CN108710844B - 对面部进行检测的认证方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了面部检测时使用的光谱认证方法，包括照射检测区域中的面部以取得分别在可见光和红外光区域三个不同波段的第一、第二和第三图像。对采样区域在第一、第二和第三图像中进行采样以测量反射率。计算每个采样区域在第一图像与第二图像中的反射率的第一比值以及在第一图像与第三图像中的反射率的第二比值，并且在至少一个采样区域的第一比值和第二比值在预先确定的反射率比阈值范围之外时判定面部具有不属于人体皮肤的部分。本发明的实施例还公开了相应的的对面部进行检测的认证装置。
Description
技术领域
本公开关于面部检测技术的领域，更具体地关于对面部进行检测的方法和装置。
背景技术
当前被广泛应用的面部检测技术是一种通过摄像机捕捉待检测的人脸图像并分别所捕捉的人脸图像属于何人的技术。在应用面部检测技术进行考勤、门限、安全识别、嫌疑人辨认等情况下一般是通过将摄像机捕捉到的面部图像特征与预先存储的人脸特征模板进行对比来确认所检测的面部是否属于之前已经注册的有关人员。由于该过程是基于图像视觉特征，所以使用打印的照片、面具、化妆等各种方法伪造全部或部分面部仍然能够通过该验证过程。在不引入其他机制的情况下，很难通过当前的面部检测技术辨别这些伪造的面部，这可能造成各种误判情况甚至是安全漏洞。
与此同时，利用人体面部在红外波段的特征，例如光谱特性、红外辐射等可以避免可见光波段其他的变装材料造成的检测干扰，但可能因为人体温度、情绪、健康状态的变化而导致人脸识别的准确度相比较可见光波段更低。如果可以将红外波段的检测与可见光波段的面部检测技术结合，则可以相互弥补提高检测装置的安全性和准确性。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中的上述问题，并提供一种能区分真正的人脸和伪造的人脸的面部检测认证方法和装置。
本发明公开了一种对面部进行检测的认证方法，包括照射检测区域中的面部以取得光谱范围为645-655nm的第一图像、光谱范围为1160-1170nm的第二图像和光谱范围为1520-1540nm的第三图像；对面部的多个采样区域在第一图像、第二图像和第三图像中进行采样以得到该多个采样区域的反射率；计算每个采样区域在第一图像中的反射率与在第二图像中的反射率的第一比值以及在第一图像中的反射率与在第三图像中的反射率的第二比值；以及在至少一个采样区域的第一比值和第二比值的两者在预先确定的反射率比阈值范围之外时判定面部具有不属于人体皮肤的部分。
本发明还公开了一种对面部进行检测的认证装置，其包括光源、使得光谱范围645-655nm通过的第一滤波器、使得光谱范围1160-1170nm通过的第二滤波器、使得光谱范围1520-1540nm通过的第三滤波器、成像器件以及处理器，其中处理器配置为通过成像器件对光源照射的检测区域中的面部在分别经过第一滤波器、第二滤波器和第三滤波器滤波之后进行成像以得到第一图像、第二图像和第三图像；对面部的多个采样区域在第一图像、第二图像和第三图像中进行采样以得到该多个采样区域的反射率；计算每个采样区域在第一图像中的反射率与在第二图像中的反射率的第一比值以及在第一图像中的反射率与在第三图像中的反射率的第二比值；以及在至少一个采样区域的第一比值和第二比值的两者均在预先确定的反射率比阈值范围之外时判定面部具有不属于人体皮肤的部分。
在一些实施例中，第一、第二和第三图像中反射率分别是采样区域的亮度与预先测量的基准的比值。
在一些实施例中，预先确定的反射率比阈值范围为50％以上且200％以下。
在一些实施例中，面部的多个采样区域包括其中心构成等边三角形的三个采样区域。
在一些实施例中，面部的多个采样区域包括其中心构成正方形的四个采样区域。
本发明实施例的一些优势在于可以在人脸识别的基础上，进一步利用光谱特征分辨真实与伪造的人脸，从而提高人脸检测的准确性和安全性，且可以通过加装滤光片的方法在现有的检测装置上升级来加入该功能。
附图说明
本文提供了附图以便结合说明书对实施例进行图示说明，但给出附图并不是为了做出限制。图1是根据本发明一些实施例的面部检测认证装置的框图。
图2是根据本发明一些实施例的面部检测认证方法的流程图。
具体实施方式
