- История
- Типы сканеров отпечатков пальцев
- Оптические сканеры In-Display
- Ультразвуковые сканеры In-Display
- Емкостные сканеры
- Алгоритм и криптография
- Что лучше оптическое или ультразвуковое?
- Какие из последних устройств оснащены встроенными сканерами отпечатков пальцев?
Смартфоны с датчиками отпечатков пальцев наводнили рынок, но прошло совсем немного времени с тех пор, как эти датчики начали появляться в смартфонах в бюджетном сегменте. Эти датчики в последнее время стали быстрее и безопаснее. В результате в наши дни эти датчики в основном используются для защиты смартфонов.
Жестокая конкуренция в индустрии смартфонов и развитие технологий привели нас к тому этапу, когда мы каждый день сталкиваемся с новыми инновациями. Дактилоскопические датчики тоже ушли далеко впереди, и в настоящее время модным словом являются встроенные в дисплей датчики отпечатков пальцев. Производители смартфонов, такие как Xiaomi, Realme и Oppo, позаботились о том, чтобы технология не ограничивалась только флагманскими устройствами.
Последние устройства, такие как Realme X, Redmi K20 и OPPO K3, предлагают встроенные сканеры отпечатков пальцев по цене, которую трудно переварить. Имея все это в виду, давайте узнаем, что это за технология встроенного в дисплей датчика отпечатков пальцев и как она работает.
История
Начнем с самого начала, когда все началось. Погружение в историю считывателей отпечатков пальцев на мобильных устройствах приводит нас к « Pantech GI100 », выпущенному еще в 2004 году. Это устройство было оснащено считывателем отпечатков пальцев, первым в своем роде. Следующие устройства, следующие за тенденцией « G900 и G500 », появились в 2007 году от компаний, подобных Toshiba. Позже к этой лиге присоединились такие производители, как HTC, Acer и Motorola, представив свои соответствующие устройства. Apple тоже присоединилась к вечеринке в 2013 году, когда iPhone 5s получил датчик отпечатков пальцев. Гигант из Купертино назвал его Touch ID. С тех пор технологии датчиков отпечатков пальцев претерпели некоторые серьезные изменения.
Технические энтузиасты могут знать, что действуют три различных технологии аутентификации по отпечатку пальца. Но технология отпечатков пальцев на дисплее в настоящее время выигрывает только от двух.
Прежде чем мы углубимся в общую картину, давайте разберемся с основными технологиями, лежащими в основе работ. Все датчики отпечатков пальцев работают, отслеживая эти уникальные гребни и линии на ваших пальцах. Однако в этом процессе отслеживания могут использоваться различные технологии, включая оптическое сканирование, емкостное сканирование или ультразвуковое сканирование.
Типы сканеров отпечатков пальцев
- Оптические сканеры (используются в датчиках отпечатков пальцев на дисплее)
- Ультразвуковые сканеры (используются в сканерах отпечатков пальцев на дисплее)
- Емкостные сканеры
Оптические сканеры In-Display
Оптические сканеры существуют довольно давно и являются старейшими методами аутентификации по отпечаткам пальцев. Однако встроенные оптические сенсоры в смартфоны сравнительно новы. Vivo Apex, концептуальное устройство, представленное на MWC 2018, всколыхнуло многие головы в индустрии смартфонов. В устройстве был использован оптический датчик отпечатков пальцев CLEAR ID 9500, разработанный американской компанией Synaptics. Позже он был представлен потребителям в новом устройстве под названием Vivo X20 Plus UD. Новый дизайн вскоре был принят такими компаниями, как OPPO, Samsung, Huawei и другими. Большинство датчиков отпечатков пальцев, которые мы видим, являются оптическими датчиками отпечатков пальцев, и их можно легко подключить к Arduino, Raspberry pi и другим микроконтроллерам.
Работа оптического датчика отпечатков пальцев
Технология основана на получении изображения вашего отпечатка пальца и последующем анализе того, совпадает ли текущий отпечаток пальца с сохраненным изображением. Устройство с зарядовой связью (ПЗС) находится в основе оптического датчика, того же датчика, который используется в цифровых камерах и видеокамерах. Для людей, не подозревающих, что ПЗС - это матрица светочувствительных диодов, называемых фотосайтами, которые генерируют электрические сигналы в ответ на световые фотоны.
Как только вы прикоснетесь пальцем к датчику, загорится массив светодиодов (LED), чтобы осветить выступы и зазоры, и камера CCD быстро сделает их изображение. Система CCD генерирует перевернутое изображение пальца с более темными областями, представляющими больше отраженного света (гребни пальца), и более светлыми областями, представляющими меньше отраженного света (впадины между гребнями). Захваченное изображение затем сравнивается с сохраненным изображением.
Оптические датчики легко обмануть, поскольку используемая технология позволяет снимать двухмерное изображение, а изображение хорошего качества, возможно, может нарушить эту защиту. Стоит отметить, что технология работает только с OLED-дисплеями, где есть зазоры на объединительной плате. Изначально датчики отпечатков пальцев на дисплее не были такими надежными и быстрыми, как сейчас. Но в последнее время все изменилось в пользу этих датчиков.
Ультразвуковые сканеры In-Display
Ультразвуковые датчики - это новейшая технология отпечатков пальцев. Как следует из названия, эти датчики используют высокочастотный ультразвуковой звук для отображения вашего отпечатка пальца. Samsung в партнерстве с Qualcomm представила первое устройство с встроенным ультразвуковым датчиком отпечатков пальцев - Galaxy S10 / S10 +. Устройство также было первым с датчиком 3D Sonic от Qualcomm, который представляет собой итерацию Sense ID.
