你是維尼,還是泰迪?科學家聯手開發「熊臉辨識系統」

by:山謬
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不論是對專家,抑或是普通人而言,光憑幾張照片就想辨識出一隻特定的熊並不容易。但是自從美國、加拿大的科學家們聯手開發出Bear ID後,辨識出一隻特定的熊再也沒有想像中那麼困難。

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「辨識一隻特定的熊」其實沒有想像中容易,但最近美國、加拿大的科學家聯手開發出「Bear ID」,將這項困難的任務轉交給AI代勞。

美聯社/達志影像

研究生的煩惱

對加拿大維多利亞大學(University of Victoria)的博士後研究生克拉彭(Melanie Clapham)來說,如何開發出「熊臉辨識系統」是她的一大煩惱。當時,克拉彭正在進行一項研究灰熊行為的計畫,必須要花費數年的時間追蹤不同灰熊的行為,如果能有一套「熊臉辨識系統」,將能大大減輕她的負擔。

矽谷工程師們的小興趣

對住在美國加州的資訊工程師米勒(Ed Miller)和阮(Mary Nguyen)來說,「開發熊臉辨識系統」是他們給自己的小挑戰。兩人在幾年前,迷上了美國阿拉斯加卡特邁國家公園和自然保護區(Alaska's Katmai National Park)一齣介紹園區內棕熊的節目。

「當時我們靈光一現,如果機器學習技術很擅長辨識不同的人,那同樣的技術可以用來辨識不同熊嗎?」米勒說道。

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早在Bear ID開發團隊之前,不少國家公園就發現透過辨識、推廣特定幾隻熊,能替國家公園們吸引到大眾的注意力。圖為今年卡特邁國家公園和自然保護區「胖熊爭霸周」的冠軍:747。

Newscom/達志影像

媒合網站來幫忙

透過專門媒合保育專家和工程師的網站Wildlabs.net的協助,2017年時,分別住在美國、加拿大,卻不約而同研究起「熊臉辨識系統」的米勒、阮、克拉彭等人總算碰在一塊。接下來,他們花費數年的時間,一同開發出專門辨識棕熊臉的臉部辨識系統「Bear ID」。

辨識出特定熊可以幹嘛?

其實早在Bear ID團隊之前,不少國家公園就已經發現「辨識特定一隻熊」可以為它們帶來大量民眾的注意力。

每年秋天,美國卡特邁國家公園和自然保護區就會舉辦一年一度的「胖熊爭霸周」(Fat Bear Week),讓粉絲們一起票選出當年度的「年度第一胖熊」;在加拿大的班夫國家公園(Banff National Park),熊明星唇裂(Split Lip)和大老闆(The Boss)各自也都有一群死忠的粉絲。

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除了撰寫程式碼,開發團隊還得準備超過 4,000張照片,每張都得標示好熊的臉、眼睛的位置等,以做為訓練Bear ID的素材。(示意圖)

Photo: Becca

熊臉辨識不容易

進入開發階段後,Bear ID的開發團隊便遇上不少困難,像是熊的體型很容易隨季節而變化;熊的臉不像斑馬、長頸鹿一樣有條紋或斑點可以作為參考依據;更別說在熊長達 20-25年的一生中,臉部不時就會出現些許變化等,這些因素都進一步提高辨識熊臉的難度。

用人臉辨識技術辨識熊臉

最後,開發團隊從人臉辨識的技術中找到靈感,以熊的雙眼、鼻子、耳朵、前額等元素間的距離,做為判斷特定一隻熊的依據。

「基本上,我們用來辨識熊臉的技術,就和用來辨識人臉的技術差不多。」資訊工程師米勒說道。

準備工作很枯燥

然而,最一開始的準備工作其實很枯燥乏味。為了讓AI掌握判斷熊臉的竅門,研究團隊得先準備超過 4,000張熊臉的照片,每張得用人工標示出熊的雙眼、鼻子、耳朵的位置,才能讓AI在學習過程中有所本。

除了耗費大量人工,開發團隊還得小心篩選這批照片的品質,避免Bear ID誤把其他元素當作判斷依據。舉例來說,倘若某一隻熊的照片幾乎都是在陽光充足的環境下拍攝,就會讓AI往後在判斷這隻熊的時候,誤把「陽光」當成判斷依據之一。

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克拉彭希望,未來Bear ID可以不只用在棕熊身上,還能納入辨識懶熊、馬來熊等不同種類的熊的功能。圖為一隻馬來熊。

歐新社/達志影像

人會搞混的熊,AI也分不清

最終,開發團隊成功讓這款熊臉辨識系統達到 84%的準確度。但在測試過程中,克拉彭意外發現一個小插曲:她分不清楚的熊,AI往往也容易犯錯。

對此,克拉彭認為這顯示開發團隊成功讓Bear ID的AI,以和她的大腦相似的方式運作,才導致雙方會犯下類似的錯誤。

以後不需要做記號

在克拉彭眼裡,Bear ID對研究者們最大的助益便是往後研究特定熊時,不需要一一做記號來區分每隻熊。未來研究者們只需要架好隱藏式攝影機,Bear ID就能代為分辨不同的熊,大大減輕研究者的負擔。

其他種類的熊也可以

除此之外,開發團隊希望未來Bear ID能進一步應用在不同種類的熊,像是懶熊(Melursus ursinus)、馬來熊(Helarctos malayanus)或是亞洲熊(Ursus thibetanus)等身上,甚至進一步擴大到其他物種如:馴鹿(Rangifer tarandus)、狼等。

克拉彭說道:「我們希望未來有一天,某個人隨手上傳一張隱藏式攝影機拍下的熊照片,Bear ID不僅可以顯示這隻熊的種類,還能進一步顯示這隻熊的年齡、性別等資訊。」