TW201627913A - 指紋辨識方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

一種指紋辨識方法及其裝置，包括以下步驟：將一手指按壓在一光電傳感器模組上；分別發出一非可見光線穿透到手指內部後再反射到光電傳感器模組以及發出一可見光線經由手指表面反射到光電傳感器模組；光電傳感器將可見光線及非可見光線的光強度訊號轉換成光電流訊號；以一類比/數位轉換模組將光電流訊號分別轉換成一第一數位訊號及一第二數位訊號；以一處理器模組將第一數位訊號輸出成一灰階指紋圖像以及將第二數位訊號輸出成一彩色指紋圖像進行辨識。本發明亦提供執行上述辨識方法之指紋辨識裝置。

Description

指紋辨識方法及其裝置

一種辨識方法及裝置，特別是一種有關於指紋辨識方法及其裝置。

所謂指紋辨識，顧名思義就是利用人體手指上獨有指紋資訊進行辨識。常見的指紋辨識裝置可由兩種元素組成。其一為指紋感測器(Fingerprint Sensor)，主要目的是採集一枚完整的指紋圖像。另一個元素則為指紋辨識演算法(Fingerprint Algorithm)。當前端的指紋感測器採集指紋圖像後，後續則是交由演算法進行指紋圖像處理與指紋特徵點抽取，生成指紋模板後將原始指紋圖像丟棄，最後再進行指紋比對。

常見的指紋感測器有電容式(Capacity)與光學式(Optical)兩種。目前電容式指紋感測器常見的有RF電容感測、壓力感測、熱感測等。其原理係將高密度的電容感測器或是壓力感測器等微型化感測器整合於一晶片之中，待手指按壓晶片表面時，內部微型電容感測器會根據指紋的波峰與波谷聚集而產生的不同電荷量(或是溫差)，進而形成指紋圖像。

電容式感測器的優點為薄型化與小型化，可被大量運用在手持裝置上，不過其缺點為成本高及耐用性備受考驗。且電容式感測器為了維持一定的按壓面積須切割整片晶圓，所以每一晶片所產出的成本相當高。再者，由於電容式感測器本身就是裸露的半導體晶片，容易因為手指 本身的汗水與酸鹼影響，而對晶片表面產生侵蝕以及容易產生靜電問題，使得電容式感測器的耐受度及使用壽命大幅降低。因此，便有在電容式感測器表面增貼一層藍寶石基板以進行防護，但相對的也提高製作成本。

另外，光學式指紋感測器為最早的指紋採集設備，係利用光 源、三菱鏡、電荷耦合元件(CCD)組成一套指紋採集設備。利用手指按壓三菱鏡後，以指紋的波峰與波谷對於光線全反射的吸收與破壞，進而得到一枚指紋圖像，再經由電荷耦合元件(CCD)將影像擷取與輸出。由於光學式指紋感測器的採集方式是非接觸晶片本身，也就是指紋按壓處是由壓克力或是玻璃等光學元件所構成，故光學式最大的優勢就是價格低廉且耐用。但光學式指紋感測器因為其體積較大及組裝複雜，難以運用於手持裝置內部。

另外，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。

是以，習知的電容式指紋感測器具有易環境靜電影響及製作 成本高的問題，而光學式指紋感測器則具有體積大無法應用於手持裝置的問題，再加上矽膠偽造的假手指可以模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。因此，要如何設計一種可避免環境靜電影響、體積小、降低製作成本及辨識真實手指血管的指紋辨識器，就成為了本案發明人需要解決的問題。

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指紋辨識方法及其裝置，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：將一手指放置在一光電傳感器模組上；以一第一發光元件朝向手指發出一非可見光線及以一第二發光元件朝向手指發出一可見光線；非可見光線穿透手指內部後再反射到光電傳感器模組，令光電傳感器模組接收到非可見光線的至少一非可見光強度訊號，可見光線經由手指表面反射到光電傳感器模組，令光電傳感器模組接收到可見光線的至少一可見光強度訊號；光電傳感器模組依據非可見光強度訊號轉換成至少一非可見光電流訊號，光電傳感器模組依據可見光強度訊號轉換成至少一可見光電流訊號，光電傳感器將非可見光電流訊號及可見光電流訊號分別傳送到一類比/數位轉換模組；類比/數位轉換模組依據非可見光電流訊號換成至少一第一數位訊號，類比/數位轉換模組依據可見光電流訊號轉換成至少一第二數位訊號，類比/數位轉換模組將第一數位訊號及第二數位訊號分別傳送到一處理器模組；處理器模組依據第一數位訊號轉換成一灰階指紋圖像，處理器模組依據第二數位訊號轉換成一彩色指紋圖像，並對灰階指紋圖像及彩色指紋圖像進行辨識。

