최근 몇 년 동안 우리는 다음과 같은 것을 보게 되었습니다. 마치 첩보 영화에 나올 법한 지문 인식기 우리는 하루 종일 그것들을 주머니에 넣고 다닙니다. 손가락 터치 한 번으로 휴대폰 잠금을 해제하고, 결제를 승인하고, 사무실 문을 열고, 은행에 접속하는데, 그 이면에 어떤 기술이 숨어 있는지 거의 인식하지 못합니다.
일상적인 생체 인식 속에는 매우 흥미로운 경쟁이 벌어지고 있습니다. 초음파 지문 센서와 광학 지문 센서 비교둘 다 동일한 목적을 수행하지만 작동 방식은 매우 다르며 보안, 속도 및 안정성 측면에서 완전히 다른 수준을 제공합니다. 모바일 기기, 비즈니스 또는 출입 통제 시스템에 어떤 방식이 더 적합한지 궁금했던 적이 있다면 여기에서 자세한 설명을 확인할 수 있습니다.
지문 인식기는 무엇이며, 종류가 다양한 이유는 무엇인가요?
지문 인식기는 기본적으로 다음과 같습니다. 능선과 계곡의 고유한 패턴을 포착하는 생체 인식 센서 이 시스템은 사용자의 지문을 디지털 데이터로 변환한 후 저장된 템플릿과 비교하여 신원을 확인합니다. 중요한 점은 시스템이 지문의 물리적 이미지를 저장하는 것이 아니라 지문에서 파생된 수학적 템플릿을 저장한다는 것입니다.
오늘날에는 여러 종류의 지문 센서가 공존하고 있습니다. 광학정전 용량식, 초음파식, 열식모두 캡처, 처리, 처리라는 동일한 단계를 거칩니다. 템플릿 생성 지문을 읽는 방법은 비슷하지만 (빛, 전기, 소리 또는 온도) 지문을 읽는 "방법"이 다르기 때문에 비교가 어렵고, 이로 인해 결과가 완전히 달라집니다. 가격, 안전성, 속도, 먼지나 습기에 대한 내성.
휴대폰 종류 중에서 가장 흔한 것은 다음과 같습니다. 디스플레이 아래 광학 센서 및 OLED 패널에 통합된 초음파 센서정전식 센서는 물리적 버튼, 노트북, 출입 통제 장치 등에서 여전히 널리 사용되는 반면, 열 센서는 특히 높은 보안이 요구되는 매우 특수한 분야에서 사용됩니다.
광학 지문 센서의 작동 원리
광학식 지문 스캐너는 이 제품군의 가장 오래된 제품입니다. 그 원리는 간단합니다. 손가락에 빛을 비춰 지문을 "사진"으로 찍는 장치입니다. 특수 카메라를 사용하여 이미지를 처리하고 특징적인 요소들을 추출합니다.
실제로 일반적인 광학 센서는 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다. 유리 보호층 전체를 먼지와 물로부터 보호하는 것, Fuente de Luz (일반적으로 LED) 빛을 풋프린트에 집중시키고 반사하는 프리즘, 반사광을 CCD 또는 CMOS 이미지 센서에 초점을 맞추는 렌즈 그리고 데이터를 변환하고 분석하는 역할을 하는 소형 제어 전자 장치(MCU 또는 DSP)가 있습니다.
손가락을 유리 표면에 대면 빛이 지문의 능선과 골을 비춥니다. 렌즈는 반사된 빛을 이미지 센서에 집중시키고, 이미지 센서는 이를 전기 신호로 변환하며, 아날로그-디지털 변환기는 이를 디지털 신호로 변환합니다. 지문의 디지털 이미지그다음에는 알고리즘이 작동합니다. 이미지가 향상되고, 이진화되고, 특징점(분기점, 융선 끝부분 등)이 추출되어 다음에 사용자를 인증하는 데 사용될 생체 인식 템플릿이 생성됩니다.
전체 스캔 과정은 몇 단계로 요약할 수 있습니다. 손가락을 유리에 대면 불이 켜지고 사진이 촬영되어 디지털화되고 세부 정보가 처리된 후 템플릿이 저장되거나 비교됩니다.대부분의 시스템은 알고리즘과 하드웨어에 따라 캡처에는 약 1초, 비교에는 1~2초 정도 소요되어 이 모든 작업을 완료할 수 있습니다.
