屏下指纹火热背后，三星S10和国内厂商所用的技术有何不同？

整理|陈兴华

昨日（21日），三星在美国旧金山发布会发布了包括Galaxy S10在内多款旗舰机。三星方面主要对折叠屏、多功能摄像头组合、Dynamic AMOLED等几个功能进行了重点介绍。但此次三星发布会还有更值得关注的“新趋势”。

三星在发布会上介绍，三星年度旗舰产品Galaxy S10以及S10 Plus是全球第一款采用高通超声波屏幕指纹技术的手机，而该技术可能给手机行业生物识别技术带来颠覆性的改变。

据了解，屏下指纹技术目前主要有三类，分别是电容式指纹识别、光学式指纹识别、超声波指纹识别技术。前两者技术发展较为成熟，也应用在多数厂商的终端产品中。其中，光学式指纹识别技术在国产终端中占据很大比例，应用最为广泛。

近几年，随着生物识别技术在金融、安防等领域的蓬勃发展，生物识别的安全性也备受关注。一旦用户端对生物识别的安全性要求提升时，超声波技术和光学指纹识别技术的优缺点自然会显现。

那么，超声波指纹识别技术、工作原理是什么？超声波指纹与光学和电容式指纹识别技术有什么差异？哪些手机采用了超声波指纹识别技术或者光学式指纹识别技术？

超声波指纹识别技术概念

据CNet报道，三星Galaxy S10搭载的高通超声波屏幕指纹技术的手机，看起来和一加6T、华为Mate 20所采用的屏下指纹识别技术方案十分相似。但其实技术上有本质性的差异。

与医院B超的超声波类似，“3D声波传感器”技术的作用原理是皮肤对声波的反射。无论夜晚还是白天，声波均可以穿过皮肤上的水、乳液、油脂捕捉到皮肤表面的细节。

高通表示，超声波指纹识别技术比目前广泛应用于手机的光学指纹识别传感器更加安全、更为迅速。这是因为超声波传感器通过对用户皮肤的凹凸纹理进行3D信息捕捉，相比之下，光学指纹识别不是通过声波，而是用光学进行信息捕捉，只能获得二维图像信息。

围绕超声波和光学指纹识别技术在生物识别安全性的争论正在升级的时候。在手机屏幕上嵌入指纹传感器仍是终端设计的热门趋势之一，因为该技术不会占用手机表面上的任何空间。而且与嵌入手机电源按钮以及后壳上的传感器相比，需要的技术探索更少。设计上也很好的配合了全面屏手机。

“安全和生物识别技术已经快速融入移动平台，”高通公司移动技术高级副总裁Alex Katouzian在12月份的Qulalcomm夏威夷年度技术峰会上表示。“这是指纹技术的未来。”

自三星Galaxy S7以来，虹膜识别就已经应用在三星手机产品中。如今，三星开始摒弃虹膜生物识别技术。尤其在是Galaxy S10以及S10 Plus的正式推出，这代表三星内置于屏幕的超声波指纹传感器取代了虹膜扫描识别传感器。同时，三星入门级手机Galaxy S10 E还在电源按钮上使用了传统的电容式指纹识别传感器。

OnePlus 6T光学屏下指纹 图源：CNet

什么是超声波指纹传感器？

高通公司开发的3D声波指纹传感器通过声波“读取”指纹，并解锁手机。超声波传感器集成在手机显示屏多个层中的一个层中，当用户将手指放置于目标区域时，即正在触摸手机显示屏玻璃时，用户的皮肤将会发射出微小的电脉冲，激活传感器，使其识别解锁手机。

当手机在非工作时段黑屏时，用户可以通过手指轻推手机屏幕，唤醒超声波指纹识别。

Galaxy S10超声波屏下指纹 图源：CNet

超声波指纹与光学指纹识别技术有何不同？

目前国内终端厂商华为、vivo、OPPO等均采用的是光学式指纹识别技术。该技术是将光线反射到用户的手指上，然后再反射回传感器上。传感器将用户的指纹信息读数绘制成二维的图像，所以基本上就是用户指纹“脊”和“谷”的形状“照片”。

专家曾经表示，光学式指纹识别的工作原理决定了，很容易被照片、高仿指纹（比如，AI绘制的假指纹）所欺骗。高通声称，其超声波指纹传感器的功能足以扫描、读取到用户指纹4毫米的深度信息，达到所谓的孔隙水平。

超声波指纹与电容式指纹识别技术有何不同？

电容式指纹的原理是，当用户将手指按压在手机背面、侧面或者正面的按键时，指纹将会被电容式传感器所捕获。在手机触摸屏上，手指将会释放出微量的电荷，让手机显示屏幕准确地感知手指触摸的位置。

传感器中的电容器通过扫描仪测量电荷，然后将电荷图案与注册时的手指指纹信息进行匹配，检测指纹“脊”的位置。

三星电容式屏下指纹 图源：CNet

附：超声波指纹识别技术的工作原理和细节

当用户的电信号击中传感器时，将会发出声波，反射到用户的皮肤上。人的皮肤表面并不是平坦的，每个人的指纹拥有独特的“谷”和“脊”图案。超声波反射回到处理器，处理器根据皮肤上的声波压力读数绘制指纹图案。通俗地说，就是根据指纹“谷”和“脊”的图案计算不同的电压水平。

举个简单的例子，假设“脊”是1，“谷”是0。超声波传感器模块可以将这些数据绘制出来，行成一幅细节丰富的3D指纹图像。声波还能检测到人的血液，所以断指（没有生命的手指）、假手指、人造皮肤都不能愚弄到超声波指纹识别技术。