“互联网+”时代的身份认证—自动化所成功研发移动虹膜识别技术

　　如何标识独一无二的你？在传统社会，身份证、户口簿、银行卡……这些包含着身份、住址、财产的资料是你最重要的标签。可是在互联网时代，这些信息只是“身”外之物，每个人真正独一无二的专属标签是各类生物特征，比如：指纹、虹膜……通过对它们的采集识别，就能认出独一无二的你。 

　　随着智能化时代的到来，今天，科学家们已经让生物特征识别在我们的身旁大显身手。近日，基于中科院自动化所核心技术的中国第一款量产的虹膜识别手机问世，开启了新一代“互联网+”时代的身份认证方式。虹膜手机将成为大家支付的钱包、银行的金卡、开门的钥匙、通关的证件、医保的凭据。 

　　虹膜识别移动终端产品：移动互联时代的身份证 

　　此次发布的中国第一款量产的虹膜手机的核心模块是虹膜识别移动终端产品——IKMobile100，从移动端成像、特征描述与匹配、活体安全防伪、用户交互等方面对移动虹膜识别方案进行深度优化，实现了极致用户体验和高安全性的平衡。 

　　在生物特征中，虹膜图像存在着随机分布的细节纹理特征，具有唯一性和稳定性，每个人的虹膜都是独一无二的。同时，相比于大众熟知的指纹认证，虹膜识别可更好地实现活体检测，能覆盖更广的用户群体，为终端应用提供更高的安全保障。IKMobile100为虹膜识别手机提供了新的身份认证方式，可以通过内置镜头来扫描用户的虹膜特征进行任务身份认定。用户只需短暂凝视屏幕即可自动解锁，进行文档加密、政务系统登陆等。 

　　IKMobile100在硬件上由成像模块和照明模块组成，软件包含算法模块、用户交互模块和应用软件，其技术难点是突破了微型虹膜成像技术，解决了复杂环境光线下低分辨率虹膜图像识别问题，这是虹膜识别技术在软硬件上的双飞跃。 

　　虽然已有不少的应用案例，但将虹膜技术用于手机，对科研人员来说还是一个不小的挑战。由于人的虹膜尺寸很小（直径10mm 左右），而虹膜识别所需要的图像分辨率却很高（至少需要150像素），如何用小巧的近红外光摄像头采集虹膜信息是一个技术难点，必须精心设计成像光路、选择合适的光学器件、使用合适的入射光线，才能拍摄出分辨率高、信噪比高的图像。大到镜头的设计、角度的选取，小到红外光源与摄像头之间的距离，研发人员都要精雕细琢。此外，如何利用低质量的手机虹膜图像进行高精度的身份认证也是一个重大调整，研发团队提出基于定序测量特征的高速虹膜编码和比对算法，二值化的信息处理模型适用于计算能力相对较弱的移动设备。经过不断改进，目前最新开发的IrisKing IKEMB-110双目近距离虹膜成像仪已经可以在20-30cm距离范围通过语音提示、视觉定位等技术采集到合格的虹膜图像，图像识别速度达到1s。 

　　未来，IKMobile100将与多个手机厂商进行合作，并在金融支付、门禁考勤、社保医疗等多个领域进行拓展应用。 

　　二十年积累：从无到有 虹膜研究世界领跑 

　　作为中科虹霸公司的孕育者，自动化所可以说是国内虹膜识别研究的开拓者。1998年，谭铁牛院士回国，认识到对于我国这样一个人口众多、人员流动频繁的大国，虹膜识别技术能够解决大规模人群精确身份识别问题，对国家安全和社会稳定具有重要的战略意义。一直以来，他所率领的研究团队扎根于虹膜识别领域，在国家973计划、863计划、国家自然科学基金等科研项目的资助下，组建了一支包括光学、电路、算法、系统等多学科领域精锐力量的科研团队。 

　　在虹膜识别发展早期，西方大国禁止虹膜采集设备向我国出口。团队在深入研究了虹膜图像采集的技术难点后，立足我国国情、同时结合现有的光学和机械加工水平，经过多次光机电实验，于1999年成功研制出我国第一台拥有自主知识产权的虹膜图像获取装置，填补了国内空白。该装置在摄像头前安装了电控的红外主动照明光源，可以清楚地拍摄出虹膜的细节纹理，并使用毛玻璃环有效地消除虹膜上光源的高光反射点，减少了虹膜图像的噪声。整个装置小巧、灵活、成本低，并可以利用可控的主动光源进行活体检测。第一代虹膜图像获取装置的推出实现了虹膜图像实验数据从无到有的历史性突破，为虹膜识别算法研究搭建了基础性的实验平台。 

