10 августа 4 типа сканеров отпечатков пальцев: подробное описание того, как они работают

Что такое сканер отпечатков пальцев?

 

Сканер отпечатков пальцев, часто называемый датчиком или считывателем отпечатков пальцев, представляет собой электронное устройство, предназначенное для захвата и цифрового анализа рисунков отпечатков пальцев. Основная функция этих сканеров — обеспечение аутентификации и безопасности, поскольку отпечатки пальцев уникальны для каждого человека, что делает их надежным способом подтверждения личности человека.

 

Виды сканеров отпечатков пальцев.

Сканеры отпечатков пальцев бывают разных типов, и работают они по разным принципам:

Оптические сканеры:

Это самый старый тип сканеров отпечатков пальцев. Они работают с использованием светочувствительного микрочипа (либо устройства с зарядовой связью, либо датчика изображения CMOS). Когда палец помещается на сканер, он освещает поверхность кожи и фиксирует изображение отпечатка пальца.

Емкостные сканеры:

Эти сканеры измеряют мельчайшие различия в электрическом заряде на поверхности кожи. Когда палец прикладывается к сканеру, выступы отпечатка касаются поверхности сканера, а впадины — нет. Это создает структуру изменений емкости, которую можно преобразовать в цифровое изображение отпечатка пальца.

Ультразвуковые сканеры:

Эти сканеры используют ультразвуковые волны для обнаружения деталей отпечатков пальцев. Сканер посылает ультразвуковой импульс, который возвращается к датчику после попадания на выступы и впадины отпечатка пальца. Возвращающиеся звуковые волны улавливаются и обрабатываются для формирования изображения.

Тепловые сканеры:

Они менее распространены и работают путем обнаружения разницы температур между выступами и впадинами отпечатка пальца.

 

Как работает оптический сканер отпечатков пальцев?

 

Пример: МАНТРА Сканер морфов.

Пример: USB-сканер отпечатков пальцев ZKTEKO.

 

Пример: USB-датчик отпечатков пальцев Digital Persona

 

Оптические сканеры отпечатков пальцев являются одним из наиболее распространенных типов считывателей отпечатков пальцев, особенно в более ранних приложениях этой технологии. Они функционируют путем захвата изображения отпечатка пальца с помощью света, подобно тому, как работает цифровая камера. Вот более глубокий взгляд на их работу:

Принцип действия:

По сути, оптические сканеры отпечатков пальцев основаны на том факте, что выступы и впадины отпечатка пальца имеют разные отражающие свойства. Гребни на отпечатке пальца — это выступающие части, а впадины — это углубления между гребнями. Когда свет падает на палец, выступы отражают его напрямую, а впадины рассеивают.

Захват изображения:

Когда палец прикасается к поверхности сканера, обычно сделанной из стекла или аналогичного прозрачного материала, он освещается, обычно светодиодом.

Свет отражается от пальца и попадает в светочувствительный микрочип (либо устройство с зарядовой связью, или ПЗС-матрица, либо комплементарный металл-оксид-полупроводник, или КМОП-датчик).

Датчик захватывает изображение на основе узора света и тени, создаваемого выступами и впадинами отпечатка пальца.

Обработка изображений:

Аналоговое изображение, полученное датчиком, преобразуется в цифровой формат.

Затем цифровое изображение может пройти различные этапы обработки, чтобы повысить четкость и контрастность, удалить шум и сделать детали отпечатков пальцев более отчетливыми.

Окончательно обработанное изображение затем используется для сравнения с сохраненными шаблонами отпечатков пальцев.

Извлечение мелочей:

Основными признаками, используемыми для сравнения отпечатков пальцев, являются точки мелких деталей, которые включают в себя раздвоения гребня (где гребень разделяется на две части) и окончания гребня (где гребень заканчивается). Сложные алгоритмы извлекают эти мелкие детали из захваченного цифрового изображения, создавая карту их местоположений и направлений. Эта карта, а не полное изображение отпечатка пальца, обычно хранится и используется для будущих сравнений, как для экономии места для хранения, так и из соображений конфиденциальности.

Сравнение и сопоставление:

При сканировании отпечатка пальца извлеченные детали сравниваются с сохраненными шаблонами. Если по критериям алгоритма имеется достаточное совпадение, сканирование считается успешным.

