KR20130035849A - Single image-based fake face detection - Google Patents

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아이포콤 주식회사
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    • G06F18/2411Classification techniques relating to the classification model, e.g. parametric or non-parametric approaches based on the proximity to a decision surface, e.g. support vector machines

Abstract

PURPOSE: A forgery face detection method using a single image is provided to be effectively applied to a face recognition system and an ATM(Automated Teller Machine) system through only addition of software, thereby providing a high ripple effect in comparison with methods of needing additional hardware. CONSTITUTION: A color or black-and-white user face image is obtained. Each pixel of the face image is converted into a frequency domain through Fourier transform. A location of a low frequency component is converted using a result value with Fourier transform in order to be in the center. One dimensional feature vector is generated by calculating an average energy value of a concentric circle. Forgery of the face image is determined by comparing one dimensional feature vector with a reference forgery face feature vector based on a support vector machine.

Description

단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법{Single image-based fake face detection}Fake face detection method using single image {Single image-based fake face detection}

본 발명은 얼굴 인식기와 현금인출기 등에 부착된 카메라로부터 획득된 얼굴 영상의 진위 여부를 판단하는 기술에 관한 것이다. 더욱 상세히는 별도의 특별한 센서나 조명이 없어도 일반적으로 사용되는 컬러 혹은 흑백 카메라에서 취득된 얼굴 영상에 주파수 분석 방법, 로컬바이너리패턴 사용 방법, 그리고 이들을 조합한 방법을 적용하여 입력된 영상이 실제 얼굴에서 취득된 것인지 또는 위조 얼굴에서 취득된 것인지를 판단하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a technology for determining the authenticity of a face image obtained from a camera attached to a face recognizer and an ATM. More specifically, frequency analysis, local binary pattern, and a combination of these methods are applied to face images acquired from commonly used color or black and white cameras without any special sensors or lighting. The present invention relates to a method for determining whether or not obtained from a fake face.

최근 높아지는 안전에 대한 요구로 인하여 출입 통제 시스템 및 현금인출기 시스템 등에서 얼굴 인식과 얼굴 가려짐 판단 등의 기술을 활용하여 보안 수준을 높이려는 노력들이 활발히 진행되고 있다. 이에 따라 범죄자들이 본인의 신분을 숨기기 위하여 실제 얼굴 대신에, 도 1과 같은 다양한 종류의 위조 얼굴들을 영상 획득 장치에 제시하여 위와 같은 보안 시스템들을 공격하려하고 있다.Due to the recent demand for safety, efforts are being actively made to increase the security level by using technologies such as face recognition and face masking in access control systems and cash dispenser systems. Accordingly, in order to hide their identity, criminals attempt to attack the security systems as described above by presenting various kinds of fake faces as shown in FIG.

이러한 위조 얼굴을 사용한 공격을 검출해내는 연구는 크게 강압식 방법과 비강압식 방법으로 나눌 수 있다. 강압식 방법은 입술의 움직임이나 머리 회전과 같은 사용자의 협조를 필요로 하는 방법으로, 2차원 가면, 비디오, 3차원 가면을 이용한 공격에 대응할 수 있다. 이 방법은 사용자의 협조를 요구하기 때문에 시스템에 대한 거부감이 클 수 있다는 단점이 있으나 시스템의 정확도가 높다는 장점이 있다. 이와는 달리, 비강압식 방법은 사용자의 협조를 요구하지 않기 때문에 사용자의 거부감은 적으나 강압식 방법보다 시스템의 정확도가 높지 않을 수 있다는 단점이 있다.Researches for detecting such attacks using fake faces can be divided into coercive and noncoercive methods. The coercive method requires a user's cooperation, such as movement of the lips or head rotation, and can cope with an attack using a two-dimensional mask, a video, and a three-dimensional mask. This method has the disadvantage that the system can be highly reluctant because it requires the cooperation of the user, but the advantage of the system is high accuracy. On the contrary, the non-coercive method does not require the cooperation of the user, so the user's rejection is less, but the accuracy of the system may not be higher than that of the coercive method.

