探寻虹膜识别背后的身份密码 | 硬创公开课

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雷锋。com出版社:这篇文章是由上海光电科技有限公司首席执行官龚在雷锋活动上的讲话汇编而成的。努力工作的公开课。龚，上海交通大学工学博士，从事虹膜识别研究15年，是中国最早、最具实力的虹膜识别团队的核心骨干成员。龚也是雷的专栏作家。对虹膜识别技术感兴趣的童鞋可以移至龚的专栏(点击查看)

虹膜识别如何识别独一无二的你？虹膜识别是目前的一项新技术。在生物识别领域，它实际上被认为在一定程度上取代了今天的指纹和人脸识别，也是准确度最高的生物识别技术。因此，在某种程度上，我们今天分享的是着眼于未来的分享。

任何对这个话题感兴趣的人都可以在许多好莱坞大片中看到虹膜识别的场景，如汤姆·克鲁斯的《少数派报告》、施瓦辛格的《真实的谎言》和《查理的天使》等。

这些好莱坞大片实际上展示了许多关于虹膜识别的场景，这些场景非常酷，看起来很有未来感。特别是在十年前的《少数派报告》中，一位炙手可热的未来学家凯文·凯利被邀请为他的科学顾问。

在他对未来的展望中，凯文凯利认为人们能够被识别的最重要的特征是虹膜。因此，在《少数派报告》中，我们可以看到主角汤姆·克鲁斯在各种场景中被虹膜识别系统跟踪，无论是地铁、酒店、酒店还是购物中心。

最后，主人公不得不通过更换眼球来避免被虹膜识别自动系统跟踪，并最终洗清了自己的冤屈。当然，这个场景本身很科幻。事实上，我们今天研究的一些产品和技术已经达到了好莱坞大片的效果。

事实上，许多关于虹膜识别技术的研究源于人们对未来和人类身份的想象。

在照片中，我们可以看到许多好莱坞场景中关于虹膜识别的介绍，包括《查理的天使》、《偷窃天堂的陷阱》、《少数派报告》和《真实的谎言》。

所有这些虹膜场景似乎都是在未来使用的，今天我们实际上可以使用我们已经获得的虹膜识别技术来呈现给大家。

1.虹膜识别五项全能

这张照片是虹膜的基本组成。可以看出，虹膜实际上是围绕瞳孔的一个圆。灰色结构中间的黑色圆孔叫做瞳孔。虹膜在瞳孔周围形成一个环。红魔鬼的外部由一个白色区域组成，通常称为巩膜。

虹膜上面是上眼睑，下面是下眼睑，中间的环呈现放射状纹理。西方人是蓝色和绿色的，还有一些浅黄和浅绿的部分。西方的虹膜纹理非常清晰，而东方的虹膜纹理是黑色或深棕色。在可见光下，东方的虹膜是黑色的。

虹膜实际上有几个特征。我们可以看到，我们被分为以下五类，我们通常称之为五项。

首先是最高的精确度

虹膜是目前最精确的生物识别技术，远远超过了广泛使用的指纹和新兴的人脸。

1993年，剑桥大学的道格曼博士首次从理论上证明了虹膜识别技术的可行性。他认为虹膜识别可以提供像2263这样的高度多样性。这是什么概念？如果世界上有70亿人，每个人都可以用虹膜来识别自己的身份，这仍然是可以支持的。

dna的准确性受到条件的限制

一些朋友可能会问这个问题。我认为虹膜可能是最精确的，但dna是最高的，因为医学研究的结果表明，dna似乎能识别每个人的特征，而且它是遗传的。我们可以从各种犯罪电影中得出这样的结论，但有一定的条件。例如，同卵双胞胎，无论是男性还是女性，都有很高的dna符合率，可达99.999%以上。

德国曾经有过这样一个案例，一对孪生兄弟参与了一场抢劫，他把自己的头发和头皮屑留在了现场。德国检察院收集了这些特征并进行了测试，但验证的结果是，无法判断谁在现场留下了痕迹。为了确保法律审判的公正性，两兄弟最终被宣告无罪。这是日常生活中使用dna的一个问题。对于同卵双胞胎，没有办法准确地判断两者，因为遗传的生物特征信息几乎是相同的。

其次，dna还有其他问题，比如容易被污染。一般来说，当我们非侵入性地收集dna时，我们使用口腔腭细胞，也就是说，我们用棉签在我们的上腔轻轻刮你的腭，收集的上皮细胞可以用来测试dna。在这个过程中没有出血，所以这是非侵入性检查的最佳结果。但实际上，口腔很容易被异物污染，比如中午吃的猪肉和烤鸡，所以口腔最后一个细胞中可能会残留大量其他生物体的dna样本，这可能会干扰检测。

