金絲猴的“看臉時(shí)代”來(lái)了

小飛魚(yú)

據(jù)有關(guān)部門(mén)調(diào)查估計(jì)，目前在秦嶺山脈里，大約生活有39個(gè)野生金絲猴群，數(shù)量約5000只，它們算得上是僅次于國(guó)寶大熊貓的明星物種

在人臉識(shí)別技術(shù)日趨成熟的今天，研究人員已經(jīng)開(kāi)始將這一技術(shù)擴(kuò)展到動(dòng)物研究中。日前，西北大學(xué)的金絲猴研究團(tuán)隊(duì)首次開(kāi)發(fā)出動(dòng)物個(gè)體識(shí)別系統(tǒng)——Tri-AI，實(shí)現(xiàn)了對(duì)猴子的面部檢測(cè)、識(shí)別和跟蹤。這對(duì)于金絲猴的保護(hù)有著重要意義。

那么，這一系統(tǒng)是如何對(duì)猴子面孔進(jìn)行識(shí)別的呢？

打個(gè)通俗的比方：假設(shè)一個(gè)人從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)芒果，也不知道芒果有桂七芒、金煌芒、貴妃芒、紅象牙芒等品種，有一天我們把很多種芒果混合在一起擺在這個(gè)人面前，讓他將這些芒果分類放好，這個(gè)人肯定會(huì)一臉迷茫。但要是這個(gè)人見(jiàn)過(guò)、吃過(guò)足夠多品種的芒果，他肯定就能分辨出各種芒果的異同。

同樣的道理，對(duì)沒(méi)有經(jīng)過(guò)“訓(xùn)練”的Tri-AI系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，識(shí)別猴臉可真是太難了。因此，科學(xué)家們需要給它提供數(shù)量足夠多、足夠清晰的猴臉數(shù)據(jù)。但野外環(huán)境復(fù)雜，猴子也不會(huì)乖乖地對(duì)著鏡頭說(shuō)“茄子”，這給猴臉數(shù)據(jù)搜集帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。不過(guò)我國(guó)科學(xué)家們克服重重困難，在惡劣環(huán)境下搜集猴臉數(shù)據(jù)，淘汰了不計(jì)其數(shù)的樣本，最終成功地給Tri-AI系統(tǒng)“投喂”了包括41種靈長(zhǎng)類動(dòng)物的102399份圖像資料，并將這些數(shù)據(jù)慷慨地分享給了全世界。

Tri-AI系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于多個(gè)類群的不同物種，還可以處理彩色圖像和灰度圖像，因此，無(wú)論是白天還是夜間的照片，都能夠進(jìn)行無(wú)礙觀測(cè)與識(shí)別，滿足研究者的需求。

建立好數(shù)據(jù)庫(kù)之后，Tri-AI系統(tǒng)還需要兩個(gè)步驟才能識(shí)別猴臉——目標(biāo)檢測(cè)和對(duì)象識(shí)別。

目標(biāo)檢測(cè)主要是確定視野框內(nèi)，哪一區(qū)域有猴臉、哪一區(qū)域沒(méi)有猴臉。經(jīng)過(guò)目標(biāo)檢測(cè)算法Faster RCNN檢測(cè)后，方框標(biāo)記的區(qū)域就是“猴臉?biāo)趨^(qū)域”，框內(nèi)的區(qū)域會(huì)被標(biāo)記為1，框外標(biāo)記為0。

但是，如果猴子不是面對(duì)鏡頭，比如側(cè)著臉或者低著頭時(shí)，系統(tǒng)是識(shí)別不到的。這就跟咱們戴著口罩時(shí)不能進(jìn)行人臉識(shí)別是一個(gè)道理。

這一步驟主要是確認(rèn)上一步檢測(cè)到的猴子的編號(hào)或者名字。系統(tǒng)將第一步獲得的面部數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比，如果有匹配的，則直接給出其識(shí)別號(hào)或名字;如果沒(méi)有找到數(shù)據(jù)庫(kù)中匹配的圖像，則會(huì)將其標(biāo)記為新個(gè)體，并賦予它新的編號(hào)或名字，如“3號(hào)猴子”“7號(hào)猴子”“新的猴子”。

經(jīng)過(guò)科研人員艱辛的數(shù)據(jù)收集和精心的模型調(diào)優(yōu)，最終得到的猴臉識(shí)別系統(tǒng)Tri-AI，可以在1秒內(nèi)識(shí)別31張圖片，而且識(shí)別準(zhǔn)確率高達(dá)94.11%。

針對(duì)動(dòng)物的面部識(shí)別除了能夠應(yīng)用于金絲猴研究，還能夠用于優(yōu)化畜牧業(yè)。例如，將牧場(chǎng)的動(dòng)物進(jìn)行編號(hào)，幫助養(yǎng)殖戶檢測(cè)每個(gè)動(dòng)物的健康狀況，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，降低成本、增加效益。另外，動(dòng)物面部識(shí)別還能應(yīng)用于野生動(dòng)物保護(hù)和科普。

由于起步較晚，動(dòng)物面部識(shí)別領(lǐng)域目前仍存在很多待突破的難點(diǎn)，如數(shù)據(jù)的采集。一些野生動(dòng)物活動(dòng)范圍隱蔽，很難捕捉到有效圖像;同一物種的動(dòng)物，無(wú)論面部還是身體部位，差異并不是很大，也給AI識(shí)別系統(tǒng)帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。但從現(xiàn)有研究來(lái)看，無(wú)論是應(yīng)用于科學(xué)研究、畜牧業(yè)還是野生動(dòng)物保護(hù)和科普，動(dòng)物面部識(shí)別在未來(lái)都大有潛力。