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指紋取像的幾種技術和特點

 

指紋取像的幾種技術和特點
  取像設備分成兩類:光學、晶體傳感器和其他技術。
  光學取像設備有最悠久的歷史,可以追溯到20世紀70年代。光學取像設備依據的是光的全反射原理(FTIR)。光線照到壓有指紋的玻璃表面,反射光線由CCD去獲得,反射光的量依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度和皮膚與玻璃間的油脂和水分。光線經玻璃射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發生全反射,光線被反射到CCD,而射向脊的光線不發生全反射,而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方,這樣就在CCD上形成了指紋的圖象。
  由于最近光學設備的革新,極大地降低了設備的體積。最近90年代中期,傳感器可以裝在6x3x6英寸的盒子里,在不久的將來更小的設備是3x1x1英寸。這些進展取決于多種光學技術的發展而不是FTIR的發展。例如:可以利用纖維光束來獲取指紋圖象。纖維光束垂直射到指紋的表面,他照亮指紋并探測反射光。另一個方案是把含有一微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的平面上,當手指壓在此表面上時,由于脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面,這些變化通過三棱鏡光的反射而反映出來。
  晶體傳感器是最近在市場上才出現的,盡管它在技術介紹性文章中已經出現近20年。這些含有微型晶體的平面通過多種技術來繪制指紋圖象。最常見的硅電容傳感器通過電子度量被設計來捕捉指紋。在半導體金屬陣列上能結合大約100,000個電容傳感器,其外面是絕緣的表面,當用戶的手指放在上面時,皮膚組成了電容陣列的另一面。電容器的電容值由于導體間的距離而降低,這里指的是脊(近的)和谷(遠的)相對于另一極之間的距離。另一種晶體傳感器是壓感式的,其表面的頂層是具有彈性的壓感介質材料,他們依照指紋的外表地形(凹凸)轉化為相應的電子信號。其他的晶體傳感器還有溫度感應傳感器,它通過感應壓在設備上的脊和遠離設備的谷溫度的不同舊可以獲得指紋圖象。
  超聲波掃描被認為是指紋取像技術中非常好的一類。很象光學掃描的激光,超聲波首先掃描指紋的表面。緊接著,接收設備獲取了其反射信號,測量它的范圍,得到脊的深度。不象光學掃描,積累在皮膚上的臟物和油脂對超音速獲得的圖象影響不大,所以這樣的圖象是實際脊地形(凹凸)的真實反映,應用起來更為方便。
  在晶體傳感器之前,一些沒有用到可以局部調整的軟件控制或自動獲取控制(AGC)技術。對于大多數光學設備,只能通過人工調整來改變圖象的質量。然而,晶體傳感器提供自動調節象素,行以及局部范圍的敏感程度,從而提高圖象的質量。 AGC在不同的環境下結合反饋的信息便可產生高質量的圖象。例如,一個不清晰(對比度差)的圖象,如干燥的指紋,都能夠被感覺到從而可以增強其靈敏度,在捕捉的瞬間產生清晰的圖象(對比度好);由于提供了局部調整的能力,圖象不清晰(對比度差)的區域也能夠被檢測到(如:手指壓得較輕的地方)并在捕捉的瞬間為這些象素提高靈敏度。
  光學掃描也有自己的優勢。其中之一是在較大的外形可以做較大指紋取像區域。而制造較大的晶體傳感器的指紋取像區域是非常昂貴的,所以通常晶體傳感器的指紋取像區域小于1平方英寸,而光學掃描的指紋取像區域等于或大于1平方英寸。然而這個對于較小的光學掃描設備并不是優勢。較小的光學掃描也是較小指紋取像區域,這是因為較大的指紋取像區域需要較長的焦點長度,所以要有較大包裝,否則如果較大的取像區域使用較小的包裝,則光學掃描設備會受到圖象邊緣線形扭曲的影響。
  晶體傳感器技術最重要的弱點在于,它們容易受到靜電的影響,這使得晶體傳感器有時會取不到圖象,甚至會被損壞,另外,它們并不象玻璃一樣耐磨損,從而影響了使用壽命。
  總之,各種技術都具有它們各自的優勢,也有各自的缺點。我們在下面給出三種主要技術的比較。
比較項目 光學全反射技術 硅晶體電容傳感技術 超聲波掃描
體積
耐用性 非常耐用 容易損壞 一般
成像能力 干手指差,但汗多的和稍脹的手指成像模糊 干手指好,但汗多的和稍脹的手指不能成像 非常好
耗電 較多 較少 較多
成本 很高
 
 
 
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