TWI767285B - 指紋識別裝置、用於識別手指影像的電子裝置以及指紋識別方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種指紋識別裝置、電子裝置以及指紋識別 方法。指紋識別裝置包括感測器。感測器設置於玻璃屏幕的下方。感測器擷取手指未接觸到玻璃屏幕時的第一影像，並擷取手指按壓到玻璃屏幕時的第二影像。電子裝置比較第一影像中的第一指紋脊影像以及第一指紋谷影像以獲得第一比較結果，比較第二影像中的第二指紋脊影像以及第二指紋谷影像以獲得第二比較結果，並基於第一比較結果以及第二比較結果判斷手指是否為人類手指。

Description

指紋識別裝置、用於識別手指影像的電子裝置 以及指紋識別方法

本發明是有關於一種指紋識別裝置、電子裝置以及指紋識別方法，且特別是有關於一種能夠識別手指影像是否為人類手指的指紋識別裝置、電子裝置以及指紋識別方法。

近年來，生物特徵感測技術被廣泛地應用在各式電子裝置或終端設備上，以提供各種身分登錄或身分驗證功能。特別是，指紋感測以及掌紋感測為目前常見的感測方案。一般而言，使用者可將手指按壓於影像感測器上，以使影像感測器取得指紋影像，供後續辨識或驗證操作。然而，由於駭客可能使用印刷指紋的方式企圖通過驗證，因此，如何判斷指紋是否來自表面印刷物，是本領域目前重要的研究方向之一。

本發明提供一種能夠識別手指影像是否為人類手指的指 紋識別裝置、電子裝置以及指紋識別方法。

本發明的指紋識別裝置適用於使處理器透過玻璃屏幕對手指進行識別。指紋識別裝置包括感測器。感測器耦接於所述處理器。感測器設置於表面的下方。感測器擷取手指未接觸到玻璃屏幕時的第一影像，並擷取手指按壓到玻璃屏幕時的第二影像。處理器耦接於感測器。處理器比較第一影像中的第一指紋脊影像以及第一指紋谷影像以獲得第一比較結果，比較第二影像中的第二指紋脊影像以及第二指紋谷影像以獲得第二比較結果，並判斷單元基於第一比較結果以及第二比較結果判斷手指是否為人類手指。

本發明的電子裝置用於識別手指影像。電子裝置包括玻璃屏幕、上述的指紋識別裝置以及處理器。指紋識別裝置經配置以透過所述玻璃屏幕擷取所述手指未接觸到所述玻璃屏幕時的第一影像，並擷取所述手指按壓到所述玻璃屏幕時的第二影像。處理器耦接於所述指紋識別裝置。處理器經配置以比較所述第一影像中的第一指紋脊影像以及第一指紋谷影像以獲得第一比較結果，比較所述第二影像中的第二指紋脊影像以及第二指紋谷影像以獲得第二比較結果，並基於所述第一比較結果以及所述第二比較結果判斷所述手指是否為人類手指。

本發明的指紋識別方法適用於指紋識別裝置。指紋識別裝置包括玻璃屏幕以及感測器。感測器被設置於玻璃屏幕的表面的下方。指紋識別方法包括：藉由感測器擷取手指未接觸到玻璃 屏幕時的第一影像，並擷取手指按壓到玻璃屏幕時的第二影像；比較第一影像中的第一指紋脊影像以及第一指紋谷影像以獲得第一比較結果，並比較第二影像中的第二指紋脊影像以及第二指紋谷影像以獲得第二比較結果；以及基於第一比較結果以及第二比較結果判斷手指是否為人類手指。

基於上述，本發明會擷取手指未接觸到玻璃屏幕時的第一影像，並擷取手指按壓到玻璃屏幕時的第二影像。指紋識別裝置會依據第一影像獲得第一比較結果，依據第二影像獲得第二比較結果。本發明還基於第一比較結果以及第二比較結果判斷手指是否為人類手指。因此，本發明能夠在判斷出手指是人類手指後才進行指紋識別，藉以提高指紋識別的安全性。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100:電子裝置

