分析指紋識別四大類型技術

2021-01-17 觸控螢幕與OLED網

指紋圖像的獲取技術主要有4種類型:光學掃描設備(例如微型三稜鏡矩陣)、溫差感應式指紋傳感器、半導體指紋傳感器、超聲波指紋掃描。


在蘋果推出iPhone5S之前,半導體式指紋採集器一直處於不溫不火的狀態。但在蘋果的帶領下,以電容式為代表的半導體指紋採集器的市場地位發生了翻天覆地的改變,在智慧型手機上搭載指紋識別技術也成為一種趨勢,包括三星、華為、魅族、OPPO等知名手機廠商,也紛紛推出搭載指紋識別的智慧型手機。今天小編搜集整理了目前主流四大類型的指紋識別技術和大家分享!


一、光學識別技術


藉助光學技術採集指紋是歷史最久遠、使用最廣泛的技術。將手指放在光學鏡片上,手指在內置光源照射下,用稜鏡將其投射在電荷耦合器件(CCD)上,進而形成脊線(指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線)呈黑色、谷線(紋線之間的凹陷部分)呈白色的數位化的、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖像。


光學的指紋採集技術有明顯的優點:它已經過較長時間的應用考驗,一定程度上適應溫度的變異,可達到500DPI的較高解析度等,最主要是價格低廉。也有明顯的缺點:由於要求足夠長的光程,因此要求足夠大的尺寸,而且過分乾燥和過分油膩的手指也將使光學指紋產品的效果變壞。


光學指紋傳感局限性體現於潛在指印方面(潛在指印是手指在臺板上按完後留下的),不但會降低指紋圖像的質量,嚴重時還可能導致2個指印重疊,顯然,難以滿足實際應用需要。此外,臺板塗層及CCD陣列會隨時間推移產生損耗,可能導致採集的指紋圖像質量下降。但是具有無法進行活體指紋鑑別、對乾濕手指的適用性差等缺點。


光學指紋識別系統由於光不能穿透皮膚表層(死性皮膚層),所以只能夠掃描手指皮膚的表面,或者掃描到死性皮膚層,但不能深入真皮層。在這種情況下,手指表面的乾淨程度,直接影響到識別的效果。如果,用戶手指上粘了較多的灰塵,可能就會出現識別出錯的情況。並且,如果人們按照手指,做一個指紋手模,也可能通過識別系統,對於用戶而言,使用起來不是很安全和穩定。


此外,光學傳感器中存在稜鏡,其體積較大,一般為半導體的幾倍甚至10倍大小,所以限制了其在小型設備上的應用。在類似考勤機、門禁等大設備上使用沒有體積限制的問題,但在U盤、移動硬碟、手持設備上使用,體積成了最大的障礙。成本低一直以來被認為是光學傳感器的最大優勢,但由於其製造過程一致性較難保證,隨著以電容傳感器為代表的半導體傳感器的大規模發展,光學傳感器的成本優勢也已經不再明顯。雖然大多數公司還在使用光學傳感器,但其發展趨勢是新穎的、高質量的半導體電容指紋傳感器。


二、溫差感應式識別技術


溫差感應式識別技術是基於溫度感應的原理而製成的,每個像素都相當於一個微型化的電荷傳感器,用來感應手指與晶片映像區域之間某點的溫度差,產生一個代表圖像信息的電信號。


它的優點是可在0.1s內獲取指紋圖像,而且傳感器體積和面積最小,即目前通常所說的滑動式指紋識別儀就是採用該技術。缺點是:受制於溫度局限,時間一長,手指和晶片就處於相同的溫度了。


三、半導體矽感技術(電容式技術)


20世紀90年代後期,基於半導體矽電容效應的技術趨於成熟。矽傳感器成為電容的一個極板,手指則是另一極板,利用手指紋線的脊和谷相對於平滑的矽傳感器之間的電容差,形成8bit的灰度圖像。電容傳感器發出電子信號,電子信號將穿過手指的表面和死性皮膚層,直達手指皮膚的活體層(真皮層),直接讀取指紋圖案。由於深入真皮層,傳感器能夠捕獲更多真實數據,不易受手指表面塵汙的影響,提高辨識準確率,有效防止辨識錯誤。


半導體指紋傳感器包括半導體壓感式傳感器、半導體溫度感應傳感器等,其中,應用最廣泛的是半導體電容式指紋傳感器。


半導體電容傳感器根據指紋的嵴和峪與半導體電容感應顆粒形成的電容值大小不同,來判斷什麼位置是嵴什麼位置是峪。其工作過程是通過對每個像素點上的電容感應顆粒預先充電到某一參考電壓。當手指接觸到半導體電容指紋表現上時,因為嵴是凸起、峪是凹下,根據電容值與距離的關係,會在嵴和峪的地方形成不同的電容值。然後利用放電電流進行放電。因為嵴和峪對應的電容值不同,所以其放電的速度也不同。嵴下的像素(電容量高)放電較慢,而處於峪下的像素(電容量低)放電較快。根據放電率的不同,可以探測到嵴和峪的位置,從而形成指紋圖像數據。


