Сканеры отпечатков пальцев: какие бывают, как работают, преимущества и недостатки разных технологий

Дактилоскопический сенсор — неотъемлемая часть современного смартфона, однако в зависимости от класса рассматриваемого нами устройства, они могут сильно отличаться. И когда мы говорим об отличиях, мы подразумеваем не только расположение сенсора, но и технологии, которые лежат в основе дактилоскопов. О том, как они работают, какие из них самые надежные и быстрые сегодня поговорим.

Как работает?

Хотя типов дактилоскопических сенсоров всего три, у разных производителей их работа может сильно отличаться, в зависимости от того, какое ПО обеспечивает работу сканера. В самом общем смысле их работу можно описать так: программа считывает полный скан с вашего отпечатка и находит особые уникальные черты, это могут быть линии, бороздки или островки. При последующих обращениях к сканеру, система не полностью считывает рисунок на пальце, а лишь ищет уже знакомые специфические детали скана. Во-первых, это снижает нагрузку на центральный процессор, а во-вторых, даже если палец лежит на сканере не идеально ровно, его все равно можно распознать.
Разные производители могут по-разному называть свои технологии, но суть всегда одна: информация о скане хранится непосредственно на устройстве, в защищенном хранилище, куда имеют доступ далеко не все приложения, установленные на вашем смартфоне.
Логичный вопрос, а что же с веб-сайтами, которые используют сканер отпечатка пальца в качестве логина? Ответ прост, они получают лишь цифровые ключи, а не ваши биометрические данные. Созданием нужных криптографических протоколов занимается Альянс FIDO (Fast IDentity Online).

Оптические сенсоры

Это самые старые и, вместе с тем, примитивные, сканеры отпечатков пальцев. Как уже понятно из названия, данный метод использует оптическое изображение, проще говоря, фотографию. Далее система использует алгоритмы для поиска уникальных узоров на подушечке пальца, темных и светлых областей изображения и сличает их с прикладываемым отпечатком.
Такие сканеры во многом схожи с обычными камерами, например, чем выше разрешение сенсора, тем точнее будет распознавание скана. Естественно, такие сенсоры нуждаются в мощной подсветке для своей работы. В современных смартфонах они могут использовать дисплей устройства, чтобы точечно подсветить область с сенсором и максимально точно распознать узор на пальце.
Оптические сканеры используются в смартфонах и сейчас. Их можно расположить под дисплеем, они относительно небольшого размера и нормально распознают мокрые пальцы.
Главный недостаток таких сенсоров — их очень легко обмануть. Поскольку система создает двухмерную модель вашего отпечатка, для обхода блокировки подойдет даже качественное изображение подушечки или примитивный макет. Легко понять, почему это не устраивало пользователей и производителей техники. Тогда на рынке появились емкостные и гибридные датчики.

Емкостные сенсоры

Пожалуй, сегодня это самый распространенный тип дактилоскопов на смартфонах: он может располагаться как на отдельной площадке, так и под дисплеем. Последний вариант — самый продвинутый из емкостных сенсоров на сегодня.
В основе метода распознавания лежат конденсаторные цепи, которые накапливают электрический заряд и передают сигнал на проводящие пластины на поверхности сканера. Ваш палец, приложенный к считывающей площадке, меняет накопленный заряд, за счет чего и происходит считывание. После захвата данные анализируются, и сличаются с уже сохраненным сканом. На одном сенсоре могут использоваться сотни или даже тысячи крошечных конденсаторов и, как и с другими технологиями, тем выше разрешение — тем точнее будет считывание и распознавание.
Обмануть такой датчик значительно сложнее, чем оптический, ведь он распознает, когда к площадке прикасается палец, а когда — другой материал, так что фотография, протез или макет уже не подойдут.
Из недостатков — после определенного предела по количеству компонентов в цепи, создание сенсоров становится неоправданно дорогим. На ранних этапах производители пытались компенсировать это меньшим количеством конденсаторов на миниатюрных площадках, по которым нужно было проводить пальцем. Метод был довольно неуклюжим и требовал большого числа попыток ввода от пользователя, так что вскоре от него отказались.

Ультразвуковые сенсоры

Это самый современный и продвинутый тип сенсоров на сегодня. В смартфоне он появился впервые в 2016 году у производителя, которого сегодня не все вспомнят — LeEco Le Max Pro.
Сейчас над разработкой ультразвуковых сенсоров активно работает Qualcomm, об одной из ее разработок мы уже рассказывали читателям.
В основе технологии лежит ультразвуковой импульс и передатчик. Когда вы прикладываете палец к сенсору, на него посылается импульс, который частично поглощается, а частично отражается от пальца. Именно эта отраженная часть импульса передает на сенсор информацию о деталях скана. В отличие от оптического сенсора, ультразвуковой способен создать трехмерную модель, что повышает надежность считывания.
Сенсор, который мы сейчас описываем, используется на смартфонах Samsung семейств Galaxy S10, Note 10 и Note 20, а его новое поколение — на Galaxy S21.
К сожалению, и здесь не обошлось без недостатков: ультразвуковые сенсоры не такие быстрые, как их аналоги, использующие другие технологии, могут плохо работать с защитными пленками на экранах и неработоспособны под толстыми стеклами.

Что дальше?

Сейчас на смартфонах верхнего и среднего ценовых сегментов используются ультразвуковые и оптико-емкостные сенсоры. Последняя технология больше распространена: она не так дорога в производстве, довольно быстро работает и надежнее обычных оптических сенсоров.
Ультразвуковым датчикам еще нужно время, чтобы выйти за пределы флагманских устройств и обосноваться в среднеценовом сегменте, однако сейчас технология активно развивается.

Как видим, каждая из используемых технологий может предложить пользователю преимущества, однако все имеют и свои недостатки. Самая распространенная категория сенсоров сегодня — гибридные оптико-емкостные, самые передовые и надёжные — ультразвуковые, а доступные даже на смартфонах начального класса — емкостные дактилоскопы.
Надеемся, наш материал прояснил основные различия в датчиках и механизмах их работы и поможет с выбором нового смартфона. Кстати, не забывайте подписываться на наш канал в Telegram, чтобы всегда оставаться в курсе самых важных новостей из мира технологий.