CN104463074A - 真伪指纹的辨识方法及辨识装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种真伪指纹的辨识方法及辨识装置，包括获取一指纹影像；执行一分析程序，以一第一色彩模型分析指纹影像并得到相应的一第一色度坐标轴；执行一转换程序，以一第二色彩模型将第一色度坐标轴转换成一第二色度坐标轴；执行一验证程序，比对第二色度坐标轴是否符合预设的一第二肤色阀值；若第二色度坐标轴符合第二肤色阀值，则判定手指为一真实指纹。本发明亦提供执行上述步骤的辨识装置。

Description

真伪指纹的辨识方法及辨识装置

技术领域

本发明涉及一种辨识方法及装置，特别是一种有关于真伪指纹的辨识方法及辨识装置。

背景技术

随着科技的日益精进，使得保护个人资料的重要性也相对的提高。目前最普遍的被使用来验证使用者身份的方式由使用者输入账号与密码。当所输入的账号与密码都正确时，电子装置才允许使用者进行存取。为能确保密码的复杂性，一般电子装置均会现在密码的最短长度与字元种类。但由于输入密码时，容易遭到有心人士的侧录，因此输入密码仍存在着风险。此外，使用者通常不止会记忆一组密码而已，这样就会产生使用者遗忘所设定的密码的窘境。

所以为能减少使用者记忆密码的问题，因此有厂商提出了利用生物特征来作为辨识的手段。例如：虹膜辨识、声纹辨识或指纹辨识。由于指纹辨识所需要的成本设备相较于其他生物特征辨识的成本来的低廉，而且每一枚指纹具有唯一性所以不会与他人相同，因此指纹辨识成为身份识别另一种常用手段。

举例来说，一般指纹辨识方式利用3D辨识技术，亦即获取手指按压的变形量来判断是否为真手指，但通常有不肖人士会以硅胶材质假造手指。硅胶材质制作的假手指几乎可以拟真有指纹及微血管，如此，以硅胶特性及带有指纹、微血管的假手指压在指纹辨识装置后，可使得假手指同样有按压后的手指变形量特性及指纹、微血管特性来骗过指纹辨识装置，而导致指纹辨识装置无法正确辨识是否是由真人的手指所按压，进而造成辨识上的漏洞。

发明内容

鉴于硅胶伪造的假手指可以拟真手指按压变形量及指纹、微血管特性，而导致容易通过指纹辨识装置的3D手指验证程序等问题。是以，本发明的主要目的在于提供一种真伪指纹的辨识方法及辨识装置，以解决硅胶假手指容易通过指纹辨识装置验证的问题。

根据本发明所揭露真伪指纹的辨识方法，其包括以下的步骤。获取一指纹影像；执行一分析程序，以一第一色彩模型分析指纹影像，以得到相应指纹影像的一第一色度坐标轴；执行一转换程序，以一第二色彩模型将第一色度坐标轴转换成一第二色度坐标轴；执行一验证程序，比对第二色度坐标轴是否符合预设的一第二肤色阀值；若第二色度坐标轴符合第二肤色阀值，则判定手指为一真实指纹；若第二色度坐标轴不符合第二肤色阀值，则判定手指为一伪造指纹。

本发明更提出一种真伪指纹的辨识装置，在扫描手指指纹的同时辨识是否为真实指纹。辨识装置至少包括一发光元件及一影像传感器。发光元件用以发出一光线照射到手指。影像传感器用以接收手指的反射光线而得到一指纹影像。其中，辨识装置更包括一处理模块，处理模块包括一分析程序、一转换程序及一验证程序。其中，分析程序以一第一色彩模型分析指纹影像而得到一第一色度坐标轴。转换程序以一第二色彩模型将第一色度坐标轴转换成一第二色度坐标轴。验证程序用以比对第二色度坐标轴是否符合预设的一第二肤色阀值。

本发明所提出的识别真伪指纹的处理方法与指纹辨识装置可以防堵指纹辨识时的缺失，藉以提高识别时的真实性。如此一来，非法的使用者无法通过伪造手指的方式达到欺骗指纹辨识装置。

本发明之功效在于，若硅胶伪造手指设计有假微血管时，可藉由色度坐标轴的交互转换，以第二色度坐标轴所预设的第二肤色阀值再次验证是否为真实的微血管。以避免不肖人士依据第一色度坐标轴的肤色变化特性来制作出伪造指纹，以防堵指纹辨识上的漏洞，进而提高辨识真伪指纹的真实性。

