步态识别100问之“步态识别有什么实用价值?”

当一项新技术诞生后,有个问题总会伴随而来,就是它有什么用?对这个问题的回答决定着这个技术是否有价值以及价值的大小。

在机器识别领域,已经有人脸识别、语音识别、指纹识别、虹膜识别等多种识别方式,而且也有了广泛的应用,那我们为什么还需要步态识别?

这是因为步态识别的很多特性是上述识别方式无法替代的,是独一无二的。相较于其他识别方式,步态识别的识别距离更远,普通高清摄像机下识别距离最远可达50米;属于非受控识别,无需识别对象主动配合;步态难以伪装,步态识别是一种全身识别技术,由体型、头型、肌肉力量特点、运动神经灵敏度、走路姿态等共同决定,局部变化并不会大幅影响识别结果。步态识别的这些特性注定了其在某些应用领域的唯一性。

正因为如此,银河水滴陆续推出的步态识别产品及解决方案迅速开始被规模化应用并受到广泛好评:

目前在公共安全领域,银河水滴推出了三种产品和解决方案:

步态检索智能一体机——水滴神鉴:这是一款便携式的步态识别安防专用设备,集步态识别算法、软件和硬件为一体,主要依靠步态识别迅速检索目标嫌疑人。目前,以步态信息检索嫌疑人,一小时视频,水滴神鉴最快可在1分钟内检索完毕,大大改变了此前人工办案的现状,节省了大量的人力和时间,并且,步态识别技术比普通的办案人员更加“火眼金睛”,识人的效率和准确度更高。

银河水滴步态识别互联系统——水滴慧眼:集步态建库、步态识别、步态检索、步态比对、大范围追踪等功能于一体,支持海量历史视频与实时视频瞬间检索与定位,支持事前预警、事中报警和事后追踪,支持地图布控及地图轨迹追踪。看到没,水滴慧眼功能强大,没步态底库一样可以用,既可以像水滴神鉴一样进行步态检索和比对,还可以在更广泛的区域进行实时比对和预警。如果需要步态数据库呢,还可以给你建。如何建呢?

步态数据库建设方案:可按照不同需求,量身打造完整、快速、优质的步态数据库建设方案。可完成对目标对象步态数据的规范化采集和存储管理,可同目前已经建成的人脸库、指纹库协同工作,从而在公共安全领域形成多特征、全体态的身份识别体系。

更多的步态识别应用场景:

在医疗康复领域:银河水滴已经同医疗机构研究防止老年人跌倒的步态预警机制,利用步态识别技术对老年人长期的步行姿态进行监测、分析、整理和评估,对比多时间、多状态下外界因素对步态产生的影响,计算出跌倒风险的阈值,对风险等级进行划分,就可以建立常态化的老年人步态信息监测管理体系,实现跌倒提前预警需要,有效降低老人跌倒真实发生的概率。此外,腿部术后康复等其他医疗方面应用场景也在探索中。

老年人步态监测分析

在泛安防领域:包括野外油井、核电站、大型水利设施等重点安防单位可以利用步态识别技术防范外部侵入,其解决方案为:首先把工作人员的“步态”预先录入数据库,设为白名单,标定为可进入,没有录入数据的外部人员只要进入监控范围,由于系统底库无匹配步态数据,系统会判定为“黑名单”,就会及时报警。

钻井平台上的步态识别应用

在智能家电领域:步态识别可以让人机交互更加高效,更好的满足用户的个性化需求。目前,由银河水滴提交的“一种空调系统控制方法和装置”发明专利申请已经获得授权,这意味着步态识别家电已经不是想象,而是已经具备了走进千家万户的技术条件。

步态识别空调工作原理示意图

我们相信,基于步态识别的独特优势,将有更多的行业在这项技术的加持下智慧起来。

步态识别100问之“部署步态识别技术是否会劳民伤财?”

