حسگر اثرانگشت چگونه کار می کند؟ - وبلاگ همصحبت

به گزارش وبلاگ همصحبت، اسکنرهای اثرانگشت رایانه ای برای دهه ها به عنوان یکی از تکنولوژی های عجیب در فیلم های هیجان انگیز جاسوسی برشمرده می شدند، و تا همین اواخر هم به شکل وسیله های واقعی و رایجی استفاده نمی شدند تا اینکه طی چند سال گذشته این مدل اسکنرها به هر جایی از ایستگاه های پلیس و ساختمان هایی با امنیت بالا گرفته تا روی صفحه کلیدهای لپ تاپ یا گوشی راه پیدا کردند. بنابراین در این مقاله، اسرار این پیشرفت هیجان انگیز در حفظ بهتر امنیت و هویت افراد را بررسی خواهیم کرد و به زبانی ساده در مورد اینکه حسگر اثرانگشت چگونه کار می کند؟ صحبتی خواهیم داشت.

گوشی موبایل سامسونگ مدل Galaxy A32 SM-A325F/DS دو سیم کارت ظرفیت 128 گیگابایت و رم 6 گیگابایت

7,199,000

6,939,000

تومان

گوشی موبایل شیائومی مدل Poco X4 Pro 5G 2201116PG دو سیم کارت ظرفیت 256 گیگابایت و رم 8 گیگابایت

9,549,000

تومان

خرید انواع گوشی هوشمند از وبلاگ همصحبت

مشاهده همه

حتی اثرانگشت دوقلوهای همسان هم، فرق دارد!

اثر انگشت یکی از طرح های پرپیچش و عجیب و غریب طبیعت است، به این معنی که ما انسان ها کارت شناسایی های داخلی ای داریم که به راحتی در دسترس است. اثر انگشت به عنوان برجستگی های کوچکی از پوست شناخته می شود که روی انگشتان واقع شده است و طی فرآیند تکامل هیچ گاه از ساختار بدن ما حذف نشده است، چراکه الگوی برآمدگی ها و دره های روی انگشتان، قابلیت استفاده از اشیا و گرفتن آن ها را در دست، آسان تر می کند. دقیقا به همان شکلی که الگوی راه راه آج لاستیک به چسبیدن بهتر لاستیک به کف جاده کمک می کند.

مانند هر چیز دیگری در بدن انسان، این برجستگی ها از طریق ترکیبی از عوامل ژنتیکی و محیطی به شکل کاملا تصادفی در جنین ایجاد می شوند. به طور کلی می توان اذعان داشت که اگرچه کد ژنتیکی موجود در DNA، دستورات کلی ای در مورد نحوه شکل گیری پوست در زمانی که جنین در حال رشد است را به سلول ها می دهد، اما نحوه شکل گیری خاص این اثرات نتیجه یکسری رویدادهای تصادفی است. به این معنی که موقعیت دقیق جنین در رحم در یک لحظه خاص و ترکیب و تراکم دقیق مایع آمونیوتیک amniotic fluid در اطراف آن مشخص کننده هر برآمدگی و فرورفتگی فردی در تشکیل اثرانگشت است. علاوه بر موارد بی شماری که در وهله اول و از دیدگاه ژنتیکی در شکل گیری اثرانگشتی منحصربه فرد نقش دارد، عوامل محیطی زیادی هم بر شکل گیری آن تأثیر می گذارد. درست مانند شرایط آب و هوایی خاصی که ابرها را در ساختارهای مختلفی شکل می دهد، کل روند تشکیل و توسعه اثرانگشت آن قدر آشفته است که در کل طول تاریخ بشر، عملاً هیچ شانسی برای دوبار تشکیل یک الگوی دقیق وجود ندارد.

