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，特别涉及一种利用分析灰阶分布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制，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度空间影像分析方式，以解决上述问题。
发明内容
有鉴于上述现有技术中的问题，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叠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，其包含指纹提取单元以及处理单元。 指纹提取单元提取指纹并根据指纹提供指纹图像，指纹包含多个凸起部，各个凸起部在指纹图像中所对应的图样具有至少一个灰阶值。处理单元分析指纹图像的灰阶分布，当所述灰阶值的标准差符合预设范围时，处理单元判断指纹是伪造指纹。其中，当处理单元分析出所述灰阶值的标准差超出预设范围时，处理单元判断指纹是真实指纹。其中，处理单元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特定区域，处理单元再分析指纹图像在特定区域内的灰阶分布。其中，该特定区域的外形为圆形、椭圆形或多边形。根据本发明的目的，还提出一种指纹防伪方法，本指纹防伪方法适用于指纹防伪装置，指纹防伪装 置包括指纹提取单元以及处理单元。指纹防伪方法包含下列步骤指纹提取单元提取指纹，并根据指纹提供指纹图像，指纹包含多个凸起部，各个凸起部在指纹图像中所对应的图样具有至少一个灰阶值；接着，处理单元分析指纹图像的灰阶分布，判断所述灰阶值的标准差是否符合预设范围；当所述灰阶值的标准差符合预设范围时，处理单元判断指纹是伪造指纹。其中，当处理单元分析出所述灰阶值的标准差超出预设范围时，处理单元判断指纹系是真实指纹。其中，处理单元在识别出指纹图像具有奇异点，以奇异点为中心向四周展开特定区域，处理单元再分析指纹图像在特定区域内的灰阶分布。其中，该特定区域的外形为圆形、椭圆形或多边形。如上所述，根据本发明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处理单元分析指纹图像的灰阶分布，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的奇异点为中心向四周展开的特定区域内的灰阶分布，由此可有效提高指纹识别及防伪的效率。
图1为本发明的指纹防伪装置的方框图；图2为本发明的指纹防伪装置的第一实施例的示意图；图3为本发明的指纹防伪装置的第二实施例的示意图；图4为本发明的指纹防伪方法的流程图；以及图5为本发明的指纹防伪方法的另一流程图。主要部件符号说明1 指纹防伪装置；10 指纹提取单元；11:处理单元；2 指纹；20、21 指纹图像；200、201 灰阶值；202、212 奇异点；203、213 特定区域;3:预设范围；以及SlO S40 步骤。
具体实施例方式在指纹的几何世界，手指纹路凸起的纹峰具有一定的长度延伸(ridge flow)，视各人的手指纹路特质不同，而所延伸的长度与形状也会不同，其基本特质为，每一纹峰的延伸不是相同的等高线(contour)，而每一纹峰的延伸其两侧至纹谷(valley)的几何变化不是垂直的角度，而是带有连续性的坡度变化。再者，如果将手指皮下组织的三度空间特质考虑进来，由于皮肤真正的导体特性是位于皮下的真皮层，而每一纹峰的延伸的皮下真皮层也不是等高线(contour)。因此，结合上述指纹几何特性可以发现，通过感测皮下真皮层的每一纹峰的延伸高度变化，可以分辨真假手指。因为一般假手指的复制，都是通过取得被复制者在接触过物体上所留下的二维平面的指纹，再通过一连串的复杂流程以仿制出三维立体的假手指。然而，即使是假手指材料特质相似于真手，其所复制出来的纹峰的延伸几乎都在同一等高线，而且都只有假手指的表皮导电特性，无法复制出具有真手表皮及真手真皮层的技术。因此，复制出来的假手指， 是完全无法表现出真手指每一纹峰的延伸的高度不均勻的变化。本发明的精神就是通过该特质来解决防假手指的辨别。参阅图1，图1为本发明的指纹防伪装置的方框图。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提取指纹2并根据指纹2提供指纹图像20。