指紋識別芯片的基本原理與及應(yīng)用

指紋識別技術(shù)2報告綱要指紋識別基本原理指紋識別的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢指紋識別在3C行業(yè)中的未來前景指紋識別基本原理應(yīng)

用

背

景

當(dāng)今社會，電子設(shè)備和保密機(jī)構(gòu)對更安全、更方便的身份認(rèn)證和訪問控制的需求變得越來越緊迫。傳統(tǒng)的機(jī)械鑰匙、“口令＋密碼”以及智能卡等的保護(hù)措施存在著丟失、遺忘、復(fù)制及被盜用的隱患以電子商務(wù)、電子銀行的安全認(rèn)證為例，他人假冒當(dāng)事人上網(wǎng)采購所造成的欺詐案越來越多，并有孩子冒充家長上網(wǎng)采購的案例。有學(xué)者推論：以全球60億人口計算，300年內(nèi)都不會有兩個相同的指紋出現(xiàn)。指紋被稱為“物證之首”，安全可靠。指紋識別基本原理指紋學(xué)術(shù)語指紋：手指第一節(jié)(手指尖一節(jié))指頭表面乳突紋線。指?。菏种傅谝还?jié)乳突線與承受客體接觸時留下的印痕。脊線：是手指上的特殊的皮膚花紋的隆線。谷線：兩個脊線之間低陷的部分。細(xì)節(jié)特征：指紋中出現(xiàn)的各種特征。而根據(jù)其出現(xiàn)的概率及在處理過程中的穩(wěn)定性，我們最常采用的就是脊線端點和分叉點。脊線分叉點脊線端點指紋識別基本原理指紋分類

指紋的分類方法其中最典型的是利用指紋奇異點(核心點和三角點)進(jìn)行分類，根據(jù)指紋奇異點的個數(shù)、類型和相對位置來確定指紋的基本類型。指紋分為六種主要的類型：拱形(arch)、帳型(tendedarch)、左箕型(1eftloop)、右箕型(rightloop)、雙箕型(doublewhorl)和斗型(whorl)，如下圖。指紋識別基本原理基本原理指紋是比較復(fù)雜的。指紋識別算法最終歸結(jié)為在指紋圖像上找到并比對指紋的特征。指紋的特征定義了指紋的兩類特征以進(jìn)行指紋的驗證：總體特征和局部特征。指紋識別基本原理全局特征1.模式區(qū)是指指紋上包括了總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的。有的指紋識別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)。2.核心點位于指紋紋路的漸進(jìn)中心，它在讀取指紋和比對指紋時作為參考點。許多算法是基于核心點的，既只能處理和識別具有核心點的指紋。3.三角點位于從核心點開始的第一個分叉點或者斷點、或者兩條紋路會聚處、孤立點、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點。三角點提供了指紋紋路的計數(shù)跟蹤的開始之處。4.指模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計算指紋的紋數(shù)時，一般先連接核心點和三角點，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可認(rèn)為是指紋的紋數(shù)。指紋識別基本原理局部特征局部特征是指指紋上的節(jié)點的特征，這些具有某種特征的節(jié)點稱為特征點。指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或打折。這些斷點、分叉點和轉(zhuǎn)折點就稱為“特征點”。

兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征，但它們的局部特征（特征點），卻不可能完全相同。就是這些特征點提供了指紋唯一性的確認(rèn)信息。終結(jié)點（Ending）：一條紋路在此終結(jié)。分叉點（Bifurcation）：一條紋路在此分開成兩條或更多的紋路。分歧點（RidgeDivergence）：兩條平行的紋路在此分開。孤立點（DotorIsland）：一條特別短的紋路，以至于成為一點。環(huán)點（Enclosure）：一條紋路分開成為兩條之后，立即有合并成為一條，這樣形成的一個小環(huán)稱為環(huán)點。短紋（ShortRidge）：一端較短但不至于成為一點的紋路。指紋識別基本原理指紋性質(zhì)1)確定性：指紋紋線的輪廓(紋型)和細(xì)節(jié)特征是基本不變的。2)唯一性：由于指紋脊線的連接關(guān)系千變?nèi)f化，因此，即使兩個不同的指紋有著相同的輪廓和相同數(shù)量的細(xì)節(jié)特征，它們的細(xì)節(jié)位置也是不可能完全相同的。3)可分類性：指紋的紋型，中心點和三角點之間的脊線數(shù)，以及細(xì)節(jié)特征間的關(guān)系，都可作為分類的依據(jù)。二.指紋識別技術(shù)指紋識別系統(tǒng)的構(gòu)成二.指紋識別技術(shù)2.1指紋的采集技術(shù)光學(xué)硅晶體傳感器超聲波其他類型指紋識別技術(shù)光學(xué)識別光學(xué)識別是較早的指紋識別技術(shù)；而且受手指表面是否干凈影響較大。只能到達(dá)皮膚的表皮層，而不能到達(dá)真皮層；基于光學(xué)發(fā)射裝置發(fā)射的光線反射后獲取數(shù)據(jù)；指紋識別技術(shù)電容傳感器識別利用指紋的脊和谷相對半導(dǎo)體的距離不同而造成電容值的不同，將其轉(zhuǎn)化為電壓記錄下來就可以得到指紋的灰度圖像。電容傳感器對手指的干凈度要求較高;傳感器表面使用硅材料，容易損壞?，F(xiàn)在應(yīng)用最普遍的技術(shù)。指紋識別技術(shù)超聲波掃描識別通過傳感器發(fā)射微量的射頻信號利用皮膚與空氣對于聲波阻抗的差異，可以區(qū)分指紋脊與谷穿透手指的表皮層獲取里層的紋路以獲取信息;這種方法對手指的干凈程度要求較低。指紋識別技術(shù)采集技術(shù)比較由于硅晶體電容傳感器的成本最低，體積又小，因此得到了最為廣泛的應(yīng)用。指紋采集質(zhì)量評估合格？否圖像切割圖像增強(qiáng)圖像二值化（分割）圖像細(xì)化是指紋識別技術(shù)指紋圖像預(yù)處理流程指紋識別技術(shù)指紋圖像預(yù)處理流程指紋識別基本原理特征提取和匹配1.指紋的特征提?。?/p>

