中国科学院自动化研究所所长 谭铁牛

尊敬的各位前辈、各位领导、各位专家，各位朋友大家上午好，非常荣幸能够参加今年信息技术应用的峰会，大家欢聚一堂，和大家回顾信息技术应用的发展过程，同时也共同展望一下我国信息技术与应用发展的前景，我的报告题目是“生物识别技术与应用”。我来自中科院自动化研究所，这个所的名字也好记，我的名字更好记，但是我的名字跟中科院更有关系，铁牛就是拖拉机。

刚才金总也提到，这次峰会的主要目的，所以我想按照这样的目的从技术和应用两个方面、四个层次向各位简单汇报一下，我个人对于这些问题的思考和这些年我们在这个领域所做的一些工作，更重要的是国际国内的一些现状和趋势，所以我想首先介绍一下生物识别一个基本的概念，同时还有技术现状、发展趋势、应用前景。

我先介绍一下什么是生物识别技术，生物识别技术是我们在座的每一个人每天都要碰到的一个问题，就是经常需要接受身份识别的请求，比如我们通过证件、通过密码，或者证件加密码来证明我们是谁，这些传统的生物识别的方法我们都知道，每个人都用，经常用，但是问题很多，因为它们都是身外之物，所以它都会丢失、假冒伪造、破解或者遗忘，因此带来的问题十分多，我只是挂一漏万，列举一个例子。

去年我看到一个消息，美国有4000多张信用卡信息被盗，因为信用卡很多使用密码或者传统身份认证的方法。美国在去年报道，这个数据没有更新，但是基本趋势没变，在2003年一年有将近一千万美国人的身份信息被盗用，占了美国18岁以上的人大概将近5％，产生的损失超过了500亿美元，这个损失非常大。

我们各位都是从事IT工作的，尽管现在存储空间越来越便宜、越来越大，但是人的存储空间还是非常有限的，所以去年有个调查，我们IT从业人员平均要记住六个密码，我昨天晚上在准备这个报告的时候算了一下，我需要目记15个密码，的确苦不堪言，有时候为了方便自己，把密码写在一个纸条上，往电脑上一贴，也方便了自己，也方便了别人，是不得已而为之。

人类安全面临重大挑战，我列举了很多具体的事例，在全球范围有一个共识，身份假冒不仅有重大的经济损失，所以我们必须找到一个身份识别的方法和身份认证的方法，这个方法就是我今天要介绍的主题－－生物识别，因为它用到的就是所谓的生物特征，来自于我们人自身的一些特征，包括我们从遗传下来的生理特征，比如虹膜、指纹等等，还有我们后天由于习惯形成的特征，叫行为特征。

所谓生物识别有的时候也叫生物特征识别，有的时候也叫生物认证，这几个词都是一个含义。是指通过获取和分析人体的身体和行为特征来实现人的身份的自动鉴别，这就是生物识别的基本概念。跟传统的身份识别的方法相比，生物识别技术有很多独特的优点，比如人各有异，做身份证的时候，你的密码跟别人的可能重复，但是并不知道，而且终生不变，当然有的也会变。做一个随身携带的，这个特征本来就是你自身的，你走到哪里自然会在哪儿。

还有很多非常有趣的故事，我只列了一个，应该说非常让人不安的一个故事，在十几年以前，当然现在回过来看，是20多年以前了，在1985年的时候，美国国家地理杂志很有名的一个杂志，一个资深的摄影记者到巴基斯坦的来自阿富汗的一个难民营去采访，拍了世界非常有名的一张照片。

就是这张照片，当时这个小姑娘大概十几岁，在巴基斯坦来自阿富汗的难民营，17年以后，同一个摄影记者他想追踪一下17年前拍的这个人的现状，17年过去了，这个人早就离开难民营了，沧海桑田，很难找到一个人，几经波折终于找到了一个女的，就认为她是以前拍照片的女孩。

