ใน

สมาร์ทโฟนที่มีเซ็นเซอร์ลายนิ้วมือได้ท่วมตลาด แต่ไม่นานนับตั้งแต่เซ็นเซอร์เหล่านี้เริ่มผลิตให้กับสมาร์ทโฟนในกลุ่มงบประมาณ เซ็นเซอร์เหล่านี้เร็วขึ้นและปลอดภัยมากขึ้นในช่วงเวลาที่ผ่านมา ด้วยเหตุนี้เซ็นเซอร์เหล่านี้จึงถูกใช้เพื่อความปลอดภัยของสมาร์ทโฟนเป็นหลักในปัจจุบัน

การแข่งขันสุดโหดในอุตสาหกรรมสมาร์ทโฟนและเทคโนโลยีที่กำลังพัฒนาทำให้เราเข้าสู่ช่วงนั้นซึ่งเราได้พบกับนวัตกรรมใหม่ทุกวัน ๆ เซ็นเซอร์ลายนิ้วมือมีมาไกลเกินไปกับคำฮิตในปัจจุบันเป็นแบบบนหน้าจอเซ็นเซอร์ลายนิ้วมือผู้ผลิตสมาร์ทโฟนอย่าง Xiaomi, Realme และ Oppo ได้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเทคโนโลยีนี้ไม่ได้ จำกัด เพียงแค่อุปกรณ์เรือธงเท่านั้น

อุปกรณ์ล่าสุดเช่น Realme X, Redmi K20 และ OPPO K3 นำเสนอเครื่องสแกนลายนิ้วมือบนหน้าจอในราคาที่ยากที่จะย่อย ด้วยเหตุนี้เรามาดูกันว่าเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ลายนิ้วมือบนหน้าจอนี้คืออะไรและทำงานอย่างไร

ประวัติศาสตร์

เริ่มจากจุดเริ่มต้นเมื่อทุกอย่างเริ่มต้น การดำดิ่งสู่ประวัติศาสตร์ของเครื่องอ่านลายนิ้วมือบนอุปกรณ์พกพาจะพาเราไปสู่ ​​' Pantech GI100 ' ซึ่งเปิดตัวในปี 2547 อุปกรณ์นี้ติดตั้งเครื่องอ่านลายนิ้วมือซึ่งเป็นเครื่องแรกของชนิด อุปกรณ์ต่อไปตามเทรนด์ ' G900 และ G500 ' มาจากความชื่นชอบของ Toshiba ในปี 2550 ต่อมาผู้ผลิตเช่น HTC, Acer และ Motorola ได้เข้าร่วมลีกกับอุปกรณ์ของตน Apple เข้าร่วมปาร์ตี้ในปี 2013 ด้วยโดย iPhone 5s ได้รับเซ็นเซอร์ลายนิ้วมือ ยักษ์ใหญ่จาก Cupertino เรียกต่อไปว่า Touch ID ตั้งแต่นั้นมาเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ลายนิ้วมือก็มีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่

ผู้ที่ชื่นชอบเทคโนโลยีอาจทราบว่ามีเทคโนโลยีการตรวจสอบลายนิ้วมือสามแบบที่ใช้งานได้จริง แต่เทคโนโลยีลายนิ้วมือบนหน้าจอในปัจจุบันได้รับประโยชน์จากสองสิ่งนี้เท่านั้น

ก่อนที่เราจะเข้าสู่ภาพรวมให้เราเข้าใจเทคโนโลยีพื้นฐานในการทำงานเบื้องหลัง เซ็นเซอร์ลายนิ้วมือทั้งหมดทำงานโดยการติดตามแนวรอยและเส้นบนนิ้วของคุณ อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีที่แตกต่างกันสามารถทำงานได้ในกระบวนการติดตามนี้รวมถึงการสแกนด้วยแสงการสแกนแบบ capacitive หรือการสแกนอัลตราโซนิก

ประเภทของเครื่องสแกนลายนิ้วมือ

1. เครื่องสแกนออปติคอล (ใช้ในเซ็นเซอร์ลายนิ้วมือบนหน้าจอ)
2. เครื่องสแกนอัลตราโซนิก (ใช้ในเครื่องสแกนลายนิ้วมือบนหน้าจอ)
3. เครื่องสแกนแบบ Capacitive

