碟中谍 5》中的技术:解释 "步态分析
《碟中谍5》中,黑客班吉起初并没把三重保险的门禁放在眼里,但当他得知必须穿越一套“步态分析系统”时,班吉彻底绝望了,最后只能靠伊森.亨特屏息3分钟,通过*式潜水强行入侵后台数据才得以攻破步态分析系统。
连IMF的特工们,都无法直接攻破的“步态分析”技术,究竟神在哪里?
下面从生物特征的三个原则——多样性、稳定性、可采集性,分析这一生物识别新武器。
(《碟中谍5》中的步态分析系统)
步态,指人行走的姿态,是一种人类的行为特征。步态分析,就是通过记录、观察、分析身体运动方式,建立步态模型,并提取稳定的参数特征,通过计算机去识别的过程。
多样性
步态分析的理论假设:如同每个人拥有一幅独特的面孔,每个人也拥有一种与众不同的步态。这种观点也得到了医学研究的认同,即“每个人的步态都是唯一的”。从解剖学的角度分析,步态唯一性的物理基础是每个人生理结构的差异性,不一样的腿骨长度、不一样的肌肉强度、不一样的重心高度、不一样的运动神经灵敏度,共同决定了步态的唯一性。
(步态识别示例)
不过,学术界对步态特征的唯一性也存在分歧。如经过严格训练的军人、警察在运动姿态方面往往具有高度的一致性,所谓“三军动如一人”,这可能使步态分析的技术基础面临严峻挑战。看到这里,思路开阔的好奇宝宝一定会问:“阅兵仪式上那些步子整齐划一的仪仗队,用步态分析技术能识别他们每一个人吗?”
我的答案是:“中国仪仗队,不可能识别;其他国家呢,说不定。”
(你猜哪一个方阵可以用步态识别:左 — 中国仪仗队,右 — 东欧某国仪仗队)
稳定性
即使步态特征的唯一性被接受,但它依然面临严峻挑战:步态能经得住时间的考验吗?外部环境会对它造成影响吗?实际上,一个人的步态会因为疾病、衰老、受伤、体重增减、着装舒适程度等各种因素而改变。
如果你忙了一天工作,拖着比平常更沉重的步子走向家门,而步态分析系统只记得你一如寻常的矫健身影,将你拒之门外;
如果你打篮球不小心扭了脚踝,那么步态分析系统会判断:“这个一瘸一拐的家伙已经不是你了”,除非你休息半个月养好伤;
如果你在朋友的婚礼上喝醉了,走路摇摇晃晃,那么步态分析系统会怀疑你是个神志不清的瘾君子,直接报警。第二天早晨当你在拘留所里清醒过来,一定会对步态分析技术抱有非常复杂的感情。
可采集性
任何一种生物特征,都会有各自的“天敌”,它们的存在导致无法完整准确地采集特征信息。对步态而言,“天敌”就是衣服的遮挡、鞋跟的高低,对于女性尤为明显。
季节轮转带来的着装变化,不可避免。炎热的盛夏,妹子们穿着轻薄的吊带衫和超短裤,步态分析系统轻松地捕捉到她们的身影;寒冷的冬季,妹子们换上厚重的羽绒服和长靴,层层织物阻挡了寒风,也屏蔽了步态识别的可能。
潮流更替引起的着装变化,也很常见。妹子们穿着长裤和平底鞋上街购物,换上新买的长裙和高跟鞋款款归来,长裙遮挡了她的双腿,高跟鞋使她看上去更修长,于是步态分析陷入了困惑:“这人是谁呢?”
服装对步态分析的干扰,不只发生在女性身上,在阿拉伯地区,长袍是延续千年、不分男女的传统服装。*认为,暴露女性的曲线和美貌是一种邪恶的诱惑,而戴面纱和穿长裙,是纯洁、贞操和社会伦理的象征。此外,中东地区多沙漠、气温高、日照时间长,穿长袍可以抵挡风沙、防止阳光灼伤皮肤,于是无论成人还是孩童,上至国家元首,下至贫民百姓,阿拉伯人习惯一年四季穿长袍。面对完全被长袍完全遮挡的双腿,步态分析也没辙了。
(阿拉伯长袍完全遮住了双腿)
综上所述,虽然满足了多样性原则,但稳定性和可采集性很不理想,难道步态分析技术会因此而被淘汰吗?
