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都会用,但99%的人都不知道指纹识别的原理(指纹识别技术工作原理是什么?)

更新时间:2024-08-13 01:30作者:小乐

从功能手机时代的功能键加*键解锁,到智能手机时代的数字、图形解锁,再到如今的指纹识别解锁,手机屏幕解锁技术不断升级。直到指纹识别技术的加入,才真正为用户带来了智能体验,提高了使用效率,保护隐私安全,改变生活方式。

事实上,距离第一部指纹识别手机诞生已经过去了18年。大家不禁要问:1998年真的有支持指纹识别的手机吗?每当提到指纹识别手机,或许大家首先会想到苹果的Touch ID。甚至有人认为苹果将指纹识别技术带入了手机行业,但事实上,早在1998年,全球第一款搭载指纹识别技术的手机就诞生了。

指纹识别手机的发展历史:

1998年至2016年指纹识别手机发布数量(PS:2016年为不完全统计)

1、第一款配备指纹识别技术的西门子手机(1998年)

西门子首款指纹识别手机(图片引自百度贴吧)

早在1998年,西门子就展示了自己的指纹识别手机。这款手机的指纹技术来自Bromba公司,识别方式为刮擦式。它可以说是目前背部指纹识别手机的鼻祖,虽然它只是一个原型机,并没有质量。它产生了,但他向世界证明了手机指纹识别的可能性。

2、第一款量产的指纹识别手机:SAGEM MC 959(2000年)

SAGEM MC 959(图片引自The Verge)

萨基姆MC 959是第一款量产的指纹识别手机。指纹识别采用意法半导体的指纹技术。这款手机来自法国,现已上市手机市场。由于功能手机的限制,指纹识别也仅限于验证PIN码。

3.富士通F505i (2003)

富士通F505i(图片引自新浪微博)

日本制造商富士通热衷于尝试各种新功能。从2003年开始,富士通就在手机上搭载了指纹识别技术。在iPhone 5s 登场之前,富士通本身就占到了支持指纹识别的手机的70% 左右,其中富士通F505i 是富士通推出的第一款支持指纹识别的手机。指纹技术来自AnthenTec。此时,不成熟的指纹识别仍被视为一个概念而非功能。

4、第一款指纹识别智能手机:MOTO MB860(2011年)

图为MOTO MB860

MOTO MB860是首款支持指纹识别的大屏智能手机。它内置NVIDIA Tegra 2 双核处理器,并具有将扩展坞连接到计算机的功能。该机搭载Android 2.2操作系统。指纹识别位于机身顶部,与电源按钮集成在一起。主要用于开机解锁,但仍然是刮擦类型。指纹技术来自AnthenTec,但仍然没有引起人们的关注。

手机指纹识别技术已经经历了10多年的发展,但进步显然并不明显。依然是刮擦式指纹识别,解锁体验不佳。没有普及也是情理之中的事情。

5、一款显着的指纹识别手机:iPhone 5s(2013年9月)

图为iPhone 5s

如果说以前指纹识别技术只能被视为象牙塔里的玩物,那么iPhone 5s的诞生则彻底让指纹识别技术回到了现实。首创按压式指纹识别,支持解锁/支付,与home键完美融合等技术带来以往任何指纹都没有达到过的优秀体验,并依靠苹果在行业内的话语权和销量让大家立即记住Touch ID,并开始使用指纹识别。

正是在iPhone 5s之后,全球高端旗舰手机才开始攻克指纹识别技术。可以说,苹果为手机指纹识别的普及做出了巨大的贡献。

6、iPhone 5s亮相后,不少手机厂商都推出了搭载指纹识别技术的手机。例如:HTC One Max、vivo Xplay 3S(FPC后置刮擦型)、三星Galaxy S5(Synaptics前置刮擦型)、华为Mate 7(首款采用FPC的后推式)等。

7. Android首款前置指纹识别手机:魅族MX4 Pro(2014年12月)

图为魅族MX4 Pro

魅族MX4 Pro的发布打破了Touch ID在前置指纹识别方面的垄断。魅族MX4 Pro采用本土汇顶指纹识别技术,使汇顶成为继苹果之后第一家做出前置指纹识别的公司。还支持蓝宝石玻璃保护盖,随后FPC和Synaptics迅速跟进推出前置指纹芯片。

