指紋防偽裝置及其方法

2023-06-26 09:43:26

專利名稱：指紋防偽裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種指紋防偽裝置及其方法，特別涉及一種利用分析灰階分布的指紋防偽裝置及其方法。
背景技術：
對於指紋生物識別應用，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制，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組件尺寸縮小， 所以對於要求輕薄短小的攜帶式的電子系統如手機或筆記型計算機來說，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裝置被成功地開發及應用在上述攜帶式電子裝置上，其主要感測原理不是以光學方式來感測，而是通過製作於矽半導體的微小電極矩陣，且通過人體的導電特性，來測量每一電極與手指對應面積的電容值；其相應的偵測假手指的方式也是通過這種基本原理，通過皮膚阻抗的測量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，導致感測裝置無法有效的辨認出真假手指。所以，這種通過手指皮膚導電特性測量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。

發明內容
有鑑於上述現有技術中的問題，本發明的目的在於提供一種指紋防偽裝置及其方法，以解決現有的指紋防偽方法因真假手指的溼度及電阻值重疊範圍過大而無法有效進行指紋防偽。根據本發明的目的，提出一種指紋防偽裝置，其包含指紋提取單元以及處理單元。 指紋提取單元提取指紋並根據指紋提供指紋圖像，指紋包含多個凸起部，各個凸起部在指紋圖像中所對應的圖樣具有至少一個灰階值。處理單元分析指紋圖像的灰階分布，當所述灰階值的標準差符合預設範圍時，處理單元判斷指紋是偽造指紋。其中，當處理單元分析出所述灰階值的標準差超出預設範圍時，處理單元判斷指紋是真實指紋。其中，處理單元識別出指紋圖像具有奇異點後，以奇異點為中心向四周展開特定區域，處理單元再分析指紋圖像在特定區域內的灰階分布。其中，該特定區域的外形為圓形、橢圓形或多邊形。根據本發明的目的，還提出一種指紋防偽方法，本指紋防偽方法適用於指紋防偽裝置，指紋防偽裝 置包括指紋提取單元以及處理單元。指紋防偽方法包含下列步驟指紋提取單元提取指紋，並根據指紋提供指紋圖像，指紋包含多個凸起部，各個凸起部在指紋圖像中所對應的圖樣具有至少一個灰階值；接著，處理單元分析指紋圖像的灰階分布，判斷所述灰階值的標準差是否符合預設範圍；當所述灰階值的標準差符合預設範圍時，處理單元判斷指紋是偽造指紋。其中，當處理單元分析出所述灰階值的標準差超出預設範圍時，處理單元判斷指紋系是真實指紋。其中，處理單元在識別出指紋圖像具有奇異點，以奇異點為中心向四周展開特定區域，處理單元再分析指紋圖像在特定區域內的灰階分布。其中，該特定區域的外形為圓形、橢圓形或多邊形。如上所述，根據本發明的指紋防偽裝置及其方法，其可具有一個或多個下述優佔.