 

Вызовы:

Оптическим сканерам присущи некоторые проблемы:

Подмена:

Поскольку они полагаются на получение 2D-изображения, их иногда можно обмануть с помощью фотографии хорошего качества или поддельного отпечатка пальца.

Износ и царапины:

Стеклянная поверхность сканера со временем может поцарапаться или испачкаться, что повлияет на качество получаемых изображений.

Вариативность состояния пальцев:

Мокрые, сухие или старые пальцы могут иногда вызывать проблемы с захватом изображения из-за различий в отражающих свойствах.

 

Несмотря на эти проблемы, развитие технологий и сочетание оптических сканеров с другими типами датчиков или методами аутентификации со временем сделали их более надежными и безопасными.

 

Где обычно используются оптические сканеры отпечатков пальцев?

 

Оптические сканеры отпечатков пальцев благодаря своей относительно простой конструкции и удобству использования нашли применение в широком спектре отраслей и устройств. Вот некоторые типичные варианты использования оптических сканеров отпечатков пальцев:

Системы контроля доступа:

Одним из основных применений оптических сканеров отпечатков пальцев являются системы, предназначенные для контролировать доступ в здания, помещения или определенные зоны. Это можно увидеть в офисных зданиях, исследовательских центрах и даже в некоторых жилых комплексах, где необходим безопасный доступ.

Системы учета рабочего времени и посещаемости:

Компании используют эти сканеры в сочетании с системами учета рабочего времени, чтобы гарантировать, что сотрудники присутствуют там, где они заявляют. Используя отпечатки пальцев, система может предотвратить мошеннические действия, такие как «приятель», когда один сотрудник приходит или уходит вместо другого.

Аутентификация компьютеров и мобильных устройств:

Некоторые старые модели ноутбуков и смартфонов имели оптические сканеры отпечатков пальцев для аутентификации пользователей. Хотя в новых устройствах часто используются емкостные или ультразвуковые сканеры из-за их меньшего форм-фактора и более высокой безопасности, оптические сканеры были одними из первых, которые были интегрированы в бытовую электронику.

Правоохранительные органы и иммиграция:

Снятие отпечатков пальцев является стандартной процедурой в правоохранительных органах для идентификации людей, а оптические сканеры позволяют быстро и в цифровом виде получить эти отпечатки. Кроме того, на пунктах пограничного контроля могут использоваться оптические сканеры отпечатков пальцев для проверки личности путешественников по биометрическим базам данных. Пример: АДААР.

Банковские и финансовые услуги:

Банкоматы и другие точки транзакций могут включать в себя оптические сканеры отпечатков пальцев для аутентификации пользователей, добавляя дополнительный уровень безопасности помимо традиционного PIN-кода или пароля.

Системы торговых точек:

В некоторых регионах системы торговых точек (POS) позволяют пользователям подтверждать платежи с помощью отпечатков пальцев. Это может обеспечить более быстрый и потенциально более безопасный метод транзакции, чем ввод PIN-кода или подпись.

Сейфы:

Некоторые банки и частные хранилища предлагают сейфы с системами оптического сканирования отпечатков пальцев в качестве дополнительной меры безопасности.

Доступ автомобиля:

Некоторые автомобили высокого класса или специальные автомобили могут использовать оптические сканеры отпечатков пальцев в качестве метода входа или зажигания без ключа, гарантируя, что только авторизованные пользователи смогут получить доступ и запустить автомобиль.

 

Хотя оптические сканеры отпечатков пальцев универсальны и получили широкое распространение, их использование в некоторых приложениях, особенно в компактных устройствах, таких как современные смартфоны, сократилось в пользу более новых технологий, таких как емкостные и ультразвуковые сканеры. Эти новые технологии часто обеспечивают большую точность, устойчивость к подделке и большую гибкость в интеграции дизайна. Тем не менее, оптические сканеры по-прежнему широко распространены во многих приложениях благодаря своей надежности и хорошей репутации.

