TWI790449B - 指紋辨識裝置及指紋辨識方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提出一種指紋辨識裝置及指紋辨識方法。指紋辨識裝置包括：顯示器；光源，設置於所述顯示器下方；感測器，設置於所述顯示器下方；以及處理模組，耦接到所述感測器。當物體接觸所述顯示器時，所述光源發出結構光以掃描所述物體。所述感測器獲得所述物體的一或多個影像，其中所述一或多個影像包括不同相位移的信息。所述處理模組根據所述一或多個影像計算所述物體的立體信息，並根據所述立體信息判斷所述物體是否為真人手指。

Description

指紋辨識裝置及指紋辨識方法
本揭露是有關於一種指紋辨識裝置及指紋辨識方法，且特別是有關於一種能辨識手指影像是否為真人手指的指紋辨識裝置及指紋辨識方法。
隨著科技的進步，指紋辨識已成為主要身份驗證方式之一。若有指紋油脂殘留時，使用非手指的物體按壓在指紋感測器上方會使殘留指紋被誤判，造成指紋辨識正確性及安全性下降。因此，如何能更精確地辨識指紋感測器上是否有真實手指，是本領域技術人員應致力的目標。
有鑑於此，本揭露提供一種指紋辨識裝置及指紋辨識方法，能辨識手指影像是否為真人手指。
本揭露提出一種指紋辨識裝置，包括：顯示器；光源，設置於所述顯示器下方；感測器，設置於所述顯示器下方；以及處理模組，耦接到所述感測器。當物體接觸所述顯示器時，所述光源發出結構光以掃描所述物體。所述感測器獲得所述物體的一或多個影像，其中所述一或多個影像包括不同相位移的信息。所述處理模組根據所述一或多個影像計算所述物體的立體信息，並根據所述立體信息判斷所述物體是否為真人手指。
本揭露提出一種指紋辨識方法，適用於指紋辨識裝置。所述指紋辨識裝置包括顯示器及設置於所述顯示器下方的光源與感測器。所述指紋辨識方法包括：當物體接觸所述顯示器時，藉由所述光源發出結構光以掃描所述物體；藉由所述感測器獲得所述物體的一或多個影像，其中所述一或多個影像包括不同相位移的信息；以及根據所述一或多個影像計算所述物體的立體信息，並根據所述立體信息判斷所述物體是否為真人手指。
基於上述，本揭露的指紋辨識裝置及指紋辨識方法會由光源發出結構光以掃描接觸顯示器的物體，並由感測器獲得結構光掃描物體的一或多個影像。處理模組會根據所述一或多個影像計算物體的立體信息，並根據立體信息判斷物體是否為真人手指。如此一來，本揭露的指紋辨識裝置及指紋辨識方法藉由確認待測物體是否為立體的真實指紋以達到防偽效果並解決指紋殘留所造成辨識錯誤的問題。
圖1A及圖1B為根據本揭露一實施例的指紋辨識裝置的示意圖。
請參照圖1A及圖1B，本揭露一實施例的指紋辨識裝置100包括顯示器110、光源115、感測器120及處理模組130。光源115設置於顯示器110的下方。感測器120設置於顯示器110的下方。處理模組130耦接到顯示器110、光源115及感測器120。顯示器110例如是有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)顯示器、液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)或其他類似元件。在一實施例中，顯示器110可整合觸控感測元件於其中。本揭露不限制光源115的實施方式。具體來說，當顯示器110為有機發光二極體顯示器時，光源115可為自發光顯示元件並整合於顯示器110下方。當顯示器110為液晶顯示器時，光源115可為外部發光元件。雖然在圖1B中繪示了光源115與感測器120重疊，但本揭露不限於此。在一些實施例中，光源115也可設置於顯示器110下方的單側或兩側且不與感測器120重疊或僅部分與感測器120重疊。
感測器120例如是薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)感測器或其他類似元件。感測器120的圓形形狀及設置於指紋辨識裝置100的位置僅為舉例說明，本揭露不限制感測器120的形狀及感測器120設置於指紋辨識裝置100的位置。處理模組130例如是中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、應用處理器(Application Processor，AP)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)或這些元件的組合。
[第一實施例]
圖2為根據本揭露一實施例由顯示器對應感測器的位置發出結構光圖案的示意圖。
