专利名称：具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置及辨识法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置及辨识法，特别是有关一种 可辨识指纹来源是否为人体的指纹的辨识装置和辨识法。
背景技术：
利用人体的特征来认证个人讯息的技术已经被普及的应用在各种安全相关的系 统中，其中，对指纹认证的研究开发从过去就一直进行着。一种只要将手指按压在辨识芯片 上就能认证身份的技术显然是十分便利的，但，同时也存在着因为具体情况不同而在实际 操作上存在的变因与不安。市面上一般的光学式指纹辨识机是采用2D摄像的方式，光学式传感器利用光在 指纹的凹凸面改变反射方向来读取指纹图样，其主要是将手指凹凸部所反射的光透过镜片 聚光用摄像单元成像化，由于该传感器本身并非曝露在外部，所以耐久性较高。现有技术的光学式指纹辨识装置在实际应用时，过湿的手指或干燥的手指可能会 出现无法被正确识别的情况(部分操作使用说明书上亦注明此一情事)，此外，还存在有利 用人工制造的复制手指指纹而辨识成功的危险性，而在现有的技术中，从遗留在玻璃和硅 胶上的指纹便能够成功复制他人的指纹，这对于现有技术的指纹辨识装置的安全性无疑是 一种挑战。由于现有技术的光学式指纹辨识装置并不具有活体感测的功能，所以人工制造并 复制出的透明胶指纹可以骗过现有的指纹辨识装置而识别通过，这对于使用者的安全来说 为一严重的威胁。另一方面，人的指纹按压要留下完整指纹的机率相当低，且往往因为人的手指柔 软度不同、手指纹路深浅度不同，干湿度不同等等变量，进而影响到辨识结果的正确性，有 待于进一步完善。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光学指纹辨识装置及辨识法，以辨识出活体的指 纹特征、稳定安全地进行指纹认证。为达上述目的，本发明公开一种具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置，该装置包 括一基座，该机座为一供组装固定用的壳体并设有一镂空的指纹接触口 ；一菱镜，该菱镜设于基座内，至少包含有一菱镜指纹接触面、一菱镜入射光面及一 菱镜取像面，其中菱镜指纹接触面对应位于基座的指纹接触口，菱镜入射光面为供投影光 源投入以照射至菱镜指纹接触面的表面，菱镜取像面为投影光源照射至菱镜指纹接触面折 射而出的表面；一发光单元，该发光单元对应设于菱镜的菱镜入射光面处，且交替地发出两种不 同波长的不同色光，该两种色光分别具有于皮肤表面反射及穿透皮肤后反射的不同特征；
一窄波段影像传感器，该窄波段影像传感器对应设于菱镜的菱镜取像面处，用以 接收经折射后自该表面所投出的光源，包含有一滤光片及一数组光传感器；其中滤光片上 数组地设有复数个滤光单元，每一滤光单元由四种滤光像素排列而成，该四种滤光像素分 别为红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及透明(T)；而其中数组光传感器装设于滤光片的后侧。为达上述目的，本发明还公开一种具分辨活体的光学指纹辨识法，该辨识法利用 发出不同穿透程度的光源以分别成像同一手指的两层相异图像，该两层相异图像分别为皮 肤表层及皮下微血管组织，并根据该两层相异图像进行指纹识别的比对并确认指纹是否来 自活体。本发明通过交替地利用两种穿透性不同的相异色光来协助撷取手指的特征，以进 行判别手指的真假以及撷取同一手指不同层面的指纹影像来进一步帮助识别，可以以红色 光源协助抓取指纹表面影像，并利用蓝绿光源协助抓取指纹表面下层的微血管影像，从而 可以根据微血管影像和指纹表面影像来判别指纹是否来自活体或者是伪造的硅胶指纹；另 一方面因可以抓取同一支手指的两种以上的图像，从而也可以增加同一手指的比对特征， 增加了识别的正确性。
图1为本发明提供的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置的配置示意图。图2为图1所示的窄波段影像传感器局部结构示意图。图3为图1所示的窄波段影像传感器的滤光片的局部像素配置示意图。图4为本发明提供的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置的一种例示型态外观 图。图5为图4所示光学指纹辨识装置的外观爆炸图。图6为图4所示光学指纹辨识装置的实施示意图。
具体实施例下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式
