Содержание
- Боковой сканер отпечатков: преимущества и недостатки
- Где могут располагаться сканеры отпечатков пальцев в смартфонах
- Емкостные сканеры
- Какие алгоритмы используют сканеры отпечатков в смартфонах
- Короткая история сканеров отпечатков пальцев в наших гаджетах
- О сканировании
- Оптические бесконтактные сканеры
- Оптический метод на отражение
- Оптический метод на просвет
- Радиочастотные сканеры
- Сканеры, использующие метод давления
- Термосканеры
- Ультразвуковой метод
- Чем отличаются емкостные, оптические и ультразвуковые сканеры
- Боковой сканер отпечатков: преимущества и недостатки
- Где могут располагаться сканеры отпечатков пальцев в смартфонах
- Емкостные сканеры
- Какие алгоритмы используют сканеры отпечатков в смартфонах
- Короткая история сканеров отпечатков пальцев в наших гаджетах
- О сканировании
- Оптические бесконтактные сканеры
- Оптический метод на отражение
- Оптический метод на просвет
- Радиочастотные сканеры
- Сканеры, использующие метод давления
- Термосканеры
- Ультразвуковой метод
- Чем отличаются емкостные, оптические и ультразвуковые сканеры
Боковой сканер отпечатков: преимущества и недостатки
Боковые сканеры отпечатков пальцев представляют собой емкостные датчики. Для них характерны высокая скорость работы и надежность. Также они способны распознавать жесты, будь то прокрутка вверх/вниз или двойное касание.
Находясь на боковой грани смартфона, они обеспечивают быструю и удобную разблокировку – устройство нужно просто взять в руку, и палец сам собой ляжет на датчик.
Но все перечисленные удобства могут оценить только праворукие пользователи. Левшам, особенно на габаритных фаблетах, управлять сканером на правом торце уже не так просто.
Кроме этого площадь торцевого сканера невелика, поэтому он способен узнавать лишь небольшую часть поверхности пальца и только в том случае, если пользователь с ювелирной точностью приложит ее к датчику.
Где могут располагаться сканеры отпечатков пальцев в смартфонах
Первоначально по примеру пресловутого iPhone 5s сканеры отпечатков пальцев располагались на передней панели. В этом нет ничего удивительного, ведь в то время борьба за максимальную площадь экрана еще не велась, и места хватало с головой. Тем не менее, потом в Google решили отказаться от физических кнопок под дисплеем и добавили в Android возможность использования виртуальных аналогов — подтянулись и технологии.
На передней панели. Как ни странно, сканеры отпечатков пальцев на передней панели до сих пор можно считать актуальными. Большинство компаний нашло для них другое место, но многие остаются верными своим традициям. Яркий пример — все та же Apple. Начнем с того, что она до сих пор выпускает iPhone 8 и iPhone 8 Plus с Touch ID в кнопке «Домой» под экраном.
На задней панели. Куда перенести сканер отпечатков пальцев, если вся (ну, почти) передняя панель уже занята экраном? Очевидным решением оказалось использование задней, на которой кроме набора из камер дополнительное пространство ни для чего и не нужно. Сегодня сканер на «заднике» — удел недорогих смартфонов вроде HONOR 10i и ему подобных.
На боковых гранях. Компромиссом между неудобной задней и полностью занятой передней панелью для многих производителей оказались боковые грани. Это решение не стало массовым, но некоторые компании начали встраивать сканеры отпечатков пальцев в кнопки питания. Роль примера снова выполнит детище суббренда Huawei — смартфон HONOR 20.
Прямо в экране. Одним из первых смартфонов с сенсором отпечатков пальцев, который удалось спрятать прямо в экран (на самом деле, он находится под матрицей), оказался Vivo NEX. Этот гаджет-прототип вышел летом 2020 года и удивил. Тем не менее, тогда быстро стало понятно, что технология новая, не до конца обкатанная и требует доработки.
Емкостные сканеры
Емкостные сканеры (Сapacitive Scanners) являются сегодня наиболее распространенными полупроводниковыми устройствами для получения изображения отпечатка пальца. Их работа основана на эффекте изменения емкости p-n-перехода полупроводника при соприкосновении гребня папиллярного узора с элементом полупроводниковой матрицы.
Существуют модификации емкостных сканеров, в которых каждый полупроводниковый элемент в матрице выступает в роли одной пластины конденсатора, а палец — в роли другой. При приложении пальца к датчику между каждым чувствительным элементом и выступом-впадиной папиллярного узора образуется емкость, величина которой определяется расстоянием между рельефной поверхностью пальца и элементом. Матрица этих емкостей преобразуется в изображение отпечатка пальца.
Достоинствами вследствие его популярности является:• Низкая себестоимость• Надежность
Недостатки:• Неэффективная защита от муляжей
Ведущими производителями сканеров данного типа являются компании Infineon, STMicroelectronics, Veridicom.
