CN111046706A - 指纹辨识方法以及使用其的电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种指纹辨识方法以及使用其的电子装置。电子装置包括指纹传感器以及处理器。指纹传感器用以取得手指物件的第一指纹图框。第一指纹图框由多个子图框组成，并且所述多个子图框分别包括对应于不同曝光时间的多个像素值。处理器分别获取第一指纹图框中具有相同曝光时间的多个像素群，并且组合所述多个像素群，以产生分别对应于不同曝光时间的多个第二指纹图框。处理器依据所述多个第二指纹图框来产生指纹图像，并且判断指纹图像的多个图像区块在一时间区间中是否满足图像变化条件，以判断手指物件属于真实手指。因此，本发明的指纹辨识方法以及使用其的电子装置可有效地判断进行指纹验证的手指物件是否属于真实手指。

Description

指纹辨识方法以及使用其的电子装置

技术领域

本发明涉及一种指纹辨识技术，尤其涉及一种指纹辨识方法以及使用其的电子装置。

背景技术

随着指纹感测技术的演进，屏下指纹感测是目前指纹感测技术重要的发展方向之一。屏下指纹感测可采用光学式的指纹感测架构或超声波式的指纹感测架构，其中光学式的指纹感测架构目前较被广泛应用在各式电子产品中。一般而言，光学式的指纹感测架构是由面板、光发射源以及光电传感器所组成，以通过光发射源提供照明光至按压在面板上的手指物件，再经由面板以及手指物件反射具有指纹信息的图像光至光电传感器。然而，当假手指按压在面板上时，光电传感器同样可接收到具有假指纹信息的图像光，而产生信息安全的问题。因此，如何有效辨识指纹信息是来自真实手指是目前本领域重要的课题之一，而以下将提出几个实施例的解决方案。

发明内容

本发明提供一种指纹辨识方法以及使用其的电子装置，可有效地判断用于进行指纹验证的手指物件是否属于真实手指。

本发明的电子装置包括指纹传感器以及处理器。指纹传感器用以取得手指物件的第一指纹图框。第一指纹图框由多个子图框组成，并且所述多个子图框分别包括对应于不同曝光时间的多个像素值。处理器耦接指纹传感器。处理器用以分析第一指纹图框。处理器分别获取第一指纹图框中具有相同曝光时间的多个像素群，并且组合所述多个像素群，以产生分别对应于不同曝光时间的多个第二指纹图框。处理器依据所述多个第二指纹图框来产生指纹图像。处理器判断指纹图像的多个图像区块在一时间区间中是否满足图像变化条件，以判断手指物件属于真实手指。

本发明的指纹辨识方法包括以下步骤：取得手指物件的第一指纹图框，其中第一指纹图框由多个子图框组成，并且所述多个子图框分别包括对应于不同曝光时间的多个像素值；分析第一指纹图框，以分别获取第一指纹图框中具有相同曝光时间的多个像素群；组合所述多个像素群，以产生分别对应于不同曝光时间的多个第二指纹图框；依据所述多个第二指纹图框来产生指纹图像；以及判断指纹图像的多个图像区块在时间区间中是否满足图像变化条件，以判断手指物件属于真实手指。

基于上述，本发明的指纹辨识方法以及使用其的电子装置可通过指纹传感器取得第一指纹图框，并且可依据多个不同曝光时间将第一指纹图框分为多个第二指纹图框，以将所述多个第二指纹图框组成指纹图像。因此，本发明的电子装置可通过分析指纹图像来有效地判断用于进行指纹验证的手指物件是否属于真实手指。并且，由于本发明的电子装置只需取得一张第一指纹图框即可进行真实手指的判断程序，因此本发明的指纹辨识方法以及使用其的电子装置还具有可快速辨识且可有效节省电子装置的运算资源的功效。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的一实施例的电子装置的功能方块图。