請同時參照圖1A、圖1B及圖2，當待測物體接觸感測器120所對應的顯示器110的區域220時，光源115可發出結構光掃描待測物體。結構光可具有不同相位移的相位圖案230(1)、230(2)、230(3)、…、230(N)，且光源115依序發出具有相位圖案230(1)~230(N)的結構光來掃描待測物體，使感測器120獲得待測物體對應相位圖案230(1)~230(N)的N個影像。相位圖案230(1)~230(N)可由正弦條紋圖形所建立，且每個相位圖案230(1)~230(N)都可包括不同相位移的信息。以N=3為例，相位圖案230(1)與相位圖案230(2)可對應360/3=120度的相位移，且相位圖案230(2)與相位圖案230(3)可對應120度的相位移。
接著，處理模組130可從感測器120獲得待測物體的N個影像，利用相位演算法根據待測物體的N個影像計算待測物體的立體信息(或稱為待測物體的三維形貌)，並根據立體信息判斷待測物體是否為真人手指。在處理模組130判斷待測物體為真人手指之後，處理模組130才會對真人手指進行指紋辨識操作。若處理模組130判斷待測物體不是真人手指，則處理模組130不對真人手指進行指紋辨識操作。如此一來，可解決非手指物體按壓在感測器120上方使指紋油脂殘留被誤判的問題。
相位演算法如以下方程式(1)到方程式(4)所示：
Figure 02_image001
……………………….(1)
Figure 02_image002
…………………………...(2)
Figure 02_image003
………………………..(3)
Figure 02_image004
……………………………….(4)
其中，I 為影像中像素曝光值強度，I’ 為對應基礎光強度(例如，環境光強度)，I’’ 為對應光源115所投射的結構光亮度，Φ為相位角，α為相位移。通過消除方程式(1)到方程式(3)的I’ 、I’’ 及α，方程式(4)可被推導出。
[第二實施例]
圖3為根據本揭露另一實施例由顯示器對應感測器的位置發出結構光圖案的示意圖。
請同時參照圖1A、圖1B及圖3，當待測物體接觸感測器120所對應的顯示器110的區域320時，光源115可發出具有彩色圖案的結構光掃描待測物體使感測器120獲得待測物體的彩色影像。結構光的彩色圖案可為由紅色相位圖案331、綠色相位圖案332及藍色相位圖案333所構成的三通道彩色影像。舉例來說，紅色相位圖案331、綠色相位圖案332及藍色相位圖案333兩兩之間可具有120度的相位移。
接著，處理模組130可從感測器120獲得待測物體的彩色影像，並分離待測物體的彩色影像以獲得對應紅色相位圖案331的第一影像、對應綠色相位圖案332的第二影像及對應藍色相位圖案333的第三影像。最後，處理模組130可利用類似於上述方程式(1)到方程式(4)的相位演算法根據第一影像、第二影像及第三影像計算待測物體的立體信息，並根據立體信息判斷待測物體是否為真人手指。由於在本實施例中是通過包括三通道彩色影像的單一結構光彩色圖案就可取得待測物體對應紅色相位圖案331的第一影像、對應綠色相位圖案332的第二影像及對應藍色相位圖案333的第三影像等三張待測物體的相位影像，因此可節省發出多次結構光相位圖案掃描待測物體所耗費的時間。
值得注意的是，為了取得待測物體的彩色影像，感測器120可為彩色感測器。在一實施例中，感測器120可為單一感測器並具有顏色過濾器(或稱為色阻)設置於其上。在另一實施例中，感測器120可由對應紅色、綠色及藍色的三個感測器所構成。本揭露不對感測器120的實作方式作出限制。
請再參考圖2，由於相鄰相位圖案230(1)~230(N)中的正弦條紋每次移動的距離為週期的1/N，因此以具有相位圖案230(1)~230(N)的結構光掃描待測物體又可稱為N步相移法。在超過三步以上的相移法中，可利用本揭露第二實施例的方法來減少感測器120的取像次數進而節省時間。舉例來說，在N=6的6步相移法中，可將相位圖案230(1)~230(3)混合成三通道彩色相位圖案並將相位圖案230(4)~230(6)混合成另一個三通道彩色相位圖案，其中相位圖案230(1)及相位圖案230(4)為紅色相位圖案，相位圖案230(2)及相位圖案230(5)為綠色相位圖案，且相位圖案230(3)及相位圖案230(6)為藍色相位圖案。因此，光源115只要發出兩個彩色相位圖案的結構光，也就是對應相位圖案230(1)~230(3)的一個彩色相位圖案及對應相位圖案230(4)~230(6)的另一個彩色相位圖案的結構光，就可獲得待測物體對應相位圖案230(1)~230(6)的六張影像。