Новейшая ультразвуковая технология Qualcomm работает через стекло толщиной до 800 микрон. Компания заявляет о задержке разблокировки в 250 миллисекунд, что близко к показателям емкостного сканера отпечатков пальцев.
Работа ультразвукового датчика отпечатков пальцев
Аппаратное обеспечение этих сканеров состоит из ультразвукового передатчика и приемника. Процесс сканирования начинается, как только кончик пальца прикладывается к датчику. Ультразвуковой импульс передается передатчиком, который сталкивается с выступами и впадинами на кончике пальца, часть пульсового давления поглощается, а часть отражается обратно на датчик. Степень поглощения и отражения пульса зависит от отпечатков пальцев. Двигаясь дальше, датчик, способный обнаруживать механическое напряжение, используется для вычисления интенсивности возвращающегося ультразвукового импульса в различных точках сканера. Эти сканеры получают подробную подробную информацию, в результате чего создается подробная трехмерная копия отсканированного отпечатка пальца.
Поскольку эти сканеры лежат под дисплеем. Волны от ультразвуковых датчиков должны пройти через заднюю панель, стекло и защитную крышку дисплея, прежде чем достичь вашего пальца. Поэтому производители следят за тем, чтобы стекло, используемое для дисплея, не было слишком толстым. Сказав это, рекомендуется не добавлять дополнительную защиту, такую как защитная пленка для экрана, которая может помешать правильной работе этой технологии.
Не многие устройства оснащены ультразвуковым датчиком, который является самой дорогостоящей из доступных технологий. Флагманские устройства, такие как Samsung Galaxy S10 / 10 +, оснащены ультразвуковым датчиком. Однако еще есть время, пока мы не увидим, как эта технология проникает в бюджетный сегмент.
Емкостные сканеры
Емкостные датчики являются наиболее широко используемыми датчиками в наши дни, и их можно найти на любом другом устройстве, с которым вы сталкиваетесь. Эти датчики используют конденсаторы в качестве основного компонента, который представляет собой электронный компонент, используемый для хранения электрической энергии. В настоящее время эта технология не используется для сканирования отпечатков пальцев на дисплее.
Работа емкостного датчика отпечатков пальцев
Эти датчики также сканируют выступы и впадины на отпечатках пальцев. Однако в этом случае для сбора данных используется электрический ток, а не свет. Массив конденсаторов помещается под поверхностью сканирования для сбора деталей отпечатков пальцев. Когда кончик пальца кладется на сканирующую поверхность, заряд конденсатора изменяется. Эта разница в заряде отслеживается схемой интегратора операционного усилителя, которая затем записывается аналого-цифровым преобразователем.
Собранные данные используются для аутентификации. Стоит отметить, что возможности емкостных датчиков возрастают с увеличением количества конденсаторов. Эти сканеры обеспечивают лучшую безопасность, работают быстро и безумно трудно обмануть. Емкостные датчики дороже оптических и тогда использовались только во флагманских устройствах. Более того, это 2019 год, и емкостные датчики проникли во все сегменты индустрии смартфонов. Емкостные сенсорные панели дешевы и могут быть легко интегрированы в любое устройство.
Алгоритм и криптография
Сканирование - это только половина процесса, при этом важно сохранить данные в надежном месте. Для этого процесса к датчику добавляется специальная ИС, которая обрабатывает отсканированные данные и передает их процессору. Защищенное место недоступно, и даже укоренение не может помочь взломать его. Каждый производитель использует свой подход и использует разные алгоритмы для определения ключевых характеристик отпечатков пальцев. Как правило, эти алгоритмы ищут очень специфические особенности, называемые мелкими деталями, где линии на вашем отпечатке пальца заканчиваются или разделяются на две части. Следовательно, сканер может сопоставить эти детали вместо повторного сканирования всего отпечатка пальца. Что делает весь процесс немного быстрее.
Двигаясь дальше, у этих производителей датчиков есть отдельные системы для хранения. ARM использует технологию TrustZone на основе Trusted Execution Environment (TEE), которая хранит данные в безопасном месте внутри главного процессора. Qualcomm, с другой стороны, использует Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) для защиты частных ключей шифрования и паролей. Эти системы могут иметь разные имена, но все они имеют общую цель - защитить данные.
Что лучше оптическое или ультразвуковое?
Ультразвуковые сканеры, конечно, лучше, поскольку они извлекают выгоду из процесса 3D-сканирования, в то время как оптические сканеры способны сканировать только 2D, как упоминалось ранее. Помимо этого, ультразвуковые датчики чрезвычайно малы по размеру, последний трехмерный звуковой датчик Qualcomm имеет размер всего 0,2 мм. Небольшой форм-фактор этих датчиков удовлетворяет текущий спрос на тонкие устройства без рамки. Двигаясь дальше, эти датчики также не подвержены воздействию пыли, жира или мокрых рук.
Однако не так много устройств, в которых используются ультразвуковые датчики, и это полностью связано с производственными затратами. Эти датчики дороги и пока доступны только на некоторых флагманских устройствах.
Какие из последних устройств оснащены встроенными сканерами отпечатков пальцев?
Теперь, когда вы знаете о текущих технологиях и их работе. Было бы даже лучше, если бы вы знали о последних устройствах с датчиками отпечатков пальцев на дисплее и их типе.
Устройства с оптическими сканерами на дисплее |
Устройства с ультразвуковыми сканерами in-display |
Redmi K20 / k20 Pro |
Samsung Galaxy S10 / S10 + |
Realme X |
|
One Plus 7/7 Pro |
|
OPPO K3 |
|
Samsung Galaxy A50 / A70 / A80 |
|
OPPO K1 |
|
Vivo V15 Pro |
|
One Plus 6T |
|
Huawei P30 Pro |
|
Xiaomi Mi 9 |