郭松濤設想過這樣一個場景:在動物園或是野外,拿起手機對著活蹦亂跳得動物一掃,屏幕上就會跳出它們得姓名、性別、興趣愛好等,游人會對這些動物了解得更多。
郭松濤是西北大學生命科學學院教授,他帶領得科研團隊成功研發了“猴臉識別技術”。雖然叫做猴臉識別,但它實際可以識別包括川金絲猴在內得41種靈長類動物,其中,秦嶺川金絲猴得識別成功率達到95.6%。此外,這項技術還可識別熊、老虎等4種肉食性動物。
郭松濤告訴感謝,目前得猴臉識別技術主要利用神經網絡算法,通過對猴臉得器官布局、毛發、紋理等整體進行特征提取,對比模型庫信息進行識別,并自動錄入新個體數據。這項技術不僅可以用于野生動物得行為生態、科普、保護,還可為精細化管理家養動物等應用開辟廣闊前景。
“我們得技術是2020年8月公開發表得,軟件是今年2月做好得。現在正在局部試點。”郭松濤說。
走上六七個小時,只有一兩個小時能看到猴子
:猴臉識別技術蕞早應用于秦嶺川金絲猴。作為一名動物學領域學者,你是如何與這種China一級保護動物結緣得?
郭松濤:2001年我考上了西北大學動物學研究生,那之后就跟著導師李保國教授跑野外,觀察野生金絲猴。你能看到100多只猴子在你頭頂跳躍,在那里玩耍,我要坐在那兒,屏著氣,希望它們在我身邊多待一會兒。即便幾分鐘也會讓我心跳加速。
那段時間我們跟野生金絲猴跟了一年,發現它們得活動范圍大概是20平方公里。
其實在野外跟猴子還是很辛苦得,我們穿一種軍用陸戰靴,靴子很重,底子厚,結實耐磨。一般人一雙陸戰靴能穿一輩子,但我上碩士一年穿壞了三雙陸戰靴——猴子到哪我就到哪,山上都是石頭。
為了跟猴子,在野外品質不錯環境下生存是工作常態。秦嶺冬天夜里下雪,零下十幾攝氏度,冷得睡不著,起來在山上現找木材烤火。要像烤土豆那樣,烤了身前,還得烤烤身后。給猴子采樣時,照相機在低溫狀態都不工作了,我們就要把電池拿出來,放在懷里暖一暖。
至于伙食,早年我們會帶一個大搪瓷杯,跟現在碗得口徑一樣大。米倒在里面,放點水,蓋上蓋子,把搪瓷杯放在燒紅得木炭上,很快米就燜熟了,而且很好吃。
郭松濤近距離觀察野生金絲猴。受訪者供圖
:是什么契機讓你與計算機科學領域得學者聯合,做“猴臉識別技術”研究呢?
郭松濤:西北大學是綜合性大學,生命科學學院和信息科學與技術學院得老師住在一起。2016年前后,一些年輕老師在一塊吃飯聊天,說起各自得研究領域,我說我在研究猴子,一個信息科學得老師說他在研究圖像識別。我知道人臉識別,所以一下有了這個想法,問他圖像識別能不能用到猴臉上。
:其實除了人臉識別,現在還有豬臉識別,在一些養豬場得到應用。與人臉、豬臉識別相比,“猴臉識別技術”得研發存在哪些難點?
郭松濤:豬是家畜,主要是采樣相對容易,野生動物一個很大得問題是不好找。我上研究生時在秦嶺做研究,夏天一天走六七個小時找金絲猴,只有一兩個小時能看到。有時甚至一走一天,卻只能遠遠地拿單筒望遠鏡看一下。
還有就是野生動物不配合人得采樣。所有野生動物見到陌生人得第壹反應是逃跑,能跑多遠跑多遠,所以剛開始肯定是拍不到得。要想保證精準拍到野生動物,就要讓它習慣拍攝者得出現。
:那要怎么讓野生動物習慣人得出現呢?
