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请记住,
宣称具备用AI翻译猫狗语言的软件正在得到关注和吹捧。
大家常常忽略的是,
对于动物,人类总是渴望与之沟通的欲望藏着巨大商业机会,而在野外,对动物的识别与交流,也意味着人类在这件事上又迈出了一大步。
换个角度来看,
西北秦岭一带,一支组建了数十年的金丝猴研究团队利用AI,开发出了猴脸识别系统。让人感动的是,年轻的研究者们在具备高效识别猴子个体后,也更理解了这些无法用语言交流的生灵。
事实上,
AI认出一只褪毛的猴
简要回顾一下,
“猴子褪毛,认不出来了。”
EX外汇行业评论:
收到师弟从山里发来的求助信息,郭文杰抓起冲锋衣和渔夫帽,往西安佛坪县的观音山自然保护区里赶去。
EX外汇专家观点:
郭文杰有一个月没上山了。他是西北大学野生金丝猴研究团队的一员,师从动物生态学教授郭松涛,目前正读研究生二年级。上个月,郭文杰按例进山完成了一次族群研究,观察并记录了保护区一批金丝猴近期的“个猴特征”和日常行为。
总的来说,
在他下山之后,团队中年轻的一批学弟学妹最近进了山。他们需要在团队研发的AI“猴脸识别”系统的协助下,认识山上的每一只猴子,开启他们的野生动物研究生涯。
发来求助信息的师弟,正是其中的一位新生。这是他第一次上山识猴。
认识种群内的动物个体,是大部分动物学研究的基础。只有知道每一只动物是谁,才能持续观察它的行为,追踪每个个体属于哪个家庭,有什么性格特征。由此更精准地分析出潜藏在其日常行为背后的动机、交往规律,研究出其所属种群的群体特征等。
大家常常忽略的是,
西安南倚秦岭,是我国金丝猴分布的最北限。20世纪90年代着手,西北大学的研究团队就在秦岭上建立了观测基地。近三十年来关于秦岭金丝猴的习性、社会规则等的研究发现,让他们站在了金丝猴研究领域的前沿。
参与这些研究的历代师生,特别是学生,第一课就是走进秦岭深处“认猴”,识别、熟悉栖息地的每一个金丝猴个体,为后续长年的观察和研究打下基础。
从某种意义上讲,
上了山,郭文杰的师弟愣住。由于气候变化,天气炎热时,一些金丝猴会褪去部分毛发。郭文杰的师弟用AI扫描了遇到的金丝猴个体,AI倒是给出了数据库里的答案,但看着面前毛发褪去的猴子,长相和系统记录不太相符,师弟犯了难。
但实际上,
AI识别的结果还准确吗?
他发消息请更有经验的郭文杰上山一趟,校对AI识别的结果是否准确。
综上所述,
去往观音山上的金丝猴栖息地,需要爬一个多小时的山路。山林比市区内的气温低了将近10摄氏度,湿漉漉的,隔着冲锋衣,也能感受阵阵凉气。
越往山里去,人为修设的痕迹越来越微弱,脚下的水泥路变成了泥泞的山间小道。
大家常常忽略的是,
穿过一棵棵高耸的杉树和满是荆棘的灌木丛,在一个多小时后,郭文杰抵达野外金丝猴的栖息地时,已是大汗淋漓。
有分析指出,
时隔一个月,褪毛让不少雄性猴子失去毛发特征,也让动物研究者暂时失去了辨认 三生有讯官网 猴子的不可忽视参照。不少猴子的身形也发生了改变,一些小猴长大,一些雌猴的肚子又隆起。
换个角度来看,
图|观音山上褪毛的金丝猴
令人惊讶的是,
