《傳感器原理及應用》課件1第12章

12.1指紋識別基礎知識12.2幾種指紋傳感器的結(jié)構(gòu)、功能及原理12.3指紋識別系統(tǒng)應用思考題第12章指紋傳感器及識別系統(tǒng)

12.1指紋識別基礎知識

當今社會對個人身份的自動識別需求越來越迫切，各種各樣的自動識別技術應運而生。在諸多方法中，指紋識別技術以其獨特的防偽性、可靠性、實時性、安全性和兼容性成為目前研究成熟、應用廣泛的一種識別技術。

人的指紋由突起的脊和凹陷的谷組成，脊是一連串的突出的皮膚，谷卻是在兩個脊中間凹陷的部分。每個人擁有的脊和谷的樣式都不同，指紋識別技術通過分析指紋的脊、谷及終點、分叉點或分歧點等特征點可靠地確認一個人的身份。從指紋中抽取的特征值可以非常的詳盡。

每個指紋都有可測量的特征點，每個特征點都有近十個特征，我們的十個手指產(chǎn)生成千上百個獨立可測量的特征，這足夠來確認指紋識別是否是一個更加可靠的鑒別方式。12.1.1指紋結(jié)構(gòu)及識別的方法

指紋結(jié)構(gòu)包括核心點、三角點、紋數(shù)、式樣線、終結(jié)點等。

核心點(CorePoint)：位于指紋紋路的漸進中心，是讀取指紋和比對指紋時的參考點，如圖12-1所示。

三角點(Delta)：位于從核心點開始的第一個分叉點或者斷點，或者是兩條紋路會聚處。三角點提供了指紋紋路的計數(shù)和跟蹤的起始位置，如圖12-2。圖12-1核心點圖12-2三角點紋數(shù)(RidgeCount)：模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。一般認為連接核心點和三角點的這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即是指紋的紋數(shù)，如圖12-3所示。

式樣線(TypeLines)：是在包圍模式區(qū)的紋路線開始平行的地方所出現(xiàn)的交叉紋路。式樣線通常很短，但它的外側(cè)線會連續(xù)延伸，如圖12-4所示。圖12-3紋數(shù)圖12-4式樣線圖12-5分別畫出了紋路的幾種類型。其中：A為終結(jié)點(Ending)，表示一條紋路在此終結(jié)；B為分叉點(Bifurcation)，表示一條紋路在此分開成為兩條或更多的紋路；C為分歧點(RidgeDivergence)，表示兩條平行的紋路在此分開；D為孤立點(DotorIsland)，表示一條特別短的紋路，以至于可以看作是一點；E為環(huán)點(Enclosure)，表示一條紋路分開成為兩條之后，立即又合并成為一條；F為短紋(ShortRidge)，表示一條較短但不能看做是一點的紋路。圖12-5紋路類型12.1.2指紋獲取方法及比較

指紋識別技術主要涉及四個功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。

在一開始，通過指紋讀取設備讀取到人體指紋的圖像之后，要對原始圖像進行初步的處理，使之更清晰。獲得優(yōu)質(zhì)的脊和細節(jié)圖像是一項十分復雜的工作。指紋的表面積相對較小，日常生活中手指的磨損在指紋的脊圖像中表現(xiàn)得最為明顯。最先進的指紋錄入和拾取方法也在研發(fā)的過程中，目的都是為了獲得足夠的指紋細節(jié)并使指紋圖像達到較高的分辨率。當今所使用指紋錄入技術有光學取像、晶體傳感器硅芯片錄入和超聲波錄入技術。光學取像設備有最悠久的歷史，可以追溯到20世紀70年代。光學取像設備依據(jù)的是光的全反射原理(FTIR)。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由CCD去獲得，反射光的量依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度和皮膚與玻璃間的油脂和水分。光線經(jīng)玻璃射到谷的地方后，在玻璃與空氣的界面發(fā)生了全反射，光線被反射到CCD，但射向脊的光線不發(fā)生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，這樣就在CCD上形成了指紋的圖像。光學錄入設備有著許多優(yōu)勢：它經(jīng)歷了長時間實際應用的考驗，能承受一定程度的溫度變化，成本相對較低。由于光學設備的革新，極大地降低了設備的體積。20世紀90年代中期，傳感器可以裝在6×3×6英寸的盒子里，在不久的將來更小的設備是3×1×1英寸。這些進展取決于多種光學技術的發(fā)展而不是FTIR的發(fā)展。我們可以利用纖維光束來獲取指紋圖像。纖維光束垂直射到指紋的表面，它照亮指紋并探測反射光；另一個方案是把含有一微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的平面上，當手指壓在此表面上時，由于脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面，這些變化通過三棱鏡的光反射而反映出來。晶體傳感器出現(xiàn)的較晚，這些含有微型晶體的平面通過多種技術來繪制指紋圖像。最常見的硅電容傳感器在半導體金屬陣列上能結(jié)合大約100000個電容傳感器，其外面是絕緣的表面，當用戶的手指放在上面時，皮膚組成了電容陣列的另一面。電容傳感器根據(jù)指紋的脊和谷與半導體電容感應顆粒形成的電容值大小不同，來判斷什么位置是脊什么位置是谷。其工作過程是通過對每個像素點上的電容感應顆粒預先充電到某一參考電壓。當手指接觸到半導體電容的絕緣表面上時，因為脊是凸起的而谷是凹下，根據(jù)電容值與距離的關系，所以會在脊和谷

