CN102667849B - 伪指判别设备 - Google Patents
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Abstract
可以利用单个输入操作获取伪指判别所需的指纹图像，并且改善用户友好性和伪指判别精度。设备具有：移动装置，用于相对于手指移动放置了作为判别对象的手指的传感器表面；感测装置，用于获取移动传感器表面之前和之后手指的指纹图像；导出装置，用于基于感测装置获得的两种类型的指纹图像，获取在移动传感器表面之前和之后指纹的变形程度；存储装置，用于存储与指纹变形程度相关的变形阈值，以判别传感器表面上的手指是真指还是伪指；以及判别装置，用于基于导出装置获得的指纹变形程度与变形阈值之间的比较结果，判别传感器表面上放置的手指是真指还是伪指。
Description
技术领域
本发明涉及伪指判别设备等，适于识别伪指。
背景技术
近年来，作为识别个体的一种认证系统，指纹认证受到关注。指纹是唯一的，因为对于每个人而言，指纹是不同的，甚至不随时间逝去而改变。因此，与目前普遍使用的口令认证等相比，指纹认证更可靠。同时，对于指纹认证，有必要阻止欺骗行为，即某些人获取并伪造他人指纹，并使用伪指等假扮他人。
作为识别伪指的方法，例如，建议了一种方法，使用芦苇形扫描型传感器，使在传感器上放置的手指沿着两个方向滑动；即，按照恒定速度前后滑动(指尖方向和指底部方向)，确认获得的两个指纹图像之间的差异(即，变形量)是否落入在使用人的真指时获得的变形量的正常范围内，从而判别是否将手指识别为伪指(例如，参考专利文档1)。
专利文档1：PCT申请No.2007-511845的日语译文
然而，对于专利文档1中公开的所述方法，需要测试对象执行两个输入操作(即，沿两个方向滑动人的手指；即，相对于扫描型传感器的前后方向)，存在的问题在于降低了用户友好性。
此外，当使用扫描型传感器时，需要测试对象以恒定速度滑动手指。这导致与指纹图像的变形相关的诸如个体差异之类的不一致性，并且判别精度可能劣化。
发明内容
鉴于前述情况设计了本发明，并且本发明的目的在于，提供一种伪指判别装置，能够利用单个输入操作获取伪指判别所需的指纹图像，提高用户友好性和伪指判别精度。
根据本发明的判别对象感测设备，包括：移动装置，用于相对于手指移动传感器表面，其中手指放置在所述传感器表面上，作为判别对象；以及感测装置，用于获取移动所述传感器表面之前和之后手指的指纹图像。
此外，根据本发明的伪指判别设备是包括前述判别对象感测设备的伪指判别设备，包括：导出装置，用于基于所述感测装置获得的两种类型的指纹图像，获取在移动所述传感器表面之前和之后指纹的变形程度；存储装置，用于存储与所述指纹的变形程度相关的变形阈值，以判别传感器表面上的手指是真指还是伪指；以及判别装置，用于基于所述导出装置获得的所述指纹的变形程度与所述变形阈值之间的比较结果，判别在所述传感器表面上放置的手指是真指还是伪指。
此外，根据本发明的伪指判别方法，包括：在移动传感器表面之前，获取在所述传感器表面上放置的作为判别对象的手指的指纹图像；相对于手指移动所述传感器表面；在移动所述传感器表面之后，获取在所述传感器表面上放置的手指的指纹图像；基于在移动所述传感器表面之前和之后的两种类型的指纹图像，获取在移动所述传感器表面之前和之后指纹的变形程度；将所获得的指纹的变形程度与关于指纹变形程度的变形阈值相比较，并基于比较结果判别在所述传感器表面上放置的手指是真指还是伪指。
根据本发明，能够利用单个输入操作获取伪指判别所需的指纹图像，并且提高用户友好性和伪指判别精度。
附图说明
图1是根据本实施例的伪指判别设备的俯视图。
图2是图1所示的伪指判别设备沿线II-II的截面图。
图3是示出了计算机的功能块的图。
图4是示出了真指变形之前和之后的指纹图像的图。
图5是示出了伪指变形之前和之后的指纹图像的图。
图6是示出了伪指判别处理的流程图。
图7是示出了根据修改示例的引导部的图。
图8是示出了根据修改示例的引导部的图。
图9是示出了根据修改示例的引导部的图。
图10是示出了根据修改示例的电容式传感器的结构的图；
具体实施方式
