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    什么是屏下指纹技术--屏下指纹识别原理解析

    21-09-16

      指纹识别解锁已经成为大部分智能手机的默认方案。从技术角度来说,目前指纹识别有电容、光学和超声波等几种解决方案。而从iPhone5S开始,电容指纹识别方案成为主流,目前几乎所有手机的指纹识别都是电容方案。其工作原理是,利用手机Home键或机身背部的电容传感器,来采集使用者手指纹路信息。在电容方案中加入热敏传感器,就能实现活体检测功能。


      体积小、成本低廉且解锁迅速,电容方案因此成为智能机的首选解锁方式。不过,自从三星的GalaxyS8开始普及「全面屏」概念,前置电容指纹识别方案就遇到了问题:很难在屏幕下放置电容指纹识别传感器来识别用户指纹。


      电容方案折戟,很多公司只能将精力放在其他穿透力更强的解决方案上,例如超声波和光学方案。光学方案指的是,在屏幕下方设置光学传感器,通过发出近红外光来识别用户的指纹纹路,其思路和苹果的结构光方案类似。而超声波方案,顾名思义,就是在屏幕下方设置超声波传感器,通过超声波完成指纹识别工作。前几天刚发布的vivoX21就是屏下指纹方案,此机一发布,立刻应发了业内对屏下指纹的探讨;


      指纹识别技术是目前最主流的生物识别方式,其应用普及程度远超其他识别手段,比如虹膜识别、静脉识别、人脸识别。随着工业设计的进一步发展,对技术的要求也越来越高,传统的指纹解锁技术不能满足更苛刻的工艺水平要求。这也是屏下指纹解锁诞生的原因之一,VIVO、OPPO等手机品牌正在完善这一技术,未来或可运用于指纹门锁中。


      下指纹识别是什么


      由于全面屏概念的流行,传统指纹解锁无论采用正面刮擦或按压方式解锁,还是采用背面解锁,都会影响手机等智能设备的外观。指纹识别需要指纹采集窗,势必会影响屏占比,因此屏下指纹应运而生。


      屏下指纹识别技术,也叫隐形指纹技术。是通过屏幕玻璃下方完成指纹识别解锁过程的新技术,主要利用超声波、光学等穿透技术,可以穿透各种不同的材质,从而达到识别指纹的目的。


      所谓屏下指纹,正是指的在屏幕以下完成的识别技术,无需手指与指纹模块接触。


      该技术最被看好的是超声波指纹识别手段,可以真正意义上实现屏下指纹解锁,直接在屏幕上解锁,不需要背部指纹感应凹口,也不需要前置指纹感应装置,甚至在水下也能实现指纹解锁过程。


      此前热传的IPhone新机子将搭载屏下指纹技术,随着IPhone8、IPhoneX的发布,被证实并没有采用,而是采用了人脸识别技术。


      屏下指纹识别技术功能特点详解


      屏下指纹识别相比传统指纹识别,其优势很明显,也是未来指纹识别的一大发展方向。


      1.屏下指纹识别能大幅提升屏占比


      目前的手机、指纹锁等设备宣传的全面屏是指屏占比达到百分之八十以上的设计,实际上极少有手机达到该比例要求,即使是百分之八十的屏占比,也只是相对来说的全面屏,采用指纹识别依然会占据一部分面积,当然背部识别是一个较为妥协的解决方案,但是操作上比较反人类,也影响了一体化设计,操作体验也不佳,不符合未来工业设计的要求。


      因此屏下指纹识别可以进一步提升屏占比,促进全面屏真正普及。


      2.操作更加卫生


      屏下指纹识别无需接触指纹模块,因此不会留下指纹痕迹,不会残留油污。可以较大程度降低手指污垢、油脂以及汗水对解锁的影响,让指纹解锁更加卫生。


      更加卫生的操作方式,也是屏下指纹技术的一大特点。


      3.识别更稳定


      适应不同的使用环境。传统的指纹识别,由于受到油污、污垢、遮挡物以及极端环境的影响,指纹识别过程有偏差,容易识别失败,而屏下指纹识别则有望解决该难题,通过穿透识别技术,即使在水下,也能完成识别过程,可以在多个使用场景中正常使用。


