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指紋傳感�
閱讀�14588時間�2011-09-15 17:15:15

  指紋傳感�是獲取指紋圖像的專用器件,用以實(shí)�(xiàn)指紋自動采集,在自�指紋識別系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作�。指紋傳感器是指紋圖像的自動采集和生成部分,是指紋識別產(chǎn)品的�(shù)�(jù)輸入�。絕大多�(shù)指紋傳感器通過光學(xué)掃描�半導(dǎo)�熱敏、半�(dǎo)�電容等三種主要傳感技�(shù)采集指紋圖像�

�(fā)展現(xiàn)狀

  我國生物(指紋)識別技�(shù)�(fā)展相對于美國、日本要�10-20年的時間,指紋識別產(chǎn)品在我國最早出�(xiàn)是在90年代初期,當(dāng)時只是寥寥數(shù)十家,而產(chǎn)�(yè)化起步應(yīng)該是2000年以��

  �2000年,隨著移動存儲�(shè)備等�(shù)碼類�(chǎn)品的大量使用,指紋技�(shù)與數(shù)碼類�(chǎn)品結(jié)合應(yīng)用的局面才鋪開,所以指紋識別產(chǎn)�(yè)在我�,目前仍處于形成階段,如果說2004年之前處于從�(diǎn)到線的狀�(tài),那�2004年之后指紋產(chǎn)�(yè)開始了從線到面的�(fā)��

  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)量有問題,或按壓壓力不�,或按壓位�、方向差�,或手指損�、變形等,都會�(dǎo)致采集的指紋圖像�(zhì)量不理想,�(jìn)而影響該技�(shù)�(yīng)用。為克服物理方式的缺�(diǎn),�(fā)展光�(xué)傳感�、半�(dǎo)體傳感器、超聲波傳感器等對獲取高�(zhì)量指紋圖像提供了良好的技�(shù)保障,具有很好�(shí)用價�。同�,更先�(jìn)的指紋圖像傳感器亦在研發(fā),目的是獲得足夠的指紋�(xì)節(jié),并使指紋圖像�(dá)到較高分辨力,提高指紋識別�(zhǔn)確�、可靠��

原理

  光學(xué)指紋傳感�

  光學(xué)指紋傳感器:借助光學(xué)技�(shù)采集指紋是歷史最久遠(yuǎn)、使用最廣泛的技�(shù),主要是利用光的折攝和反射原�,將手指放在光學(xué)鏡片�,手指在�(nèi)置光源照射下,光從底部射向三棱鏡,并�(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不一�。用棱鏡將其投射在電荷耦合器件上CMOS或者CCD上,�(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�、谷線(紋線之間的凹陷部分)呈白色的�(shù)字化�、可被指紋設(shè)備算法處理的多灰度指紋圖像�

  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�(shè)備CCD� charge coupled device �,這與�(shù)碼相�(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。每個光敏器件記錄一個像�,即一個代表射中該�(diǎn)的光束的微小圓點(diǎn)。明暗像素共同構(gòu)成了掃描場景(例如一個手指)的圖�。通常,在掃描儀系統(tǒng)中有一個模�(shù)�(zhuǎn)換器,用來處理模擬電子信號以�(chǎn)生該圖像的數(shù)字表�(xiàn)形式�

  半導(dǎo)體指紋傳感器

  半導(dǎo)體指紋傳感器:這類傳感器,無論是電容式或是電感�,其原理類似,在一塊集成有成千上萬半導(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�,由于手指平面凸凹不平,凸點(diǎn)處和凹點(diǎn)處接觸平板的�(shí)際距離大小就不一�,形成的電容/電感�(shù)值也就不一�,設(shè)備根�(jù)這個原理將采集到的不同的數(shù)值匯�,就完成了指紋的采集�

選擇

  衡量一個指紋傳感器的性能好壞,主要看以下幾個方��

  1. 成像�(zhì)�

  指紋傳感器成像質(zhì)量是衡量指紋傳感器性能的首要指�(biāo)。成像質(zhì)量主要表�(xiàn)為對指紋圖像的還原能力和去噪能力。性能良好的指紋傳感器�(chǎn)生的圖像"失真"�"形變"非常�,后�(xù)圖像處理時可以忽略不�(jì)。分辨率是影響成像質(zhì)量的第二個關(guān)鍵因�。分辨率越高,也就是單位面積上傳感單越多,其獲得的指紋圖像就越細(xì)致真�(shí)�

