10 أغسطس 4 أنواع من الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع: نظرة عميقة على كيفية عملها

ما هو الماسح الضوئي لبصمات الأصابع؟

 

الماسح الضوئي لبصمات الأصابع، والذي يشار إليه غالبًا بمستشعر أو قارئ بصمات الأصابع، هو جهاز إلكتروني مصمم لالتقاط أنماط بصمات الأصابع وتحليلها رقميًا. وتتمثل الوظيفة الأساسية لهذه الماسحات الضوئية في توفير المصادقة والأمان، حيث أن بصمات الأصابع فريدة لكل فرد، مما يجعلها وسيلة موثوقة لتأكيد هوية الشخص.

 

أنواع الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع.

هناك أنواع مختلفة من ماسحات بصمات الأصابع، وهي تعمل على أساس مبادئ مختلفة:

الماسحات الضوئية:

هذه هي أقدم أنواع الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع. وهي تعمل باستخدام شريحة دقيقة حساسة للضوء (إما جهاز مقترن بالشحن أو مستشعر صورة CMOS). عندما يتم وضع إصبع على الماسح الضوئي، فإنه يضيء سطح الجلد ويلتقط صورة لبصمة الإصبع.

الماسحات الضوئية بالسعة:

تقيس هذه الماسحات الضوئية الاختلافات الدقيقة في الشحنات الكهربائية عبر سطح الجلد. عندما يتم وضع إصبع على الماسح الضوئي، فإن النتوءات الموجودة في بصمة الإصبع تلامس سطح الماسح الضوئي بينما لا تلامس المنخفضات سطح الماسح الضوئي. يؤدي هذا إلى إنشاء نمط من الاختلافات في السعة التي يمكن ترجمتها إلى صورة رقمية لبصمة الإصبع.

الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية:

تستخدم هذه الماسحات الضوئية الموجات فوق الصوتية للكشف عن تفاصيل بصمات الأصابع. يرسل الماسح الضوئي نبضًا فوق صوتيًا يرتد إلى المستشعر بعد اصطدامه بحواف وأودية بصمة الإصبع. يتم التقاط الموجات الصوتية العائدة ومعالجتها لتكوين صورة.

الماسحات الضوئية الحرارية:

وهي أقل شيوعًا وتعمل عن طريق اكتشاف اختلافات درجات الحرارة بين نتوءات وأودية بصمة الإصبع.

 

كيف يعمل الماسح الضوئي لبصمات الأصابع؟

 

على سبيل المثال: مانترا مورفس الماسح الضوئي.

مثال: ماسح بصمات الأصابع ZKTEKO USB

 

مثال: مستشعر بصمة الإصبع الرقمي عبر USB

 

تعد الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع أحد أكثر أنواع قارئات بصمات الأصابع شيوعًا، خاصة في التطبيقات السابقة لهذه التقنية. وهي تعمل عن طريق التقاط صورة لبصمة الإصبع باستخدام الضوء، بطريقة تشبه إلى حد كبير طريقة عمل الكاميرا الرقمية. فيما يلي نظرة أعمق على عمليتهم:

مبدأ التشغيل:

في جوهرها، تعتمد الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع على حقيقة أن نتوءات وأودية بصمة الإصبع لها خصائص عاكسة مختلفة. النتوءات في بصمة الإصبع هي الأجزاء المرتفعة، بينما الأودية هي المناطق الغائرة بين النتوءات. عندما يسلط الضوء على الإصبع، فإن النتوءات تعكسه بشكل مباشر، بينما تبعثره الأودية.

التقاط الصورة:

عندما يتم وضع إصبع على سطح الماسح الضوئي، والذي عادة ما يكون مصنوعًا من الزجاج أو مادة شفافة مماثلة، يتم إضاءته، عادةً بواسطة ضوء LED.

ينعكس الضوء من الإصبع إلى شريحة دقيقة حساسة للضوء (إما جهاز مقترن بالشحن أو CCD، أو أشباه موصلات مكملة لأكسيد المعدن أو مستشعر CMOS).

يلتقط المستشعر الصورة بناءً على نمط الضوء والظل الناتج عن نتوءات وأودية بصمة الإصبع.

معالجة الصور:

يتم تحويل الصورة التناظرية التي يلتقطها المستشعر إلى تنسيق رقمي.

قد تخضع الصورة الرقمية بعد ذلك لخطوات معالجة مختلفة لتحسين الوضوح والتباين وإزالة الضوضاء وجعل تفاصيل بصمة الإصبع أكثر وضوحًا.

يتم بعد ذلك استخدام الصورة النهائية المعالجة للمقارنة مع قوالب بصمات الأصابع المخزنة.

استخراج التفاصيل:

الميزات الأساسية المستخدمة لمقارنة بصمات الأصابع هي النقاط الدقيقة، والتي تشمل تشعبات التلال (حيث تنقسم التلال إلى قسمين) ونهايات التلال (حيث تنتهي التلال). تقوم الخوارزميات المتطورة باستخراج هذه النقاط الدقيقة من الصورة الرقمية الملتقطة، مما يؤدي إلى إنشاء خريطة لمواقعها واتجاهاتها. هذه الخريطة، وليس صورة بصمة الإصبع الكاملة، هي ما يتم تخزينه عادةً واستخدامه لإجراء مقارنات مستقبلية، وذلك لتوفير مساحة التخزين ولاعتبارات الخصوصية.

المقارنة والمطابقة:

عندما يتم مسح بصمة الإصبع، تتم مقارنة تفاصيلها المستخرجة مع القوالب المخزنة. إذا كان هناك تطابق كافٍ بناءً على معايير الخوارزمية، فسيتم اعتبار الفحص ناجحًا.

