TWI545459B - 包含交錯式生物識別電子欺騙偵測資料獲取之電子裝置及相關方法 - Google Patents

Description

包含交錯式生物識別電子欺騙偵測資料獲取之電子裝置及相關方法

本發明係關於電子器件之領域，且，更確切而言，係關於手指感測器及相關方法之領域。

指紋感測及匹配為用於個人識別或驗證之可靠且廣泛使用之技術。詳言之，常用的指紋識別方法涉及掃描樣本指紋或樣本指紋之影像及儲存該影像及/或指紋影像之獨特特性。可比較樣本指紋之特性與已在資料庫中之參考指紋的資訊以判定人之適當身分識別(諸如出於驗證目的)。

特別有利的指紋感測方法揭示於賽特拉克(Setlak)等人的且讓予給本發明之受讓人的美國專利第5,963,679號中。指紋感測器係一種用電場信號來驅動使用者之手指，且用在積體電路基板上的電場感測像素之陣列來感測電場的積體電路感測器。此等感測器用以控制對諸如電腦、手機、個人數位助理(PDA)及其類似者之許多不同類型電子裝置的存取。詳言之，使用指紋感測器係因為該等指紋感測器可具有小佔據面積，相對易於使用者使用，且提供合理的鑑認能力。

手指感測技術之另一重要進步亦揭示於賽特拉克等人的美國專 利第5,953,441號中，該專利讓予給本發明之受讓人，且其全部內容以引用之方式併入。本發明揭示一種指紋感測器，其包括：一阻抗感測元件陣列，其用於產生與經定位成鄰近該陣列之一物件相關的信號；及一電子欺騙減少電路，其用於判定經定位成鄰近該阻抗感測元件陣列之該物件的阻抗是否對應於一活手指，由此減少並非一活手指的一物件對指紋感測器之電子欺騙。可指示電子欺騙及/或使用該電子欺騙阻止進一步處理。電子欺騙減少電路可偵測對應於一活手指的具有在約10至60度之範圍中之相角的複阻抗。指紋感測器可包括用於驅動阻抗感測元件陣列的一驅動電路，及用於同步解調變來自該阻抗感測元件陣列之信號的一同步解調變器。

「電子欺騙」指紋通常係使用天然及人造材料製成，諸如可用以模擬真實指紋中存在之脊紋及谷紋的明膠、膠狀物、小熊軟糖(gummy bear)、肉製品、黏土、培樂多泥(Play-Doh)、汽車車身填料(auto body filler)、樹脂、金屬等等。由於需要能夠在任何皮膚條件(乾燥、潮濕等)下獲取指紋影像，因此一些指紋感測器使用即時增益及其他調整以獲得最佳可能影像。在此情況下，使用此等方法偵測指紋之感測器有時易受使用電子欺騙的攻擊，此係因為此等系統能夠對差別懸殊的皮膚條件(及其他材料)成像。

電子欺騙偵測方法可大致分類為基於硬體之方法及基於軟體之方法。基於硬體之方法通常涉及將生物識別裝置耦接至手指感測器。舉例而言，可認為電子欺騙偵測與減少領域中的先前工作已使用：A.)阻抗分類：判定材料在一定頻率範圍中之阻抗特性；B.)光學色散特性；C.)熱量測；D.)相位設定及信號振幅；及E.)手指安定偵測(settling detection)。相比而言，基於軟體的電子欺騙偵測方法可不涉及對手指感測器的改變或增加。基於軟體的方法可涉及對來自使用者之手指樣本的額外比較。

阿布海恩卡(Abhyankar)等人的Fingerprint Liveness Detection Using Local Ridge Frequencies and Multiresolution Texture Analysis Techniques(使用局部脊紋頻率及多重解析度紋理分析技術之指紋活性偵測)(2006年之影像處理國際會議議事錄(Proc.Int.Conf.Image Processing))揭示採用經由多重解析度紋理及局部脊紋頻率分析而獲得的統計特徵。分類係使用模糊c均值分類器執行。羅素(Russo)的亦讓予給本發明受讓人之美國專利第7,505,613號揭示一種類似於阿布海恩卡等人之方法的手指電子欺騙偵測方法，但增加了使用者適用性。

