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| 本文作者： 宮雅卓 | 2015-09-21 14:48 |
【編者按】本文作者宮雅卓，聚虹光電創(chuàng)始人，上海交大博士，主攻生物識別領(lǐng)域，在虹膜識別研究領(lǐng)域有15年專研。本文是《碟中諜5》背后的生物識別技術(shù)系列中篇——步態(tài)分析。
《碟中諜5》中，黑客班吉起初并沒把三重保險(xiǎn)的門禁放在眼里，但當(dāng)他得知必須穿越一套“步態(tài)分析系統(tǒng)”時(shí)，班吉徹底絕望了，最后只能靠伊森.亨特屏息3分鐘，通過自由式潛水強(qiáng)行入侵后臺數(shù)據(jù)才得以攻破步態(tài)分析系統(tǒng)。
連IMF的特工們，都無法直接攻破的“步態(tài)分析”技術(shù)，究竟神在哪里？
下面從生物特征的三個(gè)原則——多樣性、穩(wěn)定性、可采集性，分析這一生物識別新武器。
（《碟中諜5》中的步態(tài)分析系統(tǒng)）
步態(tài)，指人行走的姿態(tài)，是一種人類的行為特征。步態(tài)分析，就是通過記錄、觀察、分析身體運(yùn)動(dòng)方式，建立步態(tài)模型，并提取穩(wěn)定的參數(shù)特征，通過計(jì)算機(jī)去識別的過程。
多樣性
步態(tài)分析的理論假設(shè)：如同每個(gè)人擁有一幅獨(dú)特的面孔，每個(gè)人也擁有一種與眾不同的步態(tài)。這種觀點(diǎn)也得到了醫(yī)學(xué)研究的認(rèn)同，即“每個(gè)人的步態(tài)都是唯一的”。從解剖學(xué)的角度分析，步態(tài)唯一性的物理基礎(chǔ)是每個(gè)人生理結(jié)構(gòu)的差異性，不一樣的腿骨長度、不一樣的肌肉強(qiáng)度、不一樣的重心高度、不一樣的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)靈敏度，共同決定了步態(tài)的唯一性。
（步態(tài)識別示例）
不過，學(xué)術(shù)界對步態(tài)特征的唯一性也存在分歧。如經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練的軍人、警察在運(yùn)動(dòng)姿態(tài)方面往往具有高度的一致性，所謂“三軍動(dòng)如一人”，這可能使步態(tài)分析的技術(shù)基礎(chǔ)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。看到這里，思路開闊的好奇寶寶一定會(huì)問：“閱兵儀式上那些步子整齊劃一的儀仗隊(duì)，用步態(tài)分析技術(shù)能識別他們每一個(gè)人嗎？”
我的答案是：“中國儀仗隊(duì)，不可能識別；其他國家呢，說不定。”
（你猜哪一個(gè)方陣可以用步態(tài)識別：左 — 中國儀仗隊(duì)，右 — 東歐某國儀仗隊(duì)）
穩(wěn)定性
即使步態(tài)特征的唯一性被接受，但它依然面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：步態(tài)能經(jīng)得住時(shí)間的考驗(yàn)嗎？外部環(huán)境會(huì)對它造成影響嗎？實(shí)際上，一個(gè)人的步態(tài)會(huì)因?yàn)榧膊 ⑺ダ稀⑹軅Ⅲw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(tài)分析系統(tǒng)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，那么步態(tài)分析系統(tǒng)會(huì)判斷：“這個(gè)一瘸一拐的家伙已經(jīng)不是你了”，除非你休息半個(gè)月養(yǎng)好傷；
如果你在朋友的婚禮上喝醉了，走路搖搖晃晃，那么步態(tài)分析系統(tǒng)會(huì)懷疑你是個(gè)神志不清的癮君子，直接報(bào)警。第二天早晨當(dāng)你在拘留所里清醒過來，一定會(huì)對步態(tài)分析技術(shù)抱有非常復(fù)雜的感情。
