生物識別技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展深度報告指紋與人臉識別

生物識別技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展深度報告：指紋與人臉識別1、生物識別技術(shù)發(fā)展概況1.1.生物識別技術(shù)定義生物識別技術(shù)（biometrics）是一種利用數(shù)理統(tǒng)計方法對生物特征進(jìn)行分

析，來對生物個體進(jìn)行區(qū)分的計算機(jī)技術(shù)。生物識別技術(shù)的主要研究對象包括

語音、臉部、指紋、掌紋、虹膜、視網(wǎng)膜、體形、個人習(xí)慣（包括敲擊鍵盤的

力度和頻率、簽字）等，與之相應(yīng)的識別技術(shù)包括語音識別、人臉識別、指紋

識別、掌紋識別、虹膜識別等。生物識別技術(shù)流程一般為，通過設(shè)備對信息進(jìn)行采集，隨后進(jìn)行預(yù)處理，

然后將生物信息中的特征進(jìn)行提取，將其與檔案特征進(jìn)行比對，對比結(jié)束后得

出識別結(jié)果。1.2.生物識別技術(shù)中人臉及指紋識別優(yōu)勢明顯目前市場上應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的生物識別技術(shù)主要為人臉識別以及指紋

識別，語音識別、虹膜識別、靜脈識別以及基因識別由于技術(shù)實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，

則較少在市場中進(jìn)行使用。生物識別技術(shù)的發(fā)展歷程來看，指紋識別最早出現(xiàn)在

19

世紀(jì)，屬于較早被

發(fā)現(xiàn)并有效使用的識別技術(shù)，得到了較長時間的發(fā)展演變；人臉識別出現(xiàn)時間

相對較晚，主要是在

20

世紀(jì)

90

年代末得到應(yīng)用，但是近些年來的發(fā)展速度較

快，逐漸成為產(chǎn)業(yè)內(nèi)較為重要的分支，隨著相應(yīng)技術(shù)的不斷成熟進(jìn)步，未來預(yù)

計將有更為廣闊的發(fā)展空間。對比不同的生物識別技術(shù)，其各自的優(yōu)缺點(diǎn)也較為明顯。指紋識別以及人

臉識別具備較高的技術(shù)易用性及便利性，在安全級別上也可以滿足日常使用，

相對來說設(shè)備成本適中，因此被廣泛的使用；虹膜識別以及靜脈識別雖然具備

較高的安全等級，但是設(shè)備實(shí)現(xiàn)的成本較高且體積較大，不使用日常使用，因

此僅應(yīng)用在部分安全等級極高的場景，例如金庫、檔案室等。1.3.生物識別市場規(guī)模處于快速增長通道生物識別技術(shù)廣泛應(yīng)用于金融、電信、、電子政務(wù)等領(lǐng)域，全球

市場規(guī)模不斷擴(kuò)張。根據(jù)

IBG以及調(diào)研機(jī)構(gòu)

TransparencyMarkerResearch統(tǒng)

計數(shù)據(jù)，2019

年全球生物識別行業(yè)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了

200

億美元，隨著人工智能

市場的加速發(fā)展，生物識別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，到

2020

年全球市場規(guī)模

將達(dá)到

233

億美元，年均的復(fù)合增長率為

15.7%，正處于快速增長通道。根據(jù)美國智庫

AcuityMarketIntelligence統(tǒng)計顯示，生物識別技術(shù)市

場結(jié)構(gòu)中指紋識別占比為

58%，排名第一，人臉識別占比為

18%，其次是新興的

虹膜識別占比

7%，此外還包括掌紋識別以及聲音識別分別占比

7%及

5%。中國的生物識別市場在全球來看，占比較低，但是中國作為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展

最快的國家之一，未來生物識別市場規(guī)模將會保持快速增長，預(yù)計到

2025

年行

業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到

930.5

億元，年復(fù)合增長率為

18.5%。2.指紋識別技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛2.1.第一代光學(xué)指紋應(yīng)用場景有限光學(xué)指紋技術(shù)是出現(xiàn)最早的指紋識別技術(shù)，只需要通過光線照射獲取手指

表面紋路，將反射光作為數(shù)據(jù)通過傳感器進(jìn)行識別，處理后數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行