做详细描述。如图1所示，本发明提供的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置在一较佳的实施 方式中可包含有一基座(10)、一菱镜(20)、一发光单元(30)及一窄波段影像传感器(40)。前述的基座(10)为一供组装固定用的壳体，该基座(10)上设有一镂空的指纹接 触口(11)。前述的菱镜00)装设固定于基座(10)内，该菱镜00)可经过设计对应于基座 (10)并至少包含有一菱镜指纹接触面、一菱镜入射光面0 及一菱镜取像面(23)，其 中菱镜指纹接触面对应位于基座(10)的指纹接触口(11)，该菱镜指纹接触面供 使用者压印手指指纹的表面，而菱镜入射光面0 为供投影光源投入以照射至菱镜指纹 接触面的表面，菱镜取像面则为投影光源照射至菱镜指纹接触面折射而出 的表面，而通过改变菱镜OO)外型的设计可控制投射光源的路径，其中，通过菱镜OO)外 型的变更以控制投射光源的入射与折射位置为现有技术，本发明不再赘述。前述的发光单元(30)对应设于菱镜OO)的菱镜入射光面02)处，由可交替地发 出两种不同色光(不同波长)的复数个LED灯源所组成，且投射的两色光源分别为波长约
4为600nm的红色光及波长介于蓝光415nm至绿光MOnm间的蓝绿色光(较佳的实施例为波 长为500nm上下)，其中，该发光单元(30)所投射的光源还可以以其它波长的不同色光所取 代，上述提供的具体波长与光色仅为一例示，不应以此解读为本发明的权利范围。请进一步配合参看图2及图3，前述的窄波段影像传感器GO)对应设于菱镜00) 的菱镜取像面处，用以接收经折射后自该表面所投出的光源，该窄波段影像传感器
(40)可进一步包含有一滤光片Gl)及一数组光传感器(PhotoDiode)(42)，其中该滤光片
(41)为一层状结构，且该滤光片Gl)上数组地设有为数众多的滤光单元G11)，与一般传 统用的RGB三色滤光单元不同的是，该滤光单元(411)可由四种滤光像素排列而成，该四种 滤光像素分别为红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及透明(T)，而其中数组光传感器0 装设于 滤光片Gl)的后侧，以接收穿透过滤光片Gl)过滤光色后的影像，该光传感器0 可以 是一 CMOS光传感器，也可以是一 CXD等光传感器。当使用者将手指置于菱镜指纹接触面时，可通过发光单元(30)先行投射红 色光源以照射手指并折射至窄波段影像传感器(40)，而窄波段影像传感器00)将受滤光 片Gl)过滤后的影像于接收后显示第一次成像以供后续的比对动作，而后，发光单元(30) 交替投射以蓝绿色光源照射手指并折射至窄波段影像传感器GO)以于过滤后显示第二次 成像；而由于在光学中红色光具有的穿透力最低，而蓝绿色光具有较高的穿透力，因此 以红光作为照射光源时，因为红光在接触皮肤表面后即反射，因此可有效在数组光传感器
(42)接收后显示皮肤表面的指纹部份成像，而当发光单元(30)以蓝绿光作为照射光源后， 因为该短波长光线具有较强的穿透力，因此将在穿透过皮肤表层后才反射，进而在数组光 传感器0 接收后显示皮肤下层的微血管成像，而本发明在透过具有透明滤光像素的滤 光片Gl)做为过滤色调的作法下，可将具有蓝绿色彩的影像色差更加地锐利化并以极高 的效果直接成像于数组光传感器0 ，以此来提高皮肤下层微血管成像的轮廓。本发明的特征在于通过两种穿透力相异的光源照射，窄波段影像传感器GO)将 可分别抓取同一手指的两层相异图像(表层指纹影像与皮下微血管影像)，可以同步地以 该两种影像作为相辅的辨识基准，如此的辨识读取作法将可完全地防止不法者利用伪造的 硅胶指纹技术来复制使用者的指纹以通过辨识，因为不法者无法伪造该手指的微血管影 像，而得以大幅度地增加指纹辨识系统的安全性；再者，用两种以上影像作指纹识别可排除如现有技术中，因为人的手指柔软度不 同、手指纹路深浅度不同，干湿度不同等等变因造成指纹辨识不精确的困扰，较之现有技术 具有增加辨识准确性的优势，此外，用两种以上影像作指纹识别的作法，可读取判断的手指 部位便不再受限于手指的第一指节处，即使是第二、第三指节等表面纹路较为不清晰的部 位，也可因为可读取皮肤下组织数据来辅助辨识而作为辨识标的，对于指纹辨识而言具有 相当高度的增益性。图4及图5更具体化地表示出本发明的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置的一 种例示型态，其中除了如前述的基座(10A)、菱镜O0A)、发光单元(30A)及窄波段影像传感 器(40A)等配置外，更进一步地增设一反射镜(50A)与一透镜(60A)，如图6所示，其中菱镜 (20A)通过外形的改变配合前述的反射镜(50A)而使自菱镜入射光面(22A)进入的光线得 以有效自菱镜取像面(23A)射出，且前述的透镜(60A)设置于菱镜取像面(23A)之外以将投射出的光源精确地传达至窄波段影像传感器GOA)以供成像比对。
