指纹识别-光学及电容传感器优劣对比报告

1、光学指纹传感器简介 (1)
1.1光学指纹传感器的原理 (1)
1.2光学指纹传感器的优缺点 (1)
1.3光学指纹传感器的应用 (2)
1.4光学指纹传感器最新动态 (2)
1.5 楼宇对讲厂家使用指纹识别状况 (2)
2、半导体指纹传感器简介 (2)
2.1半导体指纹传感器的基本原理 (3)
2.2半导体指纹传感器的分类 (3)
2.3半导体指纹传感器的优缺点 (3)
2.4半导体指纹传感器的特征及发展方向 (3)
3、指纹传感器主要性能指标 (3)
4、光学与电容式指纹传感器性能比较 (4)
5、指纹传感器发展重点 (5)
纹传感器（又称指纹Sensor）是实现指纹自动采集的关键器件。

指纹传感器按传感原理，即指纹成像原理和技术常见主要分为两类，光学指纹传感器和半导体指纹传感器。

1、光学指纹传感器简介
1.1光学指纹传感器的原理
光学指纹传感器已经有近30年的历史，主要是利用光的折摄和反射原理，将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，光从底部射向三棱镜，并经棱镜射出，射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样。

用棱镜将其投射在电荷耦合器件上CMOS或者CCD上，进而形成脊线（指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线）呈黑色、谷线（纹线之间的凹陷部分）呈白色的数字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。

1.2光学指纹传感器的优缺点
目前国内的有厂家可以生产光学指纹传感器，光学指纹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500 dpi( dot per inch)的图像。

特别是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。

该传感器局限性主要体现三个方面：
A.假手指：用塑胶制成的假手指，能够在光学传感器上得到与真手指非常相近的指纹图像（解决红外线）
B.体积较大：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,能显着减小光学指纹传感器的体积（如：纤维光束微型三棱镜矩阵）
C.长期效果不好：于潜在指印方面,不但会降低指纹图像的质量,严重时,还可能导致两个指印重叠,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。

1.3光学指纹传感器的应用
光学指纹传感器的优点主要表现为抗静电能力强、系统稳定性较好、使用寿命长，灵敏度特别的高，并能提供高分辨率的指纹图像，技术也最成熟。

故现在多家公司都大量使用，主要用于指纹门锁，保险箱，汽车指纹防盗。

1.4光学指纹传感器最新动态
2015年美国CES展上，一款拥有2000PPI超高分辨率的光学指纹采集器吸引了全球手机厂商的目光。

这款由中国印象认知推出的名为UTFIS的超薄型光学指纹传感器，分辨率超越了目前市面上主流的电容式指纹传感器，是苹果手机指纹识别芯片的四倍。

且厚度仅有1.5mm。

UTFIS不仅继承了传统光学指纹传感器的优点，同时还通过超高的分辨率，实现了电容式指纹传感器所无法达到的安全级别。

指纹的特征通常可分为三级。

一级特征表示指纹的纹型、流向等宏观特征;二级特征表示指纹的Galton 细节，即纹线的分叉点、端点等特征;三级特征则是更高分辨率上的纹线属性，例如纹线的偏移、宽度、汗孔、边缘形状、断裂、褶皱、伤疤，以及其他的永久性特征。

使用第三级特征，至少要求指纹采集的分辨率达到1000ppi。

而UTFIS通过MAPIS技术获得2000ppi的采集分辨率，改变了传统指纹采集器匹配细节点的缺陷，成功实现汗孔识别，使得在智能手机上实现“三级特征”指纹识别的难题迎刃而解。

性能优越的UTFIS芯片必将开辟出一个属于光学指纹识别的欣欣市场，重新赢得投资市场及手机厂商的青睐。

1.5 楼宇对讲厂家使用指纹识别状况
有接触指昂和指安两家模组生产厂家，此两家采用的识别算法芯片都是用晟元的指纹算法芯片，传感器基本是使用瑞典的FPC。

楼宇对讲厂家目前有珠海竞争和柔乐的内外贸产品有采用光学指纹传感器模块。

指昂的销售人员讲道，竞争每个月和其拿上K的量用在其出口欧盟产品上。

还有一家指晶有自主的算法芯片，模组是自已开发生产。

2、半导体指纹传感器简介
半导体指纹传感器主要是利用电容、电场（也即我们所说的电感式）、温度、压力的原理实现指纹图像的采集。

具有价格低、体积小、识别率高等优点，但稳定性稍欠缺一些，常用于手机、电脑、汽车或房屋安全识别。

2.1半导体指纹传感器的基本原理
这类传感器，无论是电容式或是电感式，其原理类似，在一块集成有成千上万半导体器件的“平板”上，手指贴在其上与其构成了电容（电感）的另一面，由于手指平面凸凹不平，凸点处和凹点处接触平板的实际距离大小就不一样，形成的电容/电感数值也就不一样，设备根据这个原理将采集到的不同的数值汇总，就完成了指纹的采集。

