隨著移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)浪潮的到來，傳統(tǒng)的一些對人的認證識別方式已經(jīng)無法滿足社會發(fā)展需求。通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統(tǒng)計學原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性，(如指紋、臉象、虹膜等)和行為特征(如筆跡、聲音、步態(tài)等)來進行個人身份的鑒定，成為大勢所趨。
目前，主要的生物識別方式有：指紋識別、掌紋識別、虹膜識別、面部識別、DNA識別、行為識別等。
而目前來看，識別方式最簡便、最實用、最準確，發(fā)展最好的就是“指紋識別”方式。全球來看，指紋識別占整個生物識別市場的將近60%的市場份額，有超過幾千家的指紋識別廠商生產(chǎn)數(shù)百種以上的指紋識別產(chǎn)品，而其它生物識別技術(shù)廠商不足其十分之一。
我們能看到最常見的就是指紋打卡、指紋門禁等，不過移動互聯(lián)網(wǎng)的到來，包括信息安全、移動支付等大量需求生物識別認證，指紋識別已經(jīng)成為了主流智能設(shè)別廠商和消費者能夠快速接受的方式。在移動支付爆發(fā)前夕，基于智能終端的指紋識別也將迎來大發(fā)。
一、指紋識別基本原理與采集技術(shù)
一個典型的指紋識別系統(tǒng)應該包括：指紋識別Sensor 特征提取/匹配模塊 特征模板庫 應用軟件。而指紋的匹配可分為兩步，首先是提取待驗證的指紋的特征，然后將其和指紋模板庫中的模板指紋進行相似度比較，從而判斷兩個指紋圖像是否來自同一手指。
我們可以看到，指紋識別核心的準確、高效的采集指紋分析。指紋識別采集技術(shù)的發(fā)展大致分為三個方式：光學識別、電容傳感器、生物射頻。
1、光學識別
光學識別是較早的指紋識別技術(shù)。基于光學發(fā)射裝置發(fā)射的光線，射到手指上再反射回機器以獲取數(shù)據(jù)，并對比資料庫看是否一致。光學識別只能到達皮膚的表皮層，而不能到達真皮層，而且受手指表面是否干凈影響較大。
2、電容傳感器
電容傳感器識別是利用一定間隔的安裝的兩個電容，利用指紋的凹凸，在手指滑過指紋檢測儀器時接通或斷開兩個電容的電流以檢測指紋資料。電容傳感器對手指的干凈要求還是比較高，而且傳感器表面使用硅材料，比較容易損壞。以技術(shù)面來看，電容式指紋辨識技術(shù)的供應為Authentec、Validity、FingERPrintCardsAB（FPC）等，Authentec被蘋果買下，Validity也被Synaptics收購。電容式指紋傳感器也是現(xiàn)在應用最普遍的技術(shù)。
指紋識別采集方式
3、生物射頻
射頻傳感器通過傳感器發(fā)射微量的射頻信號，穿透手指的表皮層獲取里層的紋路以獲取信息。這種方法對手指的干凈程度要求較低。射頻是目前較新的技術(shù)方案，射頻也是電容方式的一種，但受限于專利問題。射頻式是未來發(fā)展方向。
二、指紋識別采集方式
不管采用什么采集技術(shù)，從用戶角度用到的就兩種錄入方式：按壓式與滑動式。
1、滑動式
將手指從傳感器上劃過，系統(tǒng)就能獲得整個手指的指紋。手指按壓上去時，無法一次性采集到完整圖像。在采集時需要手指劃過采集表面，對手指劃過時采集到的每一塊指紋圖像進行快照，這些快照再進行拼接，才能形成完整的指紋圖像。
滑動式的優(yōu)點是成本低、易集成，可采集大面積的圖像，應用傳統(tǒng)的特征點算法，但缺點是需要客戶有一個連貫規(guī)范動作采集圖像，體驗效果比較差，在之前的應用推廣中不太成功。
2、按壓式
手指平放在設(shè)備上以便獲取指紋圖像。一般為了獲得整個手指的指紋，必須使用比手指更大的傳感器，整個手指同時按壓在傳感器之上。
