指纹传感器是获取指纹图像的专 用器件,在自动指纹识别系统中起着关键作用。 本文回顾了指纹传感器技术的发展历史,并介绍了目前几种常见的传感器,在进行原理性剖析 的基础上,指出了它们的优缺点和应用情况。 1.1. 早期: 早期的指纹图像采集主要运用油墨按印等物理方式,如果油墨及纸张质量有问题,或按压压力 不均,或按压位置、 方向差异,或手指损伤、 变形等,都会导致采集的指纹图像质量不理想,进而 影响该技术应用。为克服物理方式的缺点,发展光学传感器、半导体传感器、超声波传感器 等对获取高质量指纹图像提供了良好的技术保障,具有很好实用价值。同时,更先进的指纹图 像传感器亦在研发 ,目的是获得足够的指纹细节 ,并使指纹图像达到较高分辨力 ,提高指纹识 别准确性、可靠性。 指纹传感器按传感原理, 即指纹成像原理和技术, 分为光学指纹传感器、 半导体电容传感器、 半导体热敏传感器、半导体压感传感器、超声波传感器和射频 RF 传感器等。 1.2. 现在: 指纹识别技术虽然已日渐成熟,图像处理及模式识别技术已经得到很好的解决,但实际 上,作为指纹识别的核心技术仍然存在许多尚未解决的难题,尤其是残缺、污损的指纹图像 的识别的鲁棒性、 适应性方面不能令人满意, 指纹识别系统将随着更小更廉价的指纹输入设 1 备的出现、计算能力更强更廉价的硬件以及互联网的广泛应用而进一步拓宽其应用,其中, 能适应联网在线指纹自动识别系统的应用算法有待进一步改进, 多种指纹识别方法的集成应 用以及包括指纹是被的多种生物特征鉴定的集成应用也将是今后研究发展的方向,近年来, 国外指纹识别相关研究又有升温的趋势,因此,未来几年仍然是一个重要的、极具挑战性的 模式识别研究课题。 目前指纹传感器只要分为两类,同时也是较为常见的指纹传感器: 1.光学指纹传感器 2.半导体指纹传感器 其中半导体指纹传感器又分为温差感应式指纹传感器和电容感应式指纹传感器 光学指纹传感器: 借助光学技术采集指纹是历史最久远、 使用最广泛的技术, 主要是利用光的折摄和反射原理, 将手指放在光学镜片上,手指在内置光源照射下,光从底部射向三棱镜,并经棱镜射出,射 出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样。 用棱镜将其投射在电荷耦合器件上 CMOS 或者 CCD 上,进而形成脊线(指纹图像中具有一 定宽度和走向的纹线)呈黑色、谷线(纹线之间的凹陷部分)呈白色的数字化的、可被指纹 设备算法处理的多灰度指纹图像。 半导体指纹传感器将在下文中介绍。 1.3. 未来: 1.3.1. 半导体指纹传感器的特征及发展方向 半导体指纹传感器因其制造工艺复杂,单位面积上传感单元多,包含高端的 IC 设计技 术、大规模集成电路制造技术、IC 芯片封装技术等,所以半导体指纹传感器几乎全部是由 IC 技术发达的国家或地区,如美国、欧洲、台湾等地设计、制造的。一颗不足 0.5 平方厘米 的晶片表面集成了 10000 个以上的半导体传感单元。 内部还包括了自动增益电路和逻辑控制 芯片,以及串行、并行、USB 等接口电路。目前半导体指纹传感器的灵敏度高,分辨率也 达到了 500dpi 或以上。其功能已经突破了单一的传感能力,加上软件配合,可以用做全向 导航器。 半导体指纹传感器目前朝小型化方向发展。