「指」的就是玩手機的你！解密屏下指紋解鎖技術

2013年9月，蘋果發布了第一款指紋解鎖的手機， iPhone 5S，從此我們就告別了輸入密碼解鎖手機的時代。今年1月，vivo發布了第一款有屏下指紋識別技術的手機：vivo X20 Plus UD，從此不需要解鎖鍵也可以指紋解鎖。

擁有屏下指紋解鎖技術的公司，並不是一家手機公司，是來自美國專攻人機互動技術的Synaptics公司。隨著越來越多的公司和Synaptics簽下技術合約，華為、小米以及更多的公司也相繼推出了類似的屏下指紋解鎖的產品。 今天我們就從技術原理和發展方向的角度來了解一下屏下指紋技術。

按鍵式 VS 屏下指紋解鎖

在手指解鎖的短暫的一秒內，你的手機需要完成以下四個步驟：獲取一張指紋的圖像；從圖像中獲取指紋信息；與備份的標準指紋信息進行比較；決定是否解鎖手機。屏下指紋解鎖，和傳統指紋鍵解鎖不一樣的地方，主要在於獲取指紋圖像的方式。

按鍵式解鎖使用的電容感測器來解鎖手機，感受的是指紋的凹凸。電容感測器通過將凹凸變成電壓大小，來錄入指紋信息。類似的，手機觸屏使用的感測器也是電容感測器 ，但區別在於按鍵指紋解鎖對於精確度是指紋級別，而觸屏是指尖級別，比指紋大很多。需要達到指紋級別的清晰度，對於上層玻璃材料，感測器密集度，以及和顯示屏合併為一體的技術都有難度。需要完成屏下解鎖，Synaptics用了另外一種感測系統。

屏下指紋技術用的則不是電容感測器，而是圖像感測器。這類感測器和相機上的感測器類似，將光信號轉換成電信號，然後再復原電信號成為圖像。屏下指紋的光學感測器安放在OLED顯示屏的下面，透過半透明的OLED顯示屏來給屏幕上的指紋照一張相片。

vivo手機在每一次屏下解鎖的時候都會有一個從指紋蔓延出來閃電的動畫，而那個動畫的作用當然不止是為了炫酷。在動畫播放的時候會有一束強光從屏幕底下射出來，照亮你的指紋，同時屏幕下方的光學感測器開啟，拍攝一張你指紋的照片。 如果你擁有一台vivo的屏下指紋手機，如果你把手機屏幕關閉偏45度對著光線，你可以通過半透明的OLED顯示屏看到屏幕下面的方形的光學感測器。

由於屏幕指紋技術依賴的是屏幕下的光學感測器，所以對顯示屏的要求是：薄，半透明。由於傳統的液晶顯示屏存在需要打背光，需要多層偏光片的需求，顯示屏組成不透明也不薄，所以屏下指紋技術只能配套OLED顯示屏（有關OLED顯示屏詳情見你的屏幕比你浪：OLED和曲面屏發展史 | 鈦科普）

除了感測器的不同，屏下指紋技術和按鍵指紋技術在信息識別上非常類似。在獲取了指紋的圖像之後，會提取指紋中有特點的紋路，比如分叉和迴路，然後比較和之前錄入指紋中相應特殊紋路的相對位置，來決定是否解鎖手機。

把我的指紋交給你安全嗎？

除了方便和快捷，任何手解鎖技術都是為了保證手機內部信息的安全性。一般來說，安全性一半來自於兩方面：解鎖信息的獨特性，複製解鎖信息的可行性。解鎖信息的獨特性，從指紋解鎖的角度來說，在於人群中和你有類似指紋的人有多少。依據蘋果的數據，指紋解鎖在每5萬人中有一個人可以解鎖你的手機，而3D面部識別技術在100萬人中才能有一個能解鎖手機，而三星使用的虹膜解鎖技術，概率是120萬人中才有一個。

然而手機的安全性不止在於解鎖信息的獨特性，更在於複製解鎖信息的難度。傳統的按鍵指紋解鎖，因為感受的是指紋的凹凸，需要指紋的3D模型才能完成解鎖，而屏下手機解鎖使用的光學系統，只需要一張指紋的高清照片即可完成屏幕解鎖，複製難度相對較低。

同樣的道理，3D面部解鎖不僅收集面部的3D信息，還有體溫信息，所以即使有一個硅膠製作的3D面部模型，還需要模擬人的體溫才能讓3D面部解鎖，而2D虹膜解鎖技術只需要一張列印的高清虹膜圖片即可解鎖手機，複製較容易。

相比採集虹膜信息，指紋的高清圖片比較難以採集和仿製，所以從這一點上指紋解鎖比虹膜解鎖更安全，但是指紋解鎖並不是目前手機市場內最安全的解鎖手機方式。同時，屏下指紋技術也是一項較為新的技術，在未來，通過硬體方式增加感測器，例如增加溫度感測器來辨別指紋到底是來自手指還是照片，或者通過軟體強化演算法的方式，屏下指紋解鎖技術的安全性能還是有提高的空間的。

屏下指紋的下一步？

除去安全問題，屏下指紋技術還是給手機的發展帶了了質變：不需要指紋鍵，離手機能夠實現真正全屏更靠近了一步，從產品設計的角度來說打開了很多新的空間。雖然目前屏下指紋解鎖只局限於屏幕上的一小塊區域，理論上指紋解鎖可以覆蓋整個屏幕，只需要加大屏幕下方的光學感測器大小。也許在不久的將來，簡單地把手放在手機上的動作就能解鎖手機。

8月23號新出的OPPO R17不僅把指紋解鎖技術移到了屏幕下面，也把之前劉海屏的紅外3D面部識別移到了屏幕下面。留在屏幕上方的，就只有一個前置攝像頭了。由於OLED有薄和半透明的特點，也許不久之後前置攝像頭也會移到屏幕之下，形成真正的全屏手機。

屏下指紋技術是屏下各種技術的開始。屏下技術給產品設計帶來的變革，給用戶帶來的方便與快捷，都會讓這項技術有不少生機。（本文首發鈦媒體，作者/黃竹皮，編輯/項歐）

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