指纹识别技术原理及全球十大方案厂商分析

　　随着移动互联、物联网等新兴技术浪潮的到来，传统的一些对人的认证识别方式已经无法满足社会发展需求。通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理 等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性，（如指纹、脸象、虹膜等）和行为特征（如笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定，成为大势所趋。

　　目前，主要的生物识别方式有：指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、面部识别、dna识别、行为识别等。目前，在各个应用领域用的较为普遍的是指纹识别。

　　2016年上半年国内指纹识别芯片出货量达1.56亿颗，同比增长210%，市场需求高速增长。另外，从国内指纹识别模组市场来看，2015 年指纹识别在智能手机中的渗透率达到 25%，指纹识别模组需求超过 1 亿组。2016 年国内指纹识别在智能手机中的渗透率为 40%，预计到 2020 年国内指纹识别在智能手机中的渗透率能达到 75%，国内指纹识别模组的需求将超过 3.4 亿组。

　　一、指纹识别基本原理与采集技术

　　一个典型的指纹识别系统应该包括：指纹识别Sensor+特征提取/匹配模块+特征模板库+应用软件。而指纹的匹配可分为两步，首先是提取待验证的指纹的特征，然后将其和指纹模板库中的模板指纹进行相似度比较，从而判断两个指纹图像是否来自同一手指。

　　我们可以看到，指纹识别核心的准确、高效的采集指纹分析。指纹识别采集技术的发展大致分为三个方式：光学识别、电容传感器、生物射频

　　光学识别

　　光学识别是较早的指纹识别技术。基于光学发射装置发射的光线，射到手指上再反射回机器以获取数据，并对比资料库看是否一致。光学识别只能到达皮肤的表皮层，而不能到达真皮层，而且受手指表面是否干净影响较大。

　　电容传感器

　　电容传感器识别是利用一定间隔的安装的两个电容，利用指纹的凹凸，在手指滑过指纹检测仪器时接通或断开两个电容的电流以检测指纹资料。电容传感器对手指的干净要求还是比较高，而且传感器表面使用硅材料，比较容易损坏。

　　以技术面来看，电容式指纹辨识技术的供应为Authentec、Validity、FingerPrint Cards AB（FPC）等，Authentec被苹果买下，Validity也被SynapTIcs收购。电容式指纹传感器也是现在应用最普遍的技术。

　　生物射频

　　射频传感器通过传感器发射微量的射频信号，穿透手指的表皮层获取里层的纹路以获取信息。这种方法对手指的干净程度要求较低。

　　二、指纹识别采集方式

　　不管采用什么采集技术，从用户角度用到的就两种录入方式：按压式与滑动式。

　　滑动式：将手指从传感器上划过，系统就能获得整个手指的指纹。手指按压上去时，无法一次性采集到完整图像。在采集时需要手指划过采集表面，对手指划过时采集到的每一块指纹图像进行快照，这些快照再进行拼接，才能形成完整的指纹图像。滑动式传感器，由上向下滑，再完成指纹拼接

　　滑动式的优点是成本低、易集成，可采集大面积的图像，应用传统的特征点算法，但缺点是需要客户有一个连贯规范动作采集图像，体验效果比较差，在之前的应用推广中不太成功。

　　按压式：手指平放在设备上以便获取指纹图像。一般为了获得整个手指的指纹，必须使用比手指更大的传感器，整个手指同时按压在传感器之上。

　　按压式的优点是客户体验好，只用一次按压就可以采集图像，与客户在手机应用的操作习惯匹配，无须教育客户。缺点是：成本高，集成难度大，一次采集图像面积相对较小，没有足够的特征点，需要用复杂的图像比对算法进行识别。

　　三、全球手机指纹识别方案厂商分析

　　面对这样一个巨大的市场，苹果在iPhone 5s上率先标配了指纹识别，推动了指纹识别技术在智能手机市场的应用，之后众多的国产芯片厂商也纷纷杀入指纹识别市场，而且数量众多。目前国外的指纹识别厂商主要有AuthenTec（2012年被苹果收购）、FPC、SynapTIcs等几个国际大厂，以及神盾、义隆、敦泰、茂丞等台湾厂商之外，国产指纹识别芯片厂商主要有汇顶、迈瑞微、费恩格尔、信炜、芯启航、贝特莱、思立微、集创北方、比亚迪等十多家企业。

　　1、 AuthenTec

　　AuthenTec成立于1998年，一直是全球感应性指纹识别传感器最大供应商，其指纹识别组件很多年前就被嵌入了Windows笔记本。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，称之为“TruePrint”，TruePrint专利技术能够读取皮肤表层下的活动层（人的指纹真正所在之处），实现极其精确可靠的指纹成像。

　　在2012年被苹果收购之前，AuthenTec就已经成为世界领先的指纹传感器及芯片与模组、身份识别软件和加密安全方案的供应商，年销售额达7千万美元，拥有200多项专利和230名员工，在世界范围内使用的传感器超过3500万个，其客户包括阿尔卡特-朗讯，思科，惠普，三星，联想，LG，摩托罗拉，诺基亚等等。