สแกนเนอร์ออปติคอลบนหน้าจอ

เครื่องสแกนออปติคัลมีมานานแล้วและเป็นวิธีการตรวจสอบลายนิ้วมือที่เก่าแก่ที่สุด อย่างไรก็ตามเซ็นเซอร์ออปติคัลบนหน้าจอนั้นค่อนข้างใหม่สำหรับสมาร์ทโฟน Vivo Apex อุปกรณ์แนวคิดที่จัดแสดงในงาน MWC 2018 ได้พลิกโฉมหน้าวงการสมาร์ทโฟนมากมาย อุปกรณ์ดังกล่าวมีคุณสมบัติ 'CLEAR ID 9500' ซึ่งเป็นเซ็นเซอร์ลายนิ้วมือแบบออปติคัลที่พัฒนาโดย Synaptics ซึ่งเป็นผู้ผลิตเซ็นเซอร์ในสหรัฐอเมริกา ต่อมาถูกนำมาสู่ผู้บริโภคในอุปกรณ์ใหม่ที่เรียกว่า 'Vivo X20 Plus UD' บริษัท ต่างๆเช่น OPPO, Samsung, Huawei และอื่น ๆ ในไม่ช้าการออกแบบใหม่นี้ เซ็นเซอร์ลายนิ้วมือส่วนใหญ่ที่เราเห็นคือเซ็นเซอร์พิมพ์ลายนิ้วมือแบบออปติคอลและสามารถเชื่อมต่อกับ Arduino, Raspberry pi และไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ ได้อย่างง่ายดาย

การทำงานของ Optical Fingerprint Sensor

เทคโนโลยีนี้อาศัยการจับภาพลายนิ้วมือของคุณและวิเคราะห์เพิ่มเติมว่าลายนิ้วมือปัจจุบันตรงกับภาพที่จัดเก็บไว้หรือไม่ อุปกรณ์ชาร์จไฟ (CCD) เป็นหัวใจสำคัญของเซ็นเซอร์ออปติคัลซึ่งเป็นเซ็นเซอร์เดียวกับที่ใช้ในกล้องดิจิทัลและกล้องวิดีโอ สำหรับคนที่ไม่รู้ CCD คืออาร์เรย์ของไดโอดที่ไวต่อแสงที่เรียกว่า photosites ซึ่งสร้างสัญญาณไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อโฟตอนแสง

ทันทีที่คุณวางนิ้วลงบนเซ็นเซอร์ไดโอดเปล่งแสง (LED) หลายชุดจะสว่างขึ้นเพื่อส่องสว่างบริเวณสันเขาและช่องว่างและกล้อง CCD จะจับภาพอย่างรวดเร็ว ระบบ CCD สร้างภาพนิ้วกลับหัวโดยมีบริเวณที่มืดกว่าซึ่งแสดงถึงแสงสะท้อนมากกว่า (สันนิ้ว) และบริเวณที่เบากว่าซึ่งแสดงถึงแสงสะท้อนน้อยกว่า (หุบเขาระหว่างสันเขา) ภาพที่ถ่ายจะถูกเปรียบเทียบกับภาพที่จัดเก็บไว้

เซ็นเซอร์ออปติคัลนั้นง่ายต่อการหลอกตาเนื่องจากเทคโนโลยีที่ใช้จับภาพ 2 มิติและภาพที่มีคุณภาพดีอาจก้าวข้ามความปลอดภัยนี้ไปได้ เป็นที่น่าสังเกตว่าเทคโนโลยีนี้ใช้งานได้กับจอแสดงผล OLED เท่านั้นซึ่งมีช่องว่างในแบ็คเพลน ในขั้นต้นเซ็นเซอร์ลายนิ้วมือบนหน้าจอไม่น่าเชื่อถือและรวดเร็วเท่าตอนนี้ แต่สิ่งต่างๆได้เปลี่ยนไปตามความนิยมของเซ็นเซอร์เหล่านี้ในช่วงเวลาที่ผ่านมา

เครื่องสแกนอัลตราโซนิกบนหน้าจอ

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีลายนิ้วมือใหม่ล่าสุดที่ใช้ เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้เสียงอัลตราโซนิกความถี่สูงเพื่อทำแผนที่ลายนิ้วมือของคุณ Samsung ร่วมมือกับ Qualcomm เพื่อนำเสนออุปกรณ์เครื่องแรกที่มีเซ็นเซอร์ลายนิ้วมืออัลตราโซนิกบนหน้าจอ 'Galaxy S10 / S10 + อุปกรณ์นี้ยังเป็นเครื่องแรกที่มีเซ็นเซอร์ 3D Sonic ของ Qualcomm ซึ่งเป็นการทำซ้ำ Sense ID

เทคโนโลยีอัลตราโซนิกล่าสุดของ Qualcomm ทำงานผ่านกระจกที่มีความหนาถึง 800 ไมครอน บริษัท อ้างว่ามีเวลาแฝง 250 มิลลิวินาทีสำหรับการปลดล็อกซึ่งใกล้เคียงกับที่เครื่องสแกนลายนิ้วมือแบบ capacitive สามารถทำได้

