影像擷取單元、該液態透鏡單元及該照明單元。其中，當該偵測單元偵測到一啟動訊號時，該控制模組啟動該影像擷取單元、該液態透鏡單元及該照明單元，該液態透鏡單元調變對焦距離從遠到近進行手指指紋掃描，該影像擷取單元通過該液態透鏡單元從遠到近的調變對焦距離過程中連續擷取多張手指指紋圖像照片，該訊號處理模組從該影像擷取單元所擷取的該些手指指紋圖像照片中選擇其中一張對焦正確的照片，並將之轉換成指紋圖檔。

本發明之其中另一實施例係提供一種指紋讀取方法，包括下列步驟：偵測一物件位於讀取範圍內；判斷該物件的屬性；啟動一照明單元；啟動一影像擷取單元及一液態透鏡單元；調變掃描該液態透鏡單元從遠到近的對焦距離；擷取多張該液態透鏡單元從遠到近的連續照片；關閉該影像擷取單元、該液態透鏡單元及該照明單元；選擇一張從影像擷取單元所擷取的連續照片中對焦正確的照片；以及轉換該一張從影像擷取單元所擷取的連續照片中對焦正確的照片為圖檔。

本發明之其中另一實施例係提供一種指紋讀取方法，包括下 列步驟：偵測一物件位於讀取範圍內；判斷該物件的屬性；啟動一照明單元，其中照明單元為第一次照明；啟動一影像擷取單元及一液態透鏡單元；調變掃描該液態透鏡單元從遠到近的對焦距離；擷取多張該液態透鏡單元從遠到近的連續照片；照明單元第二次照明；調變掃描該液態透鏡單元從遠到近的對焦距離；擷取多張該液態透鏡單元從遠到近的連續照片；關閉該影像擷取單元、該液態透鏡單元及該照明單元；選擇一張從影像擷取單元所擷取的連續照片中對焦正確的照片；以及轉換該一張從影像擷取單元所擷取的連續照片中對焦正確的照片為圖檔。

本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供的手指指紋讀取系統以及指紋讀取方法，其可透過鏡頭模組、控制模組及訊號處理模組之組成，以使得本發明之手指指紋讀取系統具有自動啟動的機制且可以消除因手指移動造成的辨識錯誤之問題。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

F‧‧‧手指指紋讀取系統

1‧‧‧鏡頭模組

11‧‧‧偵測單元

12‧‧‧影像擷取單元

13‧‧‧液態透鏡單元

14‧‧‧照明單元

2‧‧‧控制模組

3‧‧‧訊號處理模組

R1‧‧‧景深1

R2‧‧‧景深2

R3‧‧‧景深3

R4‧‧‧景深4

圖1為本發明第一實施例的手指指紋讀取系統方塊示意圖。

圖2為對焦面掃描原理的示意圖。

圖3為本發明第二實施例的指紋讀取方法步驟示意圖。

圖4為本發明第三實施例的指紋讀取方法步驟示意圖。

〔第一實施例〕

請參閱圖1所示，本發明第一實施例係提供一種手指指紋讀取系統F，其包含一鏡頭模組1、一控制模組2及一訊號處理模組3，其中鏡頭模組1、控制模組2及訊號處理模組3彼此相互電性連接。

首先，如圖1所示，鏡頭模組1具有一偵測單元11、一影像 擷取單元12、一液態透鏡單元13及一照明單元14。控制模組2控制影像擷取單元12、液態透鏡單元13及照明單元14。其中，當該偵測單元11偵測到啟動訊號時，控制模組2將啟動影像擷取單元12、液態透鏡單元13及照明單元14。舉例而言，啟動訊號可以是偵測單元11偵測到正確的手指形狀、正確的手指顏色或手指佔據一預定可擷取面積，例如手指佔據整個影像擷取單元12所拍攝影像的1/3或1/2面積，亦或是可以透過主動偵測型元件，如一般的紅外線掃描、超音波偵測器或雷達等，以偵測手指位置，然而本發明不以此舉例為限。其透過偵測單元11的偵測，可以使手指指紋讀取系統F具有自動啟動的機制。

當啟動影像擷取單元12、液態透鏡單元13及照明單元14後，透過照明單元14照射在手指上，可以使手指上的指紋與背景形成強烈的明暗對比。舉例而言，照明單元14的光源可以是白光、紅外線、紫外線或其他單色光源。

