虹膜识别技术的挑战与未来：远距离识别，动物虹膜识别或是新方向

2019年09月26日

除了指纹、人脸之外，虹膜识别也是应用相对较多一种生物识别技术，其很早就已经广泛应用于金融、医疗、安检、安防、特种行业考勤与门禁、工业控制等领域。2015年的时候，富士通首次将虹膜识别技术应用于智能手机当中，随后三星也将虹膜识别引入到其旗舰机Note7当中，之后三星的S8/S8 也再次标配了虹膜识别。不过，随着3D人脸识别以及屏下指纹的应用，使用并不算便利的虹膜识别在手机市场的应用受到了一些影响。

在2019生物识别技术与应用高峰论坛上，芯智讯邀请了中科院深圳先进技术研究院集成所研究员陈巍博士和中科虹霸移动业务市场总监陈桦对于虹膜识别技术的最新进展与行业应用进行了分享。

相对于其他生物识别技术来说，虹膜在人出生6-8个月之后就趋于稳定，并且虹膜拥有虹膜有226个生物特征点，具有极高的唯一性，即便是拥有一样面容的双胞胎，其虹膜也不一样，两个人拥有相同虹膜的概率是10的27次方分之1，这个概率可谓是极其的低，要知道一年掉落到地球上的雪花的总的片数也只有10的22次方。因此，虹膜识别具有极高的安全性。

有研究数据显示，虹膜识别的交叉错误率仅有0.00077%，远低于声纹、指纹、掌纹及人脸识别，具有极高的稳定性、安全性和实用性。

另外，虹膜还具有非常强的生物活性，比如瞳孔的大小会随光线强弱变化，视物时有不自觉的调节过程，有每秒可达十余次的无意识瞳孔缩放，这也使得虹膜也会发生每秒十余次的震颤；此外，在人体脑死亡、处于深度昏迷状态或眼球组织脱离人体时，虹膜组织即完全收缩，出现散瞳现象。这些特性也使得虹膜具有极高的防伪性。

因此，虹膜识别往往被应用于安全级别要求较高以及虹膜识别较为便利的一些领域。比如美国国防部——自动生物特征识别系统（ ABIS）；印度全民身份认证（具有极高的唯一性）；阿联酋出入境系统（也是由于中东人的习俗，很多女士通常只露出两个眼睛），矿山及一些手工劳动强度较大的人员安全管理（这些人员通常手指的指纹磨损比较严重）等。

▲中科虹霸移动业务市场总监陈桦

中科虹霸移动业务市场总监陈桦表示，印度全民身份认证、阿联酋出入境系统，国内的400多家矿山，包括神华集团、中煤集团、同煤集团等特大型煤炭企业所采用的虹膜识别系统都是基于中科虹霸的技术。

此外，在移动设备端这块，2016年开始中科虹霸就有与多家手机公司、移动方案公司合作，截止目前推出了十几款移动虹膜设备和手机。针对目前热门的智能门锁市场，中科虹霸也推出了虹膜识别门锁解决方案，并且已经量产了。

“门锁类追求的关键点，一是安全性，二是易用性，三是长续航。”陈桦透露：“中科虹霸基于平台上做了深层优化，安全性上可以做到百万分之一的安全级别。易用性方面，我们识别距离可以做到30-55公分。在长续航方面，7000毫安时电池每天18次的开启，我们可以超过100天的续航时间。可以说是目前虹膜方案里是续航时间最长的方案。第二代还在迭代，还有更好的场景。”

另外在中远距离识别产品方面，中科虹霸也推出了“虹膜人脸”的双模一体化产品，提供了主流接口输出方式，RS232、RJ45、USB2.0等，识别精度可以做到百万分之一。

▲中科虹霸已商用的中远距离虹膜人脸识别方案

既然虹膜识别这么好，为什么在普通消费级市场应用远不如指纹和人脸识别呢？陈巍博士表示，传统虹膜成像系统约束过多，系统用户体验差。因为虹膜识别的成像距离较近（通常小于1m），景深小，视场小，捕获体积较小，需要用户配合调整好头部、眼睛姿势，并且不能同时对双眼成像，识别速度较慢。还有就是虹膜识别的成本也相对较高。这项都限制了虹膜识别的应用。

▲中科院深圳先进技术研究院集成所研究员陈巍博士

陈巍博士认为，远距离、大视场、大景深、非配合或少配合的虹膜成像系统是趋势。

▲中科院深圳先进技术研究院长期从事“模式识别”技术和光电工程技术研究，相关成果已达到世界领先水平。目前已经可以实现60-100cm范围内清晰成像。

陈巍博士表示，“这是我们第一代产品，我们可以在不同的身高需要微微低头就能实现快速虹膜识别。到今天我们形成了全系列产品的Demo，包括我们做的类似VR眼镜虹膜采集设备，我们在安卓端、门禁、门锁，这是我们新疆试点做的虹膜识别仪器。这是多目虹膜设备，覆盖1-1.9米身高，缓慢走过来可以做快速虹膜识别。”

但是，要想实现1-3米的更远距离的虹膜识别，为保证识别精度，确实可以选择更大的高清相机，但是计算量和硬件成本会呈几何级增加。还有一种方案就是；通过光机结合的方法，实现小箱子循环识别，这也正是中科院深圳先进技术研究院目前研究的方向。

虹膜识别不同于人脸，需要成像特定区域，所以目前都是一幅图识别一个人，暂时没有多人同框识别方面的研究。同时，虹膜会受到遮挡的影响，比如带眼镜、隐形眼镜等。陈巍博士表示，“我们实验室一直在研究戴眼镜、隐型眼镜等。目前我们做到除了美瞳（它会把虹膜信息覆盖掉）之外，戴眼镜、墨镜、隐型眼镜不太影响虹膜识别的效果。”

由于绝大部分虹膜识别是采用红外照明，虽然在弱光照环境下大多数情况不受影响，但个别人由于特别暗的环境下瞳孔扩大遮挡虹膜可能会造成难以识别。此外，虹膜识别在强太阳光的室外环境的应用也是难点。

最后，目前虹膜识别的流程仍和设备然是比较的传统，多年来也没有什么太大的改变。需要特定的设备才能采集虹膜信息，图像预处理、编码、再拍一张比对。陈魏博士表示：“人工智能是未来的方向，我们也想用人工智能的方式做虹膜识别，但目前没有很好的解决方案。”

生物识别针对的是“生物”，并不仅仅局限于人，还有其他的生物，这个市场空间很大。同样，虹膜识别技术也可以应用在动物的虹膜识别上。

中科院先进技术研究院陈巍博士在演讲最后也分享了虹膜识别在犬类识别上的应用。目前犬类身份识别方法主要是植入电子芯片，但是这是创伤性植入方式，有一定概率出现过敏，严重时导致死亡，对使用人员可能有辐射影响，受到绝大多数犬主抵制。而远距离的虹膜识别则是一个比较理想的方案，如果识别距离太近，犬只容易出现紧张。