你的指纹
我的指纹
全都不⼀样
德国哲学家莱布尼茨说过：
“
世上没有两⽚完全相同的树叶。
”
我们的指纹就像每⽚树叶上独⼀⽆⼆的叶脉，⼈⼈皆有，终⽣不变，⼜各不相同。
正是由于指纹与⽣俱来的便捷性以及约
1/150
亿的超低重复率，指纹识别技术成为了当今应⽤最⼴泛的⽣物识别技术之
⼀，⽽且与我们的⽣活息息相关。
⽐如，在你点开这篇⽂章的⼏分钟前，是不是⽤指纹解锁⼿机了呀？
⼿机需要搭载指纹识别模块，其⼯作过程通常分为三步：采集、处理、匹配。
由传感器负责识别指纹，并采集到粗略的指纹图像。
按采集原理主要分为光学式、电容式、超声波式，按采集⽅式主要分为刮擦式和按压式。
采集到的指纹图像还需要处理。先通过灰度均衡、噪点消除、图像增强等⽅法让指纹的纹路更清晰，再通过算法提取指纹
的特征数据。
10
个指纹可⽣成约
4900
个独⽴可测量的特征，⽐如环型
/⼸型
/螺旋型纹路图案下的核⼼点、三⻆点、纹数、⽅向、曲率、
位置等特征。
最后将这些由指纹图像形成的特征数据存储为⽤于模板。
再次采集并处理指纹后，指纹识别模块通过算法将新指纹的特征数据与已有模板进⾏匹配，匹配度⾼于阈值则通过识别。
⼩编主要向⼤家介绍，在上述采集过程中传感器对指纹的识别技术。
电容式指纹识别技术
⼀种成熟的传统指纹识别技术，在智能⼿机领域普及率较⾼。实现原理如下：
电容传感器上有
N
个⾯积相同的⼩电容器极板，⼿指可以看作⼀个⼤的电容器极板，当⼿指接触电容传感器时，就形成了
N
个⼩电容器，它们的电容值取决于指纹到⼩电容器极板的距离。
指纹的
“
嵴
”
（
jí
）凸起，距离极板近，电容⼤；指纹的
“
峪
”
（
yù
）凹下，距离极板远，电容⼩。
在放电过程中，由于电容值不同，嵴放电较慢，峪放电较快。指纹上⼀条条⾼低起伏的纹路转换成了电信号，从⽽被准确
识别。
电容式指纹识别有
刮擦式
和
按压式
两种采集⽅式。
刮擦式类似于全景相机，当⼿指在传感器表⾯滑动时，传感器对指纹
“
拍照
”
再
“
拼接
”
。
缺点在于，⼿指必须按照特定⽅向和⻆度进⾏匀速滑动，导致识别率和便捷性不太令⼈满意，⼿机上也早已⻅不到刮擦式
指纹识别模块的身影啦。
按压式作为前者的优化⽅案，相信⼤家都⾮常熟悉。⼿指只需按压在传感器上，就能快速识别指纹，更易于操作。
起初，⼿机普遍采⽤将传感器与
Home
键相结合的
前置
指纹识别⽅式，但随着⼤屏、全⾯屏热潮的掀起，⼿机正⾯没有多
余空间去容纳实体按键了。
为了不影响屏占⽐，传感器挪到了⼿机背
部，但这种
后置
指纹识别⽅式需要⽤户盲按，可能⼀下还按不准，不太符合⽤户
习惯。
许多⼿机⼜将传感器与电源键结合，出现了
侧边
指纹识别⽅式，但容易发⽣误触。⽽且要想指纹的有效识别区域越⼤，⼿
机就越厚，指纹识别率与⼿机轻薄度不可兼
得。
其实对于电容式指纹识别技术，⽆论是刮擦还是
按压，⽆论是前置、后置还是侧边，在⼿机外表⾯必然有⼀个实体传感
器，在⼀定程度上会影响⼿机外观。
近年来，⽤户对⼿机的需求趋于全⾯⼤屏、机身轻薄、外形美观等⽅⾯，⼿机屏幕也在从
LCD
屏幕过渡到
OLED
屏幕。
基于
OLED
屏幕的屏下指纹识别⽅案应运⽽⽣。将指纹传感器放置于屏幕下⽅，也让⽤户在进⾏指纹识别时会有更强的科
技感体验。
屏下指纹识别
⽬前有
