CN102804229B - 确定设备、指纹输入设备、确定方法以及确定程序 - Google Patents

Abstract

一种设备不能够通过比较从相同手指获得的反射光图像和透射光图像高精度地检测手指的伪造物。确定设备配有：输入部件，用于输入利用手指表面反射的光捕捉手指指纹获得的反射光图像和利用透过手指的光捕捉手指指纹获得的透射光图像；以及确定部件，用于将反射光图像与透射光图像相比较，并输出手指指纹的真伪确定结果。

Description

确定设备、指纹输入设备、确定方法以及确定程序

技术领域

本发明涉及确定设备、指纹输入设备、确定方法以及确定程序。

背景技术

在专利文献1中，描述了一种设备，其用于当将伪造物确定照射的可见光反射到拍摄物体上所获得的图像的颜色不同于事先利用数据记录部件登记的手指图像的颜色时，确定该物体是伪造手指。该设备通过核对将个人识别照射的近红外光施加于手指而从透射光中获得的细部特征、和事先以相同方式获得并利用数据记录部件登记的手指图像的细部特征，来进行个人识别。

在专利文献2中，公开了一种设备，其通过有选择地切换白光和红外光，通过在手指的表面部分上反射白光而获取指纹图像，通过使红外光进入手指内部并被散射而获取静脉图像，以及通过将它们中的每一个与登记的指纹图像和登记的静脉图像相比较，来证明特定个人。

在专利文献3中，公开了一种设备，其通过将高灵敏度地拍摄的指纹图像与低灵敏度地拍摄的指纹图像相比较，来确定伪造手指。

在专利文献4中，公开了一种设备，其根据通过波长不同的透射光成像的手指静脉照片之间的差异确定手指静脉图像是否是活体的手指静脉图像。

引用列表

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请特许公开第2007-122237号

[专利文献2]日本专利申请特许公开第2007-179434号

[专利文献3]日本专利申请特许公开第2007-259964号

[专利文献4]日本专利申请特许公开第2008-67727号

发明内容

本发明要解决的问题

上述专利文献中的技术不能高精度地检测手指的伪造物，因为它们取决于从相同手指获得的反射光图像和透射光图像的比较。在专利文献1中描述的技术通过将拍摄物体的反射光图像与真正手指的反射光图像相比较进行真伪确定。在专利文献2中描述的技术只进行核对目标的手指与真正手指的图像比较，除此之外，它本来就不确定手指指纹的真假。在专利文献3中，甚至没有提到反射光图像和透射光图像。在专利文献4中描述的技术是进行相同手指的透射光图像之间的比较的技术。

本发明的目的是提供解决上述问题的确定设备、指纹输入设备、确定方法以及确定程序。

解决问题的手段

本发明示范性实施例中的确定设备包含：输入部件，用于接收通过手指表面反射的光拍摄手指指纹获得的反射光图像和通过透过手指的光拍摄手指指纹获得的透射光图像；以及确定部件，用于将反射光图像与透射光图像相比较，并输出手指指纹的真伪确定结果。

本发明示范性实施例中的确定程序使计算机进行如下处理：接收通过手指表面反射的光拍摄手指指纹获得的反射光图像、和通过透过手指的光拍摄手指指纹获得的透射光图像；以及通过将反射光图像与透射光图像相比较而输出手指指纹的真伪确定结果。

本发明示范性实施例中的确定方法包含：接收通过手指表面反射的光拍摄手指指纹获得的反射光图像、和通过透过手指的光拍摄手指指纹获得的透射光图像；将反射光图像与透射光图像相比较；以及输出手指指纹的真伪确定结果。