광학 센서의 장점과 단점
광학 스캐너는 수십 년 동안 사용되어 왔습니다. 경찰, 국경 통제, 신분증, 근태 관리 시스템 및 접근 통제이러한 장치는 중급형 휴대폰과 외장형 PC 리더기에서도 매우 흔하게 볼 수 있습니다. 이는 우연이 아닙니다. 이미 널리 사용되는 장치이기 때문입니다.
그 강점 중 주목할 만한 점은 다음과 같습니다. 조건이 좋을 때는 매우 정확하고 신뢰할 수 있습니다.시중에서 쉽게 구할 수 있고, 기술적으로도 성숙했으며, 무엇보다 제조 및 설치 비용이 가장 저렴합니다. 또한 유지보수도 비교적 쉽고 대부분의 일상적인 용도에 충분한 응답 속도를 제공합니다.
반면 안전은 중요한 문제입니다. 작업 시 발자국의 2D 이미지고해상도 사진, 곰팡이, 또는 라텍스와 같은 재료로 속이기가 더 쉽습니다. 게다가, 이들은 주변 환경에 매우 민감합니다. 기름지거나, 젖었거나, 또는 매우 더러운 손가락 특정 환경에서 조명이 좋지 않은 것처럼 이미지 품질을 저하시킵니다. 그래서 그런 겁니다. 주기적인 청소가 필요합니다. 최적의 기능을 발휘하려면 약간의 관리가 필요합니다.
휴대폰에서 디스플레이 아래에 있는 광학 센서는 AMOLED 패널에서 나오는 빛을 이용하여 지문을 인식하고, 패널 아래에 있는 이미지 칩(CIS)에 이미지를 비춥니다. 화면 밝기가 낮거나 지문 인식 영역에 그래픽 간섭이 있는 경우스캔 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 화면이 완전히 꺼진 상태에서 잠금 해제를 하려면 먼저 패널을 "깨워야" 하므로 약간의 추가 단계가 필요합니다.
초음파 지문 센서의 작동 원리
초음파 지문 센서는 특히 OLED 화면을 탑재한 고급 스마트폰에서 가장 최첨단이자 "프리미엄" 옵션입니다. 빛 대신 초음파를 사용합니다. 고주파 음파(초음파) 발자국의 3차원 지도를 생성합니다.
그의 마음은 여러 가지의 집합체이다. 초음파 변환기, 송신기 및 수신기안정성을 확보하기 위해 세라믹 기판에 장착되었으며, 전용 마이크로프로세서로 제어됩니다. 화면에 손가락을 대면 초음파 발생기가 초음파를 방출하여 유리와 피부 바깥층을 통과합니다.
이 파동들이 피부 표면의 능선과 모공에 부딪히면 약간씩 다른 방향으로 반사됩니다. 수신 변환기는 다음과 같은 역할을 합니다. 그 반향음을 포착하는 특수 마이크 그리고 이를 전기 신호로 변환합니다. 각 반향음이 되돌아오는 데 걸리는 시간과 강도를 이용하여 마이크로프로세서는 신호를 재구성합니다. 매우 상세한 3D 이미지 발자국(펄스-에코 원리, 소나나 레이더와 매우 유사함)의 형태.
전체적인 흐름은 대략 다음과 같습니다: 변환기 초음파 펄스를 방출하고, 그 에너지는 능선과 모공에서 반사됩니다.수신기는 반사된 신호를 수집하여 전기 신호로 변환하고, 프로세서는 3D 지도를 생성하고 디지털 템플릿을 만들어 향후 비교를 위해 장치의 안전한 영역에 저장합니다. 이 전체 과정은 일반적으로 1~2초 정도 소요되지만, 최신 모델은 훨씬 더 빠릅니다.
실제 세계에서 이는 다음과 같은 센서들이 통합된 형태로 나타납니다. 삼성 갤럭시 S10 시리즈 및 이후 모델 또는 스냅드래곤 및 퀄컴 센스 ID가 탑재된 최근 모델별도의 버튼 없이 화면의 표시된 영역에 손가락을 대는 것만으로 휴대전화 잠금을 해제할 수 있는 기능입니다.
