機情觀察室：談談手機指紋識別那些事。這幾年智能手機競爭激烈的發展，帶來一個明顯的好處就是技術下沉，曾經在高端機中才有的各種技術，在一段時間之后隨著成本下降等各種原因，會迅速下沉應用在中低端機身上，在近兩年的智能手機發展中，“指紋識別”算是比較明顯的例子。前兩年還只應用在各款頂級旗艦機的技術，如今連各種千元機都已經標配指紋識別。而關于剛發布的Android頂級旗艦S8，即便加入了各種黑科技，但其背后指紋的設計還是讓不少網友吐槽。可見如今許多用戶對手機指紋識別的還是比較關注的技術點之一。本期的機情觀察室，我們就來聊聊手機指紋識別那點事。

 

　　一個人身上所具有的獨一性生物特征有不少，包括指紋、 虹膜、掌紋等，指紋由于其獨一性和便利性，目前成為人與智能手機交互的“密碼”，應用最為廣泛。而在這其中。早在2011年，Motorola推出的Atrix 4G中就率先成為世界上首款采用指紋識別的量產智能手機，不過其采用的劃擦式體驗并不友好。而到iPhone5S上，Apple在智能手機上真正將指紋識別這個功能發揚光大。至此之后，指紋識別真正在智能手機中普及。 

 

　　在現階段，從指紋識別類型上，絕大部分智能手機大多都在使用電容式指紋識別。一般來說，指紋模塊（以iPhone為例）是由觸控IC、電容傳感器、金屬檢測環、保護蓋板組成，而現在技術的發展，則已經可以去掉金屬探測環，使得承載指紋模塊的Home鍵更顯得一體化。

 

　　由于我們的指紋是由一圈一圈的皮膚紋路構成，每個人紋路的形狀、指紋的波峰和波谷都完全不同，因此指紋在電容傳感器中測量的點的長短也不盡相同（波峰的電容值較高、波谷的電容值較低）， 最終將指紋圖像翻譯成芯片能理解的電信號，當用戶在錄入指紋時，指紋模塊工作，提取指紋圖像，轉化成電信號與傳感器上N多個電容器極板相匹配，最終記錄保存在手機中。

　　對于當前絕大部分的指紋識別模塊，都可以對指紋圖像進行360°掃瞄，因此對于用戶解鎖時手指的姿勢沒有限制，這就對指紋識別的精度有一定的要求。一般來說，目前智能手機的指紋識別模塊解像度能達到500dpi，而越高的解像度則對于指紋信息的精準度和速度有所提升。

　　當然，影響指紋識別速度和精準度的也并不只是指紋模塊的面積和解像度。前文所知， 電容式指紋識之所以能夠是識別指紋，主要是基于手指指紋的溝壑。而我們平時使用時，手上免不了沾染一些油污或出汗，而水和雜志會導電，并且會填充手指的波谷，使得指紋識別掃瞄精度下降。這也就是一般情況下，手上沾水后為什么指紋識別失靈或速度慢的原因。

　　盡管如今電容式指紋的成本已經比較低（普通的指紋識別模塊大概只要3美金左右），無論在當下的旗艦機還是千元機中上都可以有比較接近的體驗。不過如上文所說， 電容式指紋對于手上的污漬、水、油這樣的在生活中比較常遇到的情況下使用效果都會大減價扣。并且電容式指紋對于手機的造型也有一定方面的限制，由于電容式指紋需要在保護蓋板上做一些噴涂，因此使用久了總免不了會有刮花的可能。另外電容式指紋的穿透力大概在300微米，而正常的屏幕保護玻璃厚度大概在400微米以上。因此對于手機造型上有所限制。

　　基于這些原因， 科技廠商也在不斷研發新的指紋識別技術。而目前已經看到樣機實現的，則是射頻式指紋識別（超聲波指紋）、第二代光學指紋。

　　超聲波指紋：

 