  2. 對不同類型手指的適用能力

  由于不同手指指紋的紋路深淺不�,干濕度不同,污漬程度不�,老化程度不同。指紋傳感器需要能�?qū)λ羞@些情況有效兼�,是其適用能力的表現(xiàn)。當(dāng)然不是所有指紋傳感器都對這些類型手指作到"一�(wǎng)打盡"式的兼容,在選擇指紋傳感器時,需要針對應(yīng)用場合的不同來選擇�

  3. 對氣候環(huán)境的適應(yīng)�

  有的指紋傳感器對潮濕和干燥的天氣不能同時適應(yīng)。尤其在中國,地�?qū)拸V,各地氣候相差較�。在這種情況下,選擇指紋傳感器需要關(guān)注環(huán)境濕度和抗靜電能�,即ESD參數(shù)。ESD一般分為四個等級,第四級要�(dá)�15KV以上。在南方濕度大的�(huán)境中使用時,需要關(guān)注其相對濕度方面的參�(shù),確保指紋傳感器可以工作正常�

  4. 圖像采集速度

  第四看采集速度。采集速度表現(xiàn)為從手指放到傳感器接觸面后多長時間內(nèi)完成一次指紋采集的時間,或者單位時間內(nèi)可以采集的次�(shù)。指紋采集速度的快慢直接影響到用戶的使用體�(yàn)�

  5. 電氣特�

  電氣特性是從產(chǎn)品化的角度考慮指紋傳感器是否真正可用于某種�(chǎn)品。電氣特性主要關(guān)注兩個參�(shù),工作電壓和功耗。如把指紋傳感器�(yīng)用到手機(jī)�,必然要考慮手機(jī)的現(xiàn)有供電方式能否滿足增加了指紋傳感器后的電壓和功耗的要求。大部分指紋SENOSR的電壓都�3.6V以下(含��

  6. 硬件接口

  硬件接口能力也是從產(chǎn)品化的角度來衡量指紋傳感器的。硬件接口能力直接影響指紋圖像數(shù)�(jù)的傳送方�,影響著與指紋處理模塊之間的通訊方式和通訊速度。目前USB接口已經(jīng)成為外設(shè)與主�(jī)通訊的最主要方式,已具備USB接口能力的指紋傳感器,可以直接與USB端口相�。而沒有USB接口的,就需要通過USB控制器來�(shí)�(xiàn),給�(chǎn)品化增加一道技�(shù)門檻�

  7. �(yīng)用程序接口(SDK�

  �(yīng)用程序接口能力用于描述指紋傳感器的功�,也就是與指紋傳感器配套使用的程序接口的功能。一般在這些接口中定義了上層�(yīng)用如何啟動或終止指紋傳感,以及如何控制指紋傳感器的數(shù)�(jù)傳輸。包括發(fā)送指紋傳感器初始化命令,要求指紋傳感器開始或停止捕獲指紋圖像的命�,以及詢問手指是在采集設(shè)備表靀甚至可以驅(qū)動指紋傳感器判斷待掃描物體是否為指紋。對于滑動式(SWIPE)指紋采集芯片來講,還包括指紋重�(gòu)(拼接)的命令接口等。當(dāng)指紋傳感器用于嵌入式�(chǎn)品開�(fā)中時,嵌入式開發(fā)包(EDK)的能力是考查指紋傳感器能力的重要方面之一�

  8. 使用壽命

  在考查指紋傳感器使用壽命時,一是從器件本身的衰變考慮,二是從指紋采集面的防磨損防腐蝕能力考慮。一般的光學(xué)采集表面比較怕磨損刮擦,而半�(dǎo)體傳感的表面,都有堅(jiān)固的涂層,保�(hù)芯片避免劃傷。部分半�(dǎo)體指紋傳感器表面可以用手指正常刮�1000萬次以上。對于需要經(jīng)常在露天使用的指紋傳感器,防腐蝕性能是需要重�(diǎn)考慮��

  9. 可裝配�

  指紋傳感的體�、外形和封裝,以及使用對象(如勞�、軍人與OFFICE人員指紋的區(qū)別),對�(chǎn)品設(shè)�(jì)和生�(chǎn)也會�(chǎn)生較大影�。在�(jìn)行指紋傳感器選型�,這些都需要綜合考慮�

  10. 附加功能

  部分半導(dǎo)體指紋傳感器除了具備指紋圖像采集能力之外,還能夠感知手指的移動方向、手指的�(diǎn)擊方式(單擊雙擊�,這被稱之為導(dǎo)航能�??梢酝ㄟ^與軟件配合來�(shí)�(xiàn)。筆者見過的一款導(dǎo)航能力非凡的指紋傳感器,可以非常靈活的玩貪吃蛇游��

分類

  指紋傳感器按傳感原理,即指紋成像原理和技�(shù),分為光�(xué)指紋傳感�、半�(dǎo)體電容傳感器、半�(dǎo)體熱敏傳感器、半�(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�,同時也是較為常見的指紋傳感器:

  1.光學(xué)指紋傳感�

  2.半導(dǎo)體指紋傳感器

�(yīng)�

  手機(jī)開機(jī)時要求用戶通過一個快速的�(rèn)證過�,用戶將其手指劃過傳感器,如果通過�(rèn)證則授權(quán)使用手機(jī)的各�(xiàng)功能。如果不是授�(quán)用戶,手�(jī)便繼�(xù)保持鎖住。如果連續(xù)幾次�(rèn)證無法通過,則手機(jī)會刪除存儲器中的�(guān)鍵信息然后關(guān)�(jī)�

  在語音郵件的�(yīng)用中,當(dāng)撥出一個語音郵件號碼后,用戶只需將手指劃過傳感器便可令系�(tǒng)識別。有了指紋識別后,便無需使用郵箱密碼或個人識別號碼�

  在今后的汽車�(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。注冊過程十分簡單:每個授�(quán)駕駛的成員將其手指置于傳感器�,并將汽車的各種參數(shù)按個人愛好�(jìn)行設(shè)�,然后將這些�(shè)置存入車載的電腦存儲器中�

  �(dāng)駕駛者�(jìn)入汽車時,他/她將手指置于傳感器上,啟動識別過�。不到一秒鐘,電腦將檢測到的指紋模板與存儲的模板�(jìn)行比�,并建立一個與駕駛者相符的相關(guān)�(shè)�。指紋模板和匹配軟件保存在汽車內(nèi)的一個嵌入式模塊中。當(dāng)指紋匹配成功�,汽車便按已編程�(shè)定的�(nèi)部參�(shù)來控制后視鏡、汽車座�、無線基站以及車�(nèi)空氣�(huán)�。此�,還可控制駕駛速度,如果駕駛者僅為十來歲的孩�,則將速度限制在每小時55公里。這些功能的實(shí)�(xiàn)具有非常多的用處�

  指紋識別技�(shù)雖然已日漸成熟,圖像處理及模式識別技�(shù)已經(jīng)得到很好的解�,但�(shí)際上,作為指紋識別的核心技�(shù)仍然存在許多尚未解決的難�,尤其是殘缺、污損的指紋圖像的識別的魯棒性、適�(yīng)性方面不能令人滿�,指紋識別系�(tǒng)將隨著更小更廉價的指紋輸入設(shè)備的出現(xiàn)、計(jì)算能力更�(qiáng)更廉價的硬件以及互聯(lián)�(wǎng)的廣泛應(yīng)用而�(jìn)一步拓寬其�(yīng)�,其中,能適�(yīng)�(lián)�(wǎng)在線指紋自動識別系統(tǒng)的應(yīng)用算法有待�(jìn)一步改�(jìn),多種指紋識別方法的集成�(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�(fā)展的方向,近年來,國外指紋識別相�(guān)研究又有升溫的趨�,因�,未來幾年仍然是一個重要的、極具挑�(zhàn)性的模式識別研究課題�

�(fā)展方�

  1)向高精度發(fā)�

  2)向高可靠�、寬溫度范圍�(fā)�

  3)向微型化發(fā)�

  4)向微功耗及無源化發(fā)�

  5)向智能化數(shù)字化�(fā)�

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