CN106485189A - 生物特征辨识装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物特征辨识装置，其包括控制单元、与其电性连接的指纹辨识单元、脉搏血流检测单元及座体，其中该指纹辨识单元具有指纹扫描控制器及指纹接收器，脉搏血流检测单元具有至少一个光源及光检测器，座体顶面具有相邻且面积约单一手指按压范围的指纹辨识区及脉搏血流辨识区，让使用者单指单次按压同时放置于指纹辨识区及脉搏血流辨识区，以检测使用者指纹及脉搏血流信号，转换、提取特征点，且比对指纹及脉搏血流信号二者都正确时才允许后续使用，由于单指单次按压就可以检测，所以使用上方便快速，且提高破解难度，而具有更佳的防盗效果。

Description

生物特征辨识装置

技术领域

本发明涉及一种生物特征辨识装置，尤其涉及一种关于使用两种生物特征辨识技术的生物特征辨识装置，包含辨识指纹及采样脉搏血流信号，当应用于解锁装置时可具有更佳的防盗效果。

背景技术

随着防盗解锁的问题受到市场越来越重视，传统的锁具或密码锁，或是应用于手机上的解锁装置因为容易遭受到破解，所以厂商便纷纷朝着不同方式的防盗技术进行研发，此时，逐渐成熟的生物特征辨识技术便受到厂商及消费者的重视，常见的生物特征辨识技术是利用检测元件辨识指纹(Finger print)、掌纹、脸形、心跳、虹膜或DNA等生物特征(biometric)，上述方式各有其优缺点，而指纹辨识是最常见的一种，但由于指纹位于手指皮肤表面，所以在日常生活中，手指很容易在接触各式各样的物品(如门把、电梯按钮)时，将指纹留在这些物品的表面上，以致于非常容易被有心人取得。只要这些指纹样本被他人采集，就可轻易的被伪造，例如，在他人的指头上覆上伪造的指纹图案样本或伪造成非活体假指头等，就可通过指纹辨识检测元件的辨识，是以，厂商便开始研究如何解决指纹辨识容易遭受破解的问题。

除了指纹辨识在生活中可以看到有实际运用之外，在医疗领域中也会用到心跳(亦可为脉搏血流)的生物特征辨识技术，由于手指与耳垂部位组织层较薄，且充满微血管，相当适合作为量测点，而考量到使用上的便利性，目前大多数技术是采用手指作为量测点。其利用一个或一个以上的可见光或不可见光的光源，穿透手指表皮组织与血液或形成反射，由于心脏收缩与舒张时，血管中的血液流动会引起细微的光变化量，再由光检测器(photo detector)接收，由此可得知心脏的跳动有无、频率或更细微的变化信号，如医院中常见夹在手指或套在手指上的监测器材，然而其具有体积大及耗电大的问题，所以在携带及供电上都受到限制。

由于现今可携式电子装置运用非常普遍，防盗上的问题也一直无法完全解决，现今在移动电话上已经可以看到运用指纹辨识的技术，然而目前的指纹辨识仍然很容易遭受到破解，但随着人们越来越习惯使用可携式电子装置，其内部也储存着越来越多私人或机密资料，所以防盗解锁的功能便越来越受到使用者的重视，是以，上述常用的生物特征辨识装置，因具有诸多问题与缺失，因此提供一种体积小、使用方便及破解困难的生物特征辨识装置即为本发明人与从事此行业的研发人员所亟欲改善的目标所在。

发明内容

因此，发明人有鉴于上述缺失，于是搜集相关资料，经由多方评估及考量，并以从事于此行业累积的多年经验，经由不断试验及修改，终于设计出本发明的生物特征辨识装置。

本发明的主要目的在于提供一种生物特征辨识装置，其包括控制单元、与其电性连接的指纹辨识单元及脉搏血流检测单元，该指纹辨识单元具有指纹扫描控制器及指纹接收器，脉搏血流检测单元具有至少一个光源及光检测器，检测使用者指纹及脉搏血流信号后，转换、提取特征点，比对指纹及脉搏血流信号二者都正确时才允许后续使用，因为假手指或其他伪造的指纹图案样本不具有脉搏血流信号，即可提高破解难度，进而达到提升防盗效果的目的。

本发明的次要目的在于，该使用者的脉搏血流信号除了可比对是否具有信号之外，也可以进一步与资料库中预设的使用者特征点比对，因为特征点可为脉搏或血氧，便可增加比对处的数量，且因为脉搏血流检测单元也可以详细记录心脏收缩与舒张时，血管中的血液流动所引起的细微光变化量所产生的变化信号波形，由于每个人都有其独特的波形，也可以使用波形比对让辨识精准度更加提高，即可提高破解辨识的难度，进而达到更佳的防盗效果。

