桃子D

About the Film

我們常說(shuō)，眼睛是心靈之窗，從眼睛能看到一個(gè)人的感情和心靈。電影《I型起源》就圍繞著眼睛講述了一個(gè)神秘奇幻的故事：男主角格雷博士是一個(gè)研究眼睛進(jìn)化的科學(xué)家，他癡迷于拍攝自己遇見(jiàn)的所有人的眼睛。在一次聚會(huì)上，格雷邂逅了一位擁有特殊顏色虹膜的女孩，并拍下了她的眼睛。后來(lái)，他重新找到她并與之墜入了愛(ài)河。然而在一次電梯事故中，他失去了自己的愛(ài)人。悲傷過(guò)后，他與自己的科研伙伴走到了一起。又過(guò)了很多年，他的兒子出生了，此時(shí)對(duì)虹膜的研究已經(jīng)發(fā)展到可以為每個(gè)新生兒建立虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)，他的兒子也接受了虹膜掃描。但是奇怪的事情發(fā)生了——他兒子的虹膜數(shù)據(jù)居然和別人重復(fù)了！格雷為此進(jìn)行了調(diào)查，他吃驚地發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)中有和自己死去的愛(ài)人的虹膜數(shù)據(jù)一樣的記錄……電影中對(duì)眼睛進(jìn)化研究以及虹膜掃描技術(shù)的描述頗為有趣，就此我們來(lái)做點(diǎn)小小的分析吧。

Real Story

虹膜的色彩魔法

電影中，女主角的眼睛圖像幾乎貫穿了整個(gè)故事，她的虹膜非常美麗，從內(nèi)到外由金色向綠色過(guò)渡。我們?cè)谏钪锌吹降暮缒に坪醵际菃紊模珜?shí)際上也擁有顏色過(guò)渡，只不過(guò)這種過(guò)渡沒(méi)有女主角的眼睛那樣明顯。亞洲人的虹膜多為棕褐色，歐美一些國(guó)家的人的虹膜更多彩，包括紅褐色、綠色、藍(lán)色、灰色、紫色等。其實(shí)從人類的進(jìn)化史來(lái)說(shuō)，虹膜顏色的多變，與人類的一個(gè)基因突變有關(guān)，這個(gè)基因突變減少了虹膜中黑色素的合成。如果你打開(kāi)繪圖軟件Photoshop，在色彩窗口中調(diào)整單項(xiàng)色的數(shù)值，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種減少令棕褐色逐漸向藍(lán)色轉(zhuǎn)變。與之類似的原理，因?yàn)檫@個(gè)基因突變，靠近藍(lán)色這端色相的虹膜出現(xiàn)了，而單色配比不同，就產(chǎn)生了各種不同顏色的虹膜。

虹膜掃描與生物識(shí)別

虹膜是眼睛中瞳孔外的那一圈組織，如果放大了看，你會(huì)看到極其復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)幾乎是獨(dú)一無(wú)二的，理論上來(lái)說(shuō)，找到兩個(gè)完全相同的虹膜的概率是120萬(wàn)分之一。而且，虹膜在人體發(fā)育成熟后終生不變，包括顏色也不會(huì)受疾病影響。因此，虹膜掃描成了生物識(shí)別技術(shù)中頗為引人注目的領(lǐng)域。

對(duì)虹膜進(jìn)行識(shí)別，首先要攝入眼睛正面整體的圖像，就像電影里格雷博士癡迷的近距離眼睛攝影一樣，對(duì)整個(gè)虹膜進(jìn)行識(shí)別。把這個(gè)圖像放入計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)處理，分離出虹膜的圖像，然后提取出虹膜的特征點(diǎn)，進(jìn)行編碼，儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)。用掃描的虹膜編碼數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，就是虹膜識(shí)別技術(shù)。電影中對(duì)格雷的兒子進(jìn)行新生兒虹膜掃描的情節(jié)，基本與現(xiàn)實(shí)技術(shù)相符。

False Tale

虹膜與靈魂的聯(lián)系

然而當(dāng)電影發(fā)展到格雷尋找逝去的愛(ài)人的眼睛時(shí)，這個(gè)故事就進(jìn)入了浪漫的幻想，與科學(xué)沒(méi)有什么關(guān)系了。

雖然虹膜掃描技術(shù)具有很高的唯一性，每個(gè)人的虹膜結(jié)構(gòu)幾乎都是獨(dú)一無(wú)二的，但這個(gè)獨(dú)一無(wú)二仍然具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的破綻，那就是前文提到的120萬(wàn)分之一的意外。目前，虹膜掃描技術(shù)還停留在科研機(jī)構(gòu)和部分科技公司的推廣項(xiàng)目中，沒(méi)有大規(guī)模地進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。同樣，虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能匹配全世界數(shù)十億的人口。在這個(gè)世界上，你能找到眼睛一模一樣的兩個(gè)人嗎？這個(gè)問(wèn)題在現(xiàn)實(shí)中還沒(méi)有準(zhǔn)確的答案。

而電影在結(jié)尾也耍了個(gè)小花招：格雷千辛萬(wàn)苦終于尋找到擁有與愛(ài)人同樣眼睛的小女孩，他嘗試讓小女孩分辨愛(ài)人生前記憶相關(guān)的圖片，小女孩成功與失敗的次數(shù)是隨機(jī)的，不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。如果你傾向于幻想，那心靈之窗就與靈魂相連；如果你追根究底，那虹膜就會(huì)給你一個(gè)冷冰冰的合乎科學(xué)的答案。

提高成功率的算法

虹膜識(shí)別技術(shù)自理論誕生起，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了近30年的發(fā)展，目前的技術(shù)雖然可以進(jìn)行精確的識(shí)別匹配，但要求必須取得虹膜近距離正面高質(zhì)量圖像。而在現(xiàn)實(shí)生活中，用戶往往無(wú)法滿足其苛刻的條件——眼球不能轉(zhuǎn)動(dòng)、不能被眼皮或睫毛遮擋、不能運(yùn)動(dòng)模糊、光照不能太弱……最要命的是超近距離，有多少人能接受將眼睛幾乎緊貼在攝像頭上來(lái)拍照呢？因此，研究這項(xiàng)技術(shù)的科學(xué)家傾向于努力改善虹膜識(shí)別的算法。對(duì)低質(zhì)量的虹膜圖像進(jìn)行識(shí)別，最大的難度往往是預(yù)處理和提取虹膜特征識(shí)別的程序。如果讓這兩個(gè)程序的靈敏度提高到能無(wú)視現(xiàn)實(shí)環(huán)境中復(fù)雜的干擾，那么虹膜識(shí)別才能從“人遷就機(jī)器”向“機(jī)器滿足人的需求”轉(zhuǎn)變，成為真正實(shí)用的技術(shù)。