Смотри и учись

Фрэнк Д. Ройлэнс
Baltimore Sun

Анализируя язык жестов, походку и иные телодвижения человека, программное обеспечение по распознаванию поведения помогает в поимке преступников, а также может оказаться и полезным в борьбе с терроризмом, и применяться в медицинских целях.

Одиноко стоящий мужчина смотрит вдоль улицы в одну и другую сторону, очевидно, в ожидании кого-то. Подъезжает автофургон. Мужчина говорит что-то водителю, садится в кабину, и фургон уезжает.

Через несколько минут в квартале от этого места двумя мужчинами выскочившими из автофургона, была ограблена женщина; нападавшие угрожали ей огнестрельным оружием. Никто из очевидцев так и не смог описать службе безопасности и полиции Балтимора, как выглядел этот фургон.

Казалось бы, и след этого июньского инцидента простыл, но на этот раз скрыться преступнику не удалось -- сдали. В раскрытии ограбления на улице Лавгроув роль осведомителя сыграла… технология.

Программное обеспечение по распознаванию поведения позволяет компьютерам поставить операторов в известность о том, что кто-то либо что-то выглядит подозрительным. Система, установленная в Хопкинсе, использует одно и то техническое средство для того, чтобы отслеживать отклоняющиеся от нормы движения, фиксируемые дюжинами камер -- куда больше, чем может осилить наблюдатель.

Компьютерный анализ того, как люди и объекты выглядят и перемещаются на видеоизображениях, стал одним из предметов разработки в том числе и для инженерной школы имени Джеймса Кларка в университете штата Мэриленд -- чтобы использовать полученные результаты для целей видеонаблюдения, обеспечения безопасности, противодействия терроризму и даже в медицине.

Система безопасности города Хопкинс сделала видеозапись подозреваемых в ограблении с камеры, установленной на улице Лавгроув. Программа отфиксировала нештатное поведение, сопоставила его с тем, что время было позднее, и поставила в известность дежурного на пульте управления.

Именно план улицы Лавгроув был отобран компьютером из поступавших на тот момент на него изображений с 89 камер, установленных в студенческом городке. Изображение было выведено на экран монитора дежурного офицера полиции, причем фигура человека, чье поведение компьютер счел подозрительным, оказалась заключена в прямоугольную рамку желтого цвета. Женщина-офицер быстро увеличила изображение и зафиксировала кадры подозреваемых, фургона и его номерного знака.

После того как жертва ограбления сообщила о произошедшем в полицию, номерной знак в течение лишь нескольких часов вывел полицейских на взятый напрокат грузовик и подозреваемого, числившегося в полицейской картотеке. Жертва опознала нападавшего по фотографии. Спустя несколько дней преступник был арестован, уличен в еще одном преступлении -- и ему были предъявлены обвинения в обоих.

"Если бы у нас не было этой видеосистемы или она не смогла бы зафиксировать произошедшее, мы бы его упустили," -- говорит Эдмунд Скродзьки, исполнительный директор студенческого городка Хоумвуд в Хопкинсе. -- "В одиночку уследить за 89-ю экранами нереально. Здесь без помощи не обойтись, и технология распознавания поведения как раз эту помощь и оказывает."

Технология привлекла к себе интерес и финансовые средства Пентагона и Департамента национальной безопасности. Кое-что из этих средств перепало и Университету штата Мэриленд в Колледж-Парке, где профессор электрических и компьютерных дисциплин Рама Челлаппа возглавляет университетский центр исследований в области автоматизации. Его работа -- создание высокотехнологичных способов классификации людей и их поведения по видеоизображениям.

Одно из направлений -- анализ походки. То, как люди ведут себя на ходу, может о многом рассказать, -- говорит Челлаппа.

Мужчина это или женщина? Размахивает ли он обеими руками, а может быть, что-то несет? Каковы его рост, вес, насколько тяжела его ноша? Виден ли предмет, который он несет, либо он постарался укрыть свою ношу от посторонних глаз? Положил ли он предмет и ушел прочь?