 

Оптические сканеры отпечатков пальцев: соображения по поводу размера

 

Оптические сканеры отпечатков пальцев работают путем захвата визуального изображения отпечатка пальца с помощью света, аналогично тому, как работает цифровая камера. Этот метод по своей сути требует определенных компонентов, которые влияют на общий размер и форм-фактор сканера. Двумя основными компонентами являются источник света и стеклянная панель, оба из которых способствуют увеличению размера оптических сканеров по сравнению с некоторыми другими типами сканеров отпечатков пальцев.

Источник света:

Оптическим сканерам необходим источник света, обычно светодиоды, для освещения отпечатка пальца. Свет отражается от выступов и впадин пальцев, создавая узор, который можно уловить и проанализировать. Включение этого источника света требует дополнительного места как для светодиодных компонентов, так и для соответствующей электроники.

Стеклянная панель:

Чтобы сканер смог уловить отраженный свет от отпечатка пальца, необходима прозрачная среда, через которую может проходить свет. Здесь на помощь приходит стеклянная панель (или аналогичный прозрачный материал). Пользователь прикладывает палец к этой панели, и свет отражается от пальца, проходит через стекло и улавливается светочувствительным микрочипом, находящимся под ним. Эта стеклянная панель должна иметь определенную толщину, чтобы обеспечить долговечность, тем более что пользователи будут постоянно прижимать к ней пальцы. Его наличие увеличивает глубину и общий размер сканера.

Из-за внутренних требований к этим компонентам оптические сканеры отпечатков пальцев часто имеют на устройствах отдельную приподнятую область или заметную часть, особенно по сравнению с более современными технологиями, такими как емкостные или ультразвуковые сканеры. Хотя достижения в области миниатюризации за последние годы привели к уменьшению размеров оптических сканеров, существует предел тому, насколько их можно уменьшить без ущерба для их функциональности.

Этот размер является одной из причин, почему в устройствах, где пространство ограничено (например, в современных смартфонах), производители перешли к другим технологиям сканирования, которые обеспечивают более плавную интеграцию, например ультразвуковым или емкостным датчикам под дисплеем. Однако для приложений, где размер не имеет первостепенного значения, а надежность и долговечность имеют первостепенное значение, оптические сканеры остаются популярным выбором.

 

Как работают емкостные сканеры отпечатков пальцев?

 

Емкостные сканеры отпечатков пальцев, как следует из названия, работают на основе принципов емкости, то есть способности объекта хранить электрический заряд. Вот подробный обзор того, как работают емкостные сканеры отпечатков пальцев:

Принцип действия:

Фундаментальным принципом емкостного сканирования отпечатков пальцев является разница в емкости между выступами и впадинами отпечатка пальца. Кожа человека, являющаяся отличным проводником, и воздух (или пространство) в впадинах между выступами отпечатков пальцев, являясь изолятором, создают различные значения емкости, которые можно измерить.

Массив датчиков:

Емкостный сканер содержит массив крошечных конденсаторных цепей. Когда палец прикладывается к этому массиву, каждый конденсатор может измерить емкость соответствующей небольшой части отпечатка пальца, с которым он совмещен.

Разница в емкости:

Когда выступ отпечатка пальца вступает в прямой контакт с одним из этих крошечных конденсаторов, емкость меняется из-за непосредственной близости проводящей кожи.

И наоборот, впадины (промежутки между выступами) не касаются конденсаторов напрямую. В результате возникает разница в расстоянии от конденсатора, что приводит к разным значениям емкости из-за изолирующего воздуха или пространства.

Эта разница в емкости сенсорной матрицы, вызванная уникальным рисунком выступов и впадин на каждом отпечатке пальца, и является тем, что фиксирует сканер.

Создание изображения:

После измерения значений емкости по всему массиву:

Значения преобразуются в цифровой формат.

Эти данные могут быть обработаны для создания визуального представления или изображения отпечатка пальца или могут быть проанализированы непосредственно для извлечения уникальных характеристик отпечатка пальца.

Извлечение мелочей:

Как и в случае с другими сканерами отпечатков пальцев, основными функциями, используемыми для распознавания отпечатков пальцев, являются мелкие точки, которые являются уникальными атрибутами отпечатка пальца, такими как окончания гребней и раздвоения. Алгоритмы анализируют сгенерированные данные, чтобы идентифицировать эти мелочи и создать карту или шаблон их местоположений и направлений.

