专利名称：假手指判定设备、假手指判定方法和假手指判定程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及假手指判定设备、假手指判定方法和假手指判定程序。
背景技术：
近年来，作为用于识别个人的认证方法之一的指纹认证已引起了关注。指纹因人而异并且具有即使过去多年也不变的特征。因此，指纹认证被认为比当前盛行的口令认证等具有更高的可靠性。同时，在指纹认证中，需要防止如下不道德的行为某人利用使用另一人的指纹伪造的假手指来假冒另一人。作为用于防止这样的不道德行为的技术，例如，专利文献I和2公开了基于光照射下的手指的表面的颜色来检测假手指的技术。专利文献I :专利公开JP-A-2003-50993专利文献2 :日本专利公开No. 2637253然而，在专利文献I和2中，由于假手指是基于手指表面颜色被检测的，因此难以辨别出如下这样的假手指该假手指被制造为使得从另一人的指纹复制的透明或肤色薄膜被附加到手指表面。这是因为，在专利文献I和2中，由于假手指的颜色与皮肤的颜色相似， 因此附加有透明薄膜的假手指难以被辨别出。
发明内容
本发明被做出以解决上述问题，并且本发明的一个目的是提供能够判定透明薄膜被附加到手指表面这样的假手指的假手指判定设备、假手指判定方法和假手指判定程序。根据本发明的一个方面，提供了一种假手指判定设备，包括成像单元，该成像单元捕获作为指纹认证对象的认证对象；分类单元，该分类单元利用由所述成像单元捕获的图像中包括的像素的颜色来将所述图像分类为至少包括皮肤区域和背景区域的多个区域； 以及判定单元，该判定单元基于由所述分类单元分类的区域中既未被分类为所述皮肤区域也未被分类为所述背景区域的区域的特征来判断手指周围是否存在异物。根据本发明另一方面，提供了一种判定假手指的方法，包括以下步骤捕获作为指纹认证对象的认证对象；利用在成像步骤中捕获的图像中包括的像素的颜色来将所述图像分类为至少包括皮肤区域和背景区域的多个区域；以及基于在分类步骤中分类出的区域中既未被分类为所述皮肤区域也未被分类为所述背景区域的区域的特征来判断手指周围是否存在异物。根据本发明的假手指判定程序使得计算机执行判定假手指的以上方法中包括的步骤。根据本发明，能够判定透明薄膜被附加到手指表面这样的假手指。
图I是图示出根据每个实施例的假手指判定设备的示意配置的框图。图2是用于描述当透明薄膜被附加到人手指表面这样的假手指被捕获作为认证对象时的分类状态的示意图。图3是图示出根据本发明第一实施例的用于判定假手指的处理过程的流程图。图4是图示出根据本发明第二实施例的用于判定假手指的处理过程的流程图。
具体实施例方式下面，将描述根据本发明的假手指判定设备、假手指判定方法和假手指判定程序的示例性实施例。首先，将描述发明人如何实现本发明。如果在指纹认证时某人希望利用从另一人的指纹伪造的透明薄膜来假冒另一人，则该人需要用该薄膜覆盖其指纹。在此情况中，薄膜的大小必然大于手指的指纹被扫描的范围。因此，当该薄膜被附加到手指并且然后指纹认证被执行时，该薄膜的一部分被认为突出到手指周围。本发明是关注于此问题而被作出的并且特征在于通过检测突出到手指周围的薄膜来判定透明薄膜被附加到手指表面这样的假手指。下文中，基于此前提来详细描述根据本发明的假手指判定设备的实施例。[第一实施例]首先，参考图I描述根据第一实施例的假手指判定设备的示意配置。图I是图示出根据每个实施例的假手指判定设备的示意配置的示图。假手指判定设备I是判断作为指纹认证对象的认证对象是否是假手指的设备。例如，作为认证对象的手指被放置在设置在假手指判定设备I的上表面上的预定放置区域。如图I所示，假手指判定设备I包括成像单元10、光源单元20和控制单元30。成像单元10例如是相机并且捕获放置在安装区域中的认证对象。光源单元20例如是发光二极管(LED)并且在成像单元10捕获认证对象时用光照射认证对象。原则上，假手指判定设备I中的成像单元10、光源单元20和控制单元30分别与传统指纹认证设备中的成像单元、光源单元和控制单元类似。然而，本发明的指纹认证设备与传统指纹认证设备的不同之处在于控制单元30具有用于判断认证对象是否真实的各种功倉泛。