本發明更提出一種指紋辨識裝置，用以辨識一手指的指紋圖 像。該辨識裝置包括一光電傳感器模組、至少一第一發光元件、至少一第二發光元件、一類比/數位轉換模組及處理器模組。其中，光電傳感器模組 具有一光接收表面，用以供手指接觸於其上。第一發光元件朝向手指發射一非可見光線，第二發光元件朝向手指發射一可見光線。類比/數位轉換模組電性連接於光電傳感器模組，處理器模組電性連接於類比/數位轉換模組。

其中，非可見光線穿透手指內部後再反射到光電傳感器模 組，以使光電傳感器模組接收到非可見光線的至少一非可見光強度訊號，可見光線經由手指表面反射到光電傳感器模組，以使光電傳感器模組接收到可見光線的至少一可見光強度訊號。光電傳感器模組分別將非可見光強度訊號轉換成一非可見光電流訊號以及將可見光強度訊號轉換成一可見光電流訊號。類比/數位轉換模組分別將非可見光電流訊號轉換成一第一數位訊號以及將可見光電流訊號轉換成一第二數位訊號。處理器模組分別將第一數位訊號輸出成一灰階指紋圖像以及將第二數位訊號輸出成一彩色指紋圖像進行辨識。

根據本發明所揭露真偽指紋的另一辨識方法，其包括以下的 步驟：將一手指放置在一光電傳感器模組上；以一第二發光元件朝向手指發出一可見光線；可見光線經由手指表面反射到光電傳感器模組，令光電傳感器模組接收到可見光線的至少一可見光強度訊號；光電傳感器模組依據可見光強度訊號轉換成至少一可見光電流訊號，光電傳感器將可見光電流訊號傳送到一類比/數位轉換模組；類比/數位轉換模組依據可見光電流訊號轉換成至少一第二數位訊號，類比/數位轉換模組將第二數位訊號傳送到一處理器模組；處理器模組依據第二數位訊號轉換成一彩色指紋圖像及/或一灰階指紋圖像，並對彩色指紋圖像及/或灰階指紋圖像進行辨識。

本發明之功效在於利用光電傳感器模組來接收穿透手指內 部的非可見光線及經由手指反射的可見光線，並同時辨識出手指的灰階指紋圖像及彩色指紋圖像，以防堵指紋辨識時的缺失，藉以提高識別時的真實性。是以，藉由光電傳感器模組輕、薄、短、小的特性，使得本發明的指紋辨識裝置可應用在手持裝置內部，可解決習知技術的光學式指紋辨識器體積過大而無法用在手持裝置的問題。而且利用此種光電分離的感測方式，可解決習知技術的電容式指紋辨識器容易受到環境靜電影響的問題，也不需要有習知技術的藍寶石基板作保護的需求，可大幅降低製作成本。

