指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用

指紋傳感器原理與應(yīng)用指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!引言指紋是手指表面皮膚凸凹不平形成的紋路，由多種嵴狀圖形構(gòu)成。指紋特征即手指表面嵴和溝組成平滑紋理模式，其隨機(jī)性很強(qiáng)。研究表明：指紋特征具有唯一性、穩(wěn)定性特點(diǎn)，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別。指紋表面積較小，且存在磨損，獲取優(yōu)質(zhì)指紋圖像較困難。指紋傳感器是獲取指紋圖像的專用器件,在自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。本文回顧了指紋傳感器技術(shù)的發(fā)展歷史,并介紹了目前幾種常見(jiàn)的傳感器,在進(jìn)行原理性剖析的基礎(chǔ)上,指出了它們的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用情況。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!我國(guó)指紋傳感器發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)生物（指紋）識(shí)別技術(shù)發(fā)展相對(duì)于美國(guó)、日本要晚10-20年的時(shí)間，指紋識(shí)別產(chǎn)品在我國(guó)最早出現(xiàn)是在90年代初期，當(dāng)時(shí)只是寥寥數(shù)十家，而產(chǎn)業(yè)化起步應(yīng)該是2000年以后。到2000年，隨著移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備等數(shù)碼類產(chǎn)品的大量使用，指紋技術(shù)與數(shù)碼類產(chǎn)品結(jié)合應(yīng)用的局面才鋪開(kāi)，所以指紋識(shí)別產(chǎn)業(yè)在我國(guó)，目前仍處于形成階段，如果說(shuō)2004年之前處于從點(diǎn)到線的狀態(tài)，那么2004年之后指紋產(chǎn)業(yè)開(kāi)始了從線到面的發(fā)展。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!指紋采集技術(shù)的發(fā)展早期的指紋圖像采集主要運(yùn)用油墨按印等物理方式,如果油墨及紙張質(zhì)量有問(wèn)題,或按壓壓力不均,或按壓位置、方向差異,或手指損傷、變形等,都會(huì)導(dǎo)致采集的指紋圖像質(zhì)量不理想,進(jìn)而影響該技術(shù)應(yīng)用。為克服物理方式的缺點(diǎn),發(fā)展光學(xué)傳感器、半導(dǎo)體傳感器、超聲波傳感器等對(duì)獲取高質(zhì)量指紋圖像提供了良好的技術(shù)保障,具有很好實(shí)用價(jià)值。同時(shí),更先進(jìn)的指紋圖像傳感器亦在研發(fā),目的是獲得足夠的指紋細(xì)節(jié),并使指紋圖像達(dá)到較高分辨力,提高指紋識(shí)別準(zhǔn)確性、可靠性。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!指紋傳感器的分類指紋傳感器按傳感原理，即指紋成像原理和技術(shù)，分為光學(xué)指紋傳感器、半導(dǎo)體電容傳感器、半導(dǎo)體熱敏傳感器、半導(dǎo)體壓感傳感器、超聲波傳感器和射頻RF傳感器等。目前指紋傳感器只要分為兩類，同時(shí)也是較為常見(jiàn)的指紋傳感器：1.光學(xué)指紋傳感器2.半導(dǎo)體指紋傳感器指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!光學(xué)掃描傳感系統(tǒng)光學(xué)掃描系統(tǒng)的核心部件是電荷耦合設(shè)備CCD（chargecoupleddevice），這與數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)中使用的光傳感器系統(tǒng)是相同的。CCD是一組光敏二極管（稱為光敏器件），這種器件在光子的作用下可以產(chǎn)生電信號(hào)。每個(gè)光敏器件記錄一個(gè)像素，即一個(gè)代表射中該點(diǎn)的光束的微小圓點(diǎn)。明暗像素共同構(gòu)成了掃描場(chǎng)景（例如一個(gè)手指）的圖像。通常，在掃描儀系統(tǒng)中有一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來(lái)處理模擬電子信號(hào)以產(chǎn)生該圖像的數(shù)字表現(xiàn)形式。