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带您了解指纹传感器

时间:【2014-10-18】 共阅【2468】次

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;

光学指纹传感器:

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。

半导体指纹传感器:

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。

在指纹产品中,指纹传感器和指纹算法是关键。因为指纹处理的过程是采集指纹图像,然后对指纹图像进行处理,所以能否采用到清晰的指纹图像是指纹处理的关键,指纹传感器是指纹图像的采集部件,因此,指纹传感器的性能将直接影响到指纹产品的性能。

一、对指纹传感器的要求

在银行指纹应用系统中,对所选择的指纹传感器一般有如下的基本要求:

1、指纹传感器具有活体指纹鉴别,也即,指纹传感器具有识别指模、指印、橡胶手指等非人体手指的能力;

2、具有对不同类型手指良好的适应性,如对干手指、湿手指、脏手指等的适用性。由于银行的特点是女性操作员比较多,因此,要求指纹传感器具有较高的采集分辨率;

3、传感器的抗静电指标。由于一般只有半导体指纹传感器具有活体指纹鉴别功能,而半导体指纹传感器受其制作工艺的影响,易受静电冲击。因此,一般要求半导体指纹传感器具有较强的抗静电能力。目前主流的半导体指纹传感器抗静电指标一般都达到15KV;

4、使用寿命要求。传感器的使用寿命的要求一般要达到可使用100万次。

二、不同类型指纹传感器性能比较和分析

目前采用的指纹传感器从分类上主要分为半导体指纹传感器和光学指纹传感器。

光学指纹传感器已经有近30年的历史,其原理主要是光学照相和反射的原理,目前国内的有厂家可以生产光学指纹传感器,其优点是抗静电能力强,产品成本低,使用寿命长,但是具有无法进行活体指纹鉴别、对干湿手指的适用性差等缺点。

半导体指纹传感器主要是利用电容、电场(也即我们所说的电感式)、温度、压力的原理实现指纹图像的采集。目前国内厂家基本上没有能力半导体的指纹传感器,主要从国外的进口。半导体的指纹传感器有分为面状指纹传感器和条状指纹传感器(也即,滑动式指纹传感器/刮擦式指纹传感器)。

1、电容式指纹传感器介绍

电容式指纹传感器是目前市场上的主流半导体指纹传感器。

电容式指纹传感器最早是由美国Veridicom公司生产的FPS100指纹传感器。但是,FPS100指纹传感器由于抗静电指标比较低(只有5KV),存在指纹残留的问题,基本上没有形成规模应用。

(1)、MBF200固态电容传感器

富士通MBF200(MBF200 SOLID-STATE FINGERPRINT SENSOR,中文名:MBF200固态指纹传感器)固态电容传感器是日本富士通公司利用从Veridicom公司购买的电容式指纹传感器技术,进行技术改良后,推出的一款电容式指纹传感器。该款指纹传感器是日本富士通公司在2002年推出的,产品推出后,在一些指纹产品中得到了应用。

产品概要

产品制造商 日本富士通公司

产品型号 MBF-200

采集原理 电容式,直接探测法

技术参数 分辨率 508DPI

点阵数 256×300

单幅图像大小  (字节数) 76K

采集窗口大小 24×24mm

抗静电指标 ±10 kV

操作温度 -20°C to +85°C

使用寿命 未公布

环境湿度 未公布

干手指适应性 一般

湿手指适应性 较差

产品评价 MBF-200电容式指纹传感器是日本富士通公司利用Veridicom公司技术开发的半导体指纹传感器,该指纹传感器在2002年后开始逐步投放市场,并被一些指纹产品的厂家采用,但是没有形成规模化的应用。

其优点是:采集分辨率较高。

其缺点是:指纹传感器的抗静电指标偏低(只有10KV,目前普遍要求是15KV);指纹传感器对干湿手指的适应性一般,尤其对湿手指(或有护手霜的手指)的适用性差。另外,厂家没有公开传感器的使用寿命资料。

在MBF-200的技术上,富士通公司有陆续推出了具有USB接口的SPF 200-USB Fingerprint Sensor和刮擦式的MBF 310 - Solid-State Fingerprint Sweep Sensor。

