JP6374514B2 - 非接触式掌紋認証方法、装置及び携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は携帯端末身分認証の技術分野に関し、特には一種携帯端末に適用される非接触式掌紋認証方法及び装置に関する。

移動通信技術の変革により、例えばスマートフォン、パネルコンピュータ等の携帯端末は、人々の日常生活及び仕事の重要なツールになる。例えば、電話及び短メッセージ等の従来応用の他に、スマートフォンを利用してネットワーク社交、オンライン買物及びオンライン支払等の多種応用を行ることができる。携帯端末には大量の価値のある作動データ或はプライバシー・データが保管された可能があるため、ユーザが携帯端末内の情報安全にますます関注、身分認証されない場合には、これらの保護必要のデータがアクセスできないと望している。

従来の方式で、携帯端末がパスワード或はユーザ名とパスワードとの組み合せ方式によりユーザ身分を検証する。このような方式の問題が、その安全性及び便利性との間に自然な矛盾が存在することにある。先ず、ユーザが安全性を向上させるために、複雑なパスワードを設置する必要があり、例えばパスワードは文字、デジタル及び特殊符号の組み合せ、ひいては一部の文字は大文字とする必要がある。また、異なる身分認証入口で、ユーザが関連性のないパスワードを使用する必要がある場合があり、挙例して、ユーザのポストパスワードとＱＱパスワードとには関連性がないほうが良く、さもなくばその中の一つのパスワードが他人から知られれば、他のパスワードが推測されやすくなる。

オンライン支払及び携帯電話銀行等の安全性への要求が極め厳格な応用であり、多重身分認証の方式を採用して、ユーザの登録認証のほかに、更に支払パスワードの二次認証を採用する。現在、多くのオンライン支払では短メッセージ検証の方式により検証コードを発送する必要がある。このような場合には、ユーザが安全の使用体験を取得する場合、これらの厳格の不便な安全措置を受けなければならない。

現在、従来のユーザ名／パスワード認証方式の代りに、いくつかの開発者及びメーカが携帯端末に指紋認証方式を導入している。このような認証方式の便利性が良いが、その安全性が大きく低下される。この理由は、携帯端末で指紋認証を使用する場合、一度すると携帯端末が紛失されて他人から取得したら、ユーザがその前に携帯端末の使用時に大量の自身指紋を残しているので、他人がこれらの指紋を採集して利用しやすくなり、このため指紋認証が無用になる。実質的に、公安部門は指紋の残留容易な特徴を利用して、指紋データベースを設立して種々の案件偵察に寄与する。なお、指紋認証には実施コストの高い問題を存在し、指紋認証にサポートするために、携帯端末に一つの指紋識別ハードウェアを追加配置し、且つ相応に携帯端末の全体設計を調整する必要があり、そのため携帯端末の軽薄化趨勢と相違するだけでなく、更に開発設計コストの増加問題を引き起こす。

そのため、総体的に、従来のユーザ身分認証技術では便利性及び安全性との矛盾を解決できない。

この現状に鑑み、本発明は、カメラ及び照明灯を含む携帯端末に応用される非接触式掌紋認証装置を提供し、前記装置は、
掌紋認証フローが起動させる時に前記カメラを作動させ、且つ外部光照が不足になる場合には前記照明灯の作動状態を照明モードとして保持することで、前記カメラに補助光出力を提供する採集制御ユニットと、
前記カメラにより出力された映像ストリームから１フレームの新画像を候補画像として選択し、該候補画像に対して前記カメラの現行状態のパラメータ集合を取得し、該集合にある各状態パラメータが該パラメータに対応する所定の基準を満たすかを判断し、満たす場合には、候補画像を掌紋にマッチングする対比掌紋画像として出力し、該集合にある何れかの状態パラメータが対応の所定の基準を満たさない場合には、該候補画像を無視し、且つ新たに１フレームの新画像を候補画像として選択するための選別出力ユニットと、
所定のアルゴリズムにより前記対比掌紋画像を予め入力された一つ或は複数の基準掌紋画像にマッチングし、マッチングが成功する場合には、認証成功を確定し、マッチングが失敗する場合には、ユーザに認証失敗の提示を出力し、或は選別出力ユニットに戻るための掌紋マッチングユニットと、を含む。

本発明は更に、カメラ及び照明灯を含む携帯端末に応用される非接触式掌紋認証方法を提供し、該方法は、
掌紋認証フローが起動させる時、前記カメラを作動させ、且つ外部光照が不足になる場合には、前記照明灯の作動状態が照明モードとして保持されるため、前記カメラに補助光出力を提供する手順Ａと、
前記カメラにより出力された映像ストリームから１フレームの新画像を候補画像として選択する手順Ｂと、
該候補画像に対して前記カメラの現行状態のパラメータ集合を取得し、該集合にある各状態パラメータが該パラメータに対応する所定の基準を満たすかを判断し、満たす場合には、候補画像を掌紋にマッチングする対比掌紋画像として出力し、該集合にある何れかの状態パラメータが対応の所定の基準を満たさない場合には、該候補画像を無視し、且つ手順Ｂに戻る手順Ｃと、
所定のアルゴリズムにより前記対比掌紋画像を予め入力された一つ或は複数の基準掌紋画像にマッチングし、マッチングが成功する場合には、認証成功を確定し、マッチングが失敗する場合には、ユーザに認証失敗の提示を出力し、或は手順Ｂに戻る手順Ｄと、を含む。

