超能课堂(154):聊聊光学屏下指纹与超声波指纹识别

2018-9-20 17:18  |  作者:孟宪瑞   |  关键字:超能课堂,指纹识别,屏下指纹识别,超声波

全面屏时代已经没有空间留给实体Home键了,后置指纹识别又被消费者吐槽(虽然技术上没问题了),指纹识别技术也要随之改变,现在主要的解决方案就是屏下指纹(也叫屏幕指纹),技术方向上主要有光学及超声波这两种,也是我们超能课堂今天的重点。

本文约3260字,需5分钟阅读

密码是保护用户资料及财产安全的关键,只是设置密码这事一直让人纠结,简单好记意味着不安全,想要安全就要使用复杂的高强度密码,只是记住不同的密码实在太难了,所以指纹识别手机问世之后迅速得到认可,自从2013年iPhone 5s整合指纹识别为Touch ID之后,指纹识别现在已经是智能机必备功能,哪怕是入门机也是有指纹识别的。苹果是智能手机厂商中第一个大规模应用指纹识别的,但也是第一个放弃指纹识别的,现在改刷脸认证了,不过安卓厂商这次没有完全跟随苹果,有些厂商押注了屏下指纹识别,目前来看他们有可能走对了。

现在来看,iPhone 5s手机是近几年来智能手机转折的一个重要标志,它在先进技术上至少有两处领先,一个是64位处理器,一个是指纹识别,这两个技术都花了安卓厂商一年多时间才追上来.这几年中指纹识别技术也多次迭代升级,从正面指纹识别到背面指纹识别,现在又回到了正面指纹识别,但不再是Home键,推动它进步的也不是识别率、识别速度等技术因素了,而是出于全面屏的要求。

关于指纹识别,今天这篇超能课堂里不再详细介绍现在的电容式指纹识别技术了,它已经很成熟了,解锁速度、识别率已经不是问题,芯片、传感器的成本也足够让低端手机用起来无压力。现在的问题是人们对智能手机的要求变得更高了,全面屏时代已经没有空间留给实体Home键了,后置指纹识别又被消费者吐槽(虽然技术上没问题了),指纹识别技术也要随之改变,现在主要的解决方案就是屏下指纹(也叫屏幕指纹),技术方向上主要有光学及超声波这两种,也是我们超能课堂今天的重点。


指纹识别手机发展路线图(国元证券研究中心)

为什么需要屏下指纹识别?全面屏时代的必然选择

自从iPhone 5s之后,指纹识别产业进入了高速发展期,电容式指纹识别在解锁速度以及成功率上不断进步,体验上已经没什么问题了,本来正值盛年,但是无奈遇上了全面屏升级,现在大家都在追求接近100%的屏占比,正面已经没有空间留给电容式指纹识别了,2020年预计全面屏手机渗透率达到85%以上,届时电容式指纹识别也不会消亡,但只能存在于部分后置指纹识别的低端手机中,屏下指纹识别技术将成为主流。

在这次的生物识别技术升级中,苹果毅然放弃了指纹识别,在iPhone X上使用了3D结构光技术,进入了刷脸时代,从技术进步来说苹果的3D结构光很先进,直到一年后的今天安卓阵营也没几台3D结构光的手机,这个情景有点像当年的iPhone 5s。

但是3D结构光的好评可没有当年的指纹识别那么高,人脸识别技术识别速度太快、太慢或者太准、太不准都是个问题,而且从操作习惯上看,刷脸是不如按手指那么自然的,而且指纹识别是个主动的识别过程,刷脸认证不是手机用户主动控制的,所以iPhone X的人脸识别备受争议,吐槽的人跟叫好的人都大有人在。

由于苹果在3D结构光技术上也跟当年指纹识别技术一样直接收购了市场上技术最好的厂商,导致安卓阵营短时间追不上苹果,但这次安卓厂商的选择也多了,因为不跟随苹果上3D结构光的厂商也很多,Vivo、华为、OPPO、小米、魅族等中国公司也押注了屏下指纹识别技术,其中Vivo做到了全球首发屏下指纹识别手机。