可是你怎么知道，17年以后拍到的是这张照片，后来通过把这个照片的两只眼睛的虹膜图像进行自动比对以后，发现的确是同一个人。尽管过了17年，而且面貌已经有了很大变化，也是在虹膜识别作为其中的一种生物识别技术，非常让人感慨的一个地方，也是感动了我们业界很多朋友的一个故事。

这里边也说明了生物识别的一个基本的流程，比如这个特定的例子，1984年1985年拍的一张照片，我们把两只眼睛的虹膜图像取出来，从里面抽取一些特征作为一个模板，同样在17年以后，把另一张照片的眼睛的虹膜图像进行同样的特征分析，两个一比对，发现相关度很高，认为是同一个人。这也说明生物识别的一般过程，我们把它叫做注册和登记过程，这就是跟模板匹配的过程，或者叫识别匹配过程，这是生物识别一个基本的流程。

里面涉及的技术非常多，从数据的获取，用虹膜识别，怎么样把虹膜图像清晰的拍下来，还有来检查是不是一个活体，还有特征的分析和配置，里面涉及到数据获取、质量评价、光学成像、机械设备、电路控制、算法研究，是多学科交叉的前沿的战略高技术。

生物识别的概念并不新，实际上我们的祖先，大概在七千年以前就知道通过指纹来识别人，在1885年的时候，法国有一个人叫贝提纳。他就知道在监狱里通过测量犯人的生物特征，包括眼睛的虹膜图像来识别犯人，这个概念并不新，但是真正形成热潮还是上个世纪90年代，特别是互联网一些新的应用，催生了生物识别技术的发展，尤其是对于安全辨别的身份认证的迫切需求。

到目前为止，在学术界已经对将近20种特征进行了研究。从DNA、脸像、虹膜、红外脸温谱、耳形、颅骨、牙形、声音、指纹、掌纹、静脉、签名、笔迹等等都可以鉴别，但是在这个背景之下，我们研究了一些示范系统，一出去右拐就是我研究所的研究在那儿。我们今天很多企业家和投资者在这儿听，可能会感觉到一些机会。

生物识别技术目前发展的现状，一会儿我还会把主要的技术跟大家报告一下，已经成为国内外研究和开发的一个热点，包括企业界和政府部门，每一年都会有一些计算学的新的突破，传统的密码或者身份证，大家比较熟悉的一些生物特征识别技术，比如指纹、脸像等等，从大的方面看，已经基本成熟了，前提是在限定的场景和用户配合的情况下，已经可以满足大部分应用需求，这个前提非常重要。我在介绍几个主要生物特征识别技术的时候，还有很多问题需要我们解决。

对于我们熟知的生物识别技术展开研究的同时，一些新的生物识别技术也在不断出现，对象：掌纹、静脉、步态、人耳、三维人脸、皮纹，还有多种生物识别技术融合在一起，任何一个技术要形成一个产业，特别是规模性的产业，形成一个市场有序竞争的局面，这些方面都毫无疑问非常重要。生物识别的性能测试和标准化工作正在蓬勃发展，引导生物技术的健康和良性发展。

我跟大家报告一下在生物识别技术里面几个主要方向的状态，大概是什么水平，还有哪些问题，对大家更好的了解和把握，哪些应用可以用这些技术，哪些应用还需要技术上的突破。人脸识别的最大的好处就是君子既不动口也不动手，往那儿一站就知道了，这也是我们基本识别的一个手段。

大家看到的是我们李子金博士研究的一项工作，可以远距离的识别一个人的身份，人脸为什么非常自然，一般的小摄像头都可以，更不用说一些专业的摄像头，要识别人脸首先要找到这个图像中哪个部分是人脸，叫人脸检测，现在做得相当不错，各种各样的图像，大大小小的人脸，男男女女都可以找出来，自动检测人脸。

