虹膜識(shí)別技術(shù)研發(fā)走向成像識(shí)別一體化 落地加速

生物識(shí)別技術(shù)在電子終端領(lǐng)域落地應(yīng)用的過程中，安全性能一直是備受矚目的問題。據(jù)媒體報(bào)道，10月24日舉行的GeekPwn國際安全極客大賽上，便有團(tuán)隊(duì)破解了賽事中提供的人臉識(shí)別算法，成功誤導(dǎo)識(shí)別效果。而這一算法的API接口來自于亞馬遜名人鑒別系統(tǒng)（Rekognition）。

這一定程度反映出在人臉識(shí)別領(lǐng)域，算法仍有不斷完善的空間。當(dāng)前被重點(diǎn)研發(fā)和運(yùn)用的生物識(shí)別技術(shù)主要為指紋、面部和虹膜識(shí)別三種。但指紋和面部識(shí)別更為廣泛被運(yùn)用，虹膜則由于信息采集和軟硬件配套等問題，目前尚未大規(guī)模普及。

“針對虹膜圖像的研究已經(jīng)有近20年歷史，第一步解決了從無到有，近距離高清虹膜圖像采集問題；第二步是從單目到雙目；第三步將解決識(shí)別遠(yuǎn)近難題；第四步則可以將識(shí)別形態(tài)從固定深化到移動(dòng)階段。”10月19日舉行的一場業(yè)內(nèi)論壇上，中科院自動(dòng)化研究所研究員孫哲南表示，目前針對虹膜識(shí)別技術(shù)開展的成像技術(shù)框架已和過往有很大區(qū)別。

研發(fā)走向成像識(shí)別一體化

虹膜識(shí)別技術(shù)一直以來被認(rèn)為是生物識(shí)別技術(shù)中安全性更高的一種。這是源于，無論指紋還是面部，在外部環(huán)境乃至于人的心態(tài)等變化之下，或多或少會(huì)有所改變，但若非經(jīng)歷危及眼睛的外科手術(shù)，人的虹膜幾乎會(huì)終生不變。

因此虹膜識(shí)別相比其他兩種技術(shù)，相對更穩(wěn)定、防偽特征更高?！昂缒け旧硎莿?dòng)態(tài)的，瞳孔會(huì)隨著光線而變化，因此從防偽角度就有很大的價(jià)值。”中科虹霸總經(jīng)理馬力如此解釋，主要是通過紅外光下呈現(xiàn)的如斑點(diǎn)、條紋、隱窩等虹膜中的細(xì)節(jié)特征，識(shí)別人的身份。

“相比其他采集的信息，虹膜的物理尺寸小，人的虹膜直徑僅約11毫米，因此虹膜識(shí)別的圖像分辨率要求較高，導(dǎo)致虹膜成像景深比較小，用戶眼睛必須放在光圖上，特別是東方人都是褐色虹膜色素細(xì)胞，采用近紅外光才能看清虹膜紋理細(xì)節(jié)特征?！睂O哲南如此解釋道。

虹膜識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)主要包括四個(gè)部分：虹膜成像技術(shù)、活體判別技術(shù)、質(zhì)量評價(jià)技術(shù)和特征表達(dá)技術(shù)。具體而言，分別解決的是虹膜信息有無問題、圖像真假判斷問題、虹膜圖像的好壞問題以及圖像主體問題。

也即隨著虹膜技術(shù)未來的更大范圍應(yīng)用，不止人臉，運(yùn)用在以動(dòng)物為代表的其他生物等領(lǐng)域中同樣可期。

據(jù)孫哲南介紹，目前其所在團(tuán)隊(duì)研究的成像技術(shù)框架，是在成像過程中，引入認(rèn)知任務(wù)對光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)和計(jì)算成像算法采用自適應(yīng)處理?！拔覀儼压鈭龀上竦难芯砍晒\(yùn)用進(jìn)來，既記錄光的強(qiáng)度也記錄光的方向，可以得到四維光感數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行計(jì)算成像的處理、擴(kuò)展景深。 光場成像對虹膜識(shí)別的價(jià)值在于，可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)、大景深?！?/p>

算法層面的其中一個(gè)關(guān)鍵，是如何有效分割虹膜圖像的有效區(qū)域。進(jìn)行睫毛、眼睛遮擋的分割，表達(dá)虹膜的特征、進(jìn)行合理檢測。

“傳統(tǒng)算法基本只能解決虹膜的分割，對圖像中的像素進(jìn)行語義標(biāo)準(zhǔn)，定義是虹膜區(qū)還是非虹膜區(qū)，在此基礎(chǔ)上，我們提出多任務(wù)的神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，并且?guī)Я酥鲃?dòng)視覺注意機(jī)制。不管是可見光虹膜成像分割、跨設(shè)備、跨場景的虹膜分割，都得到很好的效果?！睂O哲南表示。

雖然當(dāng)前在移動(dòng)終端的應(yīng)用尚未普及開，但據(jù)介紹識(shí)別效果已有大幅提升?！耙苿?dòng)終端光靠虹膜識(shí)別還達(dá)不到非常好的效果，通過虹膜和眼珠問題特征的收集融合，識(shí)別錯(cuò)誤率可以降低50%左右，在移動(dòng)終端錯(cuò)誤率可以達(dá)到千分之五左右，足夠滿足移動(dòng)終端身份識(shí)別的需求?！睂O哲南表示。

