vivo屏下指紋黑科技揭秘：與3D面部識別之爭，最終將鹿死誰手？

近日，國產手機廠商vivo在CES2018展會上展示了全球首款屏下指紋手機，其採用synaptics的光學式屏下指紋方案。

需要注意的時，synaptics的屏下指紋方案必須要配合OLED屏來實現。

從現場體驗來看，解鎖體驗表現尚可。

那麼與蘋果力推的3D人臉識別相比，其是否能夠獲得市場認可呢？

可以看到，vivo展示的這款手機的指紋識別區域位於正面螢幕的下方中間位置，處於螢幕的顯示區域，並且在鎖屏狀態下會有一個指紋的圖案，用於提示指紋識別的區域。

從眾多媒體在現場拍攝的視頻來看，vivo這款屏下指紋手機的指紋識別速度相比傳統的指紋識別方案要稍微慢一點，大概需要0.6-0.7秒的樣子。

誤識率據說也可以達到五萬分之一，解鎖實際體驗與傳統的指紋識別基本沒有多大差別。

不過在指紋註冊的過程當中，耗時有些偏長，註冊一個指紋可能需要按壓十多次，耗時超過二十秒。

另外需要指出的是，在熄屏（螢幕關閉）的狀態下，指紋識別區域是不提示的，所以需要解鎖時，需要先點亮螢幕，指紋識別區域才會顯示出來。

而為了便於操作，用戶通過抬手、雙擊螢幕也可點亮螢幕。

另外，當用戶手機按壓指紋識別區域時，該區域亮度會瞬間提高，並且區域會變大，解鎖完成後，指紋區域顯示的指紋圖案將會消失，變為正常的螢幕顯示。

根據vivo的說法，目前這款新機正在量產當中，將會在本月上市。

而在這之前他們已經進行了大量的優化和設計，而去年8月份時就向新思下了10萬-20萬級的屏下指紋模塊定單。

此外，vivo還強調，這款採用的屏下指紋識別方案已經達到了支付級安全，微信、支付寶等常用的帶支付環境的軟體已經在進行調試。

vivo屏下指紋是如何實現的？

去年11月29日晚間，Synaptics（新思國際）通過其官方微博正式發布了全球首款屏下指紋傳感器——Clear ID FS9500，同時宣布在2017年年底前與一家頂級廠商實現屏下指紋傳感器大規模量產。

而後，Synaptics正式公布了這家廠商就是vivo。

CES上展示的Synaptics FS9500傳感器模組

根據Synaptics此前公布的資料顯示，其FS9500傳感器模組需要和AMOLED屏來配合，可以被放置在AMOLED顯示模組下方，也可以使用和標準AMOLED相同的光學材料和工藝，將傳感器直接封裝在AMOLED顯示屏模組中，最終厚度可以做到1.5mm以內。

同時，FS9500還採用本地化的TLC/AES/ECC加密，安全性也更高。

另外，由於傳感器是在螢幕內，所以FS9500在識別指紋方面還天然地具有抗油污、抗水漬、扛灰塵等優勢。

從上面的介紹，我們可以知道Synaptics的屏下指紋傳感器則是基於光學技術來實現的。

其實光學識別是應用比較早的一種指紋識別技術，比如之前很多的考勤機、門禁都採用的就是光學指紋識別技術。

不過，傳統的光學指紋識別模組都比較大，因為其需要獨立的光學系統，所以之前一直沒有被用在移動設備上。

而Synaptics的屏下指紋傳感器模組則拋棄了傳統的光學指紋所需的獨立的光學系統，轉而借用手機螢幕的光線來作為光源，照射指紋後反射的光線透過螢幕顯示像素的間隙傳遞到緊貼於屏下的傳感器上，然後通過傳感器對於接收到的光信號進行處理後便可得到指紋圖像。

目前的解決方案就是通過OLED屏（多為柔性OLED）來做光學指紋，其優勢在於OLED屏可以自發光，不用像LCD屏那樣需要背光模組，同時柔性OLED屏可以做的很薄，這也使得指紋反射回來的光線需要穿透的材料層數和厚度較少，傳感器上所接受的光信號的損失也會減少，這樣得到的指紋圖像也更為準確。

但是這種實現方式也有一些要求，那就是在進行指紋識別時，需要識別區域的螢幕亮度足夠高，最好為純白色，這樣指紋反射回的光信號才足夠強，從而能夠保障傳感器能夠接收到足夠強度的能夠被識別的信號。

