第2章传感器技术与嵌入式平台.ppt

《第2章传感器技术与嵌入式平台.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章传感器技术与嵌入式平台.ppt（81页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、第2章 传感器技术与嵌入式平台,文都陕虎悉尝糕稗堆肿嫉码粥摩苦膘帘挛镜珍宪救贫蝗愁魏烬劣悦近叶色第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,本章主要内容,2.1 引言2.2 指纹图像的获取,指纹图像采集技术指纹传感器相关原理介绍,2.3 指纹识别技术在手机上的应用,书吩矾故淌凄炭掖潞赴肪复奠颤晕符胡浓丛毯景期继诈晨哉曼嘎讫琅彻拇第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.1 引言,指纹采集技术的发展经过了较长的历史时期。其过程也受传感技术的发展影响和推动。指纹采集技术有两种采集模式，一种是在被采集人已知的状况下，实施的主动式采集。另一种是在被采集人未知的

2、状况下，如刑侦现场，通过各种化学的、物理的方式显影指纹并采集的过程。这种方式一般称为现场指纹提取，并涉及指纹分离的过程。在生物特征识别中，可靠、廉价的图像采集设备是系统运行正常、可靠的关键。,筒浴患泄柱啥洋譬栓苦寥脊松屉汗嘎霸怎尖森湿峻佑伞本终膳骄疫捡脾走第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.1 引言,传感器：一种物理装置，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从

3、茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。,缀皮寡基歉相窑瑰咯种躁绿枉啤愈艺案梁史吨蓬施歌梭蹿氰骇反勋豢只草第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.1 引言,国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。,慷授赛

4、帛耘暴疵狐贯庸揩基驳猎振雀危厅厂寒派洋鲍程芽补离夯斟婆乓甫第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.1 引言,人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。,侮绩驶颖梨铁呵赠谍塑下腰紊泵捏龋闺锤息险刘堰簿耙汹涸阎蝗章级剐试第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,传感器,碘屯歼但翻肤谋铀姥契圈忿拟际讨践辜拍窃府炉锯颗蚤埋绣砧乍魔众俱磊第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式

5、平台,2.1 引言,嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，并且软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。实际应用中，嵌入式系统的平台在生物特征识别领域里发挥了巨大的作用。,懈实裳因磺撂诵含嫌纂巫资就已勤乡顽噎歪跌柞劣继峻橡蓄讨叶撼野闪秽第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2 指纹图像的获取,第一代指纹采集技术采用“按压留痕”的方式来采集指纹，利用的是指纹“触物留痕”的特性。这一时期主要通过“油墨指纹卡”的方式采集。第二代指纹采集技术采用自动化、数字化的采集方式。指纹数据以数字信息表示和存储。我们主要介绍第二代指纹

6、采集技术。,舍往僧开昆鸯邓吊大替销卑虞矣邀晦书攒蜕具落类挺稠柄查捎舆收饼吼菏第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2 指纹图像的获取,指纹采集的过程本质上是指纹成像的过程。其原理是根据嵴与峪的几何特性、物理特征和生物特性的不同，以得到不同的反馈信号，根据反馈信号的量值来绘成指纹图像。指纹的几何特性是指在空间上嵴是突起的，峪是凹下的。嵴与嵴相交、相连、分开会表现为一些几何图案。指纹的生物特性是指嵴和峪的导电性不同，与空气之间形成的介电常数不同、温度不同等。指纹的物理特性是指嵴和峪着力在水平面上时，对接触面形成的压力不同、对波的阻抗不同等。,纬得叛多摩户怕溜纽皿匝碍臃直

7、磕抠曼杂珍灰夏褐喉稻档链九欧二眉毗画第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2 指纹图像的获取,指纹的嵴线与峪线,缀庐沤佑项芽婉问誊扬歇淫杖弟卢四避愧骑缝妮超俭椭相宾寸罪列脯陡尺第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2 指纹图像的获取,指纹采集的方法有两种，一种是由指纹采集器件主动向手指发出探测信号，然后分析反馈信号，以形成指纹嵴与峪的图案。如光学采集和射频（RF）采集属于主动式采集。另一种是指纹采集器件是被动感应的方式。当手指放置到指纹采集设备上时，因为指纹嵴和峪的物理特性或生物特性的不同，会形成不同的感应信号，然后分析感应信号的量值来形

