指紋采集技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

武婷婷　胡文港　劉一緯

摘 要：指紋作為一種身份識(shí)別的工具在很久以前已經(jīng)被應(yīng)用到日常生活中，但早期由于技術(shù)的局限性，指紋的采集精度不夠，因此應(yīng)用面比較窄。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子器件也飛速的發(fā)展起來(lái)，并逐步被應(yīng)用到指紋信息采集器中，大幅度的提高了指紋信息采集的效率和可靠度。

關(guān)鍵詞：指紋；指紋采集；傳感器

1 背景

指紋，是指人的手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋線，紋線有規(guī)律的排列形成不同的紋型，由于其具有終身不變性、唯一性和方便性，已幾乎成為生物特征識(shí)別的代名詞。由于每個(gè)人的指紋不同，就是同一人的十指之間，指紋也有明顯區(qū)別，因此指紋可用于身份鑒定。其實(shí)，我國(guó)古代早就利用指紋（手印）來(lái)簽押。

2 早期的指紋采集技術(shù)

當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)指紋有唯一性這個(gè)特點(diǎn)之后，便開(kāi)始逐步把指紋應(yīng)用于個(gè)人身份的識(shí)別，這也就是人們通常所說(shuō)的簽字畫(huà)押。中國(guó)古代對(duì)指紋的應(yīng)用可以追溯到很早以前，當(dāng)時(shí)大多應(yīng)用于罪犯在供詞上留下自己的指紋以表示承認(rèn)供詞上所述內(nèi)容。之后慢慢慢擴(kuò)大應(yīng)用到簽訂各種交易合同，在合同上留下指紋代表自己同意并遵守合同上所寫(xiě)的內(nèi)容，這種應(yīng)用一直沿用到今天還在繼續(xù)使用。

早期的指紋采集方法比較簡(jiǎn)單，大多是通過(guò)油墨指壓方式完成，即將待采集指紋的手指涂上油墨，然后手指直接按壓在紙上，拿去手指，指紋便顯現(xiàn)在紙張上，通過(guò)收集紙上按壓的指紋印記建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，這種指紋圖像采集方式簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)也很明顯，即采集裝備復(fù)雜，且精度不高，而且在后期查找和應(yīng)用的時(shí)候很不方便。

3 現(xiàn)代的指紋采集技術(shù)

指紋無(wú)疑是一種很好的識(shí)別身份的工具，但是因?yàn)樵缙鹂茖W(xué)技術(shù)的限制，指紋的采集和后期是查找比對(duì)比較困難，因而限制了指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致指紋的應(yīng)用不能達(dá)到應(yīng)有的水平。

隨著科技的進(jìn)步，電子器件的發(fā)展，傳感器被引入指紋圖像采集中，。光學(xué)指紋傳感、 熱敏指紋傳感、 超聲波指紋傳感等傳感技術(shù)，因?yàn)槠渚哂泻芨叩木_度和分辨率。使得應(yīng)用這些傳感器的指紋采集系統(tǒng)對(duì)指紋的采集更加精確。在加上與計(jì)算機(jī)高效的處理速率相結(jié)合，使得這中傳感器類電子指紋采集技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)并運(yùn)用到實(shí)際生活中。各個(gè)國(guó)家也逐漸運(yùn)用這種技術(shù)建立健全各國(guó)的國(guó)民指紋庫(kù)，現(xiàn)在指紋識(shí)別已經(jīng)被運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，特別是在刑事偵查方面為很多案件的偵破起到了非常關(guān)鍵的作用。現(xiàn)在在各種身份證明的辦理過(guò)程中，指紋采集已經(jīng)逐漸成為不可或缺的一部分。

4 幾種常見(jiàn)的指紋傳感技術(shù)

下面介紹幾種比較常用的指紋傳感技術(shù)：

1、光學(xué)指紋傳感技術(shù)

