CN204833300U - 活体检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种活体检测系统。该活体检测系统包括：人脸检测设备，用于检测人脸的人脸位置信息；测温设备，用于测量测温区内的温度信息；以及信息处理设备，用于利用所述人脸位置信息和所述温度信息确定所述人脸的人脸温度和环境温度以及根据所述人脸温度和所述环境温度判断所述人脸是否属于活体。该活体检测系统根据人脸温度和环境温度的差异来进行活体判断，无需被测者的特殊配合，提高了用户体验、具有较高的检测效率、可以抵抗为了避过活体检测系统而采用照片攻击和视频攻击的情况。

Description

活体检测系统

技术领域

本实用新型涉及模式识别领域，具体涉及一种活体检测系统。

背景技术

活体检测是用于确定目标为有生命的个体(简称为活体)的技术。通过活体检测，可以识别目标为活体，而非照片等无生命的物体。

目前，活体检测应用于很多领域，例如人脸识别领域。有时，人们期望通过活体检测来保证人脸识别系统所识别的目标是真实的期望者的面部。这就需要活体检测系统能够抵抗攻击者通过展示打印出来的他人照片(简称为照片攻击)、播放他人的视频(简称为视频攻击)、使用面具(简称为面具攻击)来试图欺骗人脸识别系统。

现有的活体检测系统大多是配合式，即，需要用户根据系统指示做相应动作或者停留在原地不动一段时间。这影响用户体验和检测效率。有些系统中，通过检测图像中是否有照片边框的存在来确定目标是否为活体。这类系统的准确度和鲁棒性都难以做的很好。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种至少部分地解决上述问题的活体检测系统。

根据本实用新型一个方面，提供了一种活体检测系统。该活体检测系统包括：人脸检测设备，用于检测人脸的人脸位置信息；测温设备，用于测量测温区内的温度信息；以及信息处理设备，用于利用所述人脸位置信息和所述温度信息确定所述人脸的人脸温度和环境温度以及根据所述人脸温度和所述环境温度判断所述人脸是否属于活体。

可选地，所述人脸检测设备包括：摄像装置，用于采集所述人脸的图像；以及人脸检测器，用于根据所述人脸的图像识别所述人脸位置信息。

可选地，所述测温设备是固定的，以使所述测温区的位置固定。

可选地，所述活体检测系统进一步包括人脸跟踪设备，所述人脸跟踪设备包括控制器和执行器，所述控制器用于根据来自所述信息处理设备的指令和来自所述人脸检测设备的所述人脸位置信息控制所述执行器；所述执行器用于驱动所述测温设备移动，以使所述测温区能够对准所述人脸上的特定位置和所述环境位置。

可选地，所述执行器包括伺服电机。

可选地，所述测温设备进一步用于连续地测量所述测温区内的温度信息，其中，所述人脸温度为所述测温区对准所述人脸上的特定位置时测量的温度信息的中位数，和/或所述环境温度为所述测温区对准环境位置时测量的温度信息的中位数。

可选地，所述测温设备包括红外测温仪。

可选地，所述红外测温仪的距离系数比大于或等于12:1。

本实用新型根据人脸温度和环境温度来判断人脸是否属于活体，无需被测者的特殊配合，提高了用户体验。测温设备的测温效率很高，在被测者走进测温区的过程中就能够完成多个目标点温度的连续采集，因此该活体检测系统具有较高的检测效率。根据人脸温度和环境温度的差异来进行活体判断可以抵抗为了避过活体检测系统而采用照片攻击和视频攻击的情况。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施例的活体检测系统的示意性框图；以及

图2示出了根据本实用新型另一个实施例的活体检测系统的示意性框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实用新型提供的活体检测系统，能够实时地进行非配合式的活体检测。图1示意性地示出了活体检测系统100的框图，如图1所示，该活体检测系统100包括人脸检测设备110、测温设备120和信息处理设备130。

