自從去年擁有超高屏占比的全面屏手機小米MIX發(fā)布以來(lái)，現在全面屏已經(jīng)成為眾多智能手機廠(chǎng)商競爭追逐的“風(fēng)口”，不論是三星S8/Note 8、夏普S2，還是即將發(fā)布的蘋(píng)果iPhone 8、華為Mate10等高端旗艦機都無(wú)一例外的選擇了全面屏。不過(guò)，隨之而來(lái)也引發(fā)了一些爭議，比如該采用何種指紋識別技術(shù)(光學(xué)式屏內指紋還是超聲波指紋，亦或是后置指紋)，甚至蘋(píng)果iPhone 8還傳出了將采用人臉識別技術(shù)代替指紋識別的消息。就目前來(lái)看，屏內指紋識別并不成熟，想通過(guò)其他生物識別方式來(lái)取代指紋識別也還為時(shí)尚早。預計在未來(lái)一年以?xún)?，后置Coating指紋識別方案仍將是全面屏手機的首選方案。
一、指紋識別技術(shù)簡(jiǎn)介
1. 指紋識別技術(shù)原理
胎兒期的四個(gè)月指紋開(kāi)始逐漸形成，直到 14 歲指紋基本定型，之后主要是出現一些輕微變形，并且每個(gè)人的指紋紋路是唯一的。指紋識別技術(shù)就是利用紋路的唯一性，通過(guò)采集指紋圖像并進(jìn)行比對指紋特征來(lái)識別身份。
指紋的信息采集主要包括類(lèi)型、坐標、方向等參數，然后輔以端點(diǎn)、分叉點(diǎn)、孤立點(diǎn)、短分叉、環(huán)等這些細節特征。指紋的特征分總體特征和局部特征，總體特征是指人眼直接觀(guān)察到的特征，如基本紋型、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)、紋數等；局部特征是指指紋上的節點(diǎn)，如分叉點(diǎn)、終止點(diǎn)、中心點(diǎn)、三角點(diǎn)等。以上特征都會(huì )被用到指紋識別當中，但端點(diǎn)、分叉點(diǎn)用得較多，通常算法都要記錄它們的位臵和方向。
用戶(hù)在使用指紋識別指之前需要先采集指紋，并對采集的指紋進(jìn)行 DSP 圖像處理，生成細節清晰的指紋圖像。然后對指紋特征進(jìn)行提取，將提取的指紋特征作為模板保存。在驗證階段，用戶(hù)首先要采集指紋，然后系統自動(dòng)與指紋庫模板對比，并給出對比結果。
2. 主流指紋識別技術(shù)分類(lèi)
(1)電容式指紋識別
電容式指紋識別是利用手指皮膚表面作為一極，脊線(xiàn)和谷由于與芯片表面距離不同，形成不同的電容值，從而電容式指紋識別傳感器獲取指紋圖像信息。
電容式指紋識別對于濕手指和臟手指的識別較弱，原因是手指或者芯片表面有水、汗液等雜物，使脊線(xiàn)和谷無(wú)法與傳感器充分接觸，導致電容值偏弱。電容式指紋識別第一次采集指紋需要多次按壓，這是因為目前按壓式采集會(huì )有采集指紋面積小的問(wèn)題，需要多次按壓拼出較大面積的指紋圖像。獲得合格的指紋圖像之后，還需要通過(guò)算法對圖像進(jìn)行強化和細化，獲得比較清晰的圖像，然后進(jìn)行特征提取。用戶(hù)之后再次使用指紋識別時(shí)，只要通過(guò)特征點(diǎn)校對，手機就自動(dòng)解鎖。
電容式指紋識別又分蓋板式、coating 鍍膜式、隱藏式三種。蓋板是指芯片保護材料是藍寶石、玻璃或者陶瓷的電容式指紋識別；Coating 鍍膜是指在指紋芯片表面鍍一層保護膜，相對于蓋板更容易磨損，但成本比較低；隱藏式又分三種，Under Glass 需要在玻璃蓋板上挖盲孔，目前工藝要求高，良率比較低；In Glass 將 Sensor 融合進(jìn)玻璃之中，工藝難度大，目前極少有廠(chǎng)商量產(chǎn)；Under Cover Glass 方案達到電容識別極限，目前效果一般。
(2)超聲波指紋識別
超聲波指紋識別的原理與聲吶類(lèi)似，先發(fā)出超聲波，然后接收靠特定頻率的信號反射來(lái)探知指紋的具體形態(tài)，具體來(lái)講就是利用超聲波穿透材料的能力，根據不同材料產(chǎn)生的回波來(lái)區分指紋脊線(xiàn)與谷所在的位置。
超聲波指紋識別能夠穿透金屬，玻璃等材料，能夠在不開(kāi)孔的情況下實(shí)現屏下指紋識別。同時(shí)，超聲波指紋識別受手指表面的污垢、水等的影響較小，依舊能夠準確識別。
