专利名称：指纹防伪装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种指纹防伪装置及其方法，特别涉及一种利用真假手指弹性的不同以进行指纹防伪的指纹防伪装置及其方法。
背景技术：
对于指纹生物识别应用，长久以来，对于假手指的辨别一直是一个重要的研究。目前，有许多光学侦测的方法，例如透过红外线技术以侦测皮下组织的生物特性(如血氧浓度或者是血流的速度)，进而进行真假手指的辨别。然而，这一类的方法都需要复杂的红外线光学机台，相对来说其成本较高；且由于此类复杂的光学系统不易将感测组件尺寸缩小， 所以对于要求轻薄短小的携带式的电子系统如手机或笔记型计算机来说，不容易满足其使用者的需求。近年来，能满足轻薄短小的指纹感测装置被成功地开发及应用在上述携带式电子装置上，其主要感测原理不是以光学方式来感测，而是通过制作于硅半导体的微小电极矩阵，且通过人体的导电特性，来测量每一电极与手指对应面积的电容值；其相应的侦测假手指的方式也是通过这种基本原理，通过皮肤阻抗的测量以鉴别真皮肤及假手指材料的差别。可是，由于假手指材料的多样性，目前已有可以近乎完美地模拟真手指的导电特性的材料出现。例如，以果冻胶所制成的假手指(gummy finger)，其阻抗特性相似于人体皮肤，导致感测装置无法有效的辨认出真假手指。所以，这种通过手指皮肤导电特性测量以鉴别真假手指的方法是有问题的。为此，本发明将采用另一种三维空间影像分析方式，以解决上述问题。
发明内容
有鉴于现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种指纹防伪装置及其方法， 以解决现有的指纹防伪方法因真假手指的湿度及电阻值重迭范围过大而无法有效进行指纹防伪。根据本发明的目的，提出一种指纹防伪装置，其包括指纹提取单元以及处理单元。 指纹提取单元连续地提取手指的指纹并根据指纹提供多个指纹图像。处理单元根据指纹图像中的任意两个相邻指纹图像的形变状态来确定弹性值，当弹性值符合预设弹性值范围时，处理单元判断手指是伪造手指。其中，当弹性值不符合所述预设弹性值范围时，处理单元判断手指是真实手指。其中，指纹提取单元还设置有凸点，凸点用于在手指上制造形变，并且处理单元分析手指经过凸点后所产生的凹陷部的形变回复状态来确定弹性值。其中，处理单元分析手指经过凸点后所产生的凹陷部相对于手指未经过凸点的形变来确定弹性值。其中，处理单元在识别出指纹图像具有奇异点之后，以奇异点为中心向四周展开一区域范围，处理单元再分析指纹图像在区域范围内的形变来确定弹性值。根据本发明之目的，还提出一种指纹防伪方法，其适用于指纹防伪装置，该指纹防伪装置包括指纹提取单元及处理单元。指纹防伪方法包括指纹提取单元连续地提取手指的指纹并根据指纹提供多个指纹图像后，处理单元根据指纹图像中的任意两个相邻指纹图像的形变状态来确定弹性值，当弹性值符合预设弹性值范围时，处理单元判断手指是伪造手指。其中，当弹性值不符合所述预设弹性值范围时，处理单元判断手指是真实手指。其中，指纹提取单元还设置有凸点，凸点用于在手指上制造形变，并且处理单元分析手指经过凸点后所产生的凹陷部的形变回复状态来确定弹性值。其中，处理单元分析手指经过凸点后所产生的凹陷部相对于手指未经过凸点的形变来确定弹性值。其中，处理单元在识别出指纹图像具有的奇异点之后，以奇异点为中心向四周展开一区域范围，处理单元再分析指纹图像在区域范围内的形变来去定弹性值。如上所述，根据本发明之的指纹防伪装置及其方法，其可具有一个或多个下述优占.