同時，液態透鏡單元13調變對焦距離從遠到近進行手指指紋掃描動作。而影像擷取單元12通過該液態透鏡單元13從遠到近的調變對焦距離過程中連續擷取多張手指指紋圖像照片，並將所擷取到的多張連續照片傳送至訊號處理模組3。請同時參閱圖2所示，圖2為對焦面掃描原理的示意圖，圖中的短垂直線代表對焦面，而上面的水平直線代表景深。一般而言，對焦面越靠近影像擷取單元12其景深越淺。而為解決近距離攝影對焦困難的問題，且使用者可以不用固定其手指於特定位置，本發明採用液態透鏡單元13對焦面掃描的機制，從遠到近連續取得不同對焦面的照片，藉由恰當的液態透鏡單元13的調變量設計，讓連續之照片可以含蓋所設定之拍攝距離。

舉例而言，圖2中景深1的R1為對焦距離為2公分時的景深，景深2的R2為對焦距離為2.5公分時的景深，景深3的R3為對焦距離為3.5公分時的景深，景深4的R4為對焦距離為5公分時 的景深。液態透鏡單元13調變對焦距離從遠到近，進行手指指紋掃描的距離為10公分到1公分之間，最佳的掃描範圍為距離5公分到2公分，進行手指指紋掃描的掃描時間小於0.5秒，更佳的為掃描時間小於0.3秒。影像擷取單元12通過該液態透鏡單元13擷取3到10張手指指紋圖像照片，更佳的取像張數為4到6張，並將所擷取到的手指指紋圖像照片傳送到訊號處理模組3。在所擷取的照片中，必定有一張是對焦正確的照片，且由於液態透鏡單元13的對焦面調整時間快速(在<10ms等級)，完成整個掃描距離的時間不大於0.5秒，進而可以消除手指因晃動所造成的照片模糊問題。藉此本發明之手指指紋讀取系統可以對手指位置的要求放寬至10公分到1公分的限制，並且放寬使用者擺放其手指位置的自由。

接著訊號處理模組3從影像擷取單元12所擷取的該些手指指紋圖像照片中選擇其中一張對焦正確的照片，然後將此張對焦正確的照片作影響處理，首先偵測手指在照片中的位置，再去除手指以外之背景，並強化對比，作負片處理、清除雜訊等工作，最後轉化照片格式為標準指紋圖檔後送入指紋辨識軟體作指紋比對。舉例而言，訊號處理模組3可以是電腦，使影像判斷以及影響處理交由電腦執行運算。此外，訊號處理模組3及控制模組2可以是嵌入式系統，其功能類似電腦，可以完成手指指紋辨視工作。

本發明第一實施例所提供之手指指紋讀取系統F，可藉由偵測單元11透過先判斷是否偵測到有手指位於手指指紋讀取系統F讀取範圍內，再啟動照明單元14的方式，可以避免因手指未置放於手指指紋讀取系統F讀取範圍內，而照明單元14就已經啟動，進而產生刺眼強光，影響到使用者的視線之問題。而當手指指紋讀取系統F未偵測到啟動訊號時，鏡頭模組1可以作為一般的相機模組，可用來作為臉部攝影機或是視訊攝影機之用途。

〔第二實施例〕

請參閱圖3所示，本發明第二實施例係提供一種指紋讀取方法F200，包括下列步驟。如步驟S200所示，偵測一物件是否位於讀取範圍內，例如可以透過主動偵測型元件，如一般的紅外線掃描、超音波偵測器或雷達等，判讀物件是否位於讀取範圍當中。再如步驟S202所示，接著判斷物件的屬性是否為手指，其中該判斷物件的屬性可以透過判讀物件是否為正確的手指形狀、正確的手指顏色或是手指佔據了一預定可擷取面積等方式。舉例而言，可以先判斷物件佔據了整個影像擷取單元12所拍攝影像的1/3或1/2面積，接著判斷是否為正確的手指形狀或是手指顏色。

如步驟S204所示，若物件判讀為手指，即啟動照明單元14，使照明光線聚焦於手指指紋上，透過照明單元14照射在手指上，可以使手指上的指紋與背景形成強烈的明暗對比。舉例而言，照明單元的光源可以是白光、紅外線、紫外線或其他單色光源。接著如步驟S206、S208及S210所示，啟動影像擷取單元12及液態透鏡單元13，液態透鏡單元13調變對焦距離從遠到近進行手指指紋的掃描動作。而影像擷取單元12通過該液態透鏡單元13從遠到近的調變對焦距離過程中連續擷取多張手指指紋圖像照片，並將所擷取到的多張連續照片傳送至訊號處理模組3。舉例而言，液態透鏡單元13調變對焦距離從遠到近，進行手指指紋掃描的距離為10公分到1公分之間，最佳的掃描範圍為距離5公分到2公分，進行手指指紋掃描的掃描時間小於0.5秒，更佳的為掃描時間小於0.3秒。影像擷取單元12通過該液態透鏡單元13擷取3到10張手指指紋圖像照片，更佳的取像張數為4到6張，並將所擷取到的手指指紋圖像照片傳送到訊號處理模組3。在所擷取的照片中，必定有一張是對焦正確的照片，且由於液態透鏡單元13的對焦面調整時間快速(在<10ms等級)，完成整個掃描距離的時間不大於0.5秒，進而可以消除手指因晃動所造成的照片模糊問題。