图2是依照图1实施例的电子装置的架构示意图。

图3是依照本发明的一实施例的第一指纹图框的示意图。

图4是依照本发明的一实施例的指纹图像的划分多个图像区块的示意图。

图5是依照图4实施例的多个图像区块的亮度变化图。

图6是依照本发明的一实施例的第三指纹图框的示意图。

图7是依照本发明的一实施例的指纹辨识方法的流程图。

【符号说明】

100：电子装置

110：处理器

120：指纹传感器

130：面板

300：第一指纹图框

310_1～310_M：子图框

311_1～311_8：像素

400：指纹图像

410_1～410_8：图像区块

600：第三指纹图框

610_1～610_8：图框区块

BF：血流

B1～B8：亮度平均值

F：手指物件

P1、P2、P3：方向

S710～S750：步骤

具体实施方式

为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤，是代表相同或类似部件。

图1是依照本发明的一实施例的电子装置的功能方块图。参考图1，电子装置100包括处理器110以及指纹传感器120。处理器110耦接指纹传感器120。在本实施例中，电子装置100可为移动电话(Mobile phone)、平板电脑(Tablet)、笔记本电脑(Notebook)、台式电脑(Desktop)或各种携带式电子装置等，诸如此类可提供指纹辨识功能的电子产品。在本实施例中，电子装置100可用于提供指纹辨识功能，并且具有辨识真假手指的功能。

在本实施例中，处理器110可为中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(Programmable LogicDevice,PLD)、其他类似处理器或这些处理器电路的组合。处理器110可对指纹传感器120提供的指纹图框(Fingerprint frame)或指纹图像(Fingerprint image)进行图像处理及分析。

在本实施例中，指纹传感器120可为一种图像传感器，其中例如包括电荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)或互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-OxideSemiconductor,CMOS)，本发明并不加以限制。此外，本实施例的电子装置100可还包括存储器(Memory)。所述存储器可用于储存指纹传感器120所获取的图框以及图像，并且储存可用于实现本发明各实施例所述的指纹辨识方法的相关图像处理程序，以供处理器110读取并执行。

图2是依照图1实施例的电子装置的架构示意图。参考图1以及图2，电子装置100可还包括面板130以及光发射源(图未示)。指纹传感器120可为光学式指纹传感器(Opticalfingerprint sensor)，并且配置在面板130下方。在本实施例中，面板130可为透明基板。面板130沿着第一方向P1以及第二方向P2所形成的平面来配置，并且面板130的正面朝第三方向P3。第一方向P1、第二方向P2以及第三方向P3彼此垂直。在本实施例中，当手指物件F按压在面板130上，以进行指纹辨识时，电子装置100的光发射源可提供照明光至按压在面板130上的手指物件F，以使手指物件F反射具有指纹信息的图像光至指纹传感器120。

在本实施例中，面板130可为发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)面板，并且光发射源可设置在面板130下方，但本发明并不限于此。在一实施例中，面板130可为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)面板，并且包括阵列排列的多个像素单元。因此，当手指物件F按压在面板130上，所述多个像素单元的至少一部分可作为光发射源，以提供照明光至手指物件F。

在本实施例中，若手指物件F为真实手指，则当手指物件F按压在面板130上，手指物件F的皮肤表面的微血管的血流(方向)BF将会随着与面板130接触而由指心向外扩散。反之，若手指物件F为假手指，则当手指物件F按压在面板130上，手指物件F的皮肤表面不会产生向外扩散的血流BF的情况。因此，为了可有效辨识手指物件F是否为真实手指。在本实施例中，电子装置100将通过指纹传感器120先取得第一指纹图框，并且对第一指纹图框进行分析后，再决定是否再获取另一指纹图框来进行指纹验证。对此，以下将以图3至图6的实施例来详细说明。