與光學設備多採用人工調整改善圖像質量不同,電容傳感器採用自動控制技術調節指紋圖像像素以及指紋局部範圍敏感程度,在不同環境下結合反饋信息生成高質量圖像。由於提供了局部調整能力,即使對比度差的圖像(如手指壓得較輕的區域)也能被有效檢測到,並在捕捉瞬間為這些像素提高靈敏度,生成高質量指紋圖像。


半導體電容指紋傳感器優點為圖像質量較好、一般無畸變、尺寸較小、易集成於各種設備。其發出的電子信號將穿過手指的表面和死性皮膚層,達到手指皮膚的活體層(真皮層),直接讀取指紋圖案,從而大大提高了系統的安全性。


半導體矽感技術最重要的優點是能夠達到活體指紋識別。還可以在較小的表面上獲得比光學技術更好的圖像質量,在1cm 1.5cm的表面上獲得200-300線的解析度(較小的表面也導致成本的下降和能被集成到更小的設備中)。體積小、成本低,成像精度高,而且耗電量很小,因此非常適合在安全防範和高檔消費類電子產品中使用,被稱為光學以後的第二代指紋識別技術。


半導體電容指紋傳感器因製造工藝複雜,單位面積上傳感單元多,包含高端的,IC設計技術、大規模集成電路製造技術、IC晶片封裝技術等,所以電容指紋傳感器幾乎全部是由IC技術發達的國家或地區,如美國、歐洲、臺灣等地設計製造的。目前國內只有極少數廠家有能力生產半導體指紋傳感器。


但半導體矽感技術也有缺點,就是會受靜電幹擾,但可以通過安裝時接地解決。以前成本較昂貴,近年來成本大幅度下降,與光學傳感器的成本日益接近,是目前最理想的指紋識別技術。如銀行金庫和監獄等高危安保場所安防門禁系統,採用半導體矽感識別技術的指紋機用於門禁前端活體指紋識別,代替傳統的密碼、刷卡、光學指紋機,從而真正做到身份識別的惟一性,確保萬無一失。


四、超聲波技術


超聲波指紋採集是一種新型技術,其原理是利用超聲波具有穿透材料的能力,且隨材料的不同產生大小不同的回波(超聲波到達不同材質表面時,被吸收、穿透與反射的程度不同)。因此,利用皮膚與空氣對於聲波阻抗的差異,就可以區分指紋嵴與峪所在的位置。


超聲波技術所使用的超聲波頻率為1 104Hz-1 109Hz,能量被控制在對人體無損的程度(與醫學診斷的強度相同)。超聲波技術產品能夠達到最好的精度,它對手指和平面的清潔程度要求較低,但其採集時間會明顯地長於前述兩類產品,而且價格昂貴,也並不能做到活體指紋識別,所以目前使用稀少。


