模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究者們?cè)谡J(rèn)真研究模式識(shí)別的機(jī)理，力圖讓電腦像人腦那樣分析和識(shí)別文字、圖像、視頻、音頻等。經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 沈 慧攝

模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以模式識(shí)別基礎(chǔ)理論、圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及語(yǔ)音語(yǔ)言信息處理為主要研究方向，為開(kāi)發(fā)智能系統(tǒng)提供關(guān)鍵技術(shù)，科研成果大量應(yīng)用于國(guó)防建設(shè)、社會(huì)安全保障和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)域

打開(kāi)天天P圖，選擇“變臉”之如花美眷模式，來(lái)張自拍，原本有些“樸素”的面孔瞬間“美若天仙”——這種看起來(lái)不可思議的“魔法”，其背后是人臉檢測(cè)和人臉配準(zhǔn)技術(shù)的應(yīng)用，而這只是中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室頗具代表性的研究成果之一。

眼睛的“臉”、步態(tài)的“臉”、聲音的“臉”、大腦的“臉”……模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)一本正經(jīng)看“臉”的地方。在這里，研究者們行走在電腦與人腦之間，專注研究各類(lèi)“臉”，科研成果大量應(yīng)用于國(guó)防建設(shè)、社會(huì)安全保障和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)域。

一個(gè)眼神“確定”你

北京北四環(huán)，模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，一臺(tái)白色機(jī)器前一位女士緩緩走來(lái)。機(jī)器發(fā)出悅耳的聲音：“請(qǐng)靠近。”女士聽(tīng)從指令向前挪了挪，眼睛對(duì)準(zhǔn)機(jī)器。“王雅麗。”聲音再次響起，身份確認(rèn)完成。

這個(gè)鑒別身份的技術(shù)就是虹膜識(shí)別。虹膜是位于人眼表面黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環(huán)狀薄膜，在近紅外光下呈現(xiàn)出豐富的視覺(jué)紋理特征，如斑點(diǎn)、條紋、細(xì)絲、冠狀、隱窩等。“虹膜是唯一、穩(wěn)定、安全的人體生物特征，在常見(jiàn)的生物特征模態(tài)中身份識(shí)別精度最高、比對(duì)速度最快、安全防偽最強(qiáng)，適合于大規(guī)模人群的身份認(rèn)證應(yīng)用。”中科院自動(dòng)化所工程師黃晨告訴經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者。

據(jù)介紹，傷痕、干燥、油膩、污漬等，都會(huì)影響指紋識(shí)別的效果；人臉識(shí)別則容易受到光線、年齡、膚色、姿態(tài)、表情、妝容等多種因素的影響。

虹膜識(shí)別要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用并非易事。虹膜圖像獲取是虹膜識(shí)別的第一個(gè)關(guān)鍵步驟。中國(guó)科學(xué)院院士譚鐵?；貞浾f(shuō)，上世紀(jì)90年代末我國(guó)虹膜識(shí)別研究剛剛起步，那時(shí)國(guó)外不僅不提供用于算法研究的數(shù)據(jù)庫(kù)，就連虹膜采集設(shè)備也不賣(mài)。

實(shí)驗(yàn)室從零開(kāi)始，通過(guò)自主創(chuàng)新，打破國(guó)際上的虹膜識(shí)別技術(shù)壟斷，完成了從跟跑者到領(lǐng)跑者角色的轉(zhuǎn)變。如今，在虹膜圖像獲取方面，實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了從單目到雙目、由近及遠(yuǎn)以及從固定到移動(dòng)狀態(tài)的圖像獲取。與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)自主建設(shè)的CASIA虹膜圖像數(shù)據(jù)庫(kù)成為目前國(guó)際上使用最廣泛的虹膜圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，有來(lái)自170多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的3萬(wàn)多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)使用。

在完成基礎(chǔ)研究的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室的虹膜識(shí)別技術(shù)也從實(shí)驗(yàn)室走向了市場(chǎng)。去年，虹星科技有限公司研發(fā)的“駕駛員生物特征識(shí)別一體機(jī)”正式投產(chǎn)，將虹膜識(shí)別距離從40厘米拓展到了1.2米，僅需兩秒鐘即可完成身份確認(rèn)。該設(shè)備的核心技術(shù)與團(tuán)隊(duì)正是來(lái)自模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

“虹膜識(shí)別技術(shù)被普遍認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的生物認(rèn)證技術(shù)，具有高安全性，可用于安防、國(guó)防、電子商務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域。目前，我國(guó)已形成以北京為主的虹膜研發(fā)和生產(chǎn)聚集地。”虹星科技有限公司創(chuàng)始人侯廣琦說(shuō)。

一個(gè)步態(tài)“鎖定”你

與侯廣琦不同，模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任王亮這些年一直在跟蹤研究另一種生物特征識(shí)別——步態(tài)識(shí)別。

何謂步態(tài)識(shí)別？即根據(jù)一個(gè)人走路的姿態(tài)和人體信息進(jìn)行身份鑒定。“比如，你平日熟悉的朋友，有一天走在街上，只憑背影你就能知道是他。”王亮說(shuō)，雖然相對(duì)于人臉識(shí)別，步態(tài)識(shí)別的準(zhǔn)確率還較低，影響識(shí)別效果的因素還很多，但在安防等一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，步態(tài)識(shí)別有遠(yuǎn)距離識(shí)別這一特定優(yōu)勢(shì)。

遠(yuǎn)距離識(shí)別能相隔多遠(yuǎn)？按照實(shí)驗(yàn)室目前的水平，只看走路的姿態(tài)，50米外，眨兩下眼睛的時(shí)間，攝像頭就可以準(zhǔn)確辨識(shí)出特定對(duì)象。“人臉識(shí)別準(zhǔn)確率雖高，但太遠(yuǎn)了看不清。虹膜識(shí)別的采集距離目前最遠(yuǎn)可以達(dá)到1.2米至1.8米。”王亮說(shuō)。

