CN108073897A - 一种基于视线的活体认证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视线的活体认证方法，可用于对某用户进行活体认证，所述方法包括：确定用户的约定符号序列；生成提示界面序列，并以约定符号序列长度为迭代次数，依次显示提示界面序列中的提示界面；采集用户面部图像序列，并对序列中的图像是否存在面部进行检测；根据所采集的图像序列，获得注视符号序列，并与约定符号序列进行比对，判断获取的符号序列是否来自符合约定的活体，实现活体认证。通过本发明，非法用户难以利用事先获取或合成的图像而来欺骗系统。通过保证参与验证的面部图像采自活体，来降低认证过程中存在的安全隐患。

Description

一种基于视线的活体认证方法

技术领域

本申请涉及生物特征识别领域，更具体地，涉及活体认证的方法。

背景技术

合法用户的面部图像可能被盗取，使得基于面部识别的身份认证方法存在安全隐患。为了解决这一问题，研究人员提出了许多方法来确保所识别的面部图像采自活体。

现有的方法中，面部检测法通过检测认证过程中是否出现无面部、多面部的情况，可有效防止人与人或人与照片的切换；连续性检测和无面部检测同时使用能够更好的防止中途切换验证用户，验证面部运动轨迹是否正常，能发觉中途换人产生的异常运动；3D检测法验证采集到的是否为立体人像，能够防止平面照片、不同弯曲程度的照片的攻击；活体算法检测通过指定用户做随机动作(摇头、点头、凝视、眨眼、上下移动手机)，判断用户是否为正常操作，防止视频攻击、非正常动作的攻击。

以上方法的能够有效解决静态图片攻击和普通的视频攻击，但对于较为高级的合成图像攻击的防御力度仍然不足。例如，美国斯坦福大学等机构研发出一款基于密集光度一致性(dense photometric consistency measure)来实时跟踪源的面部跟踪软件Face2Face。它可以通过摄像头捕捉用户的动作和面部表情，然后驱动视频中的目标人物做出一模一样的动作和表情，实时重现一个人说话时的动作和表情，并将其映射到(目标图像)另外一个人的脸上。这种通过一个真实的表演者来驱动的合成图像，具有连续性，包含了三维信息，还能够灵活完成一些指定动作。很难通过现有方法防御。而那些通过借助专用的设备来实施的方法，如红外检测测量人体温度等方法，极大地增加了系统的复杂性和成本。

基于上述讨论，本领域中需要一种能够更为有效、准确和方便的活体认证技术方案。

发明内容

为了解决现有技术容易受到高级合成图像欺骗的问题。本发明提出一种用于活体认证的方法，该方法能够有效判断图像序列是否采集自活体，避免合成的图像对识别系统的欺骗。

本发明所采用的技术方案是:一种基于视线的活体认证方法，可用于对某用户进行活体认证，所述方法包括：

a.确定用户的约定符号序列；

b.根据约定符号序列生成提示界面序列，并以约定符号序列长度为迭代次数，依次显示提示界面序列中的提示界面；每次显示时，在限定时间内，在屏幕上显示一幅提示界面，同时采集用户面部图像序列，并对序列中的图像是否存在面部进行检测；

c.根据所采集的图像序列，确定视线稳定后对准的注视符号，从而获得注视符号序列，并与约定符号序列进行比对，判断获取的符号序列是否来自符合约定的活体，实现活体认证。

进一步地，上述方法具体为：根据约定符号序列生成提示界面序列，m1、m2、…、mi、…mn有序排列构成了约定符号序列，相应地，S1、S2、…、Si、…Sn有序排列构成了提示界面序列，1<＝i<＝n；

其中，约定符号mi属于符号集合Wi，所述符号集合Wi由包含约定符号mi在内的V个不同的符号组成；

每个提示界面Si具有U个固定位置，U>＝1，每个位置可用于1个符号显示，但U个位置中仅随机选择其中V个位置用于实际显示，1<＝V<＝U；

提示界面Si显示时，V个位置同时显示V个不同符号，且V个符号与V个位置的对应关系随机，所述V个符号是符号集合Wi包含的全部符号；

在提示界面Si显示时，用户在V个符号中选择1个符号进行注视。

进一步地，检测每个提示界面Si显示时，用户的注视位置所对应的符号Ri，最终获得注视符号序列R1、R2、…、Ri、…Rn(注视符号序列长度n与约定符号序列长度一致)。

进一步地，提示界面限定面部轮廓在屏幕的一定范围内。

进一步地，采集用户面部图像序列，并对序列中的图像是否存在面部进行检测，若出现没有检测到面部的情况，则活体认证过程失败。

本发明的有益效果在于：根据本发明，非法用户难以利用事先获取或合成的图像而来欺骗系统。通过保证参与验证的面部图像采自活体，来降低认证过程中存在的安全隐患。除基本的摄像和信息传输设备外，该方法不需要其他专用设备或仪器的辅助，可以由现有的计算机设备或移动智能设备实现。