无论从建设成本还是从实际功用而言,银河水滴步态识别解决方案都是非常经济实用的。

建设成本低:银河水滴为客户打造的步态识别产品与解决方案,包括步态检索一体机“水滴神鉴”、步态识别互联系统“水滴慧眼”、步态数据库建设方案等,都是基于用户现有IT架构及硬件设备进行系统功能搭建的,在大家比较关心的摄像头方面,目前各个城市安装的普通高清摄像头足够满足步态识别的应用要求。所以,部署步态识别技术不但无需大量新增硬件设备,而且可以有效提升现有软硬件系统和摄像机的应用效率。

实战效果好:步态识别由于其识别距离远、无感知、全视角、防伪装等其他识别方式不具备的特点,使其在应用方面具有不可替代性,尤其在公共安防领域。

我们模拟一个案件的步态识别应用:犯罪现场的监控摄像头只捕捉到了犯罪嫌疑人的作案过程,视频比较模糊,看不清人脸,或人脸被刻意遮挡,但是嫌疑人的步态信息是清晰的,那么就可以将嫌疑人案发现场的步态信息进行注册,产生步态底库,之后再调取相关的视频,系统对相关视频中的人物步态信息进行快速分析,并与底库进行快速的步态信息比对,从而检索到与嫌疑人相似的目标人物,并通过多种手段进一步确认嫌疑人信息。

通过银河水滴步态检索智能一体机——水滴神鉴,这样的案件可以通过步态识别技术迅速找到疑似的犯罪嫌疑人,一小时普通监控视频,水滴神鉴最快可在1分钟内检索完毕。

而另一种更厉害的解决方案是银河水滴步态识别互联系统——水滴慧眼,基于海量普通监控摄像头数据,可以实时进行检索、布控、追踪等操作,协助警方高效破案。这款产品集步态建库、步态识别、步态检索、步态比对、大范围追踪等功能于一体,支持海量历史视频与实时视频瞬间检索与定位,支持事前预警、事中报警和事后追踪,支持地图布控及地图轨迹追踪。

步态识别100问之“如何利用步态识别技术防老年人跌倒?”

随着中国正进入老龄化社会,老年人健康及养护工作正受到越来越多的关注,据统计,中国每年约有4000万65岁以上的老人跌倒,每万人中有8位老人因跌倒死亡,是65岁以上老人伤害死亡的“头号杀手”。

而事实上老年人跌倒的发生并不是一种意外,而是存在潜在的危险因素,老年人跌倒是可以预防和控制的。所有运动学与动力学指标,均反映了老年人行走能力随年龄增长趋向降低的事实,这尤其在运动学各指标上反映明显。而步态的稳定性下降和平衡功能受损是引发老年人跌倒的主要原因。

由此可见,一个人进入老年后,步态会因为多种原因变得和从前不同,要进行跌倒干预的第一步,就是对老人进行跌倒危险的筛查评估。而目前的状态是,多数医疗结构高度依赖理疗师或医生的介入,面对面的观察或指导患者进行康复训练或疾病诊断,诊断和训练效果直接取决于理疗师或医生的技能和经验。

步态识别是一种基于人体生物特征的新型识别方式,融合了计算机视觉、模式识别和图像处理等多种计算机与信号处理领域的技术,利用步态识别技术对老年人长期的步行姿态进行监测、分析、整理和评估,对比多时间、多状态下外界因素对步态产生的影响,计算出跌倒风险的阈值,对风险等级进行划分,真正建立常态化的老年人步态信息监测管理体系,实现跌倒提前预警需要,有效降低老人跌倒真实发生的概率。

步态识别100问之“如何防范石油钻井平台外部侵入”

防外部侵入:顾名思义,即为防止非本单位人员在没有经过允许的情况下进入。

步态识别拥有识别距离远、无感知、全视角、难以伪装等特点,这使得这项技术可以在防外部侵入方面拥有独特优势。

野外石油钻井平台作为国家重要基础设施,防止无关人员从外部侵入,对于反恐和防偷盗有着特殊意义。

从上图我们可以看到,这些石油钻井野外,难以24小时轮值看守,空间极其开阔、光线不稳定,希望被识别对象主动配合更无从谈起,对于计算机视觉而言,属于特殊场景,所以传统的识别方式如人脸识别、虹膜识别等无法进行有效监控识别。

