伴隨iPhone 5s的發(fā)布,智能手機(jī)配備指紋識別功能迅速成為旗艦手機(jī)的標(biāo)配,然而Touch ID的使用體驗(yàn)也并不完美。三月份高通發(fā)布的Sense ID 3D超聲波指紋識別技術(shù)是否能顛覆Touch ID?本文將通過解析指紋識別技術(shù)告訴你答案。
一個(gè)典型的指紋識別系統(tǒng)應(yīng)該包括:指紋識別Sensor特征提取/匹配模塊特征模板庫應(yīng)用軟件。而指紋的匹配可分為兩步,首先是采集待驗(yàn)證的指紋的特征,然后將其和指紋模板庫中的模板指紋進(jìn)行相似度比較,從而判斷兩個(gè)指紋圖像是否來自同一手指。
在指紋識別的第一步就是指紋采集,以蘋果的Touch ID和三星Galaxy S5為代表的兩種指紋采集方式恰好就是典型代表。
指紋識別采集方式
1、滑動式
將手指從傳感器上劃過,系統(tǒng)就能獲得整個(gè)手指的指紋。手指按壓上去時(shí),無法一次性采集到完整圖像。在采集時(shí)需要手指劃過采集表面,對手指劃過時(shí)采集到的每一塊指紋圖像進(jìn)行快照,這些快照再進(jìn)行拼接,才能形成完整的指紋圖像。
滑動式的優(yōu)點(diǎn)是成本低、易集成,可采集大面積的圖像,應(yīng)用傳統(tǒng)的特征點(diǎn)算法,但缺點(diǎn)是需要客戶有一個(gè)連貫規(guī)范動作采集圖像,體驗(yàn)效果比較差,在之前的應(yīng)用推廣中不太成功。
2、按壓式
手指平放在設(shè)備上以便獲取指紋圖像。一般為了獲得整個(gè)手指的指紋,必須使用比手指更大的傳感器,整個(gè)手指同時(shí)按壓在傳感器之上。
按壓式的優(yōu)點(diǎn)是客戶體驗(yàn)好,只用一次按壓就可以采集圖像,與客戶在手機(jī)應(yīng)用的操作習(xí)慣匹配,無須教育客戶。缺點(diǎn)是:成本高,集成難度大,一次采集圖像面積相對較小,沒有足夠的特征點(diǎn),需要用復(fù)雜的圖像比對算法進(jìn)行識別。
指紋的采集從用戶角度就分為滑動和按壓,那么,指紋圖像的獲取又有那些方式?
指紋圖像的獲取技術(shù)
1、光學(xué)識別技術(shù)
原理:
借助光學(xué)技術(shù)采集指紋是歷史最久遠(yuǎn)、使用最廣泛的技術(shù)。將手指放在光學(xué)鏡片上,手指在內(nèi)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(指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線)呈黑色、谷線(紋線之間的凹陷部分)呈白色的數(shù)字化的、可被指紋設(shè)備算法處理的多灰度指紋圖像。
優(yōu)點(diǎn):
它已經(jīng)過較長時(shí)間的應(yīng)用考驗(yàn),一定程度上適應(yīng)溫度的變異,可達(dá)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):由于要求足夠長的光程,因此要求足夠大的尺寸,而且過分干燥和過分油膩的手指也將使光學(xué)指紋產(chǎn)品的效果變壞。
缺點(diǎn):
光學(xué)指紋傳感局限性體現(xiàn)于潛在指印方面(潛在指印是手指在臺板上按完后留下的),不但會降低指紋圖像的質(zhì)量,嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致2個(gè)指印重疊。此外,臺板涂層及CCD陣列會隨時(shí)間推移產(chǎn)生損耗,可能導(dǎo)致采集的指紋圖像質(zhì)量下降。
光學(xué)指紋識別系統(tǒng)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,用戶手指上粘了較多的灰塵,可能就會出現(xiàn)識別出錯(cuò)的情況。并且,如果人們按照手指,做一個(gè)指紋手模,也可能通過識別系統(tǒng),對于用戶而言,使用起來不是很安全和穩(wěn)定。
此外,光學(xué)傳感器中存在棱鏡,其體積較大,一般為半導(dǎo)體的幾倍甚至10倍大小,所以限制了其在小型設(shè)備上的應(yīng)用。在類似考勤機(jī)、門禁等大設(shè)備上使用沒有體積限制的問題,但在U盤、移動硬盤、手持設(shè)備上使用,體積成了最大的障礙。
2、半導(dǎo)體硅感技術(shù)(電容式技術(shù))
原理:
20世紀(jì)90年代后期,基于半導(dǎo)體硅電容效應(yīng)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,電子信號將穿過手指的表面和死性皮膚層,直達(dá)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(shù)據(jù),不易受手指表面塵污的影響,提高辨識準(zhǔn)確率,有效防止辨識錯(cuò)誤。
半導(dǎo)體電容傳感器根據(jù)指紋的嵴和峪與半導(dǎo)體電容感應(yīng)顆粒形成的電容值大小不同,來判斷什么位置是嵴什么位置是峪。其工作過程是通過對每個(gè)像素點(diǎn)上的電容感應(yīng)顆粒預(yù)先充電到某一參考電壓。當(dāng)手指接觸到半導(dǎo)體電容指紋表現(xiàn)上時(shí),因?yàn)獒帐峭蛊稹⒂前枷?,根?jù)電容值與距離的關(guān)系,會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?yàn)獒蘸陀鴮?yīng)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(jù)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(shù)據(jù)。
優(yōu)點(diǎn):
半導(dǎo)體硅感技術(shù)最重要的優(yōu)點(diǎn)是能夠達(dá)到活體指紋識別。還可以在較小的表面上獲得比光學(xué)技術(shù)更好的圖像質(zhì)量,在1cm×1.5cm的表面上獲得200-300線的分辨率(較小的表面也導(dǎo)致成本的下降和能被集成到更小的設(shè)備中)。體積小、成本低,成像精度高,而且耗電量很小,因此非常適合在安全防范和高檔消費(fèi)類電子產(chǎn)品中使用,被稱為光學(xué)以后的第二代指紋識別技術(shù)。
缺點(diǎn):
半導(dǎo)體硅感技術(shù)也有缺點(diǎn),就是會受靜電干擾,但可以通過安裝時(shí)接地解決。半導(dǎo)體電容指紋傳感器因制造工藝復(fù)雜,單位面積上傳感單元多,包含高端的,IC設(shè)計(jì)技術(shù)、大規(guī)模集成電路制造技術(shù)、IC芯片封裝技術(shù)等,所以電容指紋傳感器幾乎全部是由IC技術(shù)發(fā)達(dá)的國家或地區(qū),如美國、歐洲、***等地設(shè)計(jì)制造的。所以以前成本較昂貴,近年來成本大幅度下降,與光學(xué)傳感器的成本日益接近,是目前最理想的指紋識別技術(shù)。如銀行金庫和監(jiān)獄等高危安保場所安防門禁系統(tǒng),采用半導(dǎo)體硅感識別技術(shù)的指紋機(jī)用于門禁前端活體指紋識別,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的密碼、刷卡、光學(xué)指紋機(jī),從而真正做到身份識別的惟一性,確保萬無一失。
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