生物特征感测系统和感测方法与流程

1.本发明涉及一种光学感测系统，特别涉及一种生物特征感测系统和感测方法。


背景技术：

2.指纹辨识技术发展至今，已成为多数智能型手机的标准配备，指纹辨识的优点在于指纹是人体独一无二的特征，并且指纹的复杂度足够用于鉴别，此外当需要增加可靠性时，只需登记更多的指纹并且鉴别更多的手指，最多可以多达十个，而每一个指纹都是独一无二的。再者，现今扫描指纹的速度相当快且使用方便，也是指纹辨识技术能够占领大部分市场的一个主要原因。
3.然而，指纹辨识并非绝对安全，人们每天会将指纹留在许多公开造访的场合，若真的有人有心想获取、复制，那取得指纹信息是非常轻而易举的举动。一旦指纹被还原采用，个人的装置、信息安全都有可能遭到窃取。同时，相较于使用密码，即便密码遭受破解后仍然可以重新设定，而指纹却无法重设。有鉴于此，如何增进指纹辨识的安全性及辨识能力则为研发人员应解决的问题之一。


技术实现要素：

4.本发明的目的提供一种生物特征感测系统，该生物特征感测系统的光发射器所发射的发射光为任意无偏振的发射光，并通过偏光传感器感测该反射光中的该第一偏振方向的该第一反射光及该第二偏振方向的该第二反射光，因此消除环境中的噪声，并增加指纹影像的对比度，此外，由于该光发射器所发射的发射光为任意无偏振的发射光，如此一来，根据本发明的生物特征感测系统具有低成本以及广泛适用性等功效。
5.本发明的另一目的提供一种生物特征感测系统，该生物特征感测系统通过信号处理模块运算出的第一反射率及第二反射率的数值，并依据该第一反射率及该第二反射率产生一反射率比值，通过该反射率比值的数值是否产生变化，进而判定待测物是否为立体，如此一来，有效防止他人以指纹的影像或图片破解指纹辨识系统，并且大幅增加指纹辨识系统的安全性及辨识能力。
6.为达上述目的，本发明提供一种生物特征感测系统，其包括：一光发射器，所述光发射器对一待测物发射至少一发射光，该至少一发射光发射至该待测物后，并且经该待测物反射产生至少一反射光，其中该至少一反射光包含具有一第一偏振方向的一第一反射光及具有一第二偏振方向的一第二反射光；一偏光传感器，所述偏光传感器电性连接该光发射器，该偏光传感器接收该反射光中的该第一偏振方向的该第一反射光及该第二偏振方向的该第二反射光，并转换为多个感测信号，其中该第一反射光与该待测物之间具有一第一反射角，该第二反射光与该待测物之间具有一第二反射角；以及一信号处理模块，所述信号处理模块耦接于该光发射器及该偏光传感器，该信号处理模块根据所述多个感测信号，运算出该第一反射光的一第一反射率及该第二反射光的一第二反射率，并依据该第一反射率及该第二反射率产生一反射率比值；其中，该第一反射率与该第一反射角相关，该第二反射
率与该第二反射角相关。
7.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该光发射器包括多个光发射单元，所述多个光发射单元沿着一第一方向排列。
8.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该光发射器包括多个光发射单元，所述多个光发射单元沿着一第一方向与一第二方向数组排列。
9.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该光发射单元包含一第一光发射单元以及一第二光发射单元。
10.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，当该第一反射率及该第二反射率随该第一反射角及该第二反射角变化时，该信号处理模块判定该待测物的表面为立体，反之，该信号处理模块判定该待测物的表面为平面。
11.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该第一偏振方向可以垂直该第二偏振方向。
12.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该光发射器可以使用激光束或led光束作为所述多个发射光，然而本发明不限于此。
13.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该光发射器发射可见光的波长可以介于360nm至860nm之间，然而本发明不限于此。
14.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该光发射器发射激光束的波长可以介于860nm至1350nm之间，该光发射器可以为脉冲光发射器或雷射二极管(laser diode)，然而本发明不限于此。
