TW201705031A - 生物特徵辨識裝置 - Google Patents

Abstract

本發明為有關一種生物特徵辨識裝置，其包括控制模組、其電性連接之指紋辨識模組、脈搏血流偵測模組及座體，其中該指紋辨識模組具有指紋掃描控制器及指紋接收器，脈搏血流偵測模組具有至少一個光源及光感測器，座體頂面具有相鄰且面積約單一手指按壓範圍之指紋辨識區及脈搏血流辨識區，讓使用者單指單次按壓同時放置於指紋辨識區及脈搏血流辨識區，以偵測使用者指紋及脈搏血流訊號，轉換、擷取特徵點，且比對指紋及脈搏血流訊號二者都正確時才允許後續使用，由於單指單次按壓就可以偵測，所以使用上方便快速，且提高破解難度，而具有更佳的防盜效果。

Description

生物特徵辨識裝置

本發明係關於一種生物特徵辨識裝置，尤指一種關於使用二種生物特徵辨識技術的生物特徵辨識裝置，包含辨識指紋及取樣脈搏血流訊號，當應用於解鎖裝置時可具有更佳的防盜效果。

隨著防盜解鎖的問題受到市場越來越重視，傳統的鎖具或密碼鎖，或是應用於手機上的解鎖裝置因為容易遭受到破解，所以廠商便紛紛朝著不同方式的防盜技術進行研發，此時，逐漸成熟的生物特徵辨識技術便受到廠商及消費者的重視，常見的生物特徵辨識技術係利用感測元件辨識指紋(Fingerprint)、掌紋、臉形、心跳、虹膜或DNA等生物特徵(biometric)，上述方式各有其優缺點，而指紋辨識是最常見的一種，但由於指紋位於手指皮膚表面，所以在日常生活中，手指很容易在接觸各式各樣的物品(如門把，電梯按鈕)時，將指紋留在該些物品的表面上，以致於非常容易被有心人取得。只要這些指紋樣本被他人採集，就可輕易的被偽造，如：在他人的指頭上覆上偽造的指紋圖案樣本或偽造成非活體假指頭等，就可通過指紋辨識感測元件的辨識，是以，廠商便開始研究如何解決指紋辨識容易遭受到破解的問題。

除了指紋辨識在生活中可以看到有實際運用之外，在醫療 領域中也會用到心跳(亦可為脈搏血流)的生物特徵辨識技術，由於手指與耳垂部位組織層較薄，且充滿微血管，相當適合作為量測點，而考量到使用上的便利性，目前大多數技術係採用手指作為量測點。其為利用一個或一個以上的可見光或不可見光之光源，穿透手指表皮組織與血液或形成反射，由於心臟收縮與舒張時，血管中的血液流動會引起細微之光變化量，再由光感測器(photo detector)接收，藉此可得知心臟的跳動有無、頻率或更細微的變化訊號，如醫院中常見夾在手指或套在手指上的監測器材，然而其具有體積大及耗電大之問題，所以在攜帶及供電上都受到限制。

由於現今可攜式電子裝置運用非常普遍，防盜上的問題也一直無法完全解決，現今在行動電話上已經可以看到運用指紋辨識之技術，然而目前之指紋辨識仍然很容易遭受到破解，但隨著人們越來越習慣使用可攜式電子裝置，其內部也儲存著越多私人或機密資料，所以防盜解鎖的功能便越來越受到使用者的重視，是以，上述習用之生物特徵辨識裝置，因具有諸多問題與缺失，故提供一種體積小、使用方便及破解困難之生物特徵辨識裝置即為本發明人與從事此行業者所亟欲改善之目標所在。

故，發明人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種生物特徵辨識裝置的發明專利者。

本發明之主要目的乃在於提供一種生物特徵辨識裝置，其包括控制模組、其電性連接之指紋辨識模組及脈搏血流偵測模組，該指紋 辨識模組具有指紋掃描控制器及指紋接收器，脈搏血流偵測模組具有至少一個光源及光感測器，偵測使用者指紋及脈搏血流訊號後，轉換、擷取特徵點，比對指紋及脈搏血流訊號二者都正確時才允許後續使用，因為假手指或其他偽造的指紋圖案樣本不具有脈搏血流訊號，即可提高破解難度，進而達到提升防盜效果之目的。