光學(xué)指紋傳感技術(shù)是最早出現(xiàn)的指紋傳感技術(shù)。如圖 1. 1 所示，它主要是依靠光的全反射原理完成指紋采集。當(dāng)指紋壓到玻璃上時(shí)，光源照射到相關(guān)玻璃棱鏡上，再通過(guò) CCD 接收到光源最后再形成指紋圖像。由于指紋脊線和谷線反射光的能量有很大的差異，所以此光學(xué)指紋傳感所形成的指紋圖像層次分明，脊線谷線的區(qū)分較明顯。目前，光學(xué)指紋傳感技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到采用纖維光束、 全息影像完成指紋采集。通過(guò)準(zhǔn)確定向指紋，指紋采集裝置能夠直接獲取待采集指紋的三維數(shù)據(jù)。

2、CMOS 壓感傳感技術(shù)

CMOS 壓感傳感技術(shù)作為半導(dǎo)體傳感技術(shù)的代表性技術(shù)，近年來(lái)在指紋圖像采集領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。從一幅二維指紋圖像上看，脊線和谷線在圖像存在距離的差異。但是，如果增加一維，脊線和谷線在高度上卻有著明顯區(qū)分。CMOS 壓感傳感技術(shù)就充分利用了三維指紋圖像的這一特點(diǎn)。當(dāng)手指按壓采集裝置的采集單元時(shí)，由于脊線和谷線距離采集單元的高度不同，將產(chǎn)生了不同大小的感應(yīng)電容。利用 A/D 電路將大小不同的感應(yīng)電容進(jìn)行采樣與轉(zhuǎn)換，就能夠得到與指紋對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像，圖 1.2 給出了這種傳感技術(shù)的原理圖。

目前，CMOS 壓感傳感技術(shù)已經(jīng)被廣泛集成到指紋筆記本電腦、 指紋鍵盤(pán)、 指紋鼠標(biāo)、指紋保密 U 盤(pán)等電子設(shè)備中。

3、熱敏傳感技術(shù)

熱敏傳感技術(shù)主要是利用手指上的紋理在接觸到傳感器時(shí)產(chǎn)生溫度差異來(lái)進(jìn)行指紋采集的。當(dāng)手指放在傳感器上面的時(shí)候，由于脊線能夠直接接觸到傳感器，而谷線與傳感器之間有空氣不能直接接觸，這樣就會(huì)導(dǎo)致傳感器接受到的溫度會(huì)產(chǎn)生差異。然后，依靠這方面的溫度的差異最終產(chǎn)生指紋圖像。此種技術(shù)受到外界環(huán)境的影響比較大。潮濕的空氣由于含有水量比較大，便于熱的傳導(dǎo)，所以潮濕的環(huán)境比干燥的環(huán)境采集的效果更好。此外，手指的本身的溫度也會(huì)影響指紋采集的效果。由于指紋按壓和進(jìn)行直掃動(dòng)作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生額外的熱量。而這部分的熱量的大小又與手指本身的溫度息息相關(guān)，所以不同的手指的溫度會(huì)影響最終指紋圖像的采集效果。熱敏傳感技術(shù)有個(gè)比較大的優(yōu)點(diǎn)是，由于其對(duì)溫度敏感，所以對(duì)于那些偽造的無(wú)熱量的替代型指紋，具有很好的防偽效果。

此外現(xiàn)在得到廣泛發(fā)展的指紋采集技術(shù)還有超聲波傳感技術(shù)，紅外傳感技術(shù)，電感傳感技術(shù)等等。

5 結(jié)語(yǔ)

指紋從被應(yīng)用一直發(fā)展到今天，經(jīng)歷了一代又一代的改革進(jìn)步，如今在身份識(shí)別方面，指紋識(shí)別已經(jīng)發(fā)展成為一種非常具有說(shuō)服力了識(shí)別工具被運(yùn)用到日常生活中。不過(guò)這當(dāng)然也少不了指紋采集識(shí)別技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)的結(jié)果，隨著科技的不斷進(jìn)步，相信指紋的作為一種有效的身份識(shí)別工具，一定會(huì)被應(yīng)用的更加廣泛。

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