 

التحديات:

تواجه الماسحات الضوئية بعض التحديات الكامنة:

انتحال:

ونظرًا لأنهم يعتمدون على التقاط صورة ثنائية الأبعاد، فقد يتم خداعهم أحيانًا بصورة جيدة الجودة أو ببصمة إصبع مزيفة.

ارتداء والخدوش:

يمكن أن يتعرض السطح الزجاجي للماسح الضوئي للخدش أو الاتساخ بمرور الوقت، مما يؤثر على جودة الصور الملتقطة.

التباين في ظروف الاصبع:

قد تتسبب الأصابع الرطبة أو الجافة أو القديمة في بعض الأحيان في حدوث مشكلات في التقاط الصور بسبب الاختلافات في الخصائص الانعكاسية.

 

على الرغم من هذه التحديات، فإن التقدم في التكنولوجيا والجمع بين الماسحات الضوئية مع أنواع أخرى من أجهزة الاستشعار أو طرق المصادقة جعلها أكثر موثوقية وأمانًا بمرور الوقت.

 

أين يتم استخدام الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع عادةً؟

 

لقد وجدت الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع، نظرًا لبنيتها البسيطة نسبيًا وسهولة استخدامها، تطبيقًا في مجموعة واسعة من القطاعات والأجهزة. فيما يلي بعض الاستخدامات النموذجية للماسحات الضوئية لبصمات الأصابع:

أنظمة التحكم:

أحد الاستخدامات الأساسية للماسحات الضوئية لبصمات الأصابع هو في الأنظمة المصممة خصيصًا لذلك التحكم في الوصول للمباني أو الغرف أو مناطق معينة. ويمكن ملاحظة ذلك في مباني المكاتب، ومرافق البحث، وحتى بعض المجمعات السكنية حيث يكون الوصول الآمن ضروريًا.

أنظمة الوقت والحضور:

تستخدم الشركات هذه الماسحات الضوئية جنبًا إلى جنب مع أنظمة حفظ الوقت لضمان تواجد الموظفين عندما يدعون ذلك. باستخدام بصمات الأصابع، يمكن للنظام منع الأنشطة الاحتيالية مثل "اللكم الأصدقاء"حيث يقوم أحد الموظفين بالدخول أو الخروج لموظف آخر.

مصادقة الكمبيوتر والأجهزة المحمولة:

تحتوي بعض الطرز القديمة من أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية على ماسحات ضوئية لبصمات الأصابع لمصادقة المستخدم. على الرغم من أن الأجهزة الأحدث غالبًا ما تستخدم ماسحات ضوئية سعوية أو فوق صوتية نظرًا لشكلها الأصغر وأمانها العالي، إلا أن الماسحات الضوئية كانت من بين أول الماسحات الضوئية التي تم دمجها في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية.

إنفاذ القانون والهجرة:

تعتبر بصمات الأصابع إجراءً قياسيًا في تطبيق القانون لتحديد هوية الأفراد، وتوفر الماسحات الضوئية طريقة لالتقاط هذه البصمات بسرعة ورقمية. بالإضافة إلى ذلك، في نقاط مراقبة الحدود، يمكن استخدام الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع للتحقق من هوية المسافرين من خلال قواعد البيانات البيومترية. مثال: أدهار.

الخدمات المصرفية والمالية:

قد تشتمل أجهزة الصراف الآلي ونقاط المعاملات الأخرى على ماسحات ضوئية لبصمات الأصابع لمصادقة المستخدمين، مما يضيف طبقة إضافية من الأمان تتجاوز رقم التعريف الشخصي أو كلمة المرور التقليدية.

أنظمة نقاط البيع:

في بعض المناطق، تسمح أنظمة نقاط البيع (POS) للمستخدمين بمصادقة المدفوعات باستخدام بصمات أصابعهم. يمكن أن يوفر هذا طريقة أسرع وأكثر أمانًا للمعاملات من إدخال رقم التعريف الشخصي أو التوقيع.

صندوق الأمانات:

تقدم بعض البنوك والخزائن الخاصة صناديق ودائع آمنة مزودة بأنظمة المسح الضوئي لبصمات الأصابع كإجراء أمني إضافي.

وصول السيارة:

قد تستخدم بعض المركبات المتطورة أو المخصصة ماسحات ضوئية لبصمات الأصابع كوسيلة للدخول أو الإشعال بدون مفتاح، مما يضمن أن المستخدمين المصرح لهم فقط يمكنهم الوصول إلى السيارة وتشغيلها.

 

في حين أن الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع متعددة الاستخدامات وقد تم اعتمادها على نطاق واسع، إلا أن استخدامها في بعض التطبيقات، وخاصة الأجهزة المدمجة مثل الهواتف الذكية الحديثة، انخفض لصالح التقنيات الأحدث مثل الماسحات الضوئية السعوية والموجات فوق الصوتية. غالبًا ما توفر هذه التقنيات الأحدث قدرًا أكبر من الدقة ومقاومة الانتحال ومزيدًا من المرونة في تكامل التصميم. ومع ذلك، تظل الماسحات الضوئية سائدة في العديد من التطبيقات نظرًا لموثوقيتها وسجلها الراسخ.

