CN111709400A - 指纹识别装置、电子装置以及指纹识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹识别装置、电子装置以及指纹识别方法。指纹识别装置包括传感器。传感器设置于玻璃屏幕的下方。传感器获取手指未接触到玻璃屏幕时的第一图像，并获取手指按压到玻璃屏幕时的第二图像。电子装置比较第一图像中的第一指纹脊图像以及第一指纹谷图像以获得第一比较结果，比较第二图像中的第二指纹脊图像以及第二指纹谷图像以获得第二比较结果，并基于第一比较结果以及第二比较结果判断手指是否为人类手指。

Description

指纹识别装置、电子装置以及指纹识别方法

技术领域

本发明涉及一种指纹识别装置、电子装置以及指纹识别方法，尤其涉及一种能够识别手指图像是否为人类手指的指纹识别装置、电子装置以及指纹识别方法。

背景技术

近年来，生物特征感测技术被广泛地应用在各式电子装置或终端设备上，以提供各种身份登录或身份验证功能。特别是，指纹感测以及掌纹感测为目前常见的感测方案。一般而言，使用者可将手指按压于图像传感器上，以使图像传感器取得指纹图像，供后续识别或验证操作。然而，由于黑客可能使用印刷指纹的方式企图通过验证，因此，如何判断指纹是否来自表面印刷物，是本领域目前重要的研究方向之一。

发明内容

本发明提供一种能够识别手指图像是否为人类手指的指纹识别装置、电子装置以及指纹识别方法。

本发明的指纹识别装置适用于使处理器通过玻璃屏幕对手指进行识别。指纹识别装置包括传感器。传感器耦接于所述处理器。传感器设置于表面的下方。传感器获取手指未接触到玻璃屏幕时的第一图像，并获取手指按压到玻璃屏幕时的第二图像。处理器耦接于传感器。处理器比较第一图像中的第一指纹脊图像以及第一指纹谷图像以获得第一比较结果，比较第二图像中的第二指纹脊图像以及第二指纹谷图像以获得第二比较结果，并判断单元基于第一比较结果以及第二比较结果判断手指是否为人类手指。

本发明的电子装置包括玻璃屏幕、上述的指纹识别装置以及处理器。指纹识别装置经配置以通过所述玻璃屏幕获取所述手指未接触到所述玻璃屏幕时的第一图像，并获取所述手指按压到所述玻璃屏幕时的第二图像。处理器耦接于所述指纹识别装置。处理器经配置以比较所述第一图像中的第一指纹脊图像以及第一指纹谷图像以获得第一比较结果，比较所述第二图像中的第二指纹脊图像以及第二指纹谷图像以获得第二比较结果，并基于所述第一比较结果以及所述第二比较结果判断所述手指是否为人类手指。

本发明的指纹识别方法适用于指纹识别装置。指纹识别装置包括玻璃屏幕以及传感器。传感器被设置于玻璃屏幕的表面的下方。指纹识别方法包括：由传感器获取手指未接触到玻璃屏幕时的第一图像，并获取手指按压到玻璃屏幕时的第二图像；比较第一图像中的第一指纹脊图像以及第一指纹谷图像以获得第一比较结果，并比较第二图像中的第二指纹脊图像以及第二指纹谷图像以获得第二比较结果；以及基于第一比较结果以及第二比较结果判断手指是否为人类手指。

基于上述，本发明会获取手指未接触到玻璃屏幕时的第一图像，并获取手指按压到玻璃屏幕时的第二图像。指纹识别装置会依据第一图像获得第一比较结果，依据第二图像获得第二比较结果。本发明还基于第一比较结果以及第二比较结果判断手指是否为人类手指。因此，本发明能够在判断出手指是人类手指后才进行指纹识别，以提高指纹识别的安全性。