人脸检测设备110用于检测人脸的人脸位置信息。人脸位置信息可以包括人脸的轮廓以及人脸关键点的位置信息。人脸关键点可以包括额头、脸颊、鼻尖、嘴角、眼角和人脸的中心位置等等中的一个或多个。其中，将佩戴面具时不易被露出的人脸区域(例如脸颊、额头等)作为人脸关键点，可以帮助活体检测系统抵抗面具攻击。人脸检测设备110确定了人脸位置之后，人脸位置之外的位置可以称为环境位置。换言之，环境位置也就相应地确定了。

人脸检测设备110可以包括摄像装置111和人脸检测器112。

摄像装置111对准人脸通常出现的区域。摄像装置111采集人脸的图像。摄像装置111可以通过采集单个图像或者视频来获得人脸的图像。对于后者，可将视频中的帧作为人脸的图像。当该活体检测系统100配合门禁系统使用时，摄像装置111可以对准门口。当摄像装置111安装在通道的一个尽头时，摄像装置111可以对准通道。

人脸检测器112根据人脸的图像识别上述人脸位置信息。换言之，人脸检测器112可以在摄像装置111捕获的图像中获取人脸位置信息。人脸检测器112可以与摄像装置111分开设置，例如设置在操作间等位置处。人脸检测器112还可以与摄像装置111或者与活体检测系统100的其他部件集成在一起。作为示例，人脸检测器112可以集成在摄像装置111的壳体内。人脸检测器112可以是事先训练好的哈尔(Haar)级联(Cascade)人脸检测器，其利用Haar特征进行人脸识别。可以首先通过大量的具有比较明显的Haar特征(矩形)的物体图像用模式识别的方法训练出分类器。分类器是级联的，每级子分类器都以大概相同的识别率保留进入下一级子分类器的具有物体特征的候选物体，同时每一级的子分类器则由许多Haar特征构成，有水平的、竖直的、倾斜的。在HaarCascade人脸检测器识别物体的时候，采用与训练时的窗口同样大小的窗口遍历整幅图像。每当窗口移动到一个位置，即计算该窗口内的Haar特征。利用级联的分类器、根据所计算的Haar特征即可实现图像的人脸识别。

测温设备120用于测量测温区内的温度信息。优选地，测温设备120连续地测量测温区内的温度。测温设备120测得的温度信息源源不断地输出至信息处理设备130。作为示例，测温设备120可以以一定的频率连续测量测温区内的温度，例如每隔1秒、2秒、3秒、4秒或5秒等等测量一次测温区内的温度。测温设备120采用非接触的方式进行温度测量。测温设备120可以是固定的，以使测温区的位置固定。在此情况下，与摄像设备111类似，测温设备120对准人脸通常出现的区域。测温设备120可以是可移动的，以使测温区能够对准人脸上的特定位置以及环境位置。后文将分别详细地介绍这两种实施例。测温设备120主要包括红外测温仪。优选地，该红外测温仪的距离系数比D:S大于或等于12:1。距离系数比是指目标距离与被测物直径之间的比值。红外测温仪的距离系数比越大，检测范围(也就是测温区)越小。相比于价格昂贵的红外成像装置(具有较大的测温范围，能够获取该范围内各点处的温度)，这种距离系数比较大的点状测温仪的价格相对较低，从而降低了成本。本文仅介绍了一种非接触式测温仪，但是本领域的技术人员可以理解的是，该测温设备120可以采用现有的或未来可能出现的其他类型的非接触式测温仪。

信息处理设备130用于利用人脸检测设备110检测的人脸位置信息和测温设备120测量的温度信息来确定人脸的人脸温度T1和环境温度T0，并且根据人脸温度T1和环境温度T0来判断该人脸是否属于活体。通常情况下，人脸温度T1要高于环境温度T0，因此，如果人脸温度T1和环境温度T0之差Td大于温度阈值T_thre，则信息处理设备130确定该人脸属于活体。另外，还可以通过判断人脸温度T1和环境温度T0的比值是否大于不同于上述温度阈值T_thre的另一温度阈值T_thre’来判断人脸是否属于活体。信息处理设备130可以用各种可行的软件、硬件、固件或它们的组合来实现。本实用新型的发明点不在于信息处理设备130的具体实现方式和方法。