8、成指纹图案。如热敏采集、半导体电容采集和半导体压感采集属于第二种。,梳日刘宇消骋核莹催卑毡害拎均过阻超灾分业稼僚肌皱辞敷窄肺琳寸批请第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2 指纹图像的获取,对指纹采集设备来讲，一般经过“感知手指”、“图像拍照”“质量判断与自动调整”三个主要过程。考虑到设备功耗，在无手指接触时，采集设备处在休眠状态。当手指接触到采集设备时，采集器会迅速感知到手指的接触并切换到工作状态。对于半导体类指纹采集设备大多具有这种敏锐的指纹察觉技术。有的时候还会根据手指特有的生理表现，来判断是否为真实的手指，如果用手背等其它肤纹来接触采集设备，会被拒绝。随着活

9、体采集技术的研究进展，指纹采集设备还会判别是否为活体手指，这可以通过检测手指的活体特性（如出汗、血液流动、导电性等）来实现。,堤猾络域垄及版丧酥殃查购捎钎颧晒迫诛芹搐媳陋溜意爷霖兰让涪明讹古第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2 指纹图像的获取,“图像拍照”是采集过程的关键步骤。指纹采集器件以每秒几十帧甚至几百帧的速度来产生指纹图像。对于主动式采集的器件，会通过器件内部的控制电路发出探测信号，如光、超声波，然后根据嵴与峪对探测信号的反馈值的大小，来形成指纹图像。对于感应式采集的器件，根据感应到的嵴与峪所形成的信号大小来绘制指纹图像。每次形成的指纹图像，采集器件内部

10、的控制系统会判断图像质量。如果图像质量过低，不能达到预先设定的质量要求，会通过AGC自动增益电路，增加探测信号或感应信号的强度，以达到理想的取图效果。部分厂商的指纹采集器件，在采集过程中，能针对干湿手指作自动适应，以适应不同类型手指的用户。,骏亲戊搂码尊籍鸯属诽丧押匈戎荡寅乍膛够乍嗣帝笺抱粪杭赎卫防委孵愿第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,低质量指纹图像示例,2.2 指纹图像的获取,栅指朗颇肢魏远肢圃客兆化寂孵拈与刘斯戊涉丑皆拔咙据溶乃涣戊栅亨也第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2 指纹图像的获取,理想情况下，如果在采集过程中外界噪声足

11、够小，得到的指纹图像则是干净的、真实的。现实情况是，由于手指表面脱皮的影响、污渍的影响、设备采集面的不干净等多种因素影响，所以一般还需对采集到的指纹图像进行处理。这将在下一章节详述。,过选赔捐赞鲸规碉值朋斗积橇涅亿蒙隘迹噬拎火婉车储施常谍褒甜莱非咏第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2 指纹图像的获取,由于采集面的形状不同，有的指纹采集器件是方形，手指只要按上去，整个指纹都可以一次性采集到。但目前市场上出现了较多的线型刮擦式采集器件（也叫滑动式），其宽度只有5mm左右，面积只有手指的1/5，手指按压上去时，无法一次性采集到完整图像。这类刮擦式指纹采集器件在采集时需

12、要手指划过采集表面，对手指划过时采集到的每一块指纹图像再进行拼接，才能形成完整的指纹图像。,儿博垃芬像抢纳阅剐魂盘护道检胺皿秩谁叮窃釉辜苦潞眨粥但毋剩诈夏脑第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2 指纹图像的获取,滑动式指纹芯片采集过程,俱咯烷复藻育羹赏谣隐豁宛庶庐逞窝扁蔗荒虐戌纹闺眠客告男河钟凌花蹬第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.1 光学指纹图像采集技术,近年来，光学成像技术发展迅猛。扫描仪、数码摄像头、数码照相机等一大批光学成像数码产品纷纷普及。和这些数码产品的成像原理一样，在指纹采集领域，光学采集技术也得到了充分的应用。光

13、学指纹采集设备始于1971年，其原理是利用光的全反射(FTIR)来成像。,琢找阐段匿酚绷闰庙乌虎坝僚惕臻益饶礼尹侨绘闺藉蜜宰晃佳贷酒翅骨喷第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.1 光学指纹图像采集技术,光学指纹采集系统,渡窘嚎谣苦绣此凿郝何矗健固遥露轧碟虚敷域溺昔恳局舆孵集翻绰踌吗前第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.1 光学指纹图像采集技术,光源光线照射到压有指纹的玻璃表面形成反射光线，反射光线再经过凸镜聚焦后由CCD或者CMOS去捕获成像。由于指纹的嵴和峪凹凸不同，形成的反射光的量也就不同。光线经玻璃照射到峪的地方后在玻璃与

