機(jī)情觀察室：聊聊手機(jī)指紋識(shí)別那些事

　　這幾年智能手機(jī)競(jìng)爭(zhēng)激烈的發(fā)展，帶來(lái)一個(gè)明顯的好處就是技術(shù)下沉，曾經(jīng)在高端機(jī)中才有的各種技術(shù)，在一段時(shí)間之后隨著成本下降等各種原因，會(huì)迅速下沉應(yīng)用在中低端機(jī)身上，在近兩年的智能手機(jī)發(fā)展中，“指紋識(shí)別”算是比較明顯的例子。本期的機(jī)情觀察室，我們就來(lái)聊聊手機(jī)指紋識(shí)別那點(diǎn)事。

　　一個(gè)人身上所具有的獨(dú)一性生物特征有不少，包括指紋、 虹膜、掌紋等，指紋由于其獨(dú)一性和便利性，目前成為人與智能手機(jī)交互的“密碼”，應(yīng)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采用指紋識(shí)別的量產(chǎn)智能手機(jī)，不過(guò)其采用的劃擦式體驗(yàn)并不友好。而到iPhone5S上，蘋(píng)果在智能手機(jī)上真正將指紋識(shí)別這個(gè)功能發(fā)揚(yáng)光大。至此之后，指紋識(shí)別真正在智能手機(jī)中普及。

　　在現(xiàn)階段，從指紋識(shí)別類(lèi)型上，絕大部分智能手機(jī)大多都在使用電容式指紋識(shí)別。一般來(lái)說(shuō)，指紋模組(以iPhone為例)是由觸控IC、電容傳感器、金屬檢測(cè)環(huán)、保護(hù)蓋板組成，而現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展，則已經(jīng)可以去掉金屬探測(cè)環(huán)，使得承載指紋模組的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(gòu)成，每個(gè)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(cè)量的點(diǎn)的長(zhǎng)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(hào)，當(dāng)用戶(hù)在錄入指紋時(shí)，指紋模組工作，提取指紋圖像，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)與傳感器上N多個(gè)電容器極板相匹配，最終記錄保存在手機(jī)中。

　　對(duì)于當(dāng)前絕大部分的指紋識(shí)別模組，都可以對(duì)指紋圖像進(jìn)行360°掃描，因此對(duì)于用戶(hù)解鎖時(shí)手指的姿勢(shì)沒(méi)有限制，這就對(duì)指紋識(shí)別的精度有一定的要求。一般來(lái)說(shuō)，目前智能手機(jī)的指紋識(shí)別模組分辨率能達(dá)到500dpi，而越高的分辨率則對(duì)于指紋信息的精準(zhǔn)度和速度有所提升。

　　當(dāng)然，影響指紋識(shí)別速度和精準(zhǔn)度的也并不只是指紋模組的面積和分辨率。前文所知， 電容式指紋識(shí)之所以能夠是識(shí)別指紋，主要是基于手指指紋的溝壑。而我們平時(shí)使用時(shí)，手上免不了沾染一些油污或出汗，而水和雜志會(huì)導(dǎo)電，并且會(huì)填充手指的波谷，使得指紋識(shí)別掃描精度下降。這也就是一般情況下，手上沾水后為什么指紋識(shí)別失靈或速度慢的原因。

　　盡管如今電容式指紋的成本已經(jīng)比較低(普通的指紋識(shí)別模組大概只要3美金左右)，無(wú)論在當(dāng)下的旗艦機(jī)還是千元機(jī)中上都可以有比較接近的體驗(yàn)。不過(guò)如上文所說(shuō)， 電容式指紋對(duì)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(huì)大打折扣。并且電容式指紋對(duì)于手機(jī)的造型也有一定方面的限制，由于電容式指紋需要在保護(hù)蓋板上做一些噴涂，因此使用久了總免不了會(huì)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(hù)玻璃厚度大概在400微米以上。因此對(duì)于手機(jī)造型上有所限制。

　　基于這些原因， 科技廠商也在不斷研發(fā)新的指紋識(shí)別技術(shù)。而目前已經(jīng)看到樣機(jī)實(shí)現(xiàn)的，則是射頻式指紋識(shí)別(超聲波指紋)、第二代光學(xué)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(cè)指紋表面不同，超聲波具有穿透性，利用指紋模組發(fā)出的特定頻率的超聲波掃描手指，利用指紋的不同對(duì)超聲波反射的不同，能夠建立3D指紋圖形，因此對(duì)手指表面的清潔程度并不用太過(guò)考慮。另外，由于超聲波具有比較強(qiáng)的穿透性，可以穿透金屬、玻璃等常用手機(jī)材質(zhì)，因此對(duì)手機(jī)外觀方面也不會(huì)有太多限制。