15.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该偏光传感器包括一第一偏光片及一第二偏光片。该第一偏光片及该第二偏光片可以交错排列。并且该第一偏光片及该第二偏光片可以由双折射晶体(briefringence crystal materials)或金属光栅(metal grating)其中之一制成，然而本发明不限于此。
16.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该第一偏振方向垂直该第二偏振方向，然而本发明不限于此。
17.较佳地，在本发明较佳的实施方式中，该光发射数组可以采用面射型雷射(vcsel)，以降低指向性达到提升投射包覆范围的目的。
18.较佳地，根据本发明的生物特征感测系统，其中，该信号处理模块可以为服务器、计算机、集成电路其中之一，然而本发明不限于此。
19.又，为达上述目的，本发明根据上述生物特征感测系统为基础，进一步提供一种执行生物特征感测系统的方法，所述方法包含有：该生物特征感测系统的该光发射器系对该待测物发射该至少一发射光；该至少一发射光发射至该待测物后，并且经该待测物反射产生该至少一反射光，其中该至少一反射光包含该第一偏振方向的该第一反射光及该第二偏振方向的该第二反射光；该偏光传感器接收该反射光中的该第一偏振方向的该第一反射光及该第二偏振方向的该第二反射光，并转换为多个感测信号；该信号处理模块根据所述多个感测信号，运算出该第一反射光的该第一反射率及该第二反射光的该第二反射率，并依据该第一反射率及该第二反射率产生一反射率比值；当该反射率比值随该待测物的表面产生变化时，该信号处理模块判定该待测物的表面为立体，反之，该信号处理模块判定该待测物的表面为平面；其中，该第一反射率与该第一反射角相关，该第二反射率与该第二反射角
角度；θi-角度；θr-角度。
具体实施方式
38.现在将参照其中示出本发明概念的示例性实施例的附图在下文中更充分地阐述本发明概念。以下通过参照附图更详细地阐述的示例性实施例，本发明概念的优点及特征以及其达成方法将显而易见。然而，应注意，本发明概念并非仅限于以下示例性实施例，而是可实施为各种形式。因此，提供示例性实施例仅是为了揭露本发明概念并使熟习此项技术者了解本发明概念的类别。在图式中，本发明概念的示例性实施例并非仅限于本文所提供的特定实例且为清晰起见而进行夸大。
39.本文所用术语仅用于阐述特定实施例，而并非旨在限制本发明。除非上下文中清楚地另外指明，否则本文所用的单数形式的用语“一”及“该”旨在亦包括多个形式。本文所用的用语“及/或”包括相关所列项其中一或多者的任意及所有组合。应理解，当称组件“连接”或“耦合”至另一组件时，所述组件可直接连接或耦合至所述另一组件或可存在中间组件。
40.相似地，应理解，当称一个组件(例如层、区或基板)位于另一组件“上”时，所述组件可直接位于所述另一组件上，或可存在中间组件。相比之下，用语“直接”意指不存在中间组件。更应理解，当在本文中使用用语“包括”、“包含”时，是表明所陈述的特征、整数、步骤、操作、组件、及/或组件的存在，但不排除一或多个其他特征、整数、步骤、操作、组件、组件、及/或其群组的存在或添加。
41.此外，将通过作为本发明概念的理想化示例性图的剖视图来阐述详细说明中的示例性实施例。相应地，可根据制造技术及/或可容许的误差来修改示例性图的形状。因此，本发明概念的示例性实施例并非仅限于示例性图中所示出的特定形状，而是可包括可根据制造制程而产生的其他形状。图式中所例示的区域具有一般特性，且用于说明组件的特定形状。因此，此不应被视为仅限于本发明概念的范围。
42.亦应理解，尽管本文中可能使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来阐述各种组件，然而该些组件不应受限于该些用语。该些用语仅用于区分各个组件。因此，某些实施例中的第一组件可在其他实施例中被称为第二组件，而此并不背离本发明的教示内容。本文中所阐释及说明的本发明概念的态样的示例性实施例包括其互补对应物。本说明书通篇中，相同的参考编号或相同的指示物表示相同的组件。
43.此外，本文中参照剖视图及/或平面图来阐述示例性实施例，其中所述剖视图及/或平面图是理想化示例性说明图。因此，预期存在由例如制造技术及/或容差所造成的相对于图示形状的偏离。因此，示例性实施例不应被视作仅限于本文中所示区的形状，而是欲包括由例如制造所导致的形状偏差。因此，图中所示的区为示意性的，且其形状并非旨在说明装置的区的实际形状、亦并非旨在限制示例性实施例的范围。