的地方形成不同的電容值，然后利用放電電流進行放電。因為脊和谷對應的電容值不同，所以其放電的速度也不同。脊下的像素(電容量高)放電較慢，而處于谷下的像素(電容量低)放電較快。根據(jù)放電率的不同，可以探測到脊和谷的位置，從而形成指紋圖像數(shù)據(jù)。

另一種晶體傳感器是壓感式的，其表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料，它們依照指紋的外表地形(凹凸)轉(zhuǎn)化為相應的電子信號。屬于晶體傳感器的還有溫度感應傳感器，它通過感應壓在設備上的脊和遠離設備的谷溫度的不同就可以獲得指紋圖像。晶體傳感器技術最大的弱點在于，它們?nèi)菀资艿届o電的影響，這使得晶體傳感器有時會取不到圖像，甚至會被損壞，另外，它們并不像玻璃一樣耐磨損，從而影響了使用壽命。超聲波掃描被認為是指紋取像技術中最好的一類，很像光學掃描的激光掃描。超聲波首先掃描指紋的表面，緊接著接收設備獲取了其反射信號，測量它的范圍，得到脊的深度。超聲波掃描不像光學掃描，它積累在皮膚上的臟物和油脂對超音波獲得的圖像影響不大，所以這樣的圖像是實際脊地形(凹凸)的真實反映，應用起來更為方便。

總之，各種技術都具有它們各自的優(yōu)勢，也有各自的缺點。表12-1為不同芯片指紋采集設備的比較。指紋提取特征其實是比較復雜的，指紋辨識軟件建立指紋的數(shù)字特征數(shù)據(jù)，是一種單方向的轉(zhuǎn)換，可以從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為指紋，而兩枚不同的指紋不會產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)。指紋識別算法最終都歸結(jié)為在指紋圖像上找到并比對指紋的特征。我們定義了指紋的兩類特征來進行指紋的驗證：總體特征和局部特征。

總體特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征，包括指紋結(jié)構(gòu)、基本紋路圖案。依靠圖案類型來分辨指紋只是一個粗略的分類。模式區(qū)(PatternArea)是指指紋上包括了總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于哪一種類型的。通過分類使得在大型數(shù)據(jù)庫中搜尋指紋更為方便。局部特征是指指紋上的節(jié)點。兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征，但它們的局部特征節(jié)點卻不可能完全相同。節(jié)點(MinutiaPoints)指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或打折。這些斷點、分叉點和轉(zhuǎn)折點就稱為“節(jié)點”，正是這些節(jié)點提供了指紋唯一性的確認信息。指紋上的節(jié)點有不同特性，最典型的是終結(jié)點和分叉點。軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點”的數(shù)據(jù)點，也就是那些指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置，這些點同時具有七種以上的唯一性特征。因為通常手指上平均具有70個節(jié)點，所以這種方法會產(chǎn)生大約490個數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常稱為模板，保存為1kB大小的記錄。最后，通過計算機模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果。12.1.3系統(tǒng)問題

有效的指紋辨識系統(tǒng)不僅僅依賴于辨識算法，還有其他的一些重要因素，這里稱之為“系統(tǒng)問題”。系統(tǒng)問題包括注冊和辨識過程、速度、用戶信息的反饋、反欺騙和安全考慮。為

