jczxw
手机行业常见的指纹识别方案
手机行业常见的指纹识别方案
供应商
奥森泰克
（我们）
突触与有效性
（我们）
指纹卡AB
（瑞典）
汇顶
（中国）
指纹识别方案
与家相结合
正面压缩
结合主页按钮
正面滑动
放在手机后盖上
后滑
放在手机后盖上
回触
放在手机后盖上
后滑
结合主页按钮
正面压缩
采集技术
基于电容和射频
半导体传感器
有源电容硅成像传感器
电容式传感器
电容式传感器
手机厂商
苹果
三星
宏达电
华为、OPPO
活体
魅族
代表产品
iPhone系列
盖乐世 S5
一个最大
伴侣7、N3
玩3S
MX4Pro
从表中我们可以发现，主要的解锁方式有前按、后按、前滑、后滑和后触。 这些方法中哪种更好或更差？ 笔者稍后会进行详细的测试。 首先，笔者就和大家聊聊这几家指纹识别供应商。
1. AuthenTec（美国）
简介：AuthenTec 是全球领先的个人电脑、无线设备和访问控制市场指纹认证传感器和解决方案供应商。 2012 年 7 月 27 日，Apple 以 3.56 亿美元收购了该公司。 从那时起，AuthenTec 就隶属于 Apple。
其开发的指纹识别传感器基于电容和射频半导体。 该传感器与 iPhone 和 iPad 的 Home 键结合在一起，最上层是蓝宝石外壳。 该传感器由台积电代工，台湾晶彩和晶圆科技完成晶圆级封装，日月光负责后续封装测试以及SiP模块生产。
面向对象：只对苹果手机和平板产品开放，不向同行业厂商提供任何产品和技术，但可以提供银行安全和管理服务（笔者感觉是在铺路）适用于 Apple Pay）。
2. Synaptics Validity（美国）
简介：Synaptics是全球领先的移动计算、通信和娱乐设备人机界面交互开发解决方案的设计和制造公司。 它成立于1986年，总部位于美国。 2013年10月17日，以2.55亿美元收购生物识别ID公司Validity，正式进军指纹识别领域。
面向对象：三星Galaxy S5和去年发布的HTC One Max都采用了Synaptics设计方案，但不同的是S5采用的是正面和Home键的结合，而HTC One Max采用的是背面识别方案，虽然指纹的识别位置不同，但是方案确实是一样的。
3. 指纹卡AB (FPC)
简介：FPC致力于生物识别元器件和技术的研发、生产和销售，通过分析和比较个人独特的指纹来帮助确认用户的身份。 总部位于瑞典哥德堡，并在纳斯达克上市。 推出全球首款适用于Android智能手机和平板电脑的电容式触摸指纹传感器——FPC1020。
面向对象：面向很多对象，比较知名的有vivo Xplay 3S、华为Mate7和OPPO N3，都是把传感器放在背面，只是解锁方式略有不同。
4. 汇顶科技（中国）
简介：汇顶科技成立于2002年，2006年进入触控行业。汇顶科技立足于全球领先的人机交互技术研发和芯片设计。 作为联发科唯一的战略合作伙伴，汇顶科技拥有丰富的电容触控芯片量产经验，拥有完备的触控测试体系和测试标准。 拥有30多项电容式触控技术专利。
面向对象：目前手机市场上只有魅族MX4 Pro。 这也是国内手机厂商首创的前置指纹识别方案。 我为此感到自豪。 国内科技公司能做到这一点，实属难得。
目前，在手机市场上，这四种指纹识别方案应用最多，每一种方案都有自己的专利和独特性。 这四种指纹方案的具体实现机制和效果如何？
各手机指纹识别原理
下面我们就iPhone 6、魅族MX4 Pro、三星Note 4、华为Mate7、OPPO N3指纹方案的具体实现原理进行探讨。 下图是指纹识别的简单流程，每款手机都有指纹识别方案的具体实现。 由于华为Mate7和OPPO N3采用的是同一个方案，而N3是Mate7方案的升级版，实际原理是一样的。
