TW202001644A - 指紋辨識系統 - Google Patents

Abstract

一種指紋辨識系統，其具有指紋感測裝置及控制器。指紋感測裝置針對指紋進行取樣並產生取樣信號，以及根據第一組設定參數將取樣信號轉換為第一指紋影像信號、或根據第二組設定參數將取樣信號轉換為第二指紋影像信號。控制器從複數組設定參數中挑選出第一組設定參數以供指紋感測裝置執行信號轉換，當第一指紋影像信號不符合已註冊指紋特徵時，從複數組設定參數中選出第二組設定參數以供指紋感測裝置執行信號轉換，以及當第一指紋影像信號或第二指紋影像信號符合已註冊指紋特徵時，決定指紋為合法指紋。

Description

指紋辨識系統

本申請主要關於指紋辨識技術，特別係有關於一種可動態調整增益(gain)參數與偏移(offset)參數之指紋辨識系統及方法。

近年來，安全管理的應用逐漸受到重視，例如：門戶安全管理、電子裝置身分認證、金融系統身分認證、以及犯罪偵查等領域，而指紋辨識這個生物特徵辨識技術是目前是最常見被運用在安全管理的技術之一。

一般來說，指紋辨識裝置係使用固定的一組設定參數去取得指紋影像來進行比對，然而，指紋的輸入條件通常不會是相同的，輸入條件包括：偵測到的手指面積(重按/輕按)、手指的乾濕程度等。因此，同樣的指紋在不同的輸入條件下，根據固定的設定參數所取得的指紋影像將會有明顯的差異，進而影響到指紋比對成功的機率。

舉例來說，當使用者將其手指輕觸於指紋辨識裝置，所取得的指紋影像可能會太淡而不容易找出指紋特徵，或者，當使用者將其手指重觸於指紋辨識裝置、或接觸的手指上帶有水分，則所取得的指紋影像可能會太黑而不容易找出指紋特徵。

為了解決上述問題，本申請提供了一種具有多組設定參數的指紋辨識系統，可動態選取適合的設定參數來進行指紋取樣信號之處理，以提升指紋比對成功的機率(降低錯誤拒絕率(False Rejection Rate，FRR))。

本申請之一實施例提供了一種指紋辨識系統，其包括一指紋感測裝置、以及一控制器。上述指紋感測裝置係用以針對一指紋進行取樣並產生一取樣信號，以及根據一第一組設定參數將上述取樣信號轉換為一第一指紋影像信號。上述控制器係用以從複數組設定參數中挑選出上述第一組設定參數以供上述指紋感測裝置執行上述信號轉換，決定上述第一指紋影像信號是否符合一或多個已註冊指紋特徵，當上述第一指紋影像信號符合上述已註冊指紋特徵時，決定上述指紋為合法(valid)指紋，當上述第一指紋影像信號不符合上述已註冊指紋特徵時，從上述複數組設定參數中挑選一第二組設定參數並指示上述指紋感測裝置根據上述第二組設定參數將上述取樣信號轉換為一第二指紋影像信號，決定上述第二指紋影像信號是否符合上述已註冊指紋特徵，以及當上述第二指紋影像信號符合上述已註冊指紋特徵時，決定上述指紋為合法指紋。

關於本申請其他附加的特徵與優點，此領域之熟習技術人士，在不脫離本申請之精神和範圍內，當可根據本案實施方法中所揭露之基於手勢的指紋辨識系統做些許的更動與潤飾而得到。

100‧‧‧指紋辨識系統

10‧‧‧指紋感測裝置

11‧‧‧指紋感測器

12‧‧‧信號放大器

13‧‧‧類比數位轉換器

14‧‧‧微處理器

15‧‧‧暫存裝置

20‧‧‧觸碰感測裝置

30‧‧‧控制器

40‧‧‧儲存裝置

50‧‧‧提示裝置

S210~S280、S310~S370‧‧‧方法步驟

第1圖係根據本申請一實施例所述指紋辨識系統之架構圖。

第2圖係根據本申請一實施例所述之指紋辨識方法之流程圖。

第3圖係根據本申請另一實施例所述之指紋辨識方法之流程圖。

本章節所敘述的是實施本申請之最佳方式，目的在於說明本申請之精神而非用以限定本申請之保護範圍，當可理解的是，使用於本說明書中的「包含」、「包括」等詞，係用以表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件以及/或組件，但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件、組件，或以上的任意組合。

