专利名称：基于生物特征的身份验证装置及其方法
技术领域：
本发明是涉及一种身份验证装置及其方法，特别是涉及一种基于生物特征的身份验证装置及其方法。
背景技术：
一直以来使用钥匙或个人密码作为安全防护的工具容易因小偷、黑客入侵或遗忘密码而使安全出现漏洞及不便性。随着生物特征识别技术日益的进步，使用生物特征作为识别个人身份的方式相当普及。目前，现有的生物特征识别方法多为利用图案比对(pattern matching)或特征点比对(minutiae matching)此两种方式进行身份识别。然而利用图案比对的生物特征识别技术，其缺点在于图像的数据量大，且在比对过程中还有位移、旋转角度及图形形变等问题需要处理，故比对速度缓慢，容易浪费用户等待身份验证的时间。另一方面，利用特征点比对的生物特征识别技术，其优点虽较图案比对快速，但缺点在于当使用者的习惯改变(以指纹为例但不限于按压或滑动的角度/速度)或环境改变(例如但不限于温湿度)时，可能造成所提取的特征点数量不足，故难以通过特征点比对的生物特征识别技术取得身份验证，如此一来，不仅造成使用者的不便，更失去了利用独特的生物特征作为身份验证的优势。综上所述，现有的生物特征识别技术无法快速而有效的识别待识别标的，以进行身份验证的操作，因此基于上述原因考虑，本发明的发明人思索并设计一种基于生物特征的身份验证装置及其方法，以期针对现有技术的缺陷加以改善，进而增进产业上的实施利用。
发明内容
有鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的就是提供一种基于生物特征的身份验证装置及其方法，以解决图案比对过慢且数据量大以及特征点过少而无法利用特征点比对法通过身份验证的问题。根据本发明的目的，提出一种基于生物特征的身份验证装置，其包括储存单元、影像提取单元、生物特征提取单元以及一处理单元。储存单元储存第一生物特征图像及对应的第一特征点信息。影像提取单元对待验证标的提取第二生物特征图像。生物特征提取单元分析第二生物特征图像的多个特征点并对应提供第二特征点信息。处理单元分别电性连接到储存单元、影像提取单元以及生物特征提取单元。处理单元比对第一特征点信息与第二特征点信息，以得出第一比对结果及对位信息，根据对位信息进行第一生物特征图像与第二生物特征图像的对位，再进行第一生物特征图像与第二生物特征图像的图案比对，以得出第二比对结果，然后根据第一比对结果与第二比对结果判断待验证标的是否通过身份验证。其中，处理单元更根据默认权重比例，将第一比对结果与第二比对结果通过表达式计算第三比对结果，并根据第三比对结果与门限值，判断待验证标的是否通过身份验证。其中，处理单元还根据第一生物特征图像与第二生物特征图像的相似度得出第二比对结果，并根据第二比对结果通过表达式计算门限值，再根据第一比对结果与门限值，判断待验证标的是否通过身份验证，其中表达式使与第二比对结果对应的相似度与门限值呈负相关。其中，处理单元系根据对位信息对位第一生物特征图像与第二生物特征图像， 特征提取单元更根据第二特征点信息识别出第二生物特征图像的一奇异点(Singular Point)，处理单元以奇异点为中心向四周展开一特定区域范围，并以图案比对的方式比对特定区域范围内的第一生物特征图像与第二生物特征图像，而得到第二比对结果。其中，处理单元根据对位信息对位第一生物特征图像与第二生物特征图像，并以缩图的方式进行第一生物特征图像与第二生物特征图像的图案比对，而得到第二比对结
: O根据本发明的目的，还提出一种基于生物特征的身份验证方法。基于生物特征的身份验证方法适用于基于生物特征的身份验证装置，此基于生物特征的身份验证装置包含储存单元、影像提取单元、生物特征提取单元以及处理单元。基于生物特征的身份验证方法包含下列步骤首先在储存单元储存第一生物特征图像和对应的第一特征点信息；然后利用影像提取单元对待验证标的提取第二生物特征图像；再通过生物特征提取单元分析第二生物特征图像的多个特征点并对应提供第二特征点信息；接着通过处理单元比对第一特征点信息与第二特征点信息，以得出第一比对结果及对位信息；接下来在处理单元根据对位信息进行第一生物特征图像与第二生物特征图像的对位，再进行第一生物特征图像与第二生物特征图像的图案比对，以得出第二比对结果；以及利用处理单元根据第一比对结果与第二比对结果判断待验证标的是否通过身份验证。