Сравнение и сопоставление:

При сканировании отпечатка пальца извлеченные детали сравниваются с сохраненными шаблонами. Если имеется достаточное совпадение по критериям алгоритма, сканирование признается действительным.

 

Преимущества и проблемы:

 

Преимущества:

Емкостные сканеры труднее подделать, чем оптические сканеры, поскольку им требуются физические свойства (емкость) реального пальца. Их также можно сделать относительно компактными, что делает их пригодными для интеграции в мобильные устройства.

Вызовы:

Они могут быть чувствительны к внешним условиям. Грязь, масло, пот или влага на пальце могут изменить емкость и потенциально повлиять на точность сканирования. Более того, сканеры могут со временем изнашиваться, особенно если поверхность поцарапана, что снижает их эффективность.

В современных смартфонах и других электронных устройствах обычно используются емкостные сканеры отпечатков пальцев, учитывая их компактность и высокую степень точности. Во многих случаях эти сканеры интегрированы в кнопки или определенные области поверхности устройства для облегчения доступа и использования.

 

Где обычно используются емкостные сканеры отпечатков пальцев?

 

Емкостные сканеры отпечатков пальцев завоевали огромную популярность благодаря своей компактной конструкции, надежности и устойчивости к распространенным методам подделки. Вот некоторые типичные варианты использования емкостных сканеров отпечатков пальцев:

Смартфоны и планшеты:

Одно из наиболее распространенных применений емкостных сканеров отпечатков пальцев — в смартфонах и планшетах. Они предоставляют пользователям быстрый и безопасный метод разблокировки своих устройств, аутентификации покупок в приложениях и входа в приложения.

Ноутбуки и компьютеры:

Многие современные ноутбуки и персональные компьютеры оснащены емкостными считывателями отпечатков пальцев, встроенными в кнопку питания, сенсорную панель или в качестве отдельного датчика. Это предлагает пользователям безопасный и удобный способ входа в систему, особенно в сочетании с другими методами аутентификации.

USB-ключи безопасности:

Некоторые ключи безопасности на основе USB (часто используемые для двухфакторной аутентификации) включают в себя емкостные сканеры отпечатков пальцев для обеспечения биометрической проверки в дополнение к паролю или PIN-коду или вместо него.

Системы контроля доступа:

Хотя для контроля доступа можно использовать различные типы сканеров отпечатков пальцев, емкостные сканеры обеспечивают баланс между размером, надежностью и стоимостью. Их можно найти в системах контроля доступа к зданиям, помещениям или охраняемым зонам как в коммерческих, так и в жилых помещениях.

Банковские и финансовые услуги:

Некоторые банки и финансовые учреждения используют емкостные сканеры в банкоматах или специализированных устройствах для транзакций, позволяя пользователям аутентифицировать транзакции с помощью своих отпечатков пальцев.

Умные замки и сейфы:

Индустрия умного дома интегрирует емкостные сканеры отпечатков пальцев в такие продукты, как дверные замки и сейфы. Это предоставляет домовладельцам возможность доступа без ключа и без PIN-кода.

Персональная электроника и носимые устройства:

Помимо обычных смартфонов и планшетов, некоторые персональные электронные устройства, такие как определенные модели наушников или умные часы, могут включать в себя емкостные сканеры для аутентификации пользователей.

 

Системы торговых точек:

 

В некоторых системах, особенно в тех, которые предназначены для розничной торговли с высоким уровнем безопасности или роскоши, емкостные сканеры отпечатков пальцев используются как для аутентификации сотрудников, так и для аутентификации клиентов.

Системы доступа и запуска транспортных средств:

Некоторые современные или дорогие автомобили оснащены емкостным сканированием отпечатков пальцев в качестве опции для входа или зажигания без ключа, гарантируя, что только авторизованные пользователи смогут получить доступ к автомобилю и управлять им.

Компактность и надежность емкостных сканеров отпечатков пальцев делают их пригодными для широкого спектра применений. Поскольку биометрическая безопасность становится все более распространенной, вполне вероятно, что использование этих сканеров будет продолжать распространяться на другие области и устройства.