本發明之次要目的乃在於，該使用者的脈搏血流訊號除了可比對是否具有訊號之外，亦可進一步與資料庫中預設的使用者特徵點比對，因為特徵點可為脈搏或血氧，便可增加比對處之數量，且因為脈搏血流偵測模組亦可詳細記錄心臟收縮與舒張時，血管中的血液流動所引起的細微光變化量所產生的變化訊號波形，由於每個人都有其獨特的波形，亦可使用波形比對讓辨識精準度更加提高，即可提高破解辨識的難度，進而達到更佳的防盜效果。

本發明之另一目的乃在於座體之指紋辨識區及脈搏血流辨識區之面積約為單一手指按壓範圍，所以使用者單一手指單次按壓就可以同時偵測指紋與心跳，進而達到提升使用速度及方便性之目的。

1‧‧‧控制模組

11‧‧‧微處理器

12‧‧‧多工器

13‧‧‧類比數位轉換器

2‧‧‧指紋辨識模組

21‧‧‧第一數位類比轉換器

22‧‧‧指紋掃描控制器

23‧‧‧指紋接收器

24‧‧‧第一過濾及前置放大器

25‧‧‧第一可程式化增益放大器

3‧‧‧脈搏血流偵測模組

31‧‧‧第二數位類比轉換器

32‧‧‧驅動器

33‧‧‧光源

34‧‧‧光感測器

35‧‧‧第二過濾及前置放大器

36‧‧‧第二可程式化增益放大器

4‧‧‧座體

41‧‧‧指紋辨識區

42‧‧‧脈搏血流辨識區

第一圖 係為本發明之電路方塊圖。

第二圖 係為本發明座體之俯視圖。

第三圖 係為本發明較佳實施例之步驟流程圖。

第四圖 係為本發明另一實施例之步驟流程圖。

第五圖 係為本發明指紋訊號之紋路圖。

第六圖 係為本發明脈搏血流訊號之波形圖。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一圖及第二圖所示，由圖中可以清楚看出，本發明之生物特徵辨識裝置主要包括控制模組1、指紋辨識模組2、脈搏血流偵測模組3及座體4。

該控制模組1具有微處理器11、多工器12及類比數位轉換器13，微處理器11與多工器12之間電性連接有類比數位轉換器13，多工器12接收指紋辨識模組2及脈搏血流偵測模組3之訊號並傳輸到類比數位轉換器13，類比數位轉換器13轉換訊號後傳輸到微處理器11，控制模組1控制指紋辨識模組2及脈搏血流偵測模組3進行偵測並接收其傳回之訊號，且透過微處理器11將訊號進行分析或與儲存裝置(圖中未示出)內之資料庫進行比對。

該指紋辨識模組2具有電性連接於微處理器11之第一數位類比轉換器21，第一數位類比轉換器21電性連接於指紋掃描控制器22，第一數位類比轉換器21接收微處理器11之控制訊號並於轉換後傳送到指紋掃描控制器22，該指紋辨識模組2又再設有接收指紋掃描控制器22訊號之指紋接收器23，指紋接收器23電性連接第一過濾及前置放大器24，第一過濾及前置放大器24則電性連接第一可程式化增益放大器25，第一過濾及前置放大器24為接收指紋接收器23所傳輸之 指紋訊號，並將指紋訊號之雜訊過濾及訊號放大後傳輸至第一可程式化增益放大器25進行訊號放大，第一可程式化增益放大器25再傳輸訊號到多工器12。

該脈搏血流偵測模組3具有電性連接於微處理器11之第二數位類比轉換器31，第二數位類比轉換器31電性連接於驅動器32，驅動器32則電性連接有至少一個光源33，脈搏血流偵測模組3再設有至少一個光感測器34，至少一個光感測器34電性連接第二過濾及前置放大器35，第二過濾及前置放大器35則電性連接第二可程式化增益放大器36，第二可程式化增益放大器36再傳輸訊號到多工器12。

