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Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

本文作者:dragondevil 2015-10-01 19:39
导语:恩,iPhone一直在长大,唯一没长的是Home 键。

【编者按】雷锋网(公众号:雷锋网)专栏作者dragondevil ,Microarray首席科学家,电子和软件设计师。

 Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

iPhone一直在长大,唯一没长的是Home键。

但最近小伙伴们欣喜的发现,Home键里边的Touch ID长大了!

 Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

左图是第一代Touch ID Sensor,88 x 88像素阵列,右图是iPhone 6S的第二代Touch ID Sensor,96 x 112像素阵列,足足提高了近40%。和后置摄像头从8M像素提高提高50%到12M像素的同时把像素尺寸从1.55um减小到1.2um缩小40%像素面积的做法相比,第二代Touch ID Sensor像素尺寸居然还是50um x 50um。真是业界良心啊!

但诡异的是,苹果新产品发布上对此却十足的低调,只以“秒解锁屏”一笔带过。这似乎不符合苹果一贯对其领先技术高调宣布的风格。

Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

事有蹊跷必有妖孽。大家都知道Touch ID最重要的价值是指纹支付功能。但自第一代Touch ID发布至今已经两年过去了,Apple Pay似乎还是个然并卵,国内的第三方支付平台甚至只给基于Touch ID的指纹支付等同于免密码支付的额度。

反倒是华为Mate 7一出就被支付宝授予了无限支付额度,Mate S干脆直接上银行卡指纹支付。这不由得让果粉们惊呼,苹果你肿么了,肿么了!

Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

(华为指纹支付)

作为指纹识别行业业界良心的代表,我想来扒一扒这个行业背后的谜团。

指纹识别的性能由Sensor和指纹识别算法共同决定。华为采用的是瑞典Fingerprint Cards的指纹Sensor,苹果采用的是美国Authentec公司的Sensor,当年Authentec已经成为行业巨无霸的时候,Fingerprint Cards还小得Authentec不屑一顾。在指纹识别算法的研究上,苹果更是遥遥领先。Authentec一直在秘密进行小尺寸图象指纹识别算法的研究,这也是其被苹果收购的筹码之一。苹果在技术水平遥遥领先,却一个不小心在指纹支付这事被华为屌丝逆袭了。

问题就出在长不大的Home键上。

Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

(Touch ID拆解)

小伙伴们应该都知道,芯片是方的,苹果键是圆的,把方的芯片放进圆的Home键里,芯片就得做得更小。受限于Home键的尺寸,Touch ID Sensor的芯片面积只能做到6.1mm x 6.5mm左右。但芯片上除了传感器像素,还需要有配套的电路,所以传感器像素面积又小于芯片面积。第一代Touch ID Sensor的像素面积是4.4mm x 4.4mm,第二代的像素面积是4.8mm x 5.6mm。而华为Mate系列使用的指纹传感器,芯片面积足足有10mm x 10mm,像素面积有8mm x 8mm。

密码长度提高一倍就把安全性的理论上限提高到平方,但还取决于密码本身的复杂程度才能决定最终的安全性。指纹图象的面积相当于密码的长度差,而指纹传感器和指纹识别算法的技术水准则相当于密码的复杂程度。苹果虽然有远远高于华为的指纹识别技术,但智能手机“脸小背大”,由于对审美的偏执,就不得不走更艰难的路。

第一代Touch ID连华为所用指纹传感器面积的1/3都不到,别说安全支付了,能做出功能来,都是指纹识别领域研究的奇迹。当量变达到一定程度的时候,就超越质变了。功夫再高也怕菜刀,技术水平好也架不住人家面积大啊。

如果排除技术水平,只考虑指纹识别的理论特性,可以得到如下结论。指纹的脊谷交替是普遍特性,不能用于识别,可用于识别的特征是指纹皮肤生长中随机产生的,所以特征的总量的概率期望值和指纹面积成正比。从事模式识别研究的人都知道,这种特征信息的随机分布性会导致数据源具有信息量拐点特性。大致来说,手指中心和指尖区域,面积不应低于20平方毫米,称为拐点1;手指侧面和指节附近的区域,面积不应低于24平方毫米,称为拐点2;还有极少了没有特征分布的平行纹理区,这种区域只能抛弃了事。

第一代Touch ID尺寸是4.4mm x 4.4mm,面积19.36平方毫米,略小于拐点1。常使用Touch ID的果粉们应该有注意到,第一代Touch ID拒绝手指侧面的几率还是蛮高的。

第二代Touch ID尺寸是4.8mm x 5.6mm,面积26.88平方毫米,已经明显超过拐点2。以苹果的技术水平,无疑有资格玩极限,使产品表现逼近理论值。

如果苹果逼近极限的程度达到90%以上的水平,那么第二代Touch ID无疑将大幅度提高安全性和使用体验。这本值得大肆渲染,但宣布第二代有安全性的提升等于公布第一代有安全性的不足,所以苹果干脆只用“更快”来大而化之,绝口不提“更大”一事。

但无论如何,Touch ID长大了,指纹支付就更近了。苹果的风向标效应也会对全行业的指纹支付起到更大的引导作用,相信智能手机普及指纹技术的步伐也会因此再加快许多。

那么,指纹传感器是不是越大越好呢?如果仅考虑安全性的话,的确是这样的。

Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

(身份证、安防、手机的指纹sensor尺寸列表)

但手机毕竟是手机,长一个大大的指纹按钮,怕是丑得连妈妈都不想要你。

你可以脑补一下,小手机大指纹的画面。

所以虽然指纹识别技术应用多年,但商用的小面积指纹图象才是真正的世纪级困难。因为消费品要颜值!

Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

(指纹手机和政府用采集器)

这就是苹果公司的伟大之处:研发了全世界最牛逼的技术,只为保持iPhone的颜值。中国人爱面子,但基本上是死要面子;看看人家,神马叫要了面子,还让别人没面子可要。

到目前为止,还没有一款加载正面指纹按钮的Android手机,能够把性能和颜值兼顾。保颜值的,指纹功能就洗洗睡吧;颜值和指纹功能都要的,那就都洗洗睡吧。毕竟,跟苹果大神也要真本事。但如果有了真本事,就犯不着跟苹果,不如按自己的思路做自己的事,放着让苹果来跟。

Microarray的第一代指纹传感器AFS120就是面向Android手机推出的,它采用的是3D结构Sensor设计和TSV封装,有6mm x 6mm达36平方毫米的传感器面积,最小尺寸的量产圆形指纹模组会比Touch ID在厚度和直径两个尺度上还减小了0.1mm。颜值性能双丰收。

Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

(AFS120)

最后,放上一张Touch ID的Sensor面积对比图,你们感受一下:

Touch ID变大!iPhone 6s的Home键下面隐藏着什么秘密?

如果第三代Touch ID比第二代Touch ID再提高更多的Sensor面积,那么果粉们就能手持iPhone 7S,刷和Microarray一样的指纹支付了。

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专栏作者

指纹识别技术架构师,首席科学家,多个指纹识别行业标准发起者,精通电子、算法和软件,像玩艺术一样玩技术。
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