CN111164610B - 用于增强面部识别安全性的反欺骗真脸部感测 - Google Patents

Abstract

设备、系统、技术和过程的技术用于通过使用光学感测和其他感测机制来提供用于面部识别的反欺骗特征，其针对面部欺骗设备或技术具有增强的安全性，以探究真人的脸部的在大多数由人工材料制成的欺骗设备中缺乏的或难以复制的某些独特的特征，包括基于人的脸部的生物部分的独特的光学吸收或反射特征的光学感测。

Description

用于增强面部识别安全性的反欺骗真脸部感测

相关申请的交叉引用

本专利文件要求申请人为深圳市汇顶科技股份有限公司于2019年1月4日提交的申请号为62/788,749、发明名称为“用于增强面部识别安全性的反欺骗真脸部感测”的美国临时专利申请的权益和优先权，该申请通过引用并入作为本专利文件公开内容的一部分。

技术领域

本专利文件涉及人的面部特征的检测，作为用于授权访问安全电子设备、安全数字系统、安全设施或场所的用户认证的一部分。

背景技术

各种传感器可以在电子设备或系统中实现，用于检测来自人或人的独特的识别特征并提供用户认证，以准许或拒绝访问包括便携式或移动计算设备(例如，笔记本电脑、平板电脑、智能手机)、游戏系统、各种数据库、信息系统或大型计算机控制系统的安全设备或系统。可以使用各种认证机制来保护敏感或机密数据并阻止未经授权的访问。电子设备上的用户认证可以通过一种或多种形式的生物特征标识符执行，其可以单独使用或除常规密码认证方法之外使用。生物特征标识符的一种流行形式就是人的指纹图案。指纹传感器可以内置在该电子设备中，以读取用户的指纹图案，使得该设备只能由该设备的授权用户通过认证该授权用户的指纹图案来解锁。另一个示例是成像设备，该成像设备检测人的脸部以提取人的独特的面部特征作为用于用户认证的生物特征标识符。苹果公司的一些最新iPhone型号是使用面部成像来提供脸部识别以认证人是否为授权用户的设备的示例。

然而，人的生物特征标识符，例如面部特征，可以通过使用欺骗工具或设备来复制或制造，以逃避基于面部识别的用户认证机制。

发明内容

本专利文件公开了通过使用光学感测和其他感测机制来提供用于面部识别的反欺骗特征的设备、系统、技术和过程，其针对面部欺骗设备或技术具有增强的安全性。真人的脸部具有大多数由人工材料制成的欺骗设备中缺乏的或难以复制的某些独特的特征。本专利申请中公开的技术使用这种独特的特征来提供用于面部识别的反欺骗特征，包括基于人的脸部的生物部分的独特的光学吸收或反射特征的光学感侧。

一方面，所公开的技术可以被实现为提供一种能够进行面部识别以确定人是否为授权用户的系统。该系统可以包括，例如：光学成像系统位于其上的设备结构，所述光学成像系统包括光学检测器的光学传感器阵列，用于采集人的脸部的一个或多个脸部图像用于面部识别；以及所述设备结构上的一个或多个探测光源，用于产生两个或更多个不同光学照明波长的探测光以照亮所述人的脸部。所述一个或多个探测光源被构造使得所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长引起真人的脸部的一个或多个部分不同水平的光学吸收，以分别产生所述两个或更多个不同光学照明波长的不同的光信号，所述光信号在所述光学探测检测模块处可测量到不同以指示检测的所述脸部是否来自真人。该系统包括：位于所述设备结构上的光学探测检测模块，与所述光学成像系统的所述光学传感器阵列分离，用于检测所述人的脸部上的由所述两个或更多个不同光学照明波长的探测光的照明引起的光以产生探测检测信号；以及设备控制模块，被耦合以接收来自所述光学探测检测模块的所述探测检测信号中的信息以及采集的来自所述光学成像系统的所述一个或多个脸部图像，所述设备控制模块被构造为处理采集的所述一个或多个脸部图像以提取所述人的面部特征，将提取的所述面部特征与授权用户的已知面部特征的数字数据进行比较，以确定是否存在匹配。设备控制模块被构造为处理检测的所述人的脸部上的由所述探测光的照明引起的所述光，以测量所述两个或更多个不同光学照明波长中两个光学照明波长之间检测的所述光的差异，并且应用测量的所述差异来确定检测的所述脸部是否来自真人。

另一方面，所公开的技术可以被实现为提供一种用于进行人的面部识别以确定所述人是否为授权用户的方法。该方法的一个示例包括：通过光学成像系统采集人的脸部的一个或多个脸部图像，所述光学成像系统包括光学检测器的光学传感器阵列；处理采集的所述一个或多个脸部图像以提取所述人的面部特征，将提取的所述面部特征与授权用户的已知面部特征的数字数据进行比较，以确定是否存在匹配；引导两个或更多个不同光学照明波长的探测光以照亮所述人的脸部；操作与所述光学成像系统的所述光学传感器阵列分离的光学探测检测模块，以检测所述人的脸部上的由所述两个或更多个不同光学照明波长的探测光的照明引起的光；处理检测的所述人的脸部上的由所述探测光的照明引起的所述光，以测量所述两个或更多个不同光学照明波长中两个光学照明波长之间检测的所述光的差异；以及使用测量的所述差异来确定检测的所述脸部是否来自真人。

