TWI501163B - 真偽指紋的辨識方法及辨識裝置 - Google Patents

Description

真偽指紋的辨識方法及辨識裝置

一種辨識方法及裝置，特別是一種有關於真偽指紋的辨識方法及辨識裝置。

隨著科技的日益精進，使得保護個人資料的重要性也相對的提高。目前最普遍的被使用來驗證使用者身份的方式係由使用者輸入帳號與密碼。當所輸入的帳號與密碼都正確時，電子裝置才允許使用者進行存取。為能確保密碼的複雜性，一般電子裝置均會現在密碼的最短長度與字元種類。但由於輸入密碼時，容易遭到有心人士的側錄，因此輸入密碼仍存在著風險。此外，使用者通常不止會記憶一組密碼而已，這樣就會產生使用者遺忘所設定的密碼的窘境。

所以為能減少使用者記憶密碼的問題，因此有廠商提出了利用生物特徵來作為辨識的手段。例如：虹膜辨識、聲紋辨識或指紋辨識。由於指紋辨識所需要的成本設備相較於其他生物特徵辨識的成本來的低廉，而且每一枚指紋具有唯一性所以不會與他人相同，因此指紋辨識成為身份識別另一種常用手段。

舉例來說，一般指紋辨識方式係利用3D辨識技術，亦即擷取手指按壓的變形量來判斷是否為真手指，但通常有不肖人士會以矽膠材 質假造手指。矽膠材質製作的假手指幾乎可以擬真有指紋及微血管，如此，以矽膠特性及帶有指紋、微血管的假手指壓在指紋辨識裝置後，可使得假手指同樣有按壓後的手指變形量特性及指紋、微血管特性來騙過指紋辨識裝置，而導致指紋辨識裝置無法正確辨識是否是由真人的手指所按壓，進而造成辨識上的漏洞。

鑑於矽膠偽造的假手指可以擬真手指按壓變形量及指紋、微血管特性，而導致容易通過指紋辨識裝置的3D手指驗證程序等問題。是以，本發明的主要目的在於提供一種真偽指紋的辨識方法及辨識裝置，以解決矽膠假手指容易通過指紋辨識裝置驗證的問題。

根據本發明所揭露真偽指紋的辨識方法，其包括以下的步驟。擷取一指紋影像；執行一分析程式，以一第一色彩模型分析指紋影像，以得到相應指紋影像的一第一色度座標軸；執行一轉換程式，以一第二色彩模型將第一色度座標軸轉換成一第二色度座標軸；執行一驗證程式，比對第二色度座標軸是否符合預設的一第二膚色閥值；若第二色度座標軸符合第二膚色閥值，則判定手指為一真實指紋；若第二色度座標軸不符合第二膚色閥值，則判定手指為一偽造指紋。

本發明更提出一種真偽指紋的辨識裝置，在掃描手指指紋的同時辨識是否為真實指紋。辨識裝置至少包括一發光元件及一影像傳感器。發光元件用以發出一光線照射到手指。影像傳感器用以接收手指的反射光線而得到一指紋影像。其中，辨識裝置更包括一處理模組，處理模組包括一分析程式、一轉換程式及一驗證程式。其中，分析程式以一第一色 彩模型分析指紋影像而得到一第一色度座標軸。轉換程式以一第二色彩模型將第一色度座標軸轉換成一第二色度座標軸。驗證程式用以比對第二色度座標軸是否符合預設的一第二膚色閥值。

本發明所提出的識別真偽指紋的處理方法與指紋辨識裝置可以防堵指紋辨識時的缺失，藉以提高識別時的真實性。如此一來，非法的使用者無法透過偽造手指的方式達到欺騙指紋辨識裝置。

本發明之功效在於，若矽膠偽造手指設計有假微血管時，可藉由色度座標軸的交互轉換，以第二色度座標軸所預設的第二膚色閥值再次驗證是否為真實的微血管。以避免不肖人士依據第一色度座標軸的膚色變化特性來製作出偽造指紋，以防堵指紋辨識上的漏洞，進而提高辨識真偽指紋的真實性。