图3是依照本发明的一实施例的第一指纹图框的示意图。参考图1至图3，在手指物件F朝面板130按压的过程中，指纹传感器120可取得手指物件F的第一指纹图框300。在本实施例中，第一指纹图框300由多个子图框310_1～310_M组成，M为大于0的正整数。这些子图框310_1～310_M分别包括对应于不同曝光时间(或快门速度)的多个像素值。以子图框310_1来说明，子图框310_1可由8个像素311_1～311_8组成。这8个像素311_1～311_8的像素值分别对应于不同的曝光时间。例如，像素311_1的曝光时间最长，而像素311_8的曝光时间最短。在本实施例中，首先，处理器110可分析第一指纹图框300。处理器110将第一指纹图框300中具有相同曝光时间的多个像素值分别取出，以整理为多个像素群。接着，处理器110进一步组合这些像素群，以产生分别对应于不同曝光时间的8个第二指纹图框。最后，在本实施例中，处理器110可依据这些第二指纹图框各自的曝光时间长度依序排列(或播放)这些第二指纹图框，以产生一指纹图像。换言之，处理器110可将在第一指纹图框300中具有相同曝光时间的像素合并为一张图框，并且以此类推而产生多个具有不同曝光时间的图框。举例而言，若第一指纹图框300具有640×480个像素量(解析度)，则这8个第二指纹图框则可分别具有160×240个像素量(解析度)。然而，须注意的是，本发明的第一指纹图框的子图框的数量以及第二指纹图框的数量可依据不同的指纹感测需求来决定，而不限于图3所示。

图4是依照本发明的一实施例的指纹图像的划分多个图像区块的示意图。图5是依照图4实施例的多个图像区块的亮度变化图。参考图1至图5，上述经由多个第二指纹图框各自的曝光时间长度来依序排列(或播放)这些第二指纹图框而产生的指纹图像可如图4的指纹图像400。在本实施例中，指纹图像400可划分为多个图像区块410_1～410_8。具体而言，处理器110将指纹图像400划分为8个图像区块410_1～410_8。若手指物件F为真实手指，则当处理器110播放指纹图像400时，所述8个图像区块410_1～410_8各自的亮度平均值B1～B8将发生涟漪变化。

更详细的说，若手指物件F为真实手指，则如图2所示，手指物件F的血流BF将以环状的方式由指心向外扩散。相对地，由于上述8个第二指纹图框的各自的曝光时间都不相同，例如曝光时间最短的第二指纹图框在图像区块410_1具有最高的亮度(Brightness)平均值，而曝光时间第二短的第二指纹图框在图像区块410_2具有最高的亮度平均值。以此类推，曝光时间最长的第二指纹图框在图像区块410_8具有最高的亮度平均值。因此，在一时间区间T中，由上述8个第二指纹图框依序播放的指纹图像，将可显示对应于手指物件F的血流BF的扩散结果，而在图像画面中显示如涟漪变化的亮度改变。换言之，若处理器110在时间区间T中判断到指纹图像400的这些图像区块410_1～410_8的多个亮度平均值B1～B8发生涟漪变化，则处理器110判断指纹图像400满足图像变化条件(第一阶段防伪)。

因此，如图5所示，若手指物件F属于真实手指，则当手指物件F按压在面板130的过程中，由于手指物件F的血流BF由指心朝外扩散，因此随着曝光时间的增加，在这些第二指纹图框上对应于由内向外扩散的血流BF的位置的亮度平均值B1～B8将会依续增加。也就是说，若处理器110判断到指纹图像400的这些图像区块410_1～410_8的多个亮度平均值B1～B8发生如图5的涟漪变化，则处理器110可有效地判断手指物件F属于真实手指。

图6是依照本发明的一实施例的第三指纹图框的示意图。参考图1、图2以及图6，当处理器110判断手指物件属于真实手指后，处理器110可接着依据上述多个第二指纹图框各自的曝光(Exposure)参数、增益(Gain)参数以及直流偏移(DC-offset)参数的至少其中之一来选择这些第二指纹图框的其中之一是具有最佳图框质量的。并且，处理器110可依据具有最佳图框质量的第二指纹图框所对应的曝光时间来操作指纹传感器120，以取得用于指纹验证的手指物件F的第三指纹图框600。在本实施例中，处理器110可对第三指纹图框600进行分析，以再次判断手指物件F是否属于真实手指(第二阶段防伪)。

具体而言，由于真实手指的指纹的波峰至波谷的斜率(Slope)变化具有一定的杂乱程度，而假手指的指纹的波峰至波谷的斜率变化是具有固定的斜率变化，因此只要判断指纹图像的指纹纹路变化是否具有一定的杂乱程度，则可有效判断手指物件F是否属于真实手指。因此，在本实施例中，处理器110可任意选取第三指纹图框600的多个位置的这些图框区块610_1～610_8来进行分析。处理器110可分析在第三指纹图框600中的这些图框区块610_1～610_8各自的指纹纹路变化，以取得关于这些图框区块610_1～610_8各自的指纹纹路变化的多个标准差(或随机变数(Random Variable,RV))，其中所述指纹纹路变化是指指纹的波峰至波谷的斜率变化。在本实施例中，处理器110可分别判断这些图框区块610_1～610_8的这些标准差是否分别大于第一预设临界值，以判断手指物件F是否属于真实手指。