在一些实现方式中，上述方法可以包括选择所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长，使得来自所述人的眼睛的瞳孔的光学反射在信号强度上可测量到不同，以允许将检测的来自所述人的眼睛的瞳孔的光学反射的测量的差异作为用于检测的所述脸部是否来自真人的指示符。在其他实现方式中，上述方法可以包括：选择所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长，以引起真人的面部皮肤不同水平的光学吸收，使得所述两个或更多个不同光学照明波长的正渗透入所述面部皮肤而被所述面部皮肤散射的所述探测光的束斑尺寸为可测量到不同；通过所述探测检测模块采集所述光学传感器阵列处束斑的图像；处理采集的所述两个或更多个不同光学照明波长的所述束斑的图像，以测量所述束斑的差异；以及使用测量的所述差异来确定检测的所述脸部是否来自真人。

在一些实现方式中，上述方法还可以包括两个或更多个探测光源与所述光学传感器阵列相邻放置，从而将所述两个或更多个不同光学照明波长的探测光被引导照射所述人的脸部，以当所述人看向所述探测光检测模块时引起从所述人的眼睛向所述探测光检测模块的近回射，其中，所述两个或更多个探测光源用于产生所述两个或更多个不同光学照明波长的探测光。

在一些实现方式中，上述方法还可以包括：使引导向所述人的所述探测光为以第一偏振的偏振光；通过所述光学探测检测模块以在检测来自所述人的眼睛的瞳孔的反射探测光时检测处于第二偏振的光；以及将检测的以特定偏振的所述反射探测光的功率水平作为所述反射探测光是由来自当反射光时消偏振光的人的眼睛还是来自人造物体的反射产生的指示符。

又一方面，所公开的技术可以被实现为提供一种用于辅助人的面部识别以确定所述人是否为真人的设备。该设备包括：光学探测检测模块，包括光学探测检测器的光学探测传感器阵列，用于检测来自人的脸部的光或采集人的脸部的图像，以辅助面部识别；以及一个或多个探测光源，位于所述光学探测传感器阵列附近，用于产生两个或更多个不同光学照明波长的探测光以照亮所述人的脸部。所述一个或多个探测光源被构造使得所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长引起真人的脸部的一个或多个部分不同水平的光学吸收，以分别产生所述两个或更多个不同光学照明波长的不同的光信号，所述光信号在所述光学探测检测模块处可测量到不同以指示检测的所述脸部是否来自真人。

在上述设备的一些实现方式中，所述一个或多个探测光源可以被构造为将(1)所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长之一设置为942nm或接近942nm，在所述波长处，所述真人的瞳孔中的玻璃体液或面部皮肤表现出强光学吸收以及将(2)所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长中的另一个设置为在选定的光学照明波长处远离942nm光谱定位，在所述波长处，所述真人的瞳孔中的玻璃体液或面部皮肤表现出可测量的较少的光学吸收。

在上述设备的一些实现方式中，该设备还可以包括：一个或多个光学偏振器，分别放置在所述一个或多个探测光源的光路中，用于产生引导向所述人的所述探测光，成为以第一偏振的偏振光；以及一个或多个检测光学偏振器，被定位成仅选择处于第二偏振的向所述光学探测传感器阵列的入射光中的光到达所述光学探测传感器阵列，以检测接收的处于所述第二偏振的所述光的功率水平，作为检测的所述光是由来自当反射光时消偏振光的人的眼睛还是来自人造物体的反射产生的指示符。

在上述系统、方法或设备的一些实现方式中，触发机制或模块可以被实现为，当确定用户打算访问设备时，触发、开启、激活或开始脸部ID检测和处理。一种触发技术是使用移动设备上的一个或多个压力传感器来感测用户是正手持电话还是正抓着电话。该触发机制的另一个示例是使用加速度传感器。这种触发机制的又一示例是通过监测用户的眼睛的光学触发器。

以下附图、说明书和权利要求对所公开技术的上述和其它方面、其实现方式及特征提供了更详细的描述。

附图说明

图1是具有用于用户认证的脸部识别的安全设备或系统的示例的框图，该安全设备或系统包括光学成像模块、光学真度检测模块和用户认证处理器，光学成像模块用于采集脸部的图像用于脸部识别，光学真度检测模块用于确定从其采集脸部图像的物体是否为真人的脸部，用户认证处理器基于用于脸部识别的来自两个模块的信息来确定是准许还是拒绝访问。

