潜力无限的虹膜识别技术

　　21世纪是信息技术、网络技术的世纪，也是人类摆脱传统的技术束缚，越来越自由的世纪。在这个以信息、自由为特点的世纪里，生物认证技术，作为20世纪末期才开始蓬勃发展的高新技术，必将在社会生活中占据越来越重要的位置，从根本上改变人类的生活方式。虹膜、指纹、DNA这些人体本身的特点，将逐步取代现有的密码、钥匙、成为人们习惯的生活方式，同时，最大限度的保证个人资料的安全，最大限度的防止各种类型的刑事、经济犯罪活动。

　　虹膜识别技术，由于其在采集、精确度等方面独特的优势，必然会成为未来社会的主流生物认证技术。未来的安全控制、海关进出口检验、电子商务等多种领域的应用，也必然的会以虹膜识别技术为重点。这种趋势，现在已经在全球各地的各种应用中逐渐开始显现出来。
IDC(国际数据集团)的统计表明：到2003年底为止，全球虹膜识别技术以及相关产品的市场容量将达到20亿美元的水平。中国生物认证中心的保守调查预测：在未来的5年中，仅在中国，虹膜识别的市场就高达40亿人民币。随着虹膜识别技术应用面的扩大，以及在电子商务领域中的应用，这个数字将扩大到以千亿计。

　　一、 前途无限的生物认证技术
　　 网络信息化时代的一大特征就是身份的数字化和隐性化,如何准确鉴定一个人的身份，保护信息安全是当今信息化时代必须解决的一个关键社会问题。信用卡号、银行帐号、身份证号、网络登录号，我们可能被生活中越来越多的需要记忆的密码搅得心烦意乱。如何不用记忆这些密码而又不用担心自己身份无法认定呢？正在悄然兴起的生物特征识别技术正好可以解决上述问题。

　　 所谓生物特征识别 (BIOMETRICS) 技术是指通过计算机利用人体所固有的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴定。生理特征与生俱来,多为先天性的；行为特征则是习惯使然，多为后天性的。我们将生理和行为特征统称为生物特征。常用的生物特征包括：指纹、掌纹、虹膜、脸像、声音、笔迹等。鉴别人的身份是一个非常困难的问题，传统的身份鉴别方法把这个问题转化为鉴别一些标识个人身份的事物，这包括两个方面：1）身份标识物品，比如钥匙、证件、ATM卡等；2）身份标识知识，比如用户名和密码。在一些安全性要求严格的系统中，可以将这两者结合起来，比如ATM机要求用户同时提供ATM卡和密码。这些传统的身份鉴别方法存在明显的缺点：个人拥有的物品容易丢失或被伪造，个人的密码容易遗忘或记错。更为严重的是这些系统无法区分真正的拥有者和取得身份标识物的冒充者，一旦他人获得了这些身份标识事物，就可以拥有相同的权力。

　　 与传统的身份鉴定手段相比，基于生物特征识别的身份鉴定技术的优点是（1）不易遗忘或丢失；（2）防伪性能好，不易伪造或被盗；（3）“随身携带”，随时随地可用。|

　　 随着我们逐渐迈入数字时代，生物特征的身份鉴定技术愈加显示出它的价值。以美国为例，基于这项技术的产业规模已经达到数十亿美元。在美国，每年约有上亿美元的福利款被人以假冒的身份领取；据MasterCard公司估计，每年约有价值四亿五千万美元的信用卡诈骗案发生，其中就包括利用丢失和被盗的信用卡的犯罪，如果销售场所可以准确地鉴别持卡人的身份就会大大减少这种诈骗案的发生。由于使用盗窃来的身份识别码(PIN)，造成移动电话通讯的损失高达十亿美元。据估计，利用可靠的方法鉴别ATM持卡人的身份可以使全美国每年ATM诈骗案造成的损失减少3亿美元；可靠地鉴别支票领款人可以减少上亿美元的冒领金额。随着网络的发展，非法登录计算机的案件呈上升趋势，有效的身份鉴定技术可以防止这类案件的发生。据美国移民局统计，如果在美国-墨西哥边境采用快速准确的身份鉴别系统，可以在不影响正常入境人员的情况下，每天查出3,000件非法入境案件。以上的这组数据表明，有效地鉴定个人的身份有着重大的社会和经济意义，它可以有效地防止犯罪和诈骗，提高办公效率、节约资源。



