指紋解鎖依靠感測器，而感測器是採用電容觸控技術，電容技術核心其實是依靠人類面板細胞具備一定量的電阻，面板的組織結構可以形成溝壑，當兩者擠壓在一起時就可以測量到其中的變化，而且這種變化基本上在同一個指紋上是不會變的。而每個人的指紋又是獨一無二的，所以指紋可以解鎖。

指紋識別模組的原理和分類

指紋識別模組是透過特定的感應模組實現對於個體指紋特徵的識別。簡單來說，每一個指紋手機都會擁有一個指紋識別模組，透過該模組將使用者的指紋收集並轉化成資料，儲存在手機儲存的特定區域，在使用的時候進行呼叫，而不同的指紋識別技術收集指紋的方式也有所不同。

根據收集指紋的方式不同，指紋識別模組目前主要分為光學式指紋模組、電容式指紋模組、射頻式指紋模組。

光學式指紋技術原理（圖片引自Phone Arena）

光學式指紋模組是利用光線反射成像識別使用者指紋，該型別指紋模組對使用環境的溫度溼度都有一定的要求，並且在識別準確度上並不理想，再加上這種模組一般會佔用更大的空間，使其難以在手機端有所作為。

電容式指紋技術原理（圖片引自Phone Arena）

電容式指紋模組是利用矽晶元與導電的皮下電解液形成電場，指紋的高低起伏會導致二者之間的壓差出現不同的變化，藉此可實現準確的指紋測定。該方式適應能力強，對使用環境無特殊要求，同時，矽晶元以及相關的感測原件對空間的佔用在手機設計的可接受範圍內，因而使得該技術在手機端得到了比較好的推廣。目前的電容式指紋模組也分為劃擦式與按壓式兩種，前者雖然佔用體積較小，但在識別率以及便捷性方面有很大的劣勢，這也直接導致廠商全都將目光鎖定在了操作更加隨意、識別率更高的按壓式電容指紋模組。

電容紋識別模組主要由晶片、“藍寶石”、金屬環、軟板、載板等組成，其中晶片也就是感測器部分，而“藍寶石”負責作為保護層（有廠商選擇其他材料做為保護層，成本相應會降低），金屬環作為指紋識別的觸發裝置。

射頻指紋技術原理（圖片引自Phone Arena）

射頻指紋模組現階段包含無線電波探測與超聲波探測兩種，原理與探測海底物質的的聲納類似，是靠特定頻率的訊號反射來探知指紋的具體形態的。射頻指紋模組技術是透過感測器本身發射出微量射頻訊號，穿透手指的表皮層去控測裡層的紋路，來獲得最佳的指紋影象。這一類指紋模組最大的優點便是手指無需與指紋模組相接觸，因而不會對手機的外觀造成太大影響。基於這一點，射頻指紋模組也成為了未來指紋識別的主要發展方向之一。

為什麼手機指紋解鎖一見溼手就慫了？

為什麼指紋識別見水失靈？（圖片引自The Verge）

一方面，現在絕大多數智慧手機均利用指紋紋路凹凸不平形成的影像。當手指按在玻璃板上，由於指紋是紋路性的，紋線是凸出的，會接觸到玻璃板，形成痕跡；而紋線之間是凹下去的，接觸不到玻璃板，不能形成痕跡，這樣，在玻璃板上就會形成明暗相間的條紋圖案。但是當手指溼潤時，指紋表面有一層水膜，這個水填平了紋線之間的凹陷部分。這樣，當手指按到玻璃板上，就不會出現明暗相間的條紋了，指紋自然無法識別了。

另一方面，目前用在手機中利用率較高的，主要還是電容式。電容式指紋識別技術當然是利用人體的電流感應進行工作的；據瞭解，電容式技術的指紋識別感測器周圍鍍有狹長的電極，當手指觸控感測器表面時，由於人體電場，人體指紋紋路與感測器表面會形成一個耦合電容，對於高頻電流來說，電容是直接導體，於是手指就會從接觸點表面吸走一個很小的電流，這個電流分從周圍的電極中流出，並且流經周圍電極的電流與指紋到周邊的距離成正比，控制器透過對電流比例的精確計算，從而得出觸控指紋紋路。因為水具有導電特性，當溼手去觸控感測器時，手指表面的電流就會被手指上的水影響，從而造成指紋識別不準或不好使。

