2020年03月03日 | 专利解密：三星屏下指纹技术的独到之处

相比汇顶的光学屏幕指纹解锁技术，超声波指纹解锁技术更为复杂，价格也较为昂贵，多用于高端机型，国内厂商还是多采用光学指纹解锁技术为主，但超声波指纹解锁技术因为其安全性也被市场看好。

2020年2月，三星就发布了全新的三星Galaxy S20系列和全新折叠屏手机Galaxy Z Filp，Galaxy S20系列分别为Galaxy S20、Galaxy S20+和最大屏的Galaxy S20 Ultra，都配备超声波屏幕指纹识别。

提到指纹解锁，自从苹果iPhone5s上使用了TouchID指纹识别技术后，让移动生物识别方式有了新的变化。指纹识别可以让我们更加灵活的“使用”自己的指纹，只要将手指放到Home键上就可以轻松的完成识别过程。

而随着技术的发展和人们对于潮流技术的追赶，2017年，全面屏手机凭借广阔的视野和舒适的手感深受用户的欢迎。为了让手机达到更高的屏占比，很多手机厂商将前置指纹解锁均挪到机身背面成为后置指纹解锁，也有不少厂商采用虹膜解锁或面部识别等解决方案去替代指纹识别。然而目前这两种方式，要不影响手机后盖美观度，要不无法做到极致的屏占比，而屏幕指纹的出现在一定程度上解决了这个问题。

点子虽好，但是面临的技术问题还是不能够糊识，在指纹认证过程中，如果指纹信息与先前存储的指纹信息不匹配，则根据指纹输入区域和方向，电子设备可能不能识别认证的用户的指纹输入。同时由于与用户最初登记指纹时的姿势、方向或数量相关联的问题，其中用户在存储器处存储和登记以便执行安全认证的指纹信息可能不能覆盖关于用户的整个指纹的信息。

为了解决这样的问题，三星在18年4月4日申请了一项名为“用于存储指纹信息的电子设备和方法”的发明专利（申请号：201810295241.1），申请人为三星电子株式会社。

根据目前公开的专利资料，可以解析这项指纹解锁装置和方法。

如上图为带有指纹传感器的电子设备配置图，电子设备400可包括触摸屏410、传感器单元420、存储器430和处理器440。触摸屏可包括触摸面板412和显示器414。传感器单元可包括指纹传感器422(例如生物传感器)和运动传感器424(例如陀螺仪传感器或加速度传感器)。

触摸屏中显示与用户指纹认证有关的用户界面(UI)，同时在触摸面板或显示器中包括指纹传感器的指纹感测区域。显示器的护罩玻璃的表面可以通过打印或者蚀刻的方式来布置指纹感测区域，同时也可在触摸面板的上部或下部布置指纹感测区域。

触摸屏通过触摸面板获得与电子设备的用户的指纹认证有关的触摸输入信息，该信息由指纹传感器在用户触摸屏幕时来获取，并向处理器发送获得的触摸信息。控制器将得到的指纹信息与先前存储在存储器中的用户指纹信息相比较，并且根据与预定阈值比较的匹配分数(例如匹配率或相似度)来完成用户的身份确认。

指纹传感器只是用于采集用户的指纹，接下来我们看看这个用于认证的关键部件——处理器，是如何构成的吧。

如上图所示为处理器的配置结构图，可以看到其中包含感测信息矫正单元441、特性信息计算单元443、指纹信息比较单元445以及信息更新单元447。

感测信息校正单元可校正通过指纹传感器获得的指纹感测数据，当通过指纹传感器输入的指纹数据(例如图像)具有失真的形状或具有低分辨率的区域时，感测信息校正单元可使用统计数据或图像处理功能来校正失真的形状或低分辨率的区域。

特性信息计算单元可基于校正的指纹数据来计算指纹数据的特性信息，例如我们熟知的指纹数据的特性信息有：指纹分叉点、终点、核心点和三角形物等等。指纹信息比较单元可从特性信息计算单元接收特性信息模板，以确定特性信息模板是否匹配先前在存储器中存储和登记的特性信息模板。

最后，指纹信息比较单元可将计算的匹配分数值与具体阈值(例如匹配分数阈值)相比较，以确定电子设备的用户的认证是否成功。

如下图为电子设备中比较指纹信息以便执行指纹认证的图示，通过特征信息模板，来导出用于识别用户身份的关键匹配分数。

如图所示，处理器可将用于电子设备的用户的认证而输入的指纹信息与先前存储和登记在存储器中的指纹信息相比较。(a)处，处理器可从用于电子设备的用户的认证而输入的用户指纹信息提取特性信息模板；(b)处，处理器可将输入指纹信息有关的特性信息模板与先前存储和登记在存储器中的用户的多个指纹信息相比较。

最后在(c)处，处理器可确定用于电子设备的用户的认证而输入的指纹信息的特性信息模板(a1)的点P11、P12、P13和P14是否与先前存储和登记在存储器中的指纹信息的特性信息模板(b1)的点P21、P22、P23和P24匹配，以导出匹配分数。

整个系统的结构可以说是相当清楚，关键的核心部位处理器的各个功能也是没有丝毫的冗余，在了解完整个系统的硬件构成后，我们最后来看看该方法的整体流程。

如图所示，首先，处理器获得与使用指纹传感器422接收的第一输入对应的第一指纹信息。其次，处理器将获得的指纹信息与存储在存储器中的与用户认证有关的用户认证(例如登记)指纹信息相比较。

当比较结果属于指定参考时(例如当匹配率为75％或更多且小于80％时)，在步骤1930处，处理器可在存储器中临时存储该指纹信息。接着，处理器继续获得与使用指纹传感器接收的指纹信息，并将该信息传递给处理器处理，处理器将第二次获得的指纹信息与存储在存储器中的用户认证(例如登记)指纹信息相比较。

最后，当比较结果属于另一个指定参考(例如80％或更高的匹配率)时，处理器可将临时存储在存储器中的指纹信息存储为用户另一个认证指纹信息。通过这样的方式，可以丰富用户的指纹库，从而提高用户指纹的识别率。

以上就是三星的智能手机指纹认证设备和方法，手机厂商们不断的完善自己的技术，在手机这个只有巴掌大的器件上面不断的雕琢自己的工艺，从最开始的前置、后置面板指纹识别，到侧边框指纹识别，再到现有的屏下指纹识别技术，技术的发展总是那么的让人感到意外和惊喜，也正是这样的对于技术方案的不断探索，才使得企业具有顽强的生命力和惊人的创造力！

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