本发明的另一目的在于座体的指纹辨识区及脉搏血流辨识区的面积约为单一手指按压范围，所以使用者单一手指单次按压就可以同时检测指纹与心跳，进而达到提升使用速度及方便性的目的。

附图说明

图1为本发明的电路方框图；

图2为本发明座体的俯视图；

图3为本发明较佳实施例的步骤流程图；

图4为本发明另一实施例的步骤流程图；

图5为本发明指纹信号的纹路图；

图6为本发明脉搏血流信号的波形图。

【符号说明】

1、控制单元

11、微处理器

12、多工器

13、模拟数字转换器

2、指纹辨识单元

21、第一数字模拟转换器

22、指纹扫描控制器

23、指纹接收器

24、第一过滤及前置放大器

25、第一可编程增益放大器

3、脉搏血流检测单元

31、第二数字模拟转换器

32、驱动器

33、光源

34、光检测器

35、第二过滤及前置放大器

36、第二可编程增益放大器

4、座体

41、指纹辨识区

42、脉搏血流辨识区

具体实施方式

为实现上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及其构造，现绘图就本发明的较佳实施例详加说明其特征与功能如下，以便于完全了解本发明。

请参阅图1及图2所示，由图中可以清楚看出，本发明的生物特征辨识装置主要包括控制单元1、指纹辨识单元2、脉搏血流检测单元3及座体4。

该控制单元1具有微处理器11、多工器12及模拟数字转换器13，微处理器11与多工器12之间电性连接有模拟数字转换器13，多工器12接收指纹辨识单元2及脉搏血流检测单元3的信号并传输到模拟数字转换器13，模拟数字转换器13转换信号后传输到微处理器11，控制单元1控制指纹辨识单元2及脉搏血流检测单元3进行检测并接收其传回的信号，且通过微处理器11将信号进行分析或与储存装置(图中未示出)内的资料库进行比对。

该指纹辨识单元2具有电性连接于微处理器11的第一数字模拟转换器21，第一数字模拟转换器21电性连接于指纹扫描控制器22，第一数字模拟转换器21接收微处理器11的控制信号并于转换后传送到指纹扫描控制器22，该指纹辨识单元2又再设有接收指纹扫描控制器22信号的指纹接收器23，指纹接收器23电性连接第一过滤及前置放大器24，第一过滤及前置放大器24则电性连接第一可编程增益放大器25，第一过滤及前置放大器24为接收指纹接收器23所传输的指纹信号，并将指纹信号的噪声过滤及信号放大后传输至第一可编程增益放大器25进行信号放大，第一可编程增益放大器25再传输信号到多工器12。

该脉搏血流检测单元3具有电性连接于微处理器11的第二数字模拟转换器31，第二数字模拟转换器31电性连接于驱动器32，驱动器32则电性连接有至少一个光源33，脉搏血流检测单元3再设有至少一个光检测器34，至少一个光检测器34电性连接第二过滤及前置放大器35，第二过滤及前置放大器35则电性连接第二可编程增益放大器36，第二可编程增益放大器36再传输信号到多工器12。

该座体4罩覆于指纹辨识单元2及脉搏血流检测单元3上方，座体4顶面具有指纹辨识区41及其相邻的脉搏血流辨识区42，指纹辨识区41及脉搏血流辨识区42的面积约为单一手指指尖的按压范围，并在指纹辨识区41及脉搏血流辨识区42以外的区域设有至少一个光源33及至少一个光检测器34，但不以此为限，也可以在指纹辨识区41及脉搏血流辨识区42下方设置至少一个光源33及至少一个光检测器34。

使用者为将单一手指同时放置在指纹辨识区41及脉搏血流辨识区42，如此便可通过指纹辨识单元2对使用者指纹检测，同时检测使用者手指微血管中的脉搏血流信号；指纹辨识单元2的指纹扫描控制器22及指纹接收器23可为电容式、光学式、生物射频式或电热式等指纹检测单元，透过指纹辨识单元2检测使用者放置于指纹辨识区41的手指指纹(以下用电容式举例说明)，则由指纹扫描控制器22所控制发出的驱动信号给驱动电极，由于指纹凹凸使感应电极的感应到的电容值不同，接触指纹凸出处与凹陷处的感应电极就会收到不同的波形信号，由此绘出指纹的凸出处与凹陷处(请参阅图5所示)；脉搏血流辨识区42则是利用单一光源33发射红光或红外光，借助血液反射的红光或红外光，当心脏跳动时，血压上升，红光或红外光反射回到光检测器34的光量有所改变；此外，脉搏血流辨识区42也可以设有多个光源33，通过多个光源33交替发射红光及红外光，由于血液中的氧合血红蛋白吸收的红外光比红光多，而去氧血红蛋白吸收的红光比红外光多，因此，便可用光检测器34接收到的红光及红外光的比值用于计算血液中含氧的百分比。

