全面屏没地方放指纹识别这件事有救了

2017-04-14 15:55

前不久发布的三星Galaxy S8/S8+，将指纹识别挪到了机身背部，这让三星的Galaxy S系列前两代产品对前置按压式指纹的坚持被终结。面对超高屏占比的前面板，三星放弃正面指纹识别也属无奈之举。当下越来越高的屏占比不断将指纹识别需求指向Under glass方案。毫无疑问，这将促使当今的指纹识别产业发生变革。

位置大乱斗哪里才是“正经”的位置
市面上的手机指纹识别方案逐渐趋于大同化。自iPhone 5S加入正面指纹识别开始，指纹识别便成为手机最主流的元素之一。当下指纹识别位置方案共有三种：正面、侧面、背面，其中最为主流的就是正面。
现阶段采用侧面指纹识别方案的手机并不多见。侧面位置虽然不会占用前后面板空间，但指纹模组的厚度会对屏幕的边框宽度产生影响，而且在手机越来越薄的当下，允许侧面指纹占据的空间越来越小，指纹识别扫描面积的缩小带来最直接的变化就是指纹识别率降低。所以侧面位置方案能成为最终的指纹识别形态的可能性较小。

侧面指纹识别
背面指纹识别是目前较为多见的位置方案。AuthenTec在正面电容按压式指纹识别领域积累了大量的核心专利，被苹果收购之后停止对外服务，并且最初的安卓机型多为虚拟按键，这便是背面指纹方案被大面积采用的原因。但就使用体验来说，用户想要解锁就得拿起手机，比较麻烦，而且一般都会有其他功能集成在指纹识别按键上，用户在使用这些功能时背部位置就显得不够直观。

背面指纹识别
正面指纹识别则是一种相对受欢迎的方案。从观感来说，正面位置更符合传统的交互审美，而且在操作上更加直观，用户不必拿起手机就可以通过指纹识别进行解锁。前些年手机前面板还发展不到取消额头和下巴的程度，所以前置指纹也成了补足面板空白的手段之一，与上部听筒配合更显协调。这几年手机指纹识别的位置也有由背部向正面转移的趋势，毕竟便利与直观的交互方案可以吸引更多的消费者买账。

正面指纹识别
但正面指纹识别却在这段时间进入了一个尴尬的境地。现阶段只凭手机SoC已不足以评价一部手机的好坏，外观设计也成为了一项重要的评价标准，而屏占比的高低逐渐成为这个标准的核心部分。像三星Galaxy S8/S8+这种玻璃面板上下都十分窄的正面设计已经没有充足的空间去采用现在市面上的任何一种指纹方案。

三星Galaxy S8+
此时，如果Under glass方案能够进一步成熟，它将拯救这一切。
原理大乱斗电容式是主流射频式和光学式是发展方向
一般来说，普通的手机指纹系统包括指纹识别Sensor、特征提取匹配模块、特征模板库、应用软件。指纹的验证可分为两步，首先是提取待验证的指纹特征，然后将其和指纹模板库中的模板指纹进行相似度比较，相似度达到要求时便能实现解锁。
目前采集指纹的方式共有三种：光学识别、电容传感器、生物射频。虽然指纹识别的速度与准确性不完全取决于采集方式，但识别率却是跟采集方式大大相关的。目前手机上大部分采用的都是电容传感器。
光学式指纹模块是利用光学发射装置发射的光线，射到手指上再反射回机器以获取数据，该类型指纹模块对使用环境的温度湿度都有一定的要求，并且在识别准确度上并不理想，再加上这种模块一般会占用更大的空间，使其难以在手机端有所作为。但科技已经让不可能的事情出现转机，汇顶在MWC2017展出的光学指纹技术让我们不得不承认，光学式指纹识别原理或成未来最为主流的解决方案原理。

光学式指纹模块工作原理（图源：电子发烧友网）
电容传感器识别是利用交替命令的并排列传感器电板，交替板的形式是两个电容板，指纹的山谷和山脊成为板之间的电介质。两者之间的恒量电介质的传感器检测变化来生成指纹图像。

电容传感器工作原理（图源：百度图片）
目前手机上采用的大多是电容传感器，其识别模组主要由芯片、保护盖板、金属环、软板、载板等组成，其中金属环是指纹识别的触发装置。电容传感器体积小，按压式识别率高、操作简单。但指纹上有水时识别率会特别低，对于手容易出汗的用户，普通的电容式传感器几乎就是鸡肋一般的存在。
射频指纹模块技术是通过传感器本身发射出微量射频信号，穿透手指的表皮层去控测里层的纹路，来获得最佳的指纹图像。这一类指纹模块最大的优点便是手指无需与指纹模块相接触，而且信号可以穿透表皮层，所以即便手湿也能完成指纹扫描。