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

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是依据本发明一实施例所示出的电子装置的示意图；

图2是依据本发明一实施例所示出的指纹识别方法的流程图；

图3是依据本发明一实施例所示出的第一图像的产生示意图；

图4是依据本发明一实施例所示出的第二图像的产生示意图；

图5是依据本发明一实施例所示出的第二比较结果不同于第一比较结果的机制示意图；

图6是依据本发明一实施例所示出的来自于假手指的第一图像以及第二图像的示意图；

图7是依据本发明另一实施例所示出的指纹识别方法的流程图。

附图标号说明

100:电子装置；

110:玻璃屏幕；

120:指纹识别装置；

121:传感器；

130:处理器；

300A、300B:示例；

CR1:第一比较结果；

CR2:第二比较结果；

FGR:手指；

FO:假手指；

IM1、FM1:第一图像；

IM2、FM2:第二图像；

L1:指纹脊的光信号；

L1_1、L1_2:指纹脊的光信号；

L2:指纹谷的光信号；

PL1、PL2:表面；

S110、S120、S130、S131、S132、S133、S134:步骤。

具体实施方式

请同时参考图1以及图2，图1是依据本发明一实施例所示出的电子装置的示意图。图2是依据本发明一实施例所示出的指纹识别方法的流程图。在本实施例中，电子装置100包括玻璃屏幕110、指纹识别装置120、以及处理器130。玻璃屏幕110例如是有机发光显示器以及有机发光显示器的屏幕的其中一者的至少部分，本发明并不以此为限。指纹识别装置120通过玻璃屏幕110获取手指未接触到玻璃屏幕110时的第一图像，并获取手指按压到玻璃屏幕110时的第二图像。

进一步来说，指纹识别装置120包括传感器121。传感器121设置于玻璃屏幕110表面的下方。在一实施例中，传感器121可被设置与玻璃屏幕110的表面PL1接触，然本发明并不以此为限。在一些实施例中，传感器121可不与表面PL1接触。在本实施例中，在步骤S110中，传感器121获取手指FGR未接触到玻璃屏幕110(如，手指FGR接近玻璃屏幕110并且未接触到玻璃屏幕110)时的第一图像IM1，并获取手指FGR按压到玻璃屏幕110时的第二图像IM2。举例来说，传感器121会由非接触感测方式(如，光学感测方式)获取到手指FGR未与玻璃屏幕110接触的第一图像IM1。当手指FGR按压表面PL2时，传感器121感测到手指FGR与玻璃屏幕110进行大面积的接触，传感器120据此获取手指FGR的第二图像IM2。

在本实施例中，处理器130耦接于传感器120。处理器130会依据第一图像IM1以及第二图像IM2判断出手指FGR是否为人类手指。

在本实施例中，在步骤S120中，处理器130比较第一图像IM1中的第一指纹脊图像以及第一指纹谷图像以获得第一比较结果CR1，并比较第二图像IM2中的第二指纹脊图像以及第二指纹谷图像以获得第二比较结果CR2。在步骤S130中，处理器130基于第一比较结果CR1以及第二比较结果CR2判断手指FGR是否为人类手指。在本实施例中，处理器130会基于第一比较结果CR1以及第二比较结果CR2是否不相同以判断手指FGR是否为人类手指，例如，待验证指纹是否来自平面印刷。举例来说，当第一比较结果CR1以及第二比较结果CR2被判断出不相同时，处理器130会判断出手指FGR是人类手指。当第一比较结果CR1以及第二比较结果CR2被判断出相同时，处理器130会判断出手指FGR并不是人类手指。如此一来，可提高指纹识别的安全性。在本实施例中，处理器130例如是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，或是其他可程序化之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(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程序化逻辑设备(ProgrammableLogic Device，PLD)或其他类似装置或这些装置的组合，其可加载并执行计算机程序。在一些实施例中，处理器130可以例如是由比较器硬件来实现。也就是说，比较器硬件可执行步骤S120、S130。在一些实施例中，处理器130可以被设置在指纹识别装置120的内部。本发明的处理器的设置并不以本实施例为限。

请同时参考图1、图3以及图4，图3是依据本发明一实施例所示出的第一图像的产生示意图。图4是依据本发明一实施例所示出的第二图像的产生示意图。以人类手指为例，在本实施例中，当手指FGR尚未到玻璃屏幕110时，传感器121获取到手指FGR的第一图像IM1(如图3)。第一图像IM1是手指FGR还没有接触到玻璃屏幕110的图像。第二图像IM2是手指FGR接触到玻璃屏幕110时的图像。第一图像IM1的信号特性会不同于第二图像IM2的信号特性。因此，处理器130能够依据在第一图像IM1的信号特性与第二图像IM2的信号特性的不同来识别手指FGR是人类手指或是印刷后之平面指纹。本实施例中，第一图像IM1的信号特性可以是第一指纹脊图像与第一指纹谷图像之间的信号强度关系。第二图像IM2的信号特性可以是第二指纹脊图像与第二指纹谷图像之间的信号强度关系。在本实施例中，在第一图像IM1中，第一指纹脊图像的信号强度会大于第一指纹谷图像的信号强度。因此，在本实施例中，对应于手指的第一比较结果CR1显示第一指纹脊图像的信号强度大于第一指纹谷图像的信号强度。