對比，就可以進(jìn)行指紋識別。這種技術(shù)一般在公司門禁及打卡系統(tǒng)中使用，這

種機(jī)器一般可以在采集區(qū)域的底部看到綠色或者紅色的光源。光學(xué)指紋識別的過程是，手指放置在識別區(qū)域，通過鏡面反射原理，指紋

模塊就會采集指紋圖像，然后指紋圖像就會被數(shù)字信號處理器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

然后通過微控制器將數(shù)字信號與指紋庫里的指紋進(jìn)行匹配，匹配結(jié)果將通過液晶顯示器顯示出來。由于光學(xué)指紋識別只能識別手指的表皮層信息，因此手指的干凈程度將對

識別結(jié)果影響較大，另外光學(xué)傳感器容易被偽造的指紋欺騙，由于以上的原因，

初代光學(xué)指紋識別主要應(yīng)用于安全等級不高的領(lǐng)域。2.2

電容式指紋成功引領(lǐng)智能手機(jī)生物識別技術(shù)升級電容式指紋識別相比于第一代光學(xué)指紋識別模塊具有體積小、適用性廣等

優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)有越來越多的設(shè)備采用電容式指紋識別。電容式與光學(xué)式指紋識別

差異主要是指紋信息采集的方式上，指紋信息的驗(yàn)證過程基本相同。從技術(shù)上看，電容式指紋識別相對于光學(xué)式指紋識別要更為復(fù)雜，主要原

理是將壓力感測、電容感測、熱感測等傳感器整合到一起，當(dāng)手指表面按壓芯

片表面時，內(nèi)部電容傳感器會根據(jù)指紋波峰與波谷而產(chǎn)生的電荷差形成指紋圖

像，然后將其與手機(jī)內(nèi)部的指紋庫進(jìn)行匹配，從而完成指紋識別。全球首個搭載指紋技術(shù)的手機(jī)出現(xiàn)于

1998

年，手機(jī)首次將

Bromba公司的指紋識別技術(shù)應(yīng)用于手機(jī)中，但是電容式指紋技術(shù)的普及則是由蘋果公

司來實(shí)現(xiàn)的，2013

年搭載正面按壓式識別技術(shù)的

iPhone5s引領(lǐng)了智能手機(jī)指

紋識別技術(shù)的浪潮，指紋識別技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展期。根據(jù)旭日大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2019

年全球指紋識別手機(jī)出貨量為

12

億臺左右，

滲透率達(dá)到了

80%，預(yù)計未來滲透率仍有繼續(xù)增長的空間。電容式指紋技術(shù)經(jīng)過長時間的發(fā)展，目前已經(jīng)比較成熟，全球范圍內(nèi)的主

要廠商包括匯頂、FPC、神盾、新思、思立微等，整體市場集中度較高，未來隨

著電容式指紋識別芯片的價格下降，小廠商將受制于成本逐步退出市場，電容

式指紋的市場集中度將進(jìn)一步提升。2.3

屏下指紋技術(shù)將是未來發(fā)展的方向隨著智能手機(jī)全面屏技術(shù)的普及，手機(jī)指紋識別功能也獲得了全新的發(fā)展

方向，為了實(shí)現(xiàn)更大的屏占比，屏下指紋識別技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。相比于最初的光