本实用新型根据人脸温度T1和环境温度T0来判断人脸是否属于活体，无需被测者的特殊配合，提高了用户体验。测温设备的测温效率很高，在被测者走进测温区的过程中就能够完成多个目标点温度的连续采集，因此该活体检测系统具有较高的检测效率。根据人脸温度T1和环境温度T0的差异来进行活体判断可以抵抗为了避过活体检测系统而采用照片攻击和视频攻击的情况。此外，可以选择佩戴面具时不易被露出的区域(例如脸颊、额头等)在测温设备的测温区内时获得的温度作为人脸温度T1，由此来抵抗面具攻击。

如上文所提到的，测温设备120可以是固定的，此时，测温区的位置固定。因此，人脸或者人脸上的特定位置进入测温区时测得的温度可以代表人脸温度T1。当人脸或者人脸上的特定位置未进入测温区或者已经离开测温区时，由于测温区中不包括人脸，因此测得的温度可以用来表示环境温度T0。基于上述原理，信息处理设备130就可以结合人脸检测设备110检测的人脸位置信息和测温设备120测量的温度信息来确定人脸的人脸温度T1和环境温度T0。

信息处理设备130可以根据人脸上的特定位置在测温区之内时测得的温度信息来确定人脸温度T1。信息处理设备130可以从上述人脸的关键点位置中选择一个或多个位置作为人脸上的特定位置，例如选择鼻尖作为特定位置。信息处理设备130根据人脸检测设备110测得的人脸位置信息判断，人脸上的特定位置是否在测温区之内。如果该特定位置在测温区之内，信息处理设备130可以根据测温设备120测得的温度信息确定人脸温度T1。测温设备120在人脸上的特定位置位于测温区之内这一时段(即第一时段)可以测量出多个温度信息S1(S1为温度的集合)，信息处理设备130可以选择其中的一个作为人脸温度T1。例如，选择特定位置的中心与测温区的中心重合时测得的温度作为人脸温度T1。测温设备120在人脸的特定位置位于测温区之内的第一时段测量出多个温度信息的，信息处理设备130还可以计算这些温度信息S1的中位数median(S1)，并将该中位数median(S1)作为人脸温度T1。

信息处理设备130可以根据人脸上的特定位置在测温区之外时测得的温度信息来确定环境温度T0。该类实现方案至少包括以下两种情况。

一种情况是：只要人脸上的特定位置离开测温区测得的温度信息就可以用来确定环境温度T0。信息处理设备130根据人脸检测设备110测得的人脸位置信息判断，人脸上的特定位置是否在测温区之内。如果该特定位置不在测温区之内，信息处理设备130可以根据测温设备120测得的温度信息确定环境温度T0。

第二种情况是：人脸的轮廓内的任何位置均在测温区之外时测得的温度信息才可以用来确定环境温度T0。也就是说，只有人脸完全离开测温区或者人脸的任何部位都未进入测温区，信息处理设备130才确定测温设备120测得的温度信息能够代表环境温度T0。信息处理设备130根据人脸检测设备110测得的人脸位置信息，判断人脸的轮廓内的任何位置是否均在测温区之外。如果人脸的轮廓内的任何位置均在测温区之外，信息处理设备130可以根据测温设备120测得的温度信息确定环境温度T0。显然，通过此方式获得的环境温度T0能够更接近环境的真实温度。

第一种情况下，测温设备120在人脸上的特定位置位于测温区之外时可以测量出包含多个环境温度的多个温度信息S0(S0为温度的集合)。信息处理设备130可以选择其中的一个作为环境温度T0。信息处理设备130也可以计算这些温度信息的中位数，将该中位数作为环境温度T0。优选地，信息处理设备130计算人脸上的特定位置在测温区之外的、与第一时段(该特定位置在测温区之内的时段)最近的第二时段内测得的温度信息S0的中位数median(S0)，并将该中位数作为环境温度T0。第二时段可以是人脸上的特定位置未进入测温区之前的一段时间，例如30秒、1分钟等等。第二时段还可以是人脸上的特定位置刚一离开测温区之后的一段时间，例如30秒、1分钟等等。

