電容、光學(xué)、超聲波、手機指紋識別技術(shù)你了解嗎

1、你的指紋 我的指紋 全都不一樣

德國哲學(xué)家萊布尼茨說過：“世上沒有兩片完全相同的樹葉。”

我們的指紋就像每片樹葉上獨一無二的葉脈，人人皆有，終生不變，又各不相同。

正是由于指紋與生俱來的便捷性以及約 1/150 億的超低重復(fù)率，指紋識別技術(shù)成為了當今應(yīng)用最廣泛的生物識別技術(shù)之一，而且與我們的生活息息相關(guān)。

比如，在你點開這篇文章的幾分鐘前，是不是用指紋解鎖手機了呀？

2、手機是怎么識別指紋的？

手機需要搭載指紋識別模塊，其工作過程通常分為三步：采集、處理、匹配。

采集

由傳感器負責識別指紋，并采集到粗略的指紋圖像。

按采集原理主要分為光學(xué)式、電容式、超聲波式，按采集方式主要分為刮擦式和按壓式。

處理

采集到的指紋圖像還需要處理。先通過灰度均衡、噪點消除、圖像增強等方法讓指紋的紋路更清晰，再通過算法提取指紋的特征數(shù)據(jù)。

10 個指紋可生成約 4900 個獨立可測量的特征，比如環(huán)型 / 弓型 / 螺旋型紋路圖案下的核心點、三角點、紋數(shù)、方向、曲率、位置等特征。

最后將這些由指紋圖像形成的特征數(shù)據(jù)存儲為用于模板。

匹配

再次采集并處理指紋后，指紋識別模塊通過算法將新指紋的特征數(shù)據(jù)與已有模板進行匹配，匹配度高于閾值則通過識別。

3、手機指紋識別技術(shù)有哪些？

文檔君主要向大家介紹，在上述采集過程中傳感器對指紋的識別技術(shù)。

電容式指紋識別技術(shù)

一種成熟的傳統(tǒng)指紋識別技術(shù)，在智能手機領(lǐng)域普及率較高。實現(xiàn)原理如下：

電容傳感器上有 N 個面積相同的小電容器極板，手指可以看作一個大的電容器極板，當手指接觸電容傳感器時，就形成了 N 個小電容器，它們的電容值取決于指紋到小電容器極板的距離。

指紋的“嵴”（jí）凸起，距離極板近，電容大；指紋的“峪”（yù）凹下，距離極板遠，電容小。

在放電過程中，由于電容值不同，嵴放電較慢，峪放電較快。指紋上一條條高低起伏的紋路轉(zhuǎn)換成了電信號，從而被準確識別。

電容式指紋識別有刮擦式和按壓式兩種采集方式。

刮擦式類似于全景相機，當手指在傳感器表面滑動時，傳感器對指紋“拍照”再“拼接”。

缺點在于，手指必須按照特定方向和角度進行勻速滑動，導(dǎo)致識別率和便捷性不太令人滿意，手機上也早已見不到刮擦式指紋識別模塊的身影啦。

按壓式作為前者的優(yōu)化方案，相信大家都非常熟悉。手指只需按壓在傳感器上，就能快速識別指紋，更易于操作。

起初，手機普遍采用將傳感器與 Home 鍵相結(jié)合的前置指紋識別方式，但隨著大屏、全面屏熱潮的掀起，手機正面沒有多余空間去容納實體按鍵了。

為了不影響屏占比，傳感器挪到了手機背部，但這種后置指紋識別方式需要用戶盲按，可能一下還按不準，不太符合用戶習(xí)慣。

許多手機又將傳感器與電源鍵結(jié)合，出現(xiàn)了側(cè)邊指紋識別方式，但容易發(fā)生誤觸。而且要想指紋的有效識別區(qū)域越大，手機就越厚，指紋識別率與手機輕薄度不可兼得。

其實對于電容式指紋識別技術(shù)，無論是刮擦還是按壓，無論是前置、后置還是側(cè)邊，在手機外表面必然有一個實體傳感器，在一定程度上會影響手機外觀。

近年來，用戶對手機的需求趨于全面大屏、機身輕薄、外形美觀等方面，手機屏幕也在從 LCD 屏幕過渡到 OLED 屏幕。

基于 OLED 屏幕的屏下指紋識別方案應(yīng)運而生。將指紋傳感器放置于屏幕下方，也讓用戶在進行指紋識別時會有更強的科技感體驗。

屏下指紋識別目前有光學(xué)式和超聲波式這兩種實現(xiàn)方式。

光學(xué)式指紋識別技術(shù)