其次，dna检测的问题是它不是实时的。Dna亲子鉴定是日常生活中最常见的一种，需要两三天才能得出结果。我们很难想象当我通过dna测试进入一扇门时，我必须在门外等三天。

第二个特点:最方便随身携带

每个人都有自己的眼睛，所以只要他们有眼睛，他们就可以通过虹膜识别来识别自己。你不必担心你是否没有钥匙、忘记密码或带身份证。

第三个特点是它将终生保持不变

虹膜实际上是受眼睑保护的组织，它总是被眼睑挡住，所以在一般的生活过程中不容易受到创伤。

其次，虹膜本身不容易被疾病侵袭，而我们日常生活中常见的红眼病、沙眼性结膜炎和近视手术也不会影响虹膜纹理。唯一可能影响虹膜纹理的疾病称为虹膜色素瘤，红色色素瘤的发病率很低。因此，湖北省很少有此类疾病的病例。

第四个特点:非接触收集是最卫生的

指纹识别实际上是联系人收集的最典型特征。接触式采集的最大问题是，每个被采集的人都必须将手指按在一个普通的传感器上，这个传感器可能被很多人接触过，会留下很多汗渍、灰渍和油渍。在重复使用这个传感器的过程中。你被其他人可能的携带者所污染，尤其是在今天的h1n1/hdn9、禽流感、猪流感、非典等传染病中，它们带来的危害越来越大。因此，接触式生物识别在今天越来越受到挑战，用户的接受度越来越低。

虹膜作为最典型的非接触特征，在使用过程中不需要任何身体部位接触虹膜采集设备。一般来说，可以在大约20-30厘米甚至1-1.5米的距离获得准确和清晰的虹膜图像。这将使我们在使用类似的识别技术时心理压力最小，并且不容易受到恶性传染病的威胁。

第五点:虹膜识别不能伪造。许多生物识别技术实际上被虚假特征所困扰，比如指纹。如果我们在淘宝上花十美元或二十美元，我们可以伪造一个硅胶指纹盖，并把它放在你的手上来愚弄指纹识别系统。目前，学术界有一些用假虹膜纹理欺骗虹膜识别设备的案例。最重要的原因是虹膜本身是一个覆盖在透明结构下的物体。事实上，我们的镜头覆盖了虹膜表面。镜头表面的区域非常特殊，在红外光的照射下可以显示出特殊的光斑。然而，这种球形特征不能被虚假的生物特征所取代。

虹膜是一种特殊的生物，在不同的光谱照明下会呈现不同的颜色或灰度。这一特征在多光谱照明下已经成为虹膜很好的防伪特征。

2.为什么虹膜识别设备不受欢迎？在这里，我们选择指纹手掌形状，脸和虹膜进行比较。

纵轴是我们比较的多个维度，包括准确性、防伪稳定性和特征多样性。从上图中，我们可以看出iris在上述四个指标中具有整体优势。那么，既然红膜可以完全克服其他生物特性，为什么在日常生活中很少见到呢？

答案很简单，虹膜识别设备很贵。

虹膜识别市场怎么样？

1.谷歌、苹果、3m等。已经花费了大量的资金来获得识别技术公司的当前生存识别领域，并且许多大公司已经开始用原始技术来竞争一些生物识别制造商。

我们在日常生活中也看到越来越多的生物识别产品，比如谷歌在安卓平板电脑中集成的人脸识别。苹果在iphone 6上增加了触摸标识，这意味着指纹识别，三星也在galaxy s5上增加了指纹识别，微软的xbox游戏机增加了表情识别。

大公司将生物识别技术视为最重要的技术储备，并花费巨资收购苹果、谷歌、3m和safran等科技公司。事实上，许多国家已经开始在全民平台上实现虹膜注册，以满足公民身份的需求。

2.印度和阿富汗等国家虹膜收集项目。看看这幅图，我们可以发现有几个国家的例子，首先是印度。自2009年2月以来，印度已经启动了名为aadhaar的国家虹膜注册机。根据计划，到2017年，虹膜注册总数将在八年内达到12亿。到目前为止，印度已经登记了9.5亿人口，拥有世界上最大的虹膜特征数据库，这是非常了不起的。