然而，在一实施例中，处理器110也可以将这些图框区块610_1～610_8的多个标准差进行加总，以判断这些图框区块610_1～610_8所对应的多个标准差的总和是否大于第二预设临界值，以判断手指物件F是否属于真实手指。此外，须注意的是，本发明的第三指纹图框的图框区块的数量可依据不同的指纹分析需求来决定，而不限于图6所示。

图7是依照本发明的一实施例的指纹辨识方法的流程图。参考图1、图2以及图7，本实施例的指纹辨识方法可至少适用于图1以及图2实施例的电子装置100，以使电子装置100可执行如以下S710～S750的步骤。在步骤S710中，指纹传感器120可取得手指物件F的第一指纹图框，其中第一指纹图框由多个子图框组成，并且这些子图框分别包括对应于不同曝光时间的多个像素值。在步骤S720中，处理器110可分析第一指纹图框，以分别获取第一指纹图框中具有相同曝光时间的多个像素群。在步骤S730中，处理器110组合这些像素群，以产生分别对应于不同曝光时间的多个第二指纹图框。在步骤S740中，处理器110依据这些第二指纹图框来产生指纹图像。在步骤S750中，处理器110判断指纹图像的多个图像区块在时间区间中是否满足图像变化条件，以判断手指物件F是否属于真实手指。因此，本发明的指纹辨识方法可有效地判断用于进行指纹验证的手指物件F是否属于真实手指。

此外，关于本实施例的电子装置100的装置特征，以及指纹辨识方法的其他判断手段或其他实施方式也可延伸参考上述图1至图6实施例的说明，而获致足够的启示、建议以及实施说明，因此不再赘述。

综上所述，本发明的指纹辨识方法以及使用其的电子装置可先取得一张具有多个不同曝光时间的多个像素值的第一指纹图框，以对应产生多个第二指纹图框，接着可分析这些第二指纹图框所组成的指纹图像是否满足预设的图像变化条件，以判断手指物件是否为真实手指(第一阶段防伪)。当第一阶段防伪通过时，本发明的电子装置可先依据这些第二指纹图框来决定适当的曝光时间，以取得第三指纹图框，接着可分析第三指纹图框的多个图框区块的指纹斜率变化的标准差是否高于预设临界值，以再次判断手指物件是否为真实手指(第二阶段防伪)。当第二阶段防伪通过时，本发明的电子装置可直接对第三指纹图框进行指纹验证。因此，本发明的指纹辨识方法以及使用其的电子装置可有效地判断用于进行指纹验证的手指物件是否属于真实手指，并且可以快速辨识且有效节省电子装置的运算资源的方式来取得具有良好图像质量的指纹图框，以利进行指纹验证。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (18)

1.一种电子装置，包括：

指纹传感器，用以取得手指物件的第一指纹图框，其中所述第一指纹图框由多个子图框组成，并且所述多个子图框分别包括对应于不同曝光时间的多个像素值；以及

处理器，耦接所述指纹传感器，用以分析所述第一指纹图框，其中所述处理器分别获取所述第一指纹图框中具有相同曝光时间的多个像素群，并且组合所述多个像素群，以产生分别对应于不同曝光时间的多个第二指纹图框，

其中所述处理器依据所述多个第二指纹图框来产生指纹图像，并且所述处理器判断所述指纹图像的多个图像区块在时间区间中是否满足图像变化条件，以判断所述手指物件属于真实手指。

2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述处理器依据所述多个第二指纹图框各自的曝光时间长度来排列所述多个第二指纹图框，以产生所述指纹图像。

3.根据权利要求1所述的电子装置，其中当所述处理器在所述时间区间中判断所述指纹图像的所述多个图像区块的多个亮度平均值发生涟漪变化时，所述处理器判断所述指纹图像满足所述图像变化条件。

