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1、指纹识别技术类型与常见应用问题剖解“生活指纹化”是人们不可置身于外的生活现实。21 世纪的人类生活，凡涉及 到身份识别的电子产品，都必将全面指纹化。因此，指纹化产品呈现出广阔的市 场开发前景和巨大的利润空间。指纹识别技术类型指纹图像的获取技术主要有 4 种类型：光学扫描设备（例如微型三棱镜矩阵） 温差感应式指纹传感器、半导体指纹传感器、超声波指纹扫描。光学识别技术借助光学技术采集指纹是历史最久远、使用最广泛的技术。将手指放在光学 镜片上，手指在内置光源照射下，用棱镜将其投射在电荷耦合器件（CCD）上，进 而形成脊线（指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线）呈黑色、谷线（纹线之间的 凹陷部分） 呈白
2、色的数字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。光学的指纹采集技术有明显的优点：它已经过较长时间的应用考验，一定程 度上适应温度的变异，可达到500DPI的较高分辨率等，最主要是价格低廉。也 有明显的缺点：由于要求足够长的光程，因此要求足够大的尺寸，而且过分干燥 和过分油腻的手指也将使光学指纹产品的效果变坏。光学指纹传感局限性体现于潜在指印方面（潜在指印是手指在台板上按完后 留下的），不但会降低指纹图像的质量，严重时还可能导致2个指印重叠，显然， 难以满足实际应用需要。此外，台板涂层及CCD阵列会随时间推移产生损耗，可 能导致采集的指纹图像质量下降。但是具有无法进行活体指纹鉴别、对干湿手指
3、 的适用性差等缺点。光学指纹识别系统由于光不能穿透皮肤表层（死性皮肤层），所以只能够扫描 手指皮肤的表面，或者扫描到死性皮肤层，但不能深入真皮层。在这种情况下， 手指表面的干净程度，直接影响到识别的效果。如果，用户手指上粘了较多的灰 尘，可能就会出现识别出错的情况。并且，如果人们按照手指，做一个指纹手模， 也可能通过识别系统，对于用户而言，使用起来不是很安全和稳定。如去年底发生的内蒙古监狱越狱案件，越狱犯人就是砍下狱警的手指验证光 学指纹机打开监狱门禁。还有近期各大媒体争相报道的，在淘宝网上花100元左 右可以订做买到硅胶指模，可以轻易地验证通过光学指纹机，上班族专门用它代 打指纹考勤。此外，
4、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。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。成本低一直以来被认为是光学传感器的最大优势，但由于其制造过程一 致性较难保证，随着以电容传感器为代表的半导体传感器的大规模发展，光学传 感器的成本优势也已经不再明显。虽然大多数公司还在使用光学传感器，但其发 展趋势是新颖的、高质量的半导体电容指纹传感器。温差感应式识别技术温差感应式识别技术是基于温度感应的原理而制成的，每个像素都相当于一 个微型化的电荷传感器，用来感应手指与芯片映像
5、区域之间某点的温度差，产生 一个代表图像信息的电信号。它的优点是可在0.1s内获取指纹图像，而且传感器体积和面积最小，即目 前通常所说的滑动式指纹识别仪就是采用该技术。缺点是：受制于温度局限，时 间一长，手指和芯片就处于相同的温度了。半导体硅感技术（电容式技术）20 世纪 90 年代后期，基于半导体硅电容效应的技术趋于成熟。硅传感器成 为电容的一个极板，手指则是另一极板，利用手指纹线的脊和谷相对于平滑的硅 传感器之间的电容差，形成8bit的灰度图像。电容传感器发出电子信号，电子 信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的活体层（真皮层），直接读 取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获
6、更多真实数据，不易受手指表面 尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨识错误。半导体指纹传感器包括半导体压感式传感器、半导体温度感应传感器等，其 中，应用最广泛的是半导体电容式指纹传感器。半导体电容传感器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，因为嵴是凸起、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