 

ماسحات بصمات الأصابع الضوئية: اعتبارات الحجم

 

تعمل الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع من خلال التقاط صورة مرئية لبصمة الإصبع باستخدام الضوء، على غرار كيفية عمل الكاميرا الرقمية. تتطلب هذه الطريقة بطبيعتها مكونات معينة تؤثر على الحجم الكلي وعامل الشكل للماسح الضوئي. مكونان أساسيان هما مصدر الضوء واللوح الزجاجي، وكلاهما يساهم في جعل الماسحات الضوئية أكبر حجمًا نسبيًا مقارنة ببعض الأنواع الأخرى من ماسحات بصمات الأصابع.

مصدر ضوء:

تتطلب الماسحات الضوئية وجود مصدر للضوء، عادةً مصابيح LED، لإضاءة بصمة الإصبع. ينعكس الضوء من نتوءات وأودية الإصبع، مما يخلق نمطًا يمكن التقاطه وتحليله. يتطلب دمج مصدر الضوء هذا مساحة إضافية لكل من مكونات LED والإلكترونيات المرتبطة بها.

جزء زجاجي:

لكي يتمكن الماسح الضوئي من التقاط الضوء المنعكس من بصمة الإصبع، يجب أن يكون هناك وسط واضح يمكن للضوء أن ينتقل من خلاله. هذا هو المكان الذي يأتي فيه اللوح الزجاجي (أو مادة شفافة مماثلة). يضع المستخدم إصبعه على هذا اللوح، وينعكس الضوء عن الإصبع، ويمر عبر الزجاج ليتم التقاطه بواسطة الشريحة الدقيقة الحساسة للضوء الموجودة أسفله. يجب أن يكون هذا اللوح الزجاجي بسمك معين لضمان المتانة، خاصة وأن المستخدمين سوف يضغطون بأصابعهم عليه بشكل متكرر. يضيف وجودها إلى العمق والحجم الكلي للماسح الضوئي.

نظرًا للمتطلبات الجوهرية لهذه المكونات، غالبًا ما تحتوي ماسحات بصمات الأصابع الضوئية على منطقة مرتفعة ومميزة أو قسم ملحوظ على الأجهزة، خاصة عند مقارنتها بالتقنيات الأحدث مثل الماسحات الضوئية السعوية أو بالموجات فوق الصوتية. على الرغم من أن التقدم في التصغير قد أدى إلى تقليل حجم الماسحات الضوئية على مر السنين، إلا أن هناك حدًا لمدى إمكانية تصغير حجمها دون المساس بوظائفها.

يعد هذا الاعتبار للحجم أحد الأسباب التي تجعل الشركات المصنعة، في الأجهزة التي تكون فيها المساحة أعلى من قيمتها (مثل الهواتف الذكية الحديثة)، تتجه نحو تقنيات المسح الأخرى التي تسمح بتكامل أكثر سلاسة، مثل أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية أو أجهزة الاستشعار السعوية الموجودة أسفل الشاشة. ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات التي لا يمثل فيها الحجم الاهتمام الأساسي وتكون الموثوقية والمتانة ذات أهمية قصوى، تظل الماسحات الضوئية خيارًا شائعًا.

 

كيف تعمل الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع بالسعة؟

 

تعمل ماسحات بصمات الأصابع السعوية، كما يوحي الاسم، على أساس مبادئ السعة، وهي قدرة الجسم على تخزين الشحنات الكهربائية. فيما يلي نظرة تفصيلية على كيفية عمل ماسحات بصمات الأصابع السعوية:

مبدأ التشغيل:

المبدأ الأساسي وراء مسح بصمات الأصابع بالسعة هو الفرق في السعة بين نتوءات وأودية بصمة الإصبع. جلد الإنسان، كونه موصلًا ممتازًا، والهواء (أو الفضاء) الموجود في الوديان بين حواف بصمة الإصبع، كونه عازلًا، يخلقان قيمًا مميزة للسعة يمكن قياسها.

صفيف الاستشعار:

يحتوي الماسح الضوئي السعوي على مجموعة من دوائر المكثفات الصغيرة. عندما يتم وضع إصبع فوق هذه المصفوفة، يمكن لكل مكثف قياس سعة الجزء الصغير المقابل من بصمة الإصبع المحاذية لها.

اختلافات السعة:

عندما تتلامس حافة بصمة الإصبع بشكل مباشر مع أحد هذه المكثفات الصغيرة، تتغير السعة بسبب قرب الجلد الموصل.

وعلى العكس من ذلك، فإن الأودية (المسافات بين التلال) لا تمس المكثفات مباشرة. ونتيجة لذلك، هناك اختلاف في المسافة من المكثف، مما يؤدي إلى اختلاف قيمة السعة بسبب الهواء أو الفضاء العازل.

هذا الاختلاف في السعة عبر مجموعة المستشعرات، الناتج عن النمط الفريد من النتوءات والوديان في كل بصمة، هو ما يلتقطه الماسح الضوئي.

توليد صورة:

بمجرد قياس قيم السعة عبر المصفوفة:

يتم تحويل القيم إلى تنسيق رقمي.

يمكن معالجة هذه البيانات لإنتاج تمثيل مرئي أو صورة لبصمة الإصبع أو يمكن تحليلها مباشرة لاستخراج خصائص بصمة الإصبع الفريدة.

استخراج التفاصيل:

كما هو الحال مع ماسحات بصمات الأصابع الأخرى، فإن الميزات الرئيسية المستخدمة للتعرف على بصمات الأصابع هي النقاط الدقيقة، وهي السمات الفريدة لبصمة الإصبع مثل النهايات والتشعبات. تقوم الخوارزميات بتحليل البيانات التي تم إنشاؤها لتحديد هذه التفاصيل وإنشاء خريطة أو قالب لمواقعها واتجاهاتها.