8.三星首款前置指纹识别手机:三星Galaxy S6(2015年4月)

图为:三星Galaxy S6

2015年4月,三星发布了首款支持前置指纹识别的—— Galaxy S6。指纹识别技术来自Synaptics。

如果说2013年苹果发布Touch ID是指纹元年,2014年是指纹后续年,那么2015年就是指纹爆发年,而2016年应该是指纹普及年。

手机为何采用指纹识别技术?指纹识别技术给用户带来什么?

iPhone 5s 指纹输入正在进行中

如今,我们非常频繁地使用智能手机。许多用户每天打开和解锁屏幕超过100次。如果每天多次打开屏幕后还要输入4位密码或者画4个以上的点,图形密码无疑是一项繁重的工作。指纹解锁的加入无疑为用户使用智能手机提供了更多便利。

众所周知,指纹是人体独有的特征,极难破解,因此指纹识别技术已成为最安全的生物识别技术之一。当然,虹膜识别、视网膜识别等技术的安全性也很高,但限制该技术使用的条件有很多,再加上其成本较高,成为其在手机上推广的障碍。相比之下,指纹识别技术则随意、自由得多。再加上该技术应用成本相对较低、占用空间较小,成为手机屏幕解锁的最佳选择。

个人隐私安全问题(图片引自百度贴吧)

此外,随着智能手机的功能不断增多,个人隐私安全问题开始困扰大家。寻找一款能够有效保护个人隐私的智能手机已经成为很多用户的硬需求。在这种情况下,指纹识别手机逐渐成为了大家的“宠儿”。

指纹识别模块原理及分类

指纹识别模块通过特定的传感模块实现对个体指纹特征的识别。简单来说,每部指纹手机都会有一个指纹识别模块,通过该模块采集用户的指纹并转换成数据,存储在手机存储的特定区域,并在使用时调用。不同的指纹识别技术采集指纹的方式也存在差异。

根据采集指纹的方式不同,指纹识别模块目前主要分为光学指纹模块、电容式指纹模块、射频指纹模块。

光学指纹技术原理(图片引自Phone Arena)

光学指纹模块利用光反射成像来识别用户指纹。此类指纹模组对其使用环境的温度、湿度有一定的要求,在识别精度方面并不理想。另外,此类模块一般占用较多空间。空间,导致很难在手机上有所作为。

电容式指纹技术原理(图片引自Phone Arena)

电容式指纹模块采用硅片和导电皮下电解质形成电场。指纹的起伏会引起两者电压差的不同变化,从而实现准确的指纹测量。该方法适应性强,对使用环境无特殊要求。同时,硅晶圆及相关传感元件所占用的空间在手机设计可接受的范围内,因此这项技术在手机上得到了比较好的推广。目前的电容式指纹模组也分为两种:刮擦式和按压式。前者虽然占用体积较小,但在识别率和便利性方面存在很大劣势。这也直接导致厂商将目光集中在操作更随意、识别率更高的按压式电容指纹模组上。

射频指纹技术原理(图片引自Phone Arena)

射频指纹模块目前包括无线电波检测和超声波检测。其原理类似于探测海底物质的声纳。它依靠特定频率的信号反射来检测指纹的特定形式。这类指纹模块最大的优点就是手指不需要接触指纹模块,因此不会对手机的外观造成太大的影响。基于此,射频指纹模块也成为未来指纹识别的主要发展方向之一。

iPhone 5s指纹识别模块原理(图片引自The Verge)

电容式模式识别模块主要由芯片、“蓝宝石”、金属环、软板、载板等组成。芯片是传感器部分,“蓝宝石”负责保护层(有的厂家选择其他材料作为保护层,成本相应降低),金属环作为指纹识别的触发装置。苹果在iPhone上使用的指纹模块还包括射频识别功能。这种电容式指纹与射频识别相结合的双重识别方式能够带来更好的实际体验。现在很多指纹识别手机都采用了这种方案。

常见的几个指纹识别模组厂家:

常用的指纹识别解决方案

安森泰克

安森泰克

AuthenTec 成立于1998 年,是一家资深的指纹识别技术公司,也是为庞大的PC、无线设备和访问控制市场提供指纹认证传感器和解决方案的全球领先供应商,全球使用的传感器超过3500 万个。