iPhone 5S/6指纹识别原理：
iPhone 5S/6 的 Touch ID 指纹传感器位于 Home 键中。 Home键传感器表面采用激光切割蓝宝石水晶，可实现对手指的精准对焦，保护传感器，此时传感器会进行指纹信息。 记录和识别，同时感应按钮被不锈钢环包围，以监测手指，激活传感器并提高信噪比。 然后，该软件会读取指纹并寻找匹配项来解锁手机。
图片来自边缘
其中，指纹传感器部分是基于启动表中提到的电容和射频半导体传感器。 这个指纹读取做了两层验证。 第一层使用指纹电容式传感器读取器识别整个接触面的指纹图像。 第二层采用射频技术，通过蓝宝石表层下方的传感元件读取真皮层反射的信号，形成指纹图像。
电容感应识别：手指构成电容的一极，另一侧的硅传感器阵列构成电容的另一极。 人体携带的微电场与电容传感器之间形成微电流。 指纹的波峰和波谷与传感器的距离形成电容差，从而描绘出指纹图像
射频识别：将低频射频信号传输到真皮层。 由于人体细胞液是导电的，所以读取真皮的电场分布可以得到整个真皮最准确的图像，而读取真皮的电场分布可以得到整个真皮最准确的图像，并且有是 Touch ID 环外的一个驱动器，它会发出射频信号。
记录指纹图像后，将数据录入数据库，然后Touch ID在指纹验证过程中获取指纹扫描图像后，可以360度扫描指纹，并与数据库指纹数据进行比对判断。 当新的指纹图像与数据库样本指纹匹配成功后，可以利用指纹图像对数据库的样本信息进行加强和完善，从而记录更多的样本信息，提高指纹识别的成功率，并且它可以用于从各种角度成功识别各种指纹。
魅族MX4 Pro指纹识别原理
魅族认为背部指纹识别体验不佳，所以魅族在最后一刻选择了汇顶。 MX4 Pro采用汇顶科技GT6618/28指纹识别模块。 下图为该模块的具体参数。 工作模式下的Finger Flash模式是汇顶科技的专利技术。
在指闪模式下，魅族MX4 Pro可以实现从熄屏到亮屏再到唤醒再到解锁的一体化操作。 在锁屏状态下，用户可以通过按住Home键并在Home键上停留片刻来解锁屏幕，这与iPhone 6在锁屏状态下采用的解锁方式相同。 接下来，两者都可以通过触摸主页按钮解锁。 无论是汇顶的指纹识别还是苹果的iphone5s，都是基于电容触摸的原理。 这样一来，不禁有人要问，汇顶科技不侵权吗？
汇顶科技是否侵权？
汇顶科技董事长张帆表示，汇顶科技认为不存在侵权行为。 龙华副总经理解释说，首先，IC专利一般保护的是芯片的版图，即实施方案。 虽然实现原理相同，但实现方式不同，不构成侵权。 其次，这里的另一项重要技术是指纹识别芯片的封装和模组形式。 汇顶科技花费大量时间研发封装技术，形成了自己独有的专利。 而且我不会找苹果的封装厂商，也不会像他们那样用很复杂的封装方式。
苹果是一家非常重视专利的公司。 如果汇顶科技真的侵犯了苹果的专利权，苹果不会轻易放过他们。 不过，直到魅族发布之前，苹果都没有发表任何官方声明。 由此可见，汇顶科技应不侵权。
华为Mate 7指纹识别原理
华为Mate 7采用瑞典FPC公司FPC1020指纹识别方案。 该方案是将传感器放置在手机后盖内。 虽然是按压式指纹识别技术，但应该是接触式的。 只需将手机轻轻放在解锁区域即可解锁。
华为Mate7的指纹传感器覆盖了一层银色涂层，在指纹识别区和后壳之间有一个圆形的金属环，类似于包裹着机身的不锈钢检测环（Stainless steel detection ring） iPhone 5s的指纹感应区域。 指纹触发器感觉它可以做更多的事情。 另外，成熟的FPC1020识别面积是现阶段手机中最大的。
oppo N3使用的方案
