步態(tài)識(shí)別：距離50米攝像機(jī)照樣能認(rèn)出你

????????警用裝備網(wǎng)訊： 步態(tài)識(shí)別被廣為人知應(yīng)該得益于2015年上映的《碟中諜5》，影片中阿湯哥帶上了面具，順利通過指紋鎖、三重物理鎖等重重關(guān)卡，卻在步態(tài)識(shí)別鎖面前被識(shí)別出來，計(jì)劃功虧一簣。對(duì)于當(dāng)時(shí)大部分剛剛接觸指紋識(shí)別、人臉識(shí)別的普通人來說，步態(tài)識(shí)別有點(diǎn)過于玄妙，像是科幻世界中的場(chǎng)景。而如今，這個(gè)場(chǎng)景正在被慢慢照入現(xiàn)實(shí)。

　　在2017年9月15日晚黃金時(shí)段播出的中央電視臺(tái)CCTV-1大型科技挑戰(zhàn)節(jié)目《機(jī)智過人》第三期中，銀河水滴的步態(tài)識(shí)別研究團(tuán)隊(duì)在與“最強(qiáng)人類”袁夢(mèng)（國(guó)際記憶大師，曾成功從168條音軌中辨識(shí)出TFBOYS三位的音軌）的挑戰(zhàn)中勝出，接受了姚期智(中科院院士、圖靈獎(jiǎng)得主)、撒貝寧等組成的嘉賓團(tuán)現(xiàn)場(chǎng)鑒定，引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。在該期節(jié)目中，銀河水滴的步態(tài)識(shí)別系統(tǒng)先后對(duì)10個(gè)身高、體型相似的蒙面人“嫌疑犯”與21只體型、毛色相似的金毛犬進(jìn)行識(shí)別，均取得了成功。

　　步態(tài)識(shí)別的技術(shù)原理

　　實(shí)際上，對(duì)于步態(tài)識(shí)別，大家在生活中并不陌生，我們經(jīng)常在遠(yuǎn)處還未看清面孔時(shí)就能通過步態(tài)識(shí)別出自己熟悉的親朋好友。步態(tài)識(shí)別技術(shù)就是利用智能分析算法賦予計(jì)算機(jī)具備這種通過步態(tài)識(shí)別身份的能力。

　　提到“生物識(shí)別技術(shù)”，人們首先聯(lián)想到的是面部、指紋、虹膜識(shí)別等，因?yàn)檫@些特征對(duì)每個(gè)人來說都是獨(dú)一無二的，所以這類“活體密碼”在安全性上也會(huì)高出許多。然而，上述幾類生物識(shí)別技術(shù)都需要在相對(duì)近距離的范圍內(nèi)才能完成識(shí)別，例如人臉，當(dāng)視頻采集設(shè)備與待識(shí)別目標(biāo)距離較遠(yuǎn)時(shí)，人臉模糊不清，系統(tǒng)無法識(shí)別，指紋、虹膜就更無法采集。面對(duì)這種局限，步態(tài)識(shí)別以難隱藏性、非接觸性和非侵入性等特點(diǎn)從眾多可選方案中脫穎而出，成為生物識(shí)別領(lǐng)域的一匹“黑馬”。

　　英國(guó)南安普敦大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)系的馬克·尼克松教授的研究顯示，人人都有截然不同的走路姿勢(shì)，因?yàn)槿藗冊(cè)诩∪獾牧α?、肌腱和骨骼長(zhǎng)度、骨骼密度、視覺的靈敏程度、協(xié)調(diào)能力、經(jīng)歷、體重、重心、肌肉或骨骼受損的程度、生理?xiàng)l件以及個(gè)人走路的“風(fēng)格”上都存在細(xì)微差異。對(duì)一個(gè)人來說，要偽裝走路姿勢(shì)非常困難，不管罪犯是否帶著面具自然地走向銀行出納員還是從犯罪現(xiàn)場(chǎng)逃跑，他們的步態(tài)就可以讓他們露出馬腳。

　　步態(tài)識(shí)別技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　一方面，從醫(yī)學(xué)角度來看，不同的腿骨長(zhǎng)度、肌肉強(qiáng)度、重心高度以及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)靈敏度，決定了步態(tài)的唯一性和穩(wěn)定性，因而短時(shí)間內(nèi)很難被他人模仿。

　　另一方面，對(duì)距離要求不高，即時(shí)距離較遠(yuǎn)，人走路的姿態(tài)也清晰可見。一般來說，基于1080p的攝像頭，有效識(shí)別距離可達(dá)50米，識(shí)別速度在200ms以內(nèi)；如果分辨率達(dá)到4K的高清配置，有效識(shí)別距離可擴(kuò)展至100米。

　　此外，步態(tài)特征無需識(shí)別者特意配合就能進(jìn)行采集。

　　步態(tài)識(shí)別的應(yīng)用領(lǐng)域

　　步態(tài)識(shí)別技術(shù)悄然興起，那么其目前主要應(yīng)用于哪些領(lǐng)域呢？

　　首先，當(dāng)然就是公安系統(tǒng)。以往，公安系統(tǒng)需要人工審核大量視頻資料，不僅浪費(fèi)人力資源，還影響到破案效率。雖然近年來有了人臉識(shí)別技術(shù)的支持，但是往往由于嫌犯的反偵察掩飾，或者是攝像頭清晰度、角度等原因，識(shí)別準(zhǔn)確率也難以完全保障。通過應(yīng)用步態(tài)識(shí)別技術(shù)，公安部門就可以進(jìn)一步節(jié)省人工審核視頻資料的時(shí)間，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的身體特征和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行分析，快速鎖定目標(biāo)人群，加快刑事案件偵破速度，提升公安系統(tǒng)信息化水平。此外，除了甄別嫌犯，步態(tài)識(shí)別技術(shù)也能用來幫助尋找失蹤、走失人員。