图2示出了执行图1中的光学真脸部检测的移动电话的正面的示例。

图3示出了具有光学探测检测阵列和一个或多个探测光源的光学真脸部检测模块封装的示例，一个或多个探测光源用于生成两个或更多个不同光学照明波长的探测光，以引起真人的脸部的一个或多个部分不同水平的光学吸收，以产生可测量为不同的不同的光信号，以指示检测的脸部是否来自真人，而不是用于逃避面部识别的欺骗设备。图3中，使用以下图例：

29-连接器；

31-电路板；

33-微型相机驱动板；

35-微型相机；

35a-滤光层；

35b-偏振器；

35c-光电二极管阵列；

37-1号光源；

37a-1号光发射器；

37b-1号光处理器；

39-2号光源；

39a-2号光发射器；

39b-2号光处理器；

41-相机镜头组件；

41a-透镜；

43-1号窗口材料；

45-邻近光源；

45a-邻近光发射器；

45b-邻近光处理器；和

47-2号窗口材料。

图4示出了水和其他物质的光吸收特性的示例以及分别在942nm和850nm处的来自真人的眼睛的两个反射图像。

图5示出了942nm和850nm的进入皮肤并被皮肤组织散射的红外探测光的光束扩展的图示。

图6示出了在反射偏振光时结合人的视网膜的消偏振特性的光偏振的使用。

图7A和图7B示出了基于人的脸部上的某些面部部分的图像位置的脸部的脸部方向的光学检测。

图8示出了基于本专利文件中所公开的光学真脸部检测的真脸部检测算法的示例。

具体实施方式

该专利文件中公开的脸部识别技术提供了在与光相互作用时的人的脸部的独特的特征的光学感测，以提供用于面部识别的反欺骗特征。电子设备或系统可以配备所公开的脸部识别机制，以改进访问设备或系统的安全性。这种电子设备或系统可以包括便携式或移动计算设备，例如智能手机、平板计算机、腕戴式设备和其他可穿戴或便携式设备，还包括更大的电子设备或系统，例如便携式或台式的个人计算机、自动柜员机(AutomaticTellerMachine，ATM)、用于商业或政府用途的各种终端到各种电子系统、数据库或信息系统、以及包括汽车、船、火车、飞机和其他的机动交通系统。

图1是具有用于用户认证的脸部识别的安全设备或系统的示例的框图，该安全设备或系统包括(1)光学成像模块110、(2)光学真度检测模块120和(3)用户认证处理器130，光学成像模块110用于采集脸部的图像用于脸部识别，光学真度检测模块120用于对从其由光学成像模块110采集的脸部图像的物体的一个或多个光学特征进行光学感测，用户认证处理器130基于用于脸部识别的来自两个模块110和120的信息来确定是准许还是拒绝访问安全设备或系统101。用户认证处理器130与两个光学感测模块110和120通信，以接收其输出信号或数据并处理接收的这种信号或数据，以基于来自光学成像模块110的脸部图像和来自光学真度检测模块120的真度检测来确定从其采集脸部图像的物体是否为真人的脸部。在该示例中，用于脸部识别的光学成像模块110可以以各种配置来实现，例如，在苹果公司的一些最新iPhone型号中使用的光学脸部ID系统。这种用于脸部识别的光学成像模块110包括一个或多个高分辨率相机，用于采集脸部的详细图像以提取用于脸部ID的面部特征。在一些实现方式中，用于脸部识别的光学成像模块110在一些设计中可以包括用于采集2D图像的成像硬件，并且在其他设计中还可以包括用于采集3D图像的成像硬件。来自光学成像模块110的脸部的图像以数字成像数据的形式被发送至用户认证处理器130以进行处理。用户认证处理器130被编程为进行脸部识别操作，包括从在光学成像模块110处获得的图像中提取面部特征并进行计算操作，将提取的人的面部特征与授权用户的已知和现有面部特征进行比较，以确定是否存在匹配。授权用户的已知和现有面部特征通常存储在设备或系统中的本地存储器中，也可以存储在网络或云中的连接服务器中。在一些面部识别系统中，当存在匹配时会准许访问。在本专利文件中所公开的技术下，通过光学真度检测模块120的操作以及通过在用户认证处理器130中执行的进一步处理来进行附加的感测，以确定表现出匹配的面部特征的被检测物体是否为真人的脸部。

光学真度检测模块120用于通过光学检测或测量假定脸部或物体的一个或多个光学参数或特征来光学探测呈现给设备的假定脸部或物体，以确定假定脸部或物体是否为真人的脸部。在一些实现方式中，这可以通过引导两个或更多个不同光学照明波长的探测光以照亮脸部，并使用与光学成像模块110的一个或多个光学传感器阵列分离的指定的光学探测光检测模块来检测人的脸部上的由两个或更多个不同光学照明波长的探测光的照明引起的光来实现。这种探测检测可以设计在光学真度检测模块120的硬件中，以测量由于探测照明而由脸部反射或散射的光的某些光学特性，其中，某些光学特性与独特的特性相关联，独特的特性由真人的脸部表现并且缺少在诸如假面罩的欺骗设备中通常使用的人造材料或结构。在一些实现方式中，光学真度检测模块120可以包括至少一个光学传感器阵列，该光学传感器阵列能够采集脸部的图像，处理采集的图像以进行真脸部检测或进行脸部方向的检测，以辅助脸部ID认证。这样，在该示例中，该光学真度检测模块120是添加到脸部ID机制的附加特征，用于增强脸部ID认证的安全性。实际应用中，所公开的光学真脸部检测可以用于不同的脸部ID认证系统。

