指纹识别进化史:智能锁识别技术会如何发展?

2017年10月11日 05:11 中关村在线

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  原标题:指纹识别模块进化史 不只是手机有!

  光学指纹识别并不可靠

  笔者小的时候看电影,觉得科幻电影里的指纹识别很酷炫。没想到几乎在一夜之间,指纹识别就来到了我们的生活中。由于现在智能手机上都会有指纹识别模块,使得移动支付在国内非常火爆,移动支付甚至和“高铁”、“共享单车”、“网购”一起被外国人列入“新四大发明”之中。

移动支付已经十分普遍移动支付已经十分普遍

  在物联网领域,智能锁是指纹识别普及率最高的设备,也有很多的公司考勤采用指纹打卡。虽然你每天都在用指纹解锁你的手机,或者进行支付,但是你真的了解指纹识别么?它是怎么做到只能用你的指纹解锁,又是怎么做到保障你的手机内容和支付安全的呢?

指纹考勤机指纹考勤机

  光学指纹采集设备始于1971年,工作原理类似于摄像头。由于手指按在玻璃上会留下指纹,所以传感器都是采用玻璃表层,玻璃表层下面有一个荧光发光层,发光层照亮手指与玻璃接触所形成的指纹图案,这个时候玻璃下面的图像传感器便进行扫描,扫描到的指纹图案与存储器中的指纹图像进行比对便完成一次鉴别。

光学指纹扫描仪光学指纹扫描仪

  光学指纹传感器的缺点比较明显。首先是由于采用光学扫描,其成像质量完全取决于手指扫描面的皮肤状况。如果指纹表皮上死皮或者灰尘过多。又或者有破损和染色,会直接影响扫描的结果。而且由于光学指纹传感器只扫描手指与玻璃接触的二维图像,并不会检测指纹的材质,采用指纹膜等方式就可以轻易骗过指纹传感器。

  电容式指纹识别优势更大

  除此以外,由于结构问题,这种指纹识别模块并不能将体积缩减到非常小,加上安全性并不能做到十分安全,所以光学指纹识别模块一开始只出现在对安全性要求不是特别高的指纹考勤机,指纹采集仪上。但是人们对指纹识别安全性的追求并不会仅限于此,电容式指纹传感器的发展动摇了光学指纹传感器的地位。

电容式指纹扫描仪电容式指纹扫描仪

  很多人都记得以前笔记本上的指纹需要在上面滑动一下,这便是早期的电容式指纹传感器的形态,那个时候很多笔记本电脑上配置的指纹传感器都是线性的,就是说不同于光学指纹传感器上的二维CCD/CMOS图像传感器,这种传感器的像素往往只是排列成一行的一维阵列,所以手指需要从传感器上划过,以便指纹识别器能依次读取手指不同部位的图像,最后再拼接成完整的指纹进行识别。

笔记本电脑上曾经采用滑动式指纹识别笔记本电脑上曾经采用滑动式指纹识别

  这种电容指纹传感器虽然体积有所下降,但是实际上由于需要滑动扫描,对手指的方向和动作依然有很高的要求,滑动的时候要匀速不能有停顿,还要向同一个方向滑动,不能转动,这便使得用户体验有所下降。

滑动式指纹识别体验并不好滑动式指纹识别体验并不好

  但是由于电容指纹传感器的体积小的特点,使得这种指纹传感器的应用比上文提到的光学指纹传感器更加广泛。在笔记本电脑,电子门锁(那个时候还没有智能的属性)上都有出现,甚至在手机上按压式指纹识别技术还不够成熟时,也会采用指纹识别进行解锁。在iPhone5s发布以后,按压式指纹识别便开始成为所有指纹识别研发公司竞相追逐的目标。

  这个时候有两个厂商不得不提,一个是AuthenTec,还有一个叫做FingerPrint Cards AB(下文简称FPC)。这两个厂商对按压式指纹识别的发展有着不可磨灭的贡献。

AuthenTecAuthenTec

  AuthenTec是一家以色列的公司,于1998年创立。是世界领先的海量PC、无线设备以及访问控制市场指纹认证传感器和解决方案的提供商,指纹扫描器产品每年出货量高达一亿,拥有将近 200 个专利,涵盖指纹识别芯片、封装、软件以及最终使用等方面。但是这个指纹识别方面的龙头老大怎么就会被苹果看上并且将其收购了呢?