44.请参阅图1及图2，图1为本发明第一实施例的生物特征感测系统的示意图；图2为说明本发明第一实施例的偏光传感器的示意图。如图1所示，根据本发明的生物特征感测系统100包括：光发射器20、偏光传感器30以及信号处理模块40。
45.具体地，根据本发明的生物特征感测系统100，其可以应用于指纹辨识、人脸辨识等方面，然而本发明不限于此。
46.具体地，根据本发明的光发射器20对待测物200发射至少一发射光r。需要进一步说明的是，光发射器可以使用激光束或led光束作为发射光r，因此光发射器20所发射的该发射光r的波长可以介于360nm至1550nm之间，例如该发射光r可以为495nm、650nm、850nm,940nm,1300nm、1310nm、1350nm等，然而本发明不限于此。
47.进一步地，由于一般智能型手机所使用于辨识的雷射波长为940nm，而此波长的红外雷射也被医学证明是对人眼有损伤的，会造成白内障和视网膜灼伤；反观，本发明可以使用的所述多个激光束波长为1310nm，更详而言之，对于使用者的眼睛是无害的。
48.值得一提的是，在本实施例中，光发射器20所发射的发射光r可以不是具有特定偏振方向的偏振光，而是可以使用无偏振的任意光束作为发射光，更详而言的，根据本发明第一实施例的发射光r不须限制于任意特定发射光，因此可以有效减少成本及提升本发明的适用性。
49.具体地，如图2所示，根据本发明的偏光传感器30进一步包含有第一偏光片31及第二偏光片32。其中，第一偏光片31及第二偏光片32可以交错排列，然而本发明不限于此。并且第一偏光片31及第二偏光片32可以由双折射晶体或金属光栅其中之一制成，然而本发明不限于此。
50.值得一提的是，在本实施例中，当第一偏光片31及第二偏光片32为金属光栅时，该金属光栅中金属线与金属线之间的间距可以小于光发射器20所发射的发射光r的波长的二分之一，然而本发明不限于此。
51.请参阅图4a及图4b所示，并搭配图1及图2，图4a为说明本发明第一实施例的入射光及反射光的示意图；图4b为说明本发明第一实施例的第一反射光及第二反射光偏振方向的示意图。具体地，根据本发明的偏光传感器30电性连接光发射器20，偏光传感器30接收反射光r'中的具有第一偏振方向的第一反射光rs'及具有第二偏振方向的第二反射光rp'，并转换为多个感测信号(图未示)。
52.具体地，根据本发明的信号处理模块40耦接于光发射器20及偏光传感器30，信号处理模块40根据所述多个感测信号，运算出第一反射光rs'的第一反射率rs及该第二反射光rp'的第二反射率rp，以及该第一反射率rs及该第二反射率rp之间的反射率比值p(图未示)，其中信号处理模块40可以为服务器、计算机、集成电路其中之一，然而本发明不限于此。
53.需要进一步说明的是，如图4c所示，并搭配图4a及图4b所示，图4c为说明本发明第一实施例的反射率及入射角关系的示意图。在本实施例中，第一偏振方向与入射方向垂直，第二偏振方向与入射方向平行，然而本发明不限于此。则经运算可推得，第一反射光rs'的第一反射率rs及该第二反射光rp'的第二反射率rp符合下列公式(1)及公式(2)，在本实施例中，θi为入射光的入射角θ，并且θr为反射角。参阅图4c所示并由公式(1)及公式(2)可知，第一反射率rs及第二反射率rp与入射光r的入射角θ相关，并且由公式(3)可知，反射率比值p为第一反射率rs及第二反射率rp的比值，因此，当第一反射率rs及第二反射率rp随入射角θ变化，进而使得反射率比值p随入射角θ变化，更详而言之，具有不同入射角θ的反射光r'将具有不同的反射率比值p，造成若相同入射光r发射至待测物200后，所产生的反射光r’的反射率比值p产生变化，则代表反射光r’的入射角θ亦产生改变，从而判定待测物具有立体的表面。
[0054][0055]
请参阅图5，图5为本发明第一实施例的生物特征感测系统辨识立体待测物的表面的示意图。如图5所示，由于人体的指纹为立体，因此相同入射光于立体处将产生不同的入射角度，搭配上述的推导可知，具有不同入射角θ的反射光r'具有不同的反射率比值p，如此一来，本发明的生物特征感测系统100可以通过信号处理模块40运算第一反射率rs及第二反射率rp所产生的反射率比值p，从而根据反射率比值p是否随该待测物200的表面产生变化，也就是反射光r’是否具有不同的入射角θ，从而生物特征感测系统100判定待测物200的表面是否为立体，在本实施例中，生物特征感测系统100得以确认待测物200是否为真实的指纹。如此一来，有效防止他人以指纹的影像或图片破解指纹辨识系统，并且大幅增加指纹辨识系统的安全性及辨识能力。
[0056]