再者，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。

1‧‧‧辨識裝置

10‧‧‧功能電路板

11‧‧‧光電傳感器模組

111‧‧‧光電感測元件

1111‧‧‧可見光感測晶片

1112‧‧‧非可見光感測晶片

112‧‧‧光接收表面

113‧‧‧側面

114‧‧‧散射介質

12‧‧‧第一發光元件

13‧‧‧第二發光元件

14‧‧‧類比/數位轉換模組

15‧‧‧處理器模組

151‧‧‧分析程式

152‧‧‧轉換程式

153‧‧‧驗證程式

2‧‧‧手指

21‧‧‧皮紋波谷

22‧‧‧皮紋波峰

3‧‧‧彩色指紋圖像

31‧‧‧子影像

IL‧‧‧非可見光線

VL‧‧‧可見光線

IS1‧‧‧非可見光強度訊號

IS2‧‧‧可見光強度訊號

PS1‧‧‧非可見光電流訊號

PS2‧‧‧可見光電流訊號

DS1‧‧‧第一數位訊號

DS2‧‧‧第二數位訊號

第1圖 係為本發明的指紋辨識裝置的方塊示意圖；第2圖 係為本發明的指紋辨識裝置的架構示意圖；第3圖 係為本發明的指紋辨識裝置的光電傳感器模組示意圖；第4圖 係為本發明的指紋辨識裝置方法的流程示意圖；第5圖 係為本發明辨識彩色指紋圖像的流程示意圖；第6圖 係為本發明擷取彩色指紋圖像的示意圖；第7圖 係為本發明真實指紋的第一色度座標軸示意圖；第8圖 係為本發明偽造指紋的第一色度座標軸示意圖； 第9圖 係為本發明真實指紋的第二色度座標軸示意圖；第10圖 係為本發明偽造指紋的第二色度座標軸示意圖；以及第11圖 係為本發明指紋辨識方法的另一流程示意圖。

請參考第1圖至第3圖所示，其係為本發明指紋辨識裝置的方塊示意圖、架構示意圖及光電傳感器模組示意圖。指紋辨識裝置1包括一功能電路板10、一光電傳感器模組11(Photoelectron Sensor)、至少一第一發光元件12、至少一第二發光元件13、一類比/數位轉換模組14(A/D Converter)及一處理器模組15。其中，功能電路板10提供光電傳感器模組11、第一發光元件12及第二發光元件13電性配置於其上。第一發光元件12及第二發光元件13係包括但不侷限於發光二極體。

再者，光電傳感器模組11分別電性連接於類比/數位轉換模組14及處理器模組15。在本實施例中，可將類比/數位轉換模組14及處理器模組15電性配置在功能電路板10上，但不以此為限。亦可以將類比/數位轉換模組14及處理器模組15搭載在可攜式電子裝置上(未繪示)，並以外接的電性連接方式，將光電傳感器模組11分別電性連接在可攜式電子裝置內的類比/數位轉換模組14及處理器模組15進行辨識處理。

在本發明中，光電傳感器模組11由多個呈陣列的光電感測元件111所排列構成，這些光電感測元件111包括有可見光感測晶片1111及非可見光感測晶片1112，這些可見光感測晶片1111及非可見光感測晶片1112相鄰排列在一起，並且由這些光電感測元件111同時構成一光接收表面112，用以供一手指2接觸於光接收表面112。再者，更進一步包括有一散射介質114， 主要將一散射介質114覆蓋在光電傳感器模組11的光接收表面112，但不以此為限。最佳的實施方式是將散射介質114同時包覆住光電傳感器模組11的光接收表面112以及四周側面113，進而以此散射介質114的表面形成可供手指2按壓的介面。在本發明中，當第一發光元件12及第二發光元件13所發出的光線進入到散射介質114時，可藉由散射介質114將見光線均勻化，以使散射介質114構成一均勻的面光源，進而讓手指2整面具有最完整的受光效果。

在本發明中，可將第一發光元件12及第二發光元件13分別相 鄰配置在光電傳感器模組11的周邊，並且可依需求將第一發光元件12及第二發光元件13封裝在一起，或是將第一發光元件12及第二發光元件13分開封裝，僅需將第一發光元件12及第二發光元件13配置在光電傳感器模組11的周邊即可。另外，第一發光元件12可發出一非可見光線IL(Invisible Light)，非可見光線IL的波長範圍介於780nm至3000nm的紅外線輻射，而第二發光元件13則發出一可見光線VL(Visible Light)，可見光線VL的波長範圍介於400nm至700nm的光線輻射。

是以，當手指2接觸在光電傳感器模組11的光接收表面112 上的散射介質114時，功能電路板10可驅動第一發光元件12及第二發光元件13分別發出非可見光線IL及可見光線VL並經由散射介質114照射到手指2。 需注意的是，第二發光元件13所發出的可見光線VL可為多重波長的光線，多重波長的光線可以提供光電傳感器模組11更多的影像資訊，藉以擷取到多色的指紋圖像。當光電傳感器模組11分別取得可見光線及非可見光線的指紋圖像後，光電傳感器模組11會將這些指紋圖像傳送至處理器模組15。

