曾经为生物识别测井系统和考勤系统保留的指纹扫描仪现在是常规智能手机的一部分。指纹是个人身份的可信任方法。结合面部ID或其他生物识别系统，如Retina扫描，指纹提供无可挑剔的方式来识别任何人。通过移动应用和可穿戴设备的爆炸，使用指纹扫描的使用从“识别”到“身份验证”非常移动。很快，它可能不会局限于解锁您的手机及其应用程序。许多IOT应用程序，如智能家庭自动化，IIT和数字安全应用程序已经使用指纹扫描仪，无论是需要用户标识，身份验证或识别。
随着用例展示，指纹扫描仪后面的电子产品同样有趣。在本文中，我们将根据其底层电子探索不同类型的指纹扫描仪。
指纹是独特的标记
手指皮肤上细小的脊和谷的图案被称为指纹。人类的指纹是独一无二的标记物，这是大自然的一个惊喜。也许，在人类进化的过程中，指纹是一种适应，以牢固地抓住和抓住东西，就像轮胎有胎面花纹，以抓住道路。
有趣的是，指纹是由胎儿发育的第七个月形成的。由指纹形成的图案由遗传密码以及若干环境因素决定。除了遗传密码，决定胎儿的位置如何影响皮肤形态的胎儿，子宫子宫内的每个脊的开发，周围羊水的组成和密度，以及其他几种胎儿发育因素。所有这些事件和因素都是如此随机，即使是双胞胎，也从来没有任何可能的两个人，也有相同的指纹。
更有趣的是，在子宫里留下的指纹一辈子都不会改变。毫无疑问，指纹是人类的唯一标识。
指纹扫描仪的工作原理
任何指纹扫描仪，不管其底层的电子设备是什么，都会扫描指纹的数字图像。样本图像存储在内存中，用于与将来的扫描进行比较。
对整个指纹图像的比较分析常常需要过多的处理器。这就是为什么大多数扫描系统都在指纹图像中寻找独特的模式。指纹的这些独特特征被称为细枝末节。扫描器寻找脊结束或分裂成两个脊的点。这些明显的特征被称为典型的。扫描软件记录被扫描图像中细节的绝对位置，并将它们绘制成地图，从而找到它们彼此之间的相对位置。这导致了不同细节之间的独特形状和维度。
与指纹一样，产生的形状和尺寸始终是唯一的。通过识别足够数量的细节，它们在扫描中的绝对位置和相对模式，扫描仪可以唯一地识别特定指纹。所有这些都涉及复杂的图像处理算法。
许多指纹扫描仪都有额外的传感器，如脉冲传感器或热传感器，以确定扫描图像是否来自于活手指。指纹扫描仪依赖于扫描指纹的数字图像。有时，利用指纹图像、手指模具或从残留指纹克隆来伪造指纹是可能的。使用额外的传感器有助于检测锻造事故。
指纹扫描仪的种类
基于电子产品，有四种类型的指纹扫描仪 -
- 光学扫描仪
- 电容式扫描仪
- 超声波扫描仪
- 在展示扫描仪
在嵌入式应用中，光学和电容扫描仪最常见。移动设备和可穿戴设备主要具有电容式或显示屏扫描仪。
光学扫描仪
光学扫描仪是指纹扫描仪的最早型号。顾名思义，这些扫描仪利用CCD或CMOS图像传感器捕捉指纹的光学图像。这些类似于相机传感器，尽管与普通相机相比，它们被设计用来拍摄高对比度的图像。传感器由一组led组成，CCD/CMOS传感器捕捉led，照亮手指的区域和反射光波。该传感器封装了高密度的二极管，以获得指纹的详细图像。捕获的图像是扫描指纹的二维图像。最新型号的尺寸只有1毫米，甚至可以扫描湿手指。随着成本的逐渐下降，能够检测活手指的光电容混合扫描仪成为趋势。
光学扫描仪，尽管目前有了所有的进步，仍然很容易受骗。指纹可以通过使用指纹的高分辨率图像、假肢或人工手指来伪造。
电容式扫描仪
电容式扫描仪使用完全不同的技术来读取指纹。它使用数以百计的小电容器阵列来检测电容器板手指脊和谷之间的电容。无论哪里有脊，它与电容板的距离都很小，因此电容略小。只要有山谷，它与电容板的距离就会随着中间的气隙而增大。这就产生了更大的电容。阵列中每个电容的电容被传递给运算放大器，并在模数转换器的帮助下记录下来。这产生了一个数字扫描的指纹根据电容触摸感应。
电容式扫描仪不容易受骗，甚至可以检测到一根活的手指。用电容扫描器伪造指纹的唯一方法就是黑进控制器的硬件或软件。否则，这些扫描仪既不会被打印图像所欺骗，也不会被操作原理所欺骗。打印图像会产生相应的电容效应，而假肢不能完全模拟活手指的触摸电容。
超声波扫描仪
超声波扫描仪是最新最精密的指纹扫描仪，能够对指纹进行3D扫描。目前，这项技术只在一些高端智能手机上使用。在超声波扫描仪中，有一组超声波发射器和接收器。发射器发射的超声波脉冲在指纹的脊、谷和毛孔中反射。一组接收器感知反射的脉冲。接收器实际上是传感器，测量由不同点反射的超声脉冲强度引起的机械应力。这将导致指纹扫描的3D地图，这必须比任何电容扫描仪的2D扫描详细。
超声波扫描仪需要一些时间来有效地捕获指纹的3D地图。超声扫描仪易于实现。它们通常用于智能手机中的显示扫描仪。伪造像电容扫描仪的超声波扫描仪几乎是不可能的。扫描指纹的3D特征使得该技术更加强大。与电容式扫描仪一样，超声扫描仪也可以通过黑客攻击硬件或软件来伪造。通过操作原理，超声扫描仪几乎无可挑剔。
在展示扫描仪
现在很多智能手机都有内置指纹扫描仪。这些要么是超声波，要么是光电容扫描仪。使用OLED屏幕的智能手机和其他可穿戴设备更喜欢使用光电容扫描仪。相比之下，超声波扫描仪广泛应用于中档智能手机和产品，因为它们易于实现，成本效益高。
Arduino，Raspberry PI和其他嵌入式原型平台的指纹扫描仪- - - - - -
光学和电容扫描仪非常适合用于嵌入式应用程序。光学扫描仪的一个很好的例子是R305模型。多年来，在电子机智师之间非常受欢迎。R303是一个流行的电容扫描仪，良好的开始。这些扫描仪通常在UART接口上使用微控制器或微计算机传送数据。它易于接口，并按照有关记录，扫描和比较指纹的指纹进行操作。所有这些指令都可以通过UART协议与扫描仪轻松地通信。
结论
指纹扫描仪是一种方便的设备。这些必须与其他生物识别或认证方法相结合，以实现一个万无一失的人身份识别系统。这可能涉及到其他的“你是谁”系统，如视网膜扫描或虹膜扫描，“你知道什么”系统，如PIN码，或“你拥有什么”系统，如RFID标签或智能卡。指纹扫描仪等生物识别系统在设计工业物联网、登录和考勤应用、智能家居和安全应用方面很有用。
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