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TouchID指纹识别的原理

发布时间:2018-11-25 01:06:05 文章来源:未来智讯    
    Touch ID指纹识别的原理作者: 本刊编辑部   指纹有两个重要特征,一个是两根不同手指的指纹纹脊样式不同,另一个是手指的指纹纹脊样式终生不变。这个19世纪初的研讨成果是指纹在罪犯辨别中被正式选取的理论基础。能够说指纹是天然的人体生物密码,科研人员已经花了很长时间探索以指纹为核心的身份验证系统。生活中对照常见的局面包括指纹门禁和考勤系统。
  在电子设备上,10年前就已经有很多主打商业用途的笔记本电脑配备了指纹扫描器。手机方面,2011年摩托罗拉在Atrix 4G手机上选取了指纹扫描器,能够实现开机解锁。HTC也于近期推出了一款集成指纹扫描器的大屏手机HTC One max。这两款手机都将指纹识别模块安排在机身背部,需要滑动手指进行操作。Atrix 4G很有创意地将电源键与扫描模块整合在一同,按下电源键之后滑动手指即可解锁屏幕。One max特意将电源键设计到机身右侧,指引用户用大拇指按电源键,而后通过滑动食指解锁。该手机设计上的硬伤在于相机镜头和指纹识别模块距离很近,每次扫描指纹之前都可能弄脏镜头保护玻璃。Atrix 4G的设计谈不上糟糕,但与iPhone 5s相比就能看出,摩托罗拉和HTC在对用户体验的把握上,与苹果完全不在一个段位。
  苹果在iPhone 5s上选取的指纹识别技能来自AuthenTec。2012年6月,苹果收购了这家公司。在被苹果收购之前,AuthenTec是全球最大的指纹识别芯片供应商,拥有名为TurePrint的专利技能,能够读取皮肤表皮之下的真皮层信息。按照AuthenTec的说法,真正的指纹藏在真皮层。包括ThinkPad在内的主流商务笔记本电脑都选取了该公司的技能。
  全球从事指纹识别研讨的机构和公司众多,新技能和实现方式层出不穷。在获得指纹图像的方式中,主流的包括光学传感器、热传感器和电容传感器,它们无一例外地利用了皮肤表层纹脊和纹谷(空气层)对信号的不同反应来获取指纹图像。AuthenTec的独门绝技是利用射频传感器直接读取真皮层的指纹,这样不但能生成更精准的指纹图像,而且不会像以上3种技能一样受到干性皮肤、油性皮肤、皮肤磨损、皮肤结茧甚至轻微脏污的影响。它是怎么做到的呢?
  最初,我们来到微观世界,回顾一下皮肤的结构(见左图)。皮肤的最外层是死皮层,导电性差,能够认为是一种介电质(可被电极化的绝缘体)。在死皮层与真皮层的交界处,便是真皮层发生角质化的地方,这个区域是有水分能够导电的。芯片上的信号生成器在手指和相连的半导体之间施加一个微弱的RF射频信号,导电的钢圈(在Home键周围)将RF射频信号与表皮下的导电层(真正的指纹)进行耦合。然后手指和芯片之间的射频场(RF Field)会将皮肤导电层的信号“传递”到像素感应器,每个像素感应器就像微型天线一样获得电压,纹脊局部获得的电压强,纹谷局部获得的电压弱。强弱不同的信号经过进一步的处理,就能够得到指纹图像。
  常常得到的指纹图像是灰度图。接下来将灰度图转化成便于计算机处理的二进制图像,提取指纹的特征。最初,Touch ID芯片会根据3种基本指纹类型(弧形纹、箕形纹或斗形纹)将指纹分类,然后提取指纹纹路中的特征点:包括纹路的起点、终点、分叉点和毛孔的位置等。最终将该手指的特征点数据加密之后保存为数学表达式。通过指纹识别进行身份验证的过程便是再次执行以上过程,然后将获得的指纹与已经注册的指纹数据进行比对,以确定是否匹配并解锁 iPhone。
  以上过程都发生在0.5s之内。以解锁手机功能来讲,苹果最具创造性的地方是把传感器放置到“用户与iPhone自但是然频频接触的地方”——Home键中,在丝毫不影响易用性的情况下,赋予iPhone用户不错的平安体验。如今,在App Store购买应用变得轻而易举,轻触Home键即可通过指纹来确认,免去密码输入的烦恼。但Touch ID的潜力显然不止于此,它不但能用于其他需要身份验证的局面,而且也能与触摸屏的手势联合起来,实现让人意想不到的操作体验。
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