指紋識別黑科技？解讀超聲波指紋識別

技術宅

最近發布的小米5s，其配置的超聲波指紋識別技術被小米創始人雷軍花費了很大篇幅介紹。那么什么是超聲波指紋識別技術？它和傳統指紋識別技術有什么不同？又會給我們的生活帶來什么影響（圖1）？

超聲波指紋識別 到底是個什么鬼

說到指紋識別，相信使用iPhone、Android手機的用戶都知道。現在很多手機都配備了指紋識別，在手機上設置好指紋數據后我們以后只要一按手機主頁鍵就可以輕松解鎖。那么這次小米5s推出的超聲波指紋識別又和之前常見的指紋識別有什么不同？

大家知道，由于每個人的指紋數據不同（據統計，大概每10億人當中指紋數據相同的也只有兩個人），因此指紋作為生物識別載體有極高的安全性。它具有終身不變性、唯一性和方便性，所以指紋識別逐漸成為很多手機的標配。不過手機指紋識別的發展歷史其實挺悠久的，早在1998年西門子就研發出第一款指紋識別手機（刮擦式），不過直到iPhone 5s的普及，指紋識別才逐漸在手機上普及（圖2）。而隨著手機在我們的生活中占據越來越重要的地位，人們對指紋識別的解鎖速度和安全性也越來越重視。

配置超聲波指紋識別技術的小米5S

目前手機上常用的指紋識別技術主要是電容識別，它利用一個電容傳感器感知你手指表面的微小電導率變化。當我們的手指按在傳感器上時，它會測量出指紋引起的極小的電導率變化信號，然后用這些測得的數據形成指紋數據。其典型的代表則是iPhone 5S的TouchID，當然剛剛推出的iPhone 7使用的指紋識別也是電容識別技術（只是將Touch ID指紋識別Home鍵從按壓式改為觸控式）。

電容識別技術的不足是指紋的采集和識別對手指清潔度、濕度很敏感，臟、油、水等因素都會影響指紋的錄入與識別，而且手指脫皮后也不好驗證;指紋識別驗證時操作規范要求高。這些不足導致傳統指紋識別給我們帶來不好的體驗。小米5s配備的超聲波指紋識別則是高通最新推出的指紋識別技術，它通過超聲波掃描實現指紋的錄入和識別，可以有效避免電容識別技術的不足（圖3）。

指紋識別又快又準——超聲波指紋識別技術的背后

上面我們介紹超聲波指紋識別技術可以有效彌補電容識別技術的不足，那么這種新的指紋識別技術是怎么高效實現指紋識別？

首先我們來了解一下什么是超聲波。超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，它的特點是方向性好、穿透能力強，可以穿透我們手指上常見的臟、油、水等，也可以穿透由玻璃、不銹鋼、藍寶石或塑料制成的智能手機外殼進行掃描，克服傳統指紋識別因為汗水、油脂、污垢而不能解鎖手機的難題。超聲波指紋識別技術正是利用它的特點實現對指紋的錄入和識別的。

當我們使用配備超聲波指紋識別技術的手機錄入指紋時，手指只要放在配備超聲波指紋感應器的區域，此時感應器發出超聲波穿透玻璃并照射到手指上后就會產生大小不同的回波。高通的超聲波指紋感應器包含10000個微震傳感器，這些傳感器可以對指紋的嵴與峪甚至汗毛孔對超聲波的不同反饋對指紋進行識別，利用皮膚與空氣對于聲波阻抗的差異，就可以區分指紋嵴與峪所在的位置。更值得一提的是，超聲波指紋識別運用了3D掃描技術，可穿過手指表皮進行檢測，從而可以獲取精確的指紋結果并存儲在手機中（圖4）。

這樣當下次有同一特征的指紋覆蓋在同一區域時，感應器會重復上述的操作獲取當前指紋數據，然后傳感器會將當前獲取的數據和存儲數據進行比對，如果一致則實現指紋解鎖（圖5）。

不僅僅是快而準 超聲波指紋識別技術給我們帶來更多便利

因為超聲波可以直接穿透玻璃、表皮、汗水、油脂、污垢等物質，因此對于配備超聲波指紋識別技術的手機，實際上用戶無需和手機直接接觸（不像電容式識別，需要和手機接觸才可以讓感應器感知微小的電導率變化）即可實現解鎖。

這樣一方面對于用戶來說，指紋解鎖的操作就更方便（只要用手指在感應器上方停留一下即可解鎖，而且無需考慮手指是否骯臟或者潮濕），同時還不會弄壞、弄臟手機（比如經常使用手機指紋解鎖的主頁鍵就可以擁有更長的使用壽命）。

另一方面對于手機廠商來說，因為超聲波可以穿透手機材質，這樣就無需在手機表面材質上穿孔，手機的表面可以設計得更為完整，而且不易磨損，沒有色差。比如小米5s的指紋識別部位就只是一塊凹槽（并沒有打穿），凹槽設計也是為了定位方便用戶快速找到指紋識別部位（圖6）。當然，無孔式的設計還能夠有效防止水進入到手機中，提高手機的防水性能，可以給消費者帶來更多的便利。

不過任何事物都有兩面性，超聲波指紋解鎖在給我們帶來便捷解鎖的同時，這種技術帶來的安全隱患也不容小視。因為每個人只有一套指紋，不像密碼那樣可以隨時換，這也意味著采用了指紋識別技術的設備/服務的任何一個指紋數據泄露就等于全盤泄露，可能給我們帶來不可估量的損失。作為普通消費者，我們希望在享受新技術帶來的便利的同時有更強大的安全性！