本发明的效果

确定设备利用通过反射光获得的图像与通过透射光获得的图像之间的特征差异高精度地确定手指的真伪。

附图说明

图1是例示指纹伪造膜41的图；

图2是按照第一示范性实施例的指纹输入设备30的框图；

图3是第一透射光源和第二透射光源的布置例子的图；

图4A是确定设备20的操作流程图(1/2)；

图4B是确定设备20的操作流程图(2/2)；

图5是按照第二示范性实施例的成像设备10的局部框图；

图6是按照第三示范性实施例的指纹输入设备30的框图；以及

图7是按照第四示范性实施例的确定设备20的框图。

标号说明

10 成像设备

11 手指

12 透明板

13 第一透射光源

14 第二透射光源

15 反射光源

16 第一图像传感器

17 A/D转换器

18 第二图像传感器

19 红外截止滤光片

20 确定设备

21 计算机

22 处理器

23 存储器

24 驱动部件

25 输入单元

26 确定单元

29 确定程序

30 指纹输入设备

40 活体特征输入设备

41 指纹伪造膜

具体实施方式

使用指纹证明个体的活体特征输入设备40读取皮肤表面的不平坦性。于是，活体特征输入设备40难以揭穿像通过在真正手指11的指尖上粘贴如图1所示具有不平坦性的半透明指纹伪造膜41来“伪装”成另一个人那样的行为。这样的恶意行为也可以通过用具有不平坦性的像硅那样的树脂伪造的手指11来实施。这个示范性实施例的指纹输入设备30通过手指11的指纹的真伪确定防止了像上述“伪装”那样的行为。

图2是按照这个示范性实施例的指纹输入设备30的框图。指纹输入设备30包括：获取和输出手指11的指纹图像的成像设备10；以及进行手指11的指纹的真伪确定并输出确定结果的确定设备20。

成像设备10包括透明板12、第一透射光源13、第二透射光源14、反射光源15、第一图像传感器16和A/D(模拟/数字)转换器17。将手指11放置在上部，与透明板12接触。

第一透射光源13是发出例如红外线或近红外线的LED(发光二极管)。第二透射光源14是像发出白光的白色LED那样的可见光源。第一透射光源13和第二透射光源14被放置在透明板12的周围，并且从指侧、指尖等照射手指11。

像发出白光的白色LED那样的可见光源优选地用作反射光源15。在通过谱分析等进行颜色分析的前提下，反射光源15可以是可见光之外的其它类型光的光源。反射光源15被放置在透明板12下面的部分中(在透明板12相对于手指11的接触面的另一侧上)并且相对于透明板12处在倾斜方向上(相对于手指11放置在透明板12上的地方在向外方向上)，并且从下面照射手指11。反射光源15被放置在使手指11的反射光可以进入第一图像传感器16中的位置上。

发出红外线或近红外线的LED是常用在例如红外线遥控器等中的850-960nm的波段的LED。白色LED是由例如红色、蓝色和绿色的三原色的LED构成的LED、或使用蓝色或紫外色的荧光发射的LED。

第一图像传感器16是具有例如直到近红外线区的敏感性的彩色图像传感器。A/D转换器17数字化第一图像传感器16获得的模拟图像数据，并且将其发送给确定设备20。

当第一透射光源13发光，并且将近红外线等照射在真正手指11上时，近红外线等在手指11内部被散射，并且，通过从皮肤辐射的近红外光，第一图像传感器16获得良好的指纹图像。其原因是近红外线能很好地穿过活体。

当第二透射光源14发光，并且将白光等照射在真正手指11上时，白光等在手指11内部被散射，并且，通过从皮肤辐射的白光等，第一图像传感器16获得反映血液的颜色的红色的指纹图像。

同时，为了通过在真正手指11内部散射和穿过的近红外线或白光获取指纹图像，期望将手指11压在透明板12上，以便使手指11的压侧中的血液尽可能多地流到手指11的该侧等。原因是防止像静脉那样的血管被成像。

当反射光源15发光，并且将白光等照射在真正手指11上时，在手指11的表面上反射白光等，并且，通过从皮肤辐射的白光等，第一图像传感器16获得具有皮肤颜色的反射光图像。换句话说，将反射光源15放置在可以在第一图像信号16上获取反射光图像的位置上。

确定设备20从成像设备10接收使用三种类型光源的由第一图像传感器16获得的相同手指11的三种类型指纹图像，通过分析每个图像的特征和通过比较这些特征进行手指11的指纹的真伪确定，并且输出确定结果信号。

将确定设备20输出的真伪确定结果输入到例如未图示的活体特征输入设备40中。当真伪确定结果是例如“真”(手指11是真正手指)时，活体特征输入设备40使用手指11的指纹进行个体的验证。当真伪确定结果是“真”时，确定设备20可以将从成像设备10接收的三种类型指纹图像全部或部分输出到活体特征输入设备40。此外，当真伪确定结果是“真”时，确定设备20可以进行个人验证。