步態(tài)識(shí)別以其遠(yuǎn)距離、難隱藏性、非接觸性和非侵入性等特點(diǎn)從眾多生物特征識(shí)別中脫穎而出，大量應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。以實(shí)驗(yàn)室孵化的銀河水滴科技有限公司為例，一些石油企業(yè)開(kāi)始引入其步態(tài)識(shí)別技術(shù)完善防控網(wǎng)絡(luò)，防范非法闖入者對(duì)油田安全的威脅和對(duì)油田經(jīng)濟(jì)利益的損害；在智能家居領(lǐng)域，該公司的技術(shù)可以很好地區(qū)分用戶屬性，替代遙控器等傳統(tǒng)操作工具，讓家電感知更加智能化。

銀河水滴公司還與公安系統(tǒng)合作，首次利用步態(tài)識(shí)別技術(shù)搜索到犯罪嫌疑人?，F(xiàn)有的公安系統(tǒng)缺乏有效的視頻分析和檢索工具，平均每個(gè)現(xiàn)發(fā)案件需要人工審核數(shù)百甚至上千小時(shí)的視頻資料。利用步態(tài)識(shí)別技術(shù)，對(duì)真實(shí)監(jiān)控?cái)z像頭拍錄的數(shù)小時(shí)視頻進(jìn)行搜索比對(duì)，最終警方在近千人的目標(biāo)人群中成功確認(rèn)嫌疑人范圍，完成國(guó)內(nèi)首次步態(tài)識(shí)別辦案工作。

“不同人的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)敏感度、肌肉力量特點(diǎn)、身體結(jié)構(gòu)不同，這決定了步態(tài)的唯一性和穩(wěn)定性，可以滿足特殊領(lǐng)域的應(yīng)用需求。”黃晨表示。

計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)決策

虹膜、人臉、指紋、掌紋、掌靜脈、筆跡、步態(tài)……事實(shí)上，各種生物特征識(shí)別只是模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室眾多研究方向中的一個(gè)。

究竟什么是模式識(shí)別？模式識(shí)別是對(duì)表征物體或現(xiàn)象的各種形式數(shù)據(jù)（主要是感知數(shù)據(jù)，如圖像、視頻、語(yǔ)音等）進(jìn)行處理和分析，進(jìn)而對(duì)物體或現(xiàn)象進(jìn)行描述、分類(lèi)和解釋的過(guò)程，是信息科學(xué)和人工智能的重要組成部分。“通俗點(diǎn)說(shuō)，就是讓計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)去聽(tīng)、去說(shuō)、去看、去讀、去思考、去決策，讓電腦像人腦那樣分析和識(shí)別文字、圖像、視頻、音頻等。”王亮解釋說(shuō)。

實(shí)驗(yàn)室面向國(guó)家戰(zhàn)略需求和國(guó)際學(xué)科前沿，開(kāi)展基礎(chǔ)性、前瞻性、戰(zhàn)略性和系統(tǒng)性的創(chuàng)新研究，已成為引領(lǐng)模式識(shí)別領(lǐng)域科學(xué)研究的重要基地。

實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的高性能機(jī)器翻譯系統(tǒng)，率先實(shí)現(xiàn)了漢語(yǔ)和蒙藏維等少數(shù)民族語(yǔ)言之間的自動(dòng)翻譯，翻譯的準(zhǔn)確率和速度均已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于大型跨國(guó)公司、軍隊(duì)等部門(mén)，在保障國(guó)家信息安全方面發(fā)揮了重要作用。

針對(duì)各類(lèi)文檔圖像，實(shí)驗(yàn)室提出了有效的版面分析、文本行提取和識(shí)別方法，獲得了領(lǐng)先的性能，在金融和安全等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。

實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的高性能多模態(tài)人機(jī)交互平臺(tái)，具有遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音識(shí)別和情感識(shí)別能力，以及個(gè)性化的語(yǔ)音合成系統(tǒng)，向眾多企業(yè)授權(quán)使用。

實(shí)驗(yàn)室腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心聯(lián)合陸軍總醫(yī)院和廣州總醫(yī)院組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，在基于“植物人”病因、年齡和病程作為重要預(yù)測(cè)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，使用基于腦功能磁共振影像的患者腦功能網(wǎng)絡(luò)特征，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)算法，構(gòu)建了一個(gè)計(jì)算模型預(yù)測(cè)患者一年之后恢復(fù)意識(shí)的可能性，準(zhǔn)確率達(dá)到88%。

在研究計(jì)算機(jī)感知外部世界的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室引入了腦連接信息對(duì)腦區(qū)進(jìn)行精細(xì)劃分，成功繪制出全新的人類(lèi)腦圖譜：腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜包括246個(gè)精細(xì)腦區(qū)和亞區(qū)，比傳統(tǒng)的腦圖譜精細(xì)4至5倍，該項(xiàng)成果入選2016年“中國(guó)十大科技進(jìn)展”“中國(guó)十大醫(yī)學(xué)進(jìn)展”和改革開(kāi)放40年中國(guó)科學(xué)院40項(xiàng)標(biāo)志性重大科技成果之一。

“以模式識(shí)別基礎(chǔ)理論、圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺(jué)以及語(yǔ)音語(yǔ)言信息處理為主要研究方向，研究人類(lèi)模式識(shí)別的機(jī)理以及有效的計(jì)算方法，為開(kāi)發(fā)智能系統(tǒng)提供關(guān)鍵技術(shù)，這是實(shí)驗(yàn)室肩負(fù)的主要使命。”王亮說(shuō)。