초음파 센서의 장점과 단점
이 기술의 가장 큰 장점은 센서가 평면적인 실루엣뿐만 아니라 입체감까지 포착합니다.3D 정보와 피부 내부 구조를 활용하면 사진이나 모형을 이용한 조작이 훨씬 어려워집니다. 또한 살아있는 손가락과 무생물을 구분할 수 있어 "생존 증명" 탐지에 이상적입니다.
또 다른 매우 분명한 장점은 다음과 같습니다. 손가락이 젖었거나, 더럽거나, 약간 기름기가 있어도 잘 작동합니다.초음파는 투과력이 뛰어나고 표면의 먼지나 땀에 덜 민감하기 때문에 광학 센서가 오작동하거나 판독기 청소를 요구하는 상황에서도 높은 성공률을 유지합니다.
이것 또한 시스템입니다 기계적 마모에 매우 강함화면 유리 아래에 통합되어 있고 노출된 광학 창에 의존하지 않기 때문에 표면적인 긁힘에 덜 취약합니다. 그러나 휴대폰의 경우 화면에 깊은 균열이 생기면 파동 전파가 방해받아 인식이 불안정해질 수 있다는 점이 관찰되었습니다.
단점으로는, 우리가 직면하고 있는 문제가 있습니다. 광학식이나 정전식 시스템보다 훨씬 더 비싼 시스템이는 하드웨어와 특정 알고리즘 개발 모두에 기인합니다. 특히 사용자가 아무런 조치를 취하지 않아도 손가락을 감지하기 위해 지속적으로 활성화된 상태를 유지하는 경우 에너지 소비가 더 큽니다. 따라서 제조업체는 과도한 전력 소비를 방지하기 위해 센서가 언제, 어떻게 "활성화"되는지를 세밀하게 조정하는 것이 일반적입니다.
또 다른 문제는 사용자 경험과 관련된 것으로, 일부 휴대폰 모델에서 발생하는 문제입니다. 사용자들은 광학 센서보다 초음파 센서에서 실패율이 더 높다고 보고합니다.감도, 감지 영역 및 인터페이스와의 통합을 어떻게 조정했는지에 따라, 이론적으로는 초음파 판독기가 더 우수하다고 하지만, 실제 사용 환경에서는 잘 조정된 특정 광학 판독기가 첫 시도에서 여전히 더 안정적인 결과를 보여주는 경우가 있다고 생각하는 사람들이 있습니다.
비교: 초음파 지문 센서 vs. 광학 지문 센서
초음파 센서와 광학 센서를 비교할 때, 두 센서의 차이를 만드는 몇 가지 핵심적인 측면이 있습니다. 속도, 정확성, 실제 환경에서의 신뢰성, 공격에 대한 보안 및 비용하나씩 차근차근 살펴보면서 확실히 이해하도록 하죠.
스캔 및 처리 속도
캡처 단계에서, 광학 센서는 일반적으로 약 1초 만에 판독을 완료합니다. 손가락이 유리에 닿는 순간부터 지문이 인식됩니다. 유리에 비친 지문을 단순히 "사진"으로 찍는 방식이기 때문입니다. 알고리즘이 빠르다면 특징 추출 및 등록된 템플릿과의 비교는 최대 1~2초 안에 완료됩니다.
초음파 시스템에서는 전체적인 소요 시간은 비슷하지만 내부 과정은 훨씬 더 복잡합니다. 먼저, 초음파 반사파로부터 3D 지도가 생성됩니다. 그런 다음 2D 및 입체적 특징이 모두 추출됩니다. 이 과정은 약간 더 많은 프로세서 작업을 필요로 하지만, 최신 칩과 최적화된 알고리즘 덕분에 스캔 및 검증 시간은 일반적으로 1~2초 이내입니다.
실제로 사용자의 인식은 구체적인 구현 방식에 크게 좌우됩니다. 일부 휴대폰에서는 초음파 판독기가 첫 시도에 정확하게 인식할 때 놀라울 정도로 빠른 속도를 보여줍니다.하지만 특정 오류로 인해 동작을 여러 번 반복해야 하는 경우, 건조하고 깨끗한 손가락으로 거의 실수를 하지 않는 안경사에 비해 전반적으로 동작이 더 느리게 느껴집니다.