从2011 年底到2012 年初,AuthenTec 一直在开发新技术并向惠普、联想、戴尔、LG、富士胶片、三星和诺基亚等主要客户展示。然而,由于种种原因(包括研发成本),最终只有苹果公司对这项技术感兴趣,2012年7月27日,苹果公司宣布了一项重大收购,以3.56亿美元收购指纹传感器制造商AuthenTec。 AuthenTec 成为Apple 成员。

指纹卡

FingerPrint Card成立于1997年,2001年开始研发并量产移动设备指纹识别芯片。不过,在接下来的几年里,更多的产品选择了AuthenTec移动设备芯片,而不是FPC。 FPC于2005年面临破产,后来靠接受日本企业投资才得以生存。

AnthenTec被苹果收购后,FPC在指纹识别市场爆发,这当然与其十几年的耕耘密不可分。

突触公司

突触公司

Synaptics 由Fagan 和Covermead 于1986 年创立。这是一家拥有30年历史的美国公司。是一家全球领先的移动计算、通信和娱乐设备人机界面交互开发解决方案设计和制造公司。其首款产品于2005年推出。电容式触摸手机技术来自Synaptics。

2013年10月10日,Synaptics宣布以2.55亿美元收购指纹识别传感器制造商Validity Sensors。此次收购也意味着Synaptics将正式进军指纹识别市场。

当很多手机厂商开始跟进指纹识别时,Synaptics开始为他们提供Validity的技术。之前的Validity的滑动指纹解锁方案效果并不是很好,识别率和用户体验响应普遍不如iPhone。 Synaptics随后调整策略,迅速开发出推入式Natural ID指纹识别芯片,其体验与iPhone 6类似,甚至响应时间更快,实际触摸传感器面积更小。此外,Synaptics还推出了全球首款侧滑指纹识别解决方案——VFS6170滑动传感器。

汇顶科技

汇顶科技

汇顶科技成立于2002年,作为人机交互领域值得信赖的技术和解决方案提供商,汇顶科技在手机、平板、可穿戴等智能移动终端人机交互技术领域不断取得新进展并先后推出具有自主知识产权的单层多点触控技术、汇顶科技Link技术、指纹识别与触摸一体的IFS技术等产品。产品和解决方案广泛应用于华为、联想、中兴、OPPO、VIVO、魅族、乐视、三星显示器、JDI、诺基亚、东芝、松下、宏碁、华硕等国际国内知名终端品牌。

2014年5月15日,汇顶科技正式宣布推出适用于移动设备的触摸式指纹识别芯片。 2014年9月12日,汇顶科技携手TPK推出全球首款新一代指纹识别技术——IFS。

2016年3月17日,汇顶科技在深圳召开新品发布会,发布了自主研发的活体指纹识别解决方案。据了解,这款支持活体检测的芯片与如今常见的指纹识别芯片不同。其传感器由传统的电容式指纹传感器和光学检测传感器组成。传统的电容式指纹传感器用于采集指纹数据,而光学传感器则负责捕获一些与人体相关的信息,例如手指上的心率信号、手指肤色等。传感器信息捕获后完成后,将通过汇顶科技研发的“指纹识别算法3.0”进行数据整合。只有这些操作完成后,指纹识别工作才算完成。汇顶科技相关负责人透露,搭载活体指纹检测技术的终端产品预计将于2016年下半年推出。

此前,《华尔街日报》早前报道称,国外一个研究团队已经证实:“通过普通打印机复制的假指纹,可以解锁大多数用指纹的手机。如果使用3D复制指纹,通过的几率会更高。”活体指纹识别检测技术的诞生,可以及时区分真假指纹,从而提高指纹认证的准确性和安全性。

在这一领域,也有韩国的CrucialTec、挪威的IDEX、深圳盾泰、上海思力微等多家公司,各自拥有不同的技术,各自占据着自己的市场。

写在最后:

指纹识别手机近二十年的发展历程中,出现了太多的“创始人”。西门子发现了指纹识别手机的“天窗”,富士通坚持了指纹芯片厂商的希望,苹果实现了指纹识别手机的梦想。当然,还有那些孜孜不倦、潜心研发、默默耕耘的指纹芯片厂商。如今,指纹识别技术已经进入千元机行列,这意味着更多的人将能够享受到更快、更安全的交互方式。在这个用户越来越注重用户体验和隐私安全的时代,指纹识别功能成为了用户最好的“安全卫士”。

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