 

Емкостные сканеры отпечатков пальцев: популярность благодаря компактности и эффективности

 

Емкостные сканеры отпечатков пальцев стали неотъемлемой частью многих устройств повседневного использования, особенно в сфере персональной электроники. Двумя основными движущими силами их широкого распространения являются компактный размер и низкое энергопотребление. Вот примечание, подробно описывающее эти преимущества:

Компактный размер:

 

миниатюризация:

Технология, лежащая в основе емкостных сканеров отпечатков пальцев, обеспечивает высокую степень миниатюризации. Массив крошечных емкостных схем, используемых для обнаружения выступов и впадин отпечатков пальцев, может быть упакован плотно, что позволяет уменьшить занимаемую площадь сканера.

Интеграция с устройствами:

Компактность этих сканеров позволяет производителям легко интегрировать их в различные устройства. Например, в смартфонах емкостные сканеры встроены в кнопки «Домой», боковые кнопки или даже на заднюю панель. Их небольшой размер гарантирует, что они не будут доминировать в конструкции устройства, что делает их предпочтительным выбором по сравнению с более крупными оптическими аналогами в устройствах, где пространство имеет большое значение.

 

Низкое энергопотребление:

Эффективная операция:

Емкостные сканеры отпечатков пальцев по своей сути требуют мало энергии для работы. По сути, они измеряют изменения электрического заряда — процесс, который не требует значительной энергии.

Режимы ожидания:

Современные емкостные сканеры оснащены интеллектуальными режимами ожидания. Они могут оставаться в состоянии пониженного энергопотребления до тех пор, пока не будет обнаружено прикосновение, после чего они активируются и выполняют сканирование. Такой подход «питание по требованию» обеспечивает минимальный расход заряда батареи.

Выгодно для устройств с батарейным питанием:

Такие устройства, как смартфоны, планшеты и носимые устройства, имеют ограниченную емкость аккумулятора. Энергоемкие компоненты могут существенно снизить общий срок службы батареи. Эффективность емкостных сканеров отпечатков пальцев означает, что они могут обеспечить безопасность и удобство без ущерба для срока службы батареи.

В заключение отметим, что небольшой размер емкостных сканеров отпечатков пальцев обеспечивает универсальную интеграцию дизайна, а их низкое энергопотребление гарантирует, что они не оказывают существенного влияния на срок службы батареи портативных устройств. Эти преимущества сыграли решающую роль в их внедрении, особенно в мире мобильной электроники, где пространство и мощность имеют решающее значение.

 

Как они работают?

 

Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев представляют собой новейшее достижение в области биометрической аутентификации. В отличие от оптических и емкостных сканеров, которые полагаются на световые или электрические различия, ультразвуковые сканеры используют звуковые волны для обнаружения уникальных узоров выступов и впадин на отпечатке пальца. Вот подробное объяснение того, как они работают:

Передача ультразвуковых волн:

Процесс начинается с того, что устройство передает ультразвуковой импульс (звуковую волну очень высокой частоты) на палец, помещенный на сканер.

Отражение и захват:

Выступы (приподнятые части) и впадины (утопленные части) отпечатка пальца по-разному отражают этот ультразвуковой импульс. Выступы отпечатка пальца вступают в прямой контакт со сканером, мгновенно отражая волны обратно. Напротив, впадины будут немного дальше от сканера, что приведет к небольшой задержке отраженных волн.

Ультразвуковой датчик (или приемник) улавливает эти отраженные волны.

Обработка и создание изображений:

Данные отраженных волн затем обрабатываются устройством. Учитывая, что волны, отраженные от хребтов и долин, будут различаться по интенсивности и времени, система может построить детальное трехмерное изображение отпечатка пальца, фиксируя даже мельчайшие детали.

Преимущества:

 

Зондирование глубины:

Одним из основных преимуществ ультразвуковых сканеров отпечатков пальцев является их способность генерировать трехмерное изображение отпечатка пальца. Эта информация о глубине обеспечивает более подробный и уникальный профиль отпечатка пальца, который сложнее подделать по сравнению с 3D-представлениями.

Устойчивость к загрязнениям:

Ультразвуковые сканеры могут эффективно считывать отпечатки пальцев даже через легкие слои грязи, масла, пота или влаги. Это связано с тем, что ультразвуковые волны могут проникать через эти загрязнения, в отличие от оптических или емкостных методов, которым они могут препятствовать.