　　团队坚持从虹膜图像信息获取的源头进行系统创新，至今已进行了长达20年的持续科研攻坚，推动虹膜图像采集装置的迭代发展。2006年实现双目、声光引导用户自定位；2008年液晶实时反馈、嵌入式、网络化；2009年研发出远距离虹膜人脸一体化成像技术；2014年实现多目标虹膜人脸的计算光场成像。 

　　团队成员先后历经三次技术革新，成功实现从单目到双目、从静态到动态、从近距离到远距离虹膜识别，全面突破了虹膜识别领域的成像装置、图像处理、特征抽取、识别检索、安全防伪等一系列关键技术，不断突破虹膜识别易用性、鲁棒性、安全性、实时性的应用瓶颈，建立了关于虹膜识别比较系统的计算理论和方法体系。 

　　在虹膜采集装置研究的同时，课题组在识别算法上也不断取得突破，先后蝉联国际虹膜识别算法竞赛NICE冠军，负责撰写虹膜识别领域世界上第一部英文学术专著，课题组虹膜识别相关科研成果获得国家技术发明二等奖、第十一届中国专利优秀奖、国家重点新产品等荣誉。 

　　目前，实验室设计建立了目前国际上规模最大的共享虹膜图像库，并在120个国家和地区的15000多个科研团队推广使用，有力推动了全球虹膜识别学科发展。“当我们跨过了虹膜图像信息获取的技术门槛后，也愿意为国际上其他学者提供数据资源，让他们直接站在我们设备和数据基础上，跨入虹膜识别研究的大门。”团队成员孙哲南研究员介绍说。 

　　从技术到产品：打造产学研用的生态链 

　　和自动化所的很多科研项目一样，虹膜识别技术属于具有很强应用性的高新技术。这就注定了其最优的归宿——走向市场，在广阔的市场应用中实现技术的价值。 

　　因其成本和售价远高于指纹识别，并且加上国人对虹膜识别技术的优点认知尚有不足，在虹膜识别技术研发成功后，如何将虹膜识别系统和产品卖出去成了团队一时面临的难题。 

　　团队首先在煤矿人员的上下井考勤和安全监测方面找到了突破口，在2006年通过技术转移成立了中科虹霸公司，其后又得到了林州重机集团控股和联想控股的投资。团队彼时推出的基于虹膜识别技术的矿井人员安全监测考勤产品取得良好效果，广泛应用在河南、黑龙江、新疆、内蒙古、山西、陕西等产煤省市以及神华集团、龙煤集团、中煤集团等大型煤炭企业的数百个煤矿，成功应用于100万名煤矿人员的上下井考勤和安全监测。虹膜识别核心算法和软件授权美国Sarnoff公司和欧洲IrisGuard公司，监狱司法、银行ATM、难民管理等领域数百万用户使用中国创造的虹膜识别算法。 

　　目前，虹膜识别产品则已广泛应用于矿山安全生产、国家安全部门、军队门禁控制、监狱犯人管理、灾区户籍管理、计生人员验证、考生身份识别、银行客户认证等众多领域，被20多个省市的近千万用户注册使用，每天完成几十亿次虹膜比对，已经占据了国内虹膜识别市场70%以上的份额，打破了国外早期的技术封锁和产品垄断并已出口欧美，改变了我国在虹膜识别这一战略高技术领域受制于人的被动局面。 

　　生物识别技术既是模式识别等学科领域的前沿方向，也是保障国家和公共安全的战略高技术，同时，还是电子信息产业新的增长点。时至今日，门禁系统越来越多采用人脸识别方式，苹果iPhone5S已经实现home键设置指纹识别，支付宝也可以采用手势语言对账号进行管理……这些都是生物识别技术给我们提供的现代化生活方式。“生物特征识别技术和产品在边检通关、居民证照、公安司法、金融证券、电子商务、社保福利、信息网络等公共安全领域以及门禁、考勤、学校、医院、场馆、超市等民用领域都得到了应用，成为信息技术的新兴产业。 

　　面向市场应用，在市场中寻求出路，虹膜识别技术成功从实验室走向百姓生活，真正实现了产学研用的结合，打通了虹膜识别从科学研究到产业化的完整链条，虹膜识别科研成果成功实现了技术转移和产业化。 

　　移动互联网+时代已经到来，随着虹膜手机的量产，虹膜认证、虹膜支付、虹膜解锁-----甚至是通过云服务，实现云端远程服务，虹膜技术将为人们带来更为便捷和安全的生活服务。