未來，指紋識別模組還會怕水嗎？

高通推出超聲波指紋識別技術（圖片引自新浪微博）

日前，聯想ZUK釋出的旗下旗艦手機——ZUK Z2系列，官方表示ZUK Z2系列支援溼手解鎖，有網友對該機指紋識別進行了溼手（汗手）測試，紛紛表示識別成功率比較高。據瞭解，ZUK Z2系列的U-Touch採用508 DPI高解析度低功耗電容式3D指紋感測器，透過3D影象增強演算法深度識別指端紋理資訊，並在每次指紋識別過程中進行模式自學習識別等演算法，可以實現溼手指紋識別。簡單來說，U-Touch使用的仍然是傳統的電容式指紋識別方案，但進一步增加了指紋識別的深度，使指紋晶片記錄的指紋資訊更加完善，藉此提高指紋識別的靈敏度來應對眾多複雜的使用場景。

但是未來，電容式的指紋識別技術會慢慢被淘汰，因為對溼手指、幹手指等困難手指射頻指紋技術可高達99%識別成功率，射頻指紋技術防偽指紋能力強，只會對人的真皮面板有反應，從根本上杜絕了人造指紋的問題，適合特別寒冷或特別酷熱的地區。因為射頻感測器產生高質量的影象，因此射頻技術是最可靠、最有力的解決方案。除此之外，高質量影象還允許減小感測器，無需犧牲認證的可靠性，從而降低成本並使得射頻感測器應用到可移動和大小不受拘束的任何領域中。

手機為什麼會有指紋解鎖？主體是手機，那麼很自然的就會聯想到指紋在手機上用起來如何，比如方便和安全，進而也就是該問題的答案。

如果問題的主體不是手機，回答起來的範圍會更為大一些，所以這裡具體回答的問題是：為什麼指紋能夠出現在手機上，並且大範圍普及。

回顧以往一些具體技術的普及，總是和大的環境背景相關。那麼指紋被用在手機上的一些背景也是其普及的重要原因。

智慧手機大範圍普及帶來了兩個現象：

1、個人和手機的關係越來越緊密，手機上的個人資料越來越多，安全性和私密性需要提升。

2、出現了大量的APP和服務場景，而其中不少會涉及到認證過程，頻繁輸入密碼麻煩。

如果沒有上邊現象的出現，指紋即便出現在手機上，其意義也不會太大，充其量就是解鎖。

指紋識別大範圍出現在手機上和技術背景相關。

替換密碼來做認證的方式並不單一，比如面部識別、聲音識別，但為什麼偏偏是指紋識別。說明指紋識別的技術恰好發展到能夠被用到手機上邊，比如體積足夠小，準確率足夠高等。

更為重要的是，指紋識別技術透過批次使用，可以把成本做下來。如果做不到這一點，其也不會被用到手機上邊。

指紋識別大範圍出現在手機上和使用者的需求相關。

需求很好理解，就像上邊智慧手機普及背景下出現的一些問題一樣，使用者的確有希望更好用的需求。但是，回顧下指紋識別剛開始用到手機上的一些情形，一些使用者，甚至有些手機廠商並沒有足夠重視。所以，已知需求理解起來很簡單，但需求被啟用的過程並不簡單。

出現這樣的情況可能和我們的思維方式相關，當一種方式使用起來不錯，並且習慣之後，就真的習慣了。雖然有更好的方式出現，但適應這個方式需要學習成本。而重新學習貌似是我們預設不願意去做的，需要花費精力，也存在風險。

在習慣的阻力之下，新需求的啟用往往需要一個外來的力量來引導。那麼這個引導的力量是否強大就變的非常關鍵。指紋識別被比較好的放在手機上的方案是蘋果先做出來的，而蘋果當時的身份是智慧手機的顛覆者，引導起來會更有效果。

