Дактилоскопический сканер что это
Одним из важных условий повышения результативности работы АДИС (AFIS) является использование современных цифровых технологий ввода дактилоскопической информации, призванных заменить традиционное чернильное дактилоскопирование и сканирование бумажных носителей на планшетных сканерах.
Цифровые технологии ввода, основанные на применении электронных дактилоскопических сканеров, позволяют наиболее точно фиксировать изображения дактилоскопических отпечатков и формировать высококачественные дактилоскопические массивы.
Высокое качество отпечатков гарантирует высокую точность автоматического распознавания и кодирования изображений в АДИС (AFIS), и как следствие, повышение ее важнейших поисковых характеристик (надежности, избирательности, быстродействия).
Помимо кардинального улучшения качества дактилоскопических массивов, применение дактилоскопических сканеров позволяет решать еще ряд важнейших задач, возникающих при построении систем дактилоскопической идентификации:
- обеспечение высокой оперативности ввода информации в АДИС (AFIS) (исключается этап создания и сканирования бумажных дактилокарт)
- обеспечение удаленной передачи информации из системы электронного дактилоскопирования в АДИС (AFIS) по телекоммуникационным каналам
- обеспечение минимизации влияния человеческого фактора при регистрации дактилоскопической информации.
Широкое применение АДИС (AFIS) для нужд правоохранительных органов, возросший интерес к применению методов дактилоскопической идентификации личности в гражданских системах безопасности повлекли за собой рост предложений дактилоскопических сканеров от фирм-производителей всего мира.
Сегодня на рынке представлено множество моделей сканеров отпечатков пальцев и ладоней различного типа (оптические, емкостные, термические, электромагнитные и т.д.).
При создании криминалистических идентификационных систем (АДИС (AFIS)) наибольшее распространение получили оптические дактилоскопические сканеры.
Первые оптические сканеры появились более 50-ти лет назад.
 |  |
| Первый запатентованный в Советском Союзе (1956 г.) оптический прибор – папилляроскоп, предназначенный для дактилоскопического исследования отпечатков пальцев рук. | |
Принцип работы оптических сканеров основан на эффекте нарушенного полного внутреннего отражения света на границе прозрачных сред – лучи подсветки призмы, падающие с ее внутренней стороны, полностью отражаются на участках, соответствующих впадинам папиллярного узора, чего не происходит на участках, соответствующих папиллярным гребням.
Качественные оптические сканеры формируют изображения с лучшими характеристиками по разрешению и динамическому диапазону, по сравнению с другими типами приборов.
Критерии выбора дактилоскопического сканера для работы в АДИС (AFIS)
При выборе дактилоскопических сканеров и систем бескраскового дактилоскопирования необходимо руководствоваться следующими критериями:
- Функциональность сканера и размер окна сканирования
- Соответствие характеристик формируемого изображения требованиям нормативных документов
- Способность к компенсации смаза изображения (для сканеров, выполняющих прокатку пальцев)
- Способность к формированию качественных изображений для сложных пальцев (сухие, стертые, с низким рельефом папиллярных линий)
- Способность к исключению влияния влажности при сканировании чрезмерно влажных рук и запотевании призмы
Удобство программного интерфейса пользователя и прочие эргономические характеристики (например, соответствие габаритов и исполнения устройства условиям эксплуатации)
Относительная значимость основных характеристик сканера
(по оценке АО «ПАПИЛОН»)
Функциональность сканера и размер окна сканирования
Выбор функционального типа сканера зависит от характера стоящей перед ним задачи:
Для поддержки данного режима достаточно применения однопальцевого дактилоскопического сканера с чувствительной областью, предназначенной для сканирования одного неподвижно прижатого пальца.
Размер зоны сканирования должен обеспечивать получение полных необрезанных дактилоскопических изображений.
Несоблюдение этого требования ведет к утере части признаков, и следовательно, к снижению эффективности работы АДИС (AFIS).
Также недостаточный размер окна сканирования усложняет работу оператора по позиционированию пальцев дактилоскопируемого лица на панели прибора.
Соответствие характеристик изображения требованиям нормативных документов
Для тестирования планшетных и дактилоскопических сканеров на предмет сертификации в ФБР США используется «Методика тестирования для проверки требований к качеству изображений, получаемых со сканера, в системе АДИС (AFIS)» («Test Procedures for Verifying IAFIS Scanner Image Quality Requirements», CJIS-TD-0010 v.7).
Требования этого документа были продублированы в ряде международных стандартов в области биометрии, а затем и в российских национальных стандартах.
В частности, ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-4-2006 «Автоматическая идентификация. Идентификация биометрическая. Форматы обмена биометрическими данными. Часть 4. Данные изображения отпечатка пальца» прямо предписывает необходимость сертификации на соответствие требованиям ФБР для сканеров, используемых в целях обеспечения правопорядка.
Данные требования регламентируют основные количественные характеристики качества изображения, получаемого с дактилоскопического сканера, в том числе:
- разрешение считывания отпечатков пальцев (требуемое значение – 500±5 ppi в продольном и поперечном направлениях)
- геометрическая точность изображения (уровень оптических искажений прибора)
- характеристики передаточной функции (способность сканера к точному воспроизведению пространственно-периодичной картины изображения).
- отношение сигнал-шум (устойчивость уровня выходного сигнала к влиянию аппаратных, электромагнитных помех, изменению параметров электропитания и т.д.)