本発明は非接触式掌紋認証で対比掌紋画像の出力品質を有効に向上させるため、非接触式掌紋認証技術の性能表現を向上させることができる。

図１は本発明による典型の応用場景図である。 図２は本発明の一実施形態で非接触式掌紋認証装置のロジック構造とその基礎ハードウェア環境の見取図である。 図３は本発明の一実施の形態で非接触式掌紋認証方法のフローチャートである。 図４は本発明の他の実施形態で非接触式掌紋認証方法のフローチャートである。

従来の技術問題を解決するために、現在、業界でユーザ身分認証をことを実現するように、更に人顔識別等の技術を研究している。然し、このような技術では、依然として本質的に便利性と安全性との自然な矛盾を改善できない。人顔識別を例として、その安全性に存在する問題は、ユーザの人顔画像の取得も相対的に容易であり、ユーザがインターネット或は他の端末に大量の自身の写真を保管し、これらの写真が他人から軽易に取得される可能があり、このように非法ユーザがこれらの写真を利用して偽装して人顔の認証を完成できる。

指紋及び人顔に対して言えば、掌紋が他人から取得される可能性が非常に小さい。この理由は、先ず、携帯端末の使用過程で、人の手部の操作は大部分で手指を依頼することにある。また、日常生活で、人々が手を使用する時、手掌が通常に一定の程度の閉鎖状態にあり、即ち、掌紋を残留しても、残した掌紋が手掌の展開時の掌紋と全然異なり、偽装により身分認証を完成しにい。この外、ユーザが一般的に明晰な手掌写真を保存しないため、写真が他人から取得されてる利用される弊害がない。

然しながら、現在の掌紋認証のことを実現する技術は、依然として専用のハードウェア設備を依頼し、同様にコストが高い不便の問題を引き起こす。例えば、中国特許出願公開番号ＣＮ１０１８３３６４７Ａは一種掌紋の取得設備及びその対応処理方法を開示している。このような方案には、従来技術で環境光をシールドする必要がある欠点を改進するが、依然として専用のハードウェアを導入し、閃光灯（フラッシュ）或は赤外線ＬＥＤを使用する方式により掌紋認証過程を完成する必要があり、且つ依然として接触式掌紋認証により実現する。接触式掌紋認証技術では、ユーザの手掌が特定の位置決め部品（例えば手放置台）により距離カメラから所定の距離を離れる位置に固定される必要があり、ユーザの手掌が自由に活動できない。勿論、このような技術は便利性が非常に悪く、携帯端末に応用できない。なお、中国特許出願公開示番号ＣＮ１９７２１８６Ａは一種移動式身分認証システムとその認証方法を開示し、該技術では、移動設備の撮影機能及び補助閃光灯を使用して掌紋を取得し、掌紋認証を行い、一定の便利性をもたらすが、該方案により取得される掌紋画像の品質が低いため、内蔵の掌紋マッチングアルゴリズムへの要求が高くなり、該方案が全体で実際の商用に対して依然として一定のギャップがある。

これらの現行技術の欠点に対して、本発明は非接触式掌紋認証の解決方案を提案し、本質から非接触式掌紋認証の技術基礎を改善し、非接触式掌紋認証技術の便利性からの突破に技術保障を提供する。いわゆる非接触式掌紋認証、被認証手掌が位置決め部品に固定される必要がない。

好適な一実施形態では、本発明は一種コンピュータプログラムに基づいて実現する非接触式掌紋認証装置を提供し、該装置が携帯端末（以下、スマートフォンだけを例とする）に応用される。図２の示すように、該スマートフォンは通常に、ＣＰＵ、メモリ、カメラ１２、非揮発性記憶裝置、照明灯１１及びタッチディスプレイクリーンを含む種々の入力出力ハードウェア等を含む。

最適な方式で、カメラ１２と、例えばＬＥＤで作製される照明灯１１とが通常、スマートフォンの同一側、例えば携帯電話の背面に位置する。構造及び外観設計の変形を考えると、本発明の実施過程で、対カメラ１２と照明灯１１との位置関係への要求をより低下でき、カメラ１２の画像採集用の経路範囲と照明灯１１の光照出力範囲との交差部分が存在すれば良い。実質的に、閃光撮影可能なスマートフォンが何れも、実施本発明の基礎ハードウェア環境を具備する。図１の示すように、太い点線により照明灯１１の光照出力範囲を表示し、較細い点線によりカメラ１２の画像を採集するための経路範囲を表示する。

実現する面で、前記非接触式掌紋認証装置が一つの独立の携帯電話アプリケーション（ＡＰＰ）として携帯電話に取付でき、一つの特性機能として他の携帯電話アプリケーションにも集成できる。

図２を参考して、ソフトウェアの一実施形態（他の実施の形態を排除しない）では、該非接触式掌紋認証装置がロジック面のバーチャル装置であり、主に採集制御ユニット、選別出力ユニット及び掌紋マッチングユニットを含む。

図３を参考して、該非接触式掌紋認証装置の使用及び実行過程は以下の手順を含む。
手順１０１は、採集制御ユニットが特定指令により掌紋認証フローを起動する；
手順１０２は、採集制御ユニットが掌紋認証フローの起動時にカメラを作動させ、且つ少なくとも外部光照が不足になる場合には、照明灯被を照明モードに設置するように保持する；
手順１０３は、選別出力ユニットがカメラの現行出力する映像ストリームから１フレームの新画像を候補画像として取得する；
手順１０４は、選別出力ユニットが該候補画像に対して相応にカメラの現行状態のパラメータ集合を取得し、且つ該集合にある各状態パラメータ毎が該パラメータの対応する所定の基準を満たすかを判断し、満たす場合には、候補画像を掌紋のマッチングする対比掌紋画像として出力し、満たさない場合には、該候補画像を無視し、且つ手順１０３に戻る；
手順１０５は、掌紋マッチングユニットは対比掌紋画像が基準掌紋画像にマッチングするかを判断し、マッチングした場合には、ユーザ身分の合法を認証する。