本领域技术人员将理解尽管术语第一、第二等可在本文中用于描述各种元素，但这些元素不应由这些术语限制。这些术语仅用于将各种元素彼此区分开。
图1是根据本发明一些实施例的面部检测认证装置的框图。该面部检测认证装置包括光源110、滤波器101、滤波器102、滤波器103、成像器件104以及处理器105。光源110可以是任何的包括可见和红外波段的宽光谱光源，其用于在黑暗环境下照亮待检测的面部以弥补自然光的不足。滤波器101、102和103为带通滤波器，可以是可以光纤滤波器、介质膜滤波器、FP滤波器、MZ滤波器或以上组合。光源110所发出的光在分别经过滤波器101、102和103滤光后将透过645-655nm的可见光波段111、1160-1170nm的红外波段112和1520-1540nm的红外波段113。成像器件104可以是CCD，CMOS等各类公知的感光并进行记录的装置，并且可以配备有相应的成像镜头等外设装置。处理器105可以是用来执行指令的任何通用或者专用的处理设备，例如CISC或RISC指令集处理器、x86指令集处理器、多核处理器、单片机、控制器、逻辑控制单元或任何其他的微处理器或中央处理单元(CPU)。图2是根据本发明一些实施例的面部检测认证方法的流程图。在步骤S201中，处理器105使用成像器件104对光源110照射的检测区域中的面部在分别经过第一滤波器101、第二滤波器102和第三滤波器103滤波之后进行成像以分别得到光谱范围不同的第一图像、第二图像和第三图像。第一图像、第二图像和第三图像优选地分别位于645-655nm的可见光波段111、1160-1170nm的红外波段112和1520-1540nm的红外波段113，以提供相对更高的对比从而提高检测准确率。光源110可选地安装在面部检测认证装置上与面部接近的位置，以便为面部提供均匀的光照。
在步骤S202中，对面部的多个采样区域在第一图像、第二图像和第三图像中分别进行采样以得到这多个采样区域的反射率。该反射率可以定义为采样区域的亮度与预先测量的基准的比值。处理器105在读取第一图像、第二图像和第三图像后利用当前广泛使用的人脸检测方法，例如Adaboost算法等提取面部区域以用于后续的检测过程。可以根据人脸的直方图特征、模板特征、色彩范围特征等使用分类器将第一图像、第二图像和第三图像中包含的人脸的范围和轮廓查找出，并随后在人脸的范围内选取采样区域。面部的采样区域可以选择为中心构成等边三角形的三个采样区域或者中心构成正方形的四个采样区域。这样的采样区域分布可以确保采样区域位于皮肤裸露部分较多的额头和脸颊处，避开可能对红外部分检测的准确率造成影响的眼镜等部位。每个采样区域可以是1*1，5*5，9*9，17*17，33*33像素的自定义大小的区域。如果采样区域包括多个像素，则该采样区域的亮度可以是所有像素亮度的平均值。处理器105计算每个采样区域的亮度，并且将其与预先测量的光源的基准亮度作为反射率。光源的基准亮度作为用于比较的本底值，可以通过出厂时的标定步骤来以常数的形式保存其光谱强度，也可以在使用过程中由用户自行利用对照物测量。基准亮度对于同一个光源110可以认为是基本不变的。而人脸、纸张、硅胶等不同材质对于光源110的反射率曲线特征的不同将反映所检测是否是真实的人脸。
在步骤S203中，计算每个采样区域在第一图像中的反射率与在第二图像中的反射率的第一比值以及在第一图像中的反射率与在第三图像中的反射率的第二比值。第一比值和第二比值的差别可以用来确认所检测的面部的光谱特征。例如，黄种人的脸部在645-655nm波长范围内将具有相对最高的反射率，一般在50％-70％左右，与用于变装的硅胶、橡胶等其他材质的反射率在该波段是相似的，而在1160-1170nm波长范围内反射率相对于用于变装的硅胶、橡胶等其他材质均较高，且由于人体本身的红外线辐射使得反射率相对于第一图像中可见光部分的差别要比这些其他材质小，尤其是对于硅材料的变装品在第二图像中由于吸收峰的存在使得反射率相比皮肤明显较低。而在1520-1540nm中硅胶、橡胶等材料的反射率相比于645-655nm波长范围或者明显高于皮肤，或者明显低于皮肤。此外，这些其他材料的反射率的第二比值与第一比值的差别也将与人体的反射率的第二比值与第一比值的差别明显不同。例如，人体的反射率的第一比值相比于第二比值的范围一般在120％-160％之间，这可能因为个体差异、体温等因素而产生变化，而对于硅胶、橡胶等材料会超过该范围以外，一般在50％以下，或者200％以上。
