vivo屏下指纹黑科技详解：与3D面部识别之争，最终将鹿死谁手？

跟之前预告的一样，国产智能手机品牌厂商vivo在CES2018展会上展示了全球首款屏下指纹手机（此前传闻名为为vivo X20 Plus UD）。而现场展示的样机也似乎是在X20 Plus的基础上修改而来，整机的外形与X20 Plus几乎一摸一样，唯一不同之处在于，其取消了背面的指纹识别，改为采用synaptics的屏下指纹方案。

需要注意的时，synaptics的屏下指纹方案必须要配合OLED屏来实现，而此前的vivo X20 Plus采用的就是6.43英寸分辨率为2160X1080像素的18:9 OLED全面屏。

可以看到，vivo展示的这款手机的指纹识别区域位于正面屏幕的下方中间位置，处于屏幕的显示区域，并且在锁屏状态下会有一个指纹的图案，用于提示指纹识别的区域。

从众多媒体在现场拍摄的视频来看，vivo这款屏下指纹手机的指纹识别速度相比传统的指纹识别方案要稍微慢一点，大概需要0.6-0.7秒的样子。误识率据说也可以达到五万分之一，解锁实际体验与传统的指纹识别基本没有多大差别。不过在指纹注册的过程当中，耗时有些偏长，注册一个指纹可能需要按压十多次，耗时超过二十秒。

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另外需要指出的是，在熄屏（屏幕关闭） 36 36163 36 13280 0 0 2721 0 0:00:13 0:00:04 0:00:09 2721的状态下，指纹识别区域是不提示的，所以需要解锁时，需要先点亮屏幕，指纹识别区域才会显示出来。而为了便于操作，用户通过抬手、双击屏幕也可点亮屏幕。

另外，当用户手机按压指纹识别区域时，该区域亮度会瞬间提高，并且区域会变大，解锁完成后，指纹区域显示的指纹图案将会消失，变为正常的屏幕显示。

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老外现场体验视频

根据vivo的说法，目前这款新机正在量产当中，将会在本月上市。而在这之前他们已经进行了大量的优化和设计，而去年8月份时就向新思下了10万-20万级的屏下指纹模块定单。

此外，vivo还强调，这款采用的屏下指纹识别方案已经达到了支付级安全，微信、支付宝等常用的带支付环境的软件已经在进行调试。

vivo屏下指纹是如何实现的？

去年11月29日晚间，Synaptics（新思国际）通过其官方微博正式发布了全球首款屏下指纹传感器——Clear ID FS9500，同时宣布在2017年年底前与一家顶级厂商实现屏下指纹传感器大规模量产。而后，Synaptics正式公布了这家厂商就是vivo。

CES上展示的Synaptics FS9500传感器模组

根据Synaptics此前公布的资料显示，其FS9500传感器模组需要和AMOLED屏来配合，可以被放置在AMOLED显示模组下方，也可以使用和标准AMOLED相同的光学材料和工艺，将传感器直接封装在AMOLED显示屏模组中，最终厚度可以做到1.5mm以内。同时，FS9500还采用本地化的TLC/AES/ECC加密，安全性也更高。

另外，由于传感器是在屏幕内，所以FS9500在识别指纹方面还天然地具有抗油污、抗水渍、扛灰尘等优势。

从上面的介绍，我们可以知道Synaptics的屏下指纹传感器则是基于光学技术来实现的。其实光学识别是应用比较早的一种指纹识别技术，比如之前很多的考勤机、门禁都采用的就是光学指纹识别技术。不过，传统的光学指纹识别模组都比较大，因为其需要独立的光学系统，所以之前一直没有被用在移动设备上。

而Synaptics的屏下指纹传感器模组则抛弃了传统的光学指纹所需的独立的光学系统，转而借用手机屏幕的光线来作为光源，照射指纹后反射的光线透过屏幕显示像素的间隙传递到紧贴于屏下的传感器上，然后通过传感器对于接收到的光信号进行处理后便可得到指纹图像。

目前的解决方案就是通过OLED屏（多为柔性OLED）来做光学指纹，其优势在于OLED屏可以自发光，不用像LCD屏那样需要背光模组，同时柔性OLED屏可以做的很薄，这也使得指纹反射回来的光线需要穿透的材料层数和厚度较少，传感器上所接受的光信号的损失也会减少，这样得到的指纹图像也更为准确。

