CN104545950A - 非接触式测谎方法及其测谎系统 - Google Patents

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张如高
杨凯鹏
俞喆俊
虞正华
梁龙飞
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B5/16—Devices for psychotechnics; Testing reaction times ; Devices for evaluating the psychological state
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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Abstract

一种非接触式测谎方法，包括以下步骤：人脸数据采样：通过摄像机连续采集多帧被测对象的图像；在所述图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的采样区域；对所述采样区域进行采样，获得采样数据；采样数据处理；测谎分析：根据所述心率参数生成被测对象的心跳变化曲线，并根据所述心跳变化曲线判断被测对象是否说谎。本发明通过图像检测或者图像检测与音频检测相结合的非接触式手段进行测谎，避免了传统接触式测谎手段容易被嫌疑人堤防的问题，测谎准确率高。

Description

非接触式测谎方法及其测谎系统
技术领域
本发明属于测谎技术领域，尤其涉及一种非接触式测谎方法及其测谎系统。
背景技术
现代科学证明，人在说谎时生理上的确发生着一些变化，有一些肉眼可以观察到，比如出现抓耳挠腮，腿脚抖动等一系列不自然的人体动作。还有一些生理变化是不易察觉的，如：呼吸速率和血容量异常，出现呼吸抑制和屏息；脉搏加快，血压升高，血输出量增加及成分变化，导致面部、颈部皮肤明显苍白或发红，皮下汗腺分泌增加，导致皮肤出汗，双眼之间或上嘴唇首先出汗，手指和手掌出汗尤为明显，眼睛瞳孔放大，胃收缩，消化液分泌异常，导致嘴、舌、唇干燥；肌肉紧张、颤抖，导致说话结巴。这些生理参量由于受植物神经系统支配，所以一般不受人的意识控制，而是自主的运动，在外界刺激下会出现一些列条件反射现象。测谎一般从三个方面测定一个人的生理变化，即脉搏、呼吸和皮肤电阻(简称“皮电”)。其中，皮电最敏感，是测谎的主要根据，通常情况下就是它出卖了你心里的秘密。
传统的测谎仪大多是接触式的，在测谎之前，被测试的人都知道自己将要被测试，所以心里上有所准备，尤其是对心理素质过硬，“演技”很高的嫌疑人往往达不到测试的效果，甚至失败。
发明内容
基于此，针对上述技术问题，提供一种非接触式测谎方法及其测谎系统。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种非接触式测谎方法，包括以下步骤：
人脸数据采样：通过摄像机连续采集多帧被测对象的图像；在所述图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的采样区域；对所述采样区域进行采样，获得采样数据；
采样数据处理：按RGB通道对采样数据进行分割，取G通道的采样数据计算G通道的平均值Valueg(i)，取G通道背景部分的采样数据求平均值Valuebg(i)，通过以下公式计算第i帧去除背景干扰后的人脸G通道的数值Valueface(i)，i为帧号、N为帧数：
Valueface(i)＝Valueg(i)-(Valueg(1)+Valueg(2)+…+Valueg(N))/N
-(Valuebg(i)-(Valuebg(1)+Valuebg(2)+…+Valuebg(N))/N)，
对N帧的Valueface(i)数据进行高斯滤波处理，消除随机噪声，并对该数据序列进行独立成分分析，最后进行傅里叶变换，取幅度谱最大的频率作为心率参数；
测谎分析：根据所述心率参数生成被测对象的心跳变化曲线，并根据所述心跳变化曲线判断被测对象是否说谎。
所述摄像机为多个，所述人脸数据采样步骤还包括通过一时钟服务器同步所述多个摄像机，以分别连续采集多帧被测对象的图像，在每个摄像机采集的图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的多个采样区域，选出最优人脸采样区域，并对所述最优人脸采样区域进行采样，获得采样数据。
