虹膜識別、人臉識別火爆，但指紋識別仍不可替代！

自從去年擁有超高屏佔比的全面屏手機小米MIX發布以來，現在全面屏已經成為眾多智能手機廠商競爭追逐的「風口」，不論是三星S8/Note 8、夏普S2，還是即將發布的蘋果iPhone 8、華為Mate10等高端旗艦機都無一例外的選擇了全面屏。不過，隨之而來也引發了一些爭議，比如該採用何種指紋識別技術（光學式屏內指紋還是超聲波指紋，亦或是後置指紋），甚至蘋果iPhone 8還傳出了將採用人臉識別技術代替指紋識別的消息。就目前來看，屏內指紋識別並不成熟，想通過其他生物識別方式來取代指紋識別也還為時尚早。預計在未來一年以內，後置Coating指紋識別方案仍將是全面屏手機的首選方案。

一、指紋識別技術簡介

1、指紋識別技術原理

胎兒期的四個月指紋開始逐漸形成，直到 14 歲指紋基本定型，之後主要是出現一些輕微變形，並且每個人的指紋紋路是唯一的。指紋識別技術就是利用紋路的唯一性，通過採集指紋圖像並進行比對指紋特徵來識別身份。

指紋的信息採集主要包括類型、坐標、方向等參數，然後輔以端點、分叉點、孤立點、短分叉、環等這些細節特徵。指紋的特徵分總體特徵和局部特徵，總體特徵是指人眼直接觀察到的特徵，如基本紋型、核心點、三角點、紋數等；局部特徵是指指紋上的節點，如分叉點、終止點、中心點、三角點等。以上特徵都會被用到指紋識別當中，但端點、分叉點用得較多，通常演算法都要記錄它們的位臵和方向。

用戶在使用指紋識別指之前需要先採集指紋，並對採集的指紋進行 DSP 圖像處理，生成細節清晰的指紋圖像。然後對指紋特徵進行提取，將提取的指紋特徵作為模板保存。在驗證階段，用戶首先要採集指紋，然後系統自動與指紋庫模板對比，並給出對比結果。

2、主流指紋識別技術分類

（1）電容式指紋識別

電容式指紋識別是利用手指皮膚表面作為一極，脊線和谷由於與晶元表面距離不同，形成不同的電容值，從而電容式指紋識別感測器獲取指紋圖像信息。

電容式指紋識別對於濕手指和臟手指的識別較弱，原因是手指或者晶元表面有水、汗液等雜物，使脊線和谷無法與感測器充分接觸，導致電容值偏弱。電容式指紋識別第一次採集指紋需要多次按壓，這是因為目前按壓式採集會有採集指紋面積小的問題，需要多次按壓拼出較大面積的指紋圖像。獲得合格的指紋圖像之後，還需要通過演算法對圖像進行強化和細化，獲得比較清晰的圖像，然後進行特徵提取。用戶之後再次使用指紋識別時，只要通過特徵點校對，手機就自動解鎖。

電容式指紋識別又分蓋板式、coating 鍍膜式、隱藏式三種。①蓋板是指晶元保護材料是藍寶石、玻璃或者陶瓷的電容式指紋識別；②Coating 鍍膜是指在指紋晶元表面鍍一層保護膜，相對於蓋板更容易磨損，但成本比較低；③隱藏式又分三種，Under Glass 需要在玻璃蓋板上挖盲孔，目前工藝要求高，良率比較低；In Glass 將 Sensor 融合進玻璃之中，工藝難度大，目前極少有廠商量產；Under Cover Glass 方案達到電容識別極限，目前效果一般。

（2）超聲波指紋識別

超聲波指紋識別的原理與聲吶類似，先發出超聲波，然後接收靠特定頻率的信號反射來探知指紋的具體形態，具體來講就是利用超聲波穿透材料的能力，根據不同材料產生的回波來區分指紋脊線與谷所在的位置。