110:玻璃屏幕

120:指紋識別裝置

121:感測器

130:處理器

CR1:第一比較結果

CR2:第二比較結果

FGR:手指

FO:假手指

IM1、FM1:第一影像

IM2、FM2:第二影像

L1:指紋脊之光信號

L1_1、L1_2:指紋脊之光信號

L2:指紋谷之光信號

PL1、PL2:表面

S110、S120、S130、S131、S132、S133、S134:步驟

圖1是依據本發明一實施例所繪示的電子裝置的示意圖。

圖2是依據本發明一實施例所繪示的指紋識別方法的流程圖。

圖3是依據本發明一實施例所繪示的第一影像的產生示意圖。

圖4是依據本發明一實施例所繪示的第二影像的產生示意 圖。

圖5是依據本發明一實施例所繪示的第二比較結果不同於第一比較結果的機制示意圖。

圖6是依據本發明一實施例所繪示的來自於假手指的第一影像以及第二影像的示意圖。

圖7是依據本發明另一實施例所繪示的指紋識別方法的流程圖。

請同時參考圖1以及圖2，圖1是依據本發明一實施例所繪示的電子裝置的示意圖。圖2是依據本發明一實施例所繪示的指紋識別方法的流程圖。在本實施例中，電子裝置100包括玻璃屏幕110、指紋識別裝置120、以及處理器130。玻璃屏幕110例如是有機發光顯示器以及有機發光顯示器的屏幕的其中一者的至少部分，本發明並不以此為限。指紋識別裝置120透過玻璃屏幕110擷取手指未接觸到玻璃屏幕110時的第一影像，並擷取手指按壓到玻璃屏幕110時的第二影像。

進一步來說，指紋識別裝置120包括感測器121。感測器121設置於玻璃屏幕110表面的下方。在一實施例中，感測器121可被設置與玻璃屏幕110的表面PL1接觸，然本發明並不以此為限。在一些實施例中，感測器121可不與表面PL1接觸。在本實施例中，在步驟S110中，感測器121擷取手指FGR未接觸到玻 璃屏幕110(如，手指FGR接近玻璃屏幕110並且未接觸到玻璃屏幕110)時的第一影像IM1，並擷取手指FGR按壓到玻璃屏幕110時的第二影像IM2。舉例來說，感測器121會藉由非接觸感測方式(如，光學感測方式)擷取到手指FGR未與玻璃屏幕110接觸的第一影像IM1。當手指FGR按壓表面PL2時，感測器121感測到手指FGR與玻璃屏幕110進行大面積的接觸，感測器120據此擷取手指FGR的第二影像IM2。

在本實施例中，處理器130耦接於感測器120。在步驟S120中，處理器130比較第一影像IM1中的第一指紋脊影像以及第一指紋谷影像以獲得第一比較結果CR1，並比較第二影像IM2中的第二指紋脊影像以及第二指紋谷影像以獲得第二比較結果CR2。在步驟S130中，處理器130基於第一比較結果CR1以及第二比較結果CR2判斷手指FGR是否為人類手指。在本實施例中，處理器130會基於第一比較結果CR1以及第二比較結果CR2是否不相同以判斷手指FGR是否為人類手指，例如，待驗證指紋是否來自平面印刷。舉例來說，當第一比較結果CR1以及第二比較結果CR2被判斷出不相同時，處理器130會判斷出手指FGR是人類手指。當第一比較結果CR1以及第二比較結果CR2被判斷出相同時，處理器130會判斷出手指FGR並不是人類手指。如此一來，可提高指紋識別的安全性。在本實施例中，處理器130例如是中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，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)或其他類似裝置或這些裝置的組合，其可載入並執行電腦程式。在一些實施例中，處理器130可以被設置在指紋識別裝置120的內部。本發明的處理器的設置並不以本實施例為限。

