cookieOptions = {...}; ‧ 讓阿湯哥頭疼的步態分析,究竟神在哪裡? - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2015年10月19日 星期一

雷鋒網  

【編者按】本文作者宮雅卓,聚虹光電創始人,上海交大博士,主攻生物辨識領域,在虹膜辨識研究領域有15年專研。本文是《不可能的任務5》背後的生物辨識技術系列中篇——步態分析。


《不可能的任務 5》中,駭客班基起初並沒把三重保險的門禁放在眼裡,但當他得知必須穿越一套步態分析系統時,班基徹底絕望了,最後只能靠伊森.亨特屏息3分鐘,通過自由式潛水強行入侵,後台資料才得以攻破步態分析系統。

IMF的情報人員們,都無法直接攻破的步態分析技術,究竟神在哪裡?

下面從生物特徵的三個原則——多樣性、穩定性、可採集性,分析這一生物辨識新武器。

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《不可能的任務 5》中的步態分析系統)

步態,指人行走的姿態,是一種人類的行為特徵。步態分析,就是通過記錄、觀察、分析身體運動方式,建立步態模型,並提取穩定的參數特徵,通過電腦去辨識的過程。

多樣性
步態分析的理論假設:如同每個人擁有一幅獨特的臉孔,每個人也擁有一種與眾不同的步態。這種觀點也得到了醫學研究的認同,即每個人的步態都是唯一的。從解剖學的角度分析,步態唯一性的物理基礎是每個人生理結構的差異性,不一樣的腿骨長度、不一樣的肌肉強度、不一樣的重心高度、不一樣的運動神經靈敏度,共同決定了步態的唯一性。

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(步態辨識示例)

不過,學術界對步態特徵的唯一性也存在分歧。如經過嚴格訓練的軍人、員警在運動姿態方面往往具有高度的一致性,所謂三軍動如一人,這可能使步態分析的技術基礎面臨嚴峻挑戰。看到這裡,思路開闊的好奇寶寶一定會問:閱兵儀式上那些步子整齊劃一的儀仗隊,用步態分析技術能辨識他們每一個人嗎?

我的答案是:中國儀仗隊,不可能辨識;其他國家呢,說不定。

(你猜哪一個方陣可以用步態識別:左 — 中國儀仗隊,右 — 東歐某國儀仗隊)

穩定性
即使步態特徵的唯一性被接受,但它依然面臨嚴峻挑戰:步態能經得住時間的考驗嗎?外部環境會對它造成影響嗎?實際上,一個人的步態會因為疾病、衰老、受傷、體重增減、著裝舒適程度等各種因素而改變。

如果你忙了一天工作,拖著比平常更沉重的步子走向家門,而步態分析系統只記得你一如尋常的矯健身影,將你拒之門外;

如果你打籃球不小心扭了腳踝,那麼步態分析系統會判斷:這個一瘸一拐的傢伙已經不是你了,除非你休息半個月養好傷;

如果你在朋友的婚禮上喝醉了,走路搖搖晃晃,那麼步態分析系統會懷疑你是個神志不清的癮君子,直接報警。第二天早晨當你在拘留所裡清醒過來,一定會對步態分析技術抱有非常複雜的感情。

可採集性
任何一種生物特徵,都會有各自的天敵,它們的存在導致無法完整準確地採集特徵資訊。對步態而言,天敵就是衣服的遮擋、鞋跟的高低,對於女性尤為明顯。

季節輪轉帶來的著裝變化,不可避免。炎熱的盛夏,妹子們穿著輕薄的吊帶衫和超短褲,步態分析系統輕鬆地捕捉到她們的身影;寒冷的冬季,妹子們換上厚重的羽絨服和長靴,層層織物阻擋了寒風,也遮罩了步態辨識的可能。

潮流更替引起的著裝變化,也很常見。妹子們穿著長褲和平底鞋上街購物,換上新買的長裙和高跟鞋款款歸來,長裙遮擋了她的雙腿,高跟鞋使她看上去更修長,於是步態分析陷入了困惑:這人是誰呢?

服裝對步態分析的干擾,不只發生在女性身上,在阿拉伯地區,長袍是延續千年、不分男女的傳統服裝。伊斯蘭教認為,暴露女性的曲線和美貌是一種邪惡的誘惑,而戴面紗和穿長裙,是純潔、貞操和社會倫理的象徵。

此外,中東地區多沙漠、氣溫高、日照時間長,穿長袍可以抵擋風沙、防止陽光灼傷皮膚,於是無論成人還是孩童,上至國家元首,下至貧民百姓,阿拉伯人習慣一年四季穿長袍。面對完全被長袍完全遮擋的雙腿,步態分析也沒轍了。

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(阿拉伯長袍完全遮住了雙腿)

綜上所述,雖然滿足了多樣性原則,但穩定性和可採集性很不理想,難道步態分析技術會因此而被淘汰嗎?
當然不會。

多模態辨識技術
步態分析,最突出的優勢是遠距離辨識,有效距離可達幾百米。荒郊野外的核電站入口,一台監控攝影機記錄下遠處一個黑影閃過,那是企圖製造恐怖事件的危險分子嗎?步態分析系統告訴你:別擔心,那只是一頭正在散步的棕熊。除了區分人與動物,步態分析也能夠很輕易地區分出人的不同行為模式,如行走、跑動、跳躍、負重、匍匐等複雜行為。雖然精度很低,但與高精度的辨識技術組合後,步態分析技術依然大有用武之地。

如同《不可能的任務5》所展現出的未來,生物特徵辨識技術顯示出一種發展趨勢:

將多種生物辨識技術組合起來,根據應用場景、使用者條件、安全等級自動切換,即多模態辨識技術,它可以把識別精度、採集距離、防盜防偽、簡單易用等多種特點融為一體,將比任何單一生物特徵更具競爭優勢。

按照多模態的思路,將公認具有最高辨識精度的虹膜和最遠距離辨識的步態組合,就成了一種安全性和易用性兼備的超級辨識技術

步態可以從降低用戶主動配合的要求,虹膜可以提供安全性的保障,如高檔公寓的門禁採用步態分析+虹膜辨識的方案:當用戶從停車場走向電梯時,步態分析可以遠距離判斷他是不是該公寓的住戶,如果是,將自動觸發電梯開關,減少住戶等待電梯的時間;當住戶來到家門前時,採用虹膜辨識這種安全性更高的辨識方式來開啟房門。

步態+虹膜的多模態辨識應用)

步態是遠距離辨識的代表,而虹膜是近距離辨識的王者,將兩者的優點(高易用性、高精確性)集於一身的多模態辨識方式,正是《不可能的任務5》啟發我們提出的最具技術前瞻性的方案。

                                                                                                                                                                                                                            

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