假手指判定设备I在物理上被配置为包括中央处理单元(CPU)、存储器、成像单元和光源单元。例如，存储器包括存储由CPU处理的数据或者程序的只读存储器(ROM)以及用作主要用于控制处理的各工作区的随机存取存储器(RAM)。组件通过总线彼此相连。CPU 执行存储在ROM中的程序并且利用由成像单元捕获的数据或者在RAM中维护的数据来执行处理，以使得如后面将描述的假手指判定设备I的各个单元的功能可以被实现。控制单元30 —般通过执行多种控制处理来控制假手指判定设备I。例如，控制单元30包括分类单元31和判定单元32。分类单元31利用图像中包括的像素的颜色来将由成像单元10捕获的图像分类为皮肤区域、背景区域和其余区域。具体地，分类单元31以如下方式来将图像分类为皮肤区域、背景区域和其余区域。分类单元31通过利用由成像单元10捕获的图象中包括的像素的颜色作为特征量来将所捕获图象划分成三个区域。用来划分图象的特征量例如可以包括像素的色度值。将图象划分成三个区域的技术例如可以包括k-平均(k-means)技术。分类单元31计算各个所划分区域的各代表值。代表值例如可以包括每个区域中所包括的像素的色度值的平均值、每个区域中最多的像素的色度值，等等。分类单元31基于针对每个区域计算的代表值将具有最接近皮肤颜色的代表值的区域分类为皮肤区域。代表值是否接近皮肤颜色例如可以基于色度值来判断。具体地，分类单元31将具有可当作皮肤颜色的预定范围内的色度值作为代表值的区域设为三个区域中的皮肤区域。预定范围例如可以包括在色度、饱和度和值(HSV)颜色空间中红色被设为0度的假设下可被当作与皮肤颜色相对应的肌色的大约10度到50度的范围。另外，如果存在用作皮肤区域的对象的多个区域，例如，则具有与可被当作皮肤颜色的预定范围的中心值最接近的代表值的区域可被分类为皮肤区域。分类单元31基于皮肤区域之外的两个区域的代表值将具有更接近背景颜色的代表值的区域分类为背景区域。具体地，分类单元31将皮肤区域之外的两个区域中具有可被当作背景颜色的预定范围内的色度值作为代表值的区域设为背景区域。另外，在两个区域的代表值都在预定范围内的情况中，例如，具有与可被当作背景颜色的预定范围的中心值更接近的代表值的区域可被分类为背景区域。结果，既不是皮肤区域也不是背景区域的区域被分类为其余区域。另外，由于即使在附加到手指表面的薄膜的透明度高时也可能出现白色浑浊等，因此在背景颜色与薄膜颜色之间必然生成差异。这使得能够在背景区域与薄膜区域之间进行区分。这里，由分类单元31分类的皮肤区域、背景区域和其余区域的详细示例在图2中示出。图2是示意性地图示出当透明薄膜被附加到人手指表面这样的假手指作为认证对象被捕获时的分类状态的示图。图2的图象A对应于人手指，图象B对应于背景，并且图象C 对应于透明薄膜。分类单元31通过利用图2的所捕获图象中包括的像素的颜色作为特征量来将该所捕获图象划分为区域A和Ca、B以及Cb。分类单元31基于各划分区域的代表值来将具有与皮肤颜色最接近的代表值的区域A和Ca分类为皮肤区域。分类单元31将具有更接近背景颜色的代表值的区域B分类为背景区域。分类单元31将区域Cb分类为其余区域。另外，如果背景颜色不明显，并且难以提前设置可被当作背景颜色的色度值的范围，则可以通过考虑皮肤区域之外的两个区域之间的位置关系来进行分类。具体地，位于皮肤区域外面更远处的区域可被设为背景区域。另外，即使在容易提前设置可被当作背景颜色的色度值的范围时，也可以通过考虑使用代表值的方法和使用位置关系的方法两者来进行分类。判定单元32判断在由分类单元31分类的区域中既未被分类为皮肤区域也未被分类为背景区域的其余区域是否是通过过度(excessively)划分皮肤区域或背景区域而获得的区域。区域是否过度被划分例如可以基于该其余区域的代表值与皮肤区域或背景区域的各代表值的距离或相似性来判定。如果判定其余区域是过度划分出的区域，则判定手指周围不存在异物，即，认证对象是人手指。以这种方式，判断其余区域是否是过度划分出的区域，并且如果其余区域是过度划分出的区域，则判定认证对象是人手指。因此，能够防止在正当人手指被放置时真正的人手指被错误地判定为假手指的情况。如果判定其余区域不是过度划分出的区域，则判定单元32基于其余区域的大小来判断手指周围是否存在异物。