CN103679152A - 基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法。在本发明中，指纹检测窗口中集成了光学图谱系统。本发明包括如下步骤：步骤1.将手指放置到指纹检测窗口上，光学图谱系统收集后向散射光谱，同时图像采集系统采集指纹图像；步骤2.如采集的图像符合指纹的完整性要求，则将采集到的光谱数据与数据库中的指纹光谱数据进行比对；步骤3.如通过光谱比对，确定待测物为真的手指，则分析指纹图像，完成身份识别，反之，则识别失败。本发明在采集指纹的表面图像信息的同时，利用光谱技术，获取待测物体的后向散射光谱信息，能区分生物手指与指模。

Description

基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法

技术领域

    本发明属于光子学、信息科学和生物科学的交叉技术领域，具体涉及一种基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法。

背景技术

    指纹识别是重要的身份识别方法。相比于DNA与虹膜识别，具有简便易用的特点，已广泛的应用于我们的生活中。然而，指纹识别的简易性也造成了这种方法的局限性。层出不穷的指纹膜，作为假指纹，可以欺骗许多指纹识别系统。这也极大的降低了现有指纹识别系统的有效性。作为简便的身份识别系统，许多新兴的技术都已被引入指纹识别系统中，用于鉴别假手指。其中基于多光谱的指纹采集系统就是其中一种。尽管多光谱的指纹采集方法很大程度上提高了真假指纹的识别率，但多光谱系统中，光谱的种类数目较少，探测方式易受到外界影响，仍旧无法做到万无一失。为了更好的在利用指纹图像识别身份的同时，识别真假手指，我们引入了光学图谱系统，完成图像与光谱的同时采集。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法。现有的指纹图像采集中，指纹图像中含有超量的信息，但这些信息却无法用于区分真手指与指模。在本发明中，我们将剔除指纹成像中的小部分图像信息，以后向散射光谱信息代替。本发明能够同时完成指纹纹路识别与真假指纹识别。该方法可以获得更丰富的光谱信息，并且，其探测结果的信噪比更高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

步骤1：将手指放置在光学波导集成型的光学窗口上，使用CCD或CMOS采集图像，并分析图像的缺陷程度，若图像满足预设完整条件，则进入步骤2；否则提示图像不符合要求，需用户清洗手指后重新采集；

所述的光学波导集成型的光学窗口为透明玻璃材质，呈长方形状，其大小与正常的成年人的手指相当。光学窗口上开有一个小孔。该小孔用于放置Y型光学波导的公共端。由于该光学窗口中有小孔，因此，小孔处的指纹图像信息将会被牺牲。但不影响指纹的识别。

所述Y型光学波导是一种导光器件，其一端为公共端，固定在光学窗口中，用于传导照明光与检测后向散射光，另一端为自由端，可分出多个通道，连接相应的仪器。

所述的预设完整条件是指采集指纹图像的完整性。由于光学窗口开有一个小孔用于安装Y型光学波导公共端，因此，采集的指纹图像中，应该有且仅有一个小孔缺陷。当指纹图像满足上述条件时，即认为满足预设完整条件。反之，如果指纹图像中，除了小孔缺陷外其他区域存在非连续区域，则认为待测样品有误，终止指纹识别/采集过程，要求用户清洗手指后重新检测。

步骤2： Y型光学波导中连接光源的波导通道可称为光源波导通道，连接光谱探测器的波导通道可称为探测波导通道。

在获取待测样品指纹图像过程中，Y型光学波导的公共端与待测物体的表面相互接触，光源波导通道传导探测光，直接照射待测的物体；探测波导通道将待测物体所后向散射的光传输到光谱探测器，完成后向散射光谱检测。利用真假指纹的识别方法，计算后向散射光谱的特征值，判断待测样品是否为真手指。若待测样品为真手指，则进入步骤3，反之，则报错，显示待测物体不是真手指。