비강압식 방법은 다수 영상을 기반으로 얼굴의 3차원 정보 또는 눈 깜박임을 알아내어 가면을 검출하는 접근법과 단일 영상을 기반으로 영상을 구성 요소로 분해하거나 주파수 도메인에서 분석하여 가면을 검출하는 접근법으로 나뉠 수 있다. 이 중 단일 영상 기반 접근법은 별도의 센서와 조명 등을 필요로 하지 않고 단일 영상과 동영상에 모두 적용 가능하다는 장점을 갖기 때문에 매우 유용하게 사용될 수 있는 방법이다.Non-coercive methods detect masks by detecting three-dimensional information or eye blinks of faces based on multiple images, and detect masks by decomposing images into components or analyzing them in the frequency domain based on a single image. Can be divided. The single image-based approach is very useful because it can be applied to both a single image and a video without requiring a separate sensor and lighting.

기존의 얼굴 인식 시스템이나 현금인출기에 사용되는 가려짐 판단 시스템은 영상 취득 장치를 통하여 획득된 얼굴 영상이 저장되어 있는 사용자의 얼굴과 동일한가를 확인하거나 얼굴에 심한 가려짐이 존재하는가를 확인한다. 하지만 이러한 시스템들은 위조 얼굴이 입력되었을 때에도, 입력된 위조 얼굴 영상이 저장되어 있는 사용자와 동일하거나 얼굴에 심한 가려짐이 존재하지 않는다면 정상적인 사용자의 얼굴로서 인식하게 되어 금융 거래 허용하게 된다는 단점을 갖는다. 따라서 이러한 위조 얼굴을 사용한 공격을 방어할 수 있는 위조 얼굴 검출 방법에 대한 연구가 필요하게 된다. The occlusion determination system used in the existing face recognition system or cash dispenser checks whether the face image acquired through the image acquisition device is the same as the face of the user who is stored or whether there is severe occlusion on the face. However, these systems have a disadvantage in that even when a fake face is input, if the input fake face image is the same as the stored user or if there is no severe obstruction on the face, the system recognizes the face as a normal user and allows financial transactions. Therefore, it is necessary to study a fake face detection method that can protect against attacks using such fake faces.

또한, 위조 얼굴 검출 방법을 기존의 얼굴 인식 시스템이나 현금인출기 조작 상황에 쉽게 적용하기 위해서는 일반 컬러 혹은 흑백 카메라 이외의 열적외선 카메라 등의 별도 센서나 적외선 조명 등의 별도 조명을 필요로 하지 않아야 하며, 동영상이 확보되지 않는 상황에서도 동작할 수 있어야 한다.In addition, in order to easily apply a fake face detection method to an existing face recognition system or cash machine operation situation, a separate sensor such as a thermal infrared camera other than a general color or black and white camera or an infrared light, etc. should not be required. It should be able to operate even when the video is not secured.

본 발명에서는 기존의 얼굴 인식 시스템과 현금인출기 시스템에 바로 적용가능하도록 일반 컬러 카메라 혹은 흑백 카메라에서 획득된 1장 이상의 얼굴 영상을 사용하여 위조 얼굴 여부를 판단하는 방법을 제안한다. 제안된 내용은 크게 세 가지 방법으로 구성되어 있다. The present invention proposes a method of determining whether or not a fake face using one or more face images obtained from a general color camera or a black and white camera so as to be immediately applicable to an existing face recognition system and an ATM machine. The proposal is composed of three main methods.

첫째, 위조 얼굴은 실제 얼굴에 비해서 자세함과 입체감이 저하되어 나타난다는 특성을 사용하여, 획득된 얼굴 영상의 전체 주파수 대역 성분의 차이로써 위조 얼굴을 검출하는 방법이다. First, a fake face is a method of detecting a fake face by the difference of the entire frequency band components of the acquired face image by using the characteristic that the detail and the three-dimensional feeling are reduced compared to the real face.

