指纹采集技术的发展与应用

武婷婷　胡文港　刘一纬

摘 要：指纹作为一种身份识别的工具在很久以前已经被应用到日常生活中，但早期由于技术的局限性，指纹的采集精度不够，因此应用面比较窄。随着科学技术的飞速发展，各种电子器件也飞速的发展起来，并逐步被应用到指纹信息采集器中，大幅度的提高了指纹信息采集的效率和可靠度。

关键词：指纹；指纹采集；传感器

1 背景

指纹，是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线，纹线有规律的排列形成不同的纹型，由于其具有终身不变性、唯一性和方便性，已几乎成为生物特征识别的代名词。由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。其实，我国古代早就利用指纹（手印）来签押。

2 早期的指纹采集技术

当人们发现指纹有唯一性这个特点之后，便开始逐步把指纹应用于个人身份的识别，这也就是人们通常所说的签字画押。中国古代对指纹的应用可以追溯到很早以前，当时大多应用于罪犯在供词上留下自己的指纹以表示承认供词上所述内容。之后慢慢慢扩大应用到签订各种交易合同，在合同上留下指纹代表自己同意并遵守合同上所写的内容，这种应用一直沿用到今天还在继续使用。

早期的指纹采集方法比较简单，大多是通过油墨指压方式完成，即将待采集指纹的手指涂上油墨，然后手指直接按压在纸上，拿去手指，指纹便显现在纸张上，通过收集纸上按压的指纹印记建立指纹数据库，这种指纹图像采集方式简单，但缺点也很明显，即采集装备复杂，且精度不高，而且在后期查找和应用的时候很不方便。

3 现代的指纹采集技术

指纹无疑是一种很好的识别身份的工具，但是因为早起科学技术的限制，指纹的采集和后期是查找比对比较困难，因而限制了指纹识别技术的应用，导致指纹的应用不能达到应有的水平。

随着科技的进步，电子器件的发展，传感器被引入指纹图像采集中，。光学指纹传感、 热敏指纹传感、 超声波指纹传感等传感技术，因为其具有很高的精确度和分辨率。使得应用这些传感器的指纹采集系统对指纹的采集更加精确。在加上与计算机高效的处理速率相结合，使得这中传感器类电子指纹采集技术迅速发展起来并运用到实际生活中。各个国家也逐渐运用这种技术建立健全各国的国民指纹库，现在指纹识别已经被运用到各个领域，特别是在刑事侦查方面为很多案件的侦破起到了非常关键的作用。现在在各种身份证明的办理过程中，指纹采集已经逐渐成为不可或缺的一部分。

4 几种常见的指纹传感技术

下面介绍几种比较常用的指纹传感技术：

1、光学指纹传感技术

光学指纹传感技术是最早出现的指纹传感技术。如图 1. 1 所示，它主要是依靠光的全反射原理完成指纹采集。当指纹压到玻璃上时，光源照射到相关玻璃棱镜上，再通过 CCD 接收到光源最后再形成指纹图像。由于指纹脊线和谷线反射光的能量有很大的差异，所以此光学指纹传感所形成的指纹图像层次分明，脊线谷线的区分较明显。目前，光学指纹传感技术已经发展到采用纤维光束、 全息影像完成指纹采集。通过准确定向指纹，指纹采集装置能够直接获取待采集指纹的三维数据。

2、CMOS 压感传感技术

CMOS 压感传感技术作为半导体传感技术的代表性技术，近年来在指纹图像采集领域得到了广泛应用。从一幅二维指纹图像上看，脊线和谷线在图像存在距离的差异。但是，如果增加一维，脊线和谷线在高度上却有着明显区分。CMOS 压感传感技术就充分利用了三维指纹图像的这一特点。当手指按压采集装置的采集单元时，由于脊线和谷线距离采集单元的高度不同，将产生了不同大小的感应电容。利用 A/D 电路将大小不同的感应电容进行采样与转换，就能够得到与指纹对应的数字图像，图 1.2 给出了这种传感技术的原理图。

目前，CMOS 压感传感技术已经被广泛集成到指纹笔记本电脑、 指纹键盘、 指纹鼠标、指纹保密 U 盘等电子设备中。

3、热敏传感技术

热敏传感技术主要是利用手指上的纹理在接触到传感器时产生温度差异来进行指纹采集的。当手指放在传感器上面的时候，由于脊线能够直接接触到传感器，而谷线与传感器之间有空气不能直接接触，这样就会导致传感器接受到的温度会产生差异。然后，依靠这方面的温度的差异最终产生指纹图像。此种技术受到外界环境的影响比较大。潮湿的空气由于含有水量比较大，便于热的传导，所以潮湿的环境比干燥的环境采集的效果更好。此外，手指的本身的温度也会影响指纹采集的效果。由于指纹按压和进行直扫动作时，会产生额外的热量。而这部分的热量的大小又与手指本身的温度息息相关，所以不同的手指的温度会影响最终指纹图像的采集效果。热敏传感技术有个比较大的优点是，由于其对温度敏感，所以对于那些伪造的无热量的替代型指纹，具有很好的防伪效果。

此外现在得到广泛发展的指纹采集技术还有超声波传感技术，红外传感技术，电感传感技术等等。

5 结语

指纹从被应用一直发展到今天，经历了一代又一代的改革进步，如今在身份识别方面，指纹识别已经发展成为一种非常具有说服力了识别工具被运用到日常生活中。不过这当然也少不了指纹采集识别技术的发展推动的结果，随着科技的不断进步，相信指纹的作为一种有效的身份识别工具，一定会被应用的更加广泛。

参考文献

[1]熊诗波，黄长义.机械工程测试技术基础.3版[M].北京：机械工业出版社，2006.5.

[2]单成祥，朱彦文，张春.传感器原理与应用[M].北京：国防工业出版社，2006.

[3]祝恩，殷建平，张国敏，胡春风.自动指纹识别技术[M].长沙：国防科技大学出版社，2006.5.