操作中，由光学真度检测模块120获得的用于真脸的光学测量结果被发送至用户认证处理器130，该用户认证处理器130还被编程为处理检测的人的脸部上的由探测光的照明引起的光，以测量两个或更多个不同光学照明波长中两个光学照明波长之间检测的光的差异，并且使用测量的差异来确定检测的脸部是否来自真人，作为面部识别的附加部分。下面提供了与人脸皮肤和人眼相关联的光学特性的两个具体示例，以说明光学真度检测模块120的操作和功能。

实际应用中，如图1所示，具有模块110、120和130的上述脸部识别系统可以耦合到设备或系统101，以保护访问并将访问限制为仅对一个或多个授权用户进行访问。可以从这种脸部识别系统中受益的设备或系统101可以是各种各样的不同设备或系统，包括例如智能手机、平板计算机、腕戴式设备和其他可穿戴或便携式设备、更大的电子设备或系统、便携式或台式的个人计算机、ATM、用于商业或政府用途的各种终端到各种电子系统、数据库或信息系统、以及包括汽车、船、火车、飞机和其他的机动交通系统。在配备有这种脸部识别系统的汽车中，两个光学模块110和120可以安装在汽车的入口附近，例如驾驶员或乘客的每个车门(在一些车辆中，包括车辆后部的入口，例如运动型实用汽车(SportUtilityVehicle，SUV)的后门或舱门)。

图2示出了执行图1中的光学真脸部检测的移动电话11的正面的示例。该移动电话11包括前置相机和在正面右上侧标记为“21”的脸部ID成像模块。该模块21包括图1中的光学成像模块110。正面左上侧的正面光学真脸部传感器27是图1中的光学真度检测模块120。图2中示出了其他传感器，包括被示为位于移动电话11一侧的压力或力传感器19。在一些实现方式中，一个或多个这种压力或力传感器可以用于检测用户是正抓着电话还是正手持电话，并且这种传感器被用作触发器用于开启或激活图1所示的脸部ID操作。压力或力传感器是这种脸部ID触发器或激活机制的具体示例，在一些设计中，其他示例包括接近传感器或运动传感器。

图3示出了具有光学探测检测阵列和一个或多个探测光源的光学真脸部检测模块封装的示例，一个或多个探测光源用于生成两个或更多个不同光学照明波长的探测光，以引起真人的脸部的一个或多个部分不同水平的光学吸收，以产生可测量为不同的不同的光信号，以指示检测的脸部是否来自真人，而不是用于逃避面部识别的欺骗设备。这是图1中的光学真脸部检测模块120的示例实现方式。在该示例中，将微型红外(IR)相机35以及探测光源37和39组装到电路板31上。微型IR相机35包括IR光学传感器的光学传感器阵列，用于光学检测，探测光源37和39用于生成不同光学波长的不同照明探测光，该不同照明探测光被特别选择用于检测物体是否为真人的脸部。连接器29将整个封装与移动电话平台连接。这种设计允许光学真脸部检测模块封装与使用光学脸部ID认证的不同移动电话平台或不同设备或系统集成在一起。

具体地，在图3中所示的示例中，微型IR相机35包括透镜或透镜组件41a、光学滤光层35a、光学偏振器35b以及光学传感器阵列35c，其可以是IR感测二极管的光电二极管阵列。探测光源37，39和接近光源45被设计为与微型IR相机35配合。光源中，设置光处理器37b，39b和45b，使得针对功能处理光束立散角和偏振特性等。探测光可以是线性偏振或旋转偏振，例如圆偏振。光处理器可以包括线性偏振器、波片以及液晶或光学双折射晶体材料，从而控制光偏振特性。光处理器还可以包括衍射光学元件(Diffraction OpticalElement，DOE)用于在适当位置形成光斑。

图3中的示例还示出了应用微型驱动板33以运行微型相机和探测光源。在该示例中，探测光源37和39被安装在靠近微型相机的镜头轴的位置，以得到来自看着移动屏幕的脸部的近回射(nearly retro reflection)。邻近光源45安装在距微型相机的镜头轴所需距离的位置，并用于提供物体接近的光学感应，例如眼睛到相机的距离。

图4示出了水和其他物质的光吸收特性的示例以及分别在942nm和850nm处的来自真人的眼睛的两个反射图像。当诸如37或39的探照光源靠近微型相机的镜头轴放置时，如果眼睛直视相机，则当相机采集来自人眼的图像时可能会出现回射(retro reflection)现象。来自眼睛的光的反射在942nm或942nm附近具有独特的光学吸收特征，此特性可以用于真度检测。