为了输入上述三种类型的指纹图像，确定设备20控制三种类型光源(第一透射光源13、第二透射光源14和反射光源15)的开关。但是，也可以配置成三种类型光源的开关不是由确定设备20控制，而是由成像设备10自主控制，成像设备10相继获取三种类型的指纹图像，并将这些指纹图像发送给确定设备20。

确定设备20可以通过逻辑电路实现为专用设备。例如，确定设备20可以包括：输入单元25，其接收来自成像设备10的指纹图像；以及确定单元26，其通过分析每个图像的特征和通过比较这些图像进行手指11的指纹的真伪确定，并输出确定结果信号。它也可以通过计算机21的处理器22来实现，该处理器22通过读取和执行存储在存储器23中的确定程序29起确定设备20的作用。

图3是第一透射光源13和第二透射光源14的布置例子的图。例如，第一透射光源13和第二透射光源14交替地沿着透明板12的周围放置，并且将近红外线和白光从手指11的指尖和指侧，从手指11的第一关节附近的下侧等施加于手指11。

图4A和图4B是确定设备20的操作流程图。这里，作为前提，假设在初始状态下所有三种类型光源都是关闭的。

确定设备20打开反射光源15，并且将第一图像传感器16获得的反射光图像存储在存储器23中。接着，确定设备20从获得的反射光图像中提取指纹图案(第一图案)(S1)。在获得反射光图像之后，确定设备20关闭反射光源15。

确定设备20打开第一透射光源13，并且将第一图像传感器16获得的透射光图像(第一透射光图像)存储在存储器23中。接着，确定设备20从获得的第一透射光图像中提取指纹图案(第二图案)(S2)。在获得第一透射光图像之后，确定设备20关闭第一透射光源13。

确定设备20核对第一图案和第二图案(S3)。当从它们的相似度中确定它们是相同指纹(步骤S4中的是)时，确定设备20前进到下一个步骤。当不能确定它们是相同指纹(步骤S4中的否)时，确定设备20输出认为是“假”的确定结果(S11)，并结束该操作。也就是说，确定设备20将手指11确定为伪造物。

当将半透明指纹伪造膜41粘贴在手指11上时，确定设备20从反射光图像中提取伪造膜41的指纹(不平坦)图案。另一方面，确定设备20从第一透射光图像中检测到真正手指11的指纹图案和伪造膜41的指纹(不平坦)图案叠加的双重图案。由于这个原因，确定设备20不会将两者确定为相同指纹。

当指纹伪造膜41因厚等原因不透明时，确定设备20不会将两者确定为相同指纹，因为从第一透射光图像中检测不到指纹图案。这同样适用于手指11是由不透明物质制成的伪造物的情况。

同时，当通过比较从第一透射光图像的特定区域中提取的细部特征的数量和从反射光图像中提取的特定区域的细部特征的数量，前者比后者大预定数值或预定比值时，确定设备20可以输出“假”的确定结果。预定数值或预定比值是作为系统参数等提供给确定设备20的。

确定设备20可以根据画在透明板12上的方框、标记或刻度来识别特定区域。确定设备20可以根据相对于第一关节的距离或指纹图案(诸如从漩涡的中心出发的半径为r的圆)来识别特定区域。

在S4中确定为是的情况下，确定设备20确定反射光图像的颜色是否是皮肤颜色(S5)，当是皮肤颜色(S5中的是)时，就前进到下一个步骤。当不是皮肤颜色(S5中的否)时，确定设备20输出认为是“假”的确定结果(S11)，并结束该操作。

在S5中确定为是的情况下，确定设备20打开第二透射光源14，并且将第一图像传感器16获得的透射光图像(第二透射光图像)存储在存储器23中。接着，确定设备20提取所获取的第二透射光图像的预定特定点的像素数据(S6)。

确定设备20可以根据画在透明板12上的方框、标记或刻度来识别特定点。确定设备20可以根据相对于第一关节中心的位置或指纹图案(诸如漩涡的中心)来识别特定点。特定点的数量可以是一个或不止一个。并且，特定点可以从细部特征中选择，或可以从细部特征以外的点中选择。