现在，将参考附图描述根据本发明的伪指判别设备的优选实施例。
A.采用的技术构思
伪指和人指硬度不同，当对手指施加压力时，指纹(伪指的人造指纹)的变形程度显著不同。例如，由诸如聚乙烯醇或多乙酸乙烯酯树脂之类的材料制成的伪指比人指硬，与对人指施加压力时指纹的变形程度相比，对伪指施加相同压力时指纹的变形程度要小。鉴于伪指的这些特性设计了本发明。
B.实施例
(1)实施例的配置
首先，参考图1和图2说明本实施例的伪指判别设备100的配置。图1是从正上方看时伪指判别设备的俯视图，以及图2是图1沿线II-II的截面图。
伪指判别设备100是用于判别作为指纹认证对象的判别对象T是否是伪指的设备。
如图1和图2所示，伪指判别设备100包括外壳10、传感器表面20、移动机构25、光源30、成像设备40、引导部50和计算机60。具体地，根据本实施例的伪指判别设备100是独特的，原因在于该设备具有用于移动传感器表面20的移动机构25。应注意，在后续说明中，外壳10的提供传感器表面20的一侧被称作上侧。
传感器表面20是放置判别对象T(在该示例中，手指)的表面，并是通过例如光纤板等配置的。移动机构25可以沿朝着手指底部的方向(参见图2的白箭头所示的方向)将传感器表面移动预定量。
移动机构(移动装置)25是通过小型电机或类似物配置的，并且是用于将传感器表面20朝向作为判别对象T的手指底部按照预定速度移动预定距离的装置。移动机构25移动传感器表面20是受计算机60控制的。应注意，稍后详细说明传感器表面20的移动，因而在此省略。
在传感器表面20的下侧提供成像设备(感测装置)40。成像设备40通过使用在外壳10的下侧提供的光源30来执行反射光感测，并且获取在传感器表面20上放置的作为判别对象T的手指的图像。换句话说，成像设备40经由物镜等获取在传感器表面20上放置的判别对象的图像，从而获得指纹图像，在指纹图像中，皮肤的凸纹显示是亮的，而凸纹之间的凹纹显示是暗的。
引导部50阻止作为判别对象T的手指在移动机构25移动传感器表面20时与传感器表面20一起移动。如图1和2所示，引导部50设置在如下位置：当手指放置在传感器表面20上时手指第一指节附近的区域与该位置接触。换句话说，提供了用于固定在传感器表面20上放置的手指的引导部50，作为传感器表面20的移动轨迹的延伸。因为在前述位置提供引导部50，并且在该位置固定手指，所以能够阻止在传感器表面20上放置手指的情况下手指随着传感器表面20的移动而移动。
计算机(导出装置)60是通过CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等来配置的，并且CPU通过执行在ROM和RAM中存储的多种控制程序等集中控制伪指判别设备100的各个部件。
图3是计算机60的功能框图。计算机60包括放置检测装置61、图像获取装置62、移动控制装置63和伪指判别装置64。
放置检测装置61基于从光量传感器(未示出)或类似物输出的传感器信号，判别判别对象T是否已经放置在传感器表面20上。当放置检测装置61检测到判别对象T已经放置在传感器表面20上时，该装置向图像获取装置62和移动控制装置63通知该检测结果。
图像获取装置(感测装置)62获取在移动传感器表面20之前和之后的指纹图像。具体地，在从放置检测装置61接收到作为判别对象T的手指已放置在传感器表面20上的通知时，图像获取装置62使用光源30和成像设备40执行反射光感测，并获取移动传感器表面20之前的指纹图像(即，代表了变形之前的指纹的指纹图像；在下文中，被称作“变形前指纹图像”)。同时，当图像获取装置62从移动控制装置63接收到传感器表面20已移动的通知时，图像获取装置62使用光源30和成像设备40执行反射光感测，并且获取移动传感器表面20之后的图像(即，代表了变形之后的指纹的指纹图像；在下文中，被称作“变形后指纹图像”)。图像获取装置62向伪指判别装置64输出获取的变形前指纹图像和变形后指纹图像。
