2017年初，匯頂科技就通過三星Galaxy S7 Edge和vivo Xplay6兩款改版手機(jī)演示了屏下指紋識(shí)別的案例，這種無需在屏幕上開孔的指紋識(shí)別技術(shù)吸引了無數(shù)玩家的關(guān)注。

從2018年初的“曲高和寡”，再到2018年底OPPO將支持屏幕指紋的K1打入到1599元的普及價(jià)位，這種“黑科技”注定會(huì)成為2019年中高端智能手機(jī)領(lǐng)域的“標(biāo)配”。

那么，早期的屏幕指紋和最新的屏幕指紋方案之間存在哪些差異？為何如今武裝這一技術(shù)的新品越來越便宜，而指紋識(shí)別的準(zhǔn)確性卻反而有所提升了呢？

屏幕指紋技術(shù)的發(fā)展史

屏幕指紋識(shí)別從技術(shù)層面可以衍生出“光學(xué)”（也可稱為“光電”）和“超聲波”兩大類別。

可惜，超聲波屏幕指紋方案才剛剛被三星Galaxy S10系列試裝（網(wǎng)友實(shí)際體驗(yàn)的反饋多是速度慢、識(shí)別率低），從2018年到2019年初的屏幕指紋都還是光學(xué)屏幕指紋方案的天下。

理論上，光學(xué)屏幕指紋技術(shù)在識(shí)別率和解鎖速度方面都能無限接近傳統(tǒng)的電容式指紋識(shí)別技術(shù)。以匯頂科技最新的屏下光學(xué)指紋模塊（CMOS方案）為例，其既適用于OLED軟屏，還能用于OLED硬屏（超聲波方案不能用于硬屏），并獨(dú)創(chuàng)了分離式設(shè)計(jì)，讓光學(xué)指紋模組不再需要貼合到OLED屏上（超聲波方案需要貼合到屏上），從而大大減輕了商用難度，有效降低了生產(chǎn)的隱形成本和風(fēng)險(xiǎn)成本。

因此，光學(xué)比超聲波有著更大的成本優(yōu)勢(shì)，屏體分離可有效降低生產(chǎn)成本，而且它采用的也是完全成熟的產(chǎn)業(yè)鏈。

光學(xué)屏幕指紋技術(shù)需要光的發(fā)射和感應(yīng)裝置，理論上TFT（LCD）和OLED屏幕都可以作為光源。但是，TFT屏幕是被動(dòng)發(fā)光的，需要底部的LED背光板透過TFT面板才能發(fā)光顯示。如果想在TFT屏幕內(nèi)實(shí)現(xiàn)屏幕指紋識(shí)別技術(shù)，需要整個(gè)模組進(jìn)行一番“大手術(shù)”，成本極高。反觀OLED，由于它具備超薄且支持自發(fā)光的特性，可以精確控制每一個(gè)子像素點(diǎn)。

屏幕指紋的大致原理是當(dāng)用戶手指輕微按壓屏幕時(shí)，OLED屏幕的RGB pixel會(huì)發(fā)出光線，透過OLED屏幕的小孔到屏幕表面將指紋紋理照亮。因?yàn)槭种傅牟煌y路導(dǎo)致反射的光線不同，達(dá)到指紋的光線反射穿透屏幕再到達(dá)指紋傳感器，最后指紋傳感器就能根據(jù)反射光線形成指紋圖像。

以vivo為例，其早在2018年1月就量產(chǎn)了全球首款屏幕指紋識(shí)別手機(jī)vivo X20 Plus，隨后X21、NEX、X23、NEX雙屏版和X27則分別武裝了第二代、第三代、第四代、第五代和第六代光電屏幕指紋技術(shù)。

實(shí)際上，光學(xué)屏幕指紋識(shí)別技術(shù)的迭代更新并沒這么快，其本質(zhì)上只是剛剛經(jīng)歷了兩代的革新而已。

第一代：屏下指紋傳感器方案

第一代屏幕指紋又稱“準(zhǔn)直器方案”，vivo X20 Plus、X21、小米8探索版、華為Mate RS屏下指紋版和魅族16th等早期支持屏幕指紋識(shí)別的手機(jī)，它們都在OLED屏幕下方嵌入了指紋識(shí)別傳感器，通過微透鏡收集從OLED屏幕小孔透下來的光線成像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)指紋信息的識(shí)別。

考慮到OLED的像素排列方式可能會(huì)產(chǎn)生摩爾紋影響識(shí)別，所以這類手機(jī)的指紋傳感器大都采用傾斜一定角度的方式來消除摩爾紋。

為了得到清晰的指紋圖像，“準(zhǔn)直器方案”還需要在傳感器和OLED屏幕之間加入一個(gè)“準(zhǔn)直層”來過濾掉折射和散射光線，確保到達(dá)感光元件的光線是準(zhǔn)直光。此外，在準(zhǔn)直層方案的基礎(chǔ)上還衍生出了“小孔成像方案”，它可以進(jìn)一步降低模組厚度和成本，讓到達(dá)光線傳感器的指紋圖像更清晰。

