指紋識別的發(fā)展過(guò)程、類(lèi)型與鎖類(lèi)應用

指紋識別技術(shù)是指利用人體的指紋特征對個(gè)人身份進(jìn)行識別。在所有的生物識別技術(shù)中，指紋識別技術(shù)是目前最為成熟的，也被應用最廣的生物識別技術(shù)。

指紋識別歷史發(fā)展

談及指紋識別，過(guò)去人們只能在刑偵電影、電視劇中了解到它，但近幾年，隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，以及生物識別領(lǐng)域研究熱潮的掀起，指紋識別技術(shù)逐漸走向了更為廣泛的民用市場(chǎng)，并已開(kāi)始出現在人們的生活中，開(kāi)始被大眾所熟知。

據考古發(fā)現，早在公元前7000～6000年，古代亞述人和中國人就已經(jīng)意識到了指紋的特點(diǎn)。到19世紀中葉，人們開(kāi)始了對指紋的研究，并產(chǎn)生了兩個(gè)重要的結論：

1、沒(méi)有任何兩個(gè)手指的指紋紋線(xiàn)形態(tài)是一致的;

2、指紋紋線(xiàn)的形態(tài)是終生不變的。

這兩個(gè)重要的研究結論使得一些國家的政府開(kāi)始使用指紋來(lái)進(jìn)行罪犯鑒別，如阿根廷在1896年、蘇格蘭在1901年，其他一些國家在二十世紀上葉紛紛引入了指紋識別技術(shù)來(lái)鑒定罪犯嫌疑人。

用計算機對指紋進(jìn)行自動(dòng)識別起源于二十世紀六十年代，這時(shí)候出現了能夠處理指紋圖像的計算機硬件。從此刑偵用的指紋自動(dòng)識別系統(AFIS)逐漸在全球開(kāi)始廣泛應用，不過(guò)當時(shí)的指紋采集一般都采用油墨捺印的方式。

1980年以后，隨著(zhù)個(gè)人計算機和光學(xué)指紋采集器的發(fā)明，指紋識別技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入了一些非司法領(lǐng)域。1990年后，廉價(jià)指紋采集器和計算比對設備，及相應的匹配算法的出現，使得指紋識別技術(shù)走向了基于民用的普及應用。

因此，從歷史上看，人們對指紋識別技術(shù)有著(zhù)長(cháng)期的了解和研究，對指紋的性質(zhì)也有著(zhù)深刻的認識。所以，指紋是當之無(wú)愧的“物證之首”。

指紋識別技術(shù)類(lèi)型

指紋圖像的獲取技術(shù)主要有4種類(lèi)型：光學(xué)掃描設備(例如微型三棱鏡矩陣)、溫差感應式指紋傳感器、半導體指紋傳感器、超聲波指紋掃描。

一、光學(xué)識別技術(shù)

借助光學(xué)技術(shù)采集指紋是歷史最久遠、使用最廣泛的技術(shù)。將手指放在光學(xué)鏡片上，手指在內置光源照射下，用棱鏡將其投射在電荷耦合器件(CCD)上，進(jìn)而形成脊線(xiàn)(指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線(xiàn))呈黑色、谷線(xiàn)(紋線(xiàn)之間的凹陷部分)呈白色的數字化的、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖像。

光學(xué)的指紋采集技術(shù)有明顯的優(yōu)點(diǎn)：它已經(jīng)過(guò)較長(cháng)時(shí)間的應用考驗，一定程度上適應溫度的變異，可達到500DPI的較高分辨率等，最主要是價(jià)格低廉。也有明顯的缺點(diǎn)：由于要求足夠長(cháng)的光程，因此要求足夠大的尺寸，而且過(guò)分干燥和過(guò)分油膩的手指也將使光學(xué)指紋產(chǎn)品的效果變壞。

光學(xué)指紋傳感局限性體現于潛在指印方面(潛在指印是手指在臺板上按完后留下的)，不但會(huì )降低指紋圖像的質(zhì)量，嚴重時(shí)還可能導致2個(gè)指印重疊，顯然，難以滿(mǎn)足實(shí)際應用需要。此外，臺板涂層及CCD陣列會(huì )隨時(shí)間推移產(chǎn)生損耗，可能導致采集的指紋圖像質(zhì)量下降。但是具有無(wú)法進(jìn)行活體指紋鑒別、對干濕手指的適用性差等缺點(diǎn)。