^ \\\ ·(1)该指纹防伪装置及其方法可通过分析手指在滑过指纹提取单元时的形变状态来进行指纹防伪，由此可提高指纹防伪的正确性；(2)该指纹防伪装置及其方法可通过分析以指纹图像奇异点为中心向四周展开一区域范围内的形变来进行指纹防伪，由此可有效提升指纹辨识及防伪的效率。
图1是本发明的指纹防伪装置的方块图；图2A是本发明的指纹防伪装置的第一实施例的示意图；图2B是本发明的指纹防伪装置的第一实施例的真假指纹形变不同的实际图样；图3是本发明的指纹防伪装置的第二实施例的示意图；图4是本发明的指纹防伪装置的第三实施例的示意图；图5是本发明的指纹防伪方法的流程图；以及图6是本发明的指纹防伪方法的另一流程图。主要组件符号说明1 指纹防伪装置；10 指纹提取单元；100:凸点；11:处理单元；2 手指；20 指纹；200、201、202 指纹图像；203 假手指指纹图像；204 真手指指纹图像；21 凹陷部；
4
3 弹性值；4 预设弹性值范围；5 奇异点；6:范围；以及SlO S40 步骤。
具体实施例方式参阅图1，图1是本发明的指纹防伪装置的方块图。如图1所示，本发明的指纹防伪装置1包括指纹提取单元10以及处理单元11。指纹提取单元10连续地提取手指2的指纹20，并根据指纹20提供多个指纹图像200、201、202。处理单元11根据指纹图像200、 201、202中的任意两个相邻指纹图像的形变状态而决定弹性值3，当弹性值3符合预设弹性值范围4时，处理单元11判断手指2是伪造手指。另外，当弹性值3不符合预设弹性值范围4时，处理单元11判断手指2是真实手指。参阅图2A，图2A是本发明的指纹防伪装置的第一实施例的示意图。如图2A所示，指纹提取单元10是长条形的传感器，待进行身份认证的使用者的手指2以滑动的方式滑过指纹提取单元10。指纹提取单元10还设置有凸点100，凸点100用于在手指2上制造形变，使得处理单元更容易分析手指2的形变状态。图2A仅为示意图，当手指2经过凸点 100后所产生的凹陷部21在制图上便以留白的方式来表示，且其中还以虚线的方式来表示凹陷部21的指纹变形渐渐回复的型态。当使用者将手指2按压在指纹提取单元10上并开始滑动时，处理单元11随即分析手指2经过凸点100后所产生的凹陷部21的形变回复状态来确定弹性值3 ；处理单元11也可分析手指2经过凸点100后所产生的凹陷部21相对于手指2未经过凸点100的部分，根据两者之间的形变状态来确定弹性值3。参阅图2B，图2B是本发明的指纹防伪装置的第一实施例的真假指纹形变不同的实际图样。如图2B左方所示，其为假手指指纹图像203，由于假手指的弹性值比较单一，因此其形变的回复(凹陷部21的回复状况)也很均勻；相对的，图2B右方的真手指指纹图像 204则因为真实手指的弹性值处处不同，因此可以发现真手指指纹图像204在经过凸点后的回复状态也是不均勻的。因此，本发明即可根据此种形变模式及形变量的不同，来判断由指纹提取单元10所提取的指纹图像是否是从真实手指所提取到的。另外，在指纹注册时， 除了特征信息的存储外，也同时存储了防假手指的信息，该防假手指的信息(即各种有可能的假手指材料的弹性值)即构成了预设的范围。由于假手指(gummy finger)的材料特性较为单一，因此其形变量的变化将会落入一个特定的范围内；相反的，真实手指的形变则因人而异，其形变量的变化则无法以特定的范围加以界定。参阅图3，图3是本发明的指纹防伪装置的第二实施例的示意图。如图3所示，本实施例与第一实施例最大的不同在于，指纹提取单元10并未设置有凸点。