雷鋒網(wǎng) AI 科技評論按：7 月 12 日-7 月 14 日，2019 第四屆全球人工智能與機器人峰會（CCF-GAIR 2019）于深圳正式召開。峰會由中國計算機學(xué)會（CCF）主辦，雷鋒網(wǎng)、香港中文大學(xué)（深圳）承辦，深圳市人工智能與機器人研究院協(xié)辦，得到了深圳市政府的大力指導(dǎo)，是國內(nèi)人工智能和機器人學(xué)術(shù)界、工業(yè)界及投資界三大領(lǐng)域的頂級交流博覽盛會，旨在打造國內(nèi)人工智能領(lǐng)域極具實力的跨界交流合作平臺。

7 月 12 日，香港中文大學(xué)（深圳）校長講席教授、香港理工大學(xué)講座教授、深圳人工智能與機器人研究院中心主任、IEEE Fellow 張大鵬教授為 CCF-GAIR 2019 主會場「中國人工智能四十年專場    」做了題為「生物特征識別的新進展-紀念中國人工智能40年」的大會報告。以下為張大鵬教授所做的大會報告全文，感謝張大鵬教授的修改與確認。

非常高興受邀參加本次會議，讓我有機會匯報我的最新工作。今天我的講題是“紀念中國人工智能40周年”，而我本人是中國學(xué)位法公布后首屆入學(xué)的研究生，也是哈工大畢業(yè)的首個計算機博士，從 1980 年入學(xué)開始算起，我基本見證了中國人工智能這 40 年的發(fā)展歷程。

這是我研究生期間所能找到最早的一篇論文，選題與指紋識別有關(guān)。 1984 年，陳光熙教授是我的博士生導(dǎo)師，圖片展示的是當(dāng)年哈工大進行博士學(xué)位論文答辯的場景。

以下為哈工大計算機學(xué)科博士名錄，我排在首位。

1985年，我到清華擔(dān)任博士后，因此有幸成為常迵院士的學(xué)生。隨后，我到中科院待了幾個月時間，中科院當(dāng)時給我頒發(fā)的一份聘書，我覺得非常有意義，因為該聘書將我的專業(yè)定性為圖象處理、模式識別和人工智能，這在當(dāng)時是非常少見的，一般都會稱為計算機應(yīng)用。

1988 年，我在加拿大拿到我的第二個博士學(xué)位，一直到 1995 年才來到香港，這時候已經(jīng)過去了 23 年，這是我在香港工作時期的一些成果。

當(dāng)下流行的人工智能，當(dāng)年一般都稱為模式識別，總的來說，模式識別是人工智能的重要組成部分，它與許多領(lǐng)域息息相關(guān)，是人工智能最流行的組成部分。模式識別是人工智能的重要組成部分，而生物特征識別又是模式識別的典型應(yīng)用，因此，今天我將趁機匯報我們在這個領(lǐng)域的相關(guān)工作。

簡而言之，我們將模式識別、圖象處理做成了一個平臺，緊接著通過該平臺進行生物特征識別。我們在這方面做了許多新方法、新技術(shù)和新應(yīng)用的探討。其中，我們研發(fā)了 2DPCA 方法，截止目前引用率已經(jīng)高達 3900 多次；此外，我們還在生物特征識別的鑒定方法上做了許多工作；鑒于生物特征識別主要更多是二維以及可見光的，我們又接著探討三維以及波光譜的研究；針對三維生物特征識別上的工作，我們還發(fā)表了一本書。

我國首套掌紋系統(tǒng)

