指紋識別技術(shù)原理及全球十大方案廠商分析

　　隨著移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)浪潮的到來，傳統(tǒng)的一些對人的認(rèn)證識別方式已經(jīng)無法滿足社會發(fā)展需求。通過計算機與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計學(xué)原理 等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性，（如指紋、臉象、虹膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來進行個人身份的鑒定，成為大勢所趨。

　　目前，主要的生物識別方式有：指紋識別、掌紋識別、虹膜識別、面部識別、dna識別、行為識別等。目前，在各個應(yīng)用領(lǐng)域用的較為普遍的是指紋識別。

　　2016年上半年國內(nèi)指紋識別芯片出貨量達1.56億顆，同比增長210%，市場需求高速增長。另外，從國內(nèi)指紋識別模組市場來看，2015 年指紋識別在智能手機中的滲透率達到 25%，指紋識別模組需求超過 1 億組。2016 年國內(nèi)指紋識別在智能手機中的滲透率為 40%，預(yù)計到 2020 年國內(nèi)指紋識別在智能手機中的滲透率能達到 75%，國內(nèi)指紋識別模組的需求將超過 3.4 億組。

　　一、指紋識別基本原理與采集技術(shù)

　　一個典型的指紋識別系統(tǒng)應(yīng)該包括：指紋識別Sensor+特征提取/匹配模塊+特征模板庫+應(yīng)用軟件。而指紋的匹配可分為兩步，首先是提取待驗證的指紋的特征，然后將其和指紋模板庫中的模板指紋進行相似度比較，從而判斷兩個指紋圖像是否來自同一手指。

　　我們可以看到，指紋識別核心的準(zhǔn)確、高效的采集指紋分析。指紋識別采集技術(shù)的發(fā)展大致分為三個方式：光學(xué)識別、電容傳感器、生物射頻

　　光學(xué)識別

　　光學(xué)識別是較早的指紋識別技術(shù)?；诠鈱W(xué)發(fā)射裝置發(fā)射的光線，射到手指上再反射回機器以獲取數(shù)據(jù)，并對比資料庫看是否一致。光學(xué)識別只能到達皮膚的表皮層，而不能到達真皮層，而且受手指表面是否干凈影響較大。

　　電容傳感器

　　電容傳感器識別是利用一定間隔的安裝的兩個電容，利用指紋的凹凸，在手指滑過指紋檢測儀器時接通或斷開兩個電容的電流以檢測指紋資料。電容傳感器對手指的干凈要求還是比較高，而且傳感器表面使用硅材料，比較容易損壞。

　　以技術(shù)面來看，電容式指紋辨識技術(shù)的供應(yīng)為Authentec、Validity、FingerPrint Cards AB（FPC）等，Authentec被蘋果買下，Validity也被SynapTIcs收購。電容式指紋傳感器也是現(xiàn)在應(yīng)用最普遍的技術(shù)。

　　生物射頻

　　射頻傳感器通過傳感器發(fā)射微量的射頻信號，穿透手指的表皮層獲取里層的紋路以獲取信息。這種方法對手指的干凈程度要求較低。

　　二、指紋識別采集方式

　　不管采用什么采集技術(shù)，從用戶角度用到的就兩種錄入方式：按壓式與滑動式。

　　滑動式：將手指從傳感器上劃過，系統(tǒng)就能獲得整個手指的指紋。手指按壓上去時，無法一次性采集到完整圖像。在采集時需要手指劃過采集表面，對手指劃過時采集到的每一塊指紋圖像進行快照，這些快照再進行拼接，才能形成完整的指紋圖像。滑動式傳感器，由上向下滑，再完成指紋拼接

　　滑動式的優(yōu)點是成本低、易集成，可采集大面積的圖像，應(yīng)用傳統(tǒng)的特征點算法，但缺點是需要客戶有一個連貫規(guī)范動作采集圖像，體驗效果比較差，在之前的應(yīng)用推廣中不太成功。

　　按壓式：手指平放在設(shè)備上以便獲取指紋圖像。一般為了獲得整個手指的指紋，必須使用比手指更大的傳感器，整個手指同時按壓在傳感器之上。

　　按壓式的優(yōu)點是客戶體驗好，只用一次按壓就可以采集圖像，與客戶在手機應(yīng)用的操作習(xí)慣匹配，無須教育客戶。缺點是：成本高，集成難度大，一次采集圖像面積相對較小，沒有足夠的特征點，需要用復(fù)雜的圖像比對算法進行識別。