其中，基于生物特征的身份验证方法还包含下列步骤根据默认权重比例，利用处理单元将第一比对结果与第二比对结果通过表达式计算第三比对结果；然后通过处理单元根据第三比对结果和门限值，判断待验证标的是否通过身份验证。其中，基于生物特征的身份验证方法还包含下列步骤利用处理单元根据第一生物特征图像与第二生物特征图像的相似度得出第二比对结果；并在处理单元根据第二比对结果通过表达式计算门限值；以及通过处理单元根据第一比对结果与门限值，判断待验证标的是否通过身份验证。其中，表达式使与第二比对结果对应的相似度与门限值呈负相关。其中，在处理单元进行图案比对的步骤中，还包含下列步骤利用处理单元根据对位信息对位第一生物特征图像与第二生物特征图像；然后在特征提取单元根据第二特征点信息识别出第二生物特征图像的奇异点(Singular Point)；以及利用处理单元以奇异点为中心向四周展开特定区域范围，并以图案比对的方式比对特定区域范围内的第一生物特征图像与第二生物特征图像，而得到第二比对结果。其中，以处理单元进行图案比对的步骤中，还包含下列步骤利用处理单元根据对位信息对位第一生物特征图像与第二生物特征图像；以及，通过处理单元以缩图的方式进行第一生物特征图像与第二生物特征图像的图案比对，而得到第二比对结果。如上所述，根据本发明的基于生物特征的身份验证装置及其方法，其可具有下述优点中的一个或多个
(1)该基于生物特征的身份验证装置及其方法可通过特征点比对所得到的对位信息进行两图像对位，因特征点的信息量比图案的信息量少，所以以特征点(minutiae)对位比图案(pattern)对位快，由此可解决现有技术以图案对位两图像所造成的耗时问题。(2)此基于生物特征的身份验证装置及其方法可通过处理单元依据不同的权重比例，将第一比对结果与第二比对结果带入表达式以计算得出第三比对结果，由此可解决现有技术用特征点比对法进行身份验证所造成特征点不足而无法通过身份验证的缺点。(3)此基于生物特征的身份验证装置及其方法可通过图案比对的结果动态调整特征点比对的门限值，且由于上述两者呈负相关，由此可解决用户特征点过少仍得以通过身份验证的问题。(4)此基于生物特征的身份验证装置及其方法可通过比对特定区域范围内的图案，减少现有技术中图案比对所造成数据量过大的问题，由此提高比对的速度，再通过特征点比对与图案比对达到身份验证的精准度。
图1是本发明的基于生物特征的身份验证装置的第一实施例的方块图。图2是本发明的基于生物特征的身份验证装置的第一实施例的示意图。图3是本发明的基于生物特征的身份验证装置的第二实施例的方块图。图4是本发明的基于生物特征的身份验证装置的第二实施例的示意图。图5是本发明的基于生物特征的身份验证方法的流程图。图6是本发明的基于生物特征的身份验证方法的另一流程图。图7是本发明的基于生物特征的身份验证方法的再一流程图。图8是本发明的基于生物特征的身份验证方法的比对特定区域范围的图像的流程图。图9是本发明的基于生物特征的身份验证方法的以缩图方式进行图案比对的流程图。主要组件符号说明1为基于生物特征的身份验证装置，10为储存单元，100为第一生物特征图像，101为第一特征点信息，11为影像提取单元，110为第二生物特征图像， 111为第二特征点信息，12为生物特征提取单元，13为处理单元，130为第一比对结果，131 为对位信息，132为第二比对结果，133为第三比对结果，134为门限值，2为待验证标的，30 为面积式指纹传感器，31为手指，32为主机，33为指纹图像，330为奇异点，331为特定区域范围，40为扫掠式指纹传感器，41为指纹图像，SlO S15、S20 S21、S30 S32、S40 S42、S50 S51为步骤。
