【编者按】本文作者为microarray首席科学家，电子和软件设计师。
指纹手机越来越热卖，但消费者遇到指纹手机的指纹功能不好用甚至无法使用怎么办？如果手机销售方称这是因为你的指纹有生理性缺陷或使用习惯不对时，该怎样维权？手机指纹质量问题的深层次技术原因到底是什么？本文将一 一揭露。
2015年315专题头条是魅族手机，我们不妨从魅族首款指纹手机MX4 Pro入手。
（图1: 2015年315专题页面截图）
魅族是中国手机届粉丝营销的鼻祖，魅族论坛有大量活跃用户。在魅族用户论坛进行关键字搜索，我们统计了MX4 Pro的消费者投诉构成：
（图2：左为MX4Pro手机投诉问题类型总表，右为指纹投诉问题分类明细表）
鉴于整体投诉率很难基于论坛投诉来估算，我们统计了不同投诉类型间的比例关系。如图1左所示，对指纹的投诉占总投诉的13.32%；图1右则指出，在对指纹的投诉中，指纹失效和指纹使用困难占绝大多数，分别是44%和30%，有24%的一般软硬件问题，2%的投诉是因为指纹手机被别人打开了。
为了确保数据统计的有效性，我们同时调查与MX4 Pro使用同一指纹供应商的其它机型。MX4 Pro的指纹供应商在其主页公布，除了MX4 Pro还有乐视1S和vivo X6等手机运用了其提供的指纹识别技术。巧合的是，乐视和vivo都有活跃的粉丝论坛，可以通过论坛进行投诉统计。
（图3：从左到右依次为MX4 Pro、vivo X6、乐1S）
在乐视和vivo的论坛上按关键字搜索，得出如下统计。
（图4：左为乐1S手机投诉问题类型总表，右为指纹投诉问题分类明细表）
（图5：左为VivoX6手机投诉问题类型总表，右为指纹投诉问题分类明细表）
通过对比可见，消费者对这三款手机的指纹功能的投诉比例构成接近：指纹失效和指纹使用困难占了大部分，一般软硬件问题比例大致相同，都出现了误识。这证实了投诉比例构成反映了指纹技术供应商的技术特征。
对指纹的投诉占总投诉的比例也吻合对应机型的定位：指纹是相对独立的功能，同一指纹技术供应商所提供的指纹模块的投诉率比较稳定，那么整体质量越好的机型因为其他投诉少，指纹投诉占总投诉的比例就越大。vivo X6的指纹投诉比率是36.64%，远高于另两者，符合vivo X6高端品牌旗舰机的定位；乐视1S作为千元机，指纹投诉比率为21.22%，高于MX4 Pro这款旗舰机的13.32%，乐视手机硬件配置确实超出千元机平均档次。
回到指纹的质量上来，这必须先普及一下指纹识别的技术标准。作为在公安、安防等领域应用了30多年的成熟的传统技术，指纹识别有明确的技术指标，就是FAR（False Accept Rate）和FRR（False Reject Rate）。
FAR是误识率，指接受错误的指纹的机率；
FRR是拒识率，指拒绝正确的指纹的机率。下图指出了FAR和FRR的成因。
（图6：FAR/FRR示意图）
指纹识别过程中先把指纹图像进行相似度打分，再用一个门槛来分辨，大于门槛的通过识别，小于门槛的拒绝识别。来自相同手指的指纹图像一般得分较高，其分布函数如上图绿色部分所示；来自不同手指的指纹图像一般得分较低，其分布函数如上图红色部分所示。
由于不同指纹也小概率存在相似的图像区域，所以红色分布函数有高于门槛的部分，这就是FAR的成因；相同的指纹也可能因为各种原因而采集得到相似度不佳的图像，所以绿色分布函数有低于门槛的部分，这就是FRR的成因。
从FAR和FRR的成因可以看出来，偶发性的拒识和偶发性的误识别不是质量问题。以下两种情形之一是质量问题：
1、大量统计表明，FAR和FRR任一者超过了公布的容许上限；
2、表现出非偶然性的拒绝使用和错误通过。
消费者无法对第1种质量问题进行证实，因为FAR/FRR必须采集大量样本才能进行统计分析，而消费者不具备这样的能力。第2种质量问题，之所以用“拒绝使用”而非“拒识”这个术语，用“错误通过”而非“误识”这个术语，是要把因质检把关不严和技术性失误导致的可表现为指纹功能不正常的意外纳入进来。对第2种质量问题，消费者可以直接体验到。消费者的投诉足以证实这几款指纹手机发生了第2种质量问题。