鑒於前述先前技術，因此本發明之一目標為提供具有增大之安全性的電子裝置。

根據本發明之此目標及其他目標、特徵及優點係由一種電子裝置提供，該電子裝置可包括一手指感測像素陣列及耦接至該手指感測像素陣列之資料獲取電路。該資料獲取電路可能夠自該手指感測像素陣列之複數個子陣列中之每一者獲取手指生物識別資料。該資料獲取電路亦可能夠以與該手指生物識別資料交錯之方式自該複數個子陣列中之至少一者獲取電子欺騙偵測資料。因此，該電子裝置可(例如)藉由使得愈加難以在獲取手指生物識別資料時在一「活」手指與一「電子欺騙」手指之間切換，而有利地提供增大之安全性。

該獲取電路可包括(例如)能夠獲取一給定子陣列中之每一手指感測像素之手指生物識別資料的一生物識別讀取鏈。一電子欺騙讀取鏈可能夠將該給定子陣列中之各別手指感測像素匯流在一起，且自其獲取電子欺騙偵測資料。

該生物識別讀取鏈可包括至少一第一放大器及與其相關聯之掃描電路。該電子欺騙讀取鏈可包括(例如)至少一第二放大器及與其相關聯之匯流電路。

該電子欺騙讀取鏈可能夠(例如)感測經定位成鄰近該手指感測像素陣列之一手指的阻抗。該資料獲取電路可進一步包括耦接至該手指感測像素陣列之手指驅動電路。該手指驅動電路可包括鄰近該手指感測像素陣列之一手指驅動電極，及耦接於該手指驅動電極與該手指感測像素陣列之間的一脈衝產生器。

該電子裝置可進一步包括(例如)耦接至該資料獲取電路且能夠分別基於該手指生物識別資料及電子欺騙資料判定一手指匹配及一活手指的一處理器。

該等手指感測像素中之每一者可包括(例如)一電場手指感測像素。該資料獲取電路可能夠自該複數個子陣列中之每一者獲取電子欺騙偵測資料。該手指感測像素陣列可界定(例如)一矩形，且該等子陣列中之每一者可跨越該矩形之一邊延伸。

一方法態樣係有關於一種電子欺騙偵測方法。該方法可包括使用耦接至一手指感測像素陣列之資料獲取電路自該手指感測像素陣列中之複數個子陣列中的每一者獲取手指生物識別資料。該方法亦可包括使用該資料獲取電路以與該手指生物識別資料交錯之方式自該複數個子陣列中之至少一者獲取電子欺騙偵測資料。

20‧‧‧電子裝置

21‧‧‧攜帶型外殼

22‧‧‧處理器

23‧‧‧顯示器

24‧‧‧按鈕開關

25‧‧‧無線通信電路/無線收發器

26‧‧‧記憶體

31‧‧‧手指感測像素陣列

32‧‧‧資料獲取電路

33a至33f‧‧‧子陣列

34‧‧‧生物識別讀取鏈

35‧‧‧手指感測像素

36‧‧‧第一放大器

37‧‧‧掃描電路

37a‧‧‧區域

37k‧‧‧區域

38a‧‧‧區域

38k‧‧‧區域

40‧‧‧使用者手指

41‧‧‧電子欺騙讀取鏈

42‧‧‧第二放大器

43‧‧‧匯流電路

44‧‧‧手指驅動電路

45‧‧‧手指驅動電極

46‧‧‧脈衝產生器

60‧‧‧流程圖

圖1為根據本發明之電子裝置的平面圖。

圖2為圖1之電子裝置之一部分的示意性方塊圖。

圖3為圖1之電子裝置之一部分的另一示意性方塊圖。

圖4為根據本發明之電子欺騙偵測方法的流程圖。

現將在下文中參考附圖而更全面地描述本發明，其中該等附圖中展示了本發明之較佳實施例。然而，可以許多不同形式體現本發明且不應將其解釋為限於本文中所陳述之實施例。實情為，提供此等實 施例以使得本發明將為詳盡及完整的，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明之範疇。在全文中相似數字係指相似元件。

