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如同很多人不会知道全面屏的兴起到现在不过2年的时间，伴随全面屏而生的另一项技术——屏幕指纹，至今已经进化至第六代解决方案。然而，首款量产的屏下指纹手机vivo X20Plus屏幕指纹版，发布至今也才一年多。一年左右的时间里，vivo已经将屏幕指纹技术全面融入旗下的中高端产品内。在惊叹vivo成功将技术融入自身品牌DNA之时，我们不妨来更专注地看看屏幕指纹这项技术的进化之旅。
屏幕指纹技术有何优势
短短一年时间里，几乎所有主流国产品牌手机都带来了配备屏幕指纹方案的机型。根据研究机构IHS最新公布的数据显示，截至2018年底累计有18个手机型号采用了屏幕指纹技术。2018年屏幕指纹模组总出货量达到3000万片。而根据IHS Markit最新的《触摸屏市场追踪报告》（Touch PanelMarket Tracker Report）预计2019年屏幕指纹的出货量预计将增长6倍，达到近1.8亿片。
在我们之前的评测中就曾提到，即便是早期屏幕指纹方案不够成熟，解锁速度和成功率都很一般时，相较于3D面容识别，我们依然更推崇这项技术。原因就在于，屏幕指纹技术能够更好地融合各种形态的全面屏，避免不能忽视的“刘海”，确保了全面屏手机形态不受限制。其次，屏幕指纹的解锁过程更像过去的独立电容指纹模块，毕竟既有的指纹识别方案已经非常成熟，用户体验也足够好，相仿的操作更利于用户上手，也能确保各个场景下使用的便利。
当然，屏幕指纹的实现并不像传统的独立指纹模块那么简单。独立指纹模块只要拥有充足的布置空间，剩下的不过是根据产品形态选择放置在机身的正面、背面还是侧面，不会受制于其他元件。而目前市面上绝大多数的屏幕指纹识别方案，采用的都是光学指纹——依靠屏幕下方的传感器接收指纹反射信息，识别成功后再解锁。这一技术除了传感器自身的识别能力外，现阶段还必须依托于AMOLED屏幕，只HAMOLED屏幕的厚度以及像素间隙才能让屏幕的光线照射到按压的手指，再反射回识别传感器。LED屏则不能实现。
LCD屏目前难以匹配屏下指纹的另一个方面，还包括不具备AMOLED的先天特性——像素自发光。在任意一款屏下指纹手机上，我们都能看到屏下指纹识别提供了熄屏识别功能，正是借助7AMOLED面板的AOD（熄屏显示）特性，让指纹区域在熄屏状态下依然能够单独点亮，倘若LCD面板实现该功能，则需要保持屏幕随时亮起，势必会影响功耗。
比较常见的屏幕指纹方案主要有光学屏幕指纹技术和超声波指纹识别技术。在光学屏幕指纹識别方面，很多公司早已做出了尝试。汇顶科技很早就展示过利用AMOLED屏幕实现屏幕指纹识别的案例，演示机型为三星GALAXY S7 Edge和vivo Xplay6。屏幕产生的光线照射手指纹理，然后光线再反射到屏幕下的指纹识别传感器上，从而产生指纹图像。为了确保更好的识别效果，在早期的光学屏幕指纹方案上，用于反射指纹的光几乎都是更稳定的绿光，在按下时，能看到屏幕识别区域会呈现高亮绿光。目前vivo的机型运用的蓝光，实际上是由蓝、绿叠加的光色，兼顾了外在的视觉体验以及指纹反射效果。
与光电屏幕指纹之对应的是超声波屏幕指纹识别方案，即通过内置的超声波模块，借助超声波的反射波长来识别按压的指纹。然而受制于实现的难度，目前依然无法大规模应用，之前采用此方案的仅有小米5s和乐视Le Max 2。直到在新近上市的三星GALAXY S10系列上，我们才看到了超声波指纹技术与全面屏的结合。考虑到三星GALAxY S10的定价和市场占有率，现阶段屏幕光电指纹技术更胜一筹。
屏幕指纹的六代进化