다양한 조건에서의 정확성과 신뢰성
순수한 정확도 측면에서 볼 때, 광학 센서는 이상적인 조건이 충족되는 한 매우 우수한 성능을 발휘할 수 있습니다. 손가락 지지대도 잘 되어 있고, 먼지도 별로 없고, 조명도 적절하고 센서도 깨끗합니다.손가락이 너무 건조하거나, 젖었거나, 크림이 발렸거나, 먼지가 묻어 있는 등 이러한 변수들이 통제 불능 상태가 되면 이미지 품질이 저하되고 그에 따라 오류율이 증가합니다.
초음파는 초음파와 부피를 기반으로 하기 때문에, 이는 이러한 외부 변화에 덜 취약합니다.이 제품은 특정 재질이나 얇은 먼지층을 통해서도 높은 수준의 디테일로 지문을 포착할 수 있으며, 젖거나 기름진 손가락에서도 더 나은 성능을 발휘합니다. 따라서 사용량이 많거나 통제가 덜 된 환경에 매우 적합한 옵션입니다.
전반적인 신뢰도에 대해 이야기하자면, 다음과 같이 말할 수 있습니다. 안경사는 "모든 것이 제자리에 있다면" 믿을 만하다.초음파 센서는 훨씬 더 광범위한 상황에서 일관된 성능을 유지하기 때문에 첨단 보안 애플리케이션에서 점차 입지를 넓혀가고 있습니다.
보안: 사기 방지 및 지문 인식
광학 센서의 아킬레스건 중 하나는 바로 이것입니다. 그들은 평면 이미지를 다룹니다.이로 인해 사진, 고해상도 인쇄물 또는 적절한 질감을 가진 물체를 이용한 위조 시도에 더욱 취약해집니다. 생체 인식 메커니즘(반사 분석, 미세 변화 등)을 갖춘 광학 솔루션이 존재하지만, 모든 경우에 적용 가능한 것은 아닙니다.
반면, 초음파 센서는 이 프로그램은 피부 구조에 대한 훨씬 더 많은 정보를 담은 3D 모델을 생성합니다.모공과 피하 조직까지 포함하여 모든 것을 재현하는 것은 훨씬 더 복잡한 작업입니다. 더욱이, 이 기술은 생체 인식 기술에 특히 적합하여 실제 손가락과 무생물 사이의 명확한 차이를 식별할 수 있습니다.
그러므로 안전이 최우선일 때는, 초음파 스캐닝은 광학 스캐닝에 비해 장점이 있습니다.완전히 무적은 아니지만, 사칭 공격에 대한 저항력을 상당히 높여줍니다. 실제로 다음과 같은 공격은 훨씬 수월해집니다. BrutePrint 이는 생체인식 보안이 왜 빠르게 진화하고 있는지를 보여줍니다.
비용, 소비 및 통합 제한 사항
하드웨어 측면에서 볼 때, 광학 센서가 최적의 선택입니다. 보다 경제적이고 표준화된이 기술은 이미 확립되어 있고, 구성 요소(LED, 렌즈, CCD/CMOS 센서)는 저렴하며, 공급업체 생태계도 방대합니다. 이러한 이유로 LED는 출입 통제 시스템, 근태 관리 단말기, 그리고 비용이 중요한 솔루션 분야에서 여전히 최우선 선택지로 자리매김하고 있습니다.
초음파 센서는 다음을 통합함으로써 특수 변환기, 세라믹 기판 및 더욱 복잡한 전자 장치이러한 제품들은 훨씬 더 비싸고, 특히 화면 아래에 통합하는 경우 더욱 세심한 설계가 필요합니다. 또한, 연속 재생 모드로 유지할 경우 에너지 소비량이 상당히 높아질 수 있습니다.
물리적인 요인도 있습니다. 초음파 신호는 특정 두께의 물질까지만 투과할 수 있습니다.즉, 오늘날 이 기술은 패널이 더 얇고 LCD처럼 백라이트가 필요 없는 OLED 디스플레이에 거의 전적으로 사용됩니다. 기존 LCD 디스플레이에서는 모듈이 더 두껍고 빛이 모든 층을 통과하기가 더 어렵습니다.