第1圖係根據本申請一實施例所述指紋辨識系統之架構圖。指紋辨識系統100包括指紋感測裝置10、觸碰感測裝置20、控制器30、儲存裝置40、以及提示裝置50。

舉例來說，指紋辨識系統100可以是智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、個人電腦、工作站、自動提款機、或電子鎖等可支援指紋辨識功能之電子計算裝置。

指紋感測裝置10主要負責根據特定設定參數進行指紋取樣，並產生取樣信號，而指紋取樣的原理可以是光學式、電容式、或溫感式，不限於特定類型。明確來說，設定參數包括增益(gain)參數以及偏移(offset)參數。

指紋感測裝置10可以是全幅式(area type)指紋感 測器、或滑擦式(swipe type)感測器，其中全幅式指紋感測器每次取樣的都是一張完整的指紋影像，而滑擦式感測器每次僅取樣部分的指紋影像，在經過多次連續的取樣後再將取樣結果拼接為完整的指紋影像。

進一步說明，指紋感測裝置10可以是一整合之積體電路(Integrated Circuit，IC)，其包括指紋感測器11、一或多個信號放大器(amplifier)12、類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)13、微處理器(Micro Control Unit，MCU)14、以及暫存裝置15(如：記憶體)。

一般來說，指紋感測器11可包括以特定解析度(如：500 DPI(Dots Per Inch))配置而構成影像像素的感測元件，用以取樣其對應位置的指紋，並產生原始的指紋影像信號。

接著，信號放大器12可根據增益參數將原始的指紋影像信號放大為增益指紋影像信號，如此一來，信號強度較微弱的原始指紋影像信號在經過增益放大後可益於後續的信號處理。

之後，類比數位轉換器13將增益指紋影像信號轉換為數位影像信號，然後再根據偏移參數將各種強度的數位影像信號分別對應於特定灰階值，從而產生轉換後的指紋影像信號。

微處理器14用以設置信號放大器12與類比數位轉換器13所使用的增益參數與偏移參數，並從類比數位轉換器13接收轉換後的指紋影像信號，然後再將轉換後的指紋影像信號傳送到控制器30進行後續指紋比對之作業。

另外，暫存裝置15可儲存原始的指紋影像信號，當微處理器14欲使用新的增益參數與偏移參數時，可從暫存裝置15取出原始的指紋影像信號並傳送給信號放大器12，再設置信號放大器12與類比數位轉換器13使用新的增益參數與偏移參數，由信號放大器12使用新的增益參數對原始的指紋影像信號進行增益放大，再由類比數位轉換器13使用新的偏移參數對增益指紋影像信號進行轉換。也就是說，指紋感測裝置10可動態地根據不同的設定參數對取樣信號進行處理。

在本實施例中，觸碰感測裝置20設置為偵測導電物體(如：手指)的接近或碰觸，並產生觸碰信號，而觸碰偵測的原理可以是電阻式、電容式、或光學式，不限於特定類型。

在另一實施例，指紋感測裝置10與觸碰感測裝置20可以整合為一單一元件，例如：整合式感測晶片。或者，指紋感測裝置10與觸碰感測裝置20可以整合在一顯示面板中，使得該觸控式面板同時具有顯示視覺內容、指紋取樣、以及觸碰偵測之功能。

