Σε

Τα smartphone με αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων έχουν πλημμυρίσει την αγορά, αλλά δεν έχει περάσει πολύς καιρός από τότε που αυτοί οι αισθητήρες άρχισαν να φτάνουν σε smartphone στο τμήμα προϋπολογισμού. Αυτοί οι αισθητήρες έχουν γίνει ταχύτεροι και πιο ασφαλείς τα τελευταία χρόνια. Ως αποτέλεσμα, αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται κυρίως για την ασφάλεια smartphone αυτές τις μέρες.

Ο ανταγωνισμός στον κλάδο των smartphone και η εξελισσόμενη τεχνολογία μας έφερε σε αυτήν τη φάση, όπου συναντάμε μια νέα καινοτομία κάθε δεύτερη μέρα. Οι αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων έχουν φτάσει πολύ μακριά, με τον τρέχοντα κωδικό λέξης να είναι αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη. Οι κατασκευαστές smartphone όπως η Xiaomi, η Realme και η Oppo έχουν διασφαλίσει ότι η τεχνολογία δεν περιορίζεται μόνο στις κορυφαίες συσκευές.

Πρόσφατες συσκευές όπως τα Realme X, Redmi K20 και OPPO K3 προσφέρουν σαρωτές δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη σε τιμή που είναι δύσκολο να αφομοιωθεί. Έχοντας όλα αυτά υπόψη, ας μάθουμε τι είναι αυτή η τεχνολογία αισθητήρα δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη και πώς λειτουργεί.

Ιστορία

Ας ξεκινήσουμε από την αρχή όταν ξεκίνησαν όλα. Βυθίζοντας στην ιστορία των αναγνωστών δακτυλικών αποτυπωμάτων σε φορητές συσκευές, μας οδηγεί στο « Pantech GI100 », που κυκλοφόρησε το 2004. Αυτή η συσκευή ήταν εξοπλισμένη με μια συσκευή ανάγνωσης δακτυλικών αποτυπωμάτων, η πρώτη του είδους της. Οι επόμενες συσκευές που ακολουθούν την τάση « G900 και G500 » προήλθαν από την Toshiba το 2007. Αργότερα κατασκευαστές όπως η HTC, η Acer και η Motorola προσχώρησαν στο πρωτάθλημα με τις αντίστοιχες συσκευές τους. Η Apple συμμετείχε επίσης στο πάρτι το 2013 με το iPhone 5s να έχει έναν αισθητήρα δακτυλικών αποτυπωμάτων. Ο γίγαντας που βασίζεται στο Cupertino ονομάστηκε και το ονόμασε Touch ID. Έκτοτε, οι τεχνολογίες αισθητήρων δακτυλικών αποτυπωμάτων έχουν υποστεί ορισμένες σημαντικές αλλαγές.

Οι λάτρεις της τεχνολογίας μπορεί να γνωρίζουν ότι υπάρχουν τρεις διαφορετικές τεχνολογίες ελέγχου ταυτότητας δακτυλικών αποτυπωμάτων. Ωστόσο, η τεχνολογία δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη ωφελείται μόνο από τα δύο.

Πριν μπείτε στη μεγάλη εικόνα, ας κατανοήσουμε τη βασική τεχνολογία στα έργα πίσω. Όλοι οι αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων λειτουργούν παρακολουθώντας αυτές τις μοναδικές ράβδους και γραμμές παρακολούθησης στα δάχτυλά σας. Ωστόσο, μπορούν να λειτουργήσουν διαφορετικές τεχνολογίες σε αυτήν τη διαδικασία παρακολούθησης, όπως οπτική σάρωση, χωρητική σάρωση ή σάρωση υπερήχων.

Τύποι σαρωτών δακτυλικών αποτυπωμάτων

1. Οπτικοί σαρωτές (Χρησιμοποιούνται σε αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων σε οθόνη)
2. Υπερηχητικοί σαρωτές (Χρησιμοποιούνται σε σαρωτές δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη)
3. Χωρητικοί σαρωτές

