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指纹识别技术的主要种类有哪些?

发布日期:2019-07-17
指纹识别技术的主要种类有哪些?

目前,市场中应用的指纹图像的获取技术主要有光学扫描设备、温差感应式指纹传感器、半导体指纹传感器及超声波指纹扫描等。

 

一、光学识别技术

 

借助光学技术采集指纹是历史最久远、使用最广泛的技术。将手指放在光学镜片上,手指在内置光源照射下,用棱镜将其投射在电荷耦合器件(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、可也被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。

 

光学的指纹采集技术有明显的优点:它已经过较长时间的应用考验,一定程度上适应温度的变异,可达到500DPI的较高分辨率等,最主要是价格低廉。也有明显的缺点:由于要求足够长的光程,因此要求足够大的尺寸,而且过分干燥和过分油腻的手指也将使光学指纹产品的效果变坏。

 

光学指纹传感局限性表现于潜伏指印方面(潜伏指印是手指在台板上按完后留下的),不但会降低指纹图像的质量,严重时还可能导致2个指印重叠,显然,难以满足实际应用需要。此外,台板涂层及CCD阵列会随时间推移产生损耗,可能导致采集的指纹图像质量下降。但是具有无法进行活体指纹甄别、对干湿手指的适用性差等缺点。

 

光学指纹识别系统由于光不能穿透皮肤表层(死性皮肤层),所以只能够扫描手指皮肤的表面,或者扫描到死性皮肤层,但不能深入真皮层。在这种情况下,手指表面的干净程度,直接影响到识别的效果。如果,用户手指上粘了较多的灰尘,可能就会出现识别出错的情况。并且,如果人们依照手指,做一个指纹手模,也可能通过识别系统,对于用户而言,使用起来不是很安全和稳定。

 

二、温差感应式识别技术

 

温差感应式识别技术是基于温度感应的原理而制成的,每一个像素都相当于一个微型化的电荷传感器,用来感应手指与芯片映像区域之间某点的温度差,产生一个代表图像信息的电信号。

 

它的优点是可在0.1s内获取指纹图像,而且传感器体积和面积最小,即目前通常所说的滑动式指纹识别仪就是采用该技术。缺点是:受制于温度局限,时间一长,手指和芯片就介于一致的温度了。

 

三、半导体硅感技术(电容式识别技术)

 

20世纪90年代后期,基于半导体硅电容效应的技术趋于成熟。硅传感器成为电容的一个极板,手指则是另一极板,利用手指纹线的嵴和峪相比于平滑的硅传感器之间的电容差,形成8bit的灰度图像。

 

电容传感器发出电子信号,电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层,直达手指皮肤的活体层(真皮层),直接读取指纹图案。由于深入真皮层,传感器能够捕获更多真实数据,不易受手指表面尘污的影响,提高辨识准确率,有效阻止辨识错误。半导体指纹传感器包罗半导体压感式传感器、半导体温度感应传感器等,其中,应用最广泛的是半导体电容式指纹传感器。

 

半导体电容传感器根据指纹的嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同,来判断什么位置是嵴什么位置是峪。其工作过程是通过对每一个像素点上的电容感应颗粒预先充电到某一参考电压。

 

当手指接触到半导体电容指纹表现上时,因为嵴是凸起、峪是凹下,根据电容值与距离的关系,会在嵴和峪的地方形成不同的电容值。然后利用放电电流进行放电。因为嵴和峪对应的电容值不同,所以其放电的速度也不同。

 

嵴下的像素(电容量高)放电较慢,而介于峪下的像素(电容量低)放电较快。根据放电率的不同,可以探测到嵴和峪的位置,从而形成指纹图像数据。

 

与光学设备多采用人工调整改善图像质量不同,电容传感器采用自动控制技术调节指纹图像像素与指纹局部范围敏感程度,在不同环境下结合反馈信息生成高质量图像。由于提供了局部调整能力,即使对比度差的图像(如手指压得较轻的区域)也能也被有效检测到,并在捕捉瞬间为这些像素提高灵敏度,生成高质量指纹图像。

 

半导体电容指纹传感器优点为图像质量较好、一般无畸变、尺寸较小、易集成于各种设备。其发出的电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层,达到手指皮肤的活体层(真皮层),直接读取指纹图案,从而大大提高了系统的安全性。

 

