《碟中諜5》背后的生物識別技術(shù)大比拼

《碟中諜》這部電影里面總是充滿(mǎn)極具未來(lái)色彩的黑科技，尤其是各種炫酷的生物識別技術(shù)，總使人腦洞大開(kāi)，比如用虹膜解鎖拯救世界的緊急任務(wù)。

《碟中諜》這部電影里面總是充滿(mǎn)極具未來(lái)色彩的黑科技，尤其是各種炫酷的生物識別技術(shù)，總使人腦洞大開(kāi)，比如用虹膜解鎖拯救世界的緊急任務(wù)，或戴著(zhù)橡膠面具騙過(guò)人臉識別溜進(jìn)克里姆林宮?？梢?jiàn)這部電影被戲稱(chēng)為“生物識別技術(shù)的廣告宣傳片”并非空穴來(lái)風(fēng)。

還記得《碟中諜5》中的一個(gè)場(chǎng)景嗎？一臺攝像機對準英國首相的右眼，隨著(zhù)兩道紅光掃過(guò)，伊森·亨特打開(kāi)了決定人類(lèi)命運的“紅盒子”。事實(shí)上，這是一項鮮為人知的新技術(shù) ——“視網(wǎng)膜識別”。 

這一技術(shù)在科幻大片中像打了特效一樣神奇。那么事實(shí)上呢？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？ 

視網(wǎng)膜VS虹膜第一回合: 識別原理

視網(wǎng)膜位于眼球后部，是一層透明的薄膜。視網(wǎng)膜識別，是用紅外線(xiàn)透過(guò)瞳孔，拍攝視網(wǎng)膜血管的圖像，利用視網(wǎng)膜血管分布的獨特性進(jìn)行身份識別。視網(wǎng)膜血管分成兩類(lèi)：主要血管和毛細血管，前者特征比較明顯，可用于身份識別，后者特征尺度太小，無(wú)法用于識別。

虹膜位于眼球前部，是瞳孔周?chē)哂卸喾N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，呈現出一種復雜的放射狀紋理，這些紋理由很多皺褶、凹陷和突起組成。虹膜識別，就是采集、提取、分析和比較這些環(huán)形復雜紋理的差異性。

與指紋、人臉等外部特征相比，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，具有更高的穩定性，不容易受到外界環(huán)境的影響和傷害；除此以外，視網(wǎng)膜與虹膜的采集，都需要借助專(zhuān)用的紅外照明和成像設備，想要復制和仿造并非輕而易舉。

從原理評估上看，雙方平手。

視網(wǎng)膜VS虹膜第二回合: 多樣性

特征多樣性，就是特征的豐富程度，是識別精度的最重要基礎，多樣性越高就意味著(zhù)識別精度越高。

視網(wǎng)膜的血管和虹膜的紋理，都被認為是具有高度多樣性的生物特性。虹膜特征多樣性的數量級，達到“2的263次方”，這一驚人指標被認為是所有生物特征中最高的。理論上計算，只要特征被完整采集，虹膜的多樣性足以支持全世界70億人的身份識別。實(shí)際應用中，優(yōu)秀的虹膜識別技術(shù)商能夠降錯誤率降低至500萬(wàn)分之一。

視網(wǎng)膜特征多樣性的數量級并不明確，目前還沒(méi)有權威機構公開(kāi)發(fā)表的數據，除了美國Orkand公司1990年4月發(fā)表的《個(gè)人識別工程：最終報告》( Personal Identifier Project: Final Report )之外，沒(méi)有更多的參考資料。但是學(xué)術(shù)界普遍認為視網(wǎng)膜的多樣性可以支持高精度的身份識別。

從多樣性評估，虹膜占據上風(fēng)。

視網(wǎng)膜VS虹膜第三回合: 穩定性

一種生物特征能否被選擇成為身份識別的可靠手段，除了多樣性以外，穩定性是另一個(gè)必須考量的重要因素。

受限于人類(lèi)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定，將嚴重影響識別精度和使用體驗。

視網(wǎng)膜，是一層非常脆弱的薄膜，一旦眼睛收到?jīng)_擊，如遭遇一次并不嚴重的交通事故，就可能造成血管出血甚至視網(wǎng)膜脫落，導致無(wú)法進(jìn)行視網(wǎng)膜識別。某些疾病也會(huì )改變視網(wǎng)膜血管的特征，醫學(xué)上利用這一現象，通過(guò)眼底血管造影觀(guān)察視網(wǎng)膜血管的變化，并將其發(fā)展成為一種常規的診斷手段，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)、白內障手術(shù)、青光眼手術(shù)都不會(huì )對虹膜識別造成影響。