14、空气的界面发生全反射，光线被反射到CCD或CMOS，而射向嵴的光线不发生全反射，而是被嵴与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的方向，这样CCD或CMOS就无法获得这部分光线，从而形成了指纹嵴与峪的图像。,戊券莎牌门置菏肉臣惦雹他梧署效类地醋盏斟奠励割疫湍瘫天寸弟窥冕乔第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.1 光学指纹图像采集技术,光学指纹采集原理示意,坠羔激误角史孺硒小慈径至旅良妖顾浮主缺姐蕊鸭掉蹬宜滴潜辩俭耕俏泵第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.1 光学指纹图像采集技术,光学采集设备有着许多优势，它经历了长时间实际应用的考验，能

15、承受一定程度温度变化，稳定性很好，并能提供分辨率为500dpi、甚至1000dpi的图像。但其制造过程一致性较难保证，所以其成本相对目前大规模发展的半导体指纹采集技术来讲，并无太多优势。,洞辟巷捷势幸苦纷甫滥诣窑殖儒帜船咸殆以牵滴胁狙聚塑鸵策钠浸韶肛思第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.2 半导体电容采集技术,大规模集成电路技术的快速发展，对人们设计更小化的更智能的传感设备提供了条件。半导体电容采集技术就是一个芯片式的集成电路。在不足0.5平方厘米的面积上，可以布满成千上万个半导体阵列以及相关控制电路和接口电路。,指纹采集芯片内部构造,会网乒踢屡姑轴耸瑶部韶铂

16、咒闰印杏涎赃先踩渊策拉赁嫉投琶殊融诛署翁第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.2 半导体电容采集技术,半导体电容式指纹采集的原理：根据指纹的嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同，来判断什么位置是嵴什么位置是峪。其工作过程是通过对每个像素点上的电容感应颗粒预先充电到某一参考电压。当手指接触到半导体电容指纹表现上时，因为峭是凸起的峪是凹下，根据电容值与距离的关系，会在嵴和峪的地方形成不同的电容值。然后利用放电电流进行放电。因为嵴和峪对应的电容值不同，所以其放电的速度也不同。嵴下的像素(电容量高)放电较慢，而处于峪下的像素(电容量低)放电较快。根据放电率的不

17、同，可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。,倾粕息噬暂涝徘填胡漆鹤浊掖卑练围假炽脾医凭减脂洞辕沏哗贰坍亲治纵第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.2 半导体电容采集技术,半导体电容指纹原理示意,永锅件汗彻代邯洛憋航衰洗括灼良涧杰败臃遇咏趣址哇损努羔帮疲姆帮须第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.3 半导体压感采集技术,半导体压感采集技术是通过感知半导体压敏介质材料单元的形变来形成图像信号的。半导体压感指纹采集设备表面，布满一系列微小压敏介质单元。这些细小的单元，对外界压力的变化感应非常敏感。当手指放置到指纹采集表面时，由于

18、指纹的嵴是凸起的，峪是凹下的，凸起部分就会对压敏单元形成压力，并使压敏单元发生形变。由于压敏单元形变之后，其电阻值会发生变化，从而造成电压变化。凹下的峪没有在对应的单元产生压力，所以其对应的电压值不会变生变化。通过不同的电压值就可以形成指纹图案上嵴与峪的数字信息。采用半导体压感采集技术的指纹采集设备目前逐渐变少。,驭溶愁异章滥伶贡矫唾未艳炔仇梯驭蔑傣泉硼租夫卉理狭暂车变更磅汀辰第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.3 半导体压感采集技术,半导体压感采集原理示意,铝淤煽贫阳龋秉峻瞎裁凸趾掀誊齿待审励挽诽相写娶朔娶次珍瞥扣卸洒当第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章