确定设备20确定所提取像素数据的颜色是否是反映血液和皮肤的红色(S7)，并且，当是那种颜色时，前进到下一个步骤(S7中的是)。当不是这样的颜色(S7中的否)时，确定设备20输出认为是“假”的确定结果(S11)，并结束操作。这里可以检测出从由像硅那样的树脂伪造的手指11获得的透射光，因为它的颜色不是反映血液和皮肤的红色。反映血液和皮肤的红色是根据例如有关大量真正手指11的实际测量值作为系统参数提供给确定设备20的。

在S7中确定为是的情况下，确定设备20提取反射光图像的特定点的像素数据(S8)。确定设备20将从第二透射图像中获得的特定点的像素数据与从反射图像中获得的特定点的像素数据相比较，并且确定颜色差异是否满足预定条件(S9)。当满足预定条件(在S9中，是)时，确定设备20输出认为是“是”的确定结果(S10)，并结束操作。当未满足预定条件(在S9中，否)时，确定设备20输出认为是“假”的确定结果(S11)，并结束操作。

预定条件是描述从第二透射图像中获得的特定点的颜色(皮肤的颜色和血液的颜色叠加的颜色)与从反射图像中获得的特定点的颜色(皮肤的颜色)之间的差异的条件。例如，该条件是这样的，在RGB颜色坐标中，有关绿色和蓝色，上述颜色之间的差异应该不大于固定值c1，而另一方面，有关红色，两者之间的差异应该是固定值c2(＞c1)或更大。这里，对于固定值c1和c2，例如将根据测量确定的数值作为系统参数提供给确定设备20。

这个示范性实施例的指纹输入设备30可以高精度地进行手指11的指纹的真伪确定。这个示范性实施例的指纹输入设备30无需事先登记真正手指11的指纹图像，以便进行手指11的指纹的真伪确定。也就是说，这个示范性实施例的指纹输入设备30也可以关于第一次输入的手指11进行真伪确定。

原因是使用三种类型光源从相同手指11获得三种类型指纹图像，并且根据它们每一个的特征或它们中的不止一个之间或当中的比较结果来进行真伪确定。

确定设备20可以只进行步骤S1到S4的确定(基于图案的确定)，或步骤S6到S9(可以省略S7)的确定(基于颜色的确定)之一，以进行手指11的指纹的真伪确定。

当只进行基于图案的确定时，第二透射光源14是多余的，并且第一图像传感器16不必是彩色图像传感器。当只进行基于颜色的确定时，第一透射光源13是多余的。

并且，可以是这样的，指纹输入设备30不包括成像设备10，而是从经由网络连接的存储介质或服务器等获取已经成像和存储的指纹图像。

图5是按照第二示范性实施例的成像设备10的局部框图。这个示范性实施例的成像设备10具有将第二图像传感器18及其A/D转换器17加入按照第一示范性实施例的成像设备10中的结构。

将第二图像传感器18放置在关于把第一图像传感器16取作起点且在点i上与透明板正交的直线h而与反射光源15对称的位置上。也就是说，都以点i为起点的到反射光源15的直线和到第二图像传感器18的直线与直线h成约θ角。

这个示范性实施例的成像设备10通过第二图像传感器18接收从反射光源15发射并被透明板12全反射的光，并输出反射光图像。其它方面与第一示范性实施例没有不同。

通过反射光源15，这个示范性实施例的成像设备10可以获得高对比度的指纹图像。装备了这个示范性实施例的成像设备10的指纹输入设备30甚至可以用于手指11中分布着黑色素的人种等的手指11的指纹的真伪确定。其原因是第二图像传感器18接收接触区中的光线被在该接触区上触摸透明板12的手指11的指纹图案散射的全反射束，并输出反射图像。

图6是按照第三示范性实施例的指纹输入设备30的框图。这个示范性实施例的成像设备10是这样的，将可移动红外截止滤光片19及其驱动单元24加入按照第一示范性实施例的成像设备10中。

在确定设备20的引导下，例如驱动部件24在如下两个位置之间移动红外截止滤光片19：红外截止滤光片19阻断透明板12与第一图像传感器16之间的光路的位置(第一位置)；和不阻断该光路的位置(第二位置)。

