Как называется датчик отпечатка пальца. Как работает сканер отпечатка пальца на смартфонах. Принцип работы дактилоскопического сканера

Углубляясь все больше в системы, связанные с охраной и контролем, многие из нас в конце концов обратят внимание на биометрические методы идентификации личности для тех или иных потребностей.

Биометрия – это методы автоматической идентификации человека и подтверждения личности человека, основанные на физиологических или поведенческих характеристиках. Примерами физиологических характеристик являются отпечатки пальцев, форма руки, характеристика лица, радужная оболочка глаза, характеристика голоса, особенности подчерка. В процессе развития технологий появляется все большее количество способов идентифицировать человеческую личность.

Наиболее популярным методом биометрической идентификации является распознавание отпечатков пальцев. Думаю, это так, потому что это относительно дешевый и простой способ, проверенный временем. Способов получить отпечаток пальца человека с помощью электроники существует несколько: оптические методы получения изображения отпечатка пальца – на отражение, на просвет, бесконтактный способы, емкостные датчики отпечатков пальцев (полупроводниковые), радиочастотные сканеры, сканеры, использующие метод давления, термосканеры, ультразвуковой метод. Каждый способ получения отпечатка пальца имеет свои достоинства и недостатки, однако главным образом баланс выбора способа сканирования является цена – надежность (здесь выделяется не только эффективная защита, но и устойчивость к воздействию внешних факторов).

Рассматриваемый сканер отпечатков пальцев R308 (ссылка в магазин) является оптическим (метод на отражение). Данный метод использует эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frusted Total Internal Reflection). Эффект заключается в том, что при падении света на границу раздела двух сред световая энергия делится на две части - одна отражается от границы, другая проникает через границу во вторую среду. Доля отраженной энергии зависит от угла падения светового потока. Начиная с некоторой величины данного угла, вся световая энергия отражается от границы раздела. Это явление называется полным внутренним отражением. В случае контакта более плотной оптической среды (поверхности пальца) с менее плотной в точке полного внутреннего отражения пучок света проходит через эту границу. Таким образом, от границы отразятся лишь пучки света, попавшие в определенные точки полного внутреннего отражения, к которым не был приложен папиллярный узор пальца. Для захвата полученной световой картинки поверхности пальца используется специальный датчик изображения (КМОП или ПЗС, в зависимости от реализации сканера).

Для данного метода можно отметить следующее:

• Одни из самых дешевых сканеров отпечатков пальцев при относительно большой площади сканирования пальца
• Чувствительность к загрязнению рабочей поверхности датчика
• Малая защита от муляжей
• Относительно крупные размеры модуля

Итак сканер отпечатков пальцев R308 имеет следующий вид:

Хотелось бы разобрать и посмотреть на модуль изнутри, но конструкция сделана таким образом, что аккуратно открутить винтики и снять плату с элементами не получится, так как держит ее что-то изнутри и без применения паяльника это сделать проблематично, поэтому не стоит пытаться нарушить целостность модуля, что может привести к выводу его из строя.

Данный оптический сканер отпечатков пальцев использует высокоскоростной цифровой сигнальный процессор в качестве своей основы. Этот модуль может получить изображение отпечатка пальца, обработать изображение для сохранения или поиска, сохранить данные об отпечатке пальца в собственной памяти и делать поиск на совпадение полученного отпечатка с сохраненными. Для подключения к СКУД (системам контроля и управления доступом) модуль имеет интерфейс UART, посредством которого модуль принимает команды и посылает ответы о результатах операций. Кроме того, модуль может передать на другое устройство изображение отпечатка пальца, полученное при помощи него. Сканер отпечатков пальцев построен таким образом, что все вычислительные и аналитические операции выполняет он сам, но этими процессами необходимо управлять для получения практической ценности модуля. Таким образом, на основе ответов о результатах выполнения команд внешний микроконтроллер может выстраивать любую необходимую логику работы СКУД с применением сканера отпечатков пальцев.

Характеристики сканера отпечатков пальцев R308:

• Напряжение питания – 4,5-5 вольт
• Рабочий ток – 40 мА
• Интерфейс – UART (TTL logical level)
• Baud rate – 9600*n, n=1~12, по умолчанию 57600 bps
• Время сканирования отпечатка пальца –до 0,5 сек
• Размер шаблона отпечатка – 512 байт
• Коэффициент ложного пропуска FAR (False Acceptance Rate) – менее 0,001 %
• Коэффициент ложного отказа в доступе FRR (False Rejection Rate) – менее 0,5 %
• Уровень безопасности – 5
• Время среднего поиска – менее 1 сек
• Размер окна считывания отпечатка пальца – 18х22 мм
• Размер модуля – 55,5х21х20,5 мм
• Диапазон рабочих температур – -20-+40 градусов Цельсия

Для подключения к другим устройствам R308 имеет 6-контактный разъем:

1. Vt – плюс питания детектора пальца
2. Vin – плюс питания модуля
3. Touch – выход сигнала детектора пальца

В документации указываются цвета шлейфа в комплекте с модулем, но в моем случае цвета не совпали, поэтому надежнее всего определять назначение контактов по нумерации, указанной на плате возле разъема модуля.