^ \\\ ·(1)該指紋防偽裝置及其方法可通過處理單元分析指紋圖像的灰階分布，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的奇異點為中心向四周展開的特定區域內的灰階分布，由此可有效提高指紋識別及防偽的效率。


圖1為本發明的指紋防偽裝置的方框圖；圖2為本發明的指紋防偽裝置的第一實施例的示意圖；圖3為本發明的指紋防偽裝置的第二實施例的示意圖；圖4為本發明的指紋防偽方法的流程圖；以及圖5為本發明的指紋防偽方法的另一流程圖。主要部件符號說明1 指紋防偽裝置；10 指紋提取單元；11:處理單元；2 指紋；20、21 指紋圖像；200、201 灰階值；202、212 奇異點；203、213 特定區域;3:預設範圍；以及SlO S40 步驟。
具體實施例方式在指紋的幾何世界，手指紋路凸起的紋峰具有一定的長度延伸(ridge flow)，視各人的手指紋路特質不同，而所延伸的長度與形狀也會不同，其基本特質為，每一紋峰的延伸不是相同的等高線(contour)，而每一紋峰的延伸其兩側至紋谷(valley)的幾何變化不是垂直的角度，而是帶有連續性的坡度變化。再者，如果將手指皮下組織的三度空間特質考慮進來，由於皮膚真正的導體特性是位於皮下的真皮層，而每一紋峰的延伸的皮下真皮層也不是等高線(contour)。因此，結合上述指紋幾何特性可以發現，通過感測皮下真皮層的每一紋峰的延伸高度變化，可以分辨真假手指。因為一般假手指的複製，都是通過取得被複製者在接觸過物體上所留下的二維平面的指紋，再通過一連串的複雜流程以仿製出三維立體的假手指。然而，即使是假手指材料特質相似於真手，其所複製出來的紋峰的延伸幾乎都在同一等高線，而且都只有假手指的表皮導電特性，無法複製出具有真手錶皮及真手真皮層的技術。因此，複製出來的假手指， 是完全無法表現出真手指每一紋峰的延伸的高度不均勻的變化。本發明的精神就是通過該特質來解決防假手指的辨別。參閱圖1，圖1為本發明的指紋防偽裝置的方框圖。如圖1所示，本發明的指紋防偽裝置1包括指紋提取單元10以及處理單元11。指紋提取單元10提取指紋2並根據指紋2提供指紋圖像20。指紋2包含多個凸起部(即紋峰)，各個凸起部(紋峰)在指紋圖像20中具有至少一個灰階值200、201，且指紋圖像20還包括奇異點202信息。處理單元 11分析指紋圖像20的灰階分布，當該些灰階值200、201的標準差符合預設範圍3時，處理單元11即判斷指紋2是偽造指紋；而當處理單11元分析出這些灰階值200、201的標準差超出預設範圍3時，處理單元11即判斷指紋2是真實指紋。參閱圖2，圖2為本發明的指紋防偽裝置的第一實施例的示意圖。在圖2的左方為真實手指的指紋圖像，如圖2的左方所示，各個凸起部(即紋峰)所對應的圖樣有著不一致的灰階值，即，在同一個凸起部中，所對應的圖樣有些部分顏色較深，而有些部分顏色較淺 (如圖2中放大的部分所示)；相對的，在圖2的右方是從偽造手指所提取的指紋圖像，如圖 2的右方所示，各個凸起部(即紋峰)有著一致的灰階值，即，在同一個凸起部中，其所對應的圖樣各部分的灰階值幾乎都是完全相同(即，近乎全黑)，而如果碰到有缺口的部分也是近乎全白。也就是，偽造手指的紋峰在被提取成像的時候其灰階值的分布是很窄的一個分布；相對的，真實手指的紋峰在被提取成像的時候其灰階值的分布是很寬的一個分布。因此，本發明所提出的指紋防偽裝置在進行指紋識別時，利用處理單元分析整張指紋圖像各個凸起部(即紋峰)所對應的圖樣之灰階分布。如圖2所示，在本實施例中，由於真實手指(指紋圖像20)的真皮層與表皮層之間的距離處處不同，所以指紋提取單元在提取真實手指的指紋時，各個凸起部(以黑線表示)所對應的圖樣的各部分所具有的灰階值都不同；然而對於偽造手指(指紋圖像21)來說，其各個凸起部所具有的灰階值大約是固定的，其差距的變動範圍極小，因此偽造手指的指紋圖像21的對比較真實手指的指紋圖像 20要來的大。