半导体硅感技术最重要的优点是能够达到活体指纹识别。还可以在较小的表面上获得比光学技术更好的图像质量,在1cm×1.5cm的表面上获得200-300线的分辨率(较小的表面也导致成本的下降和能也被集成到更小的设备中)。体积小、成本低,成像精度高,而且耗电量很小,因此非常适合在安全防范和高档消费类电子产品中使用,也被称为光学以后的第二代指纹识别技术。

 

四、超声波识别技术

 

超声波指纹采集是一种新型技术,其原理是利用超声波具有穿透材料的能力,且随材料的不同产生大小不同的回波(超声波到达不同材质表面时,也被吸收、穿透与反射的程度不同)。因此,利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异,就可以区分指纹嵴与峪所在的位置。

 

超声波技术所使用的超声波频率为1×104Hz-1×109Hz,能量也被控制在对人体无损的程度(与医学诊断的强度一致)。超声波技术产品能够达到最好的精度,它对手指和平面的清洁程度要求较低,但其采集时间会明显地长于前述两类产品,而且价格昂贵,也并不能做到活体指纹识别,所以目前使用稀少。

 

微光学式指纹识别技术

 

当前无论是的主流——电容式指纹识别传感器,还是新秀——超声波式指纹识别传感器,都需要额外的指纹传感器,只是前者需需在屏幕上开孔,后者可以隐藏在屏幕下面而已。

 

 

2017年,苹果公司和汇顶科技推出了基于微型光学感测技术的指纹识别技术,这种技术巧妙地将显示屏和指纹传感器的融合于一体,支持全屏幕多处进行指纹识别。

 

指纹识别传感器的工作原理“始”于光学式,“盛”于电容式,“延续”于超声波式和微型光学式。转了一圈,目前又回到了光学感测的路子上来了,不同的是,如今的微型光学感测技术先进性完全能引起智能手机的全“面”革新。微型光学式指纹传感器的原理是什么?汇顶科技和苹果采用的技术是有所差异的,汇顶科技暂未透露出细节,不过我们可以就苹果采用的MicroLED技术来了解一番。

 

2012年前MicroLED技术还停留在实验室研发阶段。随着苹果公司于2014年5月收购拥有MicroLED多项专利技术的LuxVue公司,市场对该项技术的关注度达到了空前的高度。MicroLED技术,即LED微缩化和矩阵化技术。指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列,显示屏每一个像素可定址、单独驱动点亮,将像素点距离从毫米级降低至微米级。

 

MicroLED display,是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化,其尺寸仅在1~10μm等级左右,再将MicroLED批量式转移至电路基板上,其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上;再利用物理沉积制程完成保护层与上电极,即可进行上基板的封装,完成结构简单的MicroLED显示。

 

根据美国专利和商标局于在2017年2月14日公布苹果公司美国专利号为9570002“集成红外二极管的交互式显示面板”,展示了采用MicroLED传感技术的触摸显示屏与其如何达到指纹识别技术功能。

 

具体而讲,单独的红外发射管与传感二极管连接做为驱动,选择电路用于创建子像素电路。由于其体积小,这些红外二极管可以与RGB LED嵌入显示基板,或者装置在微型芯片上后再集成到所述基板。

 

在进行指纹识别操作时,集成有交互像素(所谓的“交互像素”,这种子像素排列可以将红、绿、蓝、红外发光二极管、红外探测器,与其它颜色的阵列集成在分辨率非常高的面板)的屏幕的某一特定区域或者某几行扫描到用户的指纹信息。

 

当该距离达到完全能感应到的距离,将生成位图并通知系统近似定位数据。在某些情况下,位图包罗入射光强度信息,允许对对象及其表面进行深层分析。例如,通过检查位图的暗点和亮点,样本系统可以检测用户指纹中相应的脊线和皱褶。从而达到指纹识别的功能。

 

指纹识别技术是生物识别技术的主流技术,是身份认证的主流技术,它在每一个行业得到了广泛的应用。目前用指纹功能的设备,必须有一个物理键让你扫描一个指纹,但随着触控和显示芯片的发展,高度集成化,未来的发展趋势是任何位置,我们可以在屏幕上完成的指纹识别。嵌入式指纹识别出目前核心,所以任何限制不影响设备生产企业的工业设计的设备。随着指纹识别和触摸显示技术的融合越来越成熟,它也将越来越广泛,例如,快速付款、识别、个性化偏好定制等,很可能将密码用指纹识别技术所取代。

 

 

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