揭秘刷掌支付背后的黑科技

最近“掌紋支付”沖上熱搜，根據(jù)騰訊官方公布，微信刷掌支付正式發(fā)布，用戶(hù)在設(shè)備上錄入手掌紋樣之后，即可用手掌進(jìn)行支付。目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被用在北京大興機(jī)場(chǎng)線，后續(xù)將會(huì)進(jìn)入地鐵、高鐵、超市商場(chǎng)以及機(jī)場(chǎng)等諸多場(chǎng)景，掌紋識(shí)別將成為繼指紋識(shí)別和人臉識(shí)別之后，又一支付與解鎖方式。

掌紋怎么被識(shí)別？

從技術(shù)原理來(lái)看，掌紋識(shí)別的核心邏輯和人臉識(shí)別以及指紋識(shí)別一樣，都是利用人體某方面的唯一性。人的面容無(wú)論看起來(lái)多么相似，但總會(huì)在結(jié)構(gòu)上有細(xì)微差別。掌紋也是一樣，人的掌紋是由萬(wàn)千紋線隨機(jī)排列組合而成，這構(gòu)成了掌紋的獨(dú)特性與唯一性。

掌紋識(shí)別技術(shù)先利用圖像傳感器對(duì)手掌紋路進(jìn)行采集，再根據(jù)算法進(jìn)行圖像的預(yù)處理，提取掌紋的特征，然后建立掌紋數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)用戶(hù)在刷掌紋的時(shí)候，會(huì)將當(dāng)下的掌紋與數(shù)據(jù)庫(kù)的掌紋進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別。騰訊為了保證掌紋支付的足夠安全，還添加了掌靜脈識(shí)別，以達(dá)到安全性的雙重保障。

從具體技術(shù)細(xì)節(jié)來(lái)看，構(gòu)成掌紋識(shí)別產(chǎn)品的核心是AI算法和感知芯片。目前這兩項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)均已成熟。在AI算法上，國(guó)內(nèi)的兩大科技巨頭早已布局，騰訊優(yōu)圖實(shí)驗(yàn)室在去年8月就聯(lián)合合肥工大、上海交大等高校提出通過(guò)幾何模型合成數(shù)據(jù)，來(lái)預(yù)訓(xùn)練掌紋識(shí)別模型，阿里的支付寶技術(shù)團(tuán)隊(duì)也在去年進(jìn)行掌紋支付算法的研發(fā)。從結(jié)果來(lái)看，騰訊率先一步實(shí)現(xiàn)技術(shù)落地。

從感知芯片來(lái)看，無(wú)論是掌紋識(shí)別，還是指紋識(shí)別或者人臉識(shí)別，其所需的最核心傳感器是CIS芯片，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)在該領(lǐng)域布局多年。

所謂CIS全稱(chēng)為CMOS圖像傳感器，是一種將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)的設(shè)備，簡(jiǎn)單理解為這款芯片通過(guò)拍照將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。在人體生物特征識(shí)別中，CIS芯片的核心作用就是給指紋、人臉或者掌紋進(jìn)行“畫(huà)像”，只不過(guò)針對(duì)不同的識(shí)別方式，畫(huà)像的方式也略有不同。

CIS芯片在生物特征識(shí)別中的作用

先說(shuō)指紋識(shí)別，它的畫(huà)像方式是2D的。以智能手機(jī)的光學(xué)指紋識(shí)別為例，用戶(hù)指紋按壓屏幕之后，會(huì)變成平面圖形，然后用一顆卷簾式快門(mén)的CIS對(duì)圖像進(jìn)行拍照，再將圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息進(jìn)行處理識(shí)別。目前智能手機(jī)的光學(xué)指紋識(shí)別分辨率在5~8萬(wàn)左右，使用的過(guò)程中需要OLED屏幕光做補(bǔ)光以達(dá)到更好的識(shí)別效果。

人臉識(shí)別和掌紋識(shí)別則與指紋識(shí)別略有不同，由于這兩者屬于非接觸式識(shí)別，為了保障識(shí)別的準(zhǔn)確性，需要一些“黑科技”來(lái)達(dá)到最理想的識(shí)別效果。從芯片數(shù)量上來(lái)說(shuō)，人臉和掌紋識(shí)別需要至少1~2顆CIS芯片，來(lái)獲取人臉或手掌的3D信息，而從芯片的類(lèi)別來(lái)看，卷簾式快門(mén)CIS很難滿(mǎn)足高速、準(zhǔn)確的識(shí)別要求，需要用到全局快門(mén)的CIS芯片。目前支付級(jí)別的人臉識(shí)別（支付寶、微信的刷臉）主要采用單顆130萬(wàn)像素全局快門(mén)圖像傳感器+結(jié)構(gòu)光的方案來(lái)使用的，可以獲取高精度的人臉3D信息。

關(guān)于卷簾式快門(mén)與全局快門(mén)的區(qū)別需要進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹一下。這兩者在工作原理上略有區(qū)別，卷簾式快門(mén)的工作原理是將畫(huà)面分割成尺寸大小相同的條狀，然后逐條曝光，逐條轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，這一類(lèi)快門(mén)的很適合指紋識(shí)別這種2D應(yīng)用場(chǎng)景。缺點(diǎn)是卷簾快門(mén)由于是逐條曝光所以容易產(chǎn)生畸變（業(yè)內(nèi)也稱(chēng)之為“果凍效應(yīng)”）。這一點(diǎn)在全局快門(mén)中則不存在。

