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一、光學(xué)指紋問(wèn)題現(xiàn)狀

光學(xué)指紋當(dāng)前隨著成本的下降，各大廠商都在低中高端旗艦用上了光學(xué)指紋。有別于傳統(tǒng)的電容指紋，光學(xué)指紋在解鎖性能上目前都進(jìn)行了優(yōu)化，性能接近電容指紋。

二、光學(xué)指紋電容指紋原理

兩者原理都是對(duì)指紋的紋路脊谷進(jìn)行信號(hào)采集，通過(guò)記錄不同信號(hào)，實(shí)現(xiàn)指紋的錄入比對(duì)。

圖 1電容指紋示意圖

電容式指紋模塊是利用指紋與導(dǎo)電的皮下電解液形成電場(chǎng)，手指紋路的高低起伏會(huì)導(dǎo)致二者之間的壓差出現(xiàn)不同的變化，因此可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的指紋數(shù)據(jù)掃描。這種指紋識(shí)別方式比較通用，對(duì)環(huán)境要求比較弱，只要有指紋就能錄入識(shí)別，更重要的是這種指紋識(shí)別的元器件對(duì)空間占用比較小。

圖 2光學(xué)指紋原理

光學(xué)指紋識(shí)別則是通過(guò)光線反射，利用一個(gè)短焦鏡頭，在可透光的OLED屏幕下方獲取到指紋的圖像，從而記錄和識(shí)別指紋信息。從原理上來(lái)看，光學(xué)指紋無(wú)論是指紋模組的設(shè)計(jì)，屏結(jié)構(gòu)、指紋的軟件交互設(shè)計(jì)、整機(jī)功耗控制、整機(jī)結(jié)構(gòu)上相較于電容指紋，條件都變的相對(duì)苛刻，對(duì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的挑戰(zhàn)也是大大增加。

三、屏下指紋指紋錄入識(shí)別流程

錄入

用戶(hù)手指按壓->LCD高亮->指紋采圖->指紋錄入->存儲(chǔ)模板->上報(bào)錄入成功

圖 3 指紋錄入流程簡(jiǎn)化圖

解鎖

用戶(hù)指紋按壓->LCD高亮->指紋采圖->指紋識(shí)別->更新模板->上報(bào)解鎖成功

圖 4指紋識(shí)別流程簡(jiǎn)圖

當(dāng)前這種方式是各大廠商一套通用的邏輯，細(xì)節(jié)部分各大廠商均有不同程度的差異，但是大都是圍繞著這幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行的性能優(yōu)化。

四、指紋問(wèn)題常見(jiàn)情況

由于光學(xué)指紋的屏下的特性，導(dǎo)致了指紋方面對(duì)一些場(chǎng)景下的指紋識(shí)別體驗(yàn)非常不好，具體常見(jiàn)的有以下幾類(lèi)(以下指紋樣張來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，不涉及任何用戶(hù)安全及三方保密協(xié)議，均為原圖加噪聲圖擬合而成)

按壓不全：

圖 5按壓不全

LCD高亮失敗：

完全不高亮

圖 6完全不高亮

高亮不完全

圖 7高亮不完全

脫靶：

錄入

圖 8錄入圖

解鎖

圖 9解鎖脫靶圖

貼軟膜指紋：

圖 10軟膜圖

貼硬膜指紋：

圖 11硬膜圖

脫皮指紋：

圖 12脫皮指紋

衣物誤觸：

圖 13衣物誤觸

異物指紋：

圖 14異物指紋

沾水指紋：

圖 15沾水指紋

掌紋誤觸：

圖 16掌紋誤觸

干手指臟污

圖 17手指臟污

強(qiáng)光漏光

圖 18強(qiáng)光

如果根據(jù)用戶(hù)群體來(lái)分，新用戶(hù)像從電容轉(zhuǎn)到屏下指紋的絕大多數(shù)會(huì)出現(xiàn)按壓面積不全的情況，因?yàn)殡娙葜讣y輕觸一下就解鎖開(kāi)了，但是光學(xué)指紋需要等待LCD的高亮和器件曝光，如果輕觸，指紋采圖就是圖5的這種圖像，所以這類(lèi)型用戶(hù)就會(huì)出現(xiàn)這種解鎖慢或者解鎖不靈敏的反饋。針對(duì)這種情況，當(dāng)前解決的方案基本都是通過(guò)用戶(hù)界面引導(dǎo)來(lái)讓用戶(hù)適應(yīng)。

