CN105513221B - 一种基于三维人脸识别的atm机防欺诈装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置及系统，装置包括：人脸检测单元，用于采集用户的可见光人脸图像、三维深度人脸图像和红外人脸图像；专用图像处理单元，用于接收所述人脸检测单元单元输出的所述用户的可见光人脸图像、三维深度人脸图像和红外人脸图像，提取对应的特征信息，将所述特征信息发送到后台服务器进行与预存的对应用户的特征信息比对，并接收后台服务器返回的比对结果。本发明使用人脸三维深度图像、人脸可见光图像和人脸红外图像三种信息结合方式比对判断ATM机操作人员，提升了ATM机的操作安全性。

Description

一种基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置及系统

技术领域

本发明涉及人脸识别安全领域，特别涉及一种基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置及系统。

背景技术

在信息技术中，所谓“认证”，是指通过一定的验证技术，确认系统使用者身份，以及系统硬件(如电脑)的数字化代号真实性的整个过程。其中对系统使用者的验证技术过程称为“身份认证”。对于小额现金交易而言，到银行柜台让银行工作人员进行操作成本太高，费用昂贵，也不方便，而ATM机由于其数量多，取款无需排队或者排队时间较短，方便且无时间限制。但因ATM机处于开放无人看管的状态，不法分子如果偷取了合法用户账户信息，可以盗取客户资金，所以ATM机上进行交易的安全性问题非常突出。

在目前ATM机的使用过程中，使用者是先将银行卡插入ATM机中，然后按照ATM机上的屏幕提出输入密码，输入密码时，必须通过ATM机上的键盘或触摸屏上的密码输入器进行输入，密码验证通过后，就能进行提款和转账等金融业务的操作。所以不法分子要想假冒合法用户进行取款业务，首先必须知道合法用户的银行卡信息以及银行卡的密码，所有就有不法分子在ATM机上或者门禁系统上安装读卡机获取银行卡的信息，然后通过复制银行卡，并且通过安装摄像头或者密码记录器获取银行卡的密码，就可以假冒合法用户轻易地将钱盗取走，给该卡的用户带来财产损失。

普通ATM采用的都是“用户名+口令”的身份认证方式，而许多犯罪都是通过突破密码保护(盗用密码，字典攻击等)，获取对ATM机访问和使用、修改权限后达到的。简单的口令认证方式既不能防范外部攻击，也不能准确识别犯罪者的真实身份，不能满足ATM机系统的安全防范要求。

由于银行卡信息和个人密码的保密性较弱，如果采用无卡取款，只要非法用户获取到关于卡号和密码的相关资料后，将很容易窃取存款，因此需要一种将账户信息、密码和真人信息捆绑在一起的技术，解决密码被非法截获的问题，提高ATM机系统的安全。

目前，生物特征识别，如指纹识别、二维人脸识别等方案已经被用在ATM机上系统。但普通的指纹识别容易被伪造指纹膜攻击，而二维人脸识别容易受到环境光的干扰，也容易通过相片等方法攻击，ATM机系统的安全依然需要提高。

综上，亟需一种防止伪造攻击，安全性高，用户操作简单的ATM取款用户身份认证技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种防止伪造攻击，安全性高，用户操作简单的基于三维人脸识别的ATM机防欺诈系统。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置，包括：

人脸检测单元，用于采集用户的可见光人脸图像、三维深度人脸图像和红外人脸图像；其中可见光图像由可见光传感器采集，红外人脸图像由红外光传感器采集，深度图像由两个红外传感器采集后的数据，通过专利申请人的相关算法生成。

处理单元，用于接收所述人脸检测单元输出的所述用户的可见光人脸图像、三维深度人脸图像和红外人脸图像，提取对应的特征信息，将所述特征信息发送到后台服务器进行与预存的对应用户的特征信息比对，并接收后台服务器返回的比对结果。

所述人脸检测单元包括可见光传感器、红外传感器和红外投影单元；

所述可见光传感器，用于采集所述用户的可见光人脸图像；

所述红外传感器，用于采集所述用户的红外人脸图像，三维深度图像由相应算法（如可以采用本公司申请号为2015100836342或申请号为2015100808605的专利提供的方法）采集所述用户的三维深度人脸图像。

所述人脸检测单元包括一基板，所述可见光传感器、红外传感器和红外投影单元安装在所述基板上。

所述可见光传感器有2个，2个所述可见光传感器对称位于所述基板表面左右两端，所述红外传感器和红外投影单元位于2个所述可见光传感器之间。

还包括：

显示单元，用于当所述处理单元接收到所述后台服务器返回的比对结果时，将所述比对结果显示输出。

一种基于三维人脸识别的ATM机防欺诈系统，包括服务器和如上所述的基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置；

所述基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置发送所述特征信息到所述服务器；

所述服务器将所述特征信息与预存的对应用户的特征信息比对，并返回比对结果到所述基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置。

所述服务器将所述特征信息与预存的对应用户的特征信息比对，具体包括：

对热红外人脸图像进行降维处理, 提取出热红外人脸图像的特征向量，然后将特征向量用BP神经网络训练与识别.

采取决策融合的方法，通过加权求和和取 最大值组合，将通过PCA和LDA识别结果以及置信度得到的人脸识别信息进行决策融合，给出最终识别结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明配合ATM机可以使其获得更高的安全性并降低环境光干扰。本发明具有安全性高，简单方便，适用范围广，可解决ATM机在运行过程中，客户掉卡，被盗用卡或者被破解卡导致的钱财被盗的问题。本发明使用人脸深度图、人脸可见光图像和人脸红外图像三种信息结合。人脸热红外图像基本上不受周围环境光照的影响，深度信息可以防止人脸图像等非真实操作人员信息的攻击。用户使用时无需记忆，更不会被借用、盗用和遗失，因此可以提升ATM机的操作安全性。

附图说明：

图1是本发明实施例中的结构示意图。

图2是本发明提供的防欺诈装置在ATM机上位置示意图。

图3是可见光图像获取示意图。

图4是红外光深度图像获取示意图。

图5是本发明中融合决策模型。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

一种基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置，包括：

人脸检测单元1，用于采集用户的可见光人脸图像、三维深度人脸图像和红外人脸图像；

处理单元2，用于接收所述人脸检测单元1输出的所述用户的可见光人脸图像、三维深度人脸图像和红外人脸图像，提取对应的特征信息，将所述特征信息发送到后台服务器4进行与预存的对应用户的特征信息比对，并接收后台服务器4返回的比对结果。

所述人脸检测单元1包括可见光传感器11、红外传感器12和红外投影单元13；

所述可见光传感器11，用于采集所述用户的可见光人脸图像；

所述红外传感器12，用于采集所述用户的红外人脸图像，同时，用于当所述红外投影单元13投影到所述用户脸部时采集所述用户的三维深度人脸图像。

所述人脸检测单元1包括一基板，所述可见光传感器11、红外传感器12和红外投影单元13安装在所述基板上。

所述可见光传感器11有2个，2个所述可见光传感器11对称位于所述基板表面左右两端，所述红外传感器12和红外投影单元13位于2个所述可见光传感器11之间。

还包括：

显示单元34，用于当所述处理单元2接收到所述后台服务器4返回的比对结果时，将所述比对结果显示输出。

一种基于三维人脸识别的ATM机防欺诈系统，包括服务器和如上所述的基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置；

所述基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置发送所述特征信息到所述服务器；

所述服务器将所述特征信息与预存的对应用户的特征信息比对，并返回比对结果到所述基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置。

所述服务器将所述特征信息与预存的对应用户的特征信息比对，具体包括：

对热红外人脸图像进行降维处理, 提取出热红外人脸图像的特征向量，然后将特征向量用BP神经网络训练与识别.

采取决策融合的方法，通过加权求和和取 最大值组合，将通过PCA和LDA识别结果以及置信度得到的人脸识别信息进行决策融合，给出最终识别结果。

本发明能够配合ATM机，防止伪造攻击，认证操作人员身份，降低环境可见光线对人脸识别系统的干扰。

系统由人脸检测单元1、显示单元34，处理单元2构成。人脸检测单元1包括可见光传感器11、红外传感器12、红外投影单元13，以及后台服务器4上的数据库和三维比对算法。

该方法将本专利发明的人脸认证系统嵌入到ATM机中，其中，人脸检测单元1嵌入在ATM机屏幕上方（或其他可以拍到人脸的位置），显示单元34使用ATM屏幕（也可以另外配置一个小的屏幕，用于提示用户操作并显示用户脸部图像）和一个专用的图像处理单元2（如图2）。将采集到的人脸信息（包括人脸深度图，可见光人脸图像和红外人脸图像三类信息），在三维图像处理单元2上处理，取得的特征后与后台服务器4上用户注册时的信息（注册信息包括但不限于用户的三维人脸特征、二维纹理特征、注册号等）比较，最后给出认证是否通过的判定消息。认证不通过，系统将记录客户操作和前面拍摄的人像，并拒绝用户继续操作。

三维图像处理单元2根据两个红外摄像头获得图像的视差，计算人脸的深度图像，下文提到融合方法在服务器端执行。

本发明使用人脸深度图、人脸可见光图像和人脸红外图像三种信息结合。人脸热红外图像基本上不受周围环境光照的影响，深度信息可以防止人脸图像等非真实操作人员信息的攻击。用户使用时无需记忆，更不会被借用、盗用和遗失。因此本发明可以提升ATM机的操作安全性。

人脸深度探测：

可见光深度探测如图3所示，分两个步骤

步骤一：未标定图像的立体匹配。

通过图3，由可见光传感器11得到可见光人脸的图像。利用经典匹配方法（本发明使用的是相关匹配和迭代，也可采用其他方法）寻找初始匹配点对，然后用鲁棒的算法（本发明用的是中值匹配）把初始匹配点对集合中的无匹配数据清除掉。用剩下的匹配点对恢复对极线集合，利用新计算得到对极线约束。专用图像处理单元2中，最后再一次进行匹配，以得到最后的匹配关系。

步骤二，根据视差，得到图像深度。

红外结构光深度探测，如图4所示，由红外投影单元13利用罗琦光栅产生光场，投影到被测试人脸，红外图像传感器捕获光场，利用傅里叶轮廓术方法（Fourier transformprofilometry, FTP）,对光场进行傅里叶分析和滤波，从变形的红外条纹中提取出人脸三维信息。

环境光照的变化对可见光人脸成像及其人脸识别性能有很大的影响，为减小或消除这种影响，本专利利用红外传感器12拍摄的人脸图像，深度图像是由红外传感器12配合红外投影单元13来拍摄红外投影信息，经三维图像处理单元2计算，生成深度信息图

首先用主成份分析(PCA)和线性判决分析(LDA)结合的降维技术对热红外人脸图像进行降维, 提取出热红外人脸图像的特征向征提取能将图像中大量冗余信息去除,只保留图像中对识别有意义的信息. 然后将特征向量用BP神经网络训练与识别。训练是在其他机器上完成，本装置上的网络参数是固定的。.人脸数据量的减少可以降低神经网络复杂度,提高训练效率和收敛率。本发明最后采取了决策融合的方法，通过加权求和和取 最大值组合，加权的权重也是在其他机器上训练完成。将通过PCA和LDA识别结果以及置信度得到的人脸识别信息进行决策融合，给出最终识别结果，图5是融合决策模型。

图5所示的训练集和特征库训练可以选择预先在其他机器上实现。融合的置信度也是通过训练获得。在本装置中的服务器里采用固定的预先设置的值。

应用实例：

本发明可应用于桌面电脑、笔记本电脑、ATM提款机、蜂窝电话、门禁控制系统等等。本发明可用于门禁、电脑登录、考勤、个人身份认证、幼儿园安全接送等和智慧城市、智能家居相关领域。本专利适用于对安全认证较高的的系统中，相对于普通二维可见光人脸识别系统更鲁棒、安全。

上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (5)

1.一种基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置，其特征在于，包括：

人脸检测单元，用于采集用户的可见光人脸图像、三维深度人脸图像和红外人脸图像；

处理单元，用于接收所述人脸检测单元输出的所述用户的可见光人脸图像、三维深度人脸图像和红外人脸图像，提取对应的特征信息，将所述特征信息发送到后台服务器进行与预存的对应用户的特征信息比对，并接收后台服务器返回的比对结果；

所述人脸检测单元包括可见光传感器、红外传感器和红外投影单元；

所述可见光传感器，用于采集所述用户的可见光人脸图像；

所述红外传感器，用于采集所述用户的红外人脸图像，同时，用于当所述红外投影单元投影到所述用户脸部时采集所述用户的三维深度人脸图像；

所述特征信息与预存的对应用户的特征信息比对，具体包括：

对可见光人脸图像，利用景点匹配方法寻找初始匹配点对，然后利用鲁棒算法把初始匹配点对集合中的无匹配数据清除掉；用剩下的匹配点对恢复对极线集合，计算得到对极线约束后，再进行匹配；

对三维深度人脸图像，由红外投影单元利用罗琦光栅产生光场，投影至被测人脸，红外传感器捕获光场，利用傅里叶轮廓术方法对光场进行傅里叶分析和滤波，从变形的红外条纹中提取人脸三维信息；

对红外人脸图像进行降维处理，提取出红外人脸图像的特征向量，然后将特征向量用BP神经网络训练与识别；

采取决策融合的方法，通过加权求和和取 最大值组合，将通过PCA和LDA识别结果以及置信度得到的人脸识别信息进行决策融合，给出最终识别结果。

2.根据权利要求1所述的ATM机防欺诈装置，其特征在于，所述人脸检测单元包括一基板，所述可见光传感器、红外传感器和红外投影单元安装在所述基板上。

3.根据权利要求2所述的ATM机防欺诈装置，其特征在于，所述可见光传感器有2个，2个所述可见光传感器对称位于所述基板表面左右两端，所述红外传感器和红外投影单元位于2个所述可见光传感器之间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的ATM机防欺诈装置，其特征在于，还包括：

显示单元，用于当所述处理单元接收到所述后台服务器返回的比对结果时，将所述比对结果显示输出。

5.一种基于三维人脸识别的ATM机防欺诈系统，其特征在于，包括服务器和权利要求1-4任一项所述的基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置；

所述基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置发送所述特征信息到所述服务器；

所述服务器将所述特征信息与预存的对应用户的特征信息比对，并返回比对结果到所述基于三维人脸识别的ATM机防欺诈装置；

所述服务器将所述特征信息与预存的对应用户的特征信息比对，具体包括：

对可见光人脸图像，利用景点匹配方法寻找初始匹配点对，然后利用鲁棒算法把初始匹配点对集合中的无匹配数据清除掉；用剩下的匹配点对恢复对极线集合，计算得到对极线约束后，再进行匹配；

对三维深度人脸图像，由红外投影单元利用罗琦光栅产生光场，投影至被测人脸，红外传感器捕获光场，利用傅里叶轮廓术方法对光场进行傅里叶分析和滤波，从变形的红外条纹中提取人脸三维信息；

对红外人脸图像进行降维处理，提取出红外人脸图像的特征向量，然后将特征向量用BP神经网络训练与识别；

采取决策融合的方法，通过加权求和和取 最大值组合，将通过PCA和LDA识别结果以及置信度得到的人脸识别信息进行决策融合，给出最终识别结果。