图4进一步示出了水中的光学吸收在942nm窗口处较强，而在其他波长处相对较弱，例如仍在IP光谱范围内的850nm窗口。人眼球的玻璃体液的近98～99％是水，因此，942nm或942nm附近的光被强烈吸收并且几乎无法到达玻璃体液后的人眼视网膜。基于此特性，发射942nm或942nm附近的光的一个或多个探测光源可以被用作回射光源之一，并选择850nm或其他IR波长的其他IR探测光源作为发射IR探测光的另一个回射光源，该IR探测光不像942nm的探测光被强烈吸收。

由于在光谱范围内的942nm窗口处具有强吸收，因此，当打开942nm光源时，人眼的回射弱。然而，在远离942nm的其他IR波长下，例如850nm，这种IR光不会被人眼球的玻璃体液强烈吸收，从而可以到达反射该光的视网膜，以产生强光学反射。这种反射一旦被IR相机接收，就会产生强回射图像。利用942nm和另一IR波长(例如850nm)的光学反射，基于水引起的光谱特征，检测到的两个不同IR波长的光学反射在信号强度上是不同的。可以对这种光学反射的测量结果进行评估，以确定逆向信号是否来自真眼球，即作为物体是否为真人的眼睛的指示符。

图5示出了942nm和850nm的进入皮肤并被皮肤组织散射的红外探测光的光束扩展的图示。当光斑投射到真脸部上时，部分光散射在表面上，而部分光折射入表面。折射分量被强烈散射，使得光斑轮廓扩展至更大的尺寸和形状。由于在942nm或942nm附近脸部皮肤组织(由于水)具有强吸收，所以，一旦942nm或942nm附近的探测光进入皮肤，探测光被强烈衰减，因此，束斑表现出弱扩展。相反，由于在850nm或远离942nm的另一IR波长的探测光下脸部皮肤组织具有弱吸收，所以850nm(或其他合适的波长带)的探测光进入脸部皮肤后会产生表现出强光束轮廓扩展的光斑。光学真脸部模块中的相机可以用于采集这种图像，并且采集的图像可以用于分析脸部真度。

图6示出了所公开技术的一些实现方式中的在反射偏振光时结合人的视网膜的消偏振特性的光偏振的使用的示例。所公开技术的这一方面基于以下认识：可以用透镜和在其焦平面中的反射器模拟人眼球的光反射，尤其人眼视网膜强烈地消偏振入射光，因此是唯一的反射器。视网膜的这种独特的特性可以用于检测物体是否为真人的眼睛。

具体地，当偏振光入射到真实的活人眼中时，回射包含较大比例(～80％或更高)的消偏振分量。即使在焦平面上有粗糙的反射器，透镜也几乎不会产生类似的消偏振特征。因此，可以将偏振器，例如线性偏振器，安装在图1中的光学真脸部检测模块110中的每个探测光源上，以确保来自每个探测光源的探测光具有期望的偏振。基于此，将检测光学偏振器安装在微型相机的光路中，以评估来自反射物体的返回光的消偏振。从真实的活眼睛反射的逆向光几乎被完全消偏振。从假眼睛反射的逆向光被部分偏振或未被消偏振。相机处的检测光学偏振器的偏振方向可以被定向为垂直于探测光源处的光学偏振器的偏振。这可用于检测物体的真度。

另外，可以结合图4至5讨论的吸收特性来分析脸部反射光斑图像的消偏振特性，以进一步增强真度检测，因为通常很难找到在强吸收942nm窗口和850nm窗口的光波长窗口下具有相同消偏振特性的假脸材料。通过分析942nm波带与其他参考波长带之间的光斑扩展差异和消偏振特性，我们可以得出判别脸部是否为真的标准。

脸部ID的处理是计算密集型过程，并且往往会消耗电池电量。当确定用户打算访问诸如移动电话的设备时，可以使用各种触发机制来开启、激活或开始脸部ID检测和处理

一种触发技术是使用移动设备上的一个或多个压力传感器来感测用户是正手持电话还是正抓着电话。参考图2，一个或多个握持力传感器或压力传感器19可以集成在移动平台的框架中。这种传感器可以如19所标识的那样能够被看到，也可以完全隐藏在框架中使其不可见。

此触发机制的另一个示例是在移动设备或电话中的G传感器(或加速度传感器)来感测平台的移动，例如智能手机。几乎所有智能手机都具有在系统中集成的G传感器，并且传感器输出可以用于触发脸部ID检测和处理。

这种触发机制的又一示例是通过监测用户的眼睛的光学触发器。当光学传感器检测到用户的眼睛正看着平台例如智能手机时，安全传感器，例如脸部ID传感器或指纹传感器被激活。这点而言，可以是图1中光学真度检测模块120的一部分的探测光检测模块用于采集一个或多个脸部图像，以识别人的脸部上关键特征点的图像位置，并且用户认证处理器130处理识别的人的脸部上关键特征点的图像位置，以确定该人是否正看向探测光检测模块。