具体实施例方式参照图1，其是本发明的基于生物特征的身份验证装置的第一实施例的方块图。如图所示，基于生物特征的身份验证装置1包含储存单元10、影像提取单元11、生物特征提取单元12以及处理单元13，其中，处理单元13可以是中央处理器(Central Processing Unit, CPU)或微处理器(Micro-Processing Unit)，并分别电性连接储存单元10、影像提取单元U以及生物特征提取单元12，储存单元10可以是各种储存介质，例如内嵌式内存、夕卜接式记忆卡(体)、磁盘片或光盘片等，并储存第一生物特征图像100及对应的第一特征点信息101，但所储存的第一生物特征图像及对应的第一特征点信息的数量并不限于此，也就是说，储存单元10可储存多个第一生物特征图像及对应的多个第一特征点信息。当使用者以待验证标的2(如指纹、虹膜、人脸或手纹)进行身份验证时，该基于生物特征的身份验证装置1首先利用影像提取单元11对待验证标的2提取第二生物特征图像110。接着，处理单元13控制生物特征提取单元12分析第二生物特征图像110的多个特征点，由此取得与第二生物特征图像110对应的第二特征点信息111。然后，处理单元13 以特征点比对法(minutiae matching)比对第一特征点信息101与第二特征点信息111，以得出第一比对结果130及对位信息131。接下来，处理单元13根据对位信息131进行第一生物特征图像100与第二生物特征图像110的对位，当对位完成后，处理单元13以图案比对法(pattern matching)比对第一生物特征图像100与第二生物特征图像110，以得出第二比对结果132，并根据第一比对结果130与第二比对结果132判断待验证标的2是否通过身份验证。如上所述，处理单元13根据默认权重比例，将第一比对结果130与第二比对结果 132带入表达式，经过计算后得到第三比对结果133，又处理单元13设定门限值134，并根据第三比对结果133与门限值134判断待验证标的2是否通过身份验证。其中，影像提取单元11可以是各种可提取影像的装置，例如指纹传感器、虹膜传感器、摄影机或相机等。另外，处理单元13及生物特征提取单元12可为个别独立的运算芯片，也可以整合成同一运算芯片。参照图2，其是本发明的基于生物特征的身份验证装置的第一实施例的示意图。如图所示，影像提取单元由面积式指纹传感器30来实施，储存单元、生物特征提取单元以及处理单元由主机32来实施。当使用者用手指31按压面积式指纹传感器30时，首先面积式指纹传感器30提取手指31的指纹图像33，并传送指纹图像33至主机32。接着，生物特征提取单元分析指纹图像33的多个特征点，并对应提供第二特征点信息。储存单元可储存多个第一指纹图像以及与第一指纹图像对应的各个第一特征点信息，处理单元进行第二特征点信息与第一特征点信息的特征点比对(minutiae matching)，并得出第一比对结果及对位信息，其中对位信息至少包含旋转角度及位移量。 处理单元根据第二特征点信息与第一特征点信息的相似度得出第一比对结果，在本实施例中，第一比对结果为比对分数，例如相似度达30 %，则比对分数为30分。当处理单元得出第一比对结果后，则根据特征点比对所得到的对位信息进行第一指纹图像与指纹图像33的对位，且由于特征点信息的数据量较图像的数据量小，因此以特征点比对法对位图像比以图案比对法对位图像来的快速，如此一来，通过本发明以特征点比对所得到的对位信息进行图像的对位，可减少进行图案比对前的图像对位时间。其中，第一特征点信息和第二特征点信息至少包含各特征点的类型信息、坐标信息、角度信息、曲率信息或方向信息，类型信息包含各个特征点的端点(Endings)、分岔点 (Bifurcations)、核心(Core)或三角点(Delta)。当处理单元完成第一指纹图像与指纹图像33的对位后，处理单元即根据第一指纹图像与指纹图像33进行图案比对(pattern matching) 0值得一提的是，在进行图案比对的过程中，为了减少全指纹的图案比对所造成的耗时问题，本发明的发明人特别提出由特征提取单元根据第二特征点信息识别出第二生物特征图像的奇异点330(Singular Point)，S卩，特征提取单元可根据核心或三角点等特征点的类型分析多个特征点而确定奇异点330，处理单元再以奇异点330为中心向四周展开特定区域范围331，并根据特定区域范围331内的指纹图像33与第一指纹图像进行图案比对，而得出第二比对结果，这样，可缩短图案比对的速度并可减少所储存的图像的数据量，又因该特定区域范围内的指纹图像的形变机率小于全指纹图像的形变机率，所以如果有图形形变所造成的验证问题，则可通过比对特定区域范围内的指纹图像减低全指纹图像比对时间。