但是这种实现方式也有一些要求，那就是在进行指纹识别时，需要识别区域的屏幕亮度足够高，最好为纯白色，这样指纹反射回的光信号才足够强，从而能够保障传感器能够接收到足够强度的能够被识别的信号。所以，我们看到，vivo的屏下指纹样机在指纹识别时，其指纹识别标识的发光区域会变大，同时亮度也会大大增强。

另外，还需要解决的一个问题就是，前面提到，屏幕发出的光线照射手指指纹后返回的光线需要穿过OLED显示屏的像素间隙，但是目前手机屏幕的像素密度越来越高，比如这款样机似乎就用了与vivo X20 Plus一样的2K屏，而像素密度高，则意味着指纹反射回来光线很多会被阻挡掉，实际透过显示像素的光线会很少。那么如何才能增强这个信号呢？

根据业内人士透露，目前的光学屏下指纹都是需要与OLED屏厂来合作，需要屏厂对于指纹识别区域进行LOW PPI处理，也就是说降低指纹识别区域的像素密度。另外，屏幕的背面也需要挖出一个透光区。这样会提升指纹反射光线的透过率，从而提升传感器对于指纹的识别率。另外，如果要将指纹传感器直接封装在AMOLED显示屏模组中，也需要屏厂或模组厂来配合。

根据业内信息显示，vivo此次是采用了三星AMOLED屏，而此前vivo与三星就一直合作密切，vivo的AMOLED主要都是由三星供应。

另有传闻称，三星目前也正在研发自己的光学屏下指纹方案，这样的话，三星就能够将其与自己的AMOLED屏进行捆绑式销售，提升竞争力。目前在中小尺寸AMOLED市场，三星仍具有绝对优势，占据了相当大的市场份额。

光学屏下指纹依然存在一些问题

首先，由于目前的光学屏下指纹技术仍然是基于光学技术，所以，其同样存在传统的光学指纹识别技术面对干手指识别率低（拒真率高）的问题。也就是说，在冬天或者寒冷环境下，用户通过光学屏下指纹进行解锁时，可能会较高概率的出现解锁失败的情况。当然，随着现在指纹识别算法的进步，已经有了类似于3d降噪的自学习图像算法功能，干指纹的影响可能会减小很多。不过，手机屏幕贴保护膜，以及外界的干扰也会光学屏下指纹的识别率。

其次，相对于传统的指纹识别，光学屏下指纹没有了手指检测的功能，需要通过手机的动作来判定，这个可能会和iPhonex一样出现需要反复激活识别功能的问题，比如某媒体的体验视频中，手机需要晃动手机激活指纹才识别。

第三，光学屏下指纹在贴合工艺上需要管控sensor到屏之前的距离，既“焦距”，如果控制的不好（比如胶的厚度控制，是否均匀），这或将导致初期有较高的不良率。另外，正如前面所说，光学方案贴合还需要在屏背面挖出一个透光区域，对显示效果会有影响；同时，前面提到的LOW PPI处理也将会对指纹识别区域的显示效果造成一定的影响，当然这个影响应该还是在可接受范围之内。

第四，我们都知道，OLED屏幕有一个缺陷就是容易烧屏，即在一个像素长时间显示同一个色彩时，像素颗粒就会老化，导致将来在显示其他内容时，会出现当初长时间显示图像的残影，并且这一过程是不可逆的。所以大家平时在使用搭载 OLED手机的时候，要尽量避免开启最高亮度和长时间显示同一图像。而这也正是vivo的屏下指纹手机没有采用熄屏状态下也提示指纹识别区域的最大原因。 不过，即便如此，指纹解锁作为每天用户最为常用的功能，手机的指纹识别区域像素点的使用也更为频繁，在长期使用后，可能会比其他区域更容易老化。

第五，功耗方面，光学屏下指纹的功耗要比传统指纹识别要高很多，比如指纹识别的过程需要瞬间提高识别区域的亮度等，这些都需要软件来配合合理的进行功耗的控制。

屏下指纹未来前景如何？

目前，可以实现屏下指纹的目前除了光学之外，超声波也是一个可行的方向。去年高通就推出了其超声波屏下指纹技术。此外，今年FPC还宣布了其屏幕内全屏指纹方案，其似乎也是基于超声波技术的。

不过，从目前多数指纹识别厂商的动向来看，光学屏下指纹进展最快，并且也是多次厂商选择的方向。除了此次的synaptics和早在2017年MWC上就展示其光学屏幕内指纹识别技术的汇顶之外，费恩格尔、迈瑞微、信炜科技等众多国产指纹芯片厂商都在积极研发基于光学的屏内指纹识别技术。不过，由于光学屏下指纹需要OLED屏厂资源支持，所以国产厂商的量产时间大都比原来预期的推后了。