하지만 생산 비용이 감소함에 따라 다음과 같은 점이 예상됩니다. 초음파 센서가 점점 더 많은 기기에 적용되고 있습니다.특히 보안과 화면 아래의 편의성이 가격보다 우선시되는 경우 더욱 그렇습니다.
다른 유형의 지문 센서: 정전식 및 열식
미디어 경쟁은 광학 방식과 초음파 방식 사이에서 벌어지고 있지만, 시장에서는 초음파 방식이 여전히 매우 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 정전 용량식 및 열 센서각각 고유한 틈새시장과 기술적 특성을 지니고 있습니다.
정전식 센서: 물리적 버튼의 고전적인 방식
정전식 센서는 초기 스마트폰에서 홈 버튼이나 기기 뒷면에 지문 인식기가 통합되면서 매우 인기를 얻었습니다. 빛이나 소리 대신 정전식 센서는 신호를 이용합니다. 전기 용량의 변화 발자국을 재구성하기 위해.
그것들은 다음과 같이 구성되어 있습니다. 작은 전도성 셀(픽셀)의 격자 일반적으로 실리콘이나 기타 반도체로 만들어지는 이 어레이는 각 셀의 정전 용량을 측정하는 판독 회로와 신호를 처리하고 이미지를 개선하며 주요 특징을 추출하는 컨트롤러를 포함합니다. 절연층과 접촉면은 이 어레이 위에 배치됩니다.
손가락을 센서에 대면 지문의 능선은 일부 세포에 더 가깝고 골은 더 멀리 떨어져 있습니다. 이로 인해 국소적인 전기장이 변화하고 다음과 같은 현상이 발생합니다. 판독 회로가 포착하는 미세한 전압 변화아날로그-디지털 변환기는 이러한 변동을 이진 데이터로 변환하고, 거기에서 지문의 디지털 표현을 얻습니다.
컨트롤러는 향상 알고리즘을 적용하고, 특징을 추출하고, 템플릿을 생성하고, 향후 비교를 수행합니다. 이 전체 과정은 다음과 같습니다. 매우 빠르고 전력 소비도 낮습니다.이것이 바로 정전식 센서가 모바일 기기, 생체 인식 결제 카드, 모바일 POS 단말기 및 PC 보안 시스템에 여전히 탁월한 선택인 이유입니다.
이 제품의 장점에는 다음과 같은 것들이 있습니다. 높은 정밀도, 우수한 속도, 매우 컴팩트한 크기 및 손쉬운 통합주요 단점은 손가락이 매우 건조하거나 흉터가 심하게 남아 있어 예상되는 정전 용량이 변할 수 있다는 점입니다. 이들은 정전기 방전(ESD)에 민감합니다.게다가 제조 원가는 일반 안경점보다 더 높습니다.
열 센서: 온도 기반 지문 인식
네 번째 주요 유형은 전문가 분야 외에서는 덜 알려져 있지만, 열화상 지문 센서입니다. 이 시스템은 다음과 같은 원리를 기반으로 작동합니다. 공기와 피부 사이의 온도 차이실리콘 다이에 통합된 초전도성 재료를 활용합니다.
내부에는 가열되거나 냉각될 때 작동하는 다양한 압전 소자와 트랜지스터가 있습니다. 그것들은 온도 변화에 비례하는 전기 전하를 생성합니다.손가락을 센서에 대면 지문의 능선과 골이 열 흐름을 다르게 변화시키고, 이러한 "열 신호"가 고유한 디지털 템플릿으로 변환됩니다.
내장형 마이크로프로세서 이는 트랜지스터 데이터를 읽고, 처리하고, 지문 템플릿으로 저장하는 역할을 담당합니다.손가락의 자연적인 온도 변화를 이용하는 수동형 방식과, 내부 발열체를 사용하여 열 대비를 발생시켜 판독감을 향상시키는 능동형 방식이 있습니다.