掌紋認証は、できるとして種々の携帯電話アプリケーションの身分検証機制であり、ユーザが特定操作を執行し、例えば重要なデータにアクセスしたい場合、掌紋認証によりその身分を検証する必要がある。掌紋認証をことを実現する為に、通常に予め一つ或は複数のユーザの掌紋画像を基準掌紋画像として入力する必要がある。該基準掌紋画像は掌紋認証の基礎であり、後続採集される対比掌紋画像をこの基準掌紋画像にマッチングし、マッチングが成功する場合には、認証が完成する。

基準掌紋画像の入力は多種の方式採用できる。一種方式は、ユーザが１フレームの画像を基準掌紋画像としてアップロードし、例えば他の撮影設備で撮影された掌紋画像を基準掌紋画像として利用する。一つの実現することが可能な方式で、前記採集対比掌紋画像と類似する方法を使用して、スマートフォンにより一つの基準掌紋画像を採集してスマートフォン内部に保存する。

換言すれば、携帯電話ＡＰＰにはユーザが基準掌紋画像を採集して保存するように一つの基準入力フローが設置される。このような方式で、採集制御ユニットが基準入力フローが起動させる時、前記カメラを相応に作動させ、且つ外部光照が不足になる場合には、照明灯の作動状態を照明モードをして保持することで、カメラに補助光出力を提供する。選別出力ユニットが手順１０３及び手順１０４と同様に画像を選別し、その相違点が基準入力フローで、出力の対比掌紋画像を基準掌紋画像として保存することにある。

本発明は製品化のことを実現する過程にもこれらの既存のことを実現する方式を追加しても良いが、基準掌紋画像を入力して対比掌紋画像を基準掌紋画像にマッチングするかを判断する過程には、既存の技術を参考にして実現できる。本発明はマッチングアルゴリズム自身の優劣に注目せず、本発明の目標は主に対比掌紋画像の採集及び掌紋認証のフローを改進することで、掌紋認証類のソフトウェア製品の開発難度及び開発コストを低下させる。

基準掌紋画像とするユーザ掌紋の入力を完成する後、ユーザが特定のインタラクティブインターフェースにより掌紋認証フローの起動を触発する可能性がある。例えば、ユーザがスクリーンで特定タッチボタンをクリックすることで掌紋認証フローの起動を触発する可能性がある。勿論、触発掌紋認証フローは、特定のアプリケーションによって触発されてもよく、例えばある携帯電話アプリケーションは、少しの条件の満足を発見する場合には、掌紋認証フローの起動を触発することが可能である。

本発明では、掌紋認証フローを起動した後、採集制御ユニットがカメラを作動させ、且つ照明灯を照明モードに設置する。スマートフォンで、カメラを作動させた後、自動に内蔵のセンサー（Ｓｅｎｓｏｒ）チップにより絶えず画像を採集し、且つ一定のフレーム周波数の映像ストリーム、例えば３０フレーム／秒の映像ストリームを出力する。この映像ストリームが通常、携帯電話スクリーンに展示され、ユーザが直観的にカメラの指向する方向或は目標を感受できる。

１フレームの対比掌紋画像を基準掌紋画像にマッチングさせるために、直接的な構想はスマートフォンの撮影アプリケーションを参考にして実現する。撮影のアプリケーションで、ユーザが、携帯電話スクリーンで撮影アプリケーションアイコンをクリックすると、カメラを起動し、且つユーザの操作により現行採集された１フレームの画像を出力して保存する。通常、他の応用では、撮影アプリケーションの機能をアナログにすることにより、１フレームの画像の取得を実現する。

外部光照が不足になる場合には、撮影類のアプリケーションにより自動に閃光灯を利用して光を補足する。このような方式で、１フレームの画像を取得する必要がある他の応用場景で、ユーザ要求を満たすことができるが、掌紋認証過程で問題が存在する。先ず、ユーザがスマートフォンを手掌に指向する時に、その距離が通常に比較的近く、数十センチメートルの範囲にある。自動閃光モードを選択する場合には、特に外部光照の強度が不足になる場合には、画像の露光過度を引き起こしやすい。然し、閃光の手動起動を選択した場合には、便利性が悪くなるだけでなく、ユーザへの要求も高くなる。また、閃光は瞬間に完成されるので、閃光しながらユーザの手掌が移動する場合には、手掌の移動により運動模糊（モーションブラー）を引き起こし、最終に現行撮影されるこのフレーム画像の品質が悪くなる。ユーザの手掌と携帯電話との間の相対距離が随時に変化を発生する可能性があり、このような距離の連続的な変化により焦点合わせ状態と露光状態に直接的に顕著に影響し、ユーザ手掌の移動は制御できなく、閃光灯の発光時間は瞬間に完成されるため、閃光灯モードの使用と移動端末の使用方式との間に克服できない矛盾を存在し、そのため通常に掌紋認証の品質要求を満たす掌紋画像を取得できない。

