CN1564187A - 光干扰条件下有效指纹信号的检出和残留指痕的甄别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光干扰条件下有效指纹信号的检出和残留指痕的甄别方法，主要包含下列步骤：1)在彩色光学传感器的感测区域A内进行前、背景区的设定；2)启用单色照明光图像信号，获取感测区域中前景区A_f和背景区A_b内各点的光强度信号，通过判断规则及阈值比较，鉴别出有效指纹信号；3)启用非照明光图像信号，计算在感测区域中前景区A_f和背景区A_b内各自的灰度值的方差，通过判断规则及阈值比较，鉴别出其余的有效指纹信号，残留指痕信号和干扰信号。本发明的有益效果是：利用了光学指纹采集装置中的非照明光信号，作为筛选有效指纹和甄别残留指痕的必要手段，开辟了利用彩色光学指纹采集装置的其他信号源，抑制外界光干扰的新颖技术途径。

Description

光干扰条件下有效指纹信号的检出和残留指痕的甄别方法

技术领域

本发明涉及一种光学指纹采集装置，尤其是一种光干扰条件下有效指纹信号的检出和残留指痕的甄别方法。

背景技术

目前，公知的光学指纹采集装置是由透镜组、光源、棱镜、CMOS/CCD光学传感器、和处理软件等部件组成。图1.为现有技术的示意图。

传感器内部的发光二极管LED产生单色(通常为红色或蓝色)照明光，投射到采样手指表面，经凹凸不平的皮肤对其调制后(即带上了指纹信息)，再反射到光学传感器上，将指纹信号读出。

干扰光是来自外界的混合光，现代图像技术采用红、绿、蓝三个基色来分解混合光。因此，在光干扰条件下，光学传感器的输出端，除了红光数字信号之外，还增添了蓝、绿两幅反映干扰情况的数字信号。

现有光学指纹采集装置依照指纹识别仅利用形体(点或线)加以识别的机理，只取照明光(通常为红色或蓝色)形成的数字信号，而将非照明光数字信号视为冗余，弃之不用。而且在外界干扰光照射到光学传感器上(俗称“漏光”)时，不能将它与有效的指纹信号加以区别，产生误响应，进入图像读入和指纹处理步骤；手指按捺之后，棱镜上的残留指痕，也会以假乱真，造成误读、误判的现象。

发明内容

为了克服现有光学指纹采集装置不能鉴别所感测到的信号是有效指纹、还是光干扰信号；也不能甄别出残留指痕而产生误读误判的不足，本发明提供了一种光干扰条件下鉴别有效指纹和残留指痕的方法。该方法引用非照明光数字信号，分析其灰度值的方差分布，推断在各种干扰状况下，是否还有指纹信息存在；或者，感测到的信号是否符合一种特殊的、称作“指纹残留”的信号特征。让传感器作出正确的反应，以防误读误判。

发明内容所述“非照明光”的特定含义是：从干扰光中，剔除与照明光颜色相同的数字分量后，所剩余的另外两组数字分量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种光干扰条件下有效指纹信号的检出和残留指痕的甄别方法，主要包含下列步骤：1)、在彩色光学传感器CMOS/CCD的感测区域A内进行前、背景区的设定，前景区A_f，位于感测区域的中心部位，背景区A_b位于感测区域的边缘部位；2)、启用单色照明光图像信号，获取在单色照明光下感测区域中前景区A_r和背景区A_b内各点的光强度信号，通过第一数据统计判断规则及阈值比较，鉴别出有效指纹信号；3)、启用非照明光图像信号，计算在感测区域中前景区A_f和背景区A_b内各自的灰度值的方差，通过第二数据统计判断规则及阈值比较，鉴别出其余的有效指纹信号，残留指痕信号和干扰信号。

所述的第一数据统计判断规则及阈值比较如下：

1)、在E_f＜E_T提下，

    如果D_f＞D_T，                               (1)

    则判为有效指纹信号

2)、在E_f＞E_T前提下，

    如果 $\frac{D_f}{D_b}>R_T,---\left(2\right)$

    则判为有效指纹信号

所述的第二数据统计判断规则及阈值比较如下：

3)、在E_f＞E_T， $\frac{D_f}{D_b}<R_T$ 的前提下，

    如果D_f’＞D_TH’，                          (3)