指纹2包含多个凸起部(即纹峰)，各个凸起部(纹峰)在指纹图像20中具有至少一个灰阶值200、201，且指纹图像20还包括奇异点202信息。处理单元 11分析指纹图像20的灰阶分布，当该些灰阶值200、201的标准差符合预设范围3时，处理单元11即判断指纹2是伪造指纹；而当处理单11元分析出这些灰阶值200、201的标准差超出预设范围3时，处理单元11即判断指纹2是真实指纹。参阅图2，图2为本发明的指纹防伪装置的第一实施例的示意图。在图2的左方为真实手指的指纹图像，如图2的左方所示，各个凸起部(即纹峰)所对应的图样有着不一致的灰阶值，即，在同一个凸起部中，所对应的图样有些部分颜色较深，而有些部分颜色较浅 (如图2中放大的部分所示)；相对的，在图2的右方是从伪造手指所提取的指纹图像，如图 2的右方所示，各个凸起部(即纹峰)有着一致的灰阶值，即，在同一个凸起部中，其所对应的图样各部分的灰阶值几乎都是完全相同(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，伪造手指的纹峰在被提取成像的时候其灰阶值的分布是很窄的一个分布；相对的，真实手指的纹峰在被提取成像的时候其灰阶值的分布是很宽的一个分布。因此，本发明所提出的指纹防伪装置在进行指纹识别时，利用处理单元分析整张指纹图像各个凸起部(即纹峰)所对应的图样之灰阶分布。如图2所示，在本实施例中，由于真实手指(指纹图像20)的真皮层与表皮层之间的距离处处不同，所以指纹提取单元在提取真实手指的指纹时，各个凸起部(以黑线表示)所对应的图样的各部分所具有的灰阶值都不同；然而对于伪造手指(指纹图像21)来说，其各个凸起部所具有的灰阶值大约是固定的，其差距的变动范围极小，因此伪造手指的指纹图像21的对比较真实手指的指纹图像 20要来的大。因此，本发明的处理单元分析整张指纹图像各个凸起部(即纹峰)所对应的图样之灰阶分布，并判断该些灰阶值的标准差(即分布状况)是否超出预设范围，来决定该指纹是否是从伪造手指所提取的。当然，分析指纹的方法并不限制于分析整张指纹图像，也可以是按照先判断出一个特定点后再展开特定范围的方式来分析，这样特定范围的分析可以有效提高分析的效能，减少分析的时间，这在后面会有详细说明。当各个凸起部所对应的图样的灰阶值的标准差符合预设范围时，即表示凸起部所具有的灰阶值变化范围极小，该指纹图像被处理单元判断为伪造手指的指纹；而当各个凸起部所对应的图样的灰阶值的标准差不符合(大于)预设范围时，即表示凸起部的灰阶值变化很大，该指纹图像被处理单元判断为真实手指的指纹另外，本发明所采用的防假手指方法将手指纹路的三度空间几何物理信息转换成可以计量及计算的电压信息，例如，在指纹注册时，除了储存特征信息外，同时也储存了防假手指的信息，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灰阶度 (代表了指纹由皮肤表层进入真皮层的垂直空间信息)，而“固定面积”的选取方式也是本发明的另一个技术特征，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3，图3为本发明的指纹防伪装置的第二实施例的示意图。本发明的指纹防伪装置在进行指纹识别时，处理单元除了分析整张指纹图像的灰阶分布外，还可先识别出指纹图像具有奇异点(singular point)后，以奇异点为中心向四周展开特定区域，再分析指纹图像在特定区域内的灰阶分布。其中，该特定区域的外形可为圆形、椭圆形或多边形。如图3所示，在本实施例中，处理单元在判断出指纹图像20、21中的奇异点202、212 后，分别以奇异点202、212为中心向四周展开特定区域203、213。接着处理单元再分析指纹图像20、21在该特定区域203、213内的灰阶分布判断这些灰阶值的标准差是否超出预设范围，来决定该指纹是否是伪造指纹。当这些灰阶值的标准差符合预设范围时，即表示凸起部所对应的图样的灰阶值变化极小，该指纹图像被处理单元判断为从伪造手指提取的指纹；而当这些灰阶值的标准差不符合预设范围时，即表示凸起部所对应的图样的灰阶值变化很大，该指纹图像被处理单元判断为从真实手指所提取的指纹。至于奇异点的选取， 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处理后的正规指纹图像，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)。