そのため、掌紋認証の場合には、本分野の常用技術により構想を実現する場合には、従来の撮影アプリケーション方式を採用して対比掌紋画像を採集し、大体に画像品質の良い対比掌紋画像を採集できない。このような場合には、開発者が、対比掌紋画像品質の不足を補足するより強大なアルゴリズムを開発する必要があるが、このように、開発コスト及び難度が高くなり、全体の効果が依然として悪くなる可能がある。

なお、応用実際から見れば、ユーザが種々の場合には掌紋認証を行う可能性があり、閃光モードで対比掌紋画像の取得により光汚染を引き起こし、周囲の人群に影響し、このような製品を実現することは公共場合での使用を便利にしない。

実質的に、閃光モードの構想は主に従来の撮影技術構想の影響を受け、光照の不足を補足するためのパワーの高い光照を出力したいと思っている。且つ、大部分の撮影アプリケーションにある目標距離の不確定性のため、照明モードは従来の撮影需要に対して適宜でない。例えば、被撮影目標が比較的遠い場合には、照明モードは通常意義がない。しかしながら、具体的に掌紋認証応用について、通常、掌紋とカメラとの距離が近いので、完全に照明モードを採用して撮影時の光を補足できる。

換言すれば、本発明は掌紋認証の実際に対して、通常に掌紋とカメラとの距離が近いことを考えて、照明モードを採用して光を補足し、その補足光の強度が閃光モードよりも大変小さくなるが、照明灯と手掌との距離が近い、良好な光補足効果をことを実現できるだけでなく、且つ大体に照明灯の起動により露光過度を引き起こさないことを確保できる。

特に注目に値するのは、外部光源の位置が確定されないで、本発明は携帯電話の照明モードを利用して撮影して光を補足することで、外部光照にある逆光、順光及び異なる角度からの光照による悪影響を有効に改善でき、即ち、環境光による悪影響を除去するため、画像出力品質範囲をより収斂できることを保証する。例えば、照明モードによる撮影と比べて、閃光機能を起動して撮影する場合には、他の条件に合致すれば、スマートフォンカメラから出力される画像品質の変化範囲がより大きくなり、つまり画像品質の出力があまり安定しない。

更に閃光モードによる照明灯の出力パワーが高く、照明を持続的に提供できなく、照明を持続的に提供すれば、照明灯の焼損を引き起こしやすい。

照明モードを採用して対比掌紋画像品質を改善することに基づいて、本発明は更にカメラから連続に出力された複数フレームの画像を選別する。カメラを作動させた後、操作システムが、カメラを連続自動焦点合わせモードにデフォルト設置することが可能である。操作システムが必ずしもカメラを連続自動焦点合わせモードにデフォルト設置しないことを考えて、本発明は対比掌紋画像の採集過程をより最適化させる。例えばｉＯＳ操作システムで、操作システムが、アプリケーションによりカメラを一回自動焦点合わせモード、連続自動焦点合わせモード及び手動焦点合わせモードのうちの何れか一種モードで作動するように制御することを許可する。ｉＯＳ ６．０操作システムでこの三種モードが次のように表示される：
ＡＶＣａｐｔｕｒｅＦｏｃｕｓＭｏｄｅＬｏｃｋｅｄ ＝ ０、 ／／ロック焦点距離、即ち、焦点を合わせない；
ＡＶＣａｐｔｕｒｅＦｏｃｕｓＭｏｄｅＡｕｔｏＦｏｃｕｓ ＝ １、 ／／一回焦点を合わせ、かつ焦点距離をロックする；
ＡＶＣａｐｔｕｒｅＦｏｃｕｓＭｏｄｅＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＡｕｔｏＦｏｃｕｓ ＝ ２、 ／／連続自動焦点合わせ。
同様に、露光の調整について、ｉＯＳでも固定露光モード、一回自動露光モード、及び連続自動露光モードという三種のモードが、ユーザにより選択される。ｉＯＳ ６．０操作システムでこの三種モードが次のように表示される：
ＡＶＣａｐｔｕｒｅＥｘｐｏｓｕｒｅＭｏｄｅＬｏｃｋｅｄ ＝ ０、／／アパーチャーをロックし、即ち、露光を調整しない；
ＡＶＣａｐｔｕｒｅＥｘｐｏｓｕｒｅＭｏｄｅＡｕｔｏＥｘｐｏｓｅ ＝ １、／／一回露光を調整し、アパーチャーをロックする；
ＡＶＣａｐｔｕｒｅＥｘｐｏｓｕｒｅＭｏｄｅＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＡｕｔｏＥｘｐｏｓｕｒｅ ＝ ２、／／連続自動露光調整。

品質の高い画像出力を持続的に取得できるために、採集制御ユニットは、カメラを作動させる時、より一層として操作システムにより提供されるインターフェースによりカメラを制御することで、カメラが連続自動焦点合わせモード及び連続自動露光モードで作動させる。同様に、実施過程でホワイトバランス状態パラメータに関連する場合には、採集制御ユニットがホワイトバランス調整モードを類似に設置する必要がある。

選別の原則として、カメラの現行状態のパラメータ集合中で各状態パラメータが該パラメータに対応する所定の基準を満たし、所定の基準を満たす場合には、現時点のフレーム画像は受取可能な対比掌紋画像である。状態パラメータ集合には少なくとも一種の状態パラメータを含む。一種可能な具体実施形態で、採集状態集合には焦点合わせ状態パラメータ、露光状態パラメータ及び白バランス状態パラメータうちの何れか一種或は多種を包含できる。勿論、操作システムはより多い状態パラメータを提供する場合には、アプリケーションの需要により選択できる。

