一種基于光照的人臉識(shí)別系統(tǒng)回放攻擊檢測(cè)方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，涉及針對(duì)人臉識(shí)別中的對(duì)回放攻擊的判別問(wèn)題的方法，尤其是一種基于光照的人臉識(shí)別系統(tǒng)回放攻擊檢測(cè)方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展和近幾年生物識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)一些技術(shù)的逐漸成熟，生物識(shí)別(認(rèn)證)技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)是指基于人體的一些生物特征，包括生理特征和行為特征來(lái)識(shí)別、判別個(gè)體身份的一種技術(shù)。目前該技術(shù)在應(yīng)用方面主要依靠識(shí)別生理特征，通常包括人臉識(shí)別、指(掌)紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等。生物特征的獨(dú)特性早在唐代就已經(jīng)被中國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，近代西方學(xué)者對(duì)此也早有大量的研究。而真正將生物特征用于身份識(shí)別的系統(tǒng)出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代早期。近年來(lái)，隨著生物特征采集設(shè)備價(jià)格的下降和各種識(shí)別方法的日益成熟，生物識(shí)別(認(rèn)證)技術(shù)逐漸融入了我們的日常生活中，在諸多領(lǐng)域，如系統(tǒng)登錄、海關(guān)安檢等領(lǐng)域有大量應(yīng)用，例如我國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)了將公民指紋采集存儲(chǔ)在二代身份證中的工作。
[0003]生物識(shí)別有著有效性及便利性的優(yōu)勢(shì)，然而假冒攻擊一直是生物識(shí)別系統(tǒng)的一個(gè)重大威脅。例如，對(duì)于人臉識(shí)別系統(tǒng)，攻擊者可以使用人臉照片來(lái)進(jìn)行身份仿冒；而指紋、掌紋識(shí)別系統(tǒng)也可能使用硅膠或類(lèi)似材質(zhì)制作的膠模騙過(guò)系統(tǒng)。對(duì)此類(lèi)的仿冒攻擊，國(guó)外有很多學(xué)者進(jìn)行過(guò)研究，也發(fā)表過(guò)一些文獻(xiàn)資料，證明使用這些仿冒手段的確可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的攻擊。
[0004]隨著生物識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用愈加廣泛，系統(tǒng)安全性問(wèn)題日益凸顯出來(lái)，越來(lái)越被研究人員廣泛關(guān)注。其中，一種解決此問(wèn)題的思路是，在獲取人體生物樣本的時(shí)候，同時(shí)要對(duì)生物樣本進(jìn)行活體檢測(cè)。活體檢測(cè)可以保證生物信息的獲取對(duì)象是生物活體，從而可以抵御各種復(fù)制生物樣本，例如照片、塑膠指模等對(duì)認(rèn)證系統(tǒng)的攻擊。對(duì)于活體檢測(cè)技術(shù)的研究已經(jīng)成為了生物識(shí)別領(lǐng)域中的一個(gè)重要方向，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在此領(lǐng)域有大量的研究工作和一些重要的學(xué)術(shù)會(huì)議，并且在一些相關(guān)領(lǐng)域的權(quán)威會(huì)議上都有相關(guān)的工作和論文發(fā)表。目前一些常用的技術(shù)包括基于活體的生理行為(例如識(shí)別人臉的眨眼動(dòng)作)、活體的環(huán)境特征以及活體的生理信號(hào)(諸如皮膚汗液，EEG電平，熱紅外特性等)。然而這些方法又各有缺陷，有些需要通過(guò)大量復(fù)雜的運(yùn)算，有些需要特殊設(shè)備支持，還有些方法用戶(hù)體驗(yàn)不好，難以滿(mǎn)足各種復(fù)雜場(chǎng)合的實(shí)際應(yīng)用要求，易用性和可靠性方面有待提高。
