一觸即發(fā)的速度 vivo六代屏幕指紋的進化

謝慧華

如同很多人不會知道全面屏的興起到現(xiàn)在不過2年的時間，伴隨全面屏而生的另一項技術——屏幕指紋，至今已經進化至第六代解決方案。然而，首款量產的屏下指紋手機vivo X20Plus屏幕指紋版，發(fā)布至今也才一年多。一年左右的時間里，vivo已經將屏幕指紋技術全面融入旗下的中高端產品內。在驚嘆vivo成功將技術融入自身品牌DNA之時，我們不妨來更專注地看看屏幕指紋這項技術的進化之旅。

屏幕指紋技術有何優(yōu)勢

短短一年時間里，幾乎所有主流國產品牌手機都帶來了配備屏幕指紋方案的機型。根據(jù)研究機構IHS最新公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底累計有18個手機型號采用了屏幕指紋技術。2018年屏幕指紋模組總出貨量達到3000萬片。而根據(jù)IHS Markit最新的《觸摸屏市場追蹤報告》（Touch PanelMarket Tracker Report）預計2019年屏幕指紋的出貨量預計將增長6倍，達到近1.8億片。

在我們之前的評測中就曾提到，即便是早期屏幕指紋方案不夠成熟，解鎖速度和成功率都很一般時，相較于3D面容識別，我們依然更推崇這項技術。原因就在于，屏幕指紋技術能夠更好地融合各種形態(tài)的全面屏，避免不能忽視的“劉?！?，確保了全面屏手機形態(tài)不受限制。其次，屏幕指紋的解鎖過程更像過去的獨立電容指紋模塊，畢竟既有的指紋識別方案已經非常成熟，用戶體驗也足夠好，相仿的操作更利于用戶上手，也能確保各個場景下使用的便利。

當然，屏幕指紋的實現(xiàn)并不像傳統(tǒng)的獨立指紋模塊那么簡單。獨立指紋模塊只要擁有充足的布置空間，剩下的不過是根據(jù)產品形態(tài)選擇放置在機身的正面、背面還是側面，不會受制于其他元件。而目前市面上絕大多數(shù)的屏幕指紋識別方案，采用的都是光學指紋——依靠屏幕下方的傳感器接收指紋反射信息，識別成功后再解鎖。這一技術除了傳感器自身的識別能力外，現(xiàn)階段還必須依托于AMOLED屏幕，只HAMOLED屏幕的厚度以及像素間隙才能讓屏幕的光線照射到按壓的手指，再反射回識別傳感器。LED屏則不能實現(xiàn)。

LCD屏目前難以匹配屏下指紋的另一個方面，還包括不具備AMOLED的先天特性——像素自發(fā)光。在任意一款屏下指紋手機上，我們都能看到屏下指紋識別提供了熄屏識別功能，正是借助7AMOLED面板的AOD（熄屏顯示）特性，讓指紋區(qū)域在熄屏狀態(tài)下依然能夠單獨點亮，倘若LCD面板實現(xiàn)該功能，則需要保持屏幕隨時亮起，勢必會影響功耗。

比較常見的屏幕指紋方案主要有光學屏幕指紋技術和超聲波指紋識別技術。在光學屏幕指紋識別方面，很多公司早已做出了嘗試。匯頂科技很早就展示過利用AMOLED屏幕實現(xiàn)屏幕指紋識別的案例，演示機型為三星GALAXY S7 Edge和vivo Xplay6。屏幕產生的光線照射手指紋理，然后光線再反射到屏幕下的指紋識別傳感器上，從而產生指紋圖像。為了確保更好的識別效果，在早期的光學屏幕指紋方案上，用于反射指紋的光幾乎都是更穩(wěn)定的綠光，在按下時，能看到屏幕識別區(qū)域會呈現(xiàn)高亮綠光。目前vivo的機型運用的藍光，實際上是由藍、綠疊加的光色，兼顧了外在的視覺體驗以及指紋反射效果。

與光電屏幕指紋之對應的是超聲波屏幕指紋識別方案，即通過內置的超聲波模塊，借助超聲波的反射波長來識別按壓的指紋。然而受制于實現(xiàn)的難度，目前依然無法大規(guī)模應用，之前采用此方案的僅有小米5s和樂視Le Max 2。直到在新近上市的三星GALAXY S10系列上，我們才看到了超聲波指紋技術與全面屏的結合?？紤]到三星GALAxY S10的定價和市場占有率，現(xiàn)階段屏幕光電指紋技術更勝一籌。

屏幕指紋的六代進化

一年的時間內，vivo通過多次技術更迭，將屏幕指紋技術推向了第六代。細分下來，X20Plus視作初代，X21是第二代，NEX系列為第三代，X23采用了第四代，NEX雙屏版為第五代，x27則是最新的第六代。