둘째, 위조 얼굴은 실제 얼굴과 재질 측면에서 다른 특성을 보이기 때문에, 영상에 나타나는 질감(texture)에서 차이를 보인다는 특성을 사용하여 영상 질감 분석에 용이한 로컬바이너리패턴(local binary pattern)의 차이를 사용하여 위조 얼굴을 검출하는 방법이다. Second, since the fake face has different characteristics in terms of the material and the actual face, the difference in the local binary pattern, which is easy for analyzing the texture of the image, is used by using the characteristic that the texture is different in the texture. It is a method to detect fake face using.

셋째, 앞서 언급한 주파수 성분과 로컬바이너리패턴을 사용한 특징 추출 방법을 특징 수준, 스코어 수준, 혹은 결정 수준 방식으로 조합하여 위조 얼굴을 검출하는 방법이다.Third, a fake face is detected by combining the aforementioned feature extraction method using the frequency component and the local binary pattern in a feature level, score level, or decision level method.

상술한 방법은 다음과 같이 구현될 수 있다. The above-described method can be implemented as follows.

먼저, 일 실시예에 따른 단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법은, 컬러 또는 흑백의 사용자 얼굴 영상을 획득하는 단계; 상기 얼굴 영상의 각 화소를 퓨리에 변환하여 주파수 도메인으로 변환하는 단계; 상기 퓨리에 변환된 결과값을 이용하여 저주파 성분이 중심에 오도록 위치 변환하는 단계; 위치 변환된 상기 결과값을 다수의 동심원으로 구획하고, 각 동심원의 평균 에너지값을 산출하여 1차원 특징 벡터를 생성하는 단계; 상기 산출된 1차원 특징 벡터를 서포트벡터머신을 이용하여 기준 위조얼굴 특징 벡터와 비교함으로써, 상기 사용자 얼굴 영상이 위조된 얼굴인지의 여부를 판정하는 단계를 포함한다.First, a fake face detection method using a single image according to an embodiment includes: obtaining a user face image in color or black and white; Fourier transforming each pixel of the face image into a frequency domain; Using the Fourier transformed result to position transform the low frequency component to be centered; Partitioning the position-converted result into a plurality of concentric circles and calculating an average energy value of each concentric circle to generate a one-dimensional feature vector; And comparing the calculated one-dimensional feature vector with a reference fake face feature vector using a support vector machine to determine whether the user face image is a fake face.

또한, 상기 기준 위조얼굴 특징 벡터는, 하나 이상의 위조 얼굴 영상을 준비하는 단계; 상기 위조 얼굴 영상들로부터 각각의 상기 1차원 특징 벡터를 생성하는 단계; 상기 생성된 1차원 특징 벡터들을 상기 서포트벡터머신에서 기준 위조얼굴 특징 벡터로서 학습하는 단계를 통해 생성된다.The reference fake face feature vector may further include preparing one or more fake face images; Generating each one-dimensional feature vector from the fake face images; The generated one-dimensional feature vectors are generated through a step of learning as a reference forged face feature vector in the support vector machine.

또한, 상기 얼굴 영상의 각 화소를 퓨리에 변환하여 주파수 도메인으로 변환하는 상기 단계는: 상기 얼굴 영상을 복수의 조각으로 구획하는 단계; 상기 각 조각들마다의 각 화소를 퓨리에 변환하는 단계를 포함한다.Further, the step of Fourier transforming each pixel of the face image into a frequency domain may include: dividing the face image into a plurality of pieces; Fourier transforming each pixel for each of the pieces.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법은, 컬러 또는 흑백의 사용자 얼굴 영상을 획득하는 단계; 상기 얼굴 영상으로부터 로컬바이너리패턴 코드를 계산하는 단계; 상기 계산된 로컬바이너리패턴 코드를 히스토그램화하여 1차원 특징 벡터를 생성하는 단계; 상기 산출된 1차원 특징 벡터를 서포트벡터머신을 이용하여 기준 위조얼굴 특징 벡터와 비교함으로써, 상기 사용자 얼굴 영상이 위조된 얼굴인지의 여부를 판정하는 단계를 포함한다.In addition, a fake face detection method using a single image according to another embodiment of the present invention, the method comprising the steps of obtaining a user face image of color or black and white; Calculating a local binary pattern code from the face image; Generating a one-dimensional feature vector by histogramming the calculated local binary pattern code; And comparing the calculated one-dimensional feature vector with a reference fake face feature vector using a support vector machine to determine whether the user face image is a fake face.