در نتیجه، اثر انگشت یک المان منحصر به فرد برای هر یک از ماست، به طوری که حتی دوقلوهای همسان هم اثرانگشت یکسانی ندارند. در حالی که دو اثر انگشت جوهری ممکن است اساساً در یک نگاه یکسان به نظر برسند، اما یک محقق آموزش دیده یا یک نرم افزار پیشرفته می تواند تفاوت های واضح و مشخصی را در آن تشخیص دهد. همین تجزیه و تحلیل اثر انگشت، هم ایده اصلی در زمینه تحقیقات جرم و بحث امنیت اطلاعات است. درواقع وظیفه یک اسکنر اثر انگشت این است که با جمع آوری نمونه های چاپی و مقایسه آن با سایر نمونه های ثبت شده، جای یک تحلیلگر انسانی را بگیرد و بتواند بین اثرانگشت های مختلف تمایز قائل شود.

حسگرهای نوری یا اپتیکی اثرانگشت چطور کار می کنند؟

سیستم های اسکن اثرانگشت باید دو تسک مهم را انجام دهند. اول اینکه تصویری از انگشت شما بگیرند و سپس باید بتوانند مشخص کند که آیا الگوی برآمدگی ها و دره های اثرانگشت تصویر با الگوی اثرانگشت در تصاویر از پیش اسکن شده، مطابقت دارد یا خیر. به همین علت با توجه به پیشرفت تکنولوژی راه های متنوعی برای گرفتن تصویر از اثرانگشت وجود دارد که رایج ترین رویه ها شامل اسکن نوری optical scanning و اسکن خازنی capacitance scanning می شود. مسلما هر دوی این اسکنرها یک نتیجه را ارائه می کنند، اما روش های انجام این کار در هر یک کاملا فرق دارد.

قلب یک اسکنر نوری یک دستگاه شارژ همراه charge coupled device یا (CCD) است. به طور کلی CCD را می تواند آرایه ای از دیودهای حساس به نور به نام فتوسل photosites در نظر گرفت که در پاسخ به فوتون های نور سیگنال الکتریکی تولید می کنند. طی این روند هر فتوسل در CCD یک پیکسل (نقطه ای کوچک که نشان دهنده نوری است که به آن نقطه برخورد کرده است) را ثبت می کند و در مجموع، پیکسل های روشن و تاریک تصویری از منطقه اسکن شده (مثلاً اثرانگشت اشاره) را تشکیل می دهند. به طور معمول، همواره یک مبدل آنالوگ به دیجیتال در سیستم اسکنر، سیگنال الکتریکی آنالوگ را مورد پردازش قرار می دهد تا یک نمایش دیجیتالی از تصویر ایجاد شود.

فرآیند اسکن زمانی شروع می شود که انگشت خود را روی صفحه ای شیشه ای و مخصوص قرار می دهید، پس از این کار یک دوربین CCD شروع به تصویربرداری از اثرانگشت می کند. به طور کلی اسکنرها منبع نور مخصوص به خود را دارند که در اغلب موارد، مجموعه ای از دیودهای نوری است که برآمدگی های روی انگشت را روشن می کند. سیستم CCD در واقع یک تصویر معکوس از انگشت می گیرد، به این معنی که نواحی تیره تر نشان دهنده نور منعکس شده بیشتر (برآمدگی های انگشت) و منطقه ها روشن تر نشان دهنده نور کمتر منعکس شده (فرورفتگی های انگشت) است. البته قبل از مقایسه تصویر اسکن شده با داده های از قبل ذخیره شده، پردازنده اسکنر مطمئن می شود که CCD تصویر را به شکلی واضح ثبت کرده است. به این ترتیب که پردازنده، میانگین پیکسل های تاریک یا مقادیر کلی این دسته از نقاط را در بخش کوچکی از تصویر آنالیز می کند و اگر تصویر کلی بسیار تاریک یا بسیار روشن باشد آن را رد می کند. با رد شدن تصویر اسکن شده، دستگاه زمان نوردهی را طوری تنظیم می کند که نور کم و بیش و به شکلی متناسب وارد شود. سپس هر آنچه مطرح شد دوباره تکرار می شود تا تصویر مورد تایید پردازش گر قرار گیرد.

