超声波屏下指纹识别更快、更好用吗？

vivo 发布市面第一款量产的屏下指纹识别手机，X20 Plus（屏幕指纹版）后的三年时间里，「屏下指纹」已成为了各大厂商旗舰，甚至是中端、入门 OLED 机型的标配。

iPhone 5s 带起手机的指纹识别技术发展至今，已诞生了三种不同的主流解决方案，一是电容、二是光学，三是超声波。

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电容式指纹识别技术

跟 iPhone 5s 一同诞生的 TouchID，用的是「电容式指纹识别」技术，内部含有电容器、压力感应和热感应等传感器。

（ pinho / unsplash）

简单来说，压力感应传感器在感知到压力时，会调动电容器用来对指纹进行扫描，利用指腹纹理的细微凹凸落差产生的电势差识别指纹，进而形成指纹灰度影像，再跟事前录好的指纹库数据进行比对匹配，就能完成识别，其中的热感应传感器主要是用来判定活体特征。

不过在 OLED 全面屏时代，「电容式指纹识别」技术的组件难以跟 OLED 面板融合，于是「光学式指纹识别」技术正式登上手机指纹识别的 历史 舞台，不，应该算是「重返舞台」。

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光学式指纹识别技术

说是「重返舞台」，是因为「光学式指纹识别」并不算是什么新鲜的技术了，它其实早于电容式，光学式指纹识别早早地存在于各大公司的指纹考勤机、门禁机上。

基本原理很简单，就是直接给手指指腹打上一束（可见）光，照亮指纹并由下方的图像传感器（如 CMOS、CCD）接收，直接记录下指纹的灰度影像来直接进行数据比对。

使用光学式指纹识别的 vivo X60 Pro+ 与 OPPO Find X2 Pro

相比起电容式，光学式指纹识别的结构其实更简单，识别模块能很自然地隐藏在 OLED 面板之下，在 OLED 像素之间捕获到指纹信息，另外，自发光的 OLED 面板天然地就是个指纹识别的光源，指纹识别时 OLED 特定区域亮起就能直接给识别模块提供光源，开始识别。

这种实现屏下指纹识别的方法成本相对简单经济，是当今最主流、且较为成熟的一种屏下指纹识别方式。

此外，还有另一种更先进的屏下指纹识别技术 —— 超声波式指纹识别。

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超声波式指纹识别技术

超声波式指纹识别技术，顾名思义就是利用超声波作为采集媒介的指纹识别技术啦。

使用超声波式指纹识别的魅族 18 Pro

利用超声波来扫描捕捉指腹纹理，再进行建模、比对和分析，实现指纹识别。超声波具有一定的穿透性，能穿透 OLED 面板和屏幕外玻璃，因此不仅适合于普通实体的指纹识别模块上，也适合作为屏下指纹识别。

高通就很热衷于超声波式指纹识别，魅族 18 和魅族 18 Pro 是最新一款采用超声波屏下指纹识别技术的机型，它的识别准确率之高、识别速度之快，直接击破了我对「屏下指纹 = 慢」的刻板印象，蜻蜓点水般触摸一下指纹区域就能迅速完成识别并解锁（当然前提要保证接触面积），完全可以跟市面上最快的独立式指纹识别模块媲美。

魅族 18 Pro（超声波）

三星 Galaxy S21（超声波）

OPPO Find X2 Pro（光学）

vivo X60 Pro+（光学）

除了魅族，三星也是超声波式指纹识别的拥趸，最新的 Galaxy S21 指纹解锁准确率也挺高，速度也挺快，但还是要比魅族 18 慢那么一丢丢。

使用超声波式指纹识别的三星 Galaxy S21

前面提到超声波具有一定的穿透性，而超声波指纹识别率基本不受水影响，即使是湿手，也能轻易解锁。

其实近年来，不少采用光学式指纹识别也对湿水指纹识别进行了优化，湿手识别率是上去了，但速度会比干指纹要慢些。

快，但不全等于更好用

光学和超声波，这两种指纹识别技术如果类比脸部识别技术，光学式好比普通的单摄像头脸部识别，超声波识别好比 3D 结构光识别的 FaceID，它们的优缺点也比较相似，光学识别需要外部光源，OLED 屏幕会在手指放下的一刻会亮起强光，这在昏暗的夜间体验可不算太友好；而超声波识别的精度相对较高，更安全，速度也更快些。