图7A和图7B示出了基于人的脸部上的某些面部部分的图像位置的脸部的脸部方向的光学检测的示例。当人正凝视脸部ID相机时，图像中，眼睛的图像和其他脸部部分(例如，鼻尖，下颌等)的图像位置通常是对称的，如图7A所示。当人正面对其他方向时，图像中，眼睛的图像和其他脸部部分(例如，鼻尖)的图像位置在由脸部ID相机采集的图像中不对称，如图7B所示。基于图像分析，脸部ID传感器可以判别用户是否正看着平台。

图8示出了基于本专利文件中所公开的光学真脸部检测的真脸部检测算法的示例。该过程首先基于一个或多个触发信号来检测用户状态，例如，相对于电话屏幕的用户脸部方向，用户手部的移动和握持力。如果此检测生成触发器，则开启脸部ID硬件以进行光学脸部ID感测和处理以进行脸部ID认证。只要面部特征匹配和真脸部检测均成功，系统就会准许访问。面部特征匹配和真脸部检测的这种结合使用可以减少脸部欺骗尝试的成功，从而增强脸部ID认证的安全级别。

虽然本专利文件包含许多细节，但是不应将这些细节解释为对任何发明或可要求保护的范围的限制，而应解释为对特定发明的特定实施例的特有的特征的描述。本专利文件中描述的某些特征在单独实施例的上下文中还可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征还可以在多个实施例中单独实现或以任何合适的子组合实现。此外，虽然上文描述的特征在某些组合和原始要求保护的组合中起作用，但是来自要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可以从组合中脱离，并且要求保护的组合可以导向到部分组合或部分组合的变形。

类似地，尽管在附图中以特定顺序描述了操作，但这不应理解为要求这些操作以所示的特定顺序或按相继顺序次序执行，或者执行所有所示的操作以实现期望的结果。而且，在本专利文件中描述的实施例中的单独的各种系统部件不应理解为在所有实施例中需要这种分离。

仅描述了几个实现方式和示例，并且可以基于本专利文件中描述和示出的内容来做出其他实现方式、增强和变化。

Claims (30)

1.一种用于进行人的面部识别以确定所述人是否为授权用户的方法，包括：

通过光学成像系统采集人的脸部的一个或多个脸部图像，所述光学成像系统包括光学检测器的光学传感器阵列；

处理采集的所述一个或多个脸部图像以提取所述人的面部特征，将提取的所述面部特征与授权用户的已知面部特征的数字数据进行比较，以确定是否存在匹配；

引导两个或更多个不同光学照明波长的探测光以照亮所述人的脸部；

操作与所述光学成像系统的所述光学传感器阵列分离的光学探测检测模块，以检测所述人的脸部上的由所述两个或更多个不同光学照明波长的探测光的照明引起的光；

处理检测的所述人的脸部上的由所述探测光的照明引起的所述光，以测量所述两个或更多个不同光学照明波长中两个光学照明波长之间检测的所述光的差异；以及

使用测量的所述差异来确定检测的所述脸部是否来自真人；

其中，所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长之一为942 nm或接近942nm，在该波长处，所述真人的瞳孔中的玻璃体液或面部皮肤表现出强光学吸收；并且

所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长中的另一个在选定的光学照明波长处远离942 nm光谱定位，在该波长处，所述真人的瞳孔中的玻璃体液或面部皮肤表现出可测量较少的光学吸收。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

选择所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长，使得来自所述人的眼睛的瞳孔的光学反射在信号强度上可测量到不同，以允许将检测的来自所述人的眼睛的瞳孔的光学反射的测量的差异作为用于检测的所述脸部是否来自真人的指示符。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

选择所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长，以引起真人的面部皮肤不同水平的光学吸收，使得所述两个或更多个不同光学照明波长的正渗透入所述面部皮肤而被所述面部皮肤散射的所述探测光的束斑尺寸可测量到不同；

通过所述探测检测模块采集所述光学传感器阵列处束斑的图像；

处理采集的所述两个或更多个不同光学照明波长的所述束斑的图像，以测量所述束斑的差异；以及

使用测量的所述差异来确定检测的所述脸部是否来自真人。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中：

远离942 nm光谱定位的所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长中的另一个的所述选定的光学照明波长接近850 nm。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

两个或更多个探测光源与所述光学传感器阵列相邻放置，从而所述两个或更多个不同光学照明波长的探测光被引导照射所述人的脸部，以当所述人看向所述探测光检测模块时引起从所述人的眼睛向所述探测光检测模块的近回射，其中，所述两个或更多个探测光源用于产生所述两个或更多个不同光学照明波长的探测光。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

使引导向所述人的所述探测光为以第一偏振的偏振光；

通过所述光学探测检测模块在检测来自所述人的眼睛的瞳孔的反射探测光时检测处于第二偏振的光；以及

将检测的以特定偏振的所述反射探测光的功率水平作为所述反射探测光是由来自当反射光时消偏振光的人的眼睛还是来自人造物体的反射产生的指示符。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二偏振与所述第一偏振正交。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一偏振和第二偏振是彼此正交的线性偏振。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一偏振和第二偏振是彼此正交的圆偏振。