了得到較好的識別率，重要的一步是在注冊時盡量獲得最好的指紋圖像，這是因為注冊一般只進行一次，而以后的辨識是經(jīng)常的。一個較好的指紋識別系統(tǒng)應要求用戶在注冊時多次提供

指紋，然后，把最好的指紋或每次獲得指紋的綜合結(jié)果作為注冊的指紋。系統(tǒng)的速度是很重要的。比如刷卡或輸入ID號的過程，在0.5~1.5s間被認為是可接受的時間；另外，拒判的重復次數(shù)不應超過3次。正確的反饋信息非常有用，如“手指放得太高”，“手指按得不夠重”等，提示用戶手指怎樣放置可獲得高質(zhì)量的指紋圖像。

在指紋識別系統(tǒng)中，反欺騙的措施用來阻止人造指紋、死指紋和殘留指紋。殘留指紋是由于皮膚油或其他原因殘留在傳感器上。傳感器應建立反欺騙對策，使得其有能力識別真實的皮膚溫度、阻力或電容。指紋識別系統(tǒng)是為安全而考慮的，節(jié)點模板數(shù)據(jù)庫必須是安全的，確保主機接收的識別結(jié)果是來自真正的合法用戶，以防止一個冒名頂替的人將自己的指紋存進數(shù)據(jù)庫而成為合法的用戶。對于自動化程度較高的指紋自動識別鑒定系統(tǒng)AFIS

(AutomaticFingerprintIdentificationSystem)來說，計算機必須對輸入的指紋圖像進行處理，以實現(xiàn)指紋的分類、定位，提取指紋形狀和細節(jié)特征，然后才根據(jù)所提取的特征進行指紋的比對和識別。在一個完整的指紋識別應用系統(tǒng)中，解決好系統(tǒng)問題有助于成功地建立有效的系統(tǒng)，否則可能會使高明的技術被束之高閣，甚至導致應用系統(tǒng)最后的失敗。12.2幾種指紋傳感器的結(jié)構(gòu)、功能及原理

12.2.1指紋傳感器FCD4B14

1.概述

FCD4B14是Atmel生產(chǎn)的FingerChipTM系列指紋傳感器芯片中的一種，它以CMOS工藝制造，不需要棱鏡、光源等光學部分。FCD4B14是一個基于溫度物理效應的單片、高性能、低價格的指紋傳感器芯片。為了捕捉到指紋，該芯片允許手指滑行越過敏感區(qū)域。當捕捉到幾個指紋圖像后，Atmel公司提供的軟件可以將這些圖像重新構(gòu)成完整的8bit指紋圖像。芯片每秒可獲取交付的指紋圖像是可編程的。

A/D轉(zhuǎn)換器提供的數(shù)字信號適合于EPP并行端口、USB微控制器接口，還可以直接與微處理器接口，能夠很容易地在不同識別系統(tǒng)中應用。

FCD4B14特征如下：

具有8×280=2240像素，像素尺寸為50μm×50μm(500dpi)；像素時鐘高達2MHz，1780幀/s。

工作電壓為3~5.5V；功耗為20mW；20腳DIP陶瓷或COB(ChiponBoard)封裝；耐磨損，可進行1×106次以上滑動操作；ESD靜電防護大于16kV；工作溫度范圍為0~+70℃。

FCD4B14可廣泛應用于以下領域：手機通路、訪問、入門控制、數(shù)據(jù)保護；附加在筆記本計算機、PC上的入門控制、數(shù)據(jù)保護、電子商務；PIN碼交換；ATM、POS機指紋識別；建筑物出入口控制；汽車、家庭等電子鎖等。

2.引腳功能

FCD4B14有20腳DIP陶瓷或COB兩種封裝形式，如圖12-6和圖12-7所示。引腳功能如表12-2所示。圖12-6

DIP封裝形式圖12-7

COB封裝形式

3.內(nèi)部結(jié)構(gòu)

FCD4B14的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖12-8所示。從圖12-8可見，芯片內(nèi)部電路分為傳感器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換兩個主要部分。在傳感數(shù)組中，當280行中的某一行被選中時，被選擇行的每一個像素的電信號傳送到放大器(一次一列)放大。在有兩列(奇數(shù)列和偶數(shù)列)被同時選中時，兩個特定的像素信息被傳送到兩個4位A/D轉(zhuǎn)換器，兩個像素就可在同一個時鐘脈沖時間內(nèi)被讀出。圖12-8

