I

Smarttelefoner med fingeravtrykksensorer har oversvømmet markedet, men det er ikke lenge siden disse sensorene begynte å gjøre det til smarttelefoner i budsjettområdet. Disse sensorene har blitt raskere og sikrere i nyere tid. Som et resultat blir disse sensorene primært brukt til smarttelefonsikkerhet i disse dager.

Den kjipe konkurransen i smarttelefonindustrien og teknologien i utvikling har ført oss inn i den fasen, der vi kommer over en ny innovasjon annenhver dag. Fingeravtrykksensorer har kommet langt unna også, med det nåværende moteordet som fingeravtrykksensorer på skjermen. Smarttelefonprodusenter som Xiaomi, Realme og Oppo har sørget for at teknologien ikke bare er begrenset til flaggskipsenheter.

Nylige enheter som Realme X, Redmi K20 og OPPO K3 tilbyr fingeravtrykkskannere på skjermen til en pris som er vanskelig å fordøye. Med alt dette i tankene, la oss finne ut hva som er denne fingeravtrykkssensorteknologien på skjermen, og hvordan den fungerer.

Historie

La oss begynne fra begynnelsen når det hele startet. Å dykke inn i historien om fingeravtrykkslesere på mobile enheter tar oss til ' Pantech GI100 ', som ble lansert i 2004. Denne enheten var utstyrt med en fingeravtrykksleser, den første i sitt slag. De neste enhetene som fulgte trenden ' G900 og G500 ' kom fra slike som Toshiba i 2007. Senere ble produsenter som HTC, Acer og Motorola med i ligaen med sine respektive enheter. Apple ble også med på festen i 2013 med iPhone 5s som fikk en fingeravtrykkssensor. Den Cupertino-baserte giganten ringte fortsatte med å kalle den Touch ID. Siden den gang har teknologi for fingeravtrykkssensor gjennomgått noen store endringer.

Tekniske entusiaster vet kanskje at det er tre forskjellige autentiseringsteknologier for fingeravtrykk i aksjon. Men fingeravtrykksteknologien på skjermen har foreløpig bare fordel av de to.

Før vi kommer inn i det store bildet, kan vi forstå den grunnleggende teknologien i verk bak. Alle fingeravtrykksensorer fungerer ved å spore de unike sporingsryggene og linjene på fingrene. Imidlertid kan forskjellige teknologier være på jobb i denne sporingsprosessen, inkludert optisk skanning, kapasitiv skanning eller ultralydsskanning.

Typer fingeravtrykkskannere

1. Optiske skannere (brukes i fingeravtrykksensorer på skjermen)
2. Ultralydsskannere (brukes i fingeravtrykkskannere på skjermen)
3. Kapasitive skannere

In-display optiske skannere

Optiske skannere har eksistert en god stund nå og er de eldste metodene for fingeravtrykkgodkjenning. Imidlertid er optiske sensorer på skjermen relativt nye for smarttelefoner. Vivo Apex, et konseptapparat som ble presentert på MWC 2018, vendte mange hoder i smarttelefonindustrien. Enheten inneholdt 'CLEAR ID 9500', en optisk fingeravtrykkssensor utviklet av Synaptics, den amerikanske baserte sensorprodusenten. Den ble senere brakt til forbrukerne i en ny enhet kalt 'Vivo X20 Plus UD'. Den nye designen ble snart vedtatt av selskaper som OPPO, Samsung, Huawei og mer. Det meste av fingeravtrykkssensoren vi ser er optisk fingeravtrykkssensor, og de kan enkelt grensesnittes med Arduino, Raspberry pi og andre mikrokontrollere.

Arbeid med optisk fingeravtrykkssensor

Teknologien er avhengig av å ta et bilde av fingeravtrykket ditt og videre analysere om det nåværende fingeravtrykket samsvarer med det lagrede bildet. En ladekoblet enhet (CCD) sitter i hjertet av en optisk sensor, den samme sensoren som brukes i digitale kameraer og videokameraer. For folk som ikke er klar over, er en CCD en rekke lysfølsomme dioder kalt fotosites, som genererer elektriske signaler som svar på lysfotoner.

Så snart du setter fingeren på sensoren, lyser en rekke lysdioder (LED) for å belyse ryggene og hullene, og et CCD-kamera tar raskt et bilde av det samme. CCD-systemet genererer et invertert bilde av fingeren, med mørkere områder som representerer mer reflektert lys (fingrene) og lysere områder som representerer mindre reflektert lys (dalene mellom åsene). Det fangede bildet sammenlignes deretter med det lagrede bildet.

De optiske sensorene er enkle å lure fordi teknologien som brukes fanger et 2D-bilde, og et bilde av god kvalitet kan muligens gjennombringe denne sikkerheten. Det er verdt å merke seg at teknologien bare fungerer med OLED-skjermer, der det er hull i bakplanet. I utgangspunktet var fingeravtrykksensorer på skjermen ikke så pålitelige og raske som de er nå. Men ting har endret seg til fordel for disse sensorene i nyere tid.

Ultralydskannere på skjermen

Ultralydssensorer er den nyeste av fingeravtrykksteknologier som brukes. Som navnet antyder, bruker disse sensorene høyfrekvent ultralydlyd for å kartlegge fingeravtrykket ditt. Samsung samarbeidet med Qualcomm for å bringe den første enheten med en ultralyds fingeravtrykkssensor på skjermen, Galaxy S10 / S10 +. Enheten var også den første som hadde Qualcomms 3D Sonic-sensor, som er en iterasjon av Sense ID.

