2015年是指纹识别发展的元年，2016年成为指纹识别的爆发年。
指纹识别是在智能手机的尺寸、处理器、屏幕分辨率、续航能力、高像素、双摄像头等相继革新，延伸出的手机竞争差异化的特征。当智能手机的软硬件配置都达到一定的高度，其安全性、便捷性成为消费者的关注首选。
据旭日大数据统计，2016年上半年，国内智能手机出货量达到2.4亿台，其中配备指纹识别的智能手机出货量超过1亿台，渗透率超过40%。指纹识别智能手机市场的爆发式需求，加速了指纹芯片厂商的出货量上涨。
据笔者粗略统计，目前指纹芯片厂商出货量在1KK以上的企业有6家，除了出货量大增，国产指纹芯片厂商也呈现百花齐放的格局。
在整个演进的历程中，每一次新技术的突破，基本形成一种标签化，推进产业的发展。目前，指纹识别技术大致分为电容式、超声波以及光学式，笔者将对三项技术的不同形式进行整理和分析。
1、Underglass指纹识别
Underglass指纹识别技术也称为隐藏式指纹识别技术，最早由汇顶科技推出。其原理是手机厂商无需在手机玻璃盖板或者后壳上开孔放入指纹识别模块，而是将指纹识别模块放至在触控面板之下。由此手机厂商不需要改变原有外观设计风格，同时也更符合Android用户的使用习惯。
一直以来，Underglass指纹识别技术在市场上都相对沉寂，并没有吸引手机厂商的青睐。直到2016年，国际消费电子展（CES），汇顶科技凭借隐藏式指纹识别技术收获两项嵌入式技术创新大奖。
分析：Underglass指纹识别优点在于提升手机“颜值”，不必在手机屏幕上开孔，保持手机屏幕的完整性。其缺点是，基于玻璃、陶瓷等屏幕材料的穿透力不一样，还未普及应用。截至目前，小米5S和联想ZUK Edge是采用隐藏式指纹识别方案的两款旗舰机。
2、压力触控指纹识别
从指纹识别的采集方式来看，滑动式和按压式是常见的两种指纹识别。
在苹果之前，没有人成功的把压力触控与TapticEngine信息回馈感知技术完美的融合在一起。苹果为了解决触控面积小和触控操作视觉感知不同步的难题，在iPhone6s手机上添加了3DTouch压力触控功能。随后，国内指纹芯片厂商贝特莱也首次提出了压力触控指纹芯片方案，该项技术将3D-touch、指纹识别、HOME键菜单操作三项功能融合在一起，利于整机防水。
分析：此项压力指纹技术，只用按压一次就可以采集图像，客户体验好，也可实现HOME键操作的多样化。其缺点是成本高，集成难度大，一次采集图像面积相对较小，没有足够的特征点，需要用复杂的图像比对算法进行识别。
3、被动式单芯片指纹识别
主动式和被动式电容指纹识别都是基于电容原理来对指纹进行采集，但工作原理完全不一样，且市场各有所需。
被动式指纹识别在coating模组上部分厂商已经完全可以匹配主动式芯片的性能，如费恩格尔发布的998e芯片，穿透性能达到了100+50，大大提升了静电性能。
2016年3月31日，国产芯片厂商费恩格尔发布的被动式单芯片方案，无需驱动芯片和金属环，减少制程工序，降低了模组生产难度。在其架构设计上，不需要特殊封装工艺处理，封装不需要trench，也不需要tsv，对塑封的要求也是最低的，便于成本管控。
分析：被动式单芯片指纹方案不像主动芯片需要驱动环或者驱动芯片配合，制造工艺只需0.35um，成本优势明显。同时，采集指纹简单，功耗低，极具性价比和市场竞争优势，更有利于普及指纹。然而，被动式指纹芯片的技术瓶颈，主要在于如何将穿透力提高到媲美主动式的厚度。另外，在盖板方案上，被动式比较难以支持underglass方案。
4、主被动一体的指纹识别
主动式和被动式都是各有优劣的产品，为了将指纹采集的两种方式发挥最大化效益，将两者优势进行结合，提供客户多种选择。国内指纹芯片厂商芯启航首次推出第三代集主被动式芯片，具有高信噪比、低成本、高可靠性的CS37XX系列指纹识别芯片。
基于指纹芯片在主动式和被动式各有优势，主动式信号更强，被动式设计更简洁，芯启航将两者的优势进行结合，实现创新的主被动一体架构的指纹芯片。