FCD4B14的內(nèi)部結(jié)構(gòu)每一個像素本身就是一個傳感器。傳感器可檢測從啟動數(shù)據(jù)采集到讀取信息之間的溫度變化。整個時間從像素復位到預定的初始狀態(tài)開始(這是一個時間的積分過程)。速度取決于焦熱電層(pyroelectriclayer)的靈敏度。在復位到積分時間結(jié)束之間的溫度變化和在積分時間的持續(xù)時間內(nèi)，像素上的電荷被產(chǎn)生。

A/D轉(zhuǎn)換器將像素的模擬信號轉(zhuǎn)換為可以被微處理器使用的數(shù)字信號，重構(gòu)8位的指紋圖像。并行端口和USB接口的數(shù)據(jù)傳輸率為1MB/s，重構(gòu)指紋圖像最低需要500幀/s的速率。

兩個4位ADC輸出兩個像素的內(nèi)容，一次一個字節(jié)。4.芯片應用

1)啟動時序

FCD4B14的啟動時序如圖12-9所示，它由以下步驟組成：

(1)設置RST為高；

(2)設置RST為低；

(3)發(fā)送4個時鐘脈沖；

(4)發(fā)送1124個時鐘脈沖讀第一幀。圖12-9啟動時序應當注意的是，第一幀不包含有關的數(shù)據(jù)，在采集每一幀數(shù)據(jù)之間復位不是必需的。

讀一幀數(shù)據(jù)的時序如圖12-10所示。讀取幀數(shù)據(jù)時，一幀包括280個真實的行和一個虛擬的行，每行8個像素。由于一次輸出兩個像素，因此系統(tǒng)必須發(fā)送281×4=1124個時鐘才能讀完一幀。當讀幀數(shù)據(jù)時，RST必須為低電平。

讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在時鐘脈沖上升沿輸出。在啟動時序之后，對于每個時鐘脈沖，引腳Do0~3和De0~3上都將輸出新的字節(jié)。字節(jié)內(nèi)容包含兩個像素：在Do0~3上的4位為奇像素；在De0~3上的4位為偶像素。圖12-10讀一幀數(shù)據(jù)的時序輸出數(shù)據(jù)時，輸出使能OE引腳必須為低電平。當輸出使能OE引腳為高電平時，Do0~3和De0~3都處于高阻狀態(tài)。輸出使能OE引腳可與微處理器直接連接，不需要附加電路。應注意的是：FCD4B14芯片只能發(fā)送數(shù)據(jù)，不支持讀/寫模式。

從引腳AVE和AVO也可得到模擬信號。應注意的是：視頻信號輸出比相應的數(shù)字信號輸出早一個時鐘(因為A/D轉(zhuǎn)換有一個時鐘的延遲)。

2)像素次序

對于每一行的8個像素，1、3、5、7由Do0~3輸出；2、4、6、8由De0~3輸出。最高位為3，最低位為0。

3)虛擬行

附加在傳感器的虛擬行作為一個特殊的模式用于檢測第一個像素。所以每一幀需要讀出280個真實的行和一個虛擬的行數(shù)據(jù)。虛擬行有4個字節(jié)，最初的兩個字節(jié)具有固定的模式，后兩個字節(jié)包含溫度信息，如表12-3所示。虛擬行第三個字節(jié)DB3和第四個字節(jié)DB4包含傳感器的溫度信息。DB3的偶數(shù)半位元組nnnn被用來表示芯片溫度的增加或減少，即用來表示同一個器件兩次測量之間的溫度差異。代碼1111~0001表示絕對溫標11.2~-11.2(每個代碼差1.4絕對溫標)，0000表示小于絕對溫標-16.8。

在手指與傳感器之間的溫度差很低的時候，圖像對比度也低。通常使用溫度穩(wěn)定電路去增加手指與傳感器之間的溫度差代碼，最少增加1.4絕對溫標，以獲得足夠的對比度，來保證指紋的正確識別。

4)時間積分和時鐘抖動(變化)

