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Gli smartphone con sensori di impronte digitali hanno invaso il mercato, ma non è passato molto tempo da quando questi sensori hanno iniziato ad arrivare agli smartphone nel segmento budget. Questi sensori sono diventati più veloci e più sicuri negli ultimi tempi. Di conseguenza, questi sensori vengono utilizzati principalmente per la sicurezza degli smartphone in questi giorni.

La concorrenza spietata nel settore degli smartphone e la tecnologia in evoluzione ci hanno portati in quella fase, in cui ci imbattiamo in una nuova innovazione a giorni alterni. Anche i sensori di impronte digitali sono arrivati ​​molto lontano, con la parola d'ordine corrente che sono sensori di impronte digitali in-display. I produttori di smartphone come Xiaomi, Realme e Oppo si sono assicurati che la tecnologia non sia limitata solo ai dispositivi di punta.

Dispositivi recenti come Realme X, Redmi K20 e OPPO K3 offrono scanner di impronte digitali in-display a un prezzo difficile da digerire. Con tutto questo in mente, scopriamo cos'è questa tecnologia del sensore di impronte digitali in-display e come funziona.

Storia

Cominciamo dall'inizio quando tutto è iniziato. Immergersi nella storia dei lettori di impronte digitali sui dispositivi mobili ci porta al " Pantech GI100 ", lanciato nel 2004. Questo dispositivo era dotato di un lettore di impronte digitali, il primo del suo genere. I dispositivi successivi che seguirono la tendenza " G900 e G500 " provenivano da aziende del calibro di Toshiba nel 2007. Successivamente produttori come HTC, Acer e Motorola si unirono alla lega con i rispettivi dispositivi. Anche Apple si è unita alla festa nel 2013 con l'iPhone 5s che ha ricevuto un sensore di impronte digitali. Il gigante di Cupertino chiamato ha continuato a chiamarlo Touch ID. Da allora le tecnologie dei sensori di impronte digitali hanno subito alcuni importanti cambiamenti.

Gli appassionati di tecnologia potrebbero sapere che esistono tre diverse tecnologie di autenticazione delle impronte digitali in azione. Ma la tecnologia delle impronte digitali in-display attualmente beneficia solo dei due.

Prima di entrare nel quadro generale, ci permette di capire la tecnologia di base nei lavori dietro. Tutti i sensori di impronte digitali funzionano tracciando quelle creste e linee di tracciamento uniche sulle dita. Tuttavia, diverse tecnologie possono essere all'opera in questo processo di tracciamento, tra cui la scansione ottica, la scansione capacitiva o la scansione a ultrasuoni.

Tipi di scanner di impronte digitali

1. Scanner ottici (utilizzati nei sensori di impronte digitali in-display)
2. Scanner a ultrasuoni (utilizzati negli scanner di impronte digitali in-display)
3. Scanner capacitivi

Scanner ottici in-display

Gli scanner ottici sono in circolazione da un po 'di tempo e sono i metodi più antichi di autenticazione delle impronte digitali. Tuttavia, i sensori ottici in-display sono relativamente nuovi per gli smartphone. Vivo Apex, un concept device presentato al MWC 2018, ha fatto girare molte teste nel settore degli smartphone. Il dispositivo presentava "CLEAR ID 9500", un sensore di impronte digitali ottico sviluppato da Synaptics, il produttore di sensori con sede negli Stati Uniti. Successivamente è stato offerto ai consumatori in un nuovo dispositivo chiamato "Vivo X20 Plus UD". Il nuovo design è stato presto adottato da aziende come OPPO, Samsung, Huawei e altre. La maggior parte dei sensori di impronte digitali che vediamo è un sensore di impronte digitali ottico e possono essere facilmente interfacciati con Arduino, Raspberry pi e altri microcontrollori.

Funzionamento del sensore di impronte digitali ottico

La tecnologia si basa sull'acquisizione di un'immagine dell'impronta digitale e sull'ulteriore analisi se l'impronta digitale corrente corrisponde all'immagine memorizzata. Un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD) si trova al centro di un sensore ottico, lo stesso sensore utilizzato nelle fotocamere digitali e nelle videocamere. Per le persone inconsapevoli, un CCD è un array di diodi fotosensibili chiamati fotositi, che genera segnali elettrici in risposta ai fotoni luminosi.