我要识别首先要知道人脸在什么地方。这块做技术开发的时候肯定知道，几年以前美国有两位研究人员，提出了Adboost机器学习算法。人脸识别已经达到了相当高的水平，特别是在室内环境，光照控制，背景比较简单。在室内比较好的环境下，以一副图像作为模板，识别率可以达到99％，多个模板可以表达不同状态下的变化，可以达到99.99％。特定配合的情况下可以达到实用的需求。

既然是这样，为什么人们还看不到特别大规模的应用，因为这里面还是有一些局限和问题，目前一些典型的人脸识别，我挂一漏万，非常抱歉，如果贵公司的产品没有提到，就是我孤陋寡闻。包括美国的人脸识别系统主要用于通关、过境。包括欧盟研究的手机的人脸识别，跟主流方法不一样的，我们研究红外照明的人脸识别，优点就是可以不受环境光的干扰，老远就可以做到人脸识别。

为什么人脸识别那么自然，大家都很愿意用，但是都没有普遍用，是因为有很多问题，这个峰会我既希望给大家汇报一下目前的现状，当然也包括水平和存在的问题，待会儿还要讲一讲发展的趋势。

人脸识别存在的问题，昨天我问我儿子，十岁，我说你说说人脸识别存在什么问题，他一下就说出来，双胞胎没法解决，的确，双胞胎没法解决，这两个女的是双胞胎。别说双胞胎没法解决，儿子跟老子也没法区别，长得很像。当然还有很多问题，比如光照、姿态变化等等一系列问题，还是很难的。

比如同一个人，不同脸的姿态、光照，他们相互间的区别，可能比他们俩的区别还大，这就是问题。这些问题还没有解决，所以人脸识别还没有大规模应用，也是目前国际上研究人脸识别的几个主要问题。就要想办法怎么样解决这些问题。人脸识别这是大家很容易想到的。

虹膜是我个人比较熟悉的领域，98年我从英国回来就开始做这个研究。具体的虹膜识别技术进展之前我还是要借此机会更正一下，在媒体上包括我想一般的普通百姓经常犯的错误，或者被别人误导的错误，经常把虹膜识别和视网膜混为一谈，虹膜不是视网膜。从生理结构上看，这是虹膜，这是瞳孔，光线的变化虹膜会伸缩来控制瞳孔的大小，视网膜在这个地方，完全是两个不同的概念。这个概念有了，至少有一个小的收获。

虹膜识别实际上是利用人的眼睛虹膜结构的细微差别，对人进行自动识别。这是外国人的虹膜图象，可以说是五彩缤纷。

我98年回来就开始工作，大家可以看到我们的艰苦过程，我也不是这方面的专家，非常复杂，拿着电线在弄，到现在慢慢也像样子。

用我们自己研发的设备，我们建立了一个一千多人的虹膜数据库，在保护影视的前提下，一千多人有几万张图像，1600多家单位在用，也是为这个学科的发展做了一点贡献。基本上在全球有做虹膜识别研究的，或者生物识别研究的都在用这个库。

大家可能经常想到这个问题，你怎么样去防止伪造，指纹可能会被伪造，虹膜怎么知道镜头前面这个眼睛不是一张照片，或者不是一个录像，而是活生生的一个人，就是我们用到眼睛的光学特性。

用瞳孔伸缩可以判别，这是真的眼睛还是假的眼睛，当然有的人眼睛被光照了以后拍出来的图像就很模糊，所以就不是很正确。我们东方人眼睛有的眼睫毛耷拉下来，有的人眼睛很小，再睁也睁不大，所以辨别捷性很重要。

这是一个虹膜图像，首先应该找到那个人的眼睛哪个地方是虹膜，叫虹膜区域检测，我把它展开成一个矩形的形状，把细节再弄一下，这个图像就可以刻划不同虹膜的图像，再进行比对。

剑桥大学有一个方法，我跟他讲，这是我最主要的竞争对手，我们不能超他，我们只能开辟新的途径，怎么识别物体的角度，人的两个眼睛识别物体的机率来研究这个方法，我们研究了多极子滤波器，来提取虹膜图像中的定序侧特征。