10.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述光学探测检测模块包括红外光学检测器的红外光学传感器阵列，所述红外光学感测器阵列被构造为检测红外光谱范围内的光。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述光学探测检测模块包括：

所述红外光学检测器的第一红外光学传感器阵列，被构造为检测第一光学照明波长的光；以及

所述红外光学检测器的分离的第二红外光学传感器阵列，被构造为检测不同的第二光学照明波长的光。

12.根据权利要求1所述的方法，包括：

在开始所述面部识别之前，

通过所述光学探测检测模块采集一个或多个人脸图像，以识别所述人的脸部上关键特征点的图像位置，

处理识别的所述人的脸部上关键特征点的图像位置，以确定所述人是否正看向所述光学探测检测模块，以及

在确定所述人正看向所述光学探测检测模块后，开始所述面部识别以确定提取的所述面部特征与授权用户的已知面部特征之间是否存在匹配，并基于检测的所述两个或更多个不同光学照明波长的光学反射的测量的差异，确定检测的所述脸部是否来自真人。

13.根据权利要求12所述的方法，其中：

所述人的脸部上关键特征点的图像位置包括眼睛的图像位置和鼻子或嘴巴的图像位置，

所述处理识别的所述人的脸部上关键特征点的图像位置包括评估相对于鼻子或嘴巴的眼睛的相对图像位置。

14.根据权利要求1所述的方法，包括：

在开始所述面部识别之前，

通过放置在手持设备上的一个或多个压力传感器测量施加在所述一个或多个压力传感器上的一个或多个力，作为所述人是否正手持所述手持设备的指示符，所述光学成像系统和所述光学探测检测模块位于所述手持设备上，

处理测量的所述一个或多个力以产生指示所述人是否正手持所述手持设备的肯定信号，以及

在确定所述人正手持所述手持设备后，开始所述面部识别以确定提取的所述面部特征与授权用户的已知面部特征之间是否存在匹配，并基于检测的所述两个或更多个不同光学照明波长的光学反射的测量的差异，确定检测的所述脸部是否来自真人。

15.根据权利要求1所述的方法，包括：

在开始所述面部识别之前，

通过放置在手持设备上的加速计测量所述手持设备的运动的状态，所述光学成像系统和所述光学探测检测模块位于所述手持设备上，以及

在测量的来自所述加速计的所述状态指示所述人正移动所述手持设备后，开始所述面部识别以确定提取的所述面部特征与授权用户的已知面部特征之间是否存在匹配，并基于检测的所述两个或更多个不同光学照明波长的光学反射的测量的差异，确定检测的所述脸部是否来自真人。

16.一种用于辅助人的面部识别以确定所述人是否为真人的设备，包括：

光学探测检测模块，包括光学探测检测器的光学探测传感器阵列，用于检测来自人的脸部的光或采集人的脸部的图像，以辅助面部识别；以及

一个或多个探测光源，位于所述光学探测传感器阵列附近，用于产生两个或更多个不同光学照明波长的探测光以照亮所述人的脸部，其中，所述一个或多个探测光源被构造使得所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长引起真人的脸部的一个或多个部分不同水平的光学吸收，以分别产生所述两个或更多个不同光学照明波长的不同的光信号，所述光信号在所述光学探测检测模块处可测量到不同以指示检测的所述脸部是否来自真人；

其中，一个或多个探测光源被构造为将所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长之一设置为942 nm或接近942 nm，在所述波长处，所述真人的瞳孔中的玻璃体液或面部皮肤表现出强光学吸收，并且将所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长中的另一个设置为在选定的光学照明波长处远离942 nm光谱定位，在所述波长处，所述真人的瞳孔中的玻璃体液或面部皮肤表现出可测量的较少的光学吸收。

17.根据权利要求16所述的设备，包括：

一个或多个光学偏振器，分别放置在所述一个或多个探测光源的光路中，用于产生引导向所述人的所述探测光，成为以第一偏振的偏振光；以及

一个或多个检测光学偏振器，被定位成仅选择处于第二偏振的至所述光学探测传感器阵列的入射光中的光到达所述光学探测传感器阵列，以检测接收的处于所述第二偏振的所述光的功率水平，作为检测的所述光是由来自当反射光时消偏振光的人的眼睛还是来自人造物体的反射产生的指示符。

18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述第二偏振与所述第一偏振正交。

19.一种能够进行面部识别以确定人是否为授权用户的系统，包括：

光学成像系统位于其上的设备结构，所述光学成像系统包括光学检测器的光学传感器阵列，用于采集人的脸部的一个或多个脸部图像用于面部识别；

所述设备结构上的一个或多个探测光源，用于产生两个或更多个不同光学照明波长的探测光以照亮所述人的脸部，其中，所述一个或多个探测光源被构造使得所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长引起真人的脸部的一个或多个部分不同水平的光学吸收，以分别产生所述两个或更多个不同光学照明波长的不同的光信号，所述光信号在光学探测检测模块处可测量到不同以指示检测的所述脸部是否来自真人；