是一種生活中常見的指紋識別技術(shù)，比如應(yīng)用于考勤的打卡機。主要利用光反射原理：

手指按壓屏幕，屏幕發(fā)光照亮手指按壓區(qū)域。當光線照射到指紋的“嵴”和“峪”時，會產(chǎn)生不同角度和明暗程度的反射光線，透過屏幕像素間隙，被屏幕下的光學(xué)傳感器接收，從而識別出指紋。

光學(xué)式指紋識別技術(shù)的優(yōu)點是：操作方便、穿透性好，技術(shù)成熟，成本不高。

但也有明顯缺點：無法識別皮膚真皮層，安全性較低，防偽性較差，而且屏幕特定區(qū)域需要長期發(fā)亮，增加功耗，可能影響屏幕壽命。

超聲波式指紋識別技術(shù)

是近年來的一種新興技術(shù)，類似于聲納原理。

手指按壓屏幕，屏幕下的傳感器向手指按壓區(qū)域發(fā)射超聲波。當超聲波接觸到指紋的“嵴”和“峪”時，被吸收、穿透、反射的程度有差異，會產(chǎn)生不同能量的回波并被傳感器接收，從而構(gòu)建出 3D 指紋圖像。

超聲波式指紋識別技術(shù)的優(yōu)點是：穿透性強，抗水漬、污漬干擾能力強，識別率高，支持活體檢測，安全性較高。

缺點是：造價高，技術(shù)相對不太成熟，市場占有率低。

4、手機指紋識別技術(shù)怎么發(fā)展的?

大家普遍認為，摩托羅拉在 2011 年 4 月推出的 MB 860 是最早搭載指紋識別功能的智能手機，用戶在手機頂部傳感器上進行刮擦式指紋識別。

大家最熟知的，還是蘋果在 2013 年 9 月發(fā)布的 iPhone 5S，支持前置按壓式指紋識別，傳感器內(nèi)置在圓形 Home 鍵中，外圈是不銹鋼感應(yīng)環(huán)。

可以說 iPhone 5S 引領(lǐng)了手機指紋識別的潮流，此后各種支持指紋識別的手機如雨后春筍般進入市場。

……

2014 年，華為 Mate 7：首款支持后置指紋識別的 Android 手機。

2015 年，努比亞 Z9 尊享版：首款支持側(cè)邊指紋識別的手機。

2018 年，vivo X20 Plus UD：首款支持屏下光學(xué)指紋識別的量產(chǎn)手機。

2019 年，三星 S10：首款支持屏下超聲波指紋識別的手機。

……

2023 年 3 月，努比亞首款 Ultra 旗艦機型 ——Z50 Ultra 正式發(fā)布，采用屏下光學(xué)指紋識別和第四代屏下攝像技術(shù)，為用戶帶來完美全面屏體驗！

據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，近年來，取消指紋識別的蘋果機型持續(xù)熱銷，影響了指紋識別總體滲透率，2022 年國內(nèi)智能手機指紋識別搭載率降至 79%。

其中，后置指紋逐漸淡出市場，而側(cè)邊指紋搶占了絕大部分中低端的 LCD 屏幕手機市場，搭載率為 44%，屏下指紋識別搭載率為 30%。

其實對于廣大用戶來說，不論是何種指紋識別技術(shù)，好用才是最關(guān)鍵的。

目前的屏下指紋識別技術(shù)，不僅延續(xù)了前置識別的便利操作，而且無需像后置和側(cè)邊識別那樣在機身設(shè)置傳感器凹槽，還能讓手機實現(xiàn)更極致的輕薄度和屏占比。

目前市場上已出現(xiàn)了搭載超聲波 3D 廣域屏下指紋識別模塊的手機，可基于雙指紋識別實現(xiàn)更多交互功能。

這也打開了我們的思路，原來指紋識別不止于解鎖手機和移動支付呀！

我們每個人有十根手指，相當于十把獨一無二的鑰匙，如何使用這些鑰匙在手機上打開更多更廣的空間呢？這是個值得思考的問題~

5、展望

屬于指紋識別技術(shù)的標簽太多：“識別率”、“識別速度”、“便捷性”、“安全性”、“性價比”…… 指紋識別技術(shù)的未來走向一定是能夠平衡這些指標的更優(yōu)解。

不久的將來，超聲波指紋識別技術(shù)可能會成為主流。

在更遠的未來，指紋識別技術(shù)是否會進化到滲透手指皮膚下提取更多特征進行識別呢？

手機指紋識別技術(shù)給我們帶來了無限的想象空間，歡迎在評論區(qū)聊聊你的看法~