10 August 4 Arten von Fingerabdruckscannern: Erfahren Sie ausführlich, wie sie funktionieren

Was ist ein Fingerabdruckscanner?

 

Ein Fingerabdruckscanner, oft auch als Fingerabdrucksensor oder -lesegerät bezeichnet, ist ein elektronisches Gerät zur Erfassung und digitalen Analyse von Fingerabdruckmustern. Die Hauptfunktion dieser Scanner besteht darin, Authentifizierung und Sicherheit zu gewährleisten, da Fingerabdrücke für jede Person einzigartig sind und somit eine zuverlässige Methode zur Bestätigung der Identität einer Person darstellen.

 

Arten von Fingerabdruckscannern.

Es gibt verschiedene Arten von Fingerabdruckscannern, die nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren:

Optische Scanner:

Dies sind die ältesten Arten von Fingerabdruckscannern. Sie arbeiten mit einem lichtempfindlichen Mikrochip (entweder einem ladungsgekoppelten Gerät oder einem CMOS-Bildsensor). Wenn ein Finger auf den Scanner gelegt wird, beleuchtet dieser die Hautoberfläche und erfasst ein Bild des Fingerabdrucks.

Kapazitive Scanner:

Diese Scanner messen die winzigen Unterschiede in der elektrischen Ladung auf der Hautoberfläche. Wenn ein Finger auf den Scanner gelegt wird, berühren die Rillen im Fingerabdruck die Oberfläche des Scanners, während dies in den Tälern nicht der Fall ist. Dadurch entsteht ein Muster aus Kapazitätsschwankungen, das in ein digitales Bild des Fingerabdrucks übersetzt werden kann.

Ultraschallscanner:

Diese Scanner nutzen Ultraschallwellen, um die Details von Fingerabdrücken zu erkennen. Der Scanner sendet einen Ultraschallimpuls aus, der nach dem Auftreffen auf die Erhebungen und Täler des Fingerabdrucks zum Sensor zurückprallt. Die zurückkommenden Schallwellen werden erfasst und zu einem Bild verarbeitet.

Thermische Scanner:

Diese kommen seltener vor und funktionieren durch die Erkennung der Temperaturunterschiede zwischen den Erhebungen und Tälern des Fingerabdrucks.

 

Wie funktioniert der optische Fingerabdruckscanner?

 

Beispiel: MANTRA Morphs-Scanner.

Beispiel: ZKTEKO USB-Fingerabdruckscanner

 

Beispiel: Digital Persona USB-Fingerabdrucksensor

 

Optische Fingerabdruckscanner gehören zu den gebräuchlichsten Arten von Fingerabdrucklesern, insbesondere in früheren Anwendungen der Technologie. Sie funktionieren, indem sie mithilfe von Licht ein Bild des Fingerabdrucks aufnehmen, ähnlich wie eine Digitalkamera. Hier ist ein tieferer Einblick in ihre Funktionsweise:

Funktionsprinzip:

Im Kern basieren optische Fingerabdruckscanner auf der Tatsache, dass die Erhebungen und Täler eines Fingerabdrucks unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen. Grate in einem Fingerabdruck sind die erhabenen Teile, während Täler die vertieften Bereiche zwischen Graten sind. Wenn Licht auf einen Finger fällt, wird es von den Graten direkt reflektiert, während es von den Tälern gestreut wird.

Bilderfassung:

Wenn ein Finger auf die Oberfläche des Scanners gelegt wird, die normalerweise aus Glas oder einem ähnlichen transparenten Material besteht, wird er beleuchtet, typischerweise durch ein LED-Licht.

Das Licht wird vom Finger reflektiert und in einen lichtempfindlichen Mikrochip (entweder ein ladungsgekoppeltes Gerät oder CCD oder ein komplementärer Metalloxid-Halbleiter- oder CMOS-Sensor) reflektiert.

Der Sensor erfasst das Bild anhand des Musters aus Licht und Schatten, das durch die Grate und Täler des Fingerabdrucks erzeugt wird.

Bildverarbeitung:

Das vom Sensor erfasste analoge Bild wird in ein digitales Format umgewandelt.

Das digitale Bild kann dann verschiedenen Verarbeitungsschritten unterzogen werden, um die Klarheit und den Kontrast zu verbessern, Rauschen zu entfernen und die Fingerabdruckdetails deutlicher hervorzuheben.

Das endgültig verarbeitete Bild wird dann zum Vergleich mit gespeicherten Fingerabdruckvorlagen verwendet.

Minutienextraktion:

Die Hauptmerkmale, die für den Fingerabdruckvergleich verwendet werden, sind die Minutienpunkte, zu denen Gratgabelungen (wo sich ein Grat in zwei Teile teilt) und Gratenden (wo ein Grat endet) gehören. Hochentwickelte Algorithmen extrahieren diese Minutienpunkte aus dem erfassten digitalen Bild und erstellen eine Karte ihrer Standorte und Richtungen. Diese Karte und nicht das vollständige Fingerabdruckbild wird normalerweise gespeichert und für zukünftige Vergleiche verwendet, sowohl um Speicherplatz zu sparen als auch aus Datenschutzgründen.

Vergleich und Matching:

Beim Scannen eines Fingerabdrucks werden die extrahierten Details mit den gespeicherten Vorlagen verglichen. Wenn auf Grundlage der Kriterien des Algorithmus eine ausreichende Übereinstimmung vorliegt, gilt der Scan als erfolgreich.

