指纹传感器的原理与应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com指纹传感矗的原理与应用过玉清(东华大学机械工程学院200051)摘要：本文由生物识别技术的基拳要求出发，对于各种不同类型的指纹传感器，从原理、结构、性能、应用等诸方面作了较为全面的分析与比较关键词：生物识别安全认证指纹传感器传统的身份鉴别方法，大多利用实物标识如钥通常以(2CD或CM(。)s摄像器件作为其敏感元件匙、证件、智能卡或是事先设定的电子信息如用户名(可参见本T1J2000年第2期《CMOS图像传感和密码之类。由于这类实物或信息容易失落、遗忘、器》)，因技术已趋成熟广泛应用于汽车、手机、机遭窃或伪造而造成种种安全问题，故而近年来

2、所谓顶盒、公文包和门禁系统等多种领域。的“生物识别技术”已经受到普遍重视并日有了很早期的光电式传感器因体积较大，多采用模块大发展。式结构作为独的外接装置，但其技术性能已可生物识别技术亦称“生物认证技术”，就是根据令人满意。如有一种采用棱镜折光的FP—l5型光电人体固有的某些生理特征如指纹、掌纹、虹膜、面卡甘、式指纹识别系统(I&E)。“登己''时间可少于3秒，嗓音等等实现人类个体身份攀别的方法。显然，此类“认汪’’时间1秒；“误斥率”(R)小于0．0l％而鉴别技术较诸传统方法的优势，丰要在于指纹等识“误纳率”(FAIR)小于0．001％。该系统由传感器和别主体与特定的人类个体具有不可

3、分离的特性，故控制器两部分组成，其尺寸分别为2l毫米X23毫此既无失窃之虞，又能免除诸如电脑录、网上交米X52毫米和46毫米X59毫米X5毫米，可参见易、电邮收发、信用消费之类所必须的大量广1令密码罔1。另有一种外形如鼠标大小的KC一901USB记忆之苦。桌指纹传感器(KSI)．有效面积19．1毫米X25．4由于各人的指纹互不相同且终生不变，与之相毫米，分辨率可达900点／寸，据称具有自动清除残关的理论研究也较为深入，所以指纹识别一直是生留指印的功能，适片j于}11算机、数据库、l舣J络及电子物认证技术的主流。指纹识别通常包括两步过程：首商务的安全认证。先利用指纹传感器采集指纹以生成

4、指纹图像，并由软件提取其数字特征保存为“模板”文件，从而完成指纹的“登记”；此后便可随时将最新采集的指纹同“模板”由软件进行比对以计算其匹配结果，从而完成指纹的“认证”。不言而喻，指纹认证技术的应用效果，在很大程度上取决于传感器性能的优劣。本文便将针对目前存在的各类指纹传感器，从原理、结构、性能、应用等诸方面作一较为全面的分析比较。光电式器件光电式指纹传感器较早使用于安伞认证产品，图1FP一15l、形欢迎投稿E—ma_1．aic@asianInf。．c。m．cn⋯⋯⋯⋯⋯·窜⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··2。。5年6月维普资讯http://www.cqvip.com⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯集成Ap

5、pli礴用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯新型光电式器件的体积已经大为减小，可以用USB读卡器、可用于因特网的软件安全系统以及适于当前流行的各类嵌入式系统。如有一种“指纹扫用于嵌入式系统的板卡套件等产品。描感应器”(Delsy)采用所谓的“直接光学扫描技“指尖”(FingerTip)传感器(Infineon)是一种术”，就是利用光纤矩阵将用户指尖在传感器表面与之类似的器件，其有效面积为l4．3毫米X11．1毫形成的反射光线直接传送至CMOS摄像器件而产米，288X224像素；采用2l脚模块封装，尺寸为21生l0位黑白图像信号。该器件本身仅厚1毫米，附毫米×18毫米x1．5毫米；配有适用于Window

6、s平带8位并行接口，与多种微处理器与DSP相容；有台的软件开发包。效面积l2毫米X18毫米，240×360像素，分辨率为另有一种“碰擦”式指纹传感器如MBF300(富500点／寸，“认证”时间少于1秒；可在照度为0士通)之类，其有效区域为狭长的矩形，T作时指尖至30000勒克斯的环境中正常工作，防护等级达到须在器件表面滑移一次以完成扫描过程。此类器件IP68因有效面积较小而有助于降低成本，但是增加了图像重组的难度。MBF300的分辨率也为500点／寸，电容式器件T作电压2．8至5伏，待机功耗仅50微瓦。整个传电容式指纹传感器的原理，是测量制作于硅片感器长128毫米，宽20毫米，片内自

7、带一个8位通表面之“极板”阵列与手指之间的电容。指尖按在用单片机以及USB和SPI接口。目前主要用作计算传感器表面时，指纹的“脊”形成的电容要比“谷”机和汽车的“指纹锁”或者智能卡的安：认证。来得略大，利用该电容阵列的充电与放电过程，便能获得指纹的数宁图像信号，可参见图2。显然，指尖热导式器件与硅片接触得越紧密，指纹图像的对比度就越高，但热导式指纹传感器的结构同电容式颇为相似，是设计实用的传感器时，还必须考虑传感器表面的但其系由像素温差而非电容来捕获指纹图