本方案还包括音频变化曲线生成步骤：
通过语音记录设备采集被测对象的语音信号；
根据所述语音信号生成音频变化曲线；
所述测谎分析步骤根据心跳变化曲线以及音频变化曲线判断被测对象是否说谎。
本方案还涉及一种非接触式测谎系统，包括:
人脸数据采样模块，用于通过摄像机连续采集多帧被测对象的图像；在所述图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的采样区域；对所述采样区域进行采样，获得采样数据；
采样数据处理模块，用于按RGB通道对采样数据进行分割，取G通道的采样数据计算G通道的平均值Valueg(i)，取G通道背景部分的采样数据求平均值Valuebg(i)，通过以下公式计算第i帧去除背景干扰后的人脸G通道的数值Valueface(i)，i为帧号、N为帧数：
Valueface(i)＝Valueg(i)-(Valueg(1)+Valueg(2)+…+Valueg(N))/N
-(Valuebg(i)-(Valuebg(1)+Valuebg(2)+…+Valuebg(N))/N)；
对N帧的Valueface(i)数据进行高斯滤波处理，消除随机噪声，并对该数据序列进行独立成分分析，最后进行傅里叶变换，取幅度谱最大的频率作为心率参数；
测谎分析模块，用于根据所述心率参数生成被测对象的心跳变化曲线，并根据所述心跳变化曲线判断被测对象是否说谎。
所述摄像机为多个，所述人脸数据采样模块还通过一时钟服务器同步所述多个摄像机，以分别连续采集多帧被测对象的图像，在每个摄像机采集的图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的多个采样区域，选出最优人脸采样区域，并对所述最优人脸采样区域进行采样，获得采样数据。
本方案还包括音频变化曲线生成模块，用于通过语音记录设备采集被测对象的语音信号，根据所述语音信号生成音频变化曲线；
测谎分析模块根据心跳变化曲线以及音频变化曲线判断被测对象是否说谎。
本发明通过图像检测或者图像检测与音频检测相结合的非接触式手段进行测谎，避免了传统接触式测谎手段容易被嫌疑人堤防的问题，测谎准确率高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式本发明进行详细说明：
图1为本发明的一种非接触式测谎方法的流程图；
图2为本发明的一种非接触式测谎系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种非接触式测谎方法，包括以下步骤：
S101、人脸数据采样：
1、通过摄像机连续采集多帧被测对象的图像。
2、在上述图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的采样区域。
其中，人脸检测可以通过基于haar的人脸检测技术、基于肤色模型的人脸检测技术，或者基于特征点的人脸模型技术来实现。
人脸跟踪可以通过基于模板匹配的跟踪技术、SIFT特征点匹配跟踪技术，或者光流、粒子滤波器技术来实现。
人脸采样区域的确定可以通过基于eyedetect的感兴趣区域定位，或者基于椭圆形模板的区域定位人脸采样区域技术来实现。
3、对采样区域进行采样，获得采样数据。
较佳的，上述摄像机为多个，步骤S101通过一时钟服务器同步所述多个摄像机，以分别连续采集多帧被测对象的图像，在每个摄像机采集的图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的多个采样区域，从中选出最优人脸采样区域，并对所述最优人脸采样区域进行采样，获得采样数据。
多个摄像机定时的与时钟服务器校时，保证各相机在时间轴上是同步的。
S102、采样数据处理：
1、按RGB通道对采样数据进行分割，取G通道的采样数据计算G通道的平均值Valueg(i)，取G通道背景部分的采样数据求平均值Valuebg(i)，通过以下公式计算第i帧去除背景干扰后的人脸G通道的数值Valueface(i)，i为帧号、N为帧数：
Valueface(i)＝Valueg(i)-(Valueg(1)+Valueg(2)+…+Valueg(N))/N
