带有指纹传感器的智能手机充斥了市场，但是自从这些传感器开始在预算细分市场投放智能手机以来，已经很久了。这些传感器近来变得更快，更安全。结果，这些传感器如今主要用于智能手机安全。
智能手机行业的残酷竞争和不断发展的技术使我们进入了这一阶段，每隔一天我们就会遇到一项新的创新。指纹传感器也相距甚远，当前的流行词是显示屏内指纹传感器。小米，Realme和Oppo等智能手机制造商已确保该技术不仅限于旗舰设备。
诸如Realme X，Redmi K20和OPPO K3之类的最新设备以难以消化的价格提供了显示屏指纹扫描仪。考虑到所有这些，让我们了解一下这种显示屏中指纹传感器技术及其工作原理。
历史
让我们从一切开始时开始。深入了解移动设备上的指纹读取器的历史，使我们回到2004年推出的“ Pantech GI100 ”。该设备配备了指纹读取器，这是同类产品中的第一款。继“ G900和G500 ”趋势之后的下一个设备来自2007年的东芝。后来，宏达电，宏cer和摩托罗拉等制造商也加入了各自的设备联盟。苹果也参加了2013年的聚会，iPhone 5s配备了指纹传感器。位于库比蒂诺（Cupertino）的巨人继续称其为Touch ID。从那时起，指纹传感器技术发生了一些重大变化。
技术爱好者可能知道有三种不同的指纹认证技术正在起作用。但是目前，显示屏内指纹技术仅从这两种技术中受益。
在进入全局之前，让我们了解背后作品的基本技术。所有指纹传感器均通过跟踪手指上独特的跟踪脊和线条来工作。但是，在此跟踪过程中可以使用不同的技术，包括光学扫描，电容扫描或超声扫描。
指纹扫描仪的类型
- 光学扫描仪（用于显示屏指纹传感器）
- 超声波扫描仪（用于显示屏指纹扫描仪）
- 电容式扫描仪
显示屏光学扫描仪
光学扫描仪已经存在了很长一段时间，并且是最古老的指纹认证方法。但是，显示屏中的光学传感器相对于智能手机来说还是比较新的。在2018年世界移动大会上展示的概念设备Vivo Apex引起了智能手机行业的诸多关注。该设备具有“ CLEAR ID 9500”，这是一种由美国传感器制造商Synaptics开发的光学指纹传感器。后来，它通过一种称为“ Vivo X20 Plus UD”的新设备被带给消费者。新设计很快就被OPPO，三星，华为等公司采用。我们看到的大多数指纹传感器都是光学指纹传感器，它们可以轻松地与Arduino，Raspberry pi和其他微控制器接口。
光学指纹传感器的工作
该技术依赖于捕获指纹图像，并进一步分析当前指纹是否与存储的图像匹配。甲电荷耦合器件（CCD）坐落在一种光学传感器，这是在数码相机和摄像机中使用的相同传感器的心脏。对于不知道的人来说，CCD是一个称为光敏二极管的光敏二极管阵列，该二极管会响应于光子产生电信号。
将手指放在传感器上后，发光二极管（LED）阵列就会点亮以照亮脊和缝隙，而CCD相机会迅速捕获到它们的图像。 CCD系统生成手指的倒像，较暗的区域表示更多的反射光（手指的脊），较亮的区域表示更少的反射光（脊的谷）。然后将捕获的图像与存储的图像进行比较。
光学传感器很容易傻瓜，因为所使用的技术可以捕获2D图像，而高质量的图像可能会突破这种安全性。值得注意的是，该技术仅适用于OLED显示器，因为后者的背板存在间隙。最初，显示器中的指纹传感器不像现在那样可靠和快速。但是近来情况发生了变化，有利于这些传感器。
显示屏式超声波扫描仪
超声波传感器是正在使用的最新指纹技术。顾名思义，这些传感器利用高频超声波来映射您的指纹。三星与高通公司合作，推出了首款带有显示屏超声波指纹传感器的设备'Galaxy S10 / S10 +。该设备也是首款采用Qualcomm 3D Sonic传感器的设备，该传感器是Sense ID的迭代。
高通公司最新的超声波技术可通过厚度达800微米的玻璃工作。该公司声称，解锁的延迟时间为250毫秒，接近电容式指纹扫描仪可以实现的延迟时间。
超声波指纹传感器的工作
这些扫描仪上的硬件包括超声波发射器和接收器。将指尖放在传感器上后，扫描过程即开始。超声波脉冲通过发射器发射，与指尖上的波谷和波谷碰撞，一些脉冲压力被吸收，并且一些脉冲压力被反射回传感器。脉冲的吸收量和反跳量随指纹的变化而变化。再进一步，使用能够检测机械应力的传感器来计算在扫描仪上不同点处返回的超声波脉冲的强度。这些扫描仪获得详细的深入信息，从而生成扫描指纹的详细3D副本。
由于这些扫描仪位于显示器下方。超声波传感器发出的波必须到达显示器的底板，玻璃和保护盖，然后才能到达手指。因此，制造商确保用于显示的玻璃不要太厚。话虽如此，建议不要添加额外的保护措施，例如屏幕保护膜，否则可能会阻止该技术正常工作。