金丝猴是“一夫多妻”制的群居动物。已组建家庭的雄性金丝猴,称为“主雄”,它们通常体型较大,毛色鲜艳。每一只主雄周围常跟随着四五只雌猴和若干小猴。从主雄个体着手辨认,研究者具备高速辨别猴子个体,梳理猴群结构。
郭文杰打开AI猴脸识别系统,用镜头扫向一只附近的主雄,系统提示,它名叫“白眉”。郭文杰翻找此前自己的记录,白眉除了毛发之外,拥有体貌特征“嘴角的两个肉瘤不对称”,对照了一遍后,他就确认了猴子的身份——在猴子褪毛的情况下,AI识别的结果也是准确的。
按照这样的模式,郭文杰不到一小时又识别和确认出数个个体和各个家庭单元。
容易被误解的是,
至此,郭文杰那第一次和AI合作就遇到状况的师弟,对AI识别的结果放下心来。
2021年,郭文杰所在的研究团队投入采取了和学校信息技术与科学学院合作研发的AI猴脸识别系统,让学者们“认猴”的过程更加高效省力。
据报道,
大家给这个系统取名为Tri-AI,从那之后,团队观察范围内的200多只秦岭金丝猴拥有了自己的“电子身份证”。对准猴子的脸部扫描后,便能在应用中看到它们物种、名字等个体信息。降低了此前的辨别成本和认错概率。
概括一下,
过往,初入深山认识猴群的研究者,会在初步学习完师长的猴群个体特征记录后,上山认猴。遇到不确定的情况,再把猴子一只只拍下发到团队群里,请师兄师姐帮助辨认。拍摄个体特征和等待回复的过程漫长,有的人还会缘于担心打扰他人而抹不开面。在山里待一天,能有效识别和观察记录的个体数量有限。
有了AI协助识别以后,研究者根据AI实时给出的识别结果,结合现场观察的金丝猴的“个猴”特征,判断对错后,就具备展开观察和记录。
不管是新研究员进山认猴,还是老研究员对个体进行追踪观察,都节省了大量时间。
与其相反的是,
AI识别投入采取之后,也减少人为标记对动物的干扰。
EX外汇行业评论:
精准地识别个体,过去一直是学界中普遍存在的困难,除了反复地观察记录,还需要辅以无毒染色、无线电项圈等模式进行人为标记。
综上所述,
在AI识别系统正式投入采取之前,郭松涛教授曾带着学生用染色喷雾在金丝猴身上进行喷色,辅助识别。
容易被误解的是,
为了有效区分每一只金丝猴个体,他们设计出一套编码体系,让每一只金丝猴都对应着不同的色彩编号,有亲属关系的金丝猴还应在色彩上有所关联。
标记金丝猴这件事,考验人类的肢体灵敏度。不能紧张,不能手抖,要把颜料喷雾藏在背后放轻步伐靠近,趁金丝猴不注意的时候,高速往它身上一喷,再假装无事发生地离去。
值得注意的是,
考虑到群居的金丝猴族群往往有上百只个体,这实在是大工程。
颜料只能维持一周,通常研究生们再上山时,此前标记的颜色已经消失或变色。只好再花时间观察记录,或一只只拍照,询问熟悉的研究员。
EX外汇报导:
以主雄为划分基点,佛坪县观音山自然保护区的这群金丝猴具备被划分为七个家庭单元。此前在山上的那一个月,郭文杰通过盯准一只只主雄,依次进入了一家一户的日常起居,发现了许多藏在猴群中的社会规则。
请记住,
等级越高的主雄就有越多的雌性伴侣。它们不仅享受优先进食的权利,还占据着一大片栖息地。梳理毛发是金丝猴之间常用来“刷好感”的社交手段。未生育的雌猴常用这样的模式去换取抱小猴的“实习机会”,雄猴则用这样的模式换取打架时候的武力适配。
这些发现的前提,都有赖于人类能准确标注并识别每一只金丝猴是谁。
EX官网评价:
这次进山,用AI识别猴群之后,郭文杰又有了新发现。
