目前，市場(chǎng)中應(yīng)用的指紋圖像的獲取技術(shù)主要有4種類型：光學(xué)掃描設(shè)備、溫差感應(yīng)式指紋傳感器、半導(dǎo)體指紋傳感器、超聲波指紋掃描。

一、光學(xué)識(shí)別技術(shù)

借助光學(xué)技術(shù)采集指紋是歷史最久遠(yuǎn)、使用最廣泛的技術(shù)。將手指放在光學(xué)鏡片上，手指在內(nèi)置光源照射下，用棱鏡將其投射在電荷耦合器件(CCD)上，進(jìn)而形成脊線(指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線)呈黑色、谷線(紋線之間的凹陷部分)呈白色的數(shù)字化的、可被指紋設(shè)備算法處理的多灰度指紋圖像。

光學(xué)的指紋采集技術(shù)有明顯的優(yōu)點(diǎn)：它已經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用考驗(yàn)，一定程度上適應(yīng)溫度的變異，可達(dá)到500DPI的較高分辨率等，最主要是價(jià)格低廉。也有明顯的缺點(diǎn)：由于要求足夠長(zhǎng)的光程，因此要求足夠大的尺寸，而且過分干燥和過分油膩的手指也將使光學(xué)指紋產(chǎn)品的效果變壞。

光學(xué)指紋傳感局限性體現(xiàn)于潛在指印方面(潛在指印是手指在臺(tái)板上按完后留下的)，不但會(huì)降低指紋圖像的質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致2個(gè)指印重疊，顯然，難以滿足實(shí)際應(yīng)用需要。此外，臺(tái)板涂層及CCD陣列會(huì)隨時(shí)間推移產(chǎn)生損耗，可能導(dǎo)致采集的指紋圖像質(zhì)量下降。但是具有無法進(jìn)行活體指紋鑒別、對(duì)干濕手指的適用性差等缺點(diǎn)。

光學(xué)指紋識(shí)別系統(tǒng)由于光不能穿透皮膚表層(死性皮膚層)，所以只能夠掃描手指皮膚的表面，或者掃描到死性皮膚層，但不能深入真皮層。在這種情況下，手指表面的干凈程度，直接影響到識(shí)別的效果。如果，用戶手指上粘了較多的灰塵，可能就會(huì)出現(xiàn)識(shí)別出錯(cuò)的情況。并且，如果人們按照手指，做一個(gè)指紋手模，也可能通過識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)于用戶而言，使用起來不是很安全和穩(wěn)定。

二、溫差感應(yīng)式識(shí)別技術(shù)

溫差感應(yīng)式識(shí)別技術(shù)是基于溫度感應(yīng)的原理而制成的，每個(gè)像素都相當(dāng)于一個(gè)微型化的電荷傳感器，用來感應(yīng)手指與芯片映像區(qū)域之間某點(diǎn)的溫度差，產(chǎn)生一個(gè)代表圖像信息的電信號(hào)。

它的優(yōu)點(diǎn)是可在0.1s內(nèi)獲取指紋圖像，而且傳感器體積和面積最小，即目前通常所說的滑動(dòng)式指紋識(shí)別儀就是采用該技術(shù)。缺點(diǎn)是：受制于溫度局限，時(shí)間一長(zhǎng)，手指和芯片就處于相同的溫度了。

三、半導(dǎo)體硅感技術(shù)(電容式識(shí)別技術(shù))

20世紀(jì)90年代后期，基于半導(dǎo)體硅電容效應(yīng)的技術(shù)趨于成熟。硅傳感器成為電容的一個(gè)極板，手指則是另一極板，利用手指紋線的嵴和峪相對(duì)于平滑的硅傳感器之間的電容差，形成8bit的灰度圖像。

電容傳感器發(fā)出電子信號(hào)，電子信號(hào)將穿過手指的表面和死性皮膚層，直達(dá)手指皮膚的活體層(真皮層)，直接讀取指紋圖案。由于深入真皮層，傳感器能夠捕獲更多真實(shí)數(shù)據(jù)，不易受手指表面塵污的影響，提高辨識(shí)準(zhǔn)確率，有效防止辨識(shí)錯(cuò)誤。半導(dǎo)體指紋傳感器包括半導(dǎo)體壓感式傳感器、半導(dǎo)體溫度感應(yīng)傳感器等，其中，應(yīng)用最廣泛的是半導(dǎo)體電容式指紋傳感器。