Компьютер в состоянии даже проверить, не сталкивался ли он с такой походкой ранее. А вообще, не известен ли нам этот человек?

Некоторые американцы вправе задать вопрос, а хорошо ли это -- таким образом наблюдать за людьми, не угрожает ли это частной жизни граждан? Скродзьки утверждает, что никто в Хопкинсе до сих пор на это не жаловался. "Даже если так -- мы в последнее время просто завалены положительными отзывами от руководства факультетов, студентов и преподавательского состава по поводу того, насколько мы им повысили уровень комфорта," -- говорит он с уверенностью.

Система камер в Хопкинсе обозревает раскинувшийся на 140 акрах студенческий городок и его окрестности, значительно разросшись с момента прихода Скродзьки на эту должность в середине 2005 года, когда камер было всего 32. За происходящим можно наблюдать на большом экране центра управления, отображающем до 19-ти планов одновременно.

Программное обеспечение для этой системы было разработано компанией Cernium Corp. из Рестона, шт.Вирджиния, специализирующейся на электронных системах безопасности. Программа распознает и ставит дежурных в известность о регистрации 18-ти различных типов поведения, в том числе слишком быстро движущихся либо, наоборот, задержавшихся на одном месте людей, внезапно остановившиеся либо движущиеся с недопустимо большой скоростью транспортные средства, скапливающуюся либо рассеивающуюся толпу, оставленные без присмотра предметы и упавших людей.

Кроме слонявшегося по улице Лавгроув грабителя, система помогла работникам службы безопасности обнаружить и несовершеннолетнего подростка в ходе его попытки украсть мотоцикл, что привело к аресту. Еще один молодой человек был зафиксирован камерами пачкающим стены зданий студгородка с помощью аэрозольного баллончика с краской -- и также арестован.

Скродзьки рассказал, как однажды ночью по сигналу системы охранники спугнули велосипедного вора -- тот успел скрыться, выронив ножницы по металлу, но велосипед оставил в покое.

Другим потенциальным преступникам с помощью автоматической тревожной сигнализации были преподаны уроки того, как не нужно пытаться проникнуть в женский клуб, дергать дверные ручки и залезать в запаркованные у студенческого городка автомобили.

"Для нас это просто фантастика," -- говорит Скродзьки. -- "Мы стали больше реагировать на сигналы тревоги, и это хорошо, потому что главное в нашем деле -- предотвратить преступления."

Количество случаев воровства велосипедов в осеннее-зимнем семестре снизилось с 25 до всего лишь трех по сравнению с 2005 годом. В 2006 году общее количество преступлений упало на 20 процентов. И Скродзьки считает, что ключевую роль в этом сыграло применение программного обеспечения по распознаванию поведения.
У Пентагона и Департамента нацбезопасности масштабы потребностей, естественно, иные.

Челлаппа из Колледж-Парка рассказал, что Пентагон стал проявлять интерес к средствам удаленного обнаружения угроз безопасности с 1996 года, когда в Саудовской Аравии топливозаправщик террористов въехал в жилой комплекс Хобар Тауэрс и был там взорван, что унесло жизни девятнадцати американских служащих и одного местного жителя. Более трехсот человек получили ранения.

Понятно, что слишком опасно было бы подпускать потенциальных террористов настолько близко к пунктам пропуска, чтобы их можно было идентифицировать по отпечаткам пальцев либо радужной оболочке глаза. И потому агентство DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, Агентство перспективных исследовательских проектов для нужд обороны) приступило к финансированию исследований, способных открыть новые способы обнаружения подозрительной активности на безопасном расстоянии.

В 2000 году Челлаппа приступил к работам по распознаванию походки совместно с Марком Никсоном из Саутхэмптонского университета (Англия). Они разработали компьютерные программы с использованием алгоритмов, преобразующих видеозаписи в математически описанные паттерны. Программное обеспечение анализирует паттерны, характеризующие поведение находящегося в кадре человека, сопоставляя с теми паттернами, которые определены как потенциально опасные.