또한, 상기 기준 위조얼굴 특징 벡터는, 하나 이상의 위조 얼굴 영상을 준비하는 단계; 상기 위조 얼굴 영상들로부터 각각의 상기 1차원 특징 벡터를 생성하는 단계; 상기 생성된 1차원 특징 벡터들을 상기 서포트벡터머신에서 기준 위조얼굴 특징 벡터로서 학습하는 단계를 통해 생성된다.The reference fake face feature vector may further include preparing one or more fake face images; Generating each one-dimensional feature vector from the fake face images; The generated one-dimensional feature vectors are generated through a step of learning as a reference forged face feature vector in the support vector machine.

또한, 상기 얼굴 영상으로부터 로컬바이너리패턴 코드를 계산하는 단계는: 상기 얼굴 영상을 복수의 조각으로 구획하는 단계; 상기 각 조각들마다에 대한 로컬바이너리패턴 코드를 계산하는 단계를 포함한다.The calculating of the local binary pattern code from the face image may include: dividing the face image into a plurality of pieces; Calculating a local binary pattern code for each of the pieces.

본 발명에서 제안된 방법은 실제 얼굴로부터 취득된 영상과 위조 얼굴로부터 취득된 영상에서 나타나는 다양한 차이들을 단일 영상에서 추출하고 이들을 통하여 얼굴 영상의 위조 여부를 판단하기 때문에, 일반 컬러 혹은 흑백 카메라 이외의 열적외선 카메라 등의 별도 센서와 적외선 조명 등의 별도 조명을 필요로 하지 않는다.The method proposed in the present invention extracts various differences in the image acquired from the real face and the image acquired from the fake face in a single image, and determines whether the face image is forged through them. There is no need for separate sensors such as infrared cameras and separate lights such as infrared light.

따라서, 기존에 구축되어 있는 얼굴 인식 시스템과 현금인출기 시스템에 부가적인 장치를 추가하지 않고 소프트웨어의 추가만을 통하여 효과적으로 적용 가능하게 되어 기존의 추가 하드웨어를 필요로 하는 방법들에 비하여 높은 파급 효과를 갖게 된다.Therefore, it can be effectively applied only through the addition of software without adding additional devices to the existing face recognition system and the ATM machine, and thus have a high ripple effect compared to methods requiring additional hardware. .

도 1은 실제 얼굴과 다양한 종류의 위조 얼굴의 예를 보여준다. (a)실제 얼굴, (b)사진 위조 얼굴, (c)프린트 위조 얼굴, (d)잡지 위조 얼굴, (e)캐리커쳐 위조 얼굴, (f) 3차원 위조 얼굴이다.
도 2는 주파수 전대역을 사용한 위조 얼굴 검출 방법을 위한 특징 추출 과정을 보여준다. (a) 얼굴 영상의 예, (b) 얼굴 영상을 주파수 도메인으로 변경한 후 이를 동심원을 따라 분리한 도면, (c) 각 동심원의 에너지 평균을 1차원 특징벡터로 표현한 도면이다.
도 3은 로컬바이너리패턴을 사용한 위조 얼굴 검출 방법을 위한 특징 추출 과정을 보여준다. (a) 얼굴 영상의 예, (b) 얼굴 영상에서 로컬바이너리패턴 코드를 추출하여 이를 영상화한 도면, (c) 로컬바이너리패턴 코드를 히스토그램(histogram)화 하여 1차원 특징벡터로 표현한 도면이다.
도 4는 주파수 기반 특징 추출 방법과 로컬바이너리패턴 기반 특징 추출 방법을 얼굴 영상의 조각들에 적용하기 위하여 임의로 분할한 얼굴 영상의 예를 보여준다.
1 shows an example of a real face and various kinds of fake faces. (a) real face, (b) photo fake face, (c) print fake face, (d) magazine fake face, (e) caricature fake face, and (f) three-dimensional fake face.
2 shows a feature extraction process for the fake face detection method using the full frequency band. (a) An example of a face image, (b) A face image is changed into a frequency domain and separated along the concentric circles.
3 shows a feature extraction process for a fake face detection method using a local binary pattern. (a) An example of a face image, (b) A drawing of the local binary pattern code extracted from the face image to image it, and (c) A histogram of the local binary pattern code expressed as a one-dimensional feature vector.
4 illustrates an example of an arbitrarily divided face image in order to apply the frequency-based feature extraction method and the local binary pattern-based feature extraction method to pieces of the face image.