請同時參考圖1、圖3以及圖4，圖3是依據本發明一實施例所繪示的第一影像的產生示意圖。圖4是依據本發明一實施例所繪示的第二影像的產生示意圖。以人類手指為例，在本實施例中，當手指FGR尚未到玻璃屏幕110時，感測器121擷取到手指FGR的第一影像IM1(如圖3)。第一影像IM1是手指FGR還沒有接觸到玻璃屏幕110的影像。第二影像IM2是手指FGR接觸到玻璃屏幕110時的影像。第一影像IM1的信號特性會不同於第二影像IM2的信號特性。因此，處理器130能夠依據在第一影像IM1的信號特性與第二影像IM2的信號特性的不同來識別手指FGR是人類手指或是印刷後之平面指紋。本實施例中，第一影像IM1的信號特性可以是第一指紋脊影像與第一指紋谷影像之間的信號強度關係。第二影像IM2的信號特性可以是第二指紋脊影像與第二指紋谷影像之間的信號強度關係。在本實施例中，在第一影像IM1中，第一指紋脊影像的信號強度會大於第一指紋谷影像的信號強度。因此，在本實施例中，對應於手指的第一比較結果CR1顯示第一指紋脊影像的信號強度大於第一指紋谷影像的信號 強度。

在本實施例中，當手指FGR按壓表面PL2時，感測器121擷取手指FGR的第二影像IM2(如圖4)。第二影像IM2是反應手指FGR按壓到玻璃屏幕110的接觸部分。與第一影像IM1不同的是，手指FGR按壓玻璃屏幕110後，由於手指FGR和玻璃屏幕110之折射率較相近，經指紋脊和玻璃屏幕110的表面PL1之光線大部分會穿透過指紋脊，經指紋脊反射之光信號相對較少。因此，在第二影像IM2中，第二指紋脊影像的信號強度會小於第二指紋谷影像的信號強度。在本實施例中，對應於手指的第二比較結果CR2顯示第二指紋脊影像的信號強度小於第二指紋谷影像的信號強度。由此可知，對應於手指的第一比較結果CR1以及第二比較結果CR2是相反的。

因此，當第一比較結果CR1顯示第一指紋脊影像的信號強度大於第一指紋谷影像的信號強度，並且第二比較結果CR2顯示第二指紋脊影像的信號強度小於第二指紋谷影像的信號強度時，處理器130可據此判斷手指FGR為人類手指。

在另一方面，當第一比較結果CR1相同於第二比較結果CR2時，例如，第一指紋脊影像的信號強度大於第一指紋谷影像的信號強度，且第二指紋脊影像的信號強度大於第二指紋谷影像的信號強度，處理器130可據此判斷手指FGR並不是手指，例如，待測指紋可能是印刷後之平面指紋。

接下來進一步來說明對應於人類手指的第二比較結果 CR2不同於第一比較結果CR1的比較機制。請同時參考圖1以及圖5，圖5是依據本發明一實施例所繪示的第二比較結果不同於第一比較結果的機制示意圖。指紋識別裝置120還包括用以提供感測光的光源(未示出)。光源會經由表面PL1向PL2提供感測光。感測器121會接收來自於手指FGR的反射光以產生指紋脊影像以及指紋谷影像。在示意圖300A中，當手指FGR接近玻璃屏幕110但還沒有接觸到玻璃屏幕110時，指紋脊至玻璃屏幕110之間的距離較小，而指紋谷至玻璃屏幕110之間的距離較大。因此，相較於指紋脊所反射之光信號L1，指紋谷所反射之光信號L2相對較弱。在本實施例中，指紋脊所反射之光信號L1會對應到第一指紋脊影像的信號強度，並且指紋谷所反射之光信號L2會對應到第一指紋谷影像的信號強度。第一比較結果CR1顯示第一指紋脊影像的信號強度大於第一指紋谷影像的信號強度。

