六年指纹识别的技术长跑——vivo这件难而正确的小事

2022-09-05 01:09

作者｜钟文

“一个iPod，一部手机，一个互联网通讯工具，这三个设备合在一起，我们称其为iPhone。”

15年前，身着黑色上衣和蓝色牛仔裤的乔布斯站在台上，掏出一款触屏设备，并以此改变了世界，它就是初代iPhone。这种在当时看来颠覆性的触控交互方式也一直沿用至今。

对于当时的苹果来说，这是一件手机行业里“难而正确的小事”。

15年过去，触控交互完全普及，连婴儿甚至是你家的宠物都学会了在屏幕上左滑右滑，各种实体键成为历史，交互的变化甚至改变了手机发展的业态：屏幕尺寸由3.5英寸升级到6.78英寸甚至更大，LCD材质进化到了亮度更优、显示更清、色彩更舒适的OLED......等等这些每一次的技术迭代，汇聚成了一部智能手机的进化史。

来自我们中国的一家手机厂商，也在做着这样的“难而正确的小事”。

从最初的密码解锁，到指纹识别、人脸识别，这些你如今习以为常的智能手机解锁操作背后，这15年来也历经多次迭代。以指纹识别技术为例，经历过正面底部、背部、侧边的电容式指纹识别解锁，才最终进化到如今几乎成为中高端安卓手机标配的屏幕指纹识别。

但很少有人知道，这项连苹果都没搞定，最后临时切换成人脸识别解锁的技术，其实是由一家中国手机品牌与其合作伙伴率先联合研发攻克，并最终推动了行业普及。

潮水的方向

在消费电子行业，不断突破的技术创新，是让产品拥有活力的关键。

2016年的中国手机市场还沉浸在登峰的喜悦之中：智能手机更新频率很快，用户消费欲望强烈；“双曲面屏”和“无边框”的设计前卫，为了实现视觉上的最大冲击，设计师们绞尽脑汁为屏幕的优先级做让步；2016年，指纹识别也成为了一个技术突破点，渐渐成为智能手机的主流技术应用......

指纹识别在这一年也出现了技术的分水岭：一些做法是把时下流行的屏占比优先级调高，牺牲指纹识别的一些空间，将其放到背部或边框。

尽管获得了一时的正面一体性与更具冲击力的屏占比，但两个方案也有不少弊端：前者当手机放在桌上时，解锁极为不方便，同时后置方案也影响了后壳设计的整体性；后者在使用体验上多少存在差距，一定程度上也影响了手机的厚度表现。

就是在这样的契机之下，vivo内部在2016年开始探索屏幕指纹技术。

要知道，苹果在当时开始力推Face ID，人像识别一定程度上成为当时手机业内的“潮水的方向”。vivo反而是在全面屏手机出现之前，就已经在将屏幕向手机边框做延展，相比于老旧的背部指纹方案，vivo认为把指纹识别放在屏幕上更符合用户直觉，学习成本也相比侧边指纹识别更低。

这种对于用户（直觉）导向的判断，引导vivo做出“难而正确”的选择。

往后，便是市场验证技术的故事。

2018年1月的CES大会上，搭载屏幕指纹识别技术的vivo X20 Plus UD正式面世，成为全球首款量产的屏幕指纹手机。同年3月vivo X21发布，其已搭载第二代屏幕指纹识别技术，成为屏幕指纹手机发展史上的重要里程碑；而后，搭载着第二代屏幕指纹技术的X21UD 在市场上取得了百万级销量，市场的表现也给与其技术领先性的认可。

其实，vivo前六代指纹识别产品都是根据用户的需求做了一定程度上的升级，属于典型的小步快跑的策略——vivo NEX第三代屏幕指纹识别技术实现了更快、更精准的指纹对比验证，精度提升达50%，速度提升了10%；搭载第四代光电屏幕指纹的vivo X23融合了屏幕指纹DSP加速技术，主要是在解决在手湿、油腻等极端场景下识别难的局面，提升响应速度；第五代第六代光电屏幕指纹技术都是进一步夯实vivo在屏幕指纹技术上的领导地位。

直到iQOO 8 Pro超声波3D广域指纹的出现——当别的厂商还在想方设法优化光电指纹识别对于湿手的识别度时，这项技术针对指纹识别度、录入、安全性和便捷性方面都有着非常巨大的提升。

很多数码爱好者在体验后都惊讶：“从没见过这么快准狠的指纹识别！”

3D超声波指纹识别有着足够的优点，在原理上，它是通过传感器向手指表面发射超声波，并且接受回波，来提取其中的指纹信息。利用指纹表面皮肤和空气之间密度不同构建出一个3D图像，进而与已经存在终端上的信息进行对比，以达到识别指纹的目的。

前段时间，vivo推出了自家的折叠屏产品vivo X Fold，赶了一趟“晚班车”交出了属于自己的折叠屏答卷。从产品来看，vivo X Fold已经足够成熟，浮翼式铰链、旗舰级性能、高素质内外屏，vivo X Fold 已经是一款足够成功的产品。

当然，想要做到“成功”二字，企业的产品设计一定还要与众不同。除了做到“人有我优”之外，vivo还做到了“人无我有”。这多出来的功能就是内外双屏的3D超声双屏指纹，要知道，此前折叠屏手机内屏想要做到内屏指纹识别有着很大的困难。

再一次，出发

柔性折叠屏的背后需要有金属背板作为支撑和保护，正是因为有这块背板的存在，折叠屏内屏的透光率基本为0。而光电指纹技术的指纹识别模组是被设计在屏幕下方，OLED屏幕所发出光线经手指波峰波谷反射后产生不同能量的光线，被下方传感器接收并形成不同灰度的图像，也就是指纹纹路，以此作为数据，从而实现最终指纹识别。所以，光电指纹的方案是行不通的。

除此之外，也因为这块背板的存在，超声波的穿透性大大的被限制，超声波指纹同样也难以实现屏下指纹技术。

如果将背板做薄，让其满足超声波的穿透前提，是不是就能行得通了呢？也不行，背板一旦过薄，它会大大的影响屏幕的可靠性，折叠屏手机的左右屏一定要有足够的支撑性作为基础，不然屏幕轻轻一掰就会弯折，得不偿失。

此前在vivo X Fold的发布会上，vivo也说到在产品设计时，有一些专家告诉他们，除非有屏幕技术的革新，不然折叠屏手机基本上实现不了内屏屏幕指纹。确实，目前行业内折叠屏手机绝大多数都采用侧边指纹的技术，在保证准确率的同时，还足够美观、轻薄。

vivo X Fold一座大山挡在面前，vivo却并没有向困难妥协，而是选择像“愚公”一样，在这一功能上进行“死磕”。

经过vivo上千次对不同材料的测试，从高分子材料科学和声学这些基础物理科学区进行研究，终于功夫不负有心人，vivo发现使用特定厚度的钛合金加以局部贴合高分子合成材料，超声波的频率与特制背板能够奇迹般的产生良好的共振，进而透过屏幕并携带指纹信息反馈回来。

这个看似“无解”的难题就这样被vivo解决了。

这样做的好处就是有着足够的安全性、识别速度更快、并且在准确程度上也有了非常大的提升。除此之外，两个指纹模组共用一个指纹数据库，这样就实现了“单指录入，双屏使用”的功能。

除了在vivo X Fold这折叠屏产品上“大秀肌肉”之外，vivo在自家的顶级直屏旗舰上也加入了3D大面积超声波指纹，比较标志性的产品就是vivo X80 Pro和iQOO 10 Pro。

3D超声波指纹技术原理是向手指发射超声波并接受返回的指纹信息，相比于传统的光电指纹技术，它不需要多次的采集指纹信息，只需要一次录入就可以做到手机解锁。

有了超声波指纹解锁技术的加入，光电指纹解锁技术经常被用户诟病的湿手无法解锁的问题得到了最大程度上的解决。即便是屏幕上有水滴也可以正常进行解锁，从体验上给用户带来实实在在的升级。

除此之外一并解决的，还有光电指纹解锁时强光刺眼的问题。早期光电指纹解锁需要OLED屏幕发射强光，通过手指上纹路的反射来记录指纹信息，这也导致很多用户在夜晚解锁经常被强光刺眼。而超声波指纹解锁并非需要强光反射，所以在夜间使用体验上有了非常大的进步。

这也证明了，vivo正通过不断的对屏下指纹技术进行改进，让用户的体验逐步升级，一直到满意为止。

在vivo X80 Pro和iQOO 10 Pro上，vivo还创新式的开发了双指解锁的功能，能够通过双指同时识别解锁手机，并且可以打开相应的隐私空间。而在安全性上，依托于超大的指纹识别模块，vivo的大面积超声波指纹实现了更高层次的突破，双指识别的破解率仅为1/25亿，相比之下，iPhone的前置原深感摄像头仅有1/100万。

从消费者的需求角度去做升级改进，这就是vivo一直所坚持的以用户为导向的科技创新。

做难而正确的选择

自从2017年全球手机行业达到出货量的顶峰之后，随后市场就已进入了震荡下行的趋势。加之华为在高端市场遭遇大环境的剧烈变动，引发了国内手机厂商市场的进一步洗牌。

我们都知道，智能手机行业正在迎来一场凛冽的寒冬。但在这场寒冬当中，没人会想到vivo成了一名“逆行者”——今年年初，Counterpoint发布2021年四季度以及全年的中国手机市场销量报告显示：从2021全年的数据来看，vivo在中国市场排名第一，市场份额达到22％。OPPO第二，苹果第三，小米和荣耀分别位居第四和第五。

图源：Counterpoint官方