Структура пакета данных, передаваемых и принимаемых модулем:

1. Header – заголовок, фиксированное значение 0xEF01 (2 байта)
2. Adder – адрес сканера отпечатков пальцев, фиксированное значение 0xFFFFFFFF (4 байта)
3. Package identifier – идентификатор пакета данных, 01H – пакет команды, 02H – пакет данных, 07H – пакет ответа, 08H – пакет окончания данных (1 байт)
4. Package length – количество байт пакета информации (включает сумму байт данных пунктов 5 - 6), максимальное количество 256 байт (2 байта)
5. Package contents – полезные данные
6. Checksum – контрольная сумма, арифметическая сумма пунктов 3-6 (2 байта)

Сканер отпечатков пальцев имеет 8 основных инструкций для его управления:

1. Сканирование отпечатка пальца и сохранение его в буфере. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
2. Создание файла символов отпечатка пальца из оригинального отпечатка и сохраняет его в CharBuffer1 (2). Возвращает код подтверждения об успешности операции.
3. Поиск на совпадение отпечатка пальца в библиотеке модуля который соответствует хранимому в CharBuffer1 или CharBuffer2. Возвращает код подтверждения об успешности операции и ID отпечатка пальца в библиотеке модуля.
4. Создание шаблона модели отпечатка пальца. Информация в CharBuffer1 и CharBuffer2 объединяется и комбинируется для получения более достоверных данных об отпечатке пальца (отпечаток в этих буферах должен принадлежать одному пальцу). После операции данные сохраняются обратно в CharBuffer1 и CharBuffer2. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
5. Сохранение шаблона отпечатка пальца из Buffer1/Buffer2 во флэш память библиотеки модуля. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
6. Удаление шаблона из флэш памяти модуля. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
7. Очистка памяти библиотеки отпечатков пальцев модуля. Возвращает код подтверждения об успешности операции.
8. Проверка пароля модуля. Возвращает код подтверждения об успешности операции.

Для того чтобы искать совпадение отпечатка пальца в библиотеке модуля необходимо сканировать отпечаток пальца и сохранить его в буфере, сгенерировать символьный файл и поместить его в CharBuffer и прописать команду на поиск совпадений отпечатков пальце (инструкции 1, 2, 3).

Для того чтобы внести отпечаток пальца в память модуля необходимо получить изображение отпечатка пальца, сохранить его в буфере и сгенерировать символьный файл, сохраняемый в CharBuffer (операции повторяем минимум 2 раза и сохраняем все в CharBuffer1 и CharBuffer2), далее комбинируем данные в буферах 1 и 2 для получения более точного результата и запускаем командой сохранение в указанное место памяти информацию об отпечатке пальца (инструкции 1, 2, 4, 5).

По ходу выполнения инструкций модулем необходимо следить за корректностью и успешностью выполнения посредством ответов, следующих после посылки команд. Это может улучшить качество выполнения программы и точность заданных манипуляций со сканером отпечатков пальцев R308.

Для оценки работы модуля к статье прилагается демонстрационная прошивка для микроконтроллера STM32, соответствующая схеме:

На LCD дисплее отображаются необходимые данные для работы со сканером отпечатков пальцев, при включении схемы без замкнутых перемычек Jmp1 и Jmp2 запускается основной цикл программы, когда микроконтроллер ждет получения отпечатка пальца от сканера и запускает поиск в памяти модуля при его появлении. При включении с замкнутой перемычкой Jmp1 запускается полное стирание памяти библиотеки отпечатков пальцев. При включении с замкнутой перемычкой Jmp2 запускается добавление 5 новых отпечатков пальцев в память модуля. Для добавления отпечатка пальца необходимо дважды приложить палец к сканеру для его сохранения в случае отсутствия ошибок при сканировании отпечатков.

Кроме того к статье прилагается программа SFGDemo. С ее помощью можно получить изображение своего отпечатка пальца помимо стандартных операций добавления отпечатка в память, поиска совпадений, удаления отпечатка из памяти (для подключения к компьютеру используется переходник USB-UART).