所述真假指纹的识别方法具体如下：

a.采集大量的不同年龄、性别和体型的人的真指纹对应的光谱作为样本光谱，记为                                               

，其中，N为采集样本的数目,

为第i个人的指纹后向散射光谱。

b.在采集待测样品指纹图像过程中，采集到的待测样品的后向散射光谱为，计算

中各向量之间的范式空间长度

，对这些范式空间长度进行加权相加，获取阈值

。计算

与

各向量之间范式空间长度，若其中最小的范式空间大于阈值

，则认为该待测样品不是真手指，反之，则认为待测样品为真手指。

所述的范式空间长度的获取方法定义如下；

其中为标准矩阵中第

列的向量，

为待比较的向量，

表示空间变换矩阵，用于提取

和

向量的特征向量。

所述的范式空间长度进行加权相加为

，其中

为权重值。

步骤3：若光学图谱系统当前的工作模式为采集指纹信息，且完成了步骤1和步骤2，则把采集到的指纹图像信息和光谱信息记录到计算机中。若光学图谱系统当前的工作模式为指纹身份识别，则计算机将利用指纹识别方法，将当前采集的指纹信息与数据库中的指纹信息进行比对，若指纹信息相同，则比对通过，身份识别成功。

本发明有益效果如下：

    本发明通过使用光学波导集成型的光学窗口，获取待测样品的后向散射光谱。由于不同物质的后向散射光谱存在着显著的不同，通过分析后向散射光谱，我们在指纹采集/识别的过程中，区分真手指与假指模。

附图说明

图1. 系统示意图。其中，LED代表照明光源，用于照明手指，同时利用CCD/CMOS采集手指的图像信息。L为探测的光源，S为光谱仪。图中虚线为Y型光纤，其公共端固定在指纹采集窗口中，自由端分别连接光源与光谱仪。图中扁形椭圆代表待测手指。

图2.(a)为后向散射光谱探测系统的详细示意图。其中，连接S光谱仪的虚线为探测光纤，连接光源L的虚线为光源光纤。

图2.(b)为本发明的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本方法作进一步的说明。在实施方式中，选择光纤作为光学波导器件，光谱探测器选用光谱仪。

步骤1：将手指放置在光纤集成型的光学窗口上，使用CCD或CMOS采集图像，并分析图像的缺陷程度，若图像满足预设完整条件，则进入步骤2；否则提示图像不符合要求，需用户清洗手指后重新采集；

所述的光纤集成型的光学窗口为透明玻璃材质，呈长方形状，其大小与正常的成年人的手指相当。在长边的2/3处，短边的中间位置，开有一个直径1mm的小孔。该小孔用于放置Y型光纤的公共端。

所述Y型光纤，即将两根光纤的一边，利用金属套管固定在一起，作为公共端，两根光纤的另外两端可独立的连接相应的仪器。

所述的预设完整条件是指采集指纹图像的完整性。由于光学窗口开有一个直径1mm的小孔用于安装光纤公共端，因此，采集的指纹图像中，应该有且仅有一个直径1mm圆形小孔缺陷，位于长边的2/3处，短边的中间位置。当指纹图像满足上述条件时，即可认为满足预设完整条件。如果图像在其他区域存在非连续区域，则认为采集样品有误，终止指纹识别/采集过程。

步骤2：Y型光纤的两根光纤中，一根光纤的自由端连接照明光源，称为光源光纤；另一根光纤的自由端连接光谱检测系统，称为探测光纤。Y型光纤的公共端固定在光学窗口的1mm圆形小孔中。

在采集待测样品指纹图像过程中，公共端的光纤端面与待测物体的表面相互接触，光源光纤发出探测光，直接照射待测的物体；探测光纤将待测物体所后向散射的光传输到光谱仪，完成后向散射光谱检测。利用真假指纹的识别方法，计算后向散射光谱的特征值，判断待测样品是否为真手指。若待测样品为真手指，则进入步骤3，反之，则报错，显示待测物体不是真手指。

