指紋識(shí)別前世今生 小小“身份證”歷險(xiǎn)記

　　中國(guó)古代就有“簽字畫押”之說(shuō)，但未有科學(xué)依據(jù)。在19世紀(jì)初，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)指紋奧秘，一是兩個(gè)不同手指的指紋紋脊式樣不同，另外一個(gè)是指紋紋脊式樣終生不改變。這個(gè)研究成果使得指紋在犯罪鑒別中得以正式應(yīng)用。20世紀(jì)60年代，由于計(jì)算機(jī)可以有效處理圖形，人們開始著手研究利用計(jì)算機(jī)來(lái)處理指紋。半個(gè)多世紀(jì)過(guò)去，如今指紋識(shí)別應(yīng)用充斥在我們生活的方方面面，移動(dòng)支付、上班打卡、小區(qū)入戶都離不了它。今天就讓我們來(lái)了解一下指紋識(shí)別前世今生，看看這個(gè)存在于我們指尖的小小“身份證”究竟經(jīng)歷了那些考驗(yàn)?

　　識(shí)別鼻祖——光學(xué)指紋識(shí)別

　　最早出現(xiàn)的指紋識(shí)別系統(tǒng)是光學(xué)指紋識(shí)別。那時(shí)指紋識(shí)別傳感器都是采用玻璃表層，由于手指按在玻璃上會(huì)留下指紋，玻璃表層下面有一個(gè)熒光發(fā)光層，發(fā)光層照亮手指與玻璃接觸所形成的指紋圖案，這個(gè)時(shí)候玻璃下面的圖像傳感器便進(jìn)行掃描，掃描到指紋圖案與存儲(chǔ)器中的指紋圖像進(jìn)行比對(duì)便完成一次鑒別。

　　由于光并不能透過(guò)皮膚表層(也就是死性皮膚層)所以只能掃描手指表層。如果指紋表皮上死皮或者灰塵過(guò)多。又或者有破損和染色，會(huì)直接影響掃描結(jié)果。同時(shí)由于光學(xué)指紋傳感器只掃描手指與玻璃接觸的二維圖像，并不會(huì)檢測(cè)指紋材質(zhì)，類似《碟中諜》系列電影中采取他人指紋制作指紋膜，就可以輕易騙過(guò)指紋識(shí)別器。

　　自發(fā)現(xiàn)至今，光學(xué)指紋識(shí)別技術(shù)仍未被淘汰還是有其原因的，光學(xué)指紋識(shí)別環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)，同時(shí)壽命更長(zhǎng)成本也更低。光學(xué)指紋識(shí)別模塊采集窗多為鋼化玻璃，抗壓型強(qiáng)同時(shí)易清理，可在各種環(huán)境下作業(yè)。由于光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別模塊與按壓模塊是分開的并不會(huì)擔(dān)心人們?cè)诎磯簳r(shí)破壞識(shí)別模塊，對(duì)比其他直接按壓識(shí)別模塊指紋識(shí)別系統(tǒng)，會(huì)更不易損壞。同時(shí)由于制造工藝上更加簡(jiǎn)單，光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)價(jià)格更加低廉。現(xiàn)在大部分指紋考勤機(jī)以及部分智能鎖仍采用光學(xué)指紋識(shí)別系統(tǒng)。

　　后起之秀——電容式指紋識(shí)別

　　后來(lái)出現(xiàn)了第二代指紋識(shí)別系統(tǒng)——電容式指紋識(shí)別系統(tǒng)，電容傳感器技術(shù)是采用了交替命令的并排列和傳感器電板，交替板形式是兩個(gè)電容板，以及指紋山谷和山脊成為板之間的電介質(zhì)。兩者之間恒量電介質(zhì)傳感器檢測(cè)變化來(lái)生成指紋圖像。電容式指紋傳感器又分為較早出現(xiàn)的刮擦式傳感器以及后續(xù)出現(xiàn)現(xiàn)使用較為廣泛的按壓式傳感器兩種。

　　很多人都記得最早筆記本電腦上指紋識(shí)別都需要在識(shí)別模塊上滑動(dòng)一下，這便是早期電容式指紋傳感器的形態(tài)，這類刮擦式指紋傳感器對(duì)手指方向和動(dòng)作有很高的要求，滑動(dòng)時(shí)要?jiǎng)蛩俨荒苡型ｎD，還要向同一個(gè)方向滑動(dòng)，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使得用戶體驗(yàn)不佳。但是由于電容指紋傳感器體積較小，使得這種刮擦式指紋傳感器應(yīng)用比上文提到的光學(xué)指紋傳感器更加廣泛。

　　這個(gè)時(shí)候有兩個(gè)廠商，AuthenTec以及FingerPrint Cards AB(下文簡(jiǎn)稱FPC)。對(duì)電容式指紋識(shí)別發(fā)展有著不可磨滅的貢獻(xiàn)。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)，該專利技術(shù)能夠讀取皮膚表層下活動(dòng)層，實(shí)現(xiàn)極其精確可靠的指紋成像。這種皮下讀取方式能夠應(yīng)對(duì)常見皮膚表面狀況，隨時(shí)隨地真正地讀取所有指紋。當(dāng)時(shí)該項(xiàng)技術(shù)并未被推廣使用，主要原因是沒(méi)有一種足夠耐久的材料能在指紋傳感器表面來(lái)保護(hù)傳感器像素，且研發(fā)成本很高。但在2012年7月27日，蘋果以3.56億美元收購(gòu) AuthenTec。并在那之后推出了震驚業(yè)界的全球首款按壓式指紋識(shí)別手機(jī)。

