專利名稱：指紋防偽裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種指紋防偽裝置及其方法，特別涉及一種利用分析灰階分布的指紋防偽裝置及其方法。
背景技術(shù)：
對于指紋生物識別應(yīng)用，長久以來，對于假手指的辨別一直是一個重要的研究。目前，有許多光學(xué)偵測的方法，例如透過紅外線技術(shù)以偵測皮下組織的生物特性(如血氧濃度或者是血流的速度)，進而進行真假手指的辨別。然而，這一類的方法都需要復(fù)雜的紅外線光學(xué)機制，相對來說其成本較高；且由于此類復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)不易將感測組件尺寸縮小， 所以對于要求輕薄短小的攜帶式的電子系統(tǒng)如手機或筆記型計算機來說，不容易滿足其使用者的需求。近年來，能滿足輕薄短小的指紋感測裝置被成功地開發(fā)及應(yīng)用在上述攜帶式電子裝置上，其主要感測原理不是以光學(xué)方式來感測，而是通過制作于硅半導(dǎo)體的微小電極矩陣，且通過人體的導(dǎo)電特性，來測量每一電極與手指對應(yīng)面積的電容值；其相應(yīng)的偵測假手指的方式也是通過這種基本原理，通過皮膚阻抗的測量以鑒別真皮膚及假手指材料的差別?？墒?，由于假手指材料的多樣性，目前已有可以近乎完美地模擬真手指的導(dǎo)電特性的材料出現(xiàn)。例如，以果凍膠所制成的假手指(gummy finger)，其阻抗特性相似于人體皮膚，導(dǎo)致感測裝置無法有效的辨認出真假手指。所以，這種通過手指皮膚導(dǎo)電特性測量以鑒別真假手指的方法是有問題的。為此，本發(fā)明將采用另一種三度空間影像分析方式，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種指紋防偽裝置及其方法，以解決現(xiàn)有的指紋防偽方法因真假手指的濕度及電阻值重疊范圍過大而無法有效進行指紋防偽。根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種指紋防偽裝置，其包含指紋提取單元以及處理單元。 指紋提取單元提取指紋并根據(jù)指紋提供指紋圖像，指紋包含多個凸起部，各個凸起部在指紋圖像中所對應(yīng)的圖樣具有至少一個灰階值。處理單元分析指紋圖像的灰階分布，當(dāng)所述灰階值的標準差符合預(yù)設(shè)范圍時，處理單元判斷指紋是偽造指紋。其中，當(dāng)處理單元分析出所述灰階值的標準差超出預(yù)設(shè)范圍時，處理單元判斷指紋是真實指紋。其中，處理單元識別出指紋圖像具有奇異點后，以奇異點為中心向四周展開特定區(qū)域，處理單元再分析指紋圖像在特定區(qū)域內(nèi)的灰階分布。其中，該特定區(qū)域的外形為圓形、橢圓形或多邊形。根據(jù)本發(fā)明的目的，還提出一種指紋防偽方法，本指紋防偽方法適用于指紋防偽裝置，指紋防偽裝 置包括指紋提取單元以及處理單元。指紋防偽方法包含下列步驟指紋提取單元提取指紋，并根據(jù)指紋提供指紋圖像，指紋包含多個凸起部，各個凸起部在指紋圖像中所對應(yīng)的圖樣具有至少一個灰階值；接著，處理單元分析指紋圖像的灰階分布，判斷所述灰階值的標準差是否符合預(yù)設(shè)范圍；當(dāng)所述灰階值的標準差符合預(yù)設(shè)范圍時，處理單元判斷指紋是偽造指紋。其中，當(dāng)處理單元分析出所述灰階值的標準差超出預(yù)設(shè)范圍時，處理單元判斷指紋系是真實指紋。其中，處理單元在識別出指紋圖像具有奇異點，以奇異點為中心向四周展開特定區(qū)域，處理單元再分析指紋圖像在特定區(qū)域內(nèi)的灰階分布。其中，該特定區(qū)域的外形為圓形、橢圓形或多邊形。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的指紋防偽裝置及其方法，其可具有一個或多個下述優(yōu)占.