在本实施例中，当手指FGR按压表面PL2时，传感器121获取手指FGR的第二图像IM2(如图4)。第二图像IM2是反应手指FGR按压到玻璃屏幕110的接触部分。与第一图像IM1不同的是，手指FGR按压玻璃屏幕110后，由于手指FGR和玻璃屏幕110之折射率较相近，经指纹脊和玻璃屏幕110的表面PL1的光线大部分会穿通过指纹脊，经指纹脊反射的光信号相对较少。因此，在第二图像IM2中，第二指纹脊图像的信号强度会小于第二指纹谷图像的信号强度。在本实施例中，对应于手指的第二比较结果CR2显示第二指纹脊图像的信号强度小于第二指纹谷图像的信号强度。由此可知，对应于手指的第一比较结果CR1以及第二比较结果CR2是相反的。

因此，当第一比较结果CR1显示第一指纹脊图像的信号强度大于第一指纹谷图像的信号强度，并且第二比较结果CR2显示第二指纹脊图像的信号强度小于第二指纹谷图像的信号强度时，处理器130可据此判断手指FGR为人类手指。

在另一方面，当第一比较结果CR1相同于第二比较结果CR2时，例如，第一指纹脊图像的信号强度大于第一指纹谷图像的信号强度，且第二指纹脊图像的信号强度大于第二指纹谷图像的信号强度，处理器130可据此判断手指FGR并不是手指，例如，待测指纹可能是印刷后之平面指纹。

接下来进一步来说明对应于人类手指的第二比较结果CR2不同于第一比较结果CR1的比较机制。请同时参考图1以及图5，图5是依据本发明一实施例所示出的第二比较结果不同于第一比较结果的机制示意图。指纹识别装置120还包括用以提供感测光的光源(未示出)。光源会经由表面PL1向PL2提供感测光。传感器121会接收来自于手指FGR的反射光以产生指纹脊图像以及指纹谷图像。在示例300A中，当手指FGR接近玻璃屏幕110但还没有接触到玻璃屏幕110时，指纹脊至玻璃屏幕110之间的距离较小，而指纹谷至玻璃屏幕110之间的距离较大。因此，相较于指纹脊所反射的光信号L1，指纹谷所反射的光信号L2相对较弱。在本实施例中，指纹脊所反射的光信号L1会对应到第一指纹脊图像的信号强度，并且指纹谷所反射的光信号L2会对应到第一指纹谷图像的信号强度。第一比较结果CR1显示第一指纹脊图像的信号强度大于第一指纹谷图像的信号强度。

在示例300B中，当手指FGR按压玻璃屏幕110时，指纹脊与玻璃屏幕110接触。相较于示例300A，在示例300B的指纹谷更接近玻璃屏幕110。因此，在示例300B中，经指纹谷反射的光信号L2的强度较示例300A中的指纹谷所反射的光信号L2强。此外，由于手指FGR的折射率(皮肤的折射率约1.3～1.5)与玻璃屏幕110的折射率相近，因此部分光信号L1_2会经由玻璃屏幕110进入指纹脊，并且仅有指纹脊所反射的部分光信号L1_1会被传感器121所接收。因此，传感器121所接收到的指纹脊所反射的光信号L1_1会比指纹谷的光信号L2弱。在本实施例中，指纹脊所反射的光信号L1_1会对应到第二指纹脊图像的信号强度，并且指纹谷所反射的光信号L2会对应到第二指纹谷图像的信号强度。第二比较结果CR2显示第二指纹脊图像的信号强度小于第二指纹谷图像的信号强度。

也就是说，在本实施例中，第一指纹脊图像的信号强度以及第二指纹脊图像的信号强度是关联于玻璃屏幕110的折射率以及手指FGR的指纹脊与玻璃屏幕110之间的距离。第一指纹谷图像的信号强度以及第二指纹谷图像的信号强度是关联于手指FGR的指纹谷与玻璃屏幕110之间的距离。然本发明并不以此例为限。

在一些实施例中，第一图像IM1的信号特性可以是第一指纹脊图像与第一指纹谷图像之间的亮度值关系。第二图像IM2的信号特性可以是第二指纹脊图像与第二指纹谷图像之间的信号强度的亮度值关系。在第一图像IM1中，第一指纹脊图像的亮度值会大于第一指纹谷图像的亮度值。在第二图像IM2中的第二指纹脊图像的亮度值会小于第二指纹谷图像的亮度值。关于上述亮度值关系的细节可以在图3至图5的实施例中获致足够的教示，恕不再次重述。

