如同很多人不會知道全面屏的興起到現在不過2年的時間，伴隨全面屏而生的另一項技術—屏幕指紋，至今已經進化至第六代解決方案。然而，首款量產的屏下指紋手機vivo X20Plus屏幕指紋版，發佈至今也才一年多。一年左右的時間裡，vivo已經將屏幕指紋技術全面融入旗下的中高端產品內。在驚歎vivo成功將技術融入自身品牌DNA之時，我們不妨來更專注地看看屏幕指紋這項技術的進化之旅。
屏幕指紋技術有何優勢？
短短一年時間裡，幾乎所有主流國產品牌手機都帶來了配備屏幕指紋方案的機型。根據研究機構IHS最新公佈的數據顯示，截至2018年底累計有18個手機型號採用了屏幕指紋技術。2018年屏幕指紋模組總出貨量達到3000萬片。而根據IHS Markit最新的《觸摸屏市場追蹤報告》（Touch Panel Market Tracker Report）預計，2019年屏幕指紋的出貨量預計將增長6倍，達到近1.8億片。
在我們之前的評測中就曾提到，即便是早期屏幕指紋方案不夠成熟，解鎖速度和成功率都很一般時，相較於3D面容識別，我們依然更推崇這項技術。原因就在於，屏幕指紋技術能夠更好地融合各種形態的全面屏，避免不能忽視的“劉海”，確保了全面屏手機形態不受限制。其次，屏幕指紋的解鎖過程更像過去的獨立電容指紋模塊，畢竟既有的指紋識別方案已經非常成熟，用戶體驗也足夠好，相仿的操作更利於用戶上手，也能確保各個場景下使用的便利。
當然，屏幕指紋的實現並不像傳統的獨立指紋模塊那麼簡單。獨立指紋模塊只要擁有充足的佈置空間，剩下的不過是根據產品形態選擇放置在機身的正面、背面還是側面，不會受制於其他元件。而目前市面上絕大多數的屏幕指紋識別方案，採用的都是光學指紋——依靠屏幕下方的傳感器接收指紋反射信息，識別成功後再解鎖。這一技術除了傳感器自身的識別能力外，現階段還必須依託於AMOLED屏幕，只有AMOLED屏幕的厚度以及像素間隙才能讓屏幕的光線照射到按壓的手指，再反射回識別傳感器。LCD屏則不能實現。
▲現階段，光學屏幕指紋技術需要依託OLED屏幕實現。
LCD屏目前難以匹配屏下指紋的另一個方面，還包括不具備AMOLED的先天特性—像素自發光。在任意一款屏下指紋手機上，我們都能看到屏下指紋識別提供了熄屏識別功能，正是藉助了AMOLED面板的AOD（熄屏顯示）特性，讓指紋區域在熄屏狀態下依然能夠單獨點亮，倘若LCD面板實現該功能，則需要保持屏幕隨時亮起，勢必會影響功耗。
比較常見的屏幕指紋方案主要有光學屏幕指紋技術和超聲波指紋識別技術。在光學屏幕指紋識別方面，很多公司早已做出了嘗試。匯頂科技很早就展示過利用AMOLED屏幕實現屏幕指紋識別的案例，演示機型為三星GALAXY S7 Edge和vivo Xplay6。屏幕產生的光線照射手指紋理，然後光線再反射到屏幕下的指紋識別傳感器上，從而產生指紋圖像。
為了確保更好的識別效果，在早期的光學屏幕指紋方案上，用於反射指紋的光幾乎都是更穩定的綠光，在按下時，能看到屏幕識別區域會呈現高亮綠光。目前vivo的機型運用的藍光，實際上是由藍、綠疊加的光色，兼顧了外在的視覺體驗以及指紋反射效果。
與光電屏幕指紋之對應的是超聲波屏幕指紋識別方案，即通過內置的超聲波模塊，藉助超聲波的反射波長來識別按壓的指紋。然而受制於實現的難度，目前依然無法大規模應用，之前採用此方案的僅有小米5s和樂視Le Max 2。直到在新近上市的三星GALAXY S10系列上，我們才看到了超聲波指紋技術與全面屏的結合。考慮到三星GALAXY S10的定價和市場佔有率，現階段屏幕光電指紋技術更勝一籌。
▲超聲波屏幕指紋方案實現原理
屏幕指紋的六代進化
一年的時間內，vivo通過多次技術更迭，將屏幕指紋技術推向了第六代。細分下來，X20Plus視作初代，X21是第二代，NEX系列為第三代，X23採用了第四代，NEX雙屏版為第五代，X27則是最新的第六代。
