В

Смартфоните със сензори за пръстови отпечатъци наводниха пазара, но не след дълго тези сензори започнаха да достигат до смартфони в бюджетния сегмент. Тези сензори станаха по-бързи и по-сигурни в последно време. В резултат на това тези сензори се използват предимно за сигурност на смартфона в наши дни.

Конкуренцията в индустрията на смартфоните и развиващите се технологии ни доведоха до тази фаза, където всеки ден срещаме нова иновация. Сензорите за пръстови отпечатъци също се отдалечиха, като текущата модна дума е сензори за пръстови отпечатъци в дисплея. Производителите на смартфони като Xiaomi, Realme и Oppo са се погрижили технологията да не се ограничава само до водещи устройства.

Последните устройства като Realme X, Redmi K20 и OPPO K3 предлагат вградени скенери за пръстови отпечатъци на цена, която е трудно за смилане. Имайки предвид всичко това, нека разберем каква е тази сензорна технология за сензори за пръстови отпечатъци и как работи.

История

Нека започнем от самото начало, когато всичко започна. Потапяйки се в историята на четците на пръстови отпечатъци на мобилни устройства, ни отвеждаме до „ Pantech GI100 “, пуснат през 2004 г. Това устройство е оборудвано с четец на пръстови отпечатъци, първият по рода си. Следващите устройства, следващи тенденцията „ G900 и G500 “, дойдоха от подобни на Toshiba през 2007 г. По-късно производители като HTC, Acer и Motorola се присъединиха към лигата със съответните си устройства. Apple също се присъедини към партито през 2013 г. с iPhone 5s, който получи сензор за пръстови отпечатъци. Базираният в Купертино гигант нарече Touch ID. Оттогава технологиите на сензорите за пръстови отпечатъци претърпяха някои основни промени.

Техническите ентусиасти може би знаят, че има три различни технологии за удостоверяване на пръстови отпечатъци в действие. Но технологията за пръстови отпечатъци в дисплея в момента се възползва само от двете.

Преди да влезем в общата картина, ни позволява да разберем основната технология в работата отзад. Всички сензори за пръстови отпечатъци работят, като проследяват тези уникални проследяващи хребети и линии на пръстите ви. В този процес на проследяване обаче могат да работят различни технологии, включително оптично сканиране, капацитивно сканиране или ултразвуково сканиране.

Видове скенери за пръстови отпечатъци

1. Оптични скенери (използвани в сензори за пръстови отпечатъци в дисплея)
2. Ултразвукови скенери (използвани в скенери за пръстови отпечатъци в дисплея)
3. Капацитивни скенери

Дисплейни оптични скенери

Оптичните скенери съществуват от доста време и са най-старите методи за удостоверяване на пръстови отпечатъци. Оптичните сензори в дисплея обаче са сравнително нови за смартфоните. Vivo Apex, концептуално устройство, представено на MWC 2018, обърна много глави в индустрията на смартфоните. Устройството включва „CLEAR ID 9500“, оптичен сензор за пръстови отпечатъци, разработен от Synaptics, базиран в САЩ производител на сензори. По-късно беше представено на потребителите в ново устройство, наречено „Vivo X20 Plus UD“. Скоро новият дизайн беше приет от компании като OPPO, Samsung, Huawei и други. Повечето от сензорите за пръстови отпечатъци, които виждаме, са оптични сензори за пръстови отпечатъци и те могат лесно да бъдат свързани с Arduino, Raspberry pi и други микроконтролери.

Работа на оптичен сензор за пръстови отпечатъци

Технологията разчита на заснемане на изображение на вашия пръстов отпечатък и допълнителен анализ дали текущият пръстов отпечатък съответства на съхраненото изображение. Устройство , свързано със заряд (CCD), стои в основата на оптичен сензор, същия сензор, който се използва в цифрови фотоапарати и видеокамери. За хора, които не знаят, CCD е набор от светочувствителни диоди, наречени фотосайтове, който генерира електрически сигнали в отговор на светлинни фотони.

Веднага щом поставите пръста си върху сензора, множество светодиоди (LED) светват, за да осветят хребетите и пролуките и CCD камерата бързо заснема изображение на същия. Системата CCD генерира обърнато изображение на пръста, с по-тъмни области, представляващи повече отразена светлина (хребетите на пръста) и по-светли области, представляващи по-малко отразена светлина (долините между хребетите). След това заснетото изображение се сравнява със запазеното изображение.

Оптичните сензори е лесно да се заблудят, тъй като използваната технология улавя 2D изображение и изображение с добро качество може да пробие тази сигурност. Заслужава да се отбележи, че технологията работи само с OLED дисплеи, където има пропуски в задната платка. Първоначално сензорите за пръстови отпечатъци в дисплея не бяха толкова надеждни и бързи, колкото сега. Но нещата се промениха в полза на тези сензори в последно време.

Дисплейни ултразвукови скенери

Ултразвуковите сензори са най-новите от използваните технологии за пръстови отпечатъци. Както подсказва името, тези сензори използват високочестотен ултразвуков звук за картографиране на вашия пръстов отпечатък. Samsung си партнира с Qualcomm, за да представи първото устройство с дисплей за ултразвуков сензор за пръстови отпечатъци „Galaxy S10 / S10 +. Устройството беше и първото с 3D Sonic сензор на Qualcomm, което е итерация на Sense ID.