更为关键的是，一向被视为行业风向标的苹果，去年发布的iPhone X采用了3D面部识别方案（Face ID）来取代了指纹识别（Touch ID）。这也使得业界出现了一种观点，认为指纹识别终将会被面部识别所取代。而这也对于屏下指纹的发展造成了一些不利影响。

不过，从市场对于苹果Face ID的反馈来看，虽然确实很便捷，但是也存在着不少的问题。外界对于Face ID的吐槽也是非常多。

就笔者个人看法，单纯的采用人脸识别来代替指纹识别的话，或多或少的也存在着一些弊端。比如面部识别会受到面部与屏幕距离、角度、外界光线强度以及面部遮挡物的影响，从而影响到面部识别的准确度。此外还存在很多一些不可抗拒因素会对外表带来改变，比如面部受伤、整容等等，还有一些特殊环境需要戴口罩，比如在医院、工作车间，甚至是雾霾天等等，这种情况下人脸识别可能就起不到作用了。另外，完全用人脸识别代替指纹识别，也挑战了用户过往的使用习惯。

当然，单纯采用指纹识别也有一些弊端，例如，双手长期徒手工作业的人们便会为指纹识别而烦恼，他们的手指若有丝毫破损或干湿环境里、沾有异物则指纹识别功能要失效了。另外对于在严寒区域或者严寒气候下，亦或者人们需要长时间带手套的环境当中，这也将使得指纹识别变得不那么便利。

但是，如果将人脸识别与指纹识别或者其他生物识别技术结合起来，则可很好的解决这些问题。值得一提的是，在此之前，三星已经将虹膜识别和指纹识别技术结合应用在了其旗舰机上。更为重要的是，人有十根手指，但却只有一张脸。

所以，笔者认为，指纹识别相当长的时间内仍然会是智能手机最为基础的一种生物识别方式，屏下指纹会取代一部分的传统的指纹识别的市场，至于能够取代多少，这就要看其成本的下降速度了。目前不少高端机型也有采用背面coating指纹。

相对目前模组价格最低已经跌至2美元以内的传统的指纹识别模组来说，目前光学屏下指纹模组的成本还是比较高的，据说可能在10美金左右，而且还需要配合成本更高的AMOLED屏来使用，这也使得这项技术在比较长的一段时间内只能被用于高端旗舰机型当中。

至于3D面部识别，虽然目前国内的奥比中光已经推出了可用于智能手机的3D感测方案，此外高通联合台湾奇景也在力推其3D感测方案，相比苹果的3D感测成本都要低。但是，目前3D感测的关键器件产能还是比较有限的，而且3D感测模组的成本也还是要比屏下指纹要高出不少。

此前奥比中光CEO黄源浩在接受媒体采访时就曾预测，（安卓阵营）到2018年Q4，在3000元以上的旗舰机中采用3D摄像头及人脸识别的手机将达到1000万台。而到2019年在2000元以上主力机型中的出货量将达到1.5亿台。到2020年这个数字将超过3亿台，整机价格也将下探到千元机。

也就是说，到2019年安卓阵营的3D人脸识别智能手机才会真正起量。而这中间这一年多时间的空档将会是屏下指纹的机会。当然这只是一家之言的预测。主要还是要看成本以及市场的反馈。而屏下指纹普及的关键，则是OLED屏的成本下降速度和普及率。

值得注意的一点是，在目前的全面屏大势之下，如果采用3D面部识别方案，那么手机正面上方就需要预留足够的位置来放置3D感测模组，或者像苹果iPhone X那样做个异形切割的齐刘海（成本更高，而且苹果已经在美国和中国拿下了iPhone X的外观专利，国产厂商想采用类似的方案可能会比较麻烦），屏幕的屏占比难以提到更高。而如果采用屏下指纹，那么手机的平占比将有可能提升到接近100%。

从这个角度来看，这场屏下指纹与3D面部识别之间的较量，最后鹿死谁手还不一定。另外，正如笔者前面所提到的，屏下指纹与3D面部识别在手机市场也并不一定会是一个你死我活的局面。多种生物识别方式结合也或将是智能手机发展的一个趋势。当然，目前这个阶段，3D面部识别和屏下指纹的成本都较高，短时间内可能难以共存在同一款产品上，但是3D面部识别+传统指纹识别或将是一种选择。而屏下指纹+2D面部识别也将是一种选择。未来，随着OLED屏的普及，屏下指纹成本与3D面部识别成本的降低，可能将会出现共存的局面。

作者：芯智讯-浪客剑

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