新技術(shù)方面，我們是國際上首個研究掌紋識別的團隊。目前的生物特征識別手段主要是指紋、人臉、虹膜等，但它們卻依然存在著諸多問題：

指紋——

作為接觸式的生物特征識別方式，缺點包括有 5% 的人無法通過指紋進行識別，國際上也承認該方法的防偽能力存在缺陷。

人臉——

年紀增長和整容都可能給人臉帶來極大的變化。

虹膜——

一旦患上眼疾便無法取得較理想的虹膜圖像，且東方人的虹膜信息量整體不如西方人有效。

因此，掌紋識別被我們認為是值得探討的方向，而且這是中國人獨創(chuàng)的方法，受到了傳統(tǒng)手相學(xué)的啟發(fā)。我們發(fā)現(xiàn)，掌紋識別包含諸多新特征，當(dāng)中包括幾何信息、細節(jié)點信息、線特征、紋理信息、掌脈信息等，而且由于掌紋夠復(fù)雜，因而防偽能力上也能有所保障。即便不小心沾上污漬，掌紋也能被有效地識別，這又是另外一項優(yōu)點。

掌紋識別研究發(fā)展至今，我們有很多文章被發(fā)表，同時也獲得了諸多獎項的肯定。比如，我們在 1998 年首次在國際上發(fā)表的掌紋識別文章，還出過掌紋識別的總結(jié)性書籍。國際上相關(guān)的 13篇文章中，我們占了其中 2 篇。這也是我國研發(fā)的首套掌紋系統(tǒng)。

系統(tǒng)落地——中醫(yī) & 美學(xué)    

新應(yīng)用方面，我想從兩方面來展開。

一個是如何將生物特征識別運用至醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是與中醫(yī)的結(jié)合。我們希望能夠找到一種新方法，能將中醫(yī)量化、客觀化，進而把中醫(yī)推向國際。我們主要從四個方面開展研究：視覺感知、嗅覺感知、聽覺感知、觸覺感知，以及綜合性的融合感知。

首先是視覺感知，我們主要分析的舌像，通過顏色、紋理、形狀等指標全方位對舌相進行探討。比如針對特舌像的顏色，我們利用舌像的12個分布點創(chuàng)建了舌相主空間。針對舌頭表面的反光點，包括潤燥指數(shù)、淤斑淤點等，皆為有效信息。至于紋路，也是中醫(yī)俗稱的薄苔厚苔，我們也通過量化的方法進行了有效定義。隨著庫的體量變大，搜集到的特征變多，我們能借此進行亞健康以及病變判斷。

文獻清單：

–  Book:TongueImageAnalysis,SpringerSingapore,306pp.2017(舌像分析)

–  Book:TongueDiagnostics,AcademicPress.650p,2011(舌像分析)

–  “Robusttonguesegmentationbyfusingregion-based&edge-basedapproaches”Expert Systems with Applications 21, 42, Nov, 8027-38. 2015. (舌像分割)

–  “DetectingDiabetesMellitusandNonproliferativeDiabeticRetinopathyUsing Tongue Color, Texture, and Geometry Features”, IEEE Trans. on Biom. Eng. 2, 61, 491-501, 2014. (舌像應(yīng)用)

–  “StatisticalAnalysisofTongueimageforFeatureExtractionanddiagnostics”IEEE Trans. on Image Processing, 22 (12), 5336-47, 2013. (舌色分析 )

–  “Ahighqualitycolorimagingsystemforcomputerizedtongueimageanalysis,”

–  ExpertSystemwithApplications4，15，5854-66.2013.(儀器設(shè)計)

–“ANewTongueColorcheckerDesignbySpaceRepresentationforPreciseCorrection,”IEEEJournalofBiomedical&Health Informatics 2, 17, 381-391, 2013. (舌色校正)

– “TongueColorAnalysisforMedicalApplication,”Evidence-BasedComple-&Alter-Medi-,ID264742,11p,2013(舌色分析).