- динамический диапазон шкалы «серого» (способность к созданию достаточно контрастных изображений)
- линейность шкалы «серого» (правильность передачи градаций полутоновых изображений отпечатков)
- однородность уровня «серого» (идентичность изображений отпечатка одного и того же пальца, полученных на различных участках окна сканирования)
Конечно, сертификация необходима, являясь надежным доказательством высокого профессионального уровня разработчиков приборов. Однако, наличие у дактилоскопического сканера сертификата ФБР не является гарантией высокой эффективности прибора при практическом использовании в АДИС (AFIS). Объяснение этому простое: на дактилоскопические сканеры перенесены требования, предъявляемые к планшетным сканерам, назначение которых – без искажения преобразовать в электронный вид ранее созданный неподвижный, плоский, бумажный оригинал (дактилокарту).
Для дактилоскопических сканеров, являющихся инструментами не преобразования, а исходной регистрации дактилоскопической информации, необходим контроль дополнительных, не учтенных пока в нормативных документах требований качественного характера, выполнение которых имеет критически важное значение при формировании изображений, прямо влияя на качество создаваемых массивов и показатели работы АДИС (AFIS):
- способность к компенсации смаза изображений при прокатке пальцев
- способность качественного сканирования «плохих» пальцев (излишне сухих, с низким рельефом папиллярного узора, со стертым папиллярных узором, т.н. «пальцы домохозяйки» и т.д.)
- способность качественного сканирования влажных рук (повышенная потливость).
Необходимость полной прокатки пальцев и компенсации смаза изображений.
Предприятием АО «Папилон» были проведены статистические исследования на базе данных АДИС (AFIS) размером 2 млн дактилокарт и 130 тыс следов в одном из крупных городов России:
Режим работы
2. Замена прокатанных отпечатков пальцев контрольными оттисками (55% от площади изображений прокатанных пальцев)
Результат Снижение надежности поиска на 35%
Режим работы
3. Замена прокатанных отпечатков пальцев оттисками пальцев размером дюйм на дюйм (такой размер принят в некоторых зарубежных АДИС (AFIS)). Площадь «обрезанных» изображений меньше площади исходных изображений в среднем на 9%.
Результат Снижение надежности поиска на 7%
Режим работы
4. Изменение некоторых параметров изображений, проверяемых при сертификации дактилоскопических сканеров (речь о них шла выше):
– уменьшение разрешения изображений отпечатков с 500 до 400 ppi
Результат Снижение надежности поиска на 1%
– уменьшение разрешения изображений отпечатков с 500 до 300 ppi
Результат Снижение надежности поиска на 3%
– искусственное сужение динамического диапазона изображений со 128 до 16-ти уровней серого
Результат Снижение надежности поиска на 2%
– искусственные геометрические искажения отпечатков, в среднем ±5%
Результат Снижение надежности поиска на 0,5
Полученные результаты показали:
В приведенных ниже примерах следы идентифицированы в АДИС (AFIS) по прокатанным отпечаткам, но не идентифицированы по участкам размером дюйм на дюйм.
Изображение следа (11 закодированных точек)
Прокатанный отпечаток пальца
Во введенный в АДИС (AFIS) участок размером дюйм на дюйм (выделен рамкой) попали только четыре точки.
Изображение следа (18 закодированных точек)
Прокатанный отпечаток пальца
Во введенный в АДИС (AFIS) участок размером дюйм на дюйм (выделен рамкой) попали только 4-5 точек.
Механизм образования смаза при прокатке и способы компенсации. Изображение прокатанного отпечатка пальца представляет собой развертку рисунка папиллярных линий поверхности пальца на плоскость бумаги или чувствительной призмы прибора, в зависимости от используемого метода дактилоскопирования.
Геометрическая форма ногтевой фаланги пальца не совпадает с идеальной поверхностью вращения в форме цилиндра, и при прокатке происходит проскальзывание пальца по призме (или бумаге) с образованием смазов изображения. Чем полнее прокатывается палец, тем больше вероятность появления смаза.
Также степень проявления данного дефекта изображения зависит от анатомических особенностей пальца и навыка оператора дактилоскопирования.
На дактилокартах с полной прокаткой пальцев, создаваемых по чернильной технологии, в результате смаза появляются области, мало или вовсе непригодные для распознавания. Еще раз отметим, что для чернильной технологии данный дефект изображения является практически неустранимым.
Смаз прокатанного изображения на бумажной дактилокарте
При прокатке пальцев на дактилоскопических сканерах ситуация другая.
Существуют аппаратные и программные методы, позволяющие, при их успешной реализации, практически полностью устранить явление смаза на формируемом изображении и при прочих равных условиях увеличить его полезную площадь на 5-10% (именно такая часть отпечатка в среднем оказывается непригодной на бумажных картах).
К аппаратным методам компенсации смаза относятся:
- увеличение частоты обновления кадров при захвате изображения,
- использование протяжки линейного чувствительного элемента.
Недостаток первого способа в том, что он требует применения камер с высокой частотой кадров.
Камеры с высокой частотой и высоким разрешением дороги, их применение резко увеличивает себестоимость производства сканера и является, по сути, решением проблемы за счет потребителя.
Попытки использования камер с меньшим разрешением (и соответственно, более дешевых) оборачиваются уменьшением размеров области сканирования и снижением информативности получаемых дактилоскопических изображений.
