電容、光學(xué)、超聲波、手機(jī)指紋識(shí)別技術(shù)你了解嗎
1、你的指紋 我的指紋 全都不一樣
德國(guó)哲學(xué)家萊布尼茨說過:“世上沒有兩片完全相同的樹葉?!?/p>本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202304/445814.htm
我們的指紋就像每片樹葉上獨(dú)一無二的葉脈,人人皆有,終生不變,又各不相同。
正是由于指紋與生俱來的便捷性以及約 1/150 億的超低重復(fù)率,指紋識(shí)別技術(shù)成為了當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的生物識(shí)別技術(shù)之一,而且與我們的生活息息相關(guān)。
比如,在你點(diǎn)開這篇文章的幾分鐘前,是不是用指紋解鎖手機(jī)了呀?
2、手機(jī)是怎么識(shí)別指紋的?
手機(jī)需要搭載指紋識(shí)別模塊,其工作過程通常分為三步:采集、處理、匹配。
采集
由傳感器負(fù)責(zé)識(shí)別指紋,并采集到粗略的指紋圖像。
按采集原理主要分為光學(xué)式、電容式、超聲波式,按采集方式主要分為刮擦式和按壓式。
處理
采集到的指紋圖像還需要處理。先通過灰度均衡、噪點(diǎn)消除、圖像增強(qiáng)等方法讓指紋的紋路更清晰,再通過算法提取指紋的特征數(shù)據(jù)。
10 個(gè)指紋可生成約 4900 個(gè)獨(dú)立可測(cè)量的特征,比如環(huán)型 / 弓型 / 螺旋型紋路圖案下的核心點(diǎn)、三角點(diǎn)、紋數(shù)、方向、曲率、位置等特征。
最后將這些由指紋圖像形成的特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為用于模板。
匹配
再次采集并處理指紋后,指紋識(shí)別模塊通過算法將新指紋的特征數(shù)據(jù)與已有模板進(jìn)行匹配,匹配度高于閾值則通過識(shí)別。
3、手機(jī)指紋識(shí)別技術(shù)有哪些?
文檔君主要向大家介紹,在上述采集過程中傳感器對(duì)指紋的識(shí)別技術(shù)。
電容式指紋識(shí)別技術(shù)
一種成熟的傳統(tǒng)指紋識(shí)別技術(shù),在智能手機(jī)領(lǐng)域普及率較高。實(shí)現(xiàn)原理如下:
電容傳感器上有 N 個(gè)面積相同的小電容器極板,手指可以看作一個(gè)大的電容器極板,當(dāng)手指接觸電容傳感器時(shí),就形成了 N 個(gè)小電容器,它們的電容值取決于指紋到小電容器極板的距離。
指紋的“嵴”(jí)凸起,距離極板近,電容大;指紋的“峪”(yù)凹下,距離極板遠(yuǎn),電容小。
在放電過程中,由于電容值不同,嵴放電較慢,峪放電較快。指紋上一條條高低起伏的紋路轉(zhuǎn)換成了電信號(hào),從而被準(zhǔn)確識(shí)別。
電容式指紋識(shí)別有刮擦式和按壓式兩種采集方式。
刮擦式類似于全景相機(jī),當(dāng)手指在傳感器表面滑動(dòng)時(shí),傳感器對(duì)指紋“拍照”再“拼接”。
缺點(diǎn)在于,手指必須按照特定方向和角度進(jìn)行勻速滑動(dòng),導(dǎo)致識(shí)別率和便捷性不太令人滿意,手機(jī)上也早已見不到刮擦式指紋識(shí)別模塊的身影啦。
按壓式作為前者的優(yōu)化方案,相信大家都非常熟悉。手指只需按壓在傳感器上,就能快速識(shí)別指紋,更易于操作。
起初,手機(jī)普遍采用將傳感器與 Home 鍵相結(jié)合的前置指紋識(shí)別方式,但隨著大屏、全面屏熱潮的掀起,手機(jī)正面沒有多余空間去容納實(shí)體按鍵了。
為了不影響屏占比,傳感器挪到了手機(jī)背部,但這種后置指紋識(shí)別方式需要用戶盲按,可能一下還按不準(zhǔn),不太符合用戶習(xí)慣。
許多手機(jī)又將傳感器與電源鍵結(jié)合,出現(xiàn)了側(cè)邊指紋識(shí)別方式,但容易發(fā)生誤觸。而且要想指紋的有效識(shí)別區(qū)域越大,手機(jī)就越厚,指紋識(shí)別率與手機(jī)輕薄度不可兼得。
其實(shí)對(duì)于電容式指紋識(shí)別技術(shù),無論是刮擦還是按壓,無論是前置、后置還是側(cè)邊,在手機(jī)外表面必然有一個(gè)實(shí)體傳感器,在一定程度上會(huì)影響手機(jī)外觀。
近年來,用戶對(duì)手機(jī)的需求趨于全面大屏、機(jī)身輕薄、外形美觀等方面,手機(jī)屏幕也在從 LCD 屏幕過渡到 OLED 屏幕。
基于 OLED 屏幕的屏下指紋識(shí)別方案應(yīng)運(yùn)而生。將指紋傳感器放置于屏幕下方,也讓用戶在進(jìn)行指紋識(shí)別時(shí)會(huì)有更強(qiáng)的科技感體驗(yàn)。
屏下指紋識(shí)別目前有光學(xué)式和超聲波式這兩種實(shí)現(xiàn)方式。
光學(xué)式指紋識(shí)別技術(shù)
是一種生活中常見的指紋識(shí)別技術(shù),比如應(yīng)用于考勤的打卡機(jī)。主要利用光反射原理:
手指按壓屏幕,屏幕發(fā)光照亮手指按壓區(qū)域。當(dāng)光線照射到指紋的“嵴”和“峪”時(shí),會(huì)產(chǎn)生不同角度和明暗程度的反射光線,透過屏幕像素間隙,被屏幕下的光學(xué)傳感器接收,從而識(shí)別出指紋。
光學(xué)式指紋識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:操作方便、穿透性好,技術(shù)成熟,成本不高。
但也有明顯缺點(diǎn):無法識(shí)別皮膚真皮層,安全性較低,防偽性較差,而且屏幕特定區(qū)域需要長(zhǎng)期發(fā)亮,增加功耗,可能影響屏幕壽命。
超聲波式指紋識(shí)別技術(shù)
是近年來的一種新興技術(shù),類似于聲納原理。
手指按壓屏幕,屏幕下的傳感器向手指按壓區(qū)域發(fā)射超聲波。當(dāng)超聲波接觸到指紋的“嵴”和“峪”時(shí),被吸收、穿透、反射的程度有差異,會(huì)產(chǎn)生不同能量的回波并被傳感器接收,從而構(gòu)建出 3D 指紋圖像。
超聲波式指紋識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:穿透性強(qiáng),抗水漬、污漬干擾能力強(qiáng),識(shí)別率高,支持活體檢測(cè),安全性較高。
缺點(diǎn)是:造價(jià)高,技術(shù)相對(duì)不太成熟,市場(chǎng)占有率低。
4、手機(jī)指紋識(shí)別技術(shù)怎么發(fā)展的?
大家普遍認(rèn)為,摩托羅拉在 2011 年 4 月推出的 MB 860 是最早搭載指紋識(shí)別功能的智能手機(jī),用戶在手機(jī)頂部傳感器上進(jìn)行刮擦式指紋識(shí)別。
大家最熟知的,還是蘋果在 2013 年 9 月發(fā)布的 iPhone 5S,支持前置按壓式指紋識(shí)別,傳感器內(nèi)置在圓形 Home 鍵中,外圈是不銹鋼感應(yīng)環(huán)。
可以說 iPhone 5S 引領(lǐng)了手機(jī)指紋識(shí)別的潮流,此后各種支持指紋識(shí)別的手機(jī)如雨后春筍般進(jìn)入市場(chǎng)。
……
2014 年,華為 Mate 7:首款支持后置指紋識(shí)別的 Android 手機(jī)。
2015 年,努比亞 Z9 尊享版:首款支持側(cè)邊指紋識(shí)別的手機(jī)。
2018 年,vivo X20 Plus UD:首款支持屏下光學(xué)指紋識(shí)別的量產(chǎn)手機(jī)。
2019 年,三星 S10:首款支持屏下超聲波指紋識(shí)別的手機(jī)。
……
2023 年 3 月,努比亞首款 Ultra 旗艦機(jī)型 ——Z50 Ultra 正式發(fā)布,采用屏下光學(xué)指紋識(shí)別和第四代屏下攝像技術(shù),為用戶帶來完美全面屏體驗(yàn)!
據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,近年來,取消指紋識(shí)別的蘋果機(jī)型持續(xù)熱銷,影響了指紋識(shí)別總體滲透率,2022 年國(guó)內(nèi)智能手機(jī)指紋識(shí)別搭載率降至 79%。
其中,后置指紋逐漸淡出市場(chǎng),而側(cè)邊指紋搶占了絕大部分中低端的 LCD 屏幕手機(jī)市場(chǎng),搭載率為 44%,屏下指紋識(shí)別搭載率為 30%。
其實(shí)對(duì)于廣大用戶來說,不論是何種指紋識(shí)別技術(shù),好用才是最關(guān)鍵的。
目前的屏下指紋識(shí)別技術(shù),不僅延續(xù)了前置識(shí)別的便利操作,而且無需像后置和側(cè)邊識(shí)別那樣在機(jī)身設(shè)置傳感器凹槽,還能讓手機(jī)實(shí)現(xiàn)更極致的輕薄度和屏占比。
目前市場(chǎng)上已出現(xiàn)了搭載超聲波 3D 廣域屏下指紋識(shí)別模塊的手機(jī),可基于雙指紋識(shí)別實(shí)現(xiàn)更多交互功能。
這也打開了我們的思路,原來指紋識(shí)別不止于解鎖手機(jī)和移動(dòng)支付呀!
我們每個(gè)人有十根手指,相當(dāng)于十把獨(dú)一無二的鑰匙,如何使用這些鑰匙在手機(jī)上打開更多更廣的空間呢?這是個(gè)值得思考的問題~
5、展望
屬于指紋識(shí)別技術(shù)的標(biāo)簽太多:“識(shí)別率”、“識(shí)別速度”、“便捷性”、“安全性”、“性價(jià)比”…… 指紋識(shí)別技術(shù)的未來走向一定是能夠平衡這些指標(biāo)的更優(yōu)解。
不久的將來,超聲波指紋識(shí)別技術(shù)可能會(huì)成為主流。
在更遠(yuǎn)的未來,指紋識(shí)別技術(shù)是否會(huì)進(jìn)化到滲透手指皮膚下提取更多特征進(jìn)行識(shí)別呢?
手機(jī)指紋識(shí)別技術(shù)給我們帶來了無限的想象空間,歡迎在評(píng)論區(qū)聊聊你的看法~
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