100‧‧‧辨識裝置

110‧‧‧壓板

120‧‧‧電路板

130‧‧‧發光元件

140‧‧‧影像傳感器

150‧‧‧處理模組

151‧‧‧分析程式

152‧‧‧轉換程式

153‧‧‧驗證程式

300‧‧‧手指

400‧‧‧指紋影像

410‧‧‧子影像

210‧‧‧擷取手指的指紋影像

220‧‧‧執行分析程式，以第一色彩模型分析指紋影像，以得到相應指紋影像的第一色度座標軸

230‧‧‧執行轉換程式，以第二色彩模型將第一色度座標軸轉換成第二色 度座標軸

240‧‧‧執行驗證程式，比對第二色度座標軸是否符合預設的第二膚色閥值

250‧‧‧若第二色度座標軸符合第二膚色閥值，則判定手指為真實指紋

260‧‧‧若第二色度座標軸不符合第二膚色閥值，則判定手指為偽造指紋

第1圖 係為本發明辨識裝置的架構示意圖；第2圖 係為本發明辨識裝置的方塊示意圖；第3圖 係為本發明真偽指紋的辨識方法的流程示意圖；第4圖 係為本發明擷取指紋影像的示意圖；第5圖 係為本發明真實指紋的第一色度座標軸示意圖；第6圖 係為本發明偽造指紋的第一色度座標軸示意圖；第7圖 係為本發明真實指紋的第二色度座標軸示意圖；第8圖 係為本發明偽造指紋的第二色度座標軸示意圖。

請參考第1圖與第2圖所示，其係為本發明辨識裝置的架構示意圖與方塊示意圖。辨識裝置100包括一壓板110、一電路板120、至少一發光元件130、一影像傳感器140(image sensor)與一處理模組150。其中，發光元件130、影像傳感器140與處理模組150皆可配置在電路板120上，使得處理模組150耦接發光元件130與影像傳感器140。其中，發光元件130可為但不侷限於發光二極體。

壓板110的材質可為但不限於光學玻璃BK7或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate，PMMA)。此外，壓板110除了可為透光平板之外，亦可為梯型或稜鏡型的透光板，可依據實際需求進行調整。是以，壓板110的上表面可供使用者的一手指300接觸，而發光元件130與影像傳感器140則分別與壓板110相隔一間距且面對壓板110的下表面。當手指300接觸在壓板110表面時，處理模組150可驅動發光元件130發出一掃描光源並經由壓板110照射到手指300表面。

需注意的是，發光元件130可以發出單一波長或多重波長的光線。在單一波長的光線的情況下，影像傳感器140藉由手指300的反射光線進而擷取到灰階的指紋影像。而多重波長的光線可以提供影像傳感器140更多的影像資訊，藉以擷取到多色的指紋影像。上述的影像傳感器140可為但不限於電荷耦合元件相機(Charge Coupled Device Camera，CCD Camera)或互補式金氧半導體感測器(Complementary Metal Oxide Semiconductor Sensor，CMOS Sensor)。

當影像傳感器140取得指紋影像後，影像傳感器140會將指紋影像傳送至處理模組150。處理模組150包括一分析程式151、一轉換程式152 及一驗證程式153。其中，分析程式151用以一第一色彩模型(Color Model)分析指紋影像，例如紅藍綠色彩模型(RGB Color Model)，但不以此為限。轉換程式152用以將第一色彩模型的一第一色度座標軸(Chromatic Coordinates)轉換成一第二色彩模型的一第二色度座標軸。驗證程式153用以驗證第二色度座標軸是否符合一第二膚色閥值(Skin Color Threshold)。

