《碟中谍5》中惊鸿一瞥的步态识别技术，究其神在哪里？
《碟中諜5》中驚鴻一瞥的步態識別技術，究其神在哪里？
電影《碟中諜5》中，黑客班吉起初并未把門禁放在眼里，當他得知必須經過“步態識別系統”的監測時，最后只能依靠阿湯哥扮演的伊森·亨特，通過潛水強行入侵后臺數據才得以攻破。
《碟中諜5》中的步態分析系統
這套讓劇中情報機構都無法正面抗衡的“步態識別”，究竟有哪些神奇之處？
中國科學院自動化所的專家日前介紹了一種新興的生物特征識別技術——步態識別：只看走路的姿態，50米內，眨兩下眼睛的時間，攝像頭就準確辨識出特定對象。
自動化所副研究員黃永禎介紹，虹膜識別通常需要目標在30厘米以內，人臉識別需在5米以內，而步態識別在超高清攝像頭下，識別距離可達50米，識別速度在200毫秒以內。
此外，步態識別無需識別對象主動配合，即便一個人在幾十米外帶面具背對普通監控攝像頭隨意走動，步態識別算法也可對其進行身份判斷。
步態識別還能完成超大范圍人群密度測算，對100米外1000平方米1000人規模進行實時計數。這些技術能廣泛應用于安防、公共交通、商業等場景。
記者從中科院自動化所了解到，我國目前在步態識別技術領域位于世界前列。以該所孵化的銀河水滴科技公司為例，在步態數據和算法方面處于世界領先，戶外步態數據庫超過第二大數據庫近100倍。
提到“生物識別技術”，人們首先聯想到的是面部、指紋、虹膜識別等，因為這些特征對每個人來說都是獨一無二的，所以這類“活體密碼”在安全性上也會高出許多。
然而，上述幾類生物識別技術都需要在相對近距離的范圍內才能完成識別，例如人臉，當視頻采集設備與待識別目標距離較遠時，人臉模糊不清，系統無法識別，指紋、虹膜就更無法采集。
面對這種局限，步態識別以難隱藏性、非接觸性和非侵入性等特點從眾多可選方案中脫穎而出，成為生物識別領域的一匹“黑馬”。
▍什么是步態識別？
顧名思義，步態也就是人走路的姿態，它由每個時刻身體各部位的相對運動組成。與其他識別技術相比，步態識別技術的優勢主要體現在：
一方面，從醫學角度來看，不同的腿骨長度、肌肉強度、重心高度以及運動神經靈敏度，決定了步態的唯一性和穩定性，因而短時間內很難被他人模仿。
另一方面，對距離要求不高，即時距離較遠，人走路的姿態也清晰可見。一般來說，基于1080p的攝像頭，有效識別距離可達50米，識別速度在200ms以內；如果分辨率達到 4K 的高清配置，有效識別距離可擴展至 100 米。
此外，步態特征無需識別者特意配合就能進行采集。
銀河水滴科技的步態識別系統
事實上，真正利用步態信息進行身份識別卻是近些年才發展起來的，其中，憑借在步態識別方面17年的技術積累，來自北京的初創團隊銀河水滴科技（Watrix Technology)已經開始了步態識別在商業領域的應用。
談到為什么選擇步態識別作為創業的方向，銀河水滴科技創始人&CEO黃永禎告訴記者，主要是基于技術突破和市場前景來考慮的。
技術上，步態識別對技術的綜合性要求較高，需要解決許多底層技術，從人形檢測、分割、跟蹤到識別，每一個環節都離不開大量數據的積累——對模型精度、速度以及訓練樣本的分割標注精度都提出了很高的要求。
一旦技術成熟后，則可廣泛用于機場、車站、海關出入口等嫌疑人員的排查、為公安部門提供遠距離、非受控環境下的視頻監控。
▍跨視角識別精度94%，步態數據庫超過第二大數據庫100倍
2011年從中科院自動化所研究院博士畢業后，黃永禎便留在中科院師從計算機視覺專家譚鐵牛院士參與科研工作。期間，他曾發表60多篇論文，申請/授權國內外專利30多項，并榮獲10多項國內外計算機視覺競賽冠亞軍的榮譽。
銀河水滴科技創始人&CEO黃永禎在《機智過人》節目
