简述指纹识别技术的工作原理和过程

苹果采用来自三星的OLED屏幕，为什么苹果要选择OLED作为旗下最高端产品的屏幕呢？显示效果是一方面，坊间传闻的屏下指纹，也很可能是选择OLED的原因。但为何OLED能实现屏下指纹，而TFT-LCD不行？

然而没那么简单，TFT-LCD做屏下指纹识别很难。这是由于LCD是被动发光，通过底部的LED背光源透过TFT发光。这层TFT本身并不是那么透光，如果不做改动，直接把手指放上去，屏幕底下的传感器很难识别到指纹。因此如果用TFT-LCD做屏下光学指纹识别，必须给TFT层做技术改进，如加一些缝隙或是打开一个区域，让LED背光照上来。但即使这样，LED背光光源也会很大的干扰指纹反射的光线。所以TFT-LCD屏下光学指纹识别很难实现。

而OLED则是主动发光，理论上说可以精确控制到每一个子像素点,所以OLED材质的屏幕是更理想的发射光光源，此外，OLED显示模组更薄，也可以减轻由于放置屏下指纹传感器带来的整体机身变厚的问题。

目前产业链有三种利用OLED屏幕的开发方向：1，直接在屏幕下方布置一个CMOS传感器，利用OLED的子像素之间缝隙让光线穿透过去，进而识别指纹；2，缩小传感器，插入OLED的像素点之间；3，将CMOS传感器做成透明的，直接贴装于AMOLED屏幕上方，将光学指纹识别做成一层识别层。

在光学屏下指纹识别方面，很多公司已经开始做出了尝试，并有了初步结果。汇顶科技就展示过利用AMOLED屏幕实现屏下指纹识别的案例，演示机型为三星Galaxy S7 Edge和vivo Xplay6。而汇顶科技就是在屏幕下方布置了一个CMOS传感器，根据汇顶科技在美帝注册的专利： 玄机就在这三张图里了。

目前大规模应用的超声波指纹识别手机并不太多，主要是乐视的LeMax2和小米5s。LeMax2将指纹放在了后面，而小米5s则是在正面，当时超声波还穿透不了太厚的玻璃，最厚大约是04mm左右，而手机盖板玻璃厚度大约为06mm~09mm，因此04mm的有效厚度不足以穿透玻璃+显示屏（06mm+03mm）的厚度。小米只好和蓝思科技商量，给前面板玻璃多挖一块走，这样才能保证超声波能穿透，因此把指纹识别区域的玻璃削薄了一些。根据高通官网公开的资料显示，新一代的Sense ID可以穿透12mm的OLED屏幕或065mm的铝或08mm的玻璃。这样的穿透能力，用在目前的玻璃或OLED屏幕上也够了。

但为什么vivo还没开始在量产的X20等手机上使用？这是因为还需要时间优化算法。新技术从发布到正式应用还需要一个调试的过程，指纹识别是一项对安全性要求相对较高的生物识别技术，因此需要时间对算法优化以提高安全性、识别速度、识别率等。

然而FPC刚发布的方案更丧心病狂，FPC称，不管手是干的还是湿的，不管你屏幕是AMOLED还是LCD的，甚至不管你表面材质是不是玻璃，我们都能识别。能穿透多厚呢？20mm！20mm！20mm！重要的事情说三遍。作为对比，高通初代Sense ID是04mm，二代也就能穿透12mm。FPC能穿透的厚度是高通的16倍多。

FPC新技术的优势包括：

1、支持智能手机（任何其他设备）干净正面外观设计，可用于显示，并且还包含指纹识别功能，以最优化屏幕与手机的比例；

2、全屏幕可用于指纹识别。无需在视觉上或物理上突出智能手机的特定区域做为指纹识别；

3、该技术能够在不同的表面材质捕获指纹，如在厚玻璃和金属运行。当手指湿润或手指淹没在水下时，它也能够运作，这种技术在所有不同的玻璃厚度下工作得很好，即使是市场上最厚的玻璃；

4、这独特的技术在LCD面板以及OLED面板同样能够出色运作。

FIG21A和FIG21B从俯视和侧视两个角度说明了指纹识别传感器放置的地方。

FIG24从微观角度则说明了光线是如何穿透OLED屏幕的，最上面的就是手指；偏上这层灰色区域就是手机的屏幕部分。透过屏幕的小孔，汇顶称之为“准直孔（Collimator Hole）”，手指反射回的光线光学传感器搜集、处理。

