指紋識(shí)別技術(shù)原理及全球十大方案廠商分析

　　隨著移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)浪潮的到來(lái)，傳統(tǒng)的一些對(duì)人的認(rèn)證識(shí)別方式已經(jīng)無(wú)法滿足社會(huì)發(fā)展需求。通過(guò)計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計(jì)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(lái)進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定，成為大勢(shì)所趨。

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

　　2016年上半年國(guó)內(nèi)指紋識(shí)別芯片出貨量達(dá)1.56億顆，同比增長(zhǎng)210%，市場(chǎng)需求高速增長(zhǎng)。另外，從國(guó)內(nèi)指紋識(shí)別模組市場(chǎng)來(lái)看，2015 年指紋識(shí)別在智能手機(jī)中的滲透率達(dá)到 25%，指紋識(shí)別模組需求超過(guò) 1 億組。2016 年國(guó)內(nèi)指紋識(shí)別在智能手機(jī)中的滲透率為 40%，預(yù)計(jì)到 2020 年國(guó)內(nèi)指紋識(shí)別在智能手機(jī)中的滲透率能達(dá)到 75%，國(guó)內(nèi)指紋識(shí)別模組的需求將超過(guò) 3.4 億組。

　　一、指紋識(shí)別基本原理與采集技術(shù)

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

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

　　光學(xué)識(shí)別

　　光學(xué)識(shí)別是較早的指紋識(shí)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(jī)器以獲取數(shù)據(jù)，并對(duì)比資料庫(kù)看是否一致。光學(xué)識(shí)別只能到達(dá)皮膚的表皮層，而不能到達(dá)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(shí)別是利用一定間隔的安裝的兩個(gè)電容，利用指紋的凹凸，在手指滑過(guò)指紋檢測(cè)儀器時(shí)接通或斷開(kāi)兩個(gè)電容的電流以檢測(cè)指紋資料。電容傳感器對(duì)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(lái)看，電容式指紋辨識(shí)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(gòu)。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(guò)傳感器發(fā)射微量的射頻信號(hào)，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(duì)手指的干凈程度要求較低。

　　二、指紋識(shí)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(dòng)式。

　　滑動(dòng)式：將手指從傳感器上劃過(guò)，系統(tǒng)就能獲得整個(gè)手指的指紋。手指按壓上去時(shí)，無(wú)法一次性采集到完整圖像。在采集時(shí)需要手指劃過(guò)采集表面，對(duì)手指劃過(guò)時(shí)采集到的每一塊指紋圖像進(jìn)行快照，這些快照再進(jìn)行拼接，才能形成完整的指紋圖像?；瑒?dòng)式傳感器，由上向下滑，再完成指紋拼接

　　滑動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)算法，但缺點(diǎn)是需要客戶有一個(gè)連貫規(guī)范動(dòng)作采集圖像，體驗(yàn)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(gè)手指的指紋，必須使用比手指更大的傳感器，整個(gè)手指同時(shí)按壓在傳感器之上。

　　按壓式的優(yōu)點(diǎn)是客戶體驗(yàn)好，只用一次按壓就可以采集圖像，與客戶在手機(jī)應(yīng)用的操作習(xí)慣匹配，無(wú)須教育客戶。缺點(diǎn)是：成本高，集成難度大，一次采集圖像面積相對(duì)較小，沒(méi)有足夠的特征點(diǎn)，需要用復(fù)雜的圖像比對(duì)算法進(jìn)行識(shí)別。

　　三、全球手機(jī)指紋識(shí)別方案廠商分析

　　面對(duì)這樣一個(gè)巨大的市場(chǎng)，蘋果在iPhone 5s上率先標(biāo)配了指紋識(shí)別，推動(dòng)了指紋識(shí)別技術(shù)在智能手機(jī)市場(chǎng)的應(yīng)用，之后眾多的國(guó)產(chǎn)芯片廠商也紛紛殺入指紋識(shí)別市場(chǎng)，而且數(shù)量眾多。目前國(guó)外的指紋識(shí)別廠商主要有AuthenTec（2012年被蘋果收購(gòu)）、FPC、SynapTIcs等幾個(gè)國(guó)際大廠，以及神盾、義隆、敦泰、茂丞等***廠商之外，國(guó)產(chǎn)指紋識(shí)別芯片廠商主要有匯頂、邁瑞微、費(fèi)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(shí)別傳感器最大供應(yīng)商，其指紋識(shí)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(shí)別的指紋識(shí)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(dòng)層（人的指紋真正所在之處），實(shí)現(xiàn)極其精確可靠的指紋成像。