当反射光源15发光时(当输出反射图像时)和当第二透射光源14发光时(当输出第二透射图像时)，这个示范性实施例的成像设备10将红外截止滤光片19移动到第一位置，并且阻断光路。另一方面，当第一透射光源13发光时(当输出第一透射图像时)，成像设备10将红外截止滤光片19移动到第二位置，并且不阻断光路。

在不使用红外截止滤光片19而通过近红外线获取指纹图像的时候，这个示范性实施例的指纹输入设备30可以使用近红外线区获取清晰指纹图像。另一方面，在通过白光获取指纹图像的时候，指纹输入设备30可以使用红外截止滤光片19获取清晰彩色照片。

图7是按照第四示范性实施例的确定设备20的框图。确定设备20包括：输入单元25，其输入通过手指11的表面反射的光拍摄手指11的指纹获得的反射光图像、和通过透过手指11的光拍摄手指11的指纹获得的透射光图像；以及确定单元26，其将反射光图像与透射光图像相比较并输出手指11的指纹的真伪确定结果。

本发明不局限于上述示范性实施例。在本发明的范围内可以对本发明的组成和细节做出本领域的普通技术人员可以理解的各种修改。

本申请要求基于2009年6月8日提交的日本专利申请第2009-136817号的优先权，其公开文本全文并入于此。

Claims (16)

1.一种确定设备，其包含：

输入单元，其接收通过手指的表面所反射的光拍摄所述手指的指纹而获得的反射光图像以及接收通过透过所述手指的光拍摄所述手指的所述指纹而获得的透射光图像；以及

确定单元，其将从所述反射光图像提取的细部特征与从所述透射光图像提取的细部特征相比较，并输出所述手指的所述指纹的确定结果，其中所述确定单元在由所述反射光产生的指纹图案的所述细部特征和由所述透射光产生的指纹图案的所述细部特征不相似时将所述指纹确定为伪造物。

2.按照权利要求1所述的确定设备，其中所述确定单元从所述反射光图像中提取第一指纹图案，并且从使用红外光拍摄的第一透射光图像中提取第二指纹图案，以及当所述第一指纹图案和所述第二指纹图案不相似时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。

3.按照权利要求1所述的确定设备，其中所述确定单元对所述反射光图像的特定区域中的细部特征的数量进行计数以获取第一细部特征计数，并且对使用红外光拍摄的第一透射光图像的特定区域中的细部特征的数量进行计数以获取第二细部特征计数，以及当所述第一细部特征计数小于所述第二细部特征计数时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。

4.按照权利要求1所述的确定设备，其中所述确定单元从所述反射光图像和使用可见光拍摄的第二透射光图像的每一个中提取特定点，以及当所述特定点的颜色差异满足预定条件时，将所述手指的所述指纹确定为真正指纹，而当所述差异不满足所述预定条件时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。

5.一种指纹输入设备，其包含：

根据权利要求4所述的确定设备；以及

成像设备，其

包括光学透明板，用于以接触所述板的方式放置手指；围绕所述板放置的第一透射光源，用于将红外光照射在所述手指上；放置在所述板相对于所述手指的另一侧、与所述板分开并且面对所述板的第一图像传感器；以及放置在所述板的另一侧、相对于所述手指放在所述板上的地方在向外倾斜方向上与所述板分开的反射光源，用于发出可见光，

交替打开所述第一透射光源和所述反射光源之一，以及

输出在所述第一图像传感器上形成的第一透射光图像和反射光图像。

6.一种指纹输入设备，其包含：

根据权利要求4所述的确定设备；以及

成像设备，其

包括光学透明板，用于以接触所述板的方式放置手指；围绕所述板放置的第一透射光源，用于将红外光照射在所述手指上；放置在所述板相对于所述手指的另一侧、与所述板分开并且面对所述板的第一图像传感器；放置在所述板的另一侧、相对于所述手指放在所述板上的地方在向外倾斜方向上与所述板分开的反射光源，用于发出可见光；以及放置在所述板的另一侧、与所述板分开、处在关于通过所述第一图像传感器且与所述板正交的直线而与所述反射光源对称的位置上的第二图像传感器，

