نحوه کار اسکنر اثر انگشت

این روزها اسکنرهای اثر انگشت تنها به رده‌های بالای گوشی‌های هوشمند اختصاص نمی‌یابند. این فن‌آوری از همان روزهای اول پیشرفت قابل توجهی داشته و به سرعت در حال رشد و توسعه است. در ادامه به اختصار انواع اسکنرهای اثر انگشت را شرح می‌دهیم.

اسکنر نوری

اسکنر اثر انگشت نوری قدیمی‌ترین روش گرفتن اثر انگشت می‌باشد. همانطور که از نام آن مشخص است، این تکنیک بر مبنای گرفتن یک تصویر نوری است که در واقع الگوریتم‌های مورد استفاده جهت تشخیص الگوهای منحصر به فرد روی سطح، مانند لبه‌ها یا علائم خاص، با تجزیه و تحلیل روشنترین و تاریکترین سطوح تصویر انجام می‌گیرد. همانند دوربین‌های هوشمند، این حسگرها می‌توانند دارای رزولوشن محدود باشند و هر‌چه رزولوشن بالاتر باشد، جزئیات دقیق‌تری که حسگر می‌تواند در مورد انگشت فرد تشخیص دهد، باعث افزایش سطح امنیت می‌شود. این اسکنرها به طور معمول دارای تعداد بسیار زیادی دیود در هر اینچ هستند تا بتوانند از نزدیک این جزئیات را ثبت کنند. البته زمانی که انگشت روی اسکنر قرار می‌گیرد بسیار تاریک است بنابراین اسکنر نوری آرایه‌ای از LEDها را به عنوان یک فلاش در اختیار قرار می‌دهد تا زمان اسکن تصویر روشن شود. البته این طراحی برای گوشی‌های هوشمند کمی حجیم است.

مهمترین عیب اسکنر نوری این است که فریب دادن آن دشوار نیست. از آنجایی که این فن‌آوری تنها تصاویر دو بعدی را ثبت و ضبط می‌کند، پروتز و حتی سایر تصاویر با کیفیت مناسب و کافی می توانند برای فریب این طراحی خاص استفاده شوند، بنابراین به اندازه کافی مورد اطمینان نیست و امنیت ندارد.

اسکنر خازنی

متداول‌ترین نوع اسکنر اثر انگشت که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد، اسکنر خازنی است که این نوع اسکنر به دلیل امنیت بالای آن در اکثر تلفن‌های هوشمند مورد استفاده قرار می‌گیرد. اسکنرهای اثر انگشت خازنی جهت جمع‌آوری داده‌های مربوط به اثر انگشت از مدارهای خازنی کوچک استفاده می‌کنند. از آنجا که خازن‌ها می‌توانند بار الکتریکی را ذخیره کنند اتصال آنها به صفحات رسانا بر روی سطح اسکنر، این امکان را می‌دهد تا برای ردیابی جزئیات اثر انگشت از آنها استفاده شود. زمانی که لبه انگشت روی صفحات رسانا قرار گیرد بار ذخیره شده در خازن کمی تغییر خواهد کرد، در حالیکه یک شکاف هوا بار را در خازن بدون تغییر می‌گذارد. برای پیگیری این تغییرات از مدار مجتمع op-amp استفاده می‌شود که می‌تواند توسط یک مبدل آنالوگ به دیجیتال ثبت شود.

این داده‌های دیجیتال را می‌توان مورد تجزیه و تحلیل قرار داد تا ویژگی‌های متمایز و منحصر به فرد اثر انگشت تعیین شود. آنچه در مورد این طراحی، بسیار هوشمندانه به نظر می‌رسد این است که نسبت به اسکنر نوری بسیار سخت‌تر است. زیرا نمی‌توان نتایج را با یک تصویر تکرار کرد و فریب دادن آن با نوعی پروتز بسیار دشوار است، چرا که مواد مختلف تغییرات کمی متفاوت را در بار خازن ثبت می‌کند. تنها خطرامنیتی در این اسکنرها مربوط به هک سخت افزاری یا هک نرم افزاری است.

وجود مجموعه‌ای به اندازه کافی از این خازن‌ها، اجازه می‌دهد تا یک تصویر کاملاً دقیق ازاثر انگشت ایجاد شود. دقیقاً مانند اسکنر نوری ، خازن‌های بیشتر، منجر به اسکنر با وضوح بالاتر می‌شوند و سطح امنیت را تا یک نقطه مشخص افزایش می‌دهند.

