指纹识别芯片的基本原理及应用

指纹识别技术
电容传感器识别
• 利用指纹的脊和谷相对半导体的距离不同而造成电容值的不同 ，将其转化为电压记录下来就可以得到指纹的灰度图像。
• 电容传感器对手指的干净度要求较高; • 传感器表面使用硅材料，容易损坏。 • 现在应用最普遍的技术。
指纹识别技术
超声波扫描识别 通过传感器发射微量的射频信号 利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，可以区分指纹脊与谷 穿透手指的表皮层获取里层的纹路以获取信息; 这种方法对手指的干净程度要求较低。
iPhone的指纹可以锁手机、锁应用、登录云，Apple Pay/支付宝等应用 安全度：ARM TrustZone技术是在CPU里增添一个安全区域隔离数据和应用，确保安全
指纹识别发展趋势及应用现状
指纹识别应用
解锁
登陆
指纹 识别
支付
启动应 用
指纹识别安全机制
不保存用户指纹数据 只记录特征码模板 特征码在传输存储的时候采用加密算法 指纹模板数据只能写入和删除，不能读取和修改 采用ARM TrustZone安全技术，从硬件上隔离Soc和软件
2. 指纹特征点的匹配： 指纹匹配问题转化为点匹配问题，同一个手指的两幅样本图像，由于
按压时手指位置、方向和力度的不同，可能造成指纹图像的平移、旋转和 非线性形变，因此基于校准的匹配算法理论简单而又有效。
指纹识别技术
采集方式比较
滑动式
• 将手指从传感器上划过，获得整个手指的指纹 • 优点是：成本低、易集成，可采集大面积图像，应用传统的特征点算法 • 缺点是：需要客户有一个连贯规范动作采集图像，体验效果比较差；
按压式
• 手指平放在设备上以便获取指纹图像。 • 优点是：按压式的优点是客户体验好 • 缺点是：成本高，集成难度大，一次采集图像面积相对较小，没有足够
的特征点，需要用复杂的图像比对算法进行识别。
指纹识别发展趋势及应用现状
指纹识别的关键指标
使用寿命
识别速度
成像质量
安全性
关键指标
宽容度
电气特性Baidu Nhomakorabea
应用度
识别速度：指传感器识别从接触到识别出结果的时间； iphone的检测时间为323毫秒到365毫秒之间
指纹识别基本原理
局部特征
局部特征是指指纹上的节点的特征，这些具有某种特征的节点称为 特征点。指纹纹路并不是连续的、平滑笔直的，而是经常出现中断、分 叉或打折。这些断点、分叉点和转折点就称为“特征点”。
两枚指纹经常会具有相同的总体特征，但它们的局部特征（特征点）， 却不可能完全相同。就是这些特征点提供了指纹唯一性的确认信息。 终结点（Ending）：一条纹路在此终结。
指纹识别技术在3C产品中的未来发展
集成在屏幕中的指纹识别
苹果指纹识别专利描述 一种能让用户指纹在显示屏上的几乎所有位置都可被识别——而非只能在固定位置被识 别——的技术。这项专利所描述的是一种“指纹脊线和谷线之间的电场差异”能如何被应 用于电容显示屏的技术，说得直白一点就是手机屏幕任意位置都是指纹识别区域。
分叉点（Bifurcation）：一条纹路在此分开成两条或更多的纹路。
分歧点（Ridge Divergence）：两条平行的纹路在此分开。
孤立点（Dot or Island）：一条特别短的纹路，以至于成为一点。
环点（Enclosure）：一条纹路分开成为两条之后，立即有合并成为一条，
这样形成的一个小环称为环点。
二. 指纹识别技术
指纹识别系统的构成
二. 指纹识别技术
2.1 指纹的采集技术
• 光学 • 硅晶体传感器 • 超声波 • 其他类型
指纹识别技术
光学识别 光学识别是较早的指纹识别技术； 而且受手指表面是否干净影响较大。 只能到达皮肤的表皮层，而不能到达真皮层； 基于光学发射装置发射的光线反射后获取数据；
指纹识别基本原理
基本原理
指纹是比较复杂的。指纹识别算法最终归结为在指 纹图像上找到并比对指纹的特征。指纹的特征定义 了指纹的两类特征以进行指纹的验证：总体特征和 局部特征。
指纹识别基本原理
全局特征
1.模式区是指指纹上包括了总体特征的区域，即从模式区 就能够分辨出指纹是属于那一种类型的。有的指纹识别算 法只使用模式区的数据。
