指纹识别前世今生 小小“身份证”历险记

　　中国古代就有“签字画押”之说，但未有科学依据。在19世纪初，科学家发现了两个指纹奥秘，一是两个不同手指的指纹纹脊式样不同，另外一个是指纹纹脊式样终生不改变。这个研究成果使得指纹在犯罪鉴别中得以正式应用。20世纪60年代，由于计算机可以有效处理图形，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹。半个多世纪过去，如今指纹识别应用充斥在我们生活的方方面面，移动支付、上班打卡、小区入户都离不了它。今天就让我们来了解一下指纹识别前世今生，看看这个存在于我们指尖的小小“身份证”究竟经历了那些考验?

　　识别鼻祖——光学指纹识别

　　最早出现的指纹识别系统是光学指纹识别。那时指纹识别传感器都是采用玻璃表层，由于手指按在玻璃上会留下指纹，玻璃表层下面有一个荧光发光层，发光层照亮手指与玻璃接触所形成的指纹图案，这个时候玻璃下面的图像传感器便进行扫描，扫描到指纹图案与存储器中的指纹图像进行比对便完成一次鉴别。

　　由于光并不能透过皮肤表层(也就是死性皮肤层)所以只能扫描手指表层。如果指纹表皮上死皮或者灰尘过多。又或者有破损和染色，会直接影响扫描结果。同时由于光学指纹传感器只扫描手指与玻璃接触的二维图像，并不会检测指纹材质，类似《碟中谍》系列电影中采取他人指纹制作指纹膜，就可以轻易骗过指纹识别器。

　　自发现至今，光学指纹识别技术仍未被淘汰还是有其原因的，光学指纹识别环境适应性更强，同时寿命更长成本也更低。光学指纹识别模块采集窗多为钢化玻璃，抗压型强同时易清理，可在各种环境下作业。由于光学识别系统识别模块与按压模块是分开的并不会担心人们在按压时破坏识别模块，对比其他直接按压识别模块指纹识别系统，会更不易损坏。同时由于制造工艺上更加简单，光学识别系统价格更加低廉。现在大部分指纹考勤机以及部分智能锁仍采用光学指纹识别系统。

　　后起之秀——电容式指纹识别

　　后来出现了第二代指纹识别系统——电容式指纹识别系统，电容传感器技术是采用了交替命令的并排列和传感器电板，交替板形式是两个电容板，以及指纹山谷和山脊成为板之间的电介质。两者之间恒量电介质传感器检测变化来生成指纹图像。电容式指纹传感器又分为较早出现的刮擦式传感器以及后续出现现使用较为广泛的按压式传感器两种。

　　很多人都记得最早笔记本电脑上指纹识别都需要在识别模块上滑动一下，这便是早期电容式指纹传感器的形态，这类刮擦式指纹传感器对手指方向和动作有很高的要求，滑动时要匀速不能有停顿，还要向同一个方向滑动，不能转动，使得用户体验不佳。但是由于电容指纹传感器体积较小，使得这种刮擦式指纹传感器应用比上文提到的光学指纹传感器更加广泛。

　　这个时候有两个厂商，AuthenTec以及FingerPrint Cards AB(下文简称FPC)。对电容式指纹识别发展有着不可磨灭的贡献。2011年，AuthenTec研发出了一种基于电容和射频识别的指纹识别新技术，该专利技术能够读取皮肤表层下活动层，实现极其精确可靠的指纹成像。这种皮下读取方式能够应对常见皮肤表面状况，随时随地真正地读取所有指纹。当时该项技术并未被推广使用，主要原因是没有一种足够耐久的材料能在指纹传感器表面来保护传感器像素，且研发成本很高。但在2012年7月27日，苹果以3.56亿美元收购 AuthenTec。并在那之后推出了震惊业界的全球首款按压式指纹识别手机。

　　直到苹果收购AuthenTec并且发布了带有按压式指纹识别的iPhone5s以后，苹果研发的保护层解决方案才公布于众：蓝宝石玻璃(SAPPHIRE CRYSTAL)。然而苹果采用的蓝宝石玻璃并不是宝石，而是人工合成的一种物质，主要成分是三氧化二铝，具有极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，它耐高温，导热好，硬度高，透红外，化学稳定性好。很多名贵手表表面就是由这种物质覆盖。

　　虽然手机指纹识别得到突破但在电子锁方面，由于使用频次原因，刮擦式电容指纹识别使用体验和按压式体验并没有太大区别，所以电子锁那个时候还是采用刮擦式电容指纹识别方案，更有甚者为了成本考虑，采用最开始提到的光学指纹识别方案。但是手机公司则不然。相对于苹果公司的成功，不少安卓手机制造商只能干着急。AuthenTec公司已经被苹果收购，技术不对外授权。一时间安卓手机指纹识别开发陷入停滞状态。

　　时间推进到2014年9月，华为发布了Mate7手机让情况有所改变。其背面采用接触式指纹识别，使用体验与按压式接近，远好于刮擦式。该款手机采用FPC“FPC 1020”指纹识别方案，成为第一个采用按压式指纹识别方案的安卓手机，其方案提供商FPC也因为这款手机一时间声名鹊起。同年，“物联网”概念大火，电子锁也搭上物联网这个顺风车，摇身一变成为智能锁。而指纹识别是智能锁解锁的最优方案，比起传统密码解锁要方便，也安全得多。由于指纹识别技术突破以及智能手机上指纹识别的普及，使得采购指纹识别模块成本也越来越低，于是采用电容式指纹识别模块的智能锁便越来越多，价格也比较合理。在经过数次方案更新后，国内智能家居和智能锁厂家纷纷采用FPC指纹识别方案，并作为卖点之一。

　　但是电容式指纹传感器对脏手指，湿手指等困难手指识别率低，对手指清洁度要求较高。同时由于传感器表面是使用硅材料，非常容易损坏，导致使用寿命降低。所以电容式指纹传感系统还有很长的路要走。

　　未来之星——射频指纹识别

　　指纹识别经过前两代更替又前进了一步，这两年新兴的射频指纹识别可以靠特定频率信号反射来探知指纹的具体形态的。此类指纹识别系统又分为无线电波探测与超声波探测两种，其原理都与探测海底物质的声纳类似。

　　如果说前两代指纹识别技术关注的是解锁速度和精度，但对于用户来说，可能面临的烦恼是，比如手指上有水或者冬天手指脱皮，指纹识别就失效了。射频指纹识别对干手指，汗手指，脏手指等困难手指通过可高达99%，防伪指纹能力强，指纹敏感器识别原理只对人类真皮皮肤有反应，从根本上杜绝了人造指纹问题，同时它还适合特别寒冷或特别酷热的地区。由于射频传感器能产生高质量图像，因此射频技术是最可靠，最有力的指纹识别方案。除此之外，高质量图像还允许减小传感器，无需牺牲认证的可靠性，从而降低成本并使得射频传感器思想应用到可移动和大小不受拘束的任何领域中。但是这类指纹识别传感器现阶段造价太高，还没有推广开来。希望未来可以将这项技术广泛投入社会使用当中。

　　结语：科技不断进步使得我们生活变得更加方便安全，指纹识别作为一种对身份验证简单可靠的方法经过不断更新迭代已经变得十分成熟，并运用广泛。相信未来它还会在新的领域发掘更多使用价值。