Oppo N3采用了FPC1020的升级版——FPC1021。 两者差别不大，就不细说了，不过FPC1021比FPC1020小了30%，但还是比iPhone的Touch ID大了一点，不适合放在手机正面安卓手机。 因此，OPPO N3 将其放在了背面。
华为Mate 7和OPPO N3采用背部指纹识别方案的原因
1. 设计与美感
华为Mate 7和OPPO N3的操作顺应了Android的变化，采用了虚拟按键的方式。 EMUI 在屏幕内部设置了虚拟按钮。 如果在前下巴处安装指纹识别传感器进行指纹识别，会影响手机的整体颜值。 会大打折扣。 OPPO N3虽然在屏幕面板外有虚拟按键，但如果在Home键的位置安装指纹识别传感器，这与OPPO的设计语言有很大区别，所以没有必要这么做。
2.传感器尺寸
由于Sensor的尺寸，正面指纹识别传感器占用的面积会比较大，挑战华为Mate 7和OPPO N3的窄下巴，而且放在正面也能实现指纹识别功能背面，方便实用 外观也不会太差，正面设计的完整性也能得到保证，自然选择背面指纹识别。
华为和OPPO把指纹识别传感器放在了背面，主要是因为在使用手机的时候指纹锁正式版，眼睛更多的是在正面，背面的关注度就少很多，所以为了给用户一个漂亮的正面，指纹识别传感器放在背面也是出于用户的考虑。 至于放在背面和正面的原因，笔者会在后面的文章中介绍两者的优缺点。
三星Note 4指纹识别方案原理
和苹果一样，三星Note 4指纹识别传感器也集成在Home键下方，不过三星Note 4采用的是Synaptics & Validity方案，属于摩擦式，解锁菜单设置过程与iPhone类似6.
三星Galaxy S5滑动指纹识别必须从上到下滑动。 当手指划过传感器时，手指会被逐行扫描，这需要你固定姿势，固定方向，手指覆盖整个传感器才能被识别。 这样的要求会让用户体验变差很多。
为什么三星不用push指纹识别？
首先，在Push指纹识别方案出现在汇顶科技之前，AnthenTec独家拥有这项技术。 三星使用了全球第二大的Validity。 顶一下，你觉得三星会选择一家还在中国发展的科技公司吗？
其次，Swedish Fingerprint Cards AB的FPC1020方案中的Sensor太大，会和三星的Home键尺寸冲突。 主页按钮的大小不适合传感器的大小。 如果下面重新设计了Home键，那就不是三星传统的设计语言了。 这对三星来说是不能接受的。
(1) 指纹识别是如何实现的？
指纹识别的前提是采集指纹。 在收藏方式上，目前主要有滑动式和按压式两种。
第一步：采集指纹
刷卡采集是指将手指在传感器上滑动，这样手机就可以获取到手指的指纹图像。 滑动采集具有成本相对较低和能够采集大面积图像的优点。 但是这种采集方式存在体验差的问题。 用户需要一个连续的、规范的滑动动作才能实现收款成功，收款失败的概率大大增加。 之前某品牌手机使用过这种收款方式，但由于滑动收款的缺点而饱受诟病。
按压式采集顾名思义就是通过按压传感器实现指纹数据采集。 当然，这种收款方式用户体验更好，但是成本比滑动收款高，技术难度也比较高。 另外，由于一次采集的指纹面积比幻灯片式采集小，需要多次采集，通过“拼凑”的方式拼凑出面积较大的指纹图像。 这就需要先进的算法和软件算法来弥补滑动和按压获取的指纹面积相对较小的问题，以保证识别的准确性。
第二步：指纹评估
指纹采集完成后，对采集到的指纹质量进行评价。 如果指纹不合格，则重新采集，如果合格，则进行图像增强和精细化处理。
第 3 步：提取“特征”
处理后依次得到二值化图、细化图和提取的特征图。 得到比较清晰的图像后，开始提取特征。 特征提取后数据存储后，即可进行下一步的匹配。
第四步：指纹比对