這個外來的力量不光引導著使用者需求，還在引導著技術的發展，指紋識別供應商會投入更大的精力來研發和生產，進而現在指紋識別做的越來越好，成本也足夠低。

最終，指紋識別就在手機上大範圍普及了。不過，在這個指紋識別已經被預設習慣的背景下，面部識別正在被用到手機上，那麼問題來了：

手機上為什麼會有面部解鎖？

為了能夠靈敏的測出指紋，研究人員在指紋上面添加了感測器晶片，裡面的晶片必須特別薄才可以，而且不可以溼水，為的是能夠增加觸屏功能。

指紋識別的前提是要進行指紋採集，在採集方式上，目前主要分兩種：滑動式和按壓式，滑動式採集是將手指在感測器上滑過，從而使手機獲得手指指紋影象。滑動式採集具有成本相對偏低，而且可以採集大面積影象的優勢。但這種採集方式存在體驗較差的問題，使用者需要一個連續規範的滑動動作才能實現採集成功，採集失敗的機率大大增加。某品牌手機曾經使用過這種採集方式，因滑動式採集存在的短板而受到詬病。

按壓式採集顧名思義就是在感測器上按壓實現指紋資料採集，這種採集方式當然使用者體驗好一些，不過成本比滑動採集高，技術難度也相對高一些。此外，由於一次採集的指紋面積相對滑動式採集來說要小一些，就得多次採集，透過“拼湊”，拼出較大面積的指紋影象。這就必須仰仗先進的演算法，用軟體演算法來彌補滑按壓式採集獲得的指紋面積相對偏小的問題，以保障識別的精確度。

以前指紋採集主要是採用油墨按印的一個方式，主要透過指紋掃描變成數字訊號，目前裡面全部採用的是全內反射破壞原理設計，透過特定的角度實現全面反射，從而在影象感測器上面形成指紋影象。

讓手機給指紋解鎖是有原理的，就是在手指碰到指紋按鍵的時候，手指頭急劇的抖動，從而給指頭一個垂直的加速度，從而使手機的指紋解鎖開始生效，這就是所謂的“指鬥術”。

在幾年前，指紋識別功能還是少數品牌的旗艦機才具備的功能。時至今日，眾多國產機“扎堆”都實現了指紋識別。這背後隱藏了一個事實：中國企業已經成為全球最大的安卓陣營手機指紋晶片供應商。

指紋識別是如何實現的？

指紋識別的前提是要進行指紋採集，在採集方式上，目前主要分兩種：滑動式和按壓式。

第一步：指紋採集

滑動式採集是將手指在感測器上滑過，從而使手機獲得手指指紋影象。滑動式採集具有成本相對偏低，而且可以採集大面積影象的優勢。但這種採集方式存在體驗較差的問題，使用者需要一個連續規範的滑動動作才能實現採集成功，採集失敗的機率大大增加。某品牌手機曾經使用過這種採集方式，因滑動式採集存在的短板而受到詬病。

按壓式採集顧名思義就是在感測器上按壓實現指紋資料採集，這種採集方式當然使用者體驗好一些，不過成本比滑動採集高，技術難度也相對高一些。此外，由於一次採集的指紋面積相對滑動式採集來說要小一些，就得多次採集，透過“拼湊”，拼出較大面積的指紋影象。這就必須仰仗先進的演算法，用軟體演算法來彌補滑按壓式採集獲得的指紋面積相對偏小的問題，以保障識別的精確度。

第二步：指紋評估

在採集到指紋之後，然後對採集的指紋進行質量評估，不合格要再採一次，合格則對影象進行增強和細化。

第三步：提取“特徵”

經過處理後會依次得道二值化圖、細化圖和提取特徵圖。在獲得比較清晰的影象後，就開始對其進行特徵提取。經過特徵提取將資料儲存下來之後，就可以進行下一步匹配工作了。

第四步：指紋匹配

在匹配中要注意一點，那就是由於同一個手指的兩幅樣本影象會因為手指的位移、偏轉、以及按壓時的力道不同而產生差異，這就使在匹配時要進行校準，透過特徵點集校準等方式保障指紋識別的準確性。

手機指紋識別體驗好不好，關鍵看這幾個指標

指紋識別有哪些關鍵指標呢？識別速度、採集面積、解析度、使用壽命、安全性、軟體支援種類、寬容度、抗靜電效能都是指紋識別的關鍵指標。

識別速度——指的是指紋感測器識別出指紋所消耗的時間，透過對某品牌的手機進行檢測，其識別時間為300多毫秒。有的指紋識別供應商宣稱解鎖時間僅需150毫秒，當然時間短使用者體驗好。