　　2012年7月苹果公司斥资3.56亿美元收购了AuthenTec公司，AuthenTec开始停止向第三方销售指纹芯片。2013年苹果 iPhone5s Touch ID芯片便是AuthenTec的产品，得到市场一致好评，也掀起了指纹识别热潮。随后苹果的众多新品中均搭载AuthenTec指纹识别芯片。

　　2、FPC（Fingerprint Cards）

　　FPC是一家瑞典生物识别传感器科技公司，主要开发、生产和销售指纹识别技术，提供有触摸式和划擦式两种指纹识别传感器。早在2013年的时候FPC也开始大举进军智能手机市场。得益于AuthenTec只对苹果提供产品和技术，FPC成了非苹果手机阵营的老大。

　　国内第一款带有指纹识别的手机康佳K5，以及韩国第三大手机供应商泛泰最新款5.5英寸旗舰机和平板电脑都搭载了FPC划擦式指纹传感器。在2013 年10月，日本富士通公司发布带FPC划擦式指纹识别传感器的4款安卓智能机和2款安卓平板电脑。2014年华为Mate 7采用了FPC触触式指纹识别传感器。随后，国内的小米等品牌都有开始采用FPC的触触式指纹识别传感器。

　　FPC的技术竞争优势包括独特的图像质量、低功耗和完整的生物识别系统，但它的传感器价格也不低。不过随着众多国产指纹芯片厂商（特别是汇顶）的冲击，FPC的价格也在不断下滑。

　　3、SynapTIcs（新思）

　　SynapTIcs成立于1986年，全球集成电路设计提供电子设计自动化（EDA）软件工具的主导企业。自从2013年10月synapTIcs 以2.55亿美元收购收购Validity之后，Synaptics便开始涉足指纹识别行业。不过之前其指纹识别传感器主要以刮擦式（滑动采集）的为主，三星GalaxyS5、HTC One Max等手机上的刮擦式指纹识别传感器正是由Synaptics提供。但是刮擦式体验还是差于按压式传感器。

　　2015年初，Synaptics也针对高端移动设备推出了按压式（Natural ID）指纹识别技术。目前国内的联想、中兴、金立、酷派等也有采用Synaptics的指纹识别传感器。

　　美国当地时间2016年12月12日，Synaptics宣布旗下的第三代Natural ID玻璃内层（under-glass）指纹传感器Natural ID FS4500已经从9月份开始出样。FS4500最大的特色就是可以透过玻璃或者陶瓷按键扫描指纹，在出样之后，大规模量产预计在今年第四季度就能实现。

　　12月13日，Synaptics又宣布推出业内首款面向智能手机和平板电脑的光学指纹传感器的Natural ID？系列生物认证解决方案FS9100。据介绍，Natural ID FS9100系列光学指纹传感器可透过1mm的完整盖板玻璃完成高分辨率扫描，并实现简洁、无需按键的工业设计。

　　4、高通

　　在2015年的MWC展会上，高通发布了Sense ID 3D超声波指纹识别技术。相比按压电容传感器捕捉的是2D指纹图像，而Sense ID的超声波扫描可以穿透手指的外层皮肤，捕捉到指纹脊和汗毛孔等独特特征，从而识别出用户指纹独特的3D特征。这样能够产生细节丰富，难于仿制的指纹表面图。

　　它最大的特色在于，不需要电容传感器或者按钮，可以隐藏于多种材质表面之下，比如玻璃、塑料甚至金属。同时，扫描指纹的精度也不受手指污垢、油脂以及汗水的影响，这一点是苹果Touch ID无法做到的。

　　目前这种技术已经被不少专业机构和政府部门所使用，小米5S搭载的正是高通的超声波指纹识别芯片。不过，目前高通的超声波技术只支持高通骁龙800系列平台。

　　5、敦泰

　　敦泰作为触控行业的龙头企业，虽然很早就进入了指纹识别领域，但是却真的是起了个大早，赶了个晚集。2014年9月24日敦泰与挪威指纹辨识厂 IDEX合作（IDEX专注指纹辨识技术开发，拥有多达 200多项专利权，其中包括与AuthenTec有专利交叉授权），共同开发滑条式指纹感测器，抢攻指纹辨识市场。2014年底敦泰正式发布了完整的指纹识别方案，随后基于敦泰FT9200指纹识别方案的智能手机也于2015年2月正式上市，但是之后敦泰的指纹业务差不多就陷入了停滞。目前敦泰指纹芯片出货非常少。

　　而主要原因则是其原有指纹识别技术团队大部分骨干的出走。一部分人跟着莫良华（敦泰原副总）成立了信炜科技，另外一批人则成立了芯启航，这两家公司都定位于指纹识别领域。

　　6、神盾

　　神盾股份有限公司（EgisTec）是台湾指纹生物识别和数据加密系统的主要芯片供应商，专门提供整合的系统解决方案，设计重点在Senser的性能和软件可用性。2015年底神盾在台湾上市，神盾宣称是全球唯一的被动式指纹识别芯片厂商，其产品已被三星等国际大公司和国内中兴等手机品牌公司采用，神盾产品在全世界拥有超过60种专利，在全球无专利困扰。