按壓式的優(yōu)點是客戶體驗好，只用一次按壓就可以采集圖像，與客戶在手機應用的操作習慣匹配，無須教育客戶。缺點是：成本高，集成難度大，一次采集圖像面積相對較小，沒有足夠的特征點，需要用復雜的圖像比對算法進行識別。
很明顯，在用戶角度來說，按壓式最簡單、最方便。以后越來越多的移動設(shè)備都將采用按壓式指紋識別方案。
三、全球手機指紋識別方案廠商分析
全球指紋識別方案廠商較多，但是涉及手機、平板電腦的廠商還比較少，在iphone5S以后，一批國外老牌指紋識別方案廠商迅速切入。與此同時，國內(nèi)觸控IC廠商也迅速投入到該領(lǐng)域的研發(fā)。目前已經(jīng)有個別廠商已出樣。以下是手機中國聯(lián)盟編輯根據(jù)公開信息整理的主流手機指紋識別方案廠商的發(fā)展狀況。
1.AuthenTec
簡介：AuthenTec是世界領(lǐng)先的PC、無線設(shè)備以及訪問控制市場指紋認證傳感器和解決方案的提供商。2012年7月27日，蘋果以3.56億美元收購AuthenTec。
現(xiàn)狀：全球最大的感應性指紋識別傳感器最大供應商，產(chǎn)品僅應用在蘋果產(chǎn)品中，不向同行業(yè)（手機、平板等消費電子產(chǎn)品）提供技術(shù)和產(chǎn)品。目前iPhone5S、iphone6等采用基于電容和無線射頻的半導體傳感器，與iPhone手機Home鍵結(jié)合，最上層為藍寶石蓋板。由臺積電完成晶圓代工——臺灣精材、晶方科技完成晶圓級封裝——日月光負責后續(xù)封裝與測試以及SiP模組制作。
全球手機指紋識別方案廠商分析
客戶：蘋果收購以后，其指紋識別產(chǎn)品在手機、平板領(lǐng)域僅向蘋果提供。不再向同行業(yè)提供，不過對于銀行安全、管理系統(tǒng)等可以提供。
2.Synaptics新思（Validity）
簡介：Synaptics總部在美國，成立于1986年。全球領(lǐng)先的移動計算、通信和娛樂設(shè)備人機界面交互開發(fā)解決方案設(shè)計制造公司。2013年10月，Synaptics公司以2.55億美元的價格收購了生物ID識別公司Validity，正式宣布進軍指紋識別領(lǐng)域。
現(xiàn)狀：目前Synaptics滑動式與按壓式都有，采用有源電容式硅成像傳感器。三星與HTC采用其產(chǎn)品。對于公司未來技術(shù)發(fā)展方向，今年初Synaptics公司高管稱，正在計劃推出的指紋傳感器產(chǎn)品，并不會像蘋果iPhone那樣只能在Home鍵上識別，而是將其隱藏在Android或WindowsPhone系統(tǒng)手機的玻璃面板屏幕下方。由臺灣南茂和泰林負責系統(tǒng)封裝與測試。
客戶：Synaptics的客戶最大是三星，主要產(chǎn)品有三星GalaxyS5等，與手機Home鍵結(jié)合，滑動式方案。此外，HTCOneMax也采用Synaptics，置于與手機后蓋，也是滑動式方案。
3.FingERPrintCardsAB（FPC）
簡介：指紋卡公司(FPC)總部在瑞典哥德堡，并在納斯達克上市(FINGB)。致力于開發(fā)、生產(chǎn)和銷售生物識別元件和技術(shù)，幫助通過分析和比對個人獨特的指紋確認用戶的身份。
現(xiàn)狀：曾推出全球首個面向使用安卓(Android)的智能手機和平板電腦的電容式觸摸指紋傳感器FPC1020。FPC指紋傳感器采用了自己獨特的HSPA(高靈敏度像素放大器)技術(shù)，允許傳感器每個像素單元能檢測到非常微弱的信號)。目前已見方案最多的廠商，早起合作包括金立、vivo等，近期與華為合作mate7是最新產(chǎn)品。特點是技術(shù)成熟，合作伙伴多。由中芯國際等提供封裝技術(shù)支持。
客戶：FPC目前客戶較多，說明方案成熟，目前有泛泰、富士通、金立、康佳、華為、VIVO等都采用其技術(shù)。三種方案：
1）與手機Home鍵結(jié)合，滑動式。典型例子“康佳凡高V981”。