採集面積——過小的採集面積會使指紋識別的準確性大幅下降。也正是因此，中國和美國在一些非常嚴肅的場景下對指紋採集面積有明確的規定。在500PPI的解析度下，美國FBI要求指紋採集面積為832*768畫素；中國刑偵應用中要求，指紋採集面積為640*640畫素。即便是中國的第二代身份證，其指紋採集面積的要求也為256*360畫素，而且還必須是平面採集。

解析度——和採集面積類似。在過去，曾經使用過200-400PPI解析度的指紋感測器，不過隨著技術的進步，目前很多指紋感測器的解析度已經達到500PPI，在某些領域，甚至開始區域性使用1000PPI解析度的指紋感測器。

安全性——影響安全性的機制有很多，比如不儲存使用者的指紋資料，只記錄提取的特徵碼模板。或者在特徵碼在傳輸儲存的時候採用加密演算法，以及採用TrustZone安全技術，在手機晶片裡新增一安全區，從硬體上隔離資料和應用軟體，確保資訊保安。

使用壽命——指的是感測器的重複使用次數，目前對感測器的使用壽命要求是可重複使用100萬次。

抗靜電效能——感測器還必須具備抗靜電效能，一般要求大於15kv，否則比較容易被擊穿。

軟體支援種類則直接影響指紋識別可以解鎖的應用種類和數量。

中國是全球最大的安卓手機指紋晶片供應商

有人說，如果沒有iPhone5s指紋識別的加入，國內廠商說不定到現在還不會往指紋識別方面邁步子，國內產品只是在跟隨、模仿等。

雖是如此，但國內廠商看中了指紋識別的市場前景，紛紛加入，中國供應商的指紋識別晶片不僅被廣泛用在千元級手機上，還擠入了中高階安卓手機的供應鏈中，不少中國和韓國的手機品牌都選擇了中國供應商的指紋識別晶片。如今中國成為全球最大的安卓陣營手機指紋晶片供應商。

指紋識別現在成為手機的基本配置，習以為常了，甚至很多公司也早就開始啟用指紋打卡機做考勤。為什麼要採用指紋識別呢？這主要是基於指紋識別的唯一性，經過多年的發展，指紋識別技術是眾多生物識別技術中發展最成熟的。

摩托羅拉是最早將指紋識別引入到手機的公司，蘋果則將這一技術發揚光大，蘋果首次在iPhone 5s手機上使用指紋識別（Touch ID），對於Touch ID，蘋果詳細介紹過該方案的特色——它由藍寶石保護玻璃、不鏽鋼檢測環、Touch ID感測器及輕觸開關組成。

蘋果的Touch ID指紋識別方案

2012年被蘋果以3.56億美元的價格收購了AuthenTec公司，這是一家知名的技術領先的智慧手機指紋識別解決方案廠商，其代表性的技術是TruePrint，除了電容感測器之外該技術還可以透過射頻晶片讀取面板表層下的活動層資訊，這是人體指紋資訊的真正所在，所以他們的指紋識別方案更為精確，而且不受面板表面的情況影響，安全性可靠性非常好。

最近幾年安卓陣營也重視起指紋識別了，越來越多的智慧手機支援指紋識別感測器，甚至五六百元的手機也配置了指紋識別功能。

常見智慧手機指紋識別方案

按照指紋識別不同的採集方式、佈置方式等特點，簡單歸納了下目前常見的智慧手機指紋識別方案，如下圖所示：

常見的指紋識別解決方案廠商有：蘋果/AuthenTec、·新思/Validity、·Fingerprint Cards、匯頂科技等。

指紋識別天生的高安全性、方便性給玩家使用智慧手機帶來了新的體驗，在這一點上蘋果的方案是做的最好的，而且隨著全面屏手機的流行，指紋識別的位置也從前置過渡到後置了，甚至最新的iphone x也已取消了指紋識別技術，改用人臉識別的Face ID技術。

