為計算機鍛造“火眼金睛”

李曉文

董晶，女，中國科學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合實驗室”主任。主要從事模式識別、圖像處理、多媒體內容安全等方面的研究工作，在國際權威期刊及學術會議上發表學術論文30余篇，申請發明專利]0余項。主持和參與國家“863”計劃、“973”計劃，科技支撐計劃、重點研發計劃、國家自然科學基金等20余項國家和省部級科研項目。現為中國人工智能學會副秘書長、理事，中國圖像圖形學學會副秘書長，中國計算機學會計算機視覺專業委員會委員，中國電子學會通訊學分會多媒體信息安全專委會委員，中國人工智能學會模式識別專委會委員；北京圖像圖形學學會理事、青年委員；美國電氣電子工程師學會（IEEE）高級會員、IEEE Vtools委員會委員（2016-2017）、IEEE亞太區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。曾擔任IEEE青年計算與通訊技術大會組委會主席（2008、2009）、中國人工智能大會組委會聯席主席（2015、2016）。

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

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域一般低調而神秘，它就是視覺內容鑒別研究。通俗地說，這項技術就如同一個“火眼金睛”的偵探，從圖片信息的蛛絲馬跡中辨別真偽。

中國科學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，但她卻已在這一領域拓荒許久，在基礎研究的領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結束了第一場黑白對決，這場人機大戰引發了全世界的關注。就在第二天，中國科學院自動化所與深圳無人機教育機構中科大智共建的“人工智能與機器人教育聯合實驗室”揭牌成立，同時發布了全國首套無人機科普教程，同樣引起國內的廣泛關注。

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，正式發布的無人機科普技術系列教程?！斑@套面向8-18歲中小學生的教材，旨在培養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。通過學習教材上的內容，學生可以掌握無人機的組成、飛行原理，特別是對諸如GPS、陀螺儀等應用的了解和熟悉，有助于學生今后自己組裝、調試無人機甚至可以進行飛控開發。更重要的是，它能拓寬學生思維的廣度，從小培養他們發現問題、分析問題、解決問題的能力。

每年在科學院開展的“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。中小學生在觀摩了新技術的演示后，對此產生了極大的興趣，想進一步了解新技術背后的機制和原理。自動化所為了滿足中小學生的需求，特意安排研究員和博士生來進行講解，但由于內容技術性強，專業性強，中小學生接受起來較困難?！氨M管如此，可是他們求知的欲望卻有增無減?！焙⒆觽兦笾艨实难凵窳疃щy以忘懷。

深圳中科大智在培訓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的科普教育工作，遠跟不上人工智能蓬勃發展的趨勢。自動化所作為人工智能領域的領軍科研機構，在智能技術、信息處理、控制等方面具有國際一流的科學技術和科技人才儲備，結合中科大智的市場推廣和教育經驗，雙方一拍即合，“人工智能與機器人教育聯合實驗室”成立。

據董晶介紹，目前，相關科普課程已經在深圳中學、筍崗中學等學校開設。未來，實驗室計劃將把生物特征識別、計算機視覺等前沿領域的最新研究成果，研發成面向中小學生，乃至職業教育學生的科普課程和科普設備，依托中國科協、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培養人才。

“科學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?，她曾參加過科協和團中央組織的“科普志愿行”和“科技創新行”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，理所當然也應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年本科畢業于中南大學電子信息科學與技術專業。臨近畢業時，由于成績優異，她獲得了學校保送研究生名額。在眾多科研機構中，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，是模式識別領域的領軍人物，也是董晶的湖南老鄉。1997年，譚鐵牛放棄了英國南部美麗城市雷丁的優渥生活，與妻子雙雙向雷丁大學遞交辭呈，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，人們經常在進行“模式識別”。人工智能領域的模式識別是通過計算機用數學技術方法來研究模式的自動處理和判讀，是人工智能的核心內容。隨著20世紀50年代人工智能的興起，計算機已經開始代替并擴展人類的部分智能。大數據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的模式識別已取得突破性進展。大數據的海量龐雜、異構多源、模態多樣、也使得大數據時代的模式識別面臨諸多挑戰。

董晶說，在享受信息交換與資源共享帶來的極大便利時，數字化信息能夠大規模復制，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”，然而在當前網絡環境中，假圖片或篡改圖片正在嚴重誤導著大眾?！睉腋∫暡煺铡安亓缪蚣僬掌录钡榷荚破疖幦淮蟛ǎ好餍瞧唇訄D像更是層出不窮，引發很多緋聞。更嚴峻的是，假圖片會對司法調查、保險鑒定、網絡安全等這些嚴肅、敏感的地帶造成嚴重沖擊。