در صورتی که سطوح تاریک تصویر اسکن شده به اندازه کافی باشد، سیستم اسکنر حد وضوح تصویر را آنالیز می کند و پردازنده به شکل چندین خط مستقیم به صورت افقی و عمودی در سراسر تصویر پایش می کند. اگر تصویر اثر انگشت وضوح خوبی داشته باشد، خطی که عمود بر برآمدگی های اثرانگشت است شامل بخش های متناوبی از پیکسل های تاریک و روشن می شود. تمام این فرآیند مطرح شده در عرض کمتر از یک دقیقه پیش روی ما انجام می شود و در صورت تایید اثرانگشت (در سیستم ورود و خروج یا گوشی) همه چیز طبق خواسته کاربر پیش می رود.

اسکنر اثرانگشت خازنی چطور عمل می کند؟

همانند اسکنرهای نوری، اسکنرهای اثرانگشت خازنی هم تصویری از برآمدگی ها و فرورفتگی های انگشت تولید می کنند. اما رهیافت این دسته از سنسورها به این شکل است که به جای عملکردی مبنی بر استفاده از نور، از جریان الکتریکی استفاده می کنند. نمودار زیر یک حسگر خازنی ساده را نشان می دهد که از یک یا چند تراشه نیمه هادی تشکیل شده که از آرایه ای از واحدهای کوچک ساخته شده است. به طور کلی هر واحد در تراشه های نیمه هادی شامل دو صفحه ی هادی است که با یک لایه عایق پوشانده شده است. جالب است بدانید که هر یک از این واحدها عرضی برابر با یک برآمدگی روی انگشت دارند.

سنسور خازنی به یک مدار انتگرال گیر RC متصل است، چنین مدار الکتریکی ای که در اطراف یک آمپلی فایر عملیاتی معکوس inverting operational amplifier ساخته می شود. آمپلی فایر عملیاتی معکوس دستگاهی نیمه هادی و پیچیده است که از تعدادی ترانزیستور، مقاومت و خازن تشکیل شده است که جزئیات عملکرد این دستگاه از حوصله این مقاله خارج است؛ اما به منظور ایجاد درک مناسبی از از حسگرهای اثرانگشت خازنی سعی می کنیم توضیحات را تا حد امکان ساده کنیم.

مانند هر آمپلی فایر یا تقویت کننده ای، یک آمپلی فایر عملیاتی معکوس، جریان الکتریکی را بر اساس نوسانات جریانی دیگر تغییر می دهد. به طور دقیق تر این آمپلی فایر ولتاژ تغذیه دستگاه را تغییر می دهد. این تغییر بر اساس ولتاژ نسبی دو ورودی دستگاه به نام های ترمینال معکوس کننده inverting terminal و ترمینال غیر معکوس کننده non-inverting terminal است. در این حالت ترمینال غیر معکوس کننده به زمین و ترمینال معکوس کننده به منبع ولتاژ اصلی و مدار فیدبک متصل می شود. لازم به ذکر است که مدار فیدبک خود به خروجی آمپلی فایر که شامل دو صفحه هادی می شود، متصل است.

همانطور که ممکن است متوجه شده باشید، دو صفحه رسانا یک خازن اصلی را تشکیل می دهند، که کار ذخیره بارالکتریکی را بر عهده دارد. سطح انگشت به عنوان یک خازن صفحه ای سوم عمل می کند که از طریق لایه های عایقی از ساختار سلول برای برآمدگی ها و از طریق حفره های هوا برای فرورفتگی ها، از هم جدا شده است. تغییر فاصله بین صفحات خازن (با نزدیکتر یا دورتر کردن انگشت از صفحات رسانا) ظرفیت کل خازن (توانایی ذخیره سازی بارالکتریکی یا شارژ) را تغییر می دهد. به همین علت هم خازن زیرِ برآمدگی های انگشت ظرفیت بیشتری نسبت به خازن زیر فرورفتگی ها دارد.

