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扒一扒《碟中碟5》背后的生物識(shí)別技術(shù)有哪些?

時(shí)間:2015-09-15 09:23:43 來(lái)源:深圳市智慧安防行業(yè)協(xié)會(huì) 作者:雷鋒網(wǎng)

　　幾乎每部“碟中諜”，都會(huì)在生物識(shí)別領(lǐng)域引起一場(chǎng)熱烈討論，以至于這部電影被戲稱為“生物識(shí)別技術(shù)的廣告宣傳片”。比如用虹膜解鎖拯救世界的緊急任務(wù)，或戴著橡膠面具騙過(guò)人臉識(shí)別溜進(jìn)克里姆林宮，這都是伊森·亨特最親睞的“黑科技”橋段。
　　
　　本文作者宮雅卓，聚虹光電創(chuàng)始人，上海交大博士。對(duì)生物特征識(shí)別有所研究，尤在虹膜識(shí)別領(lǐng)域有15年的專研。他將帶來(lái)《碟中諜5》系列科普，本文是視網(wǎng)膜和虹膜識(shí)別的科普——視網(wǎng)膜和虹膜，誰(shuí)才是科幻片最青睞的高科技?
　　
　　
　　
　　幾乎每部“碟中諜”，都會(huì)在生物識(shí)別領(lǐng)域引起一場(chǎng)熱烈討論，以至于這部電影被戲稱為“生物識(shí)別技術(shù)的廣告宣傳片”。比如用虹膜解鎖拯救世界的緊急任務(wù)，或戴著橡膠面具騙過(guò)人臉識(shí)別溜進(jìn)克里姆林宮，這都是伊森·亨特最親睞的“黑科技”橋段。
　　
　　“碟中諜5”中，阿湯哥飾演的伊森·亨特亮出了新技術(shù) —“視網(wǎng)膜識(shí)別”: 一臺(tái)攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)英國(guó)首相的右眼，隨著兩道紅光掃過(guò)，伊森·亨特打開(kāi)了決定人類命運(yùn)的“紅盒子”。我們愛(ài)大片，我們更愛(ài)科學(xué)。同屬于眼睛的兩種生物特征：視網(wǎng)膜與虹膜，到底誰(shuí)更勝一籌?
　　
　　

　　
　　(“碟中諜5”里的視網(wǎng)膜識(shí)別)
　　
　　視網(wǎng)膜VS虹膜: 識(shí)別原理
　　
　　視網(wǎng)膜位于眼球后部，是一層透明的薄膜。視網(wǎng)膜識(shí)別，是用紅外線透過(guò)瞳孔，拍攝視網(wǎng)膜血管的圖像，利用視網(wǎng)膜血管分布的獨(dú)特性進(jìn)行身份識(shí)別。視網(wǎng)膜血管分成兩類：主要血管和毛細(xì)血管，前者特征比較明顯，可用于身份識(shí)別，后者特征尺度太小，無(wú)法用于識(shí)別。
　　
　　虹膜位于眼球前部，是瞳孔周圍具有多種顏色的環(huán)狀組織，位于眼球外部可視表面，被透明的角膜層覆蓋，呈現(xiàn)出一種復(fù)雜的放射狀紋理，這些紋理由很多皺褶、凹陷和突起組成。虹膜識(shí)別，就是采集、提取、分析和比較這些環(huán)形復(fù)雜紋理的差異性。
　　
　　