在示意圖300B中，當手指FGR按壓玻璃屏幕110時，指紋脊與玻璃屏幕110接觸。相較於示意圖300A，在示意圖300B的指紋谷更接近玻璃屏幕110。因此，在示意圖300B中，經指紋谷反射之光信號L2的強度較示意圖300A中的指紋谷所反射之光信號L2強。此外，由於手指FGR的折射率(皮膚的折射率約1.3~1.5)與玻璃屏幕110的折射率相近，因此部分光信號L1_2會經由玻璃屏幕110進入指紋脊，並且僅有指紋脊所反射的部分光信號L1_1會被感測器121所接收。因此，感測器121所接收到的指紋脊所反射之光信號L1_1會比指紋谷之光信號L2弱。在本實 施例中，指紋脊所反射之光信號L1_1會對應到第二指紋脊影像的信號強度，並且指紋谷所反射之光信號L2會對應到第二指紋谷影像的信號強度。第二比較結果CR2顯示第二指紋脊影像的信號強度小於第二指紋谷影像的信號強度。

也就是說，在本實施例中，第一指紋脊影像的信號強度以及第二指紋脊影像的信號強度是關聯於玻璃屏幕110的折射率以及手指FGR的指紋脊與玻璃屏幕110之間的距離。第一指紋谷影像的信號強度以及第二指紋谷影像的信號強度是關聯於手指FGR的指紋谷與玻璃屏幕110之間的距離。然本發明並不以此例為限。

在一些實施例中，第一影像IM1的信號特性可以是第一指紋脊影像與第一指紋谷影像之間的亮度值關係。第二影像IM2的信號特性可以是第二指紋脊影像與第二指紋谷影像之間的信號強度的亮度值關係。在第一影像IM1中，第一指紋脊影像的亮度值會大於第一指紋谷影像的亮度值。在第二影像IM2中的第二指紋脊影像的亮度值會小於第二指紋谷影像的亮度值。關於上述亮度值關係的細節可以在圖3至圖5的實施例中獲致足夠的教示，恕不再次重述。

請參考圖1以及圖6，圖6是依據本發明一實施例所繪示的來自於假手指的第一影像以及第二影像的示意圖。在本實施例中，假手指FO例如是印有指紋影像的印刷物。當假手指FO未接觸到玻璃屏幕110時，感測器121會擷取到第一影像FM1。當假 手指FO按壓玻璃屏幕110時，感測器121會擷取到第二影像FM2。應注意的是，在假手指FO並沒有實體的指紋起伏的情況下，第一影像FM1中的指紋脊(谷)影像的信號強度以及第二影像FM2中的指紋脊(谷)影像的信號強度大致相同。對應於第一影像FM1的第一比較結果CR1以及對應於第二影像FM2的第二比較結果CR2並不會因為假手指FO是否按壓到玻璃屏幕110而所有改變。也就是，由於第一比較結果CR1相同於第二比較結果CR2，處理器130可據此判斷假手指FO為平面印刷指紋。

請同時參考圖1以及圖7。圖7是依據本發明另一實施例所繪示的指紋識別方法的流程圖。在本實施例中，步驟S110及步驟S120與圖2相同，在此不再贅述。在步驟S131中，處理器130判斷第二比較結果CR2相對於第一比較結果CR1是否發生反轉。舉例來說，在第一比較結果CR1顯示第一指紋脊影像的信號強度大於第一指紋谷影像的信號強度的情況下，當第二比較結果CR2顯示第二指紋脊影像的信號強度小於第二指紋谷影像的信號強度時，處理器130判斷第二比較結果CR2相對於第一比較結果CR1發生反轉。反之，當第二比較結果CR2顯示第二指紋脊影像的信號強度大於第二指紋谷影像的信號強度時，處理器130則判斷第二比較結果CR2相對於第一比較結果CR1並沒有發生反轉。

在本實施例中，如果第二比較結果CR2相對於第一比較結果CR1被判斷發生反轉，處理器130會在步驟S132中判斷手指FGR是人類手指。接下來，處理器130會在步驟S133中對手指 FGR指紋進行識別。