请参阅图1-3所示，由图中可以清楚看出，其中该生物特征辨识装置的较佳实施例，使用时的步骤包括：

(501)开始。

(502)指纹辨识单元2检测使用者指纹，脉搏血流检测单元3检测使用者手指微血管中的脉搏血流信号。

(503)使用者指纹及脉搏血流信号转换并提取特征点。

(504)比对使用者指纹特征点是否与资料库中预设的使用者特征点相符？若为是，则进行步骤(505)，若为否，则进行步骤(507)。

(505)比对使用者的脉搏血流信号特征点是否与资料库中预设的使用者特征点相符？若为是，则进行步骤(506)，若为否，则进行步骤(507)。

(506)送出正确信号并允许使用者进行后续使用。

(507)送出错误信号。

请参阅图1-6所示，由图中可以清楚看出，其中该生物特征辨识装置的另一实施例，使用时的步骤包括：

(601)开始。

(602)指纹辨识单元2检测使用者指纹，脉搏血流检测单元3检测使用者手指微血管中的脉搏血流信号。

(603)使用者指纹及脉搏血流信号转换并提取特征点。

(604)比对使用者指纹特征点是否与资料库中预设的使用者特征点相符？若为是，则进行步骤(605)，若为否，则进行步骤(607)。

(605)比对使用者是否有脉搏血流信号？若为是，则进行步骤(606)，若为否，则进行步骤(607)。

(606)送出正确信号并允许使用者进行后续使用。

(607)送出错误信号。

由上述步骤可以得知，本发明除了设有指纹辨识单元2之外，又设有脉搏血流检测单元3，且指纹辨识区41及脉搏血流辨识区42的面积约为单一手指指尖按压范围，由此让使用者以单一手指进行单次按压，就可以检测指纹与脉搏血流，并依序确认二者都符合时才送出正确信号并允许使用者进行后续使用，由于单一手指单次按压就可以检测二种生物特征，所以使用上方便快速。

再则，由上述步骤可以得知，脉搏血流辨识区42可以分为两种确认方式，如步骤(605)的第一种方式是单纯检测心跳有无，使脉搏血流检测单元3搭配指纹辨识单元2，只单纯的判别目前接触的使用者手指为活体手指或假手指，由此避免假手指仍可通过辨识的缺失，以提升防盗效果；如步骤(505)的第二种方式则是使用较高解析度(如：12bit以上)的检测单元来检测得到脉搏血流信号，其为详细记录心脏收缩与舒张时，血管中的血液流动所引起的细微光变化量所产生的变化信号波形，其可为脉搏或血氧等特征点，不仅通过指纹与心跳两项生物特征的双重辨识，且可通过脉搏血流信号的不同特征点比对来提高辨识精准度，又因每个人都有其独特的波形，也可使用波形比对让辨识精准度更加提高(请参阅图6所示)，如此一来便可提高破解辨识的难度，进而具有更佳的防盗效果。

上述的指纹信号的特征点比对，可为整体图形比对或分岔处与端点等特征点比对，而脉搏血流信号也可以为整体图形比对或P波、P-R间期、QRS复合波或ST间段等特征点比对，然而有关指纹信号比对及脉搏血流信号比对为已知的技术，且该部分的细节特征不是本发明的要点，所以在这里不再赘述。

再则，本发明也可利用脉搏血流检测单元3取得一手指的脉搏信号，且利用指纹辨识单元2取得该手指的指纹信号，且以控制单元1接收该脉搏血流检测单元3取得的脉搏信号及该指纹辨识单元2取得的指纹信号，控制单元1确认接收到该脉搏信号时，控制单元1比对所接收的指纹信号特征点是否与预设的指纹特征点相同，由此在确认接触的手指为活体手指后，才进行比对该指纹信号的特征点是否与预设的指纹特征点相同，即可减少控制单元1的运作处理，以达到省电的功效；另外，脉搏血流检测单元3与指纹辨识单元2可同时取得该手指的脉搏信号及指纹信号，但也可以让脉搏血流检测单元3先取得该手指的脉搏信号，再让指纹辨识单元2取得该手指的指纹信号，顺序反之亦可进行处理，上述简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的专利范围内。

因此，本发明主要涉及生物特征辨识装置，其包括控制单元、与其电性连接的指纹辨识单元、脉搏血流检测单元及座体，座体顶面具有相邻且面积约单一手指按压范围的指纹辨识区及脉搏血流辨识区，检测使用者指纹及脉搏血流信号后，转换、提取特征点，比对指纹及脉搏血流信号二者都正确时才允许后续使用，以通过二种生物特征辨识提高破解难度为主要保护重点，并且仅让使用者单指单次按压同时放置于指纹辨识区及脉搏血流辨识区，以检测使用者指纹及脉搏血流信号，因单指单次按压就可以检测，便具有提升防盗效果的优势。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生物特征辨识装置，其包括控制单元、指纹辨识单元、脉搏血流检测单元及座体，其中：