可惜，屏下指紋傳感器方案并不完美。首先，這種方案的模組必須和OLED屏幕緊密貼合，工藝難度較高且存在良品率的問題。其次，該方案的成本和有效的指紋識(shí)別區(qū)域成正比，用于采集指紋的面積越大，成本也會(huì)蹭蹭往上漲。

無論是熄屏還是亮屏都能看到指紋傳感器

此外，為了讓隱藏在屏幕之下的傳感器最大限度地接收穿透屏幕的光線，那就必須提高屏幕的透光性，于是所有采用“準(zhǔn)直器方案”的手機(jī)都有一個(gè)通病——屏幕在強(qiáng)光下可以隱約看到指紋傳感器的輪廓，非常影響觀瞻。

第二代：屏下攝像頭傳感器方案

從vivo NEX開始，以O(shè)PPO R17、K1為代表的新品大都采用了第二代屏幕指紋識(shí)別技術(shù)，它們將隱藏在屏幕內(nèi)的指紋識(shí)別傳感器換成了特殊的攝像頭模組（由指紋芯片、超短焦CMOS

魚眼攝像頭、光線傳感器、NOR FLASH和濾光片幾個(gè)部分組成），也因?yàn)楸环Q為“CMOS方案”，其本質(zhì)上是通過“屏下攝像頭”來完成指紋的采集和比對(duì)。

和第一代“準(zhǔn)直器方案”相比，“CMOS方案”的模組無需和OLED屏幕結(jié)合，只要固定在框架上即可，工藝難度和成本大幅降低。此外，該方案無需考慮準(zhǔn)直孔的問題，只需提高攝像頭的像素就能進(jìn)一步提升成像質(zhì)量，強(qiáng)光下也很難看到屏幕內(nèi)的指紋模塊（鏡頭）了。

2018年早期“準(zhǔn)直器方案”的拒識(shí)率是7%~8%，如今“CMOS方案”則已經(jīng)降低到了2%，而且解鎖速度也從早期的1秒降低到了0.24秒。

價(jià)格方面，在“準(zhǔn)直器方案”時(shí)期的屏幕指紋芯片成本約8美元到9美元，額外的模組成本約7美元到9美元，整套方案下來的總成本高達(dá)15美元到18美元，也就是約合103元到123元人民幣。如今，“CMOS方案”的屏幕指紋芯片已經(jīng)降到了6美元，模組成本也僅需2美元，約合55元人民幣的開銷已經(jīng)為其成為主流價(jià)位手機(jī)（1500元以上）的標(biāo)配奠定了基礎(chǔ)。

“CMOS方案”還有一個(gè)殺手級(jí)的優(yōu)勢(shì)——既然它的主體就是攝像頭，所以可以引入和相機(jī)相關(guān)的技術(shù)來進(jìn)一步提升成像質(zhì)量和識(shí)別的效率。

作為首批采用“CMOS方案”的手機(jī)代表，vivo NEX就增加了多幀合成、畸變處理、判穩(wěn)、劃痕檢測(cè)等大量源自攝影的技術(shù)，以及特征提取優(yōu)化、動(dòng)態(tài)BASE自適應(yīng)、MASK機(jī)制、DPI適配等針對(duì)指紋圖像的算法優(yōu)化。

到了X23，vivo更是聯(lián)合高通在SoC層面進(jìn)行了深度優(yōu)化，推出了“屏幕指紋DSP加速技術(shù)”，將原本由CPU負(fù)責(zé)的指紋圖像增強(qiáng)和對(duì)比識(shí)別的工作交給了Hexagon DSP，效率大幅提升且功耗明顯下降。

同時(shí)，X23還將屏幕下的指紋攝像頭圖像密度提升到750ppi，光圈增長(zhǎng)到了F/1.5，通過后期的OTA系統(tǒng)更新還能進(jìn)一步優(yōu)化首幀加速、HBM同步、水波紋消除、蒙版預(yù)加載和移除等算法，讓X23的指紋解鎖速度從發(fā)布之初的0.35秒進(jìn)一步提升到了0.24秒！

去年上市的vivo NEX雙屏版采用了“第五代光電屏幕指紋”，它將2P鏡頭升級(jí)到了3P鏡頭，并在SoC（CPU）上開辟了指紋處理專區(qū)，結(jié)合DSP級(jí)優(yōu)化在亮屏解鎖速度上再次獲得突破?？傊癈MOS方案”擁有成本更低，以及通過類似相機(jī)算法可不斷優(yōu)化升級(jí)的特點(diǎn)，已然成為了新款手機(jī)最熱衷武裝的光學(xué)屏幕指紋解決方案。

vivo X27屏幕指紋識(shí)別演示

最新上市的vivo X27采用了“第六代屏幕指紋HD版”，其特色在于將模組Sensor感應(yīng)面積增加到2倍。與上一代屏幕指紋技術(shù)相比，檢測(cè)到手指面積提升27%，而獲取的圖像信號(hào)量、動(dòng)態(tài)范圍也隨之提升了30%。不止如此，更大面積的感應(yīng)模組，使得第六代屏幕指紋在特殊場(chǎng)景中表現(xiàn)出色，比如在干手指、低溫環(huán)境等情況下，其識(shí)別效率也相對(duì)提升了近50%之多。