TWI473024B - 活體指紋辨識技術 - Google Patents

Description

活體指紋辨識技術

本發明係關於一種活體指紋辨識系統，特別是關於一種應用穩定態雷射光斑動態影像之取像方法的物體表面光斑辨識技術，利用雷射光擴束技術產生較大面積的照明光束，再以光欄限光技術產生穩定態雷射光斑，於擷取穩定態光斑的動態影像後，應用影像處理技術軟體技術辨識指紋；採雙層次的辨識，初步進行指紋之活體辨識，進一步將待辨識指紋作初步分群，再利用雷射表面光斑特徵執行精確辨識，其流程如第1圖所示；指紋穩定態表面光斑辨識技術，可提昇指紋辨識系統的辨識率，並可確保待辨識者是有脈搏的活體指紋；採兩階段的影像處理，將資料庫分群搜尋比對，可加速辨識速率及提昇辨識率。

傳統指紋辨識皆是利用各種方法(光學成像、電容...等)取得指紋的二維圖像，之後再來辨識圖像的指紋特徵，以確認擷取的指紋是被接受或拒絕。這個方法雖被廣泛的應用於各個領域，但其取得者為指紋之二維靜態圖像，因此指紋辨識系統容易被複製的指紋蒙蔽，也一直為大家所詬病。

本發明係一種活體指紋光電辨識系統，以雷射光擴束方法，產生足以應用於照明指紋表面的較大面積雷射光束，配合光欄限光技術產生穩定態雷射光斑及動態影像之取像方法的光電裝置，配合本發明雙層次的辨識流程，可解決以往指紋容易被複製的問題，且能提昇系統的辨識率與縮短比對時間。

本發明之一範疇在於提供一種指紋辨識技術。

根據一實施例，其指紋表面光斑擷取裝置包含(1)雷射光源；(2)擴束單元；(3)取像單元；(4)辨識單元。「雷射光源」為照明指紋之原始光源；「擴束單元」用來擴大雷射光束面積，雷射光束照明面積擴大到足以用來照明指紋，被照明的指紋表面顯現指紋圖案及雷射特有的光斑，光斑隨著脈搏的跳動會隨時遞變，與脈搏同步呈現週期性變化；「取像單元」包含一光欄、一成像鏡頭及一成像陣列組件，一般的雷射光斑即使待辨識物固定不變，光斑也會隨時間作無規變化，加上『光欄』後即可形成穩定態的雷射光斑，成像陣列組件可以為CCD、CMOS攝影機或任何的二維成像組件；「辨識單元」包含一影像信號擷取組件及影像資料處理組件，影像資料處理組件於取得指紋的穩定態雷射光斑指紋動態圖像後，由動態圖像及雷射光斑指紋相關圖像進行分析。連續擷取影像，並依序執行互關聯運算，計算結果為與脈搏相關的週期性波動，依據波動之週期來區別指紋是否為活體，再利用區域二元圖案(Local binary patterns，LBP)及支持向量機(Support Vector Machine，簡稱SVM)影像處理技術來區別是否為人體之指紋，可以確認提供指紋者是有脈搏的活體指紋，再經辨識方法來識別身份。本發明的工作方法流程如第2圖：指紋光斑辨識流程圖所示。辨識工作分為資料庫的建立與影像辨識兩部分，資料庫建立後就可以利用此指紋光斑影像辨識技術來辨識人員的身分。建立指紋特徵資料庫階段，首先利用指紋表面光斑擷取裝置擷取參考指紋表面光斑影像，接著分析參考指紋表面光斑特徵，依特徵決定指紋分群別，再依分群別建立指紋穩態雷射光斑特徵資料庫。指紋辨識階段，首先利用指紋表面光斑擷取裝置擷取待辨識指紋動態表面光斑影像，將連續的動態圖像依時 間系列進行互關聯，判斷提供指紋者是否為有脈搏的活體指紋，然後以區域二元圖案(LBP)及支持向量機(SVM)分類學習的影像處理技術，判斷提供指紋者是否為人體指紋。接著分析待辨識指紋表面光斑特徵，參考傳統指紋辨識方法判斷指紋分群別，再利用精確的影像處理技術，對同群的較少量資料庫進行指紋穩態雷射光斑精確比對辨識，同時達成準確與快速的需求。

相較於習知的辨識系統，本發明利用穩定態雷射光斑圖像，除了具備一般指紋辨識系統的功能，還可以區別真人指紋或是指紋複製品。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

辨識取像裝置示意圖請參閱第1圖：辨識指紋之一擷取指紋表面光斑之光電裝置實施例。

雷射光源為主波長633nm之單模態3mW半導體雷射，擴束單元先用負透鏡將光束擴大，再用聚光透鏡匯聚成平行光，組合成整體之照明光源模組。

成像單元接近4f架構，使用一個正焦距的透鏡為成像鏡，並且將光欄置於鏡片前方，CCD為界面IEEE 1394，各組件的距離需進行最佳化調校，以得到合適尺度的穩定態光斑為依據。

