手机指纹识别系统是什么？
生物识别技术包括虹膜识别技术、视网膜识别技术、人脸识别技术、语音识别技术和指纹识别技术[2]。其中，指纹识别技术是目前最成熟、应用最广泛的生物识别技术。每个人的皮肤线条，包括指纹，图案、断点、交叉点都不一样，也就是说这些指纹特征是独一无二的，终身不变。依靠这种唯一性和稳定性，我们可以把一个人和他的指纹联系起来，通过他的指纹和预存的指纹进行比对，就可以验证他的真实身份。
指纹识别系统通过采集、分析和比较指纹特征，实现快速准确的身份认证。指纹识别系统的框图如图1所示。
指纹图像被指纹采集器采集后，可以被计算机识别和处理。指纹图像的质量将直接影响到识别的准确性和指纹识别系统的处理速度，因此指纹采集技术是指纹识别系统的关键技术之一。本文重点分析和比较了不同的指纹采集技术及其性能。
1指纹采集技术
指纹的表面积比较小，在日常生活中经常会有手指佩戴，所以获取高质量的指纹细节图像是一项非常复杂的工作。现在使用的指纹采集技术主要有光学指纹采集技术、半导体指纹采集技术和超声波指纹采集技术。
1.1光学指纹图像采集技术
光学指纹采集技术是目前最古老、应用最广泛的指纹采集技术。光学指纹采集设备开始于1971年，其原理是光的全反射(FTIR)。光线照射在有指纹的玻璃表面，反射光由CCD获取。反射光的量取决于压在玻璃表面的指纹的脊和谷的深度，以及皮肤和玻璃之间的油脂和水分。光透过玻璃打在谷上后，在玻璃与空气的界面发生全反射，光被反射到CCD上，而射向脊的光没有被全反射，而是被脊与玻璃的界面吸收或漫反射到其他地方，从而在CCD上形成指纹图像。
光学采集设备有很多优点:经得起长期实际应用的考验，能承受一定程度的温度变化，稳定性好，成本相对较低，能提供分辨率为500dpi的图像。
光学采集设备也有缺点，主要是图像尺寸和潜在指纹。滚筒必须足够大才能得到好的图像。手指压在压盘上后留下了潜指纹，降低了指纹图像的质量。严重的潜指纹会导致两个指纹重叠。此外，压盘上的涂层(膜)和CCD阵列会随着时间的推移而丢失，精度也会降低。
随着光学设备技术的革新，光学指纹采集设备的体积也在不断减小。现在传感器可以安装在一个6x3x6英寸的盒子里。在不久的将来，更小的设备将是3x1X1英寸。这些进步得益于各种光学技术的发展。例如，光纤束可以用来获得指纹图像。光纤光束垂直照射在指纹表面，照亮指纹，检测反射光。另一种方案是在弹性平面上安装包含微棱镜矩阵的表面。当手指按在这个表面上时，由于指纹脊和谷的不同压力，微棱镜的表面发生变化，这些变化通过棱镜光的反射反映出来。
美国DigitaIPersona[4]公司推出的U.are.U系列光学指纹采集器是目前广泛使用的光学指纹采集器，主要用于登录计算机windows系统时确认用户的身份。它集成了精密光学系统、LED光源和CMOS摄像头协同工作，具有三维活体的特点，可以接受来自各个方向的指纹输入，即使旋转180度，也是目前市面上最安全的光学指纹识别系统之一。U.are.U光学指纹采集器根据人体工程学设计，带USB接口，是用户桌面上键盘旁边的新型智能外设。
1.2半导体指纹采集技术
半导体传感器是1998年才出现在市场上的。这些含有微晶的平面通过各种技术绘制指纹图像。
(1)硅电容指纹图像传感器
这是最常见的半导体指纹传感器，通过电子测量来捕捉指纹。半导体金属阵列上可以组合大约100000个电容传感器，外面是绝缘面。传感器阵列的每一点都是一个金属电极，充当电容的一极，手指按压在传感面上的对应点充当另一极，传感面在两极之间形成介质层。由于指纹的脊和谷之间的距离与另一极不同(纹理的深度存在)，硅表面电容阵列的电容值也不同。通过测量和记录每个点的电容值，可以得到具有灰度级的指纹图像。
(2)半导体压敏传感器
其表面的顶层是弹性压敏介电材料，根据指纹的外部形貌(凹凸)转换成相应的电信号，进一步生成具有灰度级的指纹图像。
(3)半导体温度传感器
