郭松涛设想过这样一个场景:在动物园或是野外,拿起手机对着活蹦乱跳的动物一扫,屏幕上就会跳出它们的姓名、性别、兴趣爱好等,游人会对这些动物了解得更多。


郭松涛是西北大学生命科学学院教授,近日,他带领的科研团队成功研发了“猴脸识别技术”。虽然叫做猴脸识别,但它实际可以识别包括川金丝猴在内的41种灵长类动物,其中,秦岭川金丝猴的识别成功率达到95.6%。此外,这项技术还可识别熊、老虎等4种肉食性动物。


郭松涛告诉新京报记者,目前的猴脸识别技术主要利用神经网络算法,通过对猴脸的器官布局、毛发、纹理等整体进行特征提取,对比模型库信息进行识别,并自动录入新个体数据。这项技术不仅可以用于野生动物的行为生态、科普、保护,还可为精细化管理家养动物等应用开辟广阔前景。


“我们的技术是2020年8月公开发表的,软件是今年2月做好的。现在正在局部试点。”郭松涛说。


走上六七个小时,只有一两个小时能看到猴子


新京报:猴脸识别技术最早应用于秦岭川金丝猴。作为一名动物学领域学者,你是如何与这种国家一级保护动物结缘的?


郭松涛:2001年我考上了西北大学动物学研究生,那之后就跟着导师李保国教授跑野外,观察野生金丝猴。你能看到100多只猴子在你头顶跳跃,在那里玩耍,我要坐在那儿,屏着气,希望它们在我身边多待一会儿。即便几分钟也会让我心跳加速。


那段时间我们跟野生金丝猴跟了一年,发现它们的活动范围大概是20平方公里。


其实在野外跟猴子还是很辛苦的,我们穿一种军用陆战靴,靴子很重,底子厚,结实耐磨。一般人一双陆战靴能穿一辈子,但我上硕士一年穿坏了三双陆战靴——猴子到哪我就到哪,山上都是石头。


为了跟猴子,在野外极端环境下生存是工作常态。秦岭冬天夜里下雪,零下十几摄氏度,冷得睡不着,起来在山上现找木材烤火。要像烤土豆那样,烤了身前,还得烤烤身后。给猴子采样时,照相机在低温状态都不工作了,我们就要把电池拿出来,放在怀里暖一暖。


至于伙食,早年我们会带一个大搪瓷杯,跟现在碗的口径一样大。米倒在里面,放点水,盖上盖子,把搪瓷杯放在烧红的木炭上,很快米就焖熟了,而且很好吃。


郭松涛近距离观察野生金丝猴。受访者供图


新京报:是什么契机让你与计算机科学领域的学者联合,做“猴脸识别技术”研究呢?


郭松涛西北大学是综合性大学,生命科学学院和信息科学与技术学院的老师住在一起。2016年前后,一些年轻老师在一块吃饭聊天,说起各自的研究领域,我说我在研究猴子,一个信息科学的老师说他在研究图像识别。我知道人脸识别,所以一下有了这个想法,问他图像识别能不能用到猴脸上。


新京报:其实除了人脸识别,现在还有猪脸识别,在一些养猪场得到应用。与人脸、猪脸识别相比,“猴脸识别技术”的研发存在哪些难点?


郭松涛:猪是家畜,主要是采样相对容易,野生动物一个很大的问题是不好找。我上研究生时在秦岭做研究,夏天一天走六七个小时找金丝猴,只有一两个小时能看到。有时甚至一走一天,却只能远远地拿单筒望远镜看一下。


还有就是野生动物不配合人的采样。所有野生动物见到陌生人的第一反应是逃跑,能跑多远跑多远,所以刚开始肯定是拍不到的。要想保证精准拍到野生动物,就要让它习惯拍摄者的出现。


新京报:那要怎么让野生动物习惯人的出现呢?


