关于指纹传感器的调查报告

关于指纹传感器的调查报告

指纹传感器是获取指纹图像的专用器件，用以实现指纹自动采集,在自动指纹识别系统中起着关键作用。指纹传感器是指纹图像的自动采集和生成部分，是指纹识别产品的数据输入端。绝大多数指纹传感器通过光学扫描、半导体热敏、半导体电容等三种主要传感技术采集指纹图像。

指纹传感器的发展现状

我国生物（指纹）识别技术发展相对于美国、日本要晚10-20年的时间，指纹识别产品在我国最早出现是在90年代初期，当时只是寥寥数十家，而产业化起步应该是2000年以后。

到2000年，随着移动存储设备等数码类产品的大量使用，指纹技术与数码类产品结合应用的局面才铺开，所以指纹识别产业在我国，目前仍处于形成阶段，如果说2004年之前处于从点到线的状态，那么2004年之后指纹产业开始了从线到面的发展。

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。

指纹传感器分类、原理及优缺点：

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。

目前指纹传感器只要分为以下几类，同时也是较为常见的指纹传感器：

1 光学指纹传感器

始于1971年的光学传感器是研究最早、应用最广泛的指纹图像传感器。其技术关键是光的全反射，手指置于加膜台板，照射到压有指纹的玻璃表面时，反射光经电荷耦合器件转换为相应电信号，并传输后端进一步处理。其中，反射光强度取决于两方面因素：压在玻璃表面指纹的脊和谷的深度、皮肤与玻璃间的油脂和水分。

由于光线经玻璃照射到谷的区域后在玻璃与空气的界面发生全反射至CCD，而射向脊的光线被脊与玻璃的接触面吸收或者漫反射到其他地方，这样，即可利用CCD将有深色脊和浅色谷构成的指纹图像转换成数字信号。当然，为获得较高质量的指纹图像，还需采用自动或手工方式调整图像亮度等。

光学指纹图像传感器优点主要表现为经历长期实用检验、系统稳定性较好、成本亦较低、能提供分辨力为500dpi的图像。能实现较大区域的指纹图像采集，有效克服大面积半导体指纹传感器价格昂贵缺点。但指纹图像采集区域较大时所需焦距亦较长，采集设备体积需随之增大，否则会导致采集的图像边缘线形发生扭曲。

该传感器局限性主要体现于潜在指印方面（潜在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。

随着光学技术发展，一些新颖的技术手段亦已应用于指纹图像的采集，这样，能显著减小光学指纹传感器的体积。例如：将纤维光束垂直照射指纹表面，探测其反射光；或将含有微型棱镜矩阵的表面安装于弹性平面，手指压该表面时，脊和谷压力的不同导致微型棱镜表面改变，这种变化通过棱镜的光反射体现出来，进而实现指纹图像采集。

光学指纹传感器特有的高安全系数使得其运用极为广泛，从事该技术开发及应用的企业较多，中科院长春光机所和美国Identix是其中较突出的开发公司。目前，应用最广泛的是

美国Digital Persona公司U．are．U系列，它集成精密光学系统、发光二极管、半导体摄像头等，具有三维活体特点，能接收各个方向输入的指纹，即使指纹旋转180°亦可接收。需特别指出的是，虽然大多数公司都利用光学技术采集指纹图像，但其发展趋势是新颖的、高质量的半导体指纹传感器。

2 半导体指纹传感器

始于1998年的半导体指纹传感器应用多种新颖技术手段实现指纹图像采集，包括半导体电容式传感器、半导体压感式传感器（其表层是富有弹性的压感介质材料，依指纹凹凸转化为相应电信号，并产生具有灰度级指纹图像）、半导体温度感应传感器（通过感应压在设备上的脊和远离设备的谷间温度差异获取指纹图像）等，其中，应用最广泛的是硅电容式指纹传感器。

与光学设备多采用人工调整改善图像质量不同，半导体指纹传感器采用自动控制技术调节指纹图像像素行及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。

硅电容式指纹图像传感器技术基础是电容值检测，包括常用的直流电容法，交流电容法。与光学传感器扫描指纹不同，硅电容式指纹传感器通过测量传感器与手指接触／非接触所产生电流变化（电子度量）检测有无指纹，并根据指纹峰、谷等纹理信息实现高可靠性图像搜索。

其技术关键：在半导体金属阵列集成约100000个电容式传感器（外层绝缘），传感器阵列每一点是个金属电极，相当于电容器阳极；手指放在上面时，皮肤组成电容另一极，传感面形成两极间介电层。电容值随脊（近的）和谷（远的）相对于传感器阵列的距离而改变。由于指纹纹路深浅不同，硅表面电容阵列各电容值亦有异，该电容值被转换成8bit灰度图像，测量并记录各点电容值，即可获得具有灰度级指纹图像。

当然，各厂商可能采用不同形式电容方法开发产品，其中，技术新颖且先进的首推Veridicom公司推出的ImageSeekTM，它通过改变指纹传感器电容阵列参数，能在1s内扫描多帧指纹图像，并自动选择图像质量最好的。该技术能适应各种复杂指纹，并能在各种环境下获得从干手指到湿手指的高质量指纹图像，从而显著减低指纹识别系统误识率、拒识率。

作为该技术具体应用而推出新颖的、性能优异的自动指纹图像质量提取的传感器

FPS200，它由256列，300行电容传感阵列组成，分辨力高达500dpi，内含用于采集指纹图像的采样保持电路，通过检测各传感单元每次充电、放电后的电压差可获得相应传感单元电容值。每次捕捉各行图像后，该行各传感单元内就相应存放待数字化电容值，这样，通过调整放电电流大小和放电时间即可改善FPS200灵敏度。

其高性能、低成本、微功耗、小尺寸等特性非常适合便携式产品要求，可广泛用于指纹认证、门禁控制、网络登录等。半导体指纹传感器特有的优点吸引了Sony，Infineon等知名公司，并开发出各具特色的产品。当然，作为极具潜力、代表未来发展方向的指纹传感器也存在一定局限性，表现为易受静电影响，严重时，传感器可能采集不到图像，甚至本身也会被损坏；手指汗液盐分或其他污物，以及手指磨损等均会造成图像采集困难，其耐磨性亦不及玻璃；大面积制造成本较高，故取像区域较小；传感器稳定性，特别是次最优性能等方面有待进一步验证。

3 超声波指纹传感器

超声波指纹传感器是目前精度最高、准确性最好的指纹图像采集器件。技术关键：超声波扫描指纹表面后，由相应接收设备获取反射信号，由于指纹脊和谷超声波阻抗不同，因而，反射到接收器的超声波能量亦各异，测量该超声波能量大小即可获得相应指纹图像。与光学