Типы сканеров
Оптический
Этот вид сенсора работает по простому принципу: есть фоточувствительная матрица (в большинстве случаев это ПЗС, которая используется во многих современных камерах) и несколько небольших светоизлучателей, которые подсвечивают поверхность пальца.
Свет отражается от папиллярного узора, и в зависимости от того, попал луч света на гребень или на впадину, интенсивность его варьируется.
Внешнее стекло такого сканера тонкое, чтобы вызвать эффект полного нарушенного внутреннего отражения. Из-за этого эффекта свет в местах контакта кожи со стеклом — на гребнях — полностью отражается в фотосенсор
Проще всего понять принцип если взять в руки стакан с водой
Сам по себе этот датчик является довольно громоздким. Нужна большая камера и маленький излучатель света. Также такой сенсор подвержен серьезной проблеме: свет может одинаково отражаться от кожи и от другого материала, что упрощает подделку отпечатка. Сейчас они почти не применяются.
Полупроводниковый
В таких сканерах используются полупроводники, которые меняют свои свойства при касании. Они могут реагировать на: тепло, давление, проводимость.
- Термический сенсор реагирует на изменение проводимости полупроводника в зависимости от температуры. Воздух и кожа с разной скоростью передают тепло, что и формирует “рисунок” для сенсоров данного типа.
- Сенсор давления реагируют на давление каждого участка кожи на поверхность полупроводника и регистрируют разницу в давлении впадин и гребней формируя “рисунок”. Являются очень хрупкими и их легко вывести из строя сильным надавливанием.
- Емкостный сенсор использует КМОП(aka CMOS) датчики, которые выступают в роли конденсаторов способных пропустить небольшой заряд через поверхность пальца. Воздух и кожа по-разному изолируют электрический ток, а значит чем больше емкость конденсатора тем больше воздуха попало между сенсором и кожей. Эти сенсоры являются самыми универсальными и именно их устанавливают в большинство современных смартфонов.. Обмануть такой сканер довольно сложно. Для создания муляжа нужно подобрать материал, который обладает всеми необходимыми эффектами и иметь качественный отпечаток.
Ультразвуковой
Этот тип сенсоров использует точные часы и работает по принципу эхолота. Излучатель посылает высокочастотный импульс, который отражается от поверхности пальца и регистрируется датчиком. Сигналу, который попал в область впадины требуется больше времени, для того чтобы вернуться, чем сигналу который попал на гребень. Так и происходит формирование “рисунка”.
Данный тип сенсора способен давать очень точное “изображение” при этом учитывается на только факт касания, но и глубина каждого отдельного участка кожи. Из-за этой особенности на сканирование уходит чуть больше времени и себестоимость такого устройства выше.
Такой сенсор не требует отдельной поверхности могут работать сквозь плотный материал, что позволяет их интегрировать прямо в экран смартфона. Такие решения уже реализованы в Samsung S10 Plus, Huawei P30 Pro, One Plus 7, Xiaomi Mi 9.
Сканирование и анализ
Обработка отпечатка
Полученный со сканера рисунок делается черно-белым (бинаризуется) и уменьшается до такого размера, чтобы каждая папиллярная линия занимала один пиксель в ширину. Это сильно упрощает последующий анализ.
Полученное изображение разбивается на блоки размером 3x3 пикселя. В центре каждого блока должен присутствовать закрашенный пиксель папилярной линии. Если вокруг этого пикселя находится ровно один или три других таких же, то такой блок считается характеристикой1 и сохраняется вместе с типом признака и его координатами.
Сравнение отпечатка
Для сравнения нужно повторить процедуру обработки описанную выше, чтобы получить блоки для сравнения. При сравнении блоков нужно устранить последствия поворота и смещения пальца, после чего нужно сравнивать блоки попарно, чтобы найти два однотипных блока в одном и том же месте. Чем больше таких блоков найдена, тем выше вероятность того, что сравниваемые отпечатки принадлежат одному и тому же человеку. Обычно доля таких блоков составляет не более 45-55%.
Хранение
Отпечатки пальцев хранятся в виде описания положений и типов блоков. Обычно эти данные зашифрованы с помощью AES с длиной ключа больше 128 бит и находятся в специальной защищенной области памяти или на отдельном физическом чипе. Ключ шифрования сохраняется в Secure Enclave в случае с устройствами Apple. Производители Android смартфонов решают эту проблему по-разному. Из типовых решений можно отметить:
-
Есть два вида локальных характеристик: окончания и разветвления (в медицине — бифуркации). Их можно найти на готовом отпечатке, а вот разглядеть без лупы на собственном пальце практически невозможно. ↩︎