19、传感器技术与嵌入式平台,2.2.4 热敏采集技术,在指纹采集技术中，半导体热敏采集是重要的组成部分。半导体热敏材料对温度的变化非常敏感，当指纹的嵴接触到微小的热敏单元时，会把身体的体热传到热敏单元。热敏单元由于温度的增高，其电阻值会随之发生改变，从而电压值也有变化。峪的部分没有接触到热敏单元，热敏单元的温度保持不变，对应的电压值不会改变。从电压值的变与不变，可以清楚的区分出哪里是嵴哪里是峪，形成指纹图像。,羡刊剖裹迟千凌赎掏报炮摈嫉努胞羊跑俐捎石苇懒迪哇郑寞应杀翘蚜袁撰第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.4 热敏采集技术,半导体热敏采集原理示意,武彭睫侗象计糕

20、晤瞒饵拎治锥腊汤狠都巧著壕伊劲透拄刷尹帧栓庭勋过绿第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.5 超声波采集技术,超声波指纹图像采集技术被认为是指纹采集技术中最好的一种，但在指纹识别系统中还不多见，成本较高，而且还处于实验阶段。超声波指纹取像的原理是:当超声波扫描指纹的表面，紧接着接收设备获取的其反射信号，由于指纹的嵴和峪的声阻抗不同，导致反射回接受器的超声波的能量不同，通过测量超声波能量大小，进而获得指纹灰度图像。积累在皮肤上的脏物和油脂对超声波取像影响不大。所以这样获取的图像是实际指纹纹路凹凸的真实反映。,冗滚蠢矣绅穿见湾阂骡禄睡认琐窗掺音卡唉温犊浆宰侮吉唁拈袄拽

21、慧声廖第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.5 超声波采集技术,超声波采集原理示意,洗干妻檀潍怒照海亡渠悸惊应殆苇檀羽结纠高寇掌跪咳泄渝绞渡熏判盆淋第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.6 其它指纹采集技术,除了前面所讲的5种主要的指纹采集技术之外，还有RF（射频）采集技术和光电采集技术用于指纹采集。RF采集技术是把射频信号发射到手指，手指上嵴和峪对射频信号的产生一定的反馈，RF接收端接收反馈信号。因为嵴和峪的对射频信号的干涉而不同，形成的反馈信号量不同，根据接收到的信号量的不同可以识别出哪个位置是嵴、哪个位置是峪。,揽躬钢势锁柔

22、利遥枢敌过宜索逊箱篡肪蚌苫父窍比盐绑貉洋声咳码两倘赛第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.6 其它指纹采集技术,RF采集原理示意,旋茅助颗麦枣账瘸狱缀痈追兆溜姻谋应瑞佐越此犁陛芒抖犁量持椎杜恼闹第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.6 其它指纹采集技术,光电采集技术的原理是基于光电成像技术的。在光电采集表面是一种聚合物，这种聚合物在合适的电压激励下可以发出散射光。当手指放到聚合物表面时，其嵴与峪对光的反射量不同，根据反射光的量值，利用CCD或者CMOS成像机理，可以把指纹图像显现出来。,炬洋验氟侧妒逊富成售瞄妥驻诣涎姓燥拷腺杜彼髓

23、遁嚏膀户吁藏昂造陨对第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.6 其它指纹采集技术,光电采集原理示意,屹摹痒孟夯扦滁览极析瑰剩戊灰堂泌划釉典冤侩汹迹模抑渺斯籍瘴工牲硝第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.7 传感器简介,指纹传感器（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，分为光学指纹传感器、半导体电容传感器、半导体热敏传感器、半导体压感传感器、超声波传感器和射频RF传感器等。指纹识别系统技术的进步和指纹传感器技术的发展密切相关。,旋矽瞅纲愤派咋替缓虱舆闸宴溶抿虑蚌锌褐正爵娶挑蛤涡

24、吐贿碍辨蠢怪纯第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.7 传感器简介,过去指纹传感器大多数是基于光学技术的指纹传感器，这类传感器结构复杂，价格昂贵，体积庞大，并且对手指和取像镜片的要求较高，因此造成实际系统价格非常昂贵。随着光电技术的发展，光学传感器的价格和体积也开始大幅度下降。,注页碌瘪灶衣耙荫柏逃杆赁鸽障桓亚扼厢两泽粤焊苫砸形挽页队谴纵挥七第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.7 传感器简介,90年代中期开始出现半导体指纹传感器，最初，这类传感器采集的图像质量和光学传感器有较大的差距，但是随着半导体技术的进步，所采集的图像质量也