值得注意的是，虽然前述的特定区域范围是以方形为例说明本发明的概念，但本领域技术人员可轻易理解并可延伸至圆形、椭圆形或多边形，端看使用者的设定。然后，处理单元可根据第一指纹图像与指纹图像33的相似度得出第二比对结果， 在本实施例中，第二比对结果是比对分数，例如相似度达80 %，则比对分数为80分。接下来，本发明的发明人可根据经验，对通过特征点比对所得到的第一比对结果给予第一权重值，并对通过图案比对所得到的第二比对结果给予第二权重值。在本实施例中，处理单元设定第一权重值与第二权重值皆为0. 5，但并不以此为限。此外，处理单元还设定门限值为45分，并通过表达式计算第三比对结果，如下所示30 X 0. 5+80 X 0. 5 = 55。如上式可得出第三比对结果为55分，然后处理单元再判断第三比对结果是否大于门限值，由于第三比对结果为阳分大于门限值45分，所以处理单元判定此用户通过身份验证。如上述实施例可检视出在现有技术中以特征点比对法所无法通过身份验证的待验证标的，可通过本发明的基于生物特征的身份验证装置根据特征点比对法及图案比对法所得到的比对结果，给予预设权重比例，由此提高身份验证的准确率，也可避免因待识别标的使用习惯改变(例如，但不限于当使用者站立时所提取到的指纹多为指尖、当使用者坐着时所提取到的指纹多为指腹、滑动时速度过快或过慢、滑动时角度偏移等)或环境改变 (例如，但不限于温湿度、传感器过脏或老旧等)，造成所提取的特征点信息不足而无法利用特征点比对法进行身份验证的问题。参照图3，其是本发明的基于生物特征的身份验证装置的第二实施例的方块图。图中，其架构大致与第一实施例相同，两者的差异在于，处理单元13根据第二比对结果132通过表达式，经过计算得出一门限值134，故此门限值134随着第二比对结果132而被动态调整，且该表达式使与第二比对结果132对应的相似度与门限值134呈负相关，也就是说当相似度越高，则门限值134越低，反的当相似度越低，则门限值134越高。接着，当处理单元13 计算出门限值134后，处理单元13即根据第一比对结果130与门限值134判断待验证标的 2是否通过身份验证。参照图4，其是本发明的基于生物特征的身份验证装置的第二实施例的示意图。如图所示，影像提取单元由扫掠式指纹传感器40来实施，但并不限于此。当使用者将手指31 以滑动的方式滑过扫掠式指纹传感器40时，扫掠式指纹传感器40提取多个指纹图像片段， 并通过处理单元分析多个指纹图像片段的重合部份，来合成为完整的指纹图像41。值得注意的是，本实施例与第一实施例的差异在于，处理单元是以缩图的方式进行第一指纹图像与指纹图像41的图案比对，而得到第二比对结果。其中缩图的方式可包含缩小图像的尺寸并可搭配改变图像的分辨率等，且以缩图的方式进行图案比对的优点在于可节省储存单元的储存空间并可通过缩图有效加快图按比对过程中位移及旋转的速率。此外，处理单元根据第一指纹图像100与指纹图像41的相似度得出第二比对结果，在本实施例中，第二比对结果是比对分数，假设比对分数为70分。接着，处理单元将第二比对结果带入表达式计算一门限值，得到门限值为21分，如下所示70X0.3 = 21。处理单元根据第一比对结果与门限值判断使用者的指纹是否通过身份验证，即， 当第一比对结果超过门限值21分时，处理单元则判断该用户通过身份验证，反之，当第一比对结果小于门限值21分时，处理单元则判断该用户身份验证失败。如上所述，表达式使与第二比对结果对应的相似度与门限值呈负相关，如下表所示
权利要求
1.一种基于生物特征的身份验证方法，所述方法包含下列步骤 在储存单元储存第一生物特征图像和对应的第一特征点信息； 利用影像提取单元对待验证标的提取第二生物特征图像；通过生物特征提取单元分析该第二生物特征图像的多个特征点并对应提供第二特征点fn息；通过处理单元比对该第一特征点信息与该第二特征点信息，以得出第一比对结果和对位信息；在该处理单元根据该对位信息进行该第一生物特征图像与该第二生物特征图像的对位再进行两者的图案比对，以得出第二比对结果；以及利用该处理单元根据该第一比对结果与该第二比对结果判断该待验证标的是否通过身份验证。