2）置于手機后蓋，滑動式。典型例子“泛泰VegaLTE-A”、“vivoxplay3S”、“金立T1”。
3）置于手機后蓋，按壓式。典型例子“華為Mate7”。
4.CrucialTec
簡介：CrucialTec韓國企業(yè)，世界最大光學觸控鍵生產(chǎn)商。
現(xiàn)狀：今年初，CrucialTe總裁宣布，公司成功研究出一種全新的玻璃陶瓷材料可以應用于指紋傳感器。這種新材料其耐用性是現(xiàn)有高強度玻璃陶瓷材料的兩倍，達到8H硬度，接近藍寶石玻璃的9H硬度，但是價格要低很多。計劃在今年現(xiàn)半年能量產(chǎn)。更早之前傳聞三星曾考慮引入GalaxyS5。
客戶：傳與三星洽談，應用在三星GalaxyS5，但因該公司產(chǎn)能無法滿足三星需求而夭折。
5.IDEX
簡介：IDEX是一家挪威的專門從事指紋識別和成像技術(shù)的生物識別科技公司。成立于1996年。2013年公司在美國開設(shè)了兩間辦事處，分別位于加州硅谷和波士頓馬薩諸塞。Idex主要為身份證、銀行卡、門禁控制和移動設(shè)備提供指紋傳感器，生物識別軟件以及其它安全解決方案。
現(xiàn)狀：擁有滑動式電容傳感器專利，其產(chǎn)品已經(jīng)廣泛使用在門禁、信息安全等領(lǐng)域，暫未了解到智能手機案例。
客戶：暫未了解到智能手機或平板案例。
四、手機廠商指紋識別技術(shù)案例分析
1、iphone5S指紋識別分析
如今，蘋果的產(chǎn)品引領(lǐng)著電子消費產(chǎn)品的潮流，每一項新的技術(shù)應用都有可能帶動一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。iphone5S采用指紋識別后的一年，指紋識別技術(shù)有越來越多的廠商加入。下面我們就分析一下iphone5S的指紋識別技術(shù)。
iPhone5S指紋識別的原理：iPhone5s的TouchID指紋傳感器被放置在Home鍵，這個用戶與iPhone自然而然頻頻接觸的地方。按鈕表面由激光切割的藍寶石水晶制成，可精確聚焦手指，保護傳感器；該傳感器會識別和記錄指紋信息。按鈕周圍是不銹鋼環(huán)，用于監(jiān)測手指，激活傳感器和改善信噪比。隨后，軟件將讀取指紋信息，查找匹配指紋來解鎖手機。
指紋傳感器部分：iPhone5S采用了一種基于電容和無線射頻的半導體傳感器，為指紋讀取做了兩層驗證。
第一層，借助了一個指紋電容傳感識別器。手指構(gòu)成電容的一極，另一邊一個硅的傳感器陣列構(gòu)成電容另一極，通過人體帶有的微電場與電容傳感器間形成微電流，指紋的波峰波谷與感應器之間的距離形成電容高低差，從而描繪整個接觸面的指紋圖像。
第二層，TouchID還引入了無線射頻。射頻技術(shù)是將一個低頻的射頻信號發(fā)射到真皮層。因為人體細胞液是導電的，讀取真皮層的電場分布而獲得整個真皮層最真皮層。因為人體細胞液是導電的，讀取真皮層的電場分布而獲得整個真皮層最精確的圖像。TouchID外面有一個驅(qū)動環(huán)，由它將射頻信號發(fā)射出來，然后藍寶石片下面的感應組件讀取從真皮層反射回來的信號，形成一幅指紋圖像。
算法部分：蘋果采用的AuthenTec公司的算法，在指紋驗證過程，獲得指紋掃描圖像后，能夠360°全方位的與數(shù)據(jù)庫進行判斷比對。當新的指紋圖像與數(shù)據(jù)庫樣本指紋互相匹配成功，該圖像便用于加強和完善數(shù)據(jù)庫的樣本信息，這種算法所形成的指紋模板異常強大，能夠在各種角度成功識別指紋。
封裝部分：之前的電容式指紋識別裝置一直沒有一種合適的材料能涂在指紋傳感器表面來保護其硅傳感器陣列。由于電場很微弱，需要手指和傳感器保持較近的距離，因此保護層不能太厚。在經(jīng)過一段時間的使用以后保護層就會磨損，導致識別失敗，此外手指上經(jīng)常會有油脂，鹽分和沙粒，加上潮氣和溫度，成為保護層殺手。蘋果用來保護傳感器的保護層，就是藍寶石水晶。蘋果發(fā)明了一種將指紋傳感器的硅芯片和遮檔板集成模塑為一體的技術(shù)，封裝結(jié)構(gòu)可以保護傳感器芯片和遮擋板，特別是允許保持一個比已知的所有設(shè)計更小的距離。蘋果這項技術(shù)可以把藍寶石的厚度減小到1mm，從而應用在Home鍵上，用來保護傳感器。