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!半導(dǎo)體掃描傳感系統(tǒng)下圖是一個(gè)簡(jiǎn)單的電容傳感器。該傳感器由一個(gè)或多個(gè)包含一組微小單元的半導(dǎo)體芯片組成。每個(gè)單元包括兩個(gè)覆蓋有絕緣層的導(dǎo)體板。這些單元很小，比手指上一個(gè)嵴紋的寬度還要小。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!半導(dǎo)體指紋傳感器特有的優(yōu)點(diǎn)吸引了Sony,Infineon等知名公司,并開(kāi)發(fā)出各具特色的產(chǎn)品。當(dāng)然,作為極具潛力、代表未來(lái)發(fā)展方向的指紋傳感器也存在一定局限性,表現(xiàn)為易受靜電影響,嚴(yán)重時(shí),傳感器可能采集不到圖像,甚至本身也會(huì)被損壞;手指汗液鹽分或其他污物,以及手指磨損等均會(huì)造成圖像采集困難,其耐磨性亦不及玻璃;大面積制造成本較高,故取像區(qū)域較小;傳感器穩(wěn)定性,特別是次最優(yōu)性能等方面有待進(jìn)一步驗(yàn)證。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!指紋掃描系統(tǒng)指紋掃描系統(tǒng)有兩項(xiàng)基本工作：一是需要獲得手指的圖像，二是需要確定該圖像中的嵴紋和波谷是否與以前掃描圖像中的嵴紋和波谷相吻合。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!手機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)要求用戶通過(guò)一個(gè)快速的認(rèn)證過(guò)程，用戶將其手指劃過(guò)傳感器，如果通過(guò)認(rèn)證則授權(quán)使用手機(jī)的各項(xiàng)功能。如果不是授權(quán)用戶，手機(jī)便繼續(xù)保持鎖住。如果連續(xù)幾次認(rèn)證無(wú)法通過(guò)，則手機(jī)會(huì)刪除存儲(chǔ)器中的關(guān)鍵信息然后關(guān)機(jī)。在語(yǔ)音郵件的應(yīng)用中，當(dāng)撥出一個(gè)語(yǔ)音郵件號(hào)碼后，用戶只需將手指劃過(guò)傳感器便可令系統(tǒng)識(shí)別。有了指紋識(shí)別后，便無(wú)需使用郵箱密碼或個(gè)人識(shí)別號(hào)碼。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!指紋識(shí)別技術(shù)雖然已日漸成熟，圖像處理及模式識(shí)別技術(shù)已經(jīng)得到很好的解決，但實(shí)際上，作為指紋識(shí)別的核心技術(shù)仍然存在許多尚未解決的難題，尤其是殘缺、污損的指紋圖像的識(shí)別的魯棒性、適應(yīng)性方面不能令人滿意，指紋識(shí)別系統(tǒng)將隨著更小更廉價(jià)的指紋輸入設(shè)備的出現(xiàn)、計(jì)算能力更強(qiáng)更廉價(jià)的硬件以及互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用而進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用，其中，能適應(yīng)聯(lián)網(wǎng)在線指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用算法有待進(jìn)一步改進(jìn)，多種指紋識(shí)別方法的集成應(yīng)用以及包括指紋是被的多種生物特征鑒定的集成應(yīng)用也將是今后研究發(fā)展的方向，近年來(lái)，國(guó)外指紋識(shí)別相關(guān)研究又有升溫的趨勢(shì)，因此，未來(lái)幾年仍然是一個(gè)重要的、極具挑戰(zhàn)性的模式識(shí)別研究課題。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!指紋傳感器的發(fā)展方向1）向高精度發(fā)展2）向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展3）向微型化發(fā)展4）向微功耗及無(wú)源化發(fā)展5）向智能化數(shù)字化發(fā)展指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!