以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本 技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置，其特征在于，包括一基座，该机座为一供组装固定用的壳体并设有一镂空的指纹接触口；一菱镜，该菱镜设于基座内，至少包含有一菱镜指纹接触面、一菱镜入射光面及一菱镜 取像面，其中菱镜指纹接触面对应位于基座的指纹接触口，菱镜入射光面为供投影光源投 入以照射至菱镜指纹接触面的表面，菱镜取像面为投影光源照射至菱镜指纹接触面折射而 出的表面；一发光单元，该发光单元对应设于菱镜的菱镜入射光面处，且交替地发出两种不同波 长的不同色光，该两种色光分别具有于皮肤表面反射及穿透皮肤后反射的不同特征；一窄波段影像传感器，该窄波段影像传感器对应设于菱镜的菱镜取像面处，用以接收 经折射后自该表面所投出的光源，包含有一滤光片及一数组光传感器；其中滤光片上数组 地设有复数个滤光单元，每一滤光单元由四种滤光像素排列而成，该四种滤光像素分别为 红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及透明(T)；而其中数组光传感器装设于滤光片的后侧。
2.如权利要求1所述的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置，其特征在于，发光单元 所发出的不同色光分别为波长约为600nm的红色光及波长介于415nm至MOnm间的蓝绿色 光。
3.如权利要求2所述的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置，其特征在于，该蓝绿色 光的波长约为500nm。
4.如权利要求1至3任一所述的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置，其特征在于，该 发光单元为复数个两种不同色光的LED灯源所组成。
5.如权利要求1至3任一所述的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置，其特征在于，该 数组光传感器为一 CMOS传感器。
6.如权利要求1至3任一所述的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置，其特征在于，该 数组光传感器为一 CXD传感器。
7.如权利要求1至3任一所述的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置，其特征在于，该 发光单元发出不同光源以供所述光学指纹辨识装置分别抓取同一手指的至少两层相异图 像作指纹识别。
8.如权利要求1至3任一所述的具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置，其特征在于，所 述光学指纹辨识装置还用于读取第二、第三指节表面纹路不清晰的部位的皮肤下组织数据 来辅助辨识而作为辨识标的。
9.一种具分辨活体的光学指纹辨识法，其特征在于，利用发出不同穿透程度的光源以 分别成像同一手指的两层相异图像，该两层相异图像分别为皮肤表层及皮下微血管组织， 并根据该两层相异图像进行指纹识别的比对并确认指纹是否来自活体。
10.根据权利要求9所述的具分辨活体的光学指纹辨识法，其特征在于，还包括读取 第二、第三指节表面纹路不清晰的部位的皮肤下组织数据来辅助辨识而作为辨识标的。
全文摘要
本发明公开一种具活体扫瞄功能的光学指纹辨识装置及辨识法，以辨识出活体的指纹特征、稳定安全地进行指纹认证。本发明通过交替地利用两种穿透性不同的相异色光来协助撷取手指的特征，以进行判别手指的真假以及撷取同一手指不同层面的指纹影像来进一步帮助识别，可以以红色光源协助抓取指纹表面影像，并利用蓝绿光源协助抓取指纹表面下层的微血管影像，从而可以根据微血管影像和指纹表面影像来判别指纹是否来自活体或者是伪造的硅胶指纹；另一方面因可以抓取同一支手指的两种以上的图像，从而也可以增加同一手指的比对特征，增加了识别的正确性。
文档编号G06K9/00GK102103685SQ20091025962
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者邱立国 申请人:茂晖科技股份有限公司