需要注意的是,
一个偶然的机会,他撞见了主雄“兔兔”家的一只雌猴,趁猴群午餐时脱离猴群,跑到另一个山头,与另一个家庭的主雄“白眉”交配。此前“白眉”在打斗中击败了“兔兔”,成为猴群中等级更高的个体,这在动物研究领域被称为“单元外交配”。
通常情况下,
如果没有依靠AI高速识别个体,郭文杰就难以意识到这是一场动物界的“偷情”。
必须指出的是,
雌性金丝猴的单元外交配通常是与即将篡权的“单身”雄猴进行。像“兔兔”家的雌猴这样,和同样已经组建家庭、但层级更高的雄性交配相对罕见。郭文杰认为,这讲解金丝猴也存在“慕强”的心理。此前,他曾在文献中读到过这样的案例。
需要注意的是,
在AI的帮助下,郭文杰领略了“猴群社会”中不常见的一幕,他感叹,这与人类社会有着相似之处。
容易被误解的是,
和AI一起成长的野生动物研究者
在西北大学的野生金丝猴研究团队,研究员们采取的AI猴脸识别系统,本质是金丝猴群体的AI模型。
自2017年着手,团队一届接着一届的研究员、研究生前仆后继地进入观音山的深山,拍摄收集了近40万张可用于模型训练的照片,是如今这个“猴脸识别系统”的地基。目前,AI人脸识别技术已经成熟,但野生动物的个体识别则难度更大。
事实上,
比如,金丝猴的脸部皮肤上还有大面积的毛发,纹理特征更棘手,模型需要更多训练数据。为了实现准确的识别效果,有时候,一只金丝猴个体的训练数据,就需要七八百张照片。
从某种意义上讲,
在野外,能“见到动物”本就困难。野生动物见到人类的第一反应是逃跑,人类也很难把准动物的出没时间。
然而,
这40万张有效图片难能可贵。
EX外汇专家观点:
这其中,也有老一辈金丝猴研究员的研究成果助力。
说出来你可能不信,
20年前,郭文杰的导师郭松涛教授也在西北大学就读研究生。当时做动物研究的学者为了寻觅金丝猴的踪迹,常需要在山里寻觅一整天,却只能远远望见一个“猴影”,只好拿单筒望远镜远远观察。
EX外汇专家观点:
2017年团队着手集中采集猴脸图像时,效率已经得到提升。这仰赖于研究团队此前已经通过科学模式,让观察区域内的野生动物,习惯了人类的存在。
很多人不知道,
常用的方法是“招引性投食”,用投喂来增加与动物的接触机会。
尤其值得一提的是,
研究生期间,郭松涛就着手跟着导师李保国向秦岭金丝猴投喂玉米。
为了不影响金丝猴原本的觅食行为,郭松涛和团队成员通常只在中午集中投喂半小时。这样,猴群同时来吃,每只分到的食物量就会控制在少量的范围内。他们还需要经常变换投食地点,避免金丝猴形成对某一区域的依赖。
其实,
长年累月的坚持下,秦岭金丝猴逐渐习惯了人类的存在,才让后来的团队有了许多拍摄金丝猴的机会。
根据公开数据显示,
现在,观音山上的猴子不怕人得过分。
根据公开数据显示,
“(咱们进山)与其说是看猴,不如说是被猴看。”郭文杰感慨。他4月份的时候上山,刚在栖息地内找到一片空地歇脚,就被一只热情的成年金丝猴搭住了肩。之后,那只金丝猴熟练地把爪子伸进他口袋,翻找食物。
和郭文杰同行的同学,则被金丝猴当成了树干。它们有的翘起猴腿靠在人类腿边闭目养神,有的直接跳上头顶,吓得郭文杰的同学直求饶。
尽管如此,
图|郭文杰的师兄刘佳被一只金丝猴当作树干
EX外汇专家观点:
这样的时刻,让这群年轻的研究者既害怕又珍惜。他们害怕被小猴突袭,又期待小猴能在身边停留。