2.如权利要求1所述的基于生物特征的身份验证方法，还包含根据默认权重比例，利用该处理单元将该第一比对结果与该第二比对结果通过表达式计算第三比对结果；以及通过该处理单元根据该第三比对结果和门限值，判断该待验证标的是否通过身份验证。
3.如权利要求1所述的基于生物特征的身份验证方法，还包含利用该处理单元根据该第一生物特征图像与该第二生物特征图像的相似度得出该第二比对结果；在该处理单元根据该第二比对结果通过表达式计算门限值；以及通过该处理单元根据该第一比对结果与该门限值，判断该待验证标的是否通过身份验证；其中，该表达式使与该第二比对结果对应的相似度与该门限值呈负相关。
4.如权利要求1所述的基于生物特征的身份验证方法，其中，在该处理单元进行图案比对的步骤中，还包含利用该处理单元根据该对位信息对位该第一生物特征图像与该第二生物特征图像； 在该特征提取单元根据该第二特征点信息识别出该第二生物特征图像的奇异点；以及利用该处理单元以该奇异点为中心向四周展开特定区域范围，并以图案比对的方式比对该特定区域范围内的该第一生物特征图像与该第二生物特征图像，而得到该第二比对结果ο
5.如权利要求1项所述的基于生物特征的身份验证方法，其中，在该处理单元进行图案比对的步骤中，还包含利用该处理单元根据该对位信息对位该第一生物特征图像与该第二生物特征图像；以及通过该处理单元以缩图的方式进行该第一生物特征图像与该第二生物特征图像的图案比对，而得到该第二比对结果。
6.一种基于生物特征的身份验证装置，包含储存单元，系储存第一生物特征图像和对应的第一特征点信息； 影像提取单元，对待验证标的提取第二生物特征图像；生物特征提取单元，分析该第二生物特征图像的多个特征点并对应提供第二特征点信息；以及处理单元，连接该储存单元、该影像提取单元以及该生物特征提取单元，比对该第一特征点信息与该第二特征点信息，以得出第一比对结果和对位信息，根据该对位信息进行该第一生物特征图像与该第二生物特征图像的对位再进行两者的的图案比对，以得出第二比对结果，根据该第一比对结果和该第二比对结果判断该待验证标的是否通过身份验证。
7.如权利要求6所述的基于生物特征的身份验证装置，其中，该处理单元更根据默认权重比例，将该第一比对结果和该第二比对结果通过表达式计算第三比对结果，并根据该第三比对结果和门限值，判断该待验证标的是否通过身份验证。
8.如权利要求6所述的基于生物特征的身份验证装置，其中，该处理单元更根据该第一生物特征图像与该第二生物特征图像的相似度得出该第二比对结果，并根据该第二比对结果通过表达式计算门限值，再根据该第一比对结果和该门限值，判断该待验证标的是否通过身份验证，其中该表达式使与该第二比对结果对应的相似度与该门限值呈负相关。
9.如权利要求6所述的基于生物特征的身份验证装置，其中，该处理单元根据该对位信息对位该第一生物特征图像与该第二生物特征图像，该生物特征提取单元更根据该第二特征点信息识别出该第二生物特征图像的奇异点，该处理单元以该奇异点为中心向四周展开特定区域范围，并以图案比对的方式比对该特定区域范围内的该第一生物特征图像与该第二生物特征图像，而得到该第二比对结果。
10.如权利要求8所述的基于生物特征的身份验证装置，其中，该处理单元根据该对位信息对位该第一生物特征图像与该第二生物特征图像，并以缩图的方式进行该第一生物特征图像与该第二生物特征图像的图案比对，而得到该第二比对结果。
全文摘要
本发明公开了一种基于生物特征的身份验证装置及其方法。该方法包括在储存单元储存第一生物特征图像及对应的第一特征点信息；利用影像提取单元对待验证标的提取第二生物特征图像；通过生物特征提取单元分析第二生物特征图像的多个特征点并对应地提供第二特征点信息；通过处理单元比对第一特征点信息与第二特征点信息来得出第一比对结果及对位信息；再处理单元根据对位信息进行第一生物特征图像与第二生物特征图像的对位再进行两者的图案比对，以得出第二比对结果；以及，利用处理单元根据第一比对结果和第二比对结果判断待验证标的是否通过身份验证。
文档编号G06K9/46GK102479328SQ20111014165
公开日2012年5月30日 申请日期2011年5月19日 优先权日2010年11月26日
发明者周正三, 李荣键, 江元麟 申请人:神盾股份有限公司