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【編者按】本文作者宮雅卓，聚虹光電創始人，上海交大博士，主攻生物識別領域，在虹膜識別研究領域有15年專研。本文是《碟中諜5》背后的生物識別技術系列中篇——步態分析。
《碟中諜5》中，黑客班吉起初并沒把三重保險的門禁放在眼里，但當他得知必須穿越一套“步態分析系統”時，班吉徹底絕望了，最后只能靠伊森.亨特屏息3分鐘，通過自由式潛水強行入侵后臺數據才得以攻破步態分析系統。
連IMF的特工們，都無法直接攻破的“步態分析”技術，究竟神在哪里？
下面從生物特征的三個原則——多樣性、穩定性、可采集性，分析這一生物識別新武器。
（《碟中諜5》中的步態分析系統）
步態，指人行走的姿態，是一種人類的行為特征。步態分析，就是通過記錄、觀察、分析身體運動方式，建立步態模型，并提取穩定的參數特征，通過計算機去識別的過程。
多樣性
步態分析的理論假設：如同每個人擁有一幅獨特的面孔，每個人也擁有一種與眾不同的步態。這種觀點也得到了醫學研究的認同，即“每個人的步態都是唯一的”。從解剖學的角度分析，步態唯一性的物理基礎是每個人生理結構的差異性，不一樣的腿骨長度、不一樣的肌肉強度、不一樣的重心高度、不一樣的運動神經靈敏度，共同決定了步態的唯一性。
（步態識別示例）
不過，學術界對步態特征的唯一性也存在分歧。如經過嚴格訓練的軍人、警察在運動姿態方面往往具有高度的一致性，所謂“三軍動如一人”，這可能使步態分析的技術基礎面臨嚴峻挑戰。看到這里，思路開闊的好奇寶寶一定會問：“閱兵儀式上那些步子整齊劃一的儀仗隊，用步態分析技術能識別他們每一個人嗎？”
我的答案是：“中國儀仗隊，不可能識別；其他國家呢，說不定。”
（你猜哪一個方陣可以用步態識別：左 — 中國儀仗隊，右 — 東歐某國儀仗隊）
穩定性
即使步態特征的唯一性被接受，但它依然面臨嚴峻挑戰：步態能經得住時間的考驗嗎？外部環境會對它造成影響嗎？實際上，一個人的步態會因為疾病、衰老、受傷、體重增減、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，而步態分析系統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，那么步態分析系統會判斷：“這個一瘸一拐的家伙已經不是你了”，除非你休息半個月養好傷；
如果你在朋友的婚禮上喝醉了，走路搖搖晃晃，那么步態分析系統會懷疑你是個神志不清的癮君子，直接報警。第二天早晨當你在拘留所里清醒過來，一定會對步態分析技術抱有非常復雜的感情。
可采集性
任何一種生物特征，都會有各自的“天敵”，它們的存在導致無法完整準確地采集特征信息。對步態而言，“天敵”就是衣服的遮擋、鞋跟的高低，對于女性尤為明顯。
季節輪轉帶來的著裝變化，不可避免。炎熱的盛夏，妹子們穿著輕薄的吊帶衫和超短褲，步態分析系統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，也屏蔽了步態識別的可能。
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，于是步態分析陷入了困惑：“這人是誰呢？”
服裝對步態分析的干擾，不只發生在女性身上，在阿拉伯地區，長袍是延續千年、不分男女的傳統服裝。伊斯蘭教認為，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、貞操和社會倫理的象征。此外，中東地區多沙漠、氣溫高、日照時間長，穿長袍可以抵擋風沙、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，阿拉伯人習慣一年四季穿長袍。面對完全被長袍完全遮擋的雙腿，步態分析也沒轍了。
（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，但穩定性和可采集性很不理想，難道步態分析技術會因此而被淘汰嗎？
當然不會。
多模態識別技術
步態分析，最突出的優勢是“遠距離識別”，有效距離可達幾百米。荒郊野外的核電站入口，一臺監控攝像機記錄下遠處一個黑影閃過，那是企圖制造恐怖事件的危險分子嗎？步態分析系統告訴你：別擔心，那只是一頭正在散步的棕熊。除了區分人與動物，步態分析也能夠很輕易地區分出人的不同行為模式，如行走、跑動、跳躍、負重、匍匐等復雜行為。雖然精度很低，但與高精度的識別技術組合后，步態分析技術依然大有用武之地。
如同《碟中諜5》所展現出的未來，生物特征識別技術顯示出一種發展趨勢：
將多種生物識別技術組合起來，根據應用場景、用戶條件、安全等級自動切換，即多模態識別技術，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融為一體，將比任何單一生物特征更具競爭優勢。
按照多模態的思路，將公認具有“最高識別精度”的虹膜和“最遠距離識別”的步態組合，就成了一種安全性和易用性兼備的“超級識別技術”。
步態可以從降低用戶主動配合的要求，虹膜可以提供安全性的保障，如高檔公寓的門禁采用“步態分析+虹膜識別”的方案：當用戶從停車場走向電梯時，步態分析可以遠距離判斷他是不是該公寓的住戶，如果是，將自動觸發電梯開關，減少住戶等待電梯的時間；當住戶來到家門前時，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+虹膜”的多模態識別應用）
步態是遠距離識別的代表，而虹膜是近距離識別的王者，將兩者的優點（高易用性、高精確性）集于一身的多模態識別方式，正是《碟中諜5》啟發我們提出的最具技術前瞻性的方案。
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