摘要：指紋采集儀是指紋識(shí)別系統(tǒng)的輸入裝置，可廣泛應(yīng)用于指紋鎖、考勤系統(tǒng)、電子商務(wù)、銀行儲(chǔ)蓄、社會(huì)保險(xiǎn)、PC和手機(jī)中，也可用于公安系統(tǒng)指紋比對(duì)采集作業(yè)。目前，常用的指紋采集儀有三種：光學(xué)式、電容/電感式、生物射頻式。其中，光學(xué)指紋采集器是最早出現(xiàn)的指紋采集器，也因其使用時(shí)間長(zhǎng)、性能可靠、價(jià)格便宜成為現(xiàn)階段使用最為普遍的指紋采集器，然而，光學(xué)成像采集原理易受欺騙的缺點(diǎn)，使其在金融系統(tǒng)，尤其是金庫(kù)門這種場(chǎng)所的使用是不安全的。為了克服這種易受欺騙的缺點(diǎn)，本文重點(diǎn)介紹了光學(xué)指紋采集儀在防止指紋欺騙方面的兩種新型技術(shù)手段。
一、采集原理
光學(xué)指紋采集儀采集指紋表層紋理圖像，手指接觸棱鏡表面，光源光線照射到壓有指紋的棱鏡表面形成反射光線，由于指紋的嵴和峪凹凸不同，形成反射光線的量也就不同, 反射光線再經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后由光電圖像傳感器去捕獲成像。根據(jù)采集原理的不同，可以分為亮背景指紋采集儀和暗背景指紋采集儀：暗背景指紋采集儀采用漫反射的原理，指紋的脊線與采集棱鏡緊密接觸，照射在脊線上的光束發(fā)生漫反射，透鏡組將指紋脊線接觸部位漫反射的光成像到成像裝置上，顯示為亮線，谷線不接觸，光線仍舊透射出采集棱鏡，所以谷線在成像裝置上顯示為暗線，從而得到暗背景的圖像；亮背景指紋采集儀采用全反射的原理，指紋的脊線與采集棱鏡緊密接觸，破壞了全反射條件，一部分入射光被手指吸收，余下部分光發(fā)生漫反射，透鏡組將該反射光束成像到成像裝置上，脊線吸收了部分全反射光線，顯示為暗線；谷線不與采集面接觸，全反射依舊成立，顯示為亮線，從而形成亮背景的指紋圖像。
二、欺騙方法
由于光學(xué)成像采集方式是對(duì)指紋脊線谷線和光學(xué)棱鏡表面接觸程度的差異進(jìn)行采集，其防假指紋欺騙的方面，要弱于其他類型（如電、熱、壓）的傳感器。對(duì)光學(xué)成像采集方式的欺騙方法主要來(lái)源于，通過(guò)對(duì)殘留的指紋進(jìn)行欺騙。其原因是：由于手指上的皮脂或者污染物影響，會(huì)在指紋識(shí)別設(shè)備上留下一個(gè)殘留圖像（指紋殘留），如果利用外界光照射傳感器；或者，利用顯影粉就有可能檢測(cè)到該指紋殘留。在刑偵工作中，這是提取犯罪指紋的重要手段，但對(duì)于指紋識(shí)別系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，卻提供了一個(gè)偽裝合法用戶指紋的機(jī)會(huì)，特別是在無(wú)人值守的應(yīng)用中，合法用戶留下的指紋殘留如果被采集為數(shù)字圖像就有可能通過(guò)匹配，導(dǎo)致非法用戶利用該殘留指紋通過(guò)識(shí)別認(rèn)證，從而對(duì)指紋識(shí)別系統(tǒng)的安全性構(gòu)成威脅。
三、抗欺騙技術(shù)
通過(guò)活體識(shí)別和雙模式采集的方式可以有效的區(qū)分指紋殘留和手指。
活體識(shí)別的方式，通過(guò)電容式接近傳感器，利用電容感應(yīng)原理，感應(yīng)極板是導(dǎo)電材料制成的板狀電極，可被視為一個(gè)或一組電容，附近出現(xiàn)或經(jīng)過(guò)的導(dǎo)電體和電介質(zhì)改變極板系統(tǒng)中的介電常數(shù)，影響靜電場(chǎng)分布，從而改變感應(yīng)極板的電容。當(dāng)手指靠近或者接觸感應(yīng)極板時(shí)，感應(yīng)極板電容增加；當(dāng)手指遠(yuǎn)離或離開(kāi)感應(yīng)極板時(shí)，感應(yīng)極板電容將減小。感應(yīng)測(cè)量電路用于測(cè)量感應(yīng)極板的電容變化，從而判定是否有手指的存在。具體做法是在光學(xué)指紋采集裝置中增加電容式接近傳感器，且將電容式接近傳感器感應(yīng)電極放置在采集棱鏡下方。當(dāng)指紋采集模塊使用面光源，且面光源位于采集棱鏡下方時(shí)，感應(yīng)電極置于面光源下方；當(dāng)指紋采集模塊使用點(diǎn)光源時(shí)，感應(yīng)電極可置于采集棱鏡下方。
該做法的優(yōu)點(diǎn)在于：首先，由于該采集儀的感應(yīng)電極貫穿能力和抗干擾能力強(qiáng)，可以不直接與手指接觸，避免了感應(yīng)電極暴露在外，容易被擊穿導(dǎo)致毀壞和易受到外界非手指的其他物體干擾的缺點(diǎn)，即使玻璃介質(zhì)面板被水濺濕，也不會(huì)影響識(shí)別手指靠近或接觸信號(hào)；其次，由于采集棱鏡的玻璃材質(zhì)為強(qiáng)電介質(zhì)，感應(yīng)電極與人體手指之間隔著一定厚度的玻璃介質(zhì)仍能準(zhǔn)確識(shí)別手指靠近或接觸信號(hào)。
另一種是雙模式采集的方式，即在同一款采集儀中同時(shí)設(shè)置暗背景（漫反射）和亮背景（全反射）的采集模式。采集棱鏡包括兩個(gè)入射面，光源包括亮背景光源和暗背景光源，二者用擋板隔開(kāi)，防止光線相互干擾，由于指紋殘留造成的反射光吸收率遠(yuǎn)小于指紋接觸，因此殘留圖像通過(guò)暗背景的采集方式能夠采集到較為清晰的圖像，而亮背景采集方式中卻不能得到圖像或得到的圖像非常模糊，因此通過(guò)比較兩種模式下采集圖像的清晰程度，便可很容易的判定是否是指紋殘留。
四、總結(jié)
光學(xué)指紋采集器是最早出現(xiàn)的指紋采集器，也因其使用時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格便宜成為現(xiàn)階段使用最為普遍的指紋采集器。但是，由于光學(xué)成像采集原理易受欺騙的缺點(diǎn)，使它的使用存在一定的不安全因素。這種缺點(diǎn)雖然可以通過(guò)算法軟件的方式加以彌補(bǔ)，但指紋采集儀的多樣性必然會(huì)致使算法的混亂。因此，只有不斷地增進(jìn)和提高采集儀本身的性能，從圖像采集的伊始就將易受欺騙的缺點(diǎn)克服，才能實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別系統(tǒng)的規(guī)范應(yīng)用和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。