交替打开所述第一透射光源和所述反射光源之一，以及

输出在所述第一图像传感器上形成的第一透射光图像和在所述第二图像传感器上形成的反射光图像。

7.按照权利要求6所述的指纹输入设备，其中所述第一图像传感器是彩色图像传感器，以及

所述成像设备进一步包括围绕所述板放置、用于将可见光照射在所述手指上的第二透射光源，并且交替打开所述第一透射光源、所述第二透射光源和所述反射光源之一，以及输出在所述第一图像传感器上形成的第一透射光图像、第二透射光图像和反射光图像。

8.一种指纹输入设备，其包含：

成像设备，其

包括光学透明板，用于以接触所述板的方式放置手指；围绕所述板放置的第二透射光源，用于将可见光照射在所述手指上；放置在所述板相对于所述手指的另一侧、与所述板分开并且面对所述板的第一图像传感器；以及放置在所述板的另一侧、相对于所述手指放在所述板上的地方在向外倾斜方向上与所述板分开的反射光源，用于发出可见光，

交替打开所述第二透射光源和所述反射光源之一，以及

输出在所述第一图像传感器上形成的第二透射光图像和反射光图像；以及

如权利要求1所述的确定设备，其从所述反射光图像和所述第二透射光图像的每一个中提取特定点，以及当所述特定点的颜色差异不满足预定条件时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。

9.一种确定设备，其包括：

处理器，被配置以：

接收通过手指的表面所反射的光拍摄所述手指的指纹而获得的反射光图像以及接收通过透过所述手指的光拍摄所述手指的所述指纹而获得的透射光图像；以及

将从所述反射光图像提取的细部特征与从所述透射光图像提取的细部特征相比较并且输出所述手指的所述指纹的确定结果，其中在由所述反射光产生的指纹图案的细部特征和由所述透射光产生的指纹图案的细部特征不相似时将所述指纹确定为伪造物。

10.按照权利要求9所述的确定设备，其中所述处理器进一步被配置以：从所述反射光图像中提取第一指纹图案和从使用红外光拍摄的第一透射光图像中提取第二指纹图案，并且当两者不相似时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。

11.按照权利要求9所述的确定设备，其中所述处理器进一步被配置以：对所述反射光图像的特定区域中的细部特征的数量进行计数以获取第一细部特征计数，对使用红外光拍摄的第一透射光图像的特定区域中的细部特征的数量进行计数以获取第二细部特征计数，以及当所述第一细部特征计数小于所述第二细部特征计数时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。

12.按照权利要求9所述的确定设备，其中所述处理器进一步被配置以：从所述反射光图像和使用可见光拍摄的第二透射光图像的每一个中提取特定点，以及当所述特定点的颜色差异满足预定条件时，将所述手指的所述指纹确定为真正指纹，而当所述差异不满足所述预定条件时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。

13.一种确定方法，其包含：接收通过手指的表面所反射的光拍摄所述手指的指纹获得的反射光图像以及接收通过透过所述手指的光拍摄所述手指的所述指纹获得的透射光图像；将从所述反射光图像提取的细部特征与从所述透射光图像提取的细部特征相比较；以及输出所述手指的所述指纹的确定结果，其中在由所述反射光产生的指纹图案的细部特征和由所述透射光产生的指纹图案的细部特征不相似时将所述指纹确定为伪造物。

14.按照权利要求13所述的确定方法，其包含如下步骤：从所述反射光图像中提取第一指纹图案和从使用红外光拍摄的第一透射光图像中提取第二指纹图案；以及当两者不相似时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。

15.按照权利要求13所述的确定方法，其包含如下步骤：对所述反射光图像的特定区域中的细部特征的数量进行计数以获取第一细部特征计数，和对使用红外光拍摄的第一透射光图像的特定区域中的细部特征的数量进行计数以获取第二细部特征计数；以及当所述第一细部特征计数小于所述第二细部特征计数时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。

16.按照权利要求13所述的确定方法，其包含如下步骤：从所述反射光图像和使用可见光拍摄的第二透射光图像的每一个中提取特定点；以及当所述特定点的颜色差异满足预定条件时，将所述手指的所述指纹确定为真正指纹，而当所述差异不满足所述预定条件时，将所述手指的所述指纹确定为伪造物。