全局快門(mén)的工作原理是將整個(gè)畫(huà)面同時(shí)曝光，然后整個(gè)畫(huà)面可以同時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這種工作方式的好處是曝光時(shí)間快，不需要人臉或者手掌短時(shí)間固定不動(dòng)，所以很適合用在非接觸式識(shí)別場(chǎng)景中。

卷簾快門(mén)（左）與全局快門(mén)（右）的曝光方式區(qū)別（圖片來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)）

但全局快門(mén)傳感器也存在缺點(diǎn)，那就是其感光度一般比卷簾式的圖像傳感器低，需要在曝光時(shí)補(bǔ)光，不過(guò)已經(jīng)有企業(yè)在芯片層面改進(jìn)了這項(xiàng)科技，且這款芯片不是來(lái)自國(guó)外，而是國(guó)產(chǎn)圖像傳感器企業(yè)思特威的SC132GS。其技術(shù)原理是將全局曝光的CIS芯片從前照式升級(jí)到背照式工藝，即BSI+Global Shutter的CMOS圖像傳感器，背照式工藝的高感光度能夠很好的解決曝光量不足的問(wèn)題，與結(jié)構(gòu)光相結(jié)合后可以被廣泛應(yīng)用于人臉和掌紋識(shí)別領(lǐng)域，也是目前人臉/掌紋支付領(lǐng)域最主流的方案之一。

值得一提的是，基于背照式+全局快門(mén)圖像傳感器相關(guān)技術(shù)的首次亮相是在2019年的ISSCC舊金山國(guó)際電路峰會(huì)（俗稱(chēng)芯片界的奧林匹克）上，且正是由中國(guó)企業(yè)思特威推出并作為圖像傳感器領(lǐng)域的開(kāi)場(chǎng)論文現(xiàn)場(chǎng)發(fā)表的。

掌紋識(shí)別重塑產(chǎn)業(yè)格局

一項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)并被應(yīng)用，勢(shì)必會(huì)引起行業(yè)格局重塑。掌紋識(shí)別的出現(xiàn)，也會(huì)讓整個(gè)生物特征識(shí)別市場(chǎng)的格局發(fā)生改變。考察生物特征識(shí)別技術(shù)能否被市場(chǎng)和消費(fèi)者接受有兩個(gè)核心原則，第一條是足夠安全，第二條則是足夠便利。

安全性是生物特征識(shí)別的底線，無(wú)論是指紋識(shí)別、人臉識(shí)別還是如今的掌紋識(shí)別，其最核心的一點(diǎn)就是要保證不被破解盜用，而便利性關(guān)乎用戶(hù)的使用體驗(yàn)，使用不方便導(dǎo)致用戶(hù)體驗(yàn)差，那么該技術(shù)則無(wú)法跨越鴻溝，進(jìn)入早期大眾市場(chǎng)，進(jìn)一步無(wú)法達(dá)到規(guī)模優(yōu)勢(shì)，最終只會(huì)淪為小眾市場(chǎng)。

首先從技術(shù)的安全性來(lái)看，指紋識(shí)別、掌紋識(shí)別和人臉識(shí)別都已經(jīng)達(dá)到了支付級(jí)，但人臉識(shí)別相對(duì)于其它兩者來(lái)說(shuō)有一個(gè)天然缺陷，人臉是天然暴露在外，隱匿性太低，因此很容易被盜取人臉信息，用戶(hù)會(huì)有這一層擔(dān)心，這也是騰訊此前大力推廣人臉支付不成功轉(zhuǎn)而研究掌紋支付的核心原因。

在便捷性上，指紋識(shí)別因?yàn)樾枰佑|才能識(shí)別，所以稍遜一籌，目前最大的應(yīng)用場(chǎng)景還是安卓手機(jī)，另一方面，指紋識(shí)別在流行病高發(fā)期間會(huì)增加交叉感染風(fēng)險(xiǎn)。人臉識(shí)別和掌紋識(shí)別這種非接觸式識(shí)別會(huì)十分方便，但需要說(shuō)明的是，人臉識(shí)別太過(guò)于迅捷，沒(méi)有留給用戶(hù)足夠考慮的時(shí)間，筆者曾在支付寶人臉識(shí)別付款過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)被默認(rèn)開(kāi)通螞蟻花唄，但臉貼上去之時(shí)已悔之晚矣。

綜合來(lái)看，指紋識(shí)別和人臉識(shí)別各自在便捷性與安全性存在不足，而掌紋識(shí)別則將這兩者的長(zhǎng)處集于一身，是一項(xiàng)十分有前景的技術(shù)。

在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，騰訊與阿里在力推掌紋支付，北京大興機(jī)場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始使用，未來(lái)也許會(huì)有更多的城市跟隨。另一方面，在超市、醫(yī)療行業(yè)這些to B市場(chǎng)中掌紋識(shí)別也能夠發(fā)揮巨大空間，未來(lái)不排除這些系統(tǒng)會(huì)使用掌紋識(shí)別，或?qū)⑴f有的識(shí)別產(chǎn)品替換為掌紋識(shí)別。在國(guó)外市場(chǎng)中，2022年8月亞馬遜已經(jīng)在加利福尼亞州的65個(gè)全食超市中使用上了掌紋識(shí)別技術(shù)。

總結(jié)

無(wú)論是從技術(shù)的成熟度還是產(chǎn)業(yè)化的能力，抑或是巨頭們的推廣力度，掌紋識(shí)別技術(shù)都具有一個(gè)比較美好的未來(lái)，至于在掌紋識(shí)別這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，誰(shuí)能成為未來(lái)的霸主，則需要看各家的實(shí)力與布局了。