به منظور اسکن اثر انگشت، پردازنده دستگاه در ابتدا سوئیچ تنظیم مجدد را برای هر واحد می بندد، تا ورودی و خروجی هر آمپلی فایر را کوتاه و مدار انتگرال گیر RC را متعادل کند. هنگامی که سوئیچ دوباره باز می شود، پردازنده اندازه باری ثابت را به مدار انتگرال گیر اعمال می کند، خازن ها شارژ می شوند. ظرفیت خازن مدار فیدبک بر ولتاژ ورودی آمپلی فایر تأثیر می گذارد که طبیعتا بر خروجی آمپلی فایر هم تأثیرگذار است. از آنجایی که فاصله صفحه سنسور تا انگشت عاملی برای تغییر ظرفیت خازن است، برآمدگی های روی انگشت منجر به خروج ولتاژ متفاوتی نسبت به فرورفتگی های آن می شود. در چنین حالتی پردازنده اسکنر خازنی این خروجی ولتاژ را می خواند و ولتاژ برآمدگی یا فرورفتگی را مشخص می کند. با خواندن تمام ولتاژهای آرایه ای از واحدهای حسگر، پردازنده می تواند یک تصویر کلی از اثر انگشت، مشابه تصویری که از طریق اسکنر نوری گرفته می شود را در کنار هم قرار دهد.

جالب است بدانید که مزیت اصلی حسگر اثرانگشت خازنی در این است که به جای الگوی تاریک و روشنی که به شکل بصری تصویری از اثرانگشت به دست می آورد، سیستم خازنی به شکلی واقعی از اثر انگشت تصویربرداری می کند. طبیعتا این امر فریب دادن سیستم را برای افرادی که قصد نفوذ به سیستمی خاص را دارند سخت تر می کند. علاوه بر این، از آنجایی که در این نوع حسگرها از یک تراشه نیمه هادی به جای واحد CCD استفاده می شود، اسکنرهای خازنی نسبت به حسگرهای اثرانگشت نوری فشرده تر و کوچکتر هستند.

چگونه اثرانگشت را آنالیز و تحلیل می کنند؟

حتما در فیلم ها و سریال های تلویزیونی دیده اید که آنالیزگرهای اتوماتیک اثرانگشت، معمولاً تصاویر مختلفی از اثر انگشت ها را برای یافتن تطابق با اثرانگشتی خاص روی هم قرار می دهند. به همین علت لازم است بدانید که چنین روشی، رهیافتی کاربردی برای مقایسه اثر انگشتی شاخص با سایر داده ها نیست، چراکه لکه ای کوچک می تواند کاری کند که دو تصویر مشابه یکسان به نظر برسند. علاوه بر این، استفاده از کل تصویر اثر انگشت، در تجزیه و تحلیل های مقایسه ای، قدرت پردازش زیادی را می طلبد.

در عوض، طی روش های جدیدی بیشتر سیستم های اسکنر اثر انگشت، ویژگی های خاص از اثر انگشت را که معمولاً به عنوان جزئیات شناخته می شوند، با یکدیگر مقایسه می کنند. به طور کلی محققان یا سیستم های آنالیز کامپیوتری معمولا بر روی نقاطی از اثرانگشت متمرکز می شوند که خطوط برآمدگی ها در آن به انتها می رسد یا یک برآمدگی (برآمدگی های انشعاب دار) به دو قسمت تقسیم می شود. به همین علت، نرم افزارهای اسکنر از الگوریتم های بسیار پیچیده برای شناسایی، تجزیه و تحلیل این جزئیات استفاده می کنند. درواقع ایده اصلی در این دسته از الگوریتم ها بر اساس آنالیز موقعیت های نسبی اثر با جزئیات داخل آن است که به تحلیل و تجزیه بهتر داده ها کمک می کند.

دستگاه حضور و غیاب زمان پرداز زد کی تی اکو مدل LX15

2,600,000

تومان

دستگاه حضور و غیاب مدل M01

1,750,000

1,575,000

تومان

خرید انواع دستگاه های حضور و غیاب از وبلاگ همصحبت

مشاهده همه

منبع: howstuffworks

منبع: دیجیکالا مگ