首先參考圖1至圖3，現描述電子裝置20。電子裝置20以說明性方式包括攜帶型外殼21及由該攜帶型外殼載運之處理器22。以說明性方式，該電子裝置20為行動無線通信裝置，例如，蜂巢式電話。電子裝置20可為另一類型的電子裝置，例如，平板電腦、膝上型電腦等等。

無線通信電路25(例如，無線收發器、蜂巢式器件、WLAN藍芽等等)亦載運於外殼21中且耦接至處理器22。無線收發器25與處理器22合作以執行例如用於語音及/或資料的至少一無線通信功能。在一些實施例中，電子裝置20可不包括無線收發器25。

顯示器23亦由攜帶型外殼21載運且耦接至處理器22。如熟習此項技術者將瞭解的，顯示器23可例如為液晶顯示器(LCD)，或可為另一類型顯示器。記憶體26亦耦接至處理器22。

以說明性方式為按鈕開關形式的手指操作之使用者輸入裝置24亦由攜帶型外殼21載運且耦接至處理器22。按鈕開關24與處理器22合作以回應於按鈕開關而執行裝置功能。舉例而言，裝置功能可包括接通或關閉電子裝置20、起始經由無線通信電路25之通信，及/或執行選單功能。

更確切而言，至於選單功能，處理器22可基於對按鈕開關24之按壓而改變顯示器23以展示可用應用程式之選單。換言之，按鈕開關24可為首頁開關(home switch)或按鈕，或鍵。當然，可基於按鈕開關24執行其他裝置功能。在一些實施例中，手指操作之使用者輸入裝置24可為(例如)形成觸控式螢幕顯示器之部分的不同類型的手指操作之使用者輸入裝置。其他或額外的手指操作使用者輸入裝置可由攜帶型外殼21載運。

手指感測像素陣列31由按鈕開關24載運以感測經置放成鄰近該手指感測像素陣列的使用者手指40或物件。手指感測像素陣列31由按鈕開關24載運，使得當使用者或物件接觸按鈕開關及/或按下按鈕開關時，自使用者手指40獲取(例如)用於手指匹配及/或電子欺騙偵測的資料，如下文將更詳細描述。換言之，手指感測像素陣列31可如下文更詳細解釋地與電路合作，以對使用者手指40或物件之靜態接觸或置放作出回應。當然，在其他實施例中，例如，在手指感測像素陣列31未由按鈕開關載運的情況下，手指感測像素陣列可與電路合作以對滑動接觸作出回應(意即，滑動感測器)，或對靜態置放作出回應(意即，獨立靜態置放感測器)。

手指感測像素陣列31以說明性方式為88×88手指感測像素陣列。換言之，在概念上，該陣列可被組織為88列，每列88個像素，且界定一矩形。當然，在一些實施例中，手指感測像素陣列31可為不同大小。每一手指感測像素35可為諸如揭示於賽特拉克等人的美國專利第5,940,526號中之電場感測像素，該專利讓予給本發明受讓人，且其全部內容以引用的方式併入本文中。當然，在一些實施例中，每一手指感測像素35可為另一類型的手指感測像素。

電子裝置20亦包括耦接至手指感測像素陣列31的資料獲取電路32。資料獲取電路32能夠自手指感測像素陣列31之複數個子陣列33a至33f中之每一者獲取手指生物識別資料。資料獲取電路32以說明性方式包括能夠獲取一給定子陣列33a至33f中之每一像素之手指生物識別資料的生物識別讀取鏈34。生物識別讀取鏈34包括第一放大器36及與其相關聯之掃描電路37。如熟習此項技術者將瞭解的，可使用一或多個額外第一放大器。