 

Herausforderungen:

Optische Scanner haben einige inhärente Herausforderungen:

Spoofing:

Da sie auf die Aufnahme eines 2D-Bildes angewiesen sind, können sie manchmal durch ein qualitativ hochwertiges Foto oder einen gefälschten Fingerabdruck getäuscht werden.

Gebrauchsspuren und Kratzer:

Die Glasoberfläche des Scanners kann mit der Zeit zerkratzt oder verschmutzt werden, was die Qualität der aufgenommenen Bilder beeinträchtigt.

Variabilität der Fingerbeschwerden:

Nasse, trockene oder gealterte Finger können aufgrund der unterschiedlichen Reflexionseigenschaften manchmal zu Problemen bei der Bildaufnahme führen.

 

Trotz dieser Herausforderungen haben Fortschritte in der Technologie und die Kombination optischer Scanner mit anderen Arten von Sensoren oder Authentifizierungsmethoden sie im Laufe der Zeit zuverlässiger und sicherer gemacht.

 

Wo werden optische Fingerabdruckscanner typischerweise eingesetzt?

 

Optische Fingerabdruckscanner finden aufgrund ihres relativ einfachen Aufbaus und ihrer einfachen Handhabung Anwendung in einer Vielzahl von Branchen und Geräten. Hier sind einige typische Anwendungen optischer Fingerabdruckscanner:

Zutrittskontrollsysteme:

Eine der Hauptanwendungen optischer Fingerabdruckscanner sind Systeme, die darauf ausgelegt sind Zugriff kontrollieren an Gebäuden, Räumen oder bestimmten Bereichen. Dies ist in Bürogebäuden, Forschungseinrichtungen und sogar einigen Wohnkomplexen zu beobachten, in denen ein sicherer Zugang erforderlich ist.

Zeit- und Anwesenheitssysteme:

Unternehmen nutzen diese Scanner in Verbindung mit Zeiterfassungssystemen, um sicherzustellen, dass Mitarbeiter dann anwesend sind, wenn sie es vorgeben. Durch die Verwendung von Fingerabdrücken kann das System betrügerische Aktivitäten wie „Kumpel schlagen” wo ein Mitarbeiter für einen anderen ein- oder ausstempelt.

Authentifizierung von Computern und Mobilgeräten:

Einige ältere Laptop- und Smartphone-Modelle verfügten über optische Fingerabdruckscanner zur Benutzerauthentifizierung. Obwohl neuere Geräte aufgrund ihres kleineren Formfaktors und der höheren Sicherheit häufig kapazitive oder Ultraschallscanner verwenden, gehörten optische Scanner zu den ersten, die in die Unterhaltungselektronik integriert wurden.

Strafverfolgung und Einwanderung:

Die Erfassung von Fingerabdrücken ist in der Strafverfolgung ein Standardverfahren zur Identifizierung von Personen, und optische Scanner bieten eine Möglichkeit, diese Fingerabdrücke schnell und digital zu erfassen. Darüber hinaus könnten an Grenzkontrollpunkten optische Fingerabdruckscanner eingesetzt werden, um die Identität von Reisenden anhand biometrischer Datenbanken zu überprüfen. Beispiel: ADHAAR.

Bank- und Finanzdienstleistungen:

Geldautomaten und andere Transaktionspunkte können mit optischen Fingerabdruckscannern ausgestattet sein, um Benutzer zu authentifizieren, was eine zusätzliche Sicherheitsebene über eine herkömmliche PIN oder ein herkömmliches Passwort hinaus bietet.

Point-of-Sale-Systeme:

In einigen Regionen ermöglichen Point-of-Sale-Systeme (POS) Benutzern die Authentifizierung von Zahlungen mithilfe ihrer Fingerabdrücke. Dies kann eine schnellere und möglicherweise sicherere Transaktionsmethode darstellen als die Eingabe einer PIN oder das Signieren.

Schließfächer:

Einige Banken und private Tresorräume bieten als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme Schließfächer mit optischen Fingerabdruck-Scansystemen an.

Fahrzeugzugang:

Einige High-End- oder Sonderfahrzeuge verwenden möglicherweise optische Fingerabdruckscanner als Methode für den schlüssellosen Zugang oder die Zündung, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Benutzer auf das Fahrzeug zugreifen und es starten können.

 

Während optische Fingerabdruckscanner vielseitig einsetzbar und weit verbreitet sind, ist ihre Verwendung in bestimmten Anwendungen, insbesondere in kompakten Geräten wie modernen Smartphones, zugunsten neuerer Technologien wie kapazitiver und Ultraschallscanner zurückgegangen. Diese neueren Technologien bieten oft eine höhere Genauigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Spoofing und mehr Flexibilität bei der Designintegration. Dennoch sind optische Scanner aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und bewährten Erfolgsbilanz in vielen Anwendungen nach wie vor weit verbreitet.

 

Optische Fingerabdruckscanner: Überlegungen zur Größe

 

Optische Fingerabdruckscanner erfassen mithilfe von Licht ein visuelles Bild eines Fingerabdrucks, ähnlich wie eine Digitalkamera. Diese Modalität erfordert von Natur aus bestimmte Komponenten, die die Gesamtgröße und den Formfaktor des Scanners beeinflussen. Zwei Hauptkomponenten sind die Lichtquelle und die Glasscheibe, die beide dazu beitragen, dass optische Scanner im Vergleich zu einigen anderen Arten von Fingerabdruckscannern relativ größer werden.