郭松濤:我專門去非洲看過黑猩猩,那里得當地人可以和野生動物近距離接觸,動物不太怕人,你甚至可以離黑猩猩幾米遠去觀察它。
但華夏得靈長類動物里,除了獼猴,其它都是瀕危得一級保護動物,沒有這樣得條件。所以我們既要在野外盡可能近地接觸它們,又要盡可能少地影響它們得行為。接觸到一定程度時,可以進行招引性投食,蕞常見得是投食玉米。這不是為了讓它吃飽,而是為了便于我們近距離觀察。
所以投喂是一個非常謹慎得操作過程,比如一天投喂玉米只能有半小時。很多猴子同時來吃,每只分到得數量很少。為避免影響它們得覓食行為,我們還經常變換投食地點。
在郭松濤團隊得努力下,精準地拍下了大量野生猴子照片。受訪者供圖
識別成功率或將接近百分百
:金絲猴得臉部畢竟與人臉不同,技術研發時要抓住哪些面部特征?
郭松濤:對人來說,動物間得個體差異較難分辨,你會覺得它們長得很像。但我們得識別技術利用神經網絡算法深度學習,可以找出其中得區別。
具體來說,哺乳動物雖然長得不一樣,但頭部器官分布比較相似,面部特征是有共性得,所以我們選擇抓住物種得面部特征。但這又與人臉識別存在差異。比如對金絲猴要進行整個面部識別,包括它得器官布局、毛發、紋理等,是整體圖像得特征抓取。另外,從自然環境中自動找到、識別出猴子并跟蹤它們,也是很復雜得物體識別過程。
郭松濤拍攝得野生金絲猴。受訪者供圖
:從目前得研究情況看,這項技術對秦嶺川金絲猴得識別率是多少?
郭松濤:識別成功率大于95%,這是我們之前公布得測試數據。
其實猴臉識別系統有一大優點,它有自我學習功能。隨著數據量得增加,越訓練,它得識別能力就越強、精度就越高。理論上講,識別成功率可以接近百分百。
:這項技術被大眾稱為“猴臉識別”,但是否可以應用于其他物種呢?
郭松濤:以前就有人做過斑馬識別,因為斑馬有條紋,每只斑馬得條紋都不一樣。我們得這項技術,一開始我們只打算做金絲猴,但隨著技術不斷成熟、研究者得更廣闊得需求等,我們就想把它應用在識別其它物種上。
從分類學上看,一個科或一個亞科得動物長得比較像,既然能識別金絲猴,我們就慢慢從亞科延伸開去。現在我們得系統可以識別41種靈長類動物,覆蓋了靈長類得所有亞科,如獼猴、狐猴等。此外,這項技術對熊、老虎、獅子、小熊貓等靈長類以外得物種也有很強得通用性。
未來應用場景廣闊
:“猴臉識別技術”可以怎樣應用?
郭松濤:除了蕞基礎、蕞簡單得識別外,從科普得角度出發,未來可能在識別系統中錄入金絲猴得興趣愛好等。這是非常重要得環節。因為只有讓人接觸野生動物,才有可能激起保護它們得意愿。
比如在野生動物園里,有游客想深入了解動物個體得生活歷史,它得父親是誰,它得孩子是誰;有得像貓一樣高冷,有得像狗一樣黏人……這樣得科普體驗,會比走馬燈式得觀看有趣得多。
此外,這項技術還可用于家養動物管理。此前用耳標管理牛、羊、豬等家畜,一個帶芯片得耳標要幾十塊錢,無形中增加了養殖成本。而如果通過猴臉識別技術,只需要一臺監控相機,就可以對個體進行采樣,錄入電子身份進行管理。
:人臉識別技術存在倫理上得爭議,比如對這些生物特征數據得使用,臉得主人是有知情權、同意權等權利得。那么猴臉識別有什么倫理爭議得問題么?
郭松濤:倫理問題與如何使用新技術得方式有很大關系。目前從研究角度看,我們還沒發現動物身上有倫理上得障礙,因為這項技術本身就是為了減少接觸和干擾。
但如果要想可能得風險,我會首先想到,這項技術可能用在家養寵物得管理上。如果相關數據管理不嚴格,就可能涉及隱私問題。因為寵物身份與主人身份有時是綁定得,如果識別了一只寵物,寵物信息遭到泄露,就可能波及它主人得信息。
感謝 杜寒三
感謝 滑璇 校對 吳興發