科學家研發「靈長類臉部識別」助保育瀕危物種

科學家研發「靈長類臉部識別」助保育瀕危物種
PrimID程式截圖
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臉部識別技術不一定用來監控和侵犯私隱,也可協助保護瀕危動物,打擊非法捕獵。

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根據國際自然保護聯盟(IUCN)2008年的瀕危物種紅色名錄,哺乳類動物當中有22%屬於極危(critically endangered),其中靈長類的形勢特別嚴峻,高達6成物種受威脅——屬於極危、瀕危(endangered)或易危(vulnerable)級別。

而在靈長類當中,狐猴科(lemur)面對最大挑戰——有91%的物種面對絕種威脅。這種只在馬達加斯加島出沒的樹棲動物,受到農業和非法伐木影響,棲息地遭破壞,此外牠們亦被過度捕獵。

研究瀕危動物,首先需要認出牠們

要阻止狐猴等受絕種威脅的動物消失,必須介入阻止,例如追蹤研究其生態習性、數量,以及對抗非法捕獵及交易等。辨認野生動物對研究非常重要,否則科學家難以觀察和記錄。短期的研究往往靠外表分辨動物,如例體型、斑紋、疤痕和顏色等,但這些特徵會隨時間改變,有時候也較為主觀,難以用在了解其健康、行為、族群內互動等的長期研究上。

為解決這個問題,科學家需要使用科技去追蹤動物,透過為牠們戴頸圈、綁標籤去裝上追蹤器。這個方法雖然成功,但不無缺點,包括太過昂貴(每隻動物需要400至4000美元不等)、耗費時間、需要捕捉動物(或會干擾到其行為、增加壓力、導致受傷甚至死亡)。

辨認出受保護動物,對於阻止非法販賣也很重要。據估計,2005至2011年因非法交易而失去的猿類數量超過2萬隻,但僅有少數人被拘捕。假如能夠認出被捉走的動物,也許可以知道牠們來自何處,有助了解非法捕獵者的行動。

因此科學家希望使用非入侵性、可靠而且容易在野外使用的辨認動物方法,過往有研究顯示,電腦能協助辨認獵豹、老虎、長頸鹿、斑馬和企鵝等動物,而使用臉部識別技術去辨認靈長類似乎特別適合——因為人類屬於靈長類,演化上接近猿類。

不看人臉看猴臉

來自美國密芝根州立大學電腦科學及工程學系的5位研究人員,聯同英國切斯特大學的衛柏(Susan Wiper)及保育生物學家盧素(Alexandra H. Russo)研究使用臉部識別演算法PrimNet,辨認以狐猴為主的靈長類動物,更以此為基礎設計出手機應用PrimID。研究結果已上載至網絡論文預印本存庫arXiv(尚未經過同行審查刊登在學術期刊上)。

在評估PrimNet的表現時,研究人員將它跟其他演算法比較,包括辨認狐猴的LemurFaceID,以及兩個用來辨認人臉的演算法SphereFace與FaceNet。測試分開三個物種︰狐猴、金絲猴和黑猩猩;每個物種的測試均有三項任務︰

  • 驗證(verification)——確認目標為相片中的對象;
  • 閉集辨認(clode-set identification)——假設目標在相片庫內,辨認出目標身分;
  • 開集辨認(open set identification)——目標未必在相片庫內,演算法須要知道它是否在相片庫內,如是再辨認出目標身分。

研究作者指出,驗證身分對於搜集非法捕獵證據而言極有值價,假設在網上發現兩張非法出售的靈長類照片,驗證身分可以確認兩張相背後是否同一動物,協助追查走私及交易網絡。

開發手機app方便使用

測試顯示,PrimNet在準確度方面均比其他演算法優勝,雖然速度稍慢,但所需儲存空間僅3.9MB,遠低於其他演算法,適合在手機等系統中使用。

研究人員更開發了一個Android系統的應用程式,可以在野外使用。用戶打開app後,能夠選擇辨認狐猴、金絲猴或黑猩猩,並驗證或辨認動物身分。在辨認模式中,程式會顯示最有可能的三隻動物,以及列出相似程度。這個app將會以開放源碼方式發布,已可在PlayStore下載。

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打開程式會見到三種動物可供選擇,點選後會下載相關數據。
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例如點選狐猴,會顯示圖片庫中的狐猴。
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按右下的「+」號可選擇功能。
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PrimID程式截圖
隨便在網上下載一張狐猴照片測試,顯示出最接近的三個結果——最高也只有33%相似。

研究作者相信,PrimNet這個靈長類臉部識別系統能夠協助保育人士和科學家,確保瀕臨絕種的動物受到保護和促進野外研究發展。他們計劃跟專家合作,加入更多相片提升演算法準確度,研發靈長類臉部偵察的算法,以及測試算法用於其他瀕危靈長類上的表現。

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