一些光學(xué)指紋的老用戶(hù)絕大多數(shù)的不靈敏場(chǎng)景主要有以下幾種，洗手、起床、強(qiáng)光，手指脫皮，干手指(主要是年齡稍微大些的用戶(hù)，出現(xiàn)的一些指紋糙化的紋理)、貼膜，對(duì)應(yīng)于我們上面的貼圖大家可以看到，這類(lèi)型的指紋紋路都出現(xiàn)了不同程度的紋理破壞或者糊化，導(dǎo)致有些指紋的特征和錄入相差過(guò)大，最終識(shí)別失敗，特別是貼的硬膜，對(duì)指紋紋路破壞極其強(qiáng)大，所以建議大家都用出產(chǎn)手機(jī)自帶的膜，這樣指紋一定程度能保證比較好的解鎖體驗(yàn)。

另外還有一類(lèi)用戶(hù)，應(yīng)該大多數(shù)都碰到過(guò)，某個(gè)指紋解鎖很靈敏，但是某個(gè)指紋解鎖不靈敏，主要原因除了第二點(diǎn)里面敘述到的之外，最大的一個(gè)原因是脫靶，脫靶的意思，就是識(shí)別的指紋和錄入的指紋相差過(guò)大。主要有兩種情況，第一種，錄入的時(shí)候手指狀態(tài)很好(很差)，但是因?yàn)榧竟?jié)的變化手指和之前的狀態(tài)差別很大，比方說(shuō)脫皮，裂紋。第二種，錄入的時(shí)候錄入的面積很局限，只有指紋的一小部分，但是解鎖的時(shí)候，解鎖的指紋區(qū)域和錄入的區(qū)域不匹配，導(dǎo)致最后解鎖不開(kāi)，對(duì)應(yīng)上面的貼圖，主要就是脫靶部分，從這個(gè)脫靶的圖看，錄入的圖和解鎖的圖紋路方向都不一致。通常解決這種問(wèn)題，有兩種方式，第一種是刪除重錄，這種對(duì)用戶(hù)不太友好。另外一種是，要多使用錄入的指紋，因?yàn)槲覀冇心０鍖W(xué)習(xí)的功能，在識(shí)別成功后，如果模板達(dá)到一定的條件，我們會(huì)把當(dāng)前的指紋模板學(xué)習(xí)進(jìn)去，以此來(lái)擴(kuò)大錄入的模板。

五、一種可用于指紋預(yù)處理的濾波算法

對(duì)于上述的差手指，目前Gabor濾波，能夠一定程度上進(jìn)行圖像的特征增強(qiáng)對(duì)指紋圖像進(jìn)行優(yōu)化。

Gabor介紹

Gabor是一個(gè)用于邊緣提取的線性濾波器，其頻率和方向表達(dá)與人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)類(lèi)似，能夠提供良好的方向選擇和尺度選擇特性，比較適合紋理分析。

Gabor濾波公式：

其中：

Gabor參數(shù)介紹

λ：正弦函數(shù)波長(zhǎng)

θ：Gabor核函數(shù)的方向

ψ：相位偏移

σ：高斯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差

γ：空間的寬高比

這幾個(gè)參數(shù)后面我們?cè)诖a中會(huì)先固定寫(xiě)好，看下實(shí)際的效果。

Gabor濾波流程

開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：Python

開(kāi)源庫(kù) ：Opencv, Matplotlib, Numpy

示例代碼：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖像看，針對(duì)局部沾水和臟污導(dǎo)致的紋理不清晰，經(jīng)過(guò)Gabor預(yù)處理后，可以一定程度上進(jìn)行紋理增強(qiáng)。

六、后續(xù)指紋發(fā)展方向

目前來(lái)看，幾種指紋識(shí)別各有優(yōu)勢(shì)，經(jīng)典的電容式指紋解鎖速度快、識(shí)別率高、成本低、安全性較高，但比較影響全面屏手機(jī)的外觀。屏幕光學(xué)指紋的解鎖速度、精度都還有所欠缺，不過(guò)更具有科技感，也有發(fā)展性。指紋組這邊，會(huì)秉承用戶(hù)至上的理念，吸納各種不同方案的指紋種類(lèi)來(lái)增加指紋的整體可選性，滿足市場(chǎng)上來(lái)自不同人群的需求。在指紋的算法上，也會(huì)持續(xù)扎根，加大本模塊的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

參考：

[1] https://blog.csdn.net/Ibelievesunshine/article/details/105101268

[2] http://biolab.csr.unibo.it/ResearchPages/SFinGe_Samples.asp