刑事偵查的利器――步態認證

現在,刑事偵查中日益廣泛採用了科學手段,其中最為典型的是基因鑑定。基因鑑定因其鑑定結果的準確性,被公認為是可供採用的有力證據。如今,科學偵查手段中又有了一門非常強大的武器,這就是步態認證――――分析監控攝像機拍下的人群走路的模樣,從中辨認出嫌疑人。這是一項難度頗大的技術,但是目前已經接近實用了。

2009年奈良縣警局為偵破前年發生的一起縱火未遂案,將監控攝像機錄下的一段視頻資料交給某科學研究機構要求進行鑑定。錄像中沒有犯人的臉部畫面,只錄下了他行走時的模樣。這在以前是沒法從中找到有力的證據可以對該人實施逮捕的。但是接受任務的研究機構憑藉自己開發的人像識別技術,只用了兩步路的人像錄影就做出了具有90%以上精度的人像識別結果。經鑑定分析,結果是“嫌疑人與錄像中的男子為同一人的可能性很高”。結合其它證據,該縱火未遂犯被逮捕了。在這之前的2008年,在英國也有一個採用英國人研究者的技術對一名強盜犯實施逮捕的例子。日本的這個案例算是世界上第二個從人像步態分析入手破案成功的例子。
人們或許有過這樣的體驗,從遠處一個正在走路人的腳步樣子可以認出他是自己的家人或是朋友。你不認為每個人的腳步樣子(即“步態”)都是有個性特徵的嗎?最為明顯的是走路姿勢的不同。例如,有些人是彎著身子往前走的,而有的人則是挺胸凸肚往前走的。每個人的步幅差異不盡相同,走路時甩手的樣子也會因人而異。也許你不會注意到的是“非對稱性”。有不少人走路的時候只會甩右手,左手幾乎不動。這可能是因為他平時拿提包的方式或其它什麼原因養成了他這樣的習慣。
觀察研究人走路的姿勢,針對不同個體的特性對人進行識別,這就是“步態認證”技術。步態認證有很多長處,其中最大的長處是隔著遠距離也能夠識別一個人。與其它典型的認證技術相比,例如在智能手機等方面廣泛採用的指紋識別技術,則必須將手指接觸傳感器。即使是非接觸式傳感器,手指接近傳感器的距離也要在10公分以內。又如發展迅速的基因識別技術,它是採集人體某一部分作為樣本,樣本與傳感器的接觸距離比指紋更為接近。再如虹膜認證,虹膜是位於黑眼珠外面的一層薄膜,薄膜上呈凹凸不平的褶皺,其紋理紋樣因人而異,因此可用於身份識別。但是虹膜識別時與傳感器的距離要在50公分左右。另外,顏面認證也有類似這樣的近距離要求。像這樣採集身體某一部分作為樣本,對不同的人進行識別的技術稱為生物識別技術。
 步態認證在識別距離要求方面有很大的寬限餘地。目前照相機和計算機技術的發展已經能夠對在100米開外處拍攝的映像進行分析。生物識別技術與其相比差別非常顯著。
本文開頭處提到了步態認證在刑事偵查中的一個實例。其實,只要技術有更進一步的發展,步態認證技術在其它領域內也有著廣泛的應用可能。在門禁系統中可以採用步態認證技術將有權出入門禁人員的步態數據登錄在冊,防止非在冊人員擅自闖入;在與恐怖襲擊作鬥爭方面它也有用武之地。另外,如果建立一個可以對年齡、性別等項目做出判斷的步態數據庫,則在社會福利事業和市場推廣活動中也可以發揮其作用。總之,步態認證是一項潛在應用可能性很大的技術。