    判为残留指痕信号

    如果D_TL’＜D_f’＜D_TH’                     (4)

    判为有效指纹信号

    如果D_f’＜D_TL’                            (5)

    判为干扰信号

其中：

E_f，E_b分别为A_f，A_b内照明光信号灰度值的均值；

D_f，D_b分别为A_f，A_b内照明光信号灰度值的方差；

D_f’，D_b’分别为A_f，A_b内非照明光信号灰度值的方差；

E_T为灰度值均值的判断阈值；

D_T，D_TH’，D_TL’为灰度值方差的判断阈值；

R_T为前、背景灰度值方差之比的阈值。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案还可以进一步完善：

设阈值：R_T1，R_T2，R_T3。

在上述第1)款前提下，当条件(1)对有效指纹信号加以筛选之后，还可以对不符合该条件(即D_f＜D_T)的照明光信号进行二次筛选和甄别，步骤是先排除干扰可能之后，再甄别是否为有效指纹信号(参见图4.)：

a)如果 $\frac{D_f}{D_b}<R_{T1}---\left(6\right)$

  则判为干扰信号

b)如果 $\frac{D_f}{D_b}>R_{T1},$ 且D_f-(D_b·R_T1)＞R_T2  (7)

  则判为有效指纹信号。

在上述第2)款前提下，当条件(2)对有效指纹信号进行筛选之后，还应当对不能判为有效指纹的照明光信号(即 $\frac{D_f}{D_b}<R_T$ )，进行非干扰信号确认。以便在启用非照明光信号之前，预先减少干扰信号带入后续流程的可能；由此提高后续步骤中对非照明光信号判读的准确度。确认干扰信号的条件是：(参见图5.)

c)如果 $\frac{E_f}{E_b}>R_{T3}---\left(8\right)$

  则判为干扰信号；

否则，

启动后续非照明光判读程序，进一步详细判断。

本发明的工作原理是：首先判断漏光程度，如果漏光(干扰)较大，干扰光(混合光)中与照明光(单色光，通常为红色或蓝色)波段相同的成分，将相互叠加，致使照明光波段的光强增加，光强用统计学上的灰度值的均值E表示。反之，如果不漏光或漏光较少，照明光波段的光强则处于某一限度之内。经过统计试验，可以找出一个光强阈值E_T，用作判断漏光大小的标准。如果漏光较少，再判断中心区域(称作前景区)的图像信号，是否具备指纹特征。由于指纹是黑白相间的条纹，其灰度值的方差(统计学概念，用来度量各样本值差异大小程度)必定比单调的背景信号灰度值的方差大许多。因此，可以通过试验，找出一个灰度值的方差阈值D_T。灰度值的方差在该阈值之上，判为指纹信号；反之，则要启动二次筛选过程，进一步筛选判断。如果漏光较大，同理根据中心区域内的图像信号灰度值的方差大小，辨别属于指纹、还是属于干扰。显然，此时因干扰条件的变化，阈值设定R_T，应与前述阈值有所不同。灰度值的方差若大于该阈值，判为指纹；反之，则要引用非照明光数字信号，作进一步判断。最后，根据非照明光数字信号在前景区内灰度值的方差大小的分布范围，确定其属于指纹、残留指痕、或者光干扰。

本发明的有益效果是：1)、利用了光学指纹采集装置中的非照明光(干扰光)信号，作为筛选有效指纹和甄别残留指痕的必要手段，开辟了利用彩色光学指纹采集装置的其他信号源，抑制外界光干扰的新颖技术途径；2)、为现有光学指纹采集装置提供了以智能判断为目的的“软设施”，提高了传感器抗干扰能力和实际应用效率；3)、简单易行，成本低廉。