怎么保证光线搜集到的就是来自指纹的反光呢？这就需要对光线准直处理。如图FIG27，汇顶定制了专门的微透镜阵列（MicroLens Array）、光学空间滤光器阵列（Spatial Filter Array），微透镜阵列需要经过MEMS（微机电系统）技术处理或化学处理。这两个阵列能够保证进入传感器的光线基本都是来自指纹的反光，而非屏幕或是阳光。

另一个屏下指纹识别方向则是利用超声波指纹识别

高通方案称其为Sense ID，指纹识别的龙头企业FPC也刚刚发布了他们的方案。超声波既不需要感光元件也不需要电容感应，因此更适合做屏下指纹识别。Vivo演示机使用的全屏幕指纹识别，采用的正是高通的方案以及欧菲的模组。

原理：指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别 。指纹识别技术涉及 图像处理、 模式识别、 计算机视觉、 数学形态学、小波分析等众多学科。由于每个人的 指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。由于每次捺印的方位不完全一样，着力点不同会带来不同程度的变形，又存在大量模糊 指纹，如何正确提取特征和实现正确匹配，是指纹识别技术的关键。

指纹识别优点：1、指纹是人体独一无二的特征，并且它们的复杂度足以提供用于鉴别的足够特征；

2、如果要增加可靠性，只需登记更多的 指纹、鉴别更多的手指，最多可以多达十个，而每一个指纹都是独一无二的；

3、扫描指纹的速度很快，使用非常方便；

4、读取指纹时，用户必需将手指与指纹采集头相互接触，与指纹采集头直接；

5、接触是读取人体生物特征最可靠的方法；

6、 指纹采集头可以更加小型化，并且价格会更加的低廉；

指纹识别缺点：1、某些人或某些群体的 指纹指纹特征少，难成像；

2、过去因为在犯罪记录中使用 指纹，使得某些人害怕“将指纹记录在案”。

3、实际上 指纹鉴别技术可以不存储任何含有指纹图像的数据，而只是存储从指纹中得到的加密的指纹特征数据；

4、每一次使用 指纹时都会在指纹采集头上留下用户的指纹印痕，而这些指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性。

5、指纹是用户的重要个人信息，某些应用场合用户担心信息泄漏。

指纹识别是计算机在人工智能方面的应用。该技术拥有识别速度快、采集方便和价格低廉等优点，被广泛应用于图像处理、模式识别、计算机视觉等众多学科领域。

指纹识别是指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别的生物识别技术，可用于身份鉴定。指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。指纹识别技术涉及图像处理、模式识别、计算机视觉、数学形态学、小波分析等众多学科。由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。由于每次捺印的方位不完全一样，着力点不同会带来不同程度的变形，又存在大量模糊指纹，如何正确提取特征和实现正确匹配，是指纹识别技术的关键。指纹，英文名称为fingerprint，两枚指纹经常会具有相同的总体特征，但它们的细节特征，却不可能完全相同。指纹纹路并不是连续的、平滑笔直的，而是经常出现中断、分叉或转折。这些断点、分叉点和转折点就称为“特征点”。

随着时代的不断发展，科技也有了很大进步，给人们的生活带来了极大的方便。如今锁具并不仅仅追求于实用，更多的注重科技感与艺术感，会将科技上的一些内容进行有效融合，让人们的生活品质得到提升。每个人的指纹都是独一无二的，而指纹解锁器就利用了指纹的特点，可以通过各种各样的方式与人们的指纹进行对应。指纹解锁器通过对比指纹的比较或者对指纹的保存，就能够识别一个人的身份。

指纹解锁器通常由指纹头，锁体，锁芯构成，指纹头也有这两种类型，分别是半导体指纹头以及光学指纹头。光学指纹头的稳定性更好，而且有着极强的抗破坏能力和耐用性，但是对人们的指纹识别能力速度比较慢，同时识别率也处于一般的状态。半导体的指纹头有着比较强的识别能力，而且识别率非常高，价格也比较符合人们的预期，但半导体指纹头在使用比较长的时间后，就会受到相应的磨损，因此就会导致指纹的识别率降低。人们需要注重对指纹解锁器的保养，才能够让指纹解锁器使用更长的时间，才能够满足人们的需求。