附图说明

图1为本发明辨识装置的架构示意图；

图2为本发明辨识装置的方块示意图；

图3为本发明真伪指纹的辨识方法的流程示意图；

图4为本发明获取指纹影像的示意图；

图5为本发明真实指纹的第一色度坐标轴示意图；

图6为本发明伪造指纹的第一色度坐标轴示意图；

图7为本发明真实指纹的第二色度坐标轴示意图；

图8为本发明伪造指纹的第二色度坐标轴示意图。

【符号说明】

100 辨识装置

110 压板

120 电路板

130 发光元件

140 影像传感器

150 处理模块

151 分析程序

152 转换程序

153 验证程序

300 手指

400 指纹影像

410 子影像

具体实施方式

请参考图1与图2所示，其为本发明辨识装置的架构示意图与方块示意图。辨识装置100包括一压板110、一电路板120、至少一发光元件130、一影像传感器140(image sensor)与一处理模块150。其中，发光元件130、影像传感器140与处理模块150皆可配置在电路板120上，使得处理模块150耦接发光元件130与影像传感器140。其中，发光元件130可为但不局限于发光二极管。

压板110的材质可为但不限于光学玻璃BK7或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，PMMA)。此外，压板110除了可为透光平板之外，亦可为梯型或棱镜型的透光板，可依据实际需求进行调整。是以，压板110的上表面可供使用者的一手指300接触，而发光元件130与影像传感器140则分别与压板110相隔一间距且面对压板110的下表面。当手指300接触在压板110表面时，处理模块150可驱动发光元件130发出一扫描光源并经由压板110照射到手指300表面。

需注意的是，发光元件130可以发出单一波长或多重波长的光线。在单一波长的光线的情况下，影像传感器140藉由手指300的反射光线进而获取到灰阶的指纹影像。而多重波长的光线可以提供影像传感器140更多的影像资讯，藉以获取到多色的指纹影像。上述的影像传感器140可为但不限于电荷耦合元件相机(Charge Coupled Device Camera，CCD Camera)或互补式金氧半导体感测器(Complementary Metal Oxide Semiconductor Sensor，CMOSSensor)。

当影像传感器140取得指纹影像后，影像传感器140会将指纹影像传送至处理模块150。处理模块150包括一分析程序151、一转换程序152及一验证程序153。其中，分析程序151用以一第一色彩模型(Color Model)分析指纹影像，例如红蓝绿色彩模型(RGB Color Model)，但不以此为限。转换程序152用以将第一色彩模型的一第一色度坐标轴(Chromatic Coordinates)转换成一第二色彩模型的一第二色度坐标轴。验证程序153用以验证第二色度坐标轴是否符合一第二肤色阀值(Skin Color Threshold)。

请参阅图3所示，为本发明真伪指纹的辨识方法的流程示意图。为能区别真实指纹与伪造指纹的差异，本发明真伪指纹的辨识方法包括以下步骤：

步骤210：获取手指300的指纹影像400；

步骤220：执行分析程序151，以第一色彩模型分析指纹影像400，以得到相应指纹影像400的第一色度坐标轴；

步骤230：执行转换程序152，以第二色彩模型将第一色度坐标轴转换成第二色度坐标轴；

步骤240：执行验证程序153，比对第二色度坐标轴是否符合预设的第二肤色阀值；

步骤250：若第二色度坐标轴符合第二肤色阀值，则判定手指为真实指纹；以及

步骤260：若第二色度坐标轴不符合第二肤色阀值，则判定手指为伪造指纹。

在步骤210中，先将手指接触在压板110上。接着，处理模块150会驱动发光元件130向手指发射光线。在本实施例中，发光元件以多波长光源作一说明，但不以此为限。光线经由手指反射后，使得影像传感器140可以接收相应的指纹影像，并传送到处理模块150。请参阅图4所示，为本发明获取指纹影像的示意图。其中，由图2中的处理模块150可将一张完整的指纹影像400切割成多数个子影像410。接着，再将这些子影像410分别依序传送到步骤220中的分析程序151进行分析处理。

在步骤220中，分析程序151将指纹影像400的各个子影像410逐一进行色彩模型分析。请参阅图5所示，为本发明真实指纹的第一色度坐标轴示意图。将指纹影像400其中一张的子影像410通过分析程序151进行运算处理，以第一色彩模型分析指纹影像后得到第一色度坐标轴。在本实施例中，第一色彩模型可以是一红蓝绿色彩模型(RGB Color Model)，但不以此为限。

