為計算機鍛造“火眼金睛”

李曉文

董晶，女，中國科學(xué)院自動化研究所智能感知與計算機研究中心副研究員，自動化所

中科大智“人工智能與機器人教育聯(lián)合實驗室”主任。主要從事模式識別、圖像處理、多媒體內(nèi)容安全等方面的研究工作，在國際權(quán)威期刊及學(xué)術(shù)會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，申請發(fā)明專利]0余項。主持和參與國家“863”計劃、“973”計劃，科技支撐計劃、重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等20余項國家和省部級科研項目。現(xiàn)為中國人工智能學(xué)會副秘書長、理事，中國圖像圖形學(xué)學(xué)會副秘書長，中國計算機學(xué)會計算機視覺專業(yè)委員會委員，中國電子學(xué)會通訊學(xué)分會多媒體信息安全專委會委員，中國人工智能學(xué)會模式識別專委會委員；北京圖像圖形學(xué)學(xué)會理事、青年委員；美國電氣電子工程師學(xué)會（IEEE）高級會員、IEEE Vtools委員會委員（2016-2017）、IEEE亞太區(qū)女工程師委員會主席（20172018）、IEEE北京分會女工程師委員會主席（2016-2017），Journal ofInformation Security and Applicadon國際期刊副主編。曾擔(dān)任IEEE青年計算與通訊技術(shù)大會組委會主席（2008、2009）、中國人工智能大會組委會聯(lián)席主席（2015、2016）。

如果要問當(dāng)下最火的概念是什么，答案非人工智能莫屬。從科研界到產(chǎn)業(yè)界再到資本圈，人工智能就像一團火，燃起了每個人的熱情。從類腦，再到各種無人設(shè)備，人工智能已經(jīng)不再是束之高閣的科研成果，而是與每個人都息息相關(guān)的話題。

然而，有一種人工智能卻并不廣為大眾所了解。它如同其所深耕的領(lǐng)域一般低調(diào)而神秘，它就是視覺內(nèi)容鑒別研究。通俗地說，這項技術(shù)就如同一個“火眼金睛”的偵探，從圖片信息的蛛絲馬跡中辨別真?zhèn)巍?/p>

中國科學(xué)院自動化研究所智能感知與計算研究中心副研究員，自動化所一中科大智“人工智能與機器人教育聯(lián)合實驗室”主任董品，就是一位為計算機鍛造“火眼金睛”的科研工作者。年紀雖輕，但她卻已在這一領(lǐng)域拓荒許久，在基礎(chǔ)研究的領(lǐng)域心無旁騖地耕耘著。勇立潮頭助力科普落地生花

2016年3月10日，圍棋世界冠軍李世乭與谷歌人工智能程序AophaGo結(jié)束了第一場黑白對決，這場人機大戰(zhàn)引發(fā)了全世界的關(guān)注。就在第二天，中國科學(xué)院自動化所與深圳無人機教育機構(gòu)中科大智共建的“人工智能與機器人教育聯(lián)合實驗室”揭牌成立，同時發(fā)布了全國首套無人機科普教程，同樣引起國內(nèi)的廣泛關(guān)注。

作為實驗室首任主任，董晶進入人們的視野。

老家在湖南的董晶，端莊溫婉，性格里卻帶著湖南人與生俱來的爽朗、豪放基因。她先展示了實驗室揭牌成立那天，正式發(fā)布的無人機科普技術(shù)系列教程?！斑@套面向8-18歲中小學(xué)生的教材，旨在培養(yǎng)未來的無人機接班人?！倍d奮地說道。種類多，圖片、文字詳實易懂是這套教材的特點。通過學(xué)習(xí)教材上的內(nèi)容，學(xué)生可以掌握無人機的組成、飛行原理，特別是對諸如GPS、陀螺儀等應(yīng)用的了解和熟悉，有助于學(xué)生今后自己組裝、調(diào)試無人機甚至可以進行飛控開發(fā)。更重要的是，它能拓寬學(xué)生思維的廣度，從小培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