[0005]目前領(lǐng)域內(nèi)針對(duì)抵御各種照片攻擊、面具攻擊以及三維模型攻擊的成果已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)較好的抵御以上攻擊的效果，但隨著便攜智能設(shè)備的普及與進(jìn)步，視頻回放攻擊成為了針對(duì)生物識(shí)別系統(tǒng)，尤其是人臉識(shí)別系統(tǒng)的主要攻擊手段。國(guó)內(nèi)外對(duì)此也有一系列研究，但大多不能達(dá)到理想的效果。
[0006]通過(guò)檢索，發(fā)現(xiàn)如下兩篇與本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)相關(guān)的專(zhuān)利公開(kāi)文獻(xiàn):
[0007]1、一種用于數(shù)據(jù)安全性的方法(CN103562930A)，在具有一次性可編程(OTP)存儲(chǔ)器的處理器中，接收要被寫(xiě)入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的新信息，該OTP存儲(chǔ)器包括多個(gè)比特并且具有由OTP的已被編程的比特定義的當(dāng)前狀態(tài)?；谛滦畔⒑彤?dāng)前狀態(tài)，選擇OTP存儲(chǔ)器的要被編程的至少一個(gè)其他比特，從而定義OTP存儲(chǔ)器的新?tīng)顟B(tài)。經(jīng)由新信息和新?tīng)顟B(tài)計(jì)算新數(shù)字簽名。將新信息和新數(shù)字簽名保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。在將新信息和新數(shù)字簽名保存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中之后，對(duì)OTP存儲(chǔ)器的至少一個(gè)其他比特進(jìn)行編程，由此該新?tīng)顟B(tài)變?yōu)楫?dāng)前狀態(tài)。還公開(kāi)了相關(guān)裝置及方法。
[0008]2、一種基于信道模式噪聲的錄音回放攻擊檢測(cè)方法和系統(tǒng)(CN102436810A)，涉及智能語(yǔ)音信號(hào)處理、模式識(shí)別與人工智能技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于信道模式噪聲的說(shuō)話(huà)人識(shí)別系統(tǒng)中錄音回放攻擊檢測(cè)方法和系統(tǒng)。本發(fā)明公開(kāi)了一種說(shuō)話(huà)人識(shí)別系統(tǒng)中更加簡(jiǎn)便和高效的錄音回放攻擊檢測(cè)方法，所述方法步驟如下:(I)輸入待識(shí)別語(yǔ)音信號(hào)；(2)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；(3)提取預(yù)處理后語(yǔ)音信號(hào)中的信道模式噪聲；(4)提取基于信道模式噪聲的長(zhǎng)時(shí)統(tǒng)計(jì)特征；(5)根據(jù)信道噪聲分類(lèi)判決模型對(duì)長(zhǎng)時(shí)統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行分類(lèi)。本發(fā)明利用信道模式噪聲進(jìn)行錄音回放攻擊檢測(cè)，所提取的特征維數(shù)低，計(jì)算復(fù)雜度低，錯(cuò)誤識(shí)別率低。因此，可極大提高說(shuō)話(huà)人識(shí)別系統(tǒng)的安全性能，更易于在現(xiàn)實(shí)中使用。
[0009]通過(guò)對(duì)比，本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)與上述專(zhuān)利公開(kāi)文獻(xiàn)存在本質(zhì)的不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，為解決生物識(shí)別系統(tǒng)中防止視頻回放攻擊問(wèn)題，提供一種基于光照的人臉識(shí)別系統(tǒng)回放攻擊檢測(cè)方法，該方法利用側(cè)向閃爍光源照射下，三維人臉和平面人臉圖像所展現(xiàn)出的不同光影效果為依據(jù)，采用圖像處理技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)視頻回放攻擊進(jìn)行檢測(cè)，該方法成本低廉、操作簡(jiǎn)單、可靠性高，能夠滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的實(shí)際要求。
[0011 ]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的的技術(shù)方案如下:
[0012]—種基于光照的人臉識(shí)別系統(tǒng)回放攻擊檢測(cè)方法，以普通視頻采集設(shè)備采集的側(cè)向閃爍光照條件下人臉視頻為原始視頻信號(hào)，通過(guò)對(duì)原始視頻信號(hào)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)模板算法，得出原始視頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的MHI圖像序列為依據(jù)，對(duì)被測(cè)試樣本為三維人臉還是屏幕人臉視頻回放加以分類(lèi)識(shí)別。
[0013]而且，具體步驟如下:
[0014]⑴使用視頻采集設(shè)備在側(cè)向閃爍光源照射條件下，采集要測(cè)試樣本的黑白或彩色視頻；
[0015]⑵對(duì)側(cè)向閃爍光源照射條件下采集到的視頻應(yīng)用運(yùn)動(dòng)模板算法，得到對(duì)應(yīng)的MHI圖像序列；
[0016]⑶以側(cè)向閃爍光源照射條件下采集到的MHI圖像序列為依據(jù)，識(shí)別回放攻擊，具體方法和步驟有如下兩種:
[0017]a.使用從三維人臉上采集的MHI圖像序列中的人臉部分為正樣本，從屏幕回放上采集的MHI圖像序列中的人臉部分為負(fù)樣本，提取Haarl ike特征，訓(xùn)練Boosting分類(lèi)器，該分類(lèi)器用來(lái)探測(cè)MHI圖像中是否含有符合三維人臉特征的區(qū)域;如掃描到的區(qū)域與視頻中識(shí)別的人臉區(qū)域重合面積超過(guò)50%，則認(rèn)為視頻中識(shí)別的人臉樣本為三維人臉；
[0018]b.使用從三維人臉上采集的MHI圖像序列中的人臉部分為正樣本，從屏幕回放上采集的MHI圖像序列中的人臉部分為負(fù)樣本，使用常用的機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練一個(gè)分類(lèi)器;當(dāng)系統(tǒng)從視頻中識(shí)別出人臉后，按照人臉在圖像中的位置提取其對(duì)應(yīng)的MHI圖像中的區(qū)域塊，將MHI區(qū)域塊作為分類(lèi)器的輸入，由分類(lèi)器輸出識(shí)別結(jié)果;分類(lèi)器輸出為正樣本時(shí)，認(rèn)為視頻中識(shí)別的人臉樣本為三維人臉。
[0019]而且，所述步驟⑴中側(cè)向閃爍光源滿(mǎn)足的條件為:
[0020]光源的頻譜范圍為30011111?2500醒，光源閃爍頻率范圍為50取?0.3取，光源具有方向性，與人臉?lè)ň€間有不大于90°的夾角。
[0021]而且，所述步驟⑴中視頻采集設(shè)備滿(mǎn)足的條件為:
[0022]視頻采集設(shè)備為普通攝像機(jī)、攝像頭或工業(yè)攝像機(jī);采集方法為直接采集原始視頻，或使用帶有帶通濾鏡的鏡頭采集視頻，濾波鏡頭的帶通頻率與光源頻譜相同。
[0023]而且，所述步驟⑶中以側(cè)向閃爍光源照射條件下采集到的MHI圖像序列為依據(jù)，識(shí)別回放攻擊，具體步驟如下:
[0024]①使用視頻的幀間差，即視頻的上一幀與下一幀的差值，得到視頻中具有運(yùn)動(dòng)特征物體的邊緣，即輪廓，這是一個(gè)二值圖像；
[0025]②以時(shí)間戳，即當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間的浮點(diǎn)值，取代二值圖像中的像素點(diǎn)，并將鄰近的2-15幀累加;或不使用時(shí)間戳，直接將鄰近的2-15幀步驟①中所述的二值圖像累加。
[0026]而且，所述步驟⑶a中Boosting分類(lèi)器的訓(xùn)練方法，具體步驟如下:
[0027]①使用視頻的幀間差，即視頻的上一幀與下一幀的差值，得到視頻中具有運(yùn)動(dòng)特征物體的邊緣，即輪廓，這是一個(gè)二值圖像；
[0028]②以時(shí)間戳，即當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間的浮點(diǎn)值，取代二值圖像中的像素點(diǎn)，并將鄰近的2-15幀累加;或不使用時(shí)間戳，直接將鄰近的2-15幀步驟①中所述的二值圖像累加，采集基于三維人臉的MHI圖像序列和基于回放設(shè)備的MHI圖像序列；
[0029]③對(duì)于MHI圖像序列中的圖像進(jìn)行人工篩選，將采集自三維人臉的MHI圖像中的人臉區(qū)域以正方形標(biāo)注出來(lái)，并將其分辨率重新調(diào)整至一個(gè)較小的值，即20*20像素至50*50像素之間，作為正樣本；
[0030]④將采集自回放設(shè)備的MHI圖像中的人臉區(qū)域以正方形標(biāo)注出來(lái)，并將其分辨率重新調(diào)整至一個(gè)較小的值，即20*20像素至50*50像素之間，作為負(fù)樣本I;
[0031 ]⑤將采集自三維人臉的MHI圖像序列中的非人臉部分以正方形注出來(lái)，并將其分辨率重新調(diào)整至一個(gè)較小的值，g卩20*20像素至50*50像素之