小孔成像原理”带来指纹识别革命性突破

【焦点】“小孔成像原理”带来指纹识别革命性突破
2015-01-14
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指纹的特征通常可分为三级。

一级特征表示指纹的纹型、流向等宏观特征;二级特征表示指纹的Galton细节，即纹线的分叉点、端点等特征;三级特征则是更高分辨率上的纹线属性，例如纹线的偏移、宽度、汗孔、边缘形状、断裂、褶皱、伤疤，以及其他的永久性特征……
2015年美国CES展上，一款拥有2000PPI超高分辨率的光学指纹采集器吸引了全球手机厂商的目光。

这款由中国印象认知推出的名为UTFIS的超薄型光学指纹传感器，分辨率超越了目前市面上主流的电容式指纹传感器，是苹果手机指纹识别芯片的四倍。

据印象认知总经理王曙光博士透露，UTFIS采用了自主研发的矩阵式微孔阵列(MAPIS)专利技术，分辨率高达2000PPI产品，是目前全球首款可用于移动电子设备、且厚度仅有1.5mm的光学指纹采集器。

“小孔成像原理”带来的革命性突破
据悉，UTFIS的诞生源于印象认知在古老的“小孔成像原理”上的新发现。

在现代生活中，极少有使用小孔成像的工业产品，在物理教科书中，小孔成像原理也仅作为一种朴素原理简单介绍。

但印象认知为了实现超薄尺寸的光学指纹采集器，重新审视了这一古老的成像原理，并在其中发现了小孔成像的诸多优点。

王曙光博士介绍称：首先，小孔成像不需要光学镜头和其他复杂的附属部件，非常简单，也不存在焦距问题。

而照相机等所使用的凸透镜成像，通常要求物距为焦距的两倍以上，像距为焦距的一倍至两倍之间，这样就限制了物像之间的距离。

因此，如果使用小孔成像，则物像之间的距离可以做到非常之小，意味着我们可以把指纹采集器做得很薄。

其次，指纹采集是可控环境，意味着我们可以使用很小的小孔，同时提供较强照明以避免成像黯淡的问题。

在此基础之上，印象认知团队成功自主开发MAPIS技术(矩阵式微孔阵列)，并藉此替代了传统光学指纹采集器的透镜系统。

此外，UTFIS用透明薄板代替了传统材质三棱镜，进而使产品获得1.5mm 的超薄尺寸，是传统光学指纹采集器的几十分之一，成功解决了将光学指纹采集器小型化的难题。

此外，MAPIS技术的成本并不高，只需要光学透镜系统的几十分之一，为日后批量生产提供了可能。

2000PPI超高分辨率，国际领先
MAPIS技术带来的另一项巨变，是UTFIS分辨率达到惊人的2000PPI。

这一突破性的成果，对于整个智能手机、移动支付等领域都将产生巨大的革命性意义，或将加速互联网移动端从传统密码、手势识别向指纹识别转变。

目前，全球范围内为智能手机提供指纹识别技术的厂商不超过10家，其中包括被苹果收购的AuthenTec，以及FingerprintCards、Validity、Goodix汇顶科技等非苹果系供应厂商。

AuthenTec 是目前公认的业界最强，但其为苹果开发的指纹传感器分辨率也仅有500PPI。

而UTFIS创新性突破2000PPI的超高分辨率，将直接登上全球智能手机指纹识别技术的顶端。

此外，光学指纹传感器要比电容式传感器更为稳定，且不像电容式易受腐蚀、磨损和静电干扰破坏。

在传统市场上，尤其是在AFIS、证件、通关、门禁等领域，光学指纹识别依旧是主流，智能手机应用指纹识别才刚刚起步。

这也意味着UTFIS的出现，有望加速指纹识别的应用实现大众化、常态化。

汗孔识别打通“三级特征”
UTFIS不仅继承了传统光学指纹传感器的优点，同时还通过超高的分辨率，实现了电容式指纹传感器所无法达到的安全级别。

指纹的特征通常可分为三级。

一级特征表示指纹的纹型、流向等宏观特征;二级特征表示指纹的Galton细节，即纹线的分叉点、端点等特征;三级特征则是更高分辨率上的纹线属性，例如纹线的偏移、宽度、汗孔、边缘形状、断裂、褶皱、伤疤，以及其他的永久性特征。

在国内、国际刑侦，包括传统指纹识别应用市场，基本采用二级特征，使用三级特征的意义并不是很大。

但随着智能手机的发展，受限于尺寸及成本，二级特征已经越来越不能满足“准确识别”的需求。

当指纹采集面积足够大时，基于二级特征的识别具有很高的准确性。

一些最优秀的算法可以达到0.1%的EER(EqualErrorRate，相等错误率。

是衡量指纹识别准确性的主要指标，EER越低，意味着识别准确性越高)。

但智能手机需要使用尺寸更小的指纹采集器，多为8mm×8mm、9mm×9mm等，并有向6mm×6mm演化的趋势。

印象认知在做相关测试时发现，如果只使用二级特征，在8mm×8mm采集面积且分辨率依旧是500PPI时，EER升高至15%以上，这个数据意味着指纹识别将同时有15%的拒识率及15%的误识率。

对此，王曙光博士表示，即便仅作为手机的屏幕解锁，这种识别准确性也是不可接受的。

而如果提高采集分辨率，获得第三级特征，情况则变得完全不同。

目前相关的实验显示，在小尺寸采集面积时，汗孔识别比细节点识别具有明确优势。

但使用第三级特征，至少要求指纹采集的分辨率达到1000PPI。

而UTFIS通过MAPIS技术获得2000PPI的采集分辨率，改变了传统指纹采集器匹配细节点的缺陷，成功实现汗孔识别，使得在智能手机上实现“三级特征”指纹识别的难题迎刃而解。

在苹果推出iPhone5S之前，半导体式指纹采集器一直处于不温不火的状态。

但在苹果的带领下，以电容式为代表的半导体指纹采集器的市场地位发生了翻天覆地的改变，在智能手机上搭载指纹识别技术也成为一种趋势，包括三星、华为、魅族、OPPO等知名手机厂商，也纷纷推出搭载指纹识别的智能手机。

而性能更加优越的UTFIS芯片的出现，必将开辟出一个属于光学指纹识别的欣欣市场，重新赢得投资市场及手机厂商的青睐。