In

Viedtālruņi ar pirkstu nospiedumu sensoriem ir pārpludinājuši tirgu, taču nav pagājis ilgs laiks, kad šie sensori sāka nokļūt viedtālruņos budžeta segmentā. Šie sensori pēdējā laikā ir kļuvuši ātrāki un drošāki. Rezultātā mūsdienās šie sensori galvenokārt tiek izmantoti viedtālruņu drošībai.

Lielā konkurence viedtālruņu nozarē un attīstošajās tehnoloģijās mūs ir novedusi tajā fāzē, kur katru otro dienu mēs sastopamies ar jaunu jauninājumu. Arī pirkstu nospiedumu sensori ir nonākuši tālu, un pašreizējais vārds ir displejā esošie pirkstu nospiedumu sensori. Viedtālruņu ražotāji, piemēram, Xiaomi, Realme un Oppo, ir pārliecinājušies, ka tehnoloģija neaprobežojas tikai ar vadošajām ierīcēm.

Jaunākās ierīces, piemēram, Realme X, Redmi K20 un OPPO K3, piedāvā pirkstu nospiedumu skenerus displejā par cenu, kuru ir grūti sagremot. Paturot to visu prātā, noskaidrosim, kas ir šī ekrānā ievietoto pirkstu nospiedumu sensoru tehnoloģija un kā tā darbojas.

Vēsture

Sāksim no sākuma, kad viss sākās. Nogrimstot mobilo ierīču pirkstu nospiedumu lasītāju vēsturē, mēs nonākam pie “ Pantech GI100 ”, kas tika palaists 2004. gadā. Šī ierīce bija aprīkota ar pirmo šāda veida pirkstu nospiedumu lasītāju. Nākamās ierīces, kas sekoja tendencei “ G900 un G500 ”, ieguva no tādām kā Toshiba 2007. gadā. Vēlāk tādi ražotāji kā HTC, Acer un Motorola pievienojās līgai ar savām attiecīgajām ierīcēm. Arī Apple pievienojās partijai 2013. gadā, kad iPhone 5s ieguva pirkstu nospiedumu sensoru. Izsauktais Cupertino bāzētais milzis turpināja to saukt par Touch ID. Kopš tā laika pirkstu nospiedumu sensoru tehnoloģijās ir notikušas dažas būtiskas izmaiņas.

Tehnikas entuziasti varētu zināt, ka darbojas trīs dažādas pirkstu nospiedumu autentifikācijas tehnoloģijas. Bet pirkstu nospiedumu tehnoloģija displejā pašlaik gūst labumu tikai no abiem.

Pirms mēs nokļūstam kopainā, mēs varam saprast pamattehnoloģiju darbos, kas atrodas aiz muguras. Visi pirkstu nospiedumu sensori darbojas, izsekojot šiem unikālajiem izsekošanas izciļņiem un līnijām uz pirkstiem. Tomēr šajā izsekošanas procesā var darboties dažādas tehnoloģijas, tostarp optiskā skenēšana, kapacitatīvā skenēšana vai ultraskaņas skenēšana.

Pirkstu nospiedumu skeneru veidi

1. Optiskie skeneri (tiek izmantoti displejā esošajos pirkstu nospiedumu sensoros)
2. Ultraskaņas skeneri (izmanto pirkstu nospiedumu skeneros displejā)
3. Kapacitatīvie skeneri

Optiskie skeneri displejā

Optiskie skeneri darbojas jau labu laiku un ir vecākās pirkstu nospiedumu autentifikācijas metodes. Tomēr viedtālruņiem optiskie sensori displejā ir salīdzinoši jauni. MWC 2018 demonstrētā koncepta ierīce Vivo Apex daudz viedtālruņu nozarē pagrieza galvu. Ierīcei bija “CLEAR ID 9500” - optiskais pirkstu nospiedumu sensors, kuru izstrādājis ASV sensoru ražotājs Synaptics. Vēlāk tas tika nogādāts patērētājiem jaunā ierīcē ar nosaukumu “Vivo X20 Plus UD”. Drīz jauno dizainu pieņēma tādi uzņēmumi kā OPPO, Samsung, Huawei un citi. Lielākā daļa pirkstu nospiedumu sensoru, ko mēs redzam, ir optiskais pirkstu nospiedumu sensors, un tos var viegli sasaistīt ar Arduino, Raspberry pi un citiem mikrokontrolleriem.