　　三、全球手機指紋識別方案廠商分析

　　面對這樣一個巨大的市場，蘋果在iPhone 5s上率先標(biāo)配了指紋識別，推動了指紋識別技術(shù)在智能手機市場的應(yīng)用，之后眾多的國產(chǎn)芯片廠商也紛紛殺入指紋識別市場，而且數(shù)量眾多。目前國外的指紋識別廠商主要有AuthenTec（2012年被蘋果收購）、FPC、SynapTIcs等幾個國際大廠，以及神盾、義隆、敦泰、茂丞等臺灣廠商之外，國產(chǎn)指紋識別芯片廠商主要有匯頂、邁瑞微、費恩格爾、信煒、芯啟航、貝特萊、思立微、集創(chuàng)北方、比亞迪等十多家企業(yè)。

　　1、 AuthenTec

　　AuthenTec成立于1998年，一直是全球感應(yīng)性指紋識別傳感器最大供應(yīng)商，其指紋識別組件很多年前就被嵌入了Windows筆記本。2011 年，AuthenTec研發(fā)出了一種基于電容和射頻識別的指紋識別新技術(shù)，稱之為“TruePrint”，TruePrint專利技術(shù)能夠讀取皮膚表層下的活動層（人的指紋真正所在之處），實現(xiàn)極其精確可靠的指紋成像。

　　在2012年被蘋果收購之前，AuthenTec就已經(jīng)成為世界領(lǐng)先的指紋傳感器及芯片與模組、身份識別軟件和加密安全方案的供應(yīng)商，年銷售額達7千萬美元，擁有200多項專利和230名員工，在世界范圍內(nèi)使用的傳感器超過3500萬個，其客戶包括阿爾卡特-朗訊，思科，惠普，三星，聯(lián)想，LG，摩托羅拉，諾基亞等等。

　　2012年7月蘋果公司斥資3.56億美元收購了AuthenTec公司，AuthenTec開始停止向第三方銷售指紋芯片。2013年蘋果 iPhone5s Touch ID芯片便是AuthenTec的產(chǎn)品，得到市場一致好評，也掀起了指紋識別熱潮。隨后蘋果的眾多新品中均搭載AuthenTec指紋識別芯片。

　　2、FPC（Fingerprint Cards）

　　FPC是一家瑞典生物識別傳感器科技公司，主要開發(fā)、生產(chǎn)和銷售指紋識別技術(shù)，提供有觸摸式和劃擦式兩種指紋識別傳感器。早在2013年的時候FPC也開始大舉進軍智能手機市場。得益于AuthenTec只對蘋果提供產(chǎn)品和技術(shù)，F(xiàn)PC成了非蘋果手機陣營的老大。

　　國內(nèi)第一款帶有指紋識別的手機康佳K5，以及韓國第三大手機供應(yīng)商泛泰最新款5.5英寸旗艦機和平板電腦都搭載了FPC劃擦式指紋傳感器。在2013 年10月，日本富士通公司發(fā)布帶FPC劃擦式指紋識別傳感器的4款安卓智能機和2款安卓平板電腦。2014年華為Mate 7采用了FPC觸觸式指紋識別傳感器。隨后，國內(nèi)的小米等品牌都有開始采用FPC的觸觸式指紋識別傳感器。

　　FPC的技術(shù)競爭優(yōu)勢包括獨特的圖像質(zhì)量、低功耗和完整的生物識別系統(tǒng)，但它的傳感器價格也不低。不過隨著眾多國產(chǎn)指紋芯片廠商（特別是匯頂）的沖擊，F(xiàn)PC的價格也在不斷下滑。

　　3、SynapTIcs（新思）

　　SynapTIcs成立于1986年，全球集成電路設(shè)計提供電子設(shè)計自動化（EDA）軟件工具的主導(dǎo)企業(yè)。自從2013年10月synapTIcs 以2.55億美元收購收購Validity之后，Synaptics便開始涉足指紋識別行業(yè)。不過之前其指紋識別傳感器主要以刮擦式（滑動采集）的為主，三星GalaxyS5、HTC One Max等手機上的刮擦式指紋識別傳感器正是由Synaptics提供。但是刮擦式體驗還是差于按壓式傳感器。

　　2015年初，Synaptics也針對高端移動設(shè)備推出了按壓式（Natural ID）指紋識別技術(shù)。目前國內(nèi)的聯(lián)想、中興、金立、酷派等也有采用Synaptics的指紋識別傳感器。