  这家公司让苹果眼馋

  2011年,AuthenTec研发出了一种基于电容和射频识别的指纹识别新技术,称之为“TruePrint”,TruePrint专利技术能够读取皮肤表层下的活动层(人的指纹真正所在之处),实现极其精确可靠的指纹成像。这种皮下读取方式能够应对常见的皮肤表面状况,随时随地真正地读取所有指纹。

TruePrint指纹识别技术原理TruePrint指纹识别技术原理

  其基本原理就是将手指形成电容的一极,指纹传感器是另外一极。在需要识别的时候传感器给手指表面加上电压,由于手指上面凹凸不平,使得每个传感器测得的电场值也不一样,这样依靠足够密集的传感器像素便能绘制一个指纹图像。而且由于死皮并不导电,所以能直接探测出真皮层的指纹图像

Trueprint技术可以探测真皮层的指纹图像Trueprint技术可以探测真皮层的指纹图像

  从2011年年末到2012年初,AuthenTec就开始不断地与消费类电子厂商进行接触,包括惠普、联想、富士、三星、朗讯等大客户,希望能从别的厂商中获得资助。但是并没有几个厂家对这件事有兴趣。最终只有苹果对这件事有着很高的关注,于是AuthenTec的高管开始与苹果进行谈判,但是一直处于胶着状态。

  2012年3、4月份,苹果曾提出收购公司的工程师团队,以便为苹果开发产品,但 AuthenTec 高层并没有同意。之后双方又进行了数次谈判。最后的结果大家都看到了:2012年7月27日,苹果以3.56亿美元收购 AuthenTec。并在那之后推出了震惊业界的全球首款按压式指纹识别手机。

iPhone 5s的按压式指纹识别iPhone 5s的按压式指纹识别

  之所以这么多厂家对这种指纹识别没有兴趣,究其原因,是没有一种足够耐久的材料能在指纹传感器表面来保护传感器像素,而且研发的成本很高。

指纹识别的研发成本很高指纹识别的研发成本很高

  由于检测所产生电场很微弱,需要将手指和传感器尽可能的靠近,所以需要一种既能让传感器穿透保护板而不形成过多噪音的保护层,这样才能保证识别的准确率。

  指纹识别让多数智能锁厂商头疼

  另外一方面这种保护层的强度也要足够高、足够耐久。因为保护板是要暴露在外的,接触的物质包括但不限于手指,还会有油脂、水渍、沙尘等,而且还要接受温度和湿度的考验,这种保护层的研发需要投入很大的研发成本。

指纹识别保护板要足够耐脏指纹识别保护板要足够耐脏

  直到苹果收购了AuthenTec并且发布了带有按压式指纹识别的iPhone5s以后,苹果研发这个保护层的解决方案才公布于众:蓝宝石玻璃(SAPPHIRE CRYSTAL)。然而苹果采用的蓝宝石玻璃并不是宝石,而是人工合成的一种物质,主要成分是三氧化二铝,其化学成分和物理性质与天然蓝宝石相同。蓝宝石玻璃有着很好的热特性,极好的电气特性和介电特性,并且防化学腐蚀,它耐高温,导热好,硬度高,透红外,化学稳定性好。很多名贵的手表表面就是由这种物质覆盖。

名贵的手表多采用蓝宝石玻璃作为表蒙名贵的手表多采用蓝宝石玻璃作为表蒙

  由于按压式指纹识别已经在苹果收购AuthenTec以后被首先解决了,安卓手机厂商只能干看着。他们也很着急啊,因为按压式指纹识别的使用体验几乎秒杀了刮擦式指纹识别的方案,而且其他的有指纹识别方案的厂家也没有类似的方案,三星更是慌不择路在自家旗舰机上选择了刮擦式指纹识别。

  不过在电子锁上面,由于使用频次的原因,刮擦式电容指纹识别的使用体验和按压式的体验并没有太大的区别,所以电子锁那个时候还是采用的刮擦式电容指纹识别方案,更有甚者为了成本考虑,采用了最开始提到的光学指纹识别方案。