본 발명은 얼굴 인식기 및 현금인출기 조작 상황에서 발생할 수 있는 위조 얼굴(2차원 혹은 3차원 가면)을 사용한 공격을 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 추가 센서나 조명을 전혀 사용하지 않고 일반 컬러 혹은 흑백 카메라에서 취득된 단일 영상을 사용하여 위조 얼굴을 검출하는 방법을 제안한다. 제안된 내용은 크게 세 가지 방법으로 구성되어 있다. The present invention relates to a method for detecting an attack using a fake face (two-dimensional or three-dimensional mask) that may occur in a face recognizer and an ATM operation situation. The present invention proposes a method for detecting a fake face using a single image acquired from a general color or monochrome camera without using any additional sensor or lighting at all. The proposal is composed of three main methods.

첫째, 위조 얼굴은 실제 얼굴에 비해서 자세함과 입체감이 저하되어 나타난다는 특성을 사용하여 획득된 얼굴 영상의 전체 주파수 대역 성분으로부터 위조 얼굴을 검출하는 방법을 제안한다. First, we propose a method of detecting a fake face from the entire frequency band components of a face image obtained by using the property that the detail and the three-dimensional feeling are reduced compared to the real face.

둘째, 위조 얼굴은 실제 얼굴과 재질면에서 다른 특성을 보이기 때문에 영상에 나타나는 질감에서 차이를 보인다는 특성을 사용하여 영상 질감 분석에 유리한 로컬바이너리패턴을 사용하여 위조 얼굴을 검출하는 방법을 제안한다. Second, we propose a method for detecting forged faces using local binary patterns, which are advantageous for image texture analysis, using the feature that fake faces have different characteristics in terms of material and material.

마지막으로, 앞서 언급한 주파수 성분과 로컬바이너리패턴을 사용한 특징 추출 방법을 조합하여 위조 얼굴을 검출하는 방법을 설명한다.Finally, a method of detecting a fake face by combining the aforementioned feature extraction method using the frequency component and the local binary pattern will be described.

본 발명에서 제안된 방법은, 향상된 위조 얼굴 검출 성능을 보이는 동시에 일반적인 카메라 이외의 별도의 센서와 조명 등이 필요하지 않기 때문에 현재 구축되어 있는 얼굴 인식기 혹은 현금인출기에 적용하기 용이하다.
The method proposed in the present invention is easy to be applied to a face recognizer or cash dispenser that is currently constructed because it shows an improved fake face detection performance and does not require a separate sensor and lighting other than a general camera.

본 발명의 실시를 위한 방법을 더욱 상세하게 설명한다.The method for practicing the present invention is described in more detail.

첫 번째는, 주파수 전대역의 파워스펙트럼을 사용한 방법이다. 이를 위하여 먼저 입력된 얼굴 영상을 퓨리에 변환하여 주파수 도메인으로 변경한다. The first method is to use the power spectrum of the entire frequency band. To this end, the input face image is first transformed into a frequency domain by Fourier transforming.