目前超聲波指紋識別主要是高通在做。早在2015年的時(shí)候，高通就推出了自己的超聲波指紋識別技術(shù)。2016年9推出的小米5s就是首款采用此方案的智能手機產(chǎn)品，這也是超聲波指紋識別技術(shù)首次被成功運用于智能手機上。但是從用戶(hù)的反饋來(lái)看，其識別率還是存在一些問(wèn)題，特別是對于干手指。而且超聲波指紋識別模組的成本也比較高。隨后的小米旗艦機也沒(méi)有繼續采用高通的超聲波指紋識別技術(shù)。
在今年的MWC上海展上，高通推出了新一代指紋識別技術(shù)，可以實(shí)現屏幕內指紋識別，并且能偵測心跳與血流。高通稱(chēng)，其新的超聲波指紋識別技術(shù)已經(jīng)可以穿透1.2mm的OLED屏、0.8mm的玻璃、0.65mm的金屬后蓋，這也意味著(zhù)高通的第二代超聲波指紋識別可以放到金屬后蓋的里面，而后蓋不需要開(kāi)孔(可能需要減薄)，就可以實(shí)現指紋識別。
不過(guò)，高通的第二代超聲波指紋識別目前尚未量產(chǎn)，特別是支持屏下指紋的超聲波方案，據說(shuō)最快也要明年初才會(huì )上市。
(3)光學(xué)指紋識別
光學(xué)指紋識別是目前使用最廣泛的指紋識別技術(shù)，比如之前很多的考勤機、門(mén)禁都采用的就是光學(xué)指紋識別技術(shù)。它的原理是將手指放在光學(xué)鏡片上，手指在內臵光源照射下，用棱鏡將其投射在電荷耦合器件上，進(jìn)而形成脊線(xiàn)呈黑色、谷呈白色的數字化的、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖像。但由于需要較長(cháng)的光程和足夠大的尺寸，到目前為止在智能手機中使用較少。并且光學(xué)指紋識別只能掃描到死性皮膚層，不能深入真皮層所以容易受指紋的潔凈程度影響。
而現在新的光學(xué)指紋識別技術(shù)都主要是針對智能手機來(lái)做的，其拋棄了傳統的光學(xué)指紋的光學(xué)系統，轉而借用手機屏幕的光線(xiàn)來(lái)作為光源。這其中就分為了兩種類(lèi)型，一種是基于OLED屏設計的，另外一種則是基于LCD屏來(lái)設計的。目前主流的解決方案就是通過(guò)可以自發(fā)光的OLED屏來(lái)做光學(xué)指紋，而LCD無(wú)法自法光，需要用到背光，而且整個(gè)模組很厚，這也使得想實(shí)現LCD屏下指紋識別就變得非常困難(OLED可以做的很薄)，不過(guò)這種方案依然有廠(chǎng)商在做，因為其面對的市場(chǎng)更為廣闊。
目前包括傳聞中的蘋(píng)果，以及匯頂、新思、費恩格爾、邁瑞微等廠(chǎng)商都在研發(fā)可用于智能手機的，可實(shí)現屏幕內指紋識別的光學(xué)指紋識別方案。
二、智能終端趨向多種生物識別技術(shù)共存
短期內不需要擔心指紋識別被其他生物識別方式取代，指紋識別滲透率還將繼續上升。因為各種識別方式都有優(yōu)缺點(diǎn)和應用場(chǎng)景缺陷，多種識別方式可選是未來(lái)手機生物識別的發(fā)展方向。
Synaptics 在 CES 2017 正式開(kāi)幕之前宣布了一套新的綜合性生物識別技術(shù)，將傳統的指紋識別、面部識別整合在一起，可為智能手機、平板機、筆記本帶來(lái)更大的便利和更高的安全。用戶(hù)就可以選擇自己最喜歡或者使用最方便的方式解鎖設備。相關(guān)生物識別技術(shù)公司也在朝這個(gè)方向發(fā)展。
安卓陣營(yíng)代表廠(chǎng)商三星發(fā)布的旗艦機 Galaxy S8 帶有指紋識別、臉部識別、虹膜識別這三種生物識別方式，用戶(hù)可以根據不同的場(chǎng)景使用不同的方式。據網(wǎng)上爆料，華為即將發(fā)布的高端機華為 Mate10 也將攜帶多種識別方式，其中包括虹膜識別、指紋識別。而傳聞中的iPhone 8很可能也將會(huì )同時(shí)支持指紋識別和人臉識別。
三、指紋識別短期內不存在被替代的可能
高端旗艦機所使用的功能和技術(shù)代表手機未來(lái)發(fā)展方向，智能終端的生物識別功能將向多種方式共存發(fā)展。同時(shí)，虹膜識別、人臉識別等生物識別技術(shù)也有著(zhù)自身的缺點(diǎn)，所以指紋識別技術(shù)短期內不存在被其他生物識別技術(shù)替代的可能。
1. 虹膜識別的優(yōu)缺點(diǎn)及應用情況