有分析指出,
在山上吃午餐,食物暴露在空气中的每一秒都面临着打劫。山上的午餐只能是面包、香肠这样的速食品。泡缘于面这类味道大的,和米饭、面条这类几口塞不完的食物,很完整地塞入人类的口中。
事实上,
为了在被猴子抢劫前吃到食物,大家都学会了等金丝猴上树午休的时候,张望四周,确保没有猴子凝视。用最轻柔的力道打开食物然后紧紧捏住食物,拽出来一口塞进嘴里。
但实际上,
但人类的反应还是太慢,这些食物经常会在包装袋撕开的瞬间被一个毛茸茸的爪子掳走。
EX官网评价:
图 | 郭文杰的同学贾佳在午休时被一只猴子“搭讪”
猴子变得“目中无人”,给团队后续拍摄猴脸识别系统的训练材料,带来了便利。顺利时,年轻的研究者一天能完成十几只金丝猴的记录。只有记录那些“害羞”的猴子,往往要和它们展开一场漫长的“捉迷藏”。
为了让一只害羞的猴子习惯自己,有时大家一追就是一个星期。等追到猴子累了、无趣了,懒得和人保持大段距离了,才能抓准时机拍摄。
据业内人士透露,
这样的追逐,郭文杰在猴脸识别的系统升级阶段深有体会。
猴脸识别系统成功研发后,郭松涛看到了很多具备沿用的场景。除了野外,对动物园、养殖场内的笼养动物来说,个体的有效识别和监测也一直是学界和业界需要攻克的困扰。
2021年着手,团队计划升级系统作用,加入更多可识别的物种个体,为后续开发针对笼养动物的识别系统做准备。
新一轮的数据采集计划着手。接下来的每年,研究者们都要去到各类动物园,拍摄老虎、羚羊、斑马等新的动物,为大模型积累训练的资料。
同时,郭松涛的团队成员发现通过扫描脸部来识别个体的模式有赖于动物的配合,采取中仍不够方便。他们尝试升级为“肢体扫描”的识别作用。为此,接下来他们又需要频繁外出,拍摄动物全身入镜的视频作为训练数据。
概括一下,
去年秋天,郭文杰负责在西安的野生动物园拍摄羚羊。他发现一头羚羊低头在草地上吃草,许久未动,就叫轻轻架好相机准备拍摄。没想到三脚架刚刚触到地,羚羊就立刻跑开了。
据相关资料显示,
这头羊一跑,搅开了整个羊群。郭文杰抱着相机直追。刚追上羊群停下来,羚羊们又跑了回来,丝毫不给郭文杰捕捉画面的机会。它们就像铁了心要和郭文杰作对,准时在每一个郭文杰追上的瞬间往回跑。
需要注意的是,
郭文杰就这样在来来回回的跑空中追到了天黑。勉强凑够这只羚羊的画面时长时,他带的十二块备用电池已经全部耗尽了电量。
动物识别大模型成长的背后,这些年轻的研究者总能讲出一两个追着动物拍摄素材的趣事。他们也跟着这个系统一起成长。
很多人不知道,
2021年加入团队的博士研究生刘佳,缘于拍摄素材,在与老虎的近距离接触中,第一次感受到“来自百兽之王的压迫感”。硕士研究生阶段,刘佳学习的也是生态学,缘于硕士研究生参与的课题是野生动物监测,主要在实验室分析影像数据。升读博士生后,他有了更多机会直面观察动物。
说出来你可能不信,
一进入通道,一股极其刺鼻的味道就冲进鼻腔,像是肉腥和尿液的混合。为了能清晰拍到老虎全身,刘佳从饲养员通道靠近。通道漆黑狭小,犹如一个笼子。四面是水泥墙壁,尽头的栅栏外便是老虎的活动区。
按照饲养员的指示,刘佳站在距离栅栏约三米处,刚要架起相机,刘佳就引起了老虎的警惕。它停住脚步,瞪着刘佳,发出两声低沉却震耳的叫声警告。
