超声波指纹识别传感器是什么原理

超声波指纹采集，其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波（超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同）。因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹嵴与峪所在的位置。

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。

向某一方向发射超声波，检测声波从发射到反射回来的时间，可以计算出发射点距反射点的距离。对物体进行多点扫描，可由多点汇集出物体的表面形状。依据这一原理采集指纹信息的传感器，即超声波指纹传感器

指纹，是人体的基本特征之一。是表皮上突起的纹线，凸起的部分叫纹峭，凹的部分纹峪。指纹有三种基本形状：螺旋形，环形，弓形；总体特征的区域特征模式有：核心点，三角点，式样线；指纹的局部特征（指指纹上的节点）：终结点，分叉点，孤立点，中心点等。

指纹识别，即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。指纹识别技术涉及图像处理、模式识别、计算机视觉、数学形态学、小波分析等众多学科。由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。由于每次捺印的方位不完全一样，着力点不同会带来不同程度的变形，又存在大量模糊指纹，如何正确提取特征和实现正确匹配，是指纹识别技术的关键。

传统的指纹识别，是对指纹与物体接触的表面进行分析，按手印，光学扫描等得到的是二维（2D）指纹图像。而超声波扫描可以对指纹进行更深入的分析采样，甚至能渗透到皮肤表面之下识别出指纹独特的3D特征。

由于超声波具有一定穿透性，所以在手指有少量污垢或潮湿的情况下仍能工作，可以穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石、塑料等设备进行识别。因此可以将传感器装在设备内部和设备融为一体，而不必将指纹识别单元单独做成一个外露的表面部件。

苹果采用来自三星的OLED屏幕，为什么苹果要选择OLED作为旗下最高端产品的屏幕呢？显示效果是一方面，坊间传闻的屏下指纹，也很可能是选择OLED的原因。但为何OLED能实现屏下指纹，而TFT-LCD不行？

然而没那么简单，TFT-LCD做屏下指纹识别很难。这是由于LCD是被动发光，通过底部的LED背光源透过TFT发光。这层TFT本身并不是那么透光，如果不做改动，直接把手指放上去，屏幕底下的传感器很难识别到指纹。因此如果用TFT-LCD做屏下光学指纹识别，必须给TFT层做技术改进，如加一些缝隙或是打开一个区域，让LED背光照上来。但即使这样，LED背光光源也会很大的干扰指纹反射的光线。所以TFT-LCD屏下光学指纹识别很难实现。

而OLED则是主动发光，理论上说可以精确控制到每一个子像素点,所以OLED材质的屏幕是更理想的发射光光源，此外，OLED显示模组更薄，也可以减轻由于放置屏下指纹传感器带来的整体机身变厚的问题。

目前产业链有三种利用OLED屏幕的开发方向：1，直接在屏幕下方布置一个CMOS传感器，利用OLED的子像素之间缝隙让光线穿透过去，进而识别指纹；2，缩小传感器，插入OLED的像素点之间；3，将CMOS传感器做成透明的，直接贴装于AMOLED屏幕上方，将光学指纹识别做成一层识别层。

在光学屏下指纹识别方面，很多公司已经开始做出了尝试，并有了初步结果。汇顶科技就展示过利用AMOLED屏幕实现屏下指纹识别的案例，演示机型为三星Galaxy S7 Edge和vivo Xplay6。而汇顶科技就是在屏幕下方布置了一个CMOS传感器，根据汇顶科技在美帝注册的专利： 玄机就在这三张图里了。

目前大规模应用的超声波指纹识别手机并不太多，主要是乐视的LeMax2和小米5s。LeMax2将指纹放在了后面，而小米5s则是在正面，当时超声波还穿透不了太厚的玻璃，最厚大约是04mm左右，而手机盖板玻璃厚度大约为06mm~09mm，因此04mm的有效厚度不足以穿透玻璃+显示屏（06mm+03mm）的厚度。小米只好和蓝思科技商量，给前面板玻璃多挖一块走，这样才能保证超声波能穿透，因此把指纹识别区域的玻璃削薄了一些。根据高通官网公开的资料显示，新一代的Sense ID可以穿透12mm的OLED屏幕或065mm的铝或08mm的玻璃。这样的穿透能力，用在目前的玻璃或OLED屏幕上也够了。

