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因人而异的步态
在形容一个人具有威武雄壮的气概时，我们经常用“龙骧虎步”这个成语，意思是他行走时像老虎一样。当我们形容一个人行走缓慢时，会用“鹅行鸭步”这个成语。这说明虽然行走是人类的基本功能之一，但不同的人有不同的行走方式。也许这就是为什么步态（行走的姿态）——以及它们所传达的信息——如此吸引人的原因。在行走时，我们将一只脚放在另一只脚的前面，带动身体运动，这需要全身几十块肌肉一起工作。这些微妙的肌肉弯曲和拉伸模式非常独特，以至于研究步态的科学家相信，它们就像人们的指纹一样独一无二。
古希腊哲学家亚里士多德是最早关注行走姿态的人之一，但没有人比19世纪的法国小说家巴尔扎克更痴迷于这一话题。在他的书中，他经常将人物的行走方式与他们的个性、社会地位和职业联系起来。
巴尔扎克还对步态进行了第一次严肃的研究。他的行走理论发表于近200年前，其研究基础是观察人们在巴黎街头走路的样子。他说道：“水手们平时要应付船舶的晃动，所以他们走起路来是两腿分开的。
步态分析技术
步态分析现在已经发展成为一种学术研究，并正在产生实际应用。最先发现其应用潜力的是刑事调查人员，他们让步态专家分析闭路电视录像中嫌疑人的行走方式来锁定嫌疑人。
最近，计算机视觉技术的进步使步态分析研究取得了长足的进展，该方法使用精确成像技术来测量眼睛无法察觉的细节。一些步态科学家会记录特定的生物力学测量数据，比如踝关节旋转的距离或者膝盖弯曲时大小腿的夹角，然后通过计算机进行分析和比较。德国基尔大学的塞巴斯蒂安·海因策尔说：“每个人都有独特的步态模式，这意味着它们可以被识别。”
加拿大的步态识别研究员帕特里克·康纳说：“早期步态识别研究的最大突破之一就是意识到可以通过轮廓来识别一个人。”他指的是步态能量成像，即拍摄一个人行走时的一系列快照（通常从侧面拍摄），然后将它们合并成一张单独的照片。“在照片中，头部和躯干都在同一个地方，你会看到胳膊和腿的模糊运动。”康纳说。
步态分析的结果可靠吗？步态研究人员称，如果一个系统能够根据步态正确识别90%的志愿者，那么它就是“有效”的。2017年，葡萄牙的计算机科学家声称，他们可以通过人们的影子识别出从摄像头下方走过的人。这可能意味着将来使用无人机就可以进行隐蔽的步态分析。
步态分析与人脸识别
现在，步态分析技术日益热门起来，交通运输公司想用它来识别乘客，医生想用它来发现关于疾病的早期线索。但这项技术足够可靠吗？它是朝着正确的方向迈出了一步还是对我们生物特征隐私的又一次令人担忧的侵犯？
这可能让人们想到人脸识别技术，在许多国家，这种技术正在被广泛用于在人们不知情的情况下对他们进行识别。相对人脸识别，步态分析可能是一个更强大的工具，因为它可以处理低分辨率的图片，而且比人脸识别系统更难以规避，即使你戴上头套或面具都不管用。
英国生物识别专家保罗·怀尔斯指出，人们向社交媒体上传了很多视频片段，在这些视频中，人脸很难识别，但步态很容易辨认。他表示，英国警方准备将步态分析与人脸识别结合起来，以更好地利用这类视频。
步态分析目前的应用还远没有人脸识别那么广泛。这主要是因为它需要一系列连续的照片，涵盖行走的七个阶段，显示每条腿的移动和抬起。处理这些图像需要庞大的计算量，而大多数步态分析系统都没有足够的计算量来实时工作。这也是步态分析系统目前对警察帮助有限的原因：在执法中使用该系统的一个关键要求是，该系统能够足够快地识别出他们想要逮捕的人。
2020年，我国的人工智能企业银河水滴公司宣布推出世界首款“智能步态人脸双目抓拍机”，搭载步态识别及人脸识别两个深度学习算法，支持步态、人脸双抓拍。
不过，也有人对步态分析技术的应用表达了担忧。怀尔斯说，警察和其他人对步态分析的使用可能需要受到新的立法控制或限制。这种生物特征分析在伦理上是有问题的，因为它可以在个人不知情或未经个人同意的情况下进行。怀尔斯表示，他倾向于让各国政府制定框架，列出使用步态和其他生物识别技术的广泛原则。