　　
　　(眼睛結(jié)構(gòu)圖)
　　
　　視網(wǎng)膜與虹膜都是眼部的生物特征，都被眼瞼和角膜所保護(hù)，比指紋、人臉等外部特征具有更高的穩(wěn)定性，不容易受到外界環(huán)境的影響和傷害;視網(wǎng)膜與虹膜的采集，都需要借助專用的紅外照明和成像設(shè)備，不可能被輕易地復(fù)制和仿造。
　　
　　從原理評(píng)估上看，雙方平手。
　　
　　視網(wǎng)膜VS虹膜: 多樣性與穩(wěn)定性
　　
　　特征多樣性，就是特征的豐富程度，是識(shí)別精度的最重要基礎(chǔ)，多樣性越高就意味著識(shí)別精度越高。
　　
　　　　
　　(左：虹膜，右：視網(wǎng)膜 。你猜哪一個(gè)特征更豐富?)
　　
　　視網(wǎng)膜的血管和虹膜的紋理，都被認(rèn)為是具有高度多樣性的生物特性。虹膜特征多樣性的數(shù)量級(jí)，達(dá)到“2的263次方”，這一驚人指標(biāo)被認(rèn)為是所有生物特征中最高的。理論上計(jì)算，只要特征被完整采集，虹膜的多樣性足以支持全世界70億人的身份識(shí)別。實(shí)際應(yīng)用中，優(yōu)秀的虹膜識(shí)別技術(shù)商能夠降錯(cuò)誤率降低至500萬(wàn)分之一。
　　
　　雖然視網(wǎng)膜特征多樣性的數(shù)量級(jí)，目前還沒(méi)有權(quán)威機(jī)構(gòu)公開(kāi)發(fā)表的數(shù)據(jù)，除了美國(guó)Orkand公司1990年4月發(fā)表的《個(gè)人識(shí)別工程：最終報(bào)告》( Personal Identifier Project: Final Report )之外，沒(méi)有更多的參考資料，但是學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為視網(wǎng)膜的多樣性可以支持高精度的身份識(shí)別。
　　
　　從多樣性評(píng)估，虹膜占據(jù)上風(fēng)。
　　
　　一種生物特征能否被選擇成為身份識(shí)別的可靠手段，除了多樣性以外，穩(wěn)定性是另一個(gè)必須考量的重要因素。
　　
　　受限于人類的碳基生命形式，衰老是不可避免的，如大劉所說(shuō)：一切速朽，死神永恒。衰老有兩種不同的形式，一種是正常情況下出現(xiàn)的生理性衰老;另一種是疾病或外傷引起的病理性衰老。在衰老過(guò)程中，一種生物特征能否始終保持穩(wěn)定，將嚴(yán)重影響識(shí)別精度和使用體驗(yàn)。
　　
　　視網(wǎng)膜，是一層非常脆弱的薄膜，一旦眼睛收到?jīng)_擊，如遭遇一次并不嚴(yán)重的交通事故，就可能造成血管出血甚至視網(wǎng)膜脫落，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行視網(wǎng)膜識(shí)別。某些疾病也會(huì)改變視網(wǎng)膜血管的特征，醫(yī)學(xué)上利用這一現(xiàn)象，通過(guò)眼底血管造影觀察視網(wǎng)膜血管的變化，并將其發(fā)展成為一種常規(guī)的診斷手段，如青光眼會(huì)壓迫視網(wǎng)膜血管，糖尿病會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜血流異常，血管硬化也會(huì)改變視網(wǎng)膜血管形態(tài)，以上三種常見(jiàn)病都會(huì)影響視網(wǎng)膜識(shí)別的精度。
　　
　　虹膜，在胚胎發(fā)育期形成，從出生后6個(gè)月直到死亡都保持不變，影響虹膜特征的疾病非常少，目前只有虹膜黑素瘤一種，而且發(fā)病率極低。此外，嚴(yán)重的眼外傷才會(huì)影響虹膜特征，而一般的眼科手術(shù)如近視眼矯正手術(shù)、白內(nèi)障手術(shù)、青光眼手術(shù)都不會(huì)對(duì)虹膜識(shí)別造成影響。
　　
　　從穩(wěn)定性評(píng)估，虹膜優(yōu)勢(shì)明顯。
　　
　　視網(wǎng)膜VS虹膜：用戶體驗(yàn)
　　
　　視網(wǎng)膜和虹膜，都是非接觸采集，都要比指紋、掌紋、指靜脈等接觸式采集方式更友好、更衛(wèi)生，但兩者在用戶體驗(yàn)上，依然存在差異。
　　
　　視網(wǎng)膜圖像要在半英寸(1.27cm)的近距離內(nèi)采集，而且只能采用單攝像頭，即一次采集一只眼睛。影片“碟5”對(duì)視網(wǎng)膜采集過(guò)程的描繪幾乎是完全準(zhǔn)確的：摘掉用戶的眼鏡，將采集設(shè)備對(duì)準(zhǔn)某一只眼睛，接近到幾乎貼在眼睛上，保持靜止2~3秒，才可以完成視網(wǎng)膜掃描過(guò)程。
　　
　　


