指紋識(shí)別技術(shù)大揭秘

電容傳感器根據(jù)指紋的嵴和峪與半導(dǎo)體電容感應(yīng)顆粒形成的電容值大小不同，來(lái)判斷什么位置是嵴什么位置是峪。其工作過(guò)程是通過(guò)對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)上的電容感應(yīng)顆粒預(yù)先充電到某一參考電壓。當(dāng)手指接觸到半導(dǎo)體電容指紋表面上時(shí)，因?yàn)獒帐峭蛊鸬挠前枷?，根?jù)電容值與距離的關(guān)系，會(huì)在嵴和峪的地方形成不同的電容值。然后利用放電電流進(jìn)行放電。因?yàn)獒蘸陀鴮?duì)應(yīng)的電容值不同，所以其放電的速度也不同。嵴下的像素（電容量高）放電較慢，而處于峪下的像素（電容量低）放電較快。根據(jù)放電率的不同．可以探測(cè)到嵴和峪的位置，從而形成指紋圖像數(shù)據(jù)。

FPS110指紋傳感器芯片具有體積小、成本低、耗電小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于任何需要安全性認(rèn)證的領(lǐng)域，如銀行、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、指紋門(mén)禁、指紋考勤等許多方面，這無(wú)疑將取代原有的識(shí)別技術(shù)而成為二十一世紀(jì)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的最新發(fā)展趨勢(shì)。集成的A／D轉(zhuǎn)換器可以建立與EPP、USB或MCU的數(shù)字接口，使得此器件可以很容易地應(yīng)用到任何識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中去。掃描圖像為8&TImes;280=2 240萬(wàn)像素精度．多達(dá)2 MH，相當(dāng)于l 780幀每秒，l百萬(wàn)次手指無(wú)故障讀指紋，低功耗，圖像采集時(shí)為4．5 mA，導(dǎo)航時(shí)為1．5 mA，睡眠模式小于lO uA。引腳功能如表1所示。

圖1 FPS110芯片各引腳功能

3．1 電源

電源電路為整個(gè)系統(tǒng)供電，并且電源有電壓轉(zhuǎn)換芯片， 可以5 V轉(zhuǎn)3．3 V，3．3 V轉(zhuǎn)1．8 V的系統(tǒng)要求，滿足FPS110輸入電壓3 V～5．5 V和MCU處理芯片3．3 V電壓供電的要求。

3．2 指紋采集

FPS110傳感器的每一列都有兩個(gè)采樣一保持電路，一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)放電前電容兩端的電壓，另一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)放電后電容兩端的電壓。兩個(gè)采樣保持電路的差值可以度量電容的變化。該傳感器的靈敏度可以通過(guò)調(diào)整放電時(shí)間和放電電流來(lái)校正，而對(duì)放電時(shí)間和放電電流的修改又可以通過(guò)讀寫(xiě)傳感器內(nèi)部的放電電流寄存器（DCR）和放電時(shí)間寄存器（DTR）來(lái)進(jìn)行。

3．3 MCU微處理器

采用NI公司MCU產(chǎn)品MSP430F1002，其內(nèi)部高達(dá)8 kB的可重復(fù)編程快閃存儲(chǔ)器、256字節(jié)只讀存儲(chǔ)器（RAM）、多通道脈寬調(diào)制（PWM）計(jì)時(shí)器、看門(mén)狗計(jì)時(shí)器和板上電池耗盡保護(hù)等。MSP430F12x2器件中集成的高速通用同步一異步收發(fā)器（USART）可以被置成用于UART或串行外設(shè)接口（SPI）中的任一模式。MCU和JTAG仿真器用一根JTAG線連接，再用軟件的monitor，通過(guò)編程對(duì)FPSllO送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理。

USB通信接口卡采用FTDI公司的FT8U245BM芯片，連接FPS110與MCU。它的主要功能一方面是將FPS110發(fā)送的控制命令、數(shù)據(jù)送到測(cè)試平臺(tái)的主MCU，使測(cè)試平臺(tái)完成各種測(cè)試任務(wù)；另一方面是將測(cè)試平臺(tái)中多MCU系統(tǒng)的自檢信息和測(cè)試結(jié)果送往FPSllO．以供FPS110進(jìn)行判斷與分析。

整個(gè)系統(tǒng)硬件框圖如圖l所示。

圖1的硬件框圖

因圖像本身的存儲(chǔ)量巨大，系統(tǒng)需外接存儲(chǔ)器，以保證有足夠的存儲(chǔ)空間，把圖像存儲(chǔ)在U盤(pán)上。同時(shí)系統(tǒng)也可通過(guò)數(shù)據(jù)線和網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

當(dāng)沒(méi)有人觸摸屏幕的時(shí)候MCU置于省電休眠模式。一旦用戶有了輸入，系統(tǒng)便退出低功耗狀態(tài)，進(jìn)入正常執(zhí)行狀態(tài)4，控制軟件判斷用戶的需求，執(zhí)行相應(yīng)的功能。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

采用The MathWoks公司的MATLAB7．O圖像處理箱進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真，計(jì)算機(jī)配置CPU為INTEL公司2．06 GZH，內(nèi)存為Kingston公司的1GZH，平均一幅圖像數(shù)據(jù)仿真耗時(shí)為O．73秒。識(shí)別率誤差小于1／310 000，完全實(shí)際符合要求。圖3為隨機(jī)的一幅拇指指紋圖像，圖4為指紋庫(kù)采集對(duì)應(yīng)的圖像。

利用FPS110指紋采集器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，當(dāng)使用者指紋與指紋庫(kù)預(yù)設(shè)的比對(duì)指紋不能匹配時(shí)。拒絕使用者使用，可以作為辨別使用者的身份，或者代替手工輸入密碼，應(yīng)用前景廣泛。