　　7、义隆电子

　　义隆电子成立于1994年，是台湾一家IC设计公司，主要以研发和营销集成电路产品为主。2001年9月，义隆电子在台湾集中市场挂牌上市。

　　虽然义隆电子2014年才开始正式布局指纹识别芯片，但在此之前，义隆电子对于指纹芯片就早有研究。义隆电子的第一代指纹识别芯片是分辨率 176*176的大尺寸芯片，主要用于信用卡，随后推出用于手机的指纹识别芯片是其第二代指纹识别芯片，并于2015年下半年量产。

　　指纹芯片生产方面，义隆电子主要是交给台湾联电和韩国Magnachip，封装则是在台湾。不过因生产问题与指纹算法等方面的影响，义隆今年进展不如预期，全年出货量将约300万套，低于原预期的500万套目标。

　　8、汇顶科技

　　汇顶科技自2002年成立以来，主要就聚焦在人机交互芯片设计领域，自2013年杀入指纹识别市场以来，就在这一细分领域投入大量的资金、人力，再加上联发科的背后支持，汇顶发展非常之快，在技术创新和市场方面也不断取得突破，成为了目前业界唯一能够提供镀膜、盖板（玻璃、蓝宝石、陶瓷）、隐藏式（IFS）、活体指纹检测全系列芯片的公司。

　　凭借技术和成本优势，汇顶的指纹识别产品目前已经成功获得华为、OPPO、vivo、乐视、中兴、小米、魅族、联想、金立、TCL、Amazon、 Dell、HP、ASUS、acer 、TOSHIBA、Panasonic等众多海内外知名终端厂商的认可。近日，魅族新旗舰PRO 6 Plus还首发搭载了汇顶的活体指纹识别芯片。得益于众多品牌厂商的采用，汇顶今年的指纹识别芯片出货出现了爆炸式的增长。

　　根据此前本站的分析，今年汇顶指纹识别芯片出货有望超过1亿颗，同比增长900%。对于汇顶来说，今年将是大丰收的一年。

　　对于未来，汇顶计划在2017年推出其第四代指纹识别芯片，将支持210μm厚度的盖板，将Sensor占比提高到70%，提供更低功耗，更快的解锁速度。第五代指纹识别芯片将可支持高达700μm厚度的盖板。而最为引人瞩目的则是其第六代指纹识别芯片，支持In Display的指纹识别技术，即指纹识别和触控屏合二为一，而这也将会对指纹识别行业带来新的革命。

　　9、贝特莱

　　深圳贝特莱电子科技有限公司成立于2011年7月，是一家高端集成电路设计国家级高新技术创新型企业。专注于消费类电子的IC设计，在触控、AMOLED驱动、指纹识别及生命感知产品领域。目前主打触控IC、指纹识别、生命感知（可穿戴）、MCU四条产品线。

　　2013年贝特莱开始指纹芯片研发，是国内较早推出小面阵指纹识别传感器的企业，并于2014年开始出货滑动式指纹识别sensor。随后又推出了压力指纹识别芯片，由于盖板方案良率相对偏低，所以这块贝特莱选择主推的是coating方案。

　　此外，贝特莱还与全球知名指纹识别算法厂商Precise Biometrics（简称PB）已达成深度战略合作，能提供快速、精准、安全的用户身份认证。

　　据介绍，贝特莱的指纹芯片采用0.18um数模混合工艺，除了能够做到快速熄屏解锁、超低功耗、干湿手指自适应外，还具有面积很小、工艺要求简单，成本较低等特点。并且，贝特莱指纹传感器还集成了多种技术，如True-Print射频识别技术，像素自校正技术等。通过这些新技术，贝特莱号称可实现高达 99.9%的手指识别率，杜绝假手指。

　　10、思立微

　　上海思立微电子科技有限公司成立于2011年1月，主要从事多点触摸传感器、指纹传感器、集成电路芯片和产品及相关电子元器件的研发等。早在2014年5月，思立微推出国内首颗按压式指纹识别传感器GSL6162及其一体化解决方案。

　　目前思立微已经拥有coating指纹识别方案、陶瓷/玻璃/蓝宝石盖板指纹识别方案，不过主推的还是背面的coating指纹识别方案。

　　得益于思立微原来在触控领域的积累，以及其母公司格科微在摄像头领域的影响力，很多的指纹模组厂商都有与思立微合作（其中包括凯尔光电、三赢兴、合力泰、信利、桑莱士、华天科技、金龙电子、赛华、盛泰影像、凯木金、鑫鸿博等出货量较多的模组厂商）。

　　但是由于在产品性能和成本（没有支持无金属环的方案）方面优势并不明显，并且在客户维护和技术支持方面有些跟不上，所以整体出货并不算多。