CN105718863A - 一种人脸活体检测方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种人脸活体检测方法、装置及系统，上述方法包括：在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频；根据获取的所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，构建所述待测场景中人脸的三维模型；将构建的所述待测场景中人脸的三维模型与预设人脸活体三维模型进行比较，获取所述待测场景中人脸的三维模型与所述预设人脸活体三维模型的相似度；判断所述相似度是否大于预设阈值，当所述相似度大于所述预设阈值时，确定所述待测场景中人脸为人脸活体。上述人脸活体检测方法、装置及系统，可成功避免攻击者利用平面图像、提前录制的视频、在线实时视频或屏幕显示的三维人脸模型攻击人脸活体检测系统的现象，提高了人脸活体检测的准确率。
Description
技术领域
本发明涉及模式识别技术领域，尤其涉及一种人脸活体检测方法、装置及系统。
背景技术
近几年随着互联网业务的飞速发展，智能设备(手机/平板电脑)的更新迭代，移动网络通信速度的突飞猛进，使得智能设备的功能和应用也越来越丰富，已经成为个人重要的信息枢纽。与此同时，随着人脸活体检测技术在身份认证领域的逐步应用，假冒攻击(或复制攻击)对人脸实名认证系统构成很大的威胁，对人脸实名认证系统的应用也带来很多不利的影响。
人脸活体检测技术作为正是一种安全防范技术，可以防止攻击者利用照片或者视频等手段假冒他人与计算机或智能设备进行交互。人脸活体检测技术在许多依赖于人脸进行自动认证的应用中得到广泛应用，其能够避免计算机或智能设备被攻击者欺骗从而造成不必要的损失。
现有的人脸活体检测方法一般是采用输入视频流的每一帧，提示被测试者摇头、张/闭嘴或者眨眼，在与被测试者的交互过程中，利用人脸活体检测方法对每一帧的人脸活体状态信息进行判断，并将判断结果输出。
人脸活体检测方法利用人脸所在矩形区域的左上角坐标和右下角坐标确定人脸在图像中的位置，如图1所示。
通过大量数据和测试发现现有的人脸活体检测方法的缺陷如下：
1、通过视频聊天，如QQ、微信等，攻击者按照提示做出指定的动作，可以很容易成功攻击人脸实名认证系统，导致人脸活体检测方法的失效。
2、攻击者利用各平面图片，结合三维图像软件，在计算机或智能设备上合成人脸三维模型，并显示在屏幕上，屏幕中的三维模型按照提示做出指定的动作，也可以成功攻击人脸实名认证系统，导致人脸活体检测方法的失效。
发明内容
本发明提供一种人脸活体检测方法、装置及系统，以解决现有的人脸活体检测方法容易被视频和三维图像软件合成的三维模型攻击的技术问题。
第一方面，本发明提供一种人脸活体检测方法，包括：
在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频；
根据获取的所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，构建所述待测场景中人脸的三维模型；
将构建的所述待测场景中人脸的三维模型与预设人脸活体三维模型进行比较，获取所述待测场景中人脸的三维模型与所述预设人脸活体三维模型的相似度；
判断所述相似度是否大于预设阈值，当所述相似度大于所述预设阈值时，确定所述待测场景中人脸为人脸活体。
可选地，所述在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，包括：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中静止人脸的不同角度的图像或视频。
可选地，所述在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，包括：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的上下和/或左右角度的图像或视频。
可选地，所述根据获取的所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，构建所述待测场景中人脸的三维模型，包括：
根据获取的图像，确定所述待测场景中人脸的深度信息图像；根据所述深度信息图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型；或
根据获取的视频，确定所述待测场景中人脸的三维展开图像；根据所述三维展开图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型。
第二方面，本发明提供一种人脸活体检测装置，包括：
获取单元，用于在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频；
三维模型构建单元，用于根据获取的所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，构建所述待测场景中人脸的三维模型；
相似度获取单元，用于将构建的所述待测场景中人脸的三维模型与预设人脸活体三维模型进行比较，获取所述待测场景中人脸的三维模型与所述预设人脸活体三维模型的相似度；
比较确定单元，用于判断所述相似度是否大于预设阈值，当所述相似度大于所述预设阈值时，确定所述待测场景中人脸为人脸活体。
可选地，所述获取单元，具体用于：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中静止人脸的不同角度的图像或视频。
可选地，所述获取单元，具体用于：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的上下和/或左右角度的图像或视频。