圖4為根據本揭露一實施例的指紋辨識方法的流程圖。
請參照圖4，在步驟S401中，當物體接觸顯示器時，藉由光源發出結構光以掃描物體。
在步驟S402中，藉由感測器獲得物體的一或多個影像，其中一或多個影像包括不同相位移的信息。
在步驟S403中，根據一或多個影像計算物體的立體信息，並根據立體信息判斷物體是否為真人手指。
綜上所述，本揭露的指紋辨識裝置及指紋辨識方法會由光源發出結構光以掃描接觸顯示器的物體，並由感測器獲得結構光掃描物體的一或多個影像。處理模組會根據所述一或多個影像計算物體的立體信息，並根據立體信息判斷物體是否為真人手指。如此一來，本揭露的指紋辨識裝置及指紋辨識方法藉由確認待測物體是否為立體的真實指紋以達到防偽效果並解決指紋殘留所造成辨識錯誤的問題。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:指紋辨識裝置 110:顯示器 115:光源 120:感測器 130:處理模組 220:區域 230(1)~230(N):相位圖案 320:區域 331:紅色相位圖案 332:綠色相位圖案 333:藍色相位圖案 S401~S403:指紋辨識方法的步驟
圖1A及圖1B為根據本揭露一實施例的指紋辨識裝置的示意圖。 圖2為根據本揭露一實施例由顯示器對應感測器的位置發出結構光圖案的示意圖。 圖3為根據本揭露另一實施例由顯示器對應感測器的位置發出結構光圖案的示意圖。 圖4為根據本揭露一實施例的指紋辨識方法的流程圖。
110:顯示器
220:區域
230(1)~230(N):相位圖案

Claims (8)

  1. 一種指紋辨識裝置，包括：顯示器；光源，設置於該顯示器下方當物體接觸所述顯示器時，所述光源發出結構光以掃描所述物體；感測器，設置於所述顯示器下方，所述感測器獲得所述物體的一或多個影像，其中所述一或多個影像包括不同相位移的信息；以及處理模組，耦接到所述感測器，所述處理模組根據所述一或多個影像計算所述物體的立體信息，並根據所述立體信息判斷所述物體是否為真人手指，其中所述結構光具有一彩色圖案，所述彩色圖案由不同相位移的紅色相位圖案、綠色相位圖案及藍色相位圖案所構成，且所述光源發出具有所述彩色圖案的所述結構光來掃描所述物體，使所述感測器獲得所述物體的所述影像。
  2. 如請求項1所述的指紋辨識裝置，其中所述結構光具有不同相位移的多個相位圖案，且所述光源依序發出具有所述多個相位圖案的所述結構光來掃描所述物體，使所述感測器獲得所述物體的所述多個影像。
  3. 如請求項1所述的指紋辨識裝置，其中所述物體的所述影像為彩色影像，所述處理模組分離所述影像以獲得對應所述紅色相位圖案的第一影像、對應所述綠色相位圖案的第二影像及 對應所述藍色相位圖案的第三影像，並根據所述第一影像、所述第二影像及所述第三影像計算所述物體的所述立體信息。
  4. 如請求項1所述的指紋辨識裝置，其中所述顯示器為有機發光二極體顯示器。
  5. 一種指紋辨識方法，適用於指紋辨識裝置，所述指紋辨識裝置包括顯示器及設置於所述顯示器下方的光源與感測器，所述指紋辨識方法包括：當物體接觸所述顯示器時，藉由所述光源發出結構光以掃描所述物體；藉由所述感測器獲得所述物體的一或多個影像，其中所述一或多個影像包括不同相位移的信息；以及根據所述一或多個影像計算所述物體的立體信息，並根據所述立體信息判斷所述物體是否為真人手指，其中所述結構光具有一彩色圖案，所述彩色圖案由不同相位移的紅色相位圖案、綠色相位圖案及藍色相位圖案所構成，且所述光源發出具有所述彩色圖案的所述結構光來掃描所述物體使所述感測器獲得所述物體的所述影像。
  6. 如請求項5所述的指紋辨識方法，其中所述結構光具有不同相位移的多個相位圖案，且所述光源依序發出具有所述多個相位圖案的所述結構光來掃描所述物體使所述感測器獲得所述物體的所述多個影像。
  7. 如請求項5所述的指紋辨識方法，其中所述物體的所述影像為彩色影像，且根據所述一或多個影像計算所述物體的所述立體信息的步驟包括：分離所述影像以獲得對應所述紅色相位圖案的第一影像、對應所述綠色相位圖案的第二影像及對應所述藍色相位圖案的第三影像，並根據所述第一影像、所述第二影像及所述第三影像計算所述物體的所述立體信息。
  8. 如請求項5所述的指紋辨識方法，其中所述顯示器為有機發光二極體顯示器。
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