[发明专利]一种基于局部运动模式的人脸防伪方法

说明书

本发明涉及一种基于局部运动模式的人脸防伪方法，包括以下步骤：1）检测摄像头采集的人脸图像区域，并对人脸关键点进行定位；2）在人脸关键点所处的局部区域统计人脸和非人脸区域的运动信息；3）根据所获得的所有关键点处的局部运动信息，计算人脸的局部运动模式；4）基于人脸的局部运动模式，使用预先配置的模式分类器对该人脸的真伪进行判断。本发明的有益效果为：能够有效地与实际的人脸识别系统相结合，在基本不需要用户交互的情况下快速有效地辨别出真实人脸和伪造人脸。

技术领域

本发明涉及计算机视觉和模式识别领域，生物特征识别领域中的人脸防伪方法研究，尤其涉及一种基于局部运动模式的人脸防伪方法。

背景技术

目前，生物特征识别技术已经被广泛地应用于日常生活中的方方面面。人脸生物特征识别技术，由于其具有方便易用，用户友好性，非接触式等优点，在近年来取得了突飞猛进的发展，这些发展体现在了各个研究领域，包括人脸检测、人脸特征提取、分类器设计以及硬件设备制造等。然而，基于人脸的生物特征识别在应用层面上依然面临着一些考验，其中，最为突出的就是识别系统的安全性问题；作为一种用于身份识别的装置，它们很容易被一个非法分子假冒成合法的用户，且目前的大部分人脸识别系统都无法区分真实的人脸和照片，只要获取到了合法用户的照片，那么就能轻而易举地骗过这类识别系统，而如今发达的社交网络让这个攻击方式变得异常容易；此外，用录制的视频或者伪造的面具均可能对人脸识别系统产生攻击。

人脸防伪亦称人脸活体检测，逐渐受到了来自学术界和工业界的重视；人脸防伪的主要目的是区分真实人脸和上述伪造的人脸图像，识别假人脸图像对人脸识别系统的攻击，从而提高人脸识别系统的安全性；根据使用的线索不同，可以将人脸防伪方法分成三类：

1、基于皮肤反射特性的人脸防伪方法：从人脸皮肤的反射特性出发，一些研究者利用多光谱采集手段进行人脸防伪；利用真人皮肤和伪造的人脸皮肤两者在不同光谱下的反射率不同这一特点，达到人脸防伪的目的；这类方法的研究内容是找到合适的光谱，使得真假人脸皮肤的差异最大；然而，这类方法具有以下几个明显的不足：1）仅在非常少量的数据上测试，因此无法对性能进行全面评估；2）选取的光谱波段无法通过常用的摄像头感应，需要部署特殊的感光器件，增加了硬件开销；3）额外的感光器件需要开发有针对性的信号转换电路，增加了与现有系统的兼容性问题。

2、基于纹理差异的人脸防伪方法：基于微纹理的人脸防伪方法有一下假设：同一设备采集伪造人脸和用该设备采集的真人脸相比存在细节丢失或差异，而这些细节上的差异就引起了图像微纹理上的差异；该假设在大多数情况下是成立的，伪造的人脸是通过使用真实人脸图片制作而成，以打印的照片为例，非法用户首先将照片打印在纸张上，然后将打印的人脸照片摆放在人脸识别系统前进行攻击；在这个过程中，至少会有两个环节造成差异，一是打印环节，打印机不可能不失真地复现照片内容；二是打印照片的二次成像，采集设备不可能将照片上的内容完美捕捉；除此之外，真实人脸和打印人脸在表面形状上的差异，局部高光的差异等等，都会造成两者在微纹理上的差异。

3、基于运动的人脸防伪方法：这类方法旨在通过检测人脸的生理反应来判定采集的是否为真实人脸；考虑到真实人脸和伪造人脸相比，有更多的自主性，这类方法通过要求用户进行指定的动作作为判定的依据；常用的交互方法包括眨眼，摇头，嘴部动作等等；除基于局部运动的检测方法之外，还有一类方法是基于整个头部的动作进行判断的；这类方法有效的原因在于照片和人脸的三维结构存在明显的差异，使得获取的头部运动模式也存在一定的差异；为了进一步提高人脸防伪性能，一种基于多模态的人脸防伪方法被提出；该方法要求用户阅读指定的文本内容，随后通过分析用户的嘴唇动作和相应的语音内容是否吻合来判断人脸的真伪；然而，这种基于人机交互的防伪方法由于要求用户进行特定的动作，对用户的要求过高，使得用户体验不佳，同时，认证时间较长也是上述方法的一大弊端。