Lichtquelle:

Optische Scanner benötigen eine Lichtquelle, typischerweise LEDs, um den Fingerabdruck zu beleuchten. Das Licht wird von den Graten und Tälern des Fingers reflektiert und erzeugt ein Muster, das erfasst und analysiert werden kann. Der Einbau dieser Lichtquelle erfordert zusätzlichen Platz sowohl für die LED-Komponenten als auch für die zugehörige Elektronik.

Glasscheibe:

Damit der Scanner das reflektierte Licht eines Fingerabdrucks erfassen kann, muss ein klares Medium vorhanden sein, durch das das Licht wandern kann. Hier kommt die Glasscheibe (oder ein ähnliches transparentes Material) ins Spiel. Der Benutzer legt seinen Finger auf diese Scheibe, und das Licht wird vom Finger reflektiert, durchdringt das Glas und wird vom lichtempfindlichen Mikrochip darunter erfasst. Diese Glasscheibe muss eine gewisse Dicke haben, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, zumal der Benutzer immer wieder mit den Fingern dagegen drückt. Seine Anwesenheit erhöht die Tiefe und Gesamtgröße des Scanners.

Aufgrund der inhärenten Anforderungen an diese Komponenten weisen optische Fingerabdruckscanner häufig einen deutlichen, erhabenen Bereich oder einen auffälligen Bereich auf Geräten auf, insbesondere im Vergleich zu neueren Technologien wie kapazitiven oder Ultraschallscannern. Während Fortschritte in der Miniaturisierung im Laufe der Jahre die Größe optischer Scanner reduziert haben, gibt es eine Grenze dafür, wie stark sie verkleinert werden können, ohne ihre Funktionalität zu beeinträchtigen.

Diese Größenbetrachtung ist einer der Gründe, warum Hersteller bei Geräten, bei denen der Platz knapp ist (wie moderne Smartphones), auf andere Scantechnologien umgestiegen sind, die eine nahtlosere Integration ermöglichen, wie etwa Ultraschall- oder kapazitive Sensoren unter dem Display. Für Anwendungen, bei denen die Größe jedoch nicht im Vordergrund steht und Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von größter Bedeutung sind, sind optische Scanner nach wie vor eine beliebte Wahl.

 

Wie funktionieren kapazitive Fingerabdruckscanner?

 

Kapazitive Fingerabdruckscanner basieren, wie der Name schon sagt, auf dem Prinzip der Kapazität, also der Fähigkeit eines Objekts, elektrische Ladung zu speichern. Hier ist ein detaillierter Blick auf die Funktionsweise kapazitiver Fingerabdruckscanner:

Funktionsprinzip:

Das Grundprinzip des kapazitiven Fingerabdruckscannens ist der Kapazitätsunterschied zwischen den Erhebungen und Tälern eines Fingerabdrucks. Die menschliche Haut ist ein ausgezeichneter Leiter und die Luft (oder der Raum) in den Tälern zwischen den Graten des Fingerabdrucks sorgt als Isolator für eindeutige Kapazitätswerte, die gemessen werden können.

Sensorarray:

Ein kapazitiver Scanner enthält eine Reihe winziger Kondensatorschaltungen. Wenn ein Finger über diese Anordnung gelegt wird, kann jeder Kondensator die Kapazität des entsprechenden kleinen Teils des Fingerabdrucks messen, an dem er ausgerichtet ist.

Kapazitätsunterschiede:

Wenn eine Kante des Fingerabdrucks in direkten Kontakt mit einem dieser winzigen Kondensatoren kommt, ändert sich die Kapazität aufgrund der unmittelbaren Nähe der leitenden Haut.

Umgekehrt berühren die Täler (Zwischenräume zwischen den Graten) die Kondensatoren nicht direkt. Infolgedessen gibt es einen Unterschied im Abstand vom Kondensator, was aufgrund der isolierenden Luft oder des isolierenden Raums zu einem anderen Kapazitätswert führt.

Dieser Kapazitätsunterschied im gesamten Sensorarray, der durch das einzigartige Muster aus Graten und Tälern in jedem Fingerabdruck verursacht wird, wird vom Scanner erfasst.

Ein Bild erzeugen:

Sobald die Kapazitätswerte im gesamten Array gemessen wurden:

Die Werte werden in ein digitales Format umgewandelt.

Diese Daten können verarbeitet werden, um eine visuelle Darstellung oder ein Bild des Fingerabdrucks zu erstellen, oder sie können direkt analysiert werden, um eindeutige Fingerabdruckmerkmale zu extrahieren.

Minutienextraktion:

Wie bei anderen Fingerabdruckscannern sind die Hauptmerkmale der Fingerabdruckerkennung Minutienpunkte, das sind die einzigartigen Merkmale eines Fingerabdrucks, wie z. B. Gratenden und Gabelungen. Algorithmen analysieren die generierten Daten, um diese Details zu identifizieren und eine Karte oder Vorlage ihrer Standorte und Richtungen zu erstellen.

Vergleich und Matching:

Beim Scannen eines Fingerabdrucks werden die extrahierten Details mit den gespeicherten Vorlagen verglichen. Liegt eine ausreichende Übereinstimmung basierend auf den Kriterien des Algorithmus vor, wird der Scan als gültig erkannt.

