指紋圖形傳感器技術(shù)分析

指紋圖形傳感器負(fù)責(zé)采集指紋特征，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳遞到CPU或PC機(jī)處理。指紋掃描技術(shù)大體可分為兩類：確認(rèn)(identification)系統(tǒng)，如AFIS（自動(dòng)指紋確認(rèn)系統(tǒng)）和核對(duì)(verification)系統(tǒng)；指紋采集取像設(shè)備分為三類：光學(xué)傳感器、硅晶體電容傳感器、超聲波掃描傳感器。

　　 指紋掃描系統(tǒng)都是以指紋的渦、拱、環(huán)、脊斷點(diǎn)和脊分岔等特征為基礎(chǔ)。核對(duì)系統(tǒng)是拾取一個(gè)手指的平面圖象，將指紋圖像的細(xì)節(jié)特征加以提取，生成指紋特征數(shù)據(jù)（包括特征點(diǎn)的類型、位置、方向、與其他特征點(diǎn)之間的關(guān)系等信息），與指紋特征數(shù)據(jù)庫(kù)中存檔的指紋模板（由指紋特征數(shù)據(jù)構(gòu)成）完成一對(duì)一的核對(duì)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行告訴指紋特征數(shù)據(jù)處理，核對(duì)能夠在幾秒中之內(nèi)完成。AFIS系統(tǒng)主要運(yùn)用于兩個(gè)方面：刑偵和民用。刑偵AFIS拾取十個(gè)手指的一組圖象，此系統(tǒng)是在一些罪犯盡量避免留下指紋的情況下用來(lái)獲得罪犯指紋信息的專門設(shè)備。民用AFIS的應(yīng)用是拾取一些手指的平面圖象，比較該圖像與指紋圖像庫(kù)中存檔的哪個(gè)指紋圖像相符的方法，AFIS完成一對(duì)多的檢索。

指紋掃描錄入設(shè)備分為三類，光學(xué)傳感器、硅晶體電容傳感器、超聲波掃描傳感器。現(xiàn)有AFIS僅使用光學(xué)傳感器，核對(duì)系統(tǒng)中三類設(shè)備都有應(yīng)用。

光學(xué)傳感器的工作原理是利用CCD將有深色脊和淺色谷構(gòu)成的指紋圖象轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖象。光線照到壓有指紋的玻璃表面，光線經(jīng)玻璃射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線被反射到CCD，而射向脊的光線不發(fā)生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，反射光的量依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度和皮膚與玻璃間的油脂和水分，這樣就在CCD上形成了指紋的圖像。色谷構(gòu)成的指紋圖象轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖象，為了獲得一個(gè)實(shí)際可用的圖象，圖象的亮度需要做自動(dòng)（多采用）或手工（較困難）的調(diào)整。

光學(xué)傳感器是最古老也是應(yīng)用最廣的指紋錄入設(shè)備，具有能承受一定程度溫度變化，成本相對(duì)較低，價(jià)格不高并能提供分辨率為500dpi的圖象等優(yōu)點(diǎn)。不足在于主要表現(xiàn)在尺寸過(guò)大和潛在指印兩個(gè)方面。隨著光學(xué)設(shè)備技術(shù)的革新，光學(xué)指紋采集的設(shè)備的體積也不斷減小和新技術(shù)光電科技產(chǎn)品出現(xiàn)。現(xiàn)在傳感器可以裝在6*3*6英寸的盒子里，在不久的將來(lái)更小的設(shè)備是3*1*1英寸。新技術(shù)如：可以利用纖維光束來(lái)獲取指紋圖像，纖維光束垂直射到指紋的表面，照亮指紋并探測(cè)反射光；含有一微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的平面上，當(dāng)手指壓在此表面上時(shí)，由于脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面，這些變化通過(guò)三棱鏡光的反射而反映出來(lái)。

硅晶體電容傳感器是1998年在市場(chǎng)上才出現(xiàn)的，最常見(jiàn)的硅電容傳感器通過(guò)電子度量被設(shè)計(jì)來(lái)捕捉指紋，在半導(dǎo)體金屬陣列上能結(jié)合大約100,000個(gè)電容傳感器，其外面是絕緣的表面，當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，皮膚組成了電容陣列，硅芯片傳感器為電容陽(yáng)極，手指則代表另一個(gè)極，硅芯片面板與手指之間的電容被轉(zhuǎn)換成一個(gè)8bit的灰度數(shù)字圖象。另一種晶體傳感器是壓感式的，其表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料，他們依照指紋的外表地形（凹凸）轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電子信號(hào)。其他的晶體傳感器還有溫度感應(yīng)傳感器，它通過(guò)感應(yīng)壓在設(shè)備上的脊和遠(yuǎn)離設(shè)備的谷溫度的不同可以獲得指紋圖像。

硅晶體電容傳感器核心器件是1cm×1.5cm晶片，它每個(gè)方向上有200至300條這樣的線，具有AGC技術(shù)提供自動(dòng)調(diào)節(jié)象素，局部范圍的敏感程度，從而提高圖像的質(zhì)量。AGC在不同的環(huán)境下結(jié)合反饋的信息便可產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像。例如，一個(gè)不清晰（對(duì)比度差）的圖像，如干燥的指紋，都能夠被感覺(jué)到從而可以增強(qiáng)其靈敏度，在捕捉的瞬間產(chǎn)生清晰的圖像（對(duì)比度好）；由于提供了局部調(diào)整的能力，圖像不清晰（對(duì)比度差）的區(qū)域也能夠被檢測(cè)到（如：手指壓得較輕的地方）并在捕捉的瞬間為這些像素提高靈敏度。

硅晶體電容傳感器體積小巧，它可以集成到許多現(xiàn)有設(shè)備中，能夠生成質(zhì)量較好的指紋圖象，并且指紋錄入時(shí)不需要象光學(xué)錄入設(shè)備那樣，要求有較大面積的錄入頭，這是光學(xué)錄入設(shè)備所無(wú)法比擬的，但相比光學(xué)傳感器，硅晶體電容傳感器不足表現(xiàn)在：



　　1、穩(wěn)定性方面還待驗(yàn)證



　　2、價(jià)格高出光學(xué)傳感器，制造較大的晶體傳感器的指紋取像區(qū)域是非常昂貴的，所以通常晶體傳感器的指紋取像區(qū)域小于1平方英寸，而光學(xué)掃描的指紋取像區(qū)域等于或大于1平方英寸。



　　3、晶體傳感器技術(shù)最重要的弱點(diǎn)在于，它們?nèi)菀资艿届o電的影響，這使得晶體傳感器有時(shí)會(huì)取不到圖象，甚至?xí)粨p壞。 超聲波掃描傳感器工作原理為采取傳送聲波并通過(guò)手指，臺(tái)板和空氣間的電阻來(lái)測(cè)量距離的方法來(lái)完成錄入，掃描指紋的表面，接收設(shè)備獲取了其反射信號(hào)，測(cè)量它的范圍，得到脊的深度。



　　超聲波掃描被認(rèn)為是指紋取像技術(shù)中非常好的一類，積累在皮膚上的臟物和油脂對(duì)超音速獲得的圖像影響不大，是實(shí)際脊地形（凹凸）的真實(shí)反映，精確度最高的指紋錄入技術(shù)。但由于超聲波錄入設(shè)備的耐久性還難以估計(jì)，實(shí)際運(yùn)用領(lǐng)域中還較少。