–“Fastmarchingoverthe2DGabormagnitudedomainfortonguebodysegmentation,”EURASIPJ.Adv.Sig.Proc.190.2013. (舌像分割)

–  “Automatic tongue image segmentation based on gradient vector flow and region merging,” Neural Computing and Applications 8, 21, 1819-26, 2012. (舌像分割)

–  “Tongueprint:AnovelbiometricsIdentifier,”PatternRecognition3,43,1071-1082,2010.(舌像應(yīng)用)

–  “Anoptimizedtongueimagecolorcorrectionscheme,”IEEETrans.onInf.Tech.inBio.6,14,1355-64,2010.(舌色校正)

–  “Tongueshapeclassificationbygeometricfeatures,”Infor.Sci.2,180,312-324,2010.(舌型分析)

–  “A snake-based approach to automated segmentation of tongue image using polar edge detector”, Inter.Journal of Image System & Technology 4, 16,103-112, 2007. (舌像分割)

–  “Automatedtonguesegmentationinhyperspectralimagesformedicine,”AppliedOptics34,46,8328-34,2007.(舌像分割)

–  “Classification of hyperspectral medical tongue images for tongue diagnosis,” Com. Med. Imaging & Graphics 31, 672-678,2007. (舌像應(yīng)用)

– “TheBi-ellipticalDeformableContouranditsApplicationtoAutomatedTongueSegmentationinChineseMedicine,”IEEE Trans. on Medi. Ima. 8, 24, 946-56, 2005. (舌像分割)

–“ComputerizedDiagnosisfromTongueAppearanceusingQuantitativeFeatureClassification,”TheAmericanJournalofChinese Medicine (AJCM) 6, 33, 859-66, 2005. (舌像分析)

–  TongueImageAnalysisforAppendicitisDiagnosis?,Infor.Sci.3,175,160-176,2005.(舌像分析)

–  ComputerizedTongueDiagnosisBasedonBayesianNetworks?,IEEETrans.onBio.Eng.10,51,1803-10,2004.

第二個是嗅覺感知，指的是口腔氣味，我們可以借此判斷潛在的病理信息。我們創(chuàng)建了可以捕捉人體內(nèi)部氣味的傳感器陣列，最終發(fā)現(xiàn)不同的類型的疾病會得到不同類型的波形。通過我們的研究，我們認為糖尿病與血檢、呼吸等皆有一定關(guān)聯(lián)，于是我們進一步探討糖尿病的無損檢測研究，對于是否患上糖尿病以及糖尿病等級都做了相應(yīng)探討。

文獻清單：

– Book: Electronic Nose: Algorithmic Challenges, Springer, 2018. – Book: Breath Analysis for Medical Applications, Springer, 2017.

– “Breath analysis for detecting disea. on respiratory, metabolic & digestive system,” Journal of Biomedical Science and Engineering, 2019

– “Learning domain-invariant subspace using domain features & indepe- Maxmization,” IEEE Trans. on Cybernetics 2017

– “A novel medical e-nose signal analysis system,” Sensors 4,17,402.2017– “Efficient solutions for discreteness, drift & disturbance (3D) in electronic olfaction,” IEEE Trans. on SMC: Part A. 2017 (氣味分析)

– “Temperature modulated gas sensing e-nose for low-cost/fast detection,” IEEE Journal 2,16,464-74,2016– “Calibration transfer & drift compensation of e-noses via coupled task learning,” Sensors & Actuators: B.225, 31, 288-297. 2016(氣味分析)

– “Correcting instrumental variation & time-varying drift: A transfer learning approach with autoencoders,”IEEE TIM 9, 65, 2012-22. 2016(系統(tǒng)設(shè)計)

– “A novel semi-supervised learning approach in artificial olfaction for e-nose application,” IEEE Sensor

Journal 12, 16, 4919-31. 2016(系統(tǒng)設(shè)計)
– “Improving the transfer ability of prediction models for electronic noses,” Sensors & Actuators: B.