該座體4罩覆於指紋辨識模組2及脈搏血流偵測模組3上方，座體4頂面具有指紋辨識區41及其相鄰之脈搏血流辨識區42，指紋辨識區41及脈搏血流辨識區42之面積約為單一手指指尖的按壓範圍，並於指紋辨識區41及脈搏血流辨識區42以外的區域設有至少一個光源33及至少一個光感測器34，但不以此為限，亦可於指紋辨識區41及脈搏血流辨識區42下方設置至少一個光源33及至少一個光感測器34。

使用者為將單一手指同時放置於指紋辨識區41及脈搏血流辨識區42，如此便可藉由指紋辨識模組2對使用者指紋偵測，同時偵測使用者手指微血管中的脈搏血流訊號；指紋辨識模組2之指紋掃描控制器22及指紋接收器23可為電容式、光學式、生物射頻式或電熱式等指紋感測模組，透過指紋辨識模組2偵測使用者放置於指紋辨識區41之手指指紋(以下用電容式舉例說明)，則由指紋掃描控制器22所控制發出 的驅動訊號給驅動電極，由於指紋凹凸使感應電極的感應到的電容值不同，接觸指紋凸出處與凹陷處之感應電極就會收到不同的波形訊號，藉此繪出指紋的凸出處與凹陷處(請參閱第五圖所示)；脈搏血流辨識區42則是利用單一光源33發射紅光或紅外光，藉由血液反射之紅光或紅外光，當心臟跳動時，血壓上升，紅光或紅外光反射回到光感測器34的光量有所改變；此外，脈搏血流辨識區42亦可設有多個光源33，藉由多個光源33交替發射紅光及紅外光，由於血液中的氧合血紅蛋白吸收的紅外光比紅光多，而去氧血紅蛋白吸收的紅光比紅外光多，因此，便可用光感測器34接收到的紅光及紅外光的比值用於計算血液中含氧的百分比。

請參閱第一、二、三圖所示，由圖中可以清楚看出，其中該生物特徵辨識裝置之較佳實施例，於使用時之步驟為包括：

(501)開始。

(502)指紋辨識模組2偵測使用者指紋，脈搏血流偵測模組3偵測使用者手指微血管中的脈搏血流訊號。

(503)使用者指紋及脈搏血流訊號轉換並擷取特徵點。

(504)比對使用者指紋特徵點是否與資料庫中預設的使用者特徵點相符？若為是，則進行步驟(505)，若為否，則進行步驟(507)。

(505)比對使用者的脈搏血流訊號特徵點是否與資料庫中預設的使用者特徵點相符？若為是，則進行步驟(506)，若為否，則進行步驟(507)。

(506)送出正確訊號並允許使用者進行後續使用。

(507)送出錯誤訊號。

請參閱第一、二、三、四、五、六圖所示，由圖中可以清楚看出，其中該生物特徵辨識裝置之另一實施例，於使用時之步驟為包括：

(601)開始。

(602)指紋辨識模組2偵測使用者指紋，脈搏血流偵測模組3偵測使用者手指微血管中的脈搏血流訊號。

(603)使用者指紋及脈搏血流訊號轉換並擷取特徵點。

(604)比對使用者指紋特徵點是否與資料庫中預設的使用者特徵點相符？若為是，則進行步驟(605)，若為否，則進行步驟(607)。

(605)比對使用者是否有脈搏血流訊號？若為是，則進行步驟(606)，若為否，則進行步驟(607)。

(606)送出正確訊號並允許使用者進行後續使用。

(607)送出錯誤訊號。

由上述步驟可以得知，本發明除了設有指紋辨識模組2之外，又設有脈搏血流偵測模組3，且指紋辨識區41及脈搏血流辨識區42之面積約為單一手指指尖按壓範圍，藉此讓使用者以單一手指進行單次按壓，就可以偵測指紋與脈搏血流，並依序確認二者都符合時才送出正確訊號並允許使用者進行後續使用，由於單一手指單次按壓就可以偵測二種 生物特徵，所以使用上方便快速。