控制器30可為通用處理器、微處理器、應用處理器(Application Processor，AP)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、圖形處理器(Graphics Processing Unit，GPU)、或全像處理器(Holographic Processing Unit，HPU)、或任何可提供數據處理與影像分析之處理器。控制器30可包括各式電路邏輯，除了提供數據處理與影像分析之功能外，還用以：從指紋感測裝置10接收轉換後的指紋影像信號、從觸碰感測裝置20接收觸碰信號、設置指紋感測裝置10所使用的設定參 數、從儲存裝置40讀取或儲存數據、以及控制提示裝置50輸出提示訊息以告知使用者關於指紋比對結果是成功或失敗。

控制器30用以協調指紋感測裝置10、觸碰感測裝置20、儲存裝置40、以及輸入輸出裝置50之運作，以執行本申請的指紋辨識方法。

儲存裝置40為非暫態(non-transitory)之電腦可讀取儲存媒體，包括：記憶體(如：快閃記憶體、非揮發性隨機存取記憶體(Non-volatile Random Access Memory，NVRAM))、或磁性儲存裝置(如：硬碟、磁帶)、或光碟、或上述媒體之任意組合，其主要用以儲存數據，包括：已註冊指紋特徵、對應到不同按壓力道的最適設定參數、以及電腦可讀取及執行之指令或程式碼(例如：應用/通訊協定之程式碼、以及/或本申請的指紋辨識方法的程式碼)。

提示裝置50主要負責在指紋比對失敗時輸出提示訊息以告知使用者。舉例來說，提示訊息可以是特定視覺內容(如：影像、文字)、聲音內容、或震動。提示裝置50可包括顯示裝置(如：液晶顯示器(Liquid-Crystal Display，LCD)、發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)顯示器、有機發光二極體顯示器(Organic LED，OLED)、電子紙顯示器(Electronic Paper Display，EPD)、或陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)顯示器等)、喇叭、以及/或振動器，用以產生上述視覺內容、聲音內容、以及/或震動。

當可理解的是，第1圖所示之元件僅用以提供一說明之範例，並非用以限制本申請之保護範圍。在另一實施例， 指紋辨識系統100還可包括其他元件，舉例來說，當指紋辨識系統100為智慧型手機或平板電腦時，其還可包括按鈕、麥克風、電源供應器、無線通訊裝置、以及/或全球定位系統(Global Positioning System，GPS)等。按鈕及麥克風可用以提供輸入輸出之功能，以作為人機互動之介面。電源供應器可為一可攜式/可替換的充電電池，負責提供電力予其他元件之運作。無線通訊裝置可提供無線通訊之功能以取得行動服務。全球定位系統可提供指紋辨識系統100之位置資訊，以用於行動定位服務/應用。

第2圖係根據本申請一實施例所述之指紋辨識方法之流程圖。在此實施例，指紋辨識方法係適用於指紋辨識系統100，且可根據不同的設定參數重複進行取樣信號的轉換及指紋特徵比對，以提升指紋比對成功的機率並降低錯誤拒絕率。

首先，指紋辨識系統100透過指紋感測裝置10對使用者的手指指紋進行取樣以產生取樣信號(步驟S210)，也就是由指紋感測器11去偵測指紋以產生原始的指紋影像信號。

然後，指紋辨識系統100從複數組設定參數中挑選一組設定參數(步驟S220)，其中每一組設定參數包括一增益參數以及一偏移參數。

在一實施例，指紋辨識系統100可預先收集使用者以不同力道所按壓的指紋信號，並根據不同力道所產生的指紋信號個別決定一組設定參數，較佳地，每一組設定參數可用以將個別對應的指紋信號進行處理以得到高品質的指紋影像 信號。而這些設定參數即為步驟S220所述的複數組設定參數。

舉例來說，第一指紋信號是重力道的按壓所產生、第二指紋信號是中等力道的按壓所產生、第三指紋信號是輕力道的按壓所產生，因此，第一指紋信號所對應需使用的設定參數可以設為較小值，方能使第一指紋信號在經過信號轉換後得到較為清晰的指紋影像，同樣地，為了使第二、第三指紋信號在經過信號轉換後得到較為清晰的指紋影像，第二指紋信號所對應需使用的設定參數可以設為中等值，而第三指紋信號所對應需使用的設定參數可以設為較大值。

