小米5s采用的超聲波指紋識別技術是種怎樣的科技？ 2016年09月23日09:52 來源：比特網(wǎng)|
近日，IHSTechnology中國研究總監(jiān)王陽@Kevin王的日記本發(fā)微博爆料稱：“供應鏈顯示，小米5S采用了高通的超聲波指紋識別技術，把傳感器隱藏在了玻璃下面，手機玻璃蓋板上沒有打孔。這是業(yè)內(nèi)首款“UnderGlass”指紋識別手機?！?
不久，前媒體人，現(xiàn)小米市場團隊員工臧智淵在微博發(fā)布消息：“你們對小米的下一款旗艦機有什么要求？”在隨后答復網(wǎng)友的留言時他表示：小米5s將前置超聲波指紋識別已經(jīng)確認了。小米5s采用的領先iPhone7的超聲波指紋識別技術究竟是種怎樣的黑科技？有多牛逼呢？本文將通過解析指紋識別技術告訴你答案。
詳解常見的四種指紋識別技術
一個典型的指紋識別系統(tǒng)應該包括：指紋識別Sensor特征提取/匹配模塊特征模板庫應用軟件。而指紋的匹配可分為兩步，首先是采集待驗證的指紋的特征，然后將其和指紋模板庫中的模板指紋進行相似度比較，從而判斷兩個指紋圖像是否來自同一手指。
在指紋識別的第一步就是指紋采集，以蘋果的TouchID和三星GalaxyS5為代表的兩種指紋采集方式恰好就是典型代表。
指紋識別采集方式
1、滑動式
將手指從傳感器上劃過，系統(tǒng)就能獲得整個手指的指紋。手指按壓上去時，無法一次性采集到完整圖像。在采集時需要手指劃過采集表面，對手指劃過時采集到的每一塊指紋圖像進行快照，這些快照再進行拼接，才能形成完整的指紋圖像。
滑動式的優(yōu)點是成本低、易集成，可采集大面積的圖像，應用傳統(tǒng)的特征點算法，但缺點是需要客戶有一個連貫規(guī)范動作采集圖像，體驗效果比較差，在之前的應用推廣中不太成功。
2、按壓式
手指平放在設備上以便獲取指紋圖像。一般為了獲得整個手指的指紋，必須使用比手指更大的傳感器，整個手指同時按壓在傳感器之上。
按壓式的優(yōu)點是客戶體驗好，只用一次按壓就可以采集圖像，與客戶在手機應用的操作習慣匹配，無須教育客戶。缺點是：成本高，集成難度大，一次采集圖像面積相對較小，沒有足夠的特征點，需要用復雜的圖像比對算法進行識別。
指紋的采集從用戶角度就分為滑動和按壓，那么，指紋圖像的獲取又有那些方式？
指紋圖像的獲取技術
1、光學識別技術
原理：
借助光學技術采集指紋是歷史最久遠、使用最廣泛的技術。將手指放在光學鏡片上，手指在內(nèi)置光源照射下，用棱鏡將其投射在電荷耦合器件(CCD)上，進而形成脊線(指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線)呈黑色、谷線(紋線之間的凹陷部分)呈白色的數(shù)字化的、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖像。
優(yōu)點：
它已經(jīng)過較長時間的應用考驗，一定程度上適應溫度的變異，可達到500DPI的較高分辨率等，最主要是價格低廉。也有明顯的缺點：由于要求足夠長的光程，因此要求足夠大的尺寸，而且過分干燥和過分油膩的手指也將使光學指紋的效果變壞。
缺點：
光學指紋傳感局限性體現(xiàn)于潛在指印方面(潛在指印是手指在臺板上按完后留下的)，不但會降低指紋圖像的質(zhì)量，嚴重時還可能導致2個指印重疊。此外，臺板涂層及CCD陣列會隨時間推移產(chǎn)生損耗，可能導致采集的指紋圖像質(zhì)量下降。
光學指紋識別系統(tǒng)由于光不能穿透皮膚表層(死性皮膚層)，所以只能夠掃描手指皮膚的表面，或者掃描到死性皮膚層，但不能深入真皮層。在這種情況下，手指表面的干凈程度，直接影響到識別的效果。如果，用戶手指上粘了較多的灰塵，可能就會出現(xiàn)識別出錯的情況。并且，如果人們按照手指，做一個指紋手模，也可能通過識別系統(tǒng)，對于用戶而言，使用起來不是很安全和穩(wěn)定。
此外，光學傳感器中存在棱鏡，其體積較大，一般為半導體的幾倍甚至10倍大小，所以限制了其在小型設備上的應用。在類似機、等大設備上使用沒有體積限制的問題，但在U盤、移動硬盤、手持設備上使用，體積成了最大的障礙。
2、半導體硅感技術（電容式技術）
原理：
20世紀90年代后期，基于半導體硅電容效應的技術趨于成熟。硅傳感器成為電容的一個極板，手指則是另一極板，利用手指紋線的脊和谷相對于平滑的硅傳感器之間的電容差，形成8bit的灰度圖像。電容傳感器發(fā)出電子信號，電子信號將穿過手指的表面和死性皮膚層，直達手指皮膚的活體層（真皮層），直接讀取指紋圖案。由于深入真皮層，傳感器能夠捕獲更多真實數(shù)據(jù)，不易受手指表面塵污的影響，提高辨識準確率，有效防止辨識錯誤。
