《何俊_20085711_传感器技术与嵌入式平台.ppt

第2章 传感器技术与嵌入式平台 何俊软件0803 本章主要内容 2.1 引言 2.2 指纹图像的获取 2.1 引言 指纹采集技术的发展经过了较长的历史时期。其过程也受传感技术的发展影响和推动。指纹采集技术有两种采集模式，一种是在被采集人已知的状况下，实施的主动式采集。另一种是在被采集人未知的状况下，如刑侦现场，通过各种化学的、物理的方式显影指纹并采集的过程。这种方式一般称为现场指纹提取，并涉及指纹分离的过程。 在生物特征识别中，可靠、廉价的图像采集设备是系统运行正常、可靠的关键。 2.1 引言 传感器：一种物理装置，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置。 传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 2.1 引言 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 2.1 引言 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 传感器 2.1 引言 嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，并且软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 实际应用中，嵌入式系统的平台在生物特征识别领域里发挥了巨大的作用。 2.2 指纹图像的获取 第一代指纹采集技术采用“按压留痕”的方式来采集指纹，利用的是指纹“触物留痕”的特性。这一时期主要通过“油墨－指纹卡”的方式采集。 第二代指纹采集技术采用自动化、数字化的采集方式。指纹数据以数字信息表示和存储。 我们主要介绍第二代指纹采集技术。 2.2 指纹图像的获取 指纹采集的过程本质上是指纹成像的过程。其原理是根据嵴与峪的几何特性、物理特征和生物特性的不同，以得到不同的反馈信号，根据反馈信号的量值来绘成指纹图像。 指纹的几何特性是指在空间上嵴是突起的，峪是凹下的。嵴与嵴相交、相连、分开会表现为一些几何图案。 指纹的生物特性是指嵴和峪的导电性不同，与空气之间形成的介电常数不同、温度不同等。 指纹的物理特性是指嵴和峪着力在水平面上时，对接触面形成的压力不同、对波的阻抗不同等。 2.2 指纹图像的获取 2.2 指纹图像的获取 指纹采集的方法有两种，一种是由指纹采集器件主动向手指发出探测信号，然后分析反馈信号，以形成指纹嵴与峪的图案。如光学采集和射频（RF）采集属于主动式采集。 另一种是指纹采集器件是被动感应的方式。当手指放置到指纹采集设备上时，因为指纹嵴和峪的物理特性或生物特性的不同，会形成不同的感应信号，然后分析感应信号的量值来形成指纹图案。如热敏采集、半导体电容采集和半导体压感采集属于第二种。 2.2 指纹图像的获取 对指纹采集设备来讲，一般经过“感知手指”、“图像拍照”“质量判断与自动调整”三个主要过程。考虑到设备功耗，在无手指接触时，采集设备处在休眠状态。当手指接触到采集设备时，采集器会迅速感知到手指的接触并切换到工作状态。对于半导体类指纹采集设备大多具有这种敏锐的指纹察觉技术。有的时候还会根据手指特有的生理表现，来判断是否为真实的手指，如果用手背等其它肤纹来接触采集设备，会被拒绝。随着活体采集技术的研究进展，指纹采集设备还会判别是否为活体手指，这可以通过检测手指的活体特性（如出汗、血液流动、导电性等）来实现。 2.2 指纹图像的获取 “图像拍照”是采集过程的关键步骤。指纹采集器件以每秒几十帧甚至几百帧的速度来产生指纹图像。对于主动式采集的器件，会通过器件内部的控制电路发出探测信号，如光、超声波，然后根据嵴与峪对探测信号的反馈值的大小，来形成指纹图像。对于感应式采集的器件，根据感应到的嵴与峪所形成的信号大小来绘制指纹图像。 每次形成的指纹图像，采集器件内部的控制系统会判断图像质量。如果图像质量过低，不能达到预先设定的质量要求，会通过AGC自动增益电路，增加探测信号或感应信号的强度，以达到理想的取图效果。部分厂商的指纹采集器件，在采集过程中，能针对干湿手指作自动适应，以适应不同类型手指的用户。 2.2 指