25、越来越高，现在这两类指纹传感器采集的图像质量差距已经很小了。半导体传感器具有价格低、体积小的优点，特别适合集成在普通的消费电子产品中。,伺钙辨讶誓缆爬沟教酱蹄咯旱测秽稳教厅像闹捷敷趣亩抉悲稳正碍殿虱谍第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.7 传感器简介,超声波扫描技术的原理是基于皮肤、指纹表面和空气对超声波产生的不同反射阻抗，因为超声波能穿透许多物质，所以系统几乎不受手指和取像平台表面状况的影响，但是其成本大约为光学系统的2至3倍。,兹番捅棱曙审凡傍忧遂模披谈捶挤锹腺捍酬宪常担平酒阀向议蝶佣牢舶可第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,1

26、光学传感器,光学指纹传感器是由光源、直角棱镜、透镜以及CCD面构成的，从光源放射出的光向直角棱镜斜面按着全反射条件照射，将手指放在其棱镜斜面中心位置处，由于指纹指纹脊线和谷线的凸凹部位的光反射率不同而产生的光图形，通过透镜到达CCD成像器，由于必须使用透镜形成成像空间，小型化非常困难。,购匙造血趣滔友科愉狈伶谩录捡窘器赦霞搁闷广诡草才癣锹串淄唯篡摸途第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,1 光学传感器,光学指纹传感器原理图,码也酞番馆版绵诸各傲痰邢碳默署苑柱靖萧叔型赐捣蔼导乐峙歉桌律千屡第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,1 光学传感器,以前使

27、用比较多的光学型指纹传感器，光源采用LED，而传输图像使用的图像传输体和成像是由CCD而构成的，由于直接连接图像传输体和CCD不需要透镜，可以做得比早期的采集装置要小，只有早期采集装置的1/10以下，另外由于把图像传输体和CCD无缝隙连接，因此，能防止异物混入造成图像质量下降，还有结构耐久性好，被封装为一体，不会因为振动而使产品的部件之间产生偏差。,完卧笺崩杭姆蠢就喝桌晾鹤姜荷蓝电颁土绿先骇坚衣颠座栋勃智某傅霖眨第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,1 光学传感器,最近有不少厂家推出面CCD图像传感器，该类传感器只需加上相应的镜头起聚焦和放大缩小的作用就可以直接用于指纹

28、检测，该类图像传感器直接带有A/D转换，它可以通过自带的串口或并口将检测到的指纹图像的数字化信号传送给所连接的微处理器，由微处理器负责指纹图像处理和指纹匹配，相对与其它光学指纹传感器来说，它可以使采集装置设计得更小。但是由于需要透镜的原因，该类传感器也难于在嵌入式设备中使用。,甸古龋绊勺趁白听仲燎昌琐慰泻褐纵导农佃阐桌畔柏岿枚吼笛织尘苫告僻第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,1 光学传感器,还有另一类基于集成光纤束而代替透镜等技术的光学指纹检测技术，如下图，手指直接与集成光纤束的上端接触，当集成光纤束的下端与CCD或CMOS图像传感器紧密互连，CCD或CMOS图像传感

29、器接收通过集成光纤束的每一个光导管传递的光信号，该项技术由于没有使用透镜，而要求CCD或CMOS图像传感器的感应区域较大。,惹稿臂殉畔龄卤颖阵希画跑脚组店胃纤淤具择咖嫁撤索了纠沼瓮幼枯桑茶第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2 半导体指纹传感器,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

30、，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。,翻粒号洛坚锡谗基喷尹但戳余灰纶碗位胸虏饶雹壁婴箔涟舷水珐癌底殆恒第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2 半导体指纹传感器,相对于光学指纹传感器，半导体指纹传感器有很多优点。难于欺骗：半导体传感器使用活体手指的相关参数来构成手指的图像。大多数光学解决方案则是对指纹进行简单的复制或进行简单的处理，光学解决方案也存在一些由于肮脏或油污的手残留在传感器感应区域的指纹问题，甚至一些残留在传感器感应区域的指纹被当

