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指纹传感器工作原理是什么啊。

发布时间:2019-08-07 01:55 来源:未知 编辑:admin

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  展开全部这是一个比较复杂的过程,网上有这方面的专著文章,有兴趣的话,你可以详细看看。

  简单点讲,指纹传感器目前主要分为两类,光学指纹传感器和半导体指纹传感器;

  主要是利用光的折摄和反射原理,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。CMOS或者CCD的光学器件就会收集到不同明暗程度的图片信息,就完成指纹的采集。

  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,也就完成了指纹的采集。

  展开全部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。

  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。

  像光学扫描仪一样,电容指纹扫描仪产生组成指纹的嵴纹和波谷图像。不同之处在于,电容扫描仪使用电流而非光线来感测指纹。

  下图是一个简单的电容传感器。该传感器由一个或多个包含一组微小单元的半导体芯片组成。每个单元包括两个覆盖有绝缘层的导体板。这些单元很小——比手指上一个嵴纹的宽度还要小。

  传感器和积分器相连,积分器是在倒相运算放大器附近的一个电路。倒相放大器是一个复杂的半导体设备,由许多晶体管、电阻器和电容器组成。其工作细节本身就可以写篇文章,在此我们只是大致介绍它在电容扫描仪中的作用。(有关运算放大器的技术概述,请查看此页。)

  像任何一种放大器一样,倒相放大器也是根据一个电流的起伏来改变另一个电流的。具体来说,倒相放大器改变供给电压。这些改变基于两个输入端(即倒相输入端和非倒相输入端)的相对电压。非倒相输入端接地,倒相输入端与基准电压源和反馈回路相连。同样,与放大器输出端相连的反馈回路也有两个导体板。

  您可能已经意识到,这两个导体板形成一个基本电容器,即一个可以存储电荷的电子元件(详细信息请参见电容器工作原理)。手指的表面充当第三个电容板,这个电容板被细胞单元结构中的绝缘层所分离;而在指纹波谷的情况下,则充当一袋空气。改变电容板之间的距离(通过手指远离或靠近导体板实现)会改变电容器的总容量(存储电荷的能力)。由于这种特性,在嵴纹的情况下,单元中的电容器要比在波谷时有更大的容量。

  要扫描手指,处理器首先关闭每个单元的复位开关,复位开关短接每个放大器的输入和输出以“平衡”积分电路。当开关再次打开时,处理器将给积分电路一个固定的电输出,电容器就会充电。反馈回路的电容器容量会影响放大器输入的电压,从而影响放大器的输出。因为手指的距离会改变容量,所以手指嵴纹与手指波谷将产生不同的电压。

  扫描仪处理器读取此输出电压并确定其是嵴纹还是波谷的特征。通过读传感器阵列中的每一个单元,处理器可以整理出指纹的整体图像,这与光学扫描仪捕获的图像相似。

  电容扫描仪的主要优点是,它需要真实的指纹类型形状,而不是组成指纹视觉印象的明暗模式。这使得这个系统更难被骗。此外,由于它们使用半导体芯片而不是CCD元件,因此电容扫描仪往往比光学扫描仪体积更小。

  安全系统有很多方法可以证明某人是授权的用户。大部分系统会检查以下的一项或多项:

  要想通过“您拥有什么”系统,您需要某种“令牌”,例如一张有磁条的身份证。“您知道什么”系统需要您输入密码或PIN号码。“您是谁”系统实际上是查看您表明自己身份的物理证据——特定的指纹、声音或者虹膜图案。

  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。(此网站解释了人们可能骗过扫描仪的各种方法。)

  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。

  生物安全系统的真正问题是某人设法盗取身份信息时的损害范围。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。

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