具体地，如果其余区域的像素数等于或大于预定数目，则判定单元32判定手指周围存在异物，即，认证对象是假手指。预定数目例如对应于被检测为噪声的像素数的上限(上限像素数)。接下来，将参考图3描述由根据第一实施例的假手指判定设备执行的假手指判定处理。图3是图示出用于判定透明薄膜被附加到手指表面这样的假手指的处理过程的流程图。首先，当认证对象被放在假手指判定设备I的安装区域中时，光源单元20将光照射到认证对象上，并且成像单元10捕获该认证对象(步骤S101)。接下来，分类单元31利用由成像单元10捕获的图像中包括的像素的颜色作为特征量来将所捕获图像划分为三个区域(步骤S102)。接下来，分类单元31计算在上述步骤S102中划分出的各个区域的各代表值(步骤 S103)。接下来，分类单元31基于在上述步骤S103中计算出的每个区域的代表值来将具有与皮肤最接近的代表值的区域分类为皮肤区域(步骤S104)。接下来，分类单元31基于皮肤区域之外的两个区域的代表值来将具有与背景最接近的代表值的区域分类为背景区域(步骤S105)。接下来，判定单元32判断在上述步骤S102划分出的三个区域中既未被分类为皮肤区域也未被分类为背景区域的其余区域是否是通过过度划分皮肤区域而获得的区域 (步骤S106)。如果步骤S106中判定为是，则处理前进到下面描述的步骤S110。否则，如果在上述步骤S106中判定其余区域不是通过过度划分皮肤区域而获得的区域(步骤S106中的否)，则判定单元32判断在上述步骤S102划分出的三个区域中既未被分类为皮肤区域也未被分类为背景区域的其余区域是否是通过过度划分背景区域而获得的区域(步骤S107)。如果步骤S107中判定为是，则处理前进到下面描述的步骤S110。否则，如果在上述步骤S107中判定代表值不对应于通过过度划分背景区域而获得的区域(步骤S107中的否)，则判定单元32判断在上述步骤S102划分出的三个区域中的其余区域的像素数是否等于或大于预定上限像素数(步骤S108)。如果在步骤S108中判定为否，则判定单元32判定手指周围不存在异物(步骤S110)。即，判定认证对象是人手指，并且该假手指判定处理结束。否则，如果在步骤S108中判定其余区域中的像素数等于或大于预定上限像素数 (步骤S108中的是)，则判定单元32判定手指周围存在异物(步骤S109)。即，判定认证对象是假手指，并且该假手指判定处理结束。如上所述，在根据第一实施例的假手指判定设备I中，由成像单元10捕获的图像可被分类成皮肤区域、背景区域和其余区域。另外，如果其余区域中的像素数等于或大于预定数目，则可以判定手指周围存在异物。结果，即使当透明薄膜被附加到手指表面这样的假手指被使用时，也能够检测到突出在手指周围的薄膜部分。因此，能够提高假手指判定准确度。在根据第一实施例的假手指判定设备I中，判断其余区域是否是通过过度划分皮肤区域或背景区域而获得的区域。如果判定其余区域是过度划分出的区域，则能够判定指纹对应于人手指。结果，能够防止在正当人手指被放置时真正的人手指被错误地判定为假手指的情况。
[第二实施例]将描述本发明的第二实施例。根据第二实施例的假手指判定设备与根据第一实施例的假手指判定设备的不同之处在于控制单元30的分类单元31的功能。其它配置与根据第一实施例的假手指判定设备的类似。因此，相似标号表示相似元件，并且不重复对其的描述。下面的描述将集中于第一与第二实施例之间的差异。根据第二实施例的分类单元31与第一实施例的分类单元31的相似之处在于利用由成像单元10捕获的图像中包括的像素的颜色来将该图像分类为皮肤区域、背景区域和其余区域。然而，将图像分类成皮肤区域、背景区域和其余区域的方法不同。下面，将详细描述根据第二实施例的分类单元31如何将图像分类成皮肤区域、背景区域和其余区域。分类单元31将由成像单元10捕获的图像中包括的每个像素中具有可被当作皮肤的颜色的像素组分类为皮肤区域。可被当作皮肤的颜色例如可以包括可被当作皮肤的色度值。可被当作皮肤的色度值与在HSV颜色空间中红色的色度值被设为0度的假设下可被当作皮肤颜色的色度值的大约10度到50度相对应。分类单元31将由成像单元10捕获的图像中包括的每个像素中具有可被当作背景的颜色的像素组分类为背景区域。