由于虹膜的不變性和唯一性，虹膜識別技術(shù)成為身份識別的重要方式。虹膜識別技術(shù)通過(guò)人體獨一無(wú)二眼睛虹膜的特征來(lái)識別身份，虹膜特征匹配的準確性甚至超過(guò)了 DNA 匹配。
優(yōu)點(diǎn)：使用方便；可靠性高；不需物理的接觸。
缺點(diǎn)：很難將圖像獲取設備的尺寸小型化；設備造價(jià)高；鏡頭可能產(chǎn)生圖像畸變而使可靠性降低；一個(gè)自動(dòng)虹膜識別系統包含硬件和軟件兩大模塊：虹膜圖像獲取裝臵和虹膜識別算法。分別對應于圖像獲取和模式匹配這兩個(gè)基本問(wèn)題。
應用情況：全球首款虹膜識別手機是富士通 Arrows NX F-04G，當用戶(hù)要開(kāi)啟進(jìn)入休眠狀態(tài)的手機時(shí)，只要按下電源或 Home 鍵開(kāi)啟觸控屏，再短暫凝視即可解鎖，要比過(guò)去的圖形或輸入密碼的方式更具安全性。同時(shí)由于該機還配有紅外線(xiàn)鏡頭和 LED 紅外照明燈，所以即便在光線(xiàn)昏暗的地方也能夠使用。之后使用虹膜識別技術(shù)比較有代表性的是三星 Galaxy Note 7、微軟 Lumia 950/Lumia 950 XL 和 vivo X5Pro，它們有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是不僅有虹膜識別也有指紋識別。最新發(fā)布的三星手機三星 Galaxy S8 有三種生物識別，臉部識別、虹膜識別和指紋識別。
2. 人臉識別的優(yōu)缺點(diǎn)及應用情況
利用已建成的人臉特征模板與被測者的面像進(jìn)行特征分析，根據分析的結果來(lái)給出一個(gè)相似值。通過(guò)這個(gè)值即可確定是否為同一人。
優(yōu)點(diǎn)：非接觸式，使用方便；識別精度高；采集方便，成本較低
缺點(diǎn)：人臉的不變性比較差；不同場(chǎng)景的運用容易受光線(xiàn)等因素影響；安全性低。
應用情況：臉部識別是應用最為廣泛的生物識別方法，在企業(yè)考勤方面、在線(xiàn)金融業(yè)務(wù)中使用較為多，但是在安全性比較高的應用場(chǎng)景下使用較少。臉部識別手機較多，三星 S8 也帶臉部識別功能。
3. 指紋識別手機出貨年復合增長(cháng)將超20%，指紋識別滲透率將不斷提高
2013 年，蘋(píng)果公司推出首款采用 Touch ID 指紋識別技術(shù)的蘋(píng)果手機 iPhone 5S，隨后指紋識別技術(shù)就在智能手機市場(chǎng)迅速普及。經(jīng)過(guò) 3 年多的快速發(fā)展，指紋識別已經(jīng)在千元低端機普及開(kāi)來(lái)。
根據 Sigmaintell 數據顯示，2016 年全球指紋識別手機出貨量達到 6.4 億部，相比 2015 年的 3.76 億部同比增長(cháng) 70%。今年一季度，全球搭載指紋識別智能手機出貨量約 1.8 億部，占全球智能手機總出貨量的 53.7%，同比上升 18%。
另?yè)袢沾髷祿馁Y料顯示，2015 年全球智能手機指紋識別滲透率達 25%，國內智能手機滲透率 26%；但到了 2016 年指紋識別手機的滲透率急劇上升，國內滲透率為 61%，國際滲透率為 43%，國內滲透率遠高于國外。其中，安卓體系中的指紋識別手機出貨量達到 4.37 億部，同比增長(cháng) 181%，這主要是因為國內安卓手機廠(chǎng)商加速指紋識別在中低端智能手機中的普及。根據旭日大數據預測，到 2020 年，全球指紋識別滲透率將達到 88%，全球指紋手機將達到 14.6 億部，而安卓體系指紋手機將達到 12.76 億部。全球指紋識別手機出貨量的年復合增長(cháng)率將在 20%左右。
但我們認為，指紋識別手機出貨量的增長(cháng)將超出旭日大數據的預測，因為滲透率的提高主要在于指紋識別在低端機中的快速普及，然而指紋芯片價(jià)格戰已經(jīng)打響，有些廠(chǎng)商的芯片最新報價(jià)有的在 1.5 美元以下，這將加速指紋識別在低端機中的普及，全球指紋識別手機出貨量年復合增長(cháng)率將超過(guò) 20%。同時(shí)，有數據顯示 2017 年第 1 季度，國內指紋識別滲透率達 78%，國際滲透率達 51%，今年全年國內指紋識別手機滲透率有望超過(guò)前期70%的預測。
原標題 虹膜識別、人臉識別火爆，但指紋識別仍不可替代！
