識別猴臉

文/世琪

“在動物園或是野外，如果拿起手機對著活蹦亂跳的動物一掃，屏幕上就會跳出它們的名字、性別、興趣愛好等，這樣游人會對這些動物了解得更多。”郭松濤曾經設想過的場景，如今終于實現了。

一個構想

郭松濤從小就喜歡動物。2001 年，他如愿考上西北大學動物學研究生，跟隨導師李保國跑野外，觀察野生金絲猴。

因為成績優異，郭松濤畢業后留校任教。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的教師住在一起。2016年，一些年輕教師在一起吃飯聊天，說起各自研究的領域，郭松濤說自己在研究猴子，一位信息科學的教師說他在研究圖像識別。“圖像識別能不能用到猴臉上呢？”郭松濤突然有了這個想法。“這個想法不錯，你可以試試。”同事聽后也感覺可行。

郭松濤開始研究猴臉識別技術。其實，除了人臉識別，已經有了豬臉識別，在一些養豬場得到應用。豬是家畜，采樣相對容易，但野生動物不好找，采樣是最大的問題。郭松濤在秦嶺做研究時，一天走六七個小時找金絲猴，只有一兩個小時能看到。有時甚至走一天，卻只能遠遠地拿單筒望遠鏡看一下。而且野生動物不配合采樣，見到陌生人的第一反應是逃跑，能跑多遠跑多遠。要想保證精準拍到野生動物，就要讓它習慣拍攝者的出現。

為此，郭松濤專門去非洲看了黑猩猩。當地人可以和野生動物近距離接觸，動物不太怕人，人們甚至可以離黑猩猩幾米距離觀察它。但中國的靈長類動物，除了獼猴，其他都是瀕危的一級保護動物，沒有這樣的條件。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的行為。郭松濤進行招引性投食，不是為了讓它們吃飽，而是為了便于近距離觀察。所以，投喂是一個非常謹慎的操作過程，為避免影響動物們覓食，郭松濤經常變換投食地點。

野外探索

為了研發猴臉識別系統，郭松濤帶領西北大學金絲猴研究團隊長期開展動物跟蹤研究。他們近距離觀察，通過望遠鏡可以清晰地看到金絲猴的面部特征，比如有的金絲猴嘴底下有痣，有的因打架耳朵被扯掉一塊，這些都是自然標記。

為了對特定對象進行觀察，他們還會做一些人工標記，比如有色染料。在一段時間內，只要把標記位置記清楚，就不會丟失所觀察的動物個體，下次看到還能認出來。但這種方法在大范圍的野外調查和監測中就不適用了。有時，他們會通過動物的毛發和糞便進行DNA識別，但這需要到實驗室里鑒別，也非常麻煩，達不到實時識別的要求。

猴臉識別系統研發要求有通用的識別部位。定義面部為通用識別部位，是經過動物生態學和計算機科學領域的專家深入討論后決定的。該研究需要拍攝大量影像數據，對算法和模型進行訓練，但由于野生動物不可控，不會配合拍照，因此郭松濤團隊在野外進行數據采集非常困難。

動物在野外有隱藏本能，毛發顏色等可能會和環境融在一起，要在人工條件下從環境顏色中剝離出動物個體并不容易。另外，金絲猴的臉部皮膚帶毛區域多，毛發可能有蓬松變化，紋理特征更復雜，對識別系統的深度學習能力和算法提出了更高要求。

剛開始，大概需要二十只金絲猴個體的準確信息，每只金絲猴要拍攝不同角度的照片，將系統模型完成。新的金絲猴個體再出現時，系統會提取特征并對比已有信息，從而對新個體進行識別。

為了保護

經過郭松濤團隊的深度探索研究，猴臉識別系統對秦嶺川金絲猴的識別成功率達95.6%。郭松濤說：“猴臉識別系統的優點就是有自我學習功能。隨著數據量的增加，越訓練，它的識別能力就越強，精度就越高。對人來說，動物間的個體差異較難分辨，你會覺得它們長得很像。但我們的識別技術利用神經網絡算法深度學習，可以找出其中的區別。”

那么，猴臉識別技術怎樣應用呢？在野生動物園里，如果有游客想深入了解動物個體的生活歷史，它的父親是誰，它的孩子是誰；有的像貓一樣高冷，有的像狗一樣黏人……這樣的科普體驗，會比走馬燈式的觀看有趣得多。“除了最基礎、最簡單的識別外，從科普的角度出發，未來可能在識別系統中錄入金絲猴的興趣愛好等。這是非常重要的環節。因為只有讓人接觸野生動物，才有可能激起保護它們的意愿。”郭松濤說。

另外，物種個體識別還可以應用于野生動物種群監測、動物救治、飼養和繁育、畜牧業農場動物的日常管理，以及寵物動物遺失尋找等，有廣泛的實用需求。

“我們的技術是2020 年8 月公開發表的，軟件是2021年2月做好的，現在正在局部試點。”接下來，郭松濤希望結合野外和圈養條件識別動物的不同應用場景與需求，進行個性化識別功能的研發，通過動物精準識別，實現動物保護、飼養、繁育和研究的精細化管理。

郭松濤在觀察野生金絲猴