再者，由上述步驟可以得知，脈搏血流辨識區42可以分為兩種確認方式，如步驟(605)的第一種型式是單純偵測心跳有無，使脈搏血流偵測模組3搭配指紋辨識模組2，只單純的判別目前接觸的使用者手指為活體手指或假手指，藉此避免假手指仍可通過辨識之缺失，以提升防盜效果；如步驟(505)的第二種型式則是使用較高解析度(如：12bit以上)的偵測模組來偵測得到脈搏血流訊號，其為詳細記錄心臟收縮與舒張時，血管中的血液流動所引起的細微光變化量所產生的變化訊號波形，其可為脈搏或血氧等特徵點，不僅透過指紋與心跳兩項生物特徵的雙重辨識，且可透過脈搏血流訊號的不同特徵點比對來提高辨識精準度，又因每個人都有其獨特的波形，亦可使用波形比對讓辨識精準度更加提高(請參閱第六圖所示)，如此一來便可提高破解辨識的難度，進而具有更佳的防盜效果。

上述之指紋訊號之特徵點比對，可為整體圖形比對或分岔處與端點等特徵點比對，而脈搏血流訊號亦可為整體圖形比對或P波、P-R間期、QRS複合波或ST間段等特徵點比對，然而有關指紋訊號比對及脈搏血流訊號比對係為習知之技術，且該細部構成非本案發明要點，茲不再贅述。

再者，本發明亦可利用脈搏血流偵測模組3取得一手指之脈搏訊號，且利用指紋辨識模組2取得該手指之指紋訊號，且以控制模組1接收該脈搏血流偵測模組3取得之脈搏訊號及該指紋辨識模組2取得之指紋訊號，控制模組1確認接收到該脈搏訊號時，控制模組1比對所接收 之指紋訊號特徵點是否與預設之指紋特徵點相同，藉此在確認接觸的手指為為活體手指後，才進行比對該指紋訊號之特徵點是否與預設之指紋特徵點相同，即可減少控制模組1之運作處理，以達到省電之功效；另，脈搏血流偵測模組3與指紋辨識模組2可同時取得該手指之脈搏訊號及指紋訊號，但亦可讓脈搏血流偵測模組3先取得該手指之脈搏訊號，再讓指紋辨識模組2取得該手指之指紋訊號，順序反之亦可進行處理，上述簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

故，本發明為主要針對生物特徵辨識裝置，其包括控制模組、其電性連接之指紋辨識模組、脈搏血流偵測模組及座體，座體頂面具有相鄰且面積約單一手指按壓範圍之指紋辨識區及脈搏血流辨識區，偵測使用者指紋及脈搏血流訊號後，轉換、擷取特徵點，比對指紋及脈搏血流訊號二者都正確時才允許後續使用，以透過二種生物特徵辨識提高破解難度為主要保護重點，乃僅讓使用者單指單次按壓同時放置於指紋辨識區及脈搏血流辨識區，以偵測使用者指紋及脈搏血流訊號，因單指單次按壓就可以偵測，便具有提升防盜效果之優勢，惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明上述之生物特徵辨識裝置於實施、操作時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦研發，倘若 鈞局貴審委有任何稽疑，請不吝來函指示 ，發明人定當竭力配合，至感德便。

Claims (9)