在2018年年初的時候，第一代指紋識別技術在vivo X20Plus屏幕指紋版上驚艷亮相，一經推出，引起了手機行業(yè)的轟動，由此開啟了vivo在屏幕指紋領域的領跑之路。時隔兩個月后，第二代產品vivo X21發(fā)布，相比第一代產品在指紋識別率和解鎖速度上有了明顯提升，并且逐漸引起了用戶對屏幕指紋技術的關注。這兩代產品主要基于Synaptics Clear ID方案（X21部分產品混用匯頂方案）。Synaptics光學屏下指紋專感器尺寸為6.46 mmx9.09 mm，使用和標準OLED相同的光學材料和工藝，可以直接封裝在ANOLED顯示屏模組中。這種最初的屏幕指紋傳感器需要使用準直器層設計，由有機、金屬和硅組成，成本很高，良品率也比較低。

vivo NEX不僅加入了彈出式前置攝像頭，實現(xiàn)了真正意義上的全面屏，其搭載的屏幕指紋識別也進化到第三代。第三代屏幕指紋方案在硬件上做了明顯的調整，識別傳感器的硬件設計更加接近傳統(tǒng)相機。加上大幅度改良的算法，按照官方描述，vivoNEX搭載的第三代屏幕指紋技術相比上一代技術在精度上提升50%，解鎖速度提升了10%。

緊隨其后，2018年9月份發(fā)布的X23終于在全系列中標配了第四代屏幕光電指紋。相比第三代，其傳感器升級至F1.5大光圈和720DPI，更加類似相機的設計方案讓新傳感器獲得更多的進光量和清晰的識別圖案。同時，vivo X23帶來突破性的“屏幕指紋DSP加速技術”，借助驍龍670 SoC平臺的深度優(yōu)化，將低溫干手指、強光直射等“刁鉆”場景下的解鎖速度又實現(xiàn)了30%的提升。從這一代開始，屏幕指紋方案開始支持微信支付和支付寶付款，變得更加實用了。

在vivo NEX雙屏版上，屏幕指紋技術發(fā)展到了第五代，對光學設計進行了全新的優(yōu)化升級。指紋模組采用了F1.2超大光圈、125.8°超大廣角的3P鏡頭，有效提升了識別面積，識別靈敏度以及識別速率。vivo針對性地調整了識別算法，包括明顯提升指紋識別速度的首幀加速技術，進一步優(yōu)化的降噪機制以及利用大量數(shù)據(jù)庫進行訓練的圖像增強技術。為了使得用戶的數(shù)據(jù)更加安全，搭載了第五代屏幕指紋解鎖的NEX雙屏版還在手機內建立了DSP與Trustzone之間的硬件安全傳輸信道，是獨立于程序與系統(tǒng)之外的安全機制。為用戶數(shù)據(jù)提供了更切實的保障。

直至剛剛推出的x27上，vivo加入了“第六代光電指紋HD”技術。到目前為止，關于第六代屏幕指紋技術的細節(jié)并未公布，從官方的宣傳來看，新技術主要的進化在于內置傳感器的感應面積增加至2倍，圖像信號量、檢測面積以及動態(tài)范圍和FRR識別率均提升30%，并且增加更多的解鎖動畫效果。

遍嘗四家供應商方案

值得一提的是，在死磕光學屏幕指紋方案之前，vivo早已嘗試了高通的超聲波指紋方案。2017年7月，vivo在上海MWC上推出了搭載超聲波指紋的xplay6驗證機，首次將這種解鎖方式呈現(xiàn)在自家手機上。在2019年1月的CEsN會上，vivo嘆展示了vivoX20Plus屏幕指紋版。眾所周知，vivoX20PIus屏幕指紋版采用的是Synaptics在2017年年底發(fā)布的Clear ID F$9500光學指紋方案。不過，令人意外的是，vivo X21除了有采用Synaptics的方案之外，還加入了國產指紋芯片廠商匯頂科技的光學指紋方案。其實，早在2017年的MwC展會上，匯頂科技就已展示了基于光學的屏下指紋識別技術，此后匯頂科技針對此技術進行了持續(xù)的升級優(yōu)化，被vivo x21所采用也標志著匯頂科技的屏幕指紋技術的成熟。