在一些實施例中，步驟S133可以在步驟S110與步驟S131之間進行。也就是說，本發明也可以在對手指FGR指紋進行識別之後，再判斷手指FGR是否為人類手指。舉例來說，步驟S133可以在步驟S110與步驟S120之間。處理器130會在步驟S110中獲得第一影像FM1以及第二影像FM21之後，對手指FGR指紋進行識別(步驟S133)。手指FGR指紋在通過(PASS)識別後，接著在步驟S120中獲得第一比較結果CR1以及第二比較結果CR2。另舉例來說，步驟S133可以在步驟S120與步驟S131之間。處理器130會在步驟S120中獲得第一比較結果CR1以及第二比較結果CR2之後，對手指FGR指紋進行識別(步驟S133)。手指FGR指紋在通過(PASS)之後，處理器130會執行步驟S131的操作。

反之，在步驟S131中，如果第二比較結果CR2相對於第一比較結果CR1被判斷沒有發生反轉，處理器130則會在步驟S134中判斷手指FGR並不是人類手指。處理器130不會對手指FGR指紋進行識別。

綜上所述，本發明的指紋識別裝置、電子裝置以及指紋識別方法會擷取手指未接觸到玻璃屏幕時的第一影像，並擷取手指按壓到玻璃屏幕時的第二影像。指紋識別裝置會依據第一影像獲得第一比較結果，依據第二影像獲得第二比較結果。如此一來，指紋識別裝置能夠藉由第一比較結果以及第二比較結果識別指紋是否來自於平面印刷指紋，藉以提高指紋識別的安全性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:電子裝置

110:玻璃屏幕

120:指紋識別裝置

121:感測器

130:處理器

PL1、PL2:表面

CR1:第一比較結果

CR2:第二比較結果

FGR:手指

IM1:第一影像

IM2:第二影像

Claims (16)

