指纹识别系统实际上是一个相当复杂的多任务系统，整个过程包括图像采集、预处理、特征提取、识别匹配等，考虑到实际应用的需要，还必须加上数据传输、外围设备控制等部分来完成一系列诸如人机对话、指纹数据库数据读取、匹配结果输出等工作。其中顶处理、特征提取和匹配识别都具有算法复杂、计算量大的特点，因此整个系统实际_卜也是一个计算密集的过程。要实现这样一个多任务、高计算密度的系统，除了要求处理器拥有强大的计算能力外还必须拥有强大的控制能力来协调调度和分配资源。同时，大量高速的存储器资源也是必不可少的。传统的PC机平台极好的满足了仁述要求：PC机处理器工作频串高、毛卜算速度快、功能强大；PC机平台支持超宽的数据总线，海量高速的可扩展内存，再加上大容量数据Cache的支持，使得它在处理大量数据运算和数据存取方面有着独到的优势，正因为如此，传统的具有较高精度要求和可靠性要求的自动指纹识别系统都是在基于PC机的平台上实现的。
但是，如今蓬勃发展的民用指纹识别市场在系统的方便性、便携性和成本上都提出了更高的要求，传统的PC机平台在这些方面显然是无能为力的，小型化、嵌入式将是指纹识别系统发展的必然方向。
采用荃于DSP处理器的嵌入式平台来实现指纹识别已经有过许多研究报告，市场_七也可见到部分产品。但是总的来说，这些产品价格昂贵，推广、普及、应用较难。因此，本课题做了大胆尝试，以C8051F124单片机为核心，优化处理过程，在单片机卜实现了指纹识别算法。事实上，从运算量上讲，中档单片机完全可以实时的处理一些比较复杂的处理算法，关键在于如何选择合适的算法以及如何建立合适的硬件体系结构并加以实现。关于指纹识别算法将在下面两章介绍，本章着重于硬件实现。
指纹传感器的分类
指纹采集设备按指纹传感器工作原理的不同可分为五类：光电式、电容式、压敏式、热敏式和超声波式。万面就指纹传感器的几种类型分别加以介绍。
1、光电式指纹传感器
光电式指纹传感器工作原理是利用从光源发出的一组光线，经过棱镜后照射在待采手指上，由于指纹的脊和谷对光线的反射不同，所形成的指纹纹路图像被投射到半导体光切矩阵器件上，形成随图像明暗变化而改变的电信号。最后经过A/D转换电路转换为一连串的数字图像信息。
早期的光电式指纹传感器中，光电图像转换器件主要采用半导体CCD器件，其信号输出大多是模拟信号，与处理器的接口电路比较复杂，抗千扰能力也较弱。随着CMOS数妈阵列光电图像传感器技术的不断成熟，在光电图像转换的领域中，CMOS光电器件开始逐步取代传统的CCD光电器件。用CMOS光电器件取代CCD光电器件而构成的光电式指纹传感器，称之为CMOS光电式指纹传感器。与CCD光电式指纹传感器相比，CMOS光电式指纹传感器采用数字信号输出，抗干扰能力较强，与处理器的接口电路十分简单。
光电式指纹传感器的优势在于，产品的成本相对较低，耐用度好，抗静电强度高，能承受一定程度的温度变化，并能够提供分辨率为500dpi的图像。不足之处主要表现在尺寸过大和潜在指印两个方面。
2、电容式指纹传感器
半导体电容式指纹传感器是一种非视觉型的全新概念的指纹传感器。20世纪90年代后期，产品化的半导体电容式指纹传感器开始在市场上出现。电容式指纹传感器由半导体晶片构成，在半导体晶片的表面，集成了约100,000个电容传感器阵列，其表面是绝缘的。当活体手指放在上面时，皮肤组成了电容阵列，手指上导电性能良好的真皮层上的脊和谷相对晶片表面的距离不同，与芯片之间产生不同的电容使电容传感器阵列中相应单元的电压值也不同，继而使这些电信号转换成一个8bit的灰度数字指纹图像。
半导体电容式指纹传感器具有自动增益（AGC）功能，在不同的环境下结合反馈的信息，可以自动调节行、列、局部范围以及每一个像素的灵敏度，从而提高图像的质量。例如一个局部不清晰（对比度差）的千4指纹图像，或者是手指按压力度较轻而使边沿模糊不清，都能够被反馈环路感觉到，并自动增强其灵敏度来进行辛嗜，在图像捕捉的瞬间生成消晰的图像。因此采用半导体电容式指纹传感器录入设备，能够在相对较差的条件下生成质量较好的指纹图像。对不同的气候变化和职业背景所带来的手指变化，具有较好的适应性。
半导体电容式传感器体积小巧，它可以集成到许多现有设备特别是移动式设备中，图像几何失真度小，能够生成质量较好的指纹图像，井且指纹录入时不需要较大面积的录入头。其缺点是受半导体大规模集成电路制造技术水平的限制，其采集的面积不易做大对特别潮湿的手指，采集效果不佳。另外，容易受到静电的影响，这使得传感器有时会取不到图像，甚至会被损坏。
3、热敏式指纹传感器
热敏式指纹传感器的采样原理是通过感应在传感器上指纹的脊和谷的温度不同来获得指纹图像。它的采集面通常呈窄条线状结构，采集时改变了以往传统的“捺印”模式。依靠手指在指纹传感器表面上滑动时，各对应热敏传感单元上温度的不同变化来生成指纹图像的电信号。热敏式指纹传感器的工作方式属于被动扫描型，输出信号为图像帧序列，需要用专门的图像拼接算法来拼接出一幅完整的指纹图像。其特点是体积小，成本极低，但其输出的图像经拼接后生成的指纹图像几何失真度较大。
热敏式指纹传感器采用了全新的设计思路，它的工作机理是基于对温度的敏感。从而可以在不影响芯片采集性能的前提下，在其表面涂覆一层导电的钦膜，既起到静电保护的作用，又可以提高芯片的耐磨损性能。因此，热敏式指纹传感器的抗静电能力较强，耐磨损能力也强，通常可达数百万次。同时由于采用的是滑动的工作方式，所以较好地解决了指纹残留所带来的各种问题。
4、压敏指纹传感器
压敏指纹传感器顶层的表面是具有弹性的压敏介质材料，它们根据指纹的外表脊纹线的凹凸转化为相应的电子信号.继而形成指纹图像.其主要特点是成本较低，对一于湿手指适应能力极佳，即使将其浸入水中，也不会影响指纹图像采集质量。缺点是对于妇女、儿童等皮肤较娇嫩的手指，采集的图像不够清晰。
5、超声波指纹传感器
超声波指纹传感器取像的原理是通过超声波扫描指纹的表面，接收其反射信号，测量它的变化值，得到脊的深度和具体位置，进而获得指纹图像。该类传感器工作时，超声波能够穿透台板以及指纹上的灰尘和残余物.所以积累在皮肤上的脏物和油脂对超声波扫描获得的图像影响不大，因此这样的图像是实际青线凹凸的真实反映。其优点是采集面积大、适应能力好.缺点是设备体积大、成本高以及使用寿命不稳定。
