Dva kroky stačí a víte, kdo kráčí

Styl chůze je pro každého člověka jedinečný stejně jako otisk prstu.Hledá možnosti, jak na videozáznamech rozpoznat lidi podle jejich chůze. Stačí k tomu prý málo. Jen pouhé dva kroky. Za svou práci získal v únoru doktorský student fakulty informatiky Michal Balážia švédskou inovační cenu v oblasti civilní bezpečnosti.

Otisky prstů či charakteristiky obličeje jsou biometrické údaje, podle nichž se už běžně rozpoznávají lidé například při pasové kontrole. Každý člověk má ale mnohem víc jedinečných charakteristik, podle kterých se dá identifikovat. Typická je například i jeho chůze.

Podle chůze rozpozná své známé hodně lidí, jak ale může takový systém fungovat obecně?
Pro každého člověka je styl chůze a celý pohyb dostatečně jedinečný, abychom z něj mohli jedince rozpoznat. My se zabýváme výzkumem, na jehož základě může v budoucnu vzniknout systém, který to umožní. Například stane-li se nějaký kriminální čin, který bude zaznamenaný v kamerovém systému, bude umět vyhodnotit na základě videozáznamu charakteristiky pachatele, dohledat jej na jiných snímcích a na základě porovnávání určitých charakteristik, a třeba právě chůze, ho vypátrat a sledovat.

Jak se dá chůze charakterizovat?
Náš výzkum je zatím ve stadiu návrhu matematického konceptu. Zatím jen tušíme, jaké parametry potřebujeme ze záznamu chůze zjistit, a ověřujeme, které z nich dostatečně vystihují dynamiku a jedinečnost chůze. Na těle člověka je hodně kloubů, které se dají označit. S použitím určitých algoritmů se pak dá z velmi krátkého úseku zaznamenaného pohybu vytvořit jakási kostra člověka a spočítat souřadnice vybraných kloubů v čase. Na základě těchto souřadnic vytvoříme trajektorii, z které už umíme odvodit řadu dalších věcí. Ve své diplomové práci jsem se konkrétně zabýval signály, které určují vzdálenosti dvojic bodů v čase, a vytvořením co nejpřesnější porovnávací funkce těchto signálů.

Jak se to dá aplikovat na chůzi?
Z údajů, které máme k dispozici, víme, že chůze je periodická aktivita. Pořád dokola se při ní opakuje to samé, cyklus chůze jsou vlastně dva kroky. My jsme se snažili rozeznat tento cyklus právě na základě časově-vzdálenostních signálů různých bodů na těle, například dvou chodidel. Zkoumali jsme to v databázi trajektorií pohybu různých lidí, kterou máme k dispozici od americké Carnegie Mellon University, a dostali jsme se k pěkným číslům úspěšnosti. Nejdřív jsme si ale trajektorie pohybu jednotlivých signálních bodů museli připravit. Největší problém byl ten, že jsou rozdíly v rychlosti chůze. Abychom mohli porovnávat lidi kráčející různou rychlostí, museli jsme cykly jejich chůze svým způsobem zprůměrovat. Umíme rozpoznat jednotlivé cykly chůze, dokonce i to, kterou nohou člověk ten cyklus začíná. V podstatě nám pro porovnávání stačí jen ten jeden cyklus, tedy dva kroky, které jsou pro každého člověka typické.Charakteristiky chůze se změní, i když si třeba dáte do boty připínáček.

Dá se rozpoznat i člověk, který nejde, ale třeba běží?
To ne. Charakteristiky chůze se změní, i když si třeba dáte do boty připínáček. Je to podobné, jako když si lupič nasadí kuklu, pak ho nemůžete poznat podle tváře. Ani při rozpoznávání chůze se nedá připravit na podobné věci. Předpokládáme ale, že když někdo třeba spáchá zločin, tak se bude snažit chovat nenápadně, tedy přirozeně, a bude se pohybovat normálně. Když budeme podobného člověka hledat na základě více charakteristik, tak mu v podstatě ztížíme možnost, že ho nikdo nepozná a nenajde.

Vy se soustředíte na využití charakteristik chůze v oblasti bezpečnosti. Dají se použít i jinde?
V jiných souvislostech se biometrikou podrobněji nezabývám, ale vím, že se dá analýza chůze využít například ve sportu při regulaci běhu, fyzioterapii nebo v medicíně k zjišťování pohybových patologií.

Co přesně je tedy váš obor? Na co se soustředíte?
Jsem původně matematik, magisterský titul mám z bezpečnosti IT se specializací na kryptografii a nyní se věnuji biometrickým křivkám. Hledám způsoby, jak je co nejefektivněji porovnávat ve specifických kontextech, jako je například právě chůze.

Jste bezpečnostní analytik, co vás tedy přitáhlo do skupiny odborníků, která se zabývá podobnostním vyhledáváním?
Byla to šťastná náhoda. Pro studium v Brně jsem se rozhodl proto, že je tady podle mě nejlepší informatika v bývalém Československu. Už v prváku mě nadchla matematika a začal jsem se věnovat matematické informatice. Téma bakalářské práce – generování náhodných vektorů – jsem si našel v Laboratoři vyhledávání a dialogu, kde jsem pokračoval i s diplomovou prací zaměřenou na rozpoznávání lidí. Mám rád, když se matematika prakticky využije.

Masarykova univerzita | Masaryk university