当然不会。
多模态识别技术
步态分析,最突出的优势是“远距离识别”,有效距离可达几百米。荒郊野外的核电站入口,一台监控摄像机记录下远处一个黑影闪过,那是企图制造恐怖事件的危险分子吗?步态分析系统告诉你:别担心,那只是一头正在散步的棕熊。除了区分人与动物,步态分析也能够很轻易地区分出人的不同行为模式,如行走、跑动、跳跃、负重、匍匐等复杂行为。虽然精度很低,但与高精度的识别技术组合后,步态分析技术依然大有用武之地。
如同《碟中谍5》所展现出的未来,生物特征识别技术显示出一种发展趋势:
将多种生物识别技术组合起来,根据应用场景、用户条件、安全等级自动切换,即多模态识别技术,它可以把识别精度、采集距离、防盗防伪、简单易用等多种特点融为一体,将比任何单一生物特征更具竞争优势。
按照多模态的思路,将公认具有“最高识别精度”的虹膜和“最远距离识别”的步态组合,就成了一种安全性和易用性兼备的“超级识别技术”。
步态可以从降低用户主动配合的要求,虹膜可以提供安全性的保障,如高档公寓的门禁采用“步态分析+虹膜识别”的方案:当用户从停车场走向电梯时,步态分析可以远距离判断他是不是该公寓的住户,如果是,将自动触发电梯开关,减少住户等待电梯的时间;当住户来到家门前时,采用虹膜识别这种安全性更高的识别方式来开启房门。
(“步态+虹膜”的多模态识别应用)
步态是远距离识别的代表,而虹膜是近距离识别的王者,将两者的优点(高易用性、高精确性)集于一身的多模态识别方式,正是《碟中谍5》启发我们提出的最具技术前瞻性的方案。
原文发布时间为:2015-09-28
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windows下进程间通信的(13种方法)-摘 要 本文讨论了进程间通信与应用程序间通信的含义及相应的实现技术,并对这些技术的原理、特性等进行了深入的分析和比较。 ---- 关键词 信号 管道 消息队列 共享存储段 信号灯 远程过程调用 Socket套接字 MQSeries 1 引言 ---- 进程间通信的主要目的是实现同一计算机系统内部的相互协作的进程之间的数据共享与信息交换,由于这些进程处于同一软件和硬件环境下,利用操作系统提供的的编程接口,用户可以方便地在程序中实现这种通信;应用程序间通信的主要目的是实现不同计算机系统中的相互协作的应用程序之间的数据共享与信息交换,由于应用程序分别运行在不同计算机系统中,它们之间要通过网络之间的协议才能实现数据共享与信息交换。进程间通信和应用程序间通信及相应的实现技术有许多相同之处,也各有自己的特色。即使是同一类型的通信也有多种的实现方法,以适应不同情况的需要。 ---- 为了充分认识和掌握这两种通信及相应的实现技术,本文将就以下几个方面对这两种通信进行深入的讨论:问题的由来、解决问题的策略和方法、每种方法的工作原理和实现、每种实现方法的特点和适用的范围等。 2 进程间的通信及其实现技术 ---- 用户提交给计算机的任务最终都是通过一个个的进程来完成的。在一组并发进程中的任何两个进程之间,如果都不存在公共变量,则称该组进程为不相交的。在不相交的进程组中,每个进程都独立于其它进程,它的运行环境与顺序程序一样,而且它的运行环境也不为别的进程所改变。运行的结果是确定的,不会发生与时间相关的错误。 ---- 但是,在实际中,并发进程的各个进程之间并不是完全互相独立的,它们之间往往存在着相互制约的关系。进程之间的相互制约关系表现为两种方式: ---- (1) 间接相互制约:共享CPU ---- (2) 直接相互制约:竞争和协作 ---- 竞争——进程对共享资源的竞争。为保证进程互斥地访问共享资源,各进程必须互斥地进入各自的临界段。 ---- 协作——进程之间交换数据。为完成一个共同任务而同时运行的一组进程称为同组进程,它们之间必须交换数据,以达到协作完成任务的目的,交换数据可以通知对方可以做某事或者委托对方做某事。 ---- 共享CPU问题由操作系统的进程调度来实现,进程间的竞争和协作由进程间的通信来完成。进程间的通信一般由操作系统提供编程接口,由程序员在程序中实现。UNIX在这个方面可以说最具特色,它提供了一整套进程间的数据共享与信息交换的处理方法——进程通信机制(IPC)。因此,我们就以UNIX为例来分析进程间通信的各种实现技术。 ---- 在UNIX中,文件(File)、信号(Signal)、无名管道(Unnamed Pipes)、有名管道(FIFOs)是传统IPC功能;新的IPC功能包括消息队列(Message queues)、共享存储段(Shared memory segment)和信号灯(Semapores)。 ---- (1) 信号 ---- 信号机制是UNIX为进程中断处理而设置的。它只是一组预定义的值,因此不能用于信息交换,仅用于进程中断控制。例如在发生浮点错、非法内存访问、执行无效指令、某些按键(如ctrl-c、del等)等都会产生一个信号,操作系统就会调用有关的系统调用或用户定义的处理过程来处理。 ---- 信号处理的系统调用是signal,调用形式是: ---- signal(signalno,action) ---- 其中,signalno是规定信号编号的值,action指明当特定的信号发生时所执行的动作。 ---- (2) 无名管道和有名管道 ---- 无名管道实际上是内存中的一个临时存储区,它由系统安全控制,并且独立于创建它的进程的内存区。管道对数据采用先进先出方式管理,并严格按顺序操作,例如不能对管道进行搜索,管道中的信息只能读一次。 ---- 无名管道只能用于两个相互协作的进程之间的通信,并且访问无名管道的进程必须有共同的祖先。 ---- 系统提供了许多标准管道库函数,如: pipe——打开一个可以读写的管道; close——关闭相应的管道; read——从管道中读取字符; write——向管道中写入字符; ---- 有名管道的操作和无名管道类似,不同的地方在于使用有名管道的进程不需要具有共同的祖先,其它进程,只要知道该管道的名字,就可以访问它。管道非常适合进程之间快速交换信息。 ---- (3) 消息队列(MQ) ---- 消息队列是内存中独立于生成它的进程的一段存储区,一旦创建消息队列,任何进程,只要具有正确的的访问权限,都可以访问消息队列,消息队列非常适合于在进程间交换短信息。 ---- 消息队列的每条消息由类型编号来分类,这样接收进程可以选择读取特定的消息类型——这一点与管道不同。消息队列在创建后将一直存在,直到使用msgctl系统调用或iqcrm -q命令删除它为止。 ---- 系统提供了许多有关创建、使用和管理消息队列的系统调用,如: ---- int msgget(key,flag)——创建一个具有flag权限的MQ及其相应的结构,并返回一个唯一的正整数msqid(MQ的标识符); ---- int msgsnd(msqid,msgp,msgsz,msgtyp,flag)——向队列中发送信息; ---- int msgrcv(msqid,cmd,buf)——从队列中接收信息; ---- int msgctl(msqid,cmd,buf)——对MQ的控制操作; ---- (4) 共享存储段(SM) ---- 共享存储段是主存的一部分,它由一个或多个独立的进程共享。各进程的数据段与共享存储段相关联,对每个进程来说,共享存储段有不同的虚拟地址。系统提供的有关SM的系统调用有: ---- int shmget(key,size,flag)——创建大小为size的SM段,其相应的数据结构名为key,并返回共享内存区的标识符shmid; ---- char shmat(shmid,address,flag)——将当前进程数据段的地址赋给shmget所返回的名为shmid的SM段; ---- int shmdr(address)——从进程地址空间删除SM段; ---- int shmctl (shmid,cmd,buf)——对SM的控制操作; ---- SM的大小只受主存限制,SM段的访问及进程间的信息交换可以通过同步读写来完成。同步通常由信号灯来实现。SM非常适合进程之间大量数据的共享。 ---- (5) 信号灯 ---- 在UNIX中,信号灯是一组进程共享的数据结构,当几个进程竞争同一资源时(文件、共享内存或消息队列等),它们的操作便由信号灯来同步,以防止互相干扰。 ---- 信号灯保证了某一时刻只有一个进程访问某一临界资源,所有请求该资源的其它进程都将被挂起,一旦该资源得到释放,系统才允许其它进程访问该资源。信号灯通常配对使用,以便实现资源的加锁和解锁。 ---- 进程间通信的实现技术的特点是:操作系统提供实现机制和编程接口,由用户在程序中实现,保证进程间可以进行快速的信息交换和大量数据的共享。但是,上述方式主要适合在同一台计算机系统内部的进程之间的通信。 3 应用程序间的通信及其实现技术 ---- 同进程之间的相互制约一样,不同的应用程序之间也存在竞争和协作的关系。UNIX操作系统也提供一些可用于应用程序之间实现数据共享与信息交换的编程接口,程序员可以通过自己编程来实现。如远程过程调用和基于TCP/IP协议的套接字(Socket)编程。但是,相对普通程序员来说,它们涉及的技术比较深,编程也比较复杂,实现起来困难较大。 ---- 于是,一种新的技术应运而生——通过将有关通信的细节完全掩盖在某个独立软件内部,即底层的通讯工作和相应的维护管理工作由该软件内部来实现,用户只需要将通信任务提交给该软件去完成,而不必理会它的具体工作过程——这就是所谓的中间件技术。 ---- 我们在这里分别讨论这三种常用的应用程序间通信的实现技术——远程过程调用、会话编程技术和MQSeries消息队列技术。其中远程过程调用和会话编程属于比较低级的方式,程序员参与的程度较深,而MQSeries消息队列则属于比较高级的方式,即中间件方式,程序员参与的程度较浅。 ---- 4.1 远程过程调用(RPC)
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