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为何指纹识别技术并不担心自身被取代?
2017-08-29 13:47:07  作者:  来源:中国安防展览网  
  •   数十亿部智能手机和平板电脑有望在2017年实现多种类型的生物识别输入的处理和采集,包括人脸识别、声音模式和虹膜扫描。
  数十亿部智能手机和平板电脑有望在2017年实现多种类型的生物识别输入的处理和采集,包括人脸识别、声音模式和虹膜扫描。不过,首先发展的将是指纹。根据德勤全球的预测,截至2017年年底,利用人脸、声音或虹膜识别来进行认证的智能手机或平板电脑用户所占的比例不会超过5%,而采用指纹识别器的用户则占到40%12。

  自从去年拥有超高屏占比的全面屏手机小米MIX发布以来,现在全面屏已经成为众多智能手机厂商竞争追逐的“风口”,不论是三星S8/Note 8、夏普S2,还是即将发布的苹果iPhone 8、华为Mate10等高端旗舰机都无一例外的选择了全面屏。不过,随之而来也引发了一些争议,比如该采用何种指纹识别技术(光学式屏内指纹还是超声波指纹,亦或是后置指纹),甚至苹果iPhone 8还传出了将采用人脸识别技术代替指纹识别的消息。就目前来看,屏内指纹识别并不成熟,想通过其他生物识别方式来取代指纹识别也还为时尚早。预计在未来一年以内,后置Coating指纹识别方案仍将是全面屏手机的首选方案。

  一、指纹识别技术简介

  1. 指纹识别技术原理

  胎儿期的四个月指纹开始逐渐形成,直到 14 岁指纹基本定型,之后主要是出现一些轻微变形,并且每个人的指纹纹路是唯一的。指纹识别技术就是利用纹路的唯一性,通过采集指纹图像并进行比对指纹特征来识别身份。

  指纹的信息采集主要包括类型、坐标、方向等参数,然后辅以端点、分叉点、孤立点、短分叉、环等这些细节特征。指纹的特征分总体特征和局部特征,总体特征是指人眼直接观察到的特征,如基本纹型、核心点、三角点、纹数等;局部特征是指指纹上的节点,如分叉点、终止点、中心点、三角点等。以上特征都会被用到指纹识别当中,但端点、分叉点用得较多,通常算法都要记录它们的位臵和方向。

  用户在使用指纹识别指之前需要先采集指纹,并对采集的指纹进行 DSP 图像处理,生成细节清晰的指纹图像。然后对指纹特征进行提取,将提取的指纹特征作为模板保存。在验证阶段,用户首先要采集指纹,然后系统自动与指纹库模板对比,并给出对比结果。

  2. 主流指纹识别技术分类

  (1)电容式指纹识别

  电容式指纹识别是利用手指皮肤表面作为一极,脊线和谷由于与芯片表面距离不同,形成不同的电容值,从而电容式指纹识别传感器获取指纹图像信息。

  电容式指纹识别对于湿手指和脏手指的识别较弱,原因是手指或者芯片表面有水、汗液等杂物,使脊线和谷无法与传感器充分接触,导致电容值偏弱。电容式指纹识别第一次采集指纹需要多次按压,这是因为目前按压式采集会有采集指纹面积小的问题,需要多次按压拼出较大面积的指纹图像。获得合格的指纹图像之后,还需要通过算法对图像进行强化和细化,获得比较清晰的图像,然后进行特征提取。用户之后再次使用指纹识别时,只要通过特征点校对,手机就自动解锁。

  电容式指纹识别又分盖板式、coating 镀膜式、隐藏式三种。盖板是指芯片保护材料是蓝宝石、玻璃或者陶瓷的电容式指纹识别;Coating 镀膜是指在指纹芯片表面镀一层保护膜,相对于盖板更容易磨损,但成本比较低;隐藏式又分三种,Under Glass 需要在玻璃盖板上挖盲孔,目前工艺要求高,良率比较低;In Glass 将 Sensor 融合进玻璃之中,工艺难度大,目前极少有厂商量产;Under Cover Glass 方案达到电容识别极限,目前效果一般。

