TW201824081A - 光學識別方法 - Google Patents

Abstract

一種光學識別方法，其中包含：投射光至手指以產生一反射光；以一像素感測單元，接收反射光以產生多個手指影像；以及根據像素感測單元擷取手指影像的所需曝光時間或平均亮度，判斷手指影像是否具有一活體特徵；其中，當手指影像具有活體特徵時，則根據手指影像產生識別資訊；或者當手指影像不具有活體特徵時，則不根據手指影像產生識別資訊，且像素感測單元可停止產生後續手指影像。

Description

光學識別方法

本發明係有關一種光學識別方法，此光學識別方法藉由同一像素感測單元與同一光源，以感測手指影像之活體特徵與指紋特徵，藉此而在不增加成本的情況下，提高防偽功能。

使用指紋特徵來進行身分辨識，已為常用之技術。但，先前技術之光學識別系統，例如光學式感測器，雖可判斷手指指紋，然而現代的指紋仿製技術不斷進步，雖然使用者未在場，但藉由仿製之指紋可欺瞞光學識別系統，讓光學識別系統誤判斷使用者正在使用系統。因此，純粹以指紋紋路來判斷，仍有辨識錯誤的風險。

此外，先前技術之電容式感測器，僅能判斷手指之按壓動作以計算手指之觸碰與運動，但無法判斷手指之指紋、更無法根據指紋特徵來進行身分辨識。

就其中一個觀點言，本發明提供了一種光學識別方法，其包含：投射光至一手指以產生一反射光；以一像素感測單元，接收反射光以產生多個手指影像；以及根據像素感測單元擷取手指影像的所需曝光時間或平均亮度，判斷手指影像是否具有一活體特徵；其中，當手指影像具有活體特徵時，則根據手指影像產生識別資訊；或者當手指影像不具有活體特徵時，則不根據手指影像產生識別資訊，且像素感測單元可停止產生後續手指影像。

一實施例中， 光學識別方法又包含：判斷像素感測單元擷取之手指影像，是否具有一運動狀態，其中當手指影像具有運動狀態時，像素感測單元停止產生手指影像。

一實施例中，像素感測單元具有一感測動態範圍，並根據感測動態範圍決定各手指影像之所需曝光時間，其中判斷手指影像是否具有一活體特徵之步驟包含：判斷各手指影像之所需曝光時間是否落在一曝光時間門檻值所定義的範圍內，如是，則判斷手指影像具有活體特徵；如否，則判斷手指影像不具有活體特徵。

一實施例中，曝光時間門檻值包含一曝光時間上限門檻值、或包含一曝光時間下限門檻值、或包含曝光時間上限及下限門檻值。

一實施例中，像素感測單元具有一感測曝光時間，以接收反射光並產生手指影像，手指影像根據感測曝光時間具有平均亮度，其中判斷手指影像是否具有一活體特徵之步驟包含：判斷手指影像的平均亮度是否落在一亮度門檻值所定義的範圍內，如是，則判斷手指影像具有活體特徵；如否，則判斷手指影像不具有活體特徵。

一實施例中，亮度門檻值包含一亮度上限門檻值、或包含一亮度下限門檻值、或包含亮度上限及下限門檻值。

一實施例中，前述之根據像素感測單元擷取手指影像的平均亮度，判斷手指影像是否具有活體特徵之步驟包含：根據各手指影像之平均亮度間之平均亮度差，以判斷手指影像是否具有活體特徵。

一實施例中，根據各手指影像之平均亮度間之平均亮度差，以判斷手指影像是否具有活體特徵之步驟包括：以一個手指影像之平均亮度作為第一比較基準，將這個手指影像後續的至少一個手指影像之平均亮度與第一比較基準比較，得到一差值，並判斷此差值是否超過一平均差門檻值；之後，再以另一個手指影像之平均亮度作為第二比較基準，將這另一個手指影像後續的至少一個手指影像之平均亮度與第二比較基準比較，得到另一差值，並判斷此另一差值是否超過平均差門檻值；以及當差值超過平均差門檻值之累計次數超過一次數門檻值時，判斷為具有活體特徵。