請參閱第4圖所示，係為本發明指紋辨識方法的流程示意圖，係包括以下步驟：步驟210：將手指2放置在光電傳感器模組11的光接收表面112上；步驟220：第一發光元件12朝向手指2發出一非可見光線IL及第二發光元件13朝向手指2發出一可見光線VL；步驟230：非可見光線IL穿透手指2內部後再反射到光電傳感器模組11，令光電傳感器模組11接收到非可見光線IL的至少一非可見光強度訊號IS1(Intensity Signal)，可見光線VL經由手指2表面反射到光電傳感器模組11，令光電傳感器模組11接收到可見光線VL的至少一可見光強度訊號IS2；步驟240：光電傳感器模組11依據非可見光強度訊號IS1轉換成至少一非可見光電流訊號PS1(Photocurrent Signal)，光電傳感器模組11依據可見光強度訊號IS2轉換成至少一可見光電流訊號PS2，光電傳感器將非可見光電流訊號PS1及可見光電流訊號PS2分別傳送到類比/數位轉換模組14；步驟250：類比/數位轉換模組14依據非可見光電流訊號PS1轉換成至少一第一數位訊號DS1(Digital Signal)，類比/數位轉換模組14依據可見光電流訊號PS2轉換成至少一第二數位訊號DS2；以及步驟260：處理器模組15依據第一數位訊號DS1轉換成一灰階指紋圖像，處理器模組15依據第二數位訊號DS2轉換成一彩色指紋 圖像，並對灰階指紋圖像及彩色指紋圖像進行辨識。

在步驟210中，係先將手指2按壓在光電傳感器模組11的光接收表面112，但不以此為限。亦可將手指2按壓在光接收表面112上的散射介質114表面。接著，功能電路板10會驅動第一發光元件12向手指2發射非可見光線IL，以及驅動第二發光元件13向手指2發射可見光線VL。

在步驟220中，第一發光元件12及第二發光元件13的發光順序至少提供有下列模式：第一模式，第一發光元件12及第二發光元件13分別同步的發出非可見光線IL及可見光線VL。第二模式，第一發光元件12發出非可見光線IL後，並取得灰階指紋圖像後，第二發光元件13才會發出可見光線VL。第三模式，第一發光元件12及第二發光元件13可依時間順序來交叉非可見光線IL及發射可見光線VL，亦即第一發光元件12對手指2發出非可見光線IL後關閉，再換第二發光元件13對手指2發出可見光線VL，並重複的輪流對手指2發出非可見光線IL及可見光線VL。

在步驟230中，手指2表面具有皮紋波谷21與皮紋波峰22，由於皮紋波谷21係接觸在光接收表面112，所以非可見光線IL穿透手指2內部後，再經由皮紋波谷21直接進入到光接收表面112，以得到一光強度高的非可見光強度訊號IS1。因皮紋波峰22與光接收表面112之間具有一間隙，使得部分的非可見光線IL由手指內部穿出皮紋波峰22時形成散射及折射後再進入到光接收表面112，進而得到一光強度低的非可見光強度訊號IS1，進而得到皮紋波谷21與皮紋波峰22之間的光強度對比。

同樣的，第二發光元件13以多波長光源作一說明，由於皮紋 波谷21接觸到光接收表面112，可見光線VL可經由皮紋波谷21直接反射到光電傳感器模組11，以得到一光強度高的可見光強度訊號IS2。同樣的，皮紋波峰22與光接收表面112之間具有間隙，可見光線VL進入到皮紋波峰22時形成散射及折射後再反射到光電傳感器模組11，進而得到一光強度低的可見光強度訊號IS2。

在步驟240中，光電傳感器模組11會同步接收：進入手指2 內部後再穿透出皮紋波谷21及皮紋波峰22的非可見光強度訊號IS1，並依據非可見光強度訊號IS1而轉換成非可見光電流訊號PS1。同樣的，光電傳感器模組11亦同步接收來自指紋2的皮紋波谷21及皮紋波峰22所反射可見光強度訊號IS2，並依據可見光強度訊號IS2而轉換成可見光電流訊號PS2，光電傳感器模組11將非可見光電流訊號PS1及可見光電流訊號PS2分別傳送到類比/數位轉換模組14進行處理。