相關焦點

  • 指紋識別技術的發展前景及四大類型
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  • 關於指紋識別技術的分析介紹和與應用分析
    主流指紋識別方案難以應對全面屏 從技術角度來看,目前市場上主流的指紋識別方案有以下幾種: 光學識別技術 這種技術是目前應用最廣泛、歷史最久的一種指紋識別技術。通過將手指按壓在光學鏡片上,機器發射內置光線到手指上,接著再反射回機器獲取指紋數據。但是這類指紋識別方案體積較大,很難應用在小型的電子產品上,尤其是對體積有責嚴格要求的智慧型手機上。
  • 原來指紋識別有這麼多類型
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  • 指紋識別技術的基本原理
    隨著指紋識別技術的發展,越來越多的企業逐步採用指紋識別作為個人生物識別的方式之一。但值得注意的是,由於指紋圖像屬於個人隱私,大部分企業為了避免涉及到個人隱私問題,從而採用了指紋特徵作為識別方式。為此,各生物識別技術公司及其研究機構研究了許多指紋識別算法,但各種識別算法最終都歸結為在指紋圖像上找到並比對指紋的特徵。
  • 三大主流指紋技術的前景分析
    據TrendForce 旗下拓墣產業研究院最新報告,繼vivo、華為、小米、OPPO 之後,三星也將推出搭載屏幕下指紋識別方案的機種,隨著各大Android 手機品牌大規模導入屏幕下指紋技術,持續拉升指紋識別於智慧型手機的滲透率,預估2019 年超音波與光學屏幕下指紋識別技術佔手機指紋識別市場比重,將從2018 年的3% 拉升至13%。
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  • 八大角度讓你讀懂指紋識別
    這促使CMOS/TFT、超音波偵測等新技術,進一步推動高整合型指紋識別技術的演進。據統計,2016年的指紋識別傳感器的出貨量已達6.89億顆,相較2013年的2300萬顆,CAGR達到210%。當然,大量的需求也促使指紋識別傳感器均價的走低,目前已從5美元下滑到3美元,甚至更低,未來供應商仍將繼續面臨價格壓力。
  • 「指紋識別」,最早起源於中國,從唐朝起就有了指紋鑑定技術
    指紋識別技術是現在我們生活中經常接觸到的,例如公司上班使用的指紋打卡機,手機上使用的指紋解鎖技術等等。當然,喜歡看一些刑偵類節目的觀眾,一定清楚指紋對於偵破案件具有很重要的作用。有時候我們在看一些古代的電視劇時,會看到古代要求犯人按手印,那麼大家一定很納悶,指紋識別的技術應該是到現代才有的吧,古人按手印有什麼作用呢?我們現代人所使用的指紋識別技術,是1892年時,由英國科學家弗朗西斯·高爾頓發現,並慢慢投入使用的。但是指紋技術被人類使用卻要比這個時間早得多,我們中國人比西方國家早了1000多年就發現了指紋技術。
  • 指紋識別的方法
    由指紋識別的基本原理可知,指紋識別技術主要經過以下4個步驟:指紋圖像的獲取、指紋圖像的預處理、指紋特徵的提取和指紋特徵匹配。下面將對指紋識別技術的每個步驟做詳細論述。除了以上兩類,超聲波掃描被認為是指紋取像技術中非常好的一類,但價格太高、體積偏大。一般採集到的指紋圖像都是存成256級灰度的圖像。2,指紋圖像預處理  為了得到比較準確的指紋特徵點,指紋圖像預處理一般要經過圖像增強(濾波去掉噪聲)、計算方向圖,二值化和細化等過程。整個過程如圖1所示。
  • 手機指紋識別原理解析介紹
    第 一款指紋識別手機是由西門子研發,採用刮擦式指紋識別技術,誕生於1998年;經歷了近15年的發展,iPhone 5s的到來徹底打開指紋識別的天窗, 全世界的高端旗艦手機都開始攻關指紋識別技術,現在,指紋識別技術已經進入千元機行列
  • 指紋觸控技術的優勢以及未來發展趨勢分析
    打開APP 指紋觸控技術的優勢以及未來發展趨勢分析 飛象網 發表於 2019-10-28 11:39:58 (文章來源:飛象網)
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    導讀 現在大部分家庭都安裝了指紋智能鎖,但是指紋識別沒反應的情況並不少見,因為環境的影響,操作習慣等等都有可能造成指紋鎖失靈,常見情況如下:
  • 解析超聲波屏中指紋技術的特點
    ,一種是指紋識別,另一種則是面部識別,電容式指紋識別經過幾年的發展現在可以說十分成熟,不過近來隨著屏下指紋技術的發展,指紋識別也進入了全新階段,而面部識別則是由於iPhone X首次採用才得以普及。 近期不時有曝光信息顯示,三星將會為於明年發布的旗艦機型Galaxy S10系列配備超聲波屏下指紋技術,目前屏下指紋識別方案有兩種,已經商用的屏下指紋技術都是基於光學指紋,也就是通過OLED屏幕自發光特性來驗證指紋,而超聲波指紋則是通過發射超聲波來驗證指紋
  • 古代不具備指紋識別技術,為何犯人總是要按手印畫押?
    ——《周禮》 眾所周知,人的指紋是獨一無二的,不同人的指紋有著不同的形狀,大小粗細和生長走向都不一樣。根據專家的研究發現,不同的兩個人指紋重合的概率為150億分之一,如此小的概率幾乎可以說明人的指紋是能夠準確識別一個人的身份信息的,所以指紋在刑偵破案中都是查找嫌疑人的關鍵線索之一,基本上找到了對應指紋之人,也就確定了嫌疑犯。
  • 「全球生物識別技術應用大會」全球指紋晶片匯總及區域分布圖
    而生物特徵識別技術正引領我們走進無密碼時代,生物特徵識別技術愈發顯得重要,尤其是指紋識別技術。近年來隨著iPhone5S的發布,推動了指紋識別產業的快速發展,同時在一些新型領域如3C(手機、平板、筆記本)、門禁考勤、行動支付、智能家居、門鎖、箱包 、卡(智能/金融/社保)等都有著龐大的應用市場。