 

Vorteile und Herausforderungen:

 

Vorteile:

Kapazitive Scanner sind schwerer zu fälschen als optische Scanner, da sie die physikalischen Eigenschaften (Kapazität) eines echten Fingers erfordern. Zudem lassen sie sich relativ kompakt bauen und eignen sich so für die Integration in mobile Geräte.

Herausforderungen:

Sie können empfindlich auf äußere Bedingungen reagieren. Schmutz, Öl, Schweiß oder Feuchtigkeit am Finger können die Kapazität verändern und möglicherweise die Scangenauigkeit beeinträchtigen. Darüber hinaus können sich die Scanner mit der Zeit abnutzen, insbesondere wenn die Oberfläche zerkratzt wird, was ihre Wirksamkeit verringert.

Moderne Smartphones und andere elektronische Geräte verwenden aufgrund ihrer kompakten Bauweise und hohen Genauigkeit häufig kapazitive Fingerabdruckscanner. In vielen Fällen sind diese Scanner in Tasten oder bestimmte Bereiche der Geräteoberfläche integriert, um den Zugriff und die Verwendung zu erleichtern.

 

Wo werden kapazitive Fingerabdruckscanner typischerweise eingesetzt?

 

Kapazitive Fingerabdruckscanner erfreuen sich aufgrund ihres kompakten Designs, ihrer Zuverlässigkeit und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber gängigen Spoofing-Techniken großer Beliebtheit. Hier sind einige der typischen Anwendungen von kapazitiven Fingerabdruckscannern:

Smartphones und Tablets:

Eine der am weitesten verbreiteten Anwendungen kapazitiver Fingerabdruckscanner sind Smartphones und Tablets. Sie bieten Benutzern eine schnelle und sichere Methode zum Entsperren ihrer Geräte, zum Authentifizieren von App-Käufen und zum Anmelden bei Anwendungen.

Laptops und Computer:

Viele moderne Laptops und PCs verfügen über kapazitive Fingerabdruckleser, entweder integriert in einen Netzschalter, ein Touchpad oder als eigenständiger Sensor. Dies bietet Benutzern eine sichere und bequeme Möglichkeit, sich anzumelden, insbesondere in Kombination mit anderen Authentifizierungsmethoden.

USB-Sicherheitsschlüssel:

Einige USB-basierte Sicherheitsschlüssel (häufig für die Zwei-Faktor-Authentifizierung verwendet) enthalten kapazitive Fingerabdruckscanner, um zusätzlich zu oder anstelle eines Passworts oder einer PIN eine biometrische Verifizierung zu ermöglichen.

Zutrittskontrollsysteme:

Während für die Zugangskontrolle verschiedene Arten von Fingerabdruckscannern verwendet werden können, bieten kapazitive Scanner ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Größe, Zuverlässigkeit und Kosten. Sie finden sich in Systemen, die den Zugang zu Gebäuden, Räumen oder sicheren Bereichen sowohl im gewerblichen als auch im privaten Bereich steuern.

Bank- und Finanzdienstleistungen:

Einige Banken und Finanzinstitute verwenden kapazitive Scanner in Geldautomaten oder speziellen Transaktionsgeräten, sodass Benutzer Transaktionen anhand ihrer Fingerabdrücke authentifizieren können.

Intelligente Schlösser und Safes:

Die Smart-Home-Branche integriert kapazitive Fingerabdruckscanner in Produkte wie Türschlösser und Tresore. Dies bietet Hausbesitzern eine schlüssel- und pinlose Zugangsmöglichkeit.

Persönliche Elektronik und Wearables:

Über die üblichen Smartphones und Tablets hinaus können einige persönliche elektronische Geräte, wie bestimmte Modelle von Ohrhörern oder Smartwatches, kapazitive Scanner zur Benutzerauthentifizierung enthalten.

 

Point-of-Sale-Systeme:

 

In bestimmten Systemen, insbesondere solchen, die für Hochsicherheits- oder Luxus-Einzelhandelsumgebungen konzipiert sind, werden kapazitive Fingerabdruckscanner sowohl zur Mitarbeiter- als auch zur Kundenauthentifizierung verwendet.

Fahrzeugzugangs- und Startsysteme:

Einige moderne oder High-End-Fahrzeuge verfügen optional über einen kapazitiven Fingerabdruck-Scanner für den schlüssellosen Zugang oder die Zündung, um sicherzustellen, dass nur autorisierte Benutzer auf das Fahrzeug zugreifen und es bedienen können.

Aufgrund ihrer Kompaktheit und Zuverlässigkeit eignen sich kapazitive Fingerabdruckscanner für ein breites Anwendungsspektrum. Mit der zunehmenden Verbreitung biometrischer Sicherheit ist es wahrscheinlich, dass der Einsatz dieser Scanner auch in anderen Bereichen und Geräten weiter ausgeweitet wird.

