Разновидности и принцип работы сканеров отпечатков пальцев
Для идентификации личности часто используются отпечатки пальцев. Отпечаток представлен папиллярным узором – это уникальный рельефный рисунок поверхности кожи пальцев. Он формируется порами, разделенными впадинами. Метод биометрической идентификации по точности уступает только сканированию сетчатки глаза, радужной оболочки и анализу ДНК.
Основные типы сканеров отпечатков пальцев
Существует три основных группы сканеров отпечатков пальцев, в две из них входит сразу несколько способов реализации.
Оптический сканер
Методика заключается в применении света для получения изображения отпечатка пальца. Различают три разновидности сканирования:
- На просвет – в качестве сканера применяется оптоволоконная матрица с волноводами, к каждому из которых подключен фотодатчик. Последние улавливают остаточное световое излучение, проходящее через палец в точке его соприкосновения с матрицей.
- На отражение – попавший на границу сред световой поток раздваивается – одна часть излучения отражается, другая – переходит в иную среду. От угла отражения зависит процент отраженного света, при определенных углах отражается все излучение – полное внутреннее отражение. Для захвата картинки используется ПЗС-матрица или КМОП-матрица.
- Бесконтактный – палец не контактирует с поверхностью матрицы, а находится над ней. Источники света освещают его с разных сторон, а линза, через которую проходит отраженный свет, проецирует изображение на КМОП-матрицу. Она формирует узор.
Оптические датчики используются редко из-за габаритов и простоты обмана.
Полупроводниковый сканер
Принцип действия заключается в получении картинки, с помощью основных свойств полупроводников – они изменяют свои параметры в местах контакта гребней узора с поверхностью матрицы. Различают следующие полупроводниковые сканеры отпечатков пальцев:
- Давления – откликаются на повышение давления в месте касания гребней и его отсутствие напротив впадин. Такие сканеры хрупкие и непрактичные.
- Термические – основаны на изменении сопротивления в зависимости от температуры.
- Емкостные – КМОП датчики пропускают через поверхность кожи пальца миниатюрные токи. Реагируют на разницу в проводимости кожи и воздуха. Поверхность пальца – одна пластина конденсатора, матрица датчика – вторая.
Именно емкостные сканеры отпечатков пальцев наиболее распространены в смартфонах средней ценовой категории, а также флагманских моделях мобильных устройств.
Ультразвуковой сканер
Поверхность пальца сканируется звуковыми волнами частотой свыше 20 кГц. Расстояния между гребнями и впадинами определяются благодаря параметрам отраженного от них ультразвука – эха. От гребня звук идет быстрее, чем от впадины – так определяется рельефность поверхности кожи. Стоимость таких сканеров отпечатков пальцев выше других, времени на сканирование требуется несколько больше, но качество папиллярного узора максимально возможное.
Как осуществляется анализ и сравнение отпечатков пальцев?
Узор состоит из повторяющихся элементов, на основании которых осуществляется распознавание отпечатка.
Характеристики папиллярного узора
Папиллярный узор состоит из видимых и скрытых от невооруженного глаза элементов. Его составляющие – дуга (6 разновидностей), завиток (состоит из 3 потоков), петля (8 видов) видны невооруженным глазом. Для точной идентификации личности этих данных недостаточно, а потому используются минуции – локальный тип признаков. Они определяют точки изменения структуры папиллярных узоров.
Различают еще несколько локальных деталей папиллярного узора: разветвления, начала, слияния и окончания линий.
Обработка полученного изображения
Черно-белое изображение, полученное от матрицы, уменьшается, пока толщина линии не будет равной одному пикселю для простоты обработки. Последняя заключается в разбивке картинки на блоки размером 3 на 3 пикселя, где в центре находится папиллярная линия. Такие блоки помещаются в память с данными о типе признака и его параметрах.
Сравнение отпечатков
Отсканированное изображение делится на аналогичные блоки. Их анализ заключается в определении изменения положения пальца (приложен к иному месту, повернут относительно эталонного снимка). Приложение сравнивает блоки полученного и хранимого в памяти папиллярного узоров с целью поиска одинаковых в одном и том же месте. Количество совпадений сравнивается с общим количеством обнаруженных блоков. Из-за загрязнений, несовершенства программного обеспечения и самих датчиков, прикладывания пальца в разных местах порог схожести может находиться на уровне 50% совпадений, а иногда и еще ниже.
Защита данных об отпечатке пальца
Отпечатки пальцев хранятся в виде описаний типов блоков с местом их расположения в зашифрованном виде или в контейнере, защищенном операционной системой. Apple сохраняет эти данные на отдельном чипе, что повышает их безопасность, Huawei – в отдельной операционной системе, работающей на виртуальном процессоре. С целью повышения безопасности:
- не рекомендуется использовать отпечаток пальца для работы с платежными системами;
- используйте палец, отличный от указательного и большого;
- прибегайте к помощи верификации.
Идентификация личности по отпечатку пальца применяется для доступа к различным устройствам и приложениям, и она нашла действительно широкое применение в бизнесе. Из-за действительно большого разнообразия способов реализации сканеров отпечатков пальцев, и соответствующего программного обеспечения никто не может гарантировать абсолютную безопасность и безотказность распознавания отпечатка пальца. Об этом необходимо помнить.