半導(dǎo)體電容傳感器根據(jù)指紋的嵴和峪與半導(dǎo)體電容感應(yīng)顆粒形成的電容值大小不同，來判斷什么位置是嵴什么位置是峪。其工作過程是通過對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)上的電容感應(yīng)顆粒預(yù)先充電到某一參考電壓。

當(dāng)手指接觸到半導(dǎo)體電容指紋表現(xiàn)上時(shí)，因?yàn)獒帐峭蛊稹⒂前枷拢鶕?jù)電容值與距離的關(guān)系，會(huì)在嵴和峪的地方形成不同的電容值。然后利用放電電流進(jìn)行放電。因?yàn)獒蘸陀鴮?duì)應(yīng)的電容值不同，所以其放電的速度也不同。

嵴下的像素(電容量高)放電較慢，而處于峪下的像素(電容量低)放電較快。根據(jù)放電率的不同，可以探測(cè)到嵴和峪的位置，從而形成指紋圖像數(shù)據(jù)。

與光學(xué)設(shè)備多采用人工調(diào)整改善圖像質(zhì)量不同，電容傳感器采用自動(dòng)控制技術(shù)調(diào)節(jié)指紋圖像像素以及指紋局部范圍敏感程度，在不同環(huán)境下結(jié)合反饋信息生成高質(zhì)量圖像。由于提供了局部調(diào)整能力，即使對(duì)比度差的圖像(如手指壓得較輕的區(qū)域)也能被有效檢測(cè)到，并在捕捉瞬間為這些像素提高靈敏度，生成高質(zhì)量指紋圖像。

半導(dǎo)體電容指紋傳感器優(yōu)點(diǎn)為圖像質(zhì)量較好、一般無畸變、尺寸較小、易集成于各種設(shè)備。其發(fā)出的電子信號(hào)將穿過手指的表面和死性皮膚層，達(dá)到手指皮膚的活體層(真皮層)，直接讀取指紋圖案，從而大大提高了系統(tǒng)的安全性。

半導(dǎo)體硅感技術(shù)最重要的優(yōu)點(diǎn)是能夠達(dá)到活體指紋識(shí)別。還可以在較小的表面上獲得比光學(xué)技術(shù)更好的圖像質(zhì)量，在1cm×1.5cm的表面上獲得200-300線的分辨率(較小的表面也導(dǎo)致成本的下降和能被集成到更小的設(shè)備中)。體積小、成本低，成像精度高，而且耗電量很小，因此非常適合在安全防范和高檔消費(fèi)類電子產(chǎn)品中使用，被稱為光學(xué)以后的第二代指紋識(shí)別技術(shù)。

四、超聲波識(shí)別技術(shù)

超聲波指紋采集是一種新型技術(shù)，其原理是利用超聲波具有穿透材料的能力，且隨材料的不同產(chǎn)生大小不同的回波(超聲波到達(dá)不同材質(zhì)表面時(shí)，被吸收、穿透與反射的程度不同)。因此，利用皮膚與空氣對(duì)于聲波阻抗的差異，就可以區(qū)分指紋嵴與峪所在的位置。

超聲波技術(shù)所使用的超聲波頻率為1×104Hz-1×109Hz，能量被控制在對(duì)人體無損的程度(與醫(yī)學(xué)診斷的強(qiáng)度相同)。超聲波技術(shù)產(chǎn)品能夠達(dá)到最好的精度，它對(duì)手指和平面的清潔程度要求較低，但其采集時(shí)間會(huì)明顯地長(zhǎng)于前述兩類產(chǎn)品，而且價(jià)格昂貴，也并不能做到活體指紋識(shí)別，所以目前使用稀少。

微光學(xué)式指紋識(shí)別技術(shù)

當(dāng)前無論是的主流——電容式指紋識(shí)別傳感器，還是新秀——超聲波式指紋識(shí)別傳感器，都需要額外的指紋傳感器，只是前者需要在屏幕上開孔，后者可以隱藏在屏幕下面而已。