Οπτικοί σαρωτές στην οθόνη

Οι οπτικοί σαρωτές υπάρχουν εδώ και αρκετό καιρό και αποτελούν τις παλαιότερες μεθόδους ελέγχου ταυτότητας δακτυλικών αποτυπωμάτων. Ωστόσο, οι οπτικοί αισθητήρες στην οθόνη είναι συγκριτικά νέοι στα smartphone. Το Vivo Apex, μια πρωτότυπη συσκευή που παρουσιάστηκε στο MWC 2018 γύρισε πολλά κεφάλια στη βιομηχανία smartphone. Η συσκευή περιλάμβανε το «CLEAR ID 9500», έναν οπτικό αισθητήρα δακτυλικών αποτυπωμάτων που αναπτύχθηκε από τη Synaptics, τον κατασκευαστή αισθητήρων με έδρα τις ΗΠΑ. Αργότερα μεταφέρθηκε στους καταναλωτές σε μια νέα συσκευή που ονομάζεται «Vivo X20 Plus UD». Ο νέος σχεδιασμός εγκρίθηκε σύντομα από εταιρείες όπως OPPO, Samsung, Huawei και άλλα. Το μεγαλύτερο μέρος του αισθητήρα δακτυλικών αποτυπωμάτων που βλέπουμε είναι ο οπτικός αισθητήρας δακτυλικών αποτυπωμάτων και μπορούν εύκολα να συνδεθούν με Arduino, Raspberry pi και άλλους μικροελεγκτές.

Εργασία οπτικού αισθητήρα δακτυλικών αποτυπωμάτων

Η τεχνολογία βασίζεται στη λήψη εικόνας από το δακτυλικό σας αποτύπωμα και την περαιτέρω ανάλυση εάν το τρέχον δακτυλικό αποτύπωμα ταιριάζει με την αποθηκευμένη εικόνα. Μια συσκευή με σύνδεση φόρτισης (CCD) βρίσκεται στην καρδιά ενός οπτικού αισθητήρα, του ίδιου αισθητήρα που χρησιμοποιείται σε ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και βιντεοκάμερες. Για τους ανθρώπους που δεν γνωρίζουν, ένα CCD είναι μια σειρά από φωτοευαίσθητες διόδους που ονομάζονται φωτοσίτες, η οποία παράγει ηλεκτρικά σήματα ως απόκριση στα φωτόνια.

Μόλις τοποθετήσετε το δάχτυλό σας στον αισθητήρα, μια σειρά από διόδους εκπομπής φωτός (LED) ανάβουν για να φωτίσουν τις κορυφογραμμές και τα κενά και μια κάμερα CCD καταγράφει γρήγορα μια εικόνα του ίδιου. Το σύστημα CCD δημιουργεί μια ανεστραμμένη εικόνα του δακτύλου, με πιο σκούρες περιοχές να αντιπροσωπεύουν περισσότερο ανακλώμενο φως (οι κορυφές του δακτύλου) και ελαφρύτερες περιοχές που αντιπροσωπεύουν λιγότερο ανακλώμενο φως (οι κοιλάδες μεταξύ των κορυφογραμμών). Η εικόνα που τραβήχτηκε συγκρίνεται με την αποθηκευμένη εικόνα.

Οι οπτικοί αισθητήρες είναι εύκολο να ξεγελαστούν καθώς η τεχνολογία που χρησιμοποιείται καταγράφει μια εικόνα 2D και μια εικόνα καλής ποιότητας μπορεί πιθανώς να ξεπεράσει αυτήν την ασφάλεια. Αξίζει να σημειωθεί ότι η τεχνολογία λειτουργεί μόνο με οθόνες OLED, όπου υπάρχουν κενά στο backplane. Αρχικά, οι αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη δεν ήταν τόσο αξιόπιστοι και γρήγοροι όσο είναι τώρα. Αλλά τα πράγματα έχουν αλλάξει υπέρ αυτών των αισθητήρων τα τελευταία χρόνια.

Σαρωτές υπερήχων στην οθόνη

Οι αισθητήρες υπερήχων είναι οι νεότερες τεχνολογίες δακτυλικών αποτυπωμάτων που χρησιμοποιούνται. Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούν υπερηχητικό ήχο υψηλής συχνότητας για να χαρτογραφήσουν το δακτυλικό σας αποτύπωμα. Η Samsung συνεργάστηκε με την Qualcomm για να φέρει την πρώτη συσκευή με αισθητήρα δακτυλικών αποτυπωμάτων υπερήχων στην οθόνη το «Galaxy S10 / S10 +. Η συσκευή ήταν επίσης η πρώτη που παρουσίασε τον αισθητήρα 3D Sonic της Qualcomm, ο οποίος αποτελεί επανάληψη του Sense ID.

Η τελευταία τεχνολογία υπερήχων της Qualcomm λειτουργεί μέσω γυαλιού πάχους έως 800 μικρών. Η εταιρεία αξιώνει καθυστέρηση 250 χιλιοστών του δευτερολέπτου για ξεκλείδωμα που είναι κοντά σε αυτό που μπορεί να επιτύχει ένας χωρητικός σαρωτής δακτυλικών αποτυπωμάτων.

