發布日期：2022-05-11 點擊率：56
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光學指紋傳感器的工作原理解析
光學指紋傳感器主要是利用光的折攝和反射原理，將手指放在光學鏡片上，手指在內置光源照射下，光從底部射向三棱鏡，并經棱鏡射出，射出的光線在手指表面指紋凹凸不平的線紋上折射的角度及反射回去的光線明暗就會不一樣。用棱鏡將其投射在電荷耦合器件上CMOS或者CCD上，進而形成脊線（指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線）呈黑色、谷線（紋線之間的凹陷部分）呈白色的數字化的、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖像。
簡單來說，光學指紋傳感器就像一部微型照相機：當你按壓手指的時候，它就對你的指紋進行拍照。這樣你的指紋就采集好了，然后再傳遞給后端的處理器處理。
技術點講，當你把手指放上去的時候，采集頭發射出來的光線會被你的手指擋回來。由于指紋上有脊（凸起的部分）有谷（凹下的部分），光線遇到它們后會發生不同的反射原理，導致返回的光線有明暗之分。反射回來的光線再經過三棱鏡的折射，打在感光元件上，就可以成像。
光學指紋傳感器的優點和缺點是什么？
光學指紋傳感器的優點：
光學指紋傳感器發展時間較早，相關工藝都比較成熟。另外，可以采集指紋的面積大，方便后期比對。相對于半導體指紋傳感器，價格也比較低。
光學指紋傳感器的缺點：
光學指紋傳感器的原理和結構，注定讓它的體積會比較大，這嚴重影響了它的應用范圍。如：手機上就絕對不可能使用光學傳感器。另外，由于依賴光的全反射，光學指紋傳感器對干手指的處理效果普遍都會比較差。
光學指紋傳感器的應用范圍介紹
光學指紋傳感器的優點主要表現為抗靜電能力強、系統穩定性較好、使用壽命長，靈敏度特別的高，并能提供高分辨率的指紋圖像，技術也最成熟。故現在多家公司都大量使用，主要用于指紋門鎖，保險箱，汽車指紋防盜。
閱讀完整內容
1光學指紋識別的缺點有這些
現在指紋識別已經十分普及了，而這其中很大的功勞要歸功于AuthenTec（現已經被蘋果收購）和FPC兩家生物識別制造商（詳情可見指紋識別模塊進化史 不只是手機有！這篇文章）。而如今手機上采用的都是電容式指紋識別模塊，但是在智能鎖與很多考勤機等設備上，都采用的是光學指紋傳感器。
考勤機上多采用光學指紋傳感器
從研發歷史上來說，電容式指紋識別，尤其是按壓式指紋識別，和光學指紋識別相比還是一個“小鮮肉”。不過從普及的速度上來看，電容式指紋識別出盡了風頭。
不過在智能鎖上，還是有很多產品在使用光學指紋識別。而電容式指紋識別是大趨勢，為什么這些智能鎖還要采用老舊且不夠安全的光學指紋識別模塊呢？
部分智能鎖采用光學指紋頭
在這之前，我們要先了解光學指紋識別與電容式指紋識別相比，有哪些缺點。
1.不夠防偽
2.功耗較大
3.識別精度較低
4.體積較大
不夠防偽。這個是比較致命的。由于工作原理的不同，光學指紋識別無法識別仿造的指紋，而電容指紋識別模塊是可以識別的，也就是說像電影中那樣通過仿冒的指紋進行解鎖，是無法通過電容指紋識別的認證的。
制作指紋膜非常麻煩 需要按壓兩分鐘（圖片來源：淘寶網）
但是！重點來了。如今指紋的印跡可以說遍地都是，而不用專業的工具是無法獲取清晰完整的指紋圖像的，即使獲取了清晰完整的指紋圖案，制造出指紋膜也是一件相當麻煩的事。所以不夠防偽這點，尤其在智能鎖上，電容指紋識別的優勢不是特別明顯。