一年的时间内，vivo通过多次技术更迭，将屏幕指纹技术推向了第六代。细分下来，X20Plus视作初代，X21是第二代，NEX系列为第三代，X23采用了第四代，NEX双屏版为第五代，x27则是最新的第六代。
在2018年年初的时候，第一代指纹识别技术在vivo X20Plus屏幕指纹版上惊艳亮相，一经推出，引起了手机行业的轰动，由此开启了vivo在屏幕指纹领域的领跑之路。时隔两个月后，第二代产品vivo X21发布，相比第一代产品在指纹识别率和解锁速度上有了明显提升，并且逐渐引起了用户对屏幕指纹技术的关注。这两代产品主要基于Synaptics Clear ID方案（X21部分产品混用汇顶方案）。Synaptics光学屏下指纹专感器尺寸为6.46 mmx9.09 mm，使用和标准OLED相同的光学材料和工艺，可以直接封装在ANOLED显示屏模组中。这种最初的屏幕指纹传感器需要使用准直器层设计，由有机、金属和硅组成，成本很高，良品率也比较低。
vivo NEX不仅加入了弹出式前置摄像头，实现了真正意义上的全面屏，其搭载的屏幕指纹识别也进化到第三代。第三代屏幕指纹方案在硬件上做了明显的调整，识别传感器的硬件设计更加接近传统相机。加上大幅度改良的算法，按照官方描述，vivoNEX搭载的第三代屏幕指纹技术相比上一代技术在精度上提升50%，解锁速度提升了10%。
紧随其后，2018年9月份发布的X23终于在全系列中标配了第四代屏幕光电指纹。相比第三代，其传感器升级至F1.5大光圈和720DPI，更加类似相机的设计方案让新传感器获得更多的进光量和清晰的识别图案。同时，vivo X23带来突破性的“屏幕指纹DSP加速技术”，借助骁龙670 SoC平台的深度优化，将低温干手指、强光直射等“刁钻”场景下的解锁速度又实现了30%的提升。从这一代开始，屏幕指纹方案开始支持微信支付和支付宝付款，变得更加实用了。
在vivo NEX双屏版上，屏幕指纹技术发展到了第五代，对光学设计进行了全新的优化升级。指纹模组采用了F1.2超大光圈、125.8°超大广角的3P镜头，有效提升了识别面积，识别灵敏度以及识别速率。vivo针对性地调整了识别算法，包括明显提升指纹识别速度的首帧加速技术，进一步优化的降噪机制以及利用大量数据库进行训练的图像增强技术。为了使得用户的数据更加安全，搭载了第五代屏幕指纹解锁的NEX双屏版还在手机内建立了DSP与Trustzone之间的硬件安全传输信道，是独立于程序与系统之外的安全机制。为用户数据提供了更切实的保障。 直至刚刚推出的x27上，vivo加入了“第六代光电指纹HD”技术。到目前为止，关于第六代屏幕指纹技术的细节并未公布，从官方的宣传来看，新技术主要的进化在于内置传感器的感应面积增加至2倍，图像信号量、检测面积以及动态范围和FRR识别率均提升30%，并且增加更多的解锁动画效果。
遍尝四家供应商方案
值得一提的是，在死磕光学屏幕指纹方案之前，vivo早已尝试了高通的超声波指纹方案。2017年7月，vivo在上海MWC上推出了搭载超声波指纹的xplay6验证机，首次将这种解锁方式呈现在自家手机上。在2019年1月的CEsN会上，vivo叹展示了vivoX20Plus屏幕指纹版。众所周知，vivoX20PIus屏幕指纹版采用的是Synaptics在2017年年底发布的Clear ID F$9500光学指纹方案。不过，令人意外的是，vivo X21除了有采用Synaptics的方案之外，还加入了国产指纹芯片厂商汇顶科技的光学指纹方案。其实，早在2017年的MwC展会上，汇顶科技就已展示了基于光学的屏下指纹识别技术，此后汇顶科技针对此技术进行了持续的升级优化，被vivo x21所采用也标志着汇顶科技的屏幕指纹技术的成熟。