學(xué)指紋，屏下指紋技術(shù)受限于智能手機(jī)的體積，拋棄了傳統(tǒng)的外部光源而選擇

借用自發(fā)光的

OLED屏幕作為光源。屏下指紋的技術(shù)原理為，由于

OLED屏幕像素間具有一定的空隙，可以使得

光線透過。當(dāng)用戶手指表面按壓屏幕時，OLED屏幕發(fā)出光線將手指區(qū)域照亮，

照亮指紋的反射光線透過屏幕像素的間隙返回到緊貼于屏下的傳感器上。最終

形成的圖像通過與數(shù)據(jù)庫中已存的圖像進(jìn)行對比分析，進(jìn)行識別判斷。在光學(xué)屏下指紋的基礎(chǔ)上，由于

5G手機(jī)內(nèi)部空間的緊缺，超薄屏下指紋方

案的需求也越來越強(qiáng)烈。2019

年，量產(chǎn)了全球第一顆超薄光學(xué)屏下指

紋，模組厚度約在

0.3mm，僅僅是傳統(tǒng)光學(xué)指紋模組厚度的十分之一。小米

CC9

Pro搭載了了全球首款超薄屏下光學(xué)指紋模組，Z軸空間大小約

0.3mm，厚度僅為傳統(tǒng)屏幕指紋模組的

1/10

左右，大大增加了指紋模組擺放的

自由度。小米

CC9

Pro所采用的超薄屏下光學(xué)指紋直接疊放在電池和屏幕中間，

讓手機(jī)有更多的空間放進(jìn)更大容量的電池。相較前代透鏡式屏下光學(xué)指紋，指紋識別區(qū)域面積擴(kuò)大了

10%，室外強(qiáng)光

下的解鎖成功率進(jìn)一步提升，在低溫、干手指等不良環(huán)境成功率也有大幅度提

升，對指紋磨損較嚴(yán)重的用戶也更加友好。超聲波技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)屏下指紋識別的另一條技術(shù)路徑，超聲波式屏下指紋

識別技術(shù)通過傳感器先向手指表面發(fā)射超聲波，并接受回波。利用指紋表面皮

膚和空氣之間密度不同構(gòu)建出一個

3D圖像，進(jìn)而與已經(jīng)存在于終端上的信息

進(jìn)行對比，以此達(dá)到識別指紋的目的。超聲波式屏下指紋識別的優(yōu)勢在于具有較強(qiáng)的穿透性，抗污漬的能力較高。

即使是濕手指與污手指的狀況依舊能完美識別。此外，依靠超聲波極好的穿透

性，其還支持活體檢測。由于能夠得到

3D指紋識別圖像，安全性相較于其它屏

下指紋識別方案更高。目前第二代超聲波指紋傳感器技術(shù)已經(jīng)成熟，識別面積比上代的系統(tǒng)大了整整

17

倍，但是其厚度只有

0.15mm。另外，用戶可以同時在屏幕上按下兩個

指紋進(jìn)行解鎖。在安全性方面，超聲波傳感器可以將血流量和心率識別為另一種身份驗(yàn)證

級別，可以檢測放在傳感器上的手指是否是活人的手指。此外傳感器的識別速

度也是目前手機(jī)指紋識別里最快的。根據(jù)

CINNOResearch統(tǒng)計報告，2019

年全球屏下指紋手機(jī)出貨量約為

2.0

億臺，同比大幅增長

614%。除了三星、蘋果之外，華為、小米、oppo、vivo等

品牌

OLED手機(jī)屏下指紋已經(jīng)成為標(biāo)配，滲透率高達(dá)

90%以上。預(yù)估至

2024

年，

整體屏下指紋手機(jī)出貨量將達(dá)

11.8

億臺，年均復(fù)合增長率

CAGR達(dá)

42.5%。在整個光學(xué)屏下指紋市場中，光學(xué)屏下指紋占據(jù)整體出貨量的

75%，是最

為主流的技術(shù)方案。主要原因是

2019

年的第二代光學(xué)方案使用透鏡代替準(zhǔn)直

層，改善了圖像質(zhì)量的同時，將整個模組固定在中框上，無需與屏幕貼合，相

對于第一代方案大大降低了模組成本。透鏡方案的光學(xué)指紋憑借較低的成本推

動了整個

OLED屏下指紋滲透率在

2019

年得以快速增長。全球光學(xué)屏下指紋主要廠商包括匯頂、神盾、思立微，匯頂占據(jù)市場領(lǐng)導(dǎo)

地位，市場上只有采用超聲波指紋識別技術(shù)，占據(jù)整體屏下指紋市場的

25%。

2019

年匯頂

OLED光學(xué)屏下指紋方案出貨約

1.1

億片，占光學(xué)屏下指紋市場份

額高達(dá)

75%，占整體屏下指紋市場份額的

57%，而神盾、思立微分別占據(jù)整體市

場份額的

12%和

7%。從地區(qū)來看，中國大陸廠商及思立微占據(jù)了全球市場的

63%，美

國廠商市場份額為

25%，中國臺灣廠商市場份額為

12%。3.人臉識別技術(shù)成長迅速人臉識別技術(shù)是一種通過識別人臉部特征信息進(jìn)行身份辨別的生物識別

技術(shù)，主要是使用攝像頭采集人臉圖像或者視頻，在其中自動檢測和追蹤人臉，

然后對檢測到的人臉進(jìn)行識別，也被稱作人像識別或者是面部識別。3.1.蘋果再次引領(lǐng)