FCD4B14對時鐘抖動(變化)不很敏感。最重要的要求是規(guī)則的積分時間，以保證幀讀取速率的穩(wěn)定，從而獲得一致的指紋圖像片段。如果積分時間是不規(guī)則的，則各個幀的對比度將會發(fā)生變化。

在每一串1124個時鐘之間可以設置等待時間，但每一幀總的讀取時間要保持是規(guī)則的。

5)電源管理

FCD4B14具有睡眠模式，可減少電源消耗。如圖12-11所示。用以下方法可啟動睡眠模式：

(1)設置RST端為高，使器件內(nèi)部的模擬部分為低功耗狀態(tài)；

(2)設置時鐘PCLK端為高(或低)，關閉整個數(shù)字部分；

(3)設置TPE端為低或斷開TPP端，關閉溫度穩(wěn)定電路；

(4)設置OE端為高，迫使輸出端為高阻狀態(tài)。

在睡眠模式下，芯片內(nèi)部的所有的晶體管為關閉模式，僅有漏電流流過。圖12-11睡眠模式控制

6)靜態(tài)電流消耗

當設置時鐘為1和復位為0時，如果芯片的輸出被連接到標準的CMOS輸入，則模擬部分將消耗一些電流，而數(shù)字部分不消耗電流。此時電流消耗為5mA(電源電壓為3~5.5V)。

7)動態(tài)電流消耗

當時鐘運行時，數(shù)字部分也消耗電流。如果連接到USB芯片，運行速度為1MHz，F(xiàn)CD4B14在VCC端的電流消耗小于

7mA。

8)溫度穩(wěn)定電路的電源消耗

當TPP端設置為1時，電流經(jīng)TPP端流入。這個電流被內(nèi)部的等效電阻和可能存在的外部電阻限制。在大多數(shù)時間內(nèi)，TPP端為0，電流不流入TPP端。當圖像對比度很低時(當在手指與傳感器之間的溫度差低于一個絕對溫標時)，TPP端設置為1，電流經(jīng)TPP端流入，在芯片中消耗功率，溫度被提升，使圖像獲得足夠的對比度，來保證指紋的正確識別。增加一個絕對溫標的芯片溫度所必需的時間取決于消耗功率，以及在傳感器和環(huán)境之間硅傳感器和熱敏電阻的熱容量。一般在芯片中消耗功率300mW，提升一個絕對溫標的溫度需要1s。12.2.2指紋傳感器FPS200

FPS200是Veridicom公司推出的第三代半導體指紋傳感器。它是在吸收了已廣泛應用的FPS110系列傳感器優(yōu)點的基礎上，全新推出的新一代指紋傳感器。FPS200在性能、尺寸、

集成度等指標上建立了一套新的標準，是Veridicom半導體指紋傳感器家族中重要的新成員。圖12-12所示為FPS200半導體指紋識別儀。圖12-12

FPS200半導體指紋識別儀

FPS200芯片內(nèi)直接提供以下三種接口電路：

(1)USB。FPS200已內(nèi)置了高速USB的核電路，不需要外部的USB控制器，因此使FPS200成為標準的USB設備。FPS200在USB模式下可支持13幀/秒的指紋圖像采集傳輸速度。

(2)微處理器總線(MCU)。通過增加自動遞增列和地址寄存器的值以及模數(shù)轉(zhuǎn)換的路徑優(yōu)化功能，F(xiàn)PS200內(nèi)置的標準8位微處理器總線的性能大大加強，圖像傳輸速度達到30幀/秒，可以滿足對連續(xù)指紋圖像采集和比對的需要。

(3)串行外設接口(SPI)。FPS200內(nèi)置的SPI接口可極大地減小FPS200對硬件的依賴，只需要6條線就可以連接到帶SPI接口的微處理器。在SPI模式下，F(xiàn)PS200的圖像傳輸速度為10幀/秒。

FPS200具有以下特性：

(1)高分辨率。256×300陣列；1.28cm×1.50cm傳感面積；500dpi分辨率。

(2)高速圖像傳輸速度。30幀/秒(MCU模式)；13幀/秒(USB模式)；10幀/秒(SPI模式)。

(3)堅固耐用的表面工藝。

(4)異常堅固的表面涂層。

(5)ESD容忍度>12kV。

(6)方便集成。

(7)電容感應固態(tài)傳感器。

(8)標準CMOS工藝。

(9)USB、MCU、SPI三個總線。

(10)低供耗。

工作模式：35mA;