根据资料可知，汇顶科技的屏幕光学指纹方案在实现原理上与Synaptics的方案相近，都是依靠OLED屏幕发射的光线对指纹进行照射，屏幕下方的传感器接收返回的光线并进行处理，最终得到指纹图像。有爆料称，vivo x21之所以没有沿用Synaptics的方案，主要原因是Synaptics屏幕指纹方案在强光下的表现不佳，且成本较高。而竞争对手汇顶科技升级成了直筒式超短焦镜头的方案（直接对指纹进行拍照），优化光路结构设计，有效地消除了显示单元显影和强光干扰，从而使得用户在强光下也可以快速解锁，价格上也更有优势。
有别于这六代屏幕指纹机型，vivo也在第一代APEX和APEX 2019概念机上试验了全新的屏幕指纹识别技术。这两款机型的屏幕指纹识别区域更大，占据了半个屏幕甚至整个屏幕，而且APEX还可以开启双人指纹识别解锁模式，两人同时在场才能解锁手机私密空间。很明显，这两款概念机的屏幕指纹技术不同于高通、Synaptics、汇顶这三家的屏幕指纹方案。根据分析，APEX的屏幕指纹识别技术可能是由上海箩箕提供，基于薄膜晶体管（TFT）制程的光学指纹识别解决方案。这种基于光学off-chip方式的屏幕指纹技术，需要利用TFT制程做一层基于玻璃基的a-Si驱动的传感器（光电转换二极管），来替代传统的硅基传感器，将其置于盖板玻璃和屏之间进行贴合。其优势在于，可以轻松实现大面积的指纹识别，同时由于其位于玻璃和屏之间，所以能获得更清晰的指纹图像。目前该方案的难度和成本都很高，期待未来其成本能够进一步降低，在量产机型上实现半屏甚至是全屏幕指纹解锁。
三代产品实际体验
为了实际体验屏幕指纹技术识别速度方面的差异，我们做了一个趣味性的测试，选择了比较具有代表性的产品：录入了同一指纹的x21屏幕指纹版（第二代）、x23（第四代）、x27（第六代）進行解锁，通过iPhonex录制了整个解锁过程的30fps视频，看看它们各占用了多少帧画面。
测试中，只要保持三部手机的屏幕表面足够干净，三者的识别成功率几乎都是100%，但识别速度上有比较明显的区别。在x21屏幕指纹版上，从熄屏状态按下手指到完成解锁几乎用了接近1秒的时间。x23的速度体验稍微逊色一些，能看到相对明显的解锁动画过渡，但相比x21屏幕指纹版的提升则比较明显。而x27的识别速度基本和独立指纹模块机型相当，能够提供即按即解锁的体验。从视频中可以看到，x21屏幕指纹版的解锁过程共有28帧，x23的解锁过程有19帧，而x27的解锁过程仅有12帧。看得出来，从第二代到第四代的速度提升十分明显，而越往后，解锁速度的提升空间越小。
当然，上面的测试是在手指和屏幕者十分干净的情况下完成的，而在日常使用中，屏幕指纹识别和电容指纹识别十分相似，会受到使用习惯的影响导致识别速度和准确率下降。我们在这里特意为使用屏幕指纹识别的用户准备了门个小贴士：
1.确保录入过程中手机收集到的指纹信息足够多。录入时，多调整T手机接触屏幕的角度，稍微用力产生更多的接触面积，让指纹信息尽可能全。
2.时至夏季，屏幕和手指都难以避免地存在油污和汗渍，这对屏幕指纹解锁是种考验。潮湿的手指会明显影响了屏幕指纹解锁的准确率，手指太干也同样如此。不时洗手擦干，保持手指皮肤有水分又不油腻，可以更好地使用屏幕指纹功能。
3.vivo针对屏幕指纹解锁提供了“熄屏时显示指纹图标”功能。启用这—功能后，手机会在刚熄屏的一分钟内依然显示指纹解锁的定位图标。在这之后，当手机感应到用户正在移动或抬起手机，会自动亮起指纹定位图标。如果你以稳定缓慢的速度平移，指纹区域并不会亮起，因而想要完成操作，还需要老老实实拿起手机才行。
写在最后