所以，我們看到，vivo的屏下指紋樣機在指紋識別時，其指紋識別標識的發光區域會變大，同時亮度也會大大增強。

另外，還需要解決的一個問題就是，前面提到，螢幕發出的光線照射手指指紋後返回的光線需要穿過OLED顯示屏的像素間隙，但是目前手機螢幕的像素密度越來越高，比如這款樣機似乎就用了與vivo X20 Plus一樣的2K屏，而像素密度高，則意味著指紋反射回來光線很多會被阻擋掉，實際透過顯示像素的光線會很少。

那麼如何才能增強這個信號呢？

根據業內人士透露，目前的光學屏下指紋都是需要與OLED屏廠來合作，需要屏廠對於指紋識別區域進行LOW PPI處理，也就是說降低指紋識別區域的像素密度。

另外，螢幕的背面也需要挖出一個透光區。

這樣會提升指紋反射光線的透過率，從而提升傳感器對於指紋的識別率。

另外，如果要將指紋傳感器直接封裝在AMOLED顯示屏模組中，也需要屏廠或模組廠來配合。

根據業內信息顯示，vivo此次是採用了三星AMOLED屏，而此前vivo與三星就一直合作密切，vivo的AMOLED主要都是由三星供應。

另有傳聞稱，三星目前也正在研發自己的光學屏下指紋方案，這樣的話，三星就能夠將其與自己的AMOLED屏進行捆綁式銷售，提升競爭力。

目前在中小尺寸AMOLED市場，三星仍具有絕對優勢，占據了相當大的市場份額。

光學屏下指紋依然存在一些問題

首先，由於目前的光學屏下指紋技術仍然是基於光學技術，所以，其同樣存在傳統的光學指紋識別技術面對干手指識別率低（拒真率高）的問題。

也就是說，在冬天或者寒冷環境下，用戶通過光學屏下指紋進行解鎖時，可能會較高機率的出現解鎖失敗的情況。

當然，隨著現在指紋識別算法的進步，已經有了類似於3d降噪的自學習圖像算法功能，干指紋的影響可能會減小很多。

不過，手機螢幕貼保護膜，以及外界的干擾也會光學屏下指紋的識別率。

其次，相對於傳統的指紋識別，光學屏下指紋沒有了手指檢測的功能，需要通過手機的動作來判定，這個可能會和iPhonex一樣出現需要反覆激活識別功能的問題，比如某媒體的體驗視頻中，手機需要晃動手機激活指紋才識別。

第三，光學屏下指紋在貼合工藝上需要管控sensor到屏之前的距離，既「焦距」，如果控制的不好（比如膠的厚度控制，是否均勻），這或將導致初期有較高的不良率。

同時，前面提到的LOW PPI處理也將會對指紋識別區域的顯示效果造成一定的影響，當然這個影響應該還是在可接受範圍之內。

第四，我們都知道，OLED螢幕有一個缺陷就是容易燒屏，即在一個像素長時間顯示同一個色彩時，像素顆粒就會老化，導致將來在顯示其他內容時，會出現當初長時間顯示圖像的殘影，並且這一過程是不可逆的。

所以大家平時在使用搭載 OLED手機的時候，要儘量避免開啟最高亮度和長時間顯示同一圖像。

而這也正是vivo的屏下指紋手機沒有採用熄屏狀態下也提示指紋識別區域的最大原因。

不過，即便如此，指紋解鎖作為每天用戶最為常用的功能，手機的指紋識別區域像素點的使用也更為頻繁，在長期使用後，可能會比其他區域更容易老化。

第五，功耗方面，光學屏下指紋的功耗要比傳統指紋識別要高很多，比如指紋識別的過程需要瞬間提高識別區域的亮度等，這些都需要軟體來配合合理的進行功耗的控制。

屏下指紋未來前景如何？

目前，可以實現屏下指紋的目前除了光學之外，超聲波也是一個可行的方向。

去年高通就推出了其超聲波屏下指紋技術。

此外，今年FPC還宣布了其螢幕內全屏指紋方案，其似乎也是基於超聲波技術的。

不過，從目前多數指紋識別廠商的動向來看，光學屏下指紋進展最快，並且也是多次廠商選擇的方向。

除了此次的synaptics和早在2017年MWC上就展示其光學螢幕內指紋識別技術的匯頂之外，費恩格爾、邁瑞微、信煒科技等眾多國產指紋晶片廠商都在積極研發基於光學的屏內指紋識別技術。

