Zajímavé také je, že FingerChip je jediným senzorem otisků prstů normálně dostupným na trhu, který je vybaven samočisticím mechanizmem, jež zaručuje, že na snímací ploše nezůstávají žádné skryté nečistoty, které by měli za následek zhoršení kvality obrazu. Za další tento senzor integruje unikátní navigační schopnosti (rozpoznání směru posunu prstu na snímací ploše, obdoba touchpadu) a velmi nízkou výkonovou ztrátu. Kombinace těchto klíčových vlastností spolu s jeho miniaturními rozměry ho předurčují k použití do embedded aplikace jako např.: mobilní telefony, notebooky, PDA atd.

Principy snímání otisků prstů

Obklopeni moderními biometrickými metodami identifikace osob, patří identifikace pomocí otisku prstu k metodě nejstarší a její spolehlivost byla nespočetněkrát v praxi ověřena. Opírá se o fakt, že každý člověk má svoje otisky prstu unikátní a  s časem neměnné (může se měnit jejich velikost, ale ne poloha klíčových bodů tzv. markantů).

K pořízení výsledného otisku prstu se užívá více způsobů:

• Teplotní - Využívá principu měření rozdílu teplot kůže a vzduchu zachyceného v papilárních liniích. Tuto technologii využívají právě senzory FingerChip?.
• Optické - Prst se přikládá na tenkou destičku potaženou filmem (různí výrobci používají různé materiály, většinou však oxidy kovů) a vystavěn zdroji světla. Poté CCD čip nasnímá vzniklý obraz, přičemž rýhy jsou normálně zobrazeny bílou barvou. 
• Ultrazvukové - Pracují na principu měření vzdáleností od zdroje akustických vln k povrchu prstu. Tyto rozdílné vzdálenosti jsou poté převedeny do výsledného obrazu.
• Křemíkovo-kapacitní - Tato technologie je založena na měření kapacity mezi pokožkou prstu a křemíkovým senzorem. Její hodnoty jsou poté převedeny do digitálního obrazu ve stupních šedi.
   

Výhody kapacitních senzorů:

• Vysoce kvalitní obraz i při špatné topografii snímaného otisku prstu
• Funguje dobře i v nehostinném prostředí jako je vysoká teplota, vysoká vlhkost, špína, olej a voda.
• Silný, pevný povrch poskytující vysokou elektrickou a mechanickou robustnost a abrazivní odolnost (odolnost proti obroušení).

Výhody CMOS teplotních oproti CMOS kapacitním senzorům:

• Pracuje lépe i v případě kontaminace vodou nebo vzdušnou vlhkostí

• Silnější potah pro zvýšení odolnosti proti otřesům a abrazi
• Senzor je kompletně zapouzdřen
• Široký rozsah provozních teplot

FingerChip? Technologie

Senzory FingerChip byly vyvinuty firmou Atmel, světovou kapacitou na biometrické senzory a jejich kompletní řešení. Jak jsem se již zmínil, tyto senzory pracují na teplotním principu a jejich počátky sahají 10 let před infračervenou kamerou.

Tepelné snímání pracuje na principu měření nepatrných rozdílů teploty mezi pokožkou prstu a vzduchu který vyplňuje prostor mezi jejími rýhami. Nemeří se absolutní velikost teploty, ale právě rozdíl mezi tepelnou energií pokořky předané senzoru v momentě kdy se dotkne jeho snímací části. Tato je vyrobena z křemíkového čipu pokrytého pyro-elektrickým materiálem, neboli materiálem který je citlivý na změny teploty. Na křemíku je nanesen v podobě přiléhajících pixelů.

Teplotní diference se díky pyro-elektrickému materiálu převede na elektrický náboj, který je poté, díky samotným vlastnostem této látky, zesílen a předán na spodní křemíkový čip (který je také uspořádán do pixelů). Ten pak převede hodnoty elektrických signálů na samotný obraz a to v několika stupních šedi.