可选地，所述三维模型构建单元具体用于：
根据获取的图像，确定所述待测场景中人脸的深度信息图像；根据所述深度信息图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型；或
根据获取的视频，确定所述待测场景中人脸的三维展开图像；根据所述三维展开图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型。
第三方面，本发明提供一种人脸活体检测系统，包括：图像采集器、加速度传感器及上述任一实施例所述的人脸活体检测装置；
所述图像采集器用于在所述待测场景中人的头部静止时，采集所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，并将采集的图像或视频发送给所述人脸识别装置；
所述加速度传感器用于实时获取所述图像采集器的运动状态，以确定所述图像采集器在所述待测场景中人的头部静止时，移动并获取所述待测场景中人脸的多张不同角度的图像或视频。
由上述技术方案可知，本发明的人脸活体检测方法、装置及系统，可成功避免攻击者利用平面图像、预先录制的视频、在线实时视频或利用屏幕显示的三维人脸模型攻击人脸活体检测系统的现象，提高人脸活体检测的准确率。
附图说明
图1为现有的人脸活体检测方法识别人脸在图像中的位置的示意图；
图2为本发明一实施例提供的人脸活体检测方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的人脸活体检测方法中采集待测场景中人脸的不同角度的图像或视频示意图；
图4为本发明一实施例提供的人脸活体检测方法中采集待测场景中人脸的不同角度的视频的流程示意图；
图5为本发明一实施例提供的待测场景中由人脸的多张图像得到的深度信息图像；
图6为本发明一实施例提供的待测场景中由人脸的视频得到的三维模型展开图像；
图7为本发明一实施例提供的人脸活体检测装置的结构示意图；
图8为本发明一实施例提供的人脸活体检测系统的结构示意图；
图9为本发明一实施例提供的加速度传感器的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图2示出了本发明一实施例提供的人脸活体检测方法的流程示意图。如图2所示，本实施例的人脸活体检测方法包括步骤S21至S24。
S21、在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频。
本实施例中，要求在待测场景中人的头部不动，或者头部活动时保持在预设的区域内时，获取人脸的不同角度的图像，也可以获取不同角度的人脸的视频。
本实施例中，可利用图像采集器来采集待测场景中人脸的不同角度的图像或视频。
可以理解的是，当利用图像采集器采集待测场景中人脸的不同角度的图像或视频时，人的头部的活动范围只要保证人脸在图像采集器规定的采集视野内即可。
当图像采集器为智能终端时，采集待测场景中人脸的不同角度的图像或视频如图3所示，图中的虚线框为图像采集的预览框，智能终端在上下晃动时，都要保证待测场景中人脸一直位于智能终端屏幕的预览框中。
S22、根据获取的所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，构建所述待测场景中人脸的三维模型。
根据立体视觉原理，对待测场景中目标物体的不同视角下的图像，通过确定不同视角下的图像在多幅图像中的对应关系，可以计算出待测场景中目标物体的物理坐标系的三维结构。
在人脸活体检测中，对获取的待测场景中人脸的不同角度的各图像之间进行特征点的匹配，结合图像坐标系下特征点的对应关系，可以得到待测场景中人脸的三维结构信息。
S23、将构建的所述待测场景中人脸的三维模型与预设人脸活体三维模型进行比较，获取所述待测场景中人脸的三维模型与所述预设人脸活体三维模型的相似度。
S24、判断所述相似度是否大于预设阈值，当所述相似度大于所述预设阈值时，确定所述待测场景中人脸为人脸活体。
本实施例的人脸活体检测方法，可以有效防止攻击者利用打印在纸张上的彩色图像、预先录制的视频或利用三维图像软件在计算机中合成的三维人脸模型在人脸活体检测中通过的现象，提高了人脸活体检测的准确性。
在本发明的一个优选的实施例中，步骤S21具体为图2中未示出的以下步骤：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中静止人脸的不同角度的图像或视频。
本实施例的人脸活体检测方法，可有效的提高人脸活体检测的通过的机率，使得人脸活体检测更准确。
在本发明的一个优选的实施例中，步骤S21具体为图2中未示出的以下步骤。
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的上下和/或左右角度的图像或视频。
本实施例中，当采用图像采集器获取待测场景中人脸的图像或视频时，以一定频率上下和/或左右移动图像采集器，实现全方位的采集待测场景中人脸的图像，可以提高人脸活体检测的准确率。
本实施例的人脸活体检测方法，可以有效的避免真实的三维人脸模型通过人脸活体检测的现象，提高人脸活体检测的准确性。
在本发明的一个优选的实施例中，当图像采集器为智能终端时，采集待测场景中人脸的不同角度的视频包括图4中示出的以下几个步骤：
S41、待测场景中的人脸出现在智能终端的预览框内；
S42、待测场景中的人按照智能终端的提示做出指定的动作；
S43、采集得到待测场景中人脸的不同角度的视频。
其中，步骤S42包括：按照预设方向晃动智能终端，如左右晃动、上下晃动、圆周晃动，以获得待测场景中人脸的不同角度的视频。