屏下指纹识别路线之争:光学指纹、超声波指纹

在全面屏时代,前置指纹识别没空间、后置指纹识别没逼格,厂商的选择就只有屏下指纹识别了,目前来说主要的技术路线有光学指纹识别和超声波指纹识别,现在商业化的屏下指纹识别几乎都是光学指纹别,超声波指纹识别技术由高通领头,其实在两年前的小米5s上使用过,但是这个技术依然不成熟,至少今年内都没戏。

光学屏下指纹识别:率先商业化,体验在改进

如果单纯说光学指纹识别,那这种技术早就大量应用了,指纹考勤机就是传统光学指纹识别的代表,但这种光学指纹识别方案体积大,也不需要考虑电池等因素,跟智能手机使用的光学指纹识别方案也是不一样的,我们这里所指的是后一种。

智能手机使用的光学屏下指纹放弃了传统光学系统,改用智能手机屏幕作为光源,因此自发光的OELD屏幕是光学屏下指纹手机的最佳拍档,LCD屏幕因为需要LED背光模组,不太适合光学屏下指纹,真要做的话技术难度、成本就比较高了,目前还不实用。

光学屏下指纹识别的原理就是按压OLED屏幕后,OLED产生的光线会照射手指纹理,然后光线再反射到屏幕下的指纹识别传感器上,产生指纹图像。这个过程说起来简单,但是光学指纹识别要涉及到光学透镜系统、传感器芯片、盖板玻璃、OELD屏幕,研发中要涉及多个供应商。

光学指纹识别其实也有两种路线之分,我们常说的屏下指纹识别的屏下就是Under Display方案,指纹模组在OILED屏幕下方,另一种方案是In Display,就是把指纹识别传感器整合到屏幕中,这个方向是未来的屏幕指纹识别的趋势,不过现在的技术还做不到量产。

光学屏下指纹识别技术虽然今年初才正式商业化量产,但是发展速度很快,抗干扰性、稳定性都比较好,但是问题也不少,技术原理决定了光学指纹识别要学穿透屏幕及玻璃,所以识别速度、准确率不如电容式指纹识别,借助OLED屏幕发光也会导致OLED屏幕特定区域一直发光,不仅会增加功耗,还对OLED屏幕寿命有影响。

超声波指纹别:技术体验好,商业量产进展慢

除了光学屏下指纹识别之外,还有一种体验更好的屏幕指纹识别技术,那就是超声波指纹识别,它的原理跟光学指纹识别不同,不依赖屏幕发光,而是传感器主动发出超声波,穿透屏幕及玻璃达到人体皮肤,然后接收反射回来的信号,利用指纹表面与空气密度的不同从而构建出3D指纹图像,与指纹信息做比对。

那么超声波指纹识别的优点就来了,首先是超声波穿透性强,因此不需要担心皮肤表面的水渍、污渍影响,识别率高,还能湿手检测,而且超声波能够穿透皮肤,不像光学指纹识别那样只能检测表皮。

算起来超声波指纹识别的(伪)量产时间比光学指纹识别其实更早,乐视在2016年1月、小米在2016年9月就推出了超声波指纹识别手机,不过这两款手机的指纹识别体验都不够好,主要还是当时的技术限制,超声波穿透距离有限,不过随着技术进步,超声波指纹识别对屏幕厚度的要求不断低,高通去年在上海MWC展会上发布了第二代超声波指纹识别技术,已经可以穿透0.8mm的玻璃、0.65mm的金属、1.2mm的OLED屏幕了。

说到这一点,大家可能会注意Vivo在指纹识别技术真的是个神奇的公司了,以往大家认为Vivo不重视技术,但实际上Vivo是高通第二代超声波指纹识别技术的首发厂商,Xplay 6上已经应用了该技术,而今年Vivo又是光学指纹识别的首发厂商,在这两个方向上都做到了第一。

