生物识别之虹膜识别

当今，随着生物识别的不断兴起，虹膜识别技术得到了很大的发展。虹膜技术可以有效地运用于儿童保护领域。例如，当孩子走失了，我们可以利用虹膜信息找回失踪的儿童。

目前，我国已有部分省市着手为儿童录入虹膜信息，并建立数据库，以提高失踪儿童被找回的几率。此前，虹膜识别技术已成功应用于矿山、金融、移动通信等多个领域，在身份识别方面发挥着非常重要的作用。通过“刷眼”确认身份正被越来越多的人接受和认可。

相比指纹识别和人脸识别，虹膜识别更为精准，误识率可低至百万分之一。眼睛常常被形容为心灵的窗户，其实它也是身份的标识。通过眼睛中的虹膜，我们可以快速准确地完成对身份的识别及认定。

中国科学院院士谭铁牛说：“虹膜是位于人眼表面黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，包含很多相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等细节特征。每个人都有独一无二的虹膜纹理，即使同一个人的左右眼或同卵双胞胎，其虹膜纹理也有显著差异。虹膜识别技术正是通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人的身份。”

相较于生物识别技术中的指纹识别和人脸识别，虹膜识别起步较晚。然而，各类公开的对比测试和实际应用均表明，它是目前最为精准的生物特征识别技术。

首先，虹膜具有极强的唯一性和稳定性。科学研究表明，虹膜是人体中最独特的结构之一，自胎儿发育阶段形成后终生不变，且不因外部干扰而磨损变化。

“其次，虹膜是比人脸和指纹更可靠、更难伪造的生物特征。比如，指纹比较容易磨损和破坏，人脸识别会存在双胞胎难分辨的问题。即使同一个人，随着年龄变化，容貌也会发生改变。而且，整容、不同光照下的表情、姿态等也都会影响识别效果”，谭铁牛说，“而虹膜要想伪造和改变，难度就大多了。虹膜是外部可见的，但同时又属于内部组织，位于角膜后面。要改变虹膜外观，就要冒失明的危险。”

原公安部物证鉴定中心主任、中国工程院院士刘耀说：“通过虹膜识别，生理特征极为相似的同卵双胞胎也能在1秒内进行区分。相较于指纹识别和人脸识别，虹膜识别更为精准，误识率可低至百万分之一。”

不过，要将虹膜识别做到好用和便捷，并不容易。谭铁牛说：“为了舒适性，在拍摄时又不能要求对方扒大眼睛并一直盯着摄像头。在这种情况下，如何方便快捷地获取虹膜图像就成了难题。还有，采集到的虹膜是不是来自活体?会不会来自玻璃眼球、照片等?这些都是需要解决的问题。”

中国建有目前在国际上使用最广泛的虹膜图像数据库

中国虹膜识别研究开始于1998年底。那一年，谭铁牛放弃了英国雷丁大学终身教职，回到中科院自动化研究所组建虹膜识别团队。但由于自主研发虹膜图像获取装置的技术门槛高，研究开展一度受阻。直到2000年，研究团队开发出虹膜识别核心算法和原型系统，才拥有了国内第一套虹膜识别的核心知识产权。

谭铁牛说，虹膜识别主要涉及四大关键技术：

一是虹膜成像技术，解决虹膜图像的有无问题;二是活体判别技术，解决虹膜图像的真假问题;三是质量评价技术，解决虹膜图像质量好坏问题;四是特征表达技术，解决虹膜图像的主体问题。“仅虹膜成像这一项技术，我们就花费了很多精力和时间去攻克。”谭铁牛对当年的情况记忆犹新：“当时，国外机构不出售给我们虹膜采集设备。连获取一些虹膜图像供研究用，也做不到。所以，关键核心技术真的是要不来、买不来、讨不来的，我们必须靠自己，一切从零开始。”

此后经过多年努力，谭铁牛带领团队从虹膜的采集、识别、活体检测等方面逐一攻克技术难关，打破了国际上的虹膜识别技术垄断，从被动转为主动，实现了国内虹膜识别从无到有、从基础研究走向实际应用的跨越式发展。谭铁牛说：“如今，在虹膜图像获取方面，我们已经可以实现从单目到双目的图像获取，实现由近及远的图像获取，以及从固定到移动状态的图像获取。”

据介绍，谭铁牛研究团队自主建设的CASIA虹膜图像数据库是目前在国际上使用最广泛的虹膜图像数据库，有来自180个国家的2万多个科研团队申请使用。研究团队在国际期刊发表论文120多篇，其中包括6篇《IEEE模式分析与机器智能汇刊》(PAMI)长文。

谭铁牛说：“现在我们的技术可以授权到国外去了，也应用到国外去了，很多国家申请使用我们的虹膜数据库，我们拥有了主动权。这充分说明，只有掌握关键核心技术，才能掌握科技发展主动权。”

无论是在国家安全层面，还是在行业级应用层面，虹膜识别技术都有广阔的应用前景。在虹膜识别技术不断进步的同时，它的产业应用也在持续推进。在印度、墨西哥、阿联酋等国家，尤其是在国土安全、反恐防暴、社会安全等高安全需求场景，虹膜识别早已广泛使用。根据咨询机构Transparency Market Research的预计，全球生物识别技术市场规模将从2015年的112.4亿美元，增长至2020年的233亿美元。其中虹膜识别技术排在第二位，预计这一领域市场规模将会以每年28.6%的速度增长，到2020年市场规模达到24.5亿美元。在我国，虹膜识别凭借其超高的精确性，也已经被应用于公安、安防、矿山、金融等多个行业和领域。

中科院自动化研究所旗下企业中科虹霸总经理马力是谭铁牛回国后培养的国内虹膜识别领域第一个博士研究生。在他的印象中，中科院的虹膜识别技术最先应用于国内的矿山领域。马力说：“矿工的出入井核验是矿山管理当中的一个薄弱环节。实行打卡容易出现互相替代的情况，上完班矿山工人们脸和手都黑乎乎的，依靠指纹和人脸也无法识别。于是，他们就想到了虹膜识别技术，并找到我们的研究团队。”

2007年，谭铁牛团队的虹膜识别技术首先应用于黑龙江龙煤集团，此后在全国各大矿山推广开来。如今，通过产学研相结合，中科院自动化所的虹膜识别技术成果转化成效显著。他们推出了具有自主知识产权的虹膜识别系列产品，并成功应用于矿山安全生产、监狱犯人管理、银行金库门禁、军队安保系统等领域，相关产品和技术已出口美国、印度、东南亚、中东、欧洲等国家和地区。

马力说：“目前，虹膜识别技术在印度应用非常成功。印度现在已经有超过12亿人口完成虹膜信息采集，虹膜身份认证很快将应用到印度关乎国计民生的众多领域。”谭铁牛认为，虹膜识别是未来身份认证的发展方向。“无论是在国家安全的需求层面，还是在行业级的应用需求层面，都有非常广阔的应用前景。”同时，谭铁牛也坦陈，目前虹膜识别技术如要在更多领域得到应用，成为普通大众习惯性使用的识别技术，还得在用户体验和成本价格等方面进行完善。

谭铁牛说：“比如，目前市面上很多虹膜识别设备为近距离虹膜识别产品，需要用户主动去配合设备才能完成图像采集，相对于人脸识别，其用户体验较差。同时，研发生产成本还有待进一步降低。”