需注意的是，本發明的光電傳感器模組11通常使用光伏特、 光傳導或光發射等光電轉換方式來進行工作。舉例來說，光伏特轉換方式通常存在於兩種不同材料的接面，當可見光線VL或非可見光線IL照射到接面時，接面兩端會產生一和照度有關的輸出電壓，例如以半導體材料矽、鍺、或銻化銦利用其p-n接面來進行工作。光傳導轉換方式通常是以半導體材料所製成，其電阻會隨著照度的增加而減少，其導電性之產生乃因為材料吸收入射光子所帶的能量以產生電荷載子。光發射轉換方式，當入射光能量夠高時，使電子脫離軌道而射出。上述光電傳感器模組11的光電轉換方式僅為一實施例說明，並不以此為限，其光電傳感器模組11可依使用需求而選擇對應的光電轉換方式。

在步驟250中，類比/數位轉換模組14依據非可見光電流訊號 PS1的強弱而轉換成至少一第一數位訊號DS1，類比/數位轉換模組14依據可見光電流訊號PS2的強弱轉換成至少一第二數位訊號DS2。另外，類比/數位轉換模組14可依實際需求，進一步對第一數位訊號DS1或第二數位訊號DS2進行訊號濾波或訊號放大等處理，並傳送到處理器模組15。

在步驟260中，處理器模組15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針對第一數位訊號DS1進行處理，可得到一對應手指2的皮紋波谷21(亮區)及皮紋波峰22(暗區)的灰階指紋圖像。驗證程式153依據灰階指紋圖像(非可見光線)來驗證使用者的身份。

另外，處理器模組15的分析程式151用以一第一色彩模型 (Color Model)分析彩色指紋圖像(可見光線)，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5圖所示，係為本發明的辨識彩色指紋圖像的流程示意圖，包括以下步驟：步驟310：擷取手指2的彩色指紋圖像3；步驟320：執行分析程式151，以第一色彩模型分析彩色指紋圖像3，以得到相應彩色指紋圖像3的第一色度座標軸；步驟330：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340：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350：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360：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310中，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。可見光線VL經由手指2的皮紋波谷21及皮紋波峰22反射後，使得光電傳感器模組11可以接收相應的彩色指紋圖像3，並傳送到處理器模組15。請參閱第6圖所示，係為本發明擷取指紋圖像的示意圖。其中，處理器模組15可將一張完整的彩色指紋圖像3切割成複數個子影像31。接著，再將這些子影像31分別依序傳送到步驟320中的分析程式151進行分析處理。

在步驟320中，分析程式151係將彩色指紋圖像3的各個子影像31逐一進行色彩模型分析。請參閱第7圖所示，係為本發明真實指紋的第一色度座標軸示意圖。係將彩色指紋圖像3其中一張的子影像31透過分析程式151進行運算處理，以第一色彩模型分析彩色指紋圖像3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。由於手指按壓在光電傳感器模組11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7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光電傳感器模組11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8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320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：① R-min(B,G)>Z；以及② 10<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330。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330再一次的進行驗證。

在步驟330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340進行驗證。

在步驟340到步驟360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9圖及第10圖所示。其中，第9圖係為本發明真實指紋的第二色度座標軸示意圖。第10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。

請參閱第11圖所示，係為本發明指紋辨識方法的另一流程示意圖，其具體實施方式與前述實施例的指紋辨識方法大致相同，以下僅就相異之處加以說明，其餘相同處不在贅述，係包括以下步驟：步驟410：將手指2放置在光電傳感器模組11的光接收表面112上；步驟420：第二發光元件13朝向手指2發出一可見光線VL；步驟430：可見光線VL經由手指2表面反射到光電傳感器模組11，令光電傳感器模組11接收到可見光線VL的至少一可見光強度訊號IS2；步驟440：光電傳感器模組11依據可見光強度訊號IS2轉換成至少一可見光電流訊號PS2，光電傳感器將可見光電流訊號PS2傳送到類比/數位轉換模組14；步驟450：類比/數位轉換模組14依據可見光電流訊號PS2轉換成至少一 第二數位訊號DS2；以及步驟460：處理器模組15依據第二數位訊號DS2轉換成一彩色指紋圖像及/或一灰階指紋圖像，並對彩色指紋圖像及/或灰階指紋圖像進行辨識。

