指纹设备的原理

    在指纹采集设备汇总，其关键部分即指纹传感器的品种、类型和功能也在随着科学技术的不断进步和发展而不断增加。若

按工作原理来分，指纹传感器大体上可以分为：光电式指纹传感器、电容式指纹传感器、压敏式指纹传感器、热敏式指纹传感器

与超声波扫描指纹传感器等几大类。若按工作方式来分，则可以分为：滚动式采集、平面式采集和刮拉式（被动线扫描式）采集

3种。其中，滚动式采集主要是为了满足警用AFIS在司法刑侦上的应用需求。其工作原理是利用计算机进行图像信息采集下来，

并直接储存到计算机上。特别值得一提的是采用刮拉式采集的指纹传感器，它是以被动的线状（或窄带状，一般不超过8行）扫

描的方式输出，并通过计算机进行图像合成来达到整幅完整的指纹图像。使用时，只要把手指放在传感器上，速度均匀地向下拉

刮即可。其最大的优点就是成本低，最大的缺点就是普通人操作不易掌握，需要反复的训练。

    光电式指纹传感器是最早被采用的一种指纹传感器，其历史可以追溯到20世纪70年代。光电式传感器的工作原理是依据光

的全反射原理，当光线照射到压有指纹的玻璃表面时，由于脊和谷部位的反射光线强度不同，图像经棱镜折射后被半导体光电器

件捕获，并通过光电转换形成电信号，再经A/D转换电路转换成具有灰度数字图像信号输出。光电式传感器属于视觉型传感器，

其输出的灰度数字图像信号与人们指纹上可见的纹路图案直接相关。

    半导体电容式指纹传感器是最近才出现的新型指纹传感器。它利用了大规模集成电路技术，将近百万个电容传感单位陈列

集成到了一小块半导体晶片上。当人的手指压在传感器的绝缘表面上时，由于指纹的际和谷与电容传感单元之间的距离不同，所

形成的分布电容也不同，经过相关电路的A/D转换后，变成数字图像信号输出。半导体电容式传感器的优点是具有极好的图像一

致性和极低的图像几何失真。其缺点是受半导体生产工艺的和制造成本的限制，采样面积很难做大。因此，半导体电容式指纹传

感器的采集方式主要以平面式和刮拉式为主。

    严格来说，通过电容式指纹传感器所“看”到的指纹图像，与我们在视觉上所看到的指纹图像是相似而又有所不同的，甚

至更接进 真实指纹。电容式传感器属于非视觉型传感器，其输出的指纹灰度图只与人们手指皮肤真皮层上的指纹纹路图案有

关，而与实际指纹的外观色调无关，因而所输出的灰度图也被称为伪灰度图。

     压感式指纹传感器表面的顶层是由数万个具有弹性的压敏介质材料单元陈列所组成的。当手指按压在传感器表面时，通过

对所有压敏介质材料单元阵列进行扫描，就可以将指纹纹路脊和谷的凹凸变化转成相应的电信号输出，从而得出指纹的图像。鉴

于加工工艺上的原因，压敏式指纹传感器的面积容易做得较大，抗静电能力也可以做得较高。

    热敏式指纹传感器的工作原理则是将指纹上的脊和谷的温度差异转换成电信号输出，从而得到指纹图像。由于在制造上的

困难以及追求廉价低成本的目标，市面上见到的热敏式指纹传感器大都采用被动线扫描的工作方式，在使用时必须采取刮拉式操

作。

    超声波扫描指纹传感器的原理则是利用超声波扫描指纹的表面，获取指纹上脊和谷不同深度的反射信号，并加以分析计

算，得出指纹的图像。虽然超声波扫描指纹传感器对人体指纹上的污渍不敏感，但因整台设备结构复杂，体积和功耗较大，价格

昂贵，因而不常见。