它可以通过感应压在设备上的脊和远离设备的谷之间的温差来获得指纹图像。
半导体指纹传感器采用自动控制技术(AGC技术)，可以自动调整指纹图像像素行的灵敏度和指纹的局部范围，结合不同环境下的反馈信息，可以产生高质量的图像。比如可以感觉到不清晰(对比度差)的图像，比如干燥的指纹，可以增强其灵敏度，在抓拍的瞬间产生清晰(对比度好)的图像；由于具有局部调整的能力，图像不清晰(对比度差)的区域也能被检测出来(比如手指轻按的地方)，在抓拍的瞬间就能提高这些像素的灵敏度。
半导体指纹采集设备可以获得相当精确的指纹图像，分辨率高达600dpi，指纹采集不需要像光学采集设备那样的大面积采集头。半导体芯片由于体积小，功耗低，可以集成到现有的很多器件中，这是光采集器件无法比拟的。现在很多指纹识别系统都是用半导体采集设备开发的。早期的半导体传感器的主要弱点是容易受到静电的影响，这使得传感器有时无法获得图像，甚至损坏。手指汗液和手指磨损中的盐或其他污垢会使半导体传感器难以获得图像。另外，它们不如玻璃耐磨，影响使用寿命。随着各种技术的不断发展，芯片的抗静电性能和耐用性都有了很大的提高。
从朗讯分离出来的Verdicom [5]，从1997开始致力于半导体指纹采集技术的研发。到目前为止，已经开发出FPSll0、FPS200等一系列CMOS指纹传感器产品，并被一些商用指纹识别系统采用。其核心技术是基于高可靠性硅传感器芯片的设计。
FPS200是Veridicom公司在吸收广泛使用的FPSll0系列传感器优点的基础上开发的新一代指纹传感器。FPS200[6]表面采用Vefidicom公司专利技术，经久耐用，可防止各种物质对芯片的划伤、腐蚀和磨损。FPS200可以承受超过8KV的静电放电(ESD)，因此FPS200可以应用在恶劣环境中。该产品结合了指纹中不同的脊、谷等纹理信息。通过高可靠性硅传感器芯片的图像搜索功能，无论手指是干的、湿的还是粗糙的，都可以选择同一个手指采集的最好的指纹图像中的一个存储在存储器中，指纹分辨率可以达到500dpi，大大减少了传感器芯片识别过程中的误接受和误拒绝的发生。
FPS200是第一款具有三个内置通信接口的指纹设备:USB接口、MCU接口和串行外设接口(Sn)，这使得FPS200能够在没有外部接口设备支持的情况下连接各种类型的设备。整体包装尺寸(24 mmx 24 mmxl.4 mm)，只有普通邮票的大小。由于其高性能、低功耗、低价格和小尺寸，它可以很容易地集成到各种互联网设备中，如便携式计算机、个人数字助理(PDA)和移动电话。
1.3超声波指纹图像采集技术
超扫描公司首创了超声波指纹图像采集设备产品。超声波指纹图像采集技术被认为是最好的指纹采集技术之一，但在指纹识别系统中很少见，成本较高，还处于实验室阶段。超声波指纹识别的原理是:当超声波扫描指纹表面时，跟随接收装置获得的反射信号，由于指纹的脊和谷的声阻抗不同，反射回接收器的超声波能量也不同，测量超声波能量，从而获得指纹的灰度图像。皮肤上堆积的污垢和油脂对超声成像的影响很小。因此，以这种方式获得的图像是实际指纹的凹凸线的真实反映。
总之，这些指纹采集技术都有各自的优缺点。超声波指纹图像采集技术由于成本高，一直没有应用到指纹识别系统中。一般半导体传感器的指纹采集面积小于1平方英寸，光学扫描的指纹采集面积等于或大于1平方英寸。我们可以根据实际需要选择采用哪种指纹采集设备。
表1给出了三种主要技术的比较。
表1
1光学扫描技术2半导体传感技术3超声波扫描技术
1对于干燥的手指成像能力较差，汗湿和轻微肿胀的手指成像模糊。容易受到皮肤上的污垢和油脂的影响。手指干燥就好，手指潮湿粗糙也可以成像。容易受到皮肤上的污垢和油脂的影响。3非常好
成像面积有大、小、中。
分辨率小于500dpi，最高600dpi，最高1000dpi。
设备有大有小。
耐用性非常耐用，而且更耐用。
功耗更大，更小，更大。
成本高，低，高。