2.2半导体指纹传感器的分类
（1）温差感应式指纹传感器它是基于温度感应的原理而制成的，每个单元传感器就代表一个像素，而整个集成指纹传感器又置于恒温控制下（该温度比体温略低些）。

当手指放在指纹传感器上时，由于指纹传感器的温度被控制在＋33℃以下，而指纹上脊点的温度就代表体温，指纹上谷点的温度就是周围的环境温度，因此脊点与传感器之间的温度差不等于谷点与传感器之间的温度差，通过扫描方式即可获取指纹图像。

这种传感器的扫描速率非常快，必须在很短时间（一般应小于0.1s）内获取指纹图像。

因为时间一长，手指和芯片就处于相同的温度了。

（2）电容感应式指纹传感器它是由电容阵列构成的，内部大约包含1万只微型化的电容器。

当用户将手指放在正面时，皮肤就组成了电容阵列的一个极板，电容阵列的背面是绝缘极板。

由于不同区域指纹的脊和谷之间的距离也不相等，使每个单元的电容量随之而变，由此可获得指纹图像。

2.3半导体指纹传感器的优缺点
半导体指纹传感器具有价格低、体积小、识别率高等优点，这些特有的优点吸引了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。

2.4半导体指纹传感器的特征及发展方向
半导体指纹传感器因其制造工艺复杂，单位面积上传感单元多，包含高端的IC设计技术、大规模集成电路制造技术、IC芯片封装技术等，所以半导体指纹传感器几乎全部是由IC技术发达的国家或地区，如美国、欧洲、台湾等地设计、制造的。

一颗不足0.5平方厘米的晶片表面集成了10000个以上的半导体传感单元。

内部还包括了自动增益电路和逻辑控制芯片，以及串行、并行、USB等接口电路。

目前半导体指纹传感器的灵敏度高，分辨率也达到了500dpi或以上。

其功能已经突破了单一的传感能力，加上软件配合，可以用做全向导航器。

半导体指纹传感器目前朝小型化方向发展。

2004年以前以1平方厘米见方的方型为主，目前多为滑动式SWIPE芯片。

全球最小的滑动式采集芯片只有12x5 mm,是由Authentec最近推出的1610。

3、指纹传感器主要性能指标
性能指标说明
成像质量指纹传感器成像质量是衡量指纹传感器性能的首要指标。

成像质量主要表现为对指纹图像的还原能力和去噪能力。

性能良好的指纹传
感器产生的图像"失真"和"形变"非常小，后续图像处理时可以忽略
不计。

分辨率是影响成像质量的第二个关键因素。

分辨率越高，也
就是单位面积上传感单越多，其获得的指纹图像就越细致真实。

对不同类型手指的适用能力由于不同手指指纹的纹路深浅不同，干湿度不同，污渍程度不同，老化程度不同。

指纹传感器需要能够对所有这些情况有效兼容，是其适用能力的表现。

当然不是所有指纹传感器都对这些类型手指作到"一网打尽"式的兼容，在选择指纹传感器时，需要针对应用场合的不同来选择。

对气候环境的适应性有的指纹传感器对潮湿和干燥的天气不能同时适应。

尤其在中国，地域宽广，各地气候相差较大。

在这种情况下，选择指纹传感器需要关注环境湿度和抗静电能力，即ESD参数。

ESD一般分为四个等级，第四级要达到15KV以上。

在南方湿度大的环境中使用时，需要关注其相对湿度方面的参数，确保指纹传感器可以工作正常。

图像采集速度采集速度表现为从手指放到传感器接触面后多长时间内完成一次指纹采集的时间，或者单位时间内可以采集的次数。

指纹采集速度的快慢直接影响到用户的使用体验。

使用寿命在考查指纹传感器使用寿命时，一是从器件本身的衰变考虑，二是
从指纹采集面的防磨损防腐蚀能力考虑。

一般的光学采集表面比较
怕磨损刮擦，而半导体传感的表面，都有坚固的涂层，保护芯片避
免划伤。

部分半导体指纹传感器表面可以用手指正常刮擦1000万
次以上。

对于需要经常在露天使用的指纹传感器，防腐蚀性能是需
要重点考虑的。

可装配性指纹传感的体积、外形和封装，以及使用对象（如劳工、军人与
OFFICE人员指纹的区别），对产品设计和生产也会产生较大影响。

在进行指纹传感器选型时，这些都需要综合考虑。

4、光学与电容式指纹传感器性能比较
性能指标光学指纹传感器电容指纹传感器
成像质量
干手指差，汗多和稍脏的手成干手指好，汗多和稍脏的
像模糊，玻璃膜易损坏手不能成像，表皮层取像，易
被静电击穿
体积大小
耐用性非常耐用容易损坏
耗电量较少一般
成本低一般
5、指纹传感器发展重点
5.1向高精度发展
5.2向高可靠性、宽温度范围发展
5.3向微型化发展
5.4向微功耗及无源化发展
5.5向智能化数字化发展。