^ \\\ ·(1)該指紋防偽裝置及其方法可通過處理單元分析指紋圖像的灰階分布，由此可提高指紋防偽的正確性。(2)該指紋防偽裝置及其方法可通過分析以指紋圖像的奇異點為中心向四周展開的特定區(qū)域內(nèi)的灰階分布，由此可有效提高指紋識別及防偽的效率。


圖1為本發(fā)明的指紋防偽裝置的方框圖；圖2為本發(fā)明的指紋防偽裝置的第一實施例的示意圖；圖3為本發(fā)明的指紋防偽裝置的第二實施例的示意圖；圖4為本發(fā)明的指紋防偽方法的流程圖；以及圖5為本發(fā)明的指紋防偽方法的另一流程圖。主要部件符號說明1 指紋防偽裝置；10 指紋提取單元；11:處理單元；2 指紋；20、21 指紋圖像；200、201 灰階值；202、212 奇異點；203、213 特定區(qū)域;3:預(yù)設(shè)范圍；以及SlO S40 步驟。
具體實施例方式在指紋的幾何世界，手指紋路凸起的紋峰具有一定的長度延伸(ridge flow)，視各人的手指紋路特質(zhì)不同，而所延伸的長度與形狀也會不同，其基本特質(zhì)為，每一紋峰的延伸不是相同的等高線(contour)，而每一紋峰的延伸其兩側(cè)至紋谷(valley)的幾何變化不是垂直的角度，而是帶有連續(xù)性的坡度變化。再者，如果將手指皮下組織的三度空間特質(zhì)考慮進來，由于皮膚真正的導(dǎo)體特性是位于皮下的真皮層，而每一紋峰的延伸的皮下真皮層也不是等高線(contour)。因此，結(jié)合上述指紋幾何特性可以發(fā)現(xiàn)，通過感測皮下真皮層的每一紋峰的延伸高度變化，可以分辨真假手指。因為一般假手指的復(fù)制，都是通過取得被復(fù)制者在接觸過物體上所留下的二維平面的指紋，再通過一連串的復(fù)雜流程以仿制出三維立體的假手指。然而，即使是假手指材料特質(zhì)相似于真手，其所復(fù)制出來的紋峰的延伸幾乎都在同一等高線，而且都只有假手指的表皮導(dǎo)電特性，無法復(fù)制出具有真手表皮及真手真皮層的技術(shù)。因此，復(fù)制出來的假手指， 是完全無法表現(xiàn)出真手指每一紋峰的延伸的高度不均勻的變化。本發(fā)明的精神就是通過該特質(zhì)來解決防假手指的辨別。參閱圖1，圖1為本發(fā)明的指紋防偽裝置的方框圖。如圖1所示，本發(fā)明的指紋防偽裝置1包括指紋提取單元10以及處理單元11。指紋提取單元10提取指紋2并根據(jù)指紋2提供指紋圖像20。指紋2包含多個凸起部(即紋峰)，各個凸起部(紋峰)在指紋圖像20中具有至少一個灰階值200、201，且指紋圖像20還包括奇異點202信息。處理單元 11分析指紋圖像20的灰階分布，當(dāng)該些灰階值200、201的標準差符合預(yù)設(shè)范圍3時，處理單元11即判斷指紋2是偽造指紋；而當(dāng)處理單11元分析出這些灰階值200、201的標準差超出預(yù)設(shè)范圍3時，處理單元11即判斷指紋2是真實指紋。參閱圖2，圖2為本發(fā)明的指紋防偽裝置的第一實施例的示意圖。在圖2的左方為真實手指的指紋圖像，如圖2的左方所示，各個凸起部(即紋峰)所對應(yīng)的圖樣有著不一致的灰階值，即，在同一個凸起部中，所對應(yīng)的圖樣有些部分顏色較深，而有些部分顏色較淺 (如圖2中放大的部分所示)；相對的，在圖2的右方是從偽造手指所提取的指紋圖像，如圖 2的右方所示，各個凸起部(即紋峰)有著一致的灰階值，即，在同一個凸起部中，其所對應(yīng)的圖樣各部分的灰階值幾乎都是完全相同(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，偽造手指的紋峰在被提取成像的時候其灰階值的分布是很窄的一個分布；相對的，真實手指的紋峰在被提取成像的時候其灰階值的分布是很寬的一個分布。因此，本發(fā)明所提出的指紋防偽裝置在進行指紋識別時，利用處理單元分析整張指紋圖像各個凸起部(即紋峰)所對應(yīng)的圖樣之灰階分布。如圖2所示，在本實施例中，由于真實手指(指紋圖像20)的真皮層與表皮層之間的距離處處不同，所以指紋提取單元在提取真實手指的指紋時，各個凸起部(以黑線表示)所對應(yīng)的圖樣的各部分所具有的灰階值都不同；然而對于偽造手指(指紋圖像21)來說，其各個凸起部所具有的灰階值大約是固定的，其差距的變動范圍極小，因此偽造手指的指紋圖像21的對比較真實手指的指紋圖像 20要來的大。