指纹扫描仪曾经只用于生物记录系统和考勤系统，现在已经成为常规智能
手机的一部分，甚至更多。指纹已经成为一种可信赖的个人身份识别方法。指纹识别技术与面部识别技术或其他生物识别系统(如视网膜扫描技术)相结合，为识别任何人提供了一种无懈可击的方式。随着移动应用和可穿戴设备的爆炸式增长，指纹扫描的使用已经从“识别”转变为“认证”。很快，它可能不再局限于解锁你的手机和它们的应用程序。许多物联网应用，如智能家居自动化、 ilot 和数字安全应用，已经在需要用户身份验证、认证或识别的任何地方使用指纹扫描器。
正如用例所示，指纹扫描器背后的
电子设备同样有趣。在本文中，我们将探索不同类型的指纹扫描仪的基础上，介绍他们的基础电子。
指纹是唯一的标记
手指皮肤上的细小隆起和凹陷的图案称为指纹。令人惊讶的是，人类的指纹是独一无二的标记。也许，在人类进化的过程中，指纹是一种紧紧抓住东西的适应，就像轮胎有抓住路面的胎面花纹一样。
有趣的是，指纹在胎儿发育的第七个月形成。指纹形成的模式是由遗传密码以及一些环境因素决定的。除了遗传密码决定胎儿的位置如何影响发育中胎儿的皮肤形态，子宫内每个指纹脊的发育，周围羊水的成分和密度，以及其他几个胎儿发育因素。所有这些事件和因素都是如此随机，以至于两个人，即使是双胞胎，也不可能有相同的指纹。
更有趣的是，子宫中的指纹在一生中都保持不变。毫无疑问，指纹是人类唯一的标识符。
指纹扫描仪是如何工作的
任何指纹识别，不管它的底层电子设备是什么，都会扫描指纹的数字图像。样本图像存储在内存中，用于与未来的扫描进行比较。
对整个指纹图像进行比较分析往往需要过多的处理器。这就是为什么大多数扫描系统在指纹图像中寻找唯一的模式。指纹的这些独特的特征被称为细节。扫描仪寻找山脊结束或分裂成两个山脊的点。这些独特的特征被称为典型。扫描软件记录扫描图像中细节点的绝对位置，并绘制它们之间的相对位置。这导致在各种细节之间形成独特的形状和尺寸。
就像指纹一样，最终的形状和尺寸总是唯一的。通过识别足够数量的细节点、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的指纹。所有这些都涉及到复杂的图像处理算法。
许多指纹扫描仪有额外的传感器，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。指纹识别依赖于扫描指纹的数字图像。有时可以使用指纹图像、手指模型或从残留指纹克隆来伪造指纹。使用额外的传感器有助于检测伪造事故。
指纹扫描器的类型
基于电子产品，有四种类型的指纹扫描仪-
在嵌入式应用中，光学和电容扫描仪是最常见的。移动设备和可穿戴设备大多有电容式或显示内扫描仪。
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 图像传感器捕捉指纹的光学图像。这些类似于照相机传感器，虽然他们的目的是采取高对比度的图像相比，任何普通的相机。该传感器由一组 led 组成，CCD/CMOS 传感器捕捉照亮手指的区域和反射光波。该传感器内置有高密度的二极管，以获得指纹的详细图像。所捕获的图像是扫描的指纹的二维图像。最新型号的尺寸小到1毫米，甚至可以扫描湿手指。随着成本逐渐下降，光电容混合扫描仪能够检测活动手指的趋势。
光学扫描仪，尽管目前所有的进步，仍然很容易被愚弄。指纹可以用指纹的高分辨率图像、假肢或人造手指伪造。
光学指纹识别的例子
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。它使用数百个小电容器阵列来检测手指脊和山谷之间的电容电容器板。只要有脊，它与电容器板之间的距离就很小，导致电容量略小。无论在哪里有一个山谷，它的距离与电容板是更大的空气间隙之间。这导致了更大的电容。阵列中每个电容器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。这产生一个数字扫描的指纹根据电容式触摸传感。
电容式扫描仪不容易被愚弄，甚至可以检测到一个活的手指。用电容式扫描仪伪造指纹的唯一方法是侵入控制器的硬件或软件。否则，这些扫描仪不能愚弄的打印图像或假肢的原则操作。打印图像会产生相应的电容效应，假肢无法精确模拟活手指的触摸电容。
光学指纹识别的例子。
超声波扫描仪
超声波扫描仪是最新最先进的指纹扫描仪，能够产生指纹的三维扫描。目前，这项技术只在一些高端智能手机中使用。在超声波扫描仪中，有一组超声波发射器和接收器。发射器发出超声波脉冲，反射在指纹的脊、谷和孔隙中。一组接收器感应反射的脉冲。接收器实际上是传感器，测量机械应力由于强度的反射超声波脉冲在不同的点。这个结果在指纹扫描的三维地图，这是必须详细比较的任何电容扫描仪的二维扫描。
超声波扫描仪需要一些时间才能有效地捕捉到指纹的三维地图。超声波扫描仪易于实现。它们通常用于智能手机中的显示屏扫描器。像电容式扫描仪一样锻造超声波扫描仪几乎是不可能的。扫描指纹的三维特征使得该技术更加健壮。与电容式扫描仪一样，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。
智能手机中的超声波指纹识别。
显示内扫描器
现在很多智能手机都配有显示屏上的指纹扫描仪。这些是超声波或光学电容扫描仪。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式扫描仪。相比之下，超声波扫描仪广泛应用于中档智能手机和产品，因为它们易于实现并且具有成本效益。
用于 Arduino、 Raspberry Pi 和其他嵌入式原型平台-的指纹扫描器
光学和电容扫描仪是相当常用的嵌入式应用。光学扫描仪的一个很好的例子是 r305模型。多年来，它在电子业余爱好者中相当流行。R303是一款很受欢迎的电容式扫描仪。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。它很容易接口和操作，因为他们来与指令记录，扫描和比较指纹。所有这些指令都可以很容易地通过 UART 协议与扫描器进行通信。
电容式指纹识别 r303的例子。
总结
指纹扫描仪是很方便的设备。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身份识别系统。这可能包括合并其他“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“你有什么”系统，如射频识别标签或智能卡。像指纹扫描仪这样的生物识别系统在设计 ioot、日志记录和考勤应用程序、智能家居和安全应用程序方面非常有用。
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