什么是不同類型的指紋掃描儀？
指紋掃描儀曾經(jīng)只用于生物記錄系統(tǒng)和考勤系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)成為常規(guī)智能手機(jī)的一部分，甚至更多。指紋已經(jīng)成為一種可信賴的個人身份識別方法。指紋識別技術(shù)與面部識別技術(shù)或其他生物識別系統(tǒng)(如視網(wǎng)膜掃描技術(shù))相結(jié)合，為識別任何人提供了一種無懈可擊的方式。隨著移動應(yīng)用和可穿戴設(shè)備的爆炸式增長，指紋掃描的使用已經(jīng)從“識別”轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢J(rèn)證”。很快，它可能不再局限于解鎖你的手機(jī)和它們的應(yīng)用程序。許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如智能家居自動化、 ilot 和數(shù)字安全應(yīng)用，已經(jīng)在需要用戶身份驗(yàn)證、認(rèn)證或識別的任何地方使用指紋掃描器。
正如用例所示，指紋掃描器背后的電子設(shè)備同樣有趣。在本文中，我們將探索不同類型的指紋掃描儀的基礎(chǔ)上，介紹他們的基礎(chǔ)電子。
指紋是唯一的標(biāo)記
手指皮膚上的細(xì)小隆起和凹陷的圖案稱為指紋。令人驚訝的是，人類的指紋是獨(dú)一無二的標(biāo)記。也許，在人類進(jìn)化的過程中，指紋是一種緊緊抓住東西的適應(yīng)，就像輪胎有抓住路面的胎面花紋一樣。
有趣的是，指紋在胎兒發(fā)育的第七個月形成。指紋形成的模式是由遺傳密碼以及一些環(huán)境因素決定的。除了遺傳密碼決定胎兒的位置如何影響發(fā)育中胎兒的皮膚形態(tài)，子宮內(nèi)每個指紋脊的發(fā)育，周圍羊水的成分和密度，以及其他幾個胎兒發(fā)育因素。所有這些事件和因素都是如此隨機(jī)，以至于兩個人，即使是雙胞胎，也不可能有相同的指紋。
更有趣的是，子宮中的指紋在一生中都保持不變。毫無疑問，指紋是人類唯一的標(biāo)識符。
指紋掃描儀是如何工作的
任何指紋識別，不管它的底層電子設(shè)備是什么，都會掃描指紋的數(shù)字圖像。樣本圖像存儲在內(nèi)存中，用于與未來的掃描進(jìn)行比較。
對整個指紋圖像進(jìn)行比較分析往往需要過多的處理器。這就是為什么大多數(shù)掃描系統(tǒng)在指紋圖像中尋找唯一的模式。指紋的這些獨(dú)特的特征被稱為細(xì)節(jié)。掃描儀尋找山脊結(jié)束或分裂成兩個山脊的點(diǎn)。這些獨(dú)特的特征被稱為典型。掃描軟件記錄掃描圖像中細(xì)節(jié)點(diǎn)的絕對位置，并繪制它們之間的相對位置。這導(dǎo)致在各種細(xì)節(jié)之間形成獨(dú)特的形狀和尺寸。
就像指紋一樣，最終的形狀和尺寸總是唯一的。通過識別足夠數(shù)量的細(xì)節(jié)點(diǎn)、它們在掃描中的絕對位置和相對模式，掃描儀可以唯一地識別特定的指紋。所有這些都涉及到復(fù)雜的圖像處理算法。
許多指紋掃描儀有額外的傳感器，如脈沖傳感器或熱傳感器，以確定掃描的圖像是否來自活著的手指。指紋識別依賴于掃描指紋的數(shù)字圖像。有時可以使用指紋圖像、手指模型或從殘留指紋克隆來偽造指紋。使用額外的傳感器有助于檢測偽造事故。
指紋掃描器的類型
基于電子產(chǎn)品，有四種類型的指紋掃描儀-
光學(xué)掃描儀
電容式掃描儀
超聲波掃描儀
顯示內(nèi)掃描器
在嵌入式應(yīng)用中，光學(xué)和電容掃描儀是最常見的。移動設(shè)備和可穿戴設(shè)備大多有電容式或顯示內(nèi)掃描儀。
光學(xué)掃描儀
光學(xué)掃描儀是指紋掃描儀的最早型號。顧名思義，這些掃描儀使用 CCD 或 CMOS 圖像傳感器捕捉指紋的光學(xué)圖像。這些類似于照相機(jī)傳感器，雖然他們的目的是采取高對比度的圖像相比，任何普通的相機(jī)。該傳感器由一組 led 組成，CCD/CMOS 傳感器捕捉照亮手指的區(qū)域和反射光波。該傳感器內(nèi)置有高密度的二極管，以獲得指紋的詳細(xì)圖像。所捕獲的圖像是掃描的指紋的二維圖像。最新型號的尺寸小到1毫米，甚至可以掃描濕手指。隨著成本逐漸下降，光電容混合掃描儀能夠檢測活動手指的趨勢。