一實施例中，手指影像包含依序擷取之一第一手指影像、一第二手指影像、一第一亮度比較組、以及一第二亮度比較組，其中，第一亮度比較組包含從第一手指影像開始之多個手指影像，第二亮度比較組包含第二手指影像與其後之至少一個手指影像，第一亮度比較組不包含此至少一個手指影像，第一亮度比較組的多個手指影像中包含第二手指影像，前述之根據手指影像之平均亮度間之平均亮度差，以判斷手指影像是否具有活體特徵之步驟包含：擷取各手指影像之平均亮度；將第一亮度比較組中手指影像之平均亮度，分別與第一手指影像之平均亮度比較，以分別產生第一亮度比較組中各手指影像之平均亮度差；將第二亮度比較組中至少一手指影像之平均亮度，與第二手指影像比較，以產生第二亮度比較組中至少一手指影像之平均亮度差；設定一平均差門檻值，根據第一、二亮度比較組中各手指影像之平均亮度差，累計手指影像之平均亮度差中超過平均差門檻值之次數；以及設定一次數門檻值，當次數高於次數門檻值，判斷手指影像具有活體特徵。

一實施例中，平均差門檻值可依據一使用者之一呼吸特徵、或一心跳特徵而決定。

一實施例中，手指之識別資訊，包含手指之指紋特徵或運動軌跡。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件間之功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

參照第1圖，其中顯示根據本發明一個觀點之光學識別方法之流程圖。根據圖式，本發明之光學識別方法，其包含：投射光至一手指以產生一反射光(S1)；以一像素感測單元，接收反射光以產生多個手指影像 (S2)；計算擷取手指影像的所需曝光時間或平均亮度 (S3)；以及根據像素感測單元擷取手指影像的所需曝光時間或平均亮度，判斷手指影像是否具有一活體特徵 (S4)；其中，當手指影像具有活體特徵時，則根據手指影像產生識別資訊； (S5)；或者當手指影像不具有活體特徵時，或者當手指影像不具有活體特徵時，則不根據手指影像產生識別資訊，且像素感測單元可(optionally)停止產生後續手指影像(可停止亦可不停止) (S6)。

關於本發明所提供之光學識別方法之步驟S1、S2、S5、S6，第2圖顯示對應此些步驟之手指影像感測器之一設計實施例，其中顯示光源提供光線投射至手指，光線投射至手指後產生反射光、像素感測單元接收反射光以產生多個手指影像(及/或多個後續手指影像)，以供判斷活體特徵以及識別資訊。重要地，無論判斷活體特徵、或判斷識別資訊，皆可藉由圖2中同一光源與同一像素感測單元所擷取的手指影像來達成。先前技術之光學識別系統難以辨別指紋是否為仿製，而先前技術之電容式感測器，僅能判斷碰觸物之運動，也無法判斷碰觸物是否為活體手指。相較於先前技術，本發明根據像素感測單元擷取手指影像的所需曝光時間或平均亮度，以判斷手指影像是否具有一活體特徵，可以提高防偽功能，而且判斷活體特徵與判斷識別資訊，皆可藉由本發明之同一光源與同一像素感測單元所產生，其詳述如後。

前述各手指影像之平均亮度，例如可為各手指影像中全部像素之平均亮度，即[手指影像之平均亮度為(手指影像中全部像素之亮度相加值)除以(手指影像中全部像素之數量)]，或是，也可以僅選取各手指影像中之部分像素加以平均，例如，可以將過亮或過暗的像素去除、或是將邊緣的像素去除，等等。例如，當一像素之亮度介於0與255之間，圖3中，第一手指影像之平均亮度為100，到第二手指影像之平均亮度成為105，代表擷取之手指影像之平均亮度，為接近中間亮度之範圍(接近0與255之中間)，且手指影像之平均亮度在逐漸增加中。