　　其次，就是擁有野外重要設(shè)施的行業(yè)，例如石油行業(yè)。近日，國(guó)內(nèi)步態(tài)識(shí)別領(lǐng)域的“領(lǐng)頭羊”銀河水滴就宣布與石油行業(yè)達(dá)成了合作，將利用步態(tài)識(shí)別技術(shù)完善防控網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)位于野外露天環(huán)境的石油設(shè)施。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，石油行業(yè)的野外設(shè)施此前主要依靠人類安防力量進(jìn)行巡檢、防護(hù)，雖然有攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，但是受限于客觀原因，識(shí)別有效性不足。而步態(tài)識(shí)別技術(shù)具有的遠(yuǎn)距離、非接觸、無需主動(dòng)配合等優(yōu)勢(shì)，可以加強(qiáng)、完善油田的安防體系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，提高安防水平，并較低人力成本。

　　步態(tài)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到智能家居領(lǐng)域，可以很好地替代遙控器這種遠(yuǎn)距離操作工具。例如，電視機(jī)用上步態(tài)識(shí)別技術(shù)，用戶一進(jìn)家門就可以遠(yuǎn)距離讓電視識(shí)別自己身份，從而在不接觸電視的情況下，讓電視播放自己喜歡的節(jié)目或者音樂。

　　步態(tài)識(shí)別也可以提升空調(diào)的智能水平，根據(jù)家庭成員的步態(tài)特征，空調(diào)可以及時(shí)識(shí)別老人、小孩等特殊人群的活動(dòng)范圍，能夠根據(jù)不同人群調(diào)整空調(diào)的出風(fēng)角度、出風(fēng)量及溫度，讓溫度控制更適合人群需求。同時(shí)，步態(tài)識(shí)別可以在用戶距離家門一定距離時(shí)候就完成身份識(shí)別，無需其他額外操作，也不需要門前等待，直接把門打開，老人、孩子也可以無障礙使用。

　　最新技術(shù)進(jìn)展

　　根據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，最近有科學(xué)家開發(fā)出了一種新型人工智能系統(tǒng)，可以通過檢測(cè)人類的步態(tài)和行走姿勢(shì)識(shí)別不同人的身份。這項(xiàng)技術(shù)未來可以用于機(jī)場(chǎng)安檢，取代指紋識(shí)別和眼球掃描等技術(shù)。它同樣可以非常準(zhǔn)確的分析3D圖像和時(shí)間參數(shù)，成功的驗(yàn)證目標(biāo)身份，并且節(jié)省更多時(shí)間。

　　另外該技術(shù)未來還可以擁有更多的使用場(chǎng)景，比如識(shí)別神經(jīng)退行性疾病，能夠?qū)︶t(yī)療保健行業(yè)產(chǎn)生更積極的影響。而這也是研究人員未來希望涉足的新領(lǐng)域。

　　來自于英國(guó)曼徹斯特大學(xué)和西班牙馬德里大學(xué)的研究人員共同開發(fā)了這套人工智能系統(tǒng)，能夠幾乎在百分之百的時(shí)間里正確的識(shí)別出目標(biāo)身份，誤差率只有0.7%。與傳統(tǒng)的指紋識(shí)別、面部識(shí)別和視網(wǎng)膜識(shí)別等物理識(shí)別方式相比，這種新的識(shí)別方式也許安全性上稍差，但它同樣可以通過捕捉人類的自然行為以及不同的運(yùn)動(dòng)模式特征，保證基本的安全性。

　　“每個(gè)人走路的步態(tài)都是由大約24個(gè)不同的因素組成，因此這導(dǎo)致每個(gè)人都有獨(dú)特的行走模式。因此，監(jiān)測(cè)行走步態(tài)就像指紋識(shí)別或視網(wǎng)膜掃描一樣，可以識(shí)別并驗(yàn)證一個(gè)人的身份?！甭鼜厮固卮髮W(xué)的OmarCostillaReyes表示。為了創(chuàng)建能夠讓計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)模式的人工智能系統(tǒng)，研究小組收集了大量的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括來自近127個(gè)不同個(gè)體超過2萬個(gè)步幅信號(hào)。

　　為了編譯樣本和數(shù)據(jù)集，研究小組使用了地面?zhèn)鞲衅骱透叻直媛蕯z像頭。這個(gè)數(shù)據(jù)集名叫SfootBD，可以用來開發(fā)TPAMI中所提供自動(dòng)占用生物識(shí)別驗(yàn)證所需要的高級(jí)計(jì)算模型。Reyes表示：“通過監(jiān)測(cè)不同的人在地面?zhèn)鞲衅魃鲜┘拥膲毫?，來?duì)非侵入式的步態(tài)識(shí)別方式是非常具有挑戰(zhàn)性的。因?yàn)橄胍獏^(qū)分人與人之間細(xì)微的差別，其實(shí)是很難通過手動(dòng)定義。這就是為什么我們必須想出一種新的人工智能系統(tǒng)來從一個(gè)新角度解決這個(gè)挑戰(zhàn)。”

　　最后，使用這種步態(tài)識(shí)別技術(shù)最主要的好處就是，與傳統(tǒng)的拍攝或掃描相比，這個(gè)過程對(duì)被檢測(cè)者來說全程沒有任何干擾，同時(shí)還可以適應(yīng)各種不同的環(huán)境。當(dāng)目標(biāo)行走在能夠監(jiān)測(cè)壓力的腳墊上，甚至不需要脫掉鞋子，因?yàn)檫@種技術(shù)主要是檢測(cè)步態(tài)而不只是腳部的數(shù)據(jù)。

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