通过vivo多代产品的更迭，我们能看到屏幕指纹技术正在普及和成熟，称得上是士别三日当刮目相待。如今，第六代屏幕指纹技术的优异表现足以媲美电容指纹识别，对其印象依然停留在初代的消费者可以放心大胆地选购、使用。作为第六代屏幕指纹HD版的承载者，x27带给我们足够多的惊喜，而这只是vivo“科技改变未来”的冰山一角。
屏幕指纹技术有何优势
短短一年时间里，几乎所有主流国产品牌手机都带来了配备屏幕指纹方案的机型。根据研究机构IHS最新公布的数据显示，截至2018年底累计有18个手机型号采用了屏幕指纹技术。2018年屏幕指纹模组总出货量达到3000万片。而根据IHS Markit最新的《触摸屏市场追踪报告》（Touch PanelMarket Tracker Report）预计2019年屏幕指纹的出货量预计将增长6倍，达到近1.8亿片。
在我们之前的评测中就曾提到，即便是早期屏幕指纹方案不够成熟，解锁速度和成功率都很一般时，相较于3D面容识别，我们依然更推崇这项技术。原因就在于，屏幕指纹技术能够更好地融合各种形态的全面屏，避免不能忽视的“刘海”，确保了全面屏手机形态不受限制。其次，屏幕指纹的解锁过程更像过去的独立电容指纹模块，毕竟既有的指纹识别方案已经非常成熟，用户体验也足够好，相仿的操作更利于用户上手，也能确保各个场景下使用的便利。
当然，屏幕指纹的实现并不像传统的独立指纹模块那么简单。独立指纹模块只要拥有充足的布置空间，剩下的不过是根据产品形态选择放置在机身的正面、背面还是侧面，不会受制于其他元件。而目前市面上绝大多数的屏幕指纹识别方案，采用的都是光学指纹——依靠屏幕下方的传感器接收指纹反射信息，识别成功后再解锁。这一技术除了传感器自身的识别能力外，现阶段还必须依托于AMOLED屏幕，只HAMOLED屏幕的厚度以及像素间隙才能让屏幕的光线照射到按压的手指，再反射回识别传感器。LED屏则不能实现。
LCD屏目前难以匹配屏下指纹的另一个方面，还包括不具备AMOLED的先天特性——像素自发光。在任意一款屏下指纹手机上，我们都能看到屏下指纹识别提供了熄屏识别功能，正是借助7AMOLED面板的AOD（熄屏显示）特性，让指纹区域在熄屏状态下依然能够单独点亮，倘若LCD面板实现该功能，则需要保持屏幕随时亮起，势必会影响功耗。
比较常见的屏幕指纹方案主要有光学屏幕指纹技术和超声波指纹识别技术。在光学屏幕指纹識别方面，很多公司早已做出了尝试。汇顶科技很早就展示过利用AMOLED屏幕实现屏幕指纹识别的案例，演示机型为三星GALAXY S7 Edge和vivo Xplay6。屏幕产生的光线照射手指纹理，然后光线再反射到屏幕下的指纹识别传感器上，从而产生指纹图像。为了确保更好的识别效果，在早期的光学屏幕指纹方案上，用于反射指纹的光几乎都是更稳定的绿光，在按下时，能看到屏幕识别区域会呈现高亮绿光。目前vivo的机型运用的蓝光，实际上是由蓝、绿叠加的光色，兼顾了外在的视觉体验以及指纹反射效果。
与光电屏幕指纹之对应的是超声波屏幕指纹识别方案，即通过内置的超声波模块，借助超声波的反射波长来识别按压的指纹。然而受制于实现的难度，目前依然无法大规模应用，之前采用此方案的仅有小米5s和乐视Le Max 2。直到在新近上市的三星GALAXY S10系列上，我们才看到了超声波指纹技术与全面屏的结合。考虑到三星GALAxY S10的定价和市场占有率，现阶段屏幕光电指纹技术更胜一筹。
屏幕指纹的六代进化
一年的时间内，vivo通过多次技术更迭，将屏幕指纹技术推向了第六代。细分下来，X20Plus视作初代，X21是第二代，NEX系列为第三代，X23采用了第四代，NEX双屏版为第五代，x27则是最新的第六代。