　　超聲波屬于射頻指紋的一直用，與電容式需要檢測指紋表面不同，超聲波具有穿透性，利用指紋模塊發出的特定頻率的超聲波掃瞄手指，利用指紋的不同對超聲波反射的不同，能夠建立3D指紋圖形，因此對手指表面的清潔程度并不用太過考慮。另外，由于超聲波具有比較強的穿透性，可以穿透金屬、玻璃等常用手機材質，因此對手機外觀方面也不會有太多限制。

　　去年9月，小米5S成為首款搭載超聲波指紋識別的產品，但最初的超聲波指紋用戶體驗并不如之前想象中優秀，識別速度慢、準確率偏低。而在剛剛過去的MWC上，高通發布了第二代超聲波指紋識別方案，將指紋模塊放進屏幕中、金屬背殼內，由vivo Xplay6作為樣機展示。

 

　　根據高通提供的數據，面向顯示屏的指紋傳感器可透過厚至1200微米的OLED顯示屏工作，面向金屬的指紋傳感器可透過厚至650微米的鋁材質外殼工作，而面向玻璃的指紋傳感器可透過厚至800微米的玻璃工作。這樣的數據已經超過當前主流的2.5D屏幕（大致700-800毫米）的厚度，因此手機廠商可以將指紋模塊放在自己需要的部分，以打造更具未來感的外觀。（目前超聲波指紋方案還只能應用在OLED屏幕）。并且高通宣稱，這一代的超聲波指紋識別在功耗、模塊大小都可以與可以做到與電容式傳感器比較接近的水平。

　　當然，能做到in-display的，除了超聲波之外，更多的科技公司在研究光學指紋方案。

　　光學指紋：

 

　　相比之下，光學指紋的應用場景離我們更貼近一些。比如在最初的指紋打卡機上，就是采用最早的光學指紋技術。在錄入原始指紋信息后，通過玻璃下方發出的激光掃瞄你手指摁在玻璃上壓出來的指紋，掃瞄出的圖像以黑白的圖像與數據庫進行對比。但是最初的光學指紋識別由于是基于圖像識別，所以對手指的清潔度、指紋模塊大小都有要求。 

　　在智能手機中，對光學指紋進行了重新升級，通常采用手機屏幕作為發光主體，通過光路照射到指紋，返回的光線再通過屏幕返回到屏幕下的CIS（CMOS Image Sensor），手機針對返回的圖像與數據庫進行分析對比，最終識別指紋。

　　可以看到，只要是光學指紋就需要有光。而對于智能手機來說，屏幕發光的時間、功耗、以及屏幕表面的清潔度都會影響到光學指紋的應用體驗，因此現在也只能應用在OLED屏幕上開發，而基于LCD屏幕的光學指紋還鮮有人問津。而同為in-display的解決方案，在產品成本、良品率上光學指紋比超聲波指紋更具有優勢，但在安全性方面，目前高通所做的超聲波指紋可以檢測到皮膚下的血氧以及心率，擁有先天優勢的超聲波無疑優于光學指紋。

　　總結：

　　以上就是目前離我們最近的指紋識別的三種方案，各有利弊。從目前成本以及普及度，電容式指紋＞光學指紋＞超聲波指紋；從安全性出發，超聲波指紋＞電容性指紋（暫時）＞光學指紋；而從對手機外觀的影響來看，能穿透金屬的超聲波無疑會給智能手機的ID設計帶來更多富有創意的可能性，但不得不說，在三者中，目前超聲波指紋可實現的技術難度最高。今年，全面屏手機時代很可能正式到來，但相比全屏幕技術，相配的指紋識別方案的成熟很可能在明年才會正式與我們見面。或許明年，搭配更新指紋技術的全面屏手機，會刷新我們對手機設計的新高度，我們自然也拭目以待，手機產品在經過近兩年的低潮期后，在未來一段時間內能給我們帶來怎樣的驚喜。