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
IC1	МК STM32	STM32F103C8	1			В блокнот
VR1	Линейный регулятор	LM7805	1			В блокнот
VR2	Линейный регулятор	AMS1117-3.3	1			В блокнот
FP1	Датчик отпечатков пальцев	R308	1			В блокнот
HG1	LCD-дисплей	2004a	1			В блокнот
C1, C2	Конденсатор	22 пФ	2			В блокнот
C3		470 мкФ	1			В блокнот
C4-C7, C9, C10, C12	Конденсатор	100 нФ	7			В блокнот
C8	Электролитический конденсатор	220 мкФ	1			В блокнот
C11	Электролитический конденсатор	100 мкФ	1			В блокнот
R1	Резистор	22 Ом	1			В блокнот
R2	Резистор	100 Ом	1			В блокнот
R3	Подстроечный резистор	10 кОм	1

На сегодняшний день цифровые технологии проникли практически во все сферы нашей жизни: мы в пару кликов совершаем покупки в интернете, кладем и снимаем наличные на банковскую карту, делаем различные операции с виртуальными счетами, а также храним свои фотографии и прочие данные в облачных хранилищах. При всей глобализации цифровых технологий вопрос касаемо защиты персональных данных по-прежнему остается актуальным.

Ни для кого не секрет, что современные продвинутые злоумышленники уже не пользуются ломом и отмычками, а виртуозно используют те же самые цифровые технологии и ПО для своих корыстных целей. Смартфоны по-прежнему остаются уязвимыми, поскольку с его помощью пользователь часто авторизуется в различных онлайн-сервисах. И, если еще вчера защита данных на смартфоне происходила посредством графического ключа или паролей, то в последние годы многие производители начали внедрять разные виды биометрической защиты, которые основаны на уникальности строения определенных частей тела человека. В частности, мы говорим об отпечатках пальцев, геометрии лица, сетчатке глаза, идентификация голоса. Биометрическая аутентификация – это довольно надежный и удобный способ защиты. А главное, такой «пароль» не забудешь, не подсмотришь, к тому же он всегда так сказать под рукой. Сегодня мы поговорим о дактилоскопическом сканере в смартфоне или, иными словами, сканере отпечатков пальцев. Интересно узнать, что из себя представляет это устройство, каких видов бывает сканер, а также как он работает.

Следует отметить, что процесс идентификации с помощью отпечатков пальцев стоит в одном ряду с самыми надежными способами, с помощью которых можно подтвердить личность пользователя. По точности аутентификации сканирование отпечатков пальцев уступает только методу, а рамках которого осуществляется сканирование сетчатки глаза, а также анализу ДНК. Отпечатки человеческих пальцев представлены папиллярными узорами на коже, которые у каждого человека уникальные, причем появляются они внутриутробно, на двенадцатой неделе синхронно с нервной системой. Интересно, что на папиллярные узоры могут повлиять различные факторы, например, это касается генетического кода ребёнка и прочего. Другими словами, папиллярными узорами являются выступы и борозды на коже, которые формируют уникальный и неповторимый рисунок. Даже незначительная травма или повреждение покровов кожи не могут «стереть» отпечаток, поскольку он со временем восстановится, если конечно в результате травмы не снесло пол пальца.

Как работает сканер отпечатка пальцев в современном смартфоне

В сканерах отпечатков пальцев имеются две основные функции. При помощи первой из них сканер считывает изображение отпечатка, в то время как вторая функция проверяет совпадение отпечатка с существующими в базе данных. Практически во всех современных смартфонах применяются оптические сканеры. Принцип их работы схож с цифровыми фотоаппаратами. Снимок делается с помощью микросхемы, куда входят светочувствительные фотодиоды, а также автономный источник освещения в виде матрицы светодиодов, с помощью которой узоры на пальце подсвечиваются.

Когда свет попадает на считываемый папиллярный рисунок, с помощью фотодиодов появляется электрический заряд, в результате чего отдельно взятый пиксель запечатлевается на будущем снимке. С помощью пикселей различной интенсивности на сканере образуется снимок отпечатка пальца. Кроме того, перед тем как сверить отпечаток с базой данных, сканер осуществляет проверку качества снимка.