因此，本發明的處理單元分析整張指紋圖像各個凸起部(即紋峰)所對應的圖樣之灰階分布，並判斷該些灰階值的標準差(即分布狀況)是否超出預設範圍，來決定該指紋是否是從偽造手指所提取的。當然，分析指紋的方法並不限制於分析整張指紋圖像，也可以是按照先判斷出一個特定點後再展開特定範圍的方式來分析，這樣特定範圍的分析可以有效提高分析的效能，減少分析的時間，這在後面會有詳細說明。當各個凸起部所對應的圖樣的灰階值的標準差符合預設範圍時，即表示凸起部所具有的灰階值變化範圍極小，該指紋圖像被處理單元判斷為偽造手指的指紋；而當各個凸起部所對應的圖樣的灰階值的標準差不符合(大於)預設範圍時，即表示凸起部的灰階值變化很大，該指紋圖像被處理單元判斷為真實手指的指紋另外，本發明所採用的防假手指方法將手指紋路的三度空間幾何物理信息轉換成可以計量及計算的電壓信息，例如，在指紋註冊時，除了儲存特徵信息外，同時也儲存了防假手指的信息，該防假手指的信息是通過計算在固定面積內所採樣的指紋圖像的灰階度 (代表了指紋由皮膚表層進入真皮層的垂直空間信息)，而「固定面積」的選取方式也是本發明的另一個技術特徵，由於在各方向及區域內的指紋線密度不同，因此如果不選定特定區域及固定面積，則所得到的結果會有很大的差異。參閱圖3，圖3為本發明的指紋防偽裝置的第二實施例的示意圖。本發明的指紋防偽裝置在進行指紋識別時，處理單元除了分析整張指紋圖像的灰階分布外，還可先識別出指紋圖像具有奇異點(singular point)後，以奇異點為中心向四周展開特定區域，再分析指紋圖像在特定區域內的灰階分布。其中，該特定區域的外形可為圓形、橢圓形或多邊形。如圖3所示，在本實施例中，處理單元在判斷出指紋圖像20、21中的奇異點202、212 後，分別以奇異點202、212為中心向四周展開特定區域203、213。接著處理單元再分析指紋圖像20、21在該特定區域203、213內的灰階分布判斷這些灰階值的標準差是否超出預設範圍，來決定該指紋是否是偽造指紋。當這些灰階值的標準差符合預設範圍時，即表示凸起部所對應的圖樣的灰階值變化極小，該指紋圖像被處理單元判斷為從偽造手指提取的指紋；而當這些灰階值的標準差不符合預設範圍時，即表示凸起部所對應的圖樣的灰階值變化很大，該指紋圖像被處理單元判斷為從真實手指所提取的指紋。至於奇異點的選取， 簡述如下在得到原始的指紋圖像後，先經過指紋圖像的正規化(normalization)，將指紋圖像值重新分配為介於0 255，在本實施例為8比特的灰階分布，由正規化的指紋再經過 putty (為利用3 X 3九宮格計算圖像的平均值)處理後，最後根據該putty處理後的正規指紋圖像，利用3X3九宮格計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(相鄰角度差大於預設角度時)來計算出奇異點(singular point)。如上所述，本實施例可有效縮短指紋識別的時間，進而大幅提高指紋防偽的效率。儘管前述在說明本發明的指紋防偽裝置的過程中，已同時說明了本發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說明。參閱第4圖，圖4為本發明的指紋防偽方法的流程圖。如圖4所示，本發明的指紋防偽方法適用於指紋防偽裝置，指紋防偽裝置包括指紋提取單元及處理單元。本指紋防偽方法包含下列步驟(SlO)指紋提取單元提取指紋，並根據指紋提供指紋圖像，指紋包含多個凸起部，各個凸起部在指紋圖像中所對應的圖樣具有至少一個灰階值；(S20)處理單元分析指紋圖像的灰階分布，並判斷這些灰階值的標準差是否符合預設範圍；以及(S30)當處理單元分析出灰階值的標準差符合預設範圍時，處理單元判斷指紋是偽造指紋。