因此在步骤S204中，定义一个例如是50％-200％的反射率比阈值范围。若在至少一个采样区域的第一比值和第二比值两者均在预先确定的反射率比阈值范围之外时则判定面部具有不属于人体皮肤的部分。非人体皮肤的常用变装材质会致使在第二图像和第三图像中红外波段的反射率与第一图像中可见波段的反射率的比值超出该范围。对于未来可能出现的其他新材料，可能会要求重新定义该反射率比阈值范围。在实际检测过程中，可以首先用第一图像、第二图像和第三图像之中的任一个先进行面部识别，判断视觉特征是否与预先存储的面部特征吻合。如果判断吻合，则进一步通过本公开实施例的光谱特征分析判断面部提取的多个采样区域中是否有一个采样区域的第一比值和第二比值均在反射率比阈值范围之外。如果有，则说明该采样区域中可能存在不属于人体皮肤的变装用材料，这时可以不给予被检测者认证通过。对于安全性要求较高的机房、仓库、金库等场所，可以通过本公开的实施例在面部识别门禁的基础上进一步增加其面部识别的准确性，防止通过变装欺骗安检。对于现有的面部识别门禁系统，可以通过增加外部的额外滤光片和光源的方法进行硬件升级，并且通过服务器在远程执行面部检测的方法步骤来在不更换的情况下继续应用。
本领域技术人员在查看所示附图和描述时将明白依据于本发明概念和原则的实施例的其它各种装置和/或方法。所有此类装置和/或方法都包括在本发明的公开范围内，并且在本发明概念和原则的范围内。
Claims (10)
1.一种对面部进行检测的认证方法，其特征在于包括：
照射检测区域中的面部以取得光谱范围为645-655 nm的第一图像、光谱范围为1160-1170 nm的第二图像和光谱范围为1520-1540 nm的第三图像；
对面部的多个采样区域在所述第一图像、第二图像和第三图像中进行采样以得到该多个采样区域的反射率；
计算每个采样区域在第一图像中的反射率与在第二图像中的反射率的第一比值以及在第一图像中的反射率与在第三图像中的反射率的第二比值；以及
在至少一个采样区域的所述第一比值和第二比值两者均在预先确定的反射率比阈值范围之外时判定面部具有不属于人体皮肤的部分。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一、第二和第三图像中所述反射率分别是采样区域的亮度与预先测量的基准的比值。
3.权利要求2所述的方法，其特征在于所述预先确定的反射率比阈值范围为50%以上且200%以下。
4.权利要求3所述的方法，其特征在于面部的所述多个采样区域包括其中心构成等边三角形的三个采样区域。
5.权利要求3所述的方法，其特征在于面部的所述多个采样区域包括其中心构成正方形的四个采样区域。
6.一种对面部进行检测的认证装置，其特征在于包括光源、使得光谱范围645-655 nm通过的第一滤波器、使得光谱范围1160-1170 nm通过的第二滤波器、使得光谱范围1520-1540 nm通过的第三滤波器、成像器件以及处理器，其中所述处理器配置为：
通过所述成像器件对所述光源照射的检测区域中的面部在分别经过所述第一滤波器、第二滤波器和第三滤波器滤波之后进行成像以得到第一图像、第二图像和第三图像；
对面部的多个采样区域在所述第一图像、第二图像和第三图像中进行采样以得到该多个采样区域的反射率；
计算每个采样区域在第一图像中的反射率与在第二图像中的反射率的第一比值以及在第一图像中的反射率与在第三图像中的反射率的第二比值；以及
在至少一个采样区域的所述第一比值和第二比值的两者均在预先确定的反射率比阈值范围之外时判定面部具有不属于人体皮肤的部分。
7.权利要求6所述的装置，其特征在于所述第一、第二和第三图像中所述反射率分别是采样区域的亮度与预先测量的基准的比值。
8.权利要求7所述的装置，其特征在于所述预先确定的反射率比阈值范围为50%以上且200%以下。
9.权利要求8所述的装置，其特征在于面部的所述多个采样区域包括其中心构成等边三角形的三个采样区域。
10.权利要求8所述的装置，其特征在于面部的所述多个采样区域包括其中心构成正方形的四个采样区域。
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