المقارنة والمطابقة:

عندما يتم مسح بصمة الإصبع، تتم مقارنة تفاصيلها المستخرجة مع القوالب المخزنة. إذا كان هناك تطابق كافٍ بناءً على معايير الخوارزمية، فسيتم التعرف على الفحص على أنه صالح.

 

المزايا والتحديات:

 

المزايا:

يصعب تزوير الماسحات السعوية أكثر من الماسحات الضوئية لأنها تتطلب الخصائص الفيزيائية (السعة) للإصبع الحقيقي. ويمكن أيضًا أن تكون مدمجة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة للدمج في الأجهزة المحمولة.

التحديات:

يمكن أن تكون حساسة للظروف الخارجية. يمكن أن تؤدي الأوساخ أو الزيت أو العرق أو الرطوبة الموجودة على الإصبع إلى تغيير السعة وقد تؤثر على دقة المسح. علاوة على ذلك، يمكن أن تتآكل الماسحات الضوئية بمرور الوقت، خاصة إذا تعرض السطح للخدش، مما يقلل من فعاليتها.

تستخدم الهواتف الذكية الحديثة والأجهزة الإلكترونية الأخرى عادةً ماسحات ضوئية لبصمات الأصابع، نظرًا لطبيعتها المدمجة ودرجة دقتها العالية. في كثير من الحالات، يتم دمج هذه الماسحات الضوئية في أزرار أو مناطق محددة من سطح الجهاز لسهولة الوصول إليها واستخدامها.

 

أين تُستخدم عادةً ماسحات بصمات الأصابع السعوية؟

 

اكتسبت ماسحات بصمات الأصابع السعوية شعبية هائلة نظرًا لتصميمها المدمج وموثوقيتها ومقاومتها لتقنيات الانتحال الشائعة. فيما يلي بعض الاستخدامات النموذجية لماسحات بصمات الأصابع السعوية:

الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية:

أحد أكثر التطبيقات انتشارًا لماسحات بصمات الأصابع السعوية موجود في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. وهي توفر طريقة سريعة وآمنة للمستخدمين لفتح أجهزتهم والمصادقة على عمليات شراء التطبيقات وتسجيل الدخول إلى التطبيقات.

أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر:

تتميز العديد من أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر الشخصية الحديثة بقارئات بصمات الأصابع، إما مدمجة في زر الطاقة أو لوحة اللمس أو كمستشعر مستقل. وهذا يوفر للمستخدمين طريقة آمنة ومريحة لتسجيل الدخول، خاصة عند دمجها مع طرق المصادقة الأخرى.

مفاتيح أمان USB:

تشتمل بعض مفاتيح الأمان المستندة إلى USB (تُستخدم غالبًا للمصادقة الثنائية) على ماسحات ضوئية سعوية لبصمات الأصابع لتوفير التحقق البيومتري بالإضافة إلى كلمة المرور أو رقم التعريف الشخصي (PIN) أو بدلاً منهما.

أنظمة التحكم:

في حين أنه يمكن استخدام أنواع مختلفة من الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع للتحكم في الوصول، فإن الماسحات الضوئية السعوية توفر التوازن بين الحجم والموثوقية والتكلفة. يمكن العثور عليها في الأنظمة التي تتحكم في الوصول إلى المباني أو الغرف أو المناطق الآمنة في كل من البيئات التجارية والسكنية.

الخدمات المصرفية والمالية:

تستخدم بعض البنوك والمؤسسات المالية الماسحات الضوئية السعوية في أجهزة الصراف الآلي أو أجهزة المعاملات المتخصصة، مما يسمح للمستخدمين بالمصادقة على المعاملات باستخدام بصمات أصابعهم.

الأقفال والخزائن الذكية:

تعمل صناعة المنازل الذكية على دمج الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع في منتجات مثل أقفال الأبواب والخزائن. وهذا يوفر لأصحاب المنازل خيار الوصول بدون مفتاح وبدون دبوس.

الإلكترونيات الشخصية والأجهزة القابلة للارتداء:

بخلاف الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية المعتادة، قد تتضمن بعض الأجهزة الإلكترونية الشخصية، مثل نماذج معينة من سماعات الأذن أو الساعات الذكية، ماسحات ضوئية سعوية لمصادقة المستخدم.

 

أنظمة نقاط البيع:

 

في بعض الأنظمة، خاصة تلك المصممة لبيئات البيع بالتجزئة عالية الأمان أو الفاخرة، يتم استخدام ماسحات ضوئية لبصمات الأصابع لمصادقة كل من الموظف والعملاء.

أنظمة الوصول والتشغيل للمركبة:

تتميز بعض المركبات الحديثة أو المتطورة بميزة المسح الضوئي لبصمات الأصابع كخيار للدخول أو الإشعال بدون مفتاح، مما يضمن أن المستخدمين المصرح لهم فقط هم من يمكنهم الوصول إلى السيارة وتشغيلها.

إن الطبيعة المدمجة والموثوقية لماسحات بصمات الأصابع السعوية تجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات. مع تزايد انتشار الأمان البيومتري، فمن المحتمل أن يستمر استخدام هذه الماسحات الضوئية في التوسع في مناطق وأجهزة أخرى.