不过超声波指纹识别目前的问题在于还不够成熟,之前小米、乐视抢先推出超声波指纹识别手机更多地是出于营销考虑,从体验上来说还不到时候,直到目前超声波指纹识别技术还没有真·量产,现在的消息是明年的三星Galaxy S10手机上会使用超声波指纹识别技术,看样子明年是超声波指纹识别技术的一次爆发了。

总结:屏下指纹识别最好的时刻还没来


三种指纹识别技术的优缺点比较

对于电容式指纹识别、光学指纹识别、超声波指纹识别来说,前者体验比较好,技术成熟,但在全面屏时代不受待见,被外貌党嫌弃了,以后只能停留在中低端手机上了。全面屏手机会转向光学指纹识别及超声波指纹识别,目前首发的是光学屏下指纹识别,但它的限制还是挺多的,离不开OLED屏幕也是个大问题,超声波指纹识别技术上更好一些,但是目前还不能大规模量产,成本及功耗也比较高,未来应该是在旗舰级智能手机上率先使用。

此外,屏下指纹识别是安卓厂商跟苹果掰腕子的一次机会,现在苹果已经转向了3D结构光技术,但是苹果在指纹识别技术上一直保持投入,其实并没有完全放弃这个方向,一旦苹果认为技术成熟了,那么杀个回马枪也是很有可能的,真需要的话,2020年就能实现了。


  • 游客  09-21 17:47

    看了下对比的表格 超声波的 有点耗电 如果耗电做的比电容的低就更好了

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    21#

  • 游客  09-21 16:26

    Honami 博士 :

    所以还是侧边指纹最合理,不占用正面屏幕,又是电容式成本低廉,准确性也不差。这点索尼开创了却没有发扬光大,说实话指纹识别放在手机背后真的挺反人类的,想象下你手机下面叠着个充电宝,要开机还要先挪开。。。
    09-21 09:29 已有1次举报
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  • 居然有人把手机正面朝上放在桌上?也太撒逼了!正常人都是反面放在桌上,背面指纹正好!

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    20#

  • 游客  09-21 14:57

    这文章干货不少,小编666,给好评!

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    19#

  • 游客  09-21 11:54

    麻烦用iPhonex的朋友解答一下,假设场景:用电脑,手机放在右前方桌面手边,来个信息,是按一下就解锁了还是需要抬一下手机对一下脸?

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    18#

  • heqi博士 09-21 09:58

    Honami 博士 :

    所以还是侧边指纹最合理,不占用正面屏幕,又是电容式成本低廉,准确性也不差。这点索尼开创了却没有发扬光大,说实话指纹识别放在手机背后真的挺反人类的,想象下你手机下面叠着个充电宝,要开机还要先挪开。。。
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  • 手机放在桌面,想瞄一眼手机(网页、微信啥的),背后指纹的话,还要把手机提起来解锁,正面或侧面就没这个烦恼

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    17#

  • heqi博士 09-21 09:55

    Honami 博士 :

    所以还是侧边指纹最合理,不占用正面屏幕,又是电容式成本低廉,准确性也不差。这点索尼开创了却没有发扬光大,说实话指纹识别放在手机背后真的挺反人类的,想象下你手机下面叠着个充电宝,要开机还要先挪开。。。
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  • seafood 高中生 :

    但是侧面指纹对习惯左手的人来说会很不习惯
    09-21 09:34
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  • 可以设食指或中指(……)的指纹啊,那就顺手了,不过手不够大就另说

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    16#

  • seafood高中生 09-21 09:34

    Honami 博士 :

    所以还是侧边指纹最合理,不占用正面屏幕,又是电容式成本低廉,准确性也不差。这点索尼开创了却没有发扬光大,说实话指纹识别放在手机背后真的挺反人类的,想象下你手机下面叠着个充电宝,要开机还要先挪开。。。
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  • 但是侧面指纹对习惯左手的人来说会很不习惯

