指纹识别黑科技？解读超声波指纹识别

技术宅

最近发布的小米5s，其配置的超声波指纹识别技术被小米创始人雷军花费了很大篇幅介绍。那么什么是超声波指纹识别技术？它和传统指纹识别技术有什么不同？又会给我们的生活带来什么影响（图1）？

超声波指纹识别 到底是个什么鬼

说到指纹识别，相信使用iPhone、Android手机的用户都知道。现在很多手机都配备了指纹识别，在手机上设置好指纹数据后我们以后只要一按手机主页键就可以轻松解锁。那么这次小米5s推出的超声波指纹识别又和之前常见的指纹识别有什么不同？

大家知道，由于每个人的指纹数据不同（据统计，大概每10亿人当中指纹数据相同的也只有两个人），因此指纹作为生物识别载体有极高的安全性。它具有终身不变性、唯一性和方便性，所以指纹识别逐渐成为很多手机的标配。不过手机指纹识别的发展历史其实挺悠久的，早在1998年西门子就研发出第一款指纹识别手机（刮擦式），不过直到iPhone 5s的普及，指纹识别才逐渐在手机上普及（图2）。而随着手机在我们的生活中占据越来越重要的地位，人们对指纹识别的解锁速度和安全性也越来越重视。

配置超声波指纹识别技术的小米5S

目前手机上常用的指纹识别技术主要是电容识别，它利用一个电容传感器感知你手指表面的微小电导率变化。当我们的手指按在传感器上时，它会测量出指纹引起的极小的电导率变化信号，然后用这些测得的数据形成指纹数据。其典型的代表则是iPhone 5S的TouchID，当然刚刚推出的iPhone 7使用的指纹识别也是电容识别技术（只是将Touch ID指纹识别Home键从按压式改为触控式）。

电容识别技术的不足是指纹的采集和识别对手指清洁度、湿度很敏感，脏、油、水等因素都会影响指纹的录入与识别，而且手指脱皮后也不好验证;指纹识别验证时操作规范要求高。这些不足导致传统指纹识别给我们带来不好的体验。小米5s配备的超声波指纹识别则是高通最新推出的指纹识别技术，它通过超声波扫描实现指纹的录入和识别，可以有效避免电容识别技术的不足（图3）。

指纹识别又快又准——超声波指纹识别技术的背后

上面我们介绍超声波指纹识别技术可以有效弥补电容识别技术的不足，那么这种新的指纹识别技术是怎么高效实现指纹识别？

首先我们来了解一下什么是超声波。超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的特点是方向性好、穿透能力强，可以穿透我们手指上常见的脏、油、水等，也可以穿透由玻璃、不锈钢、蓝宝石或塑料制成的智能手机外壳进行扫描，克服传统指纹识别因为汗水、油脂、污垢而不能解锁手机的难题。超声波指纹识别技术正是利用它的特点实现对指纹的录入和识别的。

当我们使用配备超声波指纹识别技术的手机录入指纹时，手指只要放在配备超声波指纹感应器的区域，此时感应器发出超声波穿透玻璃并照射到手指上后就会产生大小不同的回波。高通的超声波指纹感应器包含10000个微震传感器，这些传感器可以对指纹的嵴与峪甚至汗毛孔对超声波的不同反馈对指纹进行识别，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹嵴与峪所在的位置。更值得一提的是，超声波指纹识别运用了3D扫描技术，可穿过手指表皮进行检测，从而可以获取精确的指纹结果并存储在手机中（图4）。

这样当下次有同一特征的指纹覆盖在同一区域时，感应器会重复上述的操作获取当前指纹数据，然后传感器会将当前获取的数据和存储数据进行比对，如果一致则实现指纹解锁（图5）。

不仅仅是快而准 超声波指纹识别技术给我们带来更多便利

因为超声波可以直接穿透玻璃、表皮、汗水、油脂、污垢等物质，因此对于配备超声波指纹识别技术的手机，实际上用户无需和手机直接接触（不像电容式识别，需要和手机接触才可以让感应器感知微小的电导率变化）即可实现解锁。

这样一方面对于用户来说，指纹解锁的操作就更方便（只要用手指在感应器上方停留一下即可解锁，而且无需考虑手指是否肮脏或者潮湿），同时还不会弄坏、弄脏手机（比如经常使用手机指纹解锁的主页键就可以拥有更长的使用寿命）。

另一方面对于手机厂商来说，因为超声波可以穿透手机材质，这样就无需在手机表面材质上穿孔，手机的表面可以设计得更为完整，而且不易磨损，没有色差。比如小米5s的指纹识别部位就只是一块凹槽（并没有打穿），凹槽设计也是为了定位方便用户快速找到指纹识别部位（图6）。当然，无孔式的设计还能够有效防止水进入到手机中，提高手机的防水性能，可以给消费者带来更多的便利。

不过任何事物都有两面性，超声波指纹解锁在给我们带来便捷解锁的同时，这种技术带来的安全隐患也不容小视。因为每个人只有一套指纹，不像密码那样可以随时换，这也意味着采用了指纹识别技术的设备/服务的任何一个指纹数据泄露就等于全盘泄露，可能给我们带来不可估量的损失。作为普通消费者，我们希望在享受新技术带来的便利的同时有更强大的安全性！