步态分析的应用场景
步态识别也有适合自己的应用场景，以机场安检为例，它需要进行快速、准确的识别，步态识别可以简化整个过程。
如果人们配合识别过程的话，就不需要像步态能量成像那样费力地量轮廓。人们可以佩戴传感器，以反馈他们的动作的精确信息。意大利罗马大学的计算机科学家玛丽亚利用这种方法，通过智能手机内的加速度计发送的信息来识别人，因为当人们行走时，智能手机在他们的手上或口袋里来回晃动。她的团队已经制造了一个智能门，它安装了步态识别系统，当它识别到具有進入权限的人接近时，就会自动打开。
原则上，这种方式比停下来扫描虹膜或指纹要方便得多。美国万事达卡公司表示，它正在与运输公司合作，研究如何在乘客接近检票口时，利用步态分析对其进行身份验证。
最近，人们对使用步态分析来跟踪人们的健康越来越感兴趣。海因策尔使用安装在帕金森病患者下背部的传感器来分析他们的行走动作。人们行走的视频已经被用于发现肌肉的问题，但海因策尔希望利用这项技术来诊断疾病，跟踪身体退化过程，并评估药物的疗效。
虽然这些应用现在还处于早期阶段，但海因策尔说这种方法也可以用来预示其他疾病的发作。他说：“当你出现轻度认知障碍或患有多发性硬化症等疾病时，你的行走方式可能会发生变化。”如果及早发现这些症状，患者就可以得到更好的治疗，也意味着能有更好的预后。
准确地知道你如何行走也可以帮助你更好地走路。美国南佛罗里达大学的生物力学专家凯尔·里德使用了与电影《阿凡达》相同的身体传感技术和摄像机，来检测中风患者受损的步态。他说，这有助于改善患者的康复项目，因为这项技术能够捕捉物理治疗师看不到的信息。
巴尔扎克没有预见到，他在巴黎的人行道上所观察到的现象，可能有一天会提供一种识别地球上近80亿人的方法。要是他活着听到这件事的话，也许他走路会更趾高气扬些。
（摘自《科学画报》2021年第3期）
在形容一个人具有威武雄壮的气概时，我们经常用“龙骧虎步”这个成语，意思是他行走时像老虎一样。当我们形容一个人行走缓慢时，会用“鹅行鸭步”这个成语。这说明虽然行走是人类的基本功能之一，但不同的人有不同的行走方式。也许这就是为什么步态（行走的姿态）——以及它们所传达的信息——如此吸引人的原因。在行走时，我们将一只脚放在另一只脚的前面，带动身体运动，这需要全身几十块肌肉一起工作。这些微妙的肌肉弯曲和拉伸模式非常独特，以至于研究步态的科学家相信，它们就像人们的指纹一样独一无二。
古希腊哲学家亚里士多德是最早关注行走姿态的人之一，但没有人比19世纪的法国小说家巴尔扎克更痴迷于这一话题。在他的书中，他经常将人物的行走方式与他们的个性、社会地位和职业联系起来。
巴尔扎克还对步态进行了第一次严肃的研究。他的行走理论发表于近200年前，其研究基础是观察人们在巴黎街头走路的样子。他说道：“水手们平时要应付船舶的晃动，所以他们走起路来是两腿分开的。
步态分析技术
步态分析现在已经发展成为一种学术研究，并正在产生实际应用。最先发现其应用潜力的是刑事调查人员，他们让步态专家分析闭路电视录像中嫌疑人的行走方式来锁定嫌疑人。
最近，计算机视觉技术的进步使步态分析研究取得了长足的进展，该方法使用精确成像技术来测量眼睛无法察觉的细节。一些步态科学家会记录特定的生物力学测量数据，比如踝关节旋转的距离或者膝盖弯曲时大小腿的夹角，然后通过计算机进行分析和比较。德国基尔大学的塞巴斯蒂安·海因策尔说：“每个人都有独特的步态模式，这意味着它们可以被识别。”
加拿大的步态识别研究员帕特里克·康纳说：“早期步态识别研究的最大突破之一就是意识到可以通过轮廓来识别一个人。”他指的是步态能量成像，即拍摄一个人行走时的一系列快照（通常从侧面拍摄），然后将它们合并成一张单独的照片。“在照片中，头部和躯干都在同一个地方，你会看到胳膊和腿的模糊运动。”康纳说。