 

Kapazitive Fingerabdruckscanner: Popularität durch Kompaktheit und Effizienz

 

Kapazitive Fingerabdruckscanner sind zu einem festen Bestandteil vieler unserer Alltagsgeräte geworden, insbesondere im Bereich der persönlichen Elektronik. Zwei der Hauptgründe für ihre weite Verbreitung sind ihre kompakte Größe und ihr geringer Stromverbrauch. Hier ist ein Hinweis, in dem diese Vorteile detailliert beschrieben werden:

Kompakte Größe:

 

Miniaturisierung:

Die Technologie hinter kapazitiven Fingerabdruckscannern ermöglicht einen hohen Grad an Miniaturisierung. Die Anordnung winziger kapazitiver Schaltkreise, die zur Erkennung von Fingerkuppen und -tälern verwendet werden, kann dicht gepackt werden, wodurch die Stellfläche des Scanners klein wird.

Integration mit Geräten:

Die kompakte Bauweise dieser Scanner ermöglicht es Herstellern, sie nahtlos in eine Vielzahl von Geräten zu integrieren. Bei Smartphones wurden kapazitive Scanner beispielsweise in Home-Tasten, Seitentasten oder sogar auf der Rückseite integriert. Ihre geringe Größe stellt sicher, dass sie das Gerätedesign nicht dominieren, was sie zur bevorzugten Wahl gegenüber größeren optischen Gegenstücken in Geräten macht, bei denen der Platz knapp ist.

 

Geringer Stromverbrauch:

Effizienter Betrieb:

Kapazitive Fingerabdruckscanner benötigen von Natur aus nur wenig Strom für den Betrieb. Sie messen im Wesentlichen Änderungen der elektrischen Ladung, ein Prozess, der keine nennenswerte Energie erfordert.

Standby-Modi:

Moderne kapazitive Scanner sind mit intelligenten Standby-Modi ausgestattet. Sie können in einem Energiesparzustand bleiben, bis eine Berührung erkannt wird. Anschließend werden sie aktiviert und führen den Scan durch. Dieser Power-on-Demand-Ansatz gewährleistet einen minimalen Batterieverbrauch.

Vorteilhaft für batteriebetriebene Geräte:

Geräte wie Smartphones, Tablets und Wearables haben begrenzte Akkukapazitäten. Stromhungrige Komponenten können sich erheblich auf die Gesamtlebensdauer der Batterie auswirken. Die Effizienz kapazitiver Fingerabdruckscanner bedeutet, dass sie Sicherheit und Komfort bieten können, ohne die Batterielebensdauer zu beeinträchtigen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die geringe Größe kapazitiver Fingerabdruckscanner eine vielseitige Designintegration ermöglicht, während ihr geringer Stromverbrauch dafür sorgt, dass sie die Akkulaufzeit tragbarer Geräte nicht wesentlich beeinträchtigen. Diese Vorteile haben eine entscheidende Rolle bei ihrer Einführung gespielt, insbesondere in der Welt der mobilen Elektronik, wo sowohl Platz als auch Leistung entscheidende Faktoren sind.

 

Wie Funktionieren die Observatorien?

 

Ultraschall-Fingerabdruckscanner stellen eine neuere Weiterentwicklung der biometrischen Authentifizierung dar. Im Gegensatz zu optischen und kapazitiven Scannern, die auf Licht- oder elektrischen Unterschieden basieren, nutzen Ultraschallscanner Schallwellen, um die einzigartigen Muster von Graten und Tälern in einem Fingerabdruck zu erkennen. Hier finden Sie eine detaillierte Erklärung ihrer Funktionsweise:

Übertragung von Ultraschallwellen:

Der Vorgang beginnt damit, dass das Gerät einen Ultraschallimpuls (eine sehr hochfrequente Schallwelle) an den Finger sendet, der auf dem Scanner liegt.

Reflexion und Erfassung:

Die Grate (erhöhte Teile) und Täler (vertiefte Teile) des Fingerabdrucks reflektieren diesen Ultraschallimpuls unterschiedlich. Die Rillen des Fingerabdrucks kommen in direkten Kontakt mit dem Scanner und reflektieren die Wellen sofort zurück. Im Gegensatz dazu sind die Täler etwas weiter vom Scanner entfernt, was zu einer leichten Verzögerung der reflektierten Wellen führt.

Ein Ultraschallsensor (oder Empfänger) erfasst diese reflektierten Wellen.

Bearbeitung und Bilderstellung:

Die Daten der reflektierten Wellen werden dann vom Gerät verarbeitet. Da die reflektierten Wellen von Bergrücken und Tälern Unterschiede in Intensität und Zeitpunkt aufweisen, kann das System ein detailliertes 3D-Bild des Fingerabdrucks erstellen und selbst kleinste Details erfassen.

Vorteile:

 

Tiefenerfassung:

Ein großer Vorteil von Ultraschall-Fingerabdruckscannern ist ihre Fähigkeit, eine 3D-Darstellung des Fingerabdrucks zu erzeugen. Diese Tiefeninformationen liefern ein detaillierteres und einzigartigeres Fingerabdruckprofil, das im Vergleich zu 2D-Darstellungen schwieriger zu fälschen ist.

Beständigkeit gegen Verunreinigungen:

Ultraschallscanner können Fingerabdrücke selbst durch leichte Schmutz-, Öl-, Schweiß- oder Feuchtigkeitsschichten effektiv lesen. Denn Ultraschallwellen können diese Schadstoffe durchdringen, im Gegensatz zu optischen oder kapazitiven Methoden, die dadurch behindert werden können.

Integration unter Bildschirmen:

Ultraschallsensoren können unter Displaypanels integriert werden, was sie bei modernen Smartphones mit Edge-to-Edge-Displays beliebt macht. Dies ermöglicht ein unterbrechungsfreies Bildschirmdesign, ohne dass eine spezielle Taste oder Platz für den Scanner erforderlich ist.