在2018年年初的時候，第一代指紋識別技術在vivo X20Plus屏幕指紋版上驚豔亮相，一經推出，引起了手機行業的轟動，由此開啟了vivo在屏幕指紋領域的領跑之路。時隔兩個月後，第二代產品vivo X21發佈，相比第一代產品在指紋識別率和解鎖速度上有了明顯提升，並且逐漸引起了用戶對屏幕指紋技術的關注。這兩代產品主要基於Synaptics Clear ID方案（X21部分產品混用匯頂方案）。
Synaptics光學屏下指紋傳感器尺寸為6.46 mm×9.09 mm，使用和標準OLED相同的光學材料和工藝，可以直接封裝在AMOLED顯示屏模組中。這種最初的屏幕指紋傳感器需要使用準直器層設計，由有機、金屬和硅組成，成本很高，良品率也比較低。
vivo NEX不僅加入了彈出式前置攝像頭，實現了真正意義上的全面屏，其搭載的屏幕指紋識別也進化到第三代。第三代屏幕指紋方案在硬件上做了明顯的調整，識別傳感器的硬件設計更加接近傳統相機。加上大幅度改良的算法，按照官方描述，vivo NEX搭載的第三代屏幕指紋技術相比上一代技術在精度上提升50%，解鎖速度提升了10%。
緊隨其後，2018年9月份發佈的X23終於在全系列中標配了第四代屏幕光電指紋。相比第三代，其傳感器升級至F1.5大光圈和720DPI，更加類似相機的設計方案讓新傳感器獲得更多的進光量和清晰的識別圖案。同時，vivo X23帶來突破性的“屏幕指紋DSP加速技術”，藉助驍龍670 SoC平臺的深度優化，將低溫幹手指、強光直射等“刁鑽”場景下的解鎖速度又實現了30%的提升。從這一代開始，屏幕指紋方案開始支持微信支付和支付寶付款，變得更加實用了。
▲屏幕指紋DSP加速技術通過vivo獨立設計的識別運算單元，減少了指紋識別運算對CPU的依賴，令刁鑽場景下的解鎖速度有了30%的提升。
在vivo NEX雙屏版上，屏幕指紋技術發展到了第五代，對光學設計進行了全新的優化升級。指紋模組採用了F1.2超大光圈、125.8°超大廣角的3P鏡頭，有效提升了識別面積，識別靈敏度以及識別速率。vivo針對性地調整了識別算法，包括明顯提升指紋識別速度的首幀加速技術，進一步優化的降噪機制以及利用大量數據庫進行訓練的圖像增強技術。
為了使得用戶的數據更加安全，搭載了第五代屏幕指紋解鎖的NEX雙屏版還在手機內建立了DSP與TrustZone之間的硬件安全傳輸信道，是獨立於程序與系統之外的安全機制。為用戶數據提供了更切實的保障。
直至剛剛推出的X27上，vivo加入了“第六代光電指紋HD”技術。到目前為止，關於第六代屏幕指紋技術的細節並未公佈，從官方的宣傳來看，新技術主要的進化在於內置傳感器的感應面積增加至2倍，圖像信號量、檢測面積以及動態範圍和FRR識別率均提升30%，並且增加更多的解鎖動畫效果。
遍嘗四家供應商方案
值得一提的是，在死磕光學屏幕指紋方案之前，vivo早已嘗試了高通的超聲波指紋方案。2017年7月，vivo 在上海MWC上推出了搭載超聲波指紋的Xplay6驗證機，首次將這種解鎖方式呈現在自家手機上。在2019年1月的CES展會上，vivo又展示了vivo X20Plus屏幕指紋版。眾所周知，vivo X20Plus屏幕指紋版採用的是Synaptics在2017年年底發佈的Clear ID FS9500光學指紋方案。
不過，令人意外的是，vivo X21除了有采用Synaptics的方案之外，還加入了國產指紋芯片廠商匯頂科技的光學指紋方案。其實，早在2017年的MWC展會上，匯頂科技就已展示了基於光學的屏下指紋識別技術，此後匯頂科技針對此技術進行了持續的升級優化，被vivo X21所採用也標誌著匯頂科技的屏幕指紋技術的成熟。
▲憑藉強大的自主創新能力，匯頂科技的光學屏幕指紋技術逐漸成為了品牌手機的共同選擇。
根據資料可知，匯頂科技的屏幕光學指紋方案在實現原理上與Synaptics的方案相近，都是依靠OLED屏幕發射的光線對指紋進行照射，屏幕下方的傳感器接收返回的光線並進行處理，最終得到指紋圖像。