步態認證的基本流程

步態認證的基本流程

步態認證以模式識別技術為基礎。所謂模式識別是將文字、映像和聲音等信息以某種模式保存在數據庫內,當有新的信息進入時與其進行比照核對。這種技術在當今信息化社會裡應用非常廣泛。其關鍵點在於,應該從輸入的信息中選用哪些內容予以模式化,以及如何進行比較對照。要建立一套有效的步態認證系統很不容易。
步態認證是如​​何進行的呢?以上述科學研究機構開發的系統為例,首先要把映像製作成如上圖人行走時的步履形態影像。圖中右上綠框內的影像是從案發現場拍攝的映像轉化過來的;圖中左上紅框內的影像是從秘密拍攝到的嫌疑人映像轉化過來的。通過對左右兩幅影像中的“步態和動作特徵”進行比較,測量其相似程度,判斷該嫌疑人是否就是犯人。相似程度低,不可能是犯人;相似程度高,則是犯人的可能性很高。目前這種測量的精度為94%,不及基因鑑定的準確性高,尚未完全達到可以對嫌疑人進行篩選的實用程度。但是該研究機構開發的系統有一個特長,就是能夠處理畫面不甚鮮明的映像。以上介紹的是步態認證工作的原理,實際上工作中的計算過程相當複雜,所以當初建立這套系統很不容易。例如,在製作影像的時候必須要考慮人物身高和觀察距離等數據的匹配,還要開發在鑑定過程中需要用到的“頻率分析”和“概率函數”,以及將映像轉換成數據信息,縮短判斷過程的時間,提高精度。
正面拍攝的映像和側面拍攝的映像完全不同,如果想要對案發現場的映像進行鑑定,必須是能對任何方向上拍攝的映像均能進行處理,否則就沒有意義。為此需要收集供學習使用的樣本、尋找只與朝向有關聯的因素,並且製作名為“方向變換模型”的工具。有了這個工具,任何朝向的影像就都可以自動製作完成了。
服裝的變化也是一個難題。上衣穿羽絨服,下身穿長褲的女性和襯衫短裙著裝的女性外觀是完全不同的。男性穿夏天服裝時的外觀和冬天穿長風衣時的外觀,即使是同一個人,看上去也會像是兩個人。對此,步態認證系統是這樣處理的:屏蔽人體影像不會變化的部分。就是說,屏蔽人體影像的軀幹部分,只對脖子以上的部分和膝蓋以下的部分進行鑑定。這樣處理會多少降低鑑定的精度,但在可靠性方面可以有些把握。在這基礎上再把軀體劃分為八個部分,改變每個部分的“權重”,以此增強鑑定的精確性。當然,這裡所說的“權重”是經過事先採樣取得的。儘管做到了這種程度,但是有時候還是無法識別得出來。比方說,對象穿著的服裝是偶人服。當然,這不過是極其個別的例子而已,大多數情況下都是能夠對付得過去的。為了提高鑑定的精度,目前正在研究不同步行速度以及低幀速(幀速是指每秒鐘映像的幀數)情況下的識別方法。

在不太久远的将来可以实现在熙熙攘攘的人流中找出特定目标的人物

在不太久遠的將來可以實現在熙熙攘攘的人流中找出特定目標的人物

步態認證有很廣闊的潛在應用領域。日本警察局的科學研究機構目前已經引進了這套系統,並對其在實用化方面進行評估,以期達到不必依賴專家進行鑑定,工作在現場的刑偵人員也能通過操作使用計算機自己製作影像、進行比較對照和鑑定。自從奈良縣警局借助步態認證技術偵破案件以來,為破案而提出要求鑑定的案件數量多了起來,使用步態認證技術對嫌疑人進行篩選,今後將成為理所當然的選擇。
為提高步態認證的精度,目前已建立了以大量數據樣本為基礎的數據庫(步態數據庫“OU-LP”),這是目前世界上同類數據庫中最為龐大的,收錄了超過4000人份數量的數據。這種數據庫收錄的樣本數據越多,其可靠性越強,因此該數據庫今後還要不斷擴大規模。目前該數據庫內收錄的60歲以上人群的樣本數據還比較少,迫切需要各方願意助一臂之力的人士伸出援手。
步態認證技術具有可能性非常大的潛在應用領域。最易理解的是用於防範監控。尋找迷路或走失兒童是典型的用例。在迪士尼樂園、環球影城和大型購物中心等場所,使用它尋找走失兒童是很容易做到的。在防盜方面,只要有可疑人物步態模式的數據登錄在系統內就能發揮作用。在社會福利事業方面,近年來癡呆患者獨自外出以後認不得回家門,被報警失踪的情況相當多,步態認證系統可以發揮作用將這樣的人找出來。在市場推廣方面,大型商場各個樓層鋪面的顧客群中男女性別比率是多少,年齡大概是多少,這些數據對決定商品佈置的品種結構具有很重要的意義。使用步態數據庫的話很容易獲得這類信息。不僅是步態,對人體映像的分析也有了長足的進步,通過觀察人的動作來理解人的情感和意圖等的研究也有了發展。甚至能通過觀察分析持筆的特徵去識別一個人。與偽造指紋相比,偽造步態不那麼容易,這對重要場所的進出管理非常有用。拍攝分析簽名動作的手勢,可以有95%的準確性根據捏筆人的手形和所持筆的傾斜特徵判斷出署名與簽名者是否為同一人。為豐富人們的生活,維護安全的社會環境,還有各種各樣的認證技術有待於人們不斷努力開發。

株式会社ワオ・コーポレーション
日本語で書かれた記事を翻訳した。

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