每年在科學(xué)院開展的“公眾之光”活動中，中科院自動化所都向公眾開放，展出機器魚、機器人、人臉識別、虹膜識別、類腦等新技術(shù)。中小學(xué)生在觀摩了新技術(shù)的演示后，對此產(chǎn)生了極大的興趣，想進一步了解新技術(shù)背后的機制和原理。自動化所為了滿足中小學(xué)生的需求，特意安排研究員和博士生來進行講解，但由于內(nèi)容技術(shù)性強，專業(yè)性強，中小學(xué)生接受起來較困難?！氨M管如此，可是他們求知的欲望卻有增無減。”孩子們求知若渴的眼神令董晶難以忘懷。

深圳中科大智在培訓(xùn)過程中看到了市場對人工智能的熱度，但同時也感到全國相關(guān)的科普教育工作，遠跟不上人工智能蓬勃發(fā)展的趨勢。自動化所作為人工智能領(lǐng)域的領(lǐng)軍科研機構(gòu)，在智能技術(shù)、信息處理、控制等方面具有國際一流的科學(xué)技術(shù)和科技人才儲備，結(jié)合中科大智的市場推廣和教育經(jīng)驗，雙方一拍即合，“人工智能與機器人教育聯(lián)合實驗室”成立。

據(jù)董晶介紹，目前，相關(guān)科普課程已經(jīng)在深圳中學(xué)、筍崗中學(xué)等學(xué)校開設(shè)。未來，實驗室計劃將把生物特征識別、計算機視覺等前沿領(lǐng)域的最新研究成果，研發(fā)成面向中小學(xué)生，乃至職業(yè)教育學(xué)生的科普課程和科普設(shè)備，依托中國科協(xié)、中科院、國家的科普推廣項目工程以及遍布全國的科技館、科普教育中心，為全國青少年科普人工智能知識，為國家人工智能行業(yè)培養(yǎng)人才。

“科學(xué)研究是一種思想的探索，而科普則是對這種思想的傳播?！倍Ъ尤雽嶒炇矣兴约旱脑妇埃鴧⒓舆^科協(xié)和團中央組織的“科普志愿行”和“科技創(chuàng)新行”活動，奔赴偏遠地方做科普報告。她說，人工智能一是模仿人，二是替代人，更多的功能則是延伸和拓展人類行為，理所當(dāng)然也應(yīng)成為拓展人類思想傳播的一種手段和方式。她希望自己的科研成果聯(lián)同科研思想，在未來通過這種特殊的方式得到進一步延伸。

博學(xué)篤志不忘初心潛心研究

“人有兩種，通才和專才，我本希望成為前者，不是只能一條路走到黑的那種?！钡珜I(yè)方向的選擇上，董晶恰恰是”一條路走到黑”了。熱愛科研、熱愛科普的董晶于2005年本科畢業(yè)于中南大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。臨近畢業(yè)時，由于成績優(yōu)異，她獲得了學(xué)校保送研究生名額。在眾多科研機構(gòu)中，董晶果斷地選擇了中科院自動化所。時任自動化所所長的譚鐵牛，是模式識別領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，也是董晶的湖南老鄉(xiāng)。1997年，譚鐵牛放棄了英國南部美麗城市雷丁的優(yōu)渥生活，與妻子雙雙向雷丁大學(xué)遞交辭呈，帶著剛滿周歲的兒子，踏上回國路。這個故事對董晶的觸動很大，譚鐵牛也成為她心中的標(biāo)桿性人物。慕名來到北京，通過面試，董晶如愿成為模式識別隊伍中的一員，從此開啟了令她心馳神往的人工智能科研之路。

董晶介紹，模式識別是人類的一項基本智能，在日常生活中，人們經(jīng)常在進行“模式識別”。人工智能領(lǐng)域的模式識別是通過計算機用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動處理和判讀，是人工智能的核心內(nèi)容。隨著20世紀50年代人工智能的興起，計算機已經(jīng)開始代替并擴展人類的部分智能。大數(shù)據(jù)時代為模式識別帶來了巨大的機遇，人工智能與人對弈的取勝意味著面向特定任務(wù)的模式識別已取得突破性進展。大數(shù)據(jù)的海量龐雜、異構(gòu)多源、模態(tài)多樣、也使得大數(shù)據(jù)時代的模式識別面臨諸多挑戰(zhàn)。