Интеграция под экранами:

Ультразвуковые датчики могут быть встроены под панели дисплея, что делает их популярными для современных смартфонов с безрамочными дисплеями. Это позволяет создать непрерывный дизайн экрана без необходимости использования отдельной кнопки или места для сканера.

Вызовы:

 

Цена:

Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев, как правило, дороже, чем их оптические и емкостные аналоги из-за их сложности и новейших технологий.

Сроки рассмотрения :

Хотя ультразвуковые сканеры в целом быстрые, они иногда могут быть немного медленнее, чем емкостные, особенно при обработке данных 3D-изображений.

Таким образом, ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев предлагают сложный подход к биометрической аутентификации, используя свойства звуковых волн для получения подробного и уникального профиля отпечатка пальца. Их способность преодолевать загрязнения и легко интегрироваться под дисплеи сделала их все более популярными, особенно в смартфонах и устройствах высокого класса, в которых приоритет отдается элегантному дизайну и повышенной безопасности.

 

Где обычно используются ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев?

 

Ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев заняли свою нишу в мире биометрической аутентификации благодаря своим уникальным преимуществам, особенно с точки зрения определения глубины и устойчивости к загрязнениям. Вот где они обычно используются:

Смартфоны:

Пожалуй, наиболее широкое применение ультразвуковых сканеров отпечатков пальцев нашли в современных смартфонах. Учитывая тенденцию к безрамочным и полноэкранным конструкциям, производители внедрили ультразвуковую технологию для встраивания сканера непосредственно под дисплей, что обеспечивает бесшовную конструкцию без ущерба для безопасности.

Таблеты:

Подобно смартфонам, некоторые высококлассные планшеты оснащены ультразвуковыми сканерами отпечатков пальцев, обеспечивающими повышенную безопасность при сохранении элегантного дизайна.

Системы безопасного доступа:

В средах с высоким уровнем безопасности можно отдать предпочтение возможностям ультразвуковых сканеров по определению глубины (из-за чего их труднее подделать, чем 2D-сканеры). Их можно использовать в безопасных системах контроля доступа для зданий, лабораторий, центров обработки данных и других чувствительных зон.

Банковские и финансовые услуги:

В сценариях, где требуется дополнительный уровень безопасности, например, в некоторых банкоматах или устройствах для транзакций, можно использовать ультразвуковые сканеры.

Автоматизированная индустрия:

Поскольку транспортные средства становятся все более технически подкованными, наблюдается стремление к системам входа и запуска без ключа. Некоторые автомобили класса люкс начинают оснащаться ультразвуковыми сканерами отпечатков пальцев в качестве средства аутентификации водителя и предоставления доступа или запуска автомобиля.

Медицинские приборы:

Для медицинского оборудования, требующего безопасного доступа или аутентификации пользователя, ультразвуковые сканеры могут предложить надежное решение, особенно в средах, где устройство может подвергаться воздействию загрязнений, и сканер, который может работать через такие препятствия, будет полезен.

Персональные компьютеры и ноутбуки:

Хотя емкостные сканеры более распространены в этой категории, некоторые модели ноутбуков высокого класса, стремящиеся к передовому набору функций, могут использовать ультразвуковые сканеры для аутентификации пользователей.

Пример: USB-накопитель Lexar с емкостным датчиком отпечатков пальцев.

Умные замки:

Индустрия домашней безопасности, постоянно развивающаяся вместе с технологиями, может увидеть интеграцию ультразвуковых сканеров в интеллектуальные замки и системы безопасности, особенно в продукты премиум-класса.

 

Пользовательские приложения:

Помимо этих типичных применений, ультразвуковые сканеры отпечатков пальцев могут найти специализированное применение в различных отраслях или в индивидуальных проектах, где их конкретные преимущества считаются ценными.

По мере развития технологий и потенциального снижения стоимости производства ультразвуковых сканеров мы можем стать свидетелями еще более широкого применения этой технологии в различных секторах. Однако на данный момент наиболее широкое и заметное применение остается в сфере смартфонов и персональной электроники.

 

Как эти сканеры отпечатков пальцев взаимодействуют с хостом?