因此,目前很多野外油井的安防还通常是通过人的巡检、观测来完成,油田内的安全防范也不例外,提高安全效果的方式只能是增加安保人员,这将大大提高运营费用。

步态识别防侵入应用则可以有效解决上述难题,其解决方案也非常简单,首先把油田工作人员的“步态”预先录入数据库,设为白名单,标定为可进入,没有录入数据的外部人员只要进入监控范围,由于系统底库无匹配步态数据,系统会判定为“黑名单”,就会及时报警。

目前,银河水滴已经推出了专业的步态数据库建设方案,可完成对目标对象步态数据的规范化采集和存储管理。目标对象只需要在自然状态走过规定线路,摄像头即会进行实时抓拍,采集系统会实时检索步态信息,生成步态序列图,然后对步态序列进行分割,提取特征,处理后存入相应数据库。

步态识别100问之“步态识别如何让家电更智能”

家电智能化已经成为大势所趋,各大家电厂商都在积极布局,家电智能化的标志是人机高效交互,满足用户的个性化需求。而交互的前提是机器识别,因为只有机器可以识别用户,才可以执行相关指令。

目前人机交互中较常用的有人脸识别、语音识别、手势识别等,相对于其他三种识别方式,步态识别具有识别距离远、无感知、全视角等特点,这使得这项技术在家电智能化方面拥有了独特优势。

以空调为例,有了步态识别加持后,人机交互变得更加高效,当一个家庭成员进入房间,你无需拿起遥控器或面对识别区域刷脸、喊话,空调可以自动进行识别,之后按照已经设定的个人喜好及时调整出风角度、出风量及温度,异常方便。

2019年7月,由银河水滴提交的“一种空调系统控制方法和装置”发明专利申请获得授权,根据专利说明,用户只需先注册步态信息,之后在空调配置库中预先存储注册用户各自对应的空调运行配置参数即可,配置参数包括目标温度、目标湿度、目标风量、目标风向等,当用户进入房间,空调在检测到用户后即会按照预定参数工作,且可以根据用户的行进速度,生成与用户的位置和速度对应的第一空调控制指令,以此预判用户的移动方向,对移动方向的环境进行调节。

步态识别空调运行示意图

这意味着步态识别家电已经不是想象,而是已经具备了走进千家万户的技术条件。

银河水滴步态识别100问:大家走路姿势都一样吧?

当我们走在大街上,人流如织,车水马龙,看着这些运动着的人,能在我们大脑中体现出区别特征,基本是面容、高矮、胖瘦、走路快慢等,而至于走路的姿势则基本相同:直立、双腿交替、手臂摆动;几乎看不出明显的区别。

这是因为很多人的关注点不在别人的腿上,即使有些人关注了,那看的也确实是腿而不是走路姿势,当你不关心一个人的时候,他无论做了什么、发生了什么改变,你都不会发现,这就叫存在着的无。

即使不从专业的角度来讲,我们只需要仔细观察一下就会发现,人和人走路姿势的不同,比如抬腿的高低、迈腿的频率、脚掌落地的重心等等,当然,这样的泛泛观察所得出的结论是不够严谨的,也无法为一项技术提供理论支撑,所以我们就请出一位专家来。

英国南安普敦大学电子与计算机系的马克•尼克松教授研究显示,人人都有截然不同的走路姿势,因为人们在肌肉的力量、肌腱和骨骼长度、骨骼密度、视觉的灵敏程度、协调能力、经历、体重、重心、肌肉或骨骼受损的程度等等方面都存在差异,所以体现在走路姿势上也就千差万别。

再回到步态识别技术本身,正向此前的问答中讲到的,步态识别提取的特征点有很多,既有走路姿势等动态特征点,也包括身高、体型等静态特征点,通过这些特征点的综合分析可以有效进行身份识别。

银河水滴步态识别100问:步态注册时需要如何走?

