Trong

Điện thoại thông minh với cảm biến vân tay đã tràn ngập thị trường nhưng chưa lâu kể từ khi những cảm biến này bắt đầu được đưa vào điện thoại thông minh trong phân khúc bình dân. Những cảm biến này đã trở nên nhanh hơn và an toàn hơn trong thời gian gần đây. Do đó, những cảm biến này chủ yếu được sử dụng để bảo mật điện thoại thông minh ngày nay.

Sự cạnh tranh gay gắt trong ngành công nghiệp điện thoại thông minh và công nghệ phát triển đã đưa chúng tôi vào giai đoạn đó, nơi chúng tôi bắt gặp một cải tiến mới mỗi ngày. Cảm biến vân tay cũng đã đi xa, với từ thông dụng hiện nay là cảm biến vân tay trong màn hình. Các nhà sản xuất điện thoại thông minh như Xiaomi, Realme và Oppo đã đảm bảo rằng công nghệ này không chỉ giới hạn ở các thiết bị hàng đầu.

Các thiết bị gần đây như Realme X, Redmi K20 và OPPO K3 đang cung cấp máy quét vân tay trong màn hình với mức giá rất khó tiêu. Với tất cả những điều đó, chúng ta hãy tìm hiểu công nghệ cảm biến vân tay trong màn hình này là gì và nó hoạt động như thế nào.

Lịch sử

Hãy bắt đầu lại từ đầu khi tất cả đã bắt đầu. Đi sâu vào lịch sử của đầu đọc dấu vân tay trên các thiết bị di động sẽ đưa chúng ta đến với ' Pantech GI100 ', ra mắt vào năm 2004. Thiết bị này được trang bị đầu đọc dấu vân tay, đây là thiết bị đầu tiên thuộc loại này. Các thiết bị tiếp theo theo xu hướng ' G900 và G500 ' đến từ Toshiba vào năm 2007. Sau đó, các nhà sản xuất như HTC, Acer và Motorola đã tham gia giải đấu với các thiết bị tương ứng của họ. Apple cũng tham gia bữa tiệc vào năm 2013 với iPhone 5s có cảm biến vân tay. Gã khổng lồ có trụ sở tại Cupertino đã tiếp tục gọi nó là Touch ID. Kể từ đó, các công nghệ cảm biến vân tay đã trải qua một số thay đổi lớn.

Những người đam mê công nghệ có thể biết có ba công nghệ xác thực dấu vân tay khác nhau đang hoạt động. Nhưng công nghệ vân tay trong màn hình hiện chỉ được hưởng lợi từ cả hai.

Trước khi đi vào bức tranh toàn cảnh, hãy cho chúng ta hiểu công nghệ cơ bản trong các công trình phía sau. Tất cả các cảm biến vân tay hoạt động bằng cách theo dõi các đường và đường vân theo dõi độc đáo đó trên ngón tay của bạn. Tuy nhiên, các công nghệ khác nhau có thể hoạt động trong quá trình theo dõi này bao gồm quét quang học, quét điện dung hoặc quét siêu âm.

Các loại máy quét vân tay

Máy quét quang học (Được sử dụng trong cảm biến vân tay trong màn hình)
Máy quét siêu âm (Được sử dụng trong máy quét vân tay trong màn hình)
Máy quét điện dung

Máy quét quang học trong màn hình

Máy quét quang học đã ra đời khá lâu và là phương pháp xác thực dấu vân tay lâu đời nhất. Tuy nhiên, cảm biến quang học trong màn hình tương đối mới đối với điện thoại thông minh. Vivo Apex, một thiết bị ý tưởng được giới thiệu tại MWC 2018 đã làm khuynh đảo nhiều ngành công nghiệp điện thoại thông minh. Thiết bị có 'CLEAR ID 9500', một cảm biến vân tay quang học được phát triển bởi Synaptics, nhà sản xuất cảm biến có trụ sở tại Hoa Kỳ. Sau đó, nó đã được mang đến cho người tiêu dùng trong một thiết bị mới có tên là 'Vivo X20 Plus UD'. Thiết kế mới đã sớm được các công ty như OPPO, Samsung, Huawei và hơn thế nữa áp dụng. Hầu hết cảm biến vân tay mà chúng ta thấy là cảm biến vân tay Quang học và chúng có thể dễ dàng giao tiếp với Arduino, Raspberry pi và các vi điều khiển khác.

