指紋圖形傳感器技術分析

指紋圖形傳感器負責采集指紋特征，并轉化為數字信號，傳遞到CPU或PC機處理。指紋掃描技術大體可分為兩類：確認(identification)系統，如AFIS（自動指紋確認系統）和核對(verification)系統；指紋采集取像設備分為三類：光學傳感器、硅晶體電容傳感器、超聲波掃描傳感器。

　　 指紋掃描系統都是以指紋的渦、拱、環、脊斷點和脊分岔等特征為基礎。核對系統是拾取一個手指的平面圖象，將指紋圖像的細節特征加以提取，生成指紋特征數據（包括特征點的類型、位置、方向、與其他特征點之間的關系等信息），與指紋特征數據庫中存檔的指紋模板（由指紋特征數據構成）完成一對一的核對，利用計算機進行告訴指紋特征數據處理，核對能夠在幾秒中之內完成。AFIS系統主要運用于兩個方面：刑偵和民用。刑偵AFIS拾取十個手指的一組圖象，此系統是在一些罪犯盡量避免留下指紋的情況下用來獲得罪犯指紋信息的專門設備。民用AFIS的應用是拾取一些手指的平面圖象，比較該圖像與指紋圖像庫中存檔的哪個指紋圖像相符的方法，AFIS完成一對多的檢索。

指紋掃描錄入設備分為三類，光學傳感器、硅晶體電容傳感器、超聲波掃描傳感器。現有AFIS僅使用光學傳感器，核對系統中三類設備都有應用。

光學傳感器的工作原理是利用CCD將有深色脊和淺色谷構成的指紋圖象轉換成數字圖象。光線照到壓有指紋的玻璃表面，光線經玻璃射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發生全反射，光線被反射到CCD，而射向脊的光線不發生全反射，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。色谷構成的指紋圖象轉換成數字圖象，為了獲得一個實際可用的圖象，圖象的亮度需要做自動（多采用）或手工（較困難）的調整。

光學傳感器是最古老也是應用最廣的指紋錄入設備，具有能承受一定程度溫度變化，成本相對較低，價格不高并能提供分辨率為500dpi的圖象等優點。不足在于主要表現在尺寸過大和潛在指印兩個方面。隨著光學設備技術的革新，光學指紋采集的設備的體積也不斷減小和新技術光電科技產品出現。現在傳感器可以裝在6*3*6英寸的盒子里，在不久的將來更小的設備是3*1*1英寸。新技術如：可以利用纖維光束來獲取指紋圖像，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，當手指壓在此表面上時，由于脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面，這些變化通過三棱鏡光的反射而反映出來。

硅晶體電容傳感器是1998年在市場上才出現的，最常見的硅電容傳感器通過電子度量被設計來捕捉指紋，在半導體金屬陣列上能結合大約100,000個電容傳感器，其外面是絕緣的表面，當用戶的手指放在上面時，皮膚組成了電容陣列，硅芯片傳感器為電容陽極，手指則代表另一個極，硅芯片面板與手指之間的電容被轉換成一個8bit的灰度數字圖象。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材料，他們依照指紋的外表地形（凹凸）轉化為相應的電子信號。其他的晶體傳感器還有溫度感應傳感器，它通過感應壓在設備上的脊和遠離設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，它每個方向上有200至300條這樣的線，具有AGC技術提供自動調節象素，局部范圍的敏感程度，從而提高圖像的質量。AGC在不同的環境下結合反饋的信息便可產生高質量的圖像。例如，一個不清晰（對比度差）的圖像，如干燥的指紋，都能夠被感覺到從而可以增強其靈敏度，在捕捉的瞬間產生清晰的圖像（對比度好）；由于提供了局部調整的能力，圖像不清晰（對比度差）的區域也能夠被檢測到（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有設備中，能夠生成質量較好的指紋圖象，并且指紋錄入時不需要象光學錄入設備那樣，要求有較大面積的錄入頭，這是光學錄入設備所無法比擬的，但相比光學傳感器，硅晶體電容傳感器不足表現在：



　　1、穩定性方面還待驗證



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



　　3、晶體傳感器技術最重要的弱點在于，它們容易受到靜電的影響，這使得晶體傳感器有時會取不到圖象，甚至會被損壞。 超聲波掃描傳感器工作原理為采取傳送聲波并通過手指，臺板和空氣間的電阻來測量距離的方法來完成錄入，掃描指紋的表面，接收設備獲取了其反射信號，測量它的范圍，得到脊的深度。



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