-(Valuebg(i)-(Valuebg(1)+Valuebg(2)+…+Valuebg(N))/N)；
2、对N帧的Valueface(i)数据进行高斯滤波处理，消除随机噪声，并对该数据序列进行独立成分分析，最后进行傅里叶变换，取幅度谱最大的频率作为心率参数。
需要指出的是，人的心脏心脏是个泵，通过心肌的收缩和舒张来工作。在舒张的时候，会将血液从心房中泵出，会导致全身血管充血变粗，脸部颜色变深，在收缩的时间，会将血液泵入心室，导致全身血管血液回流，血管变细，脸部颜色变浅，本发明通过人脸脸部颜色深浅变化反映心率跳动的周期性变化。
S103、测谎分析：
根据所述心率参数生成被测对象的心跳变化曲线，并根据所述心跳变化曲线判断被测对象是否说谎，测谎准确度高。
按照时间轴将心率参数的变化记录下来，即可形成心跳变化曲线。
一个人在正常说话的时候，心跳一般是平稳的，不会出现心跳异常，当说话者说谎时，生理上会发生明显变化，例如紧张，呼吸加速等异常举动会导致心跳加速。在说话过程中，如果心跳的曲线由平稳状态变成陡峭，甚至有明显的心跳异常，这样可以判断他说的话可疑，可以进一步询问，这样，说话者会越来越紧张，从而露出破绽。基于此，可通过心跳变化曲线判断被测对象是否说谎。
为了提高测谎的准确度，步骤S103可以根据心跳变化曲线以及音频变化曲线判断被测对象是否说谎。其中，音频变化曲线的生成步骤为：
S104、音频变化曲线生成：在采集被测对象的图像的同时，通过语音记录设备采集被测对象的语音信号，根据所述语音信号生成音频变化曲线。
说谎者在说谎时，说话的节奏，语速，音调等方面会与正常说话时表现得不一样，当通过心跳曲线发现某个时间段的心跳变化较大时，可以去找相应时间段的音频变化曲线与心跳正常时段的音频变化曲线进行对比，进一步对是否说谎进行确认，提高了测谎准确度。
如图2所示，一种非接触式测谎系统，包括人脸数据采样模块110、摄像机120、采样数据处理模块130、测谎分析模块140以及时钟服务器150。
人脸数据采样模块110，用于通过摄像机120连续采集多帧被测对象的图像；在上述图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的采样区域；对上述采样区域进行采样，获得采样数据。摄像机120布置在
其中，人脸检测可以通过基于haar的人脸检测技术、基于肤色模型的人脸检测技术，或者基于特征点的人脸模型技术来实现。
人脸跟踪可以通过基于模板匹配的跟踪技术、SIFT特征点匹配跟踪技术，或者光流、粒子滤波器技术来实现。
人脸采样区域的确定可以通过基于eyedetect的感兴趣区域定位，或者基于椭圆形模板的区域定位人脸采样区域技术来实现。
较佳的，摄像机120为多个，人脸数据采样模块110还通过时钟服务器150同步多个摄像机120，以分别连续采集多帧被测对象的图像，在每个摄像机120采集的图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的多个采样区域，选出最优人脸采样区域，并对最优人脸采样区域进行采样，获得采样数据。
多个摄像机定时的与时钟服务器校时，保证各相机在时间轴上是同步的。
采样数据处理模块130，用于按RGB通道对采样数据进行分割，取G通道的采样数据计算G通道的平均值Valueg(i)，取G通道背景部分的采样数据求平均值Valuebg(i)，通过以下公式计算第i帧去除背景干扰后的人脸G通道的数值Valueface(i)，i为帧号、N为帧数：
Valueface(i)＝Valueg(i)-(Valueg(1)+Valueg(2)+…+Valueg(N))/N
-(Valuebg(i)-(Valuebg(1)+Valuebg(2)+…+Valuebg(N))/N)；
对N帧的Valueface(i)数据进行高斯滤波处理，消除随机噪声，并对该数据序列进行独立成分分析，最后进行傅里叶变换，取幅度谱最大的频率作为心率参数；
测谎分析模块140，用于根据心率参数生成被测对象的心跳变化曲线，并根据上述心跳变化曲线判断被测对象是否说谎，测谎准确度高。
为了提高测谎的准确度，还可设置音频变化曲线生成模块160，用于在采集被测对象的图像的同时，通过语音记录设备170采集被测对象的语音信号，根据该语音信号生成音频变化曲线。
则测谎分析模块140根据心跳变化曲线以及音频变化曲线判断被测对象是否说谎。