การทำงานของเซ็นเซอร์ลายนิ้วมืออัลตราโซนิก

ฮาร์ดแวร์บนเครื่องสแกนเหล่านี้ประกอบด้วยเครื่องส่งและตัวรับอัลตราโซนิก กระบวนการสแกนจะเริ่มขึ้นทันทีที่วางปลายนิ้วลงบนเซ็นเซอร์ พัลส์อัลตราโซนิกถูกส่งโดยเครื่องส่งซึ่งชนกับสันเขาและหุบเขาที่ปลายนิ้วความดันพัลส์บางส่วนจะถูกดูดซับและบางส่วนก็จะเด้งกลับไปที่เซ็นเซอร์ ปริมาณการดูดซึมและการเด้งกลับของชีพจรจะแตกต่างกันไปตามลายนิ้วมือที่แตกต่างกัน เมื่อก้าวไปไกลกว่านั้นเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับความเค้นเชิงกลจะถูกใช้เพื่อคำนวณความเข้มของพัลส์อัลตราโซนิกที่กลับมาที่จุดต่างๆบนสแกนเนอร์ เครื่องสแกนเหล่านี้ได้รับข้อมูลเชิงลึกโดยละเอียดทำให้ได้ลายนิ้วมือที่สแกนแบบจำลอง 3 มิติโดยละเอียด

เนื่องจากเครื่องสแกนเหล่านี้อยู่ใต้จอแสดงผล คลื่นจากเซ็นเซอร์อัลตร้าโซนิคจะต้องเดินทางผ่านแบ็คเพลนกระจกและฝาครอบป้องกันของจอแสดงผลก่อนที่จะถึงนิ้วของคุณ ดังนั้นผู้ผลิตจึงมั่นใจว่ากระจกที่ใช้แสดงผลไม่หนาเกินไป ต้องบอกว่าไม่ควรเพิ่มการป้องกันพิเศษเช่นตัวป้องกันหน้าจอซึ่งอาจทำให้เทคโนโลยีนี้ทำงานไม่ถูกต้อง

มีอุปกรณ์ไม่มากนักที่มาพร้อมกับเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่มีราคาแพงที่สุด อุปกรณ์เรือธงเช่นSamsung Galaxy S10 / 10 +มาพร้อมกับเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก อย่างไรก็ตามยังมีเวลาอีกระยะหนึ่งจนกว่าเราจะเห็นเทคโนโลยีนี้เจาะกลุ่มงบประมาณได้

เครื่องสแกนแบบ Capacitive

Capacitive Sensors เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันและสามารถพบได้ในทุกอุปกรณ์ที่คุณพบ เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้ตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบหลักซึ่งเป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้สำหรับเก็บพลังงานไฟฟ้า ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ไม่ได้ใช้สำหรับการสแกนลายนิ้วมือบนหน้าจอ

การทำงานของ Capacitive Fingerprint Sensor

เซ็นเซอร์เหล่านี้สแกนสันเขาและหุบเขาบนลายนิ้วมือด้วย อย่างไรก็ตามในกรณีนี้จะใช้กระแสไฟฟ้าในการรวบรวมข้อมูลแทนแสง อาร์เรย์ของตัวเก็บประจุจะอยู่ใต้พื้นผิวการสแกนเพื่อรวบรวมรายละเอียดลายนิ้วมือ เมื่อปลายนิ้ววางบนพื้นผิวการสแกนประจุที่เก็บอยู่บนตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนไป ความแตกต่างของประจุนี้ถูกติดตามโดยวงจรรวม op-amp ซึ่งบันทึกเพิ่มเติมโดยตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล

ข้อมูลที่จับจะใช้สำหรับการพิสูจน์ตัวตน เป็นที่น่าสังเกตว่าความสามารถของเซ็นเซอร์แบบ capacitive จะเพิ่มขึ้นเมื่อไม่มีตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้น สแกนเนอร์เหล่านี้ให้ความปลอดภัยที่ดีขึ้นรวดเร็วและยากที่จะถูกหลอก เซ็นเซอร์แบบ Capacitive นั้นมีราคาแพงกว่าเมื่อเทียบกับออปติคอลและใช้เฉพาะในอุปกรณ์เรือธงในตอนนั้น ยิ่งไปกว่านั้นนี่คือปี 2019 และเซ็นเซอร์แบบ capacitive ได้เจาะไปยังทุกกลุ่มในอุตสาหกรรมสมาร์ทโฟน แผ่นสัมผัสแบบ Capacitive มีราคาถูกและสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ใดก็ได้