分析：主被动一体指纹芯片具备穿透力强、功耗低及多电源供电以及支持AES加密以及支持虚拟按键等优势。但是，主被动结合的成本相对较高。
5、活体指纹识别
活体指纹识别技术以电容传感为原理基础，电子信号能够感应识别对象的生物特征，只对活体指纹进行识别。
2016年3月18日，汇顶科技发布“活体指纹识别”解决方案，可通过指纹、手指皮肤颜色以及心率信号等用户的生物特征来验证用户的真实身份，从而识别并拒绝伪造或克隆的假指纹。
10月27日，中兴通讯在北京重磅发布全球首款活体指纹识别智能手机中兴天机7MAX，标志着活体指纹这一推动移动支付安全升级的黑科技正式商用。随后，还有魅族和金立纷纷采用。
分析：活体指纹可以在较小的表面上获得比光学技术更好的图像质量，体积小，成本低，成像精度高，功耗低，可以最大化地防范假指纹。但缺点是成本高，在智能手机上应用少。
6、超声波指纹识别
超声波指纹采集是一种新型技术，其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波（超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同）。这项技术可以穿透表皮层，不受手指的污物影响，还能穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石或塑料制成的智能手机外壳，实现传感器和设备的相融。
2015年3月，高通首次全球发布超声波指纹识别，就是Snapdragon Sense ID 3D 指纹技术（也称为“Under Glass技术”）。2016年1月，在美国拉斯维加斯的CES 2016国际消费电子展上，高通骁龙820处理器和乐视的全新旗舰机型乐Max Pro一同亮相，乐Max Pro搭载了高通全新的骁龙820旗舰处理器，支持超声波指纹识别技术，成为了全球首款搭载该处理器的智能手机。
然而，乐Max Pro并没有实现可观的量产。直到9月，小米5S发布会，主打高通超声波指纹识别，才将此项技术大肆宣传。
分析：高通的超声波指纹识别，可以穿越手机表皮，识别精度很高，安全性高，对手指和平面的清洁度较低。但是成本昂贵，是目前不能大范围采用的原因。
7、光学指纹识别
光学识别技术作为最久远、最广泛的技术。其主要原理是将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，用棱镜将其投射在电荷耦合器件(CCD)上，进而形成脊线(指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线)呈黑色、谷线(纹线之间的凹陷部分)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。
2016年12月13日，Synaptics宣布行业首款面向智能手机和平板电脑，采用高性能、高安全性光学指纹传感器的Natural ID™系列生物认证解决方案。而其光学识别技术来自上海箩箕技术有限公司，结合双方的专有技术打造下一代光学指纹识别解决方案。
分析：光学指纹识别此前在门锁和打卡器等领域应用广泛，在智能手机上的应用价格低廉、具备耐用性、耐刮性、抗静电性强等优点。缺点是，在手机息屏时无法识别，需要足够长的光程，也需要足够大的尺寸，且干燥和油污的手指识别效果差。
【总结】
由以上分析可知，生物识别三种技术已经全部面世。除了电容式指纹识别技术的应用已经较为广泛的应用，超声波和光学式也已突破相关的技术瓶颈。其中，超声波指纹识别技术在乐视、小米等品牌机型上打出了差异化特征，新思和箩箕合作的光学识别技术也步入量产阶段。
在指纹识别需求热的浪潮下，指纹识别的技术革新也将“生生不息”。在指纹识别技术百花齐放的时代，谁能主导明年市场格局，值得可期。
李婷婷
2016-12-29 17:53
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