Добавлен: 14.07.2023
Просмотров: 86
Скачиваний: 3
Ведущим производителем сканеров данного типа является компания Ultra-Scan Corporation.
Температурный метод
Термосканеры (Thermal Scanners) — в таких устройствах используются датчики, которые состоят из пироэлектрических элементов, позволяющих фиксировать разницу температуры и преобразовывать ее в напряжение.
При прикладывании пальца к сканеру по температуре прикасающихся к пироэлектрическим элементам выступов папиллярного узора и температуре воздуха, находящегося во впадинах, строится температурная карта поверхности пальца, которая в дальнейшем преобразуется в цифровое изображение.
Температурный метод имеет множество преимуществ. К ним относятся:
высокая устойчивость к электростатическому разряду;
устойчивая работа в широком температурном диапазоне;
эффективная защита от муляжей.
К недостаткам данного метода можно отнести то, что изображение быстро исчезает.
При прикладывании пальца в первый момент разница температур значительна и уровень сигнала, соответственно, высок. По истечении короткого времени (менее одной десятой доли секунды) изображение исчезает, поскольку палец и датчик приходят к температурному равновесию. Именно эта особенность была использована компанией Atmel в технологии температурного сканирования, которая нашла свое отражение в микросхемах FingerСhip. Сегодня Atmel является ведущим производителем термосканеров.
Технология FingerChip
В технологии FingerChip используется температурный метод получения изображения в сочетании с протяжным сканированием, которое применяется в оптических протяжных сканерах, рассмотренных выше. Протяжной способ позволяет существенно уменьшить размер чувствительной матрицы и сделать ее по ширине равной получаемому отпечатку, а по длине — всего несколько долей миллиметра. Для получения изображения необходимо просто провести пальцем по узкой полоске считывателя. Заметим, что в сочетании с температурным методом такой способ получения отпечатков пальцев не оставляет следов после сканирования по причине малого времени жизни изображения.
Малый размер и низкая стоимость матрицы в сочетании с эффективной защитой от муляжей, а также надежное функционирование в широком диапазоне температур являются отличительными особенностями технологии температурного сканирования, применяемой компанией Atmel.
На данный момент Atmel выпускает три вида считывателей: AT77C102B, AT77C104B, AT77C105A. Основные их технические характеристики представлены в таблице.
Таблица. Технические характеристики датчиков FingerChip
Технические характеристики датчиков FingerChip
Датчик FingerChip AT77C102B выполнен по техпроцессу 35 мкм и объединяет на монолитной прямоугольной КМОП-подложке размером 1,64×17,46 мм схемы считывания и преобразования данных. Отпечаток пальца считывается при вертикальном движении пальца, приложенного к матрице.
Датчик FingerChip AT77C102B
Матрица FingerChip имеет размер 8×280, то есть содержит 2240 термочувствительных элементов. Также присутствует служебная нерабочая колонка, предназначенная для калибровки и идентификации кадров. Шаг матрицы 50×50 мкм, что соответствует разрешению 500 точек на дюйм при размере чувствительного элемента 0,4×14 мм. Это позволяет получить изображение центральной области отпечатка пальца, отвечающего требованиям спецификации качества изображения (IQS).
Тактовая частота может устанавливаться программно до значения 2 МГц, обеспечивая получение до 1780 кадров в секунду, что является достаточным даже при быстром движении пальца по датчику. Результирующий отпечаток собирается из последовательности серии кадров с помощью программного обеспечения Atmel.
Функциональная диаграмма данного устройства показана на рис. 9.
Функциональная диаграмма датчика AT77C102B.
Рис. 9. Функциональная диаграмма датчика AT77C102B.
Цикл работы для каждого кадра следующий:
Выбирается колонка из 280+1 пикселей в матрице. Колонки выбираются последовательно слева направо с циклическим возвратом в начало. После сброса вывод начинается с крайней левой колонки.
Каждый пиксель в колонке посылает свое значение температуры в виде аналогового сигнала в линейку усилителей.
Две строки выбираются одновременно (четная и нечетная). Усиленные сигналы с них подаются на 4-битные аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Полученные аналоговые величины могут быть также использованы в качестве выходных данных (на диаграмме не отражено).
Два 4-битных цифровых эквивалента сохраняются в сдвиговом регистре и отсылаются параллельно одним байтом через параллельные выходы De0-3 (четная строка) и Do0-3 (нечетная строка).
