一、生物识别技术发展概况

1.生物识别技术定义

生物识别技术（biometrics）是一种利用数理统计方法对生物特征进行分析，来对生物个体进行区分的计算机技术。生物识别技术的主要研究对象包括语音、脸部、指纹、掌纹、虹膜、视网膜、体形、个人习惯（包括敲击键盘的力度和频率、签字）等，与之相应的识别技术包括语音识别、人脸识别、指纹识别、掌纹识别、虹膜识别等。

生物识别技术流程一般为，通过设备对信息进行采集，随后进行预处理，然后将生物信息中的特征进行提取，将其与档案特征进行比对，对比结束后得出识别结果。

2.生物识别技术中人脸及指纹识别优势明显

目前市场上应用领域最为广泛的生物识别技术主要为人脸识别以及指纹识别，语音识别、虹膜识别、静脉识别以及基因识别由于技术实现较为复杂，则较少在市场中进行使用。

对比不同的生物识别技术，其各自的优缺点也较为明显。指纹识别以及人脸识别具备较高的技术易用性及便利性，在安全级别上也可以满足日常使用，相对来说设备成本适中，因此被广泛的使用；虹膜识别以及静脉识别虽然具备较高的安全等级，但是设备实现的成本较高且体积较大，不使用日常使用，因此仅应用在部分安全等级极高的场景，例如金库、档案室等。

3.生物识别市场规模处于快速增长通道

生物识别技术广泛应用于金融、电信、信息安全、电子政务等领域，全球市场规模不断扩张。根据IBG以及调研机构TransparencyMarkerResearch统计数据，2019年全球生物识别行业规模已经达到了200亿美元，随着人工智能市场的加速发展，生物识别技术的应用领域逐步扩大，到2020年全球市场规模将达到233亿美元，年均的复合增长率为15.7%，正处于快速增长通道。

根据美国智库Acuity Market Intelligence统计显示，生物识别技术市场结构中指纹识别占比为58%，排名第一，人脸识别占比为18%，其次是新兴的虹膜识别占比7%，此外还包括掌纹识别以及声音识别分别占比7%及5%。

中国的生物识别市场在全球来看，占比较低，但是中国作为全球经济发展最快的国家之一，未来生物识别市场规模将会保持快速增长，预计到2025年行业市场规模将达到930.5亿元，年复合增长率为18.5%。

二、指纹识别技术成熟，应用广泛

1.第一代光学指纹应用场景有限

光学指纹技术是出现最早的指纹识别技术，只需要通过光线照射获取手指表面纹路，将反射光作为数据通过传感器进行识别，处理后数据与数据库进行对比，就可以进行指纹识别。这种技术一般在公司门禁及打卡系统中使用，这种机器一般可以在采集区域的底部看到绿色或者红色的光源。

光学指纹识别的过程是，手指放置在识别区域，通过镜面反射原理，指纹模块就会采集指纹图像，然后指纹图像就会被数字信号处理器转换成数字信号。然后通过微控制器将数字信号与指纹库里的指纹进行匹配，匹配结果将通过液晶显示器显示出来。

2.电容式指纹成功引领智能手机生物识别技术升级

电容式指纹识别相比于第一代光学指纹识别模块具有体积小、适用性广等优点，已经有越来越多的设备采用电容式指纹识别。电容式与光学式指纹识别差异主要是指纹信息采集的方式上，指纹信息的验证过程基本相同。从技术上看，电容式指纹识别相对于光学式指纹识别要更为复杂，主要原理是将压力感测、电容感测、热感测等传感器整合到一起，当手指表面按压芯片表面时，内部电容传感器会根据指纹波峰与波谷而产生的电荷差形成指纹图像，然后将其与手机内部的指纹库进行匹配，从而完成指纹识别。

全球首个搭载指纹技术的手机出现于1998年，西门子手机首次将Bromba公司的指纹识别技术应用于手机中，但是电容式指纹技术的普及则是由苹果公司来实现的，2013年搭载正面按压式识别技术的iPhone5s引领了智能手机指纹识别技术的浪潮，指纹识别技术进入了快速发展期。