Chemical 220, 115-124. 2015(儀器設(shè)計)
– “Domain adaptation extreme learning machines for drift compensation in e-nose systems,” IEEE Trans.on IM 7, 64, 1790-1801. 2015(氣味分析)

– “Feature selection and analysis on correlated gas sensor data with recursive feature elimination,” Sensors & Actuators: B. Chemical, 212, 353-363. 2015(氣味分析)

– “Design of breath analysis system for diabetes diagnosis & blood glucose level prediction”, IEEE Trans. on Biomedical Engineering 11, 61. 2014(儀器設(shè)計)

– “Non-invasive Blood Glucose Monitoring for Diabetics by Means of Breath Signal Analysis,” Sensors & Actuators B 173,106-113, 2012 (氣味分析)

– “Sparse representation-based classification for Breath sample identification,” Sensors & Actuators B

1,158, 43-53, 2011(氣味分析)

– “A LDA based sensor selection approach in breath system,” Sensors & Actuators B 157, 265-274, 2011

– “A novel breath analysis system based on electronic olfaction,” IEEE TBE 11, 57, 2753–63, 2010

第三個是觸覺感知，我們按照中醫(yī)的三部九侯思路設(shè)計了相應(yīng)系統(tǒng)。鑒于脈象是血流通過內(nèi)臟器官流到人的末梢，帶有內(nèi)臟器官的病理信息，因此我們一直堅定脈象無法被ECG取代。我們通過生物特征識別技術(shù)對大量特征進行提取，然后進行優(yōu)化，最終形成了對不同波形的分析。

文獻清單：

– Book: Computational Pulse Signal Analysis, Springer, Singapore, 2018

– “Radial artery pulse waveform analysis based on curve fitting using discrete Fourier series”

Computer Methods and Programs in Biomedicine 2019

–  “A Robust Pulse Acquisition on Multisensor & Signal Quality Assessment,” IEEE TIM, 2019

–  “Generalized Feature Extraction for Wrist Pulse Analysis: from 1-D Time Series to 2-D Matrix,” IEEE JBHI 4, 21, 978-985. 2017(脈象分析)

–  “A Robust Signal Preprocessing Framework for Wrist Pulse Analysis,” Biomedical Signal Processing and Control 23, 62-75. 2016(脈象分析)

–  “Comparison of Three Different Types of Wrist Pulse Signals by Their Physical Meanings and Diagnosis Performance,” IEEE JBHI 1, 20, 119-127. 2016 (系統(tǒng)設(shè)計)

–  “A novel multi-channel wrist pulse system with different sensor arrays,” IEEE TCM 7, 64, 2020-34. 2015

–  “An Optimal Pulse System Design by Multi-channel Sensors Fusion,” IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics (J-BHI) 2, 20, 450-9, 2015(系統(tǒng)設(shè)計)

– “A Compound Pressure Signal Acquisition System for Multi-Channel Wrist Pulse Analysis”, IEEE Trans. TIM 6, 63, 1556-65, 2014(儀器設(shè)計)

– “Combination of heterogeneous features for wrist pulse blood flow signal diagnosis via multiple kernel learning”, IEEE Trans. Infor. Tech. in BioMedicine 4, 16, 598-606, 2012(脈象分析)

– “Computerized wrist pulse signal diagnosis using modified auto-regressive models,” Journal of Medical Systems 35(3): 321-328, 2011(脈象分析)

– “Classification of Pulse Waveforms Using Edit Distance with Real Penalty.” EURASIP J. on Advances in Signal Pro., 303140: 1-9, 2010(脈象分析)

– “Wrist Blood Flow Signal-based Computerized Pulse Diagnosis Using Spatial and Spectrum Features.” Journal of Biomedical Science and Engineering, 3(4): 361-366, 2010(脈象分析)

– “Wrist Pulse Signal Diagnosis using Modified Gaussian Models and Fuzzy C-Means Classification,” Medical Eng. & Phy. 31, 1283-1289, 2009(脈象分析)

– “Baseline Wander Correction in Pulse Waveforms Using Wavelet-based Cascaded Adaptive Filter”, Computers in Biology and Medicine 37, 5, 716-731, 2007(脈象分析)