第一色度坐标轴的X轴坐标轴代表640x480解析度，Y轴坐标轴代表像素(pixel)。曲线R代表红色波长，曲线G代表绿色波长，曲线B代表蓝色波长。上述Ｘ轴坐标轴不限制在640x480解析度，其亦可为320x240解析度，Ｘ轴坐标轴可依实际需求而选择对应解析度的裁切大小。由于手指按压在压板的过程中会产生肤色变化，亦即手指一部分的血液会留在手指按压区域处，其余的血液则会从按压区域往四周流动到按压区域之外，使得手指在按压时会形成明显的肤色变化。是以，由图4中可看出，由于手指部分血液留在按压区域处的因素，在Ｙ轴坐标轴的数值上，红色波长曲线R会明显高于绿色波长曲线G及蓝色波长曲线B。

基于上述原理，若以伪造指纹按压在压板100上，则第一色度坐标轴的红色波长曲线R会没有明显的变化。请参阅图6所示，为本发明伪造指纹的第一色度坐标轴示意图。由图中可明显的看出，因为伪造指纹没有血液流动的特性，也没有肤色的变化，所以红色波长曲线R几乎与绿色波长曲线G、蓝色波长曲线B重叠在一起，进而可判断为伪造指纹。

更进一步的，在步骤220之后更包括以下步骤：验证程序153比对第一色度坐标轴是否符合预设的第一肤色阀值，以此判断真伪指纹。详言之，本实施例满足以下述公式，但不以此为限：

①R–min(B,G)>Z；以及

②10<Z<100。

其中，R代表红色波长数值，G代表绿色波长数值，B代表蓝色波长数值，Z代表第一肤色阀值。当满足10<Z<100时，则可进入步骤230。若无法满足10<Z<100时，则判定伪造指纹。需注意的是，上述公式仅为一实施例说明，并不局限本发明的专利保护范围，其亦可依实际需求而设定适合的公式来验证第一色度坐标轴是否符合第一肤色阀值，并将所设定的公式来储存在验证程序153中。

然而，仍有一种情况是，以硅胶材质制成的伪造指纹，特意的伪造出假微血管，使得红色波长曲线R高于绿色波长曲线G及蓝色波长曲线B。是以，可通过步骤230再一次的进行验证。

在步骤230中，转换程序152依据第二色彩模型将第一色度坐标轴转换成第二色度坐标轴。举例来说，藉由转换程序152可将红蓝绿色彩模型(RGBColor Model)转换成印刷色彩模型(CMYK Color Model)，并且将红蓝绿色彩模型的第一色度坐标轴转换成印刷色彩模型的第二色度坐标轴，转换公式如下所述：

t_RGB＝{R，G，B}

RGB色度坐标轴先转换成三分色

t_CMY＝{C′，M′，Y′}＝{1-R，1-G，1-B}

若min{C′，M′，Y′}＝1，则t_CMYK＝{0，0，0，1}

否则，再转换成四分色

K＝min{C′，M′，Y′}

$t_{\mathrm{CMYK}}=\{\frac{C^{\&prime;}-K}{1-K},\frac{M^{\&prime;}-K}{1-K},\frac{Y^{\&prime;}-K}{1-K},K\}$

是以，通过转换程序152将RGB色度坐标轴转换成CMYK色度坐标轴。需注意的是，上述第一色度坐标轴转换成第二色度坐标轴，并不局限于RGB色度坐标轴转换成CMYK色度坐标轴。其亦可需求，将RGB色度坐标轴转换成YUV色度坐标轴，或将RGB色度坐标轴转换成CIE XYZ色度坐标轴，或将RGB色度坐标轴转换成HSV色度坐标轴等交互坐标轴轴转换，以得到不同色度坐标的肤色变化情形。然而，第一色彩模型并不局限为红蓝绿色彩模型，其第一色彩模型亦可为一YUV色彩模型、一YCbCr色彩模型、一RAW Bayer色彩模型、一CCIR色彩模型、一ITU色彩模型或一RAW RGB色彩模型，第一色彩模型可依实际需求而选择对应的色彩模型。是以，将第一色度坐标轴转换成第二色度坐标轴后，便可进入步骤240进行验证。

在步骤240到步骤260中，验证程序153比对第二色度坐标轴是否符合预设的第二肤色阀值，以此判断真伪指纹。在本实施例中，使用统计学的分析方法，分析真实指纹在各种色度坐标轴(如CMYK色度坐标轴、YUV色度坐标轴、CIE XYZ色度坐标轴或HSV色度坐标轴等)的肤色变化分布，以此设定各第二色度坐标轴所对应的第二肤色阀值。

请参阅图7及图8所示。其中，图7为本发明真实指纹的第二色度坐标轴示意图。图8为本发明伪造指纹的第二色度坐标轴示意图。在本实施例中，验证程序153比对第二色度坐标轴是否符合预设的第二肤色阀值，以此判断真伪指纹。举例来说，本实施例满足以下述公式，但不以此为限：