接著，指紋辨識系統100根據挑選的設定參數將取樣信號轉換為指紋影像信號(步驟S230)，然後，決定指紋影像信號是否符合已註冊指紋特徵(步驟S240)，其中已註冊指紋特徵可包括以下至少一者：脊分叉處(bifurcation)資訊、脊端點(endpoint)資訊、中心點(core)資訊、單點(dot)資訊、眼圖(eye)資訊、交錯線(crossover)資訊、以及橋(bridge)資訊。關於上述指紋特徵的格式及詳細說明，可參考標準規範ISO/IEC 19794。

在一實施例，指紋辨識系統100可預先收集使用者的指紋影像信號作為已註冊指紋，並針對已註冊指紋進行分析以取得指紋特徵。

接續步驟S240，如果指紋影像信號符合已註冊指紋特徵，則決定上述指紋為合法(valid)指紋(步驟S250)，流程結束。

在一實施例，當決定上述指紋為合法指紋時，指 紋辨識系統100還可進一步解除其鎖定狀態、以及/或啟動特定的應用。

接續步驟S240，如果指紋影像信號不符合已註冊指紋特徵，則決定複數組設定參數中是否還有未被挑選過的(步驟S260)，若是，則從複數組設定參數中挑選另一組設定參數(步驟S270)，然後流程接到步驟S230，以根據新挑選的設定參數重新進行取樣信號的轉換及指紋影像信號的比對。

接續步驟S260，如果複數組設定參數都已被挑選過，則決定上述指紋為非法(invalid)指紋(步驟S280)，流程結束。

在一實施例，當決定上述指紋為非法指紋時，指紋辨識系統100可維持其鎖定狀態，並進一步透過提示裝置50輸出提示訊息(如：視覺/聲音內容、或震動)以告知使用者指紋比對失敗。

第3圖係根據本申請一實施例所述之指紋辨識方法之流程圖。在此實施例，指紋辨識方法係適用於指紋辨識系統100，且會根據使用者的手指按壓力道挑選適合的設定參數一次性地進行取樣信號的轉換及指紋特徵的比對，可減少信號轉號及指紋特徵比對的所需時間及耗電量，此外，還能夠提升指紋比對成功的機率並降低錯誤拒絕率。

首先，指紋辨識系統100透過指紋感測裝置10對使用者的手指指紋進行取樣以產生取樣信號(步驟S310)，也就是由指紋感測器11去偵測指紋以產生原始的指紋影像信號。

此外，還透過觸碰感測裝置20偵測使用者的手指 之觸碰以產生觸碰信號並根據觸碰信號決定手指的接觸面積(步驟S320)，進一步說明，由於手指的接觸面積與按壓力道呈正相關，因此接觸面積可以被理解為是一種可表示按壓力道之參數。舉例來說，當接觸面積大小位於第一預定範圍內時，可代表按壓力道1；當接觸面積大小位於第二預定範圍內時，可代表按壓力道2，其中第一預定範圍小於第二預定範圍，且按壓力道1小於按壓力道2。

然後，指紋辨識系統100根據手指的接觸面積(即：按壓力道)從複數組設定參數中挑選一組設定參數(步驟S330)，其中每一組設定參數包括一增益參數以及一偏移參數。

在一實施例，指紋辨識系統100可預先收集使用者以不同力道所按壓的指紋信號，並根據不同力道所產生的指紋信號個別決定一組設定參數，較佳地，每一組設定參數可用以將個別對應的指紋信號進行處理以得到高品質的指紋影像信號。而這些設定參數即為步驟S330所述的複數組設定參數。

接著，指紋辨識系統100根據挑選的設定參數將取樣信號轉換為指紋影像信號(步驟S340)，然後，決定指紋影像信號是否符合已註冊指紋特徵(步驟S350)，其中已註冊指紋特徵可包括以下至少一者：脊分叉處資訊、脊端點資訊、中心點資訊、單點資訊、眼圖資訊、交錯線資訊、以及橋資訊。