待命模式：20μA。

(11)專為便攜設備設計的更小的封裝。

FPS200的圖像搜索技術(ImageSeekTM)即使在手指過干或過濕時仍能獲得高精度的識別。其內(nèi)置的USB核、MCU模式和SPI通信模式，降低了整個系統(tǒng)的成本。高強度的表面保護可以有效防止敲擊、磨損、化學腐蝕等對芯片的損壞。手指自動檢測(AFD)功能可以喚醒CPU，節(jié)約電能的消耗。內(nèi)置8位A/D轉(zhuǎn)換電路，最高可節(jié)約75%的電源消耗。

FPS200封裝為只有1.4mm厚的塑料外殼，非常適用于各種Internet設備、便攜設備和手機等。12.2.3指紋傳感器AT77C101B/4B

Atmel公司推出了用于消費類電子產(chǎn)品的彩色指紋傳感器AT77C101B和AT77C104B。AT77C101B是并行輸出傳感器，而AT77C104B則是SPI輸出傳感器。這些新功能傳感器基于Atmel傳統(tǒng)和已驗證的單色傳感器，采用全壓縮型堅固耐用的封裝，用于移動設備產(chǎn)品中。

AT77C104B線性指紋傳感器通過掃描傳感區(qū)的手指捕捉指紋圖像。傳感器區(qū)域為0.4mm×11.6mm，圖像陣列為8×232=1856像素，像素間距為50×50μm，分辨率為500dpi。

片內(nèi)有8位ADC，有兩種串行外設接口(SPI)，其傳輸速度分別為快模式下16Mb/s，慢模式下200kb/s。芯片尺寸為

1.5mm×15mm，工作電壓為2.3~3.6V。圖像采集時的功耗為6mA，工作溫度為20~70℃，指紋掃描速度為2~20cm/s。AT77C104B具有高度防靜電保護，硬保護涂層能掃描多達

400萬多次。AT77C104B可用在PDA、蜂窩手機和智能手機的私人和機密數(shù)據(jù)存取的用戶識別以及手提指紋采集系統(tǒng)中。12.2.4微型指紋傳感器

富士通于2002年2月27日宣布開發(fā)出面積為12.8mm×1.6mm(長×寬)的微型指紋傳感器“MBF300”(見圖12-13)。由于此前的指紋傳感器一般通過將手指按在傳感器上來檢測指紋，因此傳感器一般要比指紋大一些。但MBF300通過采用在傳感器表面滑動手指檢測指紋的“掃描型”方式，成功地開發(fā)出了呈長方形的微型傳感器。而且，耗電量也控制到了10mA以下。該產(chǎn)品體積小、省電，廣泛推廣在便攜終端中的嵌入運用。圖12-13

MBF300

MBF的指紋檢測通過“靜電容量方式”進行：將手指放置在并列電極傳感器的表面，通過計算手指表面與電極之間的靜電容量來檢測指紋。雖然法國Atmel公司此前已開發(fā)出了通過使用溫度傳感器檢測指紋的“熱感方式”掃描型指紋傳感器，但在靜電容量方式傳感器方面，MBF300尚屬世界首創(chuàng)。

檢測出的指紋將通過軟件的處理篩選出指紋的特點，并根據(jù)其位置關系來認證個人身份。此傳感器的分辨率為500dpi。

12.3指紋識別系統(tǒng)應用

12.3.1社保指紋認證管理系統(tǒng)

社保指紋認證管理系統(tǒng)由指紋識別系統(tǒng)、計算機、信息管理系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)依據(jù)人體指紋生物特征的唯一性，通過光學取像設備采集指紋圖像，由計算機處理后轉(zhuǎn)化成代表指紋生物特征的數(shù)據(jù)，通過比較指紋特征數(shù)據(jù)可實現(xiàn)身份認證。使用指紋認證技術比對存檔指紋和待驗指紋是否相同，可確定待驗人員和存檔人員是否為同一個人。在社保應用中，比對成

功意味著投保人存活，比對不成功有可能是冒名頂替或投保人已經(jīng)死亡。指紋認證系統(tǒng)可以完全杜絕惡意領取養(yǎng)老金的現(xiàn)象發(fā)生，保證了社保資金的安全使用。社保指紋認證管理系統(tǒng)采用了指紋核心識別技術，具有識別精度高、比對速度快、硬件可靠耐用、系統(tǒng)穩(wěn)定、功能強大等優(yōu)點，它提供了紙面比對的輔助功能，使指紋整體可識別