盡管殊榮不斷，但科研道路并非一帆風順，“最困難的時候，大概06、07年，我們課題組只有兩個人在研究這個方向”，黃永禎說道，與此同時，許多技術環節也始終無法突破，比如跨視角步態識別的精度等。即便如此，數據積累仍在進一步積累和增長中。
如今，在包括譚鐵牛院士在內的研究團隊的努力下，銀河水滴科技已經將跨視角識別精度從之前國際最高水平的65%，提高到94%，并經過了計算機視覺、模式識別等領域的高水準國際期刊TPAMI的認可，且該項技術已達到了商業化要求。
銀河水滴科技2017年發表于TPAMI上的步態識別文章（截圖）
黃永禎表示，以前做步態識別，都是把人完整地分割開來，也就是說需要采集一個完整周期的生物體的步態圖像。但這樣一來，一旦部分姿態缺失，就會導致采集不完整，影響識別精度。銀河水滴則基于視頻采集，無需完整周期的步態即可進行對生物體步態進行身份識別。
此外，在數據積累方面，水滴科技也具有明顯的優勢。
據黃永禎介紹，中科院自動化所的CASIA步態數據庫有三個數據數據集，即Dataset A（小規模庫）, Dataset B（多視角庫）和Dataset C（紅外庫）。其中，Dataset B是一個大規模、多視角的步態庫，世界知名，而銀河水滴的步態數據庫則已經超過Dataset B近100倍，命名為“CASIA—E”。
央視《機智過人》節目
這也使得其步態識別的精確度大大提高。在CCTV1大型科技挑戰節目《機智過人》（第三期）中，水滴科技的步態識別技術通過與記憶大師袁夢PK，現場成功識別了10個身高體型相似的“嫌疑犯”、21只體型毛色相似的金毛犬、以及金毛犬剪影，最終獲得勝利。
▍有產業價值的科研首先要解決實際需求
先進的科研成果如何轉化成商業價值？黃永禎認為，有產業價值的科研首先要解決生活中的實際需求，形成完整的產品或服務，使它能夠發揮實際用處，“步態識別有非常大的潛能去開發各種各樣的市場，但前期是要把產品體驗打磨好”。
目前，在商業化應用方面，水滴科技目前已經基于產品雛形，面向安防、機器人和家電等領域進行推廣，尋找更多適合步態識別應用的客戶。
前期，團隊主要To B為主，為普通客戶提供軟硬件一體的模組，而對于公安部門則會提供軟件平臺。
值得關注的是，在當下火熱的智能家居這部分，步態識別技術的引入，可以對現有人臉、語音識別等人機交互方式進行補充，通過檢測主人步態特征來進行身份識別，也是高級交互的第一步。
現如今，水滴科技有接近40人的團隊規模，團隊技術成員大都來自中科院、清華、北大等科研機構。正是這群對科技有濃厚興趣的極客們決定給團隊取名為“銀河水滴（Watrix）”。
黃永禎說，團隊成員很多都是《三體》的粉絲，“水滴”的靈感就來源于此。
《三體》中，“水滴”是一種無堅不摧的宇宙探測器，取名“水滴”既是對小說致敬，同時也寓意步態識別技術領域，經過長達近20年的堅持，最終“水滴”石穿的艱辛歷程。
2016年10月，銀河水滴科技獲得聯想創投和中科智能的6000萬天使輪融資。
在聯想集團高級副總裁、聯想創投集團總裁賀志強看來，步態識別技術具有廣闊的應用場景，比如安防反恐、智能家居等，其工業視覺技術，還可應用于企業產品檢驗、檢測方面。
聯想創投看中的正是銀河水滴科技步態識別技術的積累、并能將技術快速產品化且符合市場應用的需求。除了將為銀河水滴科技提供全價值鏈的戰略支持外，“銀河水滴科技也將和聯想多種智能設備進行深度合作”，賀志強表示。
來源：新華社
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總結
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