在一實施例，指紋辨識系統100可預先收集使用者的指紋影像信號作為已註冊指紋，並針對已註冊指紋進行分析以取得指紋特徵。

接續步驟S350，如果指紋影像信號符合已註冊指紋特徵，即表示上述指紋為合法指紋，所以解除指紋辨識系統100的鎖定狀態、以及/或啟動特定的應用(步驟S360)，然後流程結束。

接續步驟S350，如果指紋影像信號不符合已註冊指紋特徵，即表示上述指紋為非法指紋，所以使指紋辨識系統100維持在鎖定狀態、以及/或透過提示裝置50輸出提示訊息(如：視覺/聲音內容、或震動)以告知使用者指紋比對失敗(步驟S370)，然後流程結束。

根據上述之實施例，當可理解的是，本申請所提出的指紋辨識系統可動態地從複數組設定參數中選取適合的一組設定參數來進行指紋取樣信號之處理及指紋特徵之比對，其中每一組設定參數可對應到指紋輸入時的不同條件(如：手指的乾濕程度、重按/輕按等)，因此，能有效提升指紋比對成功的機率並降低錯誤拒絕率。更進一步地，由於提升了指紋比對成功的機率，從而能減少使用者按壓指紋感測器的次數，以降低指紋感測器的耗損機率。

本申請雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本申請的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本申請之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本申請之範圍，本申請之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

於申請專利範圍中所使用的「第一」、「第二」等詞係用來修飾權利要求中的元件，並非用來表示之間具有優先 權順序，先行關係，或者是一個元件先於另一個元件，或者是執行方法步驟時的時間先後順序，僅用來區別具有相同名字的元件。

100‧‧‧指紋辨識系統

10‧‧‧指紋感測裝置

11‧‧‧指紋感測器

12‧‧‧信號放大器

13‧‧‧類比數位轉換器

14‧‧‧微處理器

15‧‧‧暫存裝置

20‧‧‧觸碰感測裝置

30‧‧‧控制器

40‧‧‧儲存裝置

50‧‧‧提示裝置

Claims (4)

1. 一種指紋辨識系統，包括：一指紋感測裝置，用以針對一指紋進行取樣並產生一取樣信號，以及根據一第一組設定參數將上述取樣信號轉換為一第一指紋影像信號；以及一控制器，用以從複數組設定參數中挑選出上述第一組設定參數以供上述指紋感測裝置執行上述信號轉換，決定上述第一指紋影像信號是否符合一或多個已註冊指紋特徵，當上述第一指紋影像信號符合上述已註冊指紋特徵時，決定上述指紋為合法指紋，當上述第一指紋影像信號不符合上述已註冊指紋特徵時，從上述複數組設定參數中挑選一第二組設定參數並指示上述指紋感測裝置根據上述第二組設定參數將上述取樣信號轉換為一第二指紋影像信號，決定上述第二指紋影像信號是否符合上述已註冊指紋特徵，以及當上述第二指紋影像信號符合上述已註冊指紋特徵時，決定上述指紋為合法指紋。
2. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識系統，更包括：一觸碰感測裝置，用以偵測一手指之觸碰並產生一觸碰信號；其中上述控制器更用以根據上述觸碰信號決定一接觸面積，以及根據上述接觸面積從上述複數組設定參數中挑選上述第一組設定參數。
3. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識系統，其中上述控制器更用以當上述第一指紋影像信號不符合上述已註 冊指紋特徵時，決定上述指紋為非法(invalid)指紋，當決定上述指紋為合法指紋時，產生一第一提示訊息以指示指紋比對成功、或啟動一預定應用，以及當決定上述指紋為非法指紋時，產生一第二提示訊息以指示指紋比對失敗、或令上述指紋辨識系統之一震動器產生震動。
4. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識系統，其中上述每一組設定參數包括一增益(gain)參數以及一偏移(offset)參數。

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