Cảm biến vân tay (Fingerprint Sensor) là một thiết bị điện tử sử dụng công nghệ nhận dạng sinh trắc học để xác thực danh tính dựa trên dấu vân tay của một cá nhân. Mỗi người có một dấu vân tay độc nhất, được hình thành bởi các đường vân (ridges) và rãnh (valleys) trên bề mặt da ngón tay. Cảm biến vân tay có khả năng quét, thu thập và phân tích các đặc điểm độc đáo này để so sánh với dữ liệu vân tay đã được lưu trữ trước đó, từ đó xác định danh tính của người dùng.
Nguyên lý hoạt động chung:
- Quét (Scanning): Khi người dùng đặt ngón tay lên bề mặt cảm biến, thiết bị sẽ sử dụng một công nghệ cụ thể (ánh sáng, điện dung, sóng siêu âm…) để thu thập hình ảnh hoặc dữ liệu về cấu trúc vân tay.
- Xử lý (Processing): Dữ liệu thu thập được sẽ được xử lý bởi một bộ vi xử lý tích hợp. Quá trình này bao gồm việc làm rõ hình ảnh, loại bỏ nhiễu và trích xuất các đặc điểm vân tay quan trọng (minutiae), chẳng hạn như điểm kết thúc đường vân, điểm chia nhánh…
- So sánh (Matching): Các đặc điểm vân tay đã trích xuất sẽ được so sánh với các mẫu vân tay đã được lưu trữ trong bộ nhớ của thiết bị.
- Xác thực (Authentication): Nếu có sự trùng khớp đủ lớn giữa vân tay vừa quét và một trong các mẫu đã lưu, người dùng sẽ được xác thực và được cấp quyền truy cập (ví dụ: mở khóa điện thoại, mở khóa két, chấm công…).
Các công nghệ cảm biến vân tay hiện nay chủ yếu dựa trên ba nguyên lý chính: quang học, siêu âm và vân tay bán dẫn. Mỗi công nghệ có nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm riêng:
- Cảm biến vân tay quang học (Optical Fingerprint Sensor)
- Nguyên lý: Sử dụng ánh sáng để quét hình ảnh 2D của bề mặt vân tay. Khi ngón tay đặt lên bề mặt cảm biến, một đèn LED sẽ chiếu sáng ngón tay. Hình ảnh vân tay sau đó được chụp lại bởi một bộ cảm biến quang học (thường là CCD hoặc CMOS). Các thuật toán sẽ phân tích hình ảnh này để xác định các đặc điểm vân tay (minutiae) và so sánh với dữ liệu đã lưu trữ.
- Ưu điểm:
- Giá thành sản xuất tương đối thấp.
- Độ bền cao do ít bộ phận chuyển động.
- Có khả năng quét được nhiều loại da tay khác nhau.
- Nhược điểm:
- Dễ bị đánh lừa bởi hình ảnh hoặc vân tay giả làm từ silicon, gelatin,… (do chỉ quét hình ảnh 2D).
- Độ nhạy có thể bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, mồ hôi hoặc vết xước trên bề mặt cảm biến hoặc ngón tay.
- Tốc độ nhận diện có thể chậm hơn so với các công nghệ khác.
- Tiêu thụ năng lượng cao hơn do cần sử dụng đèn chiếu sáng.
- Cảm biến vân tay siêu âm (Ultrasonic Fingerprint Sensor)
- Nguyên lý: Sử dụng sóng siêu âm tần số cao để tạo ra hình ảnh 3D chi tiết của vân tay. Cảm biến phát ra sóng siêu âm và đo thời gian sóng phản xạ trở lại từ bề mặt ngón tay. Các đường vân và rãnh trên ngón tay sẽ phản xạ sóng âm khác nhau, cho phép cảm biến dựng lên một bản đồ 3D chính xác của vân tay, bao gồm cả các chi tiết bên dưới bề mặt da.
- Ưu điểm:
- Độ bảo mật cao nhất trong ba loại do quét được hình ảnh 3D sâu dưới bề mặt da, rất khó bị làm giả.
- Ít bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn, mồ hôi, dầu hoặc nước trên ngón tay.
- Có thể hoạt động tốt ngay cả khi ngón tay bị ướt hoặc bẩn nhẹ.
- Tốc độ nhận diện nhanh và chính xác.
- Có thể tích hợp dưới màn hình (in-display fingerprint sensor) mang lại thiết kế liền mạch và thẩm mỹ cao.