我们认为实际上没有什么东西是绝对的，都是相对的，相对的东西更精确，所以我们这个方法发现比他的方法还好一点，识别性好，计算速度也比较快，我当着他的面至少讲过三次，当然我也已经申请了好几个专利，这个方法比较好，并不是所有的问题都解决了，还有很多问题没有解决。

首先虹膜是非常小的一个器官，而不希望让人盯着看，我希望瞄一眼就可以了，这个问题就没有解决，而在图像上，虹膜图像也不能太小，我站这儿看可以，我稍微退后一点看也可以，所以设备还没有完全解决问题。

包括戴眼镜的，戴隐型眼镜的，还有患白内障的，老人的老花眼，怎么样做起来能更方便，还没有完全解决。虹膜图像的获取是怎么样高质量的获取清晰的虹膜图像，是目前技术上一个最大的瓶颈。

指纹识别大家比较熟悉，我们的祖先七千年以前就会对指纹进行识别，那时候是用眼睛看，指纹识别用的比较多，特别是在国内，生物识别的市场主要是指纹识别，指纹就是把他的指纹放大了，指纹就是尽管看起来很细，但是有一些凹凸，有纹路，所以一照射光就把纹路拍下来，各种各样的成像设备把指纹拍下来，把两个图像叠在一起，看相关度，如果一样相关度就很高，这是通过光学成像。

更多是通过成像分析，这两个指纹我看了整体，从里面提出一些特征，如果大家知道纹理特征。对一副指纹图像把纹路找出来，然后数数纹路的一些分叉点或者当点，他们相互之间的位置关系不一样。

按指纹用的力大一点，用力小一点，或者压得平一点，压得轻一点，都会影响指纹的识别，这都是一个挑战。还有一个我不分析他的点，就分析纹路，大家看这两张图像是来自不同的人同样的时刻，我要分析纹路的匹配，把纹路找到，就可以找到指纹的识别。这是指纹识别目前的技术方法的现状。

当然也存在很多问题，比如有的人手脱皮，有的人出汗，有的人干体力活，大概5％的人没有这些细节，所以有很多问题。还有外力大小、方位不一样，会形变，现在就研究三维的非接触式的指纹成效，我把手放在那里，不用按，就没有形变。

特别是三维的，非接触的。“非典”期间指纹识别就有很大的应用，非接触式指纹识别受到了欢迎。

手的识别远远不只指纹识别，你把手一放，就把整个手的手指长度、厚度、面积算出来，原理很简单，现在应用起来还不错，手的文章除了指纹、手心以外，还有其它的方法，手识别的方法威信不是很好，比较容易伪造，比如我用橡皮泥做一个手心，按一下也可以。还有活体检测，比如温度等等，手的工作不仅是指纹和手心，还是掌纹，我的好朋友周大平教授做得比较好皱纹线。

掌纹就是来刻划，用计算机特征来刻划每个人掌纹纹路的不同，就是掌纹识别，信息很丰富。掌纹毕竟比指纹的面积宽多了，所以可取的信息很大、很多，还有非接触式的识别，包括手机，我们现有的产品就有这样的系统，特别是在指纹方面，现在有30％的产品都有这样的功能。像NEC、摩托罗拉等等。

香港理工大学、香港科技大学我们也在做。外面有演示。我们不仅研究了光线可控的设备，还研究了自然环境下，比如电脑上带一个摄像头，还有PDA上面切入式的也可以做，价格非常低。

手的工作，指纹、手心、掌纹，实际上还有。

这是这几年兴起的静脉识别技术，原理就是用手中上的静脉血红蛋白对近红外光有较强的吸收特性。手掌上有静脉，手背上也有静脉，有的是通过透射，光透过去，把纹路进行成像。有了这些图像之后，再进行提取，原理都是一样的。