Недостатком второго способа аппаратной компенсации является наличие в конструкции прибора перемещаемых механических частей и средств автоматики, усложняющих прибор, снижающих его надежность и требующих периодического обслуживания или замены (например, обмотки и подвижные части шагового электродвигателя, привод перемещения каретки, концевые выключатели и т.д.).
При программной компенсации смаза результирующее изображение прокатанного отпечатка формируется путем программной склейки фрагментов последовательно снимаемых кадров.
Данный подход лишен недостатков аппаратных методов, но предъявляет, в свою очередь, высокие требования к разработчикам программного обеспечения для сканеров.
Таким образом, создание сканера, устраняющего проблему смаза и формирующего изображение с высоким разрешением, а также имеющего при этом цену, приемлемую для потребителей, является противоречивой и сложной задачей.
Не всем разработчикам удается ее успешное решение, а значит, не все приборы, выполняющие прокатку пальцев, одинаково надежно справляются с проблемой смаза.
Проверка способности сканера к компенсации смаза
Поскольку в настоящее время не существует методик, контролирующих способность дактилоскопического сканера к компенсации смаза при прокатке, можно порекомендовать потребителям при выборе прибора самостоятельно визуально оценивать качество формируемых изображений.
Для этого достаточно прокатать большие пальцы (дающие, как правило, максимальный смаз) нескольких человек и, распечатав полученные изображения, внимательно их просмотреть.
“Неприкрытый” смаз – на изображении присутствуют резкие сдвиги и разрывы
“Стыдливый” смаз – сдвиги и разрывы на изображении затушеваны
Качественная компенсация смаза
Сканирование «плохих» пальцев и исключение влияния влаги
Излишне сухая или потная кожа, папиллярные узоры со стертым или мелким от природы рельефом – все эти факторы искажают истинную картину формируемого дактилоскопического отпечатка.
Изображения сухих и стертых пальцев получаются малоконтрастными, с плохо различимым рисунком линий, происходит утрата части значимых деталей из-за отсутствия непосредственного контакта естественно увлажняющей палец субстанции и поверхности призмы.
Изображения излишне потных пальцев, наоборот, очень темные, отдельные области могут сливаться в яркие черные пятна, вследствие заполнения влагой межгребневого пространства папиллярных линий.
Качественный дактилоскопический сканер должен снижать негативное влияние перечисленных факторов и формировать информативное изображение дактилоскопического отпечатка вне зависимости от состояния кожи.
Проблема сухости кожи, например, во многом исключается применением эластичного покрытия контактной поверхности призмы. Отдельными производителями найдены эффективные решения для устранения влияния влаги.
Чтобы проверить, как прибор работает с сухими пальцами, нужно перед сканированием высушить кожу мелом или спиртом.
Имитировать потную кожу можно, просто окунув пальцы в воду или смочив их влажной салфеткой.
Анализ полученных изображений позволит сделать выводы об эффективности сканера при работе со сложными пальцами.
Низкая информативность изображения из-за чрезмерно сухого кожного покрова или недостаточного контакта с призмой прибора
Отпечаток очень потного пальца
Удобство программного интерфейса и эргономические характеристики
К показателям качества системы электронного дактилоскопирования можно отнести наличие ряда важных функций, обеспечивающих автоматизацию процесса сканирования и минимизацию влияния человеческого фактора на качество формируемого изображения, а также простоту и удобство работы.
Вместе с тем, невозможно составить исчерпывающий перечень функций, которыми должна обладать некая «идеальная» система электронного дактилоскопирования. Качественно разработанное программное обеспечение, как правило, придает системе гибкость, позволяющую адаптировать ее к требованиям конкретного заказчика и выполнению конкретно поставленной задачи.
Привет. С самого момента появления сканеров отпечатков пальцев в смартфонах меня интересовало, как они устроены. Да, в сети несложно найти и описание принципа работы разных типов сканеров, и их подробные технические характеристики, но согласитесь, читать про это – не то же самое, что разобрать и посмотреть. Поэтому не будем ходить вокруг да около – разбираем. В процессе написания этого материала меня посетила мысль, что статью можно назвать не «Записки мастера», а «Записки вандала», так как оба исследуемых объекта в процессе изучения оказались полностью уничтожены (так изначально и задумывалось, но всё же). 🙂
В качестве подопытных выступят сканер отпечатка пальца от Apple iPhone 6 и сканер отпечатка пальца от Samsung Galaxy S7 Edge.
Описывать внешний вид нет смысла, так как он давно всем известен, поэтому просто сравнение на фото.
По конструкции, кроме формы, на первый взгляд явных отличий не видно.
Для начала проверяем заявления о том, что кнопка Samsung легко царапается.
Этот факт я проверил ранее, и утверждение подтвердилось – кнопка очень легко царапается. Это не очень хорошо.
Пробуем поцарапать кнопку iPhone – это тоже оказывается очень просто. Странно, насколько я помню, прикрывать сканер должен сапфир. Но тут банальный, легко царапающийся пластик, хотя кнопка снята с оригинального телефона (кнопка очень похожа на неоригинальную, хотя Touch ID с ней работал, странно).
Однако из-за того, что окрашена кнопка с внутренней стороны, даже глубокие царапины видны лишь под определенным углом. Глядя на кнопку iPhone, задаешься вопросом, чем думали в Samsung, делая такое ненадежное покрытие на сканерах своих смартфонов.
Touch ID
Начнем со сканера iPhone. Разбираем кнопку, откидывая шлейф с кликером и крышкой, и заглядываем внутрь.