该控制单元电性连接于指纹辨识单元及脉搏血流检测单元，控制单元控制指纹辨识单元及脉搏血流检测单元进行检测并接收其传回的信号，且控制单元具有微处理器，利用微处理器将信号进行分析比对；

该指纹辨识单元包含受微处理器控制发出信号的指纹扫描控制器，及接收信号并传输至微处理器的指纹接收器；

该脉搏血流检测单元包含受微处理器控制发光的至少一个光源，及接收光并传送信号到微处理器的至少一个光检测器；

该座体罩覆在指纹辨识单元及脉搏血流检测单元上方，且座体顶面具有指纹辨识区及其相邻的脉搏血流辨识区，指纹辨识区及脉搏血流辨识区的面积约为单一手指按压范围；

由此让使用者单一手指单次按压同时放置于指纹辨识区及脉搏血流辨识区，指纹辨识单元检测使用者指纹，脉搏血流检测单元检测使用者手指微血管中的脉搏血流信号，控制单元将使用者指纹及脉搏血流讯转换并提取特征点，比对使用者指纹特征点与资料库中预设的使用者特征点相符后，再比对使用者的脉搏血流信号，且比对正确时，才送出正确信号并允许使用者进行后续使用。

2.如权利要求1所述的生物特征辨识装置，其中该控制单元设有电性连接于指纹辨识单元及脉搏血流检测单元以接收其信号的多工器，多工器则电性连接有模拟数字转换器，模拟数字转换器在将转换后的信号传输到微处理器，指纹辨识单元具有电性连接于微处理器以接收其控制信号的第一数字模拟转换器，第一数字模拟转换器再将转换后的控制信号传送到其电性连接的指纹扫描控制器，指纹接收器则依序电性连接第一过滤及前置放大器及第一可编程增益放大器，第一可编程增益放大器再电性连接于接收其信号的多工器，第一过滤及前置放大器为将指纹接收器所传输的指纹信号过滤噪声及信号放大后传输至第一可编程增益放大器进行信号放大。

3.如权利要求1所述的生物特征辨识装置，其中该控制单元设有电性连接于指纹辨识单元及脉搏血流检测单元以接收其信号的多工器，多工器则电性连接有模拟数字转换器，模拟数字转换器在将转换后的信号传输到微处理器，脉搏血流检测单元具有电性连接于微处理器以接收其控制信号的第二数字模拟转换器，第一数字模拟转换器再将转换后的控制信号传送到其电性连接的驱动器，驱动器控制其电性连接的至少一个光源发光，至少一个光检测器则依序电性连接第二过滤及前置放大器及第二可编程增益放大器，第二可编程增益放大器再电性连接于接收其信号的多工器，第二过滤及前置放大器为将光检测器所传输的指纹信号过滤噪声及信号放大后传输至第二可编程增益放大器进行信号放大。

4.如权利要求1所述的生物特征辨识装置，其中该控制单元比对使用者指纹特征点与资料库中预设的使用者特征点不相符时，送出错误信号。

5.如权利要求1所述的生物特征辨识装置，其中该控制单元比对使用者的脉搏血流信号特征点与资料库中预设的使用者特征点不相符时，送出错误信号。

6.如权利要求1所述的生物特征辨识装置，其中该脉搏血流检测单元同时检测使用者手指微血管中的脉搏血流信号后，控制单元将使用者指纹转换并提取特征点，且比对使用者指纹特征点与资料库中预设的使用者特征点相符后，再比对使用者具有血流信号时，才送出正确信号并允许使用者进行后续使用。

7.如权利要求1所述的生物特征辨识装置，其中该脉搏血流检测单元同时检测使用者手指微血管中的脉搏血流信号后，控制单元将使用者指纹及脉搏血流信号转换并提取特征点，且比对使用者指纹特征点与资料库中预设的使用者特征点相符后，再比对使用者的脉搏血流信号特征点与资料库中预设的使用者特征点相符时，才送出正确信号并允许使用者进行后续使用。

8.一种生物特征辨识装置，包含：

一脉搏血流检测单元，用以取得一手指的脉搏信号；

一指纹辨识单元，用以取得该手指的指纹信号；以及

一控制单元，接收该脉搏血流检测单元取得的脉搏信号及该指纹辨识单元取得的指纹信号，由此当确认接收到该脉搏信号时，比对该指纹信号的特征点是否与预设的指纹特征点相同。

9.如权利要求8所述的生物特征辨识装置，其中该指纹辨识单元是在脉搏血流检测单元取得该手指的脉搏信号的同时，取得该手指的指纹信号。