Hoạt động của cảm biến vân tay quang học

Công nghệ này dựa vào việc chụp ảnh dấu vân tay của bạn và phân tích thêm xem dấu vân tay hiện tại có khớp với hình ảnh được lưu trữ hay không. Một thiết bị tích hợp điện tích (CCD) nằm ở trung tâm của cảm biến quang học, cảm biến tương tự được sử dụng trong máy ảnh kỹ thuật số và máy quay phim. Đối với những người chưa biết, CCD là một dãy các điốt nhạy cảm với ánh sáng được gọi là photon, tạo ra các tín hiệu điện để phản ứng với các photon ánh sáng.

Ngay khi bạn đặt ngón tay lên cảm biến, một loạt các điốt phát sáng (đèn LED) sẽ sáng lên để chiếu sáng các đường gờ và khoảng trống và máy ảnh CCD sẽ nhanh chóng chụp một hình ảnh tương tự. Hệ thống CCD tạo ra hình ảnh ngược của ngón tay, với các vùng tối hơn biểu thị nhiều ánh sáng phản xạ hơn (các đường vân của ngón tay) và các vùng sáng hơn biểu thị ánh sáng phản xạ ít hơn (các vùng lõm giữa các đường vân). Hình ảnh được chụp sau đó sẽ được so sánh với hình ảnh được lưu trữ.

Các cảm biến quang học rất dễ bị đánh lừa vì công nghệ được sử dụng chụp ảnh 2D và hình ảnh chất lượng tốt có thể đột phá tính bảo mật này. Điều đáng chú ý là công nghệ này chỉ hoạt động với màn hình OLED, nơi có những khoảng trống trên bảng nối đa năng. Ban đầu, cảm biến vân tay trong màn hình không đáng tin cậy và nhanh như bây giờ. Nhưng mọi thứ đã thay đổi theo hướng có lợi cho các cảm biến này trong thời gian gần đây.

Máy quét siêu âm trong màn hình

Cảm biến siêu âm là công nghệ vân tay mới nhất đang được sử dụng. Như tên gợi ý, các cảm biến này sử dụng âm thanh siêu âm tần số cao để lập bản đồ vân tay của bạn. Samsung đã hợp tác với Qualcomm để mang đến thiết bị đầu tiên có cảm biến vân tay siêu âm trong màn hình là 'Galaxy S10 / S10 +. Thiết bị này cũng là thiết bị đầu tiên có cảm biến 3D Sonic của Qualcomm, đây là phiên bản lặp lại của Sense ID.

Công nghệ siêu âm mới nhất của Qualcomm hoạt động xuyên qua lớp kính dày tới 800 micron. Công ty tuyên bố độ trễ 250 mili giây để mở khóa, gần với những gì mà máy quét vân tay điện dung có thể đạt được.

Hoạt động của cảm biến vân tay siêu âm

Phần cứng trên những máy quét này bao gồm một máy phát và máy thu sóng siêu âm. Quá trình quét bắt đầu ngay khi đặt đầu ngón tay lên cảm biến. Một xung siêu âm được truyền đi bởi máy phát va chạm với các gờ và rãnh trên đầu ngón tay, một phần áp suất xung được hấp thụ và một phần bị dội ngược trở lại cảm biến. Lượng hấp thụ và phản hồi của xung thay đổi tùy theo dấu vân tay khác nhau. Tiến xa hơn, một cảm biến có khả năng phát hiện ứng suất cơ học được sử dụng để tính toán cường độ của xung siêu âm quay trở lại tại các điểm khác nhau trên máy quét. Các máy quét này thu được thông tin chi tiết chuyên sâu, dẫn đến bản sao 3D chi tiết của vân tay được quét.

Vì những máy quét này nằm bên dưới màn hình. Sóng từ cảm biến siêu âm phải truyền qua mặt sau, kính và vỏ bảo vệ của màn hình trước khi đến ngón tay của bạn. Do đó, các nhà sản xuất đảm bảo rằng kính dùng để hiển thị không quá dày. Tuy nhiên, người ta khuyên bạn không nên thêm các biện pháp bảo vệ bổ sung như bảo vệ màn hình, điều này có thể khiến công nghệ này không hoạt động bình thường.

Không có nhiều thiết bị đi kèm với cảm biến siêu âm là công nghệ đắt tiền nhất trong số các công nghệ hiện có. Các thiết bị hàng đầu như Samsung Galaxy S10 / 10 + được trang bị cảm biến siêu âm. Tuy nhiên, vẫn còn một thời gian cho đến khi chúng ta thấy công nghệ này thâm nhập vào phân khúc ngân sách.

Máy quét điện dung

Cảm biến điện dung là cảm biến được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay và có thể được tìm thấy trên mọi thiết bị khác mà bạn gặp. Các cảm biến này sử dụng tụ điện làm thành phần cốt lõi, là thành phần điện tử được sử dụng để lưu trữ năng lượng điện. Công nghệ này hiện không được sử dụng để quét vân tay trong màn hình.

