【专栏】碟5中让阿汤哥头疼的“步态分析”,究竟神在哪里?

2015-09-28 10:08 阅读(228)    评论(0)   

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《碟中谍5》中,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。

55fe30660bba8(《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。

55fe307d28a15(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。”

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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。

55fe30f2e4b2c(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。

55fe313a2582f(“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。

作者:宫雅卓  欢迎关注聚虹公众号:jh-irisian 

文章未经授权,不得转载。

 

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