可采集性
任何一種生物特征，都會(huì)有各自的“天敵”，它們的存在導(dǎo)致無法完整準(zhǔn)確地采集特征信息。對步態(tài)而言，“天敵”就是衣服的遮擋、鞋跟的高低，對于女性尤為明顯。
季節(jié)輪轉(zhuǎn)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(tài)分析系統(tǒng)輕松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(fēng)，也屏蔽了步態(tài)識別的可能。
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，于是步態(tài)分析陷入了困惑：“這人是誰呢？”
服裝對步態(tài)分析的干擾，不只發(fā)生在女性身上，在阿拉伯地區(qū)，長袍是延續(xù)千年、不分男女的傳統(tǒng)服裝。伊斯蘭教認(rèn)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(huì)倫理的象征。此外，中東地區(qū)多沙漠、氣溫高、日照時(shí)間長，穿長袍可以抵擋風(fēng)沙、防止陽光灼傷皮膚，于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(xí)慣一年四季穿長袍。面對完全被長袍完全遮擋的雙腿，步態(tài)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(wěn)定性和可采集性很不理想，難道步態(tài)分析技術(shù)會(huì)因此而被淘汰嗎？
當(dāng)然不會(huì)。
多模態(tài)識別技術(shù)
步態(tài)分析，最突出的優(yōu)勢是“遠(yuǎn)距離識別”，有效距離可達(dá)幾百米。荒郊野外的核電站入口，一臺監(jiān)控?cái)z像機(jī)記錄下遠(yuǎn)處一個(gè)黑影閃過，那是企圖制造恐怖事件的危險(xiǎn)分子嗎？步態(tài)分析系統(tǒng)告訴你：別擔(dān)心，那只是一頭正在散步的棕熊。除了區(qū)分人與動(dòng)物，步態(tài)分析也能夠很輕易地區(qū)分出人的不同行為模式，如行走、跑動(dòng)、跳躍、負(fù)重、匍匐等復(fù)雜行為。雖然精度很低，但與高精度的識別技術(shù)組合后，步態(tài)分析技術(shù)依然大有用武之地。
如同《碟中諜5》所展現(xiàn)出的未來，生物特征識別技術(shù)顯示出一種發(fā)展趨勢：
將多種生物識別技術(shù)組合起來，根據(jù)應(yīng)用場景、用戶條件、安全等級自動(dòng)切換，即多模態(tài)識別技術(shù)，它可以把識別精度、采集距離、防盜防偽、簡單易用等多種特點(diǎn)融為一體，將比任何單一生物特征更具競爭優(yōu)勢。
按照多模態(tài)的思路，將公認(rèn)具有“最高識別精度”的虹膜和“最遠(yuǎn)距離識別”的步態(tài)組合，就成了一種安全性和易用性兼?zhèn)涞摹俺壸R別技術(shù)”。
步態(tài)可以從降低用戶主動(dòng)配合的要求，虹膜可以提供安全性的保障，如高檔公寓的門禁采用“步態(tài)分析+虹膜識別”的方案：當(dāng)用戶從停車場走向電梯時(shí)，步態(tài)分析可以遠(yuǎn)距離判斷他是不是該公寓的住戶，如果是，將自動(dòng)觸發(fā)電梯開關(guān)，減少住戶等待電梯的時(shí)間；當(dāng)住戶來到家門前時(shí)，采用虹膜識別這種安全性更高的識別方式來開啟房門。
（“步態(tài)+虹膜”的多模態(tài)識別應(yīng)用）
步態(tài)是遠(yuǎn)距離識別的代表，而虹膜是近距離識別的王者，將兩者的優(yōu)點(diǎn)（高易用性、高精確性）集于一身的多模態(tài)識別方式，正是《碟中諜5》啟發(fā)我們提出的最具技術(shù)前瞻性的方案。
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