因此，本發(fā)明的處理單元分析整張指紋圖像各個凸起部(即紋峰)所對應(yīng)的圖樣之灰階分布，并判斷該些灰階值的標準差(即分布狀況)是否超出預(yù)設(shè)范圍，來決定該指紋是否是從偽造手指所提取的。當(dāng)然，分析指紋的方法并不限制于分析整張指紋圖像，也可以是按照先判斷出一個特定點后再展開特定范圍的方式來分析，這樣特定范圍的分析可以有效提高分析的效能，減少分析的時間，這在后面會有詳細說明。當(dāng)各個凸起部所對應(yīng)的圖樣的灰階值的標準差符合預(yù)設(shè)范圍時，即表示凸起部所具有的灰階值變化范圍極小，該指紋圖像被處理單元判斷為偽造手指的指紋；而當(dāng)各個凸起部所對應(yīng)的圖樣的灰階值的標準差不符合(大于)預(yù)設(shè)范圍時，即表示凸起部的灰階值變化很大，該指紋圖像被處理單元判斷為真實手指的指紋另外，本發(fā)明所采用的防假手指方法將手指紋路的三度空間幾何物理信息轉(zhuǎn)換成可以計量及計算的電壓信息，例如，在指紋注冊時，除了儲存特征信息外，同時也儲存了防假手指的信息，該防假手指的信息是通過計算在固定面積內(nèi)所采樣的指紋圖像的灰階度 (代表了指紋由皮膚表層進入真皮層的垂直空間信息)，而“固定面積”的選取方式也是本發(fā)明的另一個技術(shù)特征，由于在各方向及區(qū)域內(nèi)的指紋線密度不同，因此如果不選定特定區(qū)域及固定面積，則所得到的結(jié)果會有很大的差異。參閱圖3，圖3為本發(fā)明的指紋防偽裝置的第二實施例的示意圖。本發(fā)明的指紋防偽裝置在進行指紋識別時，處理單元除了分析整張指紋圖像的灰階分布外，還可先識別出指紋圖像具有奇異點(singular point)后，以奇異點為中心向四周展開特定區(qū)域，再分析指紋圖像在特定區(qū)域內(nèi)的灰階分布。其中，該特定區(qū)域的外形可為圓形、橢圓形或多邊形。如圖3所示，在本實施例中，處理單元在判斷出指紋圖像20、21中的奇異點202、212 后，分別以奇異點202、212為中心向四周展開特定區(qū)域203、213。接著處理單元再分析指紋圖像20、21在該特定區(qū)域203、213內(nèi)的灰階分布判斷這些灰階值的標準差是否超出預(yù)設(shè)范圍，來決定該指紋是否是偽造指紋。當(dāng)這些灰階值的標準差符合預(yù)設(shè)范圍時，即表示凸起部所對應(yīng)的圖樣的灰階值變化極小，該指紋圖像被處理單元判斷為從偽造手指提取的指紋；而當(dāng)這些灰階值的標準差不符合預(yù)設(shè)范圍時，即表示凸起部所對應(yīng)的圖樣的灰階值變化很大，該指紋圖像被處理單元判斷為從真實手指所提取的指紋。至于奇異點的選取， 簡述如下在得到原始的指紋圖像后，先經(jīng)過指紋圖像的正規(guī)化(normalization)，將指紋圖像值重新分配為介于0 255，在本實施例為8比特的灰階分布，由正規(guī)化的指紋再經(jīng)過 putty (為利用3 X 3九宮格計算圖像的平均值)處理后，最后根據(jù)該putty處理后的正規(guī)指紋圖像，利用3X3九宮格計算出該九宮格的平均梯度值，從而得到平均角度值，再由向量角度圖的差異化(相鄰角度差大于預(yù)設(shè)角度時)來計算出奇異點(singular point)。如上所述，本實施例可有效縮短指紋識別的時間，進而大幅提高指紋防偽的效率。盡管前述在說明本發(fā)明的指紋防偽裝置的過程中，已同時說明了本發(fā)明的指紋防偽方法的概念，但為求清楚起見，以下仍另外給出流程圖的詳細說明。參閱第4圖，圖4為本發(fā)明的指紋防偽方法的流程圖。如圖4所示，本發(fā)明的指紋防偽方法適用于指紋防偽裝置，指紋防偽裝置包括指紋提取單元及處理單元。本指紋防偽方法包含下列步驟(SlO)指紋提取單元提取指紋，并根據(jù)指紋提供指紋圖像，指紋包含多個凸起部，各個凸起部在指紋圖像中所對應(yīng)的圖樣具有至少一個灰階值；(S20)處理單元分析指紋圖像的灰階分布，并判斷這些灰階值的標準差是否符合預(yù)設(shè)范圍；以及(S30)當(dāng)處理單元分析出灰階值的標準差符合預(yù)設(shè)范圍時，處理單元判斷指紋是偽造指紋。