指紋采集技術的發展與應用

武婷婷　胡文港　劉一緯

摘 要：指紋作為一種身份識別的工具在很久以前已經被應用到日常生活中，但早期由于技術的局限性，指紋的采集精度不夠，因此應用面比較窄。隨著科學技術的飛速發展，各種電子器件也飛速的發展起來，并逐步被應用到指紋信息采集器中，大幅度的提高了指紋信息采集的效率和可靠度。

關鍵詞：指紋；指紋采集；傳感器

1 背景

指紋，是指人的手指末端正面皮膚上凸凹不平產生的紋線，紋線有規律的排列形成不同的紋型，由于其具有終身不變性、唯一性和方便性，已幾乎成為生物特征識別的代名詞。由于每個人的指紋不同，就是同一人的十指之間，指紋也有明顯區別，因此指紋可用于身份鑒定。其實，我國古代早就利用指紋（手印）來簽押。

2 早期的指紋采集技術

當人們發現指紋有唯一性這個特點之后，便開始逐步把指紋應用于個人身份的識別，這也就是人們通常所說的簽字畫押。中國古代對指紋的應用可以追溯到很早以前，當時大多應用于罪犯在供詞上留下自己的指紋以表示承認供詞上所述內容。之后慢慢慢擴大應用到簽訂各種交易合同，在合同上留下指紋代表自己同意并遵守合同上所寫的內容，這種應用一直沿用到今天還在繼續使用。

早期的指紋采集方法比較簡單，大多是通過油墨指壓方式完成，即將待采集指紋的手指涂上油墨，然后手指直接按壓在紙上，拿去手指，指紋便顯現在紙張上，通過收集紙上按壓的指紋印記建立指紋數據庫，這種指紋圖像采集方式簡單，但缺點也很明顯，即采集裝備復雜，且精度不高，而且在后期查找和應用的時候很不方便。

3 現代的指紋采集技術

指紋無疑是一種很好的識別身份的工具，但是因為早起科學技術的限制，指紋的采集和后期是查找比對比較困難，因而限制了指紋識別技術的應用，導致指紋的應用不能達到應有的水平。

隨著科技的進步，電子器件的發展，傳感器被引入指紋圖像采集中，。光學指紋傳感、 熱敏指紋傳感、 超聲波指紋傳感等傳感技術，因為其具有很高的精確度和分辨率。使得應用這些傳感器的指紋采集系統對指紋的采集更加精確。在加上與計算機高效的處理速率相結合，使得這中傳感器類電子指紋采集技術迅速發展起來并運用到實際生活中。各個國家也逐漸運用這種技術建立健全各國的國民指紋庫，現在指紋識別已經被運用到各個領域，特別是在刑事偵查方面為很多案件的偵破起到了非常關鍵的作用。現在在各種身份證明的辦理過程中，指紋采集已經逐漸成為不可或缺的一部分。

4 幾種常見的指紋傳感技術

下面介紹幾種比較常用的指紋傳感技術：

1、光學指紋傳感技術

光學指紋傳感技術是最早出現的指紋傳感技術。如圖 1. 1 所示，它主要是依靠光的全反射原理完成指紋采集。當指紋壓到玻璃上時，光源照射到相關玻璃棱鏡上，再通過 CCD 接收到光源最后再形成指紋圖像。由于指紋脊線和谷線反射光的能量有很大的差異，所以此光學指紋傳感所形成的指紋圖像層次分明，脊線谷線的區分較明顯。目前，光學指紋傳感技術已經發展到采用纖維光束、 全息影像完成指紋采集。通過準確定向指紋，指紋采集裝置能夠直接獲取待采集指紋的三維數據。

2、CMOS 壓感傳感技術

CMOS 壓感傳感技術作為半導體傳感技術的代表性技術，近年來在指紋圖像采集領域得到了廣泛應用。從一幅二維指紋圖像上看，脊線和谷線在圖像存在距離的差異。但是，如果增加一維，脊線和谷線在高度上卻有著明顯區分。CMOS 壓感傳感技術就充分利用了三維指紋圖像的這一特點。當手指按壓采集裝置的采集單元時，由于脊線和谷線距離采集單元的高度不同，將產生了不同大小的感應電容。利用 A/D 電路將大小不同的感應電容進行采樣與轉換，就能夠得到與指紋對應的數字圖像，圖 1.2 給出了這種傳感技術的原理圖。

目前，CMOS 壓感傳感技術已經被廣泛集成到指紋筆記本電腦、 指紋鍵盤、 指紋鼠標、指紋保密 U 盤等電子設備中。

3、熱敏傳感技術

熱敏傳感技術主要是利用手指上的紋理在接觸到傳感器時產生溫度差異來進行指紋采集的。當手指放在傳感器上面的時候，由于脊線能夠直接接觸到傳感器，而谷線與傳感器之間有空氣不能直接接觸，這樣就會導致傳感器接受到的溫度會產生差異。然后，依靠這方面的溫度的差異最終產生指紋圖像。此種技術受到外界環境的影響比較大。潮濕的空氣由于含有水量比較大，便于熱的傳導，所以潮濕的環境比干燥的環境采集的效果更好。此外，手指的本身的溫度也會影響指紋采集的效果。由于指紋按壓和進行直掃動作時，會產生額外的熱量。而這部分的熱量的大小又與手指本身的溫度息息相關，所以不同的手指的溫度會影響最終指紋圖像的采集效果。熱敏傳感技術有個比較大的優點是，由于其對溫度敏感，所以對于那些偽造的無熱量的替代型指紋，具有很好的防偽效果。

此外現在得到廣泛發展的指紋采集技術還有超聲波傳感技術，紅外傳感技術，電感傳感技術等等。

5 結語

指紋從被應用一直發展到今天，經歷了一代又一代的改革進步，如今在身份識別方面，指紋識別已經發展成為一種非常具有說服力了識別工具被運用到日常生活中。不過這當然也少不了指紋采集識別技術的發展推動的結果，隨著科技的不斷進步，相信指紋的作為一種有效的身份識別工具，一定會被應用的更加廣泛。

參考文獻

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