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    15#

  • Honami博士 09-21 09:29

    所以还是侧边指纹最合理,不占用正面屏幕,又是电容式成本低廉,准确性也不差。这点索尼开创了却没有发扬光大,说实话指纹识别放在手机背后真的挺反人类的,想象下你手机下面叠着个充电宝,要开机还要先挪开。。。

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    14#

  • 孟宪瑞管理员 09-21 09:25

    游客:

    vivo的指纹技术都是供应商的东西,怎么变成自己的了?
    09-20 20:34 已有3次举报
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  • 游客:

    供应商开发的成本里面有vivo赞助!
    09-20 22:29
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  • 不只是赞助的问题,现在智能手机新技术开发风险很大,有些厂商愿意投入,除了出钱还要参与技术研发,更要承担风险,当然做成了首发的收益也很大,vivo在指纹识别技术上投入就很大。

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    13#

  • 游客  09-21 08:19

    之前买的小米5s用的超声波指纹识别 我呸~~~~ 吹的比做的要好多了

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    12#

  • 游客  09-21 00:39

    望星喵 一代宗师 :

    总觉得……2020年要实现的东西好多啊……
    09-20 18:16
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  • cnbeta 研究生 :

    你在暗示什么?
    09-20 18:48
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  • 2020年要全面建成小康社会

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    11#

  • 游客  09-20 23:08

    超声波指纹,小米5S被喷得一脸屎,现在手上的荣耀10同样是超声波指纹,体验非常糟糕,反应慢得要死。

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    10#

  • 游客  09-20 22:38

    游客:

    vivo的指纹技术都是供应商的东西,怎么变成自己的了?
    09-20 20:34 已有3次举报
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  • 又一个被罗锤子忽悠瘸的

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    9#

  • 游客  09-20 22:29

    游客:

    vivo的指纹技术都是供应商的东西,怎么变成自己的了?
    09-20 20:34 已有3次举报
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  • 供应商开发的成本里面有vivo赞助!

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    8#

  • 游客  09-20 21:31

    游客:

    vivo的指纹技术都是供应商的东西,怎么变成自己的了?
    09-20 20:34 已有3次举报
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  • 基础元器件都是各供应商的,然而如何组合及优化,这就是厂家设计问题了。看起来vivo的屏下指纹毫无技术含量,恰恰就是最需要技术积累的。

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    7#

  • luoxda教授 09-20 21:10

    itck 终极杀人王 :

    关于指纹,其实要关注一下华为mate7,虽然这个是后置式指纹(当然也没有按压),但是他才是第一个把指纹识别做到“可用”状态的非苹果主流智能手机。谁说外观上“借鉴”了HTC one max(HTC那时候已经开始咸鱼化了),但mate7身上其实亮点挺多的,对于当时的市场,一台双卡双待,全金属机身,带可用的指纹识别(区别于HTC one max)的大屏幕手机,基本上仅此一台。
    09-20 19:23 已有6次举报
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  • 用了好几年Mate8,觉得后置指纹其实挺好用的

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    6#

  • QQ23870862一代宗师 09-20 21:06

    这玩意不错!就不知道准确率高不?

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    5#

  • 游客  09-20 20:34

    vivo的指纹技术都是供应商的东西,怎么变成自己的了?

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    4#

  • itck终极杀人王 09-20 19:23

    关于指纹,其实要关注一下华为mate7,虽然这个是后置式指纹(当然也没有按压),但是他才是第一个把指纹识别做到“可用”状态的非苹果主流智能手机。谁说外观上“借鉴”了HTC one max(HTC那时候已经开始咸鱼化了),但mate7身上其实亮点挺多的,对于当时的市场,一台双卡双待,全金属机身,带可用的指纹识别(区别于HTC one max)的大屏幕手机,基本上仅此一台。

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    3#

  • cnbeta研究生 09-20 18:48

    望星喵 一代宗师 :

    总觉得……2020年要实现的东西好多啊……
    09-20 18:16
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  • 你在暗示什么?

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    2#

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