但为什么vivo还没开始在量产的X20等手机上使用？这是因为还需要时间优化算法。新技术从发布到正式应用还需要一个调试的过程，指纹识别是一项对安全性要求相对较高的生物识别技术，因此需要时间对算法优化以提高安全性、识别速度、识别率等。

然而FPC刚发布的方案更丧心病狂，FPC称，不管手是干的还是湿的，不管你屏幕是AMOLED还是LCD的，甚至不管你表面材质是不是玻璃，我们都能识别。能穿透多厚呢？20mm！20mm！20mm！重要的事情说三遍。作为对比，高通初代Sense ID是04mm，二代也就能穿透12mm。FPC能穿透的厚度是高通的16倍多。

FPC新技术的优势包括：

1、支持智能手机（任何其他设备）干净正面外观设计，可用于显示，并且还包含指纹识别功能，以最优化屏幕与手机的比例；

2、全屏幕可用于指纹识别。无需在视觉上或物理上突出智能手机的特定区域做为指纹识别；

3、该技术能够在不同的表面材质捕获指纹，如在厚玻璃和金属运行。当手指湿润或手指淹没在水下时，它也能够运作，这种技术在所有不同的玻璃厚度下工作得很好，即使是市场上最厚的玻璃；

4、这独特的技术在LCD面板以及OLED面板同样能够出色运作。

FIG21A和FIG21B从俯视和侧视两个角度说明了指纹识别传感器放置的地方。

FIG24从微观角度则说明了光线是如何穿透OLED屏幕的，最上面的就是手指；偏上这层灰色区域就是手机的屏幕部分。透过屏幕的小孔，汇顶称之为“准直孔（Collimator Hole）”，手指反射回的光线光学传感器搜集、处理。

怎么保证光线搜集到的就是来自指纹的反光呢？这就需要对光线准直处理。如图FIG27，汇顶定制了专门的微透镜阵列（MicroLens Array）、光学空间滤光器阵列（Spatial Filter Array），微透镜阵列需要经过MEMS（微机电系统）技术处理或化学处理。这两个阵列能够保证进入传感器的光线基本都是来自指纹的反光，而非屏幕或是阳光。

另一个屏下指纹识别方向则是利用超声波指纹识别

高通方案称其为Sense ID，指纹识别的龙头企业FPC也刚刚发布了他们的方案。超声波既不需要感光元件也不需要电容感应，因此更适合做屏下指纹识别。Vivo演示机使用的全屏幕指纹识别，采用的正是高通的方案以及欧菲的模组。

1、碘蒸气法：用碘蒸气熏，由于碘能溶解在指纹印上的油脂之中，而能显示指纹。这种方法能检测出数月之前的指纹。

2、硝酸银溶液法：向指纹印上喷硝酸银溶液，指纹印上的氯化钠就会转化成氯化银不溶物。经过日光照射，氯化银分解出银细粒，就会象照相馆片那样显示棕黑色的指纹，这是刑侦中常用方法。这种方法可检测出更长时间之前的指纹。

3、有机显色法：因指纹印中含有多种氨基酸成份，因此采用茚三酮或吲哚醌，利用它们跟氨基酸反应产生紫色物质，就能检测出指纹。这种方法可检出一、二年前的指纹。两者中前者的水合物更稳定。

您好，放大镜看指纹是一种常用的生物识别技术，它是基于人类指纹的特征来识别身份的。指纹是每个人都有的，而且每个人的指纹都是独一无二的，所以它是一种非常有效的生物识别技术。放大镜看指纹的原理是，通过放大镜把手指上的指纹细节放大，然后通过观察指纹的纹路特征，来识别指纹的特征，从而鉴定出指纹的主人。放大镜看指纹的原理是，每个人的指纹都有不同的纹路特征，比如指纹的纹路有横线、环线、游离线等，这些特征都是独一无二的，所以通过放大镜把指纹细节放大，然后观察指纹的纹路特征，就可以识别出指纹的主人。