一種可能な具体実施形態で、選別出力ユニットがカメラから１フレームの画像を取得する場合、カメラの現行の焦点合わせ状態パラメータ及び露光状態パラメータにより選択する必要がある。通常、焦点合わせ状態パラメータにより、それぞれ焦点合わせ完成及び焦点合わせ進行中という二種状態を表示し、露光状態パラメータも露光パラメータ調整中及び露光調整完成という二種状態を表示できる。勿論、技術の発展により、操作システムに記録された焦点合わせ状態パラメータ及び露光状態パラメータにはより多い状態を有することができ、ひいては複数の状態パラメータにより共に組み合わせて表示することが可能である。本発明の実際実施過程で、当業者がこれらの変化により適応的に調整できる。

本発明の実際実施過程で、要求満足の焦点合わせ状態パラメータ及び露光状態パラメータを受取可能な所定の基準として保存する。この外、各パラメータの所定の基準が操作システムの差異により異なる。一旦選別出力ユニットが、この二つの状態パラメータがそれぞれ対応の所定の基準を満たすことを発見すると、現時点のフレーム画像が受取可能な対比掌紋画像であると確定できる。例えば、本発明の実施の形態で、焦点合わせ状態パラメータが１となる場合には、焦点合わせ完成を表示し、０となる場合には、焦点合わせ進行中を表示する。露光状態パラメータが１となる場合には、露光調整完成を表示し、０となる場合には、露光調整進行中を表示する。また、選別出力ユニットは、１１となる状態パラメータ集合を取得する場合、候補画像が受取可能な対比掌紋画像であることを確定し、状態パラメータ集合がそれぞれ００、０１或は１０となる場合、候補画像を無視できる。

ｉＯＳ ６．０操作システムにより実現することを例とし、焦点合わせ状態パラメータが所定の基準を満たすかについて、システムの提供する対応インターフェースによりカメラが焦点合わせ調整を行っているかを判断できる。具体的に、以下のインターフェースを調達し使用して取得される戻り値に基づき判断でき、＠ｐｒｏｐｅｒｔｙ（ｎｏｎａｔｏｍｉｃ、 ｒｅａｄｏｎｌｙ、 ｇｅｔｔｅｒ＝ｉｓＡｄｊｕｓｔｉｎｇＦｏｃｕｓ） ＢＯＯＬ ａｄｊｕｓｔｉｎｇＦｏｃｕｓ。「ＹＥＳ」に戻ると、現時点に焦点合わせ調整状態にあることを表示し、「ＮＯ」に戻ると、現時点に焦点合わせを行わないことを表示し、この時に焦点合わせ完成状態と理解できる。

露光状態パラメータが所定の基準を満たすかについて、カメラが露光調整を行っているかを判断することで、露光を調整していると判断する。具体的に、以下のインターフェースを調達し使用して取得される戻り値に基づき判断し、＠ｐｒｏｐｅｒｔｙ（ｎｏｎａｔｏｍｉｃ、 ｒｅａｄｏｎｌｙ、 ｇｅｔｔｅｒ＝ｉｓＡｄｊｕｓｔｉｎｇＥｘｐｏｓｕｒｅ） ＢＯＯＬ ａｄｊｕｓｔｉｎｇＥｘｐｏｓｕｒｅ。「ＹＥＳ」に戻ると、現時点に露光調整を行っていることを表示し、「ＮＯ」に戻ると、現時点に露光調整を行わないことを表示し、つまり露光調整完成を表示する。

１フレームの対比掌紋画像が取得された後、対比掌紋画像が装置内部の掌紋マッチングユニットに出力できる。掌紋マッチングユニットは、例えば所定のマッチングアルゴリズムを使用して該対比掌紋画像と予め入力された基準掌紋画像とをマッチングする。マッチングが成功する場合には、ユーザの身分認証が成功に完成する。マッチングが成功しない場合には、現時点の対比掌紋画像が合法なユーザの手掌からの掌紋ではない可能性がある、或は現時点の対比掌紋画像の品質が依然としてマッチングアルゴリズムの要求を満たさない可能性があり、この時ユーザに認証失敗の提示を出力できる。図４を参考して、一実現可能な方式で、マッチングが成功しない場合には、戻って新たに候補画像を取得することで、認証結果の信頼性を向上できる。

合法のユーザが如何なる光照環境で画像を採集する可能性があることを考えると、少しの光照環境が極めて劣悪である場合には、今回選別されて得る対比掌紋画像が、依然としてマッチングアルゴリズムの要求を満たしていない可能性があり、一実現方式は、認証が失敗する場合、直にユーザに認証失敗の提示を出力する。他の実現方式は、何度も選別して出力掌紋画像を対比してみて、身分認証結果の信頼性を向上できる。より一層として、ユーザの使用体験をより向上させるために、反復選別して反復成功しないような循環を回避し、制御ユニットは、掌紋認証フローを起動した後に採集でき、一つの所定の持続時間を備えるタイマーを起動し、例えば１０秒のタイマー、且つタイマーがタイムアウトするが、掌紋のマッチングが依然として成功しない場合、掌紋認証フローを終了し、同時にユーザが認証失敗の提示を出力する。

ネットワーク化応用の普及を考え、対比掌紋画像をローカルの掌紋マッチングユニットに出力できるだけでなく、ネットワークによりリモートサーバーにも出力できる。同様にリモートサーバーには掌紋マッチングユニットを有でき、所定の対比アルゴリズムを採用して対比掌紋画像とサーバーに予め入力された基準掌紋画像とを対比する。このような場合には、掌紋認証フローがリモートサーバーにより制御できる。

