生物识别技术和人脸识别（生物识别技术产业发展深度报告）

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1、生物识别技术发展概况

1.1.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。

1.2.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。

生物识别技术的发展历程来看，指纹识别最早出现在 19 世纪，属于较早被 发现并有效使用的识别技术，得到了较长时间的发展演变；人脸识别出现时间 相对较晚，主要是在 20 世纪 90 年代末得到应用，但是近些年来的发展速度较 快，逐渐成为产业内较为重要的分支，随着相应技术的不断成熟进步，未来预 计将有更为广阔的发展空间。

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。

1.3.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 Transparency Marker Research 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%。

2.指纹识别技术成熟，应用广泛

2.1.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。

由于光学指纹识别只能识别手指的表皮层信息，因此手指的干净程度将对 识别结果影响较大，另外光学传感器容易被伪造的指纹欺骗，由于以上的原因， 初代光学指纹识别主要应用于安全等级不高的领域。

2.2 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 iPhone 5s 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。

根据旭日大数据统计，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。

电容式指纹技术经过长时间的发展，目前已经比较成熟，全球范围内的主 要厂商包括汇顶、FPC、神盾、新思、思立微等，整体市场集中度较高，未来随 着电容式指纹识别芯片的价格下降，小厂商将受制于成本逐步退出市场，电容 式指纹的市场集中度将进一步提升。

2.3 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。

小米 CC9 Pro 搭载了了全球首款超薄屏下光学指纹模组，Z 轴空间大小约 0.3mm，厚度仅为传统屏幕指纹模组的 1/10 左右，大大增加了指纹模组摆放的 自由度。小米 CC9 Pro 所采用的超薄屏下光学指纹直接叠放在电池和屏幕中间， 让手机有更多的空间放进更大容量的电池。

相较前代透镜式屏下光学指纹，指纹识别区域面积扩大了 10%，室外强光 下的解锁成功率进一步提升，在低温、干手指等不良环境成功率也有大幅度提 升，对指纹磨损较严重的用户也更加友好。

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%。

3.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。

3.1.苹果再次引领 3D 面部识别发展

面容 ID（Face ID）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 Face ID 解锁苹果设备，可以作为在苹果数字媒体商店以 及 Apple Pay 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 Face Shift 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。

基于 3D 结构光的人脸识别主要应用于智能手机当中，包括苹果自 iPhone X 之后搭载的 10 亿张图像（IR 和深度图像）训练的 Face id，国内智能手机厂 商自主研发的 3D 人脸识别，推出的机型主要有华为 Mate 20 Pro、OPPO Find X。

第二种 TOF（Time of flight）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。

TOF 镜头可以更好的探测被拍摄物体的景深信息，使得照片的背景虚化效 果更好，拥有更好的层次感。

此外 TOF 镜头与 3D 结构光一样可以实现人脸解锁及支付功能，无需输入密码即可完后支付。

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。

3.2.2D 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。

3D 人脸数据比 2D 人脸数据多了一维深度的信息，不管在识别准确度上还 是活体检测准确度上 3D 人脸识别都比 2D 人脸识别有优势。但由于 3D 人脸数 据比 2D 人脸数据多了一维深度信息，在数据处理的方法上有比较大的差异。

3.3.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。

受益于我国人脸识别广阔的市场空间，我国涌现出一大批优质的人脸识别 领域独角兽企业，例如旷世科技、商汤科技、云从科技以及依图科技等，主要 领域为金融、监控、医疗、安防等领域。

4.配置建议

4.1.汇顶科技

公司是全球领先的芯片开发设计厂商，面向智能终端、物联网以及汽车电 子等领域提供行业领先的软硬件解决方案。产品及服务广泛应用于华为、小米、 OPPO、vivo、三星、谷歌等国际知名厂商，是安卓阵营中应用最为广泛的生物 识别解决方案提供商。

2018 年公司在市场上首先推出光学屏下指纹方案，一经推出便受到智能手 机厂商以及消费者的广泛好评。截至 2020 年 6 月 1 日，公司屏下光学指纹已经获得 146 款品牌机型商用。

根据群智咨询统计，2020 年 Q1 公司在整体指纹市场市场份额为 38%，在 屏下指纹市场份额高达 50%。

2019 年公司实现营业收入 64.73 亿元，同比增长 73.95%，实现归母净利润 23.17 亿元，同比增长 212.10%。公司业绩呈现出脉冲式增长，主要原因是公司 每推出一款拳头产品都将带动业绩爆发式增长，在 2020 年公司在市场上率先 推出超薄指纹芯片，预计领先行业内竞争对手半年到一年的时间，公司有望在 2020 年再次实现业绩的快速增长。

4.2.兆易创新

公司在 2019 年以 17 亿的交易价格收购了上海思立微 100%股权，该交易在 2019 年 6 月 17 日完成交割。思立微创立于 2011 年 1 月，是全球第三大指纹芯 片供应商，公司致力于新一代移动智能终端生物识别技术的自主创新，专注于 生物识别传感器 SoC 芯片和解决方案的研发。思立微曾多次荣获工业和信息化 部“最具投资价值企业”、“最佳市场表现产品”、“最具潜质产品”；中国半导体 行业协会“最具潜力 IC 企业”“最具影响力企业”等荣誉奖项和称号，并于 2017 年被评为“2016-2017 中国指纹识别市场年度领军企业”。

思立微近年来的营收及净利润规模实现了较大幅度的增长，2019 年 6-12 月共实现营业收入 2.03 亿元，2018 年及 2019 年共实现归母净利润 1.86 亿元， 已完成业绩承诺的 58.04%。

未来公司在光学屏下指纹芯片领域，思立微在 2020 年将进一步完善超小 封装透镜式光学指纹产品、超薄光学指纹产品以及大面积 TFT 光学屏下指纹等 创新产品的大规模商用；此外公司在超声波屏下指纹方向，将基于已研发成功 的超声波换能器结构及工艺，搭配上边缘端的信号处理系统，进一步拓展其在 人机交互、体征监测以及汽车电子等领域的应用。

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（报告观点属于原作者，仅供参考。报告来源：东方财富证券）

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