Я ожидал увидеть сложную конструкцию из большого количества элементов, а на деле – просто черная поверхность с небольшим окошком, в котором видны золотистые контакты.
И всё… Негусто. Продолжаем разбирать, отклеиваем от крышки, чтобы посмотреть, что там изнутри.
Может быть, все элементы там? А вот и нет. С обратной стороны нас ожидает то же самое. Мда, негусто.
Ну, необходимо довести дело до конца. Пробуем счистить черное изоляционное покрытие. Под этим покрытием обнаруживаются те же самые токопроводящие шлейфы, которые, судя по всему, играют роль генератора сигнала.
С обратной стороны – тоже без сюрпризов. Всё очень и очень просто, даже немного скучно.
Пожалуй этот тот самый случай, когда уместно будет сказать, что все гениальное просто.
Samsung
Теперь разбираем сканер Samsung. Идем по тому же пути, отклеивая шлейф с кликером от маталлической рамки, чтобы добраться до внутренностей.
Тут все собрано гораздо крепче и монолитнее и разбирается намного сложнее (как и телефоны Samsung в сравнении с Apple).
Отклеиваем от рамки и видим необычную ребристую текстуру, а слоеная конструкция при взгляде с торца больше всего напоминает фанеру.
Но раз есть слои, значит, есть что-то и между ними.
Теперь пробуем добраться до электроники, для чего пытаемся вскрыть саму площадку сканера.
Получается это только после приложения изрядных усилий. При ближайшем рассмотрении становится понятно, что корпус не открылся, а разломился, и структура внутри больше всего напоминает кевларовое волокно.
Если внимательно присмотреться, становятся видны контакты, которые проходят по всему периметру, от внутренней стороны к внешней, через всю толщу корпуса сканера.
Продолжаем совершенствоваться в вандализме и снимаем оболочку, чтобы добраться до шлейфов.
В какой-то момент появляется ощущение, что вот сейчас, еще чуть-чуть, но при очередном нажиме сканер просто ломается на части.
А вот на сломе виднеется что-то интересное.
Видно плату, от которой сквозь толщу материала к внешнему излучателю идут контакты в виде оловянных шариков, а на излучателе изнутри расположена так называемая «стекляшка», которая, судя по всему, служит фильтром сигнала от антенны.
Увы, рассмотреть все более детально не представляется возможным ввиду монолитности конструкции и жесткости материала корпуса сканера.
Очень сложная, многоуровневая конструкция у сканера Samsung. Наверное, еще и весьма недешевая в производстве. Только вот непонятно, зачем было городить весь этот огород? И ладно бы результат был от всех этих усилий, но нет, элементарная конструкция сканера iPhone на деле оказывается и быстрее, и точнее.
Вместо заключения
На самом деле, всю информацию о том, как работают дактилоскопические сканеры в разных смартфонах, можно прочесть в документации к этим самым сканерам. Кроме этого, описания технологий, применяемых в таких сканерах, также есть в свободном доступе в сети. Но одно дело – читать теорию, пусть даже и со схематическими изображениями, и совсем другое дело, когда есть возможность потрогать все своими руками, заглянув внутрь устройства, пусть даже и таким вандальным способом. Пишите в комментариях, о чем бы вам еще хотелось узнать с похожей точки зрения, или, проще говоря, что бы мне еще разобрать на составляющие части?
Даже у самых дешевых современных смартфонов есть сканеры отпечатков пальцев — эта «фишка» давно перестала быть эксклюзивом флагманов. Кроме того, в мобильниках используются сканеры нескольких типов — от старых и медленных оптических до емкостных и ультразвуковых. Емкостные — самые популярные, но ультразвуковые модели можно увидеть все чаще и чаще.
Развиваются и технологии распознавания лиц. Вместе с проверенным PIN-кодом и сканером отпечатков пальцев они поставят перед злоумышленником, который хочет получить доступ к вашим данным, непреодолимую преграду. Кроме того, они быстрее и удобнее в использовании, чем дактилоскопические сенсоры.
Предлагаем узнать обо всех этих типах аутентификации подробнее — осведомленный покупатель всегда делает наилучший выбор!
Для начала расскажем о сканерах отпечатков. Что такое отпечаток пальца? По сути, это просто большой и запутанный набор канавок и линий, уникальный для каждого человека (шанс встретить двух людей с одинаковыми отпечатками ничтожно мал). Эволюция создала отпечатки для того, чтобы нашим пальцам было проще хватать и удерживать объекты. Уникальность позволила найти им новое применение.
Процесс включения дактилоскопической аутентификации на смартфоне заключен в двух шагах.
Сначала отпечатки пальцев (как минимум одного) нужно зарегистрировать. Для этого палец прикладывают к сканеру несколько раз, чтобы тот считал всю необходимую информацию, а мобильник ее сохранил и зашифровал для дальнейшего использования.
Каждое использование сканера заставляет смартфон сверять полученные данные с уже имеющимися. Затем доступ к информации либо предоставляется, либо нет (и да, если ваши руки жирные, мокрые или грязные, результат, скорее всего, будет отрицательным).
Оптические сканеры отпечатков пальцев
Способ получения информации об отпечатке у таких сканеров — это свет. По сути, датчик «фотографирует» палец, а затем обрабатывает полученные данные с помощью особых алгоритмов, которые различают темные и светлые участки снимка. Обычно для освещения кожи используется небольшой, но яркий светодиод. Ключевая деталь — получение фотографии высокого разрешения и с хорошим балансом белого, чтобы нужную информацию можно было выделить проще.
