人工智能监控犯人?背后的步态分析详解

马来西亚的一间警察局开始利用人工智能系统来监测犯人是否参与斗殴或是逃狱,这个系统使用了最新的视频分析技术。

通过步态分析,这个人工智能系统可分析人类的手势以及行为含义,可分析监控视频中的每一个细节,比如犯人是在爬还是在闲荡或是在故意捣乱,这时候系统会将地址发送给有关部门以示警报。

这个系统由MIMOS(马来西亚微电子系统学会)、马来西亚国家信息通信技术研究所以及马来西亚皇家警察共同开发。目前这个系统正在马来西亚首都吉隆坡曾江的一个警察局进行测试,一旦测试成功,将在全国57个地区推行运用。

据MIMOS介绍,该系统还可以被运用在移民拘留中心、少年监狱、康复中心、戒毒所及其他拘留中心。当局的相关人员可以通过无线接入系统,还可允许其他区、州甚至联邦机构连入。MIMOS相信新系统将会提高有关人员对事件的响应速度。

步态分析在监控中的应用,在《碟中谍5》中早就有所体现。黑客班吉起初并没把三重保险的门禁放在眼里,但当他得知必须穿越一套“步态分析系统”时,班吉彻底绝望了,最后只能靠伊森.亨特屏息3分钟,通过自由式潜水强行入侵后台数据才得以攻破步态分析系统。

连IMF的特工们,都无法直接攻破的“步态分析”技术,究竟神在哪里?

下面从生物特征的三个原则——多样性、稳定性、可采集性,分析这一生物识别新武器。

(《碟中谍5》中的步态分析系统)

步态,指人行走的姿态,是一种人类的行为特征。步态分析,就是通过记录、观察、分析身体运动方式,建立步态模型,并提取稳定的参数特征,通过计算机去识别的过程。

多样性

步态分析的理论假设:如同每个人拥有一幅独特的面孔,每个人也拥有一种与众不同的步态。这种观点也得到了医学研究的认同,即“每个人的步态都是唯一的”。从解剖学的角度分析,步态唯一性的物理基础是每个人生理结构的差异性,不一样的腿骨长度、不一样的肌肉强度、不一样的重心高度、不一样的运动神经灵敏度,共同决定了步态的唯一性。

(步态识别示例)

不过,学术界对步态特征的唯一性也存在分歧。如经过严格训练的军人、警察在运动姿态方面往往具有高度的一致性,所谓“三军动如一人”,这可能使步态分析的技术基础面临严峻挑战。看到这里,思路开阔的好奇宝宝一定会问:“阅兵仪式上那些步子整齐划一的仪仗队,用步态分析技术能识别他们每一个人吗?”

我的答案是:“中国仪仗队,不可能识别;其他国家呢,说不定。”

(你猜哪一个方阵可以用步态识别:左 — 中国仪仗队,右 — 东欧某国仪仗队)

稳定性

即使步态特征的唯一性被接受,但它依然面临严峻挑战:步态能经得住时间的考验吗?外部环境会对它造成影响吗?实际上,一个人的步态会因为疾病、衰老、受伤、体重增减、着装舒适程度等各种因素而改变。

如果你忙了一天工作,拖着比平常更沉重的步子走向家门,而步态分析系统只记得你一如寻常的矫健身影,将你拒之门外;

如果你打篮球不小心扭了脚踝,那么步态分析系统会判断:“这个一瘸一拐的家伙已经不是你了”,除非你休息半个月养好伤;

如果你在朋友的婚礼上喝醉了,走路摇摇晃晃,那么步态分析系统会怀疑你是个神志不清的瘾君子,直接报警。第二天早晨当你在拘留所里清醒过来,一定会对步态分析技术抱有非常复杂的感情。

可采集性

任何一种生物特征,都会有各自的“天敌”,它们的存在导致无法完整准确地采集特征信息。对步态而言,“天敌”就是衣服的遮挡、鞋跟的高低,对于女性尤为明显。

季节轮转带来的着装变化,不可避免。炎热的盛夏,妹子们穿着轻薄的吊带衫和超短裤,步态分析系统轻松地捕捉到她们的身影;寒冷的冬季,妹子们换上厚重的羽绒服和长靴,层层织物阻挡了寒风,也屏蔽了步态识别的可能。

潮流更替引起的着装变化,也很常见。妹子们穿着长裤和平底鞋上街购物,换上新买的长裙和高跟鞋款款归来,长裙遮挡了她的双腿,高跟鞋使她看上去更修长,于是步态分析陷入了困惑:“这人是谁呢?”

服装对步态分析的干扰,不只发生在女性身上,在阿拉伯地区,长袍是延续千年、不分男女的传统服装。伊斯兰教认为,暴露女性的曲线和美貌是一种邪恶的诱惑,而戴面纱和穿长裙,是纯洁、贞操和社会伦理的象征。此外,中东地区多沙漠、气温高、日照时间长,穿长袍可以抵挡风沙、防止阳光灼伤皮肤,于是无论成人还是孩童,上至国家元首,下至贫民百姓,阿拉伯人习惯一年四季穿长袍。面对完全被长袍完全遮挡的双腿,步态分析也没辙了。

(阿拉伯长袍完全遮住了双腿)

综上所述,虽然满足了多样性原则,但稳定性和可采集性很不理想,难道步态分析技术会因此而被淘汰吗?

当然不会。

多模态识别技术

步态分析,最突出的优势是“远距离识别”,有效距离可达几百米。荒郊野外的核电站入口,一台监控摄像机记录下远处一个黑影闪过,那是企图制造恐怖事件的危险分子吗?步态分析系统告诉你:别担心,那只是一头正在散步的棕熊。除了区分人与动物,步态分析也能够很轻易地区分出人的不同行为模式,如行走、跑动、跳跃、负重、匍匐等复杂行为。虽然精度很低,但与高精度的识别技术组合后,步态分析技术依然大有用武之地。

如同《碟中谍5》所展现出的未来,生物特征识别技术显示出一种发展趋势:

将多种生物识别技术组合起来,根据应用场景、用户条件、安全等级自动切换,即多模态识别技术,它可以把识别精度、采集距离、防盗防伪、简单易用等多种特点融为一体,将比任何单一生物特征更具竞争优势。

按照多模态的思路,将公认具有“最高识别精度”的虹膜和“最远距离识别”的步态组合,就成了一种安全性和易用性兼备的“超级识别技术”。

步态可以从降低用户主动配合的要求,虹膜可以提供安全性的保障,如高档公寓的门禁采用“步态分析+虹膜识别”的方案:当用户从停车场走向电梯时,步态分析可以远距离判断他是不是该公寓的住户,如果是,将自动触发电梯开关,减少住户等待电梯的时间;当住户来到家门前时,采用虹膜识别这种安全性更高的识别方式来开启房门。

(“步态+虹膜”的多模态识别应用)

步态是远距离识别的代表,而虹膜是近距离识别的王者,将两者的优点(高易用性、高精确性)集于一身的多模态识别方式,正是《碟中谍5》启发我们提出的最具技术前瞻性的方案。

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2015-11-03

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