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【走访 课题组】之六:生物识别与安全技术研究中心李子青研究组

  • 发表日期:2013-07-30 【 【打印】【关闭】
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    近日,《科学》杂志在目录页以图片导读的方式,刊登了《中国聚焦生物特征识别》一文,介绍了中国在生物特征识别国际前沿领域的研究进展以及在实际应用中取得的成绩,并介绍了研究所李子青课题组在面向公共安全的海量视频数据分析上的研究和应用——海量视频分析研判系统,以及解决光照变化和人脸防伪难题的近红外及多光谱人脸识别技术创新。为一睹课题组科研成果及团队风采,【走访·课题组】小组于近期进行了走访。

     

    “瞄准了就坚定地走下去”

     

    走出自动化大厦12层的电梯,蓝底的亚克力板上一个形似于眼睛的LOGO映入眼帘,“生物识别与安全技术研究中心(Center for Biometrics and Security Research,CBSR)”的标识如同一个迎宾礼仪似乎在告诉笔者,这里就是要访谈的课题组所在地。

    课题组成员雷震博士介绍说,人脸识别研究开始于2004年,李子青研究员进入自动化所,担任生物识别与安全技术研究中心主任。

    当时,中心除李子青研究组外,还包括了胡卫明研究组、谭铁牛研究组、田捷研究组,从事人脸、虹膜、指纹等生物特征识别研究,是国内外为数不多的,也是国内最大的专业从事生物特征识别的研究机构。中心有着明确的目标定位:以满足社会与国家重大战略需求为导向,致力于建设国家级的生物特征识别研究与测评机构,进行国际先进水平的基础研究与应用开发,建立一个以政府推动为基础、以各行业应用为服务群体的协作平台,共同推进生物特征识别技术的发展,为提升中国生物特征识别产业的国际竞争力,保障信息时代的国家、社会与个人安全做出贡献。

     

    访谈现场

     

    走访当天,恰逢课题组长李子青研究员出国参加国际会议,我们便把访谈的地点选在了他的办公室。茶几上放着一摞书籍,《生物特征识别百科全书》和《人脸识别手册》、《图像分析中的马尔可夫随机场模型》很是醒目。据雷震介绍说,《生物特征识别百科全书》是受 Springer 之邀主编的,而《图像分析中的马尔可夫随机场模型》(Springer 1995, 2nd edition 2001, 3rd edition 2009) 被誉为是图像分析领域里程碑,他引超过2000次(by Google Scholar)。

     

     

     

     

    在问及人脸识别研究的起始时间时,雷震博士告诉笔者说:“如果从李子青老师博士阶段着手人脸识别研究算起,至今已有二十多个年头了。”

    据介绍,前几年国内外的生物特征识别技术发展火热,不少知名高校、研究所和公司都把目光聚焦到生物特征识别技术的研究和发展上。美国麻省理工学院(MIT)的Media lab,AI lab,CMU,微软,剑桥大学等;国内除课题组外,还有清华大学、计算所等。

    “当时市场上的人脸识别技术产品,除了价格昂贵的3维人脸技术产品外,基本都是基于可见光图像的。而基于可见光图像的人脸识别技术对环境光的影响有着难以克服的缺陷,当识别时的环境光与注册时的不同,识别性能会有较大下降,无法满足实际系统的需要。如何消除环境光照对人脸识别的影响成了困扰人脸识别领域的最具挑战性的难题。”

    为了有效解决光照等因素的制约,课题组对影响人脸识别的环境因素做了细致的研究,力求让人脸识别在多种背景环境下得到更精确的识别结果。经过刻苦攻坚,课题组于2005年成功研发了近红外的人脸身份识别技术和系统,有效解决了不同环境光照下准确的人脸识别问题。

     

     

    不仅如此,课题组还成功研发了中远距离人脸识别系统,在中远距离人体姿态相对自由条件下进行人脸跟踪和识别,可在人脸图像分辨率较低、场景复杂多变、多姿态、人员相互遮挡等复杂情形下快速、准确、实时地检测、跟踪和识别多个人脸,检测率大于99%(距离6米),识别率大于 90%。

    随着课题组研究的深入和拓展,课题组陆续吸纳了数十名硕、博士研究生,并成立了博士后培养站点。经过多年的发展,课题组在多个方向上获得了重要进展,其主页上排列着如下重要成果:视频浓缩、人数统计、人脸检测与跟踪、多目标遮挡跟踪、目标检测、跟踪与分类、异常行为检测与报警、交通车辆计数演示、主从摄像机跟踪、多摄像机数据融合(全景监控地图)……

