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灣區逐夢 | 焦國華:從虹膜識別到紫外探測,科研路上的“追光者”

時間:2019-12-31  來源:南方日報 徐峰 文本大?。骸?a href="javascript:doZoom(16)">大 |  | 】  【打印

  【慶祝新中國成立70周年,獻禮中科院建院70周年,深圳先進院推出“引領科學風尚 傳承科學精神”系列人物報道,樹立先進典型,凝聚榜樣力量,講述科技工作者的精彩故事及取得的最新成果,弘揚他們胸懷祖國、服務人民的愛國精神,勇攀高峰、敢為人先的創新精神,追求真理、嚴謹治學的求實精神,淡泊名利、潛心研究的奉獻精神,集智攻關、團結協作的協同精神,甘為人梯、獎掖后學的育人精神?!?/p>

 

  席卷各大手機品牌的面部解鎖,在雙胞胎面前犯了難;幾百只品種相同的“汪星人”,連主人也難以辨別。那么,是否有一樣東西,能火眼金睛分辨雙胞胎,甚至對寵物也同樣適用?答案就是“虹膜”識別。

  在中國科學院深圳先進技術研究院(以下簡稱“深圳先進院”)有這樣一位科研人員,長期從事光學成像技術方面的研究,歷經5年研發的遠距離虹膜識別技術,已經在新疆和田地區墨玉縣應用,并通過了公安部的認證。他,就是深圳先進院光電工程技術中心任執行主任,焦國華。

 

△ 深圳先進院光電工程技術中心任執行主任焦國華研究員

  近日, 南方日報記者走進深圳先進院,詳細了解了焦國華在光學成像上的探索與成果,探尋他的“追光”之路。

  虹膜:準確識別身份的最佳選擇

  “指紋的誤識別率是千分之一,人臉的誤識別率是百分之一,虹膜的誤識別率僅百萬分之一?!苯箛A告訴記者,虹膜識別技術具有極高的準確性,不僅精度高,且穩定性好,是公認的實現個人身份認證的最先進技術。

  在2014年,焦國華了解到國內虹膜采集技術較薄弱的情況后,便一直致力于虹膜識別系統的研究與改進。

 

△ 虹膜具有獨特性和唯一性

  虹膜識別是如何實現的?焦國華介紹,在瞳孔和眼白之間的一圈圓環便是虹膜,它含有許多相互交錯的斑點、細絲、冠狀、條紋等特征,這些特征通過算法和機器學習后,能被準確識別。

  “一般而言,人在3歲開始虹膜就逐漸穩定了,若要改變虹膜,除非接受專業手術?!苯箛A告訴記者,虹膜是一種活體生物特征,非常難以偽造,并且當一個人死亡后,瞳孔會自然放大,虹膜也會隨之消失。

  在對原理進行深入分析后,焦國華團隊便開始研究基于主動紅外照明下的虹膜識別系統:首先是圖像獲取,用特定的光學系統把眼睛拍下來,對圖像中的虹膜內圓、外圓定位,再對虹膜圖像進行預處理;隨后采用特定的算法,提取出識別所需要的特征點,并對其進行編碼;最終將需要識別的對象和數據庫中編碼一一比對,找出匹配信息。

  在應用推廣中不斷演進

  經過多年的探索和實踐,焦國華團隊已經研發了具有國際一流水平的虹膜識別系統,包括虹膜錄入設備、系列虹膜識別設備和配套的識別軟件。

  據焦國華回憶,早期團隊主動去新疆推廣這項技術,最早的虹膜識別采集比對需要注視鏡頭三四秒,影響用戶體驗。調研后,團隊便制作了遠距離、大景深的識別系統,在1米以內0.2秒左右便能完成識別,且不需要完全凝視鏡頭。該系統得到了喀什政府的支持,在5000余人的村中進行了一年的試驗后,在中科院STS區域重點項目的支持下,已經運用于“平安南疆”建設。

 

  

△ 焦國華團隊研發的虹膜識別系統

  在采訪中,焦國華還談及他們成立的公益性團隊,專門研究寵物的虹膜識別。2016年,深圳動物保護協會找到團隊,希望給流浪狗做虹膜采集。由于常見的虹膜識別設備難以接近犬只,團隊的遠距離識別取得了很好的效果。目前,焦國華的團隊已經可以準確識別數十個品種的犬類。 

  “虹膜識別比指紋信息豐富上萬倍,但它和指紋識別的普及一樣,需要一段過程?!苯箛A表示,虹膜識別如今依然屬于小眾市場,在深圳尚未形成產業鏈,但其發展路徑已逐漸清晰。在他看來,做科研最重要的是能夠將技術運用于實際,解決人們遇到的問題,這樣的技術才會擁有價值。

  打破國外技術壟斷

  在焦國華的研究歷程中,還有另一個正在產業化的項目不得不提,那便是針對高壓輸電線路的早期診斷系統——“日盲紫外成像儀”項目。

 

△ 團隊研發的日盲紫外成像儀

  “在西電東輸等大工程中涉及的高壓線路非常多,線路老化破損便會影響絕緣性和安全性。因此,我們要盡早地發現這些變化,避免事故的發生?!苯箛A介紹,以往常用的檢測方式一種是人工觀測線路的污損。另一種是紅外技術觀測,但只能等臨近異常、產生大電流發熱時才可監測到。因此,團隊通過調研后,決定利用紫外成像技術來檢測更早期的線路問題。

  據介紹,高壓輸電線路表面若不平滑,便會電離空氣,發出微弱的紫外光,而這種紫外光只能通過紫外相機來觀測?!扒捌诘姆烹姺浅N⑷?,難以采用一般探測器檢測,團隊便選用高靈敏的ICCD來作為探測器?!弊罱K攻克種種技術難點,該成果已走出實驗室,在高鐵牽引線路和國家電網輸電線路上得到了應用。

  談及研發初衷,焦國華表示,2015年在與國家電網相關人員的交流中得知紫外檢測需求,而該技術一直為國外企業所壟斷,檢測儀器進口金額高達到百萬元?!鞍嘿F的設備限制了其在電網企業的大范圍應用,我們希望從核心器件技術國產化著手,讓基層的巡線班組也能用得起”。如今,焦國華團隊的科研成果帶動了國內紫外成像技術的發展,讓國外設備進口價格接近減半。

 

△ 焦國華團隊

  對于近年來研究方向的發展,焦國華認為,這得益于自己選擇了深圳,選擇了深圳先進院?!吧钲诤荛_放,在深圳先進院,最大的好處就是可以跟各行各業的人交流,改變了以往自己在實驗室從自身技術出發、拍腦袋進行科研的慣性思維?!彼J為,真正好的產品是從用戶需求出發,在不斷的技術迭代中實現的,通過應用創造價值。

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