Оптические сканеры были очень популярны в самом начале развития технологий биометрической аутентификации, и в смартфонах 2019 года используются редко. Во-первых, они занимают слишком много места внутри корпуса, во-вторых, легко обманываются обычной фотографией пальца.
Стоит отметить, что в некоторых современных мобильниках такие сканеры помещают под стекло экрана. В этом случае за освещение отвечают пиксели OLED-матрицы (и в моделях с LCD-дисплеями таких сканеров быть не может из-за конструкции подсветки), которые на короткое время загораются максимально ярко. Все особенности при этом остаются теми же — принцип работы существенно не меняется.
Емкостные сканеры отпечатков пальцев
Емкостные дактилоскопические датчики используют множество конденсаторов — электронных компонентов, которые удерживают небольшой заряд тока. Такие сканеры захватывают информацию о заряде разных участков пальца, который отличается в зависимости от высоты линий и глубины канавок. Последние заставляют конденсаторы получать заметно меньший заряд из-за воздуха между ними и поверхностью сканера.
Как обычно, после сканирования все полученные данные анализируются и сравниваются с референсными. При этом процесс куда лучше защищен, чем в случае с оптическими датчиками — обмануть емкостные не так уж просто, и простой фотографией или слепком тут не обойтись. Именно благодаря этому преимуществу емкостные сканеры встречаются в смартфонах чаще всего.
Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев
Ультразвуковые дактилоскопические сканеры — самые новые и продвинутые, они начали появляться в смартфонах относительно недавно. Вместо света или электричества они используют высокочастотный звук, издаваемые трансмиттером, и ресивер, который принимает отраженные звуковые волны. Полученные ресивером данные преобразуются в 3D-модель поверхности пальца достаточно высокой четкости.
Чем дольше палец остается на поверхности такого сканера, тем больше информации о нем будет получено. Скорость не так высока, зато уровень безопасности данных — на высоте.
Ультразвуковые сканеры тоже иногда встраивают под стекло AMOLED-экранов (что, кстати, позволяет сделать более аккуратным дизайн устройства), но их часто ругают за неточность и медлительность в работе. К сожалению, несколько слоев стекла и светодиодов сильно препятствуют распространению звуковых волн — получить нужную 3D-модель в этих условиях значительно сложнее, а алгоритмы обработки должны быть настроены идеально.
Простое распознавание лица в Android
Функция сканирования лица пользователя и разблокировки с его помощью появилась в Android много лет назад — еще в Ice Cream Sandwich. Сегодня похожая технология есть внутри почти каждого мобильника, и это отличная альтернатива PIN-коду или отпечатку пальца.
К сожалению, стандартное распознавание лица пользователя никак не защищено от попыток взлома. Оно использует информацию с фронтального фотосенсора и простой алгоритм, который легко обмануть с помощью обычной фотографии, после предъявления которой смартфон с радостью предоставит доступ к вашим фото, видео и записям.
Скорость срабатывания простого распознавания сильно зависит от модели мобильника и производителя — то есть от конкретного модуля селфи-камеры и алгоритмов, которые анализируют полученные данные.
Samsung Intelligent Scan
Несколько лет назад одним из первых производителей, которые начали применять более продвинутые системы сканирования лица, стала южнокорейская компания Samsung. Ее сканеры радужной оболочки глаз работали вместе с обычными алгоритмами распознавания, в результате чего взломать такой смартфон было куда сложнее.
Как и отпечатки пальцев, рисунки радужки уникальны у каждого человека, и подделать их сложно. Правда, для такого сканирования понадобилось устанавливать дополнительные инфракрасные диоды.
В свежих топовых смартфонах Samsung перестала использовать сканер сетчатки глаз. Его не раз обвиняли в медлительности и неточности, хоть степень защиты при использовании всех способов вместе и была неплохой. При этом достаточно высокой ее назвать было тоже нельзя — к примеру, для проведения платежей флагманы Samsung все равно требовали сканирования отпечатка пальца.
Сканирование лица с инфракрасным сенсором
Дополнительный инфракрасный излучатель и камера, способная воспринимать инфракрасный свет, делают процесс сканирования лица гораздо более защищенным. Подделать фотографию в этом случае очень сложно, так как девайс считывает информацию не только о сетчатке, но обо всей поверности сразу. Такие сканеры отлично работают даже в темноте, и быстро.
Распространенность такого подхода нельзя назвать высокой, но он заметно дешевле других типов сканирования лиц. В качестве примера смартфона с инфракрасным излучателем можно назвать прошлогодний Xiaomi Pocophone F1.
Apple Face ID и 3D-сканирование
Впервые 3D-сканирование лица пользователя появилось в iPhone X. Эта технология с помощью сразу нескольких сенсоров составляет четкую «карту» рта, глаз, щек, лба и так далее. В случае с iPhone X это 30 тысяч точек инфракрасной матрицы, изменения в которых распознаются отдельной камерой. 3D-модель в результате можно использовать еще и для создания знаменитых «анимодзи».
Затем похожие технологии начали использовать и другие производители — например, Xiaomi, Oppo и Huawei. Все они тоже составляют точную «карту» лица, но ее разрешение может различаться от модели к модели — какие-то мобильники используют матрицы с 30 тысячами точек, другие — с 15 тысячами, третьи — всего с одной тысячей.