顯然，指紋識別基本上完成了自己的歷史使命，預計到了明年，人臉識別技術將逐漸取消現在主流的物理指紋識別，期間，屏下指紋識別技術可能會作為一種過渡。

如今的智慧手機都配備了指紋解鎖功能，安全效能得到了大幅度的提升；目前有屏下指紋、後置指紋以及側面指紋三種解鎖方式。今年釋出的手機大多采用了屏下指紋解鎖，側面指紋與後置指紋解鎖的手機較少；由此看來，屏下指紋解鎖才是未來的發展趨勢。指紋解鎖的工作原理是什麼？相信很多小夥伴都有此疑問，今天就為大家著重講解一下。

指紋解鎖包含三種類型，電容式、光學式以及超聲波式。

電容式識別的原理：

就是在識別感測器上設定了非常多的電容極板，這些電容極板的面積相同；當用戶將手機按壓在感測器上時，手指表面就會與這些電容極板接觸，形成一個個完整的平板電容器；因為指紋存在凸起與凹陷，所以每個電容兩個極板間的距離不同，導致每個電容的大小不同；以此來採集個人的指紋資訊。

光學式識別的原理：

就是光線反射成像識別使用者指紋；屏下指紋正好利用了這個原理。屏下指紋模組包括光檢測陣列、阻光層、微透鏡陣列、濾波層、微電路等元器件。

當手指放在指紋識別區域時，OLED屏發出的光會照射在指紋上；由於指紋存在凸起與凹陷，所以經由凸起與凹陷的部分反射的光線有強有弱；這些光線會穿過OLED屏畫素間的縫隙，到達濾波層；濾波層會過濾掉一部分對識別結果產生干擾的光線，再經由下方的微透鏡陣列匯聚；光線匯聚後穿過由不透明材料製成的阻光層上的通光小孔，抵達光檢測陣列上的畫素單元；微處理電路就是透過讀取光檢測陣列上每個畫素單元的感光大小，以此識別指紋。

超聲波式識別原理：

與海底的聲吶探測類似，主要是靠特定的頻率訊號反射來探知指紋的具體形態；簡單來說就是發射出超聲波，然後再接收反射回來的聲波，就可識別指紋。

光學式指紋模組是利用光線反射成像識別使用者指紋，該型別指紋模組對使用環境的溫度溼度都有一定的要求，並且在識別準確度上並不理想，再加上這種模組一般會佔用更大的空間，使其難以在手機端有所作為

電容式指紋模組是利用矽晶元與導電的皮下電解液形成電場，指紋的高低起伏會導致二者之間的壓差出現不同的變化，藉此可實現準確的指紋測定。該方式適應能力強，對使用環境無特殊要求，同時，矽晶元以及相關的感測原件對空間的佔用在手機設計的可接受範圍內，因而使得該技術在手機端得到了比較好的推廣。目前的電容式指紋模組也分為劃擦式與按壓式兩種，前者雖然佔用體積較小，但在識別率以及便捷性方面有很大的劣勢，這也直接導致廠商全都將目光鎖定在了操作更加隨意、識別率更高的按壓式電容指紋模組。

電容紋識別模組主要由晶片、“藍寶石”、金屬環、軟板、載板等組成，其中晶片也就是感測器部分，而“藍寶石”負責作為保護層（有廠商選擇其他材料做為保護層，成本相應會降低），金屬環作為指紋識別的觸發裝置。

指紋採集方式

　1.滑動式

2.按壓式。

　流程：指紋採集→指紋評估→提取“特徵”→指紋匹配→匹配成功→解鎖成功

↓

匹配失敗

↓

解鎖失敗

指紋採集

　　滑動式採集是將手指在感測器滑過，獲得手指指紋影象。滑動式採集優點：成本低，採集大面積影象。缺點：體驗較差，使用者需要一個連續規範的滑動動作才能實現採集成功，採集失敗的機率大。

　　按壓式採集是將手指在感測器上按壓實現指紋資料採集。優點：使用者體驗好一些，成本高，技術難度高。缺點：採集的指紋面積相對滑動式採集要小，多次採集，透過“拼湊”，拼出較大面積的指紋影象。這就必須仰仗先進的演算法，用軟體演算法來彌補滑按壓式採集獲得的指紋面積相對偏小的問題，以保障識別的精確度。