Λειτουργία αισθητήρα δακτυλικών αποτυπωμάτων υπερήχων

Το υλικό σε αυτούς τους σαρωτές αποτελείται από έναν πομπό και δέκτη υπερήχων. Η διαδικασία σάρωσης ξεκινά μόλις τοποθετηθεί ένα δάχτυλο στον αισθητήρα. Ένας παλμός υπερήχων μεταδίδεται από τον πομπό που συγκρούεται με τις κορυφογραμμές και τις κοιλάδες στην άκρη του δακτύλου, μέρος της πίεσης του παλμού απορροφάται και ένα μέρος του επιστρέφεται στον αισθητήρα. Η ποσότητα απορρόφησης και ανάκαμψης του παλμού ποικίλλει με διαφορετικά δακτυλικά αποτυπώματα. Προχωρώντας περαιτέρω, ένας αισθητήρας ικανός να ανιχνεύει μηχανική τάση χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της έντασης του παλμού υπερήχων που επιστρέφει σε διαφορετικά σημεία του σαρωτή. Αυτοί οι σαρωτές αποκτούν λεπτομερείς σε βάθος πληροφορίες, με αποτέλεσμα ένα λεπτομερές τρισδιάστατο αντίγραφο του σαρωμένου δακτυλικού αποτυπώματος.

Επειδή αυτοί οι σαρωτές βρίσκονται κάτω από την οθόνη. Τα κύματα από αισθητήρες υπερήχων πρέπει να ταξιδεύουν μέσω του πίσω μέρους της οθόνης, του γυαλιού και του προστατευτικού καλύμματος πριν φτάσουν στο δάχτυλό σας. Επομένως, οι κατασκευαστές διασφαλίζουν ότι το γυαλί που χρησιμοποιείται για την οθόνη δεν είναι πολύ παχύ. Τούτου λεχθέντος, συνιστάται να μην προσθέσετε επιπλέον προστασία, όπως ένα προστατευτικό οθόνης, το οποίο μπορεί να αποτρέψει τη σωστή λειτουργία αυτής της τεχνολογίας.

Δεν υπάρχουν πολλές συσκευές με έναν αισθητήρα υπερήχων να είναι ο πιο ακριβός από τις διαθέσιμες τεχνολογίες. Οι κορυφαίες συσκευές όπως το Samsung Galaxy S10 / 10 + είναι εξοπλισμένες με αισθητήρα υπερήχων. Ωστόσο, υπάρχει ακόμη κάποιος χρόνος μέχρι να δούμε αυτήν την τεχνολογία να διεισδύει στο τμήμα του προϋπολογισμού.

Χωρητικοί σαρωτές

Οι Capacitive Sensors είναι οι πιο διαδεδομένοι αισθητήρες αυτές τις μέρες και μπορούν να βρεθούν σε κάθε άλλη συσκευή που συναντάτε. Αυτοί οι αισθητήρες χρησιμοποιούν πυκνωτές ως βασικό συστατικό, το οποίο είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα που χρησιμοποιείται για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας. Η τεχνολογία αυτή τη στιγμή δεν χρησιμοποιείται για σάρωση δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη.

Εργασία χωρητικού αισθητήρα δακτυλικών αποτυπωμάτων

Αυτοί οι αισθητήρες σαρώνουν επίσης τις κορυφογραμμές και τις κοιλάδες στα δακτυλικά αποτυπώματα. Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση, το ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιείται για τη συλλογή δεδομένων αντί για φως. Ένας πίνακας πυκνωτών τοποθετείται κάτω από την επιφάνεια σάρωσης για τη συλλογή λεπτομερειών δακτυλικών αποτυπωμάτων. Όταν τοποθετείται ένα άκρο δακτύλου στην επιφάνεια σάρωσης, το φορτίο που είναι αποθηκευμένο στον πυκνωτή αλλάζει. Αυτή η διαφορά φορτίου παρακολουθείται από ένα κύκλωμα ολοκληρωτή op-amp που καταγράφεται περαιτέρω από έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό.

Τα ληφθέντα δεδομένα χρησιμοποιούνται για έλεγχο ταυτότητας. Αξίζει να σημειωθεί ότι η ικανότητα των χωρητικών αισθητήρων αυξάνεται με την αύξηση του αριθμού των πυκνωτών. Αυτοί οι σαρωτές προσφέρουν καλύτερη ασφάλεια είναι γρήγοροι και εξαιρετικά δύσκολο να ξεγελαστούν. Οι χωρητικοί αισθητήρες είναι ακριβότεροι σε σύγκριση με τους οπτικούς και χρησιμοποιήθηκαν μόνο σε συσκευές ναυαρχίδας τότε. Επιπλέον, αυτό είναι το 2019 και οι χωρητικοί αισθητήρες έχουν διεισδύσει σε όλα τα τμήματα της βιομηχανίας smartphone. Τα χωρητικά touch pad είναι φθηνά και μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν από οποιαδήποτε συσκευή.