指纹识别技术在3C产品中的未来发展
超声波指纹
超声波指纹技术与基于电容式触摸屏的指纹技术相比具有诸多独特优势，包括能够穿透由 玻璃、不锈钢、蓝宝石或塑料制成的智能手机外壳进行扫描，克服传统指纹因为汗水，油 脂，污垢而不能解锁手机的难题，技术虽好不过超声波指纹识别目前还不算完全成熟
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2.核心点位于指纹纹路的渐进中心，它在读取指纹和比对 指纹时作为参考点。许多算法是基于核心点的，既只能处 理和识别具有核心点的指纹。
3.三角点位于从核心点开始的第一个分叉点或者断点、或 者两条纹路会聚处、孤立点、折转处，或者指向这些奇 异点。三角点提供了指纹纹路的计数跟踪的开始之处。
4.指模式区内指纹纹路的数量。在计算指纹的纹数时，一 般先连接核心点和三角点，这条连线与指纹纹路相交的 数量即可认为是指纹的纹数。
指纹识别技术
报告纲要
指纹识别基本原理 指纹识别的应用现状和发展趋势 指纹识别在3C行业中的未来前景
2
指纹识别基本原理
应用背景
当今社会，电子设备和保密机构对更安全、更方便的身份认证和访问控 制的需求变得越来越紧迫。
传统的机械钥匙、“口令＋密码”以及智能卡等的保护措施存在着丢失、 遗忘、复制及被盗用的隐患
电气特性：指抗静电性能，一般要求大于15kv，否则易被击穿； 分辨率:一般至少要求256dpi，否则对细指纹不易分辩; 宽容度：对干湿手指的适应性,以及对环境的适应能力，温度、湿度等。 使用寿命: 传感器的使用寿命的要求一般要达到可使用100万次。 应用度：软件支持的应用种类多少
以电子商务、电子银行的安全认证为例，他人假冒当事人上网采购所造 成的欺诈案越来越多，并有孩子冒充家长上网采购的案例。
有学者推论： 以全球60亿人口计算，300年内都不会有两个相
同的指纹出现。指纹被称为“物证之首”，安全可靠。
指纹识别基本原理
指纹学术语
指纹：手指第一节(手指尖一节)指头表面乳突纹线。
指纹识别技术在3C产品中的未来发展
指纹识别解决方案
指纹识别技术在3C产品中的未来发展
隐藏于玻璃面板之下的指纹识别
三种隐藏式指纹识别技术 第一种是将指纹Sensor置于整个手机玻璃面板下面。 第二种则将玻璃面板掏个洞至0.2-0.3mm深，然后将Sensor装进去。 第三种更是将Sensor融合进玻璃之中。
短纹（Short Ridge）：一端较短但不至于成为一点的纹路。
指纹识别基本原理
指纹性质
1)确定性：指纹纹线的轮廓(纹型)和细节特征是基本不变的。
2)唯一性：由于指纹脊线的连接关系千变万化，因此，即使两个不同的 指纹有着相同的轮廓和相同数量的细节特征，它们的细节位置也是不可 能完全相同的。
3)可分类性：指纹的纹型，中心点和三角点之间的脊线数，以及细节特 征间的关系，都可作为分类的依据。
指印：手指第一节乳突线与承受客体接触时留下的印痕。
脊线：是手指上的特殊的皮肤花纹的隆线。
谷线：两个脊线之间低陷的部分。
细节特征：指纹中出现的各种特征。而根据其出现的概率及在处理过程中的
稳定性，我们最常采用的就是脊线端点和分叉点。
脊线分叉点
脊线端点
指纹识别基本原理
指纹分类
指纹的分类方法其中最典型的是利用指纹奇异点(核心点和三角点)进行 分类，根据指纹奇异点的个数、类型和相对位置来确定指纹的基本类型。指 纹分为六种主要的类型：拱形(arch)、帐型(tended arch)、左箕型(1eft loop)、右箕型(right loop)、双箕型(double whorl)和斗型(whorl)，如下 图。
指纹识别技术
采集技术比较
由于硅晶体电容传感器的成本最低，体积又小，因此得到了最为广泛的应用。
指纹识别技术
指纹图像预处理流程
指纹采集
否
质量评估
合格？ 是
图像切割
图像细化 图像二值化（分割）
图像增强
指纹识别技术
指纹图像预处理流程
指纹识别基本原理
特征提取和匹配
1.指纹的特征提取：
指纹图像经过预处理之后，得到了清晰的细化二值图，我们就可以在 此基础上对其进行特征提取了。用位置、类型和方向这几个参数描述细节 特征，才能进行后续的存储或者与已有的细节特征进行匹配。