小米5s采用的超聲波指紋識別技術是種怎樣的黑科技？
半導體電容傳感器根據(jù)指紋的嵴和峪與半導體電容感應顆粒形成的電容值大小不同，來判斷什么位置是嵴什么位置是峪。其工作過程是通過對每個像素點上的電容感應顆粒預先充電到某一參考電壓。當手指接觸到半導體電容指紋表現(xiàn)上時，因為嵴是凸起、峪是凹下，根據(jù)電容值與距離的關系，會在嵴和峪的地方形成不同的電容值。然后利用放電電流進行放電。因為嵴和峪對應的電容值不同，所以其放電的速度也不同。嵴下的像素（電容量高）放電較慢，而處于峪下的像素（電容量低）放電較快。根據(jù)放電率的不同，可以探測到嵴和峪的位置，從而形成指紋圖像數(shù)據(jù)。
優(yōu)點：
半導體硅感技術最重要的優(yōu)點是能夠達到活體指紋識別。還可以在較小的表面上獲得比光學技術更好的圖像質(zhì)量，在1cm×1.5cm的表面上獲得200-300線的分辨率（較小的表面也導致成本的下降和能被集成到更小的設備中）。體積小、成本低，成像精度高，而且耗電量很小，因此非常適合在安全防范和高檔消費類電子產(chǎn)品中使用，被稱為光學以后的第二代指紋識別技術。
缺點：
半導體硅感技術也有缺點，就是會受靜電干擾，但可以通過安裝時接地解決。半導體電容指紋傳感器因制造工藝復雜，單位面積上傳感單元多，包含高端的，IC設計技術、大規(guī)模集成電路制造技術、IC芯片封裝技術等，所以電容指紋傳感器幾乎全部是由IC技術發(fā)達的國家或地區(qū)，如美國、歐洲、臺灣等地設計制造的。所以以前成本較昂貴，近年來成本大幅度下降，與光學傳感器的成本日益接近，是目前最理想的指紋識別技術。如銀行金庫和監(jiān)獄等高危安保場所安防門禁系統(tǒng)，采用半導體硅感識別技術的指紋機用于門禁前端活體指紋識別，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的密碼、刷卡、光學指紋機，從而真正做到身份識別的惟一性，確保萬無一失。
上面已經(jīng)詳細介紹了目前較為常見的光學識別技術與半導體硅感技術，這兩種技術也分別廣泛應用于門禁和手機，除此之外，還有兩個使用還不是十分廣泛的傳感技術。
3、溫差感應式識別技術
溫差感應式識別技術是基于溫度感應的原理而制成的，每個像素都相當于一個微型化的電荷傳感器，用來感應手指與芯片映像區(qū)域之間某點的溫度差，產(chǎn)生一個代表圖像信息的電信號。它的優(yōu)點是可在0.1s內(nèi)獲取指紋圖像，而且傳感器體積和面積最小，即目前通常所說的滑動式指紋識別儀就是采用該技術。缺點是：受制于溫度局限，時間一長，手指和芯片就處于相同的溫度了。
小米5s采用的超聲波指紋識別技術是種怎樣的黑科技？
4、超聲波技術
超聲波指紋采集是一種新型技術，其原理是利用超聲波具有穿透材料的能力，且隨材料的不同產(chǎn)生大小不同的回波（超聲波到達不同材質(zhì)表面時，被吸收、穿透與反射的程度不同）。因此，利用皮膚與空氣對于聲波阻抗的差異，就可以區(qū)分指紋嵴與峪所在的位置。
小米5s采用的超聲波指紋識別技術是種怎樣的黑科技？
超聲波技術所使用的超聲波頻率為1×104Hz-1×109Hz，能量被控制在對人體無損的程度（與醫(yī)學診斷的強度相同）。超聲波技術產(chǎn)品能夠達到最好的精度，它對手指和平面的清潔程度要求較低，但其采集時間會明顯地長于前述兩類產(chǎn)品，而且價格昂貴。
后面的兩種傳感技術目前并不是很常見，但是超聲波技術卻十分值得關注。因為高通發(fā)布了基于超聲波技術的3D指紋SenseID3D指紋技術。高通的這項技術可以穿透表皮層，探測指紋的三維細節(jié)，因而讓難以仿制指紋侵入用戶手機，這樣的活體指紋識別增強了安全性；同時由于超聲波識別不受手指上可能存在的污物影響大大提高了指紋識別的易用性；超聲波能夠穿透由玻璃、鋁、不銹鋼、藍寶石或制成的智能手機外殼進行掃描能夠讓手機生產(chǎn)商可以將傳感器和設備融為一體，而不必將指紋識別單元單獨做成一個按鈕這種形式。因此，高通超聲波指紋識別顛覆TouchID值得期待。
通過本文的詳細介紹，對于指紋識別的認識已經(jīng)不再停留在按壓式采集和滑動式采集方式的差別。對于指紋采集技術的了解，能夠讓你對指紋采集系統(tǒng)有一個更加深入的了解，同時除了備受好評的TouchID之外，超聲波指紋識或?qū)⒊蔀橹悄軝C指紋識別的新選擇。
責任編輯：田文杰