  (2)超声波指纹识别

  超声波指纹识别的原理与声呐类似,先发出超声波,然后接收靠特定频率的信号反射来探知指纹的具体形态,具体来讲就是利用超声波穿透材料的能力,根据不同材料产生的回波来区分指纹脊线与谷所在的位置。

  超声波指纹识别能够穿透金属,玻璃等材料,能够在不开孔的情况下实现屏下指纹识别。同时,超声波指纹识别受手指表面的污垢、水等的影响较小,依旧能够准确识别。

  目前超声波指纹识别主要是高通在做。早在2015年的时候,高通就推出了自己的超声波指纹识别技术。2016年9推出的小米5s就是首款采用此方案的智能手机产品,这也是超声波指纹识别技术首次被成功运用于智能手机上。但是从用户的反馈来看,其识别率还是存在一些问题,特别是对于干手指。而且超声波指纹识别模组的成本也比较高。随后的小米旗舰机也没有继续采用高通的超声波指纹识别技术。

  在今年的MWC上海展上,高通推出了新一代指纹识别技术,可以实现屏幕内指纹识别,并且能侦测心跳与血流。高通称,其新的超声波指纹识别技术已经可以穿透1.2mm的OLED屏、0.8mm的玻璃、0.65mm的金属后盖,这也意味着高通的第二代超声波指纹识别可以放到金属后盖的里面,而后盖不需要开孔(可能需要减薄),就可以实现指纹识别。

  不过,高通的第二代超声波指纹识别目前尚未量产,特别是支持屏下指纹的超声波方案,据说最快也要明年初才会上市。

  (3)光学指纹识别

  光学指纹识别是目前使用最广泛的指纹识别技术,比如之前很多的考勤机、门禁都采用的就是光学指纹识别技术。它的原理是将手指放在光学镜片上,手指在内臵光源照射下,用棱镜将其投射在电荷耦合器件上,进而形成脊线呈黑色、谷呈白色的数字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。但由于需要较长的光程和足够大的尺寸,到目前为止在智能手机中使用较少。并且光学指纹识别只能扫描到死性皮肤层,不能深入真皮层所以容易受指纹的洁净程度影响。

  而现在新的光学指纹识别技术都主要是针对智能手机来做的,其抛弃了传统的光学指纹的光学系统,转而借用手机屏幕的光线来作为光源。这其中就分为了两种类型,一种是基于OLED屏设计的,另外一种则是基于LCD屏来设计的。目前主流的解决方案就是通过可以自发光的OLED屏来做光学指纹,而LCD无法自法光,需要用到背光,而且整个模组很厚,这也使得想实现LCD屏下指纹识别就变得非常困难(OLED可以做的很薄),不过这种方案依然有厂商在做,因为其面对的市场更为广阔。

  目前包括传闻中的苹果,以及汇顶、新思、费恩格尔、迈瑞微等厂商都在研发可用于智能手机的,可实现屏幕内指纹识别的光学指纹识别方案。

  二、智能终端趋向多种生物识别技术共存

  短期内不需要担心指纹识别被其他生物识别方式取代,指纹识别渗透率还将继续上升。因为各种识别方式都有优缺点和应用场景缺陷,多种识别方式可选是未来手机生物识别的发展方向。

  Synaptics 在 CES 2017 正式开幕之前宣布了一套新的综合性生物识别技术,将传统的指纹识别、面部识别整合在一起,可为智能手机、平板机、笔记本带来更大的便利和更高的安全。用户就可以选择自己最喜欢或者使用最方便的方式解锁设备。相关生物识别技术公司也在朝这个方向发展。

  安卓阵营代表厂商三星发布的旗舰机 Galaxy S8 带有指纹识别、脸部识别、虹膜识别这三种生物识别方式,用户可以根据不同的场景使用不同的方式。据网上爆料,华为即将发布的高端机华为 Mate10 也将携带多种识别方式,其中包括虹膜识别、指纹识别。而传闻中的iPhone 8很可能也将会同时支持指纹识别和人脸识别。

  三、指纹识别短期内不存在被替代的可能

  高端旗舰机所使用的功能和技术代表手机未来发展方向,智能终端的生物识别功能将向多种方式共存发展。同时,虹膜识别、人脸识别等生物识别技术也有着自身的缺点,所以指纹识别技术短期内不存在被其他生物识别技术替代的可能。