Non appena si posiziona il dito sul sensore, una serie di diodi a emissione di luce (LED) si accende per illuminare le creste e gli spazi vuoti e una telecamera CCD cattura rapidamente un'immagine dello stesso. Il sistema CCD genera un'immagine invertita del dito, con aree più scure che rappresentano una luce più riflessa (le creste del dito) e aree più chiare che rappresentano una luce meno riflessa (le valli tra le creste). L'immagine acquisita viene quindi confrontata con l'immagine memorizzata.

I sensori ottici sono facili da ingannare poiché la tecnologia utilizzata cattura un'immagine 2D e un'immagine di buona qualità può eventualmente superare questa sicurezza. Vale la pena notare che la tecnologia funziona solo con i display OLED, dove ci sono delle lacune nel backplane. Inizialmente, i sensori di impronte digitali in-display non erano affidabili e veloci come lo sono ora. Ma le cose sono cambiate a favore di questi sensori negli ultimi tempi.

Scanner a ultrasuoni in-display

I sensori a ultrasuoni sono le più recenti tecnologie di impronte digitali utilizzate. Come suggerisce il nome, questi sensori utilizzano il suono ultrasonico ad alta frequenza per mappare l'impronta digitale. Samsung ha collaborato con Qualcomm per portare il primo dispositivo con un sensore di impronte digitali a ultrasuoni in-display il 'Galaxy S10 / S10 +. Il dispositivo è stato anche il primo a presentare il sensore 3D Sonic di Qualcomm, un'iterazione di Sense ID.

L'ultima tecnologia a ultrasuoni di Qualcomm funziona attraverso un vetro spesso fino a 800 micron. L'azienda dichiara una latenza di 250 millisecondi per lo sblocco, che è vicina a ciò che può ottenere uno scanner di impronte digitali capacitivo.

Funzionamento del sensore di impronte digitali ad ultrasuoni

L'hardware di questi scanner è costituito da un trasmettitore e ricevitore a ultrasuoni. Il processo di scansione inizia non appena un dito viene posizionato sul sensore. Un impulso ultrasonico viene trasmesso dal trasmettitore che entra in collisione con le creste e le valli del polpastrello, parte della pressione del polso viene assorbita e parte di essa viene rimbalzata al sensore. La quantità di assorbimento e rimbalzo dell'impulso varia al variare delle impronte digitali. Spostandosi ulteriormente, un sensore in grado di rilevare lo stress meccanico viene utilizzato per calcolare l'intensità dell'impulso ultrasonico di ritorno in diversi punti dello scanner. Questi scanner ottengono informazioni dettagliate e approfondite, risultando in una replica 3D dettagliata dell'impronta digitale scansionata.

Poiché questi scanner si trovano sotto il display. Le onde dei sensori a ultrasuoni devono viaggiare attraverso il backplane, il vetro e la copertura protettiva del display prima di raggiungere il dito. Pertanto, i produttori garantiscono che il vetro utilizzato per il display non sia troppo spesso. Detto questo, si consiglia di non aggiungere una protezione extra come una protezione per lo schermo, che può impedire a questa tecnologia di funzionare correttamente.

Non molti dispositivi sono dotati di un sensore a ultrasuoni che è la più costosa delle tecnologie disponibili. I dispositivi di punta come Samsung Galaxy S10 / 10 + sono dotati di un sensore a ultrasuoni. Tuttavia, c'è ancora del tempo prima di vedere questa tecnologia penetrare nel segmento del budget.

Scanner capacitivi

I sensori capacitivi sono i sensori più utilizzati in questi giorni e possono essere trovati su tutti gli altri dispositivi che incontri. Questi sensori utilizzano condensatori come componente principale, che è un componente elettronico utilizzato per immagazzinare l'energia elettrica. La tecnologia non è attualmente utilizzata per la scansione delle impronte digitali in-display.