第二大城市是墨西哥，自2011年以来，虹膜识别技术已应用于国民身份证。到2013年，该项目第一阶段的注册人数已达到2800万。

第三个是阿富汗。2013年，北约部队将虹膜识别技术引入阿富汗，并建立了国家身份验证系统，总人数达160万。许多朋友可能会奇怪，为什么像阿富汗这样的贫穷国家可以使用虹膜识别这种高科技来为全民进行生物认证。

主要来自两个原因。首先，难民署在阿富汗的难民救济项目实际上取决于对阿富汗民族身份的准确识别。如何准确识别他们的身份已经成为联合国难民署面临的一个技术问题，因此虹膜识别被选择。事实上，在引入虹膜识别系统之前，阿富汗还没有准确的生物认证系统，也没有官方发放的身份证，所以经常会出现以下尴尬的情况:

早上，一个留着胡子、戴着头巾的阿拉伯人来了。他宣称自己的名字是穆罕默德，并从难民署拿走了一笔救济基金。下午，同一个留着胡子、戴着头巾的阿拉伯人来了。当然，早上他是穆罕默德，但这次他的名字是阿卜杜拉，他从难民署拿走了一笔救济基金。

另一个原因是阿富汗有大量武装分子。如果他们拿起枪，他们就是恐怖分子。如果他们放下枪，他们会看起来像普通人。那么你如何评价这些人呢？从面部几乎无法判断，从衣服也无法判断。唯一可靠的技术是虹膜识别。

基于以上两个原因，虹膜识别技术已经被阿富汗等国家迅速推广，并在160万用户中获得了很好的体验。

上述案例都是以其全名注册的数千万或上亿个项目。所有iris案例都可以与身份证绑定，并与就业、医疗和社会保障信用和金融平台完全对接。他所完成的是一个国家内部的综合系统。

3.虹膜识别在金融银行社会保障中的应用。让我们来看看虹膜识别系统的一些应用案例。首先，我们选择了金融银行社会保障的虹膜安全管理系统。

事实上，金融银行的社会安全虹膜识别安全系统分为两类:第一类是物理安全，第二类是信息安全。

物理安全应用

最常见的物理安全应用模式，如虹膜识别访问控制、基于虹膜识别管理的贵宾通道、虹膜识别轧机或基于虹膜识别的保险箱、保险箱和金库门。

所有这些用于虹膜识别的物理安全系统都有共同的特征，例如，它们控制一个门、一个通道和一个轧机，这些物理安全系统将非法用户与保护某个需要设置安全权限的地方隔离开来。

信息安全应用

另一类应用我们称之为信息安全应用，比如当你取款时需要输入密码，你需要保护你的账户安全；当你购买理财产品时，你需要设置你的账户信息。所有这些账户信息的传统技术手段基本上采用“用户名+密码”的组合。

但事实上，目前大量的银行诈骗者可以从后台数据库中窃取您的密码，或者通过偷窥、拍照、录像等手段窃取您的密码。用户可能察觉不到这样的密码泄露，他们账户中的钱被不知不觉地骗走了。因此，银行系统开始升级基于密码和用户名的身份认证，并开始采用生物识别技术，虹膜识别被银行系统选为准确率最高的生物识别技术。

例如，虹膜识别自动柜员机，当您插入银行卡时，您需要在输入密码的同时扫描并验证您是否是合法用户。只有当虹膜扫描结果与您的账户信息一致时，您才能获得取款权限，这大大提高了原有简单密码验证的安全级别。

除了提供更好的安全性外，它还可以提供很好的便利性，甚至可以实现基于虹膜识别技术的无卡取款。您只需在键盘上输入您的身份证号码或绑定在银行卡上的手机号码，然后进行虹膜识别，这样即使您没有插入银行卡也可以取款。由于虹膜识别认证是在现场实现的，用户身份的信用等级将明显提高，这意味着我们可以在自动取款机上获得更高的取款权限。正常情况下，我们可以一次取钱，一天的上限只有2万元。然而，如果有高精度的生物识别技术，如虹膜识别，一天的取款权限可以提高到5万元，甚至10万元

4.虹膜识别在医学系统或病毒实验室中的应用

虹膜识别技术的另一个重要应用领域是医疗系统或病毒实验室。

医院里有很多场景需要非常高和严格的安全保护，比如传染病房。

去年年底，整个亚洲都被一种叫做mers的疾病所困扰。这也是中东呼吸系统疾病。中东呼吸系统疾病首先在亚洲的韩国爆发，几个病例被送往首尔的三星医院，这是韩国最著名的医院。但是，由于三星医院的相关安全措施不够严格，所有的mers患者都可以自由进出病房甚至外出，导致mers患者接触到大量医务人员，最终导致50多名医务人员被感染，成为韩国最大的mers传染源。

