指纹识别的普及浪潮

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在大多数情况下,我们说的指纹是指每个手指第一指节末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路,这些纹路有一定的规律排列形成不同的纹型,而这些纹型就是指纹识别的关键。指纹是人体独一无二的特征,按照统计学概率,全球找不到两个指纹完全相同的人,因此其复杂程度足以满足身份识别的要求。如果为了提升安全性,还可以通过录入更多的指纹来满足要求(这就是为什么司法机关有时要求用户登记所有指纹的原因)。

指纹识别最早是作为各国警务部门进行身份识别的手段,但随着技术的既不,这一生物识别技术开始逐渐进入消费电子领域,从高端商务笔记本电脑的指纹识别模块到指纹考勤机,指纹识别模块的应用开始更加广泛。在2011年,首款带有指纹识别模块的智能手机 摩托罗拉Atrix 4G问世,意味着高安全性的生物识别技术正式吹响了普及号角。2013年,带有按压式指纹识别模块的苹果iphone 5s发布,更是为生物识别技术在智能手机中的普及添了一把火。 到如今,指纹识别模块几乎成为了智能手机的标准配置( iphone X和功能机除外),不仅为用户带来了极高的安全性,还带来了操作上的便利和支付的快捷。

指纹识别技术类型和发展

指纹识别实际上指的是一个采集指纹、处理图像、特征比对和结果输出的过程,只是在电子化的今天,这一过程已经被缩短到极端的时间内,这也是其能够在消费市场上普及的重要因素。另外需要注意的是,在特征比对的环节上,实际是将采集到的指纹与内置的预置模版进行比对,而非需要与云端数据比对。关于生物模版的问题,我们将在稍后讨论。

当前市场上的指纹识别模块的采集部分大致有采用光学式、硅芯片式、超声波式三种,分别代表了光学识别技术、温差感应式识别技术、半导体硅感技术和超声波技术四种,同时更先进的指纹识别技术也正在逐步普及中。我们下面可以看看几种识别技术的特点。

光学识别技术是通过光学镜片与电荷耦合器的配合,采集到指纹图像,再通过算法进行指纹匹配比对的技术,属于第一代指纹识别技术。由于光只能够扫描手指皮肤的表面,不能深入真皮层,因此对手指表面的清洁度有着较高的要求。光学识别技术存在的问题是每次采集指纹后会在设备表面留下痕迹,痕迹不仅对之后的指纹识别有造成影响的可能,用户的指纹信息也有可能会被盗取。另外,由于不能识别活体指纹,因此光学识别技术容易被指纹膜等伪造手段欺骗,因此采用这一技术的产品正慢慢退出市场。

温差感应式识别技术具备最小的传感器面积和体积,能够用滑动的方式来获取指纹图像,反应时间最快可在0.1秒内,早期的在消费电子设备上配备的指纹识别模块多是此种类型。但此类模块不能让手指长时间与采集面接触,否则就有可能导致识别出错。

专题

半导体硅感技术是通过检测指纹引发的电导率变化信号来采集图像的技术,由于其检测是比指纹更靠下的手指皮下层,因此有三个益处:一是对手指表面的清洁程度有所降低;二由于识别到了手指更里层的纹路;三是能够检测活体指纹,不会被指纹膜等伪装手段欺骗。此时,由于指纹识别模块的成本进一步降低,再加上指纹识别的安全性已经达到了金融级,因此其在智能手机上的普及开始骤然加速。

超声波技术是利用超声波的穿透性和声波阻抗的差异来进行指纹识别的技术,其好处在于能够渗透更深识别3D图像,同时模块的安装还无需在面板是那个开孔,能够充分保证设备的美观。但是由于发展时间较短,目前超声波指纹识别技术还存在误报率较高的问题,使用者还有一些问题急需解决。

另外还有一个需要提到的是属于未来的屏下指纹识别,在2017年的6月,vivo在上海的MWSC上曾经展示了采用屏下指纹识别技术的工程样机,虽然对技术方面的东西并没有更多泄漏,但这项技术的本质是将指纹识别功能集成到屏幕中的特定区域,这一技术的出现能够有效提升智能手机的屏占比,减少手机机身上的开孔并提升机身强度,同时还能有效提升智能手机的防护性能。从目前来看,影响这项技术普及的因素主要是成本和产能问题。

指纹识别技术目前遇到的问题

就安全性和便利性来说,指纹识别已经能够满足普通用户在生活中的需要。但在一些特殊情况下,指纹识别的应用也受到了限制。指纹受遗传基因的影响,概率上是没有一模一样的指纹,但在遗传病变的情况下,有的人天生就没有指纹(网状色素性皮肤病或纳尔格利综合症,前者全球患者约20人,后者虽人数不详但数量也相当稀少),如果只单一采用指纹识别技术将会给他们带来极大的麻烦(如办理身份证、护照需要采集指纹,出入境需要验证指纹)。另一种情况是病变、伤残带来的影响,此类人群在病变或伤残的影响下,指纹可能全部或部分缺失,因此在应用上也会有一些困难。

除去前面说的极端情况,指纹识别还有一个困境是因人而异的难点,由于体质差异,有的用户手指干燥程度与典型人群差异较大,因此识别率的差异也相当大。回想下每天在指纹考勤机前反复验证指纹的办公室白领,相信就能明白有时安全快捷的指纹识别技术也会带来相 当的不便吧。

升级版指纹识别—掌纹识别

掌纹识别是通过分析手指末端到手腕部分的手掌图像来实现身份识别。掌纹的形态由遗传基因控制,具备很强的稳定性和维一性。从其技术特点上来看,称其为指纹识别的升级版并无不妥,因为其在掌(指)纹识别的基础上又加入了手掌几何学识别的技术,具有采样简单、图像信息丰富、不易伪造等特点,因此安全性更高。

掌纹识别的基础是最清晰的几条纹线,这些纹线基本上是不发生变化的,而识别这些相对更大的纹线对成像图片质量要求不高,因此便于快速识别。如果需要提升安全性,还可以在此基础上添加对指纹的识别。另外,手掌几何学识别还包含有具体的数据,包括手掌宽度、长度和形状。因此从概率上来说,掌纹识别识别的准确率更高。

而在使用方面,掌(指)纹识别的手形读取器成本较低,使用范围广且易于集成,因此可以规模化使用。对用户来说,掌(指)纹识别相较其他生物识别技术显得更为方便,易被接受,因此其未来前景值得期待。不过,由于天生的限制(因为要识别整个手掌),其体积几乎不可能小型化,这将阻碍这一技术在消费电子产品力量能够与中的发展。

手掌几何学识别就是通过测量使用者的手掌和手指的物理特征来进行识别,高级的产品还可以识别三维图象。作为一种已经确立的方法,手掌几何学识别不仅性能好,而且使用比较方便。它适用的场合是用户人数比较多,或者用户虽然不经常使用,但使用时很容易接受。如果需要,这种技术的准确性可以非常高,同时可以灵活地调整生物识别技术性能以适应相当广泛的使用要求。手形读取器使用的范围很广,且很容易集成到其他系统中,因此成为许多生物识别项目中的首选技术。

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