請參閱第3圖所示，係為本發明真偽指紋的辨識方法的流程示意圖。為能區別真實指紋與偽造指紋之差異，本發明真偽指紋的辨識方法係包括以下步驟：步驟210：擷取手指300的指紋影像400；步驟220：執行分析程式151，以第一色彩模型分析指紋影像400，以得到相應指紋影像400的第一色度座標軸；步驟230：執行轉換程式152，以第二色彩模型將第一色度座標軸轉換成第二色度座標軸；步驟240：執行驗證程式153，比對第二色度座標軸是否符合預設的第二膚色閥值；步驟250：若第二色度座標軸符合第二膚色閥值，則判定手指為真實指紋；以及步驟260：若第二色度座標軸不符合第二膚色閥值，則判定手指為偽造指紋。

在步驟210中，係先將手指接觸在壓板110上。接著，處理模組150會驅動發光元件130向手指發射光線。在本實施例中，發光元件係以多波長光源作一說明，但不以此為限。光線經由手指反射後，使得影像傳 感器140可以接收相應的指紋影像，並傳送到處理模組150。請參閱第4圖所示，係為本發明擷取指紋影像的示意圖。其中，由第2圖中的處理模組150可將一張完整的指紋影像400切割成複數個子影像410。接著，再將這些子影像410分別依序傳送到步驟220中的分析程式151進行分析處理。

在步驟220中，分析程式151係將指紋影像400的各個子影像410逐一進行色彩模型分析。請參閱第5圖所示，係為本發明真實指紋的第一色度座標軸示意圖。係將指紋影像400其中一張的子影像410透過分析程式151進行運算處理，以第一色彩模型分析指紋影像後得到第一色度座標軸。在本實施例中，第一色彩模型可以是一紅藍綠色彩模型(RGB Color Model)，但不以此為限。

第一色度座標軸的X軸座標軸代表640x480解析度，Y軸座標軸代表像素(pixel)。曲線R代表紅色波長，曲線G代表綠色波長，曲線B代表藍色波長。上述X軸座標軸不限制在640x480解析度，其亦可為320x240解析度，X軸座標軸可依實際需求而選擇對應解析度的裁切大小。由於手指按壓在壓板的過程中會產生膚色變化，亦即手指一部分的血液會留在手指按壓區域處，其餘的血液則會從按壓區域往四周流動到按壓區域之外，使得手指在按壓時會形成明顯的膚色變化。是以，由第4圖中可看出，由於手指部分血液留在按壓區域處的因素，在Y軸座標軸的數值上，紅色波長曲線R會明顯高於綠色波長曲線G及藍色波長曲線B。

基於上述原理，若以偽造指紋按壓在壓板100上，則第一色度座標軸的紅色波長曲線R會沒有明顯的變化。請參閱第6圖所示，係為本發明偽造指紋的第一色度座標軸示意圖。由圖中可明顯的看出，因為偽造 指紋沒有血液流動的特性，也沒有膚色的變化，所以紅色波長曲線R幾乎與綠色波長曲線G、藍色波長曲線B重疊在一起，進而可判斷為偽造指紋。

更進一步的，在步驟220之後更包括以下步驟：驗證程式153係比對第一色度座標軸是否符合預設的第一膚色閥值，以此判斷真偽指紋。詳言之，本實施例係滿足以下述公式，但不以此為限：①R-min(B,G)>Z；以及②10<Z<100。

其中，R代表紅色波長數值，G代表綠色波長數值，B代表藍色波長數值，Z代表第一膚色閥值。當滿足10<Z<100時，則可進入步驟230。若無法滿足10<Z<100時，則判定偽造指紋。需注意的是，上述公式僅為一實施例說明，並不侷限本發明之專利保護範圍，其亦可依實際需求而設定適合的公式來驗證第一色度座標軸是否符合第一膚色閥值，並將所設定的公式來儲存在驗證程式153中。

然而，仍有一種情況是，以矽膠材質製成的偽造指紋，特意的偽造出假微血管，使得紅色波長曲線R高於綠色波長曲線G及藍色波長曲線B。是以，可透過步驟230再一次的進行驗證。