อัลกอริทึมและการเข้ารหัส

การสแกนเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของกระบวนการโดยกล่าวว่าการจัดเก็บข้อมูลในที่ปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญ สำหรับกระบวนการนี้จะมีการเพิ่ม IC เฉพาะลงในเซ็นเซอร์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการตีความข้อมูลที่สแกนและส่งต่อไปยังโปรเซสเซอร์ สถานที่ที่ปลอดภัยไม่สามารถเข้าถึงได้และแม้แต่การรูทก็ไม่สามารถช่วยในการเจาะเข้าไปได้ผู้ผลิตทุกรายมีวิธีการที่แตกต่างกันและใช้อัลกอริทึมที่แตกต่างกันเพื่อระบุลักษณะลายนิ้วมือที่สำคัญ โดยทั่วไปแล้วอัลกอริทึมเหล่านี้จะมองหาคุณลักษณะเฉพาะที่เรียกว่า minutiae ซึ่งเส้นในลายนิ้วมือของคุณจะยุติหรือแยกเป็นสองส่วน ดังนั้นเครื่องสแกนสามารถจับคู่ข้อปลีกย่อยเหล่านี้แทนที่จะสแกนลายนิ้วมือทั้งหมดอีกครั้ง ซึ่งทำให้กระบวนการทั้งหมดเร็วขึ้นเล็กน้อย

ยิ่งไปกว่านั้นผู้ผลิตเซ็นเซอร์เหล่านี้มีระบบจัดเก็บแยกต่างหาก ARM ใช้เทคโนโลยี Trusted Execution Environment (TEE) ซึ่งเก็บข้อมูลไว้ในที่ปลอดภัยภายในโปรเซสเซอร์หลัก Qualcomm ในอีกด้านหนึ่งใช้ Qualcomm Secure Execution Environment (QSEE) สำหรับการรักษาความปลอดภัยคีย์การเข้ารหัสส่วนตัวและรหัสผ่าน ระบบเหล่านี้อาจมีชื่อที่แตกต่างกัน แต่ทั้งหมดมีเป้าหมายร่วมกันคือการปกป้องข้อมูล

Optical หรือ Ultrasonic อันไหนดีกว่ากัน?

แน่นอนว่าเครื่องสแกนอัลตราโซนิกนั้นดีกว่าเนื่องจากได้รับประโยชน์จากกระบวนการสแกน 3 มิติในขณะที่เครื่องสแกนแบบออปติคัลสามารถสแกน 2D ได้ตามที่กล่าวไว้ นอกจากนี้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกยังมีขนาดเล็กมากเซ็นเซอร์เสียง 3D ล่าสุดของ Qualcomm มีขนาดเพียง 0.2 มม. เซ็นเซอร์เหล่านี้มีรูปแบบขนาดเล็กตรงตามความต้องการในปัจจุบันสำหรับอุปกรณ์ที่บางและไร้ขอบ นอกจากนี้เซ็นเซอร์เหล่านี้ยังไม่ได้รับผลกระทบจากฝุ่นไขมันหรือมือเปียกอีกด้วย

อย่างไรก็ตามมีอุปกรณ์ไม่มากนักที่ใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกและเกี่ยวข้องกับต้นทุนการผลิตอย่างสมบูรณ์ เซ็นเซอร์เหล่านี้มีราคาแพงและมีให้บริการเฉพาะในอุปกรณ์เรือธงของอุปกรณ์บางรุ่น ณ ตอนนี้

อุปกรณ์ล่าสุดที่มีเครื่องสแกนลายนิ้วมือบนหน้าจอมีอะไรบ้าง?

ตอนนี้คุณได้ตระหนักถึงเทคโนโลยีปัจจุบันและการทำงานของพวกเขาแล้ว จะดียิ่งขึ้นหากคุณทราบถึงอุปกรณ์รุ่นล่าสุดที่มีเซ็นเซอร์ลายนิ้วมือบนหน้าจอและประเภทของอุปกรณ์เหล่านั้น

อุปกรณ์ที่มีเครื่องสแกนออปติคัลบนหน้าจอ	อุปกรณ์ที่มีเครื่องสแกนบนหน้าจออัลตราโซนิก
Redmi K20 / k20 Pro	Samsung Galaxy S10 / S10 +
Realme X
One Plus 7/7 Pro
OPPO K3
ซัมซุง Galaxy A50 / A70 / A80
OPPO K1
Vivo V15 Pro
วันพลัส 6 ท
หัวเว่ย P30 Pro
Xiaomi Mi 9