  1. 虹膜识别的优缺点及应用情况

  由于虹膜的不变性和唯一性,虹膜识别技术成为身份识别的重要方式。虹膜识别技术通过人体独一无二眼睛虹膜的特征来识别身份,虹膜特征匹配的准确性甚至超过了 DNA 匹配。

  优点:使用方便;可靠性高;不需物理的接触。

  缺点:很难将图像获取设备的尺寸小型化;设备造价高;镜头可能产生图像畸变而使可靠性降低;一个自动虹膜识别系统包含硬件和软件两大模块:虹膜图像获取装臵和虹膜识别算法。分别对应于图像获取和模式匹配这两个基本问题。

  应用情况:全球首款虹膜识别手机是富士通 Arrows NX F-04G,当用户要开启进入休眠状态的手机时,只要按下电源或 Home 键开启触控屏,再短暂凝视即可解锁,要比过去的图形或输入密码的方式更具安全性。同时由于该机还配有红外线镜头和 LED 红外照明灯,所以即便在光线昏暗的地方也能够使用。之后使用虹膜识别技术比较有代表性的是三星 Galaxy Note 7、微软 Lumia 950/Lumia 950 XL 和 vivo X5Pro,它们有一个共同点,那就是不仅有虹膜识别也有指纹识别。最新发布的三星手机三星 Galaxy S8 有三种生物识别,脸部识别、虹膜识别和指纹识别。

  2. 人脸识别的优缺点及应用情况

  利用已建成的人脸特征模板与被测者的面像进行特征分析,根据分析的结果来给出一个相似值。通过这个值即可确定是否为同一人。

  优点:非接触式,使用方便;识别精度高;采集方便,成本较低

  缺点:人脸的不变性比较差;不同场景的运用容易受光线等因素影响;安全性低。

  应用情况:脸部识别是应用最为广泛的生物识别方法,在企业考勤方面、在线金融业务中使用较为多,但是在安全性比较高的应用场景下使用较少。脸部识别手机较多,三星 S8 也带脸部识别功能。

  3. 指纹识别手机出货年复合增长将超20%,指纹识别渗透率将不断提高

  2013 年,苹果公司推出首款采用 Touch ID 指纹识别技术的苹果手机 iPhone 5S,随后指纹识别技术就在智能手机市场迅速普及。经过 3 年多的快速发展,指纹识别已经在千元低端机普及开来。

  根据 Sigmaintell 数据显示,2016 年全球指纹识别手机出货量达到 6.4 亿部,相比 2015 年的 3.76 亿部同比增长 70%。今年一季度,全球搭载指纹识别智能手机出货量约 1.8 亿部,占全球智能手机总出货量的 53.7%,同比上升 18%。

  另据旭日大数据的资料显示,2015 年全球智能手机指纹识别渗透率达 25%,国内智能手机渗透率 26%;但到了 2016 年指纹识别手机的渗透率急剧上升,国内渗透率为 61%,国际渗透率为 43%,国内渗透率远高于国外。其中,安卓体系中的指纹识别手机出货量达到 4.37 亿部,同比增长 181%,这主要是因为国内安卓手机厂商加速指纹识别在中低端智能手机中的普及。根据旭日大数据预测,到 2020 年,全球指纹识别渗透率将达到 88%,全球指纹手机将达到 14.6 亿部,而安卓体系指纹手机将达到 12.76 亿部。全球指纹识别手机出货量的年复合增长率将在 20%左右。

  但我们认为,指纹识别手机出货量的增长将超出旭日大数据的预测,因为渗透率的提高主要在于指纹识别在低端机中的快速普及,然而指纹芯片价格战已经打响,有些厂商的芯片最新报价有的在 1.5 美元以下,这将加速指纹识别在低端机中的普及,全球指纹识别手机出货量年复合增长率将超过 20%。同时,有数据显示 2017 年第 1 季度,国内指纹识别渗透率达 78%,国际渗透率达 51%,今年全年国内指纹识别手机渗透率有望超过前期70%的预测。

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