本实施例中，智能终端也可提示用户做相应的动作，如注视屏幕、摇头、点头、张口、闭口等。智能终端从上述动作中任意选取若干个动作，来提示待测场景中的人做出相应的动作，从而获得待测场景中人脸的不同角度的视频。
本实施例的人脸活体检测方法，通过智能终端与待测场景中人的互动，提高了对待测场景中人脸检测的准确率。
在本发明的一个优选的实施例中，步骤S22具体包括图2中未示出的子步骤S221或S221’。
S221、根据获取的图像，确定所述待测场景中人脸的深度信息图像；根据所述深度信息图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型。
根据获取的待测场景中人脸的图像，确定待测场景中人脸的深度信息图像，如图5所示。
图5中图像通过颜色的深浅来反映人脸的不同部位。
S221’、根据获取的视频，确定所述待测场景中人脸的三维展开图像；根据所述三维展开图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型。
根据获取的待测场景中人脸的视频，确定待测场景中人脸的三维展开图像，如图6所示。
本实施例的人脸活体检测方法，可以对图像采集器采集到的多张图像或视频进行不同处理，得到待测场景中人脸的三维模型，提高了人脸活体检测方法的普适性。
图7示出了本发明一实施例提供的人脸活体检测装置的结构示意图。如图7所示，本实施例的人脸活体检测装置包括：获取单元701、三维模型构建单元702、相似度获取单元703以及比较确定单元704。
获取单元701，用于在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频；
三维模型构建单元702，用于根据获取的所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，构建所述待测场景中人脸的三维模型；
相似度获取单元703，用于将构建的所述待测场景中人脸的三维模型与预设人脸活体三维模型进行比较，获取所述待测场景中人脸的三维模型与所述预设人脸活体三维模型的相似度；
比较确定单元704，用于判断所述相似度是否大于预设阈值，当所述相似度大于所述预设阈值时，确定所述待测场景中人脸为人脸活体。
本实施例的人脸活体检测装置，可成功避免攻击者利用平面图像或者利用三维图像软件构建的三维模型攻击人脸活体检测系统的现象。
在本发明的一个优选的实施例中，获取单元701，具体用于：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中静止人脸的不同角度的图像或视频。
本实施例的人脸活体检测装置，可以避免攻击者利用打印的图像或屏幕显示的三维人脸模型或预先录制的视频通过人脸活体检测的现象，提高人脸活体检测的准确率。
在本发明的一个优选的实施例中，获取单元701，具体用于：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的上下和/或左右角度的图像或视频。
当攻击者使用纸张打印或者屏幕显示伪造人脸的图像时，保持人脸不动，而图像采集器上下和/或左右和/或圆周移动采集人脸的多张图像后，采集的多张图像形成的三维结构为一光滑平面，人脸活体检测结果为非活体，因而不能通过人脸活体检测。
当攻击者使用屏幕显示的伪造的三维人脸模型时，图像采集器移动，同时三维人脸模型也在移动，要求图像采集器的移动与三维人脸模型的移动之间符合摄像头移动成像的规则，对图像采集器和三维人脸模型的配合度要求极高。例如，当图像采集器自待测场景中人脸的位置向上移动时，视频中会同时显露待测场景中人的头部；当图像采集器自待测场景中人脸的位置向左移动时，视频中会同时显露待测场景中人的左脸。因此攻击者使用屏幕显示的伪造三维人脸模型很难通过人脸活体检测。
同理，当攻击者使用提前录制的视频时，图像采集器采集到的图像和视频所构成的三维人脸模型均不是人脸活体模型，不能通过人脸活体检测。
本实施例的人脸活体检测装置，可以全方位的获取待测场景中人脸的各个角度的图像或视频，提高待测场景中人脸的三维模型的相似度，从而有效的避免攻击者利用平面图像、伪造视频或屏幕显示的三维人脸模型通过人脸活体检测的问题，提高了人脸活体检测的准确性。
在本发明的一个优选的实施例中，三维模型构建单元702，具体用于：
根据获取的图像，确定所述待测场景中人脸的深度信息图像；根据所述深度信息图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型；或
根据获取的视频，确定所述待测场景中人脸的三维展开图像；根据所述三维展开图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型。
本实施例的人脸活体检测装置，可以广泛的应用在人脸活体检测领域，即能够通过拍摄图像，也能通过录制视频来实现人脸活体检测。
图8示出了本发明一实施例提供的人脸活体检测系统的结构示意图。如图8所示，本实施例的人脸活体检测系统包括：图像采集器801、加速度传感器802及图7所示实施例的人脸活体检测装置803。
所述图像采集器801用于在所述待测场景中人的头部静止时，采集所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，并将采集的图像或视频发送给所述人脸识别装置。
加速度传感器802用于实时获取图像采集器801的运动状态，以确定图像采集器801在所述待测场景中人的头部静止时，移动并采集所述待测场景中人脸的多张不同角度的图像或视频。
本实施例中，人脸活体检测系统可以为智能终端(包括智能手机和平板电脑)，也可以为智能相机，还可以为计算机与远程摄像头的组合。
本实施例的人脸活体检测系统，可应用于任何需要人脸活体检测的场合，且造价低廉，能够加强人脸活体检测系统的安全性。
