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  《經(jīng)濟日報》，2014年3月17日

  編者按 作為國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，國家重點實驗室是國家組織高水平基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科學家、開展高層次學術(shù)交流的重要基地。自1984年啟動國家重點實驗室建設(shè)計劃以來，我國已有約300個國家重點實驗室投入運行。這些實驗室是如何開展創(chuàng)新性研究的呢？為此，本報派出記者，走進10個國家重點實驗室，讓讀者了解它們背后的故事。

  模式識別國家重點實驗室是這組系列采訪的第一站。它籌建于1984年，1987年正式對外開放并通過國家驗收，是首批國家重點實驗室之一。

  打開市場大門

  墻上掛著一幅畫，有人從墻邊走過，取下畫框。

  嘀嘀嘀！尖利的報警聲響起，監(jiān)控室的顯示屏上，這幅畫所在的監(jiān)控視頻從數(shù)十個視頻中脫穎而出，瞬間被電腦挪至屏幕中心并放大，墻上放置畫框處被加上了一閃一閃的紅框，畫框被人取走的那一小段鏡頭被反復(fù)重放。

  “這可以用于博物館畫展防盜，是視頻識別技術(shù)在安保領(lǐng)域中的應(yīng)用。”中科唯實科技有限公司總經(jīng)理王海濱說，“我們的核心技術(shù)來自模式識別國家重點實驗室。”

  隨著現(xiàn)代社會攝像頭的普及，平均一個市級城市的攝像頭就有2.5萬個以上，海量數(shù)據(jù)僅靠人力難以監(jiān)控，必須依靠電腦輔助挖掘，智能視頻分析系統(tǒng)的市場因此越來越大。“我們競爭的是百億級的市場。”王海濱充滿信心地說。

  事實上，在這家公司成立(2012年7月)之前，模式識別國家重點實驗室的視頻分析與監(jiān)控技術(shù)就獲得過國家科技進步二等獎，在北京城鐵13號線得到成功應(yīng)用。13號線自2002年開通運營以后，電纜線被盜案件時有發(fā)生。2007年初，城鐵13號線安裝了智能視頻分析系統(tǒng)，對每個角落進行24小時的實時監(jiān)控，一接到智能系統(tǒng)的報警信號，安保力量就會及時出動。在幾個盜賊被當場擒獲之后，城鐵13號線近幾年就再也沒有發(fā)生過類似案件了。

偷盜、打架？有異常行為分析系統(tǒng)。

公眾場所會否發(fā)生踩踏？有人群密度監(jiān)測系統(tǒng)。

電影中用正常視頻替換掉異常視頻的黑客行為怎么防范？有視頻篡改檢測軟件。

想查明星身上的衣服包包哪里賣？有圖片檢索技術(shù)。

如何擴大市場并精準投放產(chǎn)品？可用電腦分析目標人群的行為偏好和行動規(guī)律。

……

  實驗室博士張俊格的研究方向就是圖像視頻分析，他對這個研究方向充滿信心：“模式識別是大數(shù)據(jù)技術(shù)的核心，十幾年前看不到太多應(yīng)用，現(xiàn)在應(yīng)用需求非常大。”

  “數(shù)據(jù)本身沒價值，挖掘數(shù)據(jù)中的模式才有價值。大數(shù)據(jù)時代，模式識別很重要。”中科院院士譚鐵牛表示，幾十年前國家就在這個方向設(shè)立重點實驗室，具有超前的戰(zhàn)略眼光。

  堅持國際水準

  模式識別實驗室的國際范兒很濃厚：早在1997年就成立中法聯(lián)合實驗室，后來擴展成中歐聯(lián)合實驗室；早在2001年就有一位來此做博士后、后來成為實驗室正式員工的法國女士普林特申請到我國的國家基金項目，成為外籍科學家申請國內(nèi)科研項目的第一人；有19人次擔任模式識別領(lǐng)域一些重要國際學術(shù)組織的職位。

  頻繁的國際交流與合作，昭示了模式識別實驗室堅持國際水準的雄心壯志。要建設(shè)世界一流實驗室，“頂天”的國際水準和“立地”的成果應(yīng)用缺一不可。

  虹膜識別，就是實驗室中非常有代表性的一個“頂天立地”的技術(shù)。

  虹膜是人眼瞳孔和眼白之間的環(huán)狀組織，包含了豐富的紋理信息，是人體中最獨特的結(jié)構(gòu)之一。虹膜識別技術(shù)是目前精確度最高的生物識別技術(shù)。