附图说明

图1.是现有光学指纹采集装置的结构示意图。

图2.是本发明对传感器感测信号区域的划分示意图。

图3.是实施例1甄别有效指纹信号及其干扰的判断方法示意图。

图4.是实施例2进行二次筛选的程序流程。

图5.是实施例3启用非照明光信息之前对现有照明光信息作非干扰信号的确认。

图6.是实施例1的计算机处理程序框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作一步说明。

实施例1：

图2.为光学传感器感测区域A中前、背景区的设定。前景区A_f位于中心，图中用5、6、7、8四个局部邻域表示；背景区A_b的四个子块1、2、3、4分别处于A的四角。

图3.为检出有效指纹信号、干扰信号，甄别残留指痕的判读流程。启用单色红照明光图像信号21，判断A_f内的信号灰度值的均值是否小于阈值E_T22，若小于E_T，再判断A_f内信号灰度值的方差是否大于阈值D_T23，若大于D_T，则判为有效指纹信号24；若小于D_T，进入指纹信号的二次筛选25。如前所述，灰度值的均值E是反映某个区域中光照强度。如果漏光，灰度值的均值一定很大。所以，判断前景区的灰度值的均值大小，是本发明的首要判断，其后的所有分析判断都是以此判断分支。灰度值的方差D是反映某区域内强度变化起伏的程度。指纹图像似斑马纹，黑白起伏变化很大，它与灰度变化不明显(明暗变化很小)的背景比起来，灰度值的方差明显偏大。

若22中前景灰度值的均值大于阈值，则进入26，判断前后景信号灰度值的方差之比是否大于阈值R_T，若大于R_T，判为有效指纹24；若小于R_T，则进入较强光干扰下的有效指纹和残留指痕的检出与甄别。

启用非照明光图像信号(本实施例中读取蓝光数据)27，获取在感测区域中前景区A_f和背景区A_b内各点的光强度信号，判断该图像在前景A_f中的灰度值的方差D_f’所处的阈值区间28。

若D_TL’＜D_f＜C_TH’，判为有效指纹信号29；若D_r’＞D_TH’，判为残留指痕30；若D_F’＜D_TL’，判为干扰信号。

实施例2：

图4所示，其作用是，过程23不能检出有效指纹信号后，再进行第二次筛选判断，将可能包含的有效指纹信息识别出来；或者判为干扰信号。具体方法是：判断前、背景灰度值的方差的比率是否小于阈值R_T141，若过小，判为干扰信号42；若大于阈值R_T1，进一步判断前、背景灰度值的方差是否满足不等式D_f-(D_b·R_T1)＞R_T243，若是，判为有效指纹44；否则，判为干扰信息。

实施例3：

图5所示，其作用是，照明光信号处于如下条件：

当E_f＞E_T

而且 $\frac{D_f}{D_b}<R_T$ (不能判为有效指纹)

需要启用非照明光信号作进一步判读之前，为了减少干扰信号带入后续流程的可能，必须先对一些极有可能为干扰信号的图像进行排查。干扰特征排查的条件是：

如果 $\frac{E_f}{E_b}>R_{T3}$

    则判为干扰信号；

否则，

    启动后续判读程序，进一步详细判断。

图6是实施例1的计算机处理程序框图，具体流程如下：1)、读取非照明光中蓝色成分图像；2)、计算该图像前景区的灰度值的方差D_f’并存储；3)、读取照明光源(红光)图像；4)、计算红光图像前景灰度值的均值E_f；5)、比较该灰度值的均值是否小于阈值E_T；∥用来判断有无漏光。如果有漏光，干扰光(必为混合光)中红光色成分，再加上红光源，灰度值的均值就很大。以此分支成为两条处理路线：对不漏光情况和漏光情况分别处理∥。6)、比较前景灰度值的方差是否大于阈值D_T；∥灰度值的方差是反映在一个区域内统计样本差异度大小的统计量；指纹为黑白斑纹，灰度值的方差很大。∥。7)、若灰度值的方差小于阈值D_T，进行二次筛选。为此，本步骤先设置了一个干扰图像的判别方法：前后景灰度值的方差比是否小于阈值R_T1。8)、在排除干扰图像可能之后，则进行二次筛选：前后景灰度值的方差是否满足不等式D_f-(D_b·R_T1)＞R_T2？若满足，即检出有效指纹图像存在；∥这是实践中摸索出来的经验参数∥。9)、回过头来叙述漏光情况下的处理(红光图像前景灰度值的均值大于E_T)过程；10)、此时，若前后景灰度值的方差之比大于阈值R_T，说明仍是有效指纹图像；11)、若不能符合此判为指纹图像的条件，还要排除此为干扰图像的可能。在实施例中，判为干扰的条件是：前后景灰度值的均值之比要大于阈值R_T3；12)、若不能确切判为干扰，则要启用非信号光，即蓝光图像，其目的是：在这种漏光条件下，甄别出可能存在的有效指纹图像和残留指痕图像；13)、若蓝光前景灰度值的方差小于阈值D_TL’，则判为干扰图像；14)、若蓝光前景灰度值的方差大于阈值D_TH’，则判为残留指痕图像；15)、若蓝光前景灰度值的方差在前述两阈值之间，则判为有效指纹信号。