根據本發明，當進行判斷手指影像是否包含活體特徵之步驟時，若手指移動，則產生之手指影像，可能會造成誤判。一實施例中，光學識別方法又包含：判斷像素感測單元擷取之手指影像，是否具有一運動狀態，當手指影像具有運動狀態時，則像素感測單元停止產生手指影像。

像素感測單元具有一感測動態範圍，為使產生之手指影像之像素能對應於此感測動態範圍中，須根據此感測動態範圍而決定各手指影像之所需曝光時間。例如反射效果較差之物件，其所需曝光時間較長；反射效果較佳之物件，其所需曝光時間較短。一般仿製手指(或仿製指紋)之反射效果，會與活體手指不同，代表根據同一感測動態範圍下，擷取仿製手指(或仿製指紋) 之手指影像所需曝光時間範圍，不同於具有活體特徵之手指影像所需曝光時間範圍。

一實施例中，活體特徵可根據一曝光時間門檻值來判斷。此曝光時間門檻值，可僅設上限、僅設下限、或上下限皆設。例如：根據具有活體特徵之手指影像所需曝光時間中最長者而決定曝光時間上限門檻值，即高於曝光時間上限門檻值之手指影像，不具有活體特徵，短於曝光時間上限門檻值之手指影像，具有活體特徵；或根據具有活體特徵之手指影像所需曝光時間中最短者而決定曝光時間下限門檻值；或根據具有活體特徵之手指影像所需曝光時間中最長者及最短者而決定曝光時間上下限門檻值。前述之根據像素感測單元擷取手指影像的所需曝光時間，判斷手指影像是否具有活體特徵之步驟可包含：當各手指影像之所需曝光時間低於曝光時間上限門檻值，判斷手指影像具有活體特徵，反之則判斷手指影像不具有活體特徵；或當各手指影像之所需曝光時間高於曝光時間下限門檻值，判斷手指影像具有活體特徵，反之則判斷手指影像不具有活體特徵；或當各手指影像之所需曝光時間落於曝光時間上下限門檻值之間，判斷手指影像具有活體特徵，反之則判斷手指影像不具有活體特徵。

同樣地，當像素感測單元具有一感測曝光時間，手指影像之像素對應於此感測動態範圍，會有不同之平均亮度。例如反射效果較差之物件，其平均亮度較低；反射效果較佳之物件，其平均亮度較高。一般仿製手指(或仿製指紋)之光反射效果，會與活體手指不同，代表根據同一感測曝光時間下，擷取仿製手指(或仿製指紋) 之手指影像之平均亮度範圍，不同於具有活體特徵之手指影像之平均亮度範圍。

一實施例中，活體特徵可根據一亮度門檻值來判斷，此亮度門檻值，可僅設上限、僅設下限、或上下限皆設。例如：根據具有活體特徵之手指影像中平均亮度最低者而決定亮度下限門檻值，即低於亮度下限門檻值之手指影像，不具有活體特徵，高於亮度下限門檻值之手指影像，具有活體特徵；或根據具有活體特徵之手指影像中平均亮度最高者而決定亮度上限門檻值；根據具有活體特徵之手指影像中平均亮度最高與最低者而決定亮度上下限門檻值。前述之根據像素感測單元擷取手指影像的平均亮度，判斷手指影像是否具有一活體特徵之步驟包含：當手指影像的平均亮度高於亮度下限門檻值，判斷手指影像具有活體特徵，反之則判斷手指影像不具有活體特徵；或當手指影像的平均亮度低於亮度上限門檻值，判斷手指影像具有活體特徵，反之則判斷手指影像不具有活體特徵；或當手指影像的平均亮度落於亮度上下限門檻值之間，判斷手指影像具有活體特徵，反之則判斷手指影像不具有活體特徵。