附图说明

图1描述了本发明某一活体认证实施例的流程示意图；

图2描述了本发明某一实施例用于面部检测的提示框；

图3描述了本发明某一实施例中提示界面显示和视线移动的过程；

图4A～4D描述了本发明某一实施例中n次提示界面显示和视线移动的过程；

图5描述了本发明某一活体认证实施例的应用场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

本发明提供一种基于视线的活体认证方法，该方法包括显示多个提示界面si、获取用户在注视提示界面si状态下的面部图像序列，以及根据面部图像序列与提示界面Si的分布信息进行活体认证三部分；

其中，提示界面Si的生成方式如下：

根据与用户约定的符号序列m1、m2、…mn，生成n个显示符号集合w1、w2、…、wi、…wn，显示符号集合wi通过提示界面si显示，s1、s2、…、si、…sn(n>＝1，1<＝i<＝n)构成提示界面序列；其中，显示符号集合wi包含符号mi和v-1个其他符号，每个提示界面si中具有U个(U>＝1)固定位置，每个固定位置可显示一个字符；每次显示时，显示符号集合wi中的所有字符在提示界面Si上的固定位置随机分布。

上述的认证方法如下：

根据所采集的图像序列，结合提示界面中的符号分布，确定提示界面Si显示期间视线稳定后对准的注视符号，从而获得注视符号序列，并与约定符号序列进行比对，若一致，则认证通过。

m1、m2、…、mi、…mn有序排列构成了约定符号序列，1<＝i<＝n，n是序列的长度；相应地，w1、w2、…、wi、…wn是每个提示界面的显示符号集合；根据约定符号序列生成提示界面序列，相应地，s1、s2、…、si、…sn有序排列构成了提示界面序列；

注意，约定符号mi属于符号集合wi，所述符号集合wi由包含约定符号mi在内的V个不同的符号组成；每次认证时使用相同的符号集合wi；

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明某一活体认证实施例的流程示意图。

步骤S101过程中，根据约定符号mi生成提示界面si，提示界面Si具有U个(U>＝1)固定位置，每个位置可用于1个符号显示，但U个位置中仅随机选择其中V个(1<＝V<＝U)位置用于实际显示；V个位置同时显示V个符号，且V个符号与V个位置的对应关系是随机的，所述V个符号是符号集合wi包含的全部符号；即提示界面包含约定符号mi和V-1个其它符号，所述符号在V个位置上随机显示。用户需要从多个符号中一个符号，并将视线移动到该符号上，并在提示界面更新前保持视线。用户只有知道约定符号序列并按约定选择符号，才能通过认证；

步骤S102中,采集用户面部图像序列，并且对图像进行面部检测，并在执行S104步骤前持续采集和检测。图像序列指的是通过传感器采集到的适当格式的图像或视频。本发明的某些实施例中，获取的原始图像可以经过各种预处理和格式转换，以用于后续检测。本发明的范围在此方面不受限制。

在采集图像序列的过程中，如图2所示，在屏幕上将采集到的用户图像作为背景显示，并显示提示框202来限定用户面部的最佳位置。同时检测图像序列是否在存在无用户面部、多面部的情况，以防止人与人或人与照片的切换。

步骤S102所使用的面部检测方法，可以是任何目前已知或者将来开发的方法，本发明的范围在此方面不受限制。

在步骤S103中，计算并检查是否完成约定的次数的显示和选择(约定次数n为约定序列长度)。当选择次数达到n时进入步骤S104，反之则重复S101～S103的步骤。

接下来在步骤S104，对步骤S101-S103过程中采集的图像序列进行检测；检测每个提示界面si显示时，用户的注视位置所对应的符号ri，形成长度为n的注视符号序列；并在步骤S105中将注视符号序列与约定符号序列进行比对，判断所采集的图像序列中获取的符号序列是否来自符合约定的活体。

图3描述了本发明某一实施例中提示界面生成、显示和视线移动的过程。

现在参考图3来考虑一个具体提示界面(此示例中，设定n＝3，U＝4，V＝4，用数字1234来分别标识4个不同的符号)，其中符号301标识约定符号mi，提示界面中，含符号301在内的4个符号同时被随机显示在屏幕上的4个不同位置。

最初，用户的视线可以落在屏幕上任意位置(左图中用户最初注视的是屏幕正中央)。当屏幕上显示提示界面后，用户开始选择符号。右图中，用户作出选择(假设用户知道符号301是约定的符号mi，并按约定进行选择)，将视线移到符号301所在区域。