①Y<Z'；

②10<Z'<100。

其中，Y代表黄色的色阶值，Z'代表第二肤色阀值。当满足10<Z'<100时，则验证程序153判定为真实指纹，若无法满足10<Z'<100时，则判定伪造指纹。需注意的是，上述公式仅为一实施例说明，并不局限本发明的专利保护范围，其亦可依实际需求而设定适合的公式来验证第二色度坐标轴是否符合第二肤色阀值，并将所设定的公式来储存在验证程序153中。

如此一来，若伪造手指依据第一色彩模型(红蓝绿色彩模型)来设计假微血管，虽然可伪造出红色波长曲线R明显高于绿色波长曲线G和蓝色波长曲线B的情境，但仍可藉由验证程序153以第二色度坐标轴的预设第二肤色阀值，验证出是否为真实指纹。若转换后的第二色度坐标轴符合第二肤色阀值，则判断手指为真实指纹。若第二色度坐标轴不符合第二肤色阀值，则判定手指为伪造指纹。

是以，本发明所提出的真伪指纹的辨识方法及辨识装置，通过第一色度坐标轴转换成第二色度坐标轴的方式，藉由第二色度坐标轴所预设的第二肤色阀值，来再次验证是否为伪造指纹。以避免不肖人士依据第一色度坐标轴的肤色变化特性来制作出伪造指纹，以防堵指纹辨识的漏洞，进而提高辨识真伪指纹的真实性。

Claims (10)

1.一种真伪指纹的辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取一指纹影像；

执行一分析程序，以一第一色彩模型分析该指纹影像，以得到相应该指纹影像的一第一色度坐标轴；

执行一转换程序，以一第二色彩模型将该第一色度坐标轴转换成一第二色度坐标轴；

执行一验证程序，比对该第二色度坐标轴是否符合预设的一第二肤色阀值；

若该第二色度坐标轴符合该第二肤色阀值，则判定该手指为一真实指纹；以及

若该第二色度坐标轴不符合该第二肤色阀值，则判定该手指为一伪造指纹。

2.如权利要求1所述的真伪指纹的辨识方法，其特征在于，获取该指纹影像的步骤更包括：

将该指纹影像切割成多数个子影像，该些子影像分别依序传送到该分析程序进行分析处理。

3.如权利要求1所述的真伪指纹的辨识方法，其特征在于，以该第一色彩模型分析该指纹影像的步骤更包括：

设定该第一色彩模型为一红蓝绿RGB色彩模型；

依据该红蓝绿色彩模型得到相应的该第一色度坐标轴，依据该第一色度坐标轴得到一红色波长曲线、一绿色波长曲线及一蓝色波长曲线；

判断该红色波长曲线是否与该绿色波长曲线及该蓝色波长曲线相互重叠；以及

若该红色波长曲线不重叠该绿色波长曲线及该蓝色波长曲线，则执行该转换程序。

4.如权利要求1所述的真伪指纹的辨识方法，其特征在于，该第一色彩模型可为一RGB色彩模型、一YUV色彩模型、一YCbCr色彩模型、一RAWBayer色彩模型、一CCIR色彩模型、一ITU色彩模型或一RAW RGB色彩模型。

5.如权利要求1所述的真伪指纹的辨识方法，其特征在于，该第二色彩模型可为一CMYK色彩模型、一YUV色彩模型、一CIE XYZ色彩模型或一HSV色彩模型。

6.如权利要求1所述的真伪指纹的辨识方法，其特征在于，得到相应该指纹影像的该第一色度坐标轴的步骤更包括：执行该验证程序，比对该第一色度坐标轴是否符合预设的一第一肤色阀值。

7.一种真伪指纹的辨识装置，至少包括一发光元件及一影像传感器，该发光元件用以发出一光线照射到一手指，该影像传感器用以接收该手指的反射光线而得到一指纹影像，其特征在于，该辨识装置更包括：

一处理模块，包括：

一分析程序，以一第一色彩模型分析该指纹影像，以得到一第一色度坐标轴；

一转换程序，以一第二色彩模型将该第一色度坐标轴转换成一第二色度坐标轴；以及

一验证程序，用以比对该第二色度坐标轴是否符合预设的一第二肤色阀值。

8.如权利要求7所述的真伪指纹的辨识装置，其特征在于，更包括一电路板，该发光元件、该影像传感器与该处理模块皆配置在该电路板上，该处理模块耦接该发光元件与该影像传感器。

9.如权利要求7所述的真伪指纹的辨识装置，其特征在于，该处理模块可驱动该发光元件发出单一波长的光线或多重波长的光线。

10.如权利要求7所述的真伪指纹的辨识装置，其特征在于，该处理模块可将该指纹影像切割成多数个子影像，并将该些子影像依序传送到该分析程序进行分析处理。