Herausforderungen:

 

Kosten:

Ultraschall-Fingerabdruckscanner sind aufgrund ihrer Komplexität und neueren Technologie tendenziell teurer als ihre optischen und kapazitiven Gegenstücke.

Bearbeitungszeit:

Obwohl sie im Allgemeinen schnell sind, können Ultraschallscanner manchmal etwas langsamer sein als kapazitive Scanner, insbesondere bei der Verarbeitung der 3D-Bilddaten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ultraschall-Fingerabdruckscanner einen ausgefeilten Ansatz zur biometrischen Authentifizierung bieten und die Eigenschaften von Schallwellen nutzen, um ein detailliertes und einzigartiges Fingerabdruckprofil zu erfassen. Ihre Fähigkeit, Verunreinigungen zu beseitigen und sich nahtlos unter Displays zu integrieren, hat sie immer beliebter gemacht, insbesondere bei High-End-Smartphones und -Geräten, bei denen elegantes Design und verbesserte Sicherheit im Vordergrund stehen.

 

Wo werden Ultraschall-Fingerabdruckscanner typischerweise eingesetzt?

 

Ultraschall-Fingerabdruckscanner haben sich aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile, insbesondere in Bezug auf Tiefenerkennung und Widerstandsfähigkeit gegen Verunreinigungen, eine Nische in der Welt der biometrischen Authentifizierung geschaffen. Hier werden sie typischerweise verwendet:

Smartphones:

Die vielleicht bekannteste Anwendung von Ultraschall-Fingerabdruckscannern sind moderne Smartphones. Insbesondere angesichts des Trends zu rahmenlosen und Vollbild-Designs haben Hersteller die Ultraschalltechnologie eingeführt, um den Scanner direkt unter dem Display zu integrieren, was ein nahtloses Design ohne Kompromisse bei der Sicherheit ermöglicht.

Tablets:

Ähnlich wie Smartphones verfügen einige High-End-Tablets über Ultraschall-Fingerabdruckscanner, um mehr Sicherheit zu bieten und gleichzeitig die schlanke Designästhetik beizubehalten.

Sichere Zugangssysteme:

In Hochsicherheitsumgebungen könnten die Tiefenerkennungsfunktionen von Ultraschallscannern bevorzugt werden (die es schwieriger machen, sie zu fälschen als 2D-Scanner). Sie können in sicheren Zugangskontrollsystemen für Gebäude, Labore, Rechenzentren und andere sensible Bereiche eingesetzt werden.

Bank- und Finanzdienstleistungen:

In Szenarien, in denen eine zusätzliche Sicherheitsebene erforderlich ist, wie etwa in einigen Geldautomaten oder Transaktionsgeräten, können Ultraschallscanner eingesetzt werden.

Automobilindustrie:

Da Fahrzeuge immer technisch versierter werden, gibt es einen Vorstoß für schlüssellose Zugangs- und Startsysteme. Einige Luxusfahrzeuge beginnen damit, Ultraschall-Fingerabdruckscanner zu integrieren, um den Fahrer zu authentifizieren und Zugang zu gewähren oder das Fahrzeug zu starten.

Medizintechnik:

Für medizinische Geräte, die einen sicheren Zugriff oder eine Benutzerauthentifizierung erfordern, können Ultraschallscanner eine zuverlässige Lösung bieten, insbesondere in Umgebungen, in denen das Gerät möglicherweise Verunreinigungen ausgesetzt ist, und ein Scanner, der durch solche Hindernisse hindurch arbeiten kann, ist von Vorteil.

Personalcomputer und Laptops:

Während kapazitive Scanner in dieser Kategorie häufiger anzutreffen sind, verwenden einige High-End-Laptop-Modelle, die auf ein hochmodernes Funktionspaket abzielen, möglicherweise Ultraschallscanner zur Benutzerauthentifizierung.

Beispiel: Lexar USB-Speicher mit kapazitivem Fingerabdrucksensor.

Intelligente Schlösser:

Die Heimsicherheitsbranche, die sich mit der Technologie ständig weiterentwickelt, könnte die Integration von Ultraschallscannern in intelligente Schlösser und Sicherheitssysteme, insbesondere in Premiumprodukte, erleben.

 

Individuelle Anwendungen:

Über diese typischen Anwendungen hinaus können Ultraschall-Fingerabdruckscanner spezielle Anwendungen in verschiedenen Branchen oder kundenspezifischen Projekten finden, bei denen ihre spezifischen Vorteile als wertvoll erachtet werden.

Da die Technologie Fortschritte macht und die Kosten für die Herstellung von Ultraschallscannern möglicherweise sinken, könnten wir eine noch breitere Anwendung dieser Technologie in verschiedenen Sektoren erleben. Die am weitesten verbreitete und spürbarste Nutzung liegt jedoch derzeit noch im Bereich Smartphones und persönlicher Elektronik.

 

Wie kommunizieren diese Fingerabdruckscanner mit dem Host?