接著，如步驟S212及S214所示，完成截取後即關閉影像擷取單元、液態透鏡單元及照明單元，並透過訊號處理模組3選擇一張從影像擷取單元所擷取的連續照片中對焦正確的照片，然後將此張對焦正確的照片作影響處理，首先偵測手指在照片中的位置，再去除手指以外之背景，並強化對比，作負片處理、清除雜訊等工作，最後如步驟S216所示，轉換此張對焦正確的照片格式為標準指紋圖檔後送入指紋辨識軟體作指紋比對。

本發明第二實施例所提供之指紋讀取方法F200可藉由偵測步驟先判斷是否偵測到有物件位於讀取範圍內，緊接著判斷該物件為手指後再啟動照明單元14的方式，可以避免因手指未置放於讀取範圍內，而照明單元14就已經啟動，進而產生刺眼強光，影響到使用者的視線之問題。而當尚未偵測到啟動訊號時，鏡頭模組可以作為一般的相機模組，可用來作為臉部攝影機或是視訊攝影機之用途。

〔第三實施例〕

請參閱圖4所示，本發明第三實施例係提供一種指紋讀取方法F300，由圖4與圖3的比較可知，本發明第三實施例與第二實施例最大的差別在於：透過照明單元14所射出的不同光線，使手指在不同光源的環境下，有不同的顯示效果，再經由訊號處理模組3判斷所擷取出的手指指紋是否為假手指的指紋。

首先，如步驟S300所示，偵測一物件是否位於讀取範圍內，例如可以透過主動偵測型元件，如一般的紅外線掃描、超音波偵測器或雷達等，判讀物件是否位於讀取範圍當中。接著如步驟S302所示，判斷物件的屬性是否為手指，其中該判斷物件的屬性可以透過判讀物件是否為正確的手指形狀、正確的手指顏色或是手指佔據了一預定可擷取面積等方式。舉例而言，可以先判斷物件佔據了整個影像擷取單元12所拍攝影像的1/3或1/2面積，接著判斷是否為正確的手指形狀或是手指顏色。

如步驟S304所示，若物件判讀為手指，即啟動照明單元14，使照明光線聚焦於手指指紋上，透過照明單元14照射在手指上，可以使手指上的指紋與背景形成強烈的明暗對比。舉例而言，照明單元的光源可以是白光、紅外線、紫外線或其他單色光源。以本發明第三實施例而言，為了辨別是否為真手指或假手指，照明單元第一次照明射出的光線為白光，使手指指紋處於白光的環境下。

接著如步驟S3061、S3081及S3101所示，啟動影像擷取單元12及液態透鏡單元13，液態透鏡單元13調變對焦距離從遠到近進行手指指紋的掃描動作。而影像擷取單元12通過該液態透鏡單元13從遠到近的調變對焦距離過程中連續擷取多張手指指紋圖像照片，並將所擷取到的多張連續照片傳送至訊號處理模組3。舉例而言，液態透鏡單元13調變對焦距離從遠到近，進行手指指紋掃描的距離為10公分到1公分之間，最佳的掃描範圍為距離5公分到2公分，進行手指指紋掃描的掃描時間小於0.5秒，更佳的為掃描時間小於0.3秒。影像擷取單元12通過該液態透鏡單元13擷取3到10張手指指紋圖像照片，更佳的取像張數為4到6張，並將所擷取到的手指指紋圖像照片傳送到訊號處理模組3。

接著，如步驟S3062、S3082、S3102及S312所示，當將第一次照明所擷取的手指指紋圖像照片傳送到訊號處理模組3後，照明單元第二次照明射出的光線為紅光、近紅外光或是其他單色光源，此時液態透鏡單元13調變對焦距離從遠到近進行手指指紋的掃描動作。而影像擷取單元12通過該液態透鏡單元13從遠到近的調變對焦距離過程中連續擷取多張手指指紋圖像照片，並將所擷取到的多張連續照片傳送至訊號處理模組3，並關閉影像擷取單元12、液態透鏡單元13及照明單元14。

然後如步驟S314所示，藉由第一次照明及第二次照明所擷取傳送到訊號處理模組3內的多張連續照片各自選擇一張從影像擷 取單元12所擷取的連續照片中對焦正確的照片，然後將此張對焦正確的照片作影響處理，首先偵測手指在照片中的位置，再去除手指以外之背景，並強化對比，作負片處理、清除雜訊等工作。最後如步驟S316及S318所示，轉換此張對焦正確的照片格式為標準指紋圖檔，並透過訊號處理模組3比對第一次照明與第二次照明所擷取之照片，判別手指為真手指或假手指。

