超能课堂(154)：聊聊光学屏下指纹与超声波指纹识别

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。