1. 一種指紋識別裝置，適用於使處理器透過玻璃屏幕對手指進行識別，其中所述指紋識別裝置包括：感測器，耦接於所述處理器，設置於所述玻璃屏幕的表面的下方，擷取所述手指未接觸到所述玻璃屏幕時的第一影像，並擷取所述手指按壓到所述玻璃屏幕時的第二影像，其中所述處理器比較所述第一影像中的第一指紋脊影像以及第一指紋谷影像以獲得第一比較結果，比較所述第二影像中的第二指紋脊影像以及第二指紋谷影像以獲得第二比較結果，並基於所述第一比較結果以及所述第二比較結果判斷所述手指是否為人類手指。
2. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中當所述第一比較結果顯示所述第一指紋脊影像的信號強度大於所述第一指紋谷影像的信號強度，並且所述第二比較結果顯示所述第二指紋脊影像的信號強度小於所述第二指紋谷影像的信號強度時，所述處理器判斷出所述手指為人類手指。
3. 如請求項2所述的指紋識別裝置，其中：所述第一指紋脊影像的信號強度以及所述第二指紋脊影像的信號強度是關聯於所述玻璃屏幕的折射率以及所述手指的指紋脊與所述玻璃屏幕之間的距離，並且所述第一指紋谷影像的信號強度以及所述第二指紋谷影像的信號強度是關聯於所述手指的指紋谷與所述玻璃屏幕之間的距 離。
4. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中當所述第一比較結果顯示所述第一指紋脊影像的亮度值大於所述第一指紋谷影像的亮度值，並且所述第二比較結果顯示所述第二指紋脊影像的亮度值小於所述第二指紋谷影像的亮度值時，所述處理器判斷出所述手指為人類手指。
5. 如請求項4所述的指紋識別裝置，其中：所述第一指紋脊影像的亮度值以及所述第二指紋脊影像的亮度值是關聯於所述玻璃屏幕的折射率以及所述手指的指紋脊與所述玻璃屏幕之間的距離，並且所述第一指紋谷影像的亮度值以及所述第二指紋谷影像的亮度值是關聯於所述手指的指紋谷與所述玻璃屏幕之間的距離。
6. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中當所述處理器判斷出所述手指為人類手指時，對所述手指的指紋進行識別。
7. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中所述處理器對所述手指的指紋進行識別，並且在所述手指的指紋通過識別後，基於所述第一比較結果以及所述第二比較結果判斷所述手指是否為人類手指。
8. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中所述玻璃屏幕為有機發光顯示器以及所述有機發光顯示器的屏幕的其中一者。
9. 一種用於識別手指影像的電子裝置，包括：玻璃屏幕； 如請求項1所述的指紋識別裝置，經配置以透過所述玻璃屏幕擷取手指未接觸到所述玻璃屏幕時的第一影像，並擷取所述手指按壓到所述玻璃屏幕時的第二影像；以及處理器，耦接於所述指紋識別裝置，經配置以比較所述第一影像中的第一指紋脊影像以及第一指紋谷影像以獲得第一比較結果，比較所述第二影像中的第二指紋脊影像以及第二指紋谷影像以獲得第二比較結果，並基於所述第一比較結果以及所述第二比較結果判斷所述手指是否為人類手指。
10. 一種指紋識別方法，適用於電子裝置，其中所述電子裝置包括玻璃屏幕以及感測器，其中所述感測器被設置於所述玻璃屏幕的表面的下方，其中所述指紋識別方法包括：藉由所述感測器擷取所述手指未接觸到所述玻璃屏幕時的第一影像，並擷取所述手指按壓到所述玻璃屏幕時的第二影像；比較所述第一影像中的第一指紋脊影像以及第一指紋谷影像以獲得第一比較結果，並比較所述第二影像中的第二指紋脊影像以及第二指紋谷影像以獲得第二比較結果；以及基於所述第一比較結果以及所述第二比較結果判斷所述手指是否為人類手指。
11. 如請求項10所述的指紋識別方法，其中基於所述第一比較結果以及所述第二比較結果判斷所述手指是否為人類手指的步驟包括：當所述第一比較結果被表示所述第一指紋脊影像的信號強度 大於所述第一指紋谷影像的信號強度，並且所述第二比較結果被表示所述第二指紋脊影像的信號強度小於所述第二指紋谷影像的信號強度時，判斷所述手指為人類手指。
12. 如請求項11所述的指紋識別方法，其中：所述第一指紋脊影像的信號強度以及所述第二指紋脊影像的信號強度是關聯於所述玻璃屏幕的折射率以及所述手指的指紋脊與所述玻璃屏幕之間的距離，並且所述第一指紋谷影像的信號強度以及所述第二指紋谷影像的信號強度是關聯於所述手指的指紋谷與所述玻璃屏幕之間的距離。
13. 如請求項10所述的指紋識別方法，其中基於所述第一比較結果以及所述第二比較結果判斷所述手指是否為人類手指的步驟包括：當所述第一比較結果顯示所述第一指紋脊影像的亮度值大於所述第一指紋谷影像的亮度值，並且所述第二比較結果顯示所述第二指紋脊影像的亮度值小於所述第二指紋谷影像的亮度值時，判斷所述手指為人類手指。
14. 如請求項13所述的指紋識別方法，其中：所述第一指紋脊影像的亮度值以及所述第二指紋脊影像的亮度值是關聯於所述玻璃屏幕的折射率以及所述手指的指紋脊與所述玻璃屏幕之間的距離，並且所述第一指紋谷影像的亮度值以及所述第二指紋谷影像的亮 度值是關聯於所述手指的指紋谷與所述玻璃屏幕之間的距離。
15. 如請求項10所述的指紋識別方法，還包括：當所述手指被判斷出為人類手指時，對所述手指的指紋進行識別。
16. 如請求項10所述的指紋識別方法，其中基於所述第一比較結果以及所述第二比較結果判斷所述手指是否為人類手指的步驟包括：對所述手指的指紋進行識別；以及在所述手指的指紋通過識別後，基於所述第一比較結果以及所述第二比較結果判斷所述手指是否為人類手指。

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