在第二种情况下，测温设备120在人脸的轮廓内的任何位置均在测温区之外时也可以测量出包含多个环境温度的多个温度信息S0(S0为温度的集合)。信息处理设备130可以选择其中的一个作为环境温度T0。信息处理设备130也可以计算这些温度信息的中位数，将该中位数作为环境温度T0。优选地，信息处理设备130计算人脸的轮廓内的任何位置均在测温区之外的、与第一时段(该特定位置在测温区之内的时段)最近的第二时段内测得的温度信息S0的中位数median(S0)，并将该中位数作为环境温度T0。第二时段可以是人脸的轮廓内的任何位置都未进入测温区之前的一段时间，例如30秒、1分钟等等。第二时段还可以是人脸的轮廓内的所有位置刚一离开测温区之后的一段时间，例如30秒、1分钟等等。

受测温设备的测温原理所限，例如测温设备是红外测温仪时，测温设备可能会接收到来自环境的热辐射，因此对人脸温度T1的测量不可避免地受到环境因素的影响。此外，人脸温度本身也会受到环境因素的影响。为了减小由此带来的对活体判断准确度的影响，温度阈值T_thre的设定考虑环境因素。温度阈值T_thre可以通过选取不同的人在不同的环境温度下进行测试来设定。由此，可以抵抗环境温度变化(例如，季节变化、室温变化)对活体检测系统的影响，增加鲁棒性。

以上介绍的活体检测系统通过被动地等待被测人脸进入和离开测温区来测量人脸温度T1和环境温度T0，这些实施例的益处在于活体检测系统的构造简单、成本低，能够在一定程度上准确地判断被测人脸是否属于活体。但是，人脸上的特定位置停留在测温区之内的时间也无法控制，可能会很短，因此测温设备120测得的温度信息非常有限，可能无法真实地反映人脸温度T1，对活体检测的准确度有一定限制。

由此，本实用新型还提供一种优选的活体检测系统。图2示出了根据本实用新型一个优选实施例的活体检测系统200的示意性框图。该活体检测系统200包括人脸检测设备210、测温设备220、信息处理设备230和人脸跟踪设备240。人脸检测设备210与上述人脸检测设备110相似，人脸检测设备210可以包括摄像装置211和人脸检测器212。为了简洁，这里不再对它们进一步详细描述。以下将主要描述测温设备220、信息处理设备230和人脸跟踪设备240。

信息处理设备230可以从人脸上的关键点位置中选择感兴趣的位置作为特定位置，还可以选择环境中感兴趣的位置作为环境位置。信息处理设备230选择的环境位置可以是一个或多个。人脸跟踪设备240可以包括控制器241和执行器242。控制器241用于根据来自信息处理设备230的指令和来自人脸检测设备210的人脸位置信息控制执行器242。该指令包括跟踪测量人脸上的特定位置的温度以及测量环境位置的温度。该控制器241可以与信息处理设备230集成在一起。控制器241也可以与执行器242集成在一起。执行器242用于在控制器241的控制下驱动测温设备220移动。执行器242可以由控制器241控制，驱动测温设备220使其测温区对准人脸上的特定位置，并跟踪测量人脸上的特定位置处的温度信息。执行器242还可以由控制器241控制，驱动测温设备220移动至使其测温区对准环境位置，测量该环境位置处的温度信息。执行器242可以是伺服电机。获取人脸的温度信息和环境的温度信息的步骤无先后顺序限制。