اسکنر اولتراسونیک

آخرین فن‌آوری اسکن اثر انگشت برای ورود به فضای گوشی های هوشمند یک سنسور اولتراسونیک است که برای اولین بار در گوشی هوشمند Le Max Pro مورد استفاده قرار گرفته است. Qualcomm و فن‌آوری Sense ID نیز بخش اصلی طراحی در این تلفن خاص هستند.

این سخت افزار شامل یک فرستنده گیرنده اولتراسونیک است که جزئیات اثر انگشت را ثبت می‌کند. زمانی که انگشت بر روی اسکنر قرار گرفته است، یک پالس اولتراسونیک منتقل می‌شود. بخشی از این پالس جذب می‌شود و بخشی از آن به حسگر برگشت داده می‌شود. برای محاسبه شدت پالس اولتراسونیک برگشتی در نقاط مختلف روی اسکنر، از حسگری که می‌تواند فشار مکانیکی را تشخیص دهد، استفاده می‌شود.  مدت زمان طولانی‌تر اسکن این امکان را فراهم می کند که داده‌های عمق اضافی ثبت شود و در نتیجه تصویر سه بعدی بسیار دقیق از اثر انگشت اسکن شده ایجاد می شود. ماهیت سه بعدی این تکنیک، آن را به گزینه‌ای جایگزین حتی برای اسکنرهای خازنی تبدیل می‌کند.

در دسامبر 2018، Qualcomm سنسور اثر انگشت در صفحه نمایش اولتراسونیک 3D خود را اعلام کرد و این مورد در سامسونگ Galaxy S10 و Galaxy S10 Plus به تصویب رسید. فن‌آوری اولتراسونیک با بعضی از محافظ‌های صفحه نمایش برنامه ریزی خوبی ندارد. اسکنراولتراسونیک در زیر صفحه نمایش پنهان است، به این معنی که امواج قبل از رسیدن به انگشت فرد باید از صفحه نمایش، شیشه و پوشش محافظ صفحه عبور کنند. تکنولوژی اولتراسونیک Qualcomm می‌تواند از شیشه‌ای که ضخامت 800 میکرون را دارد کار کند. به همین دلیل است که اضافه کردن لایه‌های اضافی مانند محافظ صفحه نمایش مانع از درست کار کردن این تکنولوژی شود.

نکته جالب این روش این است که حسگر می‌تواند توسط سازنده جا به جا شود و به هیچ روش خاصی برای تولید صفحه نمایش نیاز ندارد. البته اطمینان ازعملکرد پنل به اندازه کافی نازک حائز اهمیت است.

اسکنرهای خازنی-نوری درون صفحه نمایش (in-display)، همانند نسخه‌های اولیه تولید شده توسط Synaptics، در زیر نمایشگر پنهان هستند. با این وجود، بخش نوری به یک خط دید مستقیم (line-of-sight) نیازمند است تا بتواند نور را به سمت انگشت بتاباند. این تکنولوژی فقط با نمایشگرهای OLED کار می‌کند.

این ایده نسبت به یک اسکنر نوری پایه کمی ایمن‌تر است، زیرا از یک اندازه‌گیری خازنی جهت تشخیص استفاده شده است. علاوه بر این، امکان افزایش مقیاس اندازه اسکنر وجود دارد در نتیجه ناحیه وسیعتری را برای تشخیص اثر انگشت ارائه می‌دهد.

در حالی که اکثر اسکنرهای اثر انگشت مبتنی بر اصول سخت افزاری بسیار مشابهی است، اجزا و مولفه‌های اضافی و همچنین نرم‌افزارها نقش عمده‌ای در تمایز نحوه عملکرد محصولات ایفا می‌کنند. تولید کنندگان مختلف الگوریتم‌های کمی متفاوت برای شناسایی ویژگی‌های مهم اثر انگشت مورد استفاده قرار می‌دهند، که در سرعت و دقت متفاوت هستند.

اسکنرهای اثر انگشت به جایگزینی مطمئن برای به خاطر سپردن نام‌های کاربری و کلمات عبور تبدیل شده‌اند. این اسکنرها به احتمال زیاد در آینده به یک ابزار امنیتی رایج و مهمتر تبدیل می‌شوند.

مرجع: https://www.androidauthority.com