Какие алгоритмы используют сканеры отпечатков в смартфонах
На одном только сканировании отпечатков пальцев работа технологии не заканчивается. После того, как сенсор создал изображение кожи на пальцах, его еще нужно сравнить с эталонным. Здесь есть два нюанса, которые используют практически все производители смартфонов.
Во-первых, обычно алгоритм подтверждения отпечатка пальца не берет в учет весь его целиком. Зачастую ему достаточно найти мелкую уникальную деталь, которая не повторяется. Именно ее по примеру эталона он ищет во всех складках кожи, которая оказывается на сенсоре. Это экономит как время, так и энергию.
Во-вторых, для хранения эталонного изображения нужно специальное место в памяти смартфона, к которому не будет доступа у приложений и недоброжелателей. У Apple это Secure Enclave, а у Qualcomm — Secure MCM. Это отдельные части головного чипа со всеми такими данными.
Короткая история сканеров отпечатков пальцев в наших гаджетах
Главным толчком для сканеров отпечатков пальцев в смартфонах стал выход iPhone 5s, который представили в сентябре 2020 года, — почти семь лет назад. До этого данный метод биометрической аутентификации в гаджетах практически не использовался. Тем не менее, многие ждали его в смартфонах Apple куда раньше.
Вообще, сканеры отпечатков пальцев первоначально начали появляться отнюдь не в смартфонах. Одним из первых устройств с данным методом аутентификации стал ноутбук Acer TravelMate 739TLV. Просто представьте, чтобы распознать палец, ему требовалось больше десяти секунд. Конечно, за это время более-менее опытный пользователь мог несколько раз ввести пароль от компьютера даже с закрытыми глазами.
В более-менее современных смартфонах сканер отпечатков пальцев одним из первых появился в Motorola Atrix 4G. Сенсор был совмещен с кнопкой питания и располагался на верхней грани устройства. Его можно было настроить под указательный палец правой или левой руки — да, тогда гаджеты были достаточно маленькими, чтобы дотянуться до подобного элемента управления таким образом.
Назвать подобную реализацию удобной нельзя даже с большой натяжкой — слишком медленно. Куда быстрее было просто нажать на кнопку питания, а потом ввести четырехзначный пароль. Более того, такой сканер мог не срабатывать при «неправильной» скорости вождения по нему пальцем. Да и расположение было не самым удачным — попробовать его можно было только при стандартном хвате гаджета, который, как показывает практика, не всегда возможен.
После iPhone 5s Apple обновляла Touch ID, делая его еще более быстрым — ее сканер считался эталонным, даже когда конкуренты заполнили рынок аналогичными решениями. Но с выходом iPhone X в 2020 году компания дала ясно понять, что приостанавливает его развитие. Главной фишкой этого устройства стал Face ID — сканер лица, который разместился в вырезе экрана.
О сканировании
Чуть больше года назад на Хабре
вопрос биометрической идентификации, поэтому общую информацию я дам вкратце. Физиологически отпечаток пальца представляет собой так называемый паппилярный узор — конфигурацию выступов (гребней), содержащих индивидуальные поры, разделенные впадинами. Под кожей пальца расположена сеть кровеносных сосудов.
Также отпечаток пальца связан с определенными электрическими и тепловыми характеристиками кожи. Это означает, что для получения изображения отпечатка пальца может использоваться свет, тепло или электрическая емкость (а также их комбинация). Отпечаток пальца формируется во время развития плода и не изменяется на протяжении всей жизни человека, кроме того, при повреждении через некоторое время он восстанавливает свою первоначальную структуру.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: Стрижки 2021, фото | HAIR FRESH
Все существующие сканеры отпечатков пальцев можно разделить на три группы: оптические, полупроводниковые и ультразвуковые. К тому же в каждом методе существует несколько способов реализации.
Оптические бесконтактные сканеры
В Оптических бесконтактных сканерах (touchless scanners), вы не поверите, не требуется непосредственного контакта пальца с поверхностью сканирующего устройства. Палец прикладывается к отверстию в сканере, несколько источников света подсвечивают его снизу с разных сторон, в центре сканера находится линза, через которую, собранная информация проецируется на КМОП-камеру, преобразующую полученные данные в изображение отпечатка пальца.
Ведущий производитель сканеров данного типа Touchless Sensor Technology.(Про достоинства/недостатки почему-то ничего нет)
Оптический метод на отражение
В данном методе используется эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frusted Total Internal Reflection). Эффект заключается в том, что при падении света на границу раздела двух сред световая энергия делится на две части — одна отражается от границы, другая проникает через границу во вторую среду.
Это явление называется полным внутренним отражением. В случае контакта более плотной оптической среды (поверхности пальца) с менее плотной в точке полного внутреннего отражения пучок света проходит через эту границу. Таким образом, от границы отразятся лишь пучки света, попавшие в определенные точки полного внутреннего отражения, к которым не был приложен папиллярный узор пальца.