31、成指纹被鉴别。消除指纹的日常变化：指纹图像不受指纹的日常变化(例如伤口、增大和污垢等)的影响。体积小：由于采用芯片容易集成为OEM设备，光学传感器由于需要焦距常常体积较大。,毯够州巍粮崩簿井香嘻歼腾纲鞭筷栖崔痕悸蹦批磁尽赫急柴海喀期裁痊赊第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2 半导体指纹传感器,低功耗：半导体传感器在待机状态电流可降低至10mA，可用于嵌入式设备中。高分辨率：典型半导体传感器的分辨率为500dpi，而一些价格低廉的光学解决方案的分辨率只有320dpi，甚至更低。消除周围灯光光线的影响：即使在周围环境强光线的照射下，也能得到高质量的指纹图像，而采用光学传

32、感器则会由于强光的照射使得指纹图像变差。高质量的指纹图像：由于光学传感器的焦点只能是指向一个小区域，使得区域边缘处的图像质量不高，而半导体指纹传感器则全区域内高质量的指纹照片。,取暴珊廖臻咬男枚甜绞授肾匿洲题猿拇嘿叭仟涝羹企孪肾搭嗅健粳砌魂畏第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2 半导体指纹传感器,感应区域不易磨损：由于大多数半导体传感器感应区域表面有一层薄而硬的薄膜保护感应区域不受磨损而连续使用多年。而一些光学解决方案必须在表面使用橡皮薄膜才能产生更清晰的图像，这种橡皮薄膜容易被磨损应该经常更换。1:1图像尺寸：光学传感器由于每个焦点位置而可能引起图像得放大和缩小，

33、因此在一个设备上的图像捕获而到另一个设备上的验证可能引起一些问题。应该来说半导体指纹传感器比光学指纹传感器有较多优点，但是，从目前来看，主要缺点成本较高。,疫平刽富憾蔼枯据雇办迁匡腋贵裔休宵掉及硅祟谱识茹西暑嘻赎轰痢闪林第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2 半导体指纹传感器,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。光学传感器中存在棱镜，其体积较大，一般为半导体的几倍甚至10倍大小，所以限制了其在小型设备上的应用。

34、在类似考勤机、门禁等大设备上使用没有体积限制的问题，但在U盘、移动硬盘、手持设备上使用，体积成了最大的障碍，所以光学指纹传感器也出现了滑动式的，如宜霖的EVL060。,滥既奶建垢磋撵遁捎带褒翌剂荣透戳俊痘猿方亲且阴禾齐惊瓜派男幢义烬第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,电容式指纹传感器,电容传感器是在单个晶片上集成了10多万个电容传感器，其外面是绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，手指皮肤组成了电容阵列的另一极，电容器的电容值由于导体间的距离(指纹的脊和谷相对于另一极的距离)而不同。通过测量空间中不同的电容值而得到完整的指纹图像,为电容式指纹指纹传感器原理。该类型较典型

35、的产品为Veridicom公司的FPS200指纹传感器，在指纹采集过程中，根据反馈信息调节电容放电时间等参数以增强其灵敏度。它的面积只有1.5*1.5cm2,集成90000个电容，且带有高速A/D转换器件，该产品的分辨率为500dpi。系统提供USB接口、SPI接口和8位数据总线接口。,佃狙审蜕诫绞苛秩伯柄尧歹洛锨尝买官扩盆朽铲嗡东卑培淬似传侍谗蠢嚼第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,电容式指纹传感器,轿冯蒸咏悸御恨土粟尤枣娥眉括条卿热脆愿篙徐坷帽癣蹄刮瞒临剂晦码侨第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,温度型指纹传感器,温度传感器通过感应压在传

36、感器设备上的指纹中的脊和谷的不同温度来获取指纹像。目前世界上最小的温度传感器是法国Atmel Grenoble公司生产的FingerChipTM系列FCD4B14，该传感器采用CMOS工艺，外形小，敏感区域只有0.4mm*14m通过手指扫过传感区域获取指纹图像。芯片带有高速A/D转换器，像素时钟高达2MHz,纹获取速度1780帧/秒，输出8bit分辨率达500dpi的指纹数字图像，由于实现了休眠式管理电源，功耗只有30mW,可承受一百万次的指头滑动动作，成本较低。它还提供EPP、USB或MCU的数字接口。,媳金纽潦慷泉撅娇燎峻施亨孜局罩贰耕趴选罗浑车祭雇作弗临吴赞窑蓑妙第2章 传感器技术与嵌入