值得一提的是，尽管上方的描述是基于第一偏振方向与入射方向垂直，并且第二偏振方向与入射方向平行进行说明，然而本发明不限于此，当待测物200处于一般环境中时，指纹影像经常受环境光所干扰，造成指纹影像模糊，然而由于不同偏振方向的反射光r'具有不同的反射率r，因此使用者可以根据需求选择特定的第一偏光片31及第二偏光片32，以滤除反射光r’中具有较小反射率r者，从而有效消除环境中的噪声，并增加指纹影像的对比。
[0057]
请参阅图6，并搭配图5所示，图6为说明执行本发明第一实施例的生物特征感测系统的感测方法的步骤流程图。本发明以第一实施例的生物特征感测系统100为基础，进一步提供一种生物特征感测系统100的感测方法，包含下列步骤：
[0058]
步骤s1：通过生物特征感测系统100的光发射器20系对待测物200发射至少一发射光r，光发射器可以使用激光束或led光束作为发射光r，因此光发射器20所发射的该发射光r的波长可以介于360nm至1550nm之间。
[0059]
步骤s2：至少一发射光r发射至待测物200后，并且经待测物200反射产生至少一反射光r'，其中反射光r'包含第一偏振方向的该第一反射光rs'及该第二偏振方向的该第二反射光rp'，在本实施例中，第一偏振方向与入射方向垂直，第二偏振方向与入射方向平行，然而本发明不限于此。
[0060]
步骤s3：偏光传感器30接收反射光r'中的第一偏振方向的第一反射光rs'及该第二偏振方向的该第二反射光rp'，并转换为多个感测信号。
[0061]
步骤s4：信号处理模块40根据该等感测信号，运算出该第一反射光的该第一反射率rs及该第二反射光的该第二反射率rp，并依据该第一反射率rs及该第二反射率rp产生反射率比值p，其中，第一反射率rs及第二反射率rp与入射角θ相关。
[0062]
步骤s5a：当反射率比值p产生变化时，则代表射光r的入射角θ也产生变化。
[0063]
步骤s51a：信号处理模块40判定待测物200为立体。
[0064]
步骤s5b：当反射率比值p不产生变化时，则代表射光r的入射角θ也不产生改变。
[0065]
步骤s51b：信号处理模块40判定待测物200为平面。
[0066]
因此，由上述说明可得知，根据本发明所提供的生物特征感测系统辨100并搭配其感测方法，通过第一反射率rs及第二反射率rp与入射光r的入射角θ相关，进而使得反射率比值p随入射角θ变化，使得相同入射光r发射至待测物200后，所产生的反射光r'的反射率比值p产生变化时，代表反射光r'的入射角θ亦产生改变，从而判定待测物具有立体的表面，达成防止他人以指纹的影像或图片破解指纹辨识系统，并且大幅增加指纹辨识系统的安全性及辨识能力等功效。
[0067]
请参阅图7及图8所示，图7为本发明第二实施例的光发射器的示意图；图8为本发明第二实施例的生物特征感测系统辨识立体待测物的表面的示意图。第二实施例相较于第一实施例，第二实施例的主要结构差异在于，如图7所示，该光发射器20具有多个光发射单元，所述多个光发射单元沿着第一方向d1与二方向d2数组排列，其中，所述多个光发射单元包含第一光发射单元21及第二光发射单元22，第一光发射单元21以及第二光发射单元22分别对待测物200发射至少一发射光r，以改变发射光r的入射角度，造成第一光发射单元21的发射光r产生第一反射率比值p1(图未示)，并且第二光发射单元22的发射光r产生第二反射率比值p2(图未示)，因此增加生物特征感测系统100感测时的变量，利用这些变化的方式，增加判断待测物200使否为立体的正确率，因此提升生物特征感测系统100的准确性，然而本发明不限于此。
[0068]
需要进一步说明的是，请参阅图4c所示，若反射光之间的入射角θ改变很小，将造成第一反射率rs及第二反射率rp所产生的反射率比值p的改变亦不明显，因此信号处理模块40可能将立体的待测物200的表面判定为平面，从而无法有效解锁指纹辨识系统。然而由上述说明可得知，第二实施例不仅能达到第一实施例的功效，亦能提供不同的结构，并且第二实施例通过多个光发射单元的设置，因此产生第一反射率比值p1以及第二反射率比值p2，以增加根据本发明的生物特征感测系统100的变量，在某些情况下，可能存在第一反射率比值p1的变化不明显，但第二反射率比值p2的变化相当明显的情况，因此通过多个光发射单元的设置，有效解决上述在某些特殊情况下，当反射率比值p的改变不明显时，使信号处理模块40可能将立体的待测物200判定为平面从而无法有效解锁指纹辨识系统，所造成用户使用上的不便。
[0069]