2017年，蘋果公司和匯頂科技推出了基于微型光學(xué)感測(cè)技術(shù)的指紋識(shí)別技術(shù)，這種技術(shù)巧妙地將顯示屏和指紋傳感器的融合于一體，支持全屏幕多處進(jìn)行指紋識(shí)別。

指紋識(shí)別傳感器的工作原理“始”于光學(xué)式，“盛”于電容式，“延續(xù)”于超聲波式和微型光學(xué)式。轉(zhuǎn)了一圈，現(xiàn)在又回到了光學(xué)感測(cè)的路子上來了，不同的是，如今的微型光學(xué)感測(cè)技術(shù)先進(jìn)性足以引起智能手機(jī)的全“面”革新。微型光學(xué)式指紋傳感器的原理是什么?匯頂科技和蘋果采用的技術(shù)是有所差異的，匯頂科技暫未透露出細(xì)節(jié)，不過我們可以就蘋果采用的MicroLED技術(shù)來了解一番。

2012年前MicroLED技術(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。隨著蘋果公司于2014年5月收購擁有MicroLED多項(xiàng)專利技術(shù)的LuxVue公司，市場(chǎng)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)注度達(dá)到了空前的高度。MicroLED技術(shù)，即LED微縮化和矩陣化技術(shù)。指的是在一個(gè)芯片上集成的高密度微小尺寸的LED陣列，顯示屏每一個(gè)像素可定址、單獨(dú)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮，將像素點(diǎn)距離從毫米級(jí)降低至微米級(jí)。

MicroLED display，是將LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行薄膜化、微小化、陣列化，其尺寸僅在1~10μm等級(jí)左右，再將MicroLED批量式轉(zhuǎn)移至電路基板上，其基板可為硬性、軟性之透明、不透明基板上;再利用物理沉積制程完成保護(hù)層與上電極，即可進(jìn)行上基板的封裝，完成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的MicroLED顯示。

根據(jù)美國專利和商標(biāo)局于在2017年2月14日公布蘋果公司美國專利號(hào)為9570002“集成紅外二極管的交互式顯示面板”，展示了采用MicroLED傳感技術(shù)的觸摸顯示屏以及其如何實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別技術(shù)功能。

具體而講，單獨(dú)的紅外發(fā)射管與傳感二極管連接作為驅(qū)動(dòng)，選擇電路用于創(chuàng)建子像素電路。由于其體積小，這些紅外二極管可以與RGB LED嵌入顯示基板，或者安裝在微型芯片上后再集成到所述基板。

在進(jìn)行指紋識(shí)別操作時(shí)，集成有交互像素(所謂的“交互像素”，這種子像素排列可以將紅、綠、藍(lán)、紅外發(fā)光二極管、紅外探測(cè)器，以及其它顏色的陣列集成在分辨率非常高的面板)的屏幕的某一特定區(qū)域或者某幾行掃描到用戶的指紋信息。

當(dāng)該距離達(dá)到足以感應(yīng)到的距離，將生成位圖并通知系統(tǒng)近似定位數(shù)據(jù)。在某些情況下，位圖包括入射光強(qiáng)度信息，允許對(duì)對(duì)象及其表面進(jìn)行深層分析。例如，通過檢查位圖的暗點(diǎn)和亮點(diǎn)，樣本系統(tǒng)可以檢測(cè)用戶指紋中相應(yīng)的脊線和皺褶。從而實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別的功能。

指紋識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別技術(shù)的主流技術(shù)，是身份認(rèn)證的主流技術(shù)，它在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在用指紋功能的設(shè)備，必須有一個(gè)物理鍵讓你掃描一個(gè)指紋，但隨著觸控和顯示芯片的發(fā)展，高度集成化，未來的發(fā)展趨勢(shì)是任何位置，我們可以在屏幕上完成的指紋識(shí)別。嵌入式指紋識(shí)別出現(xiàn)在核心，所以任何限制不影響設(shè)備制造商的工業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)備。隨著指紋識(shí)別和觸摸顯示技術(shù)的融合越來越成熟，它也將越來越廣泛，例如，快速付款、識(shí)別、個(gè)性化偏好定制等，很可能將密碼用指紋識(shí)別技術(shù)所取代。