　　
　　國(guó)際知名的NGO組織電子前沿基金會(huì)(EFF，Electronic Frontier Foundation)在一份調(diào)查報(bào)告中給予視網(wǎng)膜識(shí)別負(fù)面的用戶體驗(yàn)評(píng)價(jià):
　　
　　一些用戶反饋在視網(wǎng)膜掃描過(guò)程中感到不舒適，它無(wú)疑是一種“更具侵犯性”的生物識(shí)別技術(shù)。
　　
　　(原文評(píng)價(jià)：It's definitely one of the more intrusive biometric technologies, with some subjects reporting discomfort at the scanning method.)
　　
　　虹膜圖像在30厘米的距離范圍內(nèi)采集，而且在采集過(guò)程中用戶無(wú)需摘下眼鏡，只需要以自然的方式注視一面長(zhǎng)條形鏡子中的眼睛鏡像，即可同時(shí)完成雙眼虹膜圖像的采集。
　　
　　相較于視網(wǎng)膜圖像半英寸(1.27cm)的采集距離，虹膜識(shí)圖像在30cm距離被采集顯然更方便、更舒適，雙眼虹膜同時(shí)被采集，也意味著更高的采集效率、更高的識(shí)別精度。近年來(lái)，遠(yuǎn)距離虹膜識(shí)別成為新興的研究熱點(diǎn)，有望在1~3米甚至更遠(yuǎn)的距離完成虹膜圖像采集，目前已有原型機(jī)推出，但由于成本高昂并未被大規(guī)模使用。國(guó)際知名的NGO組織電子前沿基金會(huì)在同一份調(diào)查報(bào)告中給予虹膜識(shí)別更積極的用戶體驗(yàn)評(píng)價(jià):
　　
　　虹膜識(shí)別具有“易用性優(yōu)勢(shì)”，它僅僅要求用戶在3~10英寸以外注視攝像頭即可。
　　
　　(原文評(píng)價(jià)：Iris recognition has an advantage in ease of use, in that it merely requires the subject to look at a camera from a distance of three to ten inches. 可參看EFF報(bào)告全文)
　　
　　從用戶體驗(yàn)評(píng)估，虹膜完勝。
　　
　　視網(wǎng)膜VS虹膜: 大片里的酷炫科技實(shí)現(xiàn)了嗎?
　　
　　今天，視網(wǎng)膜和虹膜這兩項(xiàng)“黑科技”，都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。
　　
　　美國(guó)Iridian公司，由虹膜識(shí)別技術(shù)創(chuàng)始人John Daugman博士創(chuàng)立，是國(guó)際上最知名的虹膜識(shí)別算法供應(yīng)商，為L(zhǎng)G、松下的硬件產(chǎn)品提供虹膜算法授權(quán)，該公司后被收購(gòu)，目前隸屬于法國(guó)Safran集團(tuán)。
　　
　　中科院自動(dòng)化所和上海交通大學(xué)圖像所，是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)始虹膜識(shí)別研究的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，都有近15年的技術(shù)積累，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虹膜識(shí)別算法，并已在在煤礦、電力、公檢法、信息安全等行業(yè)都有應(yīng)用案例。
　　
　　視網(wǎng)膜識(shí)別技術(shù)的市場(chǎng)化情況尚不明朗，成立于1976年的美國(guó)EyeDentify公司是其中的代表。但是由于視網(wǎng)膜識(shí)別的易用性存在先天缺陷，對(duì)用戶的侵犯性較強(qiáng)，因此并未真正商業(yè)應(yīng)用。國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有科研機(jī)構(gòu)或商業(yè)機(jī)構(gòu)從事視網(wǎng)膜識(shí)別技術(shù)的研究，也沒(méi)有啟動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)化。
　　
　　綜上，視網(wǎng)膜和虹膜，從多樣性、穩(wěn)定性、用戶體驗(yàn)、產(chǎn)業(yè)化程度來(lái)評(píng)估，顯然虹膜更具優(yōu)勢(shì)，它成為“碟中諜”系列曝光度最高的生物特征，也就一點(diǎn)都不奇怪了。
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