I

Smartphones med fingeraftrykssensorer har oversvømmet markedet, men det er ikke længe siden disse sensorer begyndte at gøre det til smartphones i budgetsegmentet. Disse sensorer er blevet hurtigere og mere sikre i nyere tid. Som et resultat bruges disse sensorer primært til smartphonesikkerhed i disse dage.

Den skæve konkurrence i smartphoneindustrien og teknologien under udvikling har bragt os ind i den fase, hvor vi støder på en ny innovation hver anden dag. Fingeraftrykssensorer er også kommet langt væk, hvor det aktuelle buzzword er fingeraftrykssensorer på skærmen. Smartphone-producenter som Xiaomi, Realme og Oppo har sørget for, at teknologien ikke kun er begrænset til flagskibsenheder.

Nylige enheder som Realme X, Redmi K20 og OPPO K3 tilbyder fingeraftryksscannere på skærmen til en pris, der er svær at fordøje. Med alt dette i tankerne skal vi finde ud af, hvad der er denne fingeraftrykssensorteknologi i displayet, og hvordan den fungerer.

Historie

Lad os begynde fra starten, når det hele startede. At dykke ind i historien om fingeraftrykslæsere på mobile enheder fører os til ' Pantech GI100 ', der blev lanceret tilbage i 2004. Denne enhed var udstyret med en fingeraftrykslæser, den første af sin art. De næste enheder, der fulgte trenden ' G900 og G500 ', kom fra folk som Toshiba i 2007. Senere sluttede producenter som HTC, Acer og Motorola ligaen med deres respektive enheder. Apple sluttede sig også til festen i 2013 med iPhone 5s at få en fingeraftrykssensor. Den kaldte Cupertino-baserede kæmpe kaldte det Touch ID. Siden da har fingeraftrykssensorteknologier gennemgået nogle store ændringer.

Tekniske entusiaster ved måske, at der er tre forskellige fingeraftryksgodkendelsesteknologier i aktion. Men fingeraftrykteknologien på skærmen har i øjeblikket kun fordel af de to.

Før vi kommer ind i det store billede, lader os forstå den grundlæggende teknologi i værker bagved. Alle fingeraftrykssensorer fungerer ved at spore de unikke sporingsrygge og linjer på dine fingre. Imidlertid kan forskellige teknologier være på arbejde i denne sporingsproces, herunder optisk scanning, kapacitiv scanning eller ultralydsscanning.

Typer af fingeraftryksscannere

1. Optiske scannere (bruges i fingeraftryksensorer på skærmen)
2. Ultralydsscannere (bruges i fingeraftryksscannere på skærmen)
3. Kapacitive scannere

In-display optiske scannere

Optiske scannere har eksisteret i et stykke tid nu og er de ældste metoder til godkendelse af fingeraftryk. Imidlertid er optiske sensorer på displayet forholdsvis nye for smartphones. Vivo Apex, en konceptenhed, der blev fremvist på MWC 2018, vendte mange hoveder i smartphoneindustrien. Enheden indeholdt 'CLEAR ID 9500', en optisk fingeraftrykssensor udviklet af Synaptics, den amerikanske baserede sensorproducent. Det blev senere bragt til forbrugerne i en ny enhed kaldet 'Vivo X20 Plus UD'. Det nye design blev snart vedtaget af virksomheder som OPPO, Samsung, Huawei og mere. Det meste af den fingeraftrykssensor, vi ser, er en optisk fingeraftrykssensor, og de kan let forbindes med Arduino, Raspberry pi og andre mikrocontrollere.

Arbejde med optisk fingeraftrykssensor

Teknologien er afhængig af at tage et billede af dit fingeraftryk og yderligere analysere, om det aktuelle fingeraftryk matcher det gemte billede. En ladningskoblet enhed (CCD) sidder i hjertet af en optisk sensor, den samme sensor, der bruges i digitale kameraer og videokameraer. For folk, der ikke er opmærksomme på, er en CCD en række lysfølsomme dioder kaldet fotosites, som genererer elektriske signaler som reaktion på lysfotoner.

Så snart du lægger fingeren på sensoren, lyser en række lysdioder (LED'er) op for at belyse rygge og huller, og et CCD-kamera tager hurtigt et billede af det samme. CCD-systemet genererer et omvendt billede af fingeren med mørkere områder, der repræsenterer mere reflekteret lys og lysere områder, der repræsenterer mindre reflekteret lys. Det optagne billede sammenlignes derefter med det gemte billede.

De optiske sensorer er lette at narre, da den anvendte teknologi fanger et 2D-billede, og et billede af god kvalitet muligvis kan gennembringe denne sikkerhed. Det er værd at bemærke, at teknologien kun fungerer med OLED-skærme, hvor der er huller i bagplanet. Oprindeligt var fingeraftrykssensorer på skærmen ikke så pålidelige og hurtige som de er nu. Men tingene har ændret sig til fordel for disse sensorer i nyere tid.

Ultralydsscannere på skærmen

Ultralydssensorer er den nyeste af fingeraftrykteknologier, der anvendes. Som navnet antyder, bruger disse sensorer højfrekvent ultralydslyd til at kortlægge dit fingeraftryk. Samsung samarbejdede med Qualcomm om at bringe den første enhed med en in-display ultralyds fingeraftrykssensor 'Galaxy S10 / S10 +. Enheden var også den første, der havde Qualcomms 3D Sonic-sensor, som er en iteration af Sense ID.

Qualcomms nyeste ultralydsteknologi fungerer gennem glas, der er op til 800 mikron tyk. Virksomheden hævder en latenstid på 250 millisekunder til oplåsning, hvilket er tæt på, hvad en kapacitiv fingeraftryksscanner kan opnå.