功耗較大。這個和電容式指紋識別比起來確實沒什么可以洗的。由于光學指紋頭需要在進行驗證的時候打出非常強烈的光，所以功耗較大。但是在智能鎖上，指紋識別的使用頻率并不像手機那么高，所以相對來說，僅在進行驗證時費點電，也不是什么大問題。
識別精度低。這里不是指圖像精度低，因為現在二者在圖像精度上區別不大。實際指的是在手干燥脫皮，或者指紋脊并不明顯的人來說，光學指紋識別獲取指紋圖像的精度不如電容指紋識別。
體積較大。主要的原因是蘋果最開始做出按壓式指紋識別并集成在手機中的時候，安卓陣營需求量猛增，所以可以集成在手機里的電容指紋識別模塊就成為了重點研發的對象。而體積小是研發工程中帶來的紅利。而在智能鎖當中，光學指紋識別模塊的缺點就不是非常明顯了。畢竟智能鎖和手機相比，體積要大很多很多……
光學指紋識別模塊很難集成到手機中
主要的缺點就是這四點，其他的比如說強光下對識別率有影響等等都不是特別明顯的問題。說完了缺點，我們再來說一下光學指紋識別的優勢。
2優勢才是光學指紋未被淘汰的主因
光學指紋識別的優勢：
1.環境適應性強
2.壽命更長
3.成本更低
環境適應性強。光學指紋識別模塊的采集窗一般采用鋼化玻璃，能夠一定程度的抗壓抗磨和耐酸堿、污漬的腐蝕。對工作環境的溫度適應較好，適用范圍在-15攝氏度到55攝氏度，濕度20%-95%之間，且玻璃表面易于清潔，既可用于家庭等普通環境，也可用于潮濕、高溫和粉塵等特殊環境。
光學指紋傳感器的壽命要更長
壽命更長。電容式指紋識別模塊在使用時，手指會直接按壓到識別模塊上，即使中間隔著藍寶石玻璃，手指也會直接按壓在識別區域。而光學指紋識別模塊在使用時，手指僅按壓在玻璃上，然后再由CCD（類似于手機攝像頭的裝置，但是沒手機攝像頭復雜）讀取指紋圖像。中間并沒有接觸，所以也不會有壓壞的情況。
電容指紋頭（上）與光學指紋頭（下）價格差距較大（圖片來源：阿里巴巴）
成本更低。很多人之所以不買智能鎖，就是因為智能鎖的價格與傳統的機械鎖相比要高出很多，如果說機械鎖是神車五菱宏光，那智能鎖就是電動轎跑特斯拉。都能滿足需求，但是價格卻差了幾十上百倍。而智能鎖廠商為了削減成本，才會在各個部件上進行成本上的縮減（至于縮減成什么樣，就取決于廠商自己了）。
手機的發展推動了生物識別技術的進步，而在科技領域，老的技術并不代表就是過時的。光學指紋識別正是這一類的代表。從安全性上來說，光學指紋確實稍遜于半導體指紋，但是光學指紋的使用成本更低，也更耐用。制造商上出于成本的原因，肯定是更愿意選擇光學指紋識別模塊的，不過電容指紋識別肯定是一個大趨勢。
采用光學指紋頭的智能鎖 指紋識別模塊會發光（圖片來源：淘寶）
很多商家在宣傳的時候會“忽悠”消費者，明明用的是光學指紋頭，卻說是“電容指紋生物識別”“防假指紋”。這電容與光學指紋頭有著很明顯的區別：光學指紋頭接觸面是玻璃，為透明材質。電容指紋頭接觸面多為樹脂、藍寶石玻璃等作為保護，下面直接是識別區域，所以是不透明的。消費者也要明確自己的需求，選擇具有適合自己需求指紋識別模塊的智能鎖。
2013年，蘋果發布了iPhone 5S,這是第一款帶 指紋識別 的iPhone.緊接著，搭載指紋識別的手機猶如雨后春筍般地冒出來，指紋識別以其方便、安全的特性贏得了消費者們的喜愛。
時至今日，雖然多數新款手機都加入了3D人臉識別，但同時依舊會搭載指紋識別。當iPhone X使用3D 人臉識別的時候，一度有人認為指紋識別將會在智能手機上銷聲匿跡，但是以目前的市場形勢看來，指紋識別的市場，仍然廣闊。