三星 Galaxy S21 / 魅族 18 Pro / OPPO Find X2 Pro / vivo X60 Pro+

但快归快，体验上的好坏除了技术上的先天优势，还得看各家厂商的调教和设计，以及方案供应商的技术成熟度，例如，即使硬件做得再好，识别率再高，落实到具体机型，如果识别区域太过靠底，单手操作体验也不太友好。

超声波指纹识别有个最大的天敌，那就是「保护膜」，特别是较厚实的钢化膜。超声波虽然有穿透性，但遇到较厚、密度较大的物体时会很难穿过。

这里我们来做了个试验，选来了一张实测厚度为 0.439mm 的钢化膜，分别贴在三星 Galaxy S21、魅族 18 Pro，以及 OPPO Find X2 Pro 和 vivo X60 Pro+ 的屏幕指纹识别区域。

贴钢化膜后的三星 Galaxy S21 和魅族 18 Pro 无法正常录入指纹

贴钢化膜后的 OPPO Find X2 Pro 和 vivo X60 Pro+ 正常录入指纹

无论手指再怎么用力贴近屏幕，采用超声波式的魅族 18 Pro 和三星 Galaxy S21 都是完全无法正常采集到指纹信息的；而同样的膜贴在光学式指纹识别的 vivo X60 Pro+ 和 OPPO Find X2 Pro 的屏幕上，识别速度虽有打折，但至少是可以准确识别。

三星在初次使用这项技术的 Galaxy S10 身上，也因此开始在出厂标配了一张厚度适合的软质膜。而魅族 18 Pro 的超声波指纹识别精度、速度，以及位置的设计都让我非常满意，但想吐槽的是出厂配备的软膜质感真的有些廉价。

所以说采用超声波屏下指纹识别的机型想要用上指纹识别，就基本是告别钢化膜，甚至是较厚的软膜了。

撰文 / Chillwim

摄影 / Chillwim

视觉 / 66

超声波指纹都是什么材质

今年以来，越来越多旗舰手机采用屏幕指纹技术，甚至是一些千元机都开始用上了，如OPPOK1、魅族16X等等。不过不同手机使用的屏幕指纹技术也有所不同。从今年来看，全面屏手机流行的屏幕指纹识别技术主要有以下三种：光感屏幕指纹识别、压感（电容）屏幕指纹识别和超声波屏幕指纹识别。

其中，光感屏幕指纹识别是今年最常见的，应用相对最广，目前上市的绝大多数屏幕指纹手机都是基于这种屏下指纹技术。

光式、电容、超声波屏下指纹区别

1、光感屏幕指纹识别：

优点：技术成熟

缺点：目前仅支持OLED屏幕、屏幕易老化

代表机型：vivoNEX、vivoX23、OPPOR17/K1、魅族16/16X/16Plus、一加6T、荣耀Magic2、联想Z5Pro等

光感屏幕指纹识别技术是今年屏下指纹手机用的最多的一种方案。它主要依靠光线反射来探测指纹回路，由于LCD屏幕无法自发光，因此目前支持光学屏下指纹识别的产品都采用的是OLED屏幕。

光学式屏下指纹传感器的优势在于可以最大程度上避免环境光的干扰，在极端环境下的稳定性更好。不足主要是识别率还不够高，另外长期点亮屏幕特定区域，OLED屏容易出现老化问题。此外，由于仅适合OLED屏幕，成本相比LCD屏相对更高。

