指纹识别的发展过程、类型与锁类应用

指纹识别技术是指利用人体的指纹特征对个人身份进行识别。在所有的生物识别技术中，指纹识别技术是目前最为成熟的，也被应用最广的生物识别技术。

指纹识别历史发展

谈及指纹识别，过去人们只能在刑侦电影、电视剧中了解到它，但近几年，随着计算机技术的飞速发展，以及生物识别领域研究热潮的掀起，指纹识别技术逐渐走向了更为广泛的民用市场，并已开始出现在人们的生活中，开始被大众所熟知。

据考古发现，早在公元前7000～6000年，古代亚述人和中国人就已经意识到了指纹的特点。到19世纪中叶，人们开始了对指纹的研究，并产生了两个重要的结论：

1、没有任何两个手指的指纹纹线形态是一致的;

2、指纹纹线的形态是终生不变的。

这两个重要的研究结论使得一些国家的政府开始使用指纹来进行罪犯鉴别，如阿根廷在1896年、苏格兰在1901年，其他一些国家在二十世纪上叶纷纷引入了指纹识别技术来鉴定罪犯嫌疑人。

用计算机对指纹进行自动识别起源于二十世纪六十年代，这时候出现了能够处理指纹图像的计算机硬件。从此刑侦用的指纹自动识别系统(AFIS)逐渐在全球开始广泛应用，不过当时的指纹采集一般都采用油墨捺印的方式。

1980年以后，随着个人计算机和光学指纹采集器的发明，指纹识别技术开始进入了一些非司法领域。1990年后，廉价指纹采集器和计算比对设备，及相应的匹配算法的出现，使得指纹识别技术走向了基于民用的普及应用。

因此，从历史上看，人们对指纹识别技术有着长期的了解和研究，对指纹的性质也有着深刻的认识。所以，指纹是当之无愧的“物证之首”。

指纹识别技术类型

指纹图像的获取技术主要有4种类型：光学扫描设备(例如微型三棱镜矩阵)、温差感应式指纹传感器、半导体指纹传感器、超声波指纹扫描。

一、光学识别技术

借助光学技术采集指纹是历史最久远、使用最广泛的技术。将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，用棱镜将其投射在电荷耦合器件(CCD)上，进而形成脊线(指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线)呈黑色、谷线(纹线之间的凹陷部分)呈白色的数字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。

光学的指纹采集技术有明显的优点：它已经过较长时间的应用考验，一定程度上适应温度的变异，可达到500DPI的较高分辨率等，最主要是价格低廉。也有明显的缺点：由于要求足够长的光程，因此要求足够大的尺寸，而且过分干燥和过分油腻的手指也将使光学指纹产品的效果变坏。

光学指纹传感局限性体现于潜在指印方面(潜在指印是手指在台板上按完后留下的)，不但会降低指纹图像的质量，严重时还可能导致2个指印重叠，显然，难以满足实际应用需要。此外，台板涂层及CCD阵列会随时间推移产生损耗，可能导致采集的指纹图像质量下降。但是具有无法进行活体指纹鉴别、对干湿手指的适用性差等缺点。

光学指纹识别系统由于光不能穿透皮肤表层(死性皮肤层)，所以只能够扫描手指皮肤的表面，或者扫描到死性皮肤层，但不能深入真皮层。在这种情况下，手指表面的干净程度，直接影响到识别的效果。如果，用户手指上粘了较多的灰尘，可能就会出现识别出错的情况。并且，如果人们按照手指，做一个指纹手模，也可能通过识别系统，对于用户而言，使用起来不是很安全和稳定。

如去年底发生的内蒙古监狱越狱案件，越狱犯人就是砍下狱警的手指验证光学指纹机打开监狱门禁。还有近期各大媒体争相报道的，在淘宝网上花100元左右可以订做买到硅胶指模，可以轻易地验证通过光学指纹机，上班族专门用它代打指纹考勤。

此外，光学传感器中存在棱镜，其体积较大，一般为半导体的几倍甚至10倍大小，所以限制了其在小型设备上的应用。在类似考勤机、门禁等大设备上使用没有体积限制的问题，但在U盘、移动硬盘、手持设备上使用，体积成了最大的障碍。成本低一直以来被认为是光学传感器的最大优势，但由于其制造过程一致性较难保证，随着以电容传感器为代表的半导体传感器的大规模发展，光学传感器的成本优势也已经不再明显。虽然大多数公司还在使用光学传感器，但其发展趋势是新颖的、高质量的半导体电容指纹传感器。

二、温差感应式识别技术

温差感应式识别技术是基于温度感应的原理而制成的，每个像素都相当于一个微型化的电荷传感器，用来感应手指与芯片映像区域之间某点的温度差，产生一个代表图像信息的电信号。

它的优点是可在0.1s内获取指纹图像，而且传感器体积和面积最小，即目前通常所说的滑动式指纹识别仪就是采用该技术。缺点是：受制于温度局限，时间一长，手指和芯片就处于相同的温度了。

三、半导体硅感技术(电容式技术)

20世纪90年代后期，基于半导体硅电容效应的技术趋于成熟。硅传感器成为电容的一个极板，手指则是另一极板，利用手指纹线的脊和谷相对于平滑的硅传感器之间的电容差，形成8bit的灰度图像。电容传感器发出电子信号，电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，直达手指皮肤的活体层(真皮层)，直接读取指纹图案。由于深入真皮层，传感器能够捕获更多真实数据，不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨识错误。