3D面部識別發(fā)展面容

ID（FaceID）是由蘋果公司設(shè)計研發(fā)的一種人臉識別技術(shù)，首次應(yīng)

用于

iPhoneX中，在

2017

年

9

月

12

日首次發(fā)布，目的是用于取代指紋識別

技術(shù)。用戶可以使用

FaceID解鎖蘋果設(shè)備，可以作為在蘋果數(shù)字媒體商店以

及

ApplePay支付的身份驗(yàn)證方式。面容

ID會先用泛光感應(yīng)組件照亮用戶的臉部獲取

2D紅外照片，然后再用

紅外攝像頭識別，接下來再用點(diǎn)陣投影器向物體的表面投出三萬多個特定編碼

的紅外點(diǎn)，再通過反射回到紅外攝像頭接收器，利用紅外照片和反射回去的紅

外點(diǎn)間的偏移，就可以物體獲得臉部表面的景深信息，從而構(gòu)建一個

3D精確模

型，然后就會將紅外圖像和

3D精準(zhǔn)模型發(fā)送到處理器中，并轉(zhuǎn)化成一道數(shù)學(xué)表

達(dá)式，比對之前已注冊的面部數(shù)據(jù)后，就會得出結(jié)論。

其中的“注視解鎖”的

功能是通過紅外攝像頭捕捉眼球的畫面并識別瞳孔特征來實(shí)現(xiàn)的，技術(shù)提供方

是：SensoMotoricInstruments、提供機(jī)構(gòu)光技術(shù)的

PrimeSense公司和提供面

部捕捉技術(shù)的

FaceShift公司。目前根據(jù)使用攝像頭成像原理可以將

3D人臉識別技術(shù)分為三類：3D結(jié)構(gòu)

光、TOF鏡頭以及雙目立體視覺。第一種是

3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)，其通過紅外光投射器，將具有一定結(jié)構(gòu)特征的光

線投射到被拍攝物體上，再由專門的紅外攝像頭進(jìn)行采集反射的紅外光線。利

用三角形相似的原理進(jìn)行計算，從而得出圖像上每個點(diǎn)的深度信息，最終得到

三維數(shù)據(jù)?；?/p>

3D結(jié)構(gòu)光的人臉識別主要應(yīng)用于智能手機(jī)當(dāng)中，包括蘋果自

iPhoneX之后搭載的

10

億張圖像（IR和深度圖像）訓(xùn)練的

Faceid，國內(nèi)智能手機(jī)廠

商自主研發(fā)的

3D人臉識別，推出的機(jī)型主要有華為

Mate20

Pro、OPPOFindX。第二種

TOF（Timeofflight）被稱為飛行時間測距法，主要原理是通過

紅外發(fā)射器發(fā)射紅外線，然后通過傳感器接收被反射回來的紅外線，通過紅外

反射回來的時間來計算目標(biāo)物體的距離，其主要原理與蘋果的

3D機(jī)構(gòu)光是一

樣的。TOF鏡頭可以更好的探測被拍攝物體的景深信息，使得照片的背景虛化效

果更好，擁有更好的層次感。此外

TOF鏡頭與

3D結(jié)構(gòu)光一樣可以實(shí)現(xiàn)人臉解鎖及支付功能，無需輸入密碼即可完后支付。第三種則是雙目立體視覺技術(shù)，雙目是基于視差原理并由多幅圖像獲取物