作為說明，對於88×88之手指感測像素陣列31，每一子陣列33a至33f包括8列，每列88個像素(意即，11個子陣列)。換言之，子陣列 33a至33f中之每一者延伸跨越矩形之一邊。當然，每一子陣列33a至33f可包括不同量之像素35，且可呈不同組態。舉例而言，在一些實施例中，可尤其需要使得每一子陣列33a至33f具有小於手指感測像素陣列31中之手指感測像素35的總數之10%的像素。每一子陣列33a至33f可劃分於8×8區域37a、37k、38a、38k中。可按區域獲取每一子陣列33a至33f之手指感測像素35。換言之，可藉由掃描區域37a、37k、38a、38k而獲取每一子陣列33a至33f中之手指生物識別資料。在一些實施例中，來自子陣列33a至33f之手指生物識別資料可經平均化以減少雜訊。

資料獲取電路32亦能夠以與手指生物識別資料交錯之方式自子陣列33a至33f獲取電子欺騙偵測資料。電子欺騙偵測資料可為阻抗資料，例如，複阻抗資料或總體阻抗資料。

電子欺騙讀取鏈41能夠將給定子陣列33a至33f中之各別像素35匯流在一起，且自其獲取電子欺騙偵測資料。電子欺騙讀取鏈41包括第二放大器42及與其相關聯之匯流電路43。如熟習此項技術者將瞭解的，可使用一或多個額外第二放大器。匯流電路43可包括(例如)用於將給定子陣列33a至33f中之像素匯流在一起以供獲取電子欺騙偵測資料的切換器。

在一些實施例中，資料獲取電路32可能夠獲取對應於手指生物識別資料之每一獲取的電子欺騙偵測資料。當然，電子欺騙偵測資料可在其他或額外獲取組態中與手指生物識別資料交錯。

資料獲取電路32亦包括耦接至手指感測像素陣列31之手指驅動電路44。手指驅動電路44包括鄰近手指感測像素陣列31之一手指驅動電極45，及耦接於該手指驅動電極與該手指感測像素陣列之間的一脈衝產生器46。脈衝產生器46可產生方形波，例如，可用以在使用者手指40或物件經定位成鄰近手指感測像素陣列35時驅動使用者手指40或 物件的約1.5MHz之頻率的16V方形波。熟習此項技術者將理解，在一些實施例中，驅動使用者手指40意謂著使用者手指可接地，而相關聯於手指感測像素的電路及/或手指感測像素陣列31可用驅動信號加以驅動，而非用驅動信號驅動使用者手指。當然，脈衝產生器46可產生具有另一形狀、頻率及/或振幅的脈衝。

自來自脈衝產生器46之脈衝的上升邊緣計算電子欺騙資料之獲取。詳言之，讀取鏈41將給定子陣列33a至33f中之手指感測像素35匯流在一起，且獲取有待用於阻抗量測之約50至100個電子欺騙量測資料樣本。脈衝之下降邊緣亦可用以獲取電子欺騙資料之獲取。

在一些實施例中，樣本或電子欺騙偵測資料可被發送至處理器22(意即，主機處理器)以供處理。處理器22可(例如)基於回應步長判定經定位成鄰近手指感測像素陣列31之物件是否具有指示電子欺騙之特性。可藉由計算步階或脈衝已安定之後的振幅與施加步階或脈衝之前的振幅之間的差而判定回應步長或脈衝大小。

