碟5中让阿汤哥头疼的“步态分析”，究竟神在哪里？

【编者按】本文作者宫雅卓，聚虹光电创始人，上海交大博士，主攻生物识别领域，在虹膜识别研究领域有15年专研。本文是《碟中谍5》背后的生物识别技术系列中篇——步态分析。

《碟中谍5》中，黑客班吉起初并没把三重保险的门禁放在眼里，但当他得知必须穿越一套“步态分析系统”时，班吉彻底绝望了，最后只能靠伊森.亨特屏息3分钟，通过自由式潜水强行入侵后台数据才得以攻破步态分析系统。

连IMF的特工们，都无法直接攻破的“步态分析”技术，究竟神在哪里？

下面从生物特征的三个原则——多样性、稳定性、可采集性，分析这一生物识别新武器。

（《碟中谍5》中的步态分析系统）

步态，指人行走的姿态，是一种人类的行为特征。步态分析，就是通过记录、观察、分析身体运动方式，建立步态模型，并提取稳定的参数特征，通过计算机去识别的过程。

多样性

步态分析的理论假设：如同每个人拥有一幅独特的面孔，每个人也拥有一种与众不同的步态。这种观点也得到了医学研究的认同，即“每个人的步态都是唯一的”。从解剖学的角度分析，步态唯一性的物理基础是每个人生理结构的差异性，不一样的腿骨长度、不一样的肌肉强度、不一样的重心高度、不一样的运动神经灵敏度，共同决定了步态的唯一性。

（步态识别示例）

不过，学术界对步态特征的唯一性也存在分歧。如经过严格训练的军人、警察在运动姿态方面往往具有高度的一致性，所谓“三军动如一人”，这可能使步态分析的技术基础面临严峻挑战。看到这里，思路开阔的好奇宝宝一定会问：“阅兵仪式上那些步子整齐划一的仪仗队，用步态分析技术能识别他们每一个人吗？”

我的答案是：“中国仪仗队，不可能识别；其他国家呢，说不定。”

（你猜哪一个方阵可以用步态识别：左 — 中国仪仗队，右 — 东欧某国仪仗队）

稳定性

即使步态特征的唯一性被接受，但它依然面临严峻挑战：步态能经得住时间的考验吗？外部环境会对它造成影响吗？实际上，一个人的步态会因为疾病、衰老、受伤、体重增减、着装舒适程度等各种因素而改变。

如果你忙了一天工作，拖着比平常更沉重的步子走向家门，而步态分析系统只记得你一如寻常的矫健身影，将你拒之门外；

如果你打篮球不小心扭了脚踝，那么步态分析系统会判断：“这个一瘸一拐的家伙已经不是你了”，除非你休息半个月养好伤；

如果你在朋友的婚礼上喝醉了，走路摇摇晃晃，那么步态分析系统会怀疑你是个神志不清的瘾君子，直接报警。第二天早晨当你在拘留所里清醒过来，一定会对步态分析技术抱有非常复杂的感情。

可采集性

任何一种生物特征，都会有各自的“天敌”，它们的存在导致无法完整准确地采集特征信息。对步态而言，“天敌”就是衣服的遮挡、鞋跟的高低，对于女性尤为明显。

季节轮转带来的着装变化，不可避免。炎热的盛夏，妹子们穿着轻薄的吊带衫和超短裤，步态分析系统轻松地捕捉到她们的身影；寒冷的冬季，妹子们换上厚重的羽绒服和长靴，层层织物阻挡了寒风，也屏蔽了步态识别的可能。

潮流更替引起的着装变化，也很常见。妹子们穿着长裤和平底鞋上街购物，换上新买的长裙和高跟鞋款款归来，长裙遮挡了她的双腿，高跟鞋使她看上去更修长，于是步态分析陷入了困惑：“这人是谁呢？”

服装对步态分析的干扰，不只发生在女性身上，在阿拉伯地区，长袍是延续千年、不分男女的传统服装。伊斯兰教认为，暴露女性的曲线和美貌是一种邪恶的诱惑，而戴面纱和穿长裙，是纯洁、贞操和社会伦理的象征。此外，中东地区多沙漠、气温高、日照时间长，穿长袍可以抵挡风沙、防止阳光灼伤皮肤，于是无论成人还是孩童，上至国家元首，下至贫民百姓，阿拉伯人习惯一年四季穿长袍。面对完全被长袍完全遮挡的双腿，步态分析也没辙了。

（阿拉伯长袍完全遮住了双腿）

综上所述，虽然满足了多样性原则，但稳定性和可采集性很不理想，难道步态分析技术会因此而被淘汰吗？

当然不会。

多模态识别技术

步态分析，最突出的优势是“远距离识别”，有效距离可达几百米。荒郊野外的核电站入口，一台监控摄像机记录下远处一个黑影闪过，那是企图制造恐怖事件的危险分子吗？步态分析系统告诉你：别担心，那只是一头正在散步的棕熊。除了区分人与动物，步态分析也能够很轻易地区分出人的不同行为模式，如行走、跑动、跳跃、负重、匍匐等复杂行为。虽然精度很低，但与高精度的识别技术组合后，步态分析技术依然大有用武之地。

如同《碟中谍5》所展现出的未来，生物特征识别技术显示出一种发展趋势：

将多种生物识别技术组合起来，根据应用场景、用户条件、安全等级自动切换，即多模态识别技术，它可以把识别精度、采集距离、防盗防伪、简单易用等多种特点融为一体，将比任何单一生物特征更具竞争优势。

按照多模态的思路，将公认具有“最高识别精度”的虹膜和“最远距离识别”的步态组合，就成了一种安全性和易用性兼备的“超级识别技术”。

步态可以从降低用户主动配合的要求，虹膜可以提供安全性的保障，如高档公寓的门禁采用“步态分析+虹膜识别”的方案：当用户从停车场走向电梯时，步态分析可以远距离判断他是不是该公寓的住户，如果是，将自动触发电梯开关，减少住户等待电梯的时间；当住户来到家门前时，采用虹膜识别这种安全性更高的识别方式来开启房门。

 

（“步态+虹膜”的多模态识别应用）

步态是远距离识别的代表，而虹膜是近距离识别的王者，将两者的优点（高易用性、高精确性）集于一身的多模态识别方式，正是《碟中谍5》启发我们提出的最具技术前瞻性的方案。