两步就够了

步态注册是指将被识别人的步态信息录入步态识别系统,也就是建库,之后系统才可以从芸芸众生中识别出录入者。

由于银河水滴的步态识别算法针对不同角度、不同光照、不同场景中的步态都进行了长期系统的训练,所以有着非常高的识别灵敏度,从我们的实践来看,只需要有一个人一个步态周期即两个步幅的完整信息即可进行识别。

当然,有的应用部门希望建立完整的数据库,比如公共安全机关、大型基础设施如野外钻井平台、核电站、博物馆、体育场馆等,以便于得到更好的识别效果。有人可能会问,钻井平台、博物馆之类的建设步态数据库干嘛,当然有用了,将内部工作人员的步态录入,安装相关步态识别设备,当有非内部人员进入时就及时报警,这样就可以防外部人员侵入,提高安全防范等级。

针对这样的需求,银河水滴也建立了专业的步态采集模型。被采集人员自然状态走过常规固定线路,摄像头进行实时抓拍,采集系统会实时检索步态信息,生成步态序列图,然后对步态序列进行分割,提取特征,处理后存入相应数据库。

采集流程为:

1、由银河水滴组织实施人员在现场对采集系统进行安装调试,通过增设摄像头、调整摄像头角度,设立ROI(可理解为有效步态区域)区域;

2、从起始点处沿规定路线行走,当在采集设备屏幕上看到被采集人员走到指定地点时,采集操作人员点击“开始采集”功能按钮;

3、被采集人员继续沿规定路线行走,当在采集设备屏幕上看到被采集人员走到下一个指定地点时,采集操作人员点击“结束采集”功能按钮,再点击“保存”按钮,步态信息采集工作完成;

由于采集环境良好,所以在此种情况下获得的步态信息完整而清晰,十分有利于实战,在“步态检索-步态布控”的应用中可以达到更高的精准度。

银河水滴步态识别100问:步态识别如何帮助公安破案?

步态识别如何帮助公安破案?这是很多关注银河水滴的人都想了解的。很多人还提出了非常专业的问题,比如,相对于人脸库、指纹库来讲,大规模的嫌疑人步态数据库还未建立起来,那么公安机关如何通过步态信息识别和追踪犯罪嫌疑人呢?本文就给大家简要解答一下。

目前在公共安全领域,银河水滴推出了三种产品和解决方案:

步态检索智能一体机——水滴神鉴:这是一款便携式的步态识别安防专用设备,集步态识别算法、软件和硬件为一体,主要依靠步态识别迅速检索目标嫌疑人。现在模拟一下它的工作流程:一个案件中,犯罪现场的监控摄像头只捕捉到了犯罪嫌疑人的作案过程,视频比较模糊,看不清人脸,或人脸被刻意遮挡,但是嫌疑人的步态信息是清晰的,那么就可以将嫌疑人案发现场的步态信息进行注册,产生步态底,之后再调取相关的视频,系统对相关视频中的人物步态信息进行快速分析,并与底库进行快速的步态信息比对,从而检索到与嫌疑人相似的目标人物,并通过多种手段进一步确认嫌疑人信息。目前,以步态信息检索嫌疑人,一小时视频,水滴神鉴最快可在1分钟内检索完毕,大大改变了此前人工办案的现状,节省了大量的人力和时间,并且,步态识别技术比普通的办案人员更加“火眼金睛”,识人的效率和准确度更高。

银河水滴步态识别互联系统——水滴慧眼:集步态建库、步态识别、步态检索、步态比对、大范围追踪等功能于一体,支持海量历史视频与实时视频瞬间检索与定位,支持事前预警、事中报警和事后追踪,支持地图布控及地图轨迹追踪。看到没,水滴慧眼功能强大,没步态底库一样可以用,既可以像水滴神鉴一样进行步态检索和比对,还可以在更广泛的区域进行实时比对和预警。如果需要步态数据库呢,还可以给你建。如何建呢?

银河水滴专门推出步态数据库建设方案,可按照不同需求,量身打造完整、快速、优质的步态数据库建设方案。可完成对目标对象步态数据的规范化采集和存储管理,可同目前已经建成的人脸库、指纹库协同工作,从而在公共安全领域形成多特征、全体态的身份识别体系。

银河水滴步态识别100问:是否会暴露个人隐私?