本发明通过图像检测或者图像检测与音频检测相结合的非接触式手段进行测谎，避免了传统接触式测谎手段容易被嫌疑人堤防的问题，测谎准确率高。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种非接触式测谎方法，其特征在于，包括以下步骤：
人脸数据采样：通过摄像机连续采集多帧被测对象的图像；在所述图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的采样区域；对所述采样区域进行采样，获得采样数据；
采样数据处理：按RGB通道对采样数据进行分割，取G通道的采样数据计算G通道的平均值Valueg(i)，取G通道背景部分的采样数据求平均值Valuebg(i)，通过以下公式计算第i帧去除背景干扰后的人脸G通道的数值Valueface(i)，i为帧号、N为帧数：
Valueface(i)＝Valueg(i)-(Valueg(1)+Valueg(2)+…+Valueg(N))/N
-(Valuebg(i)-(Valuebg(1)+Valuebg(2)+…+Valuebg(N))/N)；
对N帧的Valueface(i)数据进行高斯滤波处理，消除随机噪声，并对该数据序列进行独立成分分析，最后进行傅里叶变换，取幅度谱最大的频率作为心率参数；
测谎分析：根据所述心率参数生成被测对象的心跳变化曲线，并根据所述心跳变化曲线判断被测对象是否说谎。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式测谎方法，其特征在于，所述摄像机为多个，所述人脸数据采样步骤还包括通过一时钟服务器同步所述多个摄像机，以分别连续采集多帧被测对象的图像，在每个摄像机采集的图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的多个采样区域，选出最优人脸采样区域，并对所述最优人脸采样区域进行采样，获得采样数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种非接触式测谎方法，其特征在于，还包括音频变化曲线生成步骤：
通过语音记录设备采集被测对象的语音信号；
根据所述语音信号生成音频变化曲线；
所述测谎分析步骤根据心跳变化曲线以及音频变化曲线判断被测对象是否说谎。
4.一种非接触式测谎系统，其特征在于，包括:
人脸数据采样模块，用于通过摄像机连续采集多帧被测对象的图像；在所述图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的采样区域；对所述采样区域进行采样，获得采样数据；
采样数据处理模块，用于按RGB通道对采样数据进行分割，取G通道的采样数据计算G通道的平均值Valueg(i)，取G通道背景部分的采样数据求平均值Valuebg(i)，通过以下公式计算第i帧去除背景干扰后的人脸G通道的数值Valueface(i)，i为帧号、N为帧数：
Valueface(i)＝Valueg(i)-(Valueg(1)+Valueg(2)+…+Valueg(N))/N
-(Valuebg(i)-(Valuebg(1)+Valuebg(2)+…+Valuebg(N))/N)，
对N帧的Valueface(i)数据进行高斯滤波处理，消除随机噪声，并对该数据序列进行独立成分分析，最后进行傅里叶变换，取幅度谱最大的频率作为心率参数；
测谎分析模块，用于根据所述心率参数生成被测对象的心跳变化曲线，并根据所述心跳变化曲线判断被测对象是否说谎。
5.根据权利要求4所述的一种非接触式测谎系统，其特征在于，所述摄像机为多个，所述人脸数据采样模块还通过一时钟服务器同步所述多个摄像机，以分别连续采集多帧被测对象的图像，在每个摄像机采集的图像中检测、跟踪被测对象的人脸，确定人脸的多个采样区域，选出最优人脸采样区域，并对所述最优人脸采样区域进行采样，获得采样数据。
6.根据权利要求4或5所述的一种非接触式测谎系统，其特征在于，还包括音频变化曲线生成模块，用于通过语音记录设备采集被测对象的语音信号，根据所述语音信号生成音频变化曲线；
测谎分析模块根据心跳变化曲线以及音频变化曲线判断被测对象是否说谎。
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