以上の記載から、本発明によるフレーム画像の採集方式と従来のフレーム画像の採集方式とが完全に異なり、本発明は候補画像に対して現時点のカメラ状態を検査し、カメラ状態が所定の基準に合致する場合、候補画像を対比掌紋画像として取得し、さもなくば候補画像を無視して次のフレームの画像を採集する。

要するに、本発明は映像ストリーム各フレームの画像品質を全体で改善する上、映像ストリームから品質の好適な画像を選別し、従来の撮影応用により画像を取得する方式と全然に異なり、撮影方式ではユーザ或はソフトウェア指令によりある時点の画像を取得するだけであるが、カメラ自身の現行の例えば焦点合わせ状態、露光状態等の状態パラメータを結合しなくて画像を選別する。

以上のことを実現する方式で、全体の過程でユーザが参与する必要がなく、本発明はこのような方式を自動走査方式と称する。例えば、前の記載のように、スマートフォンがデフォルト或は採集制御ユニットにより連続自動焦点合わせモードに設置される可能であるため、カメラを起動した後、自動的に焦点を合わせる。ここに基づいて、ユーザに異なる体験を提供するために、本発明は他の実施可能な形態で、一種手動クリックによることを実現する方式を提供する。このような方式は、ユーザがクリックすることでいつ画像を選別始めるかを確定することを許可する。

手動クリックの実施の形態で、前記装置が更に選別起動ユニットを含む。該選別起動ユニットがより一層／更なるに用いられる／ための掌紋認証フローを起動した後、ユーザからの選別対比指令を待ち、且つユーザの発した選別対比指令を取得した後、選別出力ユニットを作動させる。カメラが起動されてから自動に焦点を合わせるが、この場合には、ユーザがタッチディスプレイクリーンをクリックして選別対比指令を発するまで、選別出力ユニットが如何なる画像を選別し、選別出力ユニットが手順１０３で対比掌紋画像の選別処理を執行始める。

このように、ユーザが肉眼でスクリーン上の画面画質度を観察できるので、画面が明晰になると、スクリーンをクリックして対比掌紋画像への選別処理を触発し、選別から認証完成までの時間が大幅に短縮させる。注目に値するのは、このような実施の形態で、選別出力ユニットが依然として一定の選別操作により対比掌紋画像を取得し、この選別の過程は大きく短縮できる。

自動走査方式でも、手動クリック方式でも、ユーザの被認証手掌の移動を要求しなく、つまり、如何なる引導措置によりユーザの手掌を高品質図面を取得できる適合な距離区間内に放置するように引導することがない。掌紋認証速度を速めるために、本発明は在一種実施可能な形態で、ユーザの手掌放置を引導するための引導措置を提供する。

ユーザの手掌放置を引導するための実施の形態で、採集制御ユニットがカメラを作動させる時、更にカメラの焦点合わせパラメータ（通常、焦点距離）及び露光パラメータ（例えばアパーチャー）をそれぞれ所定の固定値として設置する。勿論、主流のカメラハードウェア能力の変更により、この固定値が絶えず変化する可能がある。なお、異なる携帯電話は、対応の固定値が異なる。本実施の形態で、ユーザが手掌を一つの固定値集合に対応する採集距離区間に移動しない場合には、選別出力ユニットが所定の基準に合致する対比掌紋画像を選別できない。これは、焦点距離が一つの固定値となり、焦点固定のカメラと同じであるから。換言すれば、手順１０４で、ユーザの手掌が好適な採集距離に入れないため、候補掌紋画像の焦点合わせが不明晰になり、或は露光が不足になり、この時に選別出力ユニットは、候補掌紋画像から取得されるカメラ状態パラメータが所定の基準を満たさないことに基づき、該画像を無視する。このため、ユーザができるだけ手掌或はスマートフォンを速く移動することで、手掌とカメラとの間の距離を変更するために、前記状態パラメータ集合にある焦点合わせ状態パラメータ及び露光状態パラメータのうちの何れかパラメータが、対応の所定の基準を満たしない場合には、採集制御ユニットが更にユーザに距離錯誤の提示情報を出力できる。このような提示情報が多種の方式により実現でき、文字、画像或は声音により、ひいてはスクリーン背景色の変化により提示するをことを実現する。例えば、ユーザの手掌が好適な採集距離区間内にない場合、スクリーン背景に正常デフォルト色と違い紅色を現し、ユーザの手掌が好適な採集距離区間内にある場合には、距離錯誤提示情報を出力しないで、スクリーン背景に正常デフォルト色が回復させる。

一つの実現することが可能な方式で、採集制御ユニットが認証成功の後にカメラ及び照明灯を作動させる。認証失敗の状況に対して、採集制御ユニットの処理が機動的である。例えば、カメラ及び照明灯を作動させなくても良く、照明灯だけを作動させなくても良い。更に処理しなくてカメラと照明灯の両者が引き続いて作動させているように保持してもよく、更にユーザが再度新しい掌紋認証フローを触発するか、或はユーザのログアウト指示等を待ち、場合にはユーザがログアウトすれば、カメラ及び照明灯の作動を解除する必要がある。

一つの実現することが可能な方式で、照明灯が照明モードに固定保持できる。このように、外部光照が不足になる場合には、照明灯が光の補足出力を保持し、画像品質を顕著に向上でき、外部の光照が良い場合には、依然として光の補足出力を保持し、一定の程度で画像品質を改善でき、例えば順光及び逆光の影響を改善できる。このような実施の形態は、画像品質の改善効果が良くなるが、その省エネルギー効果が悪い。