Teplotní technologie snímání má nespočet výhod: 

• Poskytuje vysoce kvalitní snímky i při špatné topografii prstu (s malým rozdílem výšky mezi rýhami a vystouplými částmi nebo jiné poškození)
• Dobrá funkce ve zhoršených podmínkách (vysoká vlhkost, nečistota, mastnota a kontaminace vodou)
• Vysoký teplotní rozsah (?40°C a +85°C) 
• Malá závislost na vzdálenosti mezi prstem a senzorem umožňuje jeho plné zapouzdření a následnou ochranu proti otřesům, otěru, vodě a dalším nepříznivým vlivům.
   

Proces získávání obrazu otisku:

FingerChip používají k získání kompletního obrazu otisku tzv. ?sweeping? metodu (ve slovníku je toto slovo přeloženo jako ?radikální? což tuto metodu vcelku dobře vystihuje). V podstatě jde o metodu snímání a následného skládání obrazu z tzv. slices (z angl.) neboli proužků. Díky tvaru snímací části (proužek) je totiž potřeba prstem přes senzor "přejet" a v tom je právě ukryta vysoká bezpečnost této metody. U jiných typů senzorů je totiž prst přiložen na snímací plochu celý a díky tomu na něm otisk zůstává i nadále, tento skrytý otisk pak představuje nejvetší ryziko prolomení bezpečnosti. Ze samotného principu, že přes senzor FingerChip se prstem přejíždí, zde nezůstavájí žádné stopy a tudíž je zde ryziko minimální.

Úplné počátky:

Na nejstarší prototyp FingerChipu byl zkusmo použit nechlazený infračervený CCD čip z kamery Thomson-CSF TCS (128x128 pixelů, 300dpi). Což se ukázalo jako proveditelný úkol a dobrý začátek. Všechny budoucí čipy byly vyráběny CMOS technologií a nativním rozlišením 500dpi.

Použití:

Notebooky a Tablet PC

Autentifikace před zavedením systému: zabraňuje přístupu neoprávněným osobám k zařízením a uloženým datům.
Přihlášení do systému ? zámek spořiče obrazovky: nahrazuje ochranu heslem.
Šifrování dat: ochraňuje citlivá data pomocí šifrování otiskem prstu (šifrovací klíče jsou generovány přímo z poloh martkantů otisku prstu).

K těmto účelům se nejvíce používá senzoru: AT77C104B

Pocket PC (PDA)
 

Biometrie:

• Nahrazení hesel pro přístup k zařízení
• Nahrazení hesel pro přístup osobním datům
• Silné šifrování uživatelských dat
• Spouštění různých aplikací v závislosti na různých pohybech prstu na snímací ploše senzoru

Ovládání:

• Lepší spolehlivost díky nahrazení mechanických tlačítek
• Úspora místa díky malým rozměrům čipu 

K těmto účelům se nejvíce používá senzoru: AT77C104B

Počítače a periferie
 

Ochrana zařízení: spolehlivá autentifikace zabraňující přístupu neoprávněných osob. Nahrazení hesel zvyšuje pohodlí a bezpečnost. Opět i zde jsou možnosti silného šifrování citlivých a osobních dat pomocí otisku prstu majitele.

Aplikace:

• USB Flash disky
• USB Klíče
• Klávesnice a myši
• Externí pevné disky
• USB čtečky

Nejčastěji se používají senzory: AT77C102B a AT77C104B

Mobilní telefony
 

Biometrie:

• Nahrazení PINu
• Ochrana citlivých dat (SMS, kontakty)
• Vyšší ochrana mobilních služeb:
  • Micro payment (přenos malého množství peněz pomocí mobilních telefonů, např. placení ve veřejné dopravě, parkovné atd.)
  • DRM (správa digitálních práv, kontrola nad obsahem digitálních médií)
  • e-banking