有爆料稱，vivo X21之所以沒有沿用Synaptics的方案，主要原因是Synaptics屏幕指紋方案在強光下的表現不佳，且成本較高。而競爭對手匯頂科技升級成了直筒式超短焦鏡頭的方案（直接對指紋進行拍照），優化光路結構設計，有效地消除了顯示單元顯影和強光干擾，從而使得用戶在強光下也可以快速解鎖，價格上也更有優勢。
有別於這六代屏幕指紋機型，vivo也在第一代APEX和APEX 2019概念機上試驗了全新的屏幕指紋識別技術。這兩款機型的屏幕指紋識別區域更大，佔據了半個屏幕甚至整個屏幕，而且APEX還可以開啟雙人指紋識別解鎖模式，兩人同時在場才能解鎖手機私密空間。很明顯，這兩款概念機的屏幕指紋技術不同於高通、Synaptics、匯頂這三家的屏幕指紋方案。
▲vivo APEX 2019搭載的屏幕指紋技術支持任意位置解鎖，在vivo APEX全面屏概念手機上的“半屏指紋”後再次進化。
根據分析，APEX的屏幕指紋識別技術可能是由上海籮箕提供，基於薄膜晶體管（TFT）製程的光學指紋識別解決方案。這種基於光學off-chip方式的屏幕指紋技術，需要利用TFT製程做一層基於玻璃基的a-Si驅動的傳感器（光電轉換二極管），來替代傳統的硅基傳感器，將其置於蓋板玻璃和屏之間進行貼合。其優勢在於，可以輕鬆實現大面積的指紋識別，同時由於其位於玻璃和屏之間，所以能獲得更清晰的指紋圖像。目前該方案的難度和成本都很高，期待未來其成本能夠進一步降低，在量產機型上實現半屏甚至是全屏幕指紋解鎖。
三代產品實際體驗
為了實際體驗屏幕指紋技術識別速度方面的差異，我們做了一個趣味性的測試，選擇了比較具有代表性的產品：錄入了同一指紋的X21屏幕指紋版（第二代）、X23（第四代）、X27（第六代）進行解鎖，通過iPhone X錄製了整個解鎖過程的30fps視頻，看看它們各佔用了多少幀畫面。
測試中，只要保持三部手機的屏幕表面足夠乾淨，三者的識別成功率幾乎都是100%，但識別速度上有比較明顯的區別。在X21屏幕指紋版上，從熄屏狀態按下手指到完成解鎖幾乎用了接近1秒的時間。X23的速度體驗稍微遜色一些，能看到相對明顯的解鎖動畫過渡，但相比X21屏幕指紋版的提升則比較明顯。
而X27的識別速度基本和獨立指紋模塊機型相當，能夠提供即按即解鎖的體驗。從視頻中可以看到，X21屏幕指紋版的解鎖過程共有28幀，X23的解鎖過程有19幀，而X27的解鎖過程僅有12幀。看得出來，從第二代到第四代的速度提升十分明顯，而越往後，解鎖速度的提升空間越小。
▲vivo屏幕指紋技術主要發展歷程，搭載第五代屏幕指紋技術的vivo NEX雙屏版發佈於2018年12月11日，而搭載了第六代屏幕指紋技術的vivo X27發佈於2019年3月19日。
當然，上面的測試是在手指和屏幕都十分乾淨的情況下完成的，而在日常使用中，屏幕指紋識別和電容指紋識別十分相似，會受到使用習慣的影響導致識別速度和準確率下降。我們在這裡特意為使用屏幕指紋識別的用戶準備了幾個小貼士：
1.確保錄入過程中手機收集到的指紋信息足夠多。錄入時，多調整一下手機接觸屏幕的角度，稍微用力產生更多的接觸面積，讓指紋信息儘可能全。
2.時至夏季，屏幕和手指都難以避免地存在油汙和汗漬，這對屏幕指紋解鎖是種考驗。潮溼的手指會明顯影響了屏幕指紋解鎖的準確率，手指太乾也同樣如此。不時洗手擦乾，保持手指皮膚有水分又不油膩，可以更好地使用屏幕指紋功能。
3.vivo針對屏幕指紋解鎖提供了“熄屏時顯示指紋圖標”功能。啟用這一功能後，手機會在剛熄屏的一分鐘內依然顯示指紋解鎖的定位圖標。在這之後，當手機感應到用戶正在移動或抬起手機，會自動亮起指紋定位圖標。如果你以穩定緩慢的速度平移，指紋區域並不會亮起，因而想要完成操作，還需要老老實實拿起手機才行。
寫在最後
通過vivo多代產品的更迭，我們能看到屏幕指紋技術正在普及和成熟，稱得上是士別三日當刮目相待。如今，第六代屏幕指紋技術的優異表現足以媲美電容指紋識別，對其印象依然停留在初代的消費者可以放心大膽地選購、使用。作為第六代屏幕指紋HD版的承載者，X27帶給我們足夠多的驚喜，而這只是vivo"科技改變未來"的冰山一角。