日本和韩国各有一家公司在推这样的产品，同样只是开始一些小的应用，还远远没有形成规模。我刚才讲到人脸识别的时候，人脸识别双胞胎没法解决，这就是一对双胞胎，美国有一家公司认为，如果把人的皮肤细节都刻划出来，双胞胎也可以识别，毕竟双胞胎总体看起来很相似，但是脸上的皮肤的细微结构还是不一样的。

比如两个人用的化妆品就不一样，所处的工作环境也不一样，这叫皮纹，就是局部细节来刻划。当然这个并没有形成气候，我把已经形成气候的和有可能形成气候的前沿都跟大家进行汇报。

我刚刚讲的都是一些单个技术，而且距离不能太远，几十米之外就选择步态识别。所谓步态识别就是每个人走路的样子不一样。我在外面讲课的时候，有人问喝醉酒了怎么办？那不行，喝醉酒走路肯定不一样了，说的是正常情况下。

比如你有一个朋友，在老远看见他穿了一件新的衣服，通过步态识别就可以知道这是张三。还有笔迹，还不是签名，签名比较熟悉，签名容易被人家伪造，实际上笔迹你熟悉了，不管他写的什么内容，都可以知道这是张三写的。

比如联机，比如汉王书写板，你写的压力，方向的变化，速度的变化，记录下来，每个人都不一样。还有说话人，这也是非常直观的，但是也没有形成气候，就是因为受环境的干扰很大。

所以我想这是单个生物特征识别一些主要方向的目前的技术和现状，还有存在的主要问题。毫无疑问，不光有人脸、虹膜、指纹很多特征，自然就考虑多种生物识别技术的融合，比如指纹很可靠，但是有5％的人没有，比如他经常干活或者脱皮的就不行。

简单跟大家报告一下发展趋势和应用前景。发展趋势总体上看还是令人鼓舞的，为了便于大家记忆，我总结了几句话，不一定全面。一个叫生物特征多模化，多种特征融合识别。一个是关键技术标准化。数据资源共享化。

社会应用普适化。我们每个人每一天都要碰到这个问题。还有重要应用法律化，有的人通过法律法规的形式来说明了你必须要用。官产学用联动化、市场竞争有序化。生物特征识别系统，从人配合机器，比如虹膜技术要这样也试试，那样也要试试，从人配机器到机器主动适应人是生物特征识别技术发展的必然趋势。

在这个大的趋势背景下，有几个方面我特别希望跟大家报告一下，希望大家关注，也是生物识别下一步研究热潮的几个特别关注的地方。一个是针对大规模人群的身份鉴别的技术，这方面将来会大规模的研发和应用，比如机场通关、车站码头、大型集会等都可以用到生物识别技术。还有在摄像机监控状态下，你能不能识别这是张三还是李四。

嵌入式的生物识别会掀起一个热潮，包括虹膜识别、掌纹识别、人脸识别等等。

多模态生物识别技术将会广泛应用，比如手上的掌纹和手型加起来，还有人脸、虹膜、指纹还有布态和人脸加起来，实现远距离的生物识别，这都是非常明显的趋势。

还有信息安全方面，生物识别还有跟其它技术的有机结合，比如跟密码结合就可以提高秘匙的安全性，保护了生物特征模板的隐私权。还有生物水印趋势。

生物识别跟人的身份有关系，人的身份几乎每天因为你要进门，钥匙就是一个身份证，都要打交道，所以说前景非常广阔，但是还有一些因素影响它，比如从普遍性、唯一性、稳定性、可采集性、准确性、可接受性、安全性等等。

可接受性对市场来说是个非常重要的因素，学生什么问题都敢问，经常是挑战我，说你研究生物识别技术，特别是研究虹膜识别，为什么要研究虹膜识别，DNA就可以解决，很可靠，DNA一根头发、一滴血，甚至一口吐沫都可以研究。