Arbejde med ultralydsfingeraftrykssensor

Hardware på disse scannere består af en ultralydssender og modtager. Scanningsprocessen begynder, så snart en fingerspids er placeret på sensoren. En ultralydspuls transmitteres af senderen, der kolliderer med rygge og dale ved fingerspidsen, noget af impulstrykket absorberes, og noget af det springes tilbage til sensoren. Mængden af ​​absorption og tilbagespring af pulsen varierer med forskellige fingeraftryk. Når man bevæger sig videre, bruges en sensor, der er i stand til at detektere mekanisk stress, til at beregne intensiteten af ​​den tilbagevendende ultralydspuls på forskellige punkter på scanneren. Disse scannere får detaljeret detaljeret information, hvilket resulterer i en detaljeret 3D-replika af det scannede fingeraftryk.

Da disse scannere ligger under skærmen. Bølgerne fra ultralydssensorer skal bevæge sig gennem skærmens bagplan, glas og beskyttelsesdæksel, før de når din finger. Derfor sikrer producenterne, at glasset, der bruges til visning, ikke er for tykt. Når det er sagt, tilrådes det ikke at tilføje ekstra beskyttelse, såsom en skærmbeskytter, som kan forhindre, at denne teknologi fungerer korrekt.

Ikke mange enheder leveres med en ultralydssensor, der er den dyreste af tilgængelige teknologier. Flagskibsenheder som Samsung Galaxy S10 / 10 + er udstyret med en ultralydssensor. Der er dog stadig noget tid, indtil vi ser denne teknologi trænge igennem budgetsegmentet.

Kapacitive scannere

Kapacitive sensorer er de mest anvendte sensorer i disse dage og kan findes på alle andre enheder, som du støder på. Disse sensorer bruger kondensatorer som kernekomponenten, som er en elektronisk komponent, der bruges til lagring af elektrisk energi. Teknologien bruges i øjeblikket ikke til fingeraftryksscanning på skærmen.

Funktion af kapacitiv fingeraftrykssensor

Disse sensorer scanner også rygge og dale på fingeraftryk. I dette tilfælde bruges elektrisk strøm til at indsamle data i stedet for lys. En række kondensatorer er placeret under scanningsoverfladen for at indsamle fingeraftryksdetaljer. Når en fingerspids placeres på scanningsoverfladen, ændres opladningen, der er gemt på kondensatoren. Denne forskel i opladning spores af et op-amp integrator kredsløb, som yderligere registreres af en analog-til-digital konverter.

De indsamlede data bruges til godkendelse. Det er værd at bemærke, at kapacitive sensors evne øges med stigningen i antallet af kondensatorer. Disse scannere tilbyder bedre sikkerhed er hurtige og sindssygt vanskelige at blive narret. Kapacitive sensorer er dyrere sammenlignet med optiske og blev kun brugt i flagskibsenheder dengang. Desuden er dette 2019, og kapacitive sensorer er trængt ind i alle segmenter i smartphoneindustrien. Kapacitive berøringspads er billige og kan let integreres af enhver enhed.

Algoritme og kryptografi

Scanning er kun halvdelen af ​​processen, når det er sagt, at det er vigtigt at gemme dataene et sikkert sted. Til denne proces tilføjes en dedikeret IC til sensoren, der beskæftiger sig med fortolkning af scannede data og yderligere transmission af dem til processoren. Det sikrede sted er utilgængeligt, og selv rooting kan ikke hjælpe med at bryde ind. Hver producent har en anden tilgang og bruger forskellige algoritmer til at identificere vigtige fingeraftryksegenskaber. Generelt ser disse algoritmer efter meget specifikke funktioner kaldet minutiae, hvor linjerne i dit fingeraftryk slutter eller deles i to. Derfor kan scanneren matche disse detaljer i stedet for at scanne hele fingeraftrykket igen. Hvilket gør hele processen en smule hurtigere.

Fortsat videre har disse sensorproducenter separate systemer til opbevaring. ARM bruger, Trusted Execution Environment (TEE) -baseret TrustZone-teknologi, der lagrer data et sikkert sted inde i hovedprocessoren. Qualcomm på den anden side bruger Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) til at sikre private krypteringsnøgler og adgangskoder. Disse systemer kan have forskellige navne, men alle har et fælles mål, der er at beskytte data.

Hvilket er bedre Optisk eller Ultralyd?

Ultralydsscannere er selvfølgelig bedre, da de drager fordel af 3D-scanningsprocessen, mens optiske scannere bare er i stand til 2D-scanning som nævnt før. Udover disse er ultralydssensorer ekstremt små i størrelse, Qualcomms nyeste 3D-soniske sensor måler kun 0,2 mm. Disse sensorers lille formfaktor imødekommer den aktuelle efterspørgsel efter tynde og rammefri enheder. Når vi bevæger os længere, påvirkes disse sensorer heller ikke af støv, fedt eller våde hænder.

Der er dog ikke mange enheder, der bruger ultralydssensorer, og det har fuldstændig at gøre med produktionsomkostningerne. Disse sensorer er dyre og er kun tilgængelige på udvalgte enheder flagskibsenheder fra nu af.

Hvad er de seneste enheder med fingeraftryksscannere på skærmen?

Nå nu hvor du er opmærksom på de nuværende teknologier og deres funktion. Det ville være endnu bedre, hvis du er opmærksom på de nylige enheder med fingeraftrykssensorer på displayet og deres type.

Enheder med optiske in-display scannere	Enheder med ultralydsscannere på skærmen
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