從技術(shù)角度解析電容式指紋解鎖過程

　　自2013年蘋果iphone5S將指紋引入，引發(fā)了指紋手機的熱潮，android陣營的華為mate7也因指紋識別一炮走紅。短短幾年內(nèi)，指紋識別芯片的解鎖速度越來越快，解鎖時間從最初的1s，縮短至0.7s，0.4s，0.3s甚至0.2s等，如今能做到0.2s內(nèi)解鎖在業(yè)界內(nèi)尚屬于鳳毛麟角，但即使0.2s時間內(nèi)，實測仍然離人們需求的“一觸即解”的感覺還有差距。

　　指紋解鎖涉及到芯片、軟件和算法，下面從技術(shù)的角度來了解電容式指紋解鎖的整個過程：結(jié)合指紋芯片的應用場景，指紋芯片平時工作在睡眠模式和按壓檢測模式之間切換，相對于持續(xù)工作在按壓檢測模式，這樣的處理可以節(jié)省功耗，延長便攜式設(shè)備的待機時間。在睡眠模式下，芯片的功耗最低，而在按壓檢測模式下，該功耗提升至數(shù)十甚至上百倍。采用睡眠、檢測這樣不斷循環(huán)切換的方式可以在功耗和感應速度都滿足要求。在按壓檢測模式下，當手指按壓到指紋的sensor區(qū)時，檢測電路根據(jù)檢測到的結(jié)果進行對比，判斷識別出有手指按壓，并將判斷結(jié)果送給系統(tǒng)，系統(tǒng)由此切入到指紋采集模式。

　　進入到指紋采集模式后，電路將按照特定的sensor像素地址對像素進行掃描，內(nèi)部電路得到數(shù)據(jù)進行判斷，再進行參數(shù)配置，經(jīng)過幾次掃描計算迭代收斂得到最合理的參數(shù)后，再重新進行掃描，信號會在電路中被濾波、放大、量化等操作，最終得到完整的圖像信號，電路進行圖像信號處理操作后，通過通信接口傳輸?shù)绞謾C的CPU處理，由此完成了指紋信息的采集及傳輸?shù)牟僮髯鳎麄€操作時間控制在20ms以內(nèi)。信號傳輸完成后，指紋芯片再次切換到按壓檢測低功耗模式。

　　驅(qū)動電路通過通信接口上傳多幀圖像到系統(tǒng)，系統(tǒng)首先對圖像進行篩選，挑出對比度最高的一幀，交由算法進行處理生成模板數(shù)據(jù)，這里采用自創(chuàng)快速點+圖像比對算法，該算法提取的特征點穩(wěn)定且可靠，每副圖像的特征點數(shù)目適中，在微小面積識別算法中有效匹配點對數(shù)目最高，從而保證了算法的識別快速與準確。對算法流程及公式的優(yōu)化，一方面簡化算法流程，對一些耦合性大可共用的部分進行優(yōu)化，使運行路徑最優(yōu)；另一方面對一些算法從公式上進行優(yōu)化簡化。對編程實現(xiàn)優(yōu)化，在編程實現(xiàn)過程中，優(yōu)化實現(xiàn)過程，在保證功能一致的前提下，使運算量最少。另外所有的代碼采用定點實現(xiàn)，對于一些復雜的運行采用查表處理，針對的指定的平臺采用最優(yōu)的編譯指令優(yōu)化。軟件在匹配場景調(diào)用算法進行模板數(shù)據(jù)的比對，將匹配的結(jié)果反饋到系統(tǒng)最終完成解鎖與否的動作。

　　整個流程圖如下：