率、指紋管理面達到99%以上，同時為異地生活的投保人員實現(xiàn)了指紋管理。統(tǒng)計管理軟件可以方便地進行比對記錄的查詢、統(tǒng)計，迅速查找、統(tǒng)計出有可能已經(jīng)死亡人員的名單供進一步調(diào)查。

系統(tǒng)功能模塊主要有：指紋存檔錄入、投保人信息管理、指紋比對、信息導入、比對記錄管理統(tǒng)計、打印報表、掃描紙面錄入、掃描紙面比對。圖12-14所示為系統(tǒng)功能圖。圖12-14系統(tǒng)功能圖在中心城市或地區(qū)、全省社保局的大范圍應用中，該系統(tǒng)可提供遠程通信功能，采用網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，系統(tǒng)圖如圖12-15所示。圖12-15網(wǎng)絡系統(tǒng)功能圖12.3.2指紋門禁機

鑒于目前普通門禁、門鎖已經(jīng)很難滿足銀行、公安、公司財務室等安全系數(shù)要求較高部門的要求，使用具有唯一性的指紋生物識別系統(tǒng)作為門鎖、門禁，成了大家的共識和社會發(fā)

展的趨勢。指紋門禁機即是應此需求而設計的一款具有很高性價比、安全、方便、實用的指紋門禁系統(tǒng)。圖12-16所示為HF-FPM100A/B型的指紋門禁機。圖12-16

HF-FPM100A/B型指紋門禁機

1.安全

安全性體現(xiàn)在以下幾點:

人類60億人口300年才可能出現(xiàn)一枚重復指紋的高度唯一性；

在指紋驗證的同時又可以支持密碼驗證，雙重的安全措施可保萬無一失；

內(nèi)建防撬報警開關，當設備遭非法破壞或侵入時，可自動報警；

采用高分子聚碳酸脂材料鏡片，具有極高的強度和耐久力，較強的抗沖擊力；

當使用者遭非法脅持或遇到緊急突發(fā)事件時，使用第三指功能可啟動報警或通過其他設定信號尋求援助。

2.方便

超大的液晶顯示窗，支持中文簡體、中文繁體、英文等多種語言，菜單式界面提示，使用者即使不看說明書也能輕松上手；無需帶一大串的鑰匙、記一大串的密碼，只需手指輕輕一按，即可開門。

3.實用

有兩種不同的安裝使用方式供用戶選擇：一體式(方便、易安裝)或分體式(加門內(nèi)控制器，使用更安全保險)；

支持300個用戶(900枚指紋)，可擴充；

配備6個I/O端口，方便功能擴充，如出口按鈕、門觸點、紅外線探測器、報警器等；

RS232、RS485和RJ45(TCP/IP)的通信端口可連接到計算機控制中心，通過網(wǎng)絡遠程配置管理；

可上傳開門及管理記錄，方便使用者查詢及管理。

4.規(guī)格

通訊方式：TCP/IP，RS232、RS485；

驗證方式：指紋，指紋+按鍵；

用戶容量：300人(900枚指紋)；可再增加；

提示方式：超大中文液晶顯示(128×64)，LED顯示，語音提示；

顯示語言：中文簡體、繁體和英文三種；

存儲記錄：6000條；

指紋模塊：光學式(CMOS)；

比對時間：小于1s；

分辨率：500dpi；功耗：1000mA；

采集面積：13mm×13mm；

誤識率(FAR)： ＜1/100000；

拒真率(FRR)： ＜1/100；

使用溫度：-20~55℃；

外型尺寸：室外機：127mm×164mm×58mm；室內(nèi)機：115mm×108mm×34mm(分體式)。

5.特性

指紋識別方式，使用更安全、方便、快捷；

高分子聚碳酸脂材料鏡片，具有極好的高強度和耐久力；

特有的指紋儀防護蓋設計，防塵、方便、省電；

外觀設計精美、小巧；

液晶屏幕顯示、語音提示，操作簡單；

(1∶1)(1∶N)比對模式切換，有效縮短比對時間，使比對過程更快速；

TCP/IP(網(wǎng)絡線接口)、RS232、RS485多種通信方式；

內(nèi)建防撬報警功能，防止設備遭非法破壞或侵入；

當使用者遭非法脅持時，使用第三指功能可啟動報警或其他設定功能；

具有記錄存儲功能，方便使用者事后對進出人員進行查詢及管理；

6.示意圖

(1)接線示意圖如圖12-17所示。

(2)聯(lián)網(wǎng)示意圖(局域網(wǎng))如圖12-18所示。圖12-17接線示意圖圖12-18聯(lián)網(wǎng)示意圖12.3.3感應考勤機