    目前,课题组在相关领域开展了多个国家科学研究项目和重大应用工程项目,在相关领域获准和申请专利10余项,已经完成的项目包括国家自然科学基金项目《基于机器学习和信息融合的人脸识别方法》、国家科技支撑计划《社会治安动态防范系统中视频图像的智能分析处理应用技术研究》、863研究课题《多模态融合生物识别新方法及其识别算法有效性评测技术》、《基于视觉感知与认知机理的图像分析与识别系统》、《自助通关系统中的人脸识别技术研究》、《面向公共安全的大范围智能视频监控与预警系统》、《面向Linux的身份认证软件平台》,等等。

     

     

     

    李子青研究员还领衔课题组成员参与制定ISO/IEC JTC1/SC37“近红外人脸识别”相关国际标准、ISO/IEC JTC1/SC37 (29794-5) Biometric Sample Quality - Part 5:Face Image Data Sample Quality、SAC/TC100/SC2 人体生物特征识别标准系列,等等。

     

     

    课题组所有这些成果不只是在国内开花,也获得了国外同领域专家学者的高度认可。文珑银博士告诉笔者,今年10月去意大利参加2012年欧洲计算机视觉国际会议(European Conference on Computer Vision 2012),在自己提到是李子青老师的学生时,不少国外参会学者也立即分享起和李子青老师共事的经历。

    尽管已经在人脸识别领域获得了高度的认可,课题组成员也坦言:“技术上的障碍一直都伴随着研究工作,但我们瞄准了前进的方向,只要我们坚定的走下去,相信通过我们的努力,困难将会逐一攻克。”

     

    “让科研成果真正的走向社会应用”

     

    在课题组的系列成果中,几项面向国家重大需求的项目均已经得到成功应用。2008年5月,课题组研发的“中科奥森”人脸识别系统和智能视频监控系统在全国科技周上一展出,便受到高度关注,声名鹊起。随后,8月8日,课题组研制的具有完全自主知识产权的人脸识别系统被应用在北京奥运会开闭幕式上。这是奥运史上首次将人脸识别高科技引入安保,实现了开闭幕式上对门票持有者进行实名制查验和人员身份识别,为奥运安保大系统提供了决策支持依据。

     

     

    两年后的2010年,课题组研发的嵌入式人脸识别门禁系统成功应用于被誉为世界经济、科技、文化“奥林匹克”的世博会上。组员敖萌于2003年入所攻读硕博学位,毕业后留所工作。他分享了自己在世博会现场的见闻:“当时我们研发的嵌入式人脸识别门禁系统就安装在重要区域的门口,与电子锁相连,安保人员站在门禁系统前,无需参观者出示卡、密码等物件,在极短的时间内就完成了人脸特征提取、比对和确认等一系列程序,同时对出入口进行放行、拒绝、记录等操作,有效控制了非责任区人员的进入,有效预防了潜在威胁,确保了责任区的安全。”

     

     

     

    世界上最大的通关点深圳,每天有60万人次进出,在那里“中科奥森”接受住了检验——通关时间由最初的每名旅客13秒,提高到6秒,识别率高达99%。

    近年来,物联网成为计算机领域及社会各界关注的热点。2009年11月12日,中国科学院为落实温家宝总理关于建设“感知中国”的重要指示,与江苏省人民政府、无锡市人民政府签署了在无锡共建中国物联网研究发展中心协议,重点开展先进传感器及模块、通信系统及器件、光通信器件及模块、无线信息系统及网络等技术研发。课题组结合自身的技术优势,抓住这一重要机遇,代表研究所参与共建智能视觉物联网研发中心。

     

    课题组于2010年4月首次提出视觉物联网标签系统,2010年7月以“智能视觉物联网及其公共安全应用”创意参加“2010中国物联网创意和应用设计大赛”。大赛在全国范围内共征集到作品2500余件,经过网上公示及专家评审,初选出优秀作品共计107件进行展出,其中,个人创意作品87件、机构作品20件。课题组项目“智能视觉物联网及其公共安全应用”在此次大赛中脱颖而出,入选参加9月举办的“2010中国物联网创意和应用设计大赛优秀作品展”。

     

     

     

    组员易东现在驻点无锡,主要负责课题组在无锡的物联网相关研究工作。“智能视觉物联网涉及物联网的视觉感知部分,利用各类图像获取传感器,包括监控摄像机、手机、数码相机,获取人、车、物图像或视频,并采用智能分析技术对视觉信息进行处理,为后续利用提供支撑。”“智能视觉物联网通过与非视觉物联网的融合与协作应用,将实现物联网对经济社会发展的影响和促进。”