 

Unabhängig vom Typ (optisch, kapazitiv oder Ultraschall) benötigen Fingerabdruckscanner eine Methode zur Kommunikation mit dem Hostgerät, sei es ein Computer, ein Smartphone, ein Zugangskontrollsystem oder ein anderes elektronisches System. Die primären Kommunikationsmodi sind typischerweise der Universal Serial Bus (USB) und die serielle Kommunikation. Hier ist ein detaillierter Hinweis zur Kommunikation dieser Scanner mit ihren Host-Geräten:

Kommunikation von Fingerabdruckscannern mit dem Host

 

1. USB-Kommunikation:

• Plug and Play: Einer der Hauptvorteile von USB (Universal Serial Bus) ist seine Plug-and-Play-Fähigkeit. Sobald ein Fingerabdruckscanner über USB angeschlossen ist, erkennt ihn das Hostgerät im Allgemeinen automatisch, was eine einfache Installation und Einrichtung ermöglicht.
• Datenübertragungsraten: USB bietet insbesondere in seinen späteren Versionen (z. B. USB 3.0 und USB 3.1) hohe Datenübertragungsraten. Dies ist wichtig, um hochauflösende Fingerabdruckbilder oder -daten schnell zur Verarbeitung an das Hostgerät zu übertragen.
• Labor-Stromversorgungen: USB stellt nicht nur eine Datenverbindung her, sondern versorgt das angeschlossene Gerät auch mit Strom. Viele Fingerabdruckscanner werden direkt über USB mit Strom versorgt, sodass keine externe Stromquelle erforderlich ist.
• Universelle Kompatibilität: Angesichts der Allgegenwärtigkeit von USB-Anschlüssen an Computern, Laptops und vielen anderen Geräten können über USB angeschlossene Fingerabdruckscanner problemlos auf einer Vielzahl von Plattformen verwendet werden.
• Protokolle: Die USB-Kommunikation nutzt Standardprotokolle, die sicherstellen, dass sich Scanner und Host-Gerät verstehen und Daten strukturiert austauschen können.

 

2. Serielle Kommunikation:

• Natur: Bei der seriellen Kommunikation werden Daten bitweise nacheinander über einen Kommunikationskanal oder einen Computerbus übertragen. Es handelt sich um eine ältere, aber immer noch weit verbreitete Kommunikationsmethode, insbesondere in bestimmten eingebetteten Systemen oder spezifischen Anwendungen.
• UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): Häufig verfügen Geräte, die serielle Kommunikation nutzen, über einen UART-Chip, der diesen Kommunikationsmodus ermöglicht. Der UART nimmt Datenbytes auf und überträgt die einzelnen Bits nacheinander. Auf der Empfangsseite sammelt ein UART die Bits und rekonstruiert das Datenbyte.
• Baud-Rate: Dies bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der Daten über die serielle Leitung übertragen werden. Es ist wichtig, dass sich sowohl der Sender (Fingerabdruckscanner) als auch der Empfänger (Hostgerät) auf eine Baudrate einigen, um eine genaue Datenübertragung sicherzustellen.
• RS-232- und RS-485-Standards: Dies sind beliebte Standards, die in der seriellen Kommunikation verwendet werden. RS-232 wird häufiger für die Kommunikation über kurze Entfernungen verwendet, während RS-485 größere Entfernungen bewältigen kann und in eher industriellen Umgebungen verwendet wird.
• Flexibilität: Serielle Kommunikation kann über drahtlose Medien genutzt werden, was sie vielseitig macht. Einige Fingerabdruckscanner verwenden möglicherweise serielle Kommunikation über Bluetooth oder andere drahtlose Protokolle, um mit Host-Geräten zu kommunizieren.
• Anwendungen: Während USB in der Unterhaltungselektronik dominieren mag, wird die serielle Kommunikation in bestimmten Anwendungen wie Industriesystemen, bestimmten eingebetteten Systemen oder Szenarien, in denen eine Kommunikation über große Entfernungen mit dem Scanner erforderlich ist, bevorzugt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Kommunikationsmodus, den ein Fingerabdruckscanner verwendet, von der beabsichtigten Anwendung und dem Hostgerät abhängt, mit dem er verbunden ist. Sowohl USB als auch serielle Kommunikation bieten ihre eigenen Vorteile, wobei USB aufgrund seiner Benutzerfreundlichkeit in der Unterhaltungselektronik häufiger vorkommt und serielle Kommunikation aufgrund ihrer Flexibilität und spezifischen Anwendungsvorteile gewählt wird.

 

Wie werden die Fingerabdruckvorlagen gespeichert und von den Fingerabdrucksensoren identifiziert?

 

Fingerabdruckscanner interagieren mit Hostsystemen oder -geräten über vordefinierte Befehls- und Antwortsätze und ermöglichen so die Erfassung, Speicherung und Identifizierung von Fingerabdruckdaten. Ihre eingebauten Hardwarekomponenten wie digitale Signalprozessoren (DSPs) und Mikrocontroller spielen in diesem Zusammenspiel eine entscheidende Rolle.

Fingerabdruckscanner: Befehl, Erfassung und Kommunikation

 

1. Befehlsempfang:

• USB- oder serielle Kommunikation: Ob über USB oder serielle Kommunikation, Fingerabdruckscanner empfangen Befehle vom Hostsystem. Diese Befehle sind Teil eines Protokolls oder Befehlssatzes, der vom Hersteller des Scanners vordefiniert ist. Sie weisen den Scanner an, bestimmte Aufgaben auszuführen, z. B. einen Ausdruck zu erfassen, eine Vorlage zu speichern oder nach einer Übereinstimmung zu suchen.
• Befehlsinterpretation: Der interne Mikrocontroller des Scanners interpretiert die empfangenen Befehle und ergreift entsprechende Maßnahmen. Wenn beispielsweise ein „Erfassungs“-Befehl empfangen wird, aktiviert der Scanner seinen Sensormechanismus, um einen Fingerabdruck zu lesen.