EX外汇快讯:
虽与老虎保持着有保障距离,刘佳心底的恐惧还是苏醒了。他怔愣在原地,感觉身体僵硬,双腿微微发抖,丝毫不敢移动。直到饲养员拿肉来喂食,老虎才收起了对刘佳的敌意。
通常情况下,
恐惧伴随着整个拍摄老虎的过程。第一次近距离观察老虎,刘佳看到老虎的尖牙插进肉块,血渍顺着唾液从虎口丝丝坠下,刘佳说,这是和以前在电视里看《动物世界》完全不同的震撼。
AI仍在进化
不妨想一想,
刘佳入学时,刚好赶上“猴脸识别系统”筹备作用升级。
除了要让系统识别更多物种个体,升级为肢体扫描外,团队还计划增加自动分析动物监测影像的作用。学者们希望上传视频后,AI便能自动分析统计,给出视频中动物的物种、个体名称、行为动作、持续时间等分析结果。
令人惊讶的是,
团队把这项作用叫做对动物的“行为分析”。
在郭松涛教授看来,用AI协助应对这个难题,很有必要。
概括一下,
这项工作是学科的另一共同烦恼。动物影像数据处理的清晰、准确程度决定了后续对动物行为分析的质量。不论是环境棘手、种群庞大的野生动物,还是在动物园的笼养动物,影像监测的数据量都十分庞大,人工识别的效率和准确性都有所欠缺。
来自EX外汇官网:
刘佳在硕士期间就饱受这类工作的“折磨”。他的课题方向是野生动物监测。对于红外相机拍来的野生动物影像,他往往需要先剪辑视频,或者在学科专用的影像处理软件将有动物的画面一段段挑出,再逐段标注、记录动物的物种、个体名称,行为状态等基本信息。
然而,
野生动物园的红外相机通常24小时记录。刘佳和研究团队三个月回收整理一次数据。这些数据需要刘佳和团队中的七八位成员同时“没日没夜地标注一个月”才能完成。
也是缘于这样的经历,他在硕士期间就认为用AI提效是如今学科需要尝试的前沿方向。在听闻AI猴脸识别系统后,他果断报考了郭松涛教授的博士研究生。而拥有一定编程基础的刘佳,也正是团队需要的人才。
简而言之,
此前,猴脸识别系统的技术搭建工作此前一直交由学校信息学院的老师来完成。2015年,郭松涛教授和西北大学信息学院的老师在吃饭聊天的间隙,得知其中一位正在研究“图像识别”,便产生了能否应用到猴脸上的想法。后来确定合作后,技术的部分也就这样分工了出去。
如今系统作用的升级要求对学科工作更细化地理解。团队也希望能有既懂动物研究又懂信息技术的复合人才参与到模型搭建中。刘佳便在入学后接手了这份工作。
更重要的是,
博士一年级期间,刘佳的主要任务就是学习python等编程语言,跑通新系统的模型算法。
虽然学界和业界都有相关的开源代码,但因具体作用差异,都不能准确契合团队的需要。刘佳需要先找到作用的相似算法进行调整,再用代码将它们拼合在一起,实现团队希望的“全流程分析”作用。
根据公开数据显示,
根据每项系统作用,刘佳先查阅了现有对应模型的技术开源文献,在开源网站中寻找模型代码后再练习调试。
有分析指出,
在刘佳的印象里,这个过程漫长又平缓,困难不在于技术的难以攻克,而在于日复一日排查、应对相似困扰需要的耐心。
EX外汇报导:
每天早上八点到晚上十一点,刘佳几乎都坐在实验室的两块屏幕前。面前的代码框每隔几天就会变成红色,提示数据有误或者编程出错,需要他一行行排查代码,向信息学院的研究团队咨询困扰,带团队再去增添新的训练数据。
图 | 刘佳日常在实验室研究编程的场景