　　去年9月，小米5S成為首款搭載超聲波指紋識(shí)別的產(chǎn)品，但最初的超聲波指紋用戶(hù)體驗(yàn)并不如之前想象中優(yōu)秀，識(shí)別速度慢、準(zhǔn)確率偏低。而在剛剛過(guò)去的MWC上，高通發(fā)布了第二代超聲波指紋識(shí)別方案，將指紋模組放進(jìn)屏幕中、金屬背殼內(nèi)，由vivo Xplay6作為樣機(jī)展示。

　　根據(jù)高通提供的數(shù)據(jù)，面向顯示屏的指紋傳感器可透過(guò)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(guò)厚至650微米的鋁材質(zhì)外殼工作，而面向玻璃的指紋傳感器可透過(guò)厚至800微米的玻璃工作。這樣的數(shù)據(jù)已經(jīng)超過(guò)當(dāng)前主流的2.5D屏幕(大致700-800毫米)的厚度，因此手機(jī)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(lái)感的外觀。(目前超聲波指紋方案還只能應(yīng)用在OLED屏幕)。并且高通宣稱(chēng)，這一代的超聲波指紋識(shí)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(zhǔn)。

　　當(dāng)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(xué)指紋方案。

　　光學(xué)指紋：

　　相比之下，光學(xué)指紋的應(yīng)用場(chǎng)景離我們更貼近一些。比如在最初的指紋打卡機(jī)上，就是采用最早的光學(xué)指紋技術(shù)。在錄入原始指紋信息后，通過(guò)玻璃下方發(fā)出的激光掃描你手指摁在玻璃上壓出來(lái)的指紋，掃描出的圖像以黑白的圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比。但是最初的光學(xué)指紋識(shí)別由于是基于圖像識(shí)別，所以對(duì)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(xué)指紋　　在智能手機(jī)中，對(duì)光學(xué)指紋進(jìn)行了重新升級(jí)，通常采用手機(jī)屏幕作為發(fā)光主體，通過(guò)光路照射到指紋，返回的光線再通過(guò)屏幕返回到屏幕下的CIS(CMOS Image Sensor)，手機(jī)針對(duì)返回的圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析對(duì)比，最終識(shí)別指紋。

　　可以看到，只要是光學(xué)指紋就需要有光。而對(duì)于智能手機(jī)來(lái)說(shuō)，屏幕發(fā)光的時(shí)間、功耗、以及屏幕表面的清潔度都會(huì)影響到光學(xué)指紋的應(yīng)用體驗(yàn)，因此現(xiàn)在也只能應(yīng)用在OLED屏幕上開(kāi)發(fā)，而基于LCD屏幕的光學(xué)指紋還鮮有人問(wèn)津。而同為in-display的解決方案，在產(chǎn)品成本、良品率上光學(xué)指紋比超聲波指紋更具有優(yōu)勢(shì)，但在安全性方面，目前高通所做的超聲波指紋可以檢測(cè)到皮膚下的血氧以及心率，擁有先天優(yōu)勢(shì)的超聲波無(wú)疑優(yōu)于光學(xué)指紋。

　　總結(jié)：

　　以上就是目前離我們最近的指紋識(shí)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(xué)指紋>超聲波指紋;從安全性出發(fā)，超聲波指紋>電容性指紋(暫時(shí))>光學(xué)指紋;而從對(duì)手機(jī)外觀的影響來(lái)看，能穿透金屬的超聲波無(wú)疑會(huì)給智能手機(jī)的ID設(shè)計(jì)帶來(lái)更多富有創(chuàng)意的可能性，但不得不說(shuō)，在三者中，目前超聲波指紋可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度最高。今年，全面屏手機(jī)時(shí)代很可能正式到來(lái)，但相比全屏幕技術(shù)，相配的指紋識(shí)別方案的成熟很可能在明年才會(huì)正式與我們見(jiàn)面?；蛟S明年，搭配更新指紋技術(shù)的全面屏手機(jī)，會(huì)刷新我們對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)的新高度，我們自然也拭目以待，手機(jī)產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)近兩年的低潮期后，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)能給我們帶來(lái)怎樣的驚喜。