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湾区逐梦 | 焦国华:从虹膜识别到紫外探测,科研路上的“追光者”

时间:2019-12-31  来源:南方日报 徐峰 文本大小:【 |  | 】  【打印

  【庆祝新中国成立70周年,献礼中科院建院70周年,金沙总站6165.com(www.6165.com)推出“引领金沙总站6165.com(www.6165.com)风尚 传承金沙总站6165.com(www.6165.com)精神”系列人物报道,树立先进典型,凝聚榜样力量,讲述科技工作者的精彩故事及取得的最新成果,弘扬他们胸怀祖国、服务人民的爱国精神,勇攀高峰、敢为人先的创新精神,追求真理、严谨治学的求实精神,淡泊名利、潜心研究的奉献精神,集智攻关、团结协作的协同精神,甘为人梯、奖掖后学的育人精神。】

 

  席卷各大手机品牌的面部解锁,在双胞胎面前犯了难;几百只品种相同的“汪星人”,连主人也难以辨别。那么,是否有一样东西,能火眼金睛分辨双胞胎,甚至对宠物也同样适用?答案就是“虹膜”识别。

  在金沙总站6165.com(以下简称“金沙总站6165.com(www.6165.com)”)有这样一位科研人员,长期从事光学成像技术方面的研究,历经5年研发的远距离虹膜识别技术,已经在新疆和田地区墨玉县应用,并通过了公安部的认证。他,就是金沙总站6165.com(www.6165.com)光电工程技术中心任执行主任,焦国华。

 

△ 金沙总站6165.com(www.6165.com)光电工程技术中心任执行主任焦国华研究员

  近日, 南方日报记者走进金沙总站6165.com(www.6165.com),详细了解了焦国华在光学成像上的探索与成果,探寻他的“追光”之路。

  虹膜:准确识别身份的最佳选择

  “指纹的误识别率是千分之一,人脸的误识别率是百分之一,虹膜的误识别率仅百万分之一。”焦国华告诉记者,虹膜识别技术具有极高的准确性,不仅精度高,且稳定性好,是公认的实现个人身份认证的最先进技术。

  在2014年,焦国华了解到国内虹膜采集技术较薄弱的情况后,便一直致力于虹膜识别系统的研究与改进。

 

△ 虹膜具有独特性和唯一性

  虹膜识别是如何实现的?焦国华介绍,在瞳孔和眼白之间的一圈圆环便是虹膜,它含有许多相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹等特征,这些特征通过算法和机器学习后,能被准确识别。

  “一般而言,人在3岁开始虹膜就逐渐稳定了,若要改变虹膜,除非接受专业手术。”焦国华告诉记者,虹膜是一种活体生物特征,非常难以伪造,并且当一个人死亡后,瞳孔会自然放大,虹膜也会随之消失。

  在对原理进行深入分析后,焦国华团队便开始研究基于主动红外照明下的虹膜识别系统:首先是图像获取,用特定的光学系统把眼睛拍下来,对图像中的虹膜内圆、外圆定位,再对虹膜图像进行预处理;随后采用特定的算法,提取出识别所需要的特征点,并对其进行编码;最终将需要识别的对象和数据库中编码一一比对,找出匹配信息。

  在应用推广中不断演进

  经过多年的探索和实践,焦国华团队已经研发了具有国际一流水平的虹膜识别系统,包括虹膜录入设备、系列虹膜识别设备和配套的识别软件。

  据焦国华回忆,早期团队主动去新疆推广这项技术,最早的虹膜识别采集比对需要注视镜头三四秒,影响用户体验。调研后,团队便制作了远距离、大景深的识别系统,在1米以内0.2秒左右便能完成识别,且不需要完全凝视镜头。该系统得到了喀什政府的支持,在5000余人的村中进行了一年的试验后,在中科院STS区域重点项目的支持下,已经运用于“平安南疆”建设。

 

  

△ 焦国华团队研发的虹膜识别系统

  在采访中,焦国华还谈及他们成立的公益性团队,专门研究宠物的虹膜识别。2016年,深圳动物保护协会找到团队,希望给流浪狗做虹膜采集。由于常见的虹膜识别设备难以接近犬只,团队的远距离识别取得了很好的效果。目前,焦国华的团队已经可以准确识别数十个品种的犬类。 

  “虹膜识别比指纹信息丰富上万倍,但它和指纹识别的普及一样,需要一段过程。”焦国华表示,虹膜识别如今依然属于小众市场,在深圳尚未形成产业链,但其发展路径已逐渐清晰。在他看来,做科研最重要的是能够将技术运用于实际,解决人们遇到的问题,这样的技术才会拥有价值。

  打破国外技术垄断

  在焦国华的研究历程中,还有另一个正在产业化的项目不得不提,那便是针对高压输电线路的早期诊断系统——“日盲紫外成像仪”项目。

 

△ 团队研发的日盲紫外成像仪

  “在西电东输等大工程中涉及的高压线路非常多,线路老化破损便会影响绝缘性和安全性。因此,我们要尽早地发现这些变化,避免事故的发生。”焦国华介绍,以往常用的检测方式一种是人工观测线路的污损。另一种是红外技术观测,但只能等临近异常、产生大电流发热时才可监测到。因此,团队通过调研后,决定利用紫外成像技术来检测更早期的线路问题。

  据介绍,高压输电线路表面若不平滑,便会电离空气,发出微弱的紫外光,而这种紫外光只能通过紫外相机来观测。“前期的放电非常微弱,难以采用一般探测器检测,团队便选用高灵敏的ICCD来作为探测器。”最终攻克种种技术难点,该成果已走出实验室,在高铁牵引线路和国家电网输电线路上得到了应用。

  谈及研发初衷,焦国华表示,2015年在与国家电网相关人员的交流中得知紫外检测需求,而该技术一直为国外企业所垄断,检测仪器进口金额高达到百万元。“昂贵的设备限制了其在电网企业的大范围应用,我们希望从核心器件技术国产化着手,让基层的巡线班组也能用得起”。如今,焦国华团队的科研成果带动了国内紫外成像技术的发展,让国外设备进口价格接近减半。

 

△ 焦国华团队

  对于近年来研究方向的发展,焦国华认为,这得益于自己选择了深圳,选择了金沙总站6165.com(www.6165.com)。“深圳很开放,在金沙总站6165.com(www.6165.com),最大的好处就是可以跟各行各业的人交流,改变了以往自己在实验室从自身技术出发、拍脑袋进行科研的惯性思维。”他认为,真正好的产品是从用户需求出发,在不断的技术迭代中实现的,通过应用创造价值。