如圖12-19所示為HF-800型感應考勤機。

(1)HF-800型技術參數(shù)如下：

記錄存儲容量：240000條記錄；(1000人×31天×8記錄/天)

斷電工作時間：12h以上；

讀寫卡時間：小于0.3s；

讀寫卡距離：15~25cm；

通信方式：RS232/RS485；

通信距離：RS485方式1200m(聯(lián)網(wǎng))，RS232方式15m(單機)；圖12-19

HF-800型感應考勤機電源：220V；

功率：小于1W；

環(huán)境溫度：-10~50℃；

環(huán)境濕度：小于90%RH；

體積：175mm×130mm×30mm；

適用卡片：ID卡。

(2)系統(tǒng)運行環(huán)境：

Windows98/XP/2000；

128M或更多內(nèi)存(RAM)；

PentiumⅢ600或更好的CPU；

至少一個9針串口；

CD-ROM驅(qū)動器(CDROM安裝時需要)。

(3)產(chǎn)品特點：

可脫離計算機獨立使用；

超大存儲空間，存儲考勤記錄可達24萬條；

后備電源停電情況下可工作12小時以上；

自動識別接口方式(RS485或RS232)，無需人工設置；

內(nèi)部時鐘自帶備用電源，在外部停止供電情況下仍可工作10年。

(4)軟件特點：

①采用Microsoft大型數(shù)據(jù)庫SQLServer2000，使數(shù)據(jù)處理更加穩(wěn)定；

②多用戶權限設置。

③具有考勤功能：

排班方式靈活，可實現(xiàn)正常班、倒班、輪班多種方式；

可根據(jù)各個不同班次設定班次規(guī)則，實現(xiàn)如5分鐘內(nèi)打卡計“正常”，10分鐘內(nèi)打卡計“遲到”，30分鐘內(nèi)打卡計“曠工”等功能；

統(tǒng)計報表可準確統(tǒng)計出員工當月的遲到、早退、曠工、加班等相關數(shù)據(jù)。④人事功能：

能夠按公司的組織結(jié)構(gòu)設定多級部門及下屬部門；

人事檔案包含內(nèi)容非常全面，基本的有“姓名”、“性別”、“編號”、“職位”、“畢業(yè)院?！?、“學歷”、“專業(yè)”、“入司日期”、“轉(zhuǎn)正日期”、“獎懲記錄”、“培訓記錄”、“學習簡歷”、“工作簡歷”等。⑤薪資功能：(相當于小型財務軟件)

可計算考勤相關工資，如遲到、早退、曠工、加班等工資；

可按“姓名”、“性別”、“編號”、“職位”、“畢業(yè)院?！薄ⅰ皩W歷”、“專業(yè)”、“入司日期”等人事信息計算出員工應得工資。

⑥支持聯(lián)網(wǎng)功能：

聯(lián)網(wǎng)方式一，如圖12-20(a)所示：可實現(xiàn)通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換器將所有考勤機數(shù)據(jù)匯總到計算機的功能。圖12-20聯(lián)網(wǎng)示意圖聯(lián)網(wǎng)方式二，如圖12-20(b)所示，在服務器端裝上SQL2000數(shù)據(jù)庫，其他終端裝考勤軟件即可，可實現(xiàn)將所有終端讀入的數(shù)據(jù)匯總到服務器上進行處理的功能。終端機也可通過訪問服務器的數(shù)據(jù)庫來查詢結(jié)果。

聯(lián)網(wǎng)方式三，如圖12-20(c)所示，可實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)所有用戶都可根據(jù)不同權限查詢服務器上的考勤結(jié)果的功能。

以上三種聯(lián)網(wǎng)方式均可將感應考勤機與脫機指紋考勤機混合使用。12.3.4指紋查詢一體機