　　美國當(dāng)?shù)貢r間2016年12月12日，Synaptics宣布旗下的第三代Natural ID玻璃內(nèi)層（under-glass）指紋傳感器Natural ID FS4500已經(jīng)從9月份開始出樣。FS4500最大的特色就是可以透過玻璃或者陶瓷按鍵掃描指紋，在出樣之后，大規(guī)模量產(chǎn)預(yù)計在今年第四季度就能實現(xiàn)。

　　12月13日，Synaptics又宣布推出業(yè)內(nèi)首款面向智能手機和平板電腦的光學(xué)指紋傳感器的Natural ID？系列生物認(rèn)證解決方案FS9100。據(jù)介紹，Natural ID FS9100系列光學(xué)指紋傳感器可透過1mm的完整蓋板玻璃完成高分辨率掃描，并實現(xiàn)簡潔、無需按鍵的工業(yè)設(shè)計。

　　4、高通

　　在2015年的MWC展會上，高通發(fā)布了Sense ID 3D超聲波指紋識別技術(shù)。相比按壓電容傳感器捕捉的是2D指紋圖像，而Sense ID的超聲波掃描可以穿透手指的外層皮膚，捕捉到指紋脊和汗毛孔等獨特特征，從而識別出用戶指紋獨特的3D特征。這樣能夠產(chǎn)生細節(jié)豐富，難于仿制的指紋表面圖。

　　它最大的特色在于，不需要電容傳感器或者按鈕，可以隱藏于多種材質(zhì)表面之下，比如玻璃、塑料甚至金屬。同時，掃描指紋的精度也不受手指污垢、油脂以及汗水的影響，這一點是蘋果Touch ID無法做到的。

　　目前這種技術(shù)已經(jīng)被不少專業(yè)機構(gòu)和政府部門所使用，小米5S搭載的正是高通的超聲波指紋識別芯片。不過，目前高通的超聲波技術(shù)只支持高通驍龍800系列平臺。

　　5、敦泰

　　敦泰作為觸控行業(yè)的龍頭企業(yè)，雖然很早就進入了指紋識別領(lǐng)域，但是卻真的是起了個大早，趕了個晚集。2014年9月24日敦泰與挪威指紋辨識廠 IDEX合作（IDEX專注指紋辨識技術(shù)開發(fā)，擁有多達 200多項專利權(quán)，其中包括與AuthenTec有專利交叉授權(quán)），共同開發(fā)滑條式指紋感測器，搶攻指紋辨識市場。2014年底敦泰正式發(fā)布了完整的指紋識別方案，隨后基于敦泰FT9200指紋識別方案的智能手機也于2015年2月正式上市，但是之后敦泰的指紋業(yè)務(wù)差不多就陷入了停滯。目前敦泰指紋芯片出貨非常少。

　　而主要原因則是其原有指紋識別技術(shù)團隊大部分骨干的出走。一部分人跟著莫良華（敦泰原副總）成立了信煒科技，另外一批人則成立了芯啟航，這兩家公司都定位于指紋識別領(lǐng)域。

　　6、神盾

　　神盾股份有限公司（EgisTec）是臺灣指紋生物識別和數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)的主要芯片供應(yīng)商，專門提供整合的系統(tǒng)解決方案，設(shè)計重點在Senser的性能和軟件可用性。2015年底神盾在臺灣上市，神盾宣稱是全球唯一的被動式指紋識別芯片廠商，其產(chǎn)品已被三星等國際大公司和國內(nèi)中興等手機品牌公司采用，神盾產(chǎn)品在全世界擁有超過60種專利，在全球無專利困擾。

　　7、義隆電子

　　義隆電子成立于1994年，是臺灣一家IC設(shè)計公司，主要以研發(fā)和營銷集成電路產(chǎn)品為主。2001年9月，義隆電子在臺灣集中市場掛牌上市。

　　雖然義隆電子2014年才開始正式布局指紋識別芯片，但在此之前，義隆電子對于指紋芯片就早有研究。義隆電子的第一代指紋識別芯片是分辨率 176*176的大尺寸芯片，主要用于信用卡，隨后推出用于手機的指紋識別芯片是其第二代指紋識別芯片，并于2015年下半年量產(chǎn)。

　　指紋芯片生產(chǎn)方面，義隆電子主要是交給臺灣聯(lián)電和韓國Magnachip，封裝則是在臺灣。不過因生產(chǎn)問題與指紋算法等方面的影響，義隆今年進展不如預(yù)期，全年出貨量將約300萬套，低于原預(yù)期的500萬套目標(biāo)。