光学式
和
超声波式
这两种实现⽅式。
光学式指纹识别技术
是⼀种⽣活中常⻅的指纹识别技术，⽐如应⽤于考勤的打卡机。主要利⽤光反射原理：
⼿指按压屏幕，屏幕发光照亮⼿指按压区域。当光线照射到指纹的
“
嵴
”
和
“
峪
”
时，会产⽣不同⻆度和明暗程度的反射光
线，透过屏幕像素间隙，被屏幕下的光学传感器接收，从⽽识别出指纹。
光学式指纹识别技术的优点是：操作⽅便、穿透性好，技术成熟，成本不⾼。
但也有明显缺点：⽆法识别⽪肤真⽪层，安全性较低，防伪性较差，⽽且屏幕特定区域需要⻓期发亮，增加功耗，可能影
响屏幕寿命。
超声波式指纹识别技术
是近年来的⼀种新兴技术，类似于声纳原理。
⼿指按压屏幕，屏幕下的传感器向⼿指按压区域发射超声波。当超声波接触到指纹的
“
嵴
”
和
“
峪
”
时，被吸收、穿透、反射
的程度有差异，会产⽣不同能量的回波并被传感器接收，从⽽构建出
3D
指纹图像。
超声波式指纹识别技术的优点是：穿透性强，抗⽔渍、污渍⼲扰能⼒强，识别率⾼，⽀持活体检测，安全性较⾼。
缺点是：造价⾼，技术相对不太成熟，市场占有率低。
⼤家普遍认为，摩托罗拉在
2011
年
4
⽉推出的
MB 860
是最早搭载指纹识别功能的智能⼿机，⽤户在⼿机顶部传感器上进⾏
刮擦式指纹识别。
⼤家最熟知的，还是苹果在
2013
年
9
⽉发布的
iPhone 5S
，⽀持前置按压式指纹识别，传感器内置在圆形
Home
键中，外圈
是不锈钢感应环。
可以说
iPhone 5S
引领了⼿机指纹识别的潮流，此后各种⽀持指纹识别的⼿机如⾬后春笋般进⼊市场。
……
2014
年，华为
Mate 7
：⾸款⽀持后置指纹识别的
Android
⼿机。
2015
年，努⽐亚
Z9
尊享版：⾸款⽀持侧边指纹识别的⼿机。
2018
年，
vivo X20 Plus UD
：⾸款⽀持屏下光学指纹识别的量产⼿机。
2019
年，三星
S10
：⾸款⽀持屏下超声波指纹识别的⼿机。
……
据统计数据显示，近年来，取消指纹识别的苹果机型持续热销，影响了指纹识别总体渗透率，
2022
年国内智能⼿机指纹识
别搭载率降⾄
79%
。
其中，后置指纹逐渐淡出市场，⽽侧边指纹抢占了绝⼤部分中低端
的
LCD
屏幕⼿机市场，搭载率为
44%
，屏下指纹识别搭
载率为
30%
。
其实对于⼴⼤⽤户来说，不论是何种指纹识别技术，好⽤才是最关键的。
⽬前的屏下指纹识别技术，不仅延续了前置识别的便利操作，⽽且⽆需像后置和侧
边识别那样在机身设置传感器凹槽，还
能让⼿机实现更极致的轻薄度和屏占⽐。
⽬前市场上已出现了搭载超声波
3D
⼴域屏下指纹识别模块的⼿机，可基于双指纹识别实现更多交互功能。
这也打开了我们的思路，原来指纹识别不⽌于解锁⼿机和移动⽀付呀！
我们每个⼈有⼗根⼿指，相当于⼗把独⼀⽆⼆的钥匙，如何使⽤这些钥匙在⼿机上打开更多更⼴的空间呢？这是个值得思
考的问题
~
属于指纹识别技术的标签太多：
“
识别率
”
、
“
识别速度
”
、
“
便捷性
”
、
“
安全性
”
、
“
性价⽐
”……
指纹识别技术的未来⾛向⼀定
是能够平衡这些指标的更优解。
不久的将来，超声波指纹识别技术可能会成为主流。
在更远的未来，指纹识别技术是否会进化到渗透⼿指⽪肤下提取更多特征进⾏识别呢？