 

Сканеры отпечатков пальцев, независимо от типа (оптические, емкостные или ультразвуковые), требуют способа связи с хост-устройством, будь то компьютер, смартфон, система контроля доступа или любая другая электронная система. Основными способами связи обычно являются универсальная последовательная шина (USB) и последовательная связь. Вот подробное примечание о том, как эти сканеры взаимодействуют со своими хост-устройствами:

Связь сканеров отпечатков пальцев с хостом

 

1. USB-связь:

• Подключи и играй: Одним из основных преимуществ USB (универсальной последовательной шины) является возможность автоматической настройки. После подключения сканера отпечатков пальцев через USB хост-устройство обычно распознает его автоматически, что упрощает установку и настройку.
• Передача данных: USB, особенно в его более поздних версиях (например, USB 3.0 и USB 3.1), обеспечивает высокую скорость передачи данных. Это важно для быстрой передачи изображений или данных отпечатков пальцев с высоким разрешением на главное устройство для обработки.
• Напряжение питания: USB не только обеспечивает канал передачи данных, но и подает питание на подключенное устройство. Многие сканеры отпечатков пальцев питаются напрямую через USB, что исключает необходимость во внешнем источнике питания.
• Универсальная совместимость: Учитывая повсеместное распространение USB-портов на компьютерах, ноутбуках и многих других устройствах, сканеры отпечатков пальцев, подключаемые через USB, можно легко использовать на множестве платформ.
• протоколы: USB-связь использует стандартные протоколы, которые гарантируют, что сканер и хост-устройство понимают друг друга и могут обмениваться данными в структурированном виде.

 

2. Последовательная связь:

• природа: Последовательная связь предполагает передачу данных по одному биту последовательно по каналу связи или компьютерной шине. Это более старый, но все еще широко используемый метод связи, особенно в некоторых встроенных системах или конкретных приложениях.
• UART (универсальный асинхронный приемник-передатчик): Часто устройства, использующие последовательную связь, имеют чип UART, который облегчает этот режим связи. UART принимает байты данных и последовательно передает отдельные биты. На принимающей стороне UART соберет биты и восстановит байт данных.
• Скорость передачи: Это относится к скорости, с которой данные передаются по последовательной линии. Как отправителю (сканер отпечатков пальцев), так и получателю (хост-устройство) крайне важно согласовать скорость передачи данных, чтобы обеспечить точную передачу данных.
• Стандарты RS-232 и RS-485: Это популярные стандарты, используемые в последовательной связи. RS-232 более распространен для связи на коротких расстояниях, тогда как RS-485 может работать на больших расстояниях и используется в более промышленных условиях.
• Трансформируемость: Последовательную связь можно использовать по беспроводной сети, что делает ее универсальной. Некоторые сканеры отпечатков пальцев могут использовать последовательную связь через Bluetooth или другие беспроводные протоколы для связи с хост-устройствами.
• Приложения: Хотя USB может доминировать в бытовой электронике, последовательная связь предпочтительна в определенных приложениях, таких как промышленные системы, некоторые встроенные системы или в сценариях, где требуется связь со сканером на большом расстоянии.

В заключение, режим связи, который использует сканер отпечатков пальцев, зависит от его предполагаемого применения и хост-устройства, с которым он взаимодействует. И USB, и последовательная связь предлагают свой набор преимуществ: USB более распространен в бытовой электронике из-за простоты использования, а последовательная связь выбрана из-за ее гибкости и преимуществ в конкретных сценариях использования.

 

Как шаблоны отпечатков пальцев сохраняются и идентифицируются датчиками отпечатков пальцев?

 

Сканеры отпечатков пальцев взаимодействуют с хост-системами или устройствами, используя заранее определенные наборы команд и ответов, что позволяет собирать, хранить и идентифицировать данные отпечатков пальцев. Их встроенные аппаратные компоненты, такие как процессоры цифровых сигналов (DSP) и микроконтроллеры, играют решающую роль в этом взаимодействии.

