指纹扫描仪曾经是生物特征记录系统和考勤系统的专用设备，现在已成为常规智能手机的一部分，甚至更多。指纹是一种值得信赖的个人身份识别方法。指纹与面部识别码或其他生物识别系统（例如视网膜扫描）结合使用，可提供无可挑剔的识别任何人的方式中国机械网okmao.com。随着移动应用程序和可穿戴设备的爆炸式增长，指纹扫描的使用已从“身份”转移到“身份验证”。很快，它可能不仅仅局限于解锁您的手机及其应用程序。在需要用户识别，身份验证或识别的任何地方，诸如智能家居自动化，IIoT和数字安全应用程序之类的许多IoT应用程序已经在使用指纹扫描仪。
如用例所示，指纹扫描仪背后的电子设备也同样有趣。在本文中，我们将根据其底层电子设备探索不同类型的指纹扫描仪。
指纹是唯一的标记
手指皮肤上细微的脊和谷的图案称为指纹。人类的指纹是自然界的惊奇，是独特的标记。也许，在人类进化的过程中，指纹是一种牢固抓握物体的适应方式，就像轮胎具有胎面花纹来抓紧道路一样。
有趣的是，指纹是在胎儿发育的第七个月形成的。指纹形成的图案由遗传密码以及一些环境因素决定。除了决定胎儿位置如何影响正在发育的胎儿的皮肤形态的遗传密码外，子宫中指纹的每个脊的发育，周围羊水的成分和密度以及其他一些胎儿发育因素也都在其中。所有这些事件和因素都是随机的，以至于两个人即使是双胞胎，也永远不会有相同的指纹。
更有趣的是，子宫内设置的指纹一生都保持不变。毫无疑问，指纹是人类的唯一标识符。
指纹扫描仪如何工作
任何指纹扫描仪，无论其底层电子设备如何，均会扫描指纹的数字图像。样本图像存储在内存中，用于与以后的扫描进行比较。
整个指纹图像的比较分析通常会占用大量处理器资源。这就是为什么大多数扫描系统在指纹图像中寻找独特图案的原因。指纹的这些独特特征称为细节。扫描仪将查找山脊结束或分成两个山脊的点。这些独特的功能称为典型功能。扫描软件在记录的图像中记录细节的绝对位置，并将其映射以找到它们相对于彼此的相对位置。这导致各种细节之间的独特形状和尺寸。
像指纹一样，最终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以及相对模式，扫描仪可以唯一地识别特定的指纹。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其他传感器，例如脉冲传感器或热传感器，以确定扫描的图像是否来自活着的手指。指纹扫描仪依赖于扫描指纹的数字图像。有时可以使用打印图像，手指模型或从残留指纹克隆来伪造指纹。使用附加的传感器有助于发现锻件缺陷。
指纹扫描仪的类型
基于电子产品，共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
显示屏扫描仪
在嵌入式应用中，光学和电容式扫描仪最为常见。移动设备和可穿戴设备大多具有电容式或显示屏内扫描仪。
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，这些扫描仪使用CCD或CMOS图像传感器捕获指纹的光学图像。它们与相机传感器相似，但与任何普通相机相比，它们被设计为可以拍摄高对比度的图像。传感器由一系列LED组成，CCD / CMOS传感器可捕获手指区域的光和反射的光波。传感器装有高密度的二极管，以获取指纹的详细图像。捕获的图像是扫描指纹的2D图片。最新型号的尺寸小至1mm，甚至可以扫描湿手指。随着成本逐渐下降，能够检测活手指的光电容混合扫描仪正在发展。
尽管目前有所有进步，但光学扫描仪仍然很容易上当。可以使用指纹的高分辨率图像，义肢或人造手指来伪造指纹。
光学指纹扫描仪示例
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。它使用数百个小型电容器组成的阵列来检测电容器极板的手指脊和谷之间的电容。无论哪里有山脊，它与电容器极板之间的距离都很小，从而导致电容稍小。无论哪里有山谷，它与电容器极板之间的距离都会更大，并且两者之间会有空气间隙。这导致更大的电容。来自阵列中每个电容器的电容会传递到运算放大器，并在模数转换器的帮助下进行记录。这根据电容式触摸感应产生指纹的数字扫描。
电容式扫描仪不容易傻瓜，甚至可以检测到活着的手指。用电容式扫描仪伪造指纹的唯一方法是破解控制器的硬件或软件。否则，根据操作原理，这些扫描仪将不会被打印图像或假肢所迷惑。印刷图像将具有相应的电容效应，并且假肢不能完全模仿活动手指的触摸电容。
光学指纹扫描仪的示例。
超声波扫描仪
超声波扫描仪是最新，最先进的指纹扫描仪，能够进行指纹的3D扫描。目前，该技术仅在某些高端智能手机中使用。在超声波扫描仪中，有一系列超声波发射器和接收器。发射器发出超声波脉冲，该脉冲在指纹的脊，谷和孔中反射。一组接收器感测反射的脉冲。接收器实际上是用于测量机械应力的传感器，这些机械应力是由于在不同点反射的超声波脉冲的强度所致。这将生成指纹扫描的3D图，与任何电容式扫描仪的2D扫描相比，必须对其进行详细描述。
超声波扫描仪需要一些时间才能有效捕获指纹的3D地图。超声波扫描仪易于实施。它们通常用于智能手机中的显示屏扫描仪。几乎不可能伪造像电容扫描仪这样的超声波扫描仪。扫描指纹的3D功能使该技术更加强大。像电容扫描仪一样，超声波扫描仪也只能通过破解硬件或软件来伪造。根据操作原理，超声波扫描仪几乎是无可挑剔的。
智能手机中超声波指纹扫描仪的示例。
显示屏扫描仪
现在，许多智能手机都配备了显示屏指纹扫描仪。这些是超声扫描仪或光电容扫描仪。使用OLED屏幕的智能手机和其他可穿戴设备更喜欢使用光学电容扫描仪。相反，超声波扫描仪易于实施且具有成本效益，因此广泛用于中档智能手机和产品。
用于Arduino，Raspberry Pi和其他嵌入式原型平台的指纹扫描仪–
光学和电容式扫描仪非常普遍用于嵌入式应用。R305型是光学扫描仪的一个很好的例子。多年来，它在电子爱好者中非常流行。R303是一个很好的入门电容扫描仪。这些扫描仪通常通过UART接口与微控制器或微型计算机进行数据通信。由于它们带有记录，扫描和比较指纹的说明，因此很容易进行界面连接和操作。所有这些说明都可以通过UART协议轻松与扫描仪进行通信。
电容指纹扫描仪R303的示例。
结论
指纹扫描仪是方便的设备。这些必须与其他生物识别或身份验证方法结合使用，以实现万无一失的人员识别系统。这可能涉及并入其他“如你所愿”的系统，例如视网膜扫描或虹膜扫描，“如你所知”的系统（如PIN码）或“如你所知”的系统（如RFID标签或智能卡）。指纹扫描仪等生物识别系统可用于设计IIoT，日志记录和考勤应用，智能家居和安全应用。
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