　　直到蘋果收購(gòu)AuthenTec并且發(fā)布了帶有按壓式指紋識(shí)別的iPhone5s以后，蘋果研發(fā)的保護(hù)層解決方案才公布于眾：藍(lán)寶石玻璃(SAPPHIRE CRYSTAL)。然而蘋果采用的藍(lán)寶石玻璃并不是寶石，而是人工合成的一種物質(zhì)，主要成分是三氧化二鋁，具有極好的電氣特性和介電特性，并且防化學(xué)腐蝕，它耐高溫，導(dǎo)熱好，硬度高，透紅外，化學(xué)穩(wěn)定性好。很多名貴手表表面就是由這種物質(zhì)覆蓋。

　　雖然手機(jī)指紋識(shí)別得到突破但在電子鎖方面，由于使用頻次原因，刮擦式電容指紋識(shí)別使用體驗(yàn)和按壓式體驗(yàn)并沒(méi)有太大區(qū)別，所以電子鎖那個(gè)時(shí)候還是采用刮擦式電容指紋識(shí)別方案，更有甚者為了成本考慮，采用最開始提到的光學(xué)指紋識(shí)別方案。但是手機(jī)公司則不然。相對(duì)于蘋果公司的成功，不少安卓手機(jī)制造商只能干著急。AuthenTec公司已經(jīng)被蘋果收購(gòu)，技術(shù)不對(duì)外授權(quán)。一時(shí)間安卓手機(jī)指紋識(shí)別開發(fā)陷入停滯狀態(tài)。

　　時(shí)間推進(jìn)到2014年9月，華為發(fā)布了Mate7手機(jī)讓情況有所改變。其背面采用接觸式指紋識(shí)別，使用體驗(yàn)與按壓式接近，遠(yuǎn)好于刮擦式。該款手機(jī)采用FPC“FPC 1020”指紋識(shí)別方案，成為第一個(gè)采用按壓式指紋識(shí)別方案的安卓手機(jī)，其方案提供商FPC也因?yàn)檫@款手機(jī)一時(shí)間聲名鵲起。同年，“物聯(lián)網(wǎng)”概念大火，電子鎖也搭上物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)順風(fēng)車，搖身一變成為智能鎖。而指紋識(shí)別是智能鎖解鎖的最優(yōu)方案，比起傳統(tǒng)密碼解鎖要方便，也安全得多。由于指紋識(shí)別技術(shù)突破以及智能手機(jī)上指紋識(shí)別的普及，使得采購(gòu)指紋識(shí)別模塊成本也越來(lái)越低，于是采用電容式指紋識(shí)別模塊的智能鎖便越來(lái)越多，價(jià)格也比較合理。在經(jīng)過(guò)數(shù)次方案更新后，國(guó)內(nèi)智能家居和智能鎖廠家紛紛采用FPC指紋識(shí)別方案，并作為賣點(diǎn)之一。

　　但是電容式指紋傳感器對(duì)臟手指，濕手指等困難手指識(shí)別率低，對(duì)手指清潔度要求較高。同時(shí)由于傳感器表面是使用硅材料，非常容易損壞，導(dǎo)致使用壽命降低。所以電容式指紋傳感系統(tǒng)還有很長(zhǎng)的路要走。

　　未來(lái)之星——射頻指紋識(shí)別

　　指紋識(shí)別經(jīng)過(guò)前兩代更替又前進(jìn)了一步，這兩年新興的射頻指紋識(shí)別可以靠特定頻率信號(hào)反射來(lái)探知指紋的具體形態(tài)的。此類指紋識(shí)別系統(tǒng)又分為無(wú)線電波探測(cè)與超聲波探測(cè)兩種，其原理都與探測(cè)海底物質(zhì)的聲納類似。

　　如果說(shuō)前兩代指紋識(shí)別技術(shù)關(guān)注的是解鎖速度和精度，但對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，可能面臨的煩惱是，比如手指上有水或者冬天手指脫皮，指紋識(shí)別就失效了。射頻指紋識(shí)別對(duì)干手指，汗手指，臟手指等困難手指通過(guò)可高達(dá)99%，防偽指紋能力強(qiáng)，指紋敏感器識(shí)別原理只對(duì)人類真皮皮膚有反應(yīng)，從根本上杜絕了人造指紋問(wèn)題，同時(shí)它還適合特別寒冷或特別酷熱的地區(qū)。由于射頻傳感器能產(chǎn)生高質(zhì)量圖像，因此射頻技術(shù)是最可靠，最有力的指紋識(shí)別方案。除此之外，高質(zhì)量圖像還允許減小傳感器，無(wú)需犧牲認(rèn)證的可靠性，從而降低成本并使得射頻傳感器思想應(yīng)用到可移動(dòng)和大小不受拘束的任何領(lǐng)域中。但是這類指紋識(shí)別傳感器現(xiàn)階段造價(jià)太高，還沒(méi)有推廣開來(lái)。希望未來(lái)可以將這項(xiàng)技術(shù)廣泛投入社會(huì)使用當(dāng)中。

　　結(jié)語(yǔ)：科技不斷進(jìn)步使得我們生活變得更加方便安全，指紋識(shí)別作為一種對(duì)身份驗(yàn)證簡(jiǎn)單可靠的方法經(jīng)過(guò)不斷更新迭代已經(jīng)變得十分成熟，并運(yùn)用廣泛。相信未來(lái)它還會(huì)在新的領(lǐng)域發(fā)掘更多使用價(jià)值。