另外，如果在步驟(S30)中，灰階值的標準差不符合預設範圍時，則進行步驟 (S40)，處理單元判斷指紋是真實指紋。參閱圖5，圖5為本發明的指紋防偽方法的另一流程圖。在一些較佳的實施例中， 在上述的步驟(Sio)之後還可包含下列步驟(Sll)處理單元識別出指紋圖像所具有的奇異點後，以奇異點為中心向四周展開特定區域；以及(S12)處理單元分析在該特定區域內的指紋圖像的灰階分布，並判斷這些灰階值的標準差是否符合預設範圍。接著在步驟(S 12)後執行步驟(S30)或(S40)。本發明的指紋防偽方法的細節已於前述說明本發明的指紋防偽裝置時詳細地進行了說明，在此不再贅述。綜上所述，本發明的指紋防偽裝置及其方法通過處理單元分析指紋圖像的灰階分布，而可解決現有的指紋防偽方法因真假手指的溼度及電阻值重疊範圍過大而無法有效進行指紋防偽的問題，且可提高指紋防偽的正確性；另外，本發明的指紋防偽裝置及其方法更可通過分析以指紋圖像的奇異點為中心向四周展開的特定區域內的灰階分布，而有效提高指紋識別及防偽的效率。以上所述僅為舉例性，而非為限制性。任何未脫離本發明的精神與範疇而對其進行的等效修改或變更，均應包含在權利要求的範圍中。
權利要求
1.一種指紋防偽裝置，包括指紋提取單元，提取指紋並根據所述指紋提供指紋圖像，所述指紋包含多個凸起部，各個凸起部在所述指紋圖像中所對應的圖樣具有至少一個灰階值；以及處理單元，分析所述指紋圖像的灰階分布，當所述灰階值的標準差符合預設範圍時，所述處理單元判斷所述指紋是偽造指紋。
2.如權利要求1所述的指紋防偽裝置，其中，當所述處理單元分析出所述灰階值的標準差超出預設範圍時，所述處理單元判斷所述指紋是真實指紋。
3.如權利要求2所述的指紋防偽裝置，其中，所述處理單元識別出所述指紋圖像具有奇異點後，以所述奇異點為中心向四周展開特定區域，所述處理單元分析所述指紋圖像在所述特定區域內的灰階分布。
4.如權利要求3所述的指紋防偽裝置，其中，所述特定區域的外形為圓形、橢圓形或多邊形。
5.一種指紋防偽方法，所述指紋防偽方法適用於指紋防偽裝置，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所述指紋提取單元提取指紋，並根據所述指紋提供指紋圖像，所述指紋包含多個凸起部，各個凸起部在所述指紋圖像中所對應的圖樣具有至少一個灰階值；所述處理單元分析所述指紋圖像的灰階分布，並判斷所述灰階值的標準差是否符合預設範圍；以及當所述灰階值的標準差符合所述預設範圍時，所述處理單元判斷所述指紋是偽造指紋。
6.如權利要求5所述的指紋防偽方法，其中，當所述處理單元分析出所述灰階值的標準差超出所述預設範圍時，所述處理單元判斷所述指紋是真實指紋。
7.如權利要求6所述的指紋防偽方法，其中，所述處理單元識別出所述指紋圖像具有奇異點後，以所述奇異點為中心向四周展開特定區域，所述處理單元分析所述指紋圖像在該特定區域內的灰階分布。
8.如權利要求7所述的指紋防偽方法，其中，所述特定區域的外形為圓形、橢圓形或多邊形。
全文摘要
本發明公開一種指紋防偽裝置及其方法，該指紋防偽裝置包括指紋提取單元以及處理單元。指紋提取單元提取指紋並根據指紋提供指紋圖像，指紋包含多個凸起部，各個凸起部在指紋圖像中所對應的圖樣具有至少一個灰階值。處理單元分析指紋圖像的灰階分布，當所述灰階值的標準差符合預設範圍時，處理單元判斷指紋是偽造指紋。
文檔編號G06K9/00GK102446268SQ201010503770
公開日2012年5月9日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者周正三 申請人:神盾股份有限公司