生物識別技術(shù)探討：用身體密碼辨別你

　　你是誰?在一般人眼中，身份證、戶口簿、銀行卡……這些包含著身份、住址、財產(chǎn)的證件是識別你的標(biāo)簽。而在生物識別專家看來，這些信息乃“身”外之物，存在被復(fù)制、偽造的可能，有時候并不那么靠譜。真正獨(dú)一無二的專屬密碼，存在于每個人的身體上，例如指紋、虹膜、人臉、聲音……通過對它們的采集和識別，就能識別這個世界上唯一的你。

　　最近《科學(xué)》雜志在目錄頁的首要位置，以圖片導(dǎo)讀的方式刊載了一篇題為《中國聚焦生物特征識別》的文章。文章報道了中國科技工作者在生物識別領(lǐng)域取得領(lǐng)先進(jìn)展，以及在實(shí)際應(yīng)用中取得的顯著效果。

　　虹膜識別、人臉識別，這些上世紀(jì)80年代只存在于007電影和科幻小說里的場景，如今正在中國人的日常生活中大顯身手。

　　1、“瞅”一眼就能認(rèn)出你

　　虹膜識別技術(shù)，已在礦山安全生產(chǎn)、監(jiān)獄犯人管理、銀行金庫門禁等眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用

　　在中科院自動化研究所里，站在一個如真人般高的虹膜識別器前，記者親身體驗(yàn)了一把虹膜“打卡”：摘下眼鏡，將雙眼對準(zhǔn)屏幕，機(jī)器就記下了虹膜特征密碼，就完成了注冊環(huán)節(jié);在此后的識別環(huán)節(jié)，無需再摘下眼鏡，只要對準(zhǔn)屏幕一瞅，不到一秒，機(jī)器就完成了比對識別，記者的身份信息與“上班”時間立即顯示在屏幕上。

　　這一虹膜識別技術(shù)，目前已經(jīng)在我國煤礦工人考勤、監(jiān)獄犯人管理、銀行金庫門禁、邊境安檢通關(guān)、軍隊安保系統(tǒng)、考生身份驗(yàn)證等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。而中科院自主研發(fā)的虹膜識別產(chǎn)品則已被20多個省市的近百萬用戶注冊使用，每天完成幾十億次虹膜比對，占據(jù)了國內(nèi)虹膜識別市場70%的份額。

　　打破國外早期的技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷，創(chuàng)建具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的虹膜識別產(chǎn)品――為實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，中科院自動化所的模式識別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室譚鐵牛研究員帶領(lǐng)他的課題組，潛心研究了10多年。

　　據(jù)課題組孫哲南副研究員介紹，他們一開始就看到了虹膜識別廣闊的應(yīng)用前景。“這些位于瞳孔和虹膜之間的虹膜紋理受胚胎發(fā)育環(huán)境的隨機(jī)因素影響而形成獨(dú)一無二‘身份密碼’，虹膜在近紅外光照射時展現(xiàn)出斑駁起伏、明暗變化的細(xì)節(jié)特征，并且虹膜特征總體上終生不變。因此，虹膜識別具有精度高、安全可靠的獨(dú)特優(yōu)勢。”

　　“1998年之前，我國虹膜識別領(lǐng)域是一片空白。1999年我們研制出了第一臺接觸式樣機(jī)，這是從無到有。2004年我們用自己獨(dú)特的虹膜特征表達(dá)方法，實(shí)現(xiàn)了更高精度的圖像采集提取與識別，這是從有到精的過程。”馬力說。他是譚鐵牛培養(yǎng)的我國第一個虹膜識別方向的博士，如今已成為虹膜識別領(lǐng)軍企業(yè)――中科虹霸的總經(jīng)理。

　　這個過程中，遇到的最大困難就是如何對虹膜特征進(jìn)行表達(dá)，這后來也成為課題組最引以為傲的創(chuàng)新。“我們將‘世界上萬事萬物都是相對的’這一哲學(xué)思想用在了研究中。”孫哲南說，課題組采用基于定序測量的虹膜圖像特征表達(dá)方式。簡單來說，就是用0和1來標(biāo)記虹膜上斑紋灰度的起與伏，通過不同區(qū)域的相對明暗關(guān)系來進(jìn)行編碼、計算、比對、識別。“這種虹膜特征表達(dá)理論比國際上傳統(tǒng)的方式更為高效靈活，更能反映虹膜圖像的本質(zhì)特征。”

　　目前，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計建立了目前國際上規(guī)模最大的共享虹膜圖像庫，已在100多個國家和地區(qū)的5000多個科研團(tuán)隊推廣應(yīng)用。“當(dāng)我們跨過了采集和表達(dá)虹膜圖像信息的門檻后，也愿意為國際上其他學(xué)者提供數(shù)據(jù)資源，讓他們直接站在我們研究的基礎(chǔ)上，跨入虹膜識別研究的大門。”孫哲南說。

　　2“刷臉”成為通行證

　　近紅外與可見光兩項技術(shù)結(jié)合，能同時抵御普通照片和近紅外照片的攻擊，為人臉識別加上了“雙保險”。

　　網(wǎng)友們應(yīng)該都還記得，2011年春節(jié)期間，一場“隨手拍解救被拐兒童”的微博“打拐”行動引起了社會力量的廣泛參與。中科院自動化所李子青研究員帶領(lǐng)的生物識別與安全技術(shù)研究團(tuán)隊，成為打拐中不可小覷的一股力量。