移动控制装置63控制移动机构25对传感器表面20的移动。具体地，移动控制装置63从放置检测装置61接收已在传感器表面20上放置了判别对象T的通知，并且在从伪指判别装置64接收到已经获取了变形前指纹图像的通知时，移动控制装置63沿朝着手指底部的方向按照预定速度(移动速度)将传感器表面20移动预定量(移动量)。当移动传感器表面20时，移动控制装置63通知图像获取装置62传感器表面20已移动。应注意，移动机构25的移动速度和移动量可以设置为最佳值，其中，在考虑到移动传感器表面20之前和之后的指纹的变形程度的情况下，基于测试预先获得所述最佳值。
伪指判别装置(导出装置、判别装置)64通过分析从图像获取装置62提供的变形前指纹图像和变形后指纹图像，判别手指是否是伪指。
这里，当在传感器表面20上放置了判别对象T(真指或伪指)的情况下沿朝着手指底部的方向移动传感器表面20时，与手指底部附近的指纹相比，指尖附近的指纹中凸纹的间距更窄，但是与真指相比，伪指指纹的变形程度更小(参见前述A.采用的技术构思)。
图4是示出了真指的变形前指纹图像和变形后指纹图像的图，以及图5是示出了伪指的变形前指纹图像和变形后指纹图像的图。应注意，图4和图5所示的“A”示出了变形前指纹图像，而图4和5所示的“B”示出了变形后指纹图像。此外，图4和图5中的α部分示出了指纹的特征部分(例如，包括细节的部分，比如凸纹的分支或端点)。
通过比较图4的A和B明显可见，对于从真指获得的指纹，由于指尖端的手指的变形，特征部分α显著移动。同时，通过比较图5的A和B明显可见，对于从伪指获得的指纹，特征部分α几乎不移动。这是因为与真指相比，伪指的变形较小。
伪指判别装置64通过分析由图像获取装置62提供的指纹图像来提取指纹的特征部分α，并且判别所提取的特征部分α在变形之前和之后的移动量Vm是否超过移动量阈值(变形阈值)Th。移动量阈值Th是如下阈值，即为了判别判别对象T是伪指还是真指而设置的阈值，并且可以通过测试预先获得该阈值。应注意，作为另一方法，还可以基于频率分析来获得特征部分α处移动方向的线间距D，并且判别所获得的线间距D是否超过设定的线间距阈值Dh。
当移动量Vm不小于移动量阈值Th时，伪指判别装置64判别判别对象T是真指。同时，当移动量Vm小于移动量阈值Th时，伪指判别装置64判别判别对象T是伪指。现在参考图6说明伪指判别设备100的操作。
(2)实施例的操作
伪指判别设备100的计算机60首先通知测试对象将判别对象T(即，他/她的手指)放置到传感器表面20上(步骤S1)。
测试对象根据该消息将他/她的手指放置到传感器表面20上，使得手指的第一指节附近的区域与引导部50接触。
计算机60的放置检测装置61基于从光量传感器(未示出)等输出的传感器信号，判别是否已经在传感器表面20上放置了判别对象T(步骤S2)。当放置检测装置61在重复执行步骤S2时检测到已经在传感器表面20上放置了判别对象T时(步骤S2，是)，放置检测装置61向图像获取装置62和移动控制装置63通知该检测结果。
当图像获取装置62从放置检测装置61接收到已经在传感器表面20上放置了作为判别对象T的手指的通知时，图像获取装置62使用光源30和成像设备40来执行反射光检测，并获取移动传感器表面20之前的指纹图像(即，变形前指纹图像)(步骤S3)。此外，图像获取装置62向伪指判别装置64输出所获取的变形前指纹图像(步骤S4)。当伪指判别装置64接收到变形前指纹图像时，向移动控制装置63通知变形前指纹图像的获取。
当移动控制装置63从放置检测装置61接收到已经在传感器表面20上放置了作为判别对象T的手指的通知，并且从伪指判别装置64接收到已经获取到变形前指纹图像的通知时，移动控制装置63沿朝着手指底部的方向按照预定速度(移动速度)将传感器表面20移动预定量(移动量)(步骤S5)。如上所述，通过测试获得的最佳值可以用作移动速度和移动量。当移动传感器表面20时，移动控制装置63向图像获取装置62通知已经移动了传感器表面20。
当图像获取装置62从移动控制装置63接收到已经移动了传感器表面20的通知时，图像获取装置62使用光源20和成像设备40执行反射光感测，并且获取变形后指纹图像(步骤S6)。图像获取装置62向伪指判别装置64输出所获取的变形前指纹图像和变形后指纹图像(步骤S7)。