可被当作背景对待的颜色例如可以包括可被当作背景对待的色度值。结果，既未被分类为皮肤区域也未被分类为背景区域的像素组被分类为其余区域。如果背景颜色不明显，则通过利用与成像单元10捕获的图像中的皮肤区域相对应的部分中所包括的像素的颜色作为特征量来将此部分划分为两个区域，并且可基于两个所划分区域之间的位置关系来将位于更外面的区域分类为背景区域。在划分中使用的特征量例如可以包括像素的色度值。将图像划分成两个区域的方法例如可以包括k_平均技术。接下来，将参考图4描述由根据第二实施例的假手指判定设备执行的判定处理。 图4是图示出用于判定透明薄膜被附加到手指表面这样的假手指的处理过程的流程图。由于图4所示的步骤S201和S204至S208与图3的步骤SlOl和步骤S106至SllO类似，因此将不重复描述它们。这里，以下描述将集中于与图3不同的步骤S202和S203的处理细节。如图4所示，当认证对象在步骤S201中被捕获时，分类单元31将成像单元10捕获的图像中所包括的每个像素中具有可被当作皮肤对待的颜色的像素组分类为皮肤区域 (步骤 S202)。接下来，分类单元31将成像单元10捕获的图像中所包括的每个像素中具有可被当作背景对待的颜色的像素组分类为背景区域(步骤S203)。然后，类似于上述第一实施例，判定单元32判断既未被分类为皮肤区域也未被分类为背景区域的其余区域是否是通过过度划分皮肤区域或背景区域而获得的区域(步骤S204和S205)，并且判断其余区域中的像素数是否等于或大于预定上限像素数(步骤 S206)。如上所述，在根据第二实施例的假手指判定设备I中，能够将由成像单元10捕获的图像分类成皮肤区域、背景区域和其余区域。然后，如果其余区域中的像素数等于或大于预定数目，则可以判定手指周围存在异物。结果，即使在透明薄膜被附加到手指表面这样的假手指中，也能够检测到突出在手指周围的薄膜部分。因此，能够提高假手指判定准确度。
在根据第二实施例的假手指判定设备I中，判断其余区域是否是通过过度划分皮肤区域或背景区域而获得的区域。如果判定其余区域是过度划分出的区域，则能够判定该图像对应于人手指。结果，能够防止在合法人的手指被放置时真正的人手指被错误地判定为假手指的情况。上述实施例仅仅是示例性的并且可以包括各种修改或技术应用，尽管这些修改或技术应用未被具体提供在实施例的描述中。即，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下以各种其他形式来修改本发明。例如，尽管根据上述实施例由成像单元10捕获的图像被分类成包括皮肤区域、背景区域和其余区域的三个区域，但是被分类区域的数目不限于三个。图像可被划分成至少包括皮肤区域和背景区域的多个区域。尽管假设在上述实施例中成像单元10的捕获范围大于认证对象并且背景存在于认证对象周围，但是这样的假设可以不被满足。例如，如果成像单元的捕获范围较小，则背景或膜不太可能出现在所捕获图像中。如果背景或膜未出现在所捕获图像中，则无法利用本发明来识别假手指。因此，优选地，在背景出现在所捕获图像中时使用本发明，而在背景未出现在所捕获图像中时不使用本发明。为了实现这样的配置，例如，下面的处理可以进一步被包括在上述假手指判定处理中。如果皮肤区域相对于成像单元10捕获的整个图像的比率小于预定值，则判定单元32判定背景存在并且然后判断手指周围是否存在异物。同时，如果皮肤区域相对于成像单元10捕获的整个图像的比率等于或大于该预定值，则判定单元32判定背景不存在并且跳过假手指判定处理而不判断手指周围是否存在异物。预定比率例如可被设置为当假设背景不存在时的比率的下限。通过上述处理，可以避免提供具有大于认证对象的捕获范围的成像单元的必要。尽管根据上述实施例的判定单元32基于其余区域的大小来判断手指周围是否存在异物，但是判断标准不限于该区域的大小。例如，还可以基于诸如其余区域的形状或位置之类的其余区域的特征来判断手指周围是否存在异物。本申请基于2009年11月10日提交的日本专利申请No. 2009-256971并要求其优先权，该申请通过引用被结合于此，如在此充分阐述的。虽然以上已描述和图示出了本发明的示例性实施例，但是它们不旨在限制本发明的范围。如本领域技术人员可理解的，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对它们进行修改或改变。产业上的可应用性根据本发明的假手指判定设备、假手指判定方法和假手指判定程序适合应用于判定透明薄膜被附加到手指表面这样的假手指。标号说明I假手指判定设备10成像单元20光源单元30控制单元31分类单元