超声传感器是可用技术中成本最高的设备，但这种设备并不多。三星Galaxy S10 / 10 +等旗舰设备配备了超声波传感器。但是，距离我们看到这项技术渗透预算领域还有很长一段时间。
电容式扫描仪
电容式传感器是当今使用最广泛的传感器，可以在遇到的所有其他设备上找到。这些传感器使用电容器作为核心组件，核心组件是用于存储电能的电子组件。该技术当前不用于显示屏内指纹扫描。
电容式指纹传感器的工作
这些传感器也扫描指纹上的脊和谷。但是，在这种情况下，使用电流代替光来收集数据。一组电容器放置在扫描表面下方以收集指纹详细信息。当指尖放在扫描表面上时，存储在电容器上的电荷会发生变化。电荷差异由运算放大器积分电路跟踪，并由模数转换器进一步记录。
捕获的数据用于身份验证。值得注意的是，电容传感器的能力会随着电容器数量的增加而增加。这些扫描仪可提供更好的安全性，而且速度很快，而且很难被愚弄。电容传感器比光学传感器昂贵，并且仅在当时的旗舰设备中使用。此外，这是2019年，电容传感器已渗透到智能手机行业的所有领域。电容式触摸板价格便宜，并且可以通过任何设备轻松集成。
算法与密码学
扫描只是过程的一半，它表示将数据存储在安全的位置非常重要。对于此过程，将专用IC添加到传感器，该IC处理解释扫描的数据并将其进一步传输到处理器。安全的地方难以接近，甚至扎根也无济于事。每个制造商都有不同的方法，并使用不同的算法来识别关键指纹特征。通常，这些算法会寻找称为细节的非常特定的功能，即指纹中的线条终止或分成两部分。因此，扫描仪可以匹配这些细节，而不必再次扫描整个指纹。这使整个过程有点快。
进一步讲，这些传感器制造商有单独的存储系统。ARM使用基于Trusted Execution Environment（TEE）的TrustZone技术，该技术将数据存储在主处理器内部的安全位置。另一方面，Qualcomm使用Qualcomm安全执行环境（QSEE）保护私有加密密钥和密码。这些系统可能具有不同的名称，但是所有系统都有一个共同的目标就是保护数据。
光学或超声波哪个更好？
超声波扫描仪当然会更好，因为它们可以从3D扫描过程中受益，而光学扫描仪只能像之前提到的那样进行2D扫描。除此之外，超声波传感器的尺寸非常小，高通公司最新的3D超声波传感器的尺寸仅为0.2毫米。这些传感器的外形小巧，可以满足目前对超薄和无边框设备的需求。更进一步，这些传感器也不受灰尘，油脂或湿手的影响。
但是，使用超声波传感器的设备并不多，而这完全与制造成本有关。这些传感器价格昂贵，目前仅在部分设备旗舰设备上可用。
最近有哪些带有显示屏指纹扫描仪的设备？
现在，您已经知道当前的技术及其工作原理。如果您知道最近带有显示屏中指纹传感器的设备及其类型，那就更好了。
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带有光学显示屏扫描仪的设备 |
带有超声波显示屏扫描仪的设备 |
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Redmi K20 / k20 Pro |
三星Galaxy S10 / S10 + |
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Realme X |
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一加7/7 Pro |
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OPPO K3 |
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三星Galaxy A50 / A70 / A80 |
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OPPO K1 |
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Vivo V15 Pro |
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一加6T |
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华为P30 Pro |
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小米米9 |