퓨리에 변환의 일례로서 다음의 식이 이용될 수 있다.As an example of the Fourier transform, the following equation can be used.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 f(x,y)는 크기가 H×W인 영상의 (x,y) 좌표에서의 밝기값이며, u,v는 주파수 변수이다. Here, f (x, y) is a brightness value at (x, y) coordinates of an image having a size of H × W, and u, v are frequency variables.

F는 f가 퓨리에 변환된 결과로서, 주파수가 0인 성분이 중심부에 오도록 이동된 것이다. F is the result of the Fourier transform, where the frequency zero component is shifted to the center.

도 2(b)는 퓨리에 변환된 결과의 절대값들을 로그-스케일(log-scale)로 나타낸 것이다.2 (b) shows the absolute values of the Fourier transformed results in log-scale.

그 후에 저주파 값을 퓨리에 변환된 결과의 중심에 위치시키도록 변환한 후, 도 2(c)와 같이, 퓨리에 변환된 결과의 중심을 기준으로, 정해진 개수의 동심원을 그리고, 각 동심원들 사이의 평균 에너지값을 계산한다. 마지막으로 이렇게 계산된 평균 에너지값을 1차원 벡터로 표현하여 최소-최대 정규화(min-max normalization) 과정을 거치게 된다. Thereafter, the low frequency value is converted to be located at the center of the Fourier transformed result, and then, as shown in FIG. 2C, a predetermined number of concentric circles are drawn based on the center of the Fourier transformed result, and the average between the concentric circles Calculate the energy value. Finally, the calculated average energy value is expressed as a one-dimensional vector, which undergoes a min-max normalization process.

이와 같은 과정들을 거치게 되면 도 2(d)와 같은 특징벡터가 추출되게 된다.Through such processes, the feature vector as shown in FIG. 2 (d) is extracted.

이러한 파워스펙트럼 기반 특징벡터는 도 2(a)와 같이 얼굴 영상 전체에서 추출될 수도 있지만, 도 4와 같이 임의로 얼굴 영상을 분할하고, 분할된 각 얼굴 영상 조각들에서 각각 특징 벡터를 추출하여 하나로 합칠 수도 있다. 이러한 특징벡터들을 실제 얼굴 영상들과 위조 얼굴 영상들에서 추출하여 서포트벡터머신(support vector machine) 등의 분류기로 학습함으로써 위조 얼굴 검출기를 생성할 수 있게 된다. This power spectrum-based feature vector may be extracted from the entire face image as shown in FIG. 2 (a), but randomly splits the face image as shown in FIG. 4, and extracts the feature vector from each of the divided face image pieces and combines them into one. It may be. By extracting these feature vectors from real face images and fake face images and learning with a classifier such as a support vector machine, a fake face detector can be generated.

두 번째는, 로컬바이너리패턴(local binary pattern)을 사용한 방법이다. 이를 위하여, 먼저 입력된 얼굴 영상으로부터 도 3(b)과 같이 로컬바이너리패턴의 코드를 계산한 후, 이 코드들을 히스토그램(histogram)화하고, 히스토그램의 합이 1이 되도록 정규화함으로써, 도 3(c)과 같은 특징벡터를 얻을 수 있게 된다. 이러한 로컬바이너리패턴 기반 특징벡터는, 도 3(a)과 같이 얼굴 영상 전체에서 추출될 수도 있지만, 도 4와 같이 임의로 분할된 얼굴 영상 조각들에서 각각 추출되어 하나로 합쳐질 수도 있다. 이러한 특징벡터들을 실제 얼굴 영상들과 위조 얼굴 영상들에서 추출하여 서포트벡터머신(support vector machine) 등의 분류기로 학습함으로써 위조 얼굴 검출기를 생성할 수 있게 된다.The second method is to use a local binary pattern. To this end, first, after calculating the code of the local binary pattern from the input face image as shown in FIG. 3 (b), the codes are histogramized and normalized so that the sum of the histograms is 1, FIG. We can get feature vectors like). The local binary pattern-based feature vector may be extracted from the entire face image as shown in FIG. 3A, but may be extracted from each of the randomly divided face image fragments as shown in FIG. 4 and merged into one. By extracting these feature vectors from real face images and fake face images and learning with a classifier such as a support vector machine, a fake face detector can be generated.