　　二、 虹膜识别技术——生物认证技术的宠儿
　　 眼睛的外观图由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成。巩膜即眼球外围的白色部分，约占总面积的30%；眼睛中心为瞳孔部分，约占5%；虹膜位于巩膜和瞳孔之间，包含了最丰富的纹理信息，占据65%。外观上看，由许多腺窝、皱褶、色素斑等构成(见图1)，是人体中最独特的结构之一。虹膜的形成由遗传基因决定，人体基因表达决定了虹膜的形态、生理、颜色和总的外观。
　　 到二岁左右，虹膜就基本上发育到了足够尺寸，进入了相对稳定的时期。除非极少见的反常状况、身体或精神上大的创伤造成虹膜外观上的改变外，虹膜形貌可以保持数十年没有多少变化。另一方面，虹膜是外部可见的，但同时又属于内部组织，位于角膜后面。要改变虹膜外观，需要非常精细的外科手术，而且要冒着视力损伤的危险。虹膜的高度独特性、稳定性及不可更改的特点，是虹膜可用作身份鉴别的物质基础。
图1

　　虹膜识别技术与相应的算法结合后，可以到达十分优异的准确度，即使全人类的虹膜信息都录入到一个数据中，出现认假和拒假的可能性也相当小，两个不同的虹膜信息有75%匹配信息的可能性是1:1 000 000,两个不同的虹膜产生相同Iris Code（虹膜代码）的可能性是1:1052。比其他任何生物认证技术的精确度高几个到几十个数量级。
虹膜鉴别系统示意图


　　三、 蓬勃发展的膜识别产品与技术
　　 进入21世纪后，随着外围硬件技术的不断进步，虹膜采集设备技术越来越成熟，虹膜识别算法所要求的计算能力也越来越不是问题。同时，由于虹膜识别技术关系到国家安全，国外政府都采取各种手段大力支持虹膜识别技术的研发与应用。在这种情况下，虹膜识别技术已经逐渐脱离了概念色彩，一步步的从科幻片里的虚拟镜头走进了我们的现实生活中。

　　在核心算法方面，现在世界主要的公司基本上都采取的是John Daugman 的核心算法。国内在2000年以前在虹膜识别方面一直没有自己的核心知识产权，中科院自动化所于2000年初，在国家模式识别重点实验室16年的研究基础上，结合海外归国学者谭铁牛，王阳生的研究成果开发出了虹膜识别的核心算法，成了世界上仅有的掌握了虹膜核心算法的公司之一。同时，相对于国际上其它公司的核心算法，中科院自动化所的核心算法速度更快，占用的内存空间更小，整体性能更加优异。

　　在硬件采集设备上，国外现在领先的是日本的松下公司与OKI公司。秉承日本企业一贯在制造业与光学产品制造方面的领先优势，松下公司与OKI公司基本上为全球几家最重要的产品提供配套的硬件采集设备。在国内，中科院自动化所于2000年研制出了具备完全知识产权的硬件采集设备，但是由于国内在光学制造方面的弱点，无法生产出世界先进的硬件设备。于是在2003年，通过与OKI公司的战略合作，中科院自动化所下属的产业转化公司：北京中科模识科技有限公司推出了具有世界领先水平的手持式硬件采集设备。此设备的特点是使用极其方便，可以在离开人眼20cm的范围内使用，基本上完全克服了阻碍虹膜识别技术应用的障碍。


　　在应用系统开发上，国外公司已经有了比较成熟的在各个行业应用的系统。在2000年以前，国际上对中国实施虹膜产品禁运，从2000以后开始，北京中科模识科技有限公司经过两年的攻关，在2002年推出了重点针对机场、民航、银行等高度保密系统的虹膜识别的应用系统，填补了国内企业在虹膜识别技术应用方面的空白。

　　总体上来说，通过中科院系统以及相关的产业公司的努力，中国虹膜识别技术在技术以及产品上都已经达到了国际先进甚至领先的水平。这可以说是我国科学家在全球各个高技术领域不断取得突破赶超世界先进水平的缩影。


四、 巨大的市场潜力
　　 国际上主要的虹膜识别厂商：Iriscan,从1994——1998年的5年间公司收入增长了10倍，公司入选全求增长最快的公司500强。到2002底为止，公司提供的虹膜识别产品已经在全球超过1000家单位使用，包括银行、机场、学校、政府等各种各样的单位。累计销售收入超过1亿美元。同时，公司的销售收入从1994年开始，每年均已超过80%的规模增长。在IT大环境一冷再冷的同时，以虹膜识别技术为核心技术的Iriscan却取得了令人惊讶的增长速度。