因此，本实施例根据分析指纹图像上的形变量的变化，给定按压在指纹提取单元10上的手指2不同的弹性值，且每两张(或以上)的指纹图像便计算一次弹性值。当处理单元11发现任二(或以上)相邻(或连续)的指纹图像所对应的弹性值落入一个特定的范围内(即图1的预设弹性值范围4，或如前一实施例所预先输入的假手指的信息)时，处理单元11便判定按压在指纹提取单元10上的手指2为伪造手指；相反的，当处理单元11发现弹性值未落入一个特定的范围内(即图1的预设弹性值范围4)时，处理单元11便判定按压在指纹提取单元10上的手指2为真实手指。此时，处理单元11在判定按压在指纹提取单元10上的手指2为真实手指后，也可进一步地利用其它机制确认是否为真实手指，例如以温度或导电性等。另外，本发明所采用的防假手指方法是将手指纹路的三维空间几何物理信息(即形变)转换成可以计量及计算的电压信息。例如，在指纹注册时，除了特征信息的存储外， 也同时存储了防假手指的信息，该防假手指的信息是通过计算在固定面积内所采样的指纹图像的形变量(代表了指纹的垂直空间信息)而被获得，而固定面积的选取方式也是本发明的一大特征，由于在各方向及区域内的指纹线密度不同，因此如果不选定特定区域及固定面积，则所得到的结果会有很大的差异。参阅图4，图4是本发明的指纹防伪装置的第三实施例的示意图。如图4所示，本实施例与前两个实施例的最大不同在于，处理单元11在识别出指纹图像200具有奇异点5 后，以奇异点5为中心向四周展开一区域范围6 (即特定区域)，处理单元11再分析指纹图像200在区域范围6内的形变来确定弹性值3。其中，该范围的外形可为圆形、椭圆形或多边形，在本实施例中则为正方形。由于指纹提取单元10以连续提取的方式提取指纹20并提供指纹图像200，所以只要处理单元11未发现指纹图像200中具有奇异点5，则不计算弹性值而判断手指2的真伪；只有当处理单元11发现指纹图像200中包含了奇异点5之后， 才根据奇异点5展开区域范围6，并在区域范围6之内计算弹性值，进而判断手指2的真伪， 因此本实施例可有效且大幅提升指纹防伪的效率并节省系统的资源。至于奇异点的选取，则简述如下在得到原始的指纹图像后，先经过指纹图像的正规化(normalization)，将指纹图像值重新分配为介于0 255，在本实施例为8比特的灰阶分布，由正规化的指纹再经过putty (为利用3 X 3九宫格计算图像的平均值)处理后，最后根据该putty后的正规指纹图像，利用3X3九宫格计算出该九宫格的平均梯度值，从而得到平均角度值，再由向量角度图的差异化(相邻角度差大于预设角度时)来计算出奇异点(singular point)。尽管前述在说明本发明的指纹防伪装置的过程中，已同时说明了本发明的指纹防伪方法的概念，但为求清楚起见，以下仍另外给出流程图的详细说明。参阅图5，图5是本发明的指纹防伪方法的流程图。本发明的指纹防伪方法适用于指纹防伪装置，该指纹防伪装置包括指纹提取单元及处理单元。如图5所示，指纹防伪方法包括下列步骤(SlO)指纹提取单元连续地提取手指的指纹并根据指纹提供多个指纹图像；(S20)处理单元根据指纹图像中的任意两个相邻指纹图像的形变状态来确定弹性值，并判断弹性值是否符合预设弹性值范围；(S30)当弹性值符合预设弹性值范围时，处理单元判断手指是伪造手指；以及(S40)当弹性值不符合预设弹性值范围时，处理单元判断手指是真实手指。参阅图6，图6是本发明的指纹防伪方法的另一流程图。在一些较佳的实施例中， 在上述的步骤(Sio)之后还可包括下列步骤(Sll)处理单元在识别出指纹图像具有奇异点后，以奇异点为中心向四周展开一区域范围；以及(S12)处理单元根据该区域范围内的指纹图像中的任意两个相邻指纹图像在该区