图9示出了本发明一实施例提供的加速度传感器的工作原理示意图。如图9所示，智能终端利用三个轴电感计算的方式，通过控制电路测量加速度，就可以得出智能终端相对于水平的倾斜角度。
具体为：设想智能终端是一个三维坐标系统，当智能终端的屏幕平行于水平面时，Z轴为竖直方向；当智能终端的屏幕垂直于水平面且长边平行于水平面时，X轴为竖直方向；当智能终端的屏幕垂直于水平面且短边平行于水平面时，Y轴为竖直方向。智能终端的屏幕在上方时，Z为正数；屏幕在下方时，Z为负数。X、Y和Z的值可通过智能终端的应用程序编程接口API得到，然后利用X、Y和Z的值分别进行三角函数运算，就可以精确的检测出智能设备的运动状态。
本实施例的人脸活体检测系统，利用生活中常见的智能终端采集待测场景中人脸的多张图像或视频，价格低廉，操作方便，对检测人员要求低，可以广泛的应用在银行、证券、安防等系统中。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (9)
1.一种人脸活体检测方法，其特征在于，包括：
在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频；
根据获取的所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，构建所述待测场景中人脸的三维模型；
将构建的所述待测场景中人脸的三维模型与预设人脸活体三维模型进行比较，获取所述待测场景中人脸的三维模型与所述预设人脸活体三维模型的相似度；
判断所述相似度是否大于预设阈值，当所述相似度大于所述预设阈值时，确定所述待测场景中人脸为人脸活体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，包括：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中静止人脸的不同角度的图像或视频。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，包括：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的上下和/或左右角度的图像或视频。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，构建所述待测场景中人脸的三维模型，包括：
根据获取的图像，确定所述待测场景中人脸的深度信息图像；根据所述深度信息图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型；或
根据获取的视频，确定所述待测场景中人脸的三维展开图像；根据所述三维展开图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型。
5.一种人脸活体检测装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于在待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频；
三维模型构建单元，用于根据获取的所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，构建所述待测场景中人脸的三维模型；
相似度获取单元，用于将构建的所述待测场景中人脸的三维模型与预设人脸活体三维模型进行比较，获取所述待测场景中人脸的三维模型与所述预设人脸活体三维模型的相似度；
比较确定单元，用于判断所述相似度是否大于预设阈值，当所述相似度大于所述预设阈值时，确定所述待测场景中人脸为人脸活体。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取单元，具体用于：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中静止人脸的不同角度的图像或视频。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述获取单元，具体用于：
在所述待测场景中人的头部静止时，获取所述待测场景中人脸的上下和/或左右角度的图像或视频。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述三维模型构建单元具体用于：
根据获取的图像，确定所述待测场景中人脸的深度信息图像；根据所述深度信息图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型；或
根据获取的视频，确定所述待测场景中人脸的三维展开图像；根据所述三维展开图像，构建所述待测场景中人脸的三维模型。
9.一种人脸活体检测系统，其特征在于，图像采集器、加速度传感器及如权利要求5至8任一项所述的人脸识别装置；
所述图像采集器用于在所述待测场景中人的头部静止时，采集所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频，并将采集的图像或视频发送给所述人脸识别装置；
所述加速度传感器用于实时获取所述图像采集器的运动状态，以确定所述图像采集器在所述待测场景中人的头部静止时，移动并获取所述待测场景中人脸的不同角度的图像或视频。
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|---|---|
| CN105718863A true CN105718863A (zh) | 2016-06-29 |
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