4.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述多个图像区块由所述指纹图像的图像中心向外依序环绕排列。

5.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第一指纹图框的第一像素量高于所述多个第二指纹图框的多个第二像素量。

6.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述处理器依据所述多个第二指纹图框各自的曝光参数、增益参数以及直流偏移参数的至少其中之一来选择所述多个第二指纹图框的其中之一，并且依据所述多个第二指纹图框的其中之一所对应的曝光时间来操作所述指纹传感器，以取得用于指纹验证的所述手指物件的第三指纹图框。

7.根据权利要求6所述的电子装置，其中所述处理器分析在所述第三指纹图框中的多个图框区块各自的指纹纹路变化，以取得关于所述多个图框区块各自的指纹纹路变化的多个标准差，并且所述处理器判断所述多个标准差是否分别大于第一预设临界值，以判断所述手指物件属于所述真实手指。

8.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述处理器判断所述多个图框区块的所述多个标准差的总和是否大于第二预设临界值，以判断所述手指物件属于所述真实手指。

9.根据权利要求1所述的电子装置，还包括：

面板；以及

光发射源，耦接所述处理器，用以提供照明光至所述手指物件，其中所述光发射源设置在所述面板下方，

其中所述指纹传感器为光学式指纹传感器，并且设置在所述面板下方，其中所述指纹传感器接收经由所述手指物件反射的具有指纹信息的图像光。

10.根据权利要求9所述的电子装置，其中所述面板为有机发光二极管面板，并且所述有机发光二极管面板包括阵列排列的多个像素单元，

其中当所述手指物件放置在所述有机发光二极管面板上，所述多个像素单元的至少一部分作为所述光发射源，以提供所述照明光至所述手指物件。

11.一种指纹辨识方法，包括：

取得一手指物件的第一指纹图框，其中所述第一指纹图框由多个子图框组成，并且所述多个子图框分别包括对应于不同曝光时间的多个像素值；

分析所述第一指纹图框，以分别获取所述第一指纹图框中具有相同曝光时间的多个像素群；

组合所述多个像素群，以产生分别对应于不同曝光时间的多个第二指纹图框；

依据所述多个第二指纹图框来产生指纹图像；以及

判断所述指纹图像的多个图像区块在时间区间中是否满足图像变化条件，以判断所述手指物件属于真实手指。

12.根据权利要求11所述的指纹辨识方法，其中依据所述多个第二指纹图框来产生所述指纹图像的步骤包括：

依据所述多个第二指纹图框各自的曝光时间长度来排列所述多个第二指纹图框，以产生所述指纹图像。

13.根据权利要求11所述的指纹辨识方法，其中判断所述指纹图像的多个图像区块在所述时间区间中是否满足所述图像变化条件，以判断所述手指物件属于所述真实手指的步骤包括：

当判断所述指纹图像的所述多个图像区块的多个亮度平均值发生涟漪变化时，判断所述指纹图像满足所述图像变化条件。

14.根据权利要求11所述的指纹辨识方法，其中所述多个图像区块由所述指纹图像的图像中心向外依序环绕排列。

15.根据权利要求11所述的指纹辨识方法，其中所述第一指纹图框的第一像素量高于所述多个第二指纹图框的多个第二像素量。

16.根据权利要求11所述的指纹辨识方法，还包括：

依据所述多个第二指纹图框各自的曝光参数、增益参数以及直流偏移参数的至少其中之一来选择所述多个第二指纹图框的其中之一；以及

依据所述多个第二指纹图框的其中之一所对应的曝光时间来取得用于指纹验证的所述手指物件的第三指纹图框。

17.根据权利要求16所述的指纹辨识方法，还包括：

分析在所述第三指纹图框中的多个图框区块各自的指纹纹路变化，以取得关于所述多个图框区块各自的指纹纹路变化的多个标准差；以及

判断所述多个标准差是否分别大于第一预设临界值，以判断所述手指物件属于所述真实手指。

18.根据权利要求17所述的指纹辨识方法，还包括：

判断所述多个图框区块的所述多个标准差的总和是否大于第二预设临界值，以判断所述手指物件属于所述真实手指。

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