Sisään

Älypuhelimet, joissa on sormenjälkitunnistimet, ovat tulvinneet markkinoita, mutta ei ole kauan sitten, kun nämä anturit ovat alkaneet päästä älypuhelimiin budjettisegmentissä. Näistä antureista on tullut nopeampia ja turvallisempia viime aikoina. Tämän seurauksena näitä antureita käytetään ensisijaisesti älypuhelinten turvallisuuteen näinä päivinä.

Älypuhelinten ja kehittyvän tekniikan kilpailu on vienyt meidät siihen vaiheeseen, jossa kohtaamme uuden innovaation joka toinen päivä. Myös sormenjälkitunnistimet ovat tulleet kaukana, ja nykyinen muotisana on näytön sormenjälkitunnistimet. Älypuhelinten valmistajat, kuten Xiaomi, Realme ja Oppo, ovat varmistaneet, että tekniikka ei rajoitu vain lippulaitteisiin.

Viimeaikaiset laitteet, kuten Realme X, Redmi K20 ja OPPO K3, tarjoavat näytön sormenjälkitunnistimia hintaan, jota on vaikea sulattaa. Ottaen kaikki tämä huomioon, selvitetään, mikä tämä näytön sormenjälkitunnistintekniikka on ja miten se toimii.

Historia

Aloitetaan alusta, kun kaikki alkoi. Sukellus mobiililaitteiden sormenjälkilukijoiden historiaan vie meidät vuonna 2004 lanseerattuun Pantech GI100 -laitteeseen. Tämä laite oli varustettu ensimmäisenlaisella sormenjälkilukijalla. Seuraavat G900- ja G500- trendiä seuranneet laitteet tulivat Toshiban kaltaisista laitteista vuonna 2007. Myöhemmin valmistajat, kuten HTC, Acer ja Motorola, liittyivät liigaan vastaavilla laitteillaan. Myös Apple liittyi juhliin vuonna 2013, kun iPhone 5s sai sormenjälkitunnistimen. Kutsuttu Cupertinossa toimiva jättiläinen kutsui sitä edelleen Touch ID: ksi. Sittemmin sormenjälkitunnistintekniikoihin on tehty joitain merkittäviä muutoksia.

Teknoharrastajat saattavat tietää, että toiminnassa on kolme erilaista sormenjälkitunnistustekniikkaa. Mutta näytön sormenjälkitekniikka hyötyy tällä hetkellä vain kahdesta.

Ennen kuin pääsemme kokonaisuuteen, voimme ymmärtää taustalla olevien teosten perusteknologian. Kaikki sormenjälkitunnistimet toimivat seuraamalla sormiesi ainutlaatuisia seurantaharjaa ja viivoja. Tässä seurantaprosessissa voi kuitenkin olla käytössä erilaisia ​​tekniikoita, mukaan lukien optinen skannaus, kapasitiivinen skannaus tai ultraääniskannaus.

Sormenjälkiskannereiden tyypit

1. Optiset skannerit (käytetään näytön sormenjälkitunnistimissa)
2. Ultraääniskannerit (käytetään näytön sormenjälkiskannereissa)
3. Kapasitiiviset skannerit

Näytön sisäiset optiset skannerit

Optiset skannerit ovat olleet käytössä jo jonkin aikaa ja ovat vanhimpia menetelmiä sormenjälkitodennuksessa. Näytön sisäiset optiset anturit ovat kuitenkin suhteellisen uusia älypuhelimille. MWC 2018: ssa esitelty Vivo Apex -konseptilaite käänsi älypuhelinteollisuuden monta päätä. Laitteessa oli CLEAR ID 9500, optinen sormenjälkitunnistin, jonka on kehittänyt yhdysvaltalainen Sensaptics Synaptics. Myöhemmin se tuotiin kuluttajille uudella laitteella nimeltä Vivo X20 Plus UD. Uuden mallin omaksuivat pian yritykset, kuten OPPO, Samsung, Huawei ja muut. Suurin osa näkemistämme sormenjälkitunnistimista on optinen sormenjälkitunnistin, ja ne voidaan helposti liittää Arduinon, Raspberry pi: n ja muiden mikro-ohjainten kanssa.

Optisen sormenjälkitunnistimen toiminta

Tekniikka perustuu kuvan ottamiseen sormenjäljestä ja sen analysointiin, vastaako nykyinen sormenjälki tallennettua kuvaa. Charge-coupled device (CCD) sijaitsee ytimessä optisen anturin, sama anturi, jota käytetään digitaalikameroissa ja videokamerat. Tajuttamattomille ihmisille CCD on joukko valoherkkiä diodeja, joita kutsutaan fotositeiksi, jotka tuottavat sähköisiä signaaleja vasteena valofotonille.

