機情觀察室：聊聊手機指紋識別那些事

這幾年智慧型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，在一段時間之後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，在近兩年的智慧型手機發展中，「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。

而關於剛發布的安卓頂級旗艦S8，即便加入了各種黑科技，但其背後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徵有不少，包括指紋、 虹膜、掌紋等，指紋由於其獨一性和便利性，目前成為人與智慧型手機交互的「密碼」，應用最為廣泛。

而在這其中。

早在2011年，摩托羅拉推出的Atrix 4G中就率先成為世界上首款採用指紋識別的量產智慧型手機，不過其採用的劃擦式體驗並不友好。

而到iPhone5S上，蘋果在智慧型手機上真正將指紋識別這個功能發揚光大。

至此之後，指紋識別真正在智慧型手機中普及。

在現階段，從指紋識別類型上，絕大部分智慧型手機大多都在使用電容式指紋識別。

一般來說，指紋模組(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，使得承載指紋模組的Home鍵更顯得一體化。

由於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晶片能理解的電信號，當用戶在錄入指紋時，指紋模組工作，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。

對於當前絕大部分的指紋識別模組，都可以對指紋圖像進行360°掃描，因此對於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，目前智慧型手機的指紋識別模組解析度能達到500dpi，而越高的解析度則對於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並不只是指紋模組的面積和解析度。

前文所知， 電容式指紋識之所以能夠是識別指紋，主要是基於手指指紋的溝壑。

而我們平時使用時，手上免不了沾染一些油污或出汗，而水和雜誌會導電，並且會填充手指的波谷，使得指紋識別掃描精度下降。

這也就是一般情況下，手上沾水後為什麼指紋識別失靈或速度慢的原因。

儘管如今電容式指紋的成本已經比較低(普通的指紋識別模組大概只要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， 電容式指紋對於手上的污漬、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打折扣。

並且電容式指紋對於手機的造型也有一定方面的限制，由於電容式指紋需要在保護蓋板上做一些噴塗，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，而正常的螢幕保護玻璃厚度大概在400微米以上。

因此對於手機造型上有所限制。

基於這些原因， 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：

超聲波屬於射頻指紋的一直用，與電容式需要檢測指紋表面不同，超聲波具有穿透性，利用指紋模組發出的特定頻率的超聲波掃描手指，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並不用太過考慮。

另外，由於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並不如之前想像中優秀，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，將指紋模組放進螢幕中、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螢幕(大致700-800毫米)的厚度，因此手機廠商可以將指紋模組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螢幕)。

並且高通宣稱，這一代的超聲波指紋識別在功耗、模組大小都可以與可以做到與電容式傳感器比較接近的水準。

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，就是採用最早的光學指紋技術。

在錄入原始指紋信息後，通過玻璃下方發出的雷射掃描你手指摁在玻璃上壓出來的指紋，掃描出的圖像以黑白的圖像與資料庫進行對比。

但是最初的光學指紋識別由於是基於圖像識別，所以對手指的清潔度、指紋模組大小都有要求。

匯頂年初MWC展示的光學指紋 在智慧型手機中，對光學指紋進行了重新升級，通常採用手機螢幕作為發光主體，通過光路照射到指紋，返回的光線再通過螢幕返回到螢幕下的CIS(CMOS Image Sensor)，手機針對返回的圖像與資料庫進行分析對比，最終識別指紋。

可以看到，只要是光學指紋就需要有光。

而對於智慧型手機來說，螢幕發光的時間、功耗、以及螢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螢幕上開發，而基於LCD螢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於光學指紋。

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慧型手機的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，但相比全螢幕技術，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後，在未來一段時間內能給我們帶來怎樣的驚喜。