Αλγόριθμος και κρυπτογραφία

Η σάρωση είναι μόλις η μισή διαδικασία, αφού είπε ότι είναι σημαντικό να αποθηκεύσετε τα δεδομένα σε ασφαλές μέρος. Για αυτήν τη διαδικασία, προστίθεται ένα ειδικό IC στον αισθητήρα που ασχολείται με την ερμηνεία των σαρωμένων δεδομένων και την περαιτέρω μετάδοσή τους στον επεξεργαστή. Το ασφαλές μέρος είναι απρόσιτο και ακόμη και η ριζοβολία δεν μπορεί να βοηθήσει να σπάσει. Κάθε κατασκευαστής έχει διαφορετική προσέγγιση και χρησιμοποιεί διαφορετικούς αλγόριθμους για να προσδιορίσει τα βασικά χαρακτηριστικά δακτυλικών αποτυπωμάτων. Γενικά, αυτοί οι αλγόριθμοι αναζητούν πολύ συγκεκριμένες λειτουργίες που ονομάζονται λεπτομερή στοιχεία, όπου οι γραμμές στο δακτυλικό σας αποτύπωμα τερματίζονται ή χωρίζονται σε δύο. Ως εκ τούτου, ο σαρωτής μπορεί να ταιριάξει με αυτά τα ελάχιστα αντί να σαρώσει ξανά ολόκληρο το δακτυλικό αποτύπωμα. Αυτό καθιστά την όλη διαδικασία λίγο πιο γρήγορη.

Προχωρώντας περαιτέρω, αυτοί οι κατασκευαστές αισθητήρων έχουν ξεχωριστά συστήματα αποθήκευσης. Η ARM χρησιμοποιεί, τεχνολογία TrustZone με βάση το Trusted Execution Environment (TEE), η οποία αποθηκεύει δεδομένα σε ασφαλές μέρος μέσα στον κύριο επεξεργαστή. Η Qualcomm από την άλλη πλευρά χρησιμοποιεί το Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) για τη διασφάλιση ιδιωτικών κλειδιών κρυπτογράφησης και κωδικών πρόσβασης. Αυτά τα συστήματα μπορεί να έχουν διαφορετικά ονόματα, αλλά όλα έχουν έναν κοινό στόχο που είναι η προστασία των δεδομένων.

Ποιο είναι καλύτερο οπτικό ή υπερηχητικό;

Οι υπερηχητικοί σαρωτές είναι φυσικά καλύτεροι, καθώς επωφελούνται από τη διαδικασία σάρωσης 3D, ενώ οι οπτικοί σαρωτές είναι απλά ικανοί για 2D σάρωση όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Εκτός από αυτούς, οι αισθητήρες υπερήχων έχουν εξαιρετικά μικρό μέγεθος, ο τελευταίος αισθητήρας 3D Sonic της Qualcomm έχει μόλις 0,2 mm Ο μικρός συντελεστής αυτών των αισθητήρων ικανοποιεί την τρέχουσα ζήτηση για συσκευές με λεπτή και στεφάνη. Προχωρώντας περαιτέρω, αυτοί οι αισθητήρες δεν επηρεάζονται επίσης από σκόνη, γράσο ή βρεγμένα χέρια.

Ωστόσο, δεν υπάρχουν πολλές συσκευές που χρησιμοποιούν αισθητήρες υπερήχων και αυτό έχει να κάνει πλήρως με το κόστος κατασκευής. Αυτοί οι αισθητήρες είναι δαπανηροί και είναι διαθέσιμοι μόνο σε επιλεγμένες συσκευές ναυαρχίδες από τώρα.

Ποιες είναι οι πρόσφατες συσκευές με σαρωτές δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη;

Λοιπόν τώρα που γνωρίζετε τις τρέχουσες τεχνολογίες και τη λειτουργία τους. Θα ήταν ακόμη καλύτερο αν γνωρίζετε τις πρόσφατες συσκευές με αισθητήρες δακτυλικών αποτυπωμάτων στην οθόνη και τον τύπο τους.

Συσκευές με οπτικούς σαρωτές στην οθόνη	Συσκευές με σαρωτές υπερήχων σε οθόνη
Redmi K20 / k20 Pro	Samsung Galaxy S10 / S10 +
Realme Χ
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