指紋評估

　 採集指紋後，對採集的指紋進行評估，不合格重新採集，合格則對影象進行增強和細化。

提取“特徵”

　 處理後依次得道二值化圖、細化圖和提取特徵圖。在獲得比較清晰的影象後，開始對其進行特徵提取。特徵提取將資料儲存下來之後，為下一步匹配做好工作。

指紋匹配

　　匹配中要注意，同一個手指的兩幅樣本影象會因為手指的位移、偏轉、以及按壓時的力道不同而產生差異，這就使在匹配時要進行校準，透過特徵點集校準等方式保障指紋識別的準確性。

目前手機上常用的指紋識別技術主要有三種：電容式、光學式、超聲波式。

電容式

該感測器的原理是利用指紋的高低起伏到感測器的距離不同形成不同的電容值，對這些電容值進行測量就可以獲得指紋資訊，然後把指紋資訊轉化成了電訊號，使手機能夠識別。目前我們手機上的指紋識別模組大多數是基於電容式。

光學式

光學式指紋識別技術的原理就算採用手機OLED螢幕發出的光線作為光源，照射指紋後反射的光線透過螢幕顯示畫素的間隙傳遞到緊貼於屏下的感測器上，然後透過感測器對接收到的光訊號進行處理後便可得到指紋影象。

超聲波式

超聲波指紋採集是一種新型技術，其原理是利用超聲波具有穿透材料的能力，且隨材料的不同產生大小不同的回波(超聲波到達不同材質表面時，被吸收、穿透與反射的程度不同)。因此，利用面板與空氣對於聲波阻抗的差異，就可以區分指紋嵴與峪所在的位置。

手機指紋識別利用的是什麼原理？主要是因為手指指紋的高低不平，有介質打在指紋上並且返回的時間是不同的，所以可以將其數字化的記錄下來。在手機上的指紋識別主要區別是獲取指紋的遠離不同，市場上主要有兩種大家常見的指紋識別。

1、最常見的是電容式指紋識別，在導電介質上有微弱電流，手指接觸之後，根據電流被阻隔的不同從而採集指紋資訊。

2、超聲波或者光學指紋識別，是以超聲波或者廣播為介質在手指上反射，透過所使用時間不同從而採集資訊。

由於目前“off-chip”全螢幕指紋識別方案在移動客戶端的研發尚不成熟，正式使用還需要較長的時間，因此短期來看光學和超聲兩種方案成為當下屏下指紋角逐的焦點。在兩種方案中，光學方案應用的時間較早，在市場開拓方面具有一定的先發優勢，且方案解鎖成功率相對較高，軟體系統較為成熟；而超聲波方案的優勢則在於方案的安全性更好，對指紋的乾溼度要求較低，並且可以檢測到手指表面的深層次紋理而不受外界干擾。

屏下光學式指紋方案採用率較高，超聲波也開始商用化。由於傳統電容式指紋識別無法穿透蓋板與螢幕，因此指紋識別技術朝著屏下光學式和屏下超聲波式發展。就目前的發展來看，屏下光學式指紋識別技術採用率較高。光學指紋：（1）經過商用和技術更迭，技術成熟度高；（2）Sensor較為簡單，晶片成本低；（3）但是識別時干擾較多，需要演算法和硬體設計高度配合；（4）OLED產能配套完善。而超聲波屏下指紋：（1）商用品牌僅有三星；（2）Sensor製造難度大，晶片成本高；（3）演算法相對簡單；（4）穿透性較弱，無法穿過剛性OLED封裝層氮氣和LCD背光模組，因此需要柔性OLED配套。光學和超聲波未來都可以實現大面積區域的識別，體驗要優於電容指紋。

超聲波屏下指紋識別的原理主要是利用壓電材料發射和接收超聲波脈衝，接收模組透過接收到反射波的時間和強度，生成對應指紋的灰度影象，然後進行影象處理。由於超聲波能夠穿透手指表皮，所以在抗油漬和汙漬的上表現十分優秀，但超聲波的穿透能力較弱，只能搭載厚度薄的柔性OLED，同時超聲波指紋識別器件的結構非常複雜、材料要求高，因此壓電材料和製造工藝成本都較高。

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