当伪指判别装置64从图像获取装置62接收到变形前指纹图像和变形后指纹图像时，伪指判别装置64通过比较并分析接收到的变形前指纹图像和变形后指纹图像，来判别作为判别对象T的手指是真指还是伪指(步骤S8)。如上所描述的，在从真指获得指纹的情况下，特征部分α由于手指的变形而显著移动(参见图4的A和B)，然而在从伪指获得指纹的情况下，由于伪指的变形比真指的变形小，特征部分α几乎不移动(参见图5的A和B)。
伪指判别装置64使用伪指的前述特征，首先分析从图像获取装置62提供的指纹图像，并随后提取指纹的特征部分(例如，包括细节的部分，比如凸纹的分支或端点)α。此外，伪指判别装置64判别所提取的特性部分α变形之前与变形之后的移动量Vm是否超过了移动量阈值Th。如上所述，移动量阈值Th是如下阈值，即为了判别判别对象T是伪指还是真指而设置的阈值，并且可以通过测试预先获得该阈值。当移动量Vm不小于移动量阈值Th时，伪指判别装置64判别判别对象T是真指。同时，当移动量Vm小于移动量阈值Th时，伪指判别装置64判别判别对象T是伪指。从而结束前述处理。
当判别判别对象T是真指时，计算机60执行在伪指判别中获得肯定结果的情况下(判别手指是真指)执行的处理，比如通过使用所获取的指纹图像来执行个人认证。同时，当判别判别对象T是伪指时，计算机60执行在伪指判别中获得否定结果的情况下(判别手指是伪指)执行的处理，比如通过在显示器(未示出)上显示手指是伪指的警告消息。
如上所述，根据本实施例，可以通过测试对象仅须执行将其手指放置到传感器表面上的一个输入操作来执行伪指判别。因此，与执行伪指判别需要两个输入操作的常规技术相比(具体地，沿两个方向滑动手指的操作；即，相对于扫描型传感器的前后方向)，可以改善用户友好性。
此外，对于使用扫描型传感器的常规技术，需要测试对象按照恒定速度滑动其手指。这导致与指纹图像变形相关的诸如个体差异之类的不一致性，并且判别精度可能劣化。同时，对于本实施例，可以通过使用移动机构移动传感器表面来获得变形的指纹图像，而非通过测试对象移动其手指。因此，可以阻止诸如个体差异之类的不一致性，从而提高判别精度。
C.修改示例
(1)前述实施例说明了沿朝着手指底部的方向移动传感器表面20的情形。然而，例如，如图7的箭头所示，还可以沿朝着指尖的方向移动传感器表面20。不言而喻，除了手指的纵向(图7所示的X方向)之外，还可以沿着手指的横向方向(图7所示的Y方向)或者手指的垂直方向(图7所示的Z轴)移动传感器表面20。此外，还可以旋转传感器表面20(例如，围绕图7所示的X轴旋转)。
因此，当要移动或旋转传感器表面20时，引导部50应该设置为使得手指不会随着传感器20的移动或旋转而移动或旋转。例如，当朝着指尖方向移动传感器表面20时，引导部50可以设置为使得指尖与引导部50的正面f接触，如图7所示；即，引导部50应该提供作为传感器表面20的移动轨迹的延伸，来固定在传感器表面20上放置的手指。
此外，如图8所示，可以提供第一引导部50a，使得指尖与其接触，以及可以提供第二引导部50b，使得手指的侧面与其接触。当提供第一引导部50a和第二引导部50b时，例如朝着指尖的方向移动传感器表面20，并且获取该移动之后的指纹图像(在下文中，被称作“第一移动指纹图像”)。随后，沿手指的侧向(例如，向着左侧面)移动传感器表面20，并且获取该移动之后的指纹图像(在下文中，称作“第二移动指纹图像”)。随后，分别将移动传感器表面20之前的指纹图像与第一移动指纹图像相比较，将移动传感器表面20之前的指纹图像与第二移动指纹图像相比较，也可以基于比较结果判别判别对象T是伪指还是真指。
此外，当沿着手指的垂直方向移动传感器表面20时，还可以提供图9所示的引导部50，其覆盖了测试对象的整个手指。
(2)此外，前述实施例说明了通过使用包括光源30和成像设备40的光传感器来获取指纹图像的情形，但是还可以使用电容式传感器70。图10是示出了电容传感器70的原理的图。