个人隐私是指公民个人生活中不愿为他人(一定范围以外的人)公开或知悉的秘密,且这一秘密与其他人及社会利益无关。判断信息是否属于个人隐私核心就在于,公民本人是否愿意他人知晓,以及该信息是否与他人及社会利益相关。

在民事法律层面,隐私被界定为一种基本人格权利,即隐私权,是指自然人享有的私人生活安宁与私人信息秘密依法受到保护,不被他人非法侵扰、知悉、收集、利用和公开的一种人格权,而且权利主体对他人在何种程度上可以介入自己的私生活,对自己的隐私是否向他人公开以及公开的人群范围和程度等具有决定权。目前隐私权的界定在法律界还存在争议。

中国著名的法学学者——中国人民大学法学院张新宝教授把侵犯隐私权的行为总结为以下十类

1、未经公民许可,公开其姓名、肖像、住址和电话号码。

2、非法侵入、搜查他人住宅,或以其他方式破坏他人居住安宁。

3、非法跟踪他人,监视他人住所,安装窃听设备,私拍他人私生活镜头,窥探他人室内情况。

4、非法刺探他人财产状况或未经本人允许公布其财产状况。

5、私拆他人信件,偷看他人日记,刺探他人私人文件内容,以及将他们公开。

6、调查、刺探他人社会关系并非法公诸于众。

7、干扰他人夫妻性生活或对其进行调查、公布。

8、将他人婚外性生活向社会公布。

9、泄露公民的个人材料或公诸于众或扩大公开范围。

10、收集公民不愿向社会公开的纯属个人的情况。

就生物特征识别而言,目前大家关心的隐私泄露问题主要为生物特征本身以及与之关联的个人其他信息。

生物特征本身:步态识别提取的生物特征主要是静态的身体轮廓以及动态的运动姿态,利用这些特征综合进行身份识别,并不针对某一特征进行清晰度很高的提取和比对,正如此前相关文章中所提到的,步态识别只提取一个剪影,剪影中所包含的信息不在张新宝教授所总结的侵犯隐私权范围内。

 

关联信息:也就是生物特征作为身份ID使用时,后面关联的个人隐私信息,比如指纹、人脸等,这些生物特征后有可能关联着个人的身份证信息、银行卡号、电话号码等。目前步态识别还没有作为身份ID使用,所以不存在此问题。步态识别更对解决的是身份比对的难题,比如帮助公安部门确认在B地出现的某个人是否就是那个在A地作案的人。

银河水滴步态识别100问:用中国人训练的模型可以识别欧美人么?

由于谈的是机器识别,所以就不考虑文化不同的因素了,直接看生理差异。

中国人和欧美人有什么区别呢?

皮肤颜色不同、头发颜色不同、眼睛颜色不同,还有资料说肠子长短不同,中国人肠子比欧美人要长。

但这些不同对于步态识别而言都不是问题,因为不是识别特征点。

所以就要找找形体上的不同,据称欧洲人的小腿比大腿长一些,亚洲人的大腿一般比小腿要长一些,此外,肌腱、肌肉纤维、长骨等欧洲人的长度都大于亚洲人的,这导致同样力量下,力臂长时,手脚摆动速度就慢,并且影响稳定性,所以亚洲人的平衡能力、精确度控制力等方面有优势,但是涉及绝对速度绝对力量方面的指标就不及欧洲人了。

这些不同点确实有步态识别的识别特征点存在,但并不影响识别,因为步态识别算法是以人类的共同特征作为训练对象的,表达的是体型和时序上的规律,上文所说的只是差异并不是特征点的消失,而且这些差别也没有产生根本性的运动姿势变化,运动特征及身体特征依然存在,在行走过程中,欧美人同中国人更多是大同而只是小异。我们实际操作的结果也可以证明,这套算法可以有效的识别欧美人,即使是在蒙头的情况下。

2018年9月,银河水滴在“欧洲计算机视觉大会”专题授课现场演示步态识别技术