位于所述设备结构上的光学探测检测模块，与所述光学成像系统的所述光学传感器阵列分离，用于检测所述人的脸部上的由所述两个或更多个不同光学照明波长的探测光的照明引起的光以产生探测检测信号；以及

设备控制模块，被耦合以接收来自所述光学探测检测模块的所述探测检测信号中的信息以及采集的来自所述光学成像系统的所述一个或多个脸部图像，所述设备控制模块被构造为处理采集的所述一个或多个脸部图像以提取所述人的面部特征，将提取的所述面部特征与授权用户的已知面部特征的数字数据进行比较，以确定是否存在匹配，所述设备控制模块被构造为处理检测的所述人的脸部上的由所述探测光的照明引起的所述光，以测量所述两个或更多个不同光学照明波长中两个光学照明波长之间检测的所述光的差异，并且应用测量的所述差异来确定检测的所述脸部是否来自真人；

其中，所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长之一为942 nm或接近942nm，在该波长处，所述真人的瞳孔中的玻璃体液或面部皮肤表现出强光学吸收；并且

所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长中的另一个在选定的光学照明波长处远离942 nm光谱定位，在该波长处，所述真人的瞳孔中的玻璃体液或面部皮肤表现出可测量较少的光学吸收。

20.根据权利要求19所述的系统，其中：

所述设备结构是移动设备的一部分，并且被构造使得当用户看所述移动设备的显示屏时，所述光学成像系统和所述光学探测检测模块被放置成面向用户。

21.根据权利要求20所述的系统，包括：

所述移动设备的所述设备结构上的一个或多个压力传感器，可通过测量施加在所述一个或多个压力传感器上的一个或多个力，作为所述人是否正手持所述移动设备的指示符；以及

所述设备控制模块可操作为，在开始所述面部识别之前，处理测量的所述一个或多个力以产生指示所述人是否正手持所述移动设备的肯定信号，以及在确定所述人正手持所述移动设备后，开始所述面部识别以确定提取的所述面部特征与授权用户的已知面部特征之间是否存在匹配，并基于所述两个或更多个不同光学照明波长中两个光学照明波长之间检测的所述光的所述差异，确定检测的所述脸部是否来自真人。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，一个压力传感器位于所述移动设备的边缘上。

23.根据权利要求20所述的系统，其中：

所述移动设备包括加速计，用于测量所述移动设备的移动的状态；以及

所述设备控制模块可操作为，在测量的来自所述加速计的所述状态指示所述人正移动所述移动设备之后，进行所述面部识别以确定提取的所述面部特征与授权用户的已知面部特征之间是否存在匹配，并基于所述两个或更多个不同光学照明波长中的两个光学照明波长之间检测的所述光的所述差异，确定检测到的脸部是否来自真人。

24.根据权利要求19所述的系统，其中：

所述设备结构是膝上型计算机的一部分，并且被构造使得当用户看所述膝上型计算机的显示屏时，所述光学成像系统和所述光学探测检测模块被放置成面向用户。

25.根据权利要求19所述的系统，其中：

所述设备结构是向安全场所的入口的一部分，并且被构造使得当用户看显示屏时，所述光学成像系统和所述光学探测检测模块被放置成面向用户。

26.根据权利要求19所述的系统，其中：

所述设备结构是车辆的一部分，并且被构造使得当用户看显示屏时，所述光学成像系统和所述光学探测检测模块被放置成面向用户。

27.根据权利要求19所述的系统，其中：

所述一个或多个探测光源被构造为以来自所述人的眼睛的瞳孔的光学反射在信号强度上可测量到不同的方式来生成所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长，以允许将检测的来自所述人的眼睛的瞳孔的光学反射的测量的差异作为检测的所述脸部是否来自真人的指示符。

28.根据权利要求19所述的系统，其中：

所述一个或多个探测光源被构造为以引起真人的面部皮肤不同水平的光吸收的方式来生成所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长，使得所述两个或更多个不同光学照明波长的正渗透入所述面部皮肤而被所述面部皮肤散射的所述探测光的束斑尺寸为可测量到不同；

所述光学探测检测模块被构造为采集所述束斑的图像；以及

所述设备控制模块被构造为处理采集的所述两个或更多个不同光学照明波长的所述束斑的图像，以测量所述束斑的差异；以及使用测量的所述差异来确定检测的所述脸部是否来自真人。

29.根据权利要求19所述的系统，其中：

远离942 nm光谱定位的所述探测光的所述两个或更多个不同光学照明波长中的另一个的所述选定的光学照明波长接近850 nm。

30.根据权利要求19所述的系统，其中，所述光学探测检测模块包括：

红外光学检测器的第一红外光学传感器阵列，被构造为检测第一光学照明波长的光；以及

红外光学检测器的分离的第二红外光学传感器阵列，被构造为检测不同的第二光学照明波长的光。