与光传感器不同，电容式传感器70不需要布置光部件或者准备光路径，该传感器给出如下有益效果：可以以紧凑小型的形式低成本地制造传感器。对于电容式传感器70而言，利用保护性薄膜覆盖传感器表面20，并且在传感器中嵌入的多个内部电极71布置在保护性薄膜下面。各个内部电极71连接至图像生成部72。在按照上述配置的电容式传感器70中，当作为判别对象T的手指与传感器表面接触时，根据手指表面和内部电极71之间的距离的电荷在电极中累积。图像生成部72通过根据电容来测量阻抗，来获取指纹图像。应注意，通过使用移动机构25使传感器表面20移动与前述实施例相同，省略额外的说明。
以上描述了使用电容式传感器70的情形，但是本发明还可以应用于非光传感器、全息系统的传感器、发光系统的传感器、超声系统的传感器、压敏传感器、热敏传感器等等。
(3)此外，前述实施例和前述修改实施例说明了使用手指的指纹判别判别对象T是否是真的情形。然而，本发明还可以用于以下情形，即使用人手手掌的掌纹来判别判别对象T是否是真。
此外，在与处理内容一致的程度上，可以任意改变本实施例所示的各个过程的步骤的顺序或并行执行本实施例所示的各个过程的步骤。此外，本说明书中使用的术语“装置”等并非仅指物理装置，还包括通过软件实现这种装置的功能的情形。此外，可以通过两个或多个物理装置实现一个装置的功能，并且可以通过一个物理装置实现两个或多个装置的功能。此外，可以通过诸如CD-ROM或DVD-ROM或其它光盘、磁盘或半导体存储器之类的多种记录介质，或者经由通信网络等下载，在计算机中安装或加载根据本发明的软件。
本申请涉及并要求基于2009年12月7日提交的No.2009-277655的日本专利申请的优先权，其全部公开在此并入以供参考。
以上参考实施例说明了本发明，但本发明不限于前述实施例。本领域普通技术人员可以在本发明的范围内对本发明的配置和细节进行多种修改。
根据本发明的伪指判别设备可以利用单个输入操作获取伪指判别中所需的指纹图像，并且适于提高用户友好性和伪指的判别精度。
附图标记的说明
100...伪指判别设备、10...外壳、20...传感器表面、25...移动机构、30...光源、40...成像设备、50...引导部、60...计算机、61...放置检测装置、62...图像获取装置、63...移动控制装置、64...伪指判别装置
Claims (5)
1.一种伪指判别设备，包括：
移动装置，用于当手指以静止状态放置在传感器表面上时，在针对传感器表面的水平方向上按照预定速度以预定量移动传感器表面，其中手指放置在所述传感器表面上，作为判别对象；
感测装置，用于获取移动所述传感器表面之前和之后手指的指纹图像；
导出装置，用于基于所述感测装置获得的两种类型的指纹图像，获取在移动所述传感器表面之前和之后指纹的变形程度；
存储装置，用于存储与所述指纹的变形程度相关的变形阈值，以判别传感器表面上的手指是真指还是伪指；以及
判别装置，用于基于所述导出装置获得的所述指纹的变形程度与所述变形阈值之间的比较结果，判别在所述传感器表面上放置的手指是真指还是伪指。
2.根据权利要求1所述的伪指判别设备，其中
所述移动装置沿着手指的纵向方向、手指的横向方向或与手指的纵向方向相垂直的方向移动或旋转所述传感器表面。
3.根据权利要求1所述的伪指判别设备，其中
提供用于对所述传感器表面上放置的手指进行固定的引导部，作为所述传感器表面的移动轨迹的延伸。
4.根据权利要求3所述的伪指判别设备，其中
其中，所述引导部提供在与所述传感器表面上放置的手指的指尖接触的位置，或者与所述传感器表面上放置的手指的侧面接触的位置。
5.一种伪指判别方法，包括如下步骤：
在移动传感器表面之前，获取在所述传感器表面上放置的作为判别对象的手指的指纹图像，其中手指以静止状态放置在所述传感器表面上，
当手指以静止状态放置在所述传感器表面上时，在针对传感器表面的水平方向上按照预定速度以预定量移动所述传感器表面；
在移动所述传感器表面之后，获取在所述传感器表面上放置的手指的指纹图像；
基于移动所述传感器表面之前和之后的两种类型的指纹图像，获得移动所述传感器表面之前和之后指纹的变形程度；以及
将所获得的指纹的变形程度与关于指纹变形程度的变形阈值相比较，并基于比较结果判别在所述传感器表面上放置的手指是真指还是伪指。
Applications Claiming Priority (3)
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