在2018年年初的时候，第一代指纹识别技术在vivo X20Plus屏幕指纹版上惊艳亮相，一经推出，引起了手机行业的轰动，由此开启了vivo在屏幕指纹领域的领跑之路。时隔两个月后，第二代产品vivo X21发布，相比第一代产品在指纹识别率和解锁速度上有了明显提升，并且逐渐引起了用户对屏幕指纹技术的关注。这两代产品主要基于Synaptics Clear ID方案（X21部分产品混用汇顶方案）。Synaptics光学屏下指纹专感器尺寸为6.46 mmx9.09 mm，使用和标准OLED相同的光学材料和工艺，可以直接封装在ANOLED显示屏模组中。这种最初的屏幕指纹传感器需要使用准直器层设计，由有机、金属和硅组成，成本很高，良品率也比较低。
vivo NEX不仅加入了弹出式前置摄像头，实现了真正意义上的全面屏，其搭载的屏幕指纹识别也进化到第三代。第三代屏幕指纹方案在硬件上做了明显的调整，识别传感器的硬件设计更加接近传统相机。加上大幅度改良的算法，按照官方描述，vivoNEX搭载的第三代屏幕指纹技术相比上一代技术在精度上提升50%，解锁速度提升了10%。
紧随其后，2018年9月份发布的X23终于在全系列中标配了第四代屏幕光电指纹。相比第三代，其传感器升级至F1.5大光圈和720DPI，更加类似相机的设计方案让新传感器获得更多的进光量和清晰的识别图案。同时，vivo X23带来突破性的“屏幕指纹DSP加速技术”，借助骁龙670 SoC平台的深度优化，将低温干手指、强光直射等“刁钻”场景下的解锁速度又实现了30%的提升。从这一代开始，屏幕指纹方案开始支持微信支付和支付宝付款，变得更加实用了。
在vivo NEX双屏版上，屏幕指纹技术发展到了第五代，对光学设计进行了全新的优化升级。指纹模组采用了F1.2超大光圈、125.8°超大广角的3P镜头，有效提升了识别面积，识别灵敏度以及识别速率。vivo针对性地调整了识别算法，包括明显提升指纹识别速度的首帧加速技术，进一步优化的降噪机制以及利用大量数据库进行训练的图像增强技术。为了使得用户的数据更加安全，搭载了第五代屏幕指纹解锁的NEX双屏版还在手机内建立了DSP与Trustzone之间的硬件安全传输信道，是独立于程序与系统之外的安全机制。为用户数据提供了更切实的保障。 直至刚刚推出的x27上，vivo加入了“第六代光电指纹HD”技术。到目前为止，关于第六代屏幕指纹技术的细节并未公布，从官方的宣传来看，新技术主要的进化在于内置传感器的感应面积增加至2倍，图像信号量、检测面积以及动态范围和FRR识别率均提升30%，并且增加更多的解锁动画效果。
遍尝四家供应商方案
值得一提的是，在死磕光学屏幕指纹方案之前，vivo早已尝试了高通的超声波指纹方案。2017年7月，vivo在上海MWC上推出了搭载超声波指纹的xplay6验证机，首次将这种解锁方式呈现在自家手机上。在2019年1月的CEsN会上，vivo叹展示了vivoX20Plus屏幕指纹版。众所周知，vivoX20PIus屏幕指纹版采用的是Synaptics在2017年年底发布的Clear ID F$9500光学指纹方案。不过，令人意外的是，vivo X21除了有采用Synaptics的方案之外，还加入了国产指纹芯片厂商汇顶科技的光学指纹方案。其实，早在2017年的MwC展会上，汇顶科技就已展示了基于光学的屏下指纹识别技术，此后汇顶科技针对此技术进行了持续的升级优化，被vivo x21所采用也标志着汇顶科技的屏幕指纹技术的成熟。