采用光学指纹识别的指纹锁采用光学指纹识别的指纹锁

  而那个时候手机厂商远比电子锁生产厂商财大气粗,所以在选择方案上只能跟着手机厂商的方向去走。这个时候有一家瑞典厂商给手机厂商和电子锁厂商带来了新的方向,也是这个时候,电子锁具有了智能的属性,成为了智能锁,这家厂商便是FPC。

  智能锁厂商找到救命稻草

  2014年9月,华为发布了Mate7手机,其背面采用接触式指纹识别,使用体验与按压式接近,远好于刮擦式。采用FPC的“FPC 1020”指纹识别方案,成为了第一个采用按压式指纹识别方案的安卓手机,其方案提供商FPC也因为这款手机一时间声名鹊起,股票疯涨。

华为mate7采用FPC的指纹解锁方案华为mate7采用FPC的指纹解锁方案

  FPC是一家瑞典的厂商,成立于1997年,是全球领先的生物识别技术公司。致力于开发、生产和销售生物识别元件和技术,帮助通过分析和比对个人独特的指纹确认用户的身份。

FPC指纹识别模块FPC指纹识别模块

  由于指纹识别界的“老大”AuthenTec已经被苹果收购,而且技术不对外授权。曾经的FPC在技术获得突破以后便受到很高的关注度,也几乎是按压式电容指纹识别方案的唯一选择。2014年,物联网(IoT)概念大火,电子锁也搭上物联网这个顺风车,摇身一变成立为了智能锁。而指纹识别是智能锁上解锁的最优方案,比起传统的密码解锁要方便,也安全得多。

  由于指纹识别技术的突破以及智能手机上指纹识别的普及,使得采购指纹识别模块的成本也越来越低,于是智能锁上采用指纹识别模块的智能锁便越来越多,价格也比较合理。在经过了数次方案更新后,国内智能家居和智能锁的厂家纷纷采用FPC的指纹识别方案,并作为卖点之一。

很多智能锁将FPC的指纹识别模块作为卖点很多智能锁将FPC的指纹识别模块作为卖点

  当然,FPC的辉煌并不只是靠撞大运。其技术实力还是很强悍的。比如说FPC指纹识别模块有一个很重要的特点:生物检测识别。简单来说就是指纹识别模块能不能检测出来按出指纹印的是人手还是仿造的指纹膜。这项技术在安全性上来说非常重要。

  未来生物识别技术会如何发展

  虽然在密钥的复杂程度上来看指纹有着很大的优势,但是因为人的皮肤一直在分泌油脂等代谢物,所以指纹是比较容易被获取的,手机上、镜子上、茶杯上等各处都可以找到指纹。现如今获取指纹以后,复制出来指纹膜的成本并不会很高,不法分子还是有机可乘。但是FPC的活体检测识别技术可以识别出指纹膜等其他仿冒的指纹并拒绝通过。这就使得智能锁的安全性提高了很多。

  不止如此,FPC的指纹识别模块还可以做到防水防尘防静电。这使得带有指纹识别的智能锁放在室外的环境下,并不会轻易遭受破坏。毕竟智能锁是看家护院的最重要的一道屏障,如果连安全性都做不好,那就实在对不住与传统机械锁相比高出好几倍的价格了。

智能锁价格与机械锁相比要高出很多智能锁价格与机械锁相比要高出很多

  就在很多手机厂商都在发力屏下指纹识别和全面屏的时候,以前指纹识别的领导者苹果却扔出来个“王炸”:iPhone X取消指纹识别,改用面部识别技术。这王炸再次使得很多智能手机厂商突然间又找不到了方向。

苹果最新公布的“面容ID”面部识别技术苹果最新公布的“面容ID”面部识别技术

  但是面部识别对智能锁来说是一个很好的机会。从场景上来说,如果智能锁可以做到面部识别,那么站在门前连手都不用伸就能开门,比指纹解锁还要更加方便。从安全性上来说,面部的三维特征比指纹更加难以获取与复制,也就保障了用户的安全。

在智能锁上 面部识别比指纹解锁更方便在智能锁上 面部识别比指纹解锁更方便

  但是由于现在苹果技术并没有公开,所以只能等其他厂商跟进这项技术,若是可以重复指纹识别时代的普及性,那么智能锁也会变得更加方便和智能。或许还会有除了面部识别以外更适合智能锁的识别技术突然发展也说不定。

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