  模式識別國家重點實驗室的虹膜識別技術(shù)在國際上名列前茅。眼睛半睜，可以識別；戴上美瞳片，可以識別；甚至3米遠看一眼，也能識別……實驗室的虹膜識別技術(shù)參加國際比賽，連續(xù)排名第一。這個領(lǐng)域最頂尖的刊物上，關(guān)于虹膜識別的文章，近一半出自這個實驗室。他們提出了自己的基礎(chǔ)理論，掌握了數(shù)據(jù)源頭，參與制定國際標準，并有成功的產(chǎn)業(yè)化實踐。

  實驗室建成的虹膜圖像數(shù)據(jù)庫是國際上目前規(guī)模最大、使用最廣的共享虹膜圖像數(shù)據(jù)庫，有來自100多個國家和地區(qū)的8000多個研究團隊使用。美國國家標準研究院曾在公開報告中表示，中科院自動化所發(fā)布的虹膜圖像數(shù)據(jù)庫推動了國際虹膜識別研究的發(fā)展。

  如今，實驗室自主研制的人臉識別和虹膜識別技術(shù)已經(jīng)成為國產(chǎn)生物特征識別產(chǎn)品的核心技術(shù)來源，有11項虹膜識別專利的所有權(quán)成功轉(zhuǎn)讓給北京中科虹霸科技有限公司。在2006年成立這家公司之前，中國虹膜識別的市場都被日本松下、韓國LG壟斷，國產(chǎn)技術(shù)推出之后，打破國外壟斷，產(chǎn)品價格至少下降了三分之二，中科虹霸公司如今已占據(jù)了國內(nèi)80%以上的虹膜識別市場份額。

  實驗室的虹膜識別技術(shù)不僅占據(jù)國內(nèi)市場，還通過技術(shù)授權(quán)在國際上首次大規(guī)模實際應(yīng)用于銀行ATM機。

  寄望基礎(chǔ)創(chuàng)新

  如今，實驗室做出的包括人臉識別和虹膜識別技術(shù)在內(nèi)的新一代生物特征識別系統(tǒng)，已在奧運會、世博會、海關(guān)、銀行、軍隊、公安、煤礦等領(lǐng)域取得實際應(yīng)用。

  作為國家重點實驗室，模式識別實驗室還建立了人臉數(shù)據(jù)庫（2D和3D）、虹膜數(shù)據(jù)庫、掌紋數(shù)據(jù)庫、語音語料數(shù)據(jù)庫、步態(tài)數(shù)據(jù)庫、手寫文字數(shù)據(jù)庫等15個大型數(shù)據(jù)庫，并免費提供學術(shù)界共享。這么多數(shù)據(jù)庫，其實也反映了模式識別研究領(lǐng)域的復(fù)雜性。

  作為信息科學和人工智能的重要組成部分，模式識別牽涉的學科很多，與數(shù)學、統(tǒng)計學、心理學、語言學、計算機科學等都有關(guān)系；它研究的對象更多，要讓計算機會看、會聽、會說、會思考，就要讓電腦像人腦那樣分析和識別文字、圖像、視頻、音頻……

  在如此紛繁的頭緒中，實驗室的重點發(fā)展方向是什么呢？

  剛剛就任模式識別國家重點實驗室主任的中科院自動化所研究員劉成林表示，實驗室未來的主要研究領(lǐng)域和研究方向不變，即模式識別基礎(chǔ)、圖像處理與計算機視覺、語音語言信息處理。“我們在部分方向上，如虹膜識別、文字識別、機器翻譯是領(lǐng)先的，這些我們還將繼續(xù)保持。在模式識別基礎(chǔ)理論方面，如機器學習、視覺計算基礎(chǔ)等，我們有一些零散的成果，但沒有形成大的學術(shù)影響，還需要重點投入力量開展原創(chuàng)性研究。”

  在模式識別領(lǐng)域，各種識別問題的核心都是模式分類。目前模式分類的基本理論和方法，主要有統(tǒng)計分類器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支撐向量機、Boosting、稀疏表示等，這些國際上常用的模式識別理論和方法大多為國外科學家首先提出。

  “新的理論方法有可能提高所有模式識別任務(wù)的準確率，并在國際上產(chǎn)生重大學術(shù)影響，我們現(xiàn)在缺乏這方面的工作。”劉成林說，要產(chǎn)生這樣的成果，需要吸引這方面最好的人才，給予穩(wěn)定的支持。“至少穩(wěn)定10年以上，就可能出很好的東西。我們考慮將國家重點實驗室的專項經(jīng)費向基礎(chǔ)理論研究傾斜。”

  術(shù)有千變，道法歸一。我們期待著，模式識別實驗室能早日實現(xiàn)基礎(chǔ)理論的突破，實現(xiàn)電腦與人腦之間的無縫銜接。