Qualcomms nyeste ultralydsteknologi fungerer gjennom glass som er opptil 800 mikron tykt. Selskapet hevder en forsinkelse på 250 millisekunder for å låse opp, som er nær det en kapasitiv fingeravtrykkskanner kan oppnå.

Arbeid med ultralyds fingeravtrykkssensor

Maskinvaren på disse skannerne består av en ultralydsender og mottaker. Skanneprosessen begynner så snart en fingertupp er plassert på sensoren. En ultralydspuls overføres av senderen som kolliderer med åsene og dalene på fingertuppen, noe av pulstrykket absorberes og noe av det sprettes tilbake til sensoren. Mengden absorpsjon og tilbakesprang av pulsen varierer med forskjellige fingeravtrykk. Når vi beveger oss videre, brukes en sensor som er i stand til å oppdage mekanisk stress for å beregne intensiteten til den returnerende ultralydspulsen på forskjellige punkter på skanneren. Disse skannerne får detaljert detaljert informasjon, noe som resulterer i en detaljert 3D-replika av det skannede fingeravtrykket.

Siden disse skannerne ligger under skjermen. Bølgene fra ultralydssensorer må bevege seg gjennom skjermens bakplan, glass og beskyttelsesdeksel før du når fingeren. Derfor sørger produsentene for at glasset som brukes til visning ikke er for tykt. Når det er sagt, anbefales det å ikke legge til ekstra beskyttelse, for eksempel en skjermbeskytter, som kan forhindre at denne teknologien fungerer som den skal.

Ikke mange enheter leveres med en ultralydssensor som er den dyreste av tilgjengelige teknologier. Flaggskipsenheter som Samsung Galaxy S10 / 10 + er utstyrt med en ultralydssensor. Imidlertid er det fortsatt litt tid til vi ser denne teknologien trenge inn i budsjettsegmentet.

Kapasitive skannere

Kapasitive sensorer er de mest brukte sensorene i disse dager, og kan finnes på alle andre enheter du kommer over. Disse sensorene bruker kondensatorer som kjernekomponenten, som er en elektronisk komponent som brukes til lagring av elektrisk energi. Teknologien brukes for øyeblikket ikke til fingeravtrykksskanning på skjermen.

Arbeid med kapasitiv fingeravtrykkssensor

Disse sensorene skanner også ryggene og dalene på fingeravtrykk. I dette tilfellet brukes imidlertid elektrisk strøm til å samle inn data i stedet for lys. En rekke kondensatorer er plassert under skanneoverflaten for å samle fingeravtrykkdetaljer. Når en fingertupp er plassert på skanneoverflaten, endres ladningen som er lagret på kondensatoren. Denne forskjellen i ladning spores av en op-amp integratorkrets som videre blir registrert av en analog-til-digital omformer.

De fangede dataene brukes til autentisering. Det er verdt å merke seg at kapasitive sensorers evne øker med økningen i antall kondensatorer. Disse skannerne gir bedre sikkerhet, og det er raskt og vanvittig vanskelig å la deg lure. Kapasitive sensorer er dyrere sammenlignet med optiske og ble bare brukt i flaggskipsenheter den gang. Dessuten er dette 2019, og kapasitive sensorer har trengt inn i alle segmentene i smarttelefonindustrien. Kapasitive styreplater er billige og kan enkelt integreres av alle enheter.

Algoritme og kryptografi

Skanning er bare halvparten av prosessen, når det er sagt at det er viktig å lagre dataene på et sikkert sted. For denne prosessen legges en dedikert IC til sensoren som håndterer tolking av skannede data og videre overføring til prosessoren. Det sikrede stedet er utilgjengelig, og til og med forankring kan ikke hjelpe å bryte inn. Hver produsent har en annen tilnærming og bruker forskjellige algoritmer for å identifisere viktige fingeravtrykkskarakteristikker. Generelt ser disse algoritmene etter veldig spesifikke funksjoner som kalles minutiae, der linjene i fingeravtrykket ditt avsluttes eller deles i to. Derfor kan skanneren matche disse minutiene i stedet for å skanne hele fingeravtrykket igjen. Noe som gjør hele prosessen litt raskere.

Når vi beveger oss videre, har disse sensorprodusentene separate lagringssystemer. ARM bruker Trusted Execution Environment (TEE) -basert TrustZone-teknologi som lagrer data på et sikkert sted inne i hovedprosessoren. Qualcomm på den andre siden bruker Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) for å sikre private krypteringsnøkler og passord. Disse systemene kan ha forskjellige navn, men alle har et felles mål som er å beskytte data.

Hva er bedre Optisk eller Ultralyd?

Ultralydsskannere er selvfølgelig bedre da de drar nytte av 3D-skanneprosessen, mens optiske skannere bare er i stand til 2D-skanning som nevnt tidligere. I tillegg til disse er ultralydssensorene ekstremt små i størrelse, Qualcomms siste 3D-lydsensor måler bare 0,2 mm. Den lille formfaktoren til disse sensorene oppfyller dagens behov for slanke og rammeløse enheter. Når vi beveger oss videre, påvirkes disse sensorene heller ikke av støv, fett eller våte hender.

Imidlertid er det ikke mange enheter som bruker ultralydssensorer, og det har helt å gjøre med produksjonskostnadene. Disse sensorene er kostbare og er bare tilgjengelige på utvalgte enheter og nå.

Hva er de siste enhetene med fingeravtrykkskannere på skjermen?

Vel, nå som du er klar over dagens teknologi og hvordan de fungerer. Det ville være enda bedre hvis du er klar over de nylige enhetene med fingeravtrykksensorer på displayet og deres type.

Enheter med optiske skannere	Enheter med ultralydsskannere på skjermen
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