После получения снимка отпечатка его анализирует специальное программное обеспечение с помощью сложных алгоритмов. К слову, происходит анализ трёх типов узоров отпечатка: дугового, петлевого и завиткового. После того, как ПО определило тип узора, происходит идентификация окончаний линий узоров (разрывы или раздвоения, которые называются минуциями), ведь именно они являются неповторимыми и с их помощью можно осуществить идентификацию владельца устройства. Дальше идет довольно сложный анализ, в рамках которого сканер анализирует положение минуций по отношению друг к другу, с разбитием отпечатка на микроблоки. Примечательно, что в процессе сопоставления сканер не анализирует отдельно взятую линию узора. Сканер определяет совпадение в отдельных блоках и по ним определяет сходство.

Каких типов бывают дактилоскопические сканеры

Оптические сканеры бывают двух основных видов. Что касается первого из них, то он снимает нужную область пальца при посредстве его прикосновения непосредственно к сканеру. Такой тип применяется в «яблочных» смартфонах, начиная с iPhone 5s. В отношении второго типа отметим, что в этом случае пользователь проводит пальцем по оптическому сканеру. В результате получается серия снимков, которые программным обеспечением объединяются в один. Этот тип какое-то время использовала в своих продуктах компания Samsung, однако, со временем она перешла на первый тип, поскольку он более удобен, хотя и более дорогостоящий. Основной недостаток оптического дактилоскопического сканера является уязвимость к царапинам и загрязнению. Также его можно «обвести вокруг пальца» при помощи слепка фаланги пальца.

Стоит также отметить о полупроводниковом типе сканера отпечатка пальца, который в смартфонах не применяется по целому ряду причин. Его невозможно обмануть с помощью слепка пальца. Еще одним типом дактилоскопических сканеров является ультразвуковой сканер. Он отличается большой перспективой развития, а действует он по принципу медицинского УЗИ. Обмануть его практически нереально, так как он способен проникнуть в эпидермальный слой кожи, которые уникален.

Следует отметить, что сканеры могут быть размещены в разных частях смартфона. Многие производители устанавливают сканер отпечатков пальцев на тыльной панели, недавно пошла мода на боковую грань, а компания HMD подготавливает свой новый флагман с интегрированным сканером в дисплей.

Сегодня практически все современные модели смартфонов оснащаются сканером отпечатков пальцев. Наличие этого датчика позволяет пользоваться функциями, обеспечивающими высокую степень защиты персональных данных и другой информации в памяти телефона. В этой статье мы остановимся на возможностях и дополнительных функциях, которыми позволяют пользоваться смартфоны со сканером отпечатков пальцев. С каждым годом все больше моделей получают этот модуль, и теперь дактилоскоп можно встретить и на бюджетных аппаратах.

Итак, что же все-таки дает нам сканер отпечатков пальцев на смартфоне? Какие преимущества мы получаем, выбирая девайс с таким модулем? Остановимся на основных функциональных возможностях.

Защита персональных данных

Сегодня смартфон выполняет многочисленные функции - это не только телефон, но и фотоаппарат, органайзер, средство для хранения важных данных и даже устройство для проведения платежей и контроля банковских счетов. Благодаря наличию сканера отпечатков пальцев вся эта информация надежно защищена от посторонних глаз. Разблокировать устройство и получить доступ к информации, которая на нем хранится, можно только после того, как дактилоскопический модуль "распознает" владельца, либо после введения придуманного вами сложного пароля.

Доступ к приложениям

Иногда очень сложно сделать так, чтобы важные приложения не смог запустить посторонний человек. К примеру, ребенок, который взял поиграть девайс, может случайно совершить покупку в интернет магазине или перевести средства с банковского счета. Благодаря наличию сканера отпечатков пальцев в смартфоне таких неприятностей можно избежать. Достаточно установить запуск таких приложений и подтверждение финансовых операций через отпечаток пальца, и можно спокойно давать ребенку играть в игры на вашем смартфоне.

Удобная разблокировка

Чтобы разблокировать устройство, не оснащенное сканером отпечатков пальцев, нужно несколько секунд. Вначале требуется активировать смартфон кнопкой "питание", после чего либо провести пальцем по экрану, либо ввести защитный код. Но если в вашем гаджете имеется сканер отпечатков пальцев, то процесс разблокировки займет меньше секунды времени. Достаточно приложить палец к сканеру - и аппарат разблокирован. Просто, быстро и надежно.

Подтверждение оплаты

Используя сканер отпечатков пальцев также быстро можно подтвердить финансовую транзакцию по переводу денег или покупку в интернет магазине. Чтобы воспользоваться этой функцией, нужно ее включить в настройках соответствующего приложения.