2019年全球指纹识别手机出货量为12亿台左右，渗透率达到了80%，预计未来渗透率仍有继续增长的空间。

3.屏下指纹技术将是未来发展的方向

随着智能手机全面屏技术的普及，手机指纹识别功能也获得了全新的发展方向，为了实现更大的屏占比，屏下指纹识别技术应运而生。相比于最初的光学指纹，屏下指纹技术受限于智能手机的体积，抛弃了传统的外部光源而选择借用自发光的OLED屏幕作为光源。屏下指纹的技术原理为，由于OLED屏幕像素间具有一定的空隙，可以使得光线透过。当用户手指表面按压屏幕时，OLED屏幕发出光线将手指区域照亮，照亮指纹的反射光线透过屏幕像素的间隙返回到紧贴于屏下的传感器上。最终形成的图像通过与数据库中已存的图像进行对比分析，进行识别判断。

在光学屏下指纹的基础上，由于5G手机内部空间的紧缺，超薄屏下指纹方案的需求也越来越强烈。2019年，汇顶科技量产了全球第一颗超薄光学屏下指纹，模组厚度约在0.3mm，仅仅是传统光学指纹模组厚度的十分之一。

超声波技术则是实现屏下指纹识别的另一条技术路径，超声波式屏下指纹识别技术通过传感器先向手指表面发射超声波，并接受回波。利用指纹表面皮肤和空气之间密度不同构建出一个3D图像，进而与已经存在于终端上的信息进行对比，以此达到识别指纹的目的。超声波式屏下指纹识别的优势在于具有较强的穿透性，抗污渍的能力较高。即使是湿手指与污手指的状况依旧能完美识别。此外，依靠超声波极好的穿透性，其还支持活体检测。由于能够得到3D指纹识别图像，安全性相较于其它屏下指纹识别方案更高。

目前第二代超声波指纹传感器技术已经成熟，识别面积比上代的系统大了整整17倍，但是其厚度只有0.15mm。另外，用户可以同时在屏幕上按下两个指纹进行解锁。在安全性方面，超声波传感器可以将血流量和心率识别为另一种身份验证级别，可以检测放在传感器上的手指是否是活人的手指。此外传感器的识别速度也是目前手机指纹识别里最快的。

根据CINNO Research统计报告，2019年全球屏下指纹手机出货量约为2.0亿台，同比大幅增长614%。除了三星、苹果之外，华为、小米、oppo、vivo等品牌OLED手机屏下指纹已经成为标配，渗透率高达90%以上。预估至2024年，整体屏下指纹手机出货量将达11.8亿台，年均复合增长率CAGR达42.5%。

在整个光学屏下指纹市场中，光学屏下指纹占据整体出货量的75%，是最为主流的技术方案。主要原因是2019年的第二代光学方案使用透镜代替准直层，改善了图像质量的同时，将整个模组固定在中框上，无需与屏幕贴合，相对于第一代方案大大降低了模组成本。透镜方案的光学指纹凭借较低的成本推动了整个OLED屏下指纹渗透率在2019年得以快速增长。

全球光学屏下指纹主要厂商包括汇顶、神盾、思立微，汇顶占据市场领导地位，市场上只有高通采用超声波指纹识别技术，占据整体屏下指纹市场的25%。2019年汇顶OLED光学屏下指纹方案出货约1.1亿片，占光学屏下指纹市场份额高达75%，占整体屏下指纹市场份额的57%，而神盾、思立微分别占据整体市场份额的12%和7%。从地区来看，中国大陆厂商汇顶科技及思立微占据了全球市场的63%，美国厂商高通市场份额为25%，中国台湾厂商市场份额为12%。

三、人脸识别技术成长迅速

人脸识别技术是一种通过识别人脸部特征信息进行身份辨别的生物识别技术，主要是使用摄像头采集人脸图像或者视频，在其中自动检测和追踪人脸，然后对检测到的人脸进行识别，也被称作人像识别或者是面部识别。