请参考图1以及图6，图6是依据本发明一实施例所示出的来自于假手指的第一图像以及第二图像的示意图。在本实施例中，假手指FO例如是印有指纹图像的印刷物。当假手指FO未接触到玻璃屏幕110时，传感器121会获取到第一图像FM1。当假手指FO按压玻璃屏幕110时，传感器121会获取到第二图像FM2。应注意的是，在假手指FO并没有实体的指纹起伏的情况下，第一图像FM1中的指纹脊(谷)图像的信号强度以及第二图像FM2中的指纹脊(谷)图像的信号强度大致相同。对应于第一图像FM1的第一比较结果CR1以及对应于第二图像FM2的第二比较结果CR2并不会因为假手指FO是否按压到玻璃屏幕110而所有改变。也就是，由于第一比较结果CR1相同于第二比较结果CR2，处理器130可据此判断假手指FO为平面印刷指纹。

请同时参考图1以及图7。图7是依据本发明另一实施例所示出的指纹识别方法的流程图。在本实施例中，步骤S110及步骤S120与图2相同，在此不再赘述。在步骤S131中，处理器130判断第二比较结果CR2相对于第一比较结果CR1是否发生反转。举例来说，在第一比较结果CR1显示第一指纹脊图像的信号强度大于第一指纹谷图像的信号强度的情况下，当第二比较结果CR2显示第二指纹脊图像的信号强度小于第二指纹谷图像的信号强度时，处理器130判断第二比较结果CR2相对于第一比较结果CR1发生反转。反之，当第二比较结果CR2显示第二指纹脊图像的信号强度大于第二指纹谷图像的信号强度时，处理器130则判断第二比较结果CR2相对于第一比较结果CR1并没有发生反转。

在本实施例中，如果第二比较结果CR2相对于第一比较结果CR1被判断发生反转，处理器130会在步骤S132中判断手指FGR是人类手指。接下来，处理器130会在步骤S133中对手指FGR指纹进行识别。

在一些实施例中，步骤S133可以在步骤S110与步骤S131之间进行。也就是说，本发明也可以在对手指FGR指纹进行识别之后，再判断手指FGR是否为人类手指。举例来说，步骤S133可以在步骤S110与步骤S120之间。处理器130会在步骤S110中获得第一图像FM1以及第二图像FM21之后，对手指FGR指纹进行识别(步骤S133)。手指FGR指纹在通过(PASS)识别后，接着在步骤S120中获得第一比较结果CR1以及第二比较结果CR2。另举例来说，步骤S133可以在步骤S120与步骤S131之间。处理器130会在步骤S120中获得第一比较结果CR1以及第二比较结果CR2之后，对手指FGR指纹进行识别(步骤S133)。手指FGR指纹在通过(PASS)之后，处理器130会执行步骤S131的操作。

反之，在步骤S131中，如果第二比较结果CR2相对于第一比较结果CR1被判断没有发生反转，处理器130则会在步骤S134中判断手指FGR并不是人类手指。处理器130不会对手指FGR指纹进行识别。

综上所述，本发明的指纹识别装置、电子装置以及指纹识别方法会获取手指未接触到玻璃屏幕时的第一图像，并获取手指按压到玻璃屏幕时的第二图像。指纹识别装置会依据第一图像获得第一比较结果，依据第二图像获得第二比较结果。如此一来，指纹识别装置能够由第一比较结果以及第二比较结果识别指纹是否来自于平面印刷指纹，以提高指纹识别的安全性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (16)

1.一种指纹识别装置，适用于使处理器通过玻璃屏幕对手指进行识别，其特征在于，所述指纹识别装置包括：

传感器，耦接于所述处理器，设置于所述玻璃屏幕的表面的下方，获取所述手指未接触到所述玻璃屏幕时的第一图像，并获取所述手指按压到所述玻璃屏幕时的第二图像，

其中所述处理器比较所述第一图像中的第一指纹脊图像以及第一指纹谷图像以获得第一比较结果，比较所述第二图像中的第二指纹脊图像以及第二指纹谷图像以获得第二比较结果，并基于所述第一比较结果以及所述第二比较结果判断所述手指是否为人类手指。

2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，当所述第一比较结果显示所述第一指纹脊图像的信号强度大于所述第一指纹谷图像的信号强度，并且所述第二比较结果显示所述第二指纹脊图像的信号强度小于所述第二指纹谷图像的信号强度时，所述处理器判断出所述手指为人类手指。

3.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于：

所述第一指纹脊图像的信号强度以及所述第二指纹脊图像的信号强度是关联于所述玻璃屏幕的折射率以及所述手指的指纹脊与所述玻璃屏幕之间的距离，并且

所述第一指纹谷图像的信号强度以及所述第二指纹谷图像的信号强度是关联于所述手指的指纹谷与所述玻璃屏幕之间的距离。

4.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于当所述第一比较结果显示所述第一指纹脊图像的亮度值大于所述第一指纹谷图像的亮度值，并且所述第二比较结果显示所述第二指纹脊图像的亮度值小于所述第二指纹谷图像的亮度值时，所述处理器判断出所述手指为人类手指。