指紋圖像經(jīng)過預(yù)處理之后，得到了清晰的細(xì)化二值圖，我們就可以在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行特征提取了。用位置、類型和方向這幾個參數(shù)描述細(xì)節(jié)特征，才能進(jìn)行后續(xù)的存儲或者與已有的細(xì)節(jié)特征進(jìn)行匹配。2.指紋特征點的匹配：指紋匹配問題轉(zhuǎn)化為點匹配問題，同一個手指的兩幅樣本圖像，由于按壓時手指位置、方向和力度的不同，可能造成指紋圖像的平移、旋轉(zhuǎn)和非線性形變，因此基于校準(zhǔn)的匹配算法理論簡單而又有效。指紋識別技術(shù)滑動式將手指從傳感器上劃過，獲得整個手指的指紋優(yōu)點是：成本低、易集成，可采集大面積圖像，應(yīng)用傳統(tǒng)的特征點算法缺點是：需要客戶有一個連貫規(guī)范動作采集圖像，體驗效果比較差；按壓式手指平放在設(shè)備上以便獲取指紋圖像。優(yōu)點是：按壓式的優(yōu)點是客戶體驗好缺點是：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，需要用復(fù)雜的圖像比對算法進(jìn)行識別。采集方式比較指紋識別的關(guān)鍵指標(biāo)關(guān)鍵指標(biāo)識別速度成像質(zhì)量寬容度應(yīng)用度電氣特性安全性使用壽命指紋識別發(fā)展趨勢及應(yīng)用現(xiàn)狀

識別速度：指傳感器識別從接觸到識別出結(jié)果的時間；iphone的檢測時間為323毫秒到365毫秒之間電氣特性：指抗靜電性能，一般要求大于15kv，否則易被擊穿；分辨率:一般至少要求256dpi，否則對細(xì)指紋不易分辯;寬容度：對干濕手指的適應(yīng)性,以及對環(huán)境的適應(yīng)能力，溫度、濕度等。使用壽命:傳感器的使用壽命的要求一般要達(dá)到可使用100萬次。

應(yīng)用度：軟件支持的應(yīng)用種類多少iPhone的指紋可以鎖手機(jī)、鎖應(yīng)用、登錄云，ApplePay/支付寶等應(yīng)用

安全度：ARMTrustZone技術(shù)是在CPU里增添一個安全區(qū)域隔離數(shù)據(jù)和應(yīng)用，確保安全指紋識別解鎖支付啟動應(yīng)用登陸指紋識別應(yīng)用指紋識別發(fā)展趨勢及應(yīng)用現(xiàn)狀不保存用戶指紋數(shù)據(jù)只記錄特征碼模板特征碼在傳輸存儲的時候采用加密算法指紋模板數(shù)據(jù)只能寫入和刪除，不能讀取和修改采用ARMTrustZone安全技術(shù)，從硬件上隔離Soc和軟件指紋識別安全機(jī)制指紋識別解決方案指紋識別技術(shù)在3C產(chǎn)品中的未來發(fā)展隱藏于玻璃面板之下的指紋識別三種隱藏式指紋識別技術(shù)第一種是將指紋Sensor置于整個手機(jī)玻璃面板下面。第二種則將玻璃面板掏個洞至0.2-0.3mm深，然后將Sensor裝進(jìn)去。第三種更是將Sensor融合進(jìn)玻璃之中。指紋識別技術(shù)在3C產(chǎn)品中的未來發(fā)展集成在屏幕中的指紋識別蘋果指紋識別專利描述一種能讓用戶指紋在顯示屏上的幾乎所有位置都可被識別——而非只能在固定位置被識別——的技術(shù)。這項專利所描述的是一種“指紋脊線和谷線之間的電場差異”能如何被應(yīng)用于電容顯示屏的技術(shù)，說得直白一點就是手機(jī)屏幕任意位置都是指紋