匹配需要注意一点，就是因为同一根手指的两个样本图像会因为手指的位移、偏转、压力等原因而产生差异，这就需要在匹配时进行标定，通过特征点集标定和其他方法确保指纹识别的准确性。
（2）手机指纹识别体验好不好，就看这几个指标
指纹识别的关键指标有哪些？ 识别速度、采集面积、分辨率、使用寿命、安全性、软件支持类型、耐受性、抗静电性能等都是指纹识别的关键指标。
识别速度——指指纹传感器识别指纹所需的时间。 通过对某品牌手机的检测，识别时间超过300毫秒。 一些指纹识别供应商声称解锁时间只有150毫秒，当然时间短对用户体验也有好处。
采集面积——采集面积太小会大大降低指纹识别的准确性。 也正是因为如此，在一些非常严重的场景下，中美两国对于指纹采集区域都有明确的规定。 在500PPI分辨率下，美国FBI要求指纹采集面积为832*768像素； 在中国刑侦应用中，指纹采集区域为640*640像素。 即使是中国的二代身份证，也要求指纹采集区域为256*360像素点，而且采集平面。
分辨率 – 类似于采集区域。 过去一直使用分辨率为200-400PPI的指纹传感器。 但是随着科技的进步，很多指纹传感器的分辨率已经达到了500PPI。 在一些领域，甚至已经部分使用了分辨率为1000PPI的指纹传感器。
安全——影响安全的机制有很多，比如不保存用户的指纹数据，只记录提取的特征码模板。 或者在特征码传输和存储时采用加密算法，利用TrustZone安全技术在手机芯片中增加一个安全区域，将数据和应用软件与硬件隔离，保证信息安全。
使用寿命——指传感器可以重复使用的次数。 目前对传感器的使用寿命要求是可以重复使用100万次。
抗静电性能——传感器还必须具有抗静电性能，一般大于15kv，否则更容易被击穿。
软件支持的类型直接影响指纹识别可以解锁的应用类型和数量。
（3）移动端可以采用什么样的指纹采集技术？
墨水指纹采集：低质量
一般大规模的指纹采集仍采用油墨印刷的方法，将指纹扫描后转化为数字信号。 但是，这种方式得到的指纹数据质量不高。 在司法实践中，由于指纹图像质量相对有限，不具有参考价值，甚至会导致冤假错案。
光学指纹采集技术：洁净手指
随着科技的进步，光学指纹采集技术已经在各行各业得到普及。 它利用光线无法穿透皮肤表面的特性来扫描手指皮肤表面。 这只扫描皮肤的表层，而不会深入真皮层。
光学指纹采集器是根据全内反射破坏原理设计的。 光源发出的光以特定角度进入棱镜上表面进行全发射。 当手指按下时，由于棱线会接触到棱镜表面，棱镜面与棱线的接触会破坏全反射条件，从而使部分光线泄漏，反射光变弱，从而在图像传感器图像上形成明暗交替的指纹。
（使用棱镜片代替棱镜的光学指纹采集器）
与以往的指纹采集技术相比，光学指纹识别提高了指纹采集和识别的效率。 但是指纹锁正式版，光学指纹识别也有一个缺点，那就是手指表面的清洁度要求很高——如果手指沾染上灰层或油脂，可能会影响指纹识别的效果。
固态指纹识别技术：手机的“标配”
20世纪80年代和90年代，固态指纹识别技术的发展大大降低了指纹采集器的体积和成本。 固态指纹采集器最大的优点就是可以做的很薄很小，非常适合手机等各种移动设备，而且在指纹识别图像质量上完全可以和光学指纹识别相媲美. 蓝宝石保护层等技术的出现弥补了固态指纹识别技术的不足，大大提高了指纹读取器的耐用性。
(4) 固态指纹传感器：为什么手指湿了指纹无法解锁？ 原因在这里
固态指纹传感器可分为电容式指纹传感器、射频指纹传感器、超声波指纹传感器等。
1.电容式指纹传感器
传感器是将难以识别和处理的非电量转化为易于识别和处理的电量的装置。 然而，对于指纹传感器，传感器实际上测量的是距离。 就像下图一样，传感器在指纹上取点，有的点落在指纹的脊上，有的落在凹槽上。 落在垄上的距离短，落在沟里的距离长。