超聲波指紋識別能夠穿透金屬，玻璃等材料，能夠在不開孔的情況下實現屏下指紋識別。同時，超聲波指紋識別受手指表面的污垢、水等的影響較小，依舊能夠準確識別。

目前超聲波指紋識別主要是高通在做。早在2015年的時候，高通就推出了自己的超聲波指紋識別技術。2016年9推出的小米5s就是首款採用此方案的智能手機產品，這也是超聲波指紋識別技術首次被成功運用於智能手機上。但是從用戶的反饋來看，其識別率還是存在一些問題，特別是對於干手指。而且超聲波指紋識別模組的成本也比較高。隨後的小米旗艦機也沒有繼續採用高通的超聲波指紋識別技術。

在今年的MWC上海展上，高通推出了新一代指紋識別技術，可以實現屏幕內指紋識別，並且能偵測心跳與血流。高通稱，其新的超聲波指紋識別技術已經可以穿透1.2mm的OLED屏、0.8mm的玻璃、0.65mm的金屬后蓋，這也意味著高通的第二代超聲波指紋識別可以放到金屬后蓋的裡面，而後蓋不需要開孔（可能需要減薄），就可以實現指紋識別。

不過，高通的第二代超聲波指紋識別目前尚未量產，特別是支持屏下指紋的超聲波方案，據說最快也要明年初才會上市。

（3）光學指紋識別

光學指紋識別是目前使用最廣泛的指紋識別技術，比如之前很多的考勤機、門禁都採用的就是光學指紋識別技術。它的原理是將手指放在光學鏡片上，手指在內臵光源照射下，用稜鏡將其投射在電荷耦合器件上，進而形成脊線呈黑色、谷呈白色的數字化的、可被指紋設備演算法處理的多灰度指紋圖像。但由於需要較長的光程和足夠大的尺寸，到目前為止在智能手機中使用較少。並且光學指紋識別只能掃描到死性皮膚層，不能深入真皮層所以容易受指紋的潔凈程度影響。

而現在新的光學指紋識別技術都主要是針對智能手機來做的，其拋棄了傳統的光學指紋的光學系統，轉而借用手機屏幕的光線來作為光源。這其中就分為了兩種類型，一種是基於OLED屏設計的，另外一種則是基於LCD屏來設計的。目前主流的解決方案就是通過可以自發光的OLED屏來做光學指紋，而LCD無法自法光，需要用到背光，而且整個模組很厚，這也使得想實現LCD屏下指紋識別就變得非常困難（OLED可以做的很薄），不過這種方案依然有廠商在做，因為其面對的市場更為廣闊。

目前包括傳聞中的蘋果，以及匯頂、新思、費恩格爾、邁瑞微等廠商都在研發可用於智能手機的，可實現屏幕內指紋識別的光學指紋識別方案。

二、智能終端趨向多種生物識別技術共存

短期內不需要擔心指紋識別被其他生物識別方式取代，指紋識別滲透率還將繼續上升。因為各種識別方式都有優缺點和應用場景缺陷，多種識別方式可選是未來手機生物識別的發展方向。

Synaptics 在 CES 2017 正式開幕之前宣布了一套新的綜合性生物識別技術，將傳統的指紋識別、面部識別整合在一起，可為智能手機、平板機、筆記本帶來更大的便利和更高的安全。用戶就可以選擇自己最喜歡或者使用最方便的方式解鎖設備。相關生物識別技術公司也在朝這個方向發展。

安卓陣營代錶廠商三星發布的旗艦機 Galaxy S8 帶有指紋識別、臉部識別、虹膜識別這三種生物識別方式，用戶可以根據不同的場景使用不同的方式。據網上爆料，華為即將發布的高端機華為 Mate10 也將攜帶多種識別方式，其中包括虹膜識別、指紋識別。而傳聞中的iPhone 8很可能也將會同時支持指紋識別和人臉識別。

三、指紋識別短期內不存在被替代的可能

高端旗艦機所使用的功能和技術代表手機未來發展方向，智能終端的生物識別功能將向多種方式共存發展。同時，虹膜識別、人臉識別等生物識別技術也有著自身的缺點，所以指紋識別技術短期內不存在被其他生物識別技術替代的可能。