 

ماسحات بصمات الأصابع السعوية: الشعبية من خلال الاكتناز والكفاءة

 

أصبحت الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع عنصرًا أساسيًا في العديد من أجهزة الاستخدام اليومي، خاصة في مجال الإلكترونيات الشخصية. اثنان من القوى الدافعة الرئيسية وراء اعتمادها على نطاق واسع هما حجمها الصغير واستهلاكها المنخفض للطاقة. وإليك ملاحظة توضح تفاصيل هذه المزايا:

حجم صغير:

 

التصغير:

تسمح التقنية المستخدمة في الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع بدرجة عالية من التصغير. يمكن تعبئة مجموعة الدوائر السعوية الصغيرة المستخدمة للكشف عن نتوءات وأودية بصمات الأصابع بكثافة، مما يجعل مساحة الماسح الضوئي صغيرة.

التكامل مع الأجهزة:

تسمح الطبيعة المدمجة لهذه الماسحات الضوئية للمصنعين بدمجها بسلاسة في مجموعة متنوعة من الأجهزة. في الهواتف الذكية، على سبيل المثال، تم دمج الماسحات الضوئية السعوية في أزرار الصفحة الرئيسية، أو الأزرار الجانبية، أو حتى اللوحة الخلفية. ويضمن حجمها الصغير عدم سيطرتها على تصميم الجهاز، مما يجعلها خيارًا مفضلاً على نظيراتها الضوئية الأكبر حجمًا في الأجهزة التي تكون المساحة فيها أعلى من قيمتها.

 

انخفاض استهلاك الطاقة:

عملية فعالة:

تتطلب ماسحات بصمات الأصابع السعوية بطبيعتها القليل من الطاقة لتشغيلها. فهي في الأساس تقيس التغيرات في الشحنة الكهربائية، وهي عملية لا تتطلب طاقة كبيرة.

أوضاع الاستعداد:

تم تصميم الماسحات الضوئية السعوية الحديثة بأوضاع الاستعداد الذكية. ويمكن أن تظل في حالة طاقة منخفضة حتى يتم اكتشاف اللمس، وعند هذه النقطة يتم تنشيطها وإجراء الفحص. ويضمن أسلوب التشغيل عند الطلب الحد الأدنى من استنزاف البطارية.

مفيد للأجهزة التي تعمل بالبطارية:

تتمتع الأجهزة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة القابلة للارتداء بسعات محدودة للبطارية. يمكن أن تشكل المكونات المتعطشة للطاقة ضررًا كبيرًا على عمر البطارية الإجمالي. إن كفاءة الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع السعوية تعني أنها تستطيع توفير الأمان والراحة دون المساس بطول عمر البطارية.

في الختام، يسمح الحجم الصغير لماسحات بصمات الأصابع السعوية بتكامل التصميم متعدد الاستخدامات، بينما يضمن استهلاكها المنخفض للطاقة عدم تأثيرها بشكل كبير على عمر بطارية الأجهزة المحمولة. وقد لعبت هذه المزايا دوراً محورياً في اعتمادها، خاصة في عالم الإلكترونيات المحمولة، حيث تعتبر المساحة والقوة من الاعتبارات الحاسمة.

 

كيف تعمل؟

 

تمثل ماسحات بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية تقدمًا أحدث في المصادقة البيومترية. على عكس الماسحات الضوئية والماسحات السعوية التي تعتمد على الاختلافات الضوئية أو الكهربائية، تستخدم الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية الموجات الصوتية للكشف عن الأنماط الفريدة للحواف والوديان في بصمة الإصبع. وفيما يلي شرح مفصل لكيفية عملها:

نقل الموجات فوق الصوتية:

تبدأ العملية عندما يقوم الجهاز بإرسال نبضة فوق صوتية (موجة صوتية عالية التردد جدًا) باتجاه الإصبع الذي يتم وضعه على الماسح الضوئي.

الانعكاس والالتقاط:

سوف تعكس التلال (الأجزاء المرتفعة) والوديان (الأجزاء الغائرة) من بصمة الإصبع هذا النبض بالموجات فوق الصوتية بشكل مختلف. سوف تتلامس حواف بصمة الإصبع بشكل مباشر مع الماسح الضوئي، مما يعكس الموجات مرة أخرى على الفور. في المقابل، ستكون الأودية أبعد قليلا عن الماسح الضوئي، مما يسبب تأخيرا طفيفا في الموجات المنعكسة.

يلتقط مستشعر الموجات فوق الصوتية (أو جهاز الاستقبال) هذه الموجات المنعكسة.

معالجة وإنشاء الصور:

تتم بعد ذلك معالجة البيانات من الموجات المنعكسة بواسطة الجهاز. ونظرًا لأن الموجات المنعكسة من التلال والوديان سيكون لها اختلافات في الشدة والتوقيت، فيمكن للنظام إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد مفصلة لبصمة الإصبع، والتقاط حتى التفاصيل الدقيقة.

المزايا:

 

استشعار العمق:

إحدى المزايا الرئيسية لماسحات بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية هي قدرتها على إنشاء تمثيل ثلاثي الأبعاد لبصمات الأصابع. توفر هذه المعلومات العميقة ملف تعريف بصمة أكثر تفصيلاً وفريدة من نوعها، والذي قد يكون من الصعب تزويره مقارنة بالتمثيلات ثنائية الأبعاد.

مقاومة الملوثات:

يمكن للماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية قراءة بصمات الأصابع بشكل فعال حتى من خلال الطبقات الخفيفة من الأوساخ أو الزيت أو العرق أو الرطوبة. وذلك لأن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تخترق هذه الملوثات، على عكس الطرق البصرية أو السعة التي يمكن أن تعيقها.

التكامل تحت الشاشات:

يمكن دمج أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية أسفل لوحات العرض، مما يجعلها شائعة الاستخدام في الهواتف الذكية الحديثة ذات الشاشات الممتدة من الحافة إلى الحافة. يتيح ذلك تصميم شاشة دون انقطاع دون الحاجة إلى زر أو مساحة مخصصة للماسح الضوئي.