Принцип работы дактилоскопического сканера

Чтобы понять, как работает сканер отпечатка пальца на смартфоне, коротко остановимся на принципах его работы и типах модулей. Дактилоскопический метод защиты смартфонов использует ряд программных и аппаратных средств, с помощью которых осуществляется распознавание отпечатка пальца владельца устройства. В результате, после распознавания, принимается решение - открыть или закрыть доступ к аппарату или определенному приложению, защищенному участку памяти и т.д. Можно встретить дактилоскопические модули таких типов:

Оптический сканер;

Емкостной сканер;

Ультразвуковой сканер.

Оптический сканер

Оптические сканеры самыми первыми появились на рынке. Такой метод захвата и сравнения отпечатков пальцев является одним из самых простых. Он основан на своеобразном снимке отпечатков, который после захвата сравнивается с использованием особых алгоритмов с имеющимся в памяти образцом. При обнаружении характерных особенностей принимается решение о совпадении или несовпадении отпечатка.

Хороший оптический датчик должен иметь модуль с высоким разрешением (как у камеры - чем выше, тем лучше). К недостаткам такого типа модулей можно отнести то, что их легко обмануть. Поскольку оптический сканер обрабатывает двухмерное изображение, можно воссоздать отпечаток пальца владельца при помощи обычного канцелярского клея ПВА. Такой тип сканеров отпечатков пальцев практически не встречается в современных смартфонах.

Емкостной сканер

Сегодня наиболее часто встречающийся в мобильных гаджетах тип дактилоскопического модуля - емкостной. В основе технологии лежит конденсатор, который, с помощью массивов цепей собирает данные об отпечатках пальцев. В памяти модуля хранится информация об электрическом заряде, и после того, как вы прикладываете палец к модулю, показатели сравниваются.

Данные, полученные при захвате отпечатков, преобразуются в цифровой формат. В таком виде и хранится информация обо всех отличительных особенностях и уникальном рисунке отпечатка пальца владельца устройства. Такая технология намного лучше и надежней оптического сканера. Емкостной сканер не отреагирует на слепок отпечатка, поскольку идентификация проводится не по рисунку, а по изменениям уровня заряда на конденсаторах.

Емкостные сканеры несколько дороже, но и намного надежней и эффективней оптических. Стоит только отметить, что такой сканер может "не узнавать" владельца, если пальцы будут влажными или жирными.

Ультразвуковой сканер

Ультразвуковые сканеры - самая новая технология по распознаванию отпечатков пальцев. Устанавливаются такие модули на дорогие смартфоны ТОП линейки. В основе технологии - ультразвуковые передатчик и приемник, передающие и получающие импульс на палец, помещенный на сканер. Часть ультразвука поглощается, а часть возвращается к приемнику, создавая определенный узор, в зависимости от индивидуальных особенностей отпечатка пальца.

Данная технология позволяет получать трехмерные изображения отпечатков, что позволяет обеспечить высокую степень защиты и безопасности. Минусом использования данной технологии на сегодняшний день является ее высокая цена и новизна. Пока ее не испытают на протяжении существенного отрезка времени, некоторые, даже ведущие производители смартфонов, не внедряют ультразвуковые сканеры в свои модели.

Оценить все преимущества сканера отпечатков пальцев могут владельцы мощного и недорогого Wileyfox Swift 2.

Почему Wileyfox

Эта компания заслуживает внимания, поскольку ее смартфоны отличаются стильным оригинальным дизайном, отличной аппаратной начинкой и доступной ценой. Британский производитель смартфонов появился на рынке в октябре 2016 года, и за короткий срок стал чрезвычайно популярным у пользователей. Каждая модель линейки Wileyfox получила тот функционал и возможности, которые сегодня наиболее востребованы. Все смартфоны бренда обладают такими преимуществами:

Возможность использовать две сим-карты;

Работа в сетях передачи данных 4-го поколения 4G LTE;

Отличные технические характеристики при доступной стоимости гаджета;

Стабильная производительная операционная система;

Высокое качество комплектующих и материалов корпуса.

Также стоит отметить наличие официальной 12-месячной гарантии и широкую сеть сервисных центров, включающую более 200 представительств по всей России. Благодаря таким достоинствам смартфоны бренда были положительно встречены экспертами рынка.

В декабре 2015 года коллектив журнала Forbes в номинации "Смартфон года" отдает победу модели Wileyfox Swift;

В феврале 2016 года компания Wileyfox становится победителем в номинации Manufacturer of the year престижной британской премии Mobile News Awards-2016;

В октябре 2016 года модель Wileyfox Spark+ становится победителем в номинации "Лучший смартфон до 10 тысяч рублей" по версии авторитетного ресурса Hi-Tech Mail.ru.

