屏下指纹 【前沿技术】什么是屏下指纹技术--屏下指纹识别原理解析

指纹识别解锁已经成为大多数智能手机的默认方案。从技术角度来说，指纹识别有几种解决方案，比如电容、光学、超声波。从iPhone 5S开始，电容式指纹识别成为主流。目前几乎所有的手机指纹识别都是电容式的。其工作原理是利用手机的Home键或机身背面的电容式传感器采集用户的手指纹理信息。通过在电容方案中加入热传感器，可以实现活体检测的功能。

电容方案由于体积小、成本低、解锁快，成为智能手机首选的解锁方式。但是自从三星的Galaxy S8开始普及“全屏”的概念后，前置电容式指纹识别方案就遇到了问题:很难在屏幕下放置电容式指纹识别传感器来识别用户的指纹。

电容解决方案已经失败，很多公司只能专注于其他穿透力更强的解决方案，比如超声波和光学解决方案。光学方案是指在屏幕底部设置一个光学传感器，通过发射近红外光来识别用户的指纹纹，类似苹果的结构光方案。超声波方案，顾名思义，就是在屏幕底部设置一个超声波传感器，通过超声波完成指纹识别。日前刚发布的Vivo X21，就是屏下指纹方案。这款机器一发布，马上就要发出业内关于屏下指纹的讨论；

指纹识别技术是目前最主流的生物识别方法，其应用普及程度远远超过虹膜识别、静脉识别、人脸识别等其他识别方法。随着工业设计的进一步发展，技术要求越来越高，传统的指纹解锁技术已经不能满足更严格的技术要求。这也是屏幕下指纹解锁诞生的原因之一。VIVO、OPPO等手机品牌正在完善这项技术，未来可能会应用于指纹门锁。

什么是指纹识别

由于全屏幕概念的普及，传统的指纹解锁无论是正面刮按解锁还是背面解锁都会影响手机等智能设备的外观。指纹识别需要一个指纹采集窗口，必然会影响屏幕比例，于是屏幕下的指纹就产生了。

屏幕指纹识别技术，也叫隐形指纹技术。是通过屏幕玻璃底部完成指纹识别和解锁过程的新技术。主要采用超声波、光学等穿透技术，可以穿透各种材料，达到指纹识别的目的。

所谓屏下指纹是指在屏幕下方完成的识别技术，手指不接触指纹模块。

最受青睐的技术是超声波指纹识别，它可以真正在屏幕下直接在屏幕上解锁指纹，不需要背面指纹传感缺口和正面指纹传感装置，甚至可以在水下实现指纹解锁过程。

此前，新款IPhone将配备屏下指纹技术。随着IPhone8和IPhoneX的发布，已经确认没有采用人脸识别技术。

详细说明屏幕指纹识别技术的功能特点

与传统的指纹识别相比，屏下指纹识别具有明显的优势，也是未来指纹识别的一个主要发展方向。

1.屏幕指纹识别可以大大提高屏幕比例

目前手机、指纹锁等设备推广的综合屏是指屏幕比例在80%以上的设计。其实很少有手机符合这个比例的要求。即使屏幕比例是80%，也只是比较全面的屏幕，指纹识别还是会占据一部分面积。当然背认是比较折中的解决方案，但是在操作上是反人类的，也影响了一体化设计，操作体验也不好，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增加屏幕的比例，促进全屏的真正普及。

2.手术更卫生

屏幕下的指纹识别不需要触摸指纹模块，不会留下指纹痕迹和油渍。可以大大降低手指污垢、油脂、汗液对解锁的影响，使指纹解锁更加卫生。

更卫生的操作模式也是屏下指纹技术的一大特色。

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、障碍物和极端环境的影响，在指纹识别过程中存在偏差，容易失败，而屏下指纹识别有望解决这一问题。通过渗透识别技术，即使在水下也能完成识别过程，可以在多种使用场景下正常使用。

光屏下指纹还是有些问题

首先，由于目前光屏下的指纹技术仍然是基于光学技术，所以也存在传统光学指纹识别技术所面临的干手指识别率低的问题。也就是说，在冬天或者寒冷的环境下，当用户通过光屏下的指纹解锁时，解锁失败的概率可能很大。当然，随着指纹识别算法的发展，出现了类似于3d降噪的自学习图像算法功能，干指纹的影响可能会降低很多。但是手机屏幕上的保护膜和外界的干扰也会影响光屏下的指纹识别率。

其次，与传统的指纹识别相比，光屏下的指纹没有手指检测功能，需要通过手机的动作来判断。这可能和iPhonex有同样的问题，需要反复激活识别功能。比如在某媒体的体验视频中，手机需要晃动手机激活指纹才能识别。

再次，在光学屏下指纹的拟合过程中，需要控制传感器到屏幕正面的距离，即“焦距”。如果控制不好，可能会导致初期次品率较高。另外，如前所述，光学方案还需要在屏幕背面挖出一个透明区域，会影响显示效果；同时，前面提到的LOW PPI处理也会对指纹识别区域的显示效果产生一定的影响，当然这种影响应该还是在可以接受的范围内。

第四，众所周知，OLED屏幕有一个缺陷就是容易烧伤，就是当一个像素长时间显示同一个颜色时，像素粒子会老化，导致以后显示其他内容时，长时间显示的原始图像的残像，这个过程是不可逆的。所以在使用配有OLED的手机时，大家都要尽量避免开启最高亮度，长时间显示同样的图像。而这也是活体指纹手机屏幕不关闭时提示指纹识别区的最大原因。但即便如此，指纹解锁是用户每天最常用的功能，手机指纹识别区域的像素使用频率更高，长期使用可能比其他区域更容易老化。

第五，在功耗方面，光屏下指纹的功耗远高于传统指纹识别。比如指纹识别的过程需要瞬间提高识别区域的亮度，这就需要软件合理控制功耗。

屏幕指纹的未来前景如何？

目前，除了光学，超声也是实现屏下指纹的一个可行方向。高通去年推出了屏下超声指纹技术。此外，今年FPC还宣布了其全屏指纹方案，这似乎也是基于超声波技术。

但从目前大多数指纹识别厂商的趋势来看，光屏下的指纹进步最快，也是很多厂商选择的方向。除了synaptics及其光学屏幕指纹识别技术的融合早在2017年的MWC，国内很多指纹芯片厂商如Feienger、迈瑞、信威科技等都在积极开发光学屏幕指纹识别技术。但由于光屏下的指纹需要OLED屏厂资源的支持，国内厂商的量产时间大多比原先预计的要晚。

更有甚者，一直被视为行业风向标的苹果，在去年发布的iPhone X中，采用了3D人脸识别方案，而不是指纹识别。这在业内引发了一种观点，即指纹识别最终将被面部识别取代。这对屏下指纹的发展也有一定的不利影响。

但是从市场对苹果Face ID的反馈来看，虽然真的很方便，但是还是有很多问题。有很多人唾弃Face ID。

屏下指纹识别技术更加稳定高效，识别场景更广。

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