前述之手指影像的平均亮度，可為依據多個手指影像的平均亮度，或各別的手指影像的單獨平均亮度。使用者可依需要決定平均亮度之決定方式，例如當感測曝光時間較短時，擷取多個手指影像的平均亮度；或感測曝光時間較長時，擷取各手指影像的單獨平均亮度等。

手指影像所具有之活體特徵，在另一實施例中，可根據多個手指影像的平均亮度變化來判斷，此變化例如是因為呼吸、心跳、或其他活體生命跡象而產生，以致於手指影像中，具有平均亮度變化。一實施例中，前述之根據像素感測單元擷取手指影像的平均亮度，判斷手指影像是否具有活體特徵之步驟包含：根據各手指影像之平均亮度間之平均亮度差，以判斷手指影像是否具有活體特徵。

根據各手指影像之平均亮度間之平均亮度差來判斷活體特徵，有許多實施方式，圖3顯示本發明之一實施例，其詳述如下：手指影像包含依序擷取之一第一手指影像、一第二手指影像、一第一亮度比較組、以及一第二亮度比較組。第一亮度比較組包含從第一手指影像開始之多個手指影像，第二亮度比較組包含第二手指影像與其後之至少一個手指影像（圖3中以第八手指影像為例）。第一亮度比較組不包含此至少一個手指影像（圖3中，第一亮度比較組不包含第八手指影像為例），第一亮度比較組的多個手指影像中包含第二手指影像。

前述之根據手指影像之平均亮度間之平均亮度差，以判斷手指影像是否具有活體特徵之步驟包含：擷取各手指影像之平均亮度；將第一亮度比較組中各手指影像之平均亮度，分別與第一手指影像之平均亮度比較(第二手指影像之平均亮度減第一手指影像之平均亮度、第三手指影像之平均亮度減第一手指影像之平均亮度…)，以分別產生第一亮度比較組中各手指影像之平均亮度差(顯示於圖式中平均亮度差5、15…)；將第二亮度比較組中至少一手指影像之平均亮度(此實施例中，以第八手指影像之平均亮度為例)，與第二手指影像比較，以產生第二亮度比較組中至少一個手指影像之平均亮度差(顯示於圖3，第八手指影像之平均亮度差為25)；設定一平均差門檻值(圖式中，以15為例，然實施時不限於15，可依需要而定)，根據第一、二亮度比較組中各手指影像之平均亮度差，累計手指影像之平均亮度差中超過平均差門檻值之次數；以及設定一次數門檻值(圖式中，以6次為例，然實施時不限於15，可依需要而定)，當次數高於次數門檻值，判斷手指影像具有活體特徵。

上述之平均差門檻值，在一實施例中，例如但不限於可為一絕對值，即，若在後之手指影像之平均亮度低於在先手指影像之平均亮度，而差值高於此絕對值時，亦可計算次數。

使用者也可根據本發明所提供之技術特徵，修正部分實施內容，以達成判斷活體特徵之功效。例如，前述之累計手指影像之平均亮度差超過平均差門檻值之次數，高於次數門檻值時，判斷手指影像具有活體特徵之步驟，也可思及以下之應用：當判斷手指影像之平均亮度差超過平均差門檻值之次數，超過另一次數門檻值時，判斷手指影像中不包含活體特徵。此外，當手指影像中沒有活體特徵，可限制判斷手指影像之次數，持續地判斷將浪費計算資源與時間。

根據圖3，第一亮度比較組與第二亮度比較組所包含之手指影像之數量不同。然而，若有需要，第一亮度比較組與第二亮度比較組所包含之手指影像之數量也可相同，例如第一亮度比較組包含四個手指影像，第二亮度比較組包含四個手指影像。因此，第一亮度比較組與第二亮度比較組所包含之手指影像之數量不限於圖式中所顯示。

