《碟中谍5》中惊鸿一瞥的步态识别技术，究其神在哪里？

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《碟中谍5》中惊鸿一瞥的步态识别技术，究其神在哪里？

2017 年 10 月 5 日 算法与数学之美

《碟中谍5》中惊鸿一瞥的步态识别技术，究其神在哪里？

电影《碟中谍5》中，黑客班吉起初并未把门禁放在眼里，当他得知必须经过“步态识别系统”的监测时，最后只能依靠阿汤哥扮演的伊森·亨特，通过潜水强行入侵后台数据才得以攻破。

《碟中谍5》中的步态分析系统

这套让剧中情报机构都无法正面抗衡的“步态识别”，究竟有哪些神奇之处？

中国科学院自动化所的专家日前介绍了一种新兴的生物特征识别技术——步态识别：只看走路的姿态，50米内，眨两下眼睛的时间，摄像头就准确辨识出特定对象。　　

自动化所副研究员黄永祯介绍，虹膜识别通常需要目标在30厘米以内，人脸识别需在5米以内，而步态识别在超高清摄像头下，识别距离可达50米，识别速度在200毫秒以内。

此外，步态识别无需识别对象主动配合，即便一个人在几十米外带面具背对普通监控摄像头随意走动，步态识别算法也可对其进行身份判断。

步态识别还能完成超大范围人群密度测算，对100米外1000平方米1000人规模进行实时计数。这些技术能广泛应用于安防、公共交通、商业等场景。

记者从中科院自动化所了解到，我国目前在步态识别技术领域位于世界前列。以该所孵化的银河水滴科技公司为例，在步态数据和算法方面处于世界领先，户外步态数据库超过第二大数据库近100倍。

提到“生物识别技术”，人们首先联想到的是面部、指纹、虹膜识别等，因为这些特征对每个人来说都是独一无二的，所以这类“活体密码”在安全性上也会高出许多。

然而，上述几类生物识别技术都需要在相对近距离的范围内才能完成识别，例如人脸，当视频采集设备与待识别目标距离较远时，人脸模糊不清，系统无法识别，指纹、虹膜就更无法采集。

面对这种局限，步态识别以难隐藏性、非接触性和非侵入性等特点从众多可选方案中脱颖而出，成为生物识别领域的一匹“黑马”。

▍什么是步态识别？

顾名思义，步态也就是人走路的姿态，它由每个时刻身体各部位的相对运动组成。与其他识别技术相比，步态识别技术的优势主要体现在：

一方面，从医学角度来看，不同的腿骨长度、肌肉强度、重心高度以及运动神经灵敏度，决定了步态的唯一性和稳定性，因而短时间内很难被他人模仿。

另一方面，对距离要求不高，即时距离较远，人走路的姿态也清晰可见。一般来说，基于1080p的摄像头，有效识别距离可达50米，识别速度在200ms以内；如果分辨率达到 4K 的高清配置，有效识别距离可扩展至 100 米。

此外，步态特征无需识别者特意配合就能进行采集。

银河水滴科技的步态识别系统

事实上，真正利用步态信息进行身份识别却是近些年才发展起来的，其中，凭借在步态识别方面17年的技术积累，来自北京的初创团队银河水滴科技（Watrix Technology)已经开始了步态识别在商业领域的应用。

谈到为什么选择步态识别作为创业的方向，银河水滴科技创始人&CEO黄永祯告诉记者，主要是基于技术突破和市场前景来考虑的。

技术上，步态识别对技术的综合性要求较高，需要解决许多底层技术，从人形检测、分割、跟踪到识别，每一个环节都离不开大量数据的积累——对模型精度、速度以及训练样本的分割标注精度都提出了很高的要求。

一旦技术成熟后，则可广泛用于机场、车站、海关出入口等嫌疑人员的排查、为公安部门提供远距离、非受控环境下的视频监控。

▍跨视角识别精度94%，步态数据库超过第二大数据库100倍

2011年从中科院自动化所研究院博士毕业后，黄永祯便留在中科院师从计算机视觉专家谭铁牛院士参与科研工作。期间，他曾发表60多篇论文，申请/授权国内外专利30多项，并荣获10多项国内外计算机视觉竞赛冠亚军的荣誉。

银河水滴科技创始人&CEO黄永祯在《机智过人》节目

尽管殊荣不断，但科研道路并非一帆风顺，“最困难的时候，大概06、07年，我们课题组只有两个人在研究这个方向”，黄永祯说道，与此同时，许多技术环节也始终无法突破，比如跨视角步态识别的精度等。即便如此，数据积累仍在进一步积累和增长中。

如今，在包括谭铁牛院士在内的研究团队的努力下，银河水滴科技已经将跨视角识别精度从之前国际最高水平的65%，提高到94%，并经过了计算机视觉、模式识别等领域的高水准国际期刊TPAMI的认可，且该项技术已达到了商业化要求。

银河水滴科技2017年发表于TPAMI上的步态识别文章（截图）

黄永祯表示，以前做步态识别，都是把人完整地分割开来，也就是说需要采集一个完整周期的生物体的步态图像。但这样一来，一旦部分姿态缺失，就会导致采集不完整，影响识别精度。银河水滴则基于视频采集，无需完整周期的步态即可进行对生物体步态进行身份识别。

此外，在数据积累方面，水滴科技也具有明显的优势。

据黄永祯介绍，中科院自动化所的CASIA步态数据库有三个数据数据集，即Dataset A（小规模库）, Dataset B（多视角库）和Dataset C（红外库）。其中，Dataset B是一个大规模、多视角的步态库，世界知名，而银河水滴的步态数据库则已经超过Dataset B近100倍，命名为“CASIA—E”。