Heti kun asetat sormesi sensorin päälle, joukko valodiodeja (LED) syttyy valaisemaan harjanteita ja aukkoja, ja CCD-kamera tallentaa nopeasti saman kuvan. CCD-järjestelmä tuottaa käänteisen kuvan sormesta, jolloin tummemmat alueet edustavat enemmän heijastunutta valoa (sormen harjanteet) ja vaaleammat alueet edustavat vähemmän heijastunutta valoa (harjanteiden väliset laaksot). Siepattua kuvaa verrataan sitten tallennettuun kuvaan.

Optisia antureita on helppo huijata, koska käytetty tekniikka tallentaa 2D-kuvan, ja hyvälaatuinen kuva voi mahdollisesti läpimurtoa tämän turvallisuuden. On syytä huomata, että tekniikka toimii vain OLED-näyttöjen kanssa, joissa taustatasossa on aukkoja. Aluksi näytön sormenjälkitunnistimet eivät olleet yhtä luotettavia ja nopeita kuin nyt. Mutta asiat ovat muuttuneet näiden antureiden eduksi viime aikoina.

Näytön sisäiset ultraääniskannerit

Ultraäänianturit ovat uusin käytetty sormenjälkitekniikka. Kuten nimestä voi päätellä, nämä anturit käyttävät korkeataajuista ultraääniä sormenjälkesi kartoittamiseen. Samsung on yhteistyössä Qualcommin kanssa tuonut ensimmäisen laitteen, jossa on näytön sisäinen ultraäänisormen tunnistin, Galaxy S10 / S10 +. Laite oli myös ensimmäinen, joka sisälsi Qualcommin 3D Sonic -sensorin, joka on iteraatio Sense ID: stä.

Qualcommin uusin ultraäänitekniikka toimii jopa 800 mikronin paksuisen lasin läpi. Yritys vaatii 250 millisekunnin viiveen lukituksen avaamiseen, mikä on lähellä kapasitiivisen sormenjälkitunnistimen saavuttamaa mahdollisuutta.

Ultraäänisen sormenjälkitunnistimen toiminta

Näiden skannerien laitteisto koostuu ultraäänilähettimestä ja -vastaanottimesta. Skannausprosessi alkaa heti, kun sormenpää on asetettu anturiin. Lähetin lähettää ultraäänipulssin, joka törmää sormenpäässä oleviin harjanteisiin ja laaksoihin, osa pulssipaineesta absorboituu ja osa palautuu takaisin anturiin. Pulssin imeytymisen ja palautumisen määrä vaihtelee vaihtelevien sormenjälkien mukaan. Siirtymällä eteenpäin anturia, joka pystyy havaitsemaan mekaanisen rasituksen, käytetään palaavan ultraäänipulssin voimakkuuden laskemiseen skannerin eri kohdissa. Nämä skannerit saavat yksityiskohtaisia ​​perusteellisia tietoja, jolloin saadaan yksityiskohtainen 3D-kopio skannatusta sormenjäljestä.

Koska nämä skannerit ovat näytön alla. Ultraääniantureiden aaltojen on kuljettava näytön taustatason, lasin ja suojakannen läpi ennen kuin ne saavuttavat sormesi. Siksi valmistajat varmistavat, että näytössä käytetty lasi ei ole liian paksu. Tämän jälkeen on suositeltavaa olla lisäämättä ylimääräistä suojaa, kuten näytönsuojaa, mikä voi estää tämän tekniikan toimimasta kunnolla.

Monissa laitteissa ei ole ultraäänianturia, joka on kallein käytettävissä oleva tekniikka. Lippulaitteet, kuten Samsung Galaxy S10 / 10 +, on varustettu ultraäänianturilla. On kuitenkin vielä jonkin aikaa, kunnes näemme tämän tekniikan tunkeutuvan budjettisegmenttiin.

Kapasitiiviset skannerit

Kapasitiiviset anturit ovat nykyään eniten käytettyjä antureita, ja ne löytyvät kaikista muista laitteista, joita kohtaat. Nämä anturit käyttävät kondensaattoreita ydinkomponenttina, joka on elektroninen komponentti, jota käytetään sähköenergian varastointiin. Tätä tekniikkaa ei tällä hetkellä käytetä näytön sormenjälkien skannaukseen.