步态分析的结果可靠吗？步态研究人员称，如果一个系统能够根据步态正确识别90%的志愿者，那么它就是“有效”的。2017年，葡萄牙的计算机科学家声称，他们可以通过人们的影子识别出从摄像头下方走过的人。这可能意味着将来使用无人机就可以进行隐蔽的步态分析。
步态分析与人脸识别
现在，步态分析技术日益热门起来，交通运输公司想用它来识别乘客，医生想用它来发现关于疾病的早期线索。但这项技术足够可靠吗？它是朝着正确的方向迈出了一步还是对我们生物特征隐私的又一次令人担忧的侵犯？
这可能让人们想到人脸识别技术，在许多国家，这种技术正在被广泛用于在人们不知情的情况下对他们进行识别。相对人脸识别，步态分析可能是一个更强大的工具，因为它可以处理低分辨率的图片，而且比人脸识别系统更难以规避，即使你戴上头套或面具都不管用。
英国生物识别专家保罗·怀尔斯指出，人们向社交媒体上传了很多视频片段，在这些视频中，人脸很难识别，但步态很容易辨认。他表示，英国警方准备将步态分析与人脸识别结合起来，以更好地利用这类视频。
步态分析目前的应用还远没有人脸识别那么广泛。这主要是因为它需要一系列连续的照片，涵盖行走的七个阶段，显示每条腿的移动和抬起。处理这些图像需要庞大的计算量，而大多数步态分析系统都没有足够的计算量来实时工作。这也是步态分析系统目前对警察帮助有限的原因：在执法中使用该系统的一个关键要求是，该系统能够足够快地识别出他们想要逮捕的人。
2020年，我国的人工智能企业银河水滴公司宣布推出世界首款“智能步态人脸双目抓拍机”，搭载步态识别及人脸识别两个深度学习算法，支持步态、人脸双抓拍。
不过，也有人对步态分析技术的应用表达了担忧。怀尔斯说，警察和其他人对步态分析的使用可能需要受到新的立法控制或限制。这种生物特征分析在伦理上是有问题的，因为它可以在个人不知情或未经个人同意的情况下进行。怀尔斯表示，他倾向于让各国政府制定框架，列出使用步态和其他生物识别技术的广泛原则。
步态分析的应用场景
步态识别也有适合自己的应用场景，以机场安检为例，它需要进行快速、准确的识别，步态识别可以简化整个过程。
如果人们配合识别过程的话，就不需要像步态能量成像那样费力地量轮廓。人们可以佩戴传感器，以反馈他们的动作的精确信息。意大利罗马大学的计算机科学家玛丽亚利用这种方法，通过智能手机内的加速度计发送的信息来识别人，因为当人们行走时，智能手机在他们的手上或口袋里来回晃动。她的团队已经制造了一个智能门，它安装了步态识别系统，当它识别到具有進入权限的人接近时，就会自动打开。
原则上，这种方式比停下来扫描虹膜或指纹要方便得多。美国万事达卡公司表示，它正在与运输公司合作，研究如何在乘客接近检票口时，利用步态分析对其进行身份验证。
最近，人们对使用步态分析来跟踪人们的健康越来越感兴趣。海因策尔使用安装在帕金森病患者下背部的传感器来分析他们的行走动作。人们行走的视频已经被用于发现肌肉的问题，但海因策尔希望利用这项技术来诊断疾病，跟踪身体退化过程，并评估药物的疗效。
虽然这些应用现在还处于早期阶段，但海因策尔说这种方法也可以用来预示其他疾病的发作。他说：“当你出现轻度认知障碍或患有多发性硬化症等疾病时，你的行走方式可能会发生变化。”如果及早发现这些症状，患者就可以得到更好的治疗，也意味着能有更好的预后。
准确地知道你如何行走也可以帮助你更好地走路。美国南佛罗里达大学的生物力学专家凯尔·里德使用了与电影《阿凡达》相同的身体传感技术和摄像机，来检测中风患者受损的步态。他说，这有助于改善患者的康复项目，因为这项技术能够捕捉物理治疗师看不到的信息。
巴尔扎克没有预见到，他在巴黎的人行道上所观察到的现象，可能有一天会提供一种识别地球上近80亿人的方法。要是他活着听到这件事的话，也许他走路会更趾高气扬些。
（摘自《科学画报》2021年第3期）