光学指纹仪的工作原理

光学指纹扫描仪的工作原理

指纹扫描仪系统有两项基本工作：一是需要获得手指的图像，二是需要确定该图像中的嵴纹和波谷是否与以前扫描图像中的嵴纹和波谷相吻合。

获得一个人的指纹图像有多种方法。现在最常用的方法就是光学扫描和电容扫描。这两种扫描方法以完全不同的方式工作，但都会得到同一种图像。下面就主要说一下光学指纹扫描仪的工作原理。

光学扫描仪的核心部件是电荷耦合设备（CCD），这与数码相机和摄像机中使用的光传感器系统是相同的。CCD 只不过是一组光敏二极管（称为光敏器件），这种器件在光子的作用下可以产生电信号。每个光敏器件记录一个像素，即一个代表射中该点的光束的微小圆点。明暗像素共同构成了扫描场景（例如一个手指）的图像。通常，在扫描仪系统中有一个模数转换器，用来处理模拟电子信号以产生该图像的数字表现形式。

扫描仪配有光源，通常为一组发光二极管，用来照亮手指的嵴纹。当你将手指放在玻璃板上时，扫描过程就开始了，CCD相机便将指纹照片拍摄下来。实际上CCD系统产生的是手指的倒像，较暗的区域代表较多反射光线（手指的嵴纹），较亮的区域代表较少的反射光线（手指的波谷）。

在比较指纹与存储数据之前，扫描仪处理器要确保CCD拍摄到了清晰的图像。它会检查像素暗度的平均值或者一个小样本的整体值，如果图像整体太暗或太亮，该次扫描便会被放弃。于是扫描仪调整曝光时间以允许更多或者更少的光线进入，再扫描一次。

如果暗度合适，扫描仪系统会继续检查图像的清晰度（指纹扫描的锐度）。处理器将查看在图像上沿垂直和水平方向移动的若干直线。如果与嵴纹垂直的线由非常暗的像素和非常亮的像素交互组成，那么就意味着指纹图像有很好的清晰度。

在处理器发现图像清晰并且曝光正确的情况下，它会继续将捕获的指纹与文件上的指纹进行比较。我们很快将了解这个过程，但是首先让我们来看看另一种主要的扫描技术——电容扫描仪。

对于其他系统来说有很多的优点。例如：

伪造物理特征比伪造身份证要难很多。

不可能像猜出密码一样猜测出指纹图案。

不会像遗失出入卡一样遗失指纹、虹膜或者声音。

不会像忘记密码一样忘记指纹。

然而，虽然指纹扫描仪很有效，但不排除它们有出错的可能性。实际上它们确实有一些缺点。光学扫描仪不能每次都区分开指纹图像和指纹本身，而电容扫描仪有时可能被一个指纹模型欺骗。如果某人获得了某授权用户的指纹，这个人就可以骗过扫描仪。最坏的情况，罪犯甚至可能砍下某人的手指以进入扫描仪安全系统。一些扫描仪还有另外的脉冲和热传感器来检测手指是否是真的，而不是一个模型或者肢解手指，但是这些系统甚至也可能被真实手指的明胶指纹模型欺骗。

要使这些安全系统更可靠，一个不错的方法是：将传统的认证方法如密码（同ATM需要银行卡和PIN号码一样）与生物学分析法结合起来。但是如果遗失了信用卡或者无意中告诉了别人您的秘密PIN号码，还可以办理新的卡或者更改密码。但是如果某人盗取了您的指纹，您的余生就真的很不幸了。您没办法得到新的指纹。因此，除非您能完全确定所有的副本已经毁灭了，不然您就再也不能使用指纹作为一种身份识别形式。

尽管有着重大缺点，指纹扫描仪和生物安全系统仍不失为身份识别的极好方法。将来，它们

很有可能像今天的钥匙、ATM卡和密码一样，成为每个人日常生活的必要部分。在电影中，自动化指纹分析器经常将不同的指纹图像重叠在一起以寻找匹配图像。这并不是比较指纹的实用方法。事实上，这种做法很少得到完美的图像重叠，污迹便可能使得同一指印的两幅图像看起来很不同。另外，比较分析整个指纹图像是否匹配往往会浪费很多处理能力，也会使得窃取指纹数据更加容易。

扫描仪系统软件使用高度复杂的算法来识别和分析这些小花纹。基本思想是测量小花纹的相对位置，这与通过星星的相对位置来识别一部分天空的方法一样。一个简单的思考方法是看您在小花纹之间划直线时各种小花纹形成的形状。如果两个指纹图像有三个嵴纹末端和两个交叉，以同样的尺度形成同样的形状，则很可能它们是同一个指纹图像。要获得匹配，扫描仪系统不必查看样本和记录中指纹图像的全部小花纹，只需要确定两个指纹图像中有足够数量的相同小花纹就行了。具体的数量根据扫描仪程序的不同而不同。