Optiskā pirkstu nospiedumu sensora darbība

Šī tehnoloģija balstās uz pirksta nospieduma attēla uzņemšanu un turpmāku analīzi, vai pašreizējais pirksta nospiedums sakrīt ar saglabāto attēlu. Lādiņsaistes (CCD) atrodas pie sirds optisko sensoru, un tajā pašā sensoru, kas tiek izmantots, digitālās kameras un videokameru. Cilvēkiem, kuri to nezina, CCD ir gaismas jutīgu diodu kopums, ko sauc par fotositu, kas ģenerē elektriskos signālus, reaģējot uz gaismas fotoniem.

Tiklīdz jūs novietojat pirkstu uz sensora, iedegas gaismas diodes (LED), lai izgaismotu izciļņus un spraugas, un CCD kamera ātri uzņem to pašu attēlu. CCD sistēma ģenerē apgrieztu pirksta attēlu ar tumšākiem apgabaliem, kas attēlo vairāk atstaroto gaismu (pirksta izciļņi), un gaišākie apgabali, kas atspoguļo mazāk atstaroto gaismu (ielejas starp izciļņiem). Tad uzņemtais attēls tiek salīdzināts ar saglabāto attēlu.

Optiskos sensorus ir viegli apmānīt, jo izmantotā tehnoloģija uztver 2D attēlu, un labas kvalitātes attēls, iespējams, var pārvarēt šo drošību. Ir vērts atzīmēt, ka tehnoloģija darbojas tikai ar OLED displejiem, kur aizmugurējā plaknē ir atstarpes. Sākumā displejā esošie pirkstu nospiedumu sensori nebija tik uzticami un ātri kā tagad. Bet pēdējā laikā viss ir mainījies par labu šiem sensoriem.

Displejā redzamie ultraskaņas skeneri

Ultraskaņas sensori ir jaunākās izmantotās pirkstu nospiedumu tehnoloģijas. Kā norāda nosaukums, šie sensori izmanto augstas frekvences ultraskaņas skaņu, lai kartētu pirkstu nospiedumus. Samsung sadarbojās ar Qualcomm, lai parādītu pirmo ierīci ar displejā redzamu ultraskaņas pirkstu nospiedumu sensoru 'Galaxy S10 / S10 +. Ierīce bija arī pirmā, kas aprīkoja Qualcomm 3D Sonic sensoru, kas ir Sense ID atkārtojums.

Qualcomm jaunākā ultraskaņas tehnoloģija darbojas caur stiklu, kura biezums ir līdz 800 mikroniem. Uzņēmums apgalvo, ka atbloķēšanai ir 250 milisekunžu latentums, kas ir tuvu tam, ko var sasniegt kapacitatīvais pirkstu nospiedumu skeneris.

Ultraskaņas pirkstu nospiedumu sensora darbība

Šo skeneru aparatūru veido ultraskaņas raidītājs un uztvērējs. Skenēšanas process sākas, tiklīdz pirksta gals ir novietots uz sensora. Raidītājs pārraida ultraskaņas impulsu, kas saduras ar izciļņiem un ielejām uz pirksta gala, daļa no impulsa spiediena tiek absorbēta un daļa no tā tiek atgriezta pie sensora. Pulsa absorbcijas un atlēciena daudzums mainās, mainoties pirkstu nospiedumiem. Virzoties tālāk, sensors, kas spēj noteikt mehānisko spriegumu, tiek izmantots, lai aprēķinātu atgriešanās ultraskaņas impulsa intensitāti dažādos skenera punktos. Šie skeneri iegūst detalizētu padziļinātu informāciju, kā rezultātā tiek iegūta detalizēta skenētā pirksta nospieduma 3D kopija.

Tā kā šie skeneri atrodas zem displeja. Pirms sasniedzat pirkstu, ultraskaņas sensoru viļņiem jāiet cauri displeja aizmugurējai plaknei, stiklam un aizsargapvalkam. Tāpēc ražotāji nodrošina, ka izstādīšanai izmantotais stikls nav pārāk biezs. To sakot, ieteicams nepievienot papildu aizsardzību, piemēram, ekrāna aizsargu, kas var novērst šīs tehnoloģijas pareizu darbību.

Nav daudz ierīču, kurās ultraskaņas sensors ir visdārgākais no pieejamajām tehnoloģijām. Tādas vadošās ierīces kā Samsung Galaxy S10 / 10 + ir aprīkotas ar ultraskaņas sensoru. Tomēr vēl ir zināms laiks, līdz mēs redzam, kā šī tehnoloģija iekļūst budžeta segmentā.