嚴峻的信息網絡環境，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。以數字圖像取證、隱寫分析及數字水印等視覺鑒別技術為應用背景，董晶著重研究人類視覺系統的感知特性、機理與計算方法。從人類視覺系統與計算機視覺系統的認知差異性出發，借鑒兩類視覺系統之間的認知和計算差異性及關聯性，她提出了一系列面向實際應用需求的視覺內容鑒別研究新方法。

“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、特務有時就是這樣傳遞秘密信息的。”美國“911”事件中，據悉本，拉登便是通過在社區網絡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的。

董晶研究的方法是模式識別的基礎理論與方法，即模式識別的二分類法。這一研究與當時以生物特征識別、視頻監控、大數據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。取得博士學位后，董晶以優異的成績留所工作，當仁不讓地負責起了導師在這一領域的科研任務。

多年的堅持，讓董晶在這個領域的研究已經有了一些成果。首先是基于成像約束條件的交互式圖像真偽鑒別方法。該方法通過利用圖像底層統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系，由此鑒別圖像表觀內容的真偽。此外，她提出了一系列基于圖像和視頻底層相關特性的機器統計特征分析方法，簡單并高效地輔助人類視覺系統進行視覺隱寫分析。她還提出了一組基于邊信息和量化抖動的魯棒圖像數字水印技術方案，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，仍能被視覺系統感知與鑒別。

這些理論聽起來高深，實際上在生活中的應用十分廣泛?！氨热绨岩粡垊e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象，通過模式分析和信號提取、放大、優化，可以準確地找到被修改的痕跡?！蹦壳?，董晶已經利用這項技術為新華社圖片編輯部提供了一套解決方案。未來，這種應用還將出現在更多領域。

這些研究聽起來簡單有趣，在實際攻關中卻不容易。董晶說：“微弱信號的識別工作有別于傳統工作，隱秘信息沒有統一的模型，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，而信息安全領域能夠公開的文獻又過于陳舊，真正有用的新技術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，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。”

在導師的鼓勵下，董晶重整旗鼓，再次出發。這一次她發現，越是沉下心來就越是能體會到科學研究的趣味?！翱茖W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守鉆研

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

此外，作為多個學會專委會的委員，董晶每年都要參與和組織多個領域相關的學術大會，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域的發展，為學科發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，在現實的網絡空間安全中的應用都十分具有價值，她和導師譚鐵牛也已申請了多項國際專利，但在現階段，她卻不急于進行技術轉化，而是認為應該將主要精力放在基礎研究上。

“有些技術其實很受企業的青睞?！倍г幸豁椉夹g讓阿里巴巴、IBM公司十分感興趣。這項技術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進行深入研究或成果轉化，但現階段董晶只考慮做技術孵化。她說：“一項技術如果真做到產品階段，大家更多考慮的是用戶友好體驗和細節的優化，對技術本身反而沒有那么看重了?！彼Ｍ堰@些細節留給有經驗的工程團隊去做，而自己的課題組繼續集中精力在基礎研究領域深耕。

其實，對董晶來說，研轉產的機會有很多，她所在的自動化所就大力度鼓勵科研人員離崗創業，甚至對一些創業項目提供3年停薪留職、平臺融資等機會的優惠政策，然而這些并沒有打動董晶。她說，自然圖像取證，特別是隱寫統一特征模型的研究，目前在整個學術界還沒有完整的定論，關鍵的科學問題還沒能解決好，即便應用也只能是皮毛?！拔蚁Ｍ陉P鍵問題的研究上多使點勁兒，如果大家都去搞應用，而中斷了研究的步伐，這就可能成為永遠的難題了。”

當前，人工智能已成為技術與資本風口，其轉化速度也遠超其他技術。很多人在這種背景下“下了海”，而董晶卻多了一分清醒與冷靜?！蔽覀儸F在要警惕熱過頭。我很認同譚老師的看法，找風口不如找關口。國家究竟需要什么技術？什么技術才是對社會最有益的？我們在這些技術上和國外的差距到底在哪里？這些都需要我們去冷靜思考?！倍дJ為，企業不應借人工智能炒概念、推風口。而作為這個領域的科技工作者，她的責任是站好崗、不跟風。這份踏實將讓她一路前行，一路收獲，在模式研究領域綻放自己的光彩。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，只要能想出來的業余活動她都會抽空“涉獵”。雖然經常加班，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，對于學生，她也鼓勵他們張弛有度?！拔抑笇W生基本上是‘放養的。”說完，董晶大笑起來。當學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，轉換一下思路。她說：“讀書不止是對知識的積累，攻讀博士學位也不僅僅是發表幾篇學術論文，更重要的是科學思維的啟發和形成，我對學生能夠形成正確的認知方法和學術思想看得尤為重要。”

現在，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合實驗室”的工作，將更多的科研成果做成科普課件和設備，為國家做好人工智能方向科研人才的培養工作。

現在，除了自動化所和聯合實驗室的工作外，董晶還擔任著中國人工智能學會副秘書長、中國圖像圖形學學會副秘書長、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術兼職。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。