但他也指出，目前虹膜成像模式存在成像和認(rèn)知計(jì)算分離問題，即成像和識(shí)別算法尚未一體化。目前的研究方向便是，在成像過程中，引入認(rèn)知任務(wù)的驅(qū)動(dòng)，比如在成像過程中采用動(dòng)態(tài)可變的傳感框架，可以自適應(yīng)選擇最優(yōu)波段、成像光學(xué)參數(shù)、計(jì)算成像算法等，對運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)主動(dòng)式成像。

“在未來，從受控場景到復(fù)雜場景的生物特征，一定會(huì)在感知模式、采集難度等方面進(jìn)一步優(yōu)化。尤其是數(shù)據(jù)量很大的時(shí)候，對于深度學(xué)習(xí)的算法需要繼續(xù)革新。同時(shí)我們也在做遠(yuǎn)距離、多模態(tài)、高通量、無感知的設(shè)備。”中科虹霸總經(jīng)理馬力總結(jié)道。

應(yīng)用場景加速落地

技術(shù)逐步成熟之后，落地的進(jìn)展最先與國家標(biāo)準(zhǔn)建立有關(guān)?！笆濉币詠?，大量虹膜識(shí)別相關(guān)的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開始發(fā)布或立項(xiàng)。

據(jù)馬力介紹，目前已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容指向包括圖像技術(shù)要求、數(shù)據(jù)交換格式、算法測評方法、程序接口規(guī)范等方面；對于采集設(shè)備通用技術(shù)要求方面正在報(bào)批過程中。

實(shí)際上目前政府級別單位掌握的虹膜數(shù)據(jù)遠(yuǎn)比想象中龐大。馬力在前述論壇中介紹，目前全球通過指紋、人臉、虹膜技術(shù)已面向十億以上人口做過采集，而虹膜在全球到目前為止有不到20億的采集數(shù)據(jù)在政府手中。

至于目前在生活中落地較慢的原因，主要與信息采集難度和終端應(yīng)用有關(guān)。拓墣產(chǎn)業(yè)研究院分析師陳彥尹25日告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，由于虹膜辨識(shí)技術(shù)早期的整體技術(shù)尚不夠成熟、建置成本過高，因此只有如金融機(jī)構(gòu)這類最在意安全性及隱私的地方采用居多。這幾年隨著各類型生物辨識(shí)技術(shù)成本下降，全球都更重視以此帶來的價(jià)值。

“虹膜辨識(shí)與人臉辨識(shí)的確是最常被拿來做對比，因?yàn)閮煞N技術(shù)都屬于不需要像指紋辨識(shí)一樣碰觸感測設(shè)備的技術(shù)。但針對國內(nèi)政府近幾年想在眾城市推行的安防概念來說，其推行難度比人臉辨識(shí)大許多。雖然兩者都是針對拍回的圖像進(jìn)行辨識(shí)，但在相對遠(yuǎn)的距離之下，拍眼睛及人臉?biāo)鶄骰氐膱D片大小、清晰度等都會(huì)有較大落差，容易造成虹膜辨識(shí)所需要的生物特征值不足問題?！彼忉尩?。

若從移動(dòng)終端的應(yīng)用角度分析，則與終端本身的軟硬件配套有關(guān)。手機(jī)就是最直接的場景，如面部識(shí)別之所以在今年開始大規(guī)模采用，很大程度來自于去年底，蘋果推出的iphone X開始大規(guī)模運(yùn)用到面部識(shí)別技術(shù)。此后軟件配套不斷豐富，才有了更多使用場景落地的可能。

當(dāng)然這是消費(fèi)終端，在許多海外國家，其實(shí)早已開始虹膜識(shí)別的場景應(yīng)用。“虹膜識(shí)別整體增長速度非?？欤磕陱?fù)合增長率可以達(dá)到20%以上。”孫哲南介紹道，除了常規(guī)2G（政府）方面落地較快的安檢通關(guān)、反恐等領(lǐng)域，針對特殊人群的識(shí)別、在海外銀行的落地也在快速推進(jìn)。

比如備受關(guān)注的兒童安全方面，當(dāng)前國內(nèi)主要通過DNA驗(yàn)證，但該方式成本較高、檢測時(shí)間長。馬力介紹道，作為公益性項(xiàng)目，中科虹霸已在全國超過20個(gè)省市派出所、幼兒園建立虹膜采集點(diǎn)，面向0-12歲兒童采集數(shù)據(jù)，正是為解決兒童丟失、拐騙等問題。

在印度、印尼、墨西哥、菲律賓等，尤其是東南亞和非洲國家，已經(jīng)出臺(tái)政策推動(dòng)全民采集生物特征。這是把技術(shù)落地在海外的契機(jī)。

“我們已授權(quán)一些國外公司把虹膜識(shí)別技術(shù)用在聯(lián)合國難民營管理，采用虹膜識(shí)別+區(qū)塊鏈技術(shù)，用于管理聯(lián)合國幾百萬難民。”孫哲南介紹道，目前已運(yùn)用在中東、敘利亞、埃及等國家的難民管理。

與人體形態(tài)接近的動(dòng)物領(lǐng)域也有探索，比如寵物狗?！皩櫸锕返纳矸莨芾恚瑐鹘y(tǒng)是打電子標(biāo)簽，但這對狗是一個(gè)傷害。現(xiàn)在已有地方采用虹膜對狗建立檔案，運(yùn)用在寵物醫(yī)院、日常管理等方面。”據(jù)孫哲南介紹，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確率可達(dá)99.9%以上。