Смартфон Wileyfox Swift 2

Эта модель получила IPS 2.5D экран с диагональю 5 дюймов и поддержкой HD формата. Дисплей обеспечивает качественную передачу изображения даже при широких углах обзора (до 178°). Аппарат получил корпус из современного и высокотехнологичного сплава алюминия, который отличается высокой прочностью и легкостью. На борту Wileyfox Swift 2 установлен сканер отпечатков пальцев и модуль NFC, также установлены и навигационные модули Glonass, GPS и Assisted GPS.

Аппаратная база модели построена на производительном 8-ядерном процессоре Qualcomm Snapdragon 430 MSM8937 с частотой 1.4 ГГц. Телефон получил 2 Гб оперативной и 32 Гб встроенной памяти, поддерживается работа с картами microSDXC объемом до 64 Гб. Качественные снимки можно получить с помощью основной 16-мегапиксельной камеры. Для режима видеосвязи и селфи-снимков предусмотрен модуль фронтальной камеры с разрешением в 8 Мп.

Модель доступна для заказа на официальном сайте по цене в 9 990 рублей. Это один из самых доступных смартфонов, оснащенных сканером отпечатков пальцев.

Заключение

Сегодня модули сканеров отпечатков пальцев встречаются в большинстве современных Android смартфонов. Они становятся прекрасной альтернативой сложным паролям. Разблокировка устройства и получение доступа к его функциям при помощи отпечатка пальца - это быстро, удобно и безопасно.

Что представляет собой отпечаток и как обмануть сканер отпечатков пальцев? По сути, отпечаток — это папиллярные узоры на коже. То есть выступы и углубления, которые складываются в определенный узор. У каждого человека они свои, индивидуальные.

Формирование папиллярных узоров

Формирование таких узоров происходит примерно на 12 неделе плода. В это же время формируется и нервная система. На узор оказывает влияние множество факторов. Это и положение плода в утробе матери, и генетический код, и состояние окружающей среды, и рацион питания матери, а также многое другое.

Узор способен восстанавливаться при небольших повреждениях эпидермиса. В данной статье мы рассмотрим, можно ли и как обмануть сканер отпечатков пальцев, а также каким образом он работает у современных телефонов.

Определение личности человека по отпечатку его пальцев является одним из наиболее надежных способов идентификации. К более точным методам можно отнести лишь анализ ДНК и сканирование сетчатки глаза.

Как работает сканер отпечатков

Сканер отпечатков пальцев должен выполнить два действия:

1. Получить изображение узора
2. Проверить, совпадает ли он с отпечатками, находящимися в базе данных.

Сканирование

Смартфоны в настоящее время снабжены оптическими сканерами. Принцип их работы похож на работу цифрового фотоаппарата. Матрица светодиодов освещает сам узор, а микросхема из светочувствительных светодиодов делает в это время снимок.

В то время, когда на светодиод попадает свет, он производит электрический заряд. Таким образом, формируется пиксель на будущем снимке узора. Цвет пикселя варьирует в зависимости от того, какое количество света попало.

Пиксели разной интенсивности и формируют узор. Прежде чем соотнести отпечаток с базой данных, сканер проверяет яркость и четкость снимка. При неудовлетворительных результатах весь процесс получения изображения повторяется.

Анализ отпечатка

Полученное изображение подвергается анализу программного обеспечения. Распознавание происходит при помощи сложных алгоритмов.

Можно разделить все узоры на три основных типа:

• дуговые,
• петлевые
• завитковые.

После того, как тип узора определен, сканер ищет минуции. Это места, где заканчивается линия узора. К примеру, происходит разрыв или раздвоение линии. В минуциях и заключается вся уникальность отпечатка пальцев. Сканер распознает, как располагаются минуции по отношению друг к другу. Для этого весь рисунок делится на небольшие зоны. Каждый участок включает определенное число минуций. Данные об их расположении записываются.

Аналогичные зоны исследуемого отпечатка и базы данных подвергаются анализу. Если узоры одинаковые – владельцем отпечатков пальцев является один и тот же человек. Сканер не занимается сопоставлением абсолютно всех линий узора. Он лишь ищет похожие закономерности в блоках и на основании этих данных делает выводы.

Виды сканеров отпечатка пальца

Оптические сканеры бывают двух видов:

• Сканеры Apple (iPhone 5s и далее) делают снимок пальца в то время, когда он прикасается к экрану телефона.
• Другой тип сканера делает сразу несколько изображений, пока вы проводите пальцем по экрану. Такой сканер использовался в смартфонах Самсунг Галакси S5. Позже сканер заменили на первый тип. Он удобнее, но при этом дороже, поскольку надо использовать большую матрицу.