　　在打拐行動中，課題組研發(fā)的用手機(jī)等手持式終端的三網(wǎng)融合的人臉識別系統(tǒng)被應(yīng)用，機(jī)動型強(qiáng)、隱蔽性較好。打拐志愿者如果發(fā)現(xiàn)可疑的人，就可以隨手拍攝，并通過人臉識別軟件上傳照片到數(shù)據(jù)庫中，不出10秒，即可收到數(shù)據(jù)庫的反饋，從而決定是否需要報警處理。

　　其實(shí)，早在2005年，深圳——香港邊關(guān)就已經(jīng)在同行關(guān)口安裝了人臉識別自助通關(guān)系統(tǒng)，用的就是這項人臉識別技術(shù)。此后，2008年北京奧運(yùn)會又采用人臉識別電子票證系統(tǒng)。通過這一大型賽事，課題組改善了在可見光條件下的人臉識別，降低了光照強(qiáng)度對識別的影響。到了2010年，上海世博會采用課題組成功研發(fā)的嵌入式近紅外人臉識別系統(tǒng)，進(jìn)行出入口控制。該系統(tǒng)通過機(jī)器主動提供近紅外光源，不僅有效解決了外界光照干擾，還能夠自然抵御人臉照片和視頻的攻擊。

　　這項自主研發(fā)的近紅外人臉識別技術(shù)，即是被《科學(xué)》雜志在《中國聚焦生物特征識別》一文詳細(xì)描述的突破之一，“解決了世界范圍內(nèi)研究人員的棘手問題”。“目前，我們通過近紅外光和可見光結(jié)合的方式，能同時抵御普通照片和近紅外照片的攻擊，等于為人臉識別上了雙保險。”李子青課題組的助理研究員告訴記者。

　　此外，《科學(xué)》雜志聚焦的還有李子青課題組開發(fā)的“海量視頻分析判斷系統(tǒng)(Usearch)。”“如果使用這個系統(tǒng)，抓捕周克華這類狡猾的疑犯就不會耗費(fèi)這么多功夫了。”雷震說。如今街角路邊密布的攝像頭每天產(chǎn)生海量視頻，僅依靠人工監(jiān)視和排查，有的任務(wù)幾乎不可能完成。如果使用Usearch，輸入目標(biāo)人、車的顏色、外觀等關(guān)鍵信息，系統(tǒng)就能進(jìn)行快速篩查，讓安防監(jiān)控工作效率產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。現(xiàn)在，這一項技術(shù)已經(jīng)作為反恐的有效武器出口到國外。

　　3從“人配合機(jī)器”到“機(jī)器配合人”

　　生物識別技術(shù)的廣泛應(yīng)用，有望提高人們生活的安全系數(shù)，提升人與人的互信

　　“瞄準(zhǔn)了就堅定走下去”，中科院自動化所為生物識別努力的團(tuán)隊成員都憋著這么一股勁兒，使他們走得更遠(yuǎn)。

　　從近距離識別到遠(yuǎn)距離識別，從對靜止的人識別到對運(yùn)動的人進(jìn)行識別，然后發(fā)展到針對大量人群的識別，虹膜識別的課題組已經(jīng)清晰描繪了研究路線圖。

　　“我們目前正在進(jìn)一步研究非約束性人臉識別，比如人臉不配合的情況下，識別遠(yuǎn)距離和不同姿態(tài)下的人臉。未來，還要挑戰(zhàn)人臉?biāo)ダ辖o識別帶來的難題。生物識別方向應(yīng)該是讓機(jī)器配合人，而不是人配合機(jī)器。”孫哲南說。

　　那么，就讓我們暢想一下未來生物識別技術(shù)無孔不入的生活：鑰匙已無必要存在，只要你給一個眼神，家門就能為你打開;

　　去銀行取款，無需帶卡，刷臉即可，也不必?fù)?dān)心賬號被盜;家中來了陌生人，視頻監(jiān)控會立即發(fā)出報警聲;網(wǎng)上購物，只要看一下攝像頭，就能實(shí)現(xiàn)資金的支付和流動;登陸社交網(wǎng)絡(luò)，可以瞬間找出同一張臉出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)好友圈中的所有照片;超市老板根據(jù)人臉分析結(jié)果，就能統(tǒng)計當(dāng)天光顧的客戶數(shù)量和年齡分布，用以分析銷售情況，廣告商也能據(jù)此提供更為精準(zhǔn)的定向廣告;想要進(jìn)行盜竊等犯罪活動的人也得好好掂量掂量，不存在偽造身份的可能，還有無處不在的攝像頭能快速“揪出”壞分子……

　　“生物識別技術(shù)在社會中的廣泛應(yīng)用，能夠全面提高人們生活的安全系數(shù)，實(shí)質(zhì)上也能提升人與人互信的基礎(chǔ)。”孫哲南認(rèn)為，這些獨(dú)一無二的身體密碼的實(shí)際應(yīng)用，最終會改變?nèi)藗兩钆c交往的原貌。