열 센서는 다음과 같은 기능을 제공합니다. 매우 높은 수준의 정밀도와 안전성이 기술은 습한 환경과 건조한 환경 모두에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 인공물로 열 지문을 완벽하게 복제하는 것은 매우 어렵기 때문에 금융 서비스, 고도의 보안이 요구되는 출입 통제, 차량 출입 통제, 기업용 노트북 인증 등 다양한 분야에서 매우 유용하게 활용될 수 있습니다.
그것의 아킬레스건은 바로 그것이다. 이들은 주변 온도의 급격한 변화에 민감합니다.이러한 스캐너는 다른 유형보다 스캔을 완료하는 데 시간이 약간 더 오래 걸리고 일반적으로 가격이 더 비싸며 유지 보수가 더 많이 필요합니다. 따라서 사용이 더 전문적이며 일반 소비자 가전 제품에서는 자주 볼 수 없습니다.
표준, 인증 및 사용 환경
광학식, 정전식, 초음파식 또는 열식 등 어떤 기술을 사용하든, 위험한 환경에서 사용되는 지문 인식 시스템은 일반적으로 다음 규정을 준수합니다. 생체 데이터의 수집, 교환 및 보호 방법을 정의하는 국제 표준.
가장 관련성이 높은 표준으로는 지문 이미지 및 템플릿에 대한 데이터 교환 형식을 정의하는 ISO/IEC 19794-2와 스푸핑 공격에 대한 저항성을 평가하기 위한 프레임워크를 수립하는 ISO/IEC 30107-1이 있습니다. FIDO 얼라이언스 표준온라인 서비스에 강력한 비밀번호 없는 인증을 촉진하는 기술, 그리고 생체 인식 장치의 성능을 측정하기 위한 다양한 NIST 및 ISO 표준 등이 있습니다.
이러한 프레임워크 덕분에 제조업체와 공급업체는 자사 스캐너가 특정 기준을 충족하는지 확인할 수 있습니다. 최소 수준의 품질, 상호 운용성 및 사기 방지 기능을 제공합니다.이러한 시스템을 통합하는 기업들은 성능에 대한 요구 사항과 각 응용 분야에 가장 적합한 센서 유형을 평가하는 데 있어 명확한 기준을 가지고 있습니다.
실제로 광학 센서는 출입 통제, 시간 관리, 국경 통제 및 공식 문서 분야에서 여전히 지배적인 위치를 차지하고 있습니다.비용과 기술 성숙도가 중요한 요소인 경우, 정전식 기술은 중급 스마트폰, 생체 인식 전원 버튼이 있는 노트북, 그리고 다양한 소비자 기기에서 지배적인 위치를 차지하고 있습니다. 초음파 기술은 고급 휴대폰과 높은 보안성 및 디스플레이 아래 편의성을 요구하는 솔루션에서 점차 점유율을 높여가고 있습니다. 한편, 열화상 기술은 다음과 같은 시스템에서 선택됩니다. 생체인식 보안은 사실상 뚫을 수 없을 정도로 철저해야 합니다.비용이 더 많이 들더라도 말입니다.
기술이 발전하고 가격이 하락함에 따라 우리는 아마도 이러한 현상을 보게 될 것입니다. 화면에 통합된 초음파 센서의 수 증가, 더욱 소형화된 정전식 솔루션 카드 및 웨어러블 기기의 경우, 생체 인식 알고리즘의 지속적인 개선과 공격 방지 기능이 필요합니다.
초음파 지문 센서와 광학 지문 센서 중 하나를 선택하거나 정전식 센서와 열 센서를 평가할 때 정말 중요한 것은 다음과 같습니다. 안전성, 속도, 방진성, 비용 및 장치 유형 간의 균형 유지 어디에 통합될지에 따라, 어떤 상황에서든 사용하는 고급 스마트폰에는 디스플레이 내장형 초음파 센서가 최적의 선택이 될 수 있습니다. 대규모이면서도 경제적인 접근 제어에는 광학 센서가 여전히 널리 사용됩니다. 물리적 버튼에서 속도와 효율성을 추구한다면 정전식 센서가 안전한 선택입니다. 그리고 최고 수준의 보안이 요구되는 시나리오에서는 열화상 센서 또는 고급 초음파 센서가 가장 적합합니다.