1.苹果再次引领3D面部识别发展

面容ID（FaceID）是由苹果公司设计研发的一种人脸识别技术，首次应用于iPhone X中，在2017年9月12日首次发布，目的是用于取代指纹识别技术。用户可以使用FaceID解锁苹果设备，可以作为在苹果数字媒体商店以及ApplePay支付的身份验证方式。

面容ID会先用泛光感应组件照亮用户的脸部获取2D红外照片，然后再用红外摄像头识别，接下来再用点阵投影器向物体的表面投出三万多个特定编码的红外点，再通过反射回到红外摄像头接收器，利用红外照片和反射回去的红外点间的偏移，就可以物体获得脸部表面的景深信息，从而构建一个3D精确模型，然后就会将红外图像和3D精准模型发送到处理器中，并转化成一道数学表达式，比对之前已注册的面部数据后，就会得出结论。其中的“注视解锁”的功能是通过红外摄像头捕捉眼球的画面并识别瞳孔特征来实现的，技术提供方是：SensoMotoric Instruments、提供机构光技术的PrimeSense公司和提供面部捕捉技术的FaceShift公司。

目前根据使用摄像头成像原理可以将3D人脸识别技术分为三类：3D结构光、TOF镜头以及双目立体视觉。第一种是3D结构光技术，其通过红外光投射器，将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄物体上，再由专门的红外摄像头进行采集反射的红外光线。利用三角形相似的原理进行计算，从而得出图像上每个点的深度信息，最终得到三维数据。

第二种TOF（Timeofflight）被称为飞行时间测距法，主要原理是通过红外发射器发射红外线，然后通过传感器接收被反射回来的红外线，通过红外反射回来的时间来计算目标物体的距离，其主要原理与苹果的3D机构光是一样的。

第三种则是双目立体视觉技术，双目是基于视差原理并由多幅图像获取物体三维几何信息的方法。由双摄像机从不同角度同时获得被测物的两幅数字图像，并基于视差原理恢复出物体的三维几何信息，从而得出图像上每个点的深度信息、最终得到三维数据。由于双目立体视觉成像原理对硬件要求比较高，特别是相机的焦距、两个摄像头的平面位置，应用范围相对3D结构光和TOF更少。

对比三种技术的优劣势，双目立体视觉具备较高的图像分辨率以及较大的识别距离，但是由于实现双目立体视觉需要两个摄像头，整体模组体积较大，因此一般应用于机器人、工业等领域；3D结构光和TOF镜头体积较小，缺点是图像分辨率不高且识别距离较短，主要被应用在智能手机中，其中3D结构光由于整体成本较高且相关专利主要被苹果所拥有，所以目前市场上仅有苹果使用3D结构光作为生物识别手段，安卓阵营手机则通过TOF镜头来实现3D面部识别。

2.2D面部识别安全性较低，应用于特定场景

针对2D人脸识别的研究时间相对较长，方法流程相对较为成熟，被广泛的应用与安防、监控、门禁、金融以及考勤等多种场景，但是由于2D信息天生在深度数据方便的缺失，没有办法完整记录真实人脸的数据，在实际应用中存在一定的不足，例如识别准确率不高以及活体检测准确度不高。

人脸识别2D、3D主要的区别是图像数据的获取、人脸特征的提取方式不一样，但是2D人脸识别跟3D人脸识别步骤基本上一致。

3.人脸识别市场规模稳步增长

根据前瞻产业研究院统计数据，到2019年全球人脸识别市场规模在308.04亿元左右，预计到2021年可以达到428.4亿元，年均复合增长率为17.83%，仍处于快速增长通道。

从全球市场份额来看，美国占据了全球33%的市场份额，其次是欧洲占比25%，亚太区占比20%排名第三。

我国人脸识别市场规模约占全球市场10%左右，2019年我国人脸识别市场规模约为34.51亿元，相比去年同比增长24.99%，预计在2020及2021年仍将保持较高增速。

（来源：星星定股a的财富号 2020-07-11 09:19） [点击查看原文]