Kapasitiivisen sormenjälkitunnistimen toiminta

Myös nämä anturit skannaavat harjanteet ja laaksot sormenjäljillä. Kuitenkin tässä tapauksessa sähkövirtaa käytetään tietojen keräämiseen valon sijaan. Joukko kondensaattoreita sijoitetaan skannauspinnan alle sormenjälkitietojen keräämiseksi. Kun sormenpää asetetaan skannauspinnalle, kondensaattoriin tallennettu varaus muuttuu. Tätä varauseroa seurataan op-amp-integraattoripiirillä, joka edelleen tallennetaan analogia-digitaalimuunnin avulla.

Siepattuja tietoja käytetään todennukseen. On syytä huomata, että kapasitiivisten anturien kyky kasvaa kondensaattoreiden määrän lisääntyessä. Nämä paremman turvallisuuden takaavat skannerit ovat nopeita ja mielettömän hankalia pettää. Kapasitiiviset anturit ovat kalliimpia kuin optiset, ja niitä käytettiin silloin vain lippulaivalaitteissa. Lisäksi tämä on vuosi 2019, ja kapasitiiviset anturit ovat tunkeutuneet kaikkiin älypuhelinteollisuuden segmentteihin. Kapasitiiviset kosketuslevyt ovat halpoja, ja ne voidaan helposti integroida millä tahansa laitteella.

Algoritmi ja salaus

Skannaus on vain puolet prosessista, kun on sanottu, että on tärkeää tallentaa tiedot turvalliseen paikkaan. Tätä prosessia varten anturiin lisätään oma IC, joka käsittelee skannatun datan tulkitsemista ja edelleen lähettämistä prosessorille. Suojattuun paikkaan ei pääse, eikä edes juurtuminen voi auttaa pääsemään sisään. Jokaisella valmistajalla on erilainen lähestymistapa ja se käyttää erilaisia ​​algoritmeja tunnistaakseen tärkeimmät sormenjälkien ominaisuudet. Yleensä nämä algoritmit etsivät hyvin erityispiirteitä, joita kutsutaan yksityiskohdiksi, joissa sormenjäljen viivat päättyvät tai jakautuvat kahtia. Siksi skanneri pystyy vastaamaan näihin yksityiskohtiin sen sijaan, että skannaisi koko sormenjäljen uudelleen. Mikä tekee koko prosessista hiukan nopeamman.

Edessäpäin näillä anturivalmistajilla on erilliset järjestelmät varastointia varten. ARM käyttää Trusted Execution Environment (TEE) -pohjaista TrustZone-tekniikkaa, joka tallentaa tietoja turvalliseen paikkaan pääprosessorin sisällä. Toisella puolella oleva Qualcomm käyttää Qualcomm Secure Execution Environment -ympäristöä (QSEE) yksityisten salausavainten ja salasanojen suojaamiseen. Näillä järjestelmillä voi olla eri nimet, mutta niillä kaikilla on yhteinen tavoite, joka on tietojen suojaaminen.

Mikä on parempi optinen vai ultraääni?

Ultraääniskannerit ovat tietysti parempia, koska ne hyötyvät 3D-skannausprosessista, kun taas optiset skannerit pystyvät vain 2D-skannaukseen, kuten aiemmin mainittiin. Näiden lisäksi ultraäänianturit ovat kooltaan erittäin pieniä, Qualcommin uusin 3D-Sonic-anturi on vain 0,2 mm. Näiden antureiden pieni muoto täyttää ohuiden ja kehyksettömien laitteiden nykyisen kysynnän. Pöly, rasva tai märät kädet eivät myöskään vaikuta näihin antureihin.

Ei kuitenkaan ole paljon laitteita, jotka hyödyntävät ultraääniantureita, ja tämä liittyy täysin valmistuskustannuksiin. Nämä anturit ovat kalliita ja ovat nyt saatavana vain tietyissä laitteissa.

Mitkä ovat viimeisimmät laitteet, joissa on näytön sormenjälkitunnistimet?

Nyt kun olet tietoinen nykyisistä tekniikoista ja niiden toiminnasta. Olisi vielä parempi, jos tiedät viimeisimmät laitteet, joissa on näytön sisäiset sormenjälkitunnistimet, ja niiden tyyppi.

Laitteet, joissa on optiset näytön skannerit	Laitteet, joissa on ultraääninäytöt
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
Yksi Plus 6T
Huawei P30 Pro
Xiaomi Mi 9