董晶說，在享受信息交換與資源共享帶來的極大便利時，數(shù)字化信息能夠大規(guī)模復(fù)制，并能輕易被篡改的特性同時也帶來了許多負面影響。以前，人們常認為“耳聽為虛，眼見為實”，然而在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，假圖片或篡改圖片正在嚴重誤導(dǎo)著大眾。”懸浮視察照“藏羚羊假照片事件”等都曾掀起軒然大波：明星拼接圖像更是層出不窮，引發(fā)很多緋聞。更嚴峻的是，假圖片會對司法調(diào)查、保險鑒定、網(wǎng)絡(luò)安全等這些嚴肅、敏感的地帶造成嚴重沖擊。

嚴峻的信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，迫切需要計算機擁有像孫悟空一樣的“火眼金睛”，具備識破一切偽裝信息的法力。董晶就是為計算機鍛造“火眼金睛”的工匠之一。以數(shù)字圖像取證、隱寫分析及數(shù)字水印等視覺鑒別技術(shù)為應(yīng)用背景，董晶著重研究人類視覺系統(tǒng)的感知特性、機理與計算方法。從人類視覺系統(tǒng)與計算機視覺系統(tǒng)的認知差異性出發(fā)，借鑒兩類視覺系統(tǒng)之間的認知和計算差異性及關(guān)聯(lián)性，她提出了一系列面向?qū)嶋H應(yīng)用需求的視覺內(nèi)容鑒別研究新方法。

“剛開始做信息隱藏時，我覺得十分有趣。”董晶說“通俗地說，就是即使我用打印機打印一張白紙，也會附加上一些大家肉眼看不見的秘密信息。間諜、特務(wù)有時就是這樣傳遞秘密信息的?！泵绹?11”事件中，據(jù)悉本，拉登便是通過在社區(qū)網(wǎng)絡(luò)傳播一些附帶信息的照片，被一些別有用心的人提取出來，從而完成恐怖襲擊任務(wù)的。

董晶研究的方法是模式識別的基礎(chǔ)理論與方法，即模式識別的二分類法。這一研究與當(dāng)時以生物特征識別、視頻監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析為主流的國家重點實驗室的主流方向不太一致。然而董晶卻對這一“小眾”方向十分感興趣，潛心研究，一做就是5年。取得博士學(xué)位后，董晶以優(yōu)異的成績留所工作，當(dāng)仁不讓地負責(zé)起了導(dǎo)師在這一領(lǐng)域的科研任務(wù)。

多年的堅持，讓董晶在這個領(lǐng)域的研究已經(jīng)有了一些成果。首先是基于成像約束條件的交互式圖像真?zhèn)舞b別方法。該方法通過利用圖像底層統(tǒng)計信息的不一致性表達及度量，反映圖像高階語義層的真實約束關(guān)系，由此鑒別圖像表觀內(nèi)容的真?zhèn)?。此外，她提出了一系列基于圖像和視頻底層相關(guān)特性的機器統(tǒng)計特征分析方法，簡單并高效地輔助人類視覺系統(tǒng)進行視覺隱寫分析。她還提出了一組基于邊信息和量化抖動的魯棒圖像數(shù)字水印技術(shù)方案，較已有同類方法具有更高魯棒性，有了這個方案，水印圖像在多種水印攻擊條件下，仍能被視覺系統(tǒng)感知與鑒別。

這些理論聽起來高深，實際上在生活中的應(yīng)用十分廣泛。“比如把一張別人的臉PS成克林頓的臉，在自然場景拍攝圖像的情況下，很難分辨出來。如果在成像原理上利用圖像二次壓縮之后信號改變留有痕跡的現(xiàn)象，通過模式分析和信號提取、放大、優(yōu)化，可以準確地找到被修改的痕跡?！蹦壳埃б呀?jīng)利用這項技術(shù)為新華社圖片編輯部提供了一套解決方案。未來，這種應(yīng)用還將出現(xiàn)在更多領(lǐng)域。