К примеру, компьютер может определить, бежит ли человек, слоняется ли без дела либо совершает странные телодвижения; несет ли он что-либо в одной либо обеих руках, либо прячет что-либо на теле; возможно даже зафиксировать изменение походки человека, говорящее о том, что он только что избавился от тяжелой ноши.

Челлаппа разработал алгоритмы распознавания походки и приблизительного определения роста на расстоянии для компании Honeywell International, использовавшей эту математику в ходе работ по осуществлению контракта с Департаментом национальной безопасности, целью которого была разработка эффективных средств автоматизированного обнаружения подозрительных субъектов в аэропортах и оповещения об их появлении работников служб безопасности. Пилотная установка изготовленной компанией Honeywell системы уже эксплуатируется в международном аэропорту Сент-Пол в штате Миннеаполис.

"Если вы обнаружили в поведении кого-либо подозрительные признаки и хотите за ним проследить, в пределах одной зоны видимости это не составляет проблемы," -- говорит Дэн Шефлин (Dan Sheflin), главный инженер подразделения автоматики и систем управления компании Honeywell.

"Однако жестко зафиксировать наблюдение за подозрительным субъектом и получить возможность автоматически "вести" его (если зоны видимости камер не перекрываются) -- проблема весьма серьезная... пока еще никому не удавалось ее решить," -- сказал он. -- "Думаю, однако, что мы сможем предложить свое решение уже через год-два."

По словам Челлаппы, по паттернам роста и телодвижений возможно вычислить и собственный вес человека, и вес переносимых им объектов.

"Если вам точно известен ваш рост и хотя бы приблизительный вес, я могу построить математическую модель, повесить вам на спину рюкзак и последовательно увеличивать вес на 10, 20 , 30 фунтов," -- утверждает он. А потом программными средствами создается "библиотека" микроизменений походки в зависимости от дополнительной нагрузки, к которой могут обращаться компьютеры для приблизительного подсчета веса переносимых подозрительными субъектами предметов.

Технология распознавания походки может с пользой быть применена и в медицуинских целях. Челлаппа проводит совместные работы с Томасом П. Андрияччи (Thomas P. Andriacchi) из Стэнфордского университета и Джоном Джекой (John Jeka) из отделения кинезиологии Мэрилендского университета, применяя технологию распознавания походки к анализу движений пациентов, проходящих курс восстановительного послеоперационного лечения либо страдающих от расстройств опорно-двигательного аппарата -- таких, как болезнь Паркинсона.

Это может быть использовано для выработки рекомендаций по режиму, точной подгонки протезов или для обнаружения прогрессирующих негативных процессов.

Однако первоочередными применениями этой технологии, видимо, станут все-таки приложения безопасности. Совместно с расположенной в штате Вирджиния компанией SET Corp., агентством DARPA, Департаментом национальной безопасности и Военно-воздушными силами Челлаппа работает над тем, чтобы объединить технологии видеослежения и анализа походки в одной системе сверхмаломощного радиосканирования, которая с безопасного расстояния сможет "обыскать" субъекта, движения которого навели на подозрение в том, что он может оказаться террористом-смертником.

Конечно же, есть на этом пути и трудности. Изображения людей, передвигающихся в толпе, непросто изолировать, чтобы получить достаточно исходных данных для анализа, а при перемещении людей в направлениях, отличных от перпендикуляра к оптической оси камеры, полезная информация об их походке частично теряется.

"Это технологическое решение хорошо работает в случае пропуска людей через узкий проход поодиночке -- к примеру, если поток людей движется через пост паспортного или таможенного контроля в аэропорту," -- сказал он.

Но и в этом случае количество возможных вариантов "нормального" поведения столь велико, что сложно провести грань между допустимым и недопустимым, и потому не исключается риск подвергнуть обыскам и допросам ни в чем не повинных людей. "Если будет слишком много ложных тревог, никто [эту технологию] приобретать не будет," -- сказал он.

В заключение Челлаппа добавил, что даже если автоматика самостоятельно подает сигнал тревоги, "окончательное решение должно оставаться за людьми."