他の可能な具体実施形態で、採集制御ユニットが先きスマートフォンの付帯の感光センサーで取得される現行光照パラメータを読み取る、該光照パラメータにより照明灯が対応の照明レベルで補助光出力を行うことを制御する。このような実施の形態は、光照が良い場合には、低強度の補助光出力をことを実現し、ひいては照明灯を起動しても良い。外部の光照が低い場合、照明灯が高強度の補助光出力を実現することを制御できる。

換言すれば、この実施の形態で、採集制御ユニットによる照明灯への制御には多種の形態がる、それぞれ異なる光照レベルに対応する。例えば、第一光照レベルで、採集制御ユニットが照明灯を作動させない。外部光照レベルが第二光照レベルまで低下させる場合、採集制御ユニットが照明等を照明モードに設置され、且つ照明灯の補助光出力強度を第一光補足強度として設置する。第三光照レベルで、採集制御ユニットが照明灯を照明モードに設置し、且つ照明灯の補助光出力レベルを第二光補足強度よりも高くなるように設置する。

以上の二種実施の形態は、光照不足の場合の画像品質を改善でき、光照が良い場合には、一実施の形態は画像品質を考え、他の形態は省エネルギーを考える。

前の一段落の説明から、本発明に記載された外部光照が不足になる場合には、照明灯が光の補足出力を保持することは、特に一種触発関係と指しない。換言すれば、本発明で、外部光照の不足により照明灯を採集制御ユニットにより作動させ、且つ相応レベルの補助光出力を行うように触発可能がある。然し、実施可能な形態で、照明灯がカメラを作動させてからに照明モードで作動され、外部光照の不足に直接的に関連しない。このため、外部光照条件が不足である場合、照明灯が照明モードとして保持するのは、触発関係の表現でなく一種状態関係の表現である。

以上の記載は、本発明を制限せず、本発明の好適な実施例だけであり、凡そ本発明の精神及び原則内で行られる如何なる修正、等同の取替、改進等は何れも、本発明は保護の範囲内に包含すべきである。

Claims (21)