- Nhược điểm:
- Giá thành sản xuất cao nhất.
- Công nghệ tương đối mới và đang tiếp tục được phát triển.
- Có thể không tương thích tốt với một số miếng dán màn hình dày hoặc không chất lượng.
- Cảm biến vân tay bán dẫn (Semiconductor Fingerprint Sensor)
“Cảm biến vân tay bán dẫn” là một thuật ngữ chung để chỉ các loại cảm biến vân tay sử dụng vật liệu bán dẫn trong cấu trúc hoạt động của chúng. Trong lĩnh vực cảm biến vân tay, thuật ngữ này thường được dùng để chỉ cảm biến vân tay điện dung (Capacitive Fingerprint Sensor) và đôi khi bao gồm cả cảm biến vân tay nhiệt (Thermal Fingerprint Sensor) do chúng sử dụng các phần tử bán dẫn để đo lường.
Tuy nhiên, phổ biến nhất khi nhắc đến “cảm biến vân tay bán dẫn”, người ta thường ám chỉ đến cảm biến vân tay điện dung. Do đó, dưới đây sẽ tập trung vào loại cảm biến này:
Cảm biến vân tay điện dung (Capacitive Fingerprint Sensor)
- Nguyên lý hoạt động: Sử dụng một mảng các tụ điện cực nhỏ được tích hợp trên chip bán dẫn. Khi ngón tay đặt lên bề mặt cảm biến, các đường vân và rãnh trên da ngón tay sẽ tạo ra những khoảng cách khác nhau với các tụ điện này. Sự khác biệt về khoảng cách dẫn đến sự thay đổi về điện dung tại mỗi điểm trên mảng cảm biến. Các thay đổi này được đo lường và chuyển đổi thành một bản đồ số 3D của bề mặt vân tay.
- Ưu điểm:
- Bảo mật cao: Do đo lường sự thay đổi điện dung dựa trên cấu trúc 3D của vân tay, cảm biến điện dung khó bị đánh lừa bởi các vật liệu giả mạo như silicon, gelatin, hoặc hình ảnh 2D. Chúng có khả năng phân biệt vân tay sống.
- Độ chính xác cao: Có khả năng thu thập các chi tiết nhỏ của vân tay, dẫn đến độ chính xác nhận diện cao.
- Tốc độ nhận diện nhanh: Quá trình quét và so sánh thường diễn ra rất nhanh chóng.
- Kích thước nhỏ gọn: Dễ dàng tích hợp vào các thiết bị di động và các hệ thống nhỏ gọn khác.
- Tiết kiệm năng lượng: Thường tiêu thụ ít năng lượng hơn so với cảm biến quang học.
- Khả năng chống chịu tốt với bụi bẩn và ánh sáng: Ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường bên ngoài so với cảm biến quang học.
- Nhược điểm:
- Giá thành cao hơn cảm biến quang học: Công nghệ sản xuất phức tạp hơn dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn.
- Có thể bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và chất bẩn quá nhiều: Mặc dù tốt hơn cảm biến quang học, nhưng nếu ngón tay quá ướt hoặc dính quá nhiều chất bẩn, cảm biến có thể gặp khó khăn trong việc nhận diện.
- Khó nhận diện vân tay bị tổn thương: Các vết sẹo lớn hoặc tình trạng da tay quá khô, nứt nẻ có thể ảnh hưởng đến khả năng nhận diện.
- Yêu cầu tiếp xúc trực tiếp: Ngón tay cần phải tiếp xúc trực tiếp và đầy đủ với bề mặt cảm biến để quá trình quét diễn ra thành công.
Tóm lại, cảm biến vân tay bán dẫn (thường là điện dung) mang lại độ bảo mật và độ chính xác cao hơn so với cảm biến quang học, đồng thời có kích thước nhỏ gọn và tốc độ nhanh. Tuy nhiên, chúng có giá thành cao hơn và có thể bị ảnh hưởng bởi các điều kiện bề mặt ngón tay nhất định. Công nghệ này ngày càng trở nên phổ biến trong các thiết bị di động, khóa cửa điện tử, khóa két sắt và các hệ thống bảo mật khác đòi hỏi mức độ an toàn cao.
Xin trân trọng cảm ơn!
KÉT SẮT THÔNG MINH VƯỢNG PHÁT
Văn phòng Hà Nội: 1036 Đường Láng, P. Láng Thượng, Q. Đống Đa, Hà Nội.
Hotline: 0974.716.551
Email: sale1@tth-tec.com.vn