本發明第三實施例所提供之指紋讀取方法F300可藉由偵測步驟先判斷是否偵測到有物件位於讀取範圍內，緊接著判斷該物件為手指後再啟動照明單元14的方式，可以避免因手指未置放於讀取範圍內，而照明單元14就已經啟動，進而產生刺眼強光，影響到使用者的視線之問題。且透過訊號處理模組3比對擷取照明單元14第一次照明與第二次照明所發出不同光源的照片，判別所偵測到的手指為真手指或假手指的方式，可以使判讀結果更為精確。而當尚未偵測到啟動訊號時，鏡頭模組1可以作為一般的相機模組，可用來作為臉部攝影機或是視訊攝影機之用途。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。

F‧‧‧手指指紋讀取系統

1‧‧‧鏡頭模組

11‧‧‧偵測單元

12‧‧‧影像擷取單元

13‧‧‧液態透鏡單元

14‧‧‧照明單元

2‧‧‧控制模組

3‧‧‧訊號處理模組

Claims (10)

1. 一種手指指紋讀取系統，其包含：一鏡頭模組，該鏡頭模組具有一偵測單元、一影像擷取單元、一液態透鏡單元及一照明單元；一控制模組，該控制模組電性連接於該鏡頭模組，以控制該影像擷取單元、該液態透鏡單元及該照明單元；以及一訊號處理模組；其中，當該偵測單元偵測到一啟動訊號時，該控制模組啟動該影像擷取單元、該液態透鏡單元及該照明單元，該液態透鏡單元調變對焦距離從遠到近進行手指指紋掃描，該影像擷取單元通過該液態透鏡單元從遠到近的調變對焦距離過程中連續擷取多張手指指紋圖像照片，該訊號處理模組從該影像擷取單元所擷取的該些手指指紋圖像照片中選擇其中一張對焦正確的照片，並將之轉換成指紋圖檔。
2. 如請求項1所述之手指指紋讀取系統，其中當該偵測單元尚未偵測到該啟動訊號時，該鏡頭模組作為攝影機的用途。
3. 如請求項1所述之手指指紋讀取系統，其中該液態透鏡單元調變對焦距離從遠到近，進行手指指紋掃描的距離為10公分到1公分之間，進行手指指紋掃描的掃描時間小於0.5秒，該影像擷取單元通過該液態透鏡單元擷取3到10張手指指紋圖像照片。
4. 如請求項1所述之手指指紋讀取系統，其中該啟動訊號為該偵測單元偵測到正確的手指形狀、正確的手指顏色或手指佔據一預定可擷取面積。
5. 如請求項1所述之手指指紋讀取系統，更進一步包含：一指示燈，當該偵測單元偵測到該啟動訊號時，啟動該指示燈。
6. 如請求項1所述之手指指紋讀取系統，其中當完成連續擷取多 張手指指紋圖像照片時，關閉該影像擷取單元、該液態透鏡單元及該照明單元。
7. 一種指紋讀取方法，包括下列步驟：偵測一物件位於讀取範圍內；判斷該物件的屬性；啟動一照明單元；啟動一影像擷取單元及一液態透鏡單元；調變掃描該液態透鏡單元從遠到近的對焦距離；擷取多張該液態透鏡單元從遠到近的連續照片；關閉該影像擷取單元、該液態透鏡單元及該照明單元；選擇一張從影像擷取單元所擷取的連續照片中對焦正確的照片；以及轉換該一張從影像擷取單元所擷取的連續照片中對焦正確的照片為圖檔。
8. 如請求項7所述之指紋讀取方法，其中該液態透鏡單元調變對焦距離從遠到近，進行手指指紋掃描的距離為10公分到1公分之間，進行手指指紋掃描的掃描時間小於0.5秒。
9. 如請求項7所述之指紋讀取方法，其中該判斷該物件的屬性步驟包括：透過正確的手指形狀判斷、正確的手指顏色判斷或手指佔據一預定可擷取面積判斷。
10. 如請求項7所述之指紋讀取方法，其中該啟動該照明單元步驟更進一步包括：先以白光作為第一次照明光，並接續啟動該影像擷取單元及該態透鏡單元的步驟至擷取多張該液態透鏡單元從遠到近的連續照片的步驟後，再以紅光、近紅外光或其他單色光作為該照明單元的第二次照明光並進行啟動該影像擷取單元及該態透鏡單元的步驟至轉換該一張從影像擷取單元所擷取的連續照片中對焦正確的照片為圖檔之步驟後，再透過一訊號處理模組分析第一次照明所擷取的照片圖檔與第二次 照明所擷取的照片圖檔。