Kapacitatīvie skeneri

Kapacitīvie sensori mūsdienās ir visplašāk izmantotie sensori, un tos var atrast visās citās ierīcēs, ar kurām jūs sastopaties. Šie sensori izmanto kondensatorus kā galveno sastāvdaļu, kas ir elektroniska sastāvdaļa, ko izmanto elektriskās enerģijas uzkrāšanai. Šī tehnoloģija pašlaik netiek izmantota pirkstu nospiedumu skenēšanai displejā.

Kapacitatīvā pirkstu nospiedumu sensora darbība

Arī šie sensori uz pirkstu nospiedumiem skenē izciļņus un ielejas. Tomēr šajā gadījumā datu vietā gaismas vietā tiek izmantota elektriskā strāva. Kondensatoru bloks ir novietots zem skenēšanas virsmas, lai savāktu pirkstu nospiedumu detaļas. Novietojot pirksta galu uz skenēšanas virsmas, kondensatorā saglabātā maksa mainās. Šo uzlādes atšķirību izseko op-amp integratora shēma, kuru tālāk reģistrē analogais cipars pārveidotājs.

Uzņemtie dati tiek izmantoti autentifikācijai. Ir vērts atzīmēt, ka kapacitatīvo sensoru spēja palielinās, palielinoties kondensatoru skaitam. Šie skeneri piedāvā labāku drošību, un tos ir ļoti grūti apmānīt. Kapacitīvie sensori ir dārgāki salīdzinājumā ar optiskajiem un toreiz tika izmantoti tikai vadošajās ierīcēs. Turklāt šis ir 2019. gads, un kapacitatīvie sensori ir iekļuvuši visos viedtālruņu nozares segmentos. Kapacitatīvie skārienpaliktņi ir lēti, un tos var viegli integrēt ar jebkuru ierīci.

Algoritms un kriptogrāfija

Skenēšana ir tikai puse no procesa, sakot, ka ir svarīgi datus uzglabāt drošā vietā. Šim procesam sensoram tiek pievienots īpašs IC, kas nodarbojas ar skenēto datu interpretēšanu un turpmāku pārsūtīšanu procesoram. Nodrošinātā vieta nav pieejama, un pat sakņošanās nevar palīdzēt iekļūt. Katram ražotājam ir atšķirīga pieeja un viņš izmanto dažādus algoritmus, lai identificētu galveno pirkstu nospiedumu īpašības. Parasti šie algoritmi meklē ļoti specifiskas funkcijas, ko sauc par sīkumiem, kur pirksta nospieduma līnijas beidzas vai sadalās divās daļās. Tādējādi skeneris var saskaņot šos sīkumus, nevis atkārtoti skenēt visu pirkstu nospiedumu. Kas padara visu procesu mazliet ātrāku.

Virzoties tālāk, šiem sensoru ražotājiem ir atsevišķas sistēmas uzglabāšanai. ARM izmanto uz uzticamas izpildes vides (TEE) balstītu TrustZone tehnoloģiju, kas datus glabā drošā vietā galvenā procesora iekšienē. Qualcomm, no otras puses, izmanto Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE), lai aizsargātu privātās šifrēšanas atslēgas un paroles. Šīm sistēmām varētu būt atšķirīgi nosaukumi, taču visām tām ir kopīgs mērķis - datu aizsardzība.

Kas ir labāks optiskais vai ultraskaņas?

Ultraskaņas skeneri, protams, ir labāki, jo tie gūst labumu no 3D skenēšanas procesa, savukārt optiskie skeneri vienkārši spēj veikt 2D skenēšanu, kā minēts iepriekš. Bez tam, ultraskaņas sensori ir ārkārtīgi maza izmēra, Qualcomm jaunākā 3D skaņas sensora izmērs ir tikai 0,2 mm. Šo sensoru mazais formas faktors atbilst pašreizējam pieprasījumam pēc plānām un bez rāmja ierīcēm. Virzoties tālāk, šos sensorus neietekmē arī putekļi, tauki vai mitras rokas.

Tomēr nav daudz ierīču, kas izmanto ultraskaņas sensorus, un tas ir pilnībā saistīts ar ražošanas izmaksām. Šie sensori ir dārgi, un šobrīd tie ir pieejami tikai atsevišķām ierīcēm.

Kādas ir nesenās ierīces ar pirkstu nospiedumu skeneriem displejā?

Tagad, kad esat informēts par pašreizējām tehnoloģijām un to darbību. Būtu vēl labāk, ja jūs zināt jaunākās ierīces ar displejā esošiem pirkstu nospiedumu sensoriem un to tipu.

Ierīces ar optiskiem skeneriem displejā	Ierīces ar ultraskaņas displejā
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