في

لقد غمرت الهواتف الذكية المزودة بأجهزة استشعار بصمات الأصابع السوق ، لكن لم يمض وقت طويل منذ أن بدأت هذه المستشعرات في الوصول إلى الهواتف الذكية في شريحة الميزانية. أصبحت هذه المستشعرات أسرع وأكثر أمانًا في الآونة الأخيرة. نتيجة لذلك ، تُستخدم هذه المستشعرات بشكل أساسي لأمان الهواتف الذكية هذه الأيام.

أدخلتنا المنافسة الشديدة في صناعة الهواتف الذكية والتكنولوجيا المتطورة إلى تلك المرحلة ، حيث نصادف ابتكارًا جديدًا كل يوم. لقد ظهرت مستشعرات بصمات الأصابع بعيدًا أيضًا ، حيث أصبحت الكلمة الطنانة الحالية مستشعرات بصمات الأصابع في الشاشة. لقد تأكدت الشركات المصنعة للهواتف الذكية مثل Xiaomi و Realme و Oppo من أن التكنولوجيا لا تقتصر فقط على الأجهزة الرائدة.

تقدم الأجهزة الحديثة مثل Realme X و Redmi K20 و OPPO K3 ماسحات ضوئية لبصمات الأصابع في الشاشة بسعر يصعب هضمه. مع وضع كل ذلك في الاعتبار ، دعنا نتعرف على تقنية مستشعر بصمات الأصابع الموجودة في الشاشة وكيف تعمل.

التاريخ

لنبدأ من البداية عندما بدأ كل شيء. الغوص في تاريخ قارئات بصمات الأصابع على الأجهزة المحمولة يأخذنا إلى " Pantech GI100 " ، الذي تم إطلاقه في عام 2004. وقد تم تجهيز هذا الجهاز بقارئ بصمات الأصابع ، وهو الأول من نوعه. الأجهزة التالية التي تتبع الاتجاه " G900 و G500 " جاءت من أمثال Toshiba في عام 2007. لاحقًا انضمت الشركات المصنعة مثل HTC و Acer و Motorola إلى الدوري بأجهزتها الخاصة. انضمت Apple أيضًا إلى الحفلة في عام 2013 مع حصول iPhone 5s على مستشعر بصمات الأصابع. ذهب العملاق الذي يتخذ من كوبرتينو مقراً له ليطلق عليه اسم Touch ID. منذ ذلك الحين ، خضعت تقنيات مستشعر بصمات الأصابع لبعض التغييرات الرئيسية.

قد يعرف المتحمسون للتكنولوجيا أن هناك ثلاث تقنيات مختلفة لمصادقة بصمات الأصابع قيد التنفيذ. لكن تقنية بصمة الإصبع في الشاشة تستفيد حاليًا فقط من الاثنين.

قبل أن ندخل في الصورة الكبيرة ، يتيح لنا فهم التقنية الأساسية في الأعمال التي تكمن وراءها. تعمل جميع مستشعرات بصمات الأصابع من خلال تتبع حواف وخطوط التتبع الفريدة على أصابعك. ومع ذلك ، يمكن أن تعمل تقنيات مختلفة في عملية التتبع هذه بما في ذلك المسح الضوئي أو المسح السعوي أو المسح بالموجات فوق الصوتية.

أنواع ماسحات بصمات الأصابع

1. الماسحات الضوئية (تُستخدم في مستشعرات بصمات الأصابع الموجودة في الشاشة)
2. الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية (المستخدمة في أجهزة مسح بصمات الأصابع الموجودة في الشاشة)
3. ماسحات ضوئية سعوية

الماسحات الضوئية على الشاشة

كانت الماسحات الضوئية موجودة منذ فترة طويلة وهي أقدم طرق مصادقة بصمات الأصابع. ومع ذلك ، تعد المستشعرات الضوئية الموجودة في الشاشة جديدة نسبيًا على الهواتف الذكية. Vivo Apex ، جهاز مفهوم تم عرضه في MWC 2018 ، أثار العديد من الرؤوس في صناعة الهواتف الذكية. يتميز الجهاز بـ "CLEAR ID 9500" ، وهو مستشعر بصمة بصري تم تطويره بواسطة Synaptics ، صانع أجهزة الاستشعار في الولايات المتحدة. تم تقديمه لاحقًا للمستهلكين في جهاز جديد يسمى "Vivo X20 Plus UD". سرعان ما تم تبني التصميم الجديد من قبل شركات مثل OPPO و Samsung و Huawei والمزيد. معظم مستشعرات بصمات الأصابع التي نراها هي مستشعر بصري لبصمات الأصابع ويمكن توصيلها بسهولة مع Arduino و Raspberry pi وأجهزة التحكم الدقيقة الأخرى.

