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.

Основные типы сканеров отпечатков пальцев

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.

Оптический сканер

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.

Характеристики папиллярного узора

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.

Обработка полученного изображения

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.

Сравнение отпечатков

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.

Пожалуйста, опубликуйте ваши мнения по текущей теме материала. За комментарии, лайки, дизлайки, подписки, отклики огромное вам спасибо!

Пожалуйста, опубликуйте свои отзывы по текущей теме статьи. За комментарии, подписки, лайки, дизлайки, отклики низкий вам поклон!

ЯЧЯна Черноваавтор