Все сканеры подобного плана имеют один минус: царапины и загрязнения могут вывести его из строя.

Наверняка, у многих когда-либо возникал вопрос, как обмануть сканер отпечатков пальцев и вообще возможно ли это? Ответ утвердительный. Разумеется, в компании понимают сейчас и понимали раньше при создании подобного функционала телефона, что любую биометрическую систему можно обмануть.

Достаточно сделать слепок фаланги пальца и прикоснуться им к сканеру. К тому же владельца телефона можно заставить приложить его палец к устройству.

Компания Apple продумала некоторые меры безопасности для таких случаев. Но всё же способ имеет право на существование. Айфоны старых моделей можно обмануть, просто распечатав снимок пальца с большим разрешением.

Как видите, есть несколько способов, как обмануть сканер отпечатков пальцев. Причем,если в айфонах это сделать затруднительно, то в смартфонах с ОС Андроид дело обстоит намного проще.

Все существующие на сегодняшний день сканеры отпечатков пальцев по используемым ими физическим принципам можно выделить в три группы:

• оптические;
• кремниевые (или полупроводниковые);
• ультразвуковые.

Оптические сканеры

В основе работы оптических сканеров лежит оптический метод получения изображения. По видам используемых технологий можно выделить следующие группы оптических сканеров:

1. FTIR-сканеры - устройства, в которых используется эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frustrated Total Internal Reflection, FTIR) .

При падении света на границу раздела двух сред световая энергия делится на две части: одна отражается от границы, другая — проникает через границу раздела во вторую среду. Доля отраженной энергии зависит от угла падения. Начиная с некоторой его величины, вся световая энергия отражается от границы раздела. Это явление называется полным внутренним отражением . Однако при контакте более плотной оптической среды (в нашем случае поверхность пальца) с менее плотной (в практической реализации, как правило, поверхность призмы) в точке полного внутреннего отражения пучок света проходит через эту границу. Таким образом, от границы отразятся только пучки света, попавшие в такие точки полного внутреннего отражения, к которым не были приложены бороздки папиллярного узора поверхности пальца. Для фиксации получившейся световой картинки поверхности пальца используется специальная камера (ПЗС или КМОП в зависимости от реализации сканера).

2. Оптоволоконные сканеры (fiber optic scanners) - представляют собой оптоволоконную матрицу, каждое из волокон которой заканчивается фотоэлементом.

Чувствительность каждого фотоэлемента позволяет фиксировать остаточный свет, проходящий через палец, в точке прикосновения рельефа пальца к поверхности сканера. Изображение отпечатка пальца формируется по данным каждого из элементов.

3. Электрооптические сканеры (electro- optical scanners) основаны на использовании специального электрооптического полимера, в состав которого входит светоизлучающий слой.

При прикладывании пальца к сканеру неоднородность электрического поля у его поверхности (разность потенциалов между бугорками и впадинами) отражается на свечении этого слоя так, что он высвечивает отпечаток пальца. Затем массив фотодиодов сканера преобразует это свечение в цифровой вид.

4. Оптические протяжные сканеры (sweep optical scanners) в целом аналогичны FTIR-устройствам.

Их особенность в том, что палец нужно не просто прикладывать к сканеру, а проводить им по узкой полоске - считывателю. При движении пальца по поверхности сканера делается серия мгновенных снимков (кадров). При этом соседние кадры снимаются с некоторым наложением, т. е. перекрывают друг друга, что позволяет значительно уменьшить размеры используемой призмы и самого сканера. Для формирования (точнее сборки) изображения отпечатка пальца во время его движения по сканирующей поверхности кадрам используется специализированное программное обеспечение.

5. Роликовые сканеры (roller- style scanners) . В этих миниатюрных устройствах сканирование пальца происходит при прокатывании пальцем прозрачного тонкостенного вращающегося цилиндра (ролика).

Во время движения пальца по поверхности ролика делается серия мгновенных снимков (кадров) фрагмента папиллярного узора, соприкасающегося с поверхностью. Аналогично протяжному сканеру соседние кадры снимаются с наложением, что позволяет без искажений собрать полное изображение отпечатка пальца. При сканировании используется простейшая оптическая технология: внутри прозрачного цилиндрического ролика находятся статический источник света, линза и миниатюрная камера. Изображение освещаемого участка пальца фокусируется линзой на чувствительный элемент камеры. После полной «прокрутки» пальца, «собирается картинка» его отпечатка.

6. Бесконтактные сканеры (touchless scanners) . В них не требуется непосредственного контакта пальца с поверхностью сканирующего устройства.