1. 一種生物特徵辨識裝置，其包括控制模組、指紋辨識模組、脈搏血流偵測模組及座體，其中：該控制模組電性連接於指紋辨識模組及脈搏血流偵測模組，控制模組控制指紋辨識模組及脈搏血流偵測模組進行偵測並接收其傳回之訊號，且控制模組具有微處理器，利用微處理器將訊號進行分析比對；該指紋辨識模包含受微處理器控制發出訊號之指紋掃描控制器，及接收訊號並傳輸至微處理器之指紋接收器；該脈搏血流偵測模組包含受微處理器控制發光之至少一個光源，及接收光並傳送訊號到微處理器之至少一個光感測器；該座體罩覆於指紋辨識模組及脈搏血流偵測模組上方，且座體頂面具有指紋辨識區及其相鄰之脈搏血流辨識區，指紋辨識區及脈搏血流辨識區之面積約為單一手指按壓範圍；藉此讓使用者單一手指單次按壓同時放置於指紋辨識區及脈搏血流辨識區，指紋辨識模組偵測使用者指紋，脈搏血流偵測模組偵測使用者手指微血管中的脈搏血流訊號，控制模組將使用者指紋及脈搏血流訊轉換並擷取特徵點，比對使用者指紋特徵點與資料庫中預設的使用者特徵點相符後，再比對使用者的脈搏血流訊號，且比對正確時，才送出正確訊號並允許使用者進行後續使用。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其中該控制模組設有電性連接於指紋辨識模組及脈搏血流偵測模組以接收其訊號之多工器，多工器則電性連接有類比數位轉換器，類比數位轉換器在將轉換 後的訊號傳輸到微處理器，指紋辨識模組具有電性連接於微處理器以接收其控制訊號之第一數位類比轉換器，第一數位類比轉換器再將轉換後之控制訊號傳送到其電性連接之指紋掃描控制器，指紋接收器則依序電性連接第一過濾及前置放大器及第一可程式化增益放大器，第一可程式化增益放大器再電性連接於接收其訊號之多工器，第一過濾及前置放大器為將指紋接收器所傳輸之指紋訊號過濾雜訊及訊號放大後傳輸至第一可程式化增益放大器進行訊號放大。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其中該控制模組設有電性連接於指紋辨識模組及脈搏血流偵測模組以接收其訊號之多工器，多工器則電性連接有類比數位轉換器，類比數位轉換器在將轉換後的訊號傳輸到微處理器，脈搏血流偵測模組具有電性連接於微處理器以接收其控制訊號之第二數位類比轉換器，第一數位類比轉換器再將轉換後之控制訊號傳送到其電性連接之驅動器，驅動器控制其電性連接之至少一個光源發光，至少一個光感測器則依序電性連接第二過濾及前置放大器及第二可程式化增益放大器，第二可程式化增益放大器再電性連接於接收其訊號之多工器，第二過濾及前置放大器為將光感測器所傳輸之指紋訊號過濾雜訊及訊號放大後傳輸至第二可程式化增益放大器進行訊號放大。
4. 如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其中該控制模組比對使用者指紋特徵點與資料庫中預設的使用者特徵點不相符時，送出錯誤訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其中該控制模組比 對使用者的脈搏血流訊號特徵點與資料庫中預設的使用者特徵點不相符時，送出錯誤訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其中該脈搏血流偵測模組同時偵測使用者手指微血管中的脈搏血流訊號後，控制模組將使用者指紋轉換並擷取特徵點，且比對使用者指紋特徵點與資料庫中預設的使用者特徵點相符後，再比對使用者具有血流訊號時，才送出正確訊號並允許使用者進行後續使用。
7. 如申請專利範圍第1項所述之生物特徵辨識裝置，其中該脈搏血流偵測模組同時偵測使用者手指微血管中的脈搏血流訊號後，控制模組將使用者指紋及脈搏血流訊號轉換並擷取特徵點，且比對使用者指紋特徵點與資料庫中預設的使用者特徵點相符後，再比對使用者的脈搏血流訊號特徵點與資料庫中預設的使用者特徵點相符時，才送出正確訊號並允許使用者進行後續使用。
8. 一種生物特徵辨識裝置，包含：一脈搏血流偵測模組，用以取得一手指之脈搏訊號；一指紋辨識模組，用以取得該手指之指紋訊號；以及一控制模組，接收該脈搏血流偵測模組取得之脈搏訊號及該指紋辨識模組取得之指紋訊號，藉此當確認接收到該脈搏訊號時，比對該指紋訊號之特徵點是否與預設之指紋特徵點相同。
9. 如申請專利範圍第8項所述之生物特徵辨識裝置，其中該指紋辨識模組係在脈搏血流偵測模組取得該手指之脈搏訊號的同時，取得該手指之指紋訊號。