当测温设备220跟踪测量人脸上的特定位置处的温度信息时，测温设备220可以进行连续多次测量，得到包含多个温度的温度信息。在此情况下，信息处理设备230可以选择特定位置处的温度信息S1中的一个作为人脸温度T1。此外，信息处理设备230可以计算特定位置处的温度信息S1的中位数median(S1)，并将该中位数作为人脸温度T1。当测温设备220移动至测量环境位置处的温度信息时，测温设备220可以进行连续多次和/或进行多点测量，得到包含多个温度的温度信息。在此情况下，信息处理设备230可以选择温度信息S0中的一个作为环境温度T0。此外，信息处理设备230还可以计算环境位置处的温度信息S0的中位数median(S0)，并将该中位数作为环境温度T0。

在一个优选实施例中，基于人脸的位置信息，信息处理设备230可以根据以下条件来确定环境位置：待测的环境位置与人脸的最小距离小于距离阈值。当有人试图通过使用发热量较高的显示屏显示人脸的图像或者在照片后放置加热器来避过活体检测系统时，显示屏或照片的温度可能会接近人脸温度T1，但是显示屏或照片通常都存在边框和/或包含未显示人脸的区域。在这种情况中，按照上述条件来选择环境位置，会使得测量的温度信息并非环境的温度信息，而可能是显示屏或照片的边框或显示屏或照片上未显示人脸区域的温度信息。从而，活体检测系统检测出被测人脸不属于活体。总之，距离阈值对环境位置的限制增加了该活体检测系统对上述情况的抵抗能力。作为示例，距离阈值可以为0.5cm、1cm、1.5cm或2cm等。此外，还可以选择测量人脸周围不同的位置作为环境位置来检测出这种攻击。

确定人脸温度T1和环境温度T0之后，信息处理设备230可以根据人脸温度T1和环境温度T0判断该人脸是否属于活体。如上文所描述的，当人脸温度T1和环境温度T0之差大于温度阈值T_thre时，信息处理设备230可以判断被测人脸属于活体。或者，当人脸温度T1和环境温度T0的比值大于另一温度阈值T_thre’时，信息处理设备230判断被测人脸属于活体。

此外，如上文所描述的，温度阈值的设定可以考虑环境因素，以抵抗环境温度变化(例如，季节变化、室温变化)对活体检测系统的影响，增加鲁棒性。

在此提供的装置不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何装置的所有单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本实用新型的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本实用新型实施例的活体检测设备中的一些部件的一些或者全部功能。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (8)

1.一种活体检测系统，其特征在于，包括：

人脸检测设备，用于检测人脸的人脸位置信息；

测温设备，用于测量测温区内的温度信息；以及

信息处理设备，用于利用所述人脸位置信息和所述温度信息确定所述人脸的人脸温度和环境温度以及根据所述人脸温度和所述环境温度判断所述人脸是否属于活体。

2.如权利要求1所述的活体检测系统，其特征在于，所述人脸检测设备包括：

摄像装置，用于采集所述人脸的图像；以及

人脸检测器，用于根据所述人脸的图像识别所述人脸位置信息。

3.如权利要求1所述的活体检测系统，其特征在于，所述测温设备是固定的，以使所述测温区的位置固定。

4.如权利要求1所述的活体检测系统，其特征在于，所述活体检测系统进一步包括人脸跟踪设备，所述人脸跟踪设备包括控制器和执行器，

所述控制器用于根据来自所述信息处理设备的指令和来自所述人脸检测设备的所述人脸位置信息控制所述执行器；

所述执行器用于驱动所述测温设备移动，以使所述测温区能够对准所述人脸上的特定位置和环境位置。

5.如权利要求4所述的活体检测系统，其特征在于，所述执行器包括伺服电机。

6.如权利要求1所述的活体检测系统，其特征在于，所述测温设备进一步用于连续地测量所述测温区内的温度信息，

其中，所述人脸温度为所述测温区对准所述人脸上的特定位置时测量的温度信息的中位数，和/或所述环境温度为所述测温区对准环境位置时测量的温度信息的中位数。

7.如权利要求1所述的活体检测系统，其特征在于，所述测温设备包括红外测温仪。

8.如权利要求7所述的活体检测系统，其特征在于，所述红外测温仪的距离系数比大于或等于12:1。