锁体通常分为电控式锁体，自弹式锁体以及反提式锁体。自弹式锁体的锁舌会自动弹出，也就意味着人们在关门的时候，门就会自动上锁，对人们来说是一个不错的选择。反提式锁体指的是人们在关门的时候，需要反提把手，才能够让门顺利关上，也就意味着人们需要手动锁门。电控式锁体内部有着电子感应部件，关门时会自动上锁，但锁舌比较小。

指纹解锁器中的锁芯分为假插芯锁和真插芯锁，真插芯锁的防盗性能比较好，并不容易被钥匙套开，但人们往往需要花费比较大的成本，价格通常并不便宜。假插芯锁大多数采用的是A级锁芯，具有比较好的隐蔽性，是不少人极佳的选择。

现在的手机基本上都是配备了指纹解锁的功能，也极大的方便了很多人，而且指纹解锁相对于每一个人来说，也是相对安全的，指纹解锁有三种类型，电容式，光学式和超声波式，电容识别的原理就是在识别传感器上设置许多电容板，这些电容板具有相同的面积，当用户将手机按在传感器上时，手指的表面将与这些电容板接触，从而形成一个完整的板电容。

因为指纹上有凹凸，所以每个电容器的两个板之间的距离不同，从而导致每个电容器的尺寸不同，这用于收集个人指纹信息，光学识别原理就是识别用户指纹的是光反射成像，屏幕下方的指纹仅使用此原理，屏幕下方的指纹模块包括光检测阵列，光阻挡层，微透镜阵列，滤光层，微电路和其他组件。

当手指放在指纹识别区域时，OLED屏幕发出的光将照亮指纹，由于指纹具有凹凸，因此由凹凸反射的光强弱，这些光将通过OLED屏幕像素之间的间隙到达滤光层，滤光层滤除一部分会干扰识别结果的光，然后会聚通过下面的微透镜阵列，光会聚并通过不透明材料制成的挡光层上的通道。

所述光孔到达光检测阵列上的像素单元，微处理电路读取光检测阵列上每个像素单元的感光尺寸以识别指纹。超声波识别原理就是与海底声纳检测类似，它主要依靠特定频率信号的反射来检测指纹的特定形状。简单来说先发射超声波，然后接收反射的声波以识别指纹，尽管指纹解锁非常方便，但是如果出汗或手上沾水，将变得不敏感，因此使用应该注意使用指纹的过程，当然也不要随意的让其他人在你手机里录指纹。

三星昨天发布的三星GalaxyS10、S10+终于放弃了背部指纹，内置超声波指纹识别技术。与流行的光学屏下指纹获取2D信息不同，S10搭载的超声波指纹识别可以以3D的形式记录手指所有的指纹信息，提升解锁的成功率。

超声波指纹扫描仪是如何工作的

高通公司目前的3Din-display超声波指纹扫描仪是基于曾经被称为SenseID的技术。与现有的照相或电容式指纹扫描仪不同，超声波指纹扫描仪利用的是非常高频的超声波声音。这些声音你是听不到的，但是这些波可以用来描绘用户指纹的细节。

操作的时候不需要滑动，只需用手指触摸传感器就行了，就像顶部的电容式指纹扫描仪。为了实际捕捉指纹的细节，该硬件包括一个发射器和一个接收器。超声波脉冲通过放置在扫描仪上的手指传递。

一个可以检测机械应力的传感器被用来计算超声波脉冲在扫描仪上不同位置的强度，长时间的扫描可以捕捉到更多的深度数据，从而对扫描的指纹进行非常详细的3D复制。高通指出，解锁大约有250毫秒的延迟，大致相当于电容式指纹扫描仪。传感器的错误率约为1%，这与其他扫描仪相当。

超声波指纹与电容扫描仪的优点

超声波指纹技术的工作原理与电容式指纹扫描仪非常不同，后者只能复制二维图像。3D细节比2D图像更难伪造或欺骗，这使得超声波系统更加安全。由于超声波具有一定穿透性，所以在手指有少量污垢或潮湿的情况下仍能工作，可以穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石、塑料等设备进行识别。