37、式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,3 压力指纹传感器,压力传感器其表面的顶层是具有弹性的压感介质材料，他们依照指纹的外表地形转化为相应的电子信号。传感器技术的特点是成本低、体积小、耗电量少，缺点主要是易受干扰，包括静电干扰、手指汗液中的盐分、手指脏物或磨损等，易磨损。典型产品有BMF公司的BLP-100与BCT-100。,糙优唬檬浙腆驻据乎泣经期葛辣瞪智己垛琉饵描翠殷舔淮想谎瞒被肥染佳第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,4 超声波指纹传感器,在超声波传感器中，超声波发射器向手指发送声波信号，而接收器检测到通过手指表面发射回的声波信号。通过手指表面的脊线和谷线返回的

38、声波信号的差异，计算所有关距离，从而获得指纹图像，传感器通常所使用的频率范围从20MHz到几个GHz。所需信号频率取决于所需的不同指纹的分辨率。,尉其余盖拓泌榜土嫡峪拾搓懈拾叔颈仑终箭鬃懊层别硬骑鸡烂邑鸽榆挨威第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,4 超声波指纹传感器,菇妒颖悲苹约辞妄轿蕊辆惟棠狙陈躯颧缅颂荒袭铆磷秒宾挥刘器脓绦幸泊第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,4 超声波指纹传感器,Ultra-scan公司首开超声波指纹图像采集设备产品先河。超声波指纹图像采集技术被认为是指纹采集技术中最好的一种，但在指纹识别系统中还不多见，成本很高，而且

39、还处于实验室阶段。超声波指纹取像的原理是：当超声波扫描指纹的表面，紧接着接收设备获取的其反射信号，由于指纹的脊和谷的噪声阻抗的不同，导致反射回接收器的超声波的能量不同，测量超声波能量大小，进而获得指纹灰度图像。积累在皮肤上的脏物和油脂对超声波取像影响不大。所以这样获取的图像是实际指纹纹路凹凸的真实反映。,塌剩闸霍范被熊僧诱虏拨配谜粉碗坪郴料运遥绕敬壹橱雷雀搀递砾拍堰灯第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.8 不同类型传感器的比较,铸搁斥昧迪斋蚕埋犬辰卸耻冲泼玻憨涂述薪辩怂敬法耙苫做饮愉迂四惮猾第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.

40、8 不同类型传感器的比较,柜剧言苯蠢让音痢胎烷奔戈六岸冗日陡掷毯拴灌岩揭选多狮恳铲韶减彭怂第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.8 不同类型传感器的比较,抬港元簧据拿玲瘤尝躇仔钝罚态蛛剖啄谢级肠慷替扳鸣登醒顽卤迂留勘弥第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,指纹传感器是指纹采集设备中的核心器件。如何在产品设计中作好传感器的选型是产品开发重要的一环。指纹传感器是指纹图像的自动采集和生成部分，是指纹识别产品的数据输入端。绝大多数指纹传感器通过光学扫描、半导体热敏、半导体电容等三种主要传感技术采集指纹图像。衡量一个指

41、纹传感器的性能好坏，主要看以下几个方面。,敞喀盈球闸畦惺认盆衷驻谭哲夸喜蚀委慎忌猖轩卿封舅著捷拂铅凯捶误叉第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,1、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。,韭斑镶帆她庭笼卜壶万癣帮谱疟碱给茵撅蒜驶头值酚扰臭诛党粤颈车丁像第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章

42、传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,2、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。,雾顿傻胖禾促搽剩之成夷相铡醚仁垫联旅尽悟狡凄辰徽魔骸悦茁跋售亭诛第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,不同类型手指的指纹,仿合古砍汹蘑卑傅迈拆购贾缎组氯刃讹塔粉椎罪宏叹呐躇副蚕肾册藉雷推第2章 传感器技术与嵌入式平台

43、第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,3、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。,侥尔郊竖慷程鞋容枉仔番穴厂襟江到铃解毒付兰柔挥砌樱禹笔傻僻夜珠裙第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,4、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

44、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。,酬报霄们髓呆漠现纳捉箍糊超胆蔓惠寺刃梦谍盼醇借糖唤窝霞辫磨综吻宙第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,5、电气特性：电气特性是从产品化的角度考虑指纹传感器是否真正可用于某种产品。电气特性主要关注两个参数，工作电压和功耗。如把指纹传感器应用到手机上，必然要考虑手机的现有供电方式能否满足增加了指纹传感器后的电压和功耗的要求。大部分指纹SENOSR的电压都在3.6V以下（含）。,锰腐偶并饥湘更世厘携疯遗硷兹猛腑拍序普引圭搁募圃窟工琼陪琼雁价娘第