在步驟460中，處理器模組15針對彩色指紋圖像進行辨識的流程如第5圖至第10圖的內容所述。另外，處理器模組15的轉換程式152可進一步將彩色指紋圖像轉換成灰階指紋圖像，再以驗證程式153針對轉換後的灰階指紋圖像進行辨識，以判定是否為真實手指。

是以，本發明所提出的指紋辨識方法及其裝置，係利用光電傳感器模組來接收穿透手指內部後再反射的非可見光線，並經由從手指的皮紋波谷及皮紋波峰射出的非可見光強度訊號的差異性，使光電傳感器模組可轉換成不同強弱的非可見光強度訊號，再以類比/數位轉換模組將不同強弱的非可見光強度訊號轉換成對應的第一數位訊號，以此輸出至處理器模組進行處理而得到明暗對比條紋的灰階指紋圖像。

並且，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，來再次驗證是否為彩色指紋圖像是否為偽造指紋。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。

是以，藉由光電傳感器模組輕、薄、短、小的特性，使得本發明的真偽指紋的辨識裝置可搭載在手持裝置內部，可解決習知技術的光 學式指紋辨識器體積過大而無法用在手持裝置的問題。而且辨識灰階指紋圖像的同時也可以辨識彩色指紋圖像，驗證是否為偽造手指，進而提高識別時的手指真實性。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，進而防堵指紋辨識上的漏洞。

1‧‧‧辨識裝置

10‧‧‧功能電路板

11‧‧‧光電傳感器模組

111‧‧‧光電感測元件

1111‧‧‧可見光感測晶片

1112‧‧‧非可見光感測晶片

12‧‧‧第一發光元件

13‧‧‧第二發光元件

14‧‧‧類比/數位轉換模組

15‧‧‧處理器模組

151‧‧‧分析程式

152‧‧‧轉換程式

153‧‧‧驗證程式

2‧‧‧手指

IL‧‧‧非可見光線

VL‧‧‧可見光線

IS1‧‧‧非可見光強度訊號

IS2‧‧‧可見光強度訊號

PS1‧‧‧非可見光電流訊號

PS2‧‧‧可見光電流訊號

DS1‧‧‧第一數位訊號

DS2‧‧‧第二數位訊號

Claims (16)

