指的就是玩手机的你 解密屏下指纹解锁技术

2013年9月，苹果发布了第一款指纹解锁的手机， iPhone 5S，从此我们就告别了输入密码解锁手机的时代。今年1月，vivo发布了第一款有屏下指纹识别技术的手机：vivo X20 Plus UD，从此不需要解锁键也可以指纹解锁。

拥有屏下指纹解锁技术的公司，并不是一家手机公司，是来自美国专攻人机互动技术的Synaptics公司。随着越来越多的公司和Synaptics签下技术合约，华为、小米以及更多的公司也相继推出了类似的屏下指纹解锁的产品。 今天我们就从技术原理和发展方向的角度来了解一下屏下指纹技术。

按键式 VS 屏下指纹解锁

在手指解锁的短暂的一秒内，你的手机需要完成以下四个步骤：获取一张指纹的图像；从图像中获取指纹信息；与备份的标准指纹信息进行比较；决定是否解锁手机。屏下指纹解锁，和传统指纹键解锁不一样的地方，主要在于获取指纹图像的方式。

按键式解锁使用的电容感测器来解锁手机，感受的是指纹的凹凸。电容感测器通过将凹凸变成电压大小，来录入指纹信息。类似的，手机触屏使用的感测器也是电容感测器 ，但区别在于按键指纹解锁对于精确度是指纹级别，而触屏是指尖级别，比指纹大很多。需要达到指纹级别的清晰度，对于上层玻璃材料，感测器密集度，以及和显示屏合并为一体的技术都有难度。需要完成屏下解锁，Synaptics用了另外一种感测系统。

屏下指纹技术用的则不是电容感测器，而是图像感测器。这类感测器和相机上的感测器类似，将光信号转换成电信号，然后再复原电信号成为图像。屏下指纹的光学感测器安放在OLED显示屏的下面，透过半透明的OLED显示屏来给屏幕上的指纹照一张相片。

vivo手机在每一次屏下解锁的时候都会有一个从指纹蔓延出来闪电的动画，而那个动画的作用当然不止是为了炫酷。在动画播放的时候会有一束强光从屏幕底下射出来，照亮你的指纹，同时屏幕下方的光学感测器开启，拍摄一张你指纹的照片。 如果你拥有一台vivo的屏下指纹手机，如果你把手机屏幕关闭偏45度对着光线，你可以通过半透明的OLED显示屏看到屏幕下面的方形的光学感测器。

由于屏幕指纹技术依赖的是屏幕下的光学感测器，所以对显示屏的要求是：薄，半透明。由于传统的液晶显示屏存在需要打背光，需要多层偏光片的需求，显示屏组成不透明也不薄，所以屏下指纹技术只能配套OLED显示屏（有关OLED显示屏详情见你的屏幕比你浪：OLED和曲面屏发展史 | 钛科普）

除了感测器的不同，屏下指纹技术和按键指纹技术在信息识别上非常类似。在获取了指纹的图像之后，会提取指纹中有特点的纹路，比如分叉和回路，然后比较和之前录入指纹中相应特殊纹路的相对位置，来决定是否解锁手机。

把我的指纹交给你安全吗？

除了方便和快捷，任何手解锁技术都是为了保证手机内部信息的安全性。一般来说，安全性一半来自于两方面：解锁信息的独特性，复制解锁信息的可行性。解锁信息的独特性，从指纹解锁的角度来说，在于人群中和你有类似指纹的人有多少。依据苹果的数据，指纹解锁在每5万人中有一个人可以解锁你的手机，而3D面部识别技术在100万人中才能有一个能解锁手机，而三星使用的虹膜解锁技术，概率是120万人中才有一个。

然而手机的安全性不止在于解锁信息的独特性，更在于复制解锁信息的难度。传统的按键指纹解锁，因为感受的是指纹的凹凸，需要指纹的3D模型才能完成解锁，而屏下手机解锁使用的光学系统，只需要一张指纹的高清照片即可完成屏幕解锁，复制难度相对较低。

同样的道理，3D面部解锁不仅收集面部的3D信息，还有体温信息，所以即使有一个硅胶制作的3D面部模型，还需要模拟人的体温才能让3D面部解锁，而2D虹膜解锁技术只需要一张打印的高清虹膜图片即可解锁手机，复制较容易。

相比采集虹膜信息，指纹的高清图片比较难以采集和仿制，所以从这一点上指纹解锁比虹膜解锁更安全，但是指纹解锁并不是目前手机市场内最安全的解锁手机方式。同时，屏下指纹技术也是一项较为新的技术，在未来，通过硬件方式增加感测器，例如增加温度感测器来辨别指纹到底是来自手指还是照片，或者通过软件强化算法的方式，屏下指纹解锁技术的安全性能还是有提高的空间的。

屏下指纹的下一步？

除去安全问题，屏下指纹技术还是给手机的发展带了了质变：不需要指纹键，离手机能够实现真正全屏更靠近了一步，从产品设计的角度来说打开了很多新的空间。虽然目前屏下指纹解锁只局限于屏幕上的一小块区域，理论上指纹解锁可以覆盖整个屏幕，只需要加大屏幕下方的光学感测器大小。也许在不久的将来，简单地把手放在手机上的动作就能解锁手机。

8月23号新出的OPPO R17不仅把指纹解锁技术移到了屏幕下面，也把之前刘海屏的红外3D面部识别移到了屏幕下面。留在屏幕上方的，就只有一个前置摄像头了。由于OLED有薄和半透明的特点，也许不久之后前置摄像头也会移到屏幕之下，形成真正的全屏手机。

屏下指纹技术是屏下各种技术的开始。屏下技术给产品设计带来的变革，给用户带来的方便与快捷，都会让这项技术有不少生机。（本文首发钛媒体，作者/黄竹皮，编辑/项欧）