光學(xué)指紋識別系統由于光不能穿透皮膚表層(死性皮膚層)，所以只能夠掃描手指皮膚的表面，或者掃描到死性皮膚層，但不能深入真皮層。在這種情況下，手指表面的干凈程度，直接影響到識別的效果。如果，用戶(hù)手指上粘了較多的灰塵，可能就會(huì )出現識別出錯的情況。并且，如果人們按照手指，做一個(gè)指紋手模，也可能通過(guò)識別系統，對于用戶(hù)而言，使用起來(lái)不是很安全和穩定。

如去年底發(fā)生的內蒙古監獄越獄案件，越獄犯人就是砍下獄警的手指驗證光學(xué)指紋機打開(kāi)監獄門(mén)禁。還有近期各大媒體爭相報道的，在淘寶網(wǎng)上花100元左右可以訂做買(mǎi)到硅膠指模，可以輕易地驗證通過(guò)光學(xué)指紋機，上班族專(zhuān)門(mén)用它代打指紋考勤。

此外，光學(xué)傳感器中存在棱鏡，其體積較大，一般為半導體的幾倍甚至10倍大小，所以限制了其在小型設備上的應用。在類(lèi)似考勤機、門(mén)禁等大設備上使用沒(méi)有體積限制的問(wèn)題，但在U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、手持設備上使用，體積成了最大的障礙。成本低一直以來(lái)被認為是光學(xué)傳感器的最大優(yōu)勢，但由于其制造過(guò)程一致性較難保證，隨著(zhù)以電容傳感器為代表的半導體傳感器的大規模發(fā)展，光學(xué)傳感器的成本優(yōu)勢也已經(jīng)不再明顯。雖然大多數公司還在使用光學(xué)傳感器，但其發(fā)展趨勢是新穎的、高質(zhì)量的半導體電容指紋傳感器。

二、溫差感應式識別技術(shù)

溫差感應式識別技術(shù)是基于溫度感應的原理而制成的，每個(gè)像素都相當于一個(gè)微型化的電荷傳感器，用來(lái)感應手指與芯片映像區域之間某點(diǎn)的溫度差，產(chǎn)生一個(gè)代表圖像信息的電信號。

它的優(yōu)點(diǎn)是可在0.1s內獲取指紋圖像，而且傳感器體積和面積最小，即目前通常所說(shuō)的滑動(dòng)式指紋識別儀就是采用該技術(shù)。缺點(diǎn)是：受制于溫度局限，時(shí)間一長(cháng)，手指和芯片就處于相同的溫度了。

三、半導體硅感技術(shù)(電容式技術(shù))

20世紀90年代后期，基于半導體硅電容效應的技術(shù)趨于成熟。硅傳感器成為電容的一個(gè)極板，手指則是另一極板，利用手指紋線(xiàn)的脊和谷相對于平滑的硅傳感器之間的電容差，形成8bit的灰度圖像。電容傳感器發(fā)出電子信號，電子信號將穿過(guò)手指的表面和死性皮膚層，直達手指皮膚的活體層(真皮層)，直接讀取指紋圖案。由于深入真皮層，傳感器能夠捕獲更多真實(shí)數據，不易受手指表面塵污的影響，提高辨識準確率，有效防止辨識錯誤。

半導體指紋傳感器包括半導體壓感式傳感器、半導體溫度感應傳感器等，其中，應用最廣泛的是半導體電容式指紋傳感器。

半導體電容傳感器根據指紋的嵴和峪與半導體電容感應顆粒形成的電容值大小不同，來(lái)判斷什么位置是嵴什么位置是峪。其工作過(guò)程是通過(guò)對每個(gè)像素點(diǎn)上的電容感應顆粒預先充電到某一參考電壓。當手指接觸到半導體電容指紋表現上時(shí)，因為嵴是凸起、峪是凹下，根據電容值與距離的關(guān)系，會(huì )在嵴和峪的地方形成不同的電容值。然后利用放電電流進(jìn)行放電。因為嵴和峪對應的電容值不同，所以其放電的速度也不同。嵴下的像素(電容量高)放電較慢，而處于峪下的像素(電容量低)放電較快。根據放電率的不同，可以探測到嵴和峪的位置，從而形成指紋圖像數據。

與光學(xué)設備多采用人工調整改善圖像質(zhì)量不同，電容傳感器采用自動(dòng)控制技術(shù)調節指紋圖像像素以及指紋局部范圍敏感程度，在不同環(huán)境下結合反饋信息生成高質(zhì)量圖像。由于提供了局部調整能力，即使對比度差的圖像(如手指壓得較輕的區域)也能被有效檢測到，并在捕捉瞬間為這些像素提高靈敏度，生成高質(zhì)量指紋圖像。