带你了解电容、光学、超声波、手机指纹识别技术

1、你的指纹 我的指纹 全都不一样

德国哲学家莱布尼茨说过：“世上没有两片完全相同的树叶。”

我们的指纹就像每片树叶上独一无二的叶脉，人人皆有，终生不变，又各不相同。

正是由于指纹与生俱来的便捷性以及约 1/150 亿的超低重复率，指纹识别技术成为了当今应用最广泛的生物识别技术之一，而且与我们的生活息息相关。

比如，在你点开这篇文章的几分钟前，是不是用指纹解锁手机了呀?

2、手机是怎么识别指纹的?

手机需要搭载指纹识别模块，其工作过程通常分为三步：采集、处理、匹配。

采集

由传感器负责识别指纹，并采集到粗略的指纹图像。

按采集原理主要分为光学式、电容式、超声波式，按采集方式主要分为刮擦式和按压式。

处理

采集到的指纹图像还需要处理。先通过灰度均衡、噪点消除、图像增强等方法让指纹的纹路更清晰，再通过算法提取指纹的特征数据。

10 个指纹可生成约 4900 个独立可测量的特征，比如环型 / 弓型 / 螺旋型纹路图案下的核心点、三角点、纹数、方向、曲率、位置等特征。

最后将这些由指纹图像形成的特征数据存储为用于模板。

匹配

再次采集并处理指纹后，指纹识别模块通过算法将新指纹的特征数据与已有模板进行匹配，匹配度高于阈值则通过识别。

3、手机指纹识别技术有哪些?

文档君主要向大家介绍，在上述采集过程中传感器对指纹的识别技术。

电容式指纹识别技术

一种成熟的传统指纹识别技术，在智能手机领域普及率较高。实现原理如下：

电容传感器上有 N 个面积相同的小电容器极板，手指可以看作一个大的电容器极板，当手指接触电容传感器时，就形成了 N 个小电容器，它们的电容值取决于指纹到小电容器极板的距离。

指纹的“嵴”(jí)凸起，距离极板近，电容大;指纹的“峪”(yù)凹下，距离极板远，电容小。

在放电过程中，由于电容值不同，嵴放电较慢，峪放电较快。指纹上一条条高低起伏的纹路转换成了电信号，从而被准确识别。

电容式指纹识别有刮擦式和按压式两种采集方式。

刮擦式类似于全景相机，当手指在传感器表面滑动时，传感器对指纹“拍照”再“拼接”。

缺点在于，手指必须按照特定方向和角度进行匀速滑动，导致识别率和便捷性不太令人满意，手机上也早已见不到刮擦式指纹识别模块的身影啦。

按压式作为前者的优化方案，相信大家都非常熟悉。手指只需按压在传感器上，就能快速识别指纹，更易于操作。

起初，手机普遍采用将传感器与 Home 键相结合的前置指纹识别方式，但随着大屏、全面屏热潮的掀起，手机正面没有多余空间去容纳实体按键了。

为了不影响屏占比，传感器挪到了手机背部，但这种后置指纹识别方式需要用户盲按，可能一下还按不准，不太符合用户习惯。

许多手机又将传感器与电源键结合，出现了侧边指纹识别方式，但容易发生误触。而且要想指纹的有效识别区域越大，手机就越厚，指纹识别率与手机轻薄度不可兼得。

其实对于电容式指纹识别技术，无论是刮擦还是按压，无论是前置、后置还是侧边，在手机外表面必然有一个实体传感器，在一定程度上会影响手机外观。

近年来，用户对手机的需求趋于全面大屏、机身轻薄、外形美观等方面，手机屏幕也在从 LCD 屏幕过渡到 OLED 屏幕。

基于 OLED 屏幕的屏下指纹识别方案应运而生。将指纹传感器放置于屏幕下方，也让用户在进行指纹识别时会有更强的科技感体验。

屏下指纹识别目前有光学式和超声波式这两种实现方式。

光学式指纹识别技术

是一种生活中常见的指纹识别技术，比如应用于考勤的打卡机。主要利用光反射原理：

手指按压屏幕，屏幕发光照亮手指按压区域。当光线照射到指纹的“嵴”和“峪”时，会产生不同角度和明暗程度的反射光线，透过屏幕像素间隙，被屏幕下的光学传感器接收，从而识别出指纹。