所述真假指纹的识别方法：

a. 采集大量的不同年龄、性别和体型的人的真指纹对应的光谱，记为

，其中，N为采集样本的数目,

为第i个人的指纹后向散射光谱。    

b. 在采集待测样品指纹图像过程中，采集到的待测样品的后向散射光谱为

，计算

中各向量之间的范式空间长度

，对这些范式空间长度进行加权相加，获取阈值。计算

与

各向量之间范式空间长度，若其中最小的范式空间大于阈值

，则认为该待测样品不是真手指，反之，则认为待测样品为真手指。

所述的范式空间长度的获取方法定义如下；其中为标准矩阵中第

列的向量，

为待比较的向量，

表示空间变换矩阵，用于提取

和

向量的特征向量。

所述的范式空间长度进行加权相加为

，其中

为权重值。

步骤3：若光学图谱系统当前的工作模式为采集指纹信息，且完成了步骤1和步骤2，则光学图谱系统将把采集到的指纹图像信息和光谱信息记录到计算机中。若光学图谱系统当前的工作模式为指纹身份识别，则计算机将利用指纹识别方法，将当前采集的指纹信息与数据库中的指纹信息进行比对，若指纹信息相同，则比对通过，身份识别成功。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还可以有各种变化和改进。

Claims (6)

1. 一种基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：将手指放置在光学波导集成型的光学窗口上，使用CCD或CMOS采集图像，并分析图像的缺陷程度，若图像满足预设完整条件，则进入步骤2；否则提示图像不符合要求，需用户清洗手指后重新采集；

步骤2：在采集待测样品指纹图像过程中，Y型光学波导的的公共端与待测物体的表面相互接触，光源波导通道发出探测光，直接照射待测的物体；探测波导通道将待测物体所后向散射的光传输到光谱探测器，完成后向散射光谱检测；利用真假指纹的识别方法，计算后向散射光谱的特征值，判断待测样品是否为真手指；若待测样品为真手指，则进入步骤3，反之，则报错，显示待测物体不是真手指；

步骤3：若光学图谱系统当前的工作模式为采集指纹信息，且完成了步骤1和步骤2，则把采集到的指纹图像信息和光谱信息记录到计算机中；若光学图谱系统当前的工作模式为指纹身份识别，则计算机将利用指纹识别方法，将当前采集的指纹信息与数据库中的指纹信息进行比对，若指纹信息相同，则比对通过，身份识别成功。

2.如权利要求1所述的一种基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法，其特征在于所述的光学波导集成型的光学窗口为透明玻璃材质，呈长方形状，其大小与正常的成年人的手指相当，光学窗口上开有一个小孔，该小孔用于放置Y型光学波导的公共端。

3.如权利要求1所述的一种基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法，其特征在于所述Y型光学波导， 其一端为公共端，固定在光学窗口中，用于传导照明光与检测后向散射光，另一端为自由端，可分出多个通道，连接相应的仪器。

4.如权利要求1所述的一种基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法，其特征在于所述的预设完整条件是指采集指纹图像的完整性，即采集的指纹图像中，有且仅有一个小孔缺陷；当指纹图像满足上述条件时，即认为满足预设完整条件；反之若指纹图像中，除了小孔缺陷外其他区域存在非连续区域，则认为采集样品有误，终止指纹识别/采集过程，要求用户清洗手指后重新采集。

5.如权利要求1所述的一种基于光学图谱系统的真假指纹鉴别方法，其特征在于所述真假指纹的识别方法具体如下。

6.采集大量的不同年龄、性别和体型的人的真指纹对应的光谱，记为                                               

，其中，N为采集样本的数目,

为第i个人的指纹反射光谱；

在采集待测样品指纹图像过程中，采集到的待测样品的后向散射光谱为

，计算

中各向量之间的范式空间长度

，对这些范式空间长度进行加权相加，获取阈值

；计算

与

各向量之间范式空间长度，若其中最小的范式空间大于阈值

，则认为该待测样品不是真手指，反之，则认为待测样品为真手指；

所述的范式空间长度的获取方法定义如下；其中

为标准矩阵中第

列的向量，为待比较的向量，

表示空间变换矩阵，用于提取

和

向量的特征向量；

所述的范式空间长度进行加权相加为

，其中

为权重值。

Images