　　在2012年被蘋果收購(gòu)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(shí)別軟件和加密安全方案的供應(yīng)商，年銷售額達(dá)7千萬(wàn)美元，擁有200多項(xiàng)專利和230名員工，在世界范圍內(nèi)使用的傳感器超過(guò)3500萬(wàn)個(gè)，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(gòu)了AuthenTec公司，AuthenTec開(kāi)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(chǎng)一致好評(píng)，也掀起了指紋識(shí)別熱潮。隨后蘋果的眾多新品中均搭載AuthenTec指紋識(shí)別芯片。

　　2、FPC（Fingerprint Cards）

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

　　國(guó)內(nèi)第一款帶有指紋識(shí)別的手機(jī)康佳K5，以及韓國(guó)第三大手機(jī)供應(yīng)商泛泰最新款5.5英寸旗艦機(jī)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(shí)別傳感器的4款安卓智能機(jī)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(shí)別傳感器。隨后，國(guó)內(nèi)的小米等品牌都有開(kāi)始采用FPC的觸觸式指紋識(shí)別傳感器。

　　FPC的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)包括獨(dú)特的圖像質(zhì)量、低功耗和完整的生物識(shí)別系統(tǒng)，但它的傳感器價(jià)格也不低。不過(guò)隨著眾多國(guó)產(chǎn)指紋芯片廠商（特別是匯頂）的沖擊，F(xiàn)PC的價(jià)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(jì)提供電子設(shè)計(jì)自動(dòng)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(gòu)收購(gòu)Validity之后，Synaptics便開(kāi)始涉足指紋識(shí)別行業(yè)。不過(guò)之前其指紋識(shí)別傳感器主要以刮擦式（滑動(dòng)采集）的為主，三星GalaxyS5、HTC One Max等手機(jī)上的刮擦式指紋識(shí)別傳感器正是由Synaptics提供。但是刮擦式體驗(yàn)還是差于按壓式傳感器。

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

　　美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)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(kāi)始出樣。FS4500最大的特色就是可以透過(guò)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(jì)在今年第四季度就能實(shí)現(xiàn)。

　　12月13日，Synaptics又宣布推出業(yè)內(nèi)首款面向智能手機(jī)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(guò)1mm的完整蓋板玻璃完成高分辨率掃描，并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔、無(wú)需按鍵的工業(yè)設(shè)計(jì)。

　　4、高通

　　在2015年的MWC展會(huì)上，高通發(fā)布了Sense ID 3D超聲波指紋識(shí)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(dú)特特征，從而識(shí)別出用戶指紋獨(dú)特的3D特征。這樣能夠產(chǎn)生細(xì)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(shí)，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(diǎn)是蘋果Touch ID無(wú)法做到的。

　　目前這種技術(shù)已經(jīng)被不少專業(yè)機(jī)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(shí)別芯片。不過(guò)，目前高通的超聲波技術(shù)只支持高通驍龍800系列平臺(tái)。

　　5、敦泰

　　敦泰作為觸控行業(yè)的龍頭企業(yè)，雖然很早就進(jìn)入了指紋識(shí)別領(lǐng)域，但是卻真的是起了個(gè)大早，趕了個(gè)晚集。2014年9月24日敦泰與挪威指紋辨識(shí)廠 IDEX合作（IDEX專注指紋辨識(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)，擁有多達(dá) 200多項(xiàng)專利權(quán)，其中包括與AuthenTec有專利交叉授權(quán)），共同開(kāi)發(fā)滑條式指紋感測(cè)器，搶攻指紋辨識(shí)市場(chǎng)。2014年底敦泰正式發(fā)布了完整的指紋識(shí)別方案，隨后基于敦泰FT9200指紋識(shí)別方案的智能手機(jī)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(shí)別技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(shí)別領(lǐng)域。

　　6、神盾

　　神盾股份有限公司（EgisTec）是***指紋生物識(shí)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(jì)重點(diǎn)在Senser的性能和軟件可用性。2015年底神盾在***上市，神盾宣稱是全球唯一的被動(dòng)式指紋識(shí)別芯片廠商，其產(chǎn)品已被三星等國(guó)際大公司和國(guó)內(nèi)中興等手機(jī)品牌公司采用，神盾產(chǎn)品在全世界擁有超過(guò)60種專利，在全球無(wú)專利困擾。