عمل مستشعر البصمة البصري

تعتمد التقنية على التقاط صورة لبصمة إصبعك وإجراء مزيد من التحليل إذا كانت البصمة الحالية تطابق الصورة المخزنة. يوجد جهاز مقترن بالشحن (CCD) في قلب المستشعر البصري ، وهو نفس المستشعر المستخدم في الكاميرات الرقمية وكاميرات الفيديو. بالنسبة للأشخاص غير المدركين ، فإن CCD عبارة عن مجموعة من الثنائيات الحساسة للضوء تسمى photosites ، والتي تولد إشارات كهربائية استجابة للفوتونات الضوئية.

بمجرد أن تضع إصبعك على المستشعر ، تضيء مجموعة من الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) لإضاءة الحواف والفجوات وتلتقط كاميرا CCD بسرعة صورة مماثلة. يُنشئ نظام CCD صورة معكوسة للإصبع ، مع مناطق داكنة تمثل ضوءًا أكثر انعكاسًا (حواف الإصبع) ومناطق أفتح تمثل ضوءًا أقل انعكاسًا (الوديان بين الحواف). ثم تتم مقارنة الصورة الملتقطة بالصورة المخزنة.

من السهل خداع المستشعرات الضوئية لأن التكنولوجيا المستخدمة تلتقط صورة ثنائية الأبعاد ويمكن للصورة ذات الجودة العالية اختراق هذا الأمان. تجدر الإشارة إلى أن هذه التقنية تعمل فقط مع شاشات OLED ، حيث توجد فجوات في اللوحة الخلفية. في البداية ، لم تكن مستشعرات بصمات الأصابع في الشاشة موثوقة وسريعة كما هي الآن. لكن الأمور تغيرت لصالح هذه المستشعرات في الآونة الأخيرة.

الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية في الشاشة

أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هي أحدث تقنيات بصمات الأصابع المستخدمة. كما يلمح الاسم ، تستخدم هذه المستشعرات صوت الموجات فوق الصوتية عالي التردد لتعيين بصمة إصبعك. دخلت سامسونج في شراكة مع شركة كوالكوم لجلب الجهاز الأول المزود بمستشعر بصمات الأصابع بالموجات فوق الصوتية في الشاشة وهو 'Galaxy S10 / S10 +. كان الجهاز أيضًا أول جهاز يحتوي على مستشعر Qualcomm's 3D Sonic وهو تكرار لمعرف Sense ID.

تعمل أحدث تقنيات الموجات فوق الصوتية من Qualcomm من خلال زجاج يصل سمكه إلى 800 ميكرون. تدعي الشركة أن زمن انتقال يبلغ 250 مللي ثانية لإلغاء القفل وهو قريب مما يمكن أن يحققه ماسح بصمات الأصابع السعوي.

عمل مستشعر بصمة الإصبع بالموجات فوق الصوتية

تتكون الأجهزة الموجودة على هذه الماسحات الضوئية من جهاز إرسال واستقبال بالموجات فوق الصوتية. تبدأ عملية المسح بمجرد وضع طرف الإصبع على المستشعر. يتم إرسال نبضة فوق صوتية عن طريق جهاز الإرسال الذي يصطدم بالحواف والوديان على طرف الإصبع ، ويتم امتصاص بعض ضغط النبض ويرجع بعضه إلى المستشعر. يختلف مقدار امتصاص النبض وارتداده باختلاف بصمات الأصابع. للمضي قدمًا ، يتم استخدام مستشعر قادر على اكتشاف الإجهاد الميكانيكي لحساب شدة النبض فوق الصوتي العائد عند نقاط مختلفة على الماسح الضوئي. تكتسب هذه الماسحات الضوئية معلومات تفصيلية متعمقة ، مما يؤدي إلى نسخة طبق الأصل ثلاثية الأبعاد مفصلة لبصمة الإصبع الممسوحة ضوئيًا.

نظرًا لأن هذه الماسحات الضوئية تقع أسفل الشاشة. يجب أن تنتقل الموجات من أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية عبر اللوحة الخلفية والزجاج والغطاء الواقي للشاشة قبل أن تصل إلى إصبعك. لذلك ، يضمن المصنعون أن الزجاج المستخدم للعرض ليس سميكًا جدًا. بعد قولي هذا ، يُنصح بعدم إضافة حماية إضافية مثل واقي الشاشة ، والذي يمكن أن يمنع هذه التقنية من العمل بشكل صحيح.

لا تأتي العديد من الأجهزة مع جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية باعتباره أغلى التقنيات المتاحة. تأتي الأجهزة الرائدة مثل Samsung Galaxy S10 / 10 + مزودة بمستشعر فوق صوتي. ومع ذلك ، لا يزال هناك بعض الوقت حتى نرى هذه التكنولوجيا تخترق شريحة الميزانية.

ماسحات ضوئية سعوية

تعد المستشعرات السعوية أكثر المستشعرات استخدامًا هذه الأيام ويمكن العثور عليها في أي جهاز آخر تصادفه. تستخدم هذه المستشعرات المكثفات كمكون أساسي ، وهو مكون إلكتروني يستخدم لتخزين الطاقة الكهربائية. لا تُستخدم هذه التقنية حاليًا لمسح بصمات الأصابع في الشاشة.