一實施例中，平均差門檻值可依據一使用者之一呼吸特徵、或一心跳特徵而決定。例如，當依據呼吸特徵而定時，因呼吸之頻率較低，平均亮度差變化較緩，故平均差門檻值可設一較低值。又例如，當依據心跳特徵而定時，因心跳之頻率較呼吸之頻率高，平均亮度差變化相對較大，故平均差門檻值可設一較高值（相對於呼吸特徵而言）。

此外，平均差門檻值也可依據擷取手指影像之頻率而定。例如，當擷取手指影像之頻率較低時，因手指影像間隔時間較長，其平均亮度差變化較高，故平均差門檻值可設一較高值。又例如，當擷取手指影像之頻率較高時，手指影像間隔時間較短，其平均亮度差變化較低，故平均差門檻值可設一較低值。

一實施例中，前述之次數門檻值，可依據擷取手指影像之頻率而定。例如，當擷取手指影像之頻率較低時，因手指影像間之時間間隔較長，故次數門檻值設一較低值，使擷取之平均亮度差可判斷是否具有活體特徵。又例如，當擷取手指影像之頻率較高時，因手指影像間之時間間隔較短，故次數門檻值設一較高值，使擷取之平均亮度差可判斷是否具有活體特徵。

以上根據圖3所述之實施方式，僅是舉例說明本發明其中一種較佳方式，但並非唯一實施方式。如前所述，本發明可使用多種方式來判斷活體特徵，例如但不限於可根據曝光時間門檻值來判斷活體特徵、可根據亮度門檻值來判斷活體特徵、或者可根據各手指影像之平均亮度間之平均亮度差來判斷活體特徵。而就「根據平均亮度差來判斷活體特徵」而言，圖3所述之方式重點在於計算平均亮度間之平均亮度差，並適時更新比較基準。也就是說，先以一個手指影像之平均亮度作為比較基準（第一比較基準），將後續其他手指影像之平均亮度與第一比較基準比較；之後，可根據擷取手指影像之頻率、及／或根據欲判斷的活體特徵，而再以一個手指影像之平均亮度作為比較基準（第一比較基準），將後續其他手指影像之平均亮度與第一比較基準比較；依此類推，而當差值超過平均差門檻值之次數超過次數門檻值時，即判斷為具有活體特徵。本領域內的技術人士可以根據本發明，而思及各種變化，例如，圖3所述之方式中，在以第一手指影像之平均亮度作為比較基準之後，不必須以第二手指影像之平均亮度來更新作為比較基準，而例如可以以第三指影像之平均亮度作為比較基準（即，將第八手指影像之平均亮度差與第三手指影像之平均亮度差比較，而不是與第二手指影像之平均亮度差比較），等等。

一實施例中，手指之識別資訊，包含手指之指紋特徵或運動軌跡。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。各實施例中圖示直接連接的兩電路或元件間，可插置不影響主要功能的其他電路或元件，僅需對應修改相關電路或是訊號的意義即可。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。前述之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，例如但不限於將兩實施例併用，或是以其中一個實施例的局部電路代換另一實施例的對應電路。

S1~S6‧‧‧步驟

［第1圖］顯示根據本發明一實施例之光學識別方法之流程圖； ［第2圖］顯示根據本發明一實施例之手指影像感測設計之示意圖； ［第3圖］顯示根據本發明一實施例之判斷活體特徵之示意圖。

Claims (12)