Палец прикладывается к отверстию в сканере, несколько источников света подсвечивают его снизу с разных сторон, в центре сканера находится линза, через которую, собранная информация проецируется на КМОП-камеру, преобразующую полученные данные в изображение отпечатка пальца.

Полупроводниковые (кремниевые) сканеры

В основе этих сканеров использование для получения изображения поверхности пальца свойств полупроводников, изменяющихся в местах контакта гребней папиллярного узора с поверхностью сканера. В настоящее время существует несколько технологий реализации полупроводниковых сканеров.

1. Емкостные сканеры (capacitive scanners) - наиболее широко распространенный тип полупроводниковых сканеров, в которых для получения изображения отпечатка пальца используется эффект изменения емкости pn-перехода полупроводникового прибора при соприкосновении гребня папиллярного узора с элементом полупроводниковой матрицы.

Существуют модификации описанного сканера, в которых каждый полупроводниковый элемент в матрице сканера выступает в роли одной пластины конденсатора, а палец - в роли другой. При приложении пальца к сенсору между каждым чувствительным элементом и выступом-впадиной папиллярного узора образуется некая емкость, величина которой определяется расстоянием между поверхностью пальца и элементом. Матрица этих емкостей преобразуется в изображение отпечатка пальца.

2. Чувствительные к давлению сканеры (pressure scanners) - в этих устройствах используются сенсоры, состоящие из матрицы пьезоэлементов.

При прикладывании пальца к сканирующей поверхности выступы папиллярного узора оказывают давление на некоторое подмножество элементов поверхности, соответственно впадины никакого давления не оказывают. Матрица полученных с пьезоэлементов напряжений преобразуется в изображение поверхности пальца.

3. Термо-сканеры (thermal scanners) - в них используются сенсоры, которые состоят из пироэлектрических элементов, позволяющих фиксировать разницу температуры и преобразовывать ее в напряжение (этот эффект также используется в инфракрасных камерах).

При прикладывании пальца к сенсору по температуре прикасающихся к пироэлектрическим элементам выступов папиллярного узора и температуре воздуха, находящегося во впадинах, строится температурная карта поверхности пальца и преобразуется в цифровое изображение.

Данные типы сканеров являются самыми распространенными. Во всех приведенных полупроводниковых сканерах используются матрица чувствительных микроэлементов (тип которых определяется способом реализации) и преобразователь их сигналов в цифровую форму. Таким образом, обобщенно схему работы приведенных полупроводниковых сканеров можно продемонстрировать следующим образом:

4. Радиочастотные сканеры (RF- Field scanners) - в таких сканерах используется матрица элементов, каждый из которых работает как маленькая антенна.

Сенсор генерирует слабый радиосигнал и направляет его на сканируемую поверхность пальца. Каждый из чувствительных элементов принимает отраженный от папиллярного узора сигнал. Величина наведенной в каждой микроантенне электро-движущая сила (ЭДС) зависит от наличия или отсутствия в близи нее гребня папиллярного узора. Полученная таким образом матрица напряжений преобразуется в цифровое изображение отпечатка пальца.

5. Протяжные термо-сканеры (thermal sweep scanners) - разновидность термо-сканеров, в которых для сканирования (так же как и в оптических протяжных сканерах), необходимо провести пальцем по поверхности сканера, а не просто приложить его.

6. Емкостные протяжные сканеры (capacitive sweep scanners) - используют аналогичный способ покадровой сборки изображения отпечатка пальца, но каждый кадр изображения получается с помощью емкостного полупроводникового сенсора.

7. Радиочастотные протяжные сканеры (RF- Field sweep scanners) - аналогичны емкостным, но используют радиочастотную технологию.

Ультразвуковые сканеры

Ультразвуковое сканирование - это сканирование поверхности пальца ультразвуковыми волнами и измерение расстояния между источником волн и впадинами и выступами на поверхности пальца по отраженному от них эху. Качество получаемого таким способом изображения в 10 раз лучше, чем полученного любым другим, представленным на биометрическом рынке методом. Кроме этого, стоит отметить, что данный способ практически полностью защищен от муляжей, поскольку позволяет кроме отпечатка пальца получать и некоторые дополнительные характеристики о его состоянии (например, пульс внутри пальца).

Примеры использования сканеров отпечатков пальцев

Основное применение технологии распознавания по отпечаткам пальцев – защита от несанкционированного доступа. Чаще используются в охранных системах и системах учета рабочего времени сотрудников.

Для контроля доступа, сканеры отпечатков пальцев встраивают в ноутбуки, мобильные телефоны, внешние накопители, флэш-карты и т.д. и т.п.