    据介绍,课题组还于2004年着手智能视频分析方向的研究,重点面向公安、安防等部门的需求,其研究成果也已经在无锡公安得到了示范应用。组员廖胜才主要从事跨摄像机目标检索与轨迹挖掘研究,他以周克华案来讲述了这一方向的未来应用:“周克华在南京作案后,当地公安采取人工排查的方式,从海量视频中检索信息,花费了大量时间和精力获取信息,如果能够引入智能视频分析技术,将会大大缩短信息检索的时间。”

     

     

    “科研之余我们还有丰富多彩的生活”

     

    “二十多年的积累,李老师对于这个领域有着敏锐的洞察力和判断力,很多次开始听他说时会感觉不太认同,但随着时间推移,就会越来越发现李老师判断的正确性。”博士生胡杨告诉笔者。

    课题组的研究生们在谈及能够在人脸识别课题组学习的感受,显露出几分庆幸的神态。“课题组的老师在学业上要求比较严,我们博士生需要2篇顶级会议论文才能达到毕业的起码要求。虽然比较辛苦一些,但临近毕业时总是会为自己积淀的成果而欣慰。”笔者通过查询得知,课题组在今年已经结束的CVPR 2012和ACCV 2012上各有3篇论文被接收。

    走访的过程中,我们也被课题组丰富多彩的业余生活所深深吸引。据学生们透露,李老师的兴趣很多,爱音乐、爱文学、爱爬山。科研之余,他可以海聊巴赫、德彪西、王蒙、莫言。古典、新世纪、先锋文学、魔幻现实主义……让人感觉到他身上的艺术气质远远盖过学者理性,甚至拥有一个“北京阿波罗音乐台”。无疑,这些都给课题组增添了更多轻松的话题,也让整个课题组充满了活力。

     

     

     

    课题组成员告诉笔者,大家虽然都有很重的科研任务,但绝不只是专攻于科研,各种各样的文娱活动也为科研添加了趣味。2011年一年一度的自动化所运动会上,CBSR Li-group 博士后陈水仙取得女子跳高第一名的好成绩。另外参加运动会的还有,敖萌、易东、洪淼、祝健飞等。CBSR Li-group 共参加了本次运动会的拔河、集体跳绳、跳高、女子100米,男子400米多个项目。此外,课题组还筹办CBSR趣味运动会,设计团体跳绳,拔河,躲沙袋等项目。李子青老师也会参与其中,和大家没有任何身份的差别,放下了老师的身份,和大家一起开心快乐。

     

     

    课题组于2007年6月1日设立了阿波罗阳光(Apollo Sunshine)基金,由课题组学生自发组织,得到了李子青老师的积极支持。据介绍,其主要目的是救助失学儿童,也包括其他援助项目。基金由研究组成员自愿捐献,李老师做相应总数的“匹配”,每月定期收取并存入专门银行帐户。阿波罗阳光基金小小的爱心,带动了周围的人。现在除了研究组成员外,还有外来的朋友与合作单位成员的积极加入。目前,已经实施的资助计划包括自动化所“晴隆计划”希望工程活动、“麦田计划”拯救大山母亲活动、“向实行计划生育的贫困母亲献爱心”活动等十余项。

    2011年2月,也就是去年的春节期间,一项“随手拍解救被拐儿童”的微博“打拐”活动备受社会关注。网友们用手机拍下路上遇到的疑似被拐卖的乞讨儿童照片发到网上,这些零散的自发活动,与公安部门、媒体、人大代表及政协委员等社会力量结合在一起,迅速形成舆论焦点,找到了一些被拐儿童。 

    课题组结合自身的技术优势,迅即发起了“宝贝回家”行动。“这种使用手机等手持式终端的三网融合的人脸识别系统用于打拐时,至少有以下两大好处:一是隐蔽方便,发现可疑迹象时,路人用手机即可随手拍摄,不易被察觉。二是反应迅速,从上传照片,到获得数据库中的反馈结果,不超过10秒钟。也就是说,一旦数据库完善起来,不足10秒钟,志愿者就可以确认自己的怀疑是否准确,从而决定是否需要报警处理。”

    “随着智能手机越来越普及,定位系统也越来越准确,如果有一个很好的公益平台,小孩一旦走失,将他的照片通过这个公益平台,在第一时间群发到离失踪地最近的人的手机里,就可能很快找到线索,将可以帮助被拐孩子早点回家。”