生命活动原理。

指纹：手指末端指腹上部的皮肤形成的纹路，接触东西时起到增加摩擦力的效果，更易抓紧物件，是进化中自然形成的。指纹纹路有三种：斗型、弓型以及箕型，皮下组织与指肚方向的差异产生这些的形状。研究表明，指头肚高而圆，纹路是螺旋型。科学家已能够再现常见的指纹，也能重复常见的指纹的形成的过程。

指纹：也称手印，存在广义狭义的区别。狭义：手指第一节手掌的乳突线花纹；广义包括指头、指节以及掌纹。指纹与指印存在区别，指纹：手指第一节手掌的乳突线花纹，指印是乳突线花纹产生的印痕，在司法实践中，指纹与指印的概念几乎不存在较大的差别。在人手指、手掌皮肤存在汗腺和皮脂腺，生命活动存在，就有汗液排出，像原子印章的油墨滴流印文表面，手指、手掌接触物体表面，像原子印章一样。当然，说手指、手掌留下指纹的内在原因。手指、手掌粘上其它物质，如油脂、血液等时，产生指纹的原理和盖普通印章的原理不存在较大的差别。

指纹取证，搜寻发现。搜寻范围：犯罪中心；现场的进出口和周围区域；可能接触的物品；可能遗留的各种物品。复杂度足够用于鉴别的特征。具有唯一性，遗传性和不变性等特征。尚未发现不同的人存在一样的指纹，每个人的指纹都是独一无二的。指纹是独有的标记，几百年来，罪犯留下的指纹，成为追捕的线索。鉴别方法实现电脑化，使程序呈现更快更准的效果。

每个人的遗传基因都是独一无二，故指纹也是独一无二的。指纹的形成受到遗传因素，也存在环境因素的影响。

首先介绍一下生活中主要应用的几种指纹识别技术，分别是光学式和电容式指纹识别还有超声波识别。

光学式指纹识别

光学识别是应用比较早的一种指纹识别技术，比如之前很多的考勤机、门禁都采用的就是光学指纹识别技术。

它主要是利用光的折摄和反射原理，将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，光从底部射向三棱镜，并经棱镜射出，射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样。用棱镜将其投射在电荷耦合器件上CMOS或者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。然后对比资料库看是否一致。而三星Galaxy S7 Edge就采用了用手指直接按压屏幕就可以实现解锁的光学指纹解锁技术。

超声波指纹识别

超声波指纹识别也可称为射频式指纹识别。超声波指纹识别与电容式需要检测指纹表面不同，超声波具有穿透性，利用指纹模组发出的特定频率的超声波扫描手指，利用指纹的不同对超声波反射的不同，能够建立3D指纹图形，因此对手指表面的清洁程度并不用太过考虑。另外，由于超声波具有比较强的穿透性，可以穿透金属、玻璃等常用手机材质，因此对手机外观方面也不会有太多限制。

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。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。在今年6月份的世界移动大会上，而vivo展台上就展示了这样的一个使用场景：在水下通过超声波指纹传感器解锁手机，并在水下拍照。所以你的手机不仅能做到防水，而且还能在水下进行使用，这也是超声波指纹识别技术的一个特别优势。

电容式指纹识别

电容式指纹识别要比光学式的复杂许多，其原理是将压力感测、电容感测、热感测等感测器整合于一块芯片中，当指纹按压芯片表面时，内部电容感测器会根据指纹波峰与波谷而产生的电荷差（或是温差），形成指纹影像，再通过与手机内部的指纹库进行匹配，从而完成指纹识别。

这也解释了为什么湿手解锁手机总是失败，当手指湿润时，指纹表面有一层水膜，这个水填平了纹线之间的凹陷部分。

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