指纹识别的发展过程、类型与锁类应用

指纹识别技术是指利用人体的指纹特征对个人身份进行识别。在所有的生物识别技术中，指纹识别技术是目前最为成熟的，也被应用最广的生物识别技术。

指纹识别历史发展

谈及指纹识别，过去人们只能在刑侦电影、电视剧中了解到它，但近几年，随着计算机技术的飞速发展，以及生物识别领域研究热潮的掀起，指纹识别技术逐渐走向了更为广泛的民用市场，并已开始出现在人们的生活中，开始被大众所熟知。

据考古发现，早在公元前7000～6000年，古代亚述人和中国人就已经意识到了指纹的特点。到19世纪中叶，人们开始了对指纹的研究，并产生了两个重要的结论：

1、没有任何两个手指的指纹纹线形态是一致的;

2、指纹纹线的形态是终生不变的。

这两个重要的研究结论使得一些国家的政府开始使用指纹来进行罪犯鉴别，如阿根廷在1896年、苏格兰在1901年，其他一些国家在二十世纪上叶纷纷引入了指纹识别技术来鉴定罪犯嫌疑人。

用计算机对指纹进行自动识别起源于二十世纪六十年代，这时候出现了能够处理指纹图像的计算机硬件。从此刑侦用的指纹自动识别系统(AFIS)逐渐在全球开始广泛应用，不过当时的指纹采集一般都采用油墨捺印的方式。

1980年以后，随着个人计算机和光学指纹采集器的发明，指纹识别技术开始进入了一些非司法领域。1990年后，廉价指纹采集器和计算比对设备，及相应的匹配算法的出现，使得指纹识别技术走向了基于民用的普及应用。

因此，从历史上看，人们对指纹识别技术有着长期的了解和研究，对指纹的性质也有着深刻的认识。所以，指纹是当之无愧的“物证之首”。

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。

一、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，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。

二、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。

三、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。