照明光源模組與成像單元的光軸應避免正好是鏡面反射角度，以免光強度太強，比較無法取得較佳對比的光斑 影像，本實施例偏離反射角約10°左右。

「辨識單元」，使用個人電腦透過IEEE 1394界面擷取影像資料，再依據取得的表面光斑圖像利用特定的軟體進行辨識。

第3圖為依序擷取的24張指紋圖案，包含了傳統的指紋圖案與光斑影像，光斑影像會因脈搏的跳動而變化。將連續的動態圖像依時間系列進行互關聯，計算結果如第4圖所示，由互關聯時序變化的週期來區分待辨識指紋是否為合宜的活體。

利用不同材料之複製指紋及人體指紋以SVM方法，經學習過程來建立區別人體指紋與複製指紋之影像處理技術。擷取的指紋圖像先經LBP方法處理(如第5圖所示)，

每一樣品為一p-維度的向量，以適當數量的指紋資料用SVM影像處理技術學習方法，建立將資料分為非生物指紋及人體指紋兩群次判斷機制，第6圖為將p-維度簡化後之分類示意圖。用十個人一百個指紋及十個假指紋與一百個任意光斑建立判斷機制，以此機制測試另外的十五個人指紋及五個假指紋，在有限樣本測試皆可正確判定是否為人體指紋，無誤判情況發生。

本發明之辨識工作分為資料庫的建立與影像辨識兩部分，資料庫建立後就可以利用此指紋光斑影像辨識技術來辨識人員的身分。光斑指紋影像採用傳統指紋辨識方法作初步分群處理，再利用精確的影像處理技術對同群的少量資料庫進行比 對辨識，同時達成準確與快速的需求。採兩階段的影像處理，將資料庫分群搜尋比對，可加速辨識速率及提昇辨識率。相較於習知的指紋辨識技術，本發明利用穩定態雷射光斑圖像，可以區別真人指紋或是指紋複製品。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1‧‧‧穩定態雷射光斑指紋辨識系統。

12‧‧‧雷射光源

13‧‧‧擴束單元

14‧‧‧取像單元

141‧‧‧成像鏡頭

142‧‧‧光欄

143‧‧‧成像陣列組件

15‧‧‧辨識單元

2‧‧‧手指

第1圖：辨識指紋之辨識裝置的示意圖。

第2圖：指紋辨識流程圖。

第3圖：指紋光斑影像序列。

第4圖：動態圖像互關聯時序變化圖

第5圖：指紋圖像經LBP方法處理。

第6圖：p-維度簡化後之分類示意圖。

Claims (7)

1. 一種指紋表面光斑特徵辨識技術，包含：1.1擷取指紋表面光斑，其中指紋表面光斑包含一指紋圖像與一光斑；1.2分析指紋表面光斑特徵，建立指紋表面光斑特徵資料庫；1.3連續擷取待辨識指紋表面光斑，光斑會隨脈搏跳動而有週期性變化來判斷是否為活體指紋；1.4擷取待辨識指紋表面光斑，以分類學習的影像處理技術來判斷是否為人體指紋；1.5分析待辨識指紋表面光斑特徵；1.6將待辨識指紋表面光斑特徵與資料庫中參考指紋表面光斑特徵進行比對，確認該待辨識指紋為資料庫中某一特定參考指紋，或確認該待辨識指紋為不存在於已建立之資料庫中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之指紋表面光斑特徵辨識技術，其中，利用指紋表面光斑資訊，將參考指紋作分群處理。
3. 如申請專利範圍第1項所述之指紋表面光斑特徵辨識技術，其中，將連續的動態圖像依時間系列進行互關聯，由互關聯時序變化的週期來辨識指紋是否為合宜的活體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之指紋表面光斑特徵辨識技術，其中，用區域二元圖案及支持向量機分類學習的影像處理技術來區別提供指紋是否為人體。
5. 如申請專利範圍第5項所述之指紋表面光斑特徵辨識技術，其中，區域二元圖案係利用下列方程式之影像處理技術，將每一樣品化為一p-維度的向量。
6. 如申請專利範圍第1項所述之指紋表面光斑特徵辨識技術， 其中分析待辨識物件表面之指紋表面光斑資訊，初步判斷待辨識指紋在所屬之資料庫中分群別。
7. 如申請專利範圍第1項所述之指紋表面光斑特徵辨識技術，其中分析待辨識指紋表面光斑特徵，將所得光斑特徵與資料庫中該分群別之指紋表面光斑特徵進行比對，確認該待辨識指紋對應之特定指紋，或該待辨識指紋非資料庫中之指紋。