光學(xué)指紋傳感器光學(xué)指紋傳感器：借助光學(xué)技術(shù)采集指紋是歷史最久遠(yuǎn)、使用最廣泛的技術(shù)，主要是利用光的折攝和反射原理，將手指放在光學(xué)鏡片上，手指在內(nèi)置光源照射下，光從底部射向三棱鏡，并經(jīng)棱鏡射出，射出的光線在手指表面指紋凹凸不平的線紋上折射的角度及反射回去的光線明暗就會(huì)不一樣。用棱鏡將其投射在電荷耦合器件上CMOS或者CCD上，進(jìn)而形成脊線（指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線）呈黑色、谷線（紋線之間的凹陷部分）呈白色的數(shù)字化的、可被指紋設(shè)備算法處理的多灰度指紋圖像。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!半導(dǎo)體指紋傳感器半導(dǎo)體指紋傳感器：這類傳感器，無(wú)論是電容式或是電感式，其原理類似，在一塊集成有成千上萬(wàn)半導(dǎo)體器件的“平板”上，手指貼在其上與其構(gòu)成了電容（電感）的另一面，由于手指平面凸凹不平，凸點(diǎn)處和凹點(diǎn)處接觸平板的實(shí)際距離大小就不一樣，形成的電容/電感數(shù)值也就不一樣，設(shè)備根據(jù)這個(gè)原理將采集到的不同的數(shù)值匯總，就完成了指紋的采集。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!光學(xué)傳感器與半導(dǎo)體傳感器優(yōu)缺點(diǎn)光學(xué)指紋圖像傳感器優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為經(jīng)歷長(zhǎng)期實(shí)用檢驗(yàn)、系統(tǒng)穩(wěn)定性較好、成本亦較低、能提供分辨力為500dpi(dotperinch)的圖像。特別是能實(shí)現(xiàn)較大區(qū)域的指紋圖像采集,有效克服大面積半導(dǎo)體指紋傳感器價(jià)格昂貴缺點(diǎn)。該傳感器局限性主要體現(xiàn)于潛在指印方面,不但會(huì)降低指紋圖像的質(zhì)量,嚴(yán)重時(shí),還可能導(dǎo)致兩個(gè)指印重疊,顯然,難以滿足實(shí)際應(yīng)用需要。此外,臺(tái)板涂層及CCD陣列會(huì)隨時(shí)間推移產(chǎn)生損耗,可能導(dǎo)致采集的指紋圖像質(zhì)量下降。隨著光學(xué)技術(shù)發(fā)展,一些新穎的技術(shù)手段亦已應(yīng)用于指紋圖像的采集,這樣,能顯著減小光學(xué)指紋傳感器的體積。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!常見(jiàn)固態(tài)指紋傳感器目前市場(chǎng)上有兩種固態(tài)指紋傳感器：種是單次觸摸型傳感器，要求手指在指紋采集區(qū)進(jìn)行可靠的觸摸；第二種是劃擦型傳感器，則需要用手指在傳感器表面擦過(guò)，傳感器會(huì)采集一套特定的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行快速分析和認(rèn)證。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!指紋傳感技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)毫無(wú)疑問(wèn)，便攜式低成本指紋識(shí)別技術(shù)對(duì)我們的生活意義深遠(yuǎn)。例如，今后警察可在一個(gè)犯罪高發(fā)區(qū)截住一名嫌疑人，要求其提供指紋而不是身份證或汽車駕照。此人則將其右手的、二或第三個(gè)手指置于一個(gè)與無(wú)線PDA相連的傳感器上，可以迅速將嫌疑人與以前的犯罪記錄進(jìn)行對(duì)比確認(rèn)。指紋采集頭、指紋識(shí)別傳感器的原理和應(yīng)用共19頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!在今后的汽車應(yīng)用中，用戶可輸入家庭成員指紋樣本，經(jīng)鑒權(quán)才能駕駛。注冊(cè)過(guò)程十分簡(jiǎn)單：每個(gè)授權(quán)駕駛的成員將其手指置于傳感器上，并將汽車的各種參數(shù)按個(gè)人愛(ài)好進(jìn)行設(shè)置，然后將這些設(shè)置存入車載的電腦存儲(chǔ)器中。當(dāng)駕駛者進(jìn)入汽車時(shí)，他/她將手指置于傳感器上，啟動(dòng)識(shí)別過(guò)程。不到一秒鐘，電腦將檢測(cè)到的指紋模板與存儲(chǔ)的模板進(jìn)行比較，并建立一個(gè)與駕駛者相符的相關(guān)設(shè)置。指紋模板和匹配軟件保存在汽車內(nèi)的一個(gè)嵌入式模塊