除富士通的电容式指纹传感器外,近年来指纹传感器的制造厂家一致致力于对电容式指纹传感器的技术改进和技术升级,其中比较有代表性的还有意法半导体(ST Micro)和瑞典的FingerPrint Card公司。

(2)、FPC1011C电容式指纹传感器介绍

FPC1011C电容式指纹传感器是瑞典FingerPrint Card公司(瑞典的一家上式公司)推出的目前最先进的电容式指纹传感器。

该款电容式指纹传感器利用了该公司拥有专利的反射式探测技术(以往的电容式指纹传感器采用的一般是直接式探测技术),使指纹传感器的表面保护层厚度可以达到普通电容式指纹传感器的100倍左右,因此使指纹传感器具有更高的对干湿手指的适用性和更长的使用寿命。

FingerPrint Card指纹传感器的主要性能指标见下表:

产品概要

产品制造商 瑞典FingerPrint Card公司

产品型号 FPC1011C

采集原理 电容式,反射式探测法

探测位置 真皮层

技术参数 分辨率 363DPI

点阵数 152×200

单幅图像大小 (字节数) 30K

采集窗口大小 15×12mm

抗静电指标 ±15 kV

操作温度 -20°C to +85°C

使用寿命 一百万次

环境湿度 95%

干手指适应性 良好

湿手指适应性 良好

产品评价 FPC1011C电容式指纹传感器是瑞典FingerPrintCard公司利用其反射式探测专利技术开发的半导体指纹传感器,该指纹传感器在2003年投放市场后被众多厂家认可和采用,目前已经形成规模化的应用。

该款指纹传感器的特点是:由于其独特的探测技术,可以探测到真皮层,具有良好对干湿手指的适用性,传感器的表面材料厚度到达其它电容式指纹传感器的100倍左右,具有很好的耐用性。抗静电指标达到15KV。

2、电感式指纹传感器介绍

电感式指纹传感器的主要生产厂家是美国的AuthenTec公司,它拥有电感式指纹传感器的技术专利(TurePrint技术)。目前,AuthenTec公司提供The FingerLoc Family和The EntréPad Family两个系列共多款指纹传感器。

国内使用较多的主要有AF-S2、AES3400和AES2500系列(包含:AES2501和AES2510)。其中,AF-S2是AuthenTec公司推出的第一代指纹传感器,AES2500系列是刮擦式指纹传感器。AES3400是AuthenTec推出的新一代指纹传感器,由于其采集窗口比较小,一般不太适合在通用设备上使用,比较多的使用在PDA等专用设备上。


AuthenTec公司的指纹传感器的主要性能指标见下表。

AuthenTec公司AF-S2指纹传感器性能指标表

产品概要

产品制造商 美国AuthenTec公司

产品型号 AF-S2

采集原理 电感式

技术参数 分辨率 250DPI

点阵数 128×128

单幅图像大小 (字节数) 16K

采集窗口大小 14.5×14.5mm

抗静电指标 ±8 kV

操作温度 0°C to +70°C

使用寿命 未公布

环境湿度 未公布

干手指适应性 一般

湿手指适应性 较差

产品评价 AF-S2 电感式指纹传感器是AuthenTec公司利用其专利技术TurePrint技术推出的第一代半导体指纹传感器,该指纹传感器在2002年曾经是市场的主流指纹传感器,一般多为2001年-2002年期间开发指纹产品的厂家采用。最近2年,由于有新的性能更好的指纹传感器投放市场,近几年指纹厂家开发的新指纹产品中已经不再使用。

该款指纹传感器的特点是:有规模应用,传感器性能比较稳定。

其缺点是:传感器的分辨率低,只有250DPI,对于一些指纹纹路较细的手指(如女性)效果将受影响,另外,指纹传感器的抗静电指标偏低(只有8KV,目前普遍要求是15KV);指纹传感器对干湿手指的适应性一般,尤其对湿手指(或有护手霜的手指)的适用性差。另外,厂家没有公开传感器的使用寿命资料。