Сканеры отпечатков пальцев: управление, захват и связь

 

1. Прием команд:

• USB или последовательная связь: независимо от того, используется ли USB или последовательная связь, сканеры отпечатков пальцев получают команды от хост-системы. Эти команды являются частью протокола или набора команд, заданного производителем сканера. Они инструктируют сканер выполнять определенные задачи, такие как захват отпечатка, сохранение шаблона или поиск совпадения.
• Интерпретация команд: Внутренний микроконтроллер сканера интерпретирует полученные команды и предпринимает соответствующие действия. Например, когда получена команда «захватить», сканер активирует свой сенсорный механизм для считывания отпечатка пальца.

 

2. Захват и обработка:

• Интеграция DSP: после получения отпечатка любые необработанные данные, возможно, потребуется обработать для повышения качества или извлечения функций. Цифровой сигнальный процессор (DSP) может выполнять эти задачи эффективно и быстро. Он может решать такие задачи, как фильтрация шума, улучшение рельефа или выделение мелких точек (уникальные функции отпечатков пальцев).
• Создание шаблона: После постобработки сканер или хост-устройство могут создать «шаблон» отпечатка пальца. Шаблон — это цифровое представление конкретных особенностей отпечатка пальца, облегчающее сравнение и идентификацию без сохранения полного изображения. Это экономит место для хранения и ускоряет идентификацию.

 

3. Сохранение и идентификация:

• Хранилище: Многие современные сканеры отпечатков пальцев оснащены встроенной памятью (часто управляемой микроконтроллером) для хранения этих шаблонов отпечатков пальцев. По команде «сохранить» шаблон сохраняется в этой памяти. Эта встроенная память позволяет сканеру быстро сравнивать новое сканирование с сохраненными шаблонами без связи с внешней базой данных.
• Сопоставление и идентификация: Когда отпечаток пальца предъявляется для идентификации, сканер фиксирует отпечаток, преобразует его в шаблон, а затем сравнивает этот шаблон с сохраненными записями. Это сопоставление может быть выполнено с использованием различных алгоритмов, которые могут обрабатываться DSP или микроконтроллером, в зависимости от конструкции сканера.

 

4. Ответ и общение:

• Обратная связь с хостом: После завершения процесса идентификации сканер передает результат обратно на главное устройство. Это может быть простой ответ об успехе/неуспехе или он может включать дополнительные данные, например идентификатор пользователя, связанный с совпавшим отпечатком пальца.
• Светодиоды состояния или сигналы тревоги: Некоторые сканеры оснащены визуальными или звуковыми индикаторами. Например, зеленый светодиод может загореться при успешном сопоставлении, а красный — о несоответствии. Аналогично, звуковые сигналы или сигналы тревоги могут обеспечить звуковую обратную связь.
• Соображения безопасности: В целях обеспечения безопасности и конфиденциальности большинство сканеров не отправляют обратно фактическое изображение или шаблон отпечатка пальца, если это не указано явно. Вместо этого они отправляют обратно результаты или коды, которые интерпретирует хост-система.

 

По сути, сканеры отпечатков пальцев благодаря интеграции DSP, микроконтроллеров и памяти стали автономными устройствами, способными захватывать, обрабатывать, хранить и идентифицировать данные отпечатков пальцев. Их взаимодействие с хост-системами, будь то через USB или последовательную связь, регулируется серией команд и ответов, которые обеспечивают плавную и безопасную биометрическую аутентификацию.

 

Заключение

 

В сфере биометрической аутентификации сканеры отпечатков пальцев стали одним из наиболее надежных и распространенных инструментов, играющих важную роль в различных приложениях — от персональной электроники до объектов повышенной безопасности. Независимо от того, используют ли эти устройства оптические, емкостные или ультразвуковые технологии, эти устройства тщательно разработаны для сбора, обработки и сопоставления данных отпечатков пальцев с беспрецедентной точностью.

Их интеграция с передовыми компонентами, такими как процессоры цифровых сигналов и микроконтроллеры, обеспечивает не только быструю обработку, но и возможность беспрепятственного взаимодействия с хост-системами через установленные протоколы связи, такие как USB и последовательный порт. Поскольку технологии продолжают развиваться, а внимание к безопасности становится все более важным, сканеры отпечатков пальцев, несомненно, останутся на переднем крае, защищая наши данные, личные данные и активы с помощью сложного сочетания науки, техники и дизайна.