2.疑問解答
1.蘋果或者美國NSA會竊取我的指紋嗎？
指紋特征不會上傳或者備份到蘋果的服務器，芯片硬件上也不允許除指紋識別傳感器之外的軟件讀取。即便蘋果或NSA能拿到你的指紋特征，也不能反向復制出你的指紋。
2.手指脫皮，受傷，沾水或油污怎么辦？
單純的脫皮應該不會導致無法識別，因為傳感器識別的是活體皮膚，而不是脫落的死皮。iPhone5S可以保存5個指紋，因此即使一個手指受傷也可以換一個手指。沾水或者油污有可能會降低識別率，但是不等于說完全無法識別。
3.手機被偷了，小偷能通過刷機解鎖手機嗎？
iOS7新增加的功能，把手機跟AppleID綁定。即便小偷讓手機進入恢復模式(DFU)，清掉所有內(nèi)容，重新激活手機的時候還是需要輸入AppleID的密碼，否則不能激活手機�；旧闲⊥抵荒懿鹆四愕氖謾C當零件賣。至少你手機里邊的信息是安全的。
4.指紋除了解鎖和在AppStore買東西，還能干什么？
目前來說，指紋鎖可以讓你快速解鎖和在AppStore，AppleStore，iTunesStore，iBooks等蘋果服務內(nèi)快捷支付。尚不知道蘋果是否會對第三方開放指紋功能。
五、智能終端指紋識別生態(tài)系統(tǒng)分析
指紋識別要火起來，必須是移動支付火起來。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止2018年，全球移動支付市場交易金額將接近3000億美元。目前，還處于爆發(fā)前夜，隨著移動互聯(lián)進一步發(fā)展，相信移動支付市場即將騰飛。這為指紋識別技術(shù)大發(fā)展提供可非常好的條件。目前主流廠商都已經(jīng)開始推動指紋設(shè)別發(fā)展。
1、蘋果生態(tài)系統(tǒng)：
蘋果在去年iphone5S上搭載指紋識別傳感器后，今年有在此基礎(chǔ)完善了，移動支付生態(tài)系統(tǒng)的布局。iPhone6配備上了NFC功能，蘋果還全新的服務——ApplePay，這是一個近場支付的服務，ApplePay依靠NFC芯片，通過結(jié)合TouchID，可以便捷完成移動端支付。ApplePay的初期合作伙伴包括賽百味、麥當勞、迪士尼、沃爾格林、梅西百貨、絲芙蘭和梅西百貨，當然還有蘋果商店。此外，Groupon、Uber和Panera也都整合了ApplePay，顧客無需輸入任何支付信息便可完成支付。蘋果正在打造全放為的支付系統(tǒng)，而指紋識別將作為重要一環(huán)，迎來大發(fā)展。
2、阿里生態(tài)系統(tǒng)：
9月1日，支付寶錢包和華為宣布聯(lián)手推出國內(nèi)首個指紋支付的標準方案，這一方案將搭載在華為即將推出的Mate7手機上，這意味著國內(nèi)指紋支付行業(yè)有了新的起點。而就在今年早些時候，阿里云OS結(jié)合指紋識別的方案在深圳亮相，這也表明阿里迫切希望，指紋識別方案盡快成熟，以推動移動支付戰(zhàn)略的發(fā)展。
3、騰訊生態(tài)系統(tǒng)：
微信已經(jīng)與國內(nèi)幾家指紋識別產(chǎn)品廠商達成初步的合作框架，其中就包括維爾科技。維爾科技是國內(nèi)最大的指紋識別產(chǎn)品和解決方案的供應商。
目前來看，不管是手機終端廠商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、移動運營商、銀聯(lián)……都在加快推進移動支付發(fā)展，指紋識別也將迎來大發(fā)展。
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