Ovládání:

• Ovládání v menu (nahoru/dolů,  doleva/doprava)
• Plná navigace
• Funkce klávesy Enter (potvrdit) 
• Úspora místa, možnost menších zařízení  

Nejvíce se používá následující senzor: AT77C105A

Zařízení a softwarová podpora

Pro práci se zařízeními a čipy FingerChip? je připraven tzv. FingerChip demonstration software kit (FCDSK) v současné době ve verzi 14.04 a k němu také SDK, který budete potřebovat pro vývoj vlastních aplikací. Software je volně ke stažení na internetových stránkách společnosti Atmel. Software slouží pro nastavování parametrů snímačů, ale hlavně k získávání obrazů otisků prstů. Software je kompatiblní s následujícími zařízeními:

• Atmel USB FingerChip demonstrátor (FCSWEEP06)
• Orcanthus Certis (BIOKI01) 
• AT77C104B vývojový kit (AT77C104B-EK2) 
• Atmel FCXD4B14CC demonstrátor (FCSWEEP03 - EOL produkt)

Software je funkční pod operačním systémem Windows Vista, XP, 2000 a 98SE. V programovém balíčku demonstrator software jsou obsaženy 4 prográmky pro základní ukázku práce se senzory FingerChip:

• FC_Demo: tato aplikace slouží pro představení základních vlastností a práce se senzory
• FC_Mouse: tento program demonstruje použití FingerChipu jako touchpadu
• FC_Training: program určený k nepřetržitému snímání otisku prstu, tato aplikace je velmi užitečná pro kontrolu zda zařízení pracuje správně
• FC_Parameters: s touto aplikací může uživatel měnit některá nastavení senzorů

SDK

Pro vývoj vlastních aplikací slouží SDK, které se skládá z dokumentu An31_Sdk (kde je popsáno vše důležité včetně funkcí rozhraní API), zdrojového kódu aplikace FC_Training (začít s tímto programem je nejednodušší cestou jak se naučit používat dynamické knihovny a ovladače senzorů) a v neposlední řadě ze všech potřebných knihoven a ovladaču. 

Jako primárního vývojového prostředí radí Atmel používat Visual C++ 6.0 od společnosti Microsoft. Pro detailnější informace a jak správně postupovat při návrhu vlastních aplikací si prostudujte aplikační dokumentaci An31_Sdk.  Na následujícím obrázku je znázorněna architektura kompletního řešení od samotného hardwaru (senzor FingerChip ) připojeného do PC,  jeho ovladače, dynamické knihovny až po konečnou aplikaci.

Závěr:

Biometrické systémy jsou již dnes bežnou součástí našeho života a snímače otisků prstů v nich zaujímají velkou část. Doufám, že se mi dnes podařilo alespoň trochu osvětlit základní metody těchto identifikátorů. Senzory FingerChip společnosti Atmel kombinují velkou bezpečnost provozu s miniaturními rozměry a velmi malým proudovým odběrem, což jsou ty nejdůležitější parametry pro embedded aplikace (mobilní telefony, PDA, notebooky atd). Fakt, že firma Atmel poskytuje pro tyto snímače vývojová prostředí, softwarové demonstrátory a zejména volné SDK, pro vývoj vlastních aplikací, dává do rukou vývojářů a designérů mocnou zbraň pro vývoj kompletních biometreických řešení jako jsou přístupové systémy, registry osob a mnoho dalších.   

Odkazy & Download:

• Oficiální stránka výrobce: http://www.atmel.com
• Oficiální stránky Atmel FingerChip: http://www.atmel.com/products/Biometrics/
• Stránka věnovaná problematice otisků prstů a jejich snímání: http://perso.orange.fr/fingerchip/index.htm 
• Popis SDK a funkcí API
• Popis aplikací z balíčku FingerChip demonstartion software kit
• FingerChip demonstration software kit
• SDK