我说这太麻烦了，你每天进门都要拔根头发，年纪越来越大，头发越来越少，还要拔头发，这个可应用性非常差。还有一个防伪性，是不是容易被人家伪造，因为它跟人的身份有关，人的身份几乎每天都要进行验证，所以说可以是“钱”程似锦，未来市场能达到5个亿的市场，我认为很保守。

生物识别跟身份识别有关，应用领域非常广泛，我只是挂一漏万。还包括在军事方面，有一些弹药库，包括一些重要设备的起动、开启都不是开玩笑的，都可以应用到这些。日常生活中刚刚开始进入的领域，或者特别具有发展前景的领域。

我也画龙点睛给大家做了报告，一个是在公安刑侦和司法审判方面，大家比较熟悉的就是指纹，还有美国的FBI建设了世界上最大的指纹库，美国很多案件侦破都用了这个库，发挥了很大的作用。在身份证和流动人口管理上也用到了。还包括隐私权。

美国平均每一天大概有两千个小孩失踪，到目前为止有将近5万个成年人找不着，他们就起动了一个计划，用生物识别，特别是用虹膜识别来找这些丢失的小孩和大人。

如果是小区域的应用，生物护照是一个国家大范围的涉及到国家安全的领域，因为三年以前国际民用航空组织就要求，188个成员国都要开始用生物识别，进行出入境的身份验证，就是所谓的生物护照计划

在护照里面加入生物特征，也需要虹膜、指纹。进出每个国家之前都要进行验证，包括办签证等等，都要进行这样信息的采集和识别，去美国，大家都是知道在指纹和脸像已经在用了。

阿联酋自从用了虹膜识别技术以后，每一年都能发现三万个假冒的人，他从这个地方出去了，从那个地方进来，都是联网的。我们国家深圳、香港、珠海那边都在试用生物识别技术。

还有的领域就是社保医疗领域，据统计我们国家大概每一年有至少0.5％的社会福利经常被冒领，你用生物识别来区别，你的名字换了，你的虹膜不会变，指纹不会变。还有用虹膜记帐，我们的虹膜识别已经用到了矿工的识别，矿工脸比较黑，就用虹膜。生物识别要形成一个产业，我们主要的专长是研究科学问题，开发一些核心技术，制造一些技术，占领巨大市场可能还需要官产学联动。

毕竟是中国信息技术应用的峰会，不是谈国际上怎么样，还是讲讲国内怎么样。国内大的形势，第一句话讲政治，这是大家家喻户晓的，特别是要建设小康社会，构建和谐社会，毫无疑问需要一个稳定、安全的环境，我们是举世瞩目的人口大国，流动人口也多。社会变革急剧，国家与人民生命财产安全面临新的重大挑战，生物识别技术对我国具有更深的战略意义。

好的现状。生物识别开始被广泛关注，我们也有自己的学术会议，跟计算机世界一块举办过战略论坛，正在筹划成立生物识别技术产业联盟，而且有的产品在逐步推进，从事这方面的企业还是不少。重要领域已经在考虑或者已经使用了生物识别技术，我不知道今天有没有中国银行的领导同志在这儿，中国银行一下就定了500套掌纹识别的系统，这方面已经在用了。

更重要要看到我们的不足，核心设备掌握不多，行业应用没有统一的规范和标准，产业规模小、产品结构趋同化现象严重，发展很不平衡。政府推动与政策引导的力度还比较有限。总的看，产业发展良好环境还没有形成，但是我们还是很有希望，毕竟我们还是有这些优势，做生物识别我们最大一个优势，我们有13亿，数据资源任何一个国家都不能比。

总的来说，这是一个互联网技术的论坛，网络技术的飞速发展和广泛应用，正在深刻的改变我们的生活、工作方式。在这种背景下，需要更加便捷可靠的生物识别技术。生物识别技术应该是需要应运而生的技术，国内的情况、机会很多，现在还没有形成规模市场，前景非常广阔，但是挑战、可做的事情非常多，希望与各位联手为我国的生物识别技术的发展和应用开辟更广阔的空间。谢谢大家！