光學(xué)掃描儀，盡管目前所有的進(jìn)步，仍然很容易被愚弄。指紋可以用指紋的高分辨率圖像、假肢或人造手指偽造。
光學(xué)指紋識別的例子
電容式掃描儀
電容式掃描儀使用完全不同的技術(shù)來讀取指紋。它使用數(shù)百個小電容器陣列來檢測手指脊和山谷之間的電容電容器板。只要有脊，它與電容器板之間的距離就很小，導(dǎo)致電容量略小。無論在哪里有一個山谷，它的距離與電容板是更大的空氣間隙之間。這導(dǎo)致了更大的電容。陣列中每個電容器的電容被傳遞給運(yùn)算放大器，并在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的幫助下記錄下來。這產(chǎn)生一個數(shù)字掃描的指紋根據(jù)電容式觸摸傳感。
電容式掃描儀不容易被愚弄，甚至可以檢測到一個活的手指。用電容式掃描儀偽造指紋的唯一方法是侵入控制器的硬件或軟件。否則，這些掃描儀不能愚弄的打印圖像或假肢的原則操作。打印圖像會產(chǎn)生相應(yīng)的電容效應(yīng)，假肢無法精確模擬活手指的觸摸電容。
光學(xué)指紋識別的例子。
超聲波掃描儀
超聲波掃描儀是最新最先進(jìn)的指紋掃描儀，能夠產(chǎn)生指紋的三維掃描。目前，這項(xiàng)技術(shù)只在一些高端智能手機(jī)中使用。在超聲波掃描儀中，有一組超聲波發(fā)射器和接收器。發(fā)射器發(fā)出超聲波脈沖，反射在指紋的脊、谷和孔隙中。一組接收器感應(yīng)反射的脈沖。接收器實(shí)際上是傳感器，測量機(jī)械應(yīng)力由于強(qiáng)度的反射超聲波脈沖在不同的點(diǎn)。這個結(jié)果在指紋掃描的三維地圖，這是必須詳細(xì)比較的任何電容掃描儀的二維掃描。
超聲波掃描儀需要一些時間才能有效地捕捉到指紋的三維地圖。超聲波掃描儀易于實(shí)現(xiàn)。它們通常用于智能手機(jī)中的顯示屏掃描器。像電容式掃描儀一樣鍛造超聲波掃描儀幾乎是不可能的。掃描指紋的三維特征使得該技術(shù)更加健壯。與電容式掃描儀一樣，超聲波掃描儀也只能通過破解硬件或軟件來偽造。根據(jù)操作原理，超聲波掃描儀幾乎是無可挑剔的。
智能手機(jī)中的超聲波指紋識別。
顯示內(nèi)掃描器
現(xiàn)在很多智能手機(jī)都配有顯示屏上的指紋掃描儀。這些是超聲波或光學(xué)電容掃描儀。使用 OLED 屏幕的智能手機(jī)和其他可穿戴設(shè)備更喜歡使用光電容式掃描儀。相比之下，超聲波掃描儀廣泛應(yīng)用于中檔智能手機(jī)和產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈円子趯?shí)現(xiàn)并且具有成本效益。
用于 Arduino、 Raspberry Pi 和其他嵌入式原型平臺-的指紋掃描器
光學(xué)和電容掃描儀是相當(dāng)常用的嵌入式應(yīng)用。光學(xué)掃描儀的一個很好的例子是 r305模型。多年來，它在電子業(yè)余愛好者中相當(dāng)流行。R303是一款很受歡迎的電容式掃描儀。這些掃描儀通常通過 UART 接口與微控制器或微型計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。它很容易接口和操作，因?yàn)樗麄儊砼c指令記錄，掃描和比較指紋。所有這些指令都可以很容易地通過 UART 協(xié)議與掃描器進(jìn)行通信。
電容式指紋識別 r303的例子。
總結(jié)
指紋掃描儀是很方便的設(shè)備。這些必須與其他生物識別或認(rèn)證方法相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)一個萬無一失的身份識別系統(tǒng)。這可能包括合并其他“你是誰”系統(tǒng)，如視網(wǎng)膜掃描或虹膜掃描，“你知道什么”系統(tǒng)，如 PIN 碼，或“你有什么”系統(tǒng)，如射頻識別標(biāo)簽或智能卡。像指紋掃描儀這樣的生物識別系統(tǒng)在設(shè)計 ioot、日志記錄和考勤應(yīng)用程序、智能家居和安全應(yīng)用程序方面非常有用。
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