在步驟230中，轉換程式152依據第二色彩模型將第一色度座標軸轉換成第二色度座標軸。舉例來說，藉由轉換程式152可將紅藍綠色彩模型(RGB Color Model)轉換成印刷色彩模型(CMYK Color Model)，並且將紅藍綠色彩模型的第一色度座標軸轉換成印刷色彩模型的第二色度座標軸，轉換公式如下所述：t _RGB ={R ,G ,B }

RGB色度座標軸先轉換成三分色t _CMY ={C' ,M' ,Y' }={1-R ,1-G ,1-B }

若min{C' ,M' ,Y' }=1，則t _CMYK ={0,0,0,1}

否則，再轉換成四分色K =min{C' ,M' ,Y' }

是以，係透過轉換程式152將RGB色度座標軸轉換成CMYK色度座標軸。需注意的是，上述第一色度座標軸轉換成第二色度座標軸，並不侷限於RGB色度座標軸轉換成CMYK色度座標軸。其亦可需求，將RGB色度座標軸轉換成YUV色度座標軸，或將RGB色度座標軸轉換成CIE XYZ色度座標軸，或將RGB色度座標軸轉換成HSV色度座標軸等交互座標軸軸轉換，以得到不同色度坐標的膚色變化情形。然而，第一色彩模型並不侷限為紅藍綠色彩模型，其第一色彩模型亦可為一YUV色彩模型、一YCbCr色彩模型、一RAW Bayer色彩模型、一CCIR色彩模型、一ITU色彩模型或一RAW RGB色彩模型，第一色彩模型可依實際需求而選擇對應的色彩模型。是以，將第一色度座標軸轉換成第二色度座標軸後，便可進入步驟240進行驗證。

在步驟240到步驟260中，驗證程式153係比對第二色度座標軸是否符合預設的第二膚色閥值，以此判斷真偽指紋。在本實施例中，係使用統計學的分析方法，分析真實指紋在各種色度座標軸(如CMYK色度座 標軸、YUV色度座標軸、CIE XYZ色度座標軸或HSV色度座標軸等)的膚色變化分佈，以此設定各第二色度座標軸所對應的第二膚色閥值。

請參閱第7圖及第8圖所示。其中，第7圖係為本發明真實指紋的第二色度座標軸示意圖。第8圖係為本發明偽造指紋的第二色度座標軸示意圖。在本實施例中，驗證程式153係比對第二色度座標軸是否符合預設的第二膚色閥值，以此判斷真偽指紋。舉例來說，本實施例係滿足以下述公式，但不以此為限：①Y<Z'；②10<Z'<100。

其中，Y代表黃色的色階值，Z'代表第二膚色閥值。當滿足10<Z'<100時，則驗證程式153係判定為真實指紋，若無法滿足10<Z'<100時，則判定偽造指紋。需注意的是，上述公式僅為一實施例說明，並不侷限本發明之專利保護範圍，其亦可依實際需求而設定適合的公式來驗證第二色度座標軸是否符合第二膚色閥值，並將所設定的公式來儲存在驗證程式153中。

如此一來，若偽造手指依據第一色彩模型(紅藍綠色彩模型)來設計假微血管，雖然可偽造出紅色波長曲線R明顯高於綠色波長曲線G和藍色波長曲線B的情境，但仍可藉由驗證程式153以第二色度座標軸的預設第二膚色閥值，驗證出是否為真實指紋。若轉換後的第二色度座標軸符合第二膚色閥值，則判斷手指為真實指紋。若第二色度座標軸不符合第二膚色閥值，則判定手指為偽造指紋。

是以，本發明所提出的真偽指紋的辨識方法及辨識裝置，係 透過第一色度座標軸轉換成第二色度座標軸的方式，藉由第二色度座標軸所預設的第二膚色閥值，來再次驗證是否為偽造指紋。以避免不肖人士依據第一色度座標軸的膚色變化特性來製作出偽造指紋，以防堵指紋辨識的漏洞，進而提高辨識真偽指紋的真實性。