第2种质量问题有两种成因：如果一个人在同机型的不同手机上使用表现不一致，那么是个体缺陷；但如果同一个人在iPhone和Mate系列等同类型产品上可使用指纹，只在某款机型上不可以使用指纹，就是第一种质量问题的具体表现了。更奇怪的是，在投诉乐1S和VivoX6指纹失效的消费者中，超过20%的消费者称买的时候能用，过段时间就不能用了。一些消费者分享经验是每个月重新注册一次才可以重新使用。
（图7：消费者投诉过一段时间指纹不能用了需要重新注册的原始截图）
众所周知，人的指纹终身不变，这是指纹识别的理论基础。每月注册一次不是大部分指纹手机的表现，甚至可以说指纹识别技术应用30多年来从来没有出过这么荒谬的事。
我们来看这三个品牌在论坛对消费者投诉的官方回复：
魅族论坛上没有回复，要求消费者咨询售后，而魅族的售后电话接通率，你懂的；
乐视论坛有版主回复，尝试重启手机、恢复出厂设置、刷新系统、注意按压姿势、轻重适宜、保养皮肤；
vivo论坛早期的官方售后回复和乐视差不多，从2016年2月起转变为“已搜集此类问题向相关方反馈，请耐心等待解决”。
（图8：乐视的投诉回复、Vivo早期的投诉回复以及Vivo改变态度后的回复原始截图）
果然没有人认为这些投诉是由偶发性的误识和拒识造成的，说明偶发性的误识和拒识不是质量问题这点是公知的。但把解决问题的角度指向消费者皮肤不好使用习惯需要改进就有点过分了，尤其是皮肤好不好这个问题，明明别的手机好用就你家不好用，能怪我咯？身体发肤受之父母，怪老爸老妈咯？所以连Vivo官方也对这个答复也产生了怀疑，开始收集信息向相关方反映。所谓“收集信息”，无非试图证明第1种质量问题的存在性。
统计分析到此为止，接下来转入技术调查：
（图9：某指纹供技术应商的发布会截图）
2014年国内某指纹识别技术供应商在发布会上公布了FAR<1/50000，FRR<1/100，这个指标苹果手机还优秀，这是怎么做到的呢？我们对比了其申请的指纹技术专利，以及苹果的产品说明书和指纹技术专利，确定这两家公司的指纹技术很接近。难怪这么有底气，原来出身名门。
（图10，左为国内某指纹供应商专利截图，右为苹果spec截图）
但指纹产品的性能却不止技术基因如何这么简单，涉及面很广。
电容指纹识别的性能由三方面构成，其一是物理能力，其二是传感能力，其三是算法能力。
所谓物理能力，指电容和距离成反比、电容和介电常数成正比这样的物理规律决定了指纹电容的大小，同时驱动电压决定了测量同等电容时的信号强度。
在以前的文章我提到过小米5采用了80um厚的微晶锆盖板（作为小米第一款带实体Home键的手机，Mi 5的指纹识别是怎么设计的？），就是因为微晶锆介电常数高（约34），加工成薄盖板，就可以最大程度提高手指电容，使其容易测量。而Touch ID使用260um的蓝宝石，蓝宝石的介电常数是12，我们算上所有的额外介质层，最后得出Touch ID的手指电容只有小米5的0.4倍左右。但Touch ID使用高压驱动，16V的驱动电压是FPC仅1.8V驱动电压的近9倍。至于算法能力，成熟厂商都能够毕竟理论极限，可以认为旗鼓相当。0.4 * 9 = 3.6，Touch ID的能力比小米5高，这与Touch ID比小米5的指纹更好用相对应。
（图11：Touch ID模组和蓝宝石专利以及高压驱动专利号和图）
用三种能力直接相乘显得有点草率，但成熟的逼近理论极限的产品能力就是通过理论极限本身来计算的。如果假定国内这家指纹供应商的技术成熟，则同样方式可以推理出其与Touch ID的能力比值。如果高于Touch ID自然好，略低于Touch ID，其实也是可以原谅的。
其中，乐视1S使用了背面玻璃指纹识别方案，MX4 Pro使用蓝宝石指纹识别方案，不妨从较新的乐视1S入手以提高数据的有效性。（注：这里与手机本身质量问题无关，而是从技术层面探讨手机指纹技术供应商）
（图12：来自某官网介绍玻璃指纹识别，指用玻璃盖板作为电容介质）
所谓“玻璃指纹识别”，被视为一种“高性价比”方案，是用玻璃替代蓝宝石作为指纹传感器的介质材料。玻璃的介电常数较低，一般只有蓝宝石的1/3。乐视1S 指纹识别是使用一种介电常数提高到6.7的玻璃，和蓝宝石比起来还是小得多。我们查询了玻璃指纹识别芯片的公开技术资料，没有提及驱动电压，只提及电源电压是2.8V。
（图13：玻璃指纹识别芯片的X光图和切片图）
