Как работает сканер отпечатка пальца на iPhone 5S?

Как работает сканер отпечатка пальца на iPhone 5S?

Выпуск iPhone 5S вернул сканер отпечатка для обеспечении безопасности доступа к устройству, но это не первый раз когда мы увидели сканер отпечатков пальцев в обеспечении безопасности смартфонов. Вспомните как Motorola Atrix уже внедряла похожие технологии уже в 2011 году. Но давай те взглянем как же работает эта технология.

Всего существует два основных пути получить ваш отпечаток пальца в цифровом виде, либо через оптический сканер, либо применяя емкостной способ.


Оптические сканеры

Если вы хотите сравнить отпечатки, очевидно нужно считать отпечаток пальца и преобразовать в картинку. Так на самом деле и работает оптический сканер, в центре оптического сканера по сути такая же ПЗС-матрица («прибор с зарядовой связью») такой же как и в современных цифровых камерах. ПЗС-матрица представляет собой систему чувствительных фотодиодов, которые генерируют электрические сигналы когда на них попадает свет. Различная интенсивность света создает различный уровень заряда на каждом фотодиоде, а каждый фотодиод это единичный пиксел конечного изображения.

Количество этих маленьких фотодиодов на подложке определяет конечное разрешение получаемого изображения, которое определяет точность считывания отпечатка используемого при сравнении отпечатков. Другими словами чем выше плотность пикселов у сенсора тем выше уровень безопасности.

Как работает сканер отпечатка пальца на iPhone 5S?

С этой точки зрения, сравните, сенсор сканера отпечатка пальцев iPhone 5S имеет плотность 500ppi, который расположен на мелком чипе, получается что плотность пикселей на маленьком чипе выше чем на HD экране Samsung Galaxy S4 (441ppi).

Но есть один нюанс, для того что бы определить уровень света необходим источник света, но когда вы прикладываете палец к сенсору — солнечный свет не проникает с нужной интенсивностью на матрицу. Для этого используются дополнительные светодиоды для освещения вашего пальца, свет от которыз отражается от пальца обратно на ПЗС-матрицу. Интересно, что изображение на ПЗС-матрице формируется перевернутым, и с забавным эффектом, чем больше отраженного света тем темнее в этом месте изображение. Но это не существенно для отпечатка пальца, т.к. мы не будем видеть изображение.

Различные уровни заряда в каждой точке конвертируются в цифровые значения аналого-цифровым преобразователем (АЦП), который позволяет процессору зафиксировать данные. Данные величины сохраняются и сравниваются в момент повторного сканирования пальца, и на этом основании позволяет разблокировать устройство.

Так же происходит пост-обработка полученного «изображения», это позволяет улучшить точность и четкость изображения, прежде чем оно будет сравниваться с сохранённым изображением, но об этом мы поговорим немного позже.

Ёмкостные сканеры

Другим типом сканера отпечатков пальцев это использование конденсаторов и цепи на операционных усилителях (ОУ) для генерации электрических сигналов, вместо света. Эти ёмкостные сканеры требуют некоторое количество электронных компонентов которые расположены на маленькой площади, но они не столь широко используется из-за высокой стоимости производства.

Данный сканер, как следует из названия, основан на цепях с применением конденсаторов. Измеряется количество хранения электрического заряда,  сканер опирается на данные полученные при изменении ёмкости при считывании отпечатка пальца.

Не хотелось бы вдаваться в подробности схемотехники, но есть пара важных вещей для понимания как это работает.

Основа основ это операционный усилитель. Принцип работы усилителя заключается в том что бы построить выходной сигнал на основе двух входных сигналов. Усилитель в сканере отпечатка пальцев выполняет функцию интегрирующего контура при помощи конденсатора, который образован из двух проводников изолированных изолирующим слоем.

Как работает сканер отпечатка пальца на iPhone 5S?

Для тех кто не знаком с интегральным вычислениями, интегрирование означает что операционный усилитель будет генерировать выходное напряжение пропорционально размеру и длительности входного сигнала который отклоняется от напряжения несущей. Итак когда емкость входного канала меняется, заряд так же изменится, производя ток и напряжение которые могут быть измерены интегрирующей цепью.

Далее пример, как это работает. При нажатии кнопки сброса, закорачиваются конденсаторы. Отпустив кнопку конденсатор заряжается и цепь приходит в баланс, реагируя на любые изменения. Когда палец прикладывается близко к проводящей площадке изменяется ёмкость в цепи, то изменяется входное, и соответственно выходное напряжение на усилителе. Чем ближе палец к конденсатору тем большее он оказывает влияние. Если вы представите что подобное применяется по всей поверхности вашего пальца вы получите тысячи различных напряжений по всей поверхности сканера. В конце концов на выходе вы получите картинку аналогичную оптическому сканеру.

Пока это довольно дорогой способ в сравнении с оптическим методом, но более безопасный, т.к. довольно трудно обмануть подобный прибор. Оптический сканер может быть обманут, т.к. он захватывает только светлые и темные места полученные со сканера, тогда как ёмкостные сканеры требуют реального рельефа пальца, для получения правильного электрического сигнала.

Итоги

Следует заметить, в дополнении ко всем этим аппаратным средствам результаты обрабатываются программным обеспечением. Довольно сложные алгоритмы применяются для того что бы проанализировать и сравнить два отпечатка пальца, и установить что они действительно одинаковые.

Для этого используются особенности отпечатка пальца, такие как выступы и окончания линии рисунка, или где линия разделяется на две. В общем случае их называют типичными признаками. Если в сравниваемых отпечатках пальцев будет соответствовать нескольким «типичным признакам» значит такое сравнение будет считаться полным совпадением. Это позволяет существенно с экономить на вычислительных ресурсах, уменьшает количество ошибок при считывании пальца если он допустим испачкан, а так же позволяет идентифицировать палец по этим признакам если он помещен в сканер со смещением от центра.

В принципе безопасность предлагаемая сканерами отпечатка пальцев довольно сомнительная, но это интересная и перспективная технология, которую вероятно мы увидим во многих смартфонах в ближайшем будущем. Особенно в связи с тем что смартфоны всё больше внедряются в нашу финансовую жизнь, а это доступы к банковским счетам, и оплата мобильной связи, и покупка в App Store или Google Play. Привязывание к биометрическим данным, в этой ситуации нам кажется логичным.

А вы что думаете? Поделитесь с нами в комментариях.

Реклама:

Один комментарий

  1. баранов:

    Я хол бы знать как можно проверить твои ли от пичатки пальцев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.