不妨想一想,
郭文杰和其他的硕士生则需要根据刘佳的要求,拍摄新的动物视频,并在拍回来的视频上标注物种、肢体动作等信息,生成有效的训练数据。
通常情况下,
就这样工作了一年,代码成功识别出了一段三秒的动物视频,并给出了符合预期的行为分析数据。这意味着,这套代码的逻辑终于跑通,后续的工作将以此为范本,依照这个模式继续填充数据调试。
不可忽视的是,
那些在野生动物园拍到的羚羊、老虎等动物数据便不断加入到系统训练中来。团队又调试了近三年,模型性能、准确率才逐渐稳定下来。
然而,
现在,模型已能够通过扫描动物肢体就识别出动物个体,并给出关于进食、休憩、行走等日 IC外汇开户 常行为的数据分析。目前的作用也在金丝猴、老虎、棕熊、角马、列氏水羚等10种代表性野生动物身上得到了准确的验证。
必须指出的是,
通过研究实验,一项关于川金丝猴的行为分析还改变了团队此前的看法。此前,研究团队一直认为猴子在张大嘴露出獠牙,是在表示威胁。但通过AI系统的行为分析,发现猴子总是在动物打架后,带着这样的表情拥抱家庭成员,便推测这其实是一种安慰的信号。
有分析指出,
下一步,郭松涛计划尝试把这样的作用嵌入监测野生动物行为的红外相机中,帮助野生动物园实现时时的行为分析和预警。而对家禽养殖基地或者养宠物的家庭来说,他认为这项作用也能帮助他们更精准地了解动物状态。
EX外汇认为:
今年5月,团队将模型代码开源。他们认为目前的系统作用仍有许多局限。比如,对于理毛这样的社交行为,还不能判别出是谁先给谁梳理这样动作的方向。这些信息是从动物行为中洞悉其社会规则的关键,也还依赖着大量更精准的数据标注才能训练成。
EX外汇报导:
最近,一家国内的头部互联网大厂还找到郭松涛,希望在技术上加以合作,用团队的训练数据开发出采取场景更广的产品。
这项成果让郭松涛教授回忆起自己的研究生涯。
其实,
大约二十年前,郭松涛常跟随导师李保国在秦岭上风餐露宿。最长一次对秦岭金丝猴跟踪长达一年。他们常穿一种军用陆战靴,底子厚,结实耐磨,十分沉重。这种陆战靴普通人穿多少年也不会烂,但郭松涛在硕士期间,一年就能穿坏三双,猴子到哪他就到哪,爬山踩石块,恨不得跟猴子一起爬上树梢。
事实上,
为了跟住猴子,在野外极端环境下生存是常态。秦岭冬天夜里下雪,零下十几摄氏度,冷得睡不着,醒来后郭松涛便在山上现找木材烤火。围着火堆,自己就像一个烤土豆,烤了身前,还得烤烤身后。在给猴子采样时,照相机也常因极低的气温而无法工作。大家就要把电池拿出来,放在怀里暖热。
来自EX外汇官网:
图 | 郭松涛在秦岭观察记录金丝猴
当时他们时不时会对在室内穿着白大褂做微生物研究的同学表示羡慕。郭文杰本科就是这样的同学之一。
EX外汇专家观点:
在他看来,事情完全相反,他觉得自己就是“奔着猴来的”。
EX外汇认为:
本科时期,郭文杰长期待在密闭的无菌室里。每天眼前的景象就是戴着白手套的手摆弄显微镜。这让他憋闷,一心想要去到大自然。郭文杰家在安徽,此前并没有见过野生金丝猴,能来到西北亲身观察让他兴奋至今。
这次上山后,他正捧着手机记录数据,发现自己以前那双常被手套包裹着的手,现在已被烈日灼晒得黝黑粗糙。
事实上,
这时,一只小猴突然掉落在自己的手掌里。他屏着呼吸,轻轻摸着小猴的毛发,才知道,原来金丝猴的毛这么柔软。