세 번째는, 앞서 설명한 파워스펙트럼 기반 방법과 로컬바이너리패턴 기반 방법을 조합하는 방법이다. 위의 두 방법은 다음과 같이 세 가지 접근법으로 조합될 수 있다. 첫째, 도 2(d)와 같이 파워스펙트럼 기반으로 추출된 특징벡터와 도 3(c)에서와 같이 로컬바이너리패터 기반으로 추출된 특징벡터를 특징벡터 수준에서 조합하여 서포트벡터머신 등의 분류기를 사용하여 학습함으로써 위조 얼굴 검출에 사용할 수 있다. 둘째, 파워스펙트럼 기반으로 추출된 특징벡터를 서포트벡터머신 등의 분류기에 통과시켜 얻어진 스코어(score)와 로컬바이너리패턴 기반으로 추출된 특징벡터를 서포트벡터머신 등의 분류기에 통과시켜 얻어진 스코어를 스코어 수준에서 조합하고, 다시 서포트벡터머신 등의 분류기를 통해 학습함으로써 위조 얼굴 검출에 사용할 수 있다. 셋째, 파워스펙트럼 기반으로 추출된 특징벡터를 서포트벡터머신 등의 분류기에 통과시켜 얻어진 판단결과(decision)와 로컬바이너리패턴 기반으로 추출된 특징벡터를 서포트벡터머신 등의 분류기에 통과시켜 얻어진 판단 결과를 판단 결과 수준에서 조합하여 위조 얼굴 검출에 사용할 수 있다.The third method is a combination of the power spectrum-based method and the local binary pattern-based method described above. The two methods above can be combined in three approaches: First, a classifier such as a support vector machine is used by combining a feature vector extracted based on a power spectrum as shown in FIG. 2 (d) and a feature vector extracted based on a local binary pattern as shown in FIG. 3 (c) at a feature vector level. Can be used for counterfeit face detection. Second, scores obtained by passing feature vectors extracted on the basis of power spectrum to classifiers such as support vector machines and scores obtained by passing feature vectors extracted on the basis of local binary patterns through classifiers such as support vector machines are score levels. Can be used for counterfeit face detection by combining with and learning through classifiers such as support vector machines. Third, the decision result obtained by passing the feature vector extracted based on the power spectrum through a classifier such as a support vector machine and the decision result obtained by passing the feature vector extracted based on a local binary pattern through a classifier such as a support vector machine. It can be used to detect fake faces in combination at the judgment result level.

정리하면, 본 발명에 따른 단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법은, 컬러 혹은 흑백 카메라에서 촬영된 얼굴 영상을 주파수 도메인으로 변환하고 저주파 성분이 중심에 오도록 위치 변환을 시켜준 후, 이를 다수의 동심원으로 나누어 각 동심원 사이의 평균 에너지값으로 1차원 특징벡터를 생성하고, 이를 서포트벡터머신 등을 사용하여 학습함으로써 위조 얼굴 검출기를 생성한다. 이러한 파워스펙트럼 기반 특징벡터는 얼굴 영상 전체에서 추출될 수도 있고, 임의로 분할된 얼굴 영상의 조각들에서 각각 추출되어 하나로 합쳐질 수도 있다. In summary, the fake face detection method using a single image according to the present invention converts a face image photographed by a color or monochrome camera into a frequency domain, converts a position of the low frequency component to a center, and then converts the image into a plurality of concentric circles. By dividing, one-dimensional feature vectors are generated with average energy values between concentric circles, and a fake face detector is generated by learning them using a support vector machine. The power spectrum-based feature vectors may be extracted from the entire face image, or may be extracted from the fragments of the arbitrarily divided face images and merged into one.