عمل مستشعر بصمات الأصابع بالسعة

تقوم هذه المستشعرات أيضًا بفحص الحواف والوديان على بصمات الأصابع. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يتم استخدام التيار الكهربائي لجمع البيانات بدلاً من الضوء. يتم وضع مجموعة من المكثفات أسفل سطح المسح لجمع تفاصيل بصمات الأصابع. عندما يتم وضع طرف الإصبع على سطح المسح ، تتغير الشحنة المخزنة على المكثف. يتم تتبع هذا الاختلاف في الشحنة بواسطة دائرة تكامل op-amp والتي يتم تسجيلها أيضًا بواسطة محول تناظري إلى رقمي.

يتم استخدام البيانات الملتقطة للمصادقة. من الجدير بالذكر أن قدرة أجهزة الاستشعار بالسعة تزداد مع زيادة عدد المكثفات. توفر هذه الماسحات حماية أفضل وسريعة ويصعب خداعها بجنون. تعد المستشعرات السعوية أكثر تكلفة مقارنة بالمستشعرات الضوئية وكانت تستخدم فقط في الأجهزة الرئيسية في ذلك الوقت. علاوة على ذلك ، هذا هو عام 2019 وقد اخترقت أجهزة الاستشعار السعوية جميع القطاعات في صناعة الهواتف الذكية. منصات اللمس السعوية رخيصة الثمن ويمكن دمجها بسهولة بواسطة أي جهاز.

الخوارزمية والتشفير

المسح هو نصف العملية فقط ، بعد أن قلت أنه من المهم تخزين البيانات في مكان آمن. لهذه العملية ، يتم إضافة IC مخصص إلى المستشعر الذي يتعامل مع تفسير البيانات الممسوحة ضوئيًا ونقلها إلى المعالج. لا يمكن الوصول إلى المكان الآمن وحتى التجذير لا يمكن أن يساعد في اختراقه. كل مصنع لديه نهج مختلف ويستخدم خوارزميات مختلفة لتحديد خصائص بصمات الأصابع الرئيسية. بشكل عام ، تبحث هذه الخوارزميات عن ميزات محددة جدًا تسمى التفاصيل الدقيقة ، حيث تنتهي الخطوط الموجودة في بصمة إصبعك أو تنقسم إلى قسمين. ومن ثم ، يمكن للماسح الضوئي مطابقة هذه التفاصيل بدلاً من مسح بصمة الإصبع بالكامل مرة أخرى. مما يجعل العملية برمتها أسرع قليلاً.

للمضي قدمًا ، لدى مصنعي أجهزة الاستشعار أنظمة منفصلة للتخزين. يستخدم ARM تقنية TrustZone القائمة على بيئة التنفيذ الموثوقة (TEE) والتي تخزن البيانات في مكان آمن داخل المعالج الرئيسي. تستخدم Qualcomm على الجانب الآخر بيئة تنفيذ Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) لتأمين مفاتيح التشفير وكلمات المرور الخاصة. قد يكون لهذه الأنظمة أسماء مختلفة ولكن جميعها لها هدف مشترك وهو حماية البيانات.

أيهما أفضل بصري أم فوق صوتي؟

تعد الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية أفضل بالطبع لأنها تستفيد من عملية المسح ثلاثي الأبعاد ، في حين أن الماسحات الضوئية قادرة فقط على المسح ثنائي الأبعاد كما ذكر من قبل. إلى جانب هذه المستشعرات التي تعمل بالموجات فوق الصوتية صغيرة الحجم للغاية ، أحدث مستشعرات صوتية ثلاثية الأبعاد من Qualcomm يبلغ قياسها 0.2 مم فقط. يلبي عامل الشكل الصغير لهذه المستشعرات الطلب الحالي على الأجهزة النحيفة وعديمة الحواف. لمزيد من التحرك ، لا تتأثر هذه المستشعرات أيضًا بالغبار أو الشحوم أو اليدين المبتلة.

ومع ذلك ، لا توجد العديد من الأجهزة التي تستخدم أجهزة الاستشعار فوق الصوتية والتي لها علاقة كاملة بتكاليف التصنيع. هذه المستشعرات باهظة الثمن ومتاحة فقط على أجهزة رئيسية مختارة من الأجهزة حتى الآن.

ما هي الأجهزة الحديثة المزودة بأجهزة مسح بصمات الأصابع داخل الشاشة؟

حسنًا بعد أن أصبحت على دراية بالتقنيات الحالية وعملها. سيكون من الأفضل أن تكون على دراية بالأجهزة الحديثة المزودة بأجهزة استشعار بصمات الأصابع ونوعها.

الأجهزة ذات الماسحات الضوئية داخل الشاشة	الأجهزة ذات الماسحات الضوئية بالموجات فوق الصوتية داخل الشاشة
هاتف Redmi K20 / k20 Pro	Samsung Galaxy S10 / S10 +
Realme X
ون بلس 7/7 برو
ممن لهم K3
Samsung Galaxy A50 / A70 / A80
ممن لهم K1
فيفو V15 برو
ون بلس 6 تي
هواوي بي 30 برو
شاومي مي 9