التحديات:

 

التكلفة:

تميل ماسحات بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية إلى أن تكون أكثر تكلفة من نظيراتها الضوئية والسعوية بسبب تعقيدها وتقنياتها الأحدث.

زمن المعالجة:

على الرغم من أنها سريعة بشكل عام، إلا أن الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية قد تكون في بعض الأحيان أبطأ قليلاً من الماسحات الضوئية السعوية، خاصة عند معالجة بيانات الصور ثلاثية الأبعاد.

باختصار، توفر ماسحات بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية طريقة متطورة للمصادقة البيومترية، مع الاستفادة من خصائص الموجات الصوتية لالتقاط ملف تعريف مفصل وفريد ​​لبصمات الأصابع. إن قدرتها على العمل من خلال الملوثات والتكامل بسلاسة أسفل شاشات العرض جعلتها تحظى بشعبية متزايدة، خاصة في الهواتف الذكية والأجهزة المتطورة التي تعطي الأولوية للتصميمات الأنيقة والأمان المعزز.

 

أين يتم استخدام ماسحات بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية عادةً؟

 

لقد حققت ماسحات بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية مكانة خاصة بها في عالم المصادقة البيومترية نظرًا لمزاياها الفريدة، لا سيما فيما يتعلق باستشعار العمق ومقاومة الملوثات. هنا حيث يتم استخدامها عادة:

الهواتف الذكية:

ولعل أبرز تطبيق لماسحات بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية موجود في الهواتف الذكية الحديثة. خاصة مع الاتجاه نحو التصميمات الخالية من الحواف والشاشة الكاملة، اعتمد المصنعون تقنية الموجات فوق الصوتية لدمج الماسح الضوئي مباشرة أسفل الشاشة، مما يسمح بتصميم سلس دون المساس بالأمان.

تابلت:

على غرار الهواتف الذكية، تشتمل بعض الأجهزة اللوحية المتطورة على ماسحات ضوئية لبصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية لتوفير أمان معزز مع الحفاظ على جماليات التصميم الأنيق.

أنظمة الوصول الآمنة:

في البيئات شديدة الأمان، قد يتم تفضيل قدرات استشعار العمق للماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية (التي تجعل من الصعب تزويرها مقارنة بالماسحات الضوئية ثنائية الأبعاد). ويمكن استخدامها في أنظمة التحكم في الوصول الآمن للمباني والمختبرات ومراكز البيانات وغيرها من المناطق الحساسة.

الخدمات المصرفية والمالية:

في السيناريوهات التي تتطلب طبقة إضافية من الأمان، كما هو الحال في بعض أجهزة الصراف الآلي أو أجهزة المعاملات، يمكن استخدام الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية.

صناعة السيارات:

مع ازدياد ذكاء المركبات في مجال التكنولوجيا، هناك اتجاه نحو أنظمة الدخول والتشغيل بدون مفتاح. بدأت بعض السيارات الفاخرة في دمج ماسحات بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية كوسيلة للتحقق من هوية السائق ومنحه حق الوصول أو تشغيل السيارة.

الأجهزة الطبية:

بالنسبة للمعدات الطبية التي تتطلب الوصول الآمن أو مصادقة المستخدم، يمكن أن توفر الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية حلاً موثوقًا به، خاصة في البيئات التي قد يتعرض فيها الجهاز للملوثات، ويكون الماسح الضوئي الذي يمكنه العمل من خلال مثل هذه العوائق مفيدًا.

أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة:

في حين أن الماسحات الضوئية السعوية أكثر شيوعًا في هذه الفئة، فإن بعض نماذج أجهزة الكمبيوتر المحمولة المتطورة التي تهدف إلى مجموعة متطورة من الميزات قد تعتمد ماسحات ضوئية بالموجات فوق الصوتية لمصادقة المستخدم.

مثال: وحدة تخزين Lexar USB مع مستشعر بصمة الإصبع السعوي.

أقفال ذكية:

قد تشهد صناعة أمن المنازل، التي تتطور دائمًا مع التكنولوجيا، دمج الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية في الأقفال الذكية وأنظمة الأمان، خاصة في المنتجات المتميزة.

 

تطبيقات مخصصة:

إلى جانب هذه الاستخدامات النموذجية، قد تجد ماسحات بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية تطبيقات متخصصة في مختلف الصناعات أو المشاريع المخصصة حيث تعتبر مزاياها المحددة ذات قيمة.

مع تقدم التكنولوجيا وانخفاض تكلفة إنتاج الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية، قد نشهد تطبيقًا أوسع لهذه التكنولوجيا في مختلف القطاعات. ومع ذلك، حتى الآن، يظل الاستخدام الأكثر انتشارًا وملحوظًا في مجال الهواتف الذكية والإلكترونيات الشخصية.

