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，現(xiàn)在全面屏已經(jīng)成為眾多智能手機廠商競爭追逐的“風口”，不論是三星S8/Note 8、夏普S2，還是即將發(fā)布的蘋果iPhone 8、華為Mate10等高端旗艦機都無一例外的選擇了全面屏。不過，隨之而來也引發(fā)了一些爭議，比如該采用何種指紋識別技術(shù)(光學式屏內(nèi)指紋還是超聲波指紋，亦或是后置指紋)，甚至蘋果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。就目前來看，屏內(nèi)指紋識別并不成熟，想通過其他生物識別方式來取代指紋識別也還為時尚早。預計在未來一年以內(nèi)，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)簡介
1. 指紋識別技術(shù)原理
胎兒期的四個月指紋開始逐漸形成，直到 14 歲指紋基本定型，之后主要是出現(xiàn)一些輕微變形，并且每個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，通過采集指紋圖像并進行比對指紋特征來識別身份。
指紋的信息采集主要包括類型、坐標、方向等參數(shù)，然后輔以端點、分叉點、孤立點、短分叉、環(huán)等這些細節(jié)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察到的特征，如基本紋型、核心點、三角點、紋數(shù)等；局部特征是指指紋上的節(jié)點，如分叉點、終止點、中心點、三角點等。以上特征都會被用到指紋識別當中，但端點、分叉點用得較多，通常算法都要記錄它們的位臵和方向。
用戶在使用指紋識別指之前需要先采集指紋，并對采集的指紋進行 DSP 圖像處理，生成細節(jié)清晰的指紋圖像。然后對指紋特征進行提取，將提取的指紋特征作為模板保存。在驗證階段，用戶首先要采集指紋，然后系統(tǒng)自動與指紋庫模板對比，并給出對比結(jié)果。
2. 主流指紋識別技術(shù)分類
(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，使脊線和谷無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有采集指紋面積小的問題，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，還需要通過算法對圖像進行強化和細化，獲得比較清晰的圖像，然后進行特征提取。用戶之后再次使用指紋識別時，只要通過特征點校對，手機就自動解鎖。
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 融合進玻璃之中，工藝難度大，目前極少有廠商量產(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似，先發(fā)出超聲波，然后接收靠特定頻率的信號反射來探知指紋的具體形態(tài)，具體來講就是利用超聲波穿透材料的能力，根據(jù)不同材料產(chǎn)生的回波來區(qū)分指紋脊線與谷所在的位置。
超聲波指紋識別能夠穿透金屬，玻璃等材料，能夠在不開孔的情況下實現(xiàn)屏下指紋識別。同時，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。但是從用戶的反饋來看，其識別率還是存在一些問題，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有繼續(xù)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)，可以實現(xiàn)屏幕內(nèi)指紋識別，并且能偵測心跳與血流。高通稱，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，而后蓋不需要開孔(可能需要減薄)，就可以實現(xiàn)指紋識別。
不過，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(jù)說最快也要明年初才會上市。
(3)光學指紋識別
光學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、門禁都采用的就是光學指紋識別技術(shù)。它的原理是將手指放在光學鏡片上，手指在內(nèi)臵光源照射下，用棱鏡將其投射在電荷耦合器件上，進而形成脊線呈黑色、谷呈白色的數(shù)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(xiàn)在新的光學指紋識別技術(shù)都主要是針對智能手機來做的，其拋棄了傳統(tǒng)的光學指紋的光學系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而借用手機屏幕的光線來作為光源。這其中就分為了兩種類型，一種是基于OLED屏設計的，另外一種則是基于LCD屏來設計的。目前主流的解決方案就是通過可以自發(fā)光的OLED屏來做光學指紋，而LCD無法自法光，需要用到背光，而且整個模組很厚，這也使得想實現(xiàn)LCD屏下指紋識別就變得非常困難(OLED可以做的很薄)，不過這種方案依然有廠商在做，因為其面對的市場更為廣闊。
目前包括傳聞中的蘋果，以及匯頂、新思、費恩格爾、邁瑞微等廠商都在研發(fā)可用于智能手機的，可實現(xiàn)屏幕內(nèi)指紋識別的光學指紋識別方案。
二、智能終端趨向多種生物識別技術(shù)共存
短期內(nèi)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(xù)上升。因為各種識別方式都有優(yōu)缺點和應用場景缺陷，多種識別方式可選是未來手機生物識別的發(fā)展方向。
Synaptics 在 CES 2017 正式開幕之前宣布了一套新的綜合性生物識別技術(shù)，將傳統(tǒng)的指紋識別、面部識別整合在一起，可為智能手機、平板機、筆記本帶來更大的便利和更高的安全。用戶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)公司也在朝這個方向發(fā)展。
安卓陣營代表廠商三星發(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，用戶可以根據(jù)不同的場景使用不同的方式。據(jù)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很可能也將會同時支持指紋識別和人臉識別。
三、指紋識別短期內(nèi)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，虹膜識別、人臉識別等生物識別技術(shù)也有著自身的缺點，所以指紋識別技術(shù)短期內(nèi)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)通過人體獨一無二眼睛虹膜的特征來識別身份，虹膜特征匹配的準確性甚至超過了 DNA 匹配。
優(yōu)點：使用方便；可靠性高；不需物理的接觸。
缺點：很難將圖像獲取設備的尺寸小型化；設備造價高；鏡頭可能產(chǎn)生圖像畸變而使可靠性降低；一個自動虹膜識別系統(tǒng)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基本問題。
應用情況：全球首款虹膜識別手機是富士通 Arrows NX F-04G，當用戶要開啟進入休眠狀態(tài)的手機時，只要按下電源或 Home 鍵開啟觸控屏，再短暫凝視即可解鎖，要比過去的圖形或輸入密碼的方式更具安全性。同時由于該機還配有紅外線鏡頭和 LED 紅外照明燈，所以即便在光線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，它們有一個共同點，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行特征分析，根據(jù)分析的結(jié)果來給出一個相似值。通過這個值即可確定是否為同一人。
優(yōu)點：非接觸式，使用方便；識別精度高；采集方便，成本較低
缺點：人臉的不變性比較差；不同場景的運用容易受光線等因素影響；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、在線金融業(yè)務中使用較為多，但是在安全性比較高的應用場景下使用較少。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將超20%，指紋識別滲透率將不斷提高
2013 年，蘋果公司推出首款采用 Touch ID 指紋識別技術(shù)的蘋果手機 iPhone 5S，隨后指紋識別技術(shù)就在智能手機市場迅速普及。經(jīng)過 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來。
根據(jù) Sigmaintell 數(shù)據(jù)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 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%。
另據(jù)旭日大數(shù)據(jù)的資料顯示，2015 年全球智能手機指紋識別滲透率達 25%，國內(nèi)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(nèi)滲透率為 61%，國際滲透率為 43%，國內(nèi)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 181%，這主要是因為國內(nèi)安卓手機廠商加速指紋識別在中低端智能手機中的普及。根據(jù)旭日大數(shù)據(jù)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率將在 20%左右。
但我們認為，指紋識別手機出貨量的增長將超出旭日大數(shù)據(jù)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，然而指紋芯片價格戰(zhàn)已經(jīng)打響，有些廠商的芯片最新報價有的在 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率將超過 20%。同時，有數(shù)據(jù)顯示 2017 年第 1 季度，國內(nèi)指紋識別滲透率達 78%，國際滲透率達 51%，今年全年國內(nèi)指紋識別手機滲透率有望超過前期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！