　　7、義隆電子

　　義隆電子成立于1994年，是***一家IC設(shè)計(jì)公司，主要以研發(fā)和營(yíng)銷集成電路產(chǎn)品為主。2001年9月，義隆電子在***集中市場(chǎng)掛牌上市。

　　雖然義隆電子2014年才開(kāi)始正式布局指紋識(shí)別芯片，但在此之前，義隆電子對(duì)于指紋芯片就早有研究。義隆電子的第一代指紋識(shí)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(jī)的指紋識(shí)別芯片是其第二代指紋識(shí)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***聯(lián)電和韓國(guó)Magnachip，封裝則是在***。不過(guò)因生產(chǎn)問(wèn)題與指紋算法等方面的影響，義隆今年進(jìn)展不如預(yù)期，全年出貨量將約300萬(wàn)套，低于原預(yù)期的500萬(wàn)套目標(biāo)。

　　8、匯頂科技

　　匯頂科技自2002年成立以來(lái)，主要就聚焦在人機(jī)交互芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，自2013年殺入指紋識(shí)別市場(chǎng)以來(lái)，就在這一細(xì)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(chǎng)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(lán)寶石、陶瓷）、隱藏式（IFS）、活體指紋檢測(cè)全系列芯片的公司。

　　憑借技術(shù)和成本優(yōu)勢(shì)，匯頂?shù)闹讣y識(shí)別產(chǎn)品目前已經(jīng)成功獲得華為、OPPO、vivo、樂(lè)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(shí)別芯片。得益于眾多品牌廠商的采用，匯頂今年的指紋識(shí)別芯片出貨出現(xiàn)了爆炸式的增長(zhǎng)。

　　根據(jù)此前本站的分析，今年匯頂指紋識(shí)別芯片出貨有望超過(guò)1億顆，同比增長(zhǎng)900%。對(duì)于匯頂來(lái)說(shuō)，今年將是大豐收的一年。

　　對(duì)于未來(lái)，匯頂計(jì)劃在2017年推出其第四代指紋識(shí)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(shí)別芯片將可支持高達(dá)700μm厚度的蓋板。而最為引人矚目的則是其第六代指紋識(shí)別芯片，支持In Display的指紋識(shí)別技術(shù)，即指紋識(shí)別和觸控屏合二為一，而這也將會(huì)對(duì)指紋識(shí)別行業(yè)帶來(lái)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(jì)國(guó)家級(jí)高新技術(shù)創(chuàng)新型企業(yè)。專注于消費(fèi)類電子的IC設(shè)計(jì)，在觸控、AMOLED驅(qū)動(dòng)、指紋識(shí)別及生命感知產(chǎn)品領(lǐng)域。目前主打觸控IC、指紋識(shí)別、生命感知（可穿戴）、MCU四條產(chǎn)品線。

　　2013年貝特萊開(kāi)始指紋芯片研發(fā)，是國(guó)內(nèi)較早推出小面陣指紋識(shí)別傳感器的企業(yè)，并于2014年開(kāi)始出貨滑動(dòng)式指紋識(shí)別sensor。隨后又推出了壓力指紋識(shí)別芯片，由于蓋板方案良率相對(duì)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(shí)別算法廠商Precise Biometrics（簡(jiǎn)稱PB）已達(dá)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)模混合工藝，除了能夠做到快速熄屏解鎖、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(jiǎn)單，成本較低等特點(diǎn)。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(shí)別技術(shù)，像素自校正技術(shù)等。通過(guò)這些新技術(shù)，貝特萊號(hào)稱可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 99.9%的手指識(shí)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(diǎn)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(guó)內(nèi)首顆按壓式指紋識(shí)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(shí)別方案、陶瓷/玻璃/藍(lán)寶石蓋板指紋識(shí)別方案，不過(guò)主推的還是背面的coating指紋識(shí)別方案。

　　得益于思立微原來(lái)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(méi)有支持無(wú)金屬環(huán)的方案）方面優(yōu)勢(shì)并不明顯，并且在客戶維護(hù)和技術(shù)支持方面有些跟不上，所以整體出貨并不算多。