從穩定性評估，虹膜優(yōu)勢明顯。

視網(wǎng)膜VS虹膜第四回合：用戶(hù)體驗

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、更衛生，但兩者在用戶(hù)體驗上，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”對視網(wǎng)膜采集過(guò)程的描繪幾乎是完全準確的：摘掉用戶(hù)的眼鏡，將采集設備對準某一只眼睛，接近到幾乎貼在眼睛上，保持靜止2~3秒，就能完成視網(wǎng)膜采集。

據國際知名的NGO組織電子前沿基金會(huì )（EFF）的調查報告中，不少用戶(hù)給予視網(wǎng)膜識別負面體驗評價(jià): 一些用戶(hù)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”的生物識別技術(shù)。（原文評價(jià)：It's definitely one of the more intrusive biometric technologies, with some subjects reporting discomfort at the scanning method.）

虹膜圖像采集相比起來(lái)更加簡(jiǎn)便，可以在30厘米的距離范圍內采集，而且在采集過(guò)程中用戶(hù)無(wú)需摘下眼鏡，只需要以自然的方式注視一面長(cháng)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。

總而言之，相較于視網(wǎng)膜圖像1.27cm的采集距離，虹膜識圖像在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(zhù)更高的采集效率、更高的識別精度。

近年來(lái)，遠距離虹膜識別成為新興的研究熱點(diǎn)，有望在1~3米甚至更遠的距離完成虹膜圖像采集，目前已有原型機推出，但由于成本高昂并未被大規模使用。國際知名的NGO組織電子前沿基金會(huì )在同一份調查報告中給予虹膜識別更積極的用戶(hù)體驗評價(jià): 

虹膜識別具有“易用性?xún)?yōu)勢”，它僅僅要求用戶(hù)在3~10英寸以外注視攝像頭即可。

（原文評價(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報告全文）

從用戶(hù)體驗評估，虹膜完勝。

視網(wǎng)膜VS虹膜第五回合: 產(chǎn)業(yè)化程度

目前，視網(wǎng)膜和虹膜這兩項大片里的酷炫科技都已經(jīng)實(shí)現，并且已有專(zhuān)門(mén)研究這兩種“黑科技”的公司。

成立于1976年的美國EyeDentify公司是其中的代表。但是由于視網(wǎng)膜識別的易用性存在先天缺陷，對用戶(hù)的侵犯性較強，視網(wǎng)膜識別技術(shù)的市場(chǎng)化情況尚不明朗，因此并未真正商業(yè)應用。國內幾乎沒(méi)有科研機構或商業(yè)機構從事視網(wǎng)膜識別技術(shù)的研究，也沒(méi)有啟動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)化。

法國Safran集團看好虹膜識別的前景，并收購了一家美國公司——Iridian。據悉，Iridian由虹膜識別技術(shù)創(chuàng )始人John Daugman博士創(chuàng )立，是國際上最知名的虹膜識別算法供應商，為L(cháng)G、松下的硬件產(chǎn)品提供虹膜算法授權。Iridian被收購后，接下來(lái)就是加快虹膜識別產(chǎn)業(yè)化的腳步。

在國內中科院自動(dòng)化所和上海交通大學(xué)圖像所，是國內最早開(kāi)始虹膜識別研究的學(xué)術(shù)機構，都有近15年的技術(shù)積累，擁有完全自主知識產(chǎn)權的虹膜識別算法，并已在在煤礦、電力、公檢法、信息安全等行業(yè)都有應用案例。

從產(chǎn)業(yè)化程度評估，虹膜暫時(shí)領(lǐng)先。

經(jīng)過(guò)逐一對比視網(wǎng)膜和虹膜，從多樣性、穩定性、用戶(hù)體驗、產(chǎn)業(yè)化程度來(lái)評估，虹膜更具優(yōu)勢，它成為“碟中諜”系列曝光度最高的生物特征不足為奇。

隨著(zhù)虹膜識別技術(shù)在不斷成熟完善，或有望成為智能手機、可穿戴設備等智能終端的標配，并在日益流行的移動(dòng)支付應用中大顯身手。

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