1、虹膜識別的優缺點及應用情況

由於虹膜的不變性和唯一性，虹膜識別技術成為身份識別的重要方式。虹膜識別技術通過人體獨一無二眼睛虹膜的特徵來識別身份，虹膜特徵匹配的準確性甚至超過了 DNA 匹配。

優點：①使用方便；②可靠性高；③不需物理的接觸。

缺點：①很難將圖像獲取設備的尺寸小型化；②設備造價高；③鏡頭可能產生圖像畸變而使可靠性降低；④一個自動虹膜識別系統包含硬體和軟體兩大模塊：虹膜圖像獲取裝臵和虹膜識別演算法。分別對應於圖像獲取和模式匹配這兩個基本問題。

△富士通 Arrows NX F-04G

應用情況：全球首款虹膜識別手機是富士通 Arrows NX F-04G，當用戶要開啟進入休眠狀態的手機時，只要按下電源或 Home 鍵開啟觸控屏，再短暫凝視即可解鎖，要比過去的圖形或輸入密碼的方式更具安全性。同時由於該機還配有紅外線鏡頭和 LED 紅外照明燈，所以即便在光線昏暗的地方也能夠使用。之後使用虹膜識別技術比較有代表性的是三星 Galaxy Note 7、微軟 Lumia 950/Lumia 950 XL 和 vivo X5Pro，它們有一個共同點，那就是不僅有虹膜識別也有指紋識別。最新發布的三星手機三星 Galaxy S8 有三種生物識別，臉部識別、虹膜識別和指紋識別。

2、人臉識別的優缺點及應用情況

利用已建成的人臉特徵模板與被測者的面像進行特徵分析，根據分析的結果來給出一個相似值。通過這個值即可確定是否為同一人。

優點：①非接觸式，使用方便；②識別精度高；③採集方便，成本較低

缺點：①人臉的不變性比較差；②不同場景的運用容易受光線等因素影響；③安全性低。

應用情況：臉部識別是應用最為廣泛的生物識別方法，在企業考勤方面、在線金融業務中使用較為多，但是在安全性比較高的應用場景下使用較少。臉部識別手機較多，三星 S8 也帶臉部識別功能。

3、指紋識別手機出貨年複合增長將超20%，指紋識別滲透率將不斷提高

2013 年，蘋果公司推出首款採用 Touch ID 指紋識別技術的蘋果手機 iPhone 5S，隨後指紋識別技術就在智能手機市場迅速普及。經過 3 年多的快速發展，指紋識別已經在千元低端機普及開來。

根據 Sigmaintell 數據顯示，2016 年全球指紋識別手機出貨量達到 6.4 億部，相比 2015 年的 3.76 億部同比增長 70%。今年一季度，全球搭載指紋識別智能手機出貨量約 1.8 億部，佔全球智能手機總出貨量的 53.7%，同比上升 18%。

另據旭日大數據的資料顯示，2015 年全球智能手機指紋識別滲透率達 25%，國內智能手機滲透率 26%；但到了 2016 年指紋識別手機的滲透率急劇上升，國內滲透率為 61%，國際滲透率為 43%，國內滲透率遠高於國外。其中，安卓體系中的指紋識別手機出貨量達到 4.37 億部，同比增長 181%，這主要是因為國內安卓手機廠商加速指紋識別在中低端智能手機中的普及。根據旭日大數據預測，到 2020 年，全球指紋識別滲透率將達到 88%，全球指紋手機將達到 14.6 億部，而安卓體系指紋手機將達到 12.76 億部。全球指紋識別手機出貨量的年複合增長率將在 20%左右。

但我們認為，指紋識別手機出貨量的增長將超出旭日大數據的預測，因為滲透率的提高主要在於指紋識別在低端機中的快速普及，然而指紋晶元價格戰已經打響，有些廠商的晶元最新報價有的在 1.5 美元以下，這將加速指紋識別在低端機中的普及，全球指紋識別手機出貨量年複合增長率將超過 20%。同時，有數據顯示 2017 年第 1 季度，國內指紋識別滲透率達 78%，國際滲透率達 51%，今年全年國內指紋識別手機滲透率有望超過前期70%的預測。

編輯：芯智訊-浪客劍 資料來源：國元證券

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