– “Arrhythmia Pulses Detection by Ziv-Lempel Complexity Analysis”, RURASIP Journal on Applied Signal Processing 2006, 1-12, 2006(脈象分析)

– “Wavelet-based Cascaded Adaptive Filter for Removing Baseline Drift in Pulse Waveforms,” IEEE Trans. on Biome. Eng. 52,11,1973-1975, 2005(脈象分析)

– “Modern researcher on Traditional Chinese Pulse Diagnosis”, European Journal of Oriental Medicine 4, 5, 46-54, 2004(脈象分析)

– “Objectifying Researches on Traditional Chinese Pulse Diagnosis”, Informatics Medical Slovenica, August, 56-63, 2003(脈象分析)

最后一個是聽覺感知。我們希望通過我們的技術(shù)，可以找到對話中隱含的病理信息，因此我們系統(tǒng)探討了它與發(fā)音、疾病之間的關(guān)系。這個工作相應(yīng)來說進行得較晚，直到17年才有第一篇論文，而這幾年也陸續(xù)有文章發(fā)表。

文獻清單：

–  Book: Voice Analysis for Medical Applications, Springer, 2019

–  “Joint Learning for Voice Based Disease Detection,” Pattern Recognition 87,130-39, 2019.

–  “Computerized voice analysis in biomedical field & its open challenges,” IEEE Access, 2018.

–  “Influence of sampling rate on voice analysis for the detection of
Parkinson‘s disease,” The Journal of the Acoustical Society of America, 2018.

–  “Learning acoustic features to detect Parkinson’s disease,” Neurocomputing, 2018.

–  “GMAT: Glottal closure instants detection based on the Multiresolution Absolute TKEO,” Digital Signal Processing 69, 286-299. 2017.

中醫(yī)強調(diào)“望聞問切”，所以我們在融合感知方面也展開了許多工作，將單一的舌、脈等感知經(jīng)過融合達到更好的效果。我們將之作為當(dāng)下的重點工作進行了相應(yīng)研發(fā)。

文獻清單：

– Book:InformationFusion:TechnologiesandApplications,Springer,2019

–“Visual Classification With Multikernel Shared Gaussian Process Latent Variable Model,” IEEE Trans. on Cybernetics 8, 49, 2886-99, 2019.

–“Generative Multi-view and Multi-feature Learning for Classification,” Information Fusion 41, 215-26, 2019. –“Body Surface Feature-based Multi-modal Learning for Diabetes Mellitus Detection,” Information Sciences.472, Jan. 1-14. 2019.

–“Shared Auto-encoder Gaussian Process Latent Variable Model for Visual Classification,” IEEE TNNLS 9,29, 4272-86. 2018

–“Joint discriminative and collaborative representation for fatty liver disease diagnosis,” Expert Systems

with Applications 89, Dec., 31-40. 2017

–“Joint Similar and Specific Learning for Diabetes Mellitus and Impaired Glucose Regulation Detection,” Information Science 384, 191-204. 2017

此外，生物特征識別作為一個平臺，我們還希望將它應(yīng)用至美學(xué)鑒別領(lǐng)域。

盡管每個人對美的看法不盡相同，但我們認為美是具有公認特征的，因此我們希望通過捕捉公認特征來實現(xiàn)美的客觀化。在這過程中，我們成功解決了所謂的平均臉問題，即用于進行美的鑒別的標準。我們通過對61個國家的人臉庫進行分析，獲得所有關(guān)于美的規(guī)則，其中包括了中國人的三庭五眼，以及西方人的黃金比例等，以找到最接近美的公共標準。

我們最終建立了一個窗口，讓人們得以實時對這些規(guī)則進行調(diào)整。

最后，跟大家強調(diào)一下，我們現(xiàn)在成立了深圳市人工智能與機器人研究中心，主要致力于這方面的研究，希望能有更多人加盟到我們的隊伍中來。謝謝大家。

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