處理器22亦可基於回應上升時間判定經定位成鄰近手指感測像素陣列31之物件是否具有指示電子欺騙之特性。可於經取樣回應之10%與90%之間量測回應上升時間。處理器22可進一步基於執行頻率回應分析而判定經定位成鄰近手指感測像素陣列31之物件是否具有指示電子欺騙之特性。舉例而言，可獲得電子欺騙偵測資料之樣本的導數，且使結果經受快速傅立葉變換(FFT)。回應之導數為使用者手指或物件的脈衝回應。亦可計算子陣列之50至100個電子欺騙偵測資料樣本的離散傅立葉變換(DFT)，以判定經定位成鄰近手指感測像素陣列31之物件是否具有指示電子欺騙之特性。換言之，處理器22判定使用者手指40或物件是否為「活手指」，意即，並非為電子欺騙。舉例而言，處理器22可在感測給定使用者手指40或物件時進行若干次電子欺騙判定(例如，針對上文描述之88×88手指感測像素陣列進行10至11 次)。另外，類似於手指生物識別資料之獲取，所獲取的電子欺騙偵測資料可經平均化以減少雜訊。

當然，上文描述之技術中的任一者可被個別地使用或連同其他或額外電子欺騙判定技術一起使用。舉例而言，處理器22可與手指感測像素陣列31及手指驅動電極45合作，以基於微分感測判定物件是否具有電子欺騙之特性。此外，驅動信號或來自脈衝產生器46之脈衝可使其輸出阻抗、共模位準，及/或轉換速率針對不同手指或條件而受到控制或採用。亦可關於驅動信號使用校準技術。

另外，處理器22可基於手指生物識別資料判定手指匹配。換言之，在一些實施例中，如熟習此項技術者將瞭解的，手指生物識別資料可與所登記的手指生物識別資料進行匹配，例如，以准許存取電子裝置20，啟用某些功能性，及/或執行某些功能。當然，如熟習此項技術者將瞭解的，處理器22可使用其他技術判定使用者手指40或物件為「活的」抑或為電子欺騙。

又，在一些實施例中，如熟習此項技術者將瞭解的，手指感測器或手指感測電路可整合於一或多個積體電路上。電子欺騙偵測資料可不發送至處理器22(意即，主機處理器)，且可使用手指感測處理器或包括在手指感測積體電路(IC)上之電路加以處理。

有利地，藉由以與手指生物識別資料交錯之方式自子陣列33a至33f獲取(例如)用於匹配的電子欺騙偵測資料，可降低忽略(例如)來自潛影的電子欺騙的可能性，由此增大安全性。換言之，電子欺騙偵測資料之交錯可使得在「活」手指與「電子欺騙」手指之間切換愈加困難。

現參看圖4之流程圖60，開始於區塊62，現描述電子欺騙偵測之相關聯方法。在將使用者手指40或物件置放在鄰近手指感測像素陣列31處時，耦接至手指感測像素陣列之資料獲取電路32自手指感測像素 陣列之給定子陣列33a至33f獲取手指生物識別資料(區塊64)。在每次自給定子陣列33a至33f獲取手指生物識別資料之後，資料獲取電路32將給定子陣列匯流在一起，且自給定子陣列33a至33f獲取電子欺騙偵測資料(區塊66)。在自給定子陣列33a至33f獲取電子欺騙偵測資料之後，判定是否獲取來自最後一個子陣列33a至33f或手指感測像素陣列之末端的資料。(區塊68)。若已獲取來自最後一個子陣列33a至33f的資料，則方法在區塊72結束。或者，若存在更多作為資料獲取來源之子陣列33a至33f，則資料獲取電路32自下一子陣列獲取手指生物識別資料(區塊64)，且自下一子陣列獲取電子欺騙偵測資料(區塊66)，從而以與手指生物識別資料交錯之方式獲取電子欺騙偵測資料。程序繼續，直至已自最後一個子陣列33a至33f獲取手指生物識別資料及電子欺騙偵測資料，此時方法在區塊72結束。

應理解，雖然所描述之實施例可尤其用於電子欺騙偵測及匹配操作兩者，但匹配操作可獨立於電子欺騙操作而執行，且反之亦然。受益於前文描述及相關聯圖式中所呈現之教示的熟習此項技術者將想到本發明之許多修改及其他實施例。因此，應瞭解本發明並非限制於所揭示之特定實施例，且修改及實施例意欲包括於附加之申請專利範圍的範疇內。

