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“熊臉識別”來了 識別率高達95%
2020-03-30 09:59:36 來源: 成都商報
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  刷臉消費、刷臉進門……人臉識別屢見不鮮,但是,給大熊貓做的“熊臉識別”,你聽過嗎?

  今年3月,西華師范大學大熊貓研究團隊陸續在國際權威期刊發布係列關于大熊貓保護的研究成果,回答了關于“投入大量資金建設大熊貓保護區是否能夠阻止人類活動對棲息地恢復的幹擾”等熱點問題。

  張晉東教授參與的大熊貓研究團隊與鄭伯川所在團隊進行合作,以25只圈養大熊貓的6.5萬張面部照片為基礎,利用深度學習技術,成功建立大熊貓面部識別網絡,平均識別率達到95%,解決了大熊貓長期野外跟蹤和監測數據沒有合適方法來識別和監測大熊貓目標個體的技術難題,可用于大熊貓等野生動物的個體識別、生活史和社會機制等研究中。

  3月29日,記者通過郵件,聯係上正在美國的張晉東教授,為我們解答了“熊臉識別”的研究問題。

  A

  此前如何識別?

  查咬節、找糞便弊端多

  成都商報-紅星新聞:此前,大熊貓科研團隊對大熊貓目標個體的識別和監測,主要採取什麼樣的方法?有什麼弊端?會出現什麼樣的誤差?

  張晉東:此前,科研團隊對于大熊貓的個體識別和監測一直沒有一種較成熟方法,傳統的方法主要有以下幾種:

  1、距離-咬節法(咬節,即大熊貓糞便中的竹莖),這種方法比較成熟,廣泛應用于大熊貓的調查,操作性強,可反映大熊貓種群的時間變化特徵,存在的問題是:大熊貓的移動距離受多種因素影響(如繁殖、季節、個體差異、食物獲取等),很難獲取區別不同個體的閾值;

  2、分子生物學方法,這種方法目前應用最廣泛,也最可靠,但這種方法消耗較多的人力物力,同時在野外很難找到新鮮的可供進行DNA提取的大熊貓糞便;

  3、利用觀察者的經驗,從大熊貓的體型、外貌特徵差異、走路姿勢等綜合判斷,這種方法對于數量小的大熊貓種群的效果較好,但對于長期研究(例如涉及到多個研究者、多個研究時間段的交接、數據整合)或者個體數量多的大熊貓種群(個體數量增多意味著需要比較、記憶的特徵增多,過多則容易引起個體誤認);

  4、其他方法,如利用足跡識別,模型很好,但是在野外很難採集到大熊貓的新鮮足跡。通過照片進行個體識別,目前也有其他團隊在做,也取得了進展,我們希望和其他團隊的工作進行比較或者合作,以更好更準確地進行大熊貓個體識別。

  此外,關于大熊貓個體監測可以用GPS項圈追蹤,對需要追蹤監測的個體進行麻醉並佩戴GPS項圈,優點是能夠準確追蹤,並且可以實時獲取需要的行為數據,缺點是這種方法同樣對于個體數量多的大熊貓種群不適用(不可能去捕捉每一只大熊貓),同時因為需要捕捉大熊貓,在這個過程中,可能存在誤傷大熊貓的風險,同時GPS項圈的使用壽命較短,在長期研究中同樣不適用。

  B

  係統咋建起來的?

  6個大學生拍了6.5萬張照片

  成都商報-紅星新聞:此次大熊貓面部識別網絡是基于什麼樣的數據基礎?

  張晉東:我們的基礎數據來自四川三個基地的25只圈養大熊貓,主要是利用數碼相機和手機拍攝。

  唯一的要求就是照片需要較清晰地獲取大熊貓面部特徵,並且大熊貓面部照片可呈現的特徵多樣性越高越好,如進食、休息、嬉戲等,以便在後續遇到各種類型個體照片時能夠較好地識別。

  成都商報-紅星新聞:6.5萬張面部照片樣本是如何獲取的?

  張晉東:6.5萬張照片是西華師范大學生命科學學院和數學與信息學院的6名同學一起拍攝的,前後共計拍攝時間約一周。

  C

  “熊臉識別”有啥妙用?

  既方便管理 也方便了遊客

  成都商報-紅星新聞:“熊臉識別”是如何做到精準識別、識別率達到95%的?

  張晉東:“熊臉精確識別”主要因為兩個方面的努力,一個是數據方面,不僅量大,我們還對數據進行了篩選;另一方面,是數學與信息學院鄭伯川教授和何育欣同學對我們的識別網絡的不斷調試。我們前後對于技術的攻關花費了約半年時間,最終才有了識別模型的成功和如此高的識別率。

  成都商報-紅星新聞:“熊臉識別”的應用,可以具體到哪些方面,可否舉例?

  張晉東:“熊臉識別”可以應用到兩方面,一方面是圈養大熊貓,可以為各個大熊貓建立它們的ID,這既方便管理人員的統一管理,也方便遊客們對每只個體的識別、了解。另一方面,也是我們所更加重視的方面,即野生大熊貓的保護工作,我們下一步工作將考慮結合目前在野外監測中應用廣泛的紅外相機,收集更多的野生大熊貓個體照片,對這些數據進行識別,從而建立野生大熊貓種群身份庫,並實現及時監測和大數據分析,為野生大熊貓保護研究做更深入的工作。

  張澤鈞:

  建大熊貓棲息地保護區 可減少人類活動的幹擾

  投入大量資金建設的眾多大熊貓自然保護區究竟有多大效能?保護區是否能阻止人類活動的幹擾,促進棲息地的恢復?此類問題一直是大熊貓科研的熱點問題。

  西華師范大學張澤鈞教授帶領的大熊貓科研團隊,與來自美國聖迭戈動物園、中國科學院動物研究所和成都生物研究所的科學家一起,基于全國第三次和第四次大熊貓調查的近五萬個樣方進行了大數據分析,對保護區內外大熊貓棲息地的人類幹擾活動和生境質量進行了綜合比較。

  “有證據表明,在過去,成都平原,甚至廣西、湖南等地也是有熊貓生活的。”張澤鈞教授科研團隊的韋偉博士介紹説。研究表明,大熊貓棲息地在保護區內得到的保護要比保護區外更好,中國的自然保護區在過去幾十年中對大熊貓的保護發揮著巨大作用。

  此次研究數據基于全國第三次、第四次大熊貓調查,等同于熊貓界的“人口普查”,但普查的內容卻更為詳盡。“熊貓在哪出現過,喜歡在什麼樣的環境停留?”韋偉介紹説,大熊貓調查每10年進行一次,第四次大熊貓調查結束于2012年,在數據的基礎上,團隊還要對每個保護區進行實地勘察驗證,例如四川的臥龍、唐家河、王朗等自然保護區。“樣本量太大,大熊貓的食物資源、生活環境信息、個體信息、繁殖信息……都是需要大量走訪調查的”。(記者 于遵素)

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【糾錯】 責任編輯: 薛濤
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