　　在中国，全国共有超过1万家支行级的银行分支机构，大约150家机场运用了虹膜识别技术，仅这两个市场的应用潜力就达到了25亿人民币。其他如：军事基地、枪械库、核能设施、物料放置库房、电脑机房、政府办公室、保密资料室等重要区域的门禁管制等有潜力应用虹膜识别技术的市场超过30亿人民币。以上估计不包括相关的配套设备的市场。所以，在国内虹膜识别产业是一个尚未开发的，有着巨大潜力的处女地。


五、 各国各行业大规模的应用

　　在国外，虹膜识别产品已经在比较广泛的范围内开始应用了。
　　 ２００２年２月８日，英国伦敦希思罗机场开始对一种先进的保安系统进行测试，新系统可扫描乘客的眼睛，以代替检查乘客的护照。据悉，该项试验计划为期五个月，搭乘英航及维京航空公司班机的乘客都可参与这项试验。国际航空运输联合会对这一研究结果极感兴趣，他们鼓励伦敦希思罗机场进行试验，通过检查登机旅客的虹膜来确定其身份并作为登机牌。

　　 美国“Iriscan”研制出的虹膜识别系统已经应用在美国得克萨斯州联合银行的三个营业部内。储户两手空空地来办理银行业务，无需银行卡，更没有回忆密码的烦恼。他们在该取款机上取钱时，一台摄像机首先对用户的眼睛进行扫描，然后将扫描图象转化成数字信息与数据库中的资料核对，以对用户的身份进行检验。

　　 美国新泽西州的Plumsted, 学校已经在校园里面安装了虹膜识别的装置进行安全控制，任何学校的学生以及员工都不再使用任何形式的卡片与证件，只要他们在虹膜摄像头之前经过，他们的位置，身份便被系统识别出来，所有外来的人员都必须进行虹膜资料的登录才能进入到校园中。同时，通过中央登录与权限控制系统对进入这个活动范围进行控制。系统安装以后，校园内的各种违反校规以及侵犯、犯罪活动大大减少，极大的减轻了校园管理难度。

　　 在阿富汗，联合国（UN）与美国联邦难民署the United Nations refugee agency (UNHCR)使用虹膜识别系统鉴定难民的身份，以防止同一个难民多次领取救济品。同样的系统在巴基斯坦与阿富汗的难民营中使用。总共有超过200万的难民使用了虹膜识别系统，这套系统对于联合国供品的分配人道主义援助物资起到了很关键的作用。

　　 2003年3月18日，阿布扎比(阿拉伯联合酋长国之一)宣布世界上第一套国家级的基于虹膜识别技术的针对被驱逐的外国人虹膜追踪与国界控制系统开始启用，这套系统从2001年开始建设，它的目的是对阻止所有被阿布扎比所驱逐的旅游者及其他人员进入阿布扎比。在以前没有这套系统的时候，由于阿拉伯人的独特面相特征（胡须多），以及被驱逐的人数众多，海关检查人员很难区分哪些是被驱逐的人。通过使用这套系统，所有的非法入境都被避免，国家安全得到了最大限度的保证。

　　 新泽西州的肯尼迪国际机场（John F. Kennedy International Airport）在它的国际航班第四登机口岸安装了虹膜识别系统，所有1300名员工的300人已经开始使用这套系统进行登录控制。通过使用这套系统，所有能进入到停机坪的人员必须是经过系统安全认证的人员。未经授权的人员想要强行通过的话，系统将自动采取紧急应对措施将试图强行通过的人员封闭在警戒空间。使用这套系统后，肯尼迪国际机场的安全等级从B+上升到了A+等级。通过肯尼迪国际机场乘机前往其他地方的旅客也上升了18.7%。

　　 总体上说来，虹膜识别技术在国际上已经开始在各行各业以各种形式进行应用。同时，给他们的应用单位都带了看得见的与看不见的种种社会效益以及经济效益。这种应用趋势正在以较大速度的增强，未来10年内必然是虹膜识别逐步在各个行业内取得全面应用的时候。

　　 在国内，由于国际上对中国的禁运以及虹膜技术本身的难度导致国内无法开发出相应的产品。到目前为止，国内还没有一套虹膜识别系统真正应用起来。但是，国内的很多单位都表示了强烈的应用意向，特别是“9·11”以后，安全反恐怖的意识成了航空、金融领域最关心的问题。虹膜识别系统更是成了各大航空公司、各大金融机构以及其他保密机构（如航天局）等国家重点安全机构的热点关注对象。与世界的发展趋势一样，虹膜识别技术也必将在不久的将来在中国掀起应用的高潮。