Обойти эту систему защиты практически невозможно — разблокировать смартфон с ней сможет либо ваш двойник, либо злоумышленник с искусно изготовленной копией лица, которая обладает теми же мельчайшими деталями. Согласитесь, провернуть такое сложно.
Стоит отметить, что эта технология — единственная технология сканирования лица, которой можно доверять аутентификацию онлайн-платежей. В остальных случаях нужно использовать либо сканер отпечатков пальцев, либо PIN-код, либо комплексный пароль.
Хранение биометрических данных
Android-устройства сохраняют эти данные в ARM-чипах типа Trusted Execution Environment (TEE), а iOS-девайсы — в чипе Secure Enclave. Идея одна и та же — другие компоненты смартфона получить доступ к ним не могут ни в каком случае.
Подведем итоги
Наилучшим способом защиты данных всегда будет сложный пароль — длинный, со множеством специальных символов и цифр. Естественно, запоминать сложную случайную последовательность таких символов хочет далеко не каждый, и именно поэтому в смартфонах появились всевозможные сканеры.
Хотите зашифровать личную или рабочую информацию более удобно? Используйте дактилоскопические датчики (лучше всего — емкостные) или 3D-сканеры лица (в идеале — их комбинацию). Остальные способы аутентификации либо устарели, либо недостаточно надежны.
Современные смартфоны оборудованы системами, которые позволяют пройти аутентификацию по биометрическим технологиям для разблокировки дисплея. Ниже рассматриваются основные типы модуля для проверки отпечатков пальцев, а также плюсы, минусы и принципы их действия.
Что такое сканер отпечатков пальца?
Этим термином называется элемент конструкции смартфона, идентифицирующий владельца через считывание и анализирование папиллярной прослойки на пальце. Для этого аппаратный компонент берет биометрические данные, а специализированные программы проверяют и сравнивают их с сохраненным на устройстве образцом.
Папиллярный узор образуется еще до рождения человека, не изменяясь на протяжении всей его жизни. Поэтому на пальцах имеется неповторимый набор впадин и выпуклостей, а также различие в характеристиках кожного покрова. Благодаря этой особенности при считывании биометрической информации сканер определяет присутствие тепла, электроемкости или оба варианта.
Виды дактилоскопического сканера
Изготовители мобильных аппаратов встраивают определители отпечатков емкостного, оптического и ультразвукового типа. Каждый из них различается конструкцией, присущим ей способом получения биометрии и условиях успешной проверки.
Емкостный сканер
Функционирует благодаря полупроводникам, которые присоединены сзади считывающего участка. Когда палец касается сканера, изменяется емкость, посредством которой определяется дистанция между папиллярной прослойкой и считывающей плоскостью. На возвышенных участках она меньше, а в месте наличия впадин больше. Благодаря этому создается схема папиллярного узора, которую программное обеспечение превращает в картинку и сравнивает с сохраненным при настройке в базе данных снимком.
Емкостный вид сканера обладает относительно малой стоимостью и быстро считывает отпечаток прислоненного пальца, выполняя процедуру под произвольным углом наклона. Но из-за массивности его трудно внедрить под дисплей, поэтому изготовители размещают модуль на обратной или боковой стороне мобильного устройства. Если палец смочен жидкостью или покрыт грязью, считывание не получится выполнить правильно.
Оптический сканер
Действует, формируя двухмерное изображение папиллярного узора. Модуль может быть выполнен в качестве площадки для соприкосновений или встраиваться прямо в дисплей мобильного аппарата.
Контактная площадка
Конструкция напоминает таковую у емкостной разновидности дактилоскопических сканеров. Однако устройство действует по технологии отражения, когда на приложенный к поверхности палец влияет излучаемый от вмонтированного источника свет. Часть фотонов подвергается отражению, попадая на собирающую их камеру. Благодаря такому процессу и создается двухмерная схема отпечатка.
В качестве преимуществ можно сказать, что контактная площадка быстро считывает информацию и сравнивает карту с образцом. А ее небольшие размеры позволяют изготовителям монтировать модуль дактилоскопии под дисплеем либо прямо в нем. Однако при сканировании грязного пальца генерируются ошибки и конструкция слабо защищена от повреждений.
Сканер внутри дисплея
Работает подобно контактной площадке, отличаясь конструкционными особенностями. Например, во время изготовления смартфона в определенной области экрана просверливается отверстие. Туда на определенном шаге технологического процесса вставляется считывающий элемент с сопоставимым размером. Его координаты выбираются таким образом, чтобы при стандартной эксплуатации гаджета плоскость сканера действовала как дисплей.
Когда пользователю понадобится разблокировать экран через сканирование отпечатка, проверочный участок подсветится, позволив точно разместить палец. А из-за четких границ любые сдвиги чреваты ошибкой формирования карты папиллярных линий. В конце яркость дисплея в проверочной области возрастает, обеспечив подходящую силу светового излучения.
Малогабаритный модуль не порождает проблем, считывая отпечаток пальца под прошедшим закалку стеклом на экране. Но область считывания точно ограничена, а на ярком свету сканирование удается выполнить не с первого раза. Если модуль повредится, в месте его присутствия дисплея перестанет реагировать на прикосновение пальцев. Также внутриэкранный сканер отпечатков трудно встроить в матрицу типа IPS.
Ультразвуковой сканер
Пользуется волнами ультразвука, осуществляя проверку отпечатка. Излучаемая им волна попадает на палец, а затем отражается и летит обратно к модулю. Благодаря такому процессу измеряется глубина впадин и высота выступов на папиллярном слое. Поскольку биометрия проверяется без отдельной считывающей площади, сканирование идет за счет экрана.