　　8、匯頂科技

　　匯頂科技自2002年成立以來，主要就聚焦在人機交互芯片設(shè)計領(lǐng)域，自2013年殺入指紋識別市場以來，就在這一細分領(lǐng)域投入大量的資金、人力，再加上聯(lián)發(fā)科的背后支持，匯頂發(fā)展非常之快，在技術(shù)創(chuàng)新和市場方面也不斷取得突破，成為了目前業(yè)界唯一能夠提供鍍膜、蓋板（玻璃、藍寶石、陶瓷）、隱藏式（IFS）、活體指紋檢測全系列芯片的公司。

　　憑借技術(shù)和成本優(yōu)勢，匯頂?shù)闹讣y識別產(chǎn)品目前已經(jīng)成功獲得華為、OPPO、vivo、樂視、中興、小米、魅族、聯(lián)想、金立、TCL、Amazon、 Dell、HP、ASUS、acer 、TOSHIBA、Panasonic等眾多海內(nèi)外知名終端廠商的認(rèn)可。近日，魅族新旗艦PRO 6 Plus還首發(fā)搭載了匯頂?shù)幕铙w指紋識別芯片。得益于眾多品牌廠商的采用，匯頂今年的指紋識別芯片出貨出現(xiàn)了爆炸式的增長。

　　根據(jù)此前本站的分析，今年匯頂指紋識別芯片出貨有望超過1億顆，同比增長900%。對于匯頂來說，今年將是大豐收的一年。

　　對于未來，匯頂計劃在2017年推出其第四代指紋識別芯片，將支持210μm厚度的蓋板，將Sensor占比提高到70%，提供更低功耗，更快的解鎖速度。第五代指紋識別芯片將可支持高達700μm厚度的蓋板。而最為引人矚目的則是其第六代指紋識別芯片，支持In Display的指紋識別技術(shù)，即指紋識別和觸控屏合二為一，而這也將會對指紋識別行業(yè)帶來新的革命。

　　9、貝特萊

　　深圳貝特萊電子科技有限公司成立于2011年7月，是一家高端集成電路設(shè)計國家級高新技術(shù)創(chuàng)新型企業(yè)。專注于消費類電子的IC設(shè)計，在觸控、AMOLED驅(qū)動、指紋識別及生命感知產(chǎn)品領(lǐng)域。目前主打觸控IC、指紋識別、生命感知（可穿戴）、MCU四條產(chǎn)品線。

　　2013年貝特萊開始指紋芯片研發(fā)，是國內(nèi)較早推出小面陣指紋識別傳感器的企業(yè)，并于2014年開始出貨滑動式指紋識別sensor。隨后又推出了壓力指紋識別芯片，由于蓋板方案良率相對偏低，所以這塊貝特萊選擇主推的是coating方案。

　　此外，貝特萊還與全球知名指紋識別算法廠商Precise Biometrics（簡稱PB）已達成深度戰(zhàn)略合作，能提供快速、精準(zhǔn)、安全的用戶身份認(rèn)證。

　　據(jù)介紹，貝特萊的指紋芯片采用0.18um數(shù)?；旌瞎に嚕四軌蜃龅娇焖傧ㄆ两怄i、超低功耗、干濕手指自適應(yīng)外，還具有面積很小、工藝要求簡單，成本較低等特點。并且，貝特萊指紋傳感器還集成了多種技術(shù)，如True-Print射頻識別技術(shù)，像素自校正技術(shù)等。通過這些新技術(shù)，貝特萊號稱可實現(xiàn)高達 99.9%的手指識別率，杜絕假手指。

　　10、思立微

　　上海思立微電子科技有限公司成立于2011年1月，主要從事多點觸摸傳感器、指紋傳感器、集成電路芯片和產(chǎn)品及相關(guān)電子元器件的研發(fā)等。早在2014年5月，思立微推出國內(nèi)首顆按壓式指紋識別傳感器GSL6162及其一體化解決方案。

　　目前思立微已經(jīng)擁有coating指紋識別方案、陶瓷/玻璃/藍寶石蓋板指紋識別方案，不過主推的還是背面的coating指紋識別方案。

　　得益于思立微原來在觸控領(lǐng)域的積累，以及其母公司格科微在攝像頭領(lǐng)域的影響力，很多的指紋模組廠商都有與思立微合作（其中包括凱爾光電、三贏興、合力泰、信利、桑萊士、華天科技、金龍電子、賽華、盛泰影像、凱木金、鑫鴻博等出貨量較多的模組廠商）。

　　但是由于在產(chǎn)品性能和成本（沒有支持無金屬環(huán)的方案）方面優(yōu)勢并不明顯，并且在客戶維護和技術(shù)支持方面有些跟不上，所以整體出貨并不算多。