體三維幾何信息的方法。由雙攝像機(jī)從不同角度同時獲得被測物的兩幅數(shù)字圖

像，并基于視差原理恢復(fù)出物體的三維幾何信息，從而得出圖像上每個點(diǎn)的深

度信息、最終得到三維數(shù)據(jù)。由于雙目立體視覺成像原理對硬件要求比較高，特別是相機(jī)的焦距、兩個

攝像頭的平面位置，應(yīng)用范圍相對

3D結(jié)構(gòu)光和

TOF更少。對比三種技術(shù)的優(yōu)劣勢，雙目立體視覺具備較高的圖像分辨率以及較大的

識別距離，但是由于實(shí)現(xiàn)雙目立體視覺需要兩個攝像頭，整體模組體積較大，

因此一般應(yīng)用于機(jī)器人、工業(yè)等領(lǐng)域；3D結(jié)構(gòu)光和

TOF鏡頭體積較小，缺點(diǎn)是圖像分辨率不高且識別距離較短，主要被應(yīng)用在智能手機(jī)中，其中

3D結(jié)構(gòu)光由

于整體成本較高且相關(guān)專利主要被蘋果所擁有，所以目前市場上僅有蘋果使用

3D結(jié)構(gòu)光作為生物識別手段，安卓陣營手機(jī)則通過

TOF鏡頭來實(shí)現(xiàn)

3D面部識

別。3.2.2D面部識別安全性較低，應(yīng)用于特定場景針對

2D人臉識別的研究時間相對較長，方法流程相對較為成熟，被廣泛的

應(yīng)用與安防、監(jiān)控、門禁、金融以及考勤等多種場景，但是由于

2D信息天生在

深度數(shù)據(jù)方便的缺失，沒有辦法完整記錄真實(shí)人臉的數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中存在

一定的不足，例如識別準(zhǔn)確率不高以及活體檢測準(zhǔn)確度不高。人臉識別

2D、3D主要的區(qū)別是圖像數(shù)據(jù)的獲取、人臉特征的提取方式不一

樣，但是

2D人臉識別跟

3D人臉識別步驟基本上一致。3D人臉數(shù)據(jù)比

2D人臉數(shù)據(jù)多了一維深度的信息，不管在識別準(zhǔn)確度上還

是活體檢測準(zhǔn)確度上

3D人臉識別都比

2D人臉識別有優(yōu)勢。但由于

3D人臉數(shù)

據(jù)比

2D人臉數(shù)據(jù)多了一維深度信息，在數(shù)據(jù)處理的方法上有比較大的差異。3.3.人臉識別市場規(guī)模穩(wěn)步增長根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計數(shù)據(jù)，到2019年全球人臉識別市場規(guī)模在308.04

億元左右，預(yù)計到

2021

年可以達(dá)到

428.4

億元，年均復(fù)合增長率為

17.83%，

仍處于快速增長通道。從全球市場份額來看，美國占據(jù)了全球

33%的市場份額，其次是歐洲占比

25%，亞太區(qū)占比

20%排名第三。我國人臉識別市場規(guī)模約占全球市場

10%左右，2019

年我國人臉識別市場

規(guī)模約為

34.51

億元，相比去年同比增長

24.99%，預(yù)計在

2020

及

2021

年仍將

保持較高增速。受益于我國人臉識別廣闊的市場空間，我國涌現(xiàn)出一大批優(yōu)質(zhì)的人臉識別

領(lǐng)域獨(dú)角獸企業(yè)，例如曠世科技、商湯科技、以及依圖科技等，主要

領(lǐng)域?yàn)榻鹑凇⒈O(jiān)控、醫(yī)療、安防等領(lǐng)域。4.配置建議4.1.公司是全球領(lǐng)先的芯片開發(fā)設(shè)計廠商，面向智能終端、物聯(lián)網(wǎng)以及汽車電

子等領(lǐng)域提供行業(yè)領(lǐng)先的軟硬件解決方案。產(chǎn)品及服務(wù)廣泛應(yīng)用于華為、小米、

OPPO、vivo、三星、谷歌等國際知名廠商，是安卓陣營中應(yīng)用最為廣泛的生物

識別解決方案提供商。2018

年公司在市場上首先推出光學(xué)屏下指紋方案，一經(jīng)推出便受到智能手

機(jī)廠商以及消費(fèi)者的廣泛好評。截至

2020

年

6

月

1

日，公司屏下光學(xué)指紋已經(jīng)獲得

146

款品牌機(jī)型商用。根據(jù)群智咨詢統(tǒng)計，2020

年

Q1

公司在整體指紋市場市場份額為

38%，在

屏下指紋市場份額高達(dá)

50%。2019

年公司實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入

64.73

億元，同比增長

73.