Funzionamento del sensore di impronte digitali capacitivo

Anche questi sensori scansionano le creste e le valli sulle impronte digitali. Tuttavia, in questo caso, la corrente elettrica viene utilizzata per raccogliere i dati anziché la luce. Una serie di condensatori è posizionata sotto la superficie di scansione per raccogliere i dettagli delle impronte digitali. Quando la punta di un dito viene posizionata sulla superficie di scansione, la carica immagazzinata sul condensatore cambia. Questa differenza di carica è tracciata da un circuito integratore op-amp che viene ulteriormente registrato da un convertitore analogico-digitale.

I dati acquisiti vengono utilizzati per l'autenticazione. Vale la pena notare che la capacità dei sensori capacitivi aumenta con l'aumento del numero di condensatori. Questi scanner offrono una migliore sicurezza sono veloci e incredibilmente difficili da ingannare. I sensori capacitivi sono più costosi rispetto a quelli ottici e all'epoca erano utilizzati solo nei dispositivi di punta. Inoltre, questo è il 2019 ei sensori capacitivi sono penetrati in tutti i segmenti del settore degli smartphone. I touch pad capacitivi sono economici e possono essere facilmente integrati da qualsiasi dispositivo.

Algoritmo e crittografia

La scansione è solo metà del processo, detto che è importante archiviare i dati in un luogo sicuro. Per questo processo, al sensore viene aggiunto un IC dedicato che si occupa di interpretare i dati scansionati e di trasmetterli ulteriormente al processore. Il luogo protetto è inaccessibile e anche il rooting non può aiutare a entrare. Ogni produttore ha un approccio diverso e utilizza algoritmi diversi per identificare le caratteristiche chiave delle impronte digitali. In genere, questi algoritmi cercano funzionalità molto specifiche chiamate minuzie, in cui le linee dell'impronta digitale terminano o si dividono in due. Quindi, lo scanner può abbinare queste minuzie invece di scansionare di nuovo l'intera impronta digitale. Il che rende l'intero processo un po 'più veloce.

Andando oltre, questi produttori di sensori hanno sistemi separati per la conservazione. ARM utilizza la tecnologia TrustZone basata su Trusted Execution Environment (TEE) che archivia i dati in un luogo sicuro all'interno del processore principale. Qualcomm dall'altra parte utilizza Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) per proteggere le chiavi di crittografia e le password private. Questi sistemi potrebbero avere nomi diversi, ma tutti hanno un obiettivo comune che è la protezione dei dati.

Quale è meglio ottico o ultrasonico?

Gli scanner a ultrasuoni sono ovviamente migliori in quanto beneficiano del processo di scansione 3D, mentre gli scanner ottici sono in grado di eseguire la scansione 2D come menzionato prima. Oltre a questi, i sensori a ultrasuoni sono di dimensioni estremamente ridotte, l'ultimo sensore sonoro 3D di Qualcomm misura solo 0,2 mm. Il fattore di forma ridotto di questi sensori soddisfa l'attuale domanda di dispositivi sottili e senza cornice. Spostandosi ulteriormente, questi sensori non sono inoltre influenzati da polvere, grasso o mani bagnate.

Tuttavia, non ci sono molti dispositivi che fanno uso di sensori a ultrasuoni e questo ha completamente a che fare con i costi di produzione. Questi sensori sono costosi e al momento sono disponibili solo su dispositivi di punta selezionati.

Quali sono i dispositivi recenti con scanner di impronte digitali in-display?

Bene, ora che sei a conoscenza delle tecnologie attuali e del loro funzionamento. Sarebbe ancora meglio se conoscessi i dispositivi recenti con sensori di impronte digitali in-display e il loro tipo.

Dispositivi con scanner ottici in-display	Dispositivi con scanner a ultrasuoni in-display
Redmi K20 / k20 Pro	Samsung Galaxy S10 / S10 +
Realme X
One Plus 7/7 Pro
OPPO K3
Samsung Galaxy A50 / A70 / A80
OPPO K1
Vivo V15 Pro
One Plus 6T
Huawei P30 Pro
Xiaomi Mi 9