32判定单元
权利要求
1.一种假手指判定设备，包括成像单元，该成像单元捕获作为指纹认证对象的认证对象；分类单元，该分类单元利用由所述成像单元捕获的图像中包括的像素的颜色来将所述图像分类为至少包括皮肤区域和背景区域的多个区域；以及判定单元，该判定单元基于由所述分类单元分类的区域中既未被分类为所述皮肤区域也未被分类为所述背景区域的区域的特征来判断手指周围是否存在异物。
2.根据权利要求I所述的假手指判定设备，其中，所述判定单元基于既未被分类为所述皮肤区域也未被分类为所述背景区域的区域的大小来判定手指周围存在异物。
3.根据权利要求I或2所述的假手指判定设备，其中，所述分类单元利用由所述成像单元捕获的图像中包括的像素的颜色来将所述图像划分为三个区域，并且基于三个所划分区域中的颜色的特征量来将具有与皮肤颜色最接近的特征量的区域分类为所述皮肤区域。
4.根据权利要求3所述的假手指判定设备，其中，所述分类单元基于被分类为所述皮肤区域的区域之外的两个区域中的颜色的特征量来将具有与背景的颜色更接近的特征量的区域分类为所述背景区域。
5.根据权利要求3所述的假手指判定设备，其中，所述分类单元将被分类为所述皮肤区域的区域之外的两个区域中位于所述皮肤区域外面更远处的区域分类为所述背景区域。
6.根据权利要求I或2所述的假手指判定设备，其中，所述分类单元将由所述成像单元捕获的图像中包括的像素中具有可被当做皮肤对待的颜色的像素分类为所述皮肤区域。
7.根据权利要求6所述的假手指判定设备，其中，所述分类单元将由所述成像单元捕获的图像中包括的像素中具有可被当做背景对待的颜色的像素分类为所述背景区域。
8.根据权利要求6所述的假手指判定设备，其中，所述分类单元利用由所述成像单元捕获的图像中未包括在所述皮肤区域中的部分中所包括的像素的颜色来将此部分划分成两个区域，并且将这两个划分区域中位于所述皮肤区域外面更远处的区域分类为所述背景区域。
9.根据权利要求I至8中任一项所述的假手指判定设备，其中，所述判定单元判断在由所述分类单元分类出的区域中既未被分类为所述皮肤区域也未被分类为所述背景区域的区域是否是通过过度划分所述皮肤区域或所述背景区域获得的区域，并且如果判定既未被分类为所述皮肤区域也未被分类为所述背景区域的区域不是过分划分出的区域，则判断手指周围是否存在异物。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的假手指判定设备，其中，如果在假设背景不存在时所述皮肤区域相对于由所述成像单元捕获的整个图像的比率小于预定比率，则所述判定单元判断手指周围是否存在异物。
11.一种判定假手指的方法，包括以下步骤捕获作为指纹认证对象的认证对象；利用在成像步骤中捕获的图像中包括的像素的颜色来将所述图像分类为至少包括皮肤区域和背景区域的多个区域；以及基于在分类步骤中分类出的区域中既未被分类为所述皮肤区域也未被分类为所述背景区域的区域的特征来判断手指周围是否存在异物。
12. —种假手指判定程序，使得计算机执行权利要求11中记载的步骤。
全文摘要
透明薄膜被附加到手指表面这样的假手指被辨别出。一种假手指判定设备包括成像单元(10)，该成像单元捕获作为指纹认证对象的认证对象；分类单元(31)，该分类单元利用由成像单元捕获的图像中包括的像素的颜色来将图像分类为至少包括皮肤区域和背景区域的多个区域；以及判定单元(32)，该判定单元基于由分类单元分类的区域中既未被分类为皮肤区域也未被分类为背景区域的区域的特征来判断手指周围是否存在异物。
文档编号G06T7/00GK102612706SQ20108005108
公开日2012年7月25日 申请日期2010年10月6日 优先权日2009年11月10日
发明者门田启 申请人:日本电气株式会社