AuthenTec公司AES3400指纹传感器性能指标表

产品概要

产品制造商 美国AuthenTec公司

产品型号 AES3400

采集原理 电感式

技术参数 分辨率 500DPI

点阵数 128×128

单幅图像大小 (字节数) 16K

采集窗口大小 7.2×7.2mm

抗静电指标 ±8 kV

操作温度 0°C to +70°C

使用寿命 100万次

环境湿度 未公布

干手指适应性 一般

湿手指适应性 一般

产品评价 AES3400 电感式指纹传感器是AuthenTec公司利用其专利技术TurePrint技术开发的新一代半导体指纹传感器,其性能较AF-S2有一定的改善。

该款指纹传感器的特点是:有规模应用,传感器性能比较稳定、采集分辨率达到500DPI。

其缺点是:采集窗口面积太小,只有7.2×7.2mm。指纹传感器的抗静电指标偏低(只有8KV,目前普遍要求是15KV);指纹传感器对干湿手指的适应性一般。

3、刮擦式指纹传感器介绍

近年来,由于指纹技术在PDA、便携机等手持式设备上的应用需求以及指纹传感器生产厂家为降低指纹传感器的生产成本的要求,刮擦式指纹传感器逐渐得到了一些应用,几乎所有的指纹传感器厂家均推出了刮擦式指纹传感器,比较有有代表性包括:美国Atmel公司生产的FingerChip刮擦式指纹传感器、日本富士通公司的MBF310刮擦式指纹传感器、瑞典FingerPrintCard公司的FPC103B和美国AuthenTec公司的AES2500等。和面式指纹传感器相比,不同厂家在刮擦式指纹传感器采用的技术上的存在较大差异,如:AuthenTec采用电感式的TurePrint技术、富士通采用电容式的直接探测技术、FingerPrint Card采用电容式的反射式探测技术、Atmel采用热敏式技术等。

刮擦式指纹传感器成像方法是:当手指在指纹传感器上刮过时,采集多幅图像,然后对采集的图像进行拼接,最终形成整个手指的指纹图像。所以,刮擦式指纹传感器可以采集到手指较大区域的指纹图像。但是,采集图像的效果会受到使用人员移动手指速度的影响。

刮擦式指纹传感器只有面向以下的应用:

1、体积比较小的手持式设备,如手机、PDA等,在这些设备上,面式指纹传感器由于体积的原因无法使用;

2、面向固定的个体用户。刮擦式指纹传感器由于要求操作者每次验证指纹时刮擦手指,手指刮擦的速度和力度对指纹识别有较大的影响,刮擦太快或太慢,都会导致采集到的指纹图像差,影响指纹比对的成功率。因此,在使用刮擦式指纹传感器前一般需要对使用人员进行一段时间的培训。对于银行应用,使用刮擦式指纹传感器需要对柜员进行细致的培训,另外,如果将指纹应用扩展到面向银行用户的应用时(如目前,部分银行已经使用的部分储蓄的柜面业务,如挂失等,使用指纹验证等),一般难以使用。

3、使用在对操作时间要求不太高的场合。一般面式指纹传感器只要手置手指即可,操作人员易于掌握。对于刮擦式指纹传感器,由于刮擦的操作特点,一般在对时间要求比较高的场合不宜使用。在PDA或便携机上使用时,如果一次验证失败,操作人员可以重复验证,因为这些应用对操作时间没有严格的限制。而刮擦式则要求操作者比较认真地刮擦手指,且刮擦的速度有较严格的要求,对于像银行这样对柜员临柜操作速度要求较高的场合,难以保证柜员每次多认真地刮擦手指。

一般来说,选用半导体指纹传感器主要要考虑以下几个指标:

1、抗静电性能,一般要求大于15kv,否则易被击穿;

2、分辨率。一般至少要求256dpi,否则对细指纹不易分辩,比如银行、医院、超市等不宜应用

3、对干湿手指的适应性(尤其是涂有护手霜的手指)。AuthenTec、富士通MBF200等存在不同程度的缺陷。

4、使用寿命要求。传感器的使用寿命的要求一般要达到可使用100万次。

5、产品一致性和适应性,由于中国幅员辽阔,不同地区人的指纹有不同的特征,所以一般选用时应该选择在各地均有应用验证的产品。

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