研究人員用AI技術(shù)突破動物個體的自動識別難題

西北大學(xué)郭松濤教授長期從事野生動物保護(hù)和行為生態(tài)學(xué)研究，在前人研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年探索，團(tuán)隊實現(xiàn)了對野生金絲猴的近距離觀察和個體識別（圖1），從而揭開了野生金絲猴種群的“神秘的面紗”，也推動了中國靈長類行為生態(tài)學(xué)的快速發(fā)展。 然而，在野外研究中，如何能24小時準(zhǔn)確、快速和無損傷的對野生個體快速識別和記錄，一直是該研究團(tuán)隊，同時也是全世界動物學(xué)家面臨的技術(shù)難題，更是限制目前動物行為學(xué)和保護(hù)研究發(fā)展的一個“卡脖子”問題。

郭松濤教授針對這一前沿問題，與計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的專家深度交叉融合，組建動物AI（Artificial Intelligence，即人工智能）攻關(guān)團(tuán)隊。與西北大學(xué)房鼎益、陳曉江教授團(tuán)隊和西安電子科技大學(xué)苗啟廣教授團(tuán)隊展開合作，進(jìn)行動物AI研究，利用金絲猴圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行金絲猴個體身份快速準(zhǔn)確識別。該團(tuán)隊基于金絲猴研究團(tuán)隊長期對該物種特征的研究結(jié)果，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，提出具有關(guān)注機(jī)制的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（圖2），**開發(fā)出基于Tri-AI技術(shù)的動物個體識別系統(tǒng)。Tri-AI系統(tǒng)顛覆了依靠動物個體特征（斑紋、顏色、傷疤）或者人為標(biāo)記特征（如烙印、刺青、染色、環(huán)志、無線電項圈及遺傳標(biāo)記）的傳統(tǒng)方法，實現(xiàn)了對野生個體的準(zhǔn)確身份識別和連續(xù)跟蹤采樣的功能（圖3）。更重要的是，該系統(tǒng)為在“理想條件下”實現(xiàn)“無觀察者干擾效應(yīng)”的動物學(xué)研究提供了可能。

Tri-AI系統(tǒng)不僅適用多個物種，還可實現(xiàn)對夜間數(shù)據(jù)分析（圖4）。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在靈長類的41個代表性物種和4種食肉動物群體進(jìn)行了適用性驗證，平均識別精度達(dá)94.1%。該技術(shù)可每秒識別31張圖片，極大的提高了個體數(shù)據(jù)分析效率，未來可作為大數(shù)據(jù)分析的核心組件，為動物學(xué)研究提供新的技術(shù)方案，也為實現(xiàn)野生動物保護(hù)和智能管理提供可靠的技術(shù)支撐。

該研究成果以“Automatic identification of individual primates with deep learning techniques”為題（圖4），發(fā)表于CELL旗下綜合性子刊《交叉科學(xué)》（iScience）。西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院郭松濤教授是論文通訊作者和**作者，信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院許鵬飛副教授和西安電子科技大學(xué)苗啟廣教授為該論文的共同**作者。該技術(shù)已獲得3項國家發(fā)明**保護(hù)。該工作還受到國家自然科學(xué)基金委、中國環(huán)境科學(xué)研究院、中國科學(xué)院西安分院、陜西省科技廳、陜西省林業(yè)草地局、深圳野生動物園，陜西省林業(yè)科學(xué)院，秦嶺大熊貓研究中心等單位的大力支持。