Недостатки метода:• Неэффективная защита от муляжей• Чувствительность к загрязнениям
Ведущими производителями подобных сканеров являются компании BioLink, Digital Persona, Identix.
Оптический метод на просвет
Сканеры данного типа представляют собой оптоволоконную матрицу, в которой все волноводы на выходе соединены с фотодатчиками.
Чувствительность каждого датчика позволяет фиксировать остаточный свет, проходящий через палец, в точке соприкосновения пальца с поверхностью матрицы. Изображение всего отпечатка формируется по данным, считываемым с каждого фотодатчика.
У данного метода гораздо больше плюсов:• Высокая надежность считывания• Устойчивость к обману
Однако у данного метода имеется также существенный недостаток – сложность его реализации:
Данный тип сканеров выпускается компанией Security First Corp.
Радиочастотные сканеры
В радиочастотных сканерах (RF-Field Scanners) используется матрица элементов, каждый из которых работает как миниатюрная антенна. Радиочастотный модуль генерирует сигнал низкой интенсивности и направляет его на сканируемую поверхность пальца. Каждый из чувствительных элементов матрицы принимает отраженный от папиллярного узора сигнал.
Достоинства:• Поскольку анализируются физиологические свойства кожи, вероятность обмана данного сканера стремится к нулю
Недостатки:• Неустойчивая работа при плохом контакте пальца
Известным производителем радиочастотных сканеров является компания Authentec.
Сканеры, использующие метод давления
Чувствительные к давлению сканеры (Pressure Scanners) в своей конструкции используют матрицу пьезоэлектрических элементов, чувствительных к нажатию. При прикладывании пальца к сканирующей поверхности гребешковые выступы папиллярного узора оказывают давление на некоторое подмножество элементов матрицы.
Данный метод имеет ряд недостатков:• низкая чувствительность• неэффективная защита от муляжей• подверженность к повреждениям при чрезмерно прилагаемых усилиях
Чувствительные к давлению сканеры выпускает компания BMF.
Термосканеры
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.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ: ТОП – 47 лучших книг в жанре научной фантастики | Пикабу
Температурный метод имеет множество преимуществ:• 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.
Ультразвуковой метод
В данной группе пока существует только один метод, который так и называется. Ультразвуковые сканеры (Ultrasonic Scanners) сканируют поверхность пальца ультразвуковыми волнами. Расстояния между источником волн и гребешковыми выступами и впадинами папиллярного узора измеряются по отраженному от них эху.
Качество получаемого изображения в десятки раз лучше, чем у любого другого представленного на биометрическом рынке метода. Кроме того, данный способ практически полностью защищен от муляжей, поскольку позволяет помимо отпечатка папиллярного узора пальца получать информацию и о некоторых других характеристиках, например, о пульсе.
Недостатки:• Высокая стоимость
Ведущим производителем сканеров данного типа является компания Ultra-Scan Corporation.
Чем отличаются емкостные, оптические и ультразвуковые сканеры
Оптический, емкостный, тепловой, ультразвуковой, радиочастотный и так далее — технологий сканеров отпечатков пальцев на рынке более чем достаточно. В большей степени, именно от их выбора зависит точность срабатывания сенсора и распознавания пальца. Тем не менее, нельзя упускать из вида и производительность гаджета, которая также играет не самую последнюю роль.
Емкостные. Такие сканеры отпечатков пальцев работают на базе массивов конденсаторов, которые хранят электрический заряд. Во время прикосновения пальца к сенсору, заряд каждого конкретного конденсатора меняется, и после анализа всей их сети появляется возможность создать рисунок отпечатка.
В числе очевидных преимуществ данной технологии — высокая точность, до которой практически не дотягиваются другие решения. Но есть у нее и недостатки. Главный — сегодня ее невозможно встроить в экран, и это делает ее неактуальной для большинства современных гаджетов.
Оптические. Судя по названию, не так сложно догадаться, что данный метод биометрической аутентификации основан на захвате оптического изображения отпечатка пальца. Если утрировать, то сенсор, использующий данную технологию, фотографирует рисунок на коже во время прикосновения и сравнивает его с тем, который был сохранен во время настройки.
В числе достоинств данной технологии — небольшая себестоимость, и именно поэтому ее используют в относительно недорогих смартфонах. Среди недостатков нашлось место для не самой высокой безопасности. Так как технология работает с 2D-изображением, обмануть ее проще, чем конкурентов.
Ультразвуковые. Эта относительно новая технология считывания отпечатков пальцев, которая только начинает набирать популярность. Для определения рисунка на коже пальцев во время прикосновения она отправляет в их стороны ультразвук и считывает сигналы, которые вернулись обратно. При длительном сканировании с помощью данного метода вообще можно создать точную трехмерную модель пальца.
В числе преимуществ данного решения — высокая точность. А вот недостатков пара: технология достаточно новая, поэтому иногда «радует» не самой стабильной работой, а еще она все еще очень дорогая, поэтому используется только в топовых решениях компаний из негласной группы AAA.
Похожие статьи:
