CN104766039A - 一种防欺骗人脸识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种防欺骗人脸识别系统，系统包括用于为被识别对象提供补充光源的动偏振照明模块，用于对被识别对象进行成像的偏振成像模块和系统处理器，所述的主动偏振照明模块包括近红外LED主动照明光源和起偏器，起偏器设置在近红外LED主动照明光源前方；偏振成像模块包括CMOS感光器、检偏器阵列、人脸识别专用镜头和窄带干涉滤光片，CMOS感光器前端设有窄带干涉滤光片，窄带干涉滤光片设置有检偏器阵列，检偏器阵列前端设置有人脸识别专用镜头；CMOS感光器输出图像信息给系统处理器，系统处理器控制近红外LED主动照明光源工作。本发明可以实时的辨别真假人脸生成的图像，即具备防欺骗功能。本发明系统结构紧凑，识别速度快，识别率高。

Description

一种防欺骗人脸识别系统及方法

技术领域

本发明公开一种人脸识别系统，特别涉及一种防欺骗人脸识别系统及方法。

背景技术

随着模式识别技术的研究和不断发展，其在人们生活中的应用越来越广泛，而人脸识别是其中最重要的一种。由于人脸识别技术的发展还不够成熟，目前，通常的人脸识别系统无法准确的判别前方人脸是否为自然人人脸，还是假冒的人脸，特别是当注册人脸为非自然人人脸时，现有人脸识别系统无法辨别。常规技术中对于上述问题，也存在着一定的研究。

专利（公开号：CN101441710A）揭露了一种利用受控光源开启与闭合获取的两幅图像的均匀性差别判断当前人脸图像是否为真实人的成像。该专利方案对于照片等平面伪装人脸有较好的识别，对于采用高仿三维头模技术等产生的伪装人脸则无法进行判别，环境光对人脸识别产生的负面影响没有得到较好的解决，同时影响其判断图片的真伪。由于该专利利用受控光源开启与闭合获取的两幅图像，不仅需要在开启与闭合两幅采集两次，而且光敏器件有响应延迟，进步加剧了此技术的非实时性。

专利（申请号：CN201020062476.5）揭露了一种偏振成像探测系统的光学结构，其特征在于可以同时获取一场景4幅偏振辐射图像，解决了时序测量法和空间匹配测量法存在的问题，但是该系统光学结构复杂，体积较为庞大，对系统的组成光学器件制造精度要求较高，无法实现结构紧凑、系统精密和易于推广使用的要求。所以，综上所述，现有技术无法在人脸识别系统中，对于人脸防伪性能方面都不能达到较好的技术效果。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的人脸识别系统不能很好的达到人脸防伪性能方面的要求的缺点，本发明提供一种可以辨别当前人脸是否为伪造人脸的系统及方法，其采用特殊的结构设计和处理方法，其不仅可以识别出是真实人脸还是伪造人脸，同时可以做到系统结构紧凑，识别速度快，识别率高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种防欺骗人脸识别系统，系统包括用于为被识别对象提供补充光源的动偏振照明模块，用于对被识别对象进行成像的偏振成像模块和系统处理器，所述的主动偏振照明模块包括近红外LED主动照明光源和起偏器，起偏器设置在近红外LED主动照明光源前方；偏振成像模块包括CMOS感光器、检偏器阵列、人脸识别专用镜头和窄带干涉滤光片，CMOS感光器前端设有窄带干涉滤光片，窄带干涉滤光片设置有检偏器阵列，检偏器阵列前端设置有人脸识别专用镜头；CMOS感光器输出图像信息给系统处理器，系统处理器控制近红外LED主动照明光源工作。

一种采用上述的防欺骗人脸识别系统实现防欺骗人脸识别方法，其特征是：所述的方法为主动偏振照明模块产生近红外主动偏振光，线偏振光经过人脸后向散射后，携带有人脸信息，反射光经过人脸识别专用镜头进行成像，成像光束经检偏器阵列后进入近红外窄带干涉滤光片，经过近红外窄带干涉滤光片后滤除波长不在中心波长附近满足窄带通的光线，两个CMOS采样后，使用人脸检测AdaBoost算法获得偏振器偏振方向为0˚，90˚的检偏器对应的人脸图像分割区域，获取0˚检偏器对应的图像区域进行人脸检测与识别。

本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的人脸识别专用镜头采用两个呈“一”字形分布的成像透镜构成。

所述的成像透镜为非鱼眼镜头。

所述的检偏器阵列由2块近红外吸收型偏振片构成，其中第一片检偏偏振片的偏振方向与环境光的偏振方向垂直，且与起偏器成0度夹角，第二片检偏偏振片的偏振方向与第一片检偏偏振方向垂直。

所述的系统处理器上连接有液晶显示器。

所述的系统处理器上连接有语音提示报警装置。

所述的人脸识别的主要步骤如下：

（1）、利用所述的尺寸相等的两块分割区域计算图像的偏振图：

其中，P为偏振度图像，分别对应偏振器偏振方向为0˚，90˚的检偏器对应的图像分割区域；

（2）、利用防欺骗人脸识别系统辨别人脸图像和非人脸图像，如果判定为非自然人人脸，系统自动保存此帧图像备案；如果判定为真人脸，进行其他操作：

其中所述防欺骗人脸辨别方法为：

其中，GMG、LIT和STD分别为P的灰度平均梯度、亮度和标准差，a,b,c分别为对应项的权重，且a+b+c=100%，如果Synthesis小于某阈值，则判定为非自然人人脸，利用人脸图像和非人脸图像偏振图的Synthesis设定阈值，小于此阈值可判定为伪装人脸；大于此阈值可判定为真人脸。

本发明的有益效果是：本发明可以快速、准确的消除环境光对室外人脸识别带来的影响，提高室外环境人脸识别的准确率；同时，在室外人脸识别系统的基础上，本发明可以实时的辨别真假人脸生成的图像，即具备防欺骗功能。本发明所述系统结构紧凑，识别速度快，识别率高。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为本发明成像镜头阵列结构示意图。

图3为本发明检偏阵列结构示意图。

图4为本发明系统流程示意图。

具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

请参看附图1，本发明中的防欺骗人脸识别系统，其主要包括主动偏振照明模块、偏振成像模块及系统控制与处理模块。本实施例中，主动偏振照明模块用于为被识别对象提供补充光源，主动偏振照明模块包括近红外LED主动照明光源和起偏器，起偏器设置在近红外LED主动照明光源前方。主动偏振照明模块产生近红外主动偏振光，实现对人脸的全天候近红外主动偏振光照明。本实施例中的起偏器为吸收型近红外偏振片，其对近红外光有较好起偏效果，具有较高的损伤阈值，并且可以吸收电矢量振动方向与其偏振方向相同的光波，所以可以有效抑制反射光增加近红外LED温度，从而抑制LED中心波长的改变。本实施例中，偏振成像模块用于对被识别对象进行成像，偏振成像模块包括CMOS感光器、检偏器阵列、人脸识别专用镜头和窄带干涉滤光片，CMOS感光器前端设有窄带干涉滤光片，窄带干涉滤光片设置有检偏器阵列，检偏器阵列前端设置有人脸识别专用镜头。本实施例中，人脸识别专用镜头采用两个呈“一”字形分布的成像透镜构成，线偏振光经过人脸后向散射后，携带有人脸信息，反射光经过人脸识别专用镜头进行成像，2个成像透镜成“一”字型分布，其中成像镜头为非鱼眼镜头，其退偏振性较小，且专门针对特定近红外光成像。成像光束经近红外检偏器阵列，本实施例中，检偏器阵列与起偏器材质相同，由2块近红外吸收型偏振片构成，其中第一片检偏偏振片的偏振方向与环境光的偏振方向垂直，有效消除环境光的影响，特别地，可以消除环境光引起的人脸部分区域高亮的现象，且与起偏器成0度夹角，第二片检偏偏振片的偏振方向与第一片检偏偏振方向垂直。本实施例中的检偏器阵列与折反射的线栅偏振片相比，该类型偏振片抑制反射杂散的产生，与棱镜偏振器相比，该偏振片具有小的体积与质量，易于实现系统结构紧凑化。成像光束经检偏器阵列后进入近红外窄带干涉滤光片，经过近红外窄带干涉滤光片后滤除波长不在中心波长附近满足窄带通的光线。本实施例中，近红外窄带通干涉滤光片半带宽的选择考虑了入射角和温漂的影响，在成像面附近，CMOS感光芯片之前。检偏器阵列在前，近红外窄带干涉滤波片在后这一设计顺序，主要考虑到干涉滤光片容易受到温度的影响，产生温漂，导致其中心波长向长波漂移，而只有振动方向与偏振片检偏方向一致的光线才可以透过，有效消除了环境光的影响，特别地减小了附加在干涉滤光片上不必要的热吸收，抑制了温漂。而且经过石英偏振片后的光线在一定程度上受到石英玻璃的校正，其入射角较先前减小，在一定程度上抑制了干涉滤光片随入射角增大，中心波长向短波方向漂移的问题。本实施例中，同时对两个CMOS采样，使用人脸检测AdaBoost算法获得偏振器偏振方向为0˚，90˚的检偏器对应的人脸图像分割区域。获取0˚检偏器对应的图像区域进行人脸检测与识别。如果识别结果表明此帧人脸图像非人脸库中授权人脸图像，系统自动保存此帧图像，显示器显示为陌生人，整体颜色为橘黄色，语音提示为陌生人。如果识别成功，显示器显示识别成功，整体颜色为草绿色。本实施例中，系统控制与处理模块包括系统处理器与人脸识别专用操作系统以及采集图像并进行人脸检测、识别和防伪软件包，系统处理器上连接有液晶显示器与语音提示、报警装置。本实施例中，人脸识别及判断是在系统处理器中进行的，其主要步骤如下：

（1）、利用所述的尺寸相等的两块分割区域计算图像的偏振图：

其中，P为偏振度图像，分别对应偏振器偏振方向为0˚，90˚的检偏器对应的图像分割区域。

（2）、利用防欺骗人脸识别系统辨别人脸图像和非人脸图像。如果判定为非自然人人脸，系统自动保存此帧图像备案，液晶显示器闪烁，同时液晶显示为红色，语音提示发出报警声；如果判定为真人脸，进行其他操作。

其中所述防欺骗人脸辨别方法为：

其中GMG、LIT和STD分别为P的灰度平均梯度、亮度和标准差，a,b,c分别为对应项的权重，且a+b+c=100%。如果Synthesis小于某阈值，则判定为非自然人人脸。利用人脸图像和非人脸图像偏振图的Synthesis设定阈值，小于此阈值可判定为伪装人脸，系统自动保存此帧图像备案，液晶显示器闪烁，同时液晶显示为红色，语音提示发出报警声；大于此阈值可判定为真人脸。

为了更好的说明本发明所具有的优点与积极效果，以下为可以说明本发明特点的一个较好实施例：

目前人脸识别系统主要使用850nm波长的主动光源，而这一波长恰是白炽灯和阳光等环境光源的主要频谱，采用此波长的人脸识别系统容易受到外界环境光的影响。而940nm处于大气窗口，较850nm的透过率更低，且940nm的主动光源不会产生850nm波长主动光源照明带来的“红爆”现象。

940nmLED104产生的主动均匀光照透过起偏器105成为线偏振光。近红外LED面阵光源为具有小于15度发散角、低发热效率和中心波长一致的940nmLED光源。

起偏器105为吸收型近红外线偏振片，为聚乙烯醇与碘液在一定工艺条件下熔融而成，安装于面阵近红外LED104前方，其对近红外光有较好起偏效果和高的透过率，具有较高的损伤阈值，并且可以吸收电矢量振动方向与其偏振方向相同的光波，所以可以有效抑制反射光增加近红外LED温度，从而抑制LED中心波长的改变。

线偏振光经过人脸109后向散射后携带有人脸信息，反射光经过人脸识别专用镜头106成像，2个成像透镜成“一”字型分布，其中所述成像镜头为非鱼眼镜头，退偏振性较小，且专门针对特定近红外光成像，通光孔径为10mm，视场角41˚，可以实现0.3m到1m的清晰的人脸成像，且满足近红外人脸识别所需的分辨率与像差限定。

成像光束经近红外检偏器阵列107后，再经过近红外滤光片103后滤除波长不在940nm附近满足窄带通的光线。其中，检偏器阵列107与起偏器105材质相同，由2块近红外吸收型偏振片构成，其中第一片偏振片的偏振方向与环境光的偏振方向垂直，有效消除环境光的影响，特别地，可以消除环境光引起的人脸部分区域高亮的现象，且与起偏器成0度夹角，第二片检偏器与起偏器夹角为90度，与折反射的线栅偏振片相比，该偏振片抑制反射杂散的产生；与棱镜偏振器相比，该偏振片具有小的体积与质量，易于实现系统结构紧凑化；所述近红外窄带通干涉滤光片103半带宽的选择考虑了入射角和温漂的影响，在成像面附近，CMOS感光芯片之前。检偏器107在前，滤波片103在后这一设计顺序，主要考虑到干涉滤光片容易受到温度的影响，产生温漂，导致其中心波长向长波漂移，而只有振动方向与偏振片检偏方向一致的光线才可以透过，有效消除了环境光的影响，特别地减小了附加在干涉滤光片上不必要的热吸收，抑制了温漂。而且经过石英偏振片后的光线在一定程度上受到石英玻璃的校正，其入射角较先前减小，在一定程度上抑制了干涉滤光片随入射角增大，中心波长向短波方向漂移的问题。

光束进入CMOS光敏面102，实现了光电转化。CMOS尺寸为2个1/3"CMOS感光芯片，CMOS为640480个像素数，像素为30万，与近红外人脸识别专用镜头和所述近红外吸收型偏振片阵列匹配。

同时对两个CMOS采样，使用人脸检测AdaBoost算法获得偏振器偏振方向为0˚，90˚的检偏器对应的人脸图像分割区域。

获取0˚检偏器对应的图像区域进行人脸检测与识别。如果识别结果表明此帧人脸图像非人脸库中授权人脸图像，系统自动保存此帧图像，显示器显示为陌生人，整体颜色为橘黄色，语音提示为陌生人。如果识别成功，显示器显示识别成功，整体颜色为草绿色，进入其他应用。

利用所述的尺寸相等的两块分割区域计算图像的偏振图：

其中，P为偏振度图像，分别对应偏振器偏振方向为0˚，90˚的检偏器对应的图像分割区域。

利用防欺骗人脸识别系统辨别人脸图像和非人脸图像。如果判定为非自然人人脸，系统自动保存此帧图像备案，液晶显示器闪烁，同时液晶显示为红色，语音提示发出报警声；如果判定为真人脸，进行其他应用。

其中防欺骗人脸辨别方法为：

其中GMG、LIT和STD分别为P的灰度平均梯度、亮度和标准差，a,b,c分别为对应项的权重，且a+b+c=100%。如果Synthesis小于某阈值，则判定为非自然人人脸。利用人脸图像和非人脸图像偏振图的Synthesis设定阈值，统计发现，真实人脸的偏振图平均梯度值一般在7.9以上，人脸纸质图片的偏振图的平均梯度值在4.5以下，设定平均梯度值为6.0，小于此阈值可判定为伪装人脸，系统自动保存此帧图像备案，液晶显示器闪烁，同时液晶显示为红色，语音提示发出报警声；大于此阈值可判定为真人脸。

本发明可以快速、准确的消除环境光对室外人脸识别带来的影响，提高室外环境人脸识别的准确率；同时，在室外人脸识别系统的基础上，本发明可以实时的辨别真假人脸生成的图像，即具备防欺骗功能。本发明所述系统结构紧凑，识别速度快，识别率高。

Claims (8)

1.一种防欺骗人脸识别系统，其特征是：所述的系统包括用于为被识别对象提供补充光源的动偏振照明模块，用于对被识别对象进行成像的偏振成像模块和系统处理器，所述的主动偏振照明模块包括近红外LED主动照明光源和起偏器，起偏器设置在近红外LED主动照明光源前方；偏振成像模块包括CMOS感光器、检偏器阵列、人脸识别专用镜头和窄带干涉滤光片，CMOS感光器前端设有窄带干涉滤光片，窄带干涉滤光片设置有检偏器阵列，检偏器阵列前端设置有人脸识别专用镜头；CMOS感光器输出图像信息给系统处理器，系统处理器控制近红外LED主动照明光源工作。

2.根据权利要求1所述的防欺骗人脸识别系统，其特征是：所述的人脸识别专用镜头采用两个呈“一”字形分布的成像透镜构成。

3.根据权利要求2所述的防欺骗人脸识别系统，其特征是：所述的成像透镜为非鱼眼镜头。

4.根据权利要求1或2或3所述的防欺骗人脸识别系统，其特征是：所述的检偏器阵列由2块近红外吸收型偏振片构成，其中第一片检偏偏振片的偏振方向与环境光的偏振方向垂直，且与起偏器成0度夹角，第二片检偏偏振片的偏振方向与第一片检偏偏振方向垂直。

5.根据权利要求1或2或3所述的防欺骗人脸识别系统，其特征是：所述的系统处理器上连接有液晶显示器。

6.根据权利要求1或2或3所述的防欺骗人脸识别系统，其特征是：所述的系统处理器上连接有语音提示报警装置。

7.一种采用如权利要求1至6中任意一项所述的防欺骗人脸识别系统实现防欺骗人脸识别方法，其特征是：所述的方法为主动偏振照明模块产生近红外主动偏振光，线偏振光经过人脸后向散射后，携带有人脸信息，反射光经过人脸识别专用镜头进行成像，成像光束经检偏器阵列后进入近红外窄带干涉滤光片，经过近红外窄带干涉滤光片后滤除波长不在中心波长附近满足窄带通的光线，两个CMOS采样后，使用人脸检测AdaBoost算法获得偏振器偏振方向为0˚，90˚的检偏器对应的人脸图像分割区域，获取0˚检偏器对应的图像区域进行人脸检测与识别。

8.根据权利要求1或2或3所述的防欺骗人脸识别系统，其特征是：所述的人脸识别的主要步骤如下：

（1）、利用所述的尺寸相等的两块分割区域计算图像的偏振图：

其中，P为偏振度图像，分别对应偏振器偏振方向为0˚，90˚的检偏器对应的图像分割区域；

（2）、利用防欺骗人脸识别系统辨别人脸图像和非人脸图像，如果判定为非自然人人脸，系统自动保存此帧图像备案；如果判定为真人脸，进行其他操作：

其中所述防欺骗人脸辨别方法为：

其中，GMG、LIT和STD分别为P的灰度平均梯度、亮度和标准差，a,b,c分别为对应项的权重，且a+b+c=100%，如果Synthesis小于某阈值，则判定为非自然人人脸，利用人脸图像和非人脸图像偏振图的Synthesis设定阈值，小于此阈值可判定为伪装人脸；大于此阈值可判定为真人脸。