如上所述，本实施例可有效缩短指纹识别的时间，进而大幅提高指纹防伪的效率。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。参阅第4图，图4为本发明的指纹防伪方法的流程图。如图4所示，本发明的指纹防伪方法适用于指纹防伪装置，指纹防伪装置包括指纹提取单元及处理单元。本指纹防伪方法包含下列步骤(SlO)指纹提取单元提取指纹，并根据指纹提供指纹图像，指纹包含多个凸起部，各个凸起部在指纹图像中所对应的图样具有至少一个灰阶值；(S20)处理单元分析指纹图像的灰阶分布，并判断这些灰阶值的标准差是否符合预设范围；以及(S30)当处理单元分析出灰阶值的标准差符合预设范围时，处理单元判断指纹是伪造指纹。另外，如果在步骤(S30)中，灰阶值的标准差不符合预设范围时，则进行步骤 (S40)，处理单元判断指纹是真实指纹。参阅图5，图5为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)之后还可包含下列步骤(Sll)处理单元识别出指纹图像所具有的奇异点后，以奇异点为中心向四周展开特定区域；以及(S12)处理单元分析在该特定区域内的指纹图像的灰阶分布，并判断这些灰阶值的标准差是否符合预设范围。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详细地进行了说明，在此不再赘述。综上所述，本发明的指纹防伪装置及其方法通过处理单元分析指纹图像的灰阶分布，而可解决现有的指纹防伪方法因真假手指的湿度及电阻值重叠范围过大而无法有效进行指纹防伪的问题，且可提高指纹防伪的正确性；另外，本发明的指纹防伪装置及其方法更可通过分析以指纹图像的奇异点为中心向四周展开的特定区域内的灰阶分布，而有效提高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而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，提取指纹并根据所述指纹提供指纹图像，所述指纹包含多个凸起部，各个凸起部在所述指纹图像中所对应的图样具有至少一个灰阶值；以及处理单元，分析所述指纹图像的灰阶分布，当所述灰阶值的标准差符合预设范围时，所述处理单元判断所述指纹是伪造指纹。
2.如权利要求1所述的指纹防伪装置，其中，当所述处理单元分析出所述灰阶值的标准差超出预设范围时，所述处理单元判断所述指纹是真实指纹。
3.如权利要求2所述的指纹防伪装置，其中，所述处理单元识别出所述指纹图像具有奇异点后，以所述奇异点为中心向四周展开特定区域，所述处理单元分析所述指纹图像在所述特定区域内的灰阶分布。
4.如权利要求3所述的指纹防伪装置，其中，所述特定区域的外形为圆形、椭圆形或多边形。
5.一种指纹防伪方法，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所述指纹提取单元提取指纹，并根据所述指纹提供指纹图像，所述指纹包含多个凸起部，各个凸起部在所述指纹图像中所对应的图样具有至少一个灰阶值；所述处理单元分析所述指纹图像的灰阶分布，并判断所述灰阶值的标准差是否符合预设范围；以及当所述灰阶值的标准差符合所述预设范围时，所述处理单元判断所述指纹是伪造指纹。
6.如权利要求5所述的指纹防伪方法，其中，当所述处理单元分析出所述灰阶值的标准差超出所述预设范围时，所述处理单元判断所述指纹是真实指纹。
7.如权利要求6所述的指纹防伪方法，其中，所述处理单元识别出所述指纹图像具有奇异点后，以所述奇异点为中心向四周展开特定区域，所述处理单元分析所述指纹图像在该特定区域内的灰阶分布。
8.如权利要求7所述的指纹防伪方法，其中，所述特定区域的外形为圆形、椭圆形或多边形。
全文摘要
本发明公开一种指纹防伪装置及其方法，该指纹防伪装置包括指纹提取单元以及处理单元。指纹提取单元提取指纹并根据指纹提供指纹图像，指纹包含多个凸起部，各个凸起部在指纹图像中所对应的图样具有至少一个灰阶值。处理单元分析指纹图像的灰阶分布，当所述灰阶值的标准差符合预设范围时，处理单元判断指纹是伪造指纹。
文档编号G06K9/00GK102446268SQ201010503770
公开日2012年5月9日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者周正三 申请人:神盾股份有限公司