 

2. Erfassung und Verarbeitung:

• DSP-Integration: Sobald ein Druck erfasst wurde, müssen möglicherweise alle Rohdaten verarbeitet werden, um die Qualität zu verbessern oder Funktionen zu extrahieren. Ein digitaler Signalprozessor (DSP) kann diese Aufgaben effizient und schnell ausführen. Es kann Aufgaben wie das Herausfiltern von Rauschen, das Verbessern von Gratmustern oder das Isolieren von Minutienpunkten (einzigartige Fingerabdruckmerkmale) bewältigen.
• Vorlagenerstellung: Bei der Nachbearbeitung erstellt der Scanner oder das Hostgerät möglicherweise eine „Vorlage“ des Fingerabdrucks. Eine Vorlage ist eine digitale Darstellung spezifischer Merkmale des Fingerabdrucks, die den Vergleich und die Identifizierung erleichtert, ohne dass das vollständige Bild gespeichert werden muss. Das spart Speicherplatz und beschleunigt die Identifizierung.

 

3. Speichern und Identifizieren:

• Lagerung: Viele fortschrittliche Fingerabdruckscanner verfügen über einen integrierten Speicher (oft vom Mikrocontroller verwaltet), um diese Fingerabdruckvorlagen zu speichern. Bei Anweisung durch einen „Speichern“-Befehl wird die Vorlage in diesem Speicher gespeichert. Diese integrierte Speicherfunktion ermöglicht es dem Scanner, einen neuen Scan schnell mit gespeicherten Vorlagen zu vergleichen, ohne mit einer externen Datenbank zu kommunizieren.
• Matching und Identifizierung: Wenn zur Identifizierung ein Fingerabdruck vorgelegt wird, erfasst der Scanner den Abdruck, verarbeitet ihn zu einer Vorlage und vergleicht diese Vorlage dann mit den gespeicherten Einträgen. Dieser Abgleich kann mithilfe verschiedener Algorithmen erfolgen, die je nach Design des Scanners vom DSP oder Mikrocontroller übernommen werden können.

 

4. Reaktion und Kommunikation:

• Feedback an den Gastgeber: Sobald der Identifizierungsprozess abgeschlossen ist, übermittelt der Scanner das Ergebnis an das Host-Gerät zurück. Dies kann eine einfache Erfolgs-/Fehlerantwort sein oder zusätzliche Daten wie eine Benutzer-ID enthalten, die dem abgeglichenen Fingerabdruck zugeordnet ist.
• Status-LEDs oder Alarme: Einige Scanner sind mit optischen oder akustischen Anzeigen ausgestattet. Beispielsweise könnte bei einem erfolgreichen Match eine grüne LED aufleuchten, während eine rote LED auf eine Nichtübereinstimmung hinweist. Ebenso können Pieptöne oder Alarme eine akustische Rückmeldung geben.
• Sicherheitsüberlegungen: Um Sicherheit und Datenschutz zu gewährleisten, senden die meisten Scanner das eigentliche Fingerabdruckbild oder die eigentliche Fingerabdruckvorlage nicht zurück, es sei denn, sie werden ausdrücklich dazu aufgefordert. Stattdessen senden sie Ergebnisse oder Codes zurück, die das Hostsystem interpretiert.

 

Im Wesentlichen sind Fingerabdruckscanner durch die Integration von DSPs, Mikrocontrollern und Speicher zu eigenständigen Einheiten geworden, die Fingerabdruckdaten erfassen, verarbeiten, speichern und identifizieren können. Ihre Interaktion mit Hostsystemen, ob über USB oder serielle Kommunikation, wird durch eine Reihe von Befehlen und Antworten gesteuert, die eine nahtlose und sichere biometrische Authentifizierung ermöglichen.

 

Abschließende Überlegungen

 

Im Bereich der biometrischen Authentifizierung haben sich Fingerabdruckscanner zu einem der zuverlässigsten und am weitesten verbreiteten Werkzeuge entwickelt und spielen in verschiedenen Anwendungen, von der persönlichen Elektronik bis hin zu Hochsicherheitseinrichtungen, eine wichtige Rolle. Unabhängig davon, ob optische, kapazitive oder Ultraschalltechnologien zum Einsatz kommen, sind diese Geräte sorgfältig darauf ausgelegt, Fingerabdruckdaten mit beispielloser Präzision zu erfassen, zu verarbeiten und abzugleichen.

Ihre Integration mit fortschrittlichen Komponenten wie digitalen Signalprozessoren und Mikrocontrollern gewährleistet nicht nur eine schnelle Verarbeitung, sondern auch die Fähigkeit, über etablierte Kommunikationsprotokolle wie USB und Seriell nahtlos mit Hostsystemen zu interagieren. Während sich die Technologie weiterentwickelt und der Schwerpunkt auf Sicherheit immer wichtiger wird, werden Fingerabdruckscanner zweifellos weiterhin an vorderster Front stehen und unsere Daten, Identitäten und Vermögenswerte mit einer komplexen Mischung aus Wissenschaft, Technik und Design schützen.