سنسور اثر انگشت و نحوه عملکرد آن

مقدمه

همه ما در زندگی شخصی وسایل و ابزارهایی داریم که نمی خواهیم کسی به جز خودمان از آنها استفاده کند. یکی از این وسایل موبایل است. با پیشرفت تکنولوژی و وسیع تر شدن کاربرد گوشی ها، حفظ امنیت اطلاعات درون آنها نیز افزایش یافت چرا که اطلاعات مهمی از قبیل عکس ها، ایمیل ها، رمز عبور کارت های بانکی و … در گوشی های همراه ذخیره می شدند. بنابراین سازندگان گوشی های هوشمند به فکر بالا بردن امنیت اطلاعات محصولات خود افتادند. در ابتدا از روش ساده رمز عبور استفاده می شد. ایده بعدی که پس از رمز عبور پیاده سازی شد روش الگو (به انگلیسی Pattern) بود. اما با پیشرفت علم الکترونیک، مهدسین به فکر استفاده از اسکن اثر انگشت، صورت و چشم افتادند.

انگشت انسان پر از برآمدگی و تورفتگی های کوچکی است که اثر انگشت را تشکیل می دهند اساس کار سنسورهای اثر انگشت هم تشخیص همین برآمدگی ها و تورفتگی ها می‌باشد که اصطلاحا به آن قله و دره می‌گویند. همانطور که می دانید اثر انگشت انسان ها یک طرح منحصر به فرد است، یعنی اثر انگشت هیچ فردی با شخصی دیگر مشابه نخواهد بود. بنابراین با اسکن و شناسایی این طرح منحصر به فرد می توان امنیت دستگاه هایی همچون گوشی های هوشمند را بالا برد. سنسورهای اثر انگشت انواع متفاوتی دارند که هر کدام با روشی متفاوت انگشت شخص را اسکن می کند. ما در ادامه با انواع حسگرهای اثر انگشت و نحوه کار آنها آشنا خواهیم شد.

انواع سنسور اثر انگشت

سنسور اثر انگشت نوری یا اپتیکال (Optical)

سنسور اپتیکال اولین نوع سنسور اثر انگشت است. این سنسور با استفاده از تصویری که از انگشت ثبت می‌کند اثر انگشت را شناسایی می‌کند. تصویری که توسط سنسور ثبت می‌شود، تشکیل شده از نواحی تاریک و روشنی است که توسط دره ها و قله ها شکل می گیرد و الگوریتم اثر انگشت را مشخص می سازد. دریافت اطلاعات در سنسور توسط تعداد زیادی دیود انجام می‌شود.این سنسورها مانند دوربین ها دارای رزولوشن هستند. رزولوشن یک سنسور اپتیکال در واقع تعداد دیودهایی است که در یک اینچ قرار گرفته اند. در این سنسورها برای شناسایی اثر انگشت به یک سطح شفاف برای تماس انگشت نیاز است(مثلا شیشه)، اما زمانی که انگشت بر روی سطح شفاف قرار میگیرد فضا بسیار تاریک می شود و عملا ثبت تصویر را غیرممکن می‌سازد، به همین دلیل از یک ردیف LED به عنوان فلاش استفاده می‌شود تا محیط و سطح انگشت قابل عکس برداری باشد. نور سبز ،قرمز، سفید یا … هم که حین اسکن اثرانگشت حرکت می کند و دیده می‌شود همان فلاش است. عملکرد این نوع از سنسورها را می توان در اسکنرها مشاهده نمود. عکس زیر نمونه هایی از انگشت اسکن شده توسط سنسور اپتیکال می باشد.

سنسورهای اپتیکال دارای نقاط ضعفی هستند. برای مثال این سنسورها برای اسکن اثر انگشت نیاز به دید مستقیم و عکس برداری از پوست دست دارند. همین امر باعث می شود که کاربرد محدودی داشته باشند. ضمن اینکه زمان بیشتری برای اسکن لازم دارند. حسگرهای نوری از نظر امنیت هم نسبت به دو نوع دیگر در جایگاه آخر قرار می گیرند، زیرا با یک عکس با کیفیت یا اثر انگشت مصنوعی مشابه می توان این سنسور را دور زد.

سنسور اثر انگشت خازنی (Capasitive)

این سنسور همانطور که از نامش مشخص است، با استفاده از خاصیت خازن عمل می کند. در ابتدا لازم است خازن را تعریف کنیم. به دوصفحه رسانا که توسط یک دی الکتریک (عایق) از هم جدا شده اند خازن گفته می‌شود. همانطور که قبلا خواندیم انگشت انسان دارای دره ها و قله هایی است که اثر انگشت را تشکیل می دهد. در سنسور های خازنی صفحاتی رسانا در زیر یک صفحه عایق قرار می گیرند. زمانی که بدن انسان با طرف دیگر صفحه عایق برخورد می کند، به دلیل اینکه بدن انسان همواره دارای بار الکتریکی است، خازن هایی با ظرفیت های متفاوت ایجاد می شود. این الگو با استفاده از مدارهای مختلف به یک الگوریتم دیجیتال تبدیل می شود. الگوریتمی که مختص همان فرد خواهد بود و هیچ اثر انگشت دیگری چنین الگوریتمی نخواهد ساخت.

سنسورهای خازنی از دقت و سرعت خوبی برخوردار هستند و به راحتی نمی توان آنها را به اشتباه انداخت زیرا به بدن انسان وابسته هستند، اما معایبی هم دارند. به عنوان مثال کثیفی یا حتی خراش کوچک بر روی انگشت می تواند در شناسایی حسگر اختلال ایجاد کند.

سنسور اثر انگشت اولتراسونیک (Ultrasonic)

سریع ترین و دقیق ترین نوع سنسور اثر انگشت نوع فرا صوت یا اولتراسونیک آن است. این نوع سنسور با استفاده از ارسال امواج اولتراسونیک و میزان جذب و بازگشت آن از سطح پوست یک مدل سه بعدی از انگشت انسان می سازد. در واقع به دلیل وجود قله ها و دره ها در انگشت برخی از امواج جذب شده و برخی دیگر باز میگردند. به همین دلیل یک طرح سه بعدی کامل از اثر انگشت ایجاد می شود. این روش در سونوگرافی نیز استفاده می شود. از برتری های این سنسور سرعت بسیار بالای آن می باشد، زیرا بر خلاف مدل ها قبلی که تماس انگشت برای شروع اسکن ضروری بود، قبل از تماس انگشت با محل مشخص شده، سنسور می تواند کار خود را شروع کرده و انگشت را اسکن کند. همچنین در صورت وجود خراش یا کثیفی هم سنسور قادر خواهد بود که اثر انگشت را به درستی تشخیص دهد.

در انتها پیشنهاد می کنیم این ویدیو را مشاهده کنید تا درک بهتری از موضوع داشته باشید.