光学、半导体、超声波......究竟哪种指纹识别技术更好用？

我们手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸凹不平产生的纹路会形成各种各样的图案，这些纹路的存在增加了皮肤表面的摩擦力，使得我们能够用手来抓起重物。

人们也注意到，包括指纹在内的这些皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，具有唯一性。依靠这种唯一性，可以把一个人同他的指纹对应起来，通过指纹和预先保存的指纹进行比较，即可进行验证身份，这便是指纹识别技术。

01. 指纹识别技术原理

进行指纹识别的前提是获得良好的指纹，而获得良好的指纹图像是一个十分复杂的问题。因为用于测量的指纹仅是相当小的一片表皮，所以指纹采集设备应有足够好的分辨率用以获得指纹的细节。

目前市场上所用的指纹图像采集设备，基本上基于三种技术基础：光学技术、半导体技术、超声波技术。而智能门锁产品的指纹采集多光学和半导体，超声波技术还比较少见。

借助光学技术采集指纹是历史最久远、使用最广泛的技术。将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，用棱镜将其投射在电荷耦合器件（CCD）上，进而形成脊线（指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线）呈黑色、谷线（纹线之间的凹陷部分）呈白色的数字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。

光学式指纹识别

半导体指纹采集技术主要依靠半导体传感器来完成，又分为电容感应式指纹传感器、温差感应式指纹传感器。

电容感应式指纹传感器

电容感应式指纹传感器由电容阵列构成，内部大约包含1万只微型化的电容器。当用户将手指放在正面时，皮肤就组成了电容阵列的一个极板，电容阵列的背面是绝缘极板。由于不同区域指纹的脊和谷之间的距离也不相等，使每个单元的电容量随之而变，由此可获得指纹图像。

电容式指纹识别

温差感应式指纹传感器

温差感应式指纹传感器是基于温度感应的原理而制成，每个单元传感器就代表一个像素，而整个集成指纹传感器又置于恒温控制下（该温度比体温略低些）。

当手指放在指纹传感器上时，由于指纹传感器的温度被控制在+33℃以下，而指纹上脊点的温度就代表体温，指纹上谷点的温度就是周围的环境温度，因此脊点与传感器之间的温度差不等于谷点与传感器之间的温度差，通过扫描方式即可获取指纹图像。

这种传感器的扫描速率非常快，必须在很短时间（一般应小于0.1s）内获取指纹图像。因为时间一长，手指和芯片会处于相同温度。

超声波指纹识别技术

超声波指纹图像采集技术被认为是指纹采集技术中最好的一种，但在指纹识别系统中还不多见。

超声波扫描指纹表面会产生反射信号，由于指纹的脊和谷的声阻抗的不同，导致反射回接受器的超声波的能量不同，测量超声波能量大小，进而获得指纹灰度图像。皮肤上的脏物和油脂对超声波取像影响不大，所以采集的图像更精确，但因成本很高，目前智能锁产品中还未见有应用。

02. 光学识别 VS 半导体识别

光学指纹识别技术优劣势

优势1：模块环境适应性强、易清理

光学指纹识别模块的环境适应性较强，光学指纹头采集窗一般采用钢化玻璃，能够一定程度上增强抗压抗磨和耐酸性，污渍的腐蚀，对工作环境的温度适应性较好，且表面易于清洁，即可以用于家庭，也可以用于潮湿，高温和粉尘特殊环境。

优势2：寿命较长

光学指纹识别模块稳定性好，光学指纹识别技术经过市场的长期考验并不断改良，加上光学指纹头对市场环境的适应性较好，理论上寿命较长。

优势3：成本低

光学指纹识别模块造价成本低，光学指纹头发展较早，已经有成熟的行业规模，可模块化量产，且光学指纹头所用到的原材料相对比较便宜，所以光学指纹头造价普遍会比半导体指纹头便宜。

劣势1：精度较半导体稍低

光学指纹头识别精度约500dpi，光学指纹头是指纹脊和谷对光的反射不同成像，对于指纹浅，指纹太干或者脱皮的用户，相对容易出现错误识别的现象。

劣势2：功耗大

光学指纹识别功耗相对较大，光学指纹头需要发射强光，所以相对于半导体指纹头，光学指纹头所需电能较多，一般光学指纹锁半年多需要更换一次电池，半导体指纹锁可用一年左右。

半导体指纹识别技术优劣势

优势1：更接近活体识别

半导体指纹识别模块安全性高，因为半导体指纹头可穿透皮肤表发层，指纹不易被复制或者仿制。针对指纹复制的问题，光学和半导体都进行了活体指纹识别的探索，且均取得了不少成果，总体上看，半导体相较于光学指纹，安全性更高。

优势2：非常高的灵敏度和识别精度

半导体指纹识别是由上万个电容器组成电容阵列，采集指纹脊和谷到触板的距离形成指纹数据，相比与光学扫描精度更好，分别率可以达到600dpi，能采集更准确的指纹细节，采集速度也更快。

优势3：模块识别率高

光学指纹头正常使用中会受到指纹干湿，深浅的影响，导致识别错误和无法识别指纹的情况，而半导体可最大程度免除这些问题。

优势4：其它特性

此外，半导体还有功耗小，体积小等特性，对降低智能锁功耗和缩小锁具大小有很大的帮助。

劣势1：成本高

半导体指纹识别模块的电容板显然比光学指纹模块的钢化玻璃的成本高，当然其他部件的成本也相对高于光学指纹模块，所以造价较高，但随着行业的发展，两者的价格差在逐渐变小。

劣势2：不易保养

半导体指纹识别模块不易保养，半导体指纹头的采集窗口会受到污渍汗渍以及静电的影响，容易被划花，所以需要使用时注意保护和养护，不然使用寿命难以保障。

03. 指纹识别的广泛应用

指纹识别技术作为生物识别技术之一，因指纹特征的稳定性和唯一性，近年来被应用在多个安全相关领域，例如我们熟知的手机指纹解锁、门禁系统、银行、公司考勤机、停车收费、医疗场所以及司法和金融相关的公共项目中。

而指纹识别在家庭中也有十分丰富的应用场景，相关联的产品包括入户智能门锁、内门锁、保险柜、电视遥控器、床头柜/家具抽、首饰盒、高端刀架、保温壶等等。

04. 结语

虽然对于指纹识别来说，还存在很多客观问题，但这些并不妨碍指纹识别成为目前生物识别市场占比最大的识别技术，也没有阻止指纹锁市场规模的扩张。

毕竟，从技术成熟度、安全性、成本、适用性等综合维度考虑，指纹识别是目前最易被厂商采纳，同时也被消费者接受的生物识别技术。

随着指纹采集技术的进步，更安全、更方便的技术也会不断涌现，目前存在的指纹识别方面的劣势也会逐渐解决，指纹的应用也会越来越广泛。

未来，指纹模块也将应用于更多的家庭场景中，随着成本的降低，产品的智能化升级，那些目前仅局限于高端阶层的产品定会走下台阶，一步一步走进普通家庭的生活。