根據群智咨詢發布的《全球指紋識別芯片市場跟蹤與預測報告》顯示，由于終端整體需求下降和3D面部識別的競爭，2018年指紋芯片的出貨量約為8.79億顆。在屏下指紋帶動下，預計2019年全球指紋芯片的出貨量將達到9.9億顆。
指紋識別技術很重要的一個指標就是準確率，而提高指紋識別準確率的核心在于能否更準確、高效的采集指紋圖像（當然也可以通過后期算法來提升，但是提升的效果有限）。目前指紋識別采集技術主要有三種方式：光學識別、電容傳感器識別、生物射頻識別。
1、 光學識別
光學識別是應用比較早的一種指紋識別技術，比如之前很多的考勤機、門禁都采用的就是光學指紋識別技術。主要是利用光的折攝和反射原理，將手指放在光學鏡片上，手指在內置光源照射下，光從底部射向三棱鏡，并經棱鏡射出，射出的光線在手指表面指紋凹凸不平的線紋上折射的角度及反射回去的光線明暗就會不一樣。用棱鏡將其投射在電荷耦合器件上CMOS或者CCD上，進而形成脊線（指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線）呈黑色、谷線（紋線之間的凹陷部分）呈白色的數字化的、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖像。然后對比資料庫看是否一致。
光學識別的缺點在于該類型指紋模塊對使用環境的溫度濕度都有一定的要求，并只能到達皮膚的表皮層，而不能到達真皮層，而且受手指表面是否干凈影響較大。如果，用戶手指上粘了較多的灰塵或者濕手指可能就會出現識別出錯的情況。并且容易被假指紋欺騙。對于用戶而言，使用起來不是很安全和穩定。
2、電容傳感器
而電容式指紋識別是利用硅晶元與導電的皮下電解液形成電場，指紋的高低起伏會導致二者之間的壓差出現不同的變化，借此可實現準確的指紋測定。該方式適應能力強，對使用環境無特殊要求，同時，硅晶元以及相關的傳感原件對空間的占用在手機設計的可接受范圍內，因而使得該技術在手機端得到了比較好的推廣。
目前的電容式指紋模塊也分為劃擦式與按壓式兩種，前者雖然占用體積較小，但在識別率以及便捷性方面有很大的劣勢。這也直接導致廠商全都將目光鎖定在了操作更加隨意、識別率更高的按壓式(電容)指紋模塊。
不過電容傳感器對手指的干凈要求業也還是比較高的（相對光學式要低一些），而且傳感器表面使用硅材料，比較容易損壞。目前電容式指紋辨識技術廠商主要有Authentec（被蘋果收購）、FingerPrintCardsAB(FPC)、Synaptics（收購了Validity）。
3、生物射頻識別
射頻傳感器通過傳感器發射微量的射頻信號，可以穿透手指的表皮層獲取里層的紋路以獲取信息。比如高通在2015年的MWC展會上發布的Sense ID 3D超聲波指紋識別技術就是生物射頻識別技術的一種。
相對于前兩種技術來說，射頻傳感器對手指的干凈程度要求較低，可以產生高質量的圖像。此外，由于能夠采集高質量圖像，所以可以在保證一定認證可靠性的前提下減小傳感器面積，從而可以減少一定的成本，并且可以使得射頻傳感器可以應用到各種小型化移動設備當中。不過，由于是需要主動發射信號，所以功耗相對電容式要高。另外目前應用此類技術的廠商比較少，所以整體的成本還是相對比較高。
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