 

كيف تتواصل ماسحات بصمات الأصابع هذه مع المضيف؟

 

تتطلب ماسحات بصمات الأصابع، بغض النظر عن نوعها (بصرية أو سعوية أو فوق صوتية)، وسيلة للتواصل مع الجهاز المضيف، سواء كان جهاز كمبيوتر أو هاتفًا ذكيًا أو نظام التحكم في الوصول أو أي نظام إلكتروني آخر. عادةً ما تكون أوضاع الاتصال الأساسية من خلال الناقل التسلسلي العالمي (USB) والاتصال التسلسلي. فيما يلي ملاحظة تفصيلية حول كيفية تواصل هذه الماسحات الضوئية مع أجهزتها المضيفة:

التواصل بين ماسحات بصمات الأصابع والمضيف

 

1. اتصال USB:

• التوصيل والتشغيل: إحدى المزايا الرئيسية لـ USB (الناقل التسلسلي العالمي) هي إمكانية التوصيل والتشغيل. بمجرد توصيل الماسح الضوئي لبصمات الأصابع عبر USB، يتعرف الجهاز المضيف عليه تلقائيًا بشكل عام، مما يسهل عملية التثبيت والإعداد بسهولة.
• معدلات نقل البيانات: يوفر USB، خاصة في إصداراته الأحدث (على سبيل المثال، USB 3.0 وUSB 3.1)، معدلات نقل بيانات عالية. يعد هذا ضروريًا لنقل صور أو بيانات بصمات الأصابع عالية الدقة بسرعة إلى الجهاز المضيف للمعالجة.
• مزود الطاقة: لا يوفر USB رابط بيانات فحسب، بل يوفر أيضًا الطاقة للجهاز المتصل. يتم تشغيل العديد من الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع مباشرة عبر USB، مما يلغي الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي.
• التوافق العالمي: نظرًا لوجود منافذ USB في كل مكان على أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والعديد من الأجهزة الأخرى، يمكن استخدام ماسحات بصمات الأصابع المتصلة عبر USB بسهولة عبر العديد من الأنظمة الأساسية.
• بروتوكولات: يستخدم اتصال USB البروتوكولات القياسية التي تضمن أن الماسح الضوئي والجهاز المضيف يفهمان بعضهما البعض ويمكنهما تبادل البيانات بطريقة منظمة.

 

2. الاتصال التسلسلي:

• الطبيعة: يتضمن الاتصال التسلسلي إرسال البيانات بمعدل بت واحد في كل مرة، بشكل تسلسلي، عبر قناة اتصال أو ناقل كمبيوتر. إنها طريقة اتصال قديمة ولكنها لا تزال مستخدمة على نطاق واسع، خاصة في بعض الأنظمة المدمجة أو تطبيقات محددة.
• UART (جهاز استقبال - مرسل عالمي غير متزامن): غالبًا ما تحتوي الأجهزة التي تستخدم الاتصال التسلسلي على شريحة UART التي تسهل هذا الوضع من الاتصال. يأخذ UART بايتات من البيانات وينقل البتات الفردية بطريقة تسلسلية. على الطرف المتلقي، سيقوم UART بجمع البتات وإعادة بناء بايت البيانات.
• معدل سرعة نقل البيانات: يشير هذا إلى السرعة التي يتم بها نقل البيانات عبر الخط التسلسلي. من الضروري أن يتفق كل من المرسل (الماسح الضوئي لبصمات الأصابع) والمستقبل (الجهاز المضيف) على معدل البث بالباود لضمان نقل البيانات بدقة.
• معايير RS-232 وRS-485: هذه هي المعايير الشائعة المستخدمة في الاتصال التسلسلي. يعد RS-232 أكثر شيوعًا للاتصالات قصيرة المدى، بينما يمكن لـ RS-485 التعامل مع مسافات أطول ويستخدم في البيئات الصناعية.
• مرونة: يمكن استخدام الاتصال التسلسلي عبر الوسائط اللاسلكية، مما يجعله متعدد الاستخدامات. قد تستخدم بعض ماسحات بصمات الأصابع الاتصال التسلسلي عبر تقنية Bluetooth أو البروتوكولات اللاسلكية الأخرى للتواصل مع الأجهزة المضيفة.
• التطبيقات: على الرغم من أن USB قد يهيمن على الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، إلا أن الاتصال التسلسلي مفضل في تطبيقات محددة مثل الأنظمة الصناعية، أو بعض الأنظمة المدمجة، أو السيناريوهات التي تتطلب الاتصال لمسافات طويلة مع الماسح الضوئي.

في الختام، يعتمد وضع الاتصال الذي يستخدمه الماسح الضوئي لبصمات الأصابع على التطبيق المقصود والجهاز المضيف الذي يتعامل معه. يقدم كل من USB والاتصالات التسلسلية مجموعة المزايا الخاصة بهما، حيث يكون USB أكثر انتشارًا في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية نظرًا لسهولة استخدامه، ويتم اختيار الاتصال التسلسلي لمرونته ومزايا حالة الاستخدام المحددة.

 

كيف يتم حفظ قوالب بصمات الأصابع والتعرف عليها بواسطة مستشعرات بصمات الأصابع؟

 

تتفاعل ماسحات بصمات الأصابع مع الأنظمة أو الأجهزة المضيفة باستخدام مجموعات محددة مسبقًا من الأوامر والاستجابات، مما يسمح بالتقاط بيانات بصمات الأصابع وتخزينها وتحديدها. تلعب مكونات الأجهزة المدمجة، مثل معالجات الإشارة الرقمية (DSPs) ووحدات التحكم الدقيقة، دورًا حاسمًا في هذا التفاعل.

ماسحات بصمات الأصابع: القيادة والالتقاط والاتصال

 

1. استقبال الأوامر:

• USB أو الاتصال التسلسلي: سواء باستخدام USB أو الاتصال التسلسلي، تتلقى الماسحات الضوئية لبصمات الأصابع الأوامر من النظام المضيف. تعد هذه الأوامر جزءًا من بروتوكول أو مجموعة أوامر محددة مسبقًا من قبل الشركة المصنعة للماسحة الضوئية. يقومون بتوجيه الماسح الضوئي لأداء مهام محددة مثل التقاط نسخة مطبوعة أو حفظ قالب أو البحث عن تطابق.
• تفسير الأوامر: يقوم جهاز التحكم الدقيق الداخلي للماسحة الضوئية بتفسير الأوامر المستلمة ويتخذ الإجراء المناسب. على سبيل المثال، عند تلقي أمر "التقاط"، يقوم الماسح الضوئي بتنشيط آلية الاستشعار الخاصة به لقراءة بصمة الإصبع.