Claims (4)

1、一种光干扰条件下有效指纹信号的检出和残留指痕的甄别方法，其特征在于：主要包含下列步骤：

1)、在彩色光学传感器CMOS/CCD的感测区域A内进行前、背景区的设定，前景区A_f，位于感测区域的中心部位，背景区A_b位于感测区域的边缘部位；

2)、启用单色照明光图像信号，获取在单色照明光下感测区域中前景区A_f和背景区A_b内各点的光强度信号，通过第一数据统计判断规则及阈值比较，鉴别出有效指纹信号；

3)、启用非照明光图像信号，非照明光图像信号是从干扰光信号中剔除与照明光相同的那组单色信号后，所剩余的另外两组单色信号。获取非照明光在感测区域中前景区A_f和背景区A_b内各点的光强度信号，通过第二数据统计判断规则及阈值比较，鉴别出其余的有效指纹信号，残留指痕信号和干扰信号。

2、根据权利要求1所述的光干扰条件下有效指纹信号的检出和残留指痕的甄别方法，其特征在于：所述的第一数据统计判断规则及阈值比较如下：

1)、在E_f＜E_T前提下，

  如果D_f＞D_T，                                   (1)

    则判为有效指纹信号

2)、在E_f＞E_T前提下，

  如果 $\frac{D_f}{D_b}>R_T,---\left(2\right)$

    则判为有效指纹信号

所述的第二数据统计判断规则及阈值比较如下：

3)、在E_f＞E_T， $\frac{D_f}{D_b}<R_T$ 的前提下，

  如果D_f’＞D_TH’，            (3)

    判为残留指痕信号

  如果D_TL’＜D_f’＜D_TH’                (4)

    判为有效指纹信号

  如果D_f’＜D_TL’                                (5)

    判为干扰信号

其中：

E_f，E_b分别为A_f，A_b内照明光信号的灰度均值；

D_f，D_b分别为A_f，A_b内照明光信号的灰度方差；

D_f’，D_b’分别为A_f，A_b内非照明光信号的灰度方差；

E_T均值判断的阈值；

D_T，D_TH’，D_TL’为方差判断的阈值；

R_T为前背景方差之比的阈值。

3、根据权利要求2所述的光干扰条件下有效指纹信号的检出和残留指痕的甄别方法，其特征在于：设阈值：R_T1，R_T2，R_T3，在上述第1)款前提下，当条件(1)对有效指纹信号进行筛选之后，对D_f＜D_T信号作二次筛选和甄别，方法是：

       a)如果 $\frac{D_f}{D_b}<R_{T1}---\left(6\right)$

         则判为干扰信号

       b)如果 $\frac{D_f}{D_b}>R_{T1}$

              且D_f-(D_b·R_T1)＞R_T2，               (7)

         则判为有效指纹信号。

4、根据权利要求2所述的光干扰条件下有效指纹信号的检出和残留指痕的甄别方法，其特征在于：在上述第2)款前提下，当条件(2)对有效指纹信号进行筛选之后，对光干扰信号进行识别，识别条件是：

       c)如果 $\frac{E_f}{E_b}>R_{T3}---\left(8\right)$

             则判为干扰信号；

        否则，

            判为非干扰信号，准予启动后续非照明光判读程序。