這些研究聽起來簡單有趣，在實際攻關(guān)中卻不容易。董晶說：“微弱信號的識別工作有別于傳統(tǒng)工作，隱秘信息沒有統(tǒng)一的模型，很難被計算機識別?！币虼?，剛開始從事這項工作時，董晶的思路很少，而信息安全領(lǐng)域能夠公開的文獻又過于陳舊，真正有用的新技術(shù)都要很久以后才能公開。董晶的團隊由于積累不多，成果一度出得很慢。遭遇科研瓶頸的董晶心里著急，甚至有些打退堂鼓。

就在這時，導(dǎo)師譚鐵牛的一番話讓董晶茅塞頓開：“這是個有價值、有影響力的科研方向，做科研不能只看眼前，不能什么火就做什么，一味跟風(fēng)，而要重視長期的積累。也許你做的工作10年后才會被人認可，不能放棄?！?/p>

在導(dǎo)師的鼓勵下，董晶重整旗鼓，再次出發(fā)。這一次她發(fā)現(xiàn)，越是沉下心來就越是能體會到科學(xué)研究的趣味?！翱茖W(xué)研究萬變不離其宗，找到解決問題的方法和思想最重要?！倍дf，現(xiàn)在自己做科研不是為了掙大錢，也不去考慮短期成果，而是真正想去做這件能讓自己感到愉悅的事?！罢J準方向、下定決心，一步步去做，總會做出有意義的成果來?！?/p>

夯實根基冷靜審慎執(zhí)守鉆研

現(xiàn)在，董晶的課題組每年持續(xù)承擔(dān)著國家信息隱藏領(lǐng)域的科研項目。從國家自然科學(xué)基金項目、科技支撐項目到重點研發(fā)計劃，她在模式識別與圖像取證領(lǐng)域的科研積累，在一個又一個課題的打磨下日益深厚。

此外，作為多個學(xué)會專委會的委員，董晶每年都要參與和組織多個領(lǐng)域相關(guān)的學(xué)術(shù)大會，并在大會上積極介紹自己研究方向上的新成果。她希望所做的一切能影響到這個領(lǐng)域的發(fā)展，為學(xué)科發(fā)展貢獻自己的一份力量。

如今，董晶研究的copy-move檢測、傳感器噪聲取證、像素重采樣檢測、反射不一致性檢測、光照一致性檢測等技術(shù)，在現(xiàn)實的網(wǎng)絡(luò)空間安全中的應(yīng)用都十分具有價值，她和導(dǎo)師譚鐵牛也已申請了多項國際專利，但在現(xiàn)階段，她卻不急于進行技術(shù)轉(zhuǎn)化，而是認為應(yīng)該將主要精力放在基礎(chǔ)研究上。

“有些技術(shù)其實很受企業(yè)的青睞?！倍г幸豁椉夹g(shù)讓阿里巴巴、IBM公司十分感興趣。這項技術(shù)可以檢測圖片中真實人臉的脈搏反射，捕捉微弱信號，進行模式識別，從而辨別出圖中人物是真實拍攝還是電腦合成。盡管多家公司希望對此項技術(shù)進行深入研究或成果轉(zhuǎn)化，但現(xiàn)階段董晶只考慮做技術(shù)孵化。她說：“一項技術(shù)如果真做到產(chǎn)品階段，大家更多考慮的是用戶友好體驗和細節(jié)的優(yōu)化，對技術(shù)本身反而沒有那么看重了。”她希望把這些細節(jié)留給有經(jīng)驗的工程團隊去做，而自己的課題組繼續(xù)集中精力在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域深耕。