Hoạt động của cảm biến vân tay điện dung

Các cảm biến này cũng quét các đường gờ và thung lũng trên dấu vân tay. Tuy nhiên, trong trường hợp này, dòng điện được sử dụng để thu thập dữ liệu thay vì ánh sáng. Một dãy tụ điện được đặt bên dưới bề mặt quét để thu thập chi tiết dấu vân tay. Khi đặt đầu ngón tay lên bề mặt quét, điện tích được lưu trữ trên tụ điện sẽ thay đổi. Sự khác biệt về điện tích này được theo dõi bởi một mạch tích hợp op-amp được ghi lại bởi một bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số.

Dữ liệu thu được được sử dụng để xác thực. Điều đáng chú ý là khả năng của cảm biến điện dung tăng lên khi không có tụ điện tăng lên. Những máy quét này cung cấp khả năng bảo mật tốt hơn, nhanh chóng và cực kỳ khó bị đánh lừa. Cảm biến điện dung đắt hơn so với cảm biến quang học và chỉ được sử dụng trong các thiết bị hàng đầu vào thời điểm đó. Hơn nữa, đây là năm 2019 và cảm biến điện dung đã thâm nhập vào tất cả các phân khúc trong ngành công nghiệp điện thoại thông minh. Tấm cảm ứng điện dung có giá thành rẻ và có thể dễ dàng tích hợp bởi mọi thiết bị.

Thuật toán và mật mã

Quét mới chỉ là một nửa quá trình, vì điều quan trọng là phải lưu trữ dữ liệu ở một nơi an toàn. Đối với quá trình này, một vi mạch chuyên dụng được thêm vào bộ cảm biến xử lý việc diễn giải dữ liệu được quét và truyền tiếp nó đến bộ xử lý. Nơi được bảo mật là không thể tiếp cận và thậm chí root cũng không thể giúp đột nhập. Mỗi nhà sản xuất có một cách tiếp cận khác nhau và sử dụng các thuật toán khác nhau để xác định các đặc điểm chính của dấu vân tay. Nói chung, các thuật toán này tìm kiếm các tính năng rất cụ thể được gọi là minutiae, nơi các đường trong vân tay của bạn kết thúc hoặc chia đôi. Do đó, máy quét có thể khớp những chi tiết nhỏ này thay vì quét lại toàn bộ dấu vân tay. Điều này làm cho toàn bộ quá trình nhanh hơn một chút.

Tiến xa hơn, các nhà sản xuất cảm biến này có các hệ thống lưu trữ riêng biệt. ARM sử dụng công nghệ TrustZone dựa trên Môi trường thực thi đáng tin cậy (TEE) để lưu trữ dữ liệu ở một nơi an toàn bên trong bộ xử lý chính. Mặt khác, Qualcomm sử dụng Môi trường thực thi bảo mật của Qualcomm (QSEE) để bảo mật các khóa và mật khẩu mã hóa riêng tư. Các hệ thống này có thể có các tên khác nhau nhưng tất cả chúng đều có một mục tiêu chung là bảo vệ dữ liệu.

Cái nào tốt hơn Quang học hay Siêu âm?

Máy quét siêu âm tất nhiên là tốt hơn vì chúng được hưởng lợi từ quá trình quét 3D, trong khi máy quét quang học chỉ có khả năng quét 2D như đã đề cập trước đây. Bên cạnh đó, cảm biến siêu âm có kích thước cực kỳ nhỏ, cảm biến âm thanh 3D mới nhất của Qualcomm có kích thước chỉ 0,2 mm. Kiểu dáng nhỏ của các cảm biến này đáp ứng nhu cầu hiện tại về các thiết bị mỏng và không viền. Di chuyển xa hơn, các cảm biến này cũng không bị ảnh hưởng bởi bụi, dầu mỡ hay tay ướt.

Tuy nhiên, không có nhiều thiết bị sử dụng cảm biến siêu âm và điều đó hoàn toàn liên quan đến chi phí sản xuất. Những cảm biến này đắt tiền và chỉ có sẵn trên một số thiết bị hàng đầu tính đến thời điểm hiện tại.

Các thiết bị gần đây có máy quét vân tay trong màn hình là gì?

Bây giờ bạn đã biết về các công nghệ hiện tại và hoạt động của chúng. Sẽ tốt hơn nữa nếu bạn biết về các thiết bị gần đây có cảm biến vân tay trong màn hình và loại của chúng.

Thiết bị có máy quét quang học trong màn hình	Thiết bị có máy quét siêu âm trong màn hình
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