光学式指纹识别技术的优点是：操作方便、穿透性好，技术成熟，成本不高。

但也有明显缺点：无法识别皮肤真皮层，安全性较低，防伪性较差，而且屏幕特定区域需要长期发亮，增加功耗，可能影响屏幕寿命。

超声波式指纹识别技术

是近年来的一种新兴技术，类似于声纳原理。

手指按压屏幕，屏幕下的传感器向手指按压区域发射超声波。当超声波接触到指纹的“嵴”和“峪”时，被吸收、穿透、反射的程度有差异，会产生不同能量的回波并被传感器接收，从而构建出 3D 指纹图像。

超声波式指纹识别技术的优点是：穿透性强，抗水渍、污渍干扰能力强，识别率高，支持活体检测，安全性较高。

缺点是：造价高，技术相对不太成熟，市场占有率低。

4、手机指纹识别技术怎么发展的?

大家普遍认为，摩托罗拉在 2011 年 4 月推出的 MB 860 是最早搭载指纹识别功能的智能手机，用户在手机顶部传感器上进行刮擦式指纹识别。

大家最熟知的，还是苹果在 2013 年 9 月发布的 iPhone 5S，支持前置按压式指纹识别，传感器内置在圆形 Home 键中，外圈是不锈钢感应环。

可以说 iPhone 5S 引领了手机指纹识别的潮流，此后各种支持指纹识别的手机如雨后春笋般进入市场。

……

2014 年，华为 Mate 7：首款支持后置指纹识别的 Android 手机。

2015 年，努比亚 Z9 尊享版：首款支持侧边指纹识别的手机。

2018 年，vivo X20 Plus UD：首款支持屏下光学指纹识别的量产手机。

2019 年，三星 S10：首款支持屏下超声波指纹识别的手机。

……

2023 年 3 月，努比亚首款 Ultra 旗舰机型 ——Z50 Ultra 正式发布，采用屏下光学指纹识别和第四代屏下摄像技术，为用户带来完美全面屏体验!

据统计数据显示，近年来，取消指纹识别的苹果机型持续热销，影响了指纹识别总体渗透率，2022 年国内智能手机指纹识别搭载率降至 79%。

其中，后置指纹逐渐淡出市场，而侧边指纹抢占了绝大部分中低端的 LCD 屏幕手机市场，搭载率为 44%，屏下指纹识别搭载率为 30%。

其实对于广大用户来说，不论是何种指纹识别技术，好用才是最关键的。

目前的屏下指纹识别技术，不仅延续了前置识别的便利操作，而且无需像后置和侧边识别那样在机身设置传感器凹槽，还能让手机实现更极致的轻薄度和屏占比。

目前市场上已出现了搭载超声波 3D 广域屏下指纹识别模块的手机，可基于双指纹识别实现更多交互功能。

这也打开了我们的思路，原来指纹识别不止于解锁手机和移动支付呀!，

我们每个人有十根手指，相当于十把独一无二的钥匙，如何使用这些钥匙在手机上打开更多更广的空间呢?这是个值得思考的问题~

5、展望

属于指纹识别技术的标签太多：“识别率”、“识别速度”、“便捷性”、“安全性”、“性价比”…… 指纹识别技术的未来走向一定是能够平衡这些指标的更优解。

不久的将来，超声波指纹识别技术可能会成为主流。

在更远的未来，指纹识别技术是否会进化到渗透手指皮肤下提取更多特征进行识别呢?

手机指纹识别技术给我们带来了无限的想象空间，欢迎在评论区聊聊你的看法~