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【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。
連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。
（《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。
（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。
（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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