2、压感（电容）屏幕指纹识别：

优点：同时支持OLED和LCD屏，成本相对较低、无需自发光，更省电

缺点：信号容易相互干扰、需按压使用

代表机型：华为Mate20Pro、小米8屏幕指纹版、小米8透明探索版

电容式指纹识别大家应该都不陌生，此前很多非屏幕指纹，正面指纹解锁手机都是采用这种技术。在屏幕指纹手机流行的当下，电容屏幕指纹又衍生出了压感屏幕指纹识别，也是属于电容屏幕指纹技术的一种，通过内置高灵敏度压感传感器，只需将手指放在屏幕解锁区域，轻微按压即可解锁。

由于电容式屏下指纹识别在识别过程中不需要屏幕发光，因此它支持LCD屏幕，相对而言成本更低。不过，由于智能机显示屏上都有一层用于识别、触控的触摸层，由此可能会产生触控信号和指纹识别信号相互干扰的问题。另外，需要按压才能实现解锁，操作速度并没有优势。

3、超声波屏幕指纹识别

优点：识别率高、支持活体检测、安全性更高

缺点：成像质量低、产量较低

代表机型：三星S10系列（即将发布）

超声波式屏下指纹识别方案目前尚未量产，主要由高通推动。从目前曝光的消息来看，明年初即将发布的三星S10将采用超声波屏幕指纹方案。

超声波式屏下指纹识别的优点在于具有较强的穿透性，抗污渍的能力较高。即使是湿手指依旧能完美识别。此外，依靠超声波极好的穿透性，还支持活体检测。由于能够得到3D指纹识别图像，安全性相较于其它屏下指纹识别方案更高。

不过，超声波式屏下指纹识别同样有诸多急需解决的难题。比如成像质量低、技术不够成熟、产量较低等。目前，超声波式屏下指纹识别没能得到大范围推广商用，便是由于上述原因，技术上还有很大的提升空间。

从目前来看，光感屏幕技术最为流行，应用也最广，而超声波屏幕指纹，明年有望迎来普及，压感屏幕指纹，目前采用的厂商相对较少。值得一提的是，苹果今年没有任何屏幕指纹产品，都是通过3D结构光人脸识别来替代，使用也很方便，尤其是未来3D结构光可以完美隐藏在屏幕内，有望取代屏幕指纹技术。

超声波指纹采集，其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波（超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同）。因此，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。

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。

向某一方向发射超声波，检测声波从发射到反射回来的时间，可以计算出发射点距反射点的距离。对物体进行多点扫描，可由多点汇集出物体的表面形状。依据这一原理采集指纹信息的传感器，即超声波指纹传感器

指纹，是人体的基本特征之一。是表皮上突起的纹线，凸起的部分叫纹峭，凹的部分纹峪。指纹有三种基本形状：螺旋形，环形，弓形；总体特征的区域特征模式有：核心点，三角点，式样线；指纹的局部特征（指指纹上的节点）：终结点，分叉点，孤立点，中心点等。

指纹识别，即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。指纹识别技术涉及图像处理、模式识别、计算机视觉、数学形态学、小波分析等众多学科。由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。由于每次捺印的方位不完全一样，着力点不同会带来不同程度的变形，又存在大量模糊指纹，如何正确提取特征和实现正确匹配，是指纹识别技术的关键。

传统的指纹识别，是对指纹与物体接触的表面进行分析，按手印，光学扫描等得到的是二维（2D）指纹图像。而超声波扫描可以对指纹进行更深入的分析采样，甚至能渗透到皮肤表面之下识别出指纹独特的3D特征。

由于超声波具有一定穿透性，所以在手指有少量污垢或潮湿的情况下仍能工作，可以穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石、塑料等设备进行识别。因此可以将传感器装在设备内部和设备融为一体，而不必将指纹识别单元单独做成一个外露的表面部件。

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