6域范围内的形变状态来确定弹性值，并判断弹性值是否符合预设弹性值范围。接着在步骤(S 12)后执行步骤(S30)或(S40)。本发明的指纹防伪方法的细节已于前述说明本发明的指纹防伪装置时进行了详细说明，在此便不再赘述。综上所述，本发明的指纹防伪装置及其方法可通过分析手指在滑过指纹提取模块时的形变状态来进行指纹防伪，有效提高指纹防伪的正确性；而本发明还可通过分析以指纹图像的奇异点为中心向四周展开一区域范围内的形变来进行指纹防伪，而大幅提升指纹识别及防伪的效率。以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴对其进行的等效修改或变更，均应包含在权利要求的范围中。
权利要求
1.一种指纹防伪装置，包括指纹提取单元，连续地提取手指的指纹，并根据所述指纹提供多个指纹图像；以及处理单元，根据所述多个指纹图像中的任意两个相邻指纹图像的形变状态来确定弹性值，当所述弹性值符合预设弹性值范围时，所述处理单元判断所述手指是伪造手指。
2.根据权利要求1所述的指纹防伪装置，其中，当所述弹性值不符合所述预设弹性值范围时，所述处理单元判断所述手指是真实手指。
3.根据权利要求2所述的指纹防伪装置，其中，所述指纹提取单元还设置有凸点，所述凸点用于在所述手指上制造形变，并且所述处理单元分析所述手指经过所述凸点后所产生的凹陷部的形变回复状态来确定所述弹性值。
4.根据权利要求3所述的指纹防伪装置，其中，所述处理单元系分析所述手指经过所述凸点后所产生的凹陷部相对于所述手指未经过所述凸点的形变来确定所述弹性值。
5.根据权利要求1所述的指纹防伪装置，其中，所述处理单元在识别出所述指纹图像具有奇异点之后，以所述奇异点为中心向四周展开一区域范围，并且所述处理单元分析所述指纹图像在所述区域范围内的形变来确定所述弹性值。
6.一种指纹防伪方法，所述指纹防伪方法适用于指纹防伪装置，所述指纹防伪装置包括指纹提取单元和处理单元，所述指纹防伪方法包括下列步骤指纹提取单元系连续地提取手指的指纹，并根据所述指纹提供多个指纹图像；以及处理单元根据所述多个指纹图像中的任意两个相邻指纹图像的形变状态来确定弹性值，当所述弹性值符合预设弹性值范围时，处理单元判断所述手指是伪造手指。
7.根据权利要求6所述的指纹防伪方法，其中，当所述弹性值不符合所述预设弹性值范围时，处理单元即判断所述手指是真实手指。
8.根据权利要求7所述的指纹防伪方法，其中，指纹提取单元还设置有凸点，所述凸点用于在所述手指上制造形变，并且处理单元分析所述手指经过所述凸点后所产生的凹陷部的形变回复状态来确定所述弹性值。
9.根据权利要求8所述的指纹防伪方法，其中，处理单元分析所述手指经过所述凸点后所产生的凹陷部相对于所述手指未经过所述凸点的形变来确定所述弹性值。
10.根据权利要求6所述的指纹防伪方法，其中，处理单元在识别出所述指纹图像具有奇异点之后，以所述奇异点为中心向四周展开一区域范围，处理单元分析所述指纹图像在该区域范围内的形变来确定所述弹性值。
全文摘要
本发明公开一种指纹防伪装置及其方法，该装置包括指纹提取单元以及处理单元。指纹提取单元连续地提取手指的指纹并根据指纹提供多个指纹图像。处理单元根据指纹图像中的任意两个相邻指纹图像的形变状态来确定弹性值，当弹性值符合预设弹性值范围时，处理单元判断手指是伪造手指。
文档编号G06K9/52GK102467671SQ20101053621
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者周正三 申请人:神盾股份有限公司