郭松涛:我专门去非洲看过黑猩猩,那里的当地人可以和野生动物近距离接触,动物不太怕人,你甚至可以离黑猩猩几米远去观察它。


但中国的灵长类动物里,除了猕猴,其它都是濒危的一级保护动物,没有这样的条件。所以我们既要在野外尽可能近地接触它们,又要尽可能少地影响它们的行为。接触到一定程度时,可以进行招引性投食,最常见的是投食玉米。这不是为了让它吃饱,而是为了便于我们近距离观察。


所以投喂是一个非常谨慎的操作过程,比如一天投喂玉米只能有半小时。很多猴子同时来吃,每只分到的数量很少。为避免影响它们的觅食行为,我们还经常变换投食地点。


在郭松涛团队的努力下,精准地拍下了大量野生猴子照片。受访者供图


识别成功率或将接近100%


新京报:金丝猴的脸部毕竟与人脸不同,技术研发时要抓住哪些面部特征?


郭松涛:对人来说,动物间的个体差异较难分辨,你会觉得它们长得很像。但我们的识别技术利用神经网络算法深度学习,可以找出其中的区别。


具体来说,哺乳动物虽然长得不一样,但头部器官分布比较相似,面部特征是有共性的,所以我们选择抓住物种的面部特征。但这又与人脸识别存在差异。比如对金丝猴要进行整个面部识别,包括它的器官布局、毛发、纹理等,是整体图像的特征抓取。另外,从自然环境中自动找到、识别出猴子并跟踪它们,也是很复杂的物体识别过程。


郭松涛拍摄的野生金丝猴。受访者供图


新京报:从目前的研究情况看,这项技术对秦岭川金丝猴的识别率是多少?


郭松涛:识别成功率大于95%,这是我们之前公布的测试数据。


其实猴脸识别系统有一大优点,它有自我学习功能。随着数据量的增加,越训练,它的识别能力就越强、精度就越高。理论上讲,识别成功率可以接近100%。


新京报:这项技术被大众称为“猴脸识别”,但是否可以应用于其他物种呢?


郭松涛:以前就有人做过斑马识别,因为斑马有条纹,每只斑马的条纹都不一样。我们的这项技术,一开始我们只打算做金丝猴,但随着技术不断成熟、研究者的更广阔的需求等,我们就想把它应用在识别其它物种上。


从分类学上看,一个科或一个亚科的动物长得比较像,既然能识别金丝猴,我们就慢慢从亚科延伸开去。现在我们的系统可以识别41种灵长类动物,覆盖了灵长类的所有亚科,如猕猴、狐猴等。此外,这项技术对熊、老虎、狮子、小熊猫等灵长类以外的物种也有很强的通用性。


未来应用场景广阔


新京报:“猴脸识别技术”可以怎样应用?


郭松涛:除了最基础、最简单的识别外,从科普的角度出发,未来可能在识别系统中录入金丝猴的兴趣爱好等。这是非常重要的环节。因为只有让人接触野生动物,才有可能激起保护它们的意愿。


比如在野生动物园里,有游客想深入了解动物个体的生活历史,它的父亲是谁,它的孩子是谁;有的像猫一样高冷,有的像狗一样黏人……这样的科普体验,会比走马灯式的观看有趣得多。


此外,这项技术还可用于家养动物管理。此前用耳标管理牛、羊、猪等家畜,一个带芯片的耳标要几十块钱,无形中增加了养殖成本。而如果通过猴脸识别技术,只需要一台监控相机,就可以对个体进行采样,录入电子身份进行管理。


新京报:人脸识别技术存在伦理上的争议,比如对这些生物特征数据的使用,脸的主人是有知情权、同意权等权利的。那么猴脸识别有什么伦理争议的问题吗?


郭松涛:伦理问题与如何使用新技术的方式有很大关系。目前从研究角度看,我们还没发现动物身上有伦理上的障碍,因为这项技术本身就是为了减少接触和干扰。


但如果要想可能的风险,我会首先想到,这项技术可能用在家养宠物的管理上。如果相关数据管理不严格,就可能涉及隐私问题。因为宠物身份与主人身份有时是绑定的,如果识别了一只宠物,宠物信息遭到泄露,就可能波及它主人的信息。


新京报记者 杜寒三

编辑 滑璇 校对 吴兴发