不過，由於光學屏下指紋需要OLED屏廠資源支持，所以國產廠商的量產時間大都比原來預期的推後了。

更為關鍵的是，一向被視為行業風向標的蘋果，去年發布的iPhone X採用了3D面部識別方案（Face ID）來取代了指紋識別（Touch ID）。

這也使得業界出現了一種觀點，認為指紋識別終將會被面部識別所取代。

而這也對於屏下指紋的發展造成了一些不利影響。

不過，從市場對於蘋果Face ID的反饋來看，雖然確實很便捷，但是也存在著不少的問題。

外界對於Face ID的吐槽也是非常多。

就筆者個人看法，單純的採用人臉識別來代替指紋識別的話，或多或少的也存在著一些弊端。

比如面部識別會受到面部與螢幕距離、角度、外界光線強度以及面部遮擋物的影響，從而影響到面部識別的準確度。

此外還存在很多一些不可抗拒因素會對外錶帶來改變，比如面部受傷、整容等等，還有一些特殊環境需要戴口罩，比如在醫院、工作車間，甚至是霧霾天等等，這種情況下人臉識別可能就起不到作用了。

另外，完全用人臉識別代替指紋識別，也挑戰了用戶過往的使用習慣。

當然，單純採用指紋識別也有一些弊端，例如，雙手長期徒手工作業的人們便會為指紋識別而煩惱，他們的手指若有絲毫破損或乾濕環境裡、沾有異物則指紋識別功能要失效了。

另外對於在嚴寒區域或者嚴寒氣候下，亦或者人們需要長時間帶手套的環境當中，這也將使得指紋識別變得不那麼便利。

但是，如果將人臉識別與指紋識別或者其他生物識別技術結合起來，則可很好的解決這些問題。

值得一提的是，在此之前，三星已經將虹膜識別和指紋識別技術結合應用在了其旗艦機上。

更為重要的是，人有十根手指，但卻只有一張臉。

所以，筆者認為，指紋識別相當長的時間內仍然會是智慧型手機最為基礎的一種生物識別方式，屏下指紋會取代一部分的傳統的指紋識別的市場，至於能夠取代多少，這就要看其成本的下降速度了。

目前不少高端機型也有採用背面coating指紋。

相對目前模組價格最低已經跌至2美元以內的傳統的指紋識別模組來說，目前光學屏下指紋模組的成本還是比較高的，據說可能在10美金左右，而且還需要配合成本更高的AMOLED屏來使用，這也使得這項技術在比較長的一段時間內只能被用於高端旗艦機型當中。

至於3D面部識別，雖然目前國內的奧比中光已經推出了可用於智慧型手機的3D感測方案，此外高通聯合台灣奇景也在力推其3D感測方案，相比蘋果的3D感測成本都要低。

但是，目前3D感測的關鍵器件產能還是比較有限的，而且3D感測模組的成本也還是要比屏下指紋要高出不少。

此前奧比中光CEO黃源浩在接受媒體採訪時就曾預測，（安卓陣營）到2018年Q4，在3000元以上的旗艦機中採用3D攝像頭及人臉識別的手機將達到1000萬台。

而到2019年在2000元以上主力機型中的出貨量將達到1.5億台。

到2020年這個數字將超過3億台，整機價格也將下探到千元機。

也就是說，到2019年安卓陣營的3D人臉識別智慧型手機才會真正起量。

而這中間這一年多時間的空檔將會是屏下指紋的機會。

當然這只是一家之言的預測。

主要還是要看成本以及市場的反饋。

而屏下指紋普及的關鍵，則是OLED屏的成本下降速度和普及率。

值得注意的一點是，在目前的全面屏大勢之下，如果採用3D面部識別方案，那麼手機正面上方就需要預留足夠的位置來放置3D感測模組，或者像蘋果iPhone X那樣做個異形切割的齊劉海（成本更高，而且蘋果已經在美國和中國拿下了iPhone X的外觀專利，國產廠商想採用類似的方案可能會比較麻煩），螢幕的屏占比難以提到更高。

而如果採用屏下指紋，那麼手機的平占比將有可能提升到接近100%。

從這個角度來看，這場屏下指紋與3D面部識別之間的較量，最後鹿死誰手還不一定。

另外，正如筆者前面所提到的，屏下指紋與3D面部識別在手機市場也並不一定會是一個你死我活的局面。

多種生物識別方式結合也或將是智慧型手機發展的一個趨勢。

當然，目前這個階段，3D面部識別和屏下指紋的成本都較高，短時間內可能難以共存在同一款產品上，但是3D面部識別+傳統指紋識別或將是一種選擇。

而屏下指紋+2D面部識別也將是一種選擇。

未來，隨著OLED屏的普及，屏下指紋成本與3D面部識別成本的降低，可能將會出現共存的局面。

作者：芯智訊-浪客劍

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