指紋傳感器是獲取指紋圖像的專用器�,用以實�(xiàn)指紋自動采集,在自動指紋識別系�(tǒng)中起著關鍵作�。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掃描、半導體熱敏、半導體電容等三種主要傳感技術采集指紋圖像�
我國生物(指紋)識別技術發(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,當時只是寥寥數(shù)十家,而產(chǎn)�(yè)化起步應該是2000年以��
�2000�,隨著移動存儲設備等�(shù)碼類�(chǎn)品的大量使用,指紋技術與�(shù)碼類�(chǎn)品結合應用的局面才鋪開,所以指紋識別產(chǎn)�(yè)在我�,目前仍處于形成階段,如果說2004年之前處于從點到線的狀�(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用油墨按印等物理方式,如果油墨及紙張質量有問題,或按壓壓力不�,或按壓位置、方向差�,或手指損傷、變形等,都會導致采集的指紋圖像質量不理想,進而影響該技術應�。為克服物理方式的缺�,�(fā)展光學傳感器、半導體傳感�、超聲波傳感器等對獲取高質量指紋圖像提供了良好的技術保�,具有很好實用價值。同�,更先進的指紋圖像傳感器亦在研�(fā),目的是獲得足夠的指紋細節(jié),并使指紋圖像達到較高分辨�,提高指紋識別準確�、可靠��
光學指紋傳感�
光學指紋傳感器:借助光學技術采集指紋是歷史最久遠、使用最廣泛的技術,主要是利用光的折攝和反射原理,將手指放在光學鏡片�,手指在內置光源照射下,光從底部射向三棱�,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,進而形成脊線(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�、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖��
光學掃描傳感系統(tǒng)
光學掃描系統(tǒng)的核心部件是電荷耦合設備CCD� charge coupled device ),這與�(shù)碼相機和攝像機中使用的光傳感器系�(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�,即一個代表射中該點的光束的微小圓�。明暗像素共同構成了掃描場景(例如一個手指)的圖�。通常,在掃描儀系統(tǒng)中有一個模�(shù)轉換�,用來處理模擬電子信號以�(chǎn)生該圖像的數(shù)字表�(xiàn)形式�
半導體指紋傳感器
半導體指紋傳感器:這類傳感�,無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半導體器件的“平板”上,手指貼在其上與其構成了電容(電感)的另一�,由于手指平面凸凹不平,凸點處和凹點處接觸平板的實際距離大小就不一�,形成的電容/電感�(shù)值也就不一�,設備根�(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�
衡量一個指紋傳感器的性能好壞,主要看以下幾個方��
1. 成像質量
指紋傳感器成像質量是衡量指紋傳感器性能的首要指�。成像質量主要表�(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計。分辨率是影響成像質量的第二個關鍵因�。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致真��
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,污漬程度不同,老化程度不同。指紋傳感器需要能夠對所有這些情況有效兼容,是其適用能力的表現(xiàn)。當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,需要針對應用場合的不同來選��
3. 對氣候環(huán)境的適應�
有的指紋傳感器對潮濕和干燥的天氣不能同時適應。尤其在中國,地域寬�,各地氣候相差較�。在這種情況下,選擇指紋傳感器需要關注環(huán)境濕度和抗靜電能�,即ESD參數(shù)。ESD一般分為四個等�,第四級要達�15KV以上。在南方濕度大的�(huán)境中使用�,需要關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完成一次指紋采集的時間,或者單位時間內可以采集的次�(shù)。指紋采集速度的快慢直接影響到用戶的使用體��
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。電氣特性主要關注兩個參�(shù),工作電壓和功�。如把指紋傳感器應用到手機上,必然要考慮手機的現(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)的傳送方式,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)成為外設與主機通訊的最主要方式,已具備USB接口能力的指紋傳感器,可以直接與USB端口相連。而沒有USB接口�,就需要通過USB控制器來實現(xiàn),給�(chǎn)品化增加一道技術門��
7. 應用程序接口(SDK�
應用程序接口能力用于描述指紋傳感器的功能,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應用如何啟動或終止指紋傳�,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�,要求指紋傳感器開始或停止捕獲指紋圖像的命令,以及詢問手指是在采集設備表�、甚至可以驅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�,還包括指紋重構(拼接)的命令接口等。當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。一般的光學采集表面比較怕磨損刮�,而半導體傳感的表面,都有堅固的涂�,保護芯片避免劃�。部分半導體指紋傳感器表面可以用手指正常刮擦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點考慮��
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)品設計和生產(chǎn)也會�(chǎn)生較大影�。在進行指紋傳感器選型時,這些都需要綜合考慮�
10. 附加功能
部分半導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�、手指的點擊方式(單擊雙擊),這被稱之為導航能�??梢酝ㄟ^與軟件配合來實現(xiàn)。筆者見過的一款導航能力非凡的指紋傳感�,可以非常靈活的玩貪吃蛇游戲�
指紋傳感器按傳感原理,即指紋成像原理和技�,分為光學指紋傳感器、半導體電容傳感�、半導體熱敏傳感器、半導體壓感傳感�、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,同時也是較為常見的指紋傳感器�
1.光學指紋傳感�
2.半導體指紋傳感器
手機開機時要求用戶通過一個快速的認證過程,用戶將其手指劃過傳感器,如果通過認證則授權使用手機的各項功能。如果不是授權用�,手機便繼續(xù)保持鎖住。如果連續(xù)幾次認證無法通過,則手機會刪除存儲器中的關鍵信息然后關機�
在語音郵件的應用�,當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�
在今后的汽車應用�,用戶可輸入家庭成員指紋樣本,經(jīng)鑒權才能駕駛。注冊過程十分簡單:每個授權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)按個人愛好進行設置,然后將這些設置存入車載的電腦存儲器��
當駕駛者進入汽車�,他/她將手指置于傳感器上,啟動識別過程。不到一秒鐘,電腦將檢測到的指紋模板與存儲的模板進行比較,并建立一個與駕駛者相符的相關設置。指紋模板和匹配軟件保存在汽車內的一個嵌入式模塊�。當指紋匹配成功�,汽車便按已編程設定的內部參�(shù)來控制后視鏡、汽車座椅、無線基站以及車內空氣環(huán)�。此外,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�(xiàn)具有非常多的用處�
指紋識別技術雖然已日漸成熟,圖像處理及模式識別技術已�(jīng)得到很好的解�,但實際�,作為指紋識別的核心技術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別的魯棒�、適應性方面不能令人滿意,指紋識別系統(tǒng)將隨著更小更廉價的指紋輸入設備的出現(xiàn)、計算能力更強更廉價的硬件以及互�(lián)�(wǎng)的廣泛應用而進一步拓寬其應用,其中,能適應聯(lián)�(wǎng)在線指紋自動識別系統(tǒng)的應用算法有待進一步改�,多種指紋識別方法的集成應用以及包括指紋是被的多種生物特征鑒定的集成應用也將是今后研究發(fā)展的方向,近年來,國外指紋識別相關研究又有升溫的趨勢,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�
1)向高精度發(fā)�
2)向高可靠性、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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