另外，如果在步驟(S30)中，灰階值的標準差不符合預(yù)設(shè)范圍時，則進行步驟 (S40)，處理單元判斷指紋是真實指紋。參閱圖5，圖5為本發(fā)明的指紋防偽方法的另一流程圖。在一些較佳的實施例中， 在上述的步驟(Sio)之后還可包含下列步驟(Sll)處理單元識別出指紋圖像所具有的奇異點后，以奇異點為中心向四周展開特定區(qū)域；以及(S12)處理單元分析在該特定區(qū)域內(nèi)的指紋圖像的灰階分布，并判斷這些灰階值的標準差是否符合預(yù)設(shè)范圍。接著在步驟(S 12)后執(zhí)行步驟(S30)或(S40)。本發(fā)明的指紋防偽方法的細節(jié)已于前述說明本發(fā)明的指紋防偽裝置時詳細地進行了說明，在此不再贅述。綜上所述，本發(fā)明的指紋防偽裝置及其方法通過處理單元分析指紋圖像的灰階分布，而可解決現(xiàn)有的指紋防偽方法因真假手指的濕度及電阻值重疊范圍過大而無法有效進行指紋防偽的問題，且可提高指紋防偽的正確性；另外，本發(fā)明的指紋防偽裝置及其方法更可通過分析以指紋圖像的奇異點為中心向四周展開的特定區(qū)域內(nèi)的灰階分布，而有效提高指紋識別及防偽的效率。以上所述僅為舉例性，而非為限制性。任何未脫離本發(fā)明的精神與范疇而對其進行的等效修改或變更，均應(yīng)包含在權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種指紋防偽裝置，包括指紋提取單元，提取指紋并根據(jù)所述指紋提供指紋圖像，所述指紋包含多個凸起部，各個凸起部在所述指紋圖像中所對應(yīng)的圖樣具有至少一個灰階值；以及處理單元，分析所述指紋圖像的灰階分布，當(dāng)所述灰階值的標準差符合預(yù)設(shè)范圍時，所述處理單元判斷所述指紋是偽造指紋。
2.如權(quán)利要求1所述的指紋防偽裝置，其中，當(dāng)所述處理單元分析出所述灰階值的標準差超出預(yù)設(shè)范圍時，所述處理單元判斷所述指紋是真實指紋。
3.如權(quán)利要求2所述的指紋防偽裝置，其中，所述處理單元識別出所述指紋圖像具有奇異點后，以所述奇異點為中心向四周展開特定區(qū)域，所述處理單元分析所述指紋圖像在所述特定區(qū)域內(nèi)的灰階分布。
4.如權(quán)利要求3所述的指紋防偽裝置，其中，所述特定區(qū)域的外形為圓形、橢圓形或多邊形。
5.一種指紋防偽方法，所述指紋防偽方法適用于指紋防偽裝置，所述指紋防偽裝置包括指紋提取單元和處理單元，所述指紋防偽方法包括下列步驟所述指紋提取單元提取指紋，并根據(jù)所述指紋提供指紋圖像，所述指紋包含多個凸起部，各個凸起部在所述指紋圖像中所對應(yīng)的圖樣具有至少一個灰階值；所述處理單元分析所述指紋圖像的灰階分布，并判斷所述灰階值的標準差是否符合預(yù)設(shè)范圍；以及當(dāng)所述灰階值的標準差符合所述預(yù)設(shè)范圍時，所述處理單元判斷所述指紋是偽造指紋。
6.如權(quán)利要求5所述的指紋防偽方法，其中，當(dāng)所述處理單元分析出所述灰階值的標準差超出所述預(yù)設(shè)范圍時，所述處理單元判斷所述指紋是真實指紋。
7.如權(quán)利要求6所述的指紋防偽方法，其中，所述處理單元識別出所述指紋圖像具有奇異點后，以所述奇異點為中心向四周展開特定區(qū)域，所述處理單元分析所述指紋圖像在該特定區(qū)域內(nèi)的灰階分布。
8.如權(quán)利要求7所述的指紋防偽方法，其中，所述特定區(qū)域的外形為圓形、橢圓形或多邊形。
全文摘要
本發(fā)明公開一種指紋防偽裝置及其方法，該指紋防偽裝置包括指紋提取單元以及處理單元。指紋提取單元提取指紋并根據(jù)指紋提供指紋圖像，指紋包含多個凸起部，各個凸起部在指紋圖像中所對應(yīng)的圖樣具有至少一個灰階值。處理單元分析指紋圖像的灰階分布，當(dāng)所述灰階值的標準差符合預(yù)設(shè)范圍時，處理單元判斷指紋是偽造指紋。
文檔編號G06K9/00GK102446268SQ201010503770
公開日2012年5月9日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者周正三 申請人:神盾股份有限公司