值得一提的是，尽管上方的描述是基于第一光发射单元21以及第二光发射单元22，改变入射角度以增加生物特征感测系统100的变量及数据量进行说明，然而本发明不限于此，如波长、强度、及发射频率等，皆可作为生物特征感测系统100比对时的变量，根据本发明的生物特征感测系统100在某些情况下，利用其中一个变化的方式所产生的反射率比值p的变化可能不存在明显的差异，然而使用另一种变化的方式，反射率比值p的变化可能存在非常明显的差异，因此可以增加判断待测物200使否为立体的正确率，因此提升生物特征感测系统100的准确性。
[0070]
请参阅图9，并搭配图8所示，图9为说明执行本发明第二实施例的生物特征感测系统的感测方法的步骤流程图。本发明以第二实施例的生物特征感测系统100为基础，进一步提供一种生物特征感测系统100的感测方法，系包含下列步骤：
[0071]
步骤s1'：通过生物特征感测系统100的光发射器21对待测物200发射至少一发射光r，光发射器可以使用激光束或led光束作为发射光r，因此光发射器20所发射的该发射光
r的波长可以介于360nm至1550nm之间。
[0072]
步骤s2'：至少一发射光r发射至待测物200后，并且经待测物200反射产生至少一反射光r'，其中反射光r'包含第一偏振方向的该第一反射光rs'及该第二偏振方向的该第二反射光rp'，在本实施例中，第一偏振方向与入射方向垂直，第二偏振方向与入射方向平行，然而本发明不限于此。
[0073]
步骤s3'：偏光传感器30接收反射光r'中的第一偏振方向的第一反射光rs'及该第二偏振方向的该第二反射光rp'，并转换为多个感测信号。
[0074]
步骤s4'：信号处理模块40根据所述多个感测信号，运算出该第一反射光的该第一反射率rs及该第二反射光的该第二反射率rp，并依据该第一反射率rs及该第二反射率rp产生反射率比值p，其中，第一反射率rs及第二反射率rp与入射角θ相关。
[0075]
步骤s5a'：当反射率比值p产生变化时，则代表射光r的入射角θ亦产生变化。
[0076]
步骤s51a'：信号处理模块40判定待测物200为立体。
[0077]
步骤s5b'：当反射率比值p不产生变化时，则代表射光r的入射角θ亦不产生改变。
[0078]
步骤s51b'：信号处理模块40判定待测物200为平面。
[0079]
步骤s6'：当讯号处理模块40判定待测物200为平面时，启动第二光发射单元22对待测物200发射至少一发射光r，并重复依序执行接收步骤s2'、比对步骤s3'、辨识步骤s4'，其方式及原理同上所述，在此不再重复说明。
[0080]
因此，根据本发明第二实施例的立体辨识系统100通过第一光发射单元21及第二光发射单元22，第一光发射单元21以及第二光发射单元22分别对待测物200发射至少一发射光r，以改变发射光r的入射角度，造成第一光发射单元21的发射光r产生第一反射率比值p1，并且第二光发射单元22的发射光r产生第二反射率比值p2，从而增加根据本发明的生物特征感测系统100的变量及数据量，有效提升生物特征感测系统100的准确性，但同时亦提升成本与系统辨识时间，故可视立体辨识系统100要求的特性及成本方面斟酌，考虑采用何种作法较为适切，在此仅是提出例示，并非仅限于此。
[0081]
现在，再将本发明的特征及其可达成的预期功效陈述如下：
[0082]
其一，本发明通过偏光传感器30，感测反射光r'中的第一偏振方向的第一反射光rs'及第二偏振方向的第二反射光rp'，因此消除环境中的噪声，并增加指纹影像的对比度。
[0083]
其二，本发明通过信号处理模块40运算出的第一反射率rs及第二反射率rp，并通过反射率比值p的变化从而判定待测物200是否为立体，如此一来，有效防止他人以指纹的影像或图片破解指纹辨识系统，并且大幅增加指纹辨识系统的安全性及辨识能力。
[0084]
其三，利用本发明的生物特征感测系统100，并搭配感测方法，使用者可以使用任意无偏振光束作为发射光r，因此发射光r不须限制于任意特定发射光，达成减少成本及提升适用性等目的。
[0085]
其四，本发明通过多个光发射单元，以产生多个反射率比值p，以增加信号处理模块40判定待测物200是否为平面时的变量及数据量，有效提升生物特征感测系统100的准确性。
[0086]
以上系通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域具有通常知识者可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0087]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围；凡其它未脱离
本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的专利范围内。