210‧‧‧擷取手指的指紋影像

220‧‧‧執行分析程式，以第一色彩模型分析指紋影像，以得到相應指紋影像的第一色度座標軸

230‧‧‧執行轉換程式，以第二色彩模型將第一色度座標軸轉換成第二色度座標軸

240‧‧‧執行驗證程式，比對第二色度座標軸是否符合預設的第二膚色閥值

250‧‧‧若第二色度座標軸符合第二膚色閥值，則判定手指為真實指紋

260‧‧‧若第二色度座標軸不符合第二膚色閥值，則判定手指為偽造指紋

Claims (10)

1. 一種真偽指紋的辨識方法，包括以下步驟：擷取一指紋影像；執行一分析程式，以一第一色彩模型分析該指紋影像，以得到相應該指紋影像的一第一色度座標軸；執行一轉換程式，以一第二色彩模型將該第一色度座標軸轉換成一第二色度座標軸；執行一驗證程式，比對該第二色度座標軸是否符合預設的一第二膚色閥值；若該第二色度座標軸符合該第二膚色閥值，則判定該手指為一真實指紋；以及若該第二色度座標軸不符合該第二膚色閥值，則判定該手指為一偽造指紋。
2. 如請求項1所述的真偽指紋的辨識方法，其中擷取該指紋影像的步驟更包括：將該指紋影像切割成複數個子影像，該些子影像分別依序傳送到該分析程式進行分析處理。
3. 如請求項1所述的真偽指紋的辨識方法，其中以該第一色彩模型分析該指紋影像的步驟更包括：設定該第一色彩模型為一紅藍綠色彩模型；依據該紅藍綠色彩模型得到相應的該第一色度座標軸，依據該第一色度座標軸得到一紅色波長曲線、一綠色波長曲線及一藍色波長曲線； 判斷該紅色波長曲線是否與該綠色波長曲線及該藍色波長曲線相互重疊；以及若該紅色波長曲線不重疊該綠色波長曲線及該藍色波長曲線，則執行該轉換程式。
4. 如請求項1所述的真偽指紋的辨識方法，其中該第一色彩模型可為一RGB色彩模型、一YUV色彩模型、一YCbCr色彩模型、一RAW Bayer色彩模型、一CCIR色彩模型、一ITU色彩模型或一RAW RGB色彩模型。
5. 如請求項1所述的真偽指紋的辨識方法，其中該第二色彩模型可為一CMYK色彩模型、一YUV色彩模型、一CIE XYZ色彩模型或一HSV色彩模型。
6. 如請求項1所述的真偽指紋的辨識方法，其中得到相應該指紋影像的該第一色度座標軸的步驟更包括：執行該驗證程式，比對該第一色度座標軸是否符合預設的一第一膚色閥值。
7. 一種真偽指紋的辨識裝置，至少包括一發光元件及一影像傳感器，該發光元件用以發出一光線照射到一手指，該影像傳感器用以接收該手指的反射光線而得到一指紋影像，其特徵在於：一處理模組，包括：一分析程式，以一第一色彩模型分析該指紋影像，以得到一第一色度座標軸；一轉換程式，以一第二色彩模型將該第一色度座標軸轉換成一第二色度座標軸；以及一驗證程式，用以比對該第二色度座標軸是否符合預設的一第 二膚色閥值。
8. 如請求項7所述的真偽指紋的辨識裝置，其中更包括一電路板，該發光元件、該影像傳感器與該處理模組皆配置在該電路板上，該處理模組耦接該發光元件與該影像傳感器。
9. 如請求項7所述的真偽指紋的辨識裝置，其中該處理模組可驅動該發光元件發出單一波長的光線或多重波長的光線。
10. 如請求項7所述的真偽指紋的辨識裝置，其中該處理模組可將該指紋影像切割成複數個子影像，並將該些子影像依序傳送到該分析程式進行分析處理。