5.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于：

所述第一指纹脊图像的亮度值以及所述第二指纹脊图像的亮度值是关联于所述玻璃屏幕的折射率以及所述手指的指纹脊与所述玻璃屏幕之间的距离，并且

所述第一指纹谷图像的亮度值以及所述第二指纹谷图像的亮度值是关联于所述手指的指纹谷与所述玻璃屏幕之间的距离。

6.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，当所述处理器判断出所述手指为人类手指时，对所述手指的指纹进行识别。

7.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述处理器对所述手指的指纹进行识别，并且在所述手指的指纹通过识别后，基于所述第一比较结果以及所述第二比较结果判断所述手指是否为人类手指。

8.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述玻璃屏幕为有机发光显示器以及所述有机发光显示器的屏幕的其中一者。

9.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置包括：

玻璃屏幕；

如权利要求1所述的指纹识别装置，经配置以通过所述玻璃屏幕获取手指未接触到所述玻璃屏幕时的第一图像，并获取所述手指按压到所述玻璃屏幕时的第二图像；以及

处理器，耦接于所述指纹识别装置，经配置以比较所述第一图像中的第一指纹脊图像以及第一指纹谷图像以获得第一比较结果，比较所述第二图像中的第二指纹脊图像以及第二指纹谷图像以获得第二比较结果，并基于所述第一比较结果以及所述第二比较结果判断所述手指是否为人类手指。

10.一种指纹识别方法，适用于电子装置，其中所述电子装置包括玻璃屏幕以及传感器，其中所述传感器被设置于所述玻璃屏幕的表面的下方，其特征在于，所述指纹识别方法包括：

由所述传感器获取手指未接触到所述玻璃屏幕时的第一图像，并获取所述手指按压到所述玻璃屏幕时的第二图像；

比较所述第一图像中的第一指纹脊图像以及第一指纹谷图像以获得第一比较结果，并比较所述第二图像中的第二指纹脊图像以及第二指纹谷图像以获得第二比较结果；以及

基于所述第一比较结果以及所述第二比较结果判断所述手指是否为人类手指。

11.根据权利要求10所述的指纹识别方法，其特征在于，基于所述第一比较结果以及所述第二比较结果判断所述手指是否为人类手指的步骤包括：

当所述第一比较结果被表示所述第一指纹脊图像的信号强度大于所述第一指纹谷图像的信号强度，并且所述第二比较结果被表示所述第二指纹脊图像的信号强度小于所述第二指纹谷图像的信号强度时，判断所述手指为人类手指。

12.根据权利要求11所述的指纹识别方法，其特征在于：

所述第一指纹脊图像的信号强度以及所述第二指纹脊图像的信号强度是关联于所述玻璃屏幕的折射率以及所述手指的指纹脊与所述玻璃屏幕之间的距离，并且

所述第一指纹谷图像的信号强度以及所述第二指纹谷图像的信号强度是关联于所述手指的指纹谷与所述玻璃屏幕之间的距离。

13.根据权利要求10所述的指纹识别方法，其特征在于，基于所述第一比较结果以及所述第二比较结果判断所述手指是否为人类手指的步骤包括：

当所述第一比较结果显示所述第一指纹脊图像的亮度值大于所述第一指纹谷图像的亮度值，并且所述第二比较结果显示所述第二指纹脊图像的亮度值小于所述第二指纹谷图像的亮度值时，判断所述手指为人类手指。

14.根据权利要求13所述的指纹识别方法，其特征在于：

所述第一指纹脊图像的亮度值以及所述第二指纹脊图像的亮度值是关联于所述玻璃屏幕的折射率以及所述手指的指纹脊与所述玻璃屏幕之间的距离，并且

所述第一指纹谷图像的亮度值以及所述第二指纹谷图像的亮度值是关联于所述手指的指纹谷与所述玻璃屏幕之间的距离。

15.根据权利要求10所述的指纹识别方法，其特征在于，当所述手指被判断出为人类手指时，对所述手指的指纹进行识别。

16.根据权利要求10所述的指纹识别方法，其特征在于，基于所述第一比较结果以及所述第二比较结果判断所述手指是否为人类手指的步骤包括：

对所述手指的指纹进行识别；以及

在所述手指的指纹通过识别后，基于所述第一比较结果以及所述第二比较结果判断所述手指是否为人类手指。

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