屏下指紋火熱背後，三星S10和國內廠商所用的技術有何不同？

整理|陳興華

昨日（21日），三星在美國舊金山發佈會發佈了包括Galaxy S10在內多款旗艦機。三星方面主要對摺疊屏、多功能攝像頭組合、Dynamic AMOLED等幾個功能進行了重點介紹。但此次三星發佈會還有更值得關注的“新趨勢”。

三星在發佈會上介紹，三星年度旗艦產品Galaxy S10以及S10 Plus是全球第一款採用高通超聲波屏幕指紋技術的手機，而該技術可能給手機行業生物識別技術帶來顛覆性的改變。

據瞭解，屏下指紋技術目前主要有三類，分別是電容式指紋識別、光學式指紋識別、超聲波指紋識別技術。前兩者技術發展較為成熟，也應用在多數廠商的終端產品中。其中，光學式指紋識別技術在國產終端中佔據很大比例，應用最為廣泛。

近幾年，隨着生物識別技術在金融、安防等領域的蓬勃發展，生物識別的安全性也備受關注。一旦用户端對生物識別的安全性要求提升時，超聲波技術和光學指紋識別技術的優缺點自然會顯現。

那麼，超聲波指紋識別技術、工作原理是什麼？超聲波指紋與光學和電容式指紋識別技術有什麼差異？哪些手機採用了超聲波指紋識別技術或者光學式指紋識別技術？

超聲波指紋識別技術概念

據CNet報道，三星Galaxy S10搭載的高通超聲波屏幕指紋技術的手機，看起來和一加6T、華為Mate 20所採用的屏下指紋識別技術方案十分相似。但其實技術上有本質性的差異。

與醫院B超的超聲波類似，“3D聲波傳感器”技術的作用原理是皮膚對聲波的反射。無論夜晚還是白天，聲波均可以穿過皮膚上的水、乳液、油脂捕捉到皮膚表面的細節。

高通表示，超聲波指紋識別技術比目前廣泛應用於手機的光學指紋識別傳感器更加安全、更為迅速。這是因為超聲波傳感器通過對用户皮膚的凹凸紋理進行3D信息捕捉，相比之下，光學指紋識別不是通過聲波，而是用光學進行信息捕捉，只能獲得二維圖像信息。

圍繞超聲波和光學指紋識別技術在生物識別安全性的爭論正在升級的時候。在手機屏幕上嵌入指紋傳感器仍是終端設計的熱門趨勢之一，因為該技術不會佔用手機表面上的任何空間。而且與嵌入手機電源按鈕以及後殼上的傳感器相比，需要的技術探索更少。設計上也很好的配合了全面屏手機。

“安全和生物識別技術已經快速融入移動平台，”高通公司移動技術高級副總裁Alex Katouzian在12月份的Qulalcomm夏威夷年度技術峯會上表示。“這是指紋技術的未來。”

自三星Galaxy S7以來，虹膜識別就已經應用在三星手機產品中。如今，三星開始摒棄虹膜生物識別技術。尤其在是Galaxy S10以及S10 Plus的正式推出，這代表三星內置於屏幕的超聲波指紋傳感器取代了虹膜掃描識別傳感器。同時，三星入門級手機Galaxy S10 E還在電源按鈕上使用了傳統的電容式指紋識別傳感器。

OnePlus 6T光學屏下指紋 圖源：CNet

什麼是超聲波指紋傳感器？

高通公司開發的3D聲波指紋傳感器通過聲波“讀取”指紋，並解鎖手機。超聲波傳感器集成在手機顯示屏多個層中的一個層中，當用户將手指放置於目標區域時，即正在觸摸手機顯示屏玻璃時，用户的皮膚將會發射出微小的電脈衝，激活傳感器，使其識別解鎖手機。

當手機在非工作時段黑屏時，用户可以通過手指輕推手機屏幕，喚醒超聲波指紋識別。

Galaxy S10超聲波屏下指紋 圖源：CNet

超聲波指紋與光學指紋識別技術有何不同？

目前國內終端廠商華為、vivo、OPPO等均採用的是光學式指紋識別技術。該技術是將光線反射到用户的手指上，然後再反射回傳感器上。傳感器將用户的指紋信息讀數繪製成二維的圖像，所以基本上就是用户指紋“脊”和“谷”的形狀“照片”。

專家曾經表示，光學式指紋識別的工作原理決定了，很容易被照片、高仿指紋（比如，AI繪製的假指紋）所欺騙。高通聲稱，其超聲波指紋傳感器的功能足以掃描、讀取到用户指紋4毫米的深度信息，達到所謂的孔隙水平。

超聲波指紋與電容式指紋識別技術有何不同？

電容式指紋的原理是，當用户將手指按壓在手機背面、側面或者正面的按鍵時，指紋將會被電容式傳感器所捕獲。在手機觸摸屏上，手指將會釋放出微量的電荷，讓手機顯示屏幕準確地感知手指觸摸的位置。

傳感器中的電容器通過掃描儀測量電荷，然後將電荷圖案與註冊時的手指指紋信息進行匹配，檢測指紋“脊”的位置。

三星電容式屏下指紋 圖源：CNet

附：超聲波指紋識別技術的工作原理和細節

當用户的電信號擊中傳感器時，將會發出聲波，反射到用户的皮膚上。人的皮膚表面並不是平坦的，每個人的指紋擁有獨特的“谷”和“脊”圖案。超聲波反射回到處理器，處理器根據皮膚上的聲波壓力讀數繪製指紋圖案。通俗地説，就是根據指紋“谷”和“脊”的圖案計算不同的電壓水平。

舉個簡單的例子，假設“脊”是1，“谷”是0。超聲波傳感器模塊可以將這些數據繪製出來，行成一幅細節豐富的3D指紋圖像。聲波還能檢測到人的血液，所以斷指（沒有生命的手指）、假手指、人造皮膚都不能愚弄到超聲波指紋識別技術。