注意，图3、图4中都省略了显示的其它部分，实际实施例中仍然需要显示提示框和采集到的用户图像。

图4A～图4D描述了本发明某一实施例中的认证示例。

现在参考图4A一图4D来考虑具体的认证示例(此示例中，设定n＝3，U＝4，V＝4，用数字1234来分别标识4个不同的符号)，{图4A、图4B、图4C}和{图4A、图4B、图4D}分别描述了两名用户的不同选择的过程(每个过程分别包含n＝3次选择过程)。

对{图4A、图4B、图4C}过程，第1次，用户选择符号401，将视线移到左上角区域，这次选择结束后，检查发现未完成约定的3次选择，回到步骤S101，提示界面更新；第2次，用户选择符号402，将视线移到左下角区域，这次选择结束后，检查发现未完成约定的3次选择，回到步骤S101，提示界面更新；第3次，用户选择符号403，将视线移到右上角区域，这次选择结束后，检查发现已完成约定的3次选择，进入检测步骤，图4A、图4B、图4D过程同理。

在此示例中，用数字标识不同的符号，约定符号序列和最终检测的注视符号序列也可分别用一串数字序列表示，对于图4A一图4C过程，3次选择的检测结果是序列“123”，对于图4A、图4B、图4D描述的过程，3次选择的检测结果是序列“124”。

在接下来的步骤s105中，判断用户注视的符号序列是否和约定符号序列相符(设本示例约定符号序列是“123”)，对于图4A一图4C过程，注视的符号序列“123”和约定符号序列“123”相符，认证通过；对于图4A、图4B、图4D描述的过程，注视的符号序列“124”和约定符号序列“123”不相符，认证不通过。

图5示出了本发明的一种网络身份认证的实施例的应用场景示意图。客户端通过网络与服务器端连接，所有校验过程均基于互联网完成，通过客户端与用户交互并采集用户的面部图像序列，由服务器端验证图像序列是否采自符合约定的活体。

由上述实施例可见，在对用户进行验证时，通过在屏幕上同时显示多个符号，由用户选择符号进行注视，可以进一步提高活体认证的准确性和可靠性。在一系列显示过程中，如果检测出的用户视线，随着符号显示的变化而相应地移动，且其视线对准的符号与约定相符，则可以确定正在处理的面部图像序列是采自符合约定的活体。相反，如果检测到视线对准的符号与约定不符，则可以认为存在着非活体用户的风险。

容易理解，当非法用户不知道约定的内容时，就不能正确的选择符号进行注视，即使用户视线可能恰好落入相应符号的邻域内，这种情况也不可能连续多次发生。因此，通过在屏幕上同时显示多个符号，并要求用户按约定选择符号进行注视，能够更好地防止非法用户利用合成的面部视频进行攻击。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种基于视线的活体认证方法，可用于对某用户进行活体认证，其特征在于，所述方法包括：

a.确定用户的约定符号序列；

b.根据约定符号序列生成提示界面序列，并以约定符号序列长度为迭代次数，依次显示提示界面序列中的提示界面；每次显示时，在限定时间内，在屏幕上显示一幅提示界面，同时采集用户面部图像序列，并对序列中的图像是否存在面部进行检测；

c.根据所采集的图像序列，确定视线稳定后对准的注视符号，从而获得注视符号序列，并与约定符号序列进行比对，判断获取的符号序列是否来自符合约定的活体，实现活体认证。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：具体为：

根据约定符号序列生成提示界面序列，m1、m2、…、mi、…mn有序排列构成了约定符号序列，相应地，S1、S2、…、Si、…Sn有序排列构成了提示界面序列，1<＝i<＝n；

其中，约定符号mi属于符号集合Wi，所述符号集合Wi由包含约定符号mi在内的V个不同的符号组成；

每个提示界面Si具有U个固定位置，U>＝1，每个位置可用于1个符号显示，但U个位置中仅随机选择其中V个位置用于实际显示，1<＝V<＝U；

提示界面Si显示时，V个位置同时显示V个不同符号，且V个符号与V个位置的对应关系随机，所述V个符号是符号集合Wi包含的全部符号；

在提示界面Si显示时，用户在V个符号中选择1个符号进行注视。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：检测每个提示界面Si显示时，用户的注视位置所对应的符号Ri，最终获得注视符号序列R1、R2、…、Ri、…Rn(注视符号序列长度n与约定符号序列长度一致)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：提示界面限定面部轮廓在屏幕的一定范围内。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采集用户面部图像序列，并对序列中的图像是否存在面部进行检测，若出现没有检测到面部的情况，则活体认证过程失败。