1. カメラ及び照明灯を含む携帯端末に応用される非接触式掌紋認証装置であり、
   掌紋認証フローが起動させる時に前記携帯端末の前記カメラを作動させ、且つ外部光照が不足になる場合には、前記携帯端末の前記照明灯の作動状態を照明モードとして保持することで、前記カメラに照明モードの補助光出力を提供する採集制御ユニットと、
   前記カメラにより出力された映像ストリームから１フレームの新画像を候補画像として選択し、該候補画像に対して前記カメラの現行状態のパラメータ集合を取得し、該集合にある各状態パラメータが該パラメータに対応する所定の基準を満たすかを判断し、満たす場合には、候補画像を掌紋にマッチングする対比掌紋画像として出力し、該集合にある何れかの状態パラメータが対応の所定の基準を満たさない場合には、該候補画像を無視し、且つ前記カメラにより出力された映像ストリームから新たに１フレームの新画像を候補画像として選択するための選別出力ユニットと、
   所定のアルゴリズムにより前記対比掌紋画像を予め入力された一つ或は複数の基準掌紋画像にマッチングし、マッチングが成功する場合には、認証成功を確定し、マッチングが失敗する場合には、ユーザに認証失敗の提示を出力し、或は選別出力ユニットに戻るための掌紋マッチングユニットと、を含むことを特徴とする非接触式掌紋認証装置。
2. 前記状態パラメータが焦点合わせ状態パラメータ及び露光状態パラメータを含む非接触式掌紋認証装置において、
   前記焦点合わせ状態パラメータには焦点合わせ完成及び焦点合わせ進行中という二種状態を含み、
   前記露光状態パラメータには露光調整中及び露光調整完成という二種状態を含み、
   前記所定の基準とは、前記焦点合わせ状態パラメータが焦点合わせ完成を表示し、且つ前記露光状態パラメータが露光調整完成を表示することを特徴とする請求項１に記載の非接触式掌紋認証装置。
3. 前記採集制御ユニットは、
   カメラの焦点合わせパラメータ及び露光パラメータを固定値として設置し、更に、
   前記状態パラメータ集合にある焦点合わせ状態パラメータ及び露光状態パラメータのうちの何れかパラメータが、対応の所定の基準を満たしない場合には、ユーザに距離錯誤提示情報を出力するように、配置されることを特徴とする請求項１に記載の非接触式掌紋認証装置。
4. 前記採集制御ユニットは更に、認証が完成した後、前記カメラ及び前記照明灯の作動を解除するように被配置されることを特徴とする請求項１に記載の非接触式掌紋認証装置。
5. 前記採集制御ユニットは更に、
   前記掌紋認証フローが起動される時に所定の持続時間を備えるタイマーを起動し、且つ前記タイマーがタイムアウトする場合には前記掌紋認証フローを終了し、且つユーザに認証失敗の提示を出力するように、配置されることを特徴とする請求項１に記載の非接触式掌紋認証装置。
6. 更に選別起動ユニットを含み、前記選別起動ユニットは、
   前記掌紋認証フローが起動された後、ユーザの発する選別対比指令を取得する場合には、前記選別出力ユニットを作動させるように、配置されることを特徴とする請求項１に記載の非接触式掌紋認証装置。
7. 前記採集制御ユニットは更に、ユーザが基準掌紋画像を採集して保存するために使用する基準入力フローが起動する時に前記カメラを作動させ、且つ外部光照が不足に場合には前記照明灯の作動状態が照明モードとして保持し、これにより前記カメラに補助光出力を提供するように配置され、前記選別出力ユニットは更に、前記基準入力フローが起動される場合には、前記カメラの出力する対比掌紋画像を基準掌紋画像として予め保存するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の非接触式掌紋認証装置。
8. 前記採集制御ユニットは更に、外部光照が充足する場合には、前記照明灯の作動状態を照明モードとして設置し、これにより前記カメラに補助光出力を提供するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の非接触式掌紋認証装置。
9. 前記採集制御ユニットは更に、前記携帯端末の感光センサーの提供する外部光照パラメータにより光照レベルを確定し、且つ前記光照レベルにより前記照明灯の補助光出力強度を確定するように、配置されることを特徴とする請求項１に記載の非接触式掌紋認証装置。
10. 前記採集制御ユニットは更に、前記カメラが作動させる時、前記カメラを連続自動焦点合わせモード及び連続自動露光モードに設置するように、配置されることを特徴とする請求項１に記載の非接触式掌紋認証装置。
11. カメラ及び照明灯を含む携帯端末に応用される非接触式掌紋認証方法であり、
    掌紋認証フローが起動させる時、前記カメラを作動させ、且つ外部光照が不足になる場合には、前記照明灯の作動状態が照明モードとして保持されるため、前記カメラに補助光出力を提供する手順Ａと、
    前記カメラにより出力された映像ストリームから１フレームの新画像を候補画像として選択する手順Ｂと、
    該候補画像に対して前記カメラの現行状態のパラメータ集合を取得し、該集合にある各状態パラメータが該パラメータに対応する所定の基準を満たすかを判断し、満たす場合には、候補画像を掌紋にマッチングする対比掌紋画像として出力し、該集合にある何れかの状態パラメータが対応の所定の基準を満たさない場合には、該候補画像を無視し、且つ手順Ｂに戻る手順Ｃと、
    所定のアルゴリズムにより前記対比掌紋画像を予め入力された一つ或は複数の基準掌紋画像にマッチングし、マッチングが成功する場合には、認証成功を確定し、マッチングが失敗する場合には、ユーザに認証失敗の提示を出力し、或は手順Ｂに戻る手順Ｄと、を含むことを特徴とする非接触式掌紋認証方法。
12. 前記状態パラメータが焦点合わせ状態パラメータ及び露光状態パラメータを含み、
    前記焦点合わせ状態パラメータには焦点合わせ完成状態及び焦点合わせ進行中状態を含み、
    前記露光状態パラメータには露光調整中状態及び露光調整完成状態を含み、
    前記所定の基準は、前記焦点合わせ状態パラメータが焦点合わせ完成を表示し、且つ前記露光状態パラメータが表徴露光調整完成を表示するものであることを特徴とする請求項１１に記載の非接触式掌紋認証方法。
13. 前記手順Ａの前に更に、カメラの焦点合わせパラメータ及び露光パラメータを固定値として設置することを含み、
    前記手順Ｃは具体的に、前記状態パラメータ集合にある焦点合わせ状態パラメータ及び露光状態パラメータのうちの何れかパラメータが対応の所定の基準を満たさず、ユーザに距離錯誤提示情報を出力することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の非接触式掌紋認証方法。
14. 更に、認証が成功した後に、前記カメラ及び前記照明灯の作動を解除する手順Ｅを含むことを特徴とする請求項１１に記載の非接触式掌紋認証方法。
15. 掌紋認証フローが起動される時、所定の持続時間を備えるタイマーを起動させる手順Ｆ１と、
    前記タイマーがタイムアウトする場合には、前記掌紋認証フローを終了し、且つユーザに認証失敗の提示を出力する手順Ｆ２とを、更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の非接触式掌紋認証方法。
16. 前記掌紋認証フローが起動された後、ユーザの選別対比指令を待つ手順Ｇ１と、ユーザの発する前記選別対比指令を取得した後、手順Ｂを執行する手順Ｇ２と、を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の非接触式掌紋認証方法。
17. 手順Ａの前に更に、
    基準入力フローが起動させる時、前記カメラを作動させ、且つ外部光照が不足になる場合、前記照明灯の作動状態が照明モードとして保持するため、前記カメラに補助光出力を提供することを含み、
    前記手順Ｂは更に、
    基準入力フローが起動させる時、出力される対比掌紋画像を基準掌紋画像として保存することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の非接触式掌紋認証方法。
18. 前記手順Ａは更に、
    外部光照が充足する場合には、前記照明灯の作動状態を照明モードとして設置することで、前記カメラに補助光出力を提供するための手順を含むことを特徴とする請求項１１に記載の非接触式掌紋認証方法。
19. 前記手順Ａは更に、
    前記携帯端末の感光センサーの提供する外部光照パラメータにより現時点の光照レベルを確定し、且つ光照レベルにより前記照明灯の補助光出力強度を確定するための手順を含むことを特徴とする請求項１１に記載の非接触式掌紋認証方法。
20. 前記手順Ａは更に、
    前記カメラが作動させる時、前記カメラを連続自動焦点合わせモード及び連続自動露光モードとして設置することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の非接触式掌紋認証方法。
21. カメラ及び照明灯を含む携帯端末において、更により請求項１乃至１０のうちの何れか１項に記載の非接触式掌紋認証装置を含むことを特徴とする携帯端末。