22‧‧‧處理器

31‧‧‧手指感測像素陣列

32‧‧‧資料獲取電路

33a‧‧‧子陣列

33b‧‧‧子陣列

33e‧‧‧子陣列

33f‧‧‧子陣列

34‧‧‧生物識別讀取鏈

35‧‧‧手指感測像素

36‧‧‧第一放大器

37‧‧‧掃描電路

37a‧‧‧區域

37k‧‧‧區域

38a‧‧‧區域

38k‧‧‧區域

41‧‧‧電子欺騙讀取鏈

42‧‧‧第二放大器

43‧‧‧匯流電路

44‧‧‧手指驅動電路

45‧‧‧手指驅動電極

46‧‧‧脈衝產生器

Claims (11)

1. 一種電子裝置，其包含：一手指感測像素陣列，其基於電場感測而操作；手指驅動電路，其耦接至該手指感測像素陣列；及資料獲取電路，其耦接至該手指感測像素陣列，且能夠自該手指感測像素陣列之複數個子陣列中之每一者獲取手指生物識別資料，及藉由至少感測鄰近該手指感測像素陣列之一手指之一阻抗而自該複數個子陣列中之至少一者獲取電子欺騙(spoof)偵測資料，該資料獲取電路以一交錯(interleaved)之方式獲取該手指生物識別資料及該電子欺騙偵測資料。
2. 如請求項1之電子裝置，其中該資料獲取電路包含：一生物識別讀取鏈，其能夠獲取一給定子陣列中之每一手指感測像素的該手指生物識別資料；及一電子欺騙讀取鏈，其能夠將該給定子陣列中之各別手指感測像素匯流在一起，且自其獲取電子欺騙偵測資料。
3. 如請求項2之電子裝置，其中該生物識別讀取鏈包含至少一第一放大器及與其相關聯之掃描電路；且其中該電子欺騙讀取鏈包含至少一第二放大器及與其相關聯之匯流電路。
4. 如請求項1之電子裝置，其中該手指驅動電路包含：一手指驅動電極，其鄰近該手指感測像素陣列；及一脈衝產生器，其耦接於該手指驅動電極與該手指感測像素陣列之間。
5. 如請求項1之電子裝置，其進一步包含一處理器，該處理器耦接 至該資料獲取電路且能夠分別基於該手指生物識別資料及電子欺騙資料判定一手指匹配及一活手指。
6. 如請求項1之電子裝置，其中該等手指感測像素中之每一者包含一電場手指感測像素。
7. 如請求項1之電子裝置，其中該資料獲取電路能夠自該複數個子陣列中之每一者獲取電子欺騙偵測資料。
8. 如請求項1之電子裝置，其中該手指感測像素陣列界定一矩形；且其中該子陣列中之每一者延伸跨越該矩形之一邊。
9. 一種電子欺騙偵測方法，其包含：使用耦接至一手指感測像素陣列之手指驅動電路，該手指感測像素陣列係基於電場感測而操作，及使用耦接至該手指感測像素陣列之資料獲取電路自該手指感測像素陣列之複數個子陣列中之每一者獲取手指生物識別資料，藉由至少感測鄰近該手指感測像素陣列之一手指之一阻抗而自該複數個子陣列中之至少一者獲取電子欺騙偵測資料，該資料獲取電路係用於以一交錯之方式獲取該手指生物識別資料及該電子欺騙偵測資料。
10. 如請求項9之方法，其中使用該資料獲取電路包含：使用一生物識別讀取鏈獲取一給定子陣列中之每一手指感測像素的該手指生物識別資料；及使用一電子欺騙讀取鏈將該給定子陣列中之各別手指感測像素匯流在一起，且自其獲取電子欺騙偵測資料。
11. 如請求項9之方法，其進一步包含使用耦接至該資料獲取電路之一處理器，以分別基於該手指生物識別資料及電子欺騙資料判定一手指匹配及一活手指。