射频指纹模块工作原理（图源：Phone Arena）
射频指纹模块现阶段包含无线电波探测与超声波探测两种，主要用在手机上的是使用超声波探测。目前比较典型的机型就是小米5S，采用了超声波指纹识别模块。不过据用户反馈，小米5S指纹识别率并不高。虽然射频指纹识别目前来看是未来的发展方向，但就现阶段技术水准来说还并不成熟。
技术方案大乱斗哪种Under glass才是最终赢家
目前市面上的指纹识别大致有两种类型，区分点就是需要按压和不需要按压。这些外挂式的指纹模块体积较大，而且需要在机身或者玻璃面板上开通孔用以放置。这些相对成熟的指纹解决方案在Under glass方案完善之前，会一直是手机指纹识别行业的主流。在这里并没有解析的必要，我们单说一下Under glass方案。
Under glass方案离我们并不遥远，在目前来说就已经有产品采用了这种方案。比如联想的ZUK Edge，小米的小米5S，这些都属于Under glass方案，但这些并不是Under glass方案的最终形态。而且Under glass方案也分光学识别、电容传感器、生物射频三种，刚才提到的小米5S采用的是生物射频原理，ZUK Edge则是电容式原理。

ZUK Edge
目前来说相对成熟的就是电容式的Under glass方案。2014年9月，汇顶科技发布了“IFS（Invisible Fingerprint Sensor）指纹识别与触控一体化技术”。相对于传统的电容式指纹识别技术，手机厂商无需在手机前面板或后壳上开通孔放置指纹传感器模块，而是将指纹传感器隐藏于TP面板之下，可支持玻璃面板也可支持蓝宝石面板。
但这种方案存在的短板就是电容式的指纹模块不能与手指直接接触，智能手机正面2.5D玻璃面板的厚度超过0.7mm，而根据电容式指纹识别的原理，如果在芯片上方存在的盖板玻璃厚度超过0.3mm时，其识别精确度将大幅降低。汇顶给出的解决方案是在玻璃盖板上开盲孔，让指纹识别处的玻璃面板厚度保持在0.2-0.3mm，使信号可以有效的传达。所以我们看到的ZUK Edge，以及同样采用IFS方案的华为P10，在指纹识别处都有一个开槽。也就是说，这种指纹识别的开槽不仅仅是为了让用户方便指纹定位，更多的是为了提升识别的成功率。

华为P10
相对于电容式的Under glass方案，超声波式（射频式）Under glass方案目前还并不成熟，小米5S就是一个典型的案例。电容式的Under glass方案虽然对手湿难以识别的问题进行了算法改进，但终究还是改变不了电容传感器本身的短板。而超声波式的Under glass方案可以对湿手指有高达99%的识别率，并且只会对人的真皮皮肤有反应，从根本上杜绝了人造指纹的问题。超声波指纹识别可以产生高质量的指纹图像，这就允许了传感器尺寸的缩小，并且无需牺牲认证的可靠性，从而使成本得以下降。所以一旦超声波式Under glass方案成熟，电容式指纹识别将很快被替代。

小米5S
在目前来说，应用到光学式传感器的手机指纹识别Under glass方案对消费者还属于“黑科技”。在MWC2017展会上，汇顶科技发布了全球首创并拥有完全自主知识产权的显示屏内指纹识别技术。这种隐藏在OLED显示屏下的光学指纹并不影响屏幕显示，而且屏幕并不需要特殊定制，展会现场展出的样品就是用三星Galaxy S7与vivo Xplay6改装的。但这种方案也并未成熟，识别位置只能在屏幕的特定位置，在灵敏度和识别率上还需进一步改进。

屏内指纹识别在MWC首秀
这种光学指纹的具体技术细节我们还不得知，据推测，为了与手机显示屏中的RGB可见光相区分，同时减少环境光线的干扰，光学式指纹识别可能采用近红外光的光源。整个产品的核心除了算法之外，在硬件端最重要的变化，就是多了近红外光源、光学器件、图像传感器等。
据悉，苹果公司已经计划在OLED和MicroLED显示屏幕的发光层内加入具备指纹识别功能的传感器，形成“交互像素”，即在每一个传统的RGB像素点旁边添加指纹识别像素点，到那时就不再需要指纹识别芯片这个概念，因为显示屏幕已经成了一块大号的指纹识别芯片。
看到这里，相信读者已经对指纹识别Under glass方案有了一个大致的了解。总结来说，电容式的Under glass方案在超声波和光学方案都未成熟前会成为主流方案。但一旦其它两个方案成熟，电容式Under glass方案便没有了存在的意义。因为不知道会不会有更好的光源进行图像反射，所以还不清楚光学式Under glass方案的识别率能不能有质的飞跃。但从行业的整体趋势来看，超声波和光学式的Under glass方案将会成为未来指纹识别的主角。
【来源：中关村在线作者：李志新】

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