采集指纹图像的三种技术

2.2.2　采集指纹图像的三种技术

因为用于测量的指纹仅是相当小的一片表皮，所以应有足够好的分辨率以获得指纹的细节。目前所用的指纹图像采集设备，基本上基于三种技术基础:光学技术、半导体硅技术、超声波技术。

1.光学技术

借助光学技术采集指纹是历史最久远、使用最广泛的技术。将手指放在硬度接近10的光学镜片上，手指在内置光源照射下，用棱镜将其投影投射在电荷耦合器件(CCD)上，进而形成脊线呈黑色、谷线呈白色的数字化的、可被指纹设备处理的多灰度指纹图像。

光学的指纹采集设备有明显的优点: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，廉价，达到500DPI的较高的分辨率等。其缺点是:由于要求足够长的光程，因此要求足够大的尺寸，不过像SecuGen等公司通过棱镜的多次反射在未缩短光程的前提下已将原有的高度缩小一半。

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。一般情况下对于过干的手指用“婴儿油”润湿一下，就会显著提高指纹质量，而对过分油腻或湿润的手指则需要擦拭。

所以，有的公司为提升指纹采集效果，在指纹采集器表面再加贴一层塑料薄膜，但该种薄膜的寿命不够理想，软薄膜会堆积污垢，而且前一使用者残留在塑料膜上的指纹会对后一指纹采集造成轻度“干扰”，使图像质量下降。

2.硅技术(或称CMOS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。

(1)优点。它可以在较小的表面上获得与光学技术同样好，甚至更好些的图像质量，在1cm×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)。

(2)缺点。电容采集头的缺点之一是容易受到干扰，从60Hz的电缆线的干扰到用户接触时的干扰、指纹采集器内部的电干扰等。电容采集头的另一问题是可靠性不高，无论是静电干扰，汗液中的盐分或者其他的脏物以及手指磨损都会导致采集头很难读取指纹。

3.超声波技术

为克服光学技术设备和硅技术设备的不足，一种新型的超声波指纹采集设备已经出现。其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同而产生不同的回波(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，就可以区分指纹脊与谷所在的位置。

超声波技术的特点:

(1)所使用的超声波频率为104～109Hz；

(2)超声波的能量被控制在对人体无损的程度(与医学诊断的强度相同)；

(3)分辨率与光学指纹采集设备相近；

(4)成本已降低到可接受的程度；

(5)超声波技术产品可能达到最好的精度，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。例如，有一款超声波产品的指纹登记时间长达8.12秒，其中扫描时间为4.6秒，处理时间为3.52秒。