 

2. الالتقاط والمعالجة:

• تكامل DSP: بمجرد التقاط النسخة المطبوعة، قد يلزم معالجة أي بيانات أولية لتحسين الجودة أو استخراج الميزات. يمكن لمعالج الإشارات الرقمية (DSP) أداء هذه المهام بكفاءة وسرعة. يمكنه التعامل مع مهام مثل تصفية الضوضاء أو تحسين أنماط التلال أو عزل النقاط الدقيقة (ميزات بصمة الإصبع الفريدة).
• إنشاء قالب: بعد المعالجة، قد يقوم الماسح الضوئي أو الجهاز المضيف بإنشاء "قالب" لبصمة الإصبع. القالب هو تمثيل رقمي لميزات محددة لبصمة الإصبع، مما يسهل المقارنة والتعرف دون تخزين الصورة الكاملة. وهذا يوفر مساحة التخزين ويسرع عملية تحديد الهوية.

 

3. الحفظ وتحديد الهوية:

• الخزائن : العديد من الماسحات الضوئية المتقدمة لبصمات الأصابع تأتي مزودة بذاكرة مدمجة (غالبًا ما تتم إدارتها بواسطة وحدة التحكم الدقيقة) لتخزين قوالب بصمات الأصابع هذه. عند الطلب من خلال أمر "حفظ"، يتم تخزين القالب في هذه الذاكرة. تسمح إمكانية التخزين المدمجة هذه للماسحة الضوئية بمقارنة عملية المسح الجديدة بسرعة مع القوالب المخزنة دون الاتصال بقاعدة بيانات خارجية.
• المطابقة وتحديد الهوية: عند تقديم بصمة الإصبع للتعرف عليها، يلتقط الماسح الضوئي الطباعة، ويعالجها في قالب، ثم يقارن هذا القالب بإدخالاته المخزنة. يمكن إجراء هذه المطابقة باستخدام خوارزميات مختلفة، والتي يمكن التعامل معها بواسطة معالج الإشارة الرقمي (DSP) أو وحدة التحكم الدقيقة، اعتمادًا على تصميم الماسح الضوئي.

 

4. الاستجابة والتواصل:

• ردود الفعل للمضيف: بمجرد انتهاء عملية تحديد الهوية، يقوم الماسح الضوئي بإرسال النتيجة مرة أخرى إلى الجهاز المضيف. قد يكون هذا استجابة بسيطة للنجاح/الفشل، أو قد يتضمن بيانات إضافية مثل معرف المستخدم المرتبط ببصمة الإصبع المطابقة.
• مؤشرات LED للحالة أو إنذارات: بعض الماسحات الضوئية مزودة بمؤشرات مرئية أو مسموعة. على سبيل المثال، قد يضيء مؤشر LED الأخضر لمطابقة ناجحة، بينما يشير الضوء الأحمر إلى عدم التطابق. وبالمثل، يمكن لأصوات التنبيه أو التنبيهات أن توفر ردود فعل سمعية.
• اعتبارات أمنية: للحفاظ على الأمان والخصوصية، لا تقوم معظم الماسحات الضوئية بإرسال صورة أو قالب بصمة الإصبع الفعلي ما لم يتم طلب ذلك صراحةً. وبدلاً من ذلك، يقومون بإرسال النتائج أو الرموز التي يفسرها النظام المضيف.

 

في جوهرها، أصبحت ماسحات بصمات الأصابع، من خلال تكاملها مع معالجات الإشارة الرقمية ووحدات التحكم الدقيقة والذاكرة، وحدات قائمة بذاتها قادرة على التقاط بيانات بصمات الأصابع ومعالجتها وتخزينها وتحديدها. ويخضع تفاعلهم مع الأنظمة المضيفة، سواء عبر USB أو الاتصال التسلسلي، لسلسلة من الأوامر والاستجابات التي تتيح المصادقة البيومترية السلسة والآمنة.

 

افكار اخيرة

 

في مجال المصادقة البيومترية، برزت ماسحات بصمات الأصابع كواحدة من الأدوات الأكثر موثوقية وانتشارًا، حيث تلعب دورًا أساسيًا في التطبيقات المختلفة، بدءًا من الأجهزة الإلكترونية الشخصية وحتى المرافق عالية الأمان. سواء كانت تستفيد من التقنيات البصرية أو السعوية أو الموجات فوق الصوتية، فقد تم تصميم هذه الأجهزة بدقة لالتقاط بيانات بصمات الأصابع ومعالجتها ومطابقتها بدقة لا مثيل لها.

إن تكاملها مع المكونات المتقدمة مثل معالجات الإشارات الرقمية ووحدات التحكم الدقيقة لا يضمن المعالجة السريعة فحسب، بل يضمن أيضًا القدرة على التفاعل بسلاسة مع الأنظمة المضيفة عبر بروتوكولات الاتصال المعمول بها مثل USB والتسلسلي. مع استمرار تطور التكنولوجيا، ومع تزايد أهمية التركيز على الأمان، ستظل ماسحات بصمات الأصابع بلا شك في المقدمة، حيث تحمي بياناتنا وهوياتنا وأصولنا من خلال مزيج معقد من العلوم والهندسة والتصميم.