其實，對董晶來說，研轉(zhuǎn)產(chǎn)的機會有很多，她所在的自動化所就大力度鼓勵科研人員離崗創(chuàng)業(yè)，甚至對一些創(chuàng)業(yè)項目提供3年停薪留職、平臺融資等機會的優(yōu)惠政策，然而這些并沒有打動董晶。她說，自然圖像取證，特別是隱寫統(tǒng)一特征模型的研究，目前在整個學(xué)術(shù)界還沒有完整的定論，關(guān)鍵的科學(xué)問題還沒能解決好，即便應(yīng)用也只能是皮毛?！拔蚁Ｍ陉P(guān)鍵問題的研究上多使點勁兒，如果大家都去搞應(yīng)用，而中斷了研究的步伐，這就可能成為永遠的難題了?！?/p>

當(dāng)前，人工智能已成為技術(shù)與資本風(fēng)口，其轉(zhuǎn)化速度也遠超其他技術(shù)。很多人在這種背景下“下了?！保s多了一分清醒與冷靜?！蔽覀儸F(xiàn)在要警惕熱過頭。我很認同譚老師的看法，找風(fēng)口不如找關(guān)口。國家究竟需要什么技術(shù)？什么技術(shù)才是對社會最有益的？我們在這些技術(shù)上和國外的差距到底在哪里？這些都需要我們?nèi)ダ潇o思考?！倍дJ為，企業(yè)不應(yīng)借人工智能炒概念、推風(fēng)口。而作為這個領(lǐng)域的科技工作者，她的責(zé)任是站好崗、不跟風(fēng)。這份踏實將讓她一路前行，一路收獲，在模式研究領(lǐng)域綻放自己的光彩。張弛有度廣建平臺延伸夢想

科研工作多而繁雜，董晶卻十分懂得張弛之道。工作雖忙，她卻從未因此放棄自己的愛好。閱讀、旅游、瑜伽、攝影，只要能想出來的業(yè)余活動她都會抽空“涉獵”。雖然經(jīng)常加班，但她并不是起早貪黑、埋頭苦干的人。忙一段時間后，她會刻意讓自己停下來，陪陪四歲半的孩子，陪陪父母、愛人，和朋友聚會。她說：“工作只是生活的一部分，如果你能熱愛生活，就一定會熱愛工作?！?/p>

董晶不僅懂得讓自己在繁忙的工作之余放松下來，對于學(xué)生，她也鼓勵他們張弛有度?！拔抑笇?dǎo)學(xué)生基本上是‘放養(yǎng)的?！闭f完，董晶大笑起來。當(dāng)學(xué)生的課題進行不下去時，董晶總會讓他們停下手中的課題，出去散散心，轉(zhuǎn)換一下思路。她說：“讀書不止是對知識的積累，攻讀博士學(xué)位也不僅僅是發(fā)表幾篇學(xué)術(shù)論文，更重要的是科學(xué)思維的啟發(fā)和形成，我對學(xué)生能夠形成正確的認知方法和學(xué)術(shù)思想看得尤為重要?！?/p>

現(xiàn)在，董晶除了在自己的研究方向上努力做出成果外，還想做好“人工智能與機器人教育聯(lián)合實驗室”的工作，將更多的科研成果做成科普課件和設(shè)備，為國家做好人工智能方向科研人才的培養(yǎng)工作。

現(xiàn)在，除了自動化所和聯(lián)合實驗室的工作外，董晶還擔(dān)任著中國人工智能學(xué)會副秘書長、中國圖像圖形學(xué)學(xué)會副秘書長、IEEE等國際組織的志愿者任職以及Journal OF Information Securityand Application國際期刊副主編等學(xué)術(shù)兼職。她說，這些兼職都是為了拓寬視野，通過了解和參與不同的平臺會促使自己為其設(shè)身處地地全面考慮問題，進而將這種“大局觀”反饋到平時的科研工作中去。“對于年輕人，更要多給他們一些平臺，沒平臺也要創(chuàng)建新平臺，讓他們能看到自己身邊的方寸天地外還有更廣闊的世界。”

“平臺越深越廣，舞臺越做越大，事業(yè)越來越好。生命的長度不能延伸，但它的廣度卻是無限的?！边@就是董晶的科研信條。