只能通过深层次解剖来论证驱动电压了。在“玻璃指纹识别”芯片的X光图上可以看到，这其实是4颗芯片的打包封装：封装分两层，上层是红色的Sensor，下层是蓝色的MCU，黄色的Flash和绿色的驱动芯片。和FPC为代表的传统电容式指纹传感器厂商普遍采取的单芯片方案不同，这是一家一直用多芯片进行打包的供应商，从MX4 Pro（见SITR对MX4 Pro指纹模块的拆解报告）起，到乐视1S和vivo X6，都没有进行单芯片集成。
如下是这4颗芯片的照片和logo：
（图14.1：Sensor芯片的照片和Logo）
（图14.2：MCU芯片的照片和Logo）
（图14.3：Flash芯片的照片和Logo）
（图14.4：驱动芯片的照片和logo）
传感器芯片的公司logo是GF，这家供应商英文名Goodix的缩写G和fingerprint的缩写F的组合，型号logo是818；MCU的公司logo是MEDIATEK（联发科，台湾手机芯片商），型号logo是BD10239A；Flash的Logo是COLORADOIM（Coloradoim.com是美国IP，不可web访问），型号logo是131031；驱动芯片的公司Logo是ecgechipa（ecgechipa.com是中国IP，不可web访问），型号logo是FG11。难道组成玻璃指纹识别的这4颗芯片是中国大陆、中国台湾和大洋彼岸美国的三地IC设计公司的友谊证明？
（图15.1：coloradoim.com解析为美国的IP）
（图15.2：ecgechipa.com解析为中国的IP）
我们分析了驱动芯片和整个电路，没有找到升压电路，这指出驱动电压不超过电源电压2.8V。玻璃指纹识别的介质总厚度与Touch ID相当，所以玻璃指纹识别的物理能力也只有Touch ID的6.7 / 12 * 2.8 / 16 = 0.0977倍，1/10都不到。这意味着传感器能力和算法能力就必须提高到Touch ID的10倍以上才能达到比Touch ID更优秀的FAR/FRR指标。尽管我们相信中国设计越来越强大，但要达到苹果的10倍以上还是有点不可思议。要是达不到10倍苹果，则第1类质量问题的存在性自证。
一些指纹手机的指纹不好用是客观事实。
尽管前面提到的手机指纹不好用需“每月注册一次”，这个质量缺陷可以通过消费者的重新注册来补偿，但这并不能否定质量问题的存在。每个月注册一次指纹不符合对指纹识别技术的基本认识，也不符合指纹识别技术的传统表现，因为人的指纹终身不变是指纹识别技术存在的基本原理，客观上没有每月变化一次需要重新录入的可能性，只能是产品质量的问题。
但由于这个问题必须在使用一段时间后才能发现，大大降低了手机厂商进行补救的可行性，迫使大量消费者不得不进行投诉和维权。
《消费者权益保护法》规定，消费者购买耐用商品起六个月内发现瑕疵，由经营者举证是否属于质量问题。因为耐用商品使用周期长、价格昂贵、检测成本高昂，由消费者来举证便会给厂商太大的漏子可钻，不利于市场公平秩序，不利于产业良性发展。所以消费者无需判定是否是质量问题，对于指纹手机厂商提出的任何说法只要有质疑，就可以要求其出具客观的第三方技术分析报告。（技术分析可参考上部分）
但是，仅仅把皮球踢给手机厂商不能完全解决问题。当手机厂商向指纹技术供应商提出指纹有质量问题，要求赔偿时，指纹技术供应商可以反问之：入库检测干嘛去了，出厂检测干嘛去了，过上几个月说有质量问题，拿证据来啊！对于如何举证指纹出了质量问题这一点，皮球又被踢回来，手机厂商只能两头受气，无处维权。
作为这个行业的从业者，看到这些指纹供应商乱象真是令人心痛。但是，站在一个客观的角度来看，这并不是一家手机指纹供应商的问题，是整个指纹供应行业的问题。而催生了这个行业畸形发展的无形的手，一部分也是来自消费者，来自市场的需求，我们对手机指纹识别一味求快而忽略了追究指纹识别精度，最终受害的依旧是消费者。
按《消费者权益保护法》规定，应由耐用商品的经营者对质量进行举证。想必本文已经为vivo等厂商指明了方向，我们也希望魅族和乐视等厂商一样积极应对，即使做不到苹果和华为这样的第一流公司那样把指纹的质量问题留在出货前，只要重视消费者的投诉，亡羊补牢，也为时未晚。不管怎么说，消费者始终是上帝，让上帝打开钱包买单是任何行业的生存之本。
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