      光学屏下指纹依然存在一些问题


      首先,由于目前的光学屏下指纹技术仍然是基于光学技术,所以,其同样存在传统的光学指纹识别技术面对干手指识别率低(拒真率高)的问题。也就是说,在冬天或者寒冷环境下,用户通过光学屏下指纹进行解锁时,可能会较高概率的出现解锁失败的情况。当然,随着现在指纹识别算法的进步,已经有了类似于3d降噪的自学习图像算法功能,干指纹的影响可能会减小很多。不过,手机屏幕贴保护膜,以及外界的干扰也会光学屏下指纹的识别率。


      其次,相对于传统的指纹识别,光学屏下指纹没有了手指检测的功能,需要通过手机的动作来判定,这个可能会和iPhonex一样出现需要反复激活识别功能的问题,比如某媒体的体验视频中,手机需要晃动手机激活指纹才识别。


      第三,光学屏下指纹在贴合工艺上需要管控sensor到屏之前的距离,既“焦距”,如果控制的不好(比如胶的厚度控制,是否均匀),这或将导致初期有较高的不良率。另外,正如前面所说,光学方案贴合还需要在屏背面挖出一个透光区域,对显示效果会有影响;同时,前面提到的LOWPPI处理也将会对指纹识别区域的显示效果造成一定的影响,当然这个影响应该还是在可接受范围之内。


      第四,我们都知道,OLED屏幕有一个缺陷就是容易烧屏,即在一个像素长时间显示同一个色彩时,像素颗粒就会老化,导致将来在显示其他内容时,会出现当初长时间显示图像的残影,并且这一过程是不可逆的。所以大家平时在使用搭载OLED手机的时候,要尽量避免开启最高亮度和长时间显示同一图像。而这也正是vivo的屏下指纹手机没有采用熄屏状态下也提示指纹识别区域的最大原因。不过,即便如此,指纹解锁作为每天用户最为常用的功能,手机的指纹识别区域像素点的使用也更为频繁,在长期使用后,可能会比其他区域更容易老化。


      第五,功耗方面,光学屏下指纹的功耗要比传统指纹识别要高很多,比如指纹识别的过程需要瞬间提高识别区域的亮度等,这些都需要软件来配合合理的进行功耗的控制。


      屏下指纹未来前景如何?


      目前,可以实现屏下指纹的目前除了光学之外,超声波也是一个可行的方向。去年高通就推出了其超声波屏下指纹技术。此外,今年FPC还宣布了其屏幕内全屏指纹方案,其似乎也是基于超声波技术的。


      不过,从目前多数指纹识别厂商的动向来看,光学屏下指纹进展最快,并且也是多次厂商选择的方向。除了此次的synaptics和早在2017年MWC上就展示其光学屏幕内指纹识别技术的汇顶之外,费恩格尔、迈瑞微、信炜科技等众多国产指纹芯片厂商都在积极研发基于光学的屏内指纹识别技术。不过,由于光学屏下指纹需要OLED屏厂资源支持,所以国产厂商的量产时间大都比原来预期的推后了。


      更为关键的是,一向被视为行业风向标的苹果,去年发布的iPhoneX采用了3D面部识别方案(FaceID)来取代了指纹识别(TouchID)。这也使得业界出现了一种观点,认为指纹识别终将会被面部识别所取代。而这也对于屏下指纹的发展造成了一些不利影响。


      不过,从市场对于苹果FaceID的反馈来看,虽然确实很便捷,但是也存在着不少的问题。外界对于FaceID的吐槽也是非常多。


      屏下指纹识别技术更加稳定高效,识别场景更广泛。


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