1. 一種光學識別方法，其包含： 投射光至一手指以產生一反射光； 以一像素感測單元，接收該反射光以產生多個手指影像；以及 根據該像素感測單元擷取該些手指影像的所需曝光時間或平均亮度，判斷該些手指影像是否具有一活體特徵； 其中，當該手指影像具有該活體特徵時，則根據手指影像產生識別資訊；或者 當該手指影像不具有該活體特徵時，則不根據手指影像產生識別資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學識別方法，又包含：當該手指影像不具有該活體特徵時，該像素感測單元停止產生該些後續手指影像。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學識別方法，又包含：判斷該像素感測單元擷取之該些手指影像，是否具有一運動狀態，其中當該些手指影像具有該運動狀態時，該像素感測單元停止產生該些手指影像。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學識別方法，其中該像素感測單元具有一感測動態範圍，並根據該感測動態範圍決定各該手指影像之所需曝光時間，其中判斷該些手指影像是否具有一活體特徵之步驟包含：判斷各該手指影像之所需曝光時間是否落在一曝光時間門檻值所定義的範圍內，如是，則判斷該些手指影像具有該活體特徵；如否，則判斷該些手指影像不具有該活體特徵。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學識別方法，其中該曝光時間門檻值包含一曝光時間上限門檻值、或包含一曝光時間下限門檻值、或包含曝光時間上限及下限門檻值。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學識別方法，其中該像素感測單元具有一感測曝光時間，以接收該反射光並產生該些手指影像，該些手指影像根據該感測曝光時間具有該些平均亮度，其中判斷該些手指影像是否具有一活體特徵之步驟包含：判斷該些手指影像的該些平均亮度是否落在一亮度門檻值所定義的範圍內，如是，則判斷該些手指影像具有該活體特徵；如否，則判斷該些手指影像不具有該活體特徵。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學識別方法，其中該亮度門檻值包含一亮度上限門檻值、或包含一亮度下限門檻值、或包含亮度上限及下限門檻值。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學識別方法，其中前述之根據該像素感測單元擷取該些手指影像的該些平均亮度，判斷該些手指影像是否具有活體特徵之步驟包含：根據各該手指影像之該平均亮度間之平均亮度差，以判斷該些手指影像是否具有該活體特徵。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學識別方法，其中根據各該手指影像之該平均亮度間之平均亮度差，以判斷該些手指影像是否具有該活體特徵之步驟包括： 　　以一個手指影像之平均亮度作為第一比較基準，將這個手指影像後續的至少一個手指影像之平均亮度與該第一比較基準比較，得到一差值，並判斷此差值是否超過一平均差門檻值； 　　之後，再以另一個手指影像之平均亮度作為第二比較基準，將這另一個手指影像後續的至少一個手指影像之平均亮度與該第二比較基準比較，得到另一差值，並判斷此另一差值是否超過該平均差門檻值；以及 　　當差值超過平均差門檻值之累計次數超過一次數門檻值時，判斷為具有活體特徵。
10. 如申請專利範圍第8項所述之光學識別方法，其中該些手指影像包含依序擷取之一第一手指影像、一第二手指影像、一第一亮度比較組、以及一第二亮度比較組，其中，該第一亮度比較組包含從該第一手指影像開始之多個該手指影像，該第二亮度比較組包含該第二手指影像與其後之至少一該手指影像，該第一亮度比較組不包含此至少一該手指影像，該第一亮度比較組的多個該手指影像中包含該第二手指影像，前述之根據該些手指影像之該些平均亮度間之該平均亮度差，以判斷該些手指影像是否具有該活體特徵之步驟包含： 　　擷取各該手指影像之該平均亮度； 　　將該第一亮度比較組中各該手指影像之該平均亮度，分別與該第一手指影像之該平均亮度比較，以分別產生該第一亮度比較組中各該手指影像之該平均亮度差；將該第二亮度比較組中至少一該手指影像之該平均亮度，與第二手指影像比較，以產生該第二亮度比較組中至少一該手指影像之該平均亮度差； 　　設定一平均差門檻值，根據該第一、二亮度比較組中各該手指影像之該平均亮度差，累計該些手指影像之該平均亮度差中超過該平均差門檻值之次數；以及 　　設定一次數門檻值，當該次數高於該次數門檻值，判斷該手指影像具有該活體特徵。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光學識別方法，其中，該平均差門檻值可依據一使用者之一呼吸特徵、或一心跳特徵而決定。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光學識別方法，其中，該手指之該識別資訊，包含該手指之指紋特徵或運動軌跡。