三星医院没有任何高科技手段来保证传染病房的保护，这成为韩国mers的罪魁祸首，因此三星医院在全民检讨mers的传播时最先受到批评。

除了传染病房，医院里还有许多其他地方需要严格的安全保护。例如，药店，因为许多药品，除了治疗疾病，还可以提炼一些违禁品；放射部门也储存了大量的放射性物质，如果没有严格的管理，这些物质很容易丢失。此外，还有细菌培养室和药物仓库，需要密切保护受管制麻醉品的集中储存区。严格保护的前提是用户必须能够准确识别自己的身份。虹膜识别正是这一领域非常合适的选择。

5.虹膜识别在民航、海关等领域的应用除了金融和医疗系统之外，虹膜识别还广泛应用于许多民用场景。例如，我们可以在上面的图片中看到民航、机场、海关和港口。

这些也是虹膜识别技术被广泛使用的最典型的例子。目前，电子护照在全球50多个机场使用。电子护照本身意味着一些vip客户可以通过iris识别在无人值守的vip通道直接通关，无需办理任何登机手续，极大地方便了机场相关vip用户的体验，加快了流通速度。

其次，在下图中，我们还可以看到，在安装虹膜之前，一名阿拉伯妇女已经被确认身份。这位阿拉伯妇女的服装非常典型:戴着面纱，面纱上只剩下一个非常小的窗口，她身体的其他部分都被遮住了，只有她的眼睛露了出来。这种传统服装使得其他生物认证技术几乎毫无用处——没有办法使用指纹和人脸，但只有眼睛暴露在外面，只有虹膜识别能准确识别她的身份。

2013年，阿联酋35个出入境口岸安装了2000多种虹膜识别设备，每年可以用虹膜识别识别乘客超过500万次。

如果我们乘坐阿联酋航空的航班去欧洲，我们基本上会在阿联酋机场降落。如果我们在阿联酋机场进入海关，你会发现每个进入的乘客都需要在虹膜识别系统注册；当你离开阿联酋时，你将使用虹膜识别系统再次确认你的身份。在中东，我们可以认为虹膜识别系统是最准确、最方便、最适合当地用户的生物识别技术。

为什么选择虹膜识别进行研究？

黑色虹膜识别的创新在哪里？

这是对我的研究方向的介绍。在上海交通大学攻读博士期间，我的主要研究方向是东方黑色虹膜识别。事实上，在所有的虹膜分类中，黑色虹膜被归为第五类。也就是说，有许多色素，最深的颜色和最少的纹理，在可见光下可以收集的虹膜特征是最不明显的。

事实上，根据虹膜识别理论的创始人Dokman博士的说法，他认为第五个虹膜很难高精度地识别，因为它的纹理特征相当少，特别是当虹膜本身被无意识地缩放时，许多狭窄的纹理被压缩，并且由于瞳孔缩放而显示出大量的变形。

我们的研究团队将东方人的黑虹膜识别作为最重要的研究方向。看看东亚:中国、韩国、日本、蒙古和东亚的一些国家都有黑色虹膜。除了东亚人口之外，还有另一个拥有黑色虹膜的群体，即非洲的黑人。

全世界具有黑虹膜特征的总人数超过30亿。如何通过虹膜解决这30亿人的高精度身份认证问题是我们的使命，特别是我们是中国人，解决黑色虹膜识别问题意义重大。

在iris研究的背后，我们的成就借此机会在这里谈论我们的产品成就。

我们在研究过程中取得了一系列成果。发表在中国最高水平的期刊《中国科学》上，提出了中国黑虹膜的最佳识别方法，达到了目前中国黑虹膜识别的最高性能水平。洪菊成立于2011年。当时，虹膜识别核心算法被送到上海计量测试技术研究所进行测试。在给定的测试报告中，我们的远精度超过了500万，这已经超过了国外产品如松下和lg的120万的精度。

当然，仅仅测试核心算法是不够的，因为任何核心技术都必须通过产品的形式来展示其价值。因此，我们也测试了我们自主开发的虹膜识别产品，如2015年我们自主开发的neptune i (Neptune I)壁挂式双目虹膜识别系统。它具有俯仰功能，可以适应不同高度的使用者。它可以采集高质量的双目虹膜图像并进行识别。在识别准确性、功能多样性和集成灵活性方面，

此外，虹膜冷却器已被引入信息安全保护，这消除了管理复杂的用户名和密码的需要。如果你有兴趣，请参考雷锋的文章:“刷你的脸”没有进入消费领域，但“刷你的眼睛”可能是可能的。"