半导体指纹传感器包括半导体压感式传感器、半导体温度感应传感器等，其中，应用最广泛的是半导体电容式指纹传感器。

半导体电容传感器根据指纹的嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同，来判断什么位置是嵴什么位置是峪。其工作过程是通过对每个像素点上的电容感应颗粒预先充电到某一参考电压。当手指接触到半导体电容指纹表现上时，因为嵴是凸起、峪是凹下，根据电容值与距离的关系，会在嵴和峪的地方形成不同的电容值。然后利用放电电流进行放电。因为嵴和峪对应的电容值不同，所以其放电的速度也不同。嵴下的像素(电容量高)放电较慢，而处于峪下的像素(电容量低)放电较快。根据放电率的不同，可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。

与光学设备多采用人工调整改善图像质量不同，电容传感器采用自动控制技术调节指纹图像像素以及指纹局部范围敏感程度，在不同环境下结合反馈信息生成高质量图像。由于提供了局部调整能力，即使对比度差的图像(如手指压得较轻的区域)也能被有效检测到，并在捕捉瞬间为这些像素提高灵敏度，生成高质量指纹图像。

半导体电容指纹传感器优点为图像质量较好、一般无畸变、尺寸较小、易集成于各种设备。其发出的电子信号将穿过手指的表面和死性皮肤层，达到手指皮肤的活体层(真皮层)，直接读取指纹图案，从而大大提高了系统的安全性。

半导体硅感技术最重要的优点是能够达到活体指纹识别。还可以在较小的表面上获得比光学技术更好的图像质量，在1cm×1.5cm的表面上获得200-300线的分辨率(较小的表面也导致成本的下降和能被集成到更小的设备中)。体积小、成本低，成像精度高，而且耗电量很小，因此非常适合在安全防范和高档消费类电子产品中使用，被称为光学以后的第二代指纹识别技术。

半导体电容指纹传感器因制造工艺复杂，单位面积上传感单元多，包含高端的，IC设计技术、大规模集成电路制造技术、IC芯片封装技术等，所以电容指纹传感器几乎全部是由IC技术发达的国家或地区，如美国、欧洲、台湾等地设计制造的。目前国内只有极少数厂家有能力生产半导体指纹传感器。

但半导体硅感技术也有缺点，就是会受静电干扰，但可以通过安装时接地解决。以前成本较昂贵，近年来成本大幅度下降，与光学传感器的成本日益接近，是目前最理想的指纹识别技术。如银行金库和监狱等高危安保场所安防门禁系统，采用半导体硅感识别技术的指纹机用于门禁前端活体指纹识别，代替传统的密码、刷卡、光学指纹机，从而真正做到身份识别的惟一性，确保万无一失。

四、超声波技术

超声波指纹采集是一种新型技术，其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波(超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同)。因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹嵴与峪所在的位置。

超声波技术所使用的超声波频率为1×104Hz-1×109Hz，能量被控制在对人体无损的程度(与医学诊断的强度相同)。超声波技术产品能够达到最好的精度，它对手指和平面的清洁程度要求较低，但其采集时间会明显地长于前述两类产品，而且价格昂贵，也并不能做到活体指纹识别，所以目前使用稀少。

指纹锁市场应用状况

据数据统计，国内一年门禁数量大约是50万门以上，目前指纹识别在门禁的应用大概只有1%左右，按照一般国外比例，大约应为20%以上。换句话说，国内安防业生物识别产品的市场缺口在9.5万台左右，另一个比较明显的状况是目前专门从事指纹读头和指纹门禁生产和销售企业很少，所以综合起来看这个市场有两个明显的特点：市场大、竞争少。

在现阶段，指纹锁主要的竞争对象还是感应卡、密码锁以及高档机械锁。这些针对高端锁具市场的锁不论功能何在，都是各有所长，对指纹锁市场来说，指纹锁前卫的概念如果真正地灌输并印刻在消费者的心智中，那么它在终端销售的困难便会减轻很多，但是从目前的概念推广情况来看，还存在很大的距离，在未来一到两年内，指纹锁还不能成为大众性的消费品。

在竞争层面上对市场进行细分，可以发现指纹锁的目标群体必须是高端的中青年人群，而这一类人刚好又是追逐市场前沿消费的典型。

研究此类人群，不难发现，口碑传播在他们消费过程中影响力占有相当大的比例。也就是说，对他们而言，价格不是主导因素，他们关心的是指纹锁所号称的安全、方便性在其可接受的情况下，种种优势是否能转变为真正的生活享受。综合以上因素，指纹锁未来发展的路程便可以有所探究，拥有良好的产品性能，拥有良好的售后机制是一个指纹锁品牌立足市场的关键，也是整个行业全速发展的根基。

从竞争领域来讲，指纹锁近两年竞争较为激烈的还是在工程放量领域。纵观整个指纹锁市场，很多厂家在民用领域的零售都是处于停滞状态，都是抱有观望态度。

目前来讲，工程竞标的成功靠品牌与成功案例来支撑的时代依然没有结束。换句话说，指纹锁行业的整体优势包括设计、研发、生产及销售环节的闪光点依然只是聚焦在部分企业身上。所以说，指纹锁市场的真正启动还需要过程，当然时间不会太久，很多指纹锁企业都已经整装待发，来迎接洗礼与挑战。

从目前的市场销售状况来看，接受指纹锁的消费者都有一些共同的特点，比如有一定的经济能力、比较喜欢新事物、对时尚的东西比较关注、重视自身和家庭的健康和安全、注重生活品质等。指纹锁的目标消费群体应该是相对比较明确和固定的，他们有着较为稳定的事业和家庭，对事物的关注点也比较相同。

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