Вывод кадра FingerChip
Последовательность кадров FingerChip
Помимо функции считывания, присущей всем трем устройствам, модели АТ77С104В и АТ77С105А имеют дополнительные опции навигации (аналогично сенсорному экрану) и эмуляции нажатия клавиши, что позволяет с их помощью осуществлять управление.
Наличие различных корпусов предоставляет возможность оптимального выбора способа установки датчика в разрабатываемое устройство.
Варианты корпусов датчика FingerChip по способу крепления и соединения с базовой платой
Преимущества технологии FingerChip
Технология FingerChip имеет отличия, благодаря которым она может применяться в различных системах безопасности. Интегральная схема датчика надежно защищена от электростатических разрядов с напряжением до 16 кВ.
Полоса считывания устойчива к истиранию, выдерживает значительные приложенные усилия и позволяет получить более 1 миллиона отпечатков. Рабочее напряжение датчика AT77C102B составляет от 3,0 до 3,6 В, энергопотребление — 16 мВт при 3,3 В с частотой 1 МГц. Предусмотрен «спящий» режим, в котором включена функция сброса, остановлен тактовый генератор, выключена температурная стабилизация и отключен выходной сигнал и все выходные линии переведены в состояние высокого импеданса. В спящем режиме ток потребления ограничивается лишь током утечки. В рабочем режиме датчик полностью пассивен. Для получения данных используется температура прикладываемого пальца. В случае, когда разница температур между пальцем и датчиком становится незначительной (менее одного градуса), то включается температурная стабилизация для повышения температуры микросхемы и увеличения разницы температур.
Основные преимущества датчиков FingerChip заключаются в одновременном использовании температурного метода получения изображения, метода покадрового восстановления изображения и интеграции схем считывания и преобразования изображения на одной КМОП-подложке. Интеграция двух схем на одной подложке снижает стоимость устройства, его энергопотребление и увеличивает скорость работы.
Независимые тесты показали, что если человека силой принуждают поставить свой отпечаток для получения доступа, то неровное проведение пальцем по датчику или обильное потоотделение помешают считать изображение отпечатка.
Комплект для разработки и отладки
Датчики FingerChip можно приобрести отдельно. Тем не менее, для извлечения эталона и сравнения образца с эталоном требуется специальное программное обеспечение, которое необходимо либо покупать у третьих фирм, либо создавать самостоятельно. В связи с этим, использовать отдельные датчики становится экономически целесообразным только при крупносерийном производстве. Для применения считывателей отпечатков пальцев в мелкосерийном и среднесерийном производстве компания Atmel рекомендует использовать модуль биометрии AT77SM0101BCB02VKE, построенный на базе 32-разрядного микроконтроллера Atmel AT91RM9200.
Биометрический модуль AT77SM0101BCB02VKE
Для оценки возможности модуля AT77SM0101BCB02VKE и разработки программного обеспечения нижнего уровня выпускается набор разработчика AT77SM0101BCB02VEK. Набор состоит из модуля биометрии AT77SM0101BCB02VKE, базовой платы с блоком питания и разъемами (Ethernet, USB, RS-232, внешней Flash-памяти CompactFlash, SmartMedia, NAND Flash, смарт-карты ISO7816), коммутационных кабелей, документации, демонстрационного ПО для Windows и Linux, SDK для Linux.
Набор разработчика AT77SM0101BCB02VEK
Отладочный набор позволяет продемонстрировать возможности модуля биометрии, а также разработку программного обеспечения верхнего и нижнего уровня.
Подводя итог всему вышесказанному, хотелось бы отметить, что сегодня мы наблюдаем за стремительным развитием биометрических технологий. В области получения изображений отпечатков пальцев еще недавно существовало только две технологии — оптическая FTIR и емкостная, со своими преимуществами и недостатками.
Сканеры, использующие технологию FingerChip, не только избавлены от недостатков, свойственных устройствам предыдущего поколения, но и приобрели ряд особо привлекательных черт, таких как крайне малый размер и небольшая цена.
Литература
Bishop P. Atmel FingerChip Technology for Biometric Security. Atmel White Paper. www.atmel.com.
Maltoni D., Maio D., Jain A. K., Prabhakar S. Handbook of Fingerprint Recognition. Springer, New York, 2003.
Задорожный B. Идентификация по отпечаткам пальцев // PC Magazine/Russian Edition. 2004. № 1.