根据资料可知，汇顶科技的屏幕光学指纹方案在实现原理上与Synaptics的方案相近，都是依靠OLED屏幕发射的光线对指纹进行照射，屏幕下方的传感器接收返回的光线并进行处理，最终得到指纹图像。有爆料称，vivo x21之所以没有沿用Synaptics的方案，主要原因是Synaptics屏幕指纹方案在强光下的表现不佳，且成本较高。而竞争对手汇顶科技升级成了直筒式超短焦镜头的方案（直接对指纹进行拍照），优化光路结构设计，有效地消除了显示单元显影和强光干扰，从而使得用户在强光下也可以快速解锁，价格上也更有优势。
有别于这六代屏幕指纹机型，vivo也在第一代APEX和APEX 2019概念机上试验了全新的屏幕指纹识别技术。这两款机型的屏幕指纹识别区域更大，占据了半个屏幕甚至整个屏幕，而且APEX还可以开启双人指纹识别解锁模式，两人同时在场才能解锁手机私密空间。很明显，这两款概念机的屏幕指纹技术不同于高通、Synaptics、汇顶这三家的屏幕指纹方案。根据分析，APEX的屏幕指纹识别技术可能是由上海箩箕提供，基于薄膜晶体管（TFT）制程的光学指纹识别解决方案。这种基于光学off-chip方式的屏幕指纹技术，需要利用TFT制程做一层基于玻璃基的a-Si驱动的传感器（光电转换二极管），来替代传统的硅基传感器，将其置于盖板玻璃和屏之间进行贴合。其优势在于，可以轻松实现大面积的指纹识别，同时由于其位于玻璃和屏之间，所以能获得更清晰的指纹图像。目前该方案的难度和成本都很高，期待未来其成本能够进一步降低，在量产机型上实现半屏甚至是全屏幕指纹解锁。
三代产品实际体验
为了实际体验屏幕指纹技术识别速度方面的差异，我们做了一个趣味性的测试，选择了比较具有代表性的产品：录入了同一指纹的x21屏幕指纹版（第二代）、x23（第四代）、x27（第六代）進行解锁，通过iPhonex录制了整个解锁过程的30fps视频，看看它们各占用了多少帧画面。
测试中，只要保持三部手机的屏幕表面足够干净，三者的识别成功率几乎都是100%，但识别速度上有比较明显的区别。在x21屏幕指纹版上，从熄屏状态按下手指到完成解锁几乎用了接近1秒的时间。x23的速度体验稍微逊色一些，能看到相对明显的解锁动画过渡，但相比x21屏幕指纹版的提升则比较明显。而x27的识别速度基本和独立指纹模块机型相当，能够提供即按即解锁的体验。从视频中可以看到，x21屏幕指纹版的解锁过程共有28帧，x23的解锁过程有19帧，而x27的解锁过程仅有12帧。看得出来，从第二代到第四代的速度提升十分明显，而越往后，解锁速度的提升空间越小。
当然，上面的测试是在手指和屏幕者十分干净的情况下完成的，而在日常使用中，屏幕指纹识别和电容指纹识别十分相似，会受到使用习惯的影响导致识别速度和准确率下降。我们在这里特意为使用屏幕指纹识别的用户准备了门个小贴士：
1.确保录入过程中手机收集到的指纹信息足够多。录入时，多调整T手机接触屏幕的角度，稍微用力产生更多的接触面积，让指纹信息尽可能全。
2.时至夏季，屏幕和手指都难以避免地存在油污和汗渍，这对屏幕指纹解锁是种考验。潮湿的手指会明显影响了屏幕指纹解锁的准确率，手指太干也同样如此。不时洗手擦干，保持手指皮肤有水分又不油腻，可以更好地使用屏幕指纹功能。
3.vivo针对屏幕指纹解锁提供了“熄屏时显示指纹图标”功能。启用这—功能后，手机会在刚熄屏的一分钟内依然显示指纹解锁的定位图标。在这之后，当手机感应到用户正在移动或抬起手机，会自动亮起指纹定位图标。如果你以稳定缓慢的速度平移，指纹区域并不会亮起，因而想要完成操作，还需要老老实实拿起手机才行。
写在最后
通过vivo多代产品的更迭，我们能看到屏幕指纹技术正在普及和成熟，称得上是士别三日当刮目相待。如今，第六代屏幕指纹技术的优异表现足以媲美电容指纹识别，对其印象依然停留在初代的消费者可以放心大胆地选购、使用。作为第六代屏幕指纹HD版的承载者，x27带给我们足够多的惊喜，而这只是vivo“科技改变未来”的冰山一角。