1. 一種指紋辨識方法，包括以下步驟：將一手指放置在一光電傳感器模組上；以一第一發光元件朝向該手指發出一非可見光線及以一第二發光元件朝向該手指發出一可見光線；該非可見光線穿透該手指內部後再反射到該光電傳感器模組，令該光電傳感器模組接收到該非可見光線的至少一非可見光強度訊號，該可見光線經由該手指表面反射到該光電傳感器模組，令該光電傳感器模組接收到該可見光線的至少一可見光強度訊號；該光電傳感器模組依據該非可見光強度訊號轉換成至少一非可見光電流訊號，該光電傳感器模組依據該可見光強度訊號轉換成至少一可見光電流訊號，該光電傳感器將該非可見光電流訊號及該可見光電流訊號分別傳送到一類比/數位轉換模組；該類比/數位轉換模組依據該非可見光電流訊號換成至少一第一數位訊號，該類比/數位轉換模組依據該可見光電流訊號轉換成至少一第二數位訊號，該類比/數位轉換模組將該第一數位訊號及該第二數位訊號分別傳送到一處理器模組；以及該處理器模組依據該第一數位訊號轉換成一灰階指紋圖像，該處理器模組依據該第二數位訊號轉換成一彩色指紋圖像，並對該灰階指紋圖像及該彩色指紋圖像進行辨識。
2. 如請求項1所述的指紋辨識方法，其中該處理器模組包括一分析程式、一轉換程式及一驗證程式，並對該彩色指紋圖像進行辨識的步驟更包括： 執行該分析程式，以一第一色彩模型分析該彩色指紋圖像，以得到相應該彩色指紋圖像的一第一色度座標軸；執行該轉換程式，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；執行該驗證程式，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。
3. 如請求項2所述的指紋辨識方法，其中將該指紋圖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。
4. 如請求項2所述的指紋辨識方法，其中以該第一色彩模型分析該彩色指紋圖像的步驟更包括：設定該第一色彩模型為一RGB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。
5. 如請求項2所述的指紋辨識方法，其中得到相應該指紋圖像的該第一色度 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。
6. 一種指紋辨識裝置，用以辨識一手指的指紋圖像，該辨識裝置包括：一光電傳感器模組，具有一光接收表面，用以供該手指接觸於其上；至少一第一發光元件，朝向該手指發射一非可見光線；至少一第二發光元件，朝向該手指發射一可見光線；一類比/數位轉換模組，電性連接該光電傳感器模組；以及一處理器模組，電性連接該類比/數位轉換模組；其中，該非可見光線穿透該手指內部後再反射到該光電傳感器模組，令該光電傳感器模組接收到該非可見光線的至少一非可見光強度訊號，該可見光線經由該手指表面反射到該光電傳感器模組，令該光電傳感器模組接收到該可見光線的至少一可見光強度訊號，該光電傳感器模組分別將該非可見光強度訊號轉換成一非可見光電流訊號以及將該可見光強度訊號轉換成一可見光電流訊號，該類比/數位轉換模組分別將該非可見光電流訊號轉換成一第一數位訊號以及將該可見光電流訊號轉換成一第二數位訊號，該處理器模組分別將該第一數位訊號輸出成一灰階指紋圖像以及將該第二數位訊號輸出成一彩色指紋圖像進行辨識。
7. 如請求項6所述的指紋辨識裝置，其中該光電傳感器模組由多個呈陣列的光電感測元件所排列構成，該些光電感測元件包有多個可見光感測晶片及多個非可見光感測晶片，這些可見光感測晶片及非可見光感測晶片相鄰排列在一起，並且構成該光接收表面。
8. 如請求項7所述的指紋辨識裝置，其中更包括一散射介質，該散射介質覆 蓋在該光傳感器模組的該光接收表面，該散射介質供該手指接觸於其上。
9. 如請求項6所述的指紋辨識裝置，其中該處理器模組更包括：一分析程式，以一第一色彩模型分析該彩色指紋圖像，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。
10. 如請求項9所述的指紋辨識裝置，其中該處理器模組可將該指紋圖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。
11. 一種指紋辨識方法，包括以下步驟：將一手指放置在一光電傳感器模組上；以一第一發光元件朝向該手指發出一可見光線；該可見光線經由該手指表面反射到該光電傳感器模組，令該光電傳感器模組接收到該可見光線的至少一可見光強度訊號；該光電傳感器模組依據該可見光強度訊號轉換成至少一可見光電流訊號，該光電傳感器將該可見光電流訊號傳送到一類比/數位轉換模組；該類比/數位轉換模組依據可見光電流訊號轉換成至少一數位訊號，該類比/數位轉換模組將該數位訊號傳送到一處理器模組；以及該處理器模組依據該數位訊號轉換成一彩色指紋圖像及/或一灰階指紋圖像，並對該彩色指紋圖像及/或該灰階指紋圖像進行辨識。
12. 如請求項11所述的指紋辨識方法，其中該處理器模組包括一分析程式、一轉換程式及一驗證程式，並對該彩色指紋圖像進行辨識的步驟更包括：執行該分析程式，以一第一色彩模型分析該彩色指紋圖像，以得到相應該彩色指紋圖像的一第一色度座標軸；執行該轉換程式，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；執行該驗證程式，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。
13. 如請求項12所述的指紋辨識方法，其中將該指紋圖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。
14. 如請求項12所述的指紋辨識方法，其中以該第一色彩模型分析該彩色指紋圖像的步驟更包括：設定該第一色彩模型為一RGB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。
15. 如請求項12所述的指紋辨識方法，其中得到相應該指紋圖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。
16. 如請求項12所述的指紋辨識方法，其中該轉換程式更進一步將該彩色指紋圖像轉換成該灰階指紋圖像，並以該驗證程式判定該灰階指紋圖像是否為一真實指紋。