7、处于峪下的像素 （电容量低）放电较快。根据放电率的不同，可以探测到嵴和峪的位置，从而形成 指纹图像数据。与光学设备多采用人工调整改善图像质量不同，电容传感器采用自动控制技 术调节指纹图像像素以及指纹局部范围敏感程度，在不同环境下结合反馈信息生 成高质量图像。由于提供了局部调整能力，即使对比度差的图像（如手指压得较 轻的区域）也能被有效检测到，并在捕捉瞬间为这些像素提高灵敏度，生成高质 量指纹图像。半导体电容指纹传感器优点为图像质量较好、一般无畸变、尺寸较小、易集 成于各种设备。其发出的电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，达到手指皮 肤的活体层（真皮层），直接读取指纹图案，从而大大提高了系统的
8、安全性。半导体硅感技术最重要的优点是能够达到活体指纹识别。还可以在较小的表 面上获得比光学技术更好的图像质量，在lcmX 1.5cm的表面上获得200-300线 的分辨率（较小的表面也导致成本的下降和能被集成到更小的设备中）。体积小、 成本低，成像精度高，而且耗电量很小，因此非常适合在安全防范和高档消费类 电子产品中使用，被称为光学以后的第二代指纹识别技术。半导体电容指纹传感器因制造工艺复杂，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，所以电容指 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。目前国内只有
9、极少数厂家有能力生产半导体指纹传感器。但半导体硅感技术也有缺点，就是会受静电干扰，但可以通过安装时接地解 决。以前成本较昂贵，近年来成本大幅度下降，与光学传感器的成本日益接近， 是目前最理想的指纹识别技术。如银行金库和监狱等高危安保场所安防门禁系统 采用半导体硅感识别技术的指纹机用于门禁前端活体指纹识别，代替传统的密码 刷卡、光学指纹机，从而真正做到身份识别的惟一性，确保万无一失。超声波技术超声波指纹采集是一种新型技术，其原理是利用超声波具有穿透材料的能力 且随材料的不同产生大小不同的回波（超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿 透与反射的程度不同）。因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可
10、以区 分指纹嵴与峪所在的位置。超声波技术所使用的超声波频率为1X 104Hz-1 X 109Hz,能量被控制在对人 体无损的程度（与医学诊断的强度相同）。超声波技术产品能够达到最好的精度， 它对手指和平面的清洁程度要求较低，但其采集时间会明显地长于前述两类产品 而且价格昂贵，也并不能做到活体指纹识别，所以目前使用稀少。指纹识别应用问题剖解 问：有些用户指纹门禁经常无法验证通过，该如何解决该问题? 答：如下的一些情况可能会导致有的员工难于使用或根本不能够使用指纹进 行门禁管理： 一些手指上指纹被磨平; 手指上褶皱太多，经常变化； 手指上脱皮严重;指纹无法识别的用户，可将该指纹删除再重新登记，或登
11、记另一枚手指。这种用户在登记指纹时，需要选择使用质量较好的指纹（褶皱少、不起皮、指纹清 晰），尽量使手指接触指纹采集头面积大一些，登记完成后做一下比对测试;并建 议多注册几枚备份手指。另外我们的门禁机为此提供了 1：1 比对方式和密码功 能，可以设置这些员工使用 1：1方式和密码进行门禁管理。问：门禁机不能通讯时，请问会有哪些方面的原因?答：可能原因有：通讯端口设置不正确，选择连接的通讯端口不是实际所 用的COM 口。计算机的通讯端口波特率与考勤机的波特率设置值不同。门禁 机未接电源或未与计算机连接；门禁机已连接但未开机。连接的终端机号不 正确。数据线或转换器不能通讯。计算机的COM 口坏掉。
12、问：门禁机在接上电源开机后，液晶显示不完整，有时只显示一半，有时花 屏，请问是什么问题，该如何解决？答:可能原因是主板坏;液晶的内部特性问题。这时需要与供应商联系， 返回维修。问：如何清除门禁机的管理员?答：可以用门门禁机和计算机通讯，通讯成功后，进入门禁机管理标签页， 单击清除管理员按钮，可以清除门禁机的管理员，断开连接后，就可以进入门禁 机的菜单模式了。问：门禁机通讯连接时出现笛笛的鸣叫声是什么原因?答：使用RS-232通讯时如出现上述现象，则是计算机的波特率与考勤机 的波特率设置不一致。若是使用RS-485通讯，则可能是转换器通讯线的两根线接反了，或者是 两根线粘在了一起。问：门禁机打开
13、后一直反复显示请重按（离开）手指，请问是什么问题?应 如何解决?答：出现这种问题的原因可能是： 使用久了，采集头表面变得不清洁，或有划痕，会使采集头误认为表面有 按手指，而并不能通过，所以出现此问题。这种情况下可以使用不干胶胶布粘贴采集头表面的脏物。 指纹采集头的连线脱松或已松掉。 主板芯片坏了。若是第、项两个原因，则需要与供应商联系，申请保修。问：门禁机管理中进行操作时，下载指纹及密码数据都没有问题，但在读取 门禁记录时却提示失败或中途出错，请问如何解决?答：这种情况可能与数据线，或转换器，或计算机的COM 口有关，这时你可以降低门禁机与计算机的通讯波特率，如设为 19200或9600，再进行读取。