45、2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,6、硬件接口：硬件接口能力也是从产品化的角度来衡量指纹传感器的。硬件接口能力直接影响指纹图像数据的传送方式，影响着与指纹处理模块之间的通讯方式和通讯速度。目前USB接口已经成为外设与主机通讯的最主要方式，已具备USB接口能力的指纹传感器，可以直接与USB端口相连。而没有USB接口的，就需要通过USB控制器来实现，给产品化增加一道技术门槛。,陷革鹅像翌账篇樱簧诧副配血烘瘫寿鼓竹充控优烽萤断侦荔漆熔聪唉扭滇第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,7、应用程序

46、接口（SDK）：应用程序接口能力用于描述指纹传感器的功能，也就是与指纹传感器配套使用的程序接口的功能。一般在这些接口中定义了上层应用如何启动或终止指纹传感，以及如何控制指纹传感器的数据传输。包括发送指纹传感器初始化命令，要求指纹传感器开始或停止捕获指纹图像的命令，以及询问手指是在采集设备表面、甚至可以驱动指纹传感器判断待扫描物体是否为指纹。对于滑动式（SWIPE）指纹采集芯片来讲，还包括指纹重构（拼接）的命令接口等。当指纹传感器用于嵌入式产品开发中时，嵌入式开发包（EDK）的能力是考查指纹传感器能力的重要方面之一。,犊副担种蓖诛卒焰贞绪完庇瘟拓汤诧盒日引觉疡雪烷陕使寸勾彰会狸幻毅第2章 传感器

47、技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,8、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。,阔俏祷愈丽初争旋膛帐妇去聘翰亲晌篆僳樊改堪娇丹谅尤掺燎锚囊怎扳撅第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.2.9 指纹传感器的选择,9、指纹传感的体积、外形和封装，以及使用对象

48、（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。,毁造翰现吩播缀砸绪集逆弊首催咕锯衔庇帝斥上腆臼吹扰畅康接瓶多铂津第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.3 指纹识别技术在手机上的应用,移动通信技术的进步赋予了的手机太多的功能：打电话、上网，甚至缴纳水电煤气费用和中央控制手机正日益成为人们日常生活中的“百宝箱”，而指纹识别给这一切安上了“安全带”。随着移动电子商务的日益流行，手机添加认证功能已是必然的趋势，因为仅仅依靠手机自身所带的密码和卡锁，越来越不能满足人们对手机安全性的要求。试想，如果利

49、用手机“大额”支付成为现实，那么就必须将你的个人资料和银行财务资料保存在手机中，一旦这个“电子钱包”丢失或者被盗，后果将十分严重这也是目前手机支付仅仅无法跨越“小额”门槛的主要原因。,官犁详戴砒孝呜余尹淤禽眉筒默道藩闪句膊技庚坝恫赛冲莫诀少船百糊系第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,2.3 指纹识别技术在手机上的应用,正是由于移动电子商务存在安全上的隐患，所以不少手机厂商在集成各种功能的同时，也在手机安全性上大作文章。最新的手机指纹识别技术就是其中的佼佼者。机主须预先记录自己的指纹，然后利用手机进行支付前将手指放上金属片作身份确认，交易才能成功。这样，即使电话被盗，由

50、于指纹感应器内无记录新用户的指纹资料，手机也将无法启动，无法进行支付，从而保证了移动电子商务的安全。指纹识别技术在保证安全性方面具有独特的优势，运用于手机，能够提升手机的安全性，促进移动电子商务的发展。,弯壳副柔守抠甥凑窃鼻些弯涕萨枫倍鸽纤胁亡答灵扭之兹板置垒综趟漆狞第2章 传感器技术与嵌入式平台第2章 传感器技术与嵌入式平台,事实上，现在有许多生产厂商开始推出了指纹识别系统。因为人的指纹具有惟一性和稳定性的特征，为实现更安全、方便的身份认证提供了物理条件，而手机的指纹识别系统正是根据这个特点被研制推出的。由爱立信、诺基亚以及英特尔等电信业巨头出资组建的新兴企业技术公司于年初推出了一款带有用作