Най-новата ултразвукова технология на Qualcomm работи през стъкло с дебелина до 800 микрона. Компанията претендира за латентност от 250 милисекунди за отключване, което е близо до това, което може да постигне капацитивният скенер за пръстови отпечатъци.

Работа на ултразвуков сензор за пръстови отпечатъци

Хардуерът на тези скенери се състои от ултразвуков предавател и приемник. Процесът на сканиране започва веднага щом върхът на пръста е поставен върху сензора. Ултразвуков импулс се предава от предавателя, който се сблъсква с хребетите и долините на върха на пръста, част от пулсовото налягане се абсорбира и част от него се връща обратно към сензора. Количеството абсорбция и отскачането на импулса варира в зависимост от различните пръстови отпечатъци. Придвижвайки се по-нататък, сензор, способен да открива механично напрежение, се използва за изчисляване на интензивността на връщащия се ултразвуков импулс в различни точки на скенера. Тези скенери получават подробна подробна информация, което води до подробно 3D копие на сканирания пръстов отпечатък.

Тъй като тези скенери лежат под дисплея. Вълните от ултразвуковите сензори трябва да преминат през задната платка на дисплея, стъклото и защитното покритие, преди да стигнат до пръста ви. Ето защо производителите гарантират, че стъклото, използвано за показване, не е твърде дебело. Като каза това, препоръчително е да не добавяте допълнителна защита, като например защитен екран, който може да попречи на тази технология да работи правилно.

Не много устройства идват с ултразвуков сензор, който е най-скъпият от наличните технологии. Водещи устройства като Samsung Galaxy S10 / 10 + са оборудвани с ултразвуков сензор. Все още има известно време, докато не видим как тази технология прониква в бюджетния сегмент.

Капацитивни скенери

Капацитивните сензори са най-често използваните сензори в наши дни и могат да бъдат намерени на всяко друго устройство, на което попаднете. Тези сензори използват кондензатори като основен компонент, който е електронен компонент, използван за съхранение на електрическа енергия. Понастоящем технологията не се използва за сканиране на пръстови отпечатъци в дисплея.

Работа на капацитивен сензор за пръстови отпечатъци

Тези сензори също сканират хребетите и долините на пръстовите отпечатъци. В този случай обаче електрическият ток се използва за събиране на данни вместо светлина. Под повърхността за сканиране се поставят редица кондензатори, за да се съберат подробности за пръстови отпечатъци. Когато върхът на пръста се постави върху сканиращата повърхност, зарядът, съхраняван на кондензатора, се променя. Тази разлика в таксата се проследява от интеграторна схема на усилвател, която допълнително се записва от аналогово-цифров преобразувател.

Уловените данни се използват за удостоверяване. Струва си да се отбележи, че способността на капацитивните сензори се увеличава с увеличаването на броя на кондензаторите. Тези скенери предлагат по-добра сигурност, бързи и безумно трудни за заблуда. Капацитивните сензори са по-скъпи в сравнение с оптичните и тогава са били използвани само във водещи устройства. Освен това това е 2019 г. и капацитивните сензори са проникнали във всички сегменти в индустрията на смартфоните. Капацитивните сензорни подложки са евтини и могат лесно да бъдат интегрирани от всяко устройство.

Алгоритъм и криптография

Сканирането е само половината от процеса, като каза, че е важно данните да се съхраняват на сигурно място. За този процес към сензора се добавя специална интегрална схема, която се занимава с интерпретиране на сканирани данни и допълнително предаването им на процесора. Защитеното място е недостъпно и дори вкореняването не може да помогне за проникване. Всеки производител има различен подход и използва различни алгоритми за идентифициране на ключовите характеристики на пръстовите отпечатъци. Обикновено тези алгоритми търсят много специфични функции, наречени миниатюри, при които линиите в пръстовия ви отпечатък се прекратяват или разделят на две. Следователно скенерът може да съответства на тези подробности, вместо да сканира отново целия пръстов отпечатък. Което прави целия процес малко по-бърз.

Продължавайки напред, тези производители на сензори имат отделни системи за съхранение. ARM използва технологията TrustZone, базирана на Trusted Execution Environment (TEE), която съхранява данни на сигурно място в основния процесор. Qualcomm от друга страна използва Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) за защита на частни ключове за шифроване и пароли. Тези системи могат да имат различни имена, но всички имат обща цел, която е защита на данните.

Кое е по-добро оптично или ултразвуково?

Ултразвуковите скенери, разбира се, са по-добри, тъй като се възползват от процеса на 3D сканиране, докато оптичните скенери са в състояние просто на 2D сканиране, както беше споменато по-горе. Освен това ултразвуковите сензори са с изключително малки размери, най-новият 3D звуков сензор на Qualcomm измерва само 0,2 мм. Малкият форм-фактор на тези сензори отговаря на текущото търсене на тънки и без рамки устройства. Придвижвайки се по-нататък, тези сензори също не се влияят от прах, мазнини или мокри ръце.

Въпреки това, няма много устройства, които използват ултразвукови сензори и това е напълно свързано с производствените разходи. Тези сензори са скъпи и към момента са налични само на избрани водещи устройства.

Кои са последните устройства с вградени скенери за пръстови отпечатъци?

Ами сега, когато сте запознати със съвременните технологии и тяхната работа. Би било още по-добре, ако сте наясно с последните устройства с вградени сензори за пръстови отпечатъци и техния тип.

Устройства с оптични скенери в дисплея	Устройства с ултразвукови скенери в дисплея
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