Ультразвуковая разновидность дактилоскопического сканера формирует ультракачественную карту отпечатка, не позволяя хакерам неправомерно получить доступ в систему мобильного аппарата. Также модуль способен определять пульс человека. Однако содержащие его устройства довольно дорогие, а проникшие вглубь защитного стекла трещины не позволят воспользоваться сканером.
Считать отпечаток нельзя, накрыв дисплей смартфона защитным стеклом, а для успешного конца операции понадобится приложить палец на строго определенной площадке.
Подумать только, еще каких-то 5-6 лет назад сканеры отпечатков пальцев можно было встретить лишь на самых дорогих флагманских смартфонах, да и те работали крайне плохо. Вспомнить хотя бы сканер на Samsung Galaxy S5, по которому нужно было проводить пальцем, повторяя безуспешно раз за разом одно и то же движение.
А сегодня эти датчики установлены даже на самых бюджетных аппаратах и работают они просто безупречно! Правда, не всегда. И ситуация становится сложнее еще от того, что цена смартфона не прямо пропорциональна качеству, надежности и стабильности используемого сканера отпечатков пальцев.
Так в чем же дело? Чем отличаются современные сканеры и как они работают? Обо всем этом мы и поговорим дальше.
Виды современных сканеров отпечатков пальцев
Сегодня на смартфонах используется 3 основных вида сканеров: емкостные, оптические и ультразвуковые. Отличаются они способом получения картинки и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Во-первых, пользователь прикладывает каждый раз палец к сканеру по-разному. Иногда датчику удается захватить лишь небольшую часть пальца, также результат будет отличаться от силы, с которой прижимается палец к сканеру. Более того, небольшие порезы или другие травмы могут незначительно изменять общую картинку. И, тем не менее, смартфон успешно разблокируется.
Во-вторых, смартфоны не хранят фотографии ваших отпечатков и не накладывают при каждом сканировании сделанный снимок на сохраненную ранее копию.
Вместо этого в каждом отпечатке смартфон пытается найти определенные уникальные признаки или контрольные точки. Если внимательно посмотреть на сам отпечаток, то помимо знакомых нам линий (называются они папиллярным узором), можно заметить другие интересные вещи:
Как видим, на отпечатке одни линии разветвляются, другие просто прерываются, а третьи выглядят как небольшие островки. Все это можно изобразить схематически следующим образом:
Смартфон пытается найти такие особые точки (их называют минуциями) на каждом конкретном отпечатке. Минуции являются уникальными признаками и один отпечаток может содержать более 70 минуций.
Соответственно, чем выше качество сканирования и чем большее число раз пользователь сканирует один и тот же отпечаток, немного смещая палец в стороны, тем большее количество минуций получает смартфон для дальнейшего анализа. Зачастую, именно эти особые признаки, а не снимки отпечатков, и сохраняются.
Вся разница между различными типами сканеров отпечатков пальцев заключается в том, каким именно образом они получают снимок пальца для дальнейшей работы:
- Емкостный сканер использует для этого электричество
- Ультразвуковой сканер использует звук
- Оптический сканер получает изображение с помощью света
Теперь давайте немного подробнее остановимся на каждом из них.
Емкостный сканер отпечатка пальца
Такой сканер состоит из множества крошечных токопроводящих пластин, толщина которых меньше, чем линии узора отпечатков пальцев. Такие пластины образуют конденсаторы, хранящие определенный заряд.
Смартфон считывает все ячейки и определяет по напряжению, находилась ли возле каждого конкретного конденсатора канавка (пустота) или же это был выступ и кожа соприкасалась с поверхностью сканера. Так и собирается общая картина отпечатка.
Преимущества емкостных сканеров отпечатков пальцев
В принципе, это лучшие сканеры по совокупности всех характеристик. Они стоят дешево в производстве, технология уже достаточно древняя и хорошо обкатана. Такие сканеры не просто делают двухмерный (плоский) снимок, а сканируют трехмерный объект, учитывая выступы и углубления на пальце.
Обмануть такие сканеры тяжело. Стабильность работы очень высокая, палец не обязательно должен быть очень чистым и сухим.
Так что же с ними не так? Почему эти сканеры устанавливаются лишь на бюджетных Android-смартфонах?
Недостатки емкостных сканеров
Некоторые производители размещают такой сканер на боковой грани, совмещая его с кнопкой питания (Honor 20, Galaxy S10e, Sony Xperia 1). Но в основном емкостные сканеры находятся сзади. А это удобно не во всех ситуациях. К примеру, когда смартфон лежит на столе, нужно обязательно брать его в руки, чтобы добраться до датчика (или пользоваться другими методами разблокировки).
Оптический сканер отпечатка пальца
Реализовать такую технологию можно только на AMOLED-экранах, так как эти дисплеи, по сути, являются полупрозрачными, что позволяет размещать за ними всевозможные датчики, начиная от сканеров отпечатков до датчиков приближения/освещения или даже селфи-камер.
В принципе, IPS-матрицы ровно такие же полупрозрачные и под ними также можно было бы что-то разместить, если бы не потребность в подсветке. Дело в том, что каждая точечка (пиксель) AMOLED-экрана сама по себе излучает свет, когда на нее подается напряжение. А в IPS-дисплеях пиксель представляет собой, грубо говоря, цветную стекляшку, через которую должен пройти внешний свет.
И если мы разместим сканер отпечатков (камеру) за сеточкой OLED-пикселей, тогда и мы будем видеть изображение, и сканер сможет увидеть что-то через экран. А если мы разместим сканер за сеточкой IPS-пикселей, тогда сама камера загородит собой подсветку, которая размещается сзади экрана. И мы будем видеть черное пятно на рабочем дисплее. Если же разместить сканер сзади лампы, тогда сканер не будет видеть ничего, так как подсветка-то не прозрачная.
Преимущества оптических сканеров отпечатков пальцев
Основное преимущество оптического сканера заключается в том, что его можно размещать под экраном. Качество и скорость сканирования зависит как от разрешения матрицы, так и от прозрачности стекла (качества покрытия и пр.).
Недостатки оптического сканера
Тем не менее, у оптических сканеров есть свои проблемы. Все, что может помешать сделать четкий снимок, будет влиять на скорость и стабильность распознавания. Это влага, мелкая грязь и пр.
Также эти сканеры в теории легче обмануть, чем емкостные и ультразвуковые, так как они работают с плоским двухмерным изображением, как любая камера. С другой стороны, яркая подсветка позволяет не только увидеть папиллярные узоры на пальце, но и зафиксировать пульсацию крови, тем самым убедившись, что сканируется именно палец.
Эту же подсветку можно считать и недостатком оптических сканеров. Ночью яркий зеленый свет может вызывать определенный дискомфорт, так как иногда палец не полностью закрывает датчик и яркий свет режет глаза.
И последним недостатком оптических сканеров является их капризность к защитным стеклам. Толщина и материалы защитных пленок/стекол могут влиять на скорость и стабильность распознавания отпечатков.
Ультразвуковой сканер отпечатка пальцев
Ультразвуковые сканеры появились на смартфонах позже всех. Первый ультразвуковой датчик отпечатков был представлен вместе с Samsung Galaxy S10 в начале 2019 года. С тех пор, Samsung использовала его в линейках Galaxy Note10 и Galaxy S20.
Несмотря на то, что ультразвуковые сканеры пришли на смартфоны позже всех, сама технология используется очень давно в других отраслях. Сканирование отпечатка происходит при помощи ультразвука. Грубо говоря, каждый раз прикладывая палец к ультразвуковому сканеру, вы делаете его УЗИ.
32 тысячи колебаний.
Но причем здесь кварцевые часы? При том, что в основе ультразвукового сканера лежит такой же пьезоэлектрик. Подавая на него напряжение, он начинает вибрировать с огромной частотой, генерируя при этом звуковые волны. Мы их не слышим, так как частота очень высокая, но, некоторые животные вполне способны услышать работу ультразвукового сканера отпечатков пальцев.
Преимущества ультразвуковых сканеров отпечатков пальцев
Более того, ультразвук не останавливается на внешней оболочке пальца и проникает в глубь. Получается, можно ввести дополнительную защиту от всяких муляжей и сканировать только настоящий палец.
Также ультразвуковые сканеры могут размещаться где угодно, так как ультразвук легко проходит не только через стекло. И, что немаловажно, пальцы не должны быть идеально сухими или чистыми. Небольшая грязь или жидкость не являются помехой для звуковых волн.
Недостатки ультразвукового сканера
Несмотря на все перечисленные преимущества, в реальной жизни все не так гладко. Первый ультразвуковой сканер 3D Sonic от Qualcomm работает заметно медленнее, чем современные оптические аналоги. А новое поколение сканеров до сих пор не выпущено.
Кроме того, многие слышали нашумевшую историю о том, как смартфоны Galaxy S10 и Galaxy Note10 можно было легко взломать, просто положив между пальцем и экраном кусок гидрогелевой защитной пленки. После этого можно было прикладывать любой палец и ультразвуковой сканер моментально разблокировал смартфон. Это повлекло за собой серьезный скандал и некоторые банки запретили работу своих приложений на смартфонах Samsung с ультразвуковыми сканерами.
Конечно, в конце прошлого года Samsung выпустила обновление, исправляющее столь странное поведение. Но осадок остался.
В любом случае, сегодня выбор между ультразвуковым и оптическим сканером не стоит, так как ультразвуковые датчики используются только на флагманах Samsung, начиная с Galaxy S10. На всех остальных смартфонах установлены оптические сканеры отпечатков пальцев.
На работу ультразвуковых сканеров также влияют защитные стекла и некоторые пленки, рассеивающие и частично гасящие звуковую волну.
Попытки обойти любую биометрическую защиту делаются постоянно. Они же и позволяют разработчикам улучшать датчики и алгоритмы.
Любой современный сканер отпечатков пальцев достаточно надежен для того, чтобы обеспечить защиту финансовым данным. Любая платежная система на смартфонах позволяет использовать именно отпечатки пальцев. И делать выбор, исходя из соображений безопасности, не имеет никакого смысла. Емкостные, ультразвуковые и оптические сканеры справляются со своей задачей одинаково хорошо.
Если говорить о скорости и стабильности работы, то лучшим вариантом на сегодня остается емкостный сканер (на флагманских смартфонах), после которого идут современные оптические сканеры и уже затем упомянутый ультразвуковой 3D Sonic.
Apple также не будет оставаться долго в стороне от прогресса. Рано или поздно, в iPhone появится датчик отпечатка пальцев в экране. Те, кто следят за патентами компании, знают, что Apple ведет подобные разработки уже много лет.
Читайте также: