淺析智能門鎖的光學和半導體指紋識別裝置的區別

中國日用五金技術開發中心 劉懿萱

光學指紋頭：光學指紋采集技術是最古老也是目前應用最廣泛的指紋采集技術，光學指紋采集設備始于1971年，其原理是光的全反射（FTIR）。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由CCD去獲得，光線經玻璃照射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發生全反射，光線被反射到CCD，而射向脊的光線不發生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，這樣在CCD上形成了清晰的指紋圖像。

半導體指紋頭：半導體指紋采集無論是電容式還是電感式，其原理類似。在一塊成千上萬半導體器件的“平板”上，手指貼在其上與其構成了電容（電感）的另一面，由于手指平面凸凹不平，凸點處和凹點處接觸平板的實際距離大小就不一樣，形成了電容（電感）數值就不一樣，設備根據這個原理將采集到的不同的數值匯總，便完成了指紋采集。

一、指紋識別裝置差異分析：

簡而言之，光學指紋頭是利用光學的反應來實現指紋的成像，而半導體指紋頭是利用了電位的差異從而形成了指紋的成像，兩者在成像的原理上是有著本質上的差異的，這一點毋容置疑。綜合現在指紋鎖的特點與兩者成像的特點，差異就出來了。

1、光學指紋頭對手指溫度要求高，雖然光學對識別溫度要求不高，但對手指溫度要求高，一旦手指紋路變形，比如或者溫度過低指紋變形的時候，光學指紋頭無法識別正確的指紋，出現拒識，這也是目前很多光學指紋鎖一旦手指紋路受溫度影響，開啟智能鎖比較麻煩的原因之一。

2、半導體指紋頭對干濕手指適應性相對較差，因為根據其成像原理，一旦間電位差過小或過大，就無法形成清晰的手指圖像，在算法識別上就會有很大的困難，無法用算法來彌補識別上的差異，出現誤識或拒識。而干、濕手指就是這種情況，識別圖像要么過重，要么過輕，無法做到精準識別。

3、光學指紋頭因為主要成像裝置是一般都是鋼化玻璃，其硬度大、耐磨、強度高等這些物理特性決定了，光學指紋頭對一些在使用過程當中的非利器的刮碰不會受到傷害，或者傷害較小，對識別影響較少。

但半導體傳感器由于其是半導體硅片，表面一般為涂料的涂層，正常使用不影響壽命，但如果一些稍硬的物件，例如鑰匙、門卡等刮擦，則容易受到損害，從而影響到指紋識別的精準性，甚至無法使用。

4、光學指紋頭因為需要光的折射反應，一般使用的體積和面積都會比較大，對智能門鎖的外觀、結構等設計相對要求會比較高。盡管近一兩年光學屏下指紋解決了體積的問題，但目前仍然沒有普及。而半導體其本身就是電子原器件，一片薄薄的硅片，體積和面積都相對較小，對智能門鎖的外觀和結構設計影響較小。

5、關于指紋殘留的問題。光學指紋頭由于其識別主材是玻璃，玻璃的表面更加容易留下痕跡，因此容易出現指紋殘留的問題，因此，光學識別智能門鎖在設計算法的時候，就需要解決指紋殘留的問題，要么增加成本，要么犧牲安全性。而半導體，只要涂層不是亮面陶瓷等，普通的涂層根本不存在殘留指紋的說法，一般算法也不太考慮指紋殘留的問題。

6、單純的從傳感器類型角度以及成像的原理，識別的機制來看抗靜電這一與智能門鎖質量息息相關的指標。光學傳感器對靜電具有天生的抗性，而半導體則要在防靜電上多做很多功課。

7.從價格角度講，隨著指紋識別傳感器的生產工藝和市場保有量的增加，早期光學指紋頭相對成熟，價格較低，半導體高速發展，但價格稍貴，經過了幾年的發展，半導體傳感器已經占據了絕大部分市場份額，而且價格也已經降到了更加貼近需求的狀態，價格很低，性價比非常高。而光學傳感器則開始向高端，例如屏下指紋等新的識別方式發展了。其價格反而高于半導體傳感器。

二、總結：

科技發展是飛快的，2015年，光學指紋傳感器以其性價比優秀，產品成熟穩定，盡管有著體積和面積過大，對智能門鎖外觀和結構要求高等缺點，但仍然占據著主流市場，但在2017年以后，經過了長期的積累與發展，半導體以其適用廣泛，要求低，性價比同樣優秀等優點，開始占據優勢的地位，而光學半導體則向著高端開始演進，屏下指紋、超薄光學傳感器等方面也取得了不錯的成果。

講在最后

最近一些年，針對普遍出現的指紋復制的問題，兩者都進行了包括活體識別等諸多的防復制方面的研究。總體來看，半導體因為市場占有率高，在防指紋復制的技術方面走的更遠一些，但目前仍然沒有完善的方法解決關于活體指紋的完全防復制。無論是生物電還是溫度傳感等方面。

但我們從所謂的電視劇、電影當中看到從杯子或手指觸碰等地方，通過一些簡單手段獲取指紋，并能解開指紋鎖的情節，基本上都是杜撰的，這種簡單的方法是不可能獲取完整指紋，更無法獲取3D級的指紋特征的。這是與智能門鎖指紋識別的算法和成像原理有著直接關系的。而真正能夠復制，基本上都是通過特殊的手段，指紋擁有人主動、意愿的將指紋通過一些裝置復制給對方。而前置條件是主動和意愿，這是非常核心的兩點，否則能夠被復制基本上是不可能的。但同時也要強調，人體的生物特征是隱私，包括了人臉特征、指紋特征等，千萬不要輕與他人。在未來，人體生物特征不僅僅會應用在鎖上，還會被應用到人們的衣食住行上，如果泄露，后果不堪設想。因此，切記，不要輕與他人！