根據(jù)資料可知，匯頂科技的屏幕光學指紋方案在實現(xiàn)原理上與Synaptics的方案相近，都是依靠OLED屏幕發(fā)射的光線對指紋進行照射，屏幕下方的傳感器接收返回的光線并進行處理，最終得到指紋圖像。有爆料稱，vivo x21之所以沒有沿用Synaptics的方案，主要原因是Synaptics屏幕指紋方案在強光下的表現(xiàn)不佳，且成本較高。而競爭對手匯頂科技升級成了直筒式超短焦鏡頭的方案（直接對指紋進行拍照），優(yōu)化光路結構設計，有效地消除了顯示單元顯影和強光干擾，從而使得用戶在強光下也可以快速解鎖，價格上也更有優(yōu)勢。

有別于這六代屏幕指紋機型，vivo也在第一代APEX和APEX 2019概念機上試驗了全新的屏幕指紋識別技術。這兩款機型的屏幕指紋識別區(qū)域更大，占據(jù)了半個屏幕甚至整個屏幕，而且APEX還可以開啟雙人指紋識別解鎖模式，兩人同時在場才能解鎖手機私密空間。很明顯，這兩款概念機的屏幕指紋技術不同于高通、Synaptics、匯頂這三家的屏幕指紋方案。根據(jù)分析，APEX的屏幕指紋識別技術可能是由上?；j箕提供，基于薄膜晶體管（TFT）制程的光學指紋識別解決方案。這種基于光學off-chip方式的屏幕指紋技術，需要利用TFT制程做一層基于玻璃基的a-Si驅動的傳感器（光電轉換二極管），來替代傳統(tǒng)的硅基傳感器，將其置于蓋板玻璃和屏之間進行貼合。其優(yōu)勢在于，可以輕松實現(xiàn)大面積的指紋識別，同時由于其位于玻璃和屏之間，所以能獲得更清晰的指紋圖像。目前該方案的難度和成本都很高，期待未來其成本能夠進一步降低，在量產機型上實現(xiàn)半屏甚至是全屏幕指紋解鎖。

三代產品實際體驗

為了實際體驗屏幕指紋技術識別速度方面的差異，我們做了一個趣味性的測試，選擇了比較具有代表性的產品：錄入了同一指紋的x21屏幕指紋版（第二代）、x23（第四代）、x27（第六代）進行解鎖，通過iPhonex錄制了整個解鎖過程的30fps視頻，看看它們各占用了多少幀畫面。

測試中，只要保持三部手機的屏幕表面足夠干凈，三者的識別成功率幾乎都是100%，但識別速度上有比較明顯的區(qū)別。在x21屏幕指紋版上，從熄屏狀態(tài)按下手指到完成解鎖幾乎用了接近1秒的時間。x23的速度體驗稍微遜色一些，能看到相對明顯的解鎖動畫過渡，但相比x21屏幕指紋版的提升則比較明顯。而x27的識別速度基本和獨立指紋模塊機型相當，能夠提供即按即解鎖的體驗。從視頻中可以看到，x21屏幕指紋版的解鎖過程共有28幀，x23的解鎖過程有19幀，而x27的解鎖過程僅有12幀?？吹贸鰜?，從第二代到第四代的速度提升十分明顯，而越往后，解鎖速度的提升空間越小。

當然，上面的測試是在手指和屏幕者十分干凈的情況下完成的，而在日常使用中，屏幕指紋識別和電容指紋識別十分相似，會受到使用習慣的影響導致識別速度和準確率下降。我們在這里特意為使用屏幕指紋識別的用戶準備了門個小貼士：

1.確保錄入過程中手機收集到的指紋信息足夠多。錄入時，多調整T手機接觸屏幕的角度，稍微用力產生更多的接觸面積，讓指紋信息盡可能全。

2.時至夏季，屏幕和手指都難以避免地存在油污和汗?jié)n，這對屏幕指紋解鎖是種考驗。潮濕的手指會明顯影響了屏幕指紋解鎖的準確率，手指太干也同樣如此。不時洗手擦干，保持手指皮膚有水分又不油膩，可以更好地使用屏幕指紋功能。

3.vivo針對屏幕指紋解鎖提供了“熄屏時顯示指紋圖標”功能。啟用這—功能后，手機會在剛熄屏的一分鐘內依然顯示指紋解鎖的定位圖標。在這之后，當手機感應到用戶正在移動或抬起手機，會自動亮起指紋定位圖標。如果你以穩(wěn)定緩慢的速度平移，指紋區(qū)域并不會亮起，因而想要完成操作，還需要老老實實拿起手機才行。

寫在最后

通過vivo多代產品的更迭，我們能看到屏幕指紋技術正在普及和成熟，稱得上是士別三日當刮目相待。如今，第六代屏幕指紋技術的優(yōu)異表現(xiàn)足以媲美電容指紋識別，對其印象依然停留在初代的消費者可以放心大膽地選購、使用。作為第六代屏幕指紋HD版的承載者，x27帶給我們足夠多的驚喜，而這只是vivo“科技改變未來”的冰山一角。