또한, 컬러 혹은 흑백 카메라에서 촬영된 얼굴 영상에서 로컬바이너리패턴 코드를 계산한 후 이를 히스토그램화함으로써 1차원 특징벡터를 생성하고, 이를 서포트벡터머신 등을 사용하여 학습함으로써 위조 얼굴 검출기를 생성한다. 이러한 로컬바이너리패턴 기반 특징벡터는 얼굴 영상 전체에서 추출될 수도 있고, 임의로 분할된 얼굴 영상의 조각들에서 각각 추출되어 하나로 합쳐질 수도 있다. In addition, after generating a local binary pattern code from a face image photographed by a color or monochrome camera, histogram is generated to generate a one-dimensional feature vector, and a fake face detector is generated by learning using a support vector machine. The local binary pattern-based feature vectors may be extracted from the entire face image, or may be extracted from the fragments of the arbitrarily divided face images and merged into one.

마지막으로, 파워스펙트럼 기반 위조 가면 검출 방법과 로컬바이너리패턴 기반 위조 가면 검출 방법은 다음과 같이 세 가지 수준에서 조합되어 위조 얼굴을 검출하는데 사용될 수 있다. 첫째, 파워스펙트럼 기반으로 추출된 특징벡터와 로컬바이너리패터 기반으로 추출된 특징벡터를 특징벡터 수준에서 조합하여 서포트벡터머신 등의 분류기를 사용하여 학습함으로써 위조 얼굴 검출기를 만들 수 있다. 둘째, 파워스펙트럼 기반으로 추출된 특징벡터를 서포트벡터머신 등의 분류기에 통과시켜 얻어진 스코어와 로컬바이너리패턴 기반으로 추출된 특징벡터를 서포트벡터머신 등의 분류기에 통과시켜 얻어진 스코어를 스코어 수준에서 조합하여 사용할 수 있다. 셋째, 파워스펙트럼 기반으로 추출된 특징벡터를 서포트벡터머신 등의 분류기에 통과시켜 얻어진 판단결과와 로컬바이너리패턴 기반으로 추출된 특징벡터를 서포트벡터머신 등의 분류기에 통과시켜 얻어진 판단결과를 판단결과 수준에서 조합하여 위조 얼굴 여부를 판단하는데 사용할 수 있다.Lastly, the power spectrum based fake mask detection method and the local binary pattern based fake mask detection method can be used to detect the fake face by combining at three levels as follows. First, forgery face detectors can be made by combining feature vectors extracted on the basis of power spectrum and feature vectors extracted on the basis of local binary pattern at a feature vector level and learning using a classifier such as a support vector machine. Second, the score obtained by passing the feature vector extracted on the basis of the power spectrum through a classifier such as a support vector machine and the score obtained by passing the feature vector extracted on the basis of a local binary pattern through a classifier such as a support vector machine are combined at a score level. Can be used. Third, the judgment result obtained by passing the feature vector extracted on the basis of the power spectrum through a classifier such as a support vector machine and the result of passing the feature vector extracted on the basis of a local binary pattern through a classifier such as a support vector machine. It can be used in combination with to determine if a fake face is present.

Claims (6)

컬러 또는 흑백의 사용자 얼굴 영상을 획득하는 단계;
상기 얼굴 영상의 각 화소를 퓨리에 변환하여 주파수 도메인으로 변환하는 단계;
상기 퓨리에 변환된 결과값을 이용하여 저주파 성분이 중심에 오도록 위치 변환하는 단계;
위치 변환된 상기 결과값을 다수의 동심원으로 구획하고, 각 동심원의 평균 에너지값을 산출하여 1차원 특징 벡터를 생성하는 단계;
상기 산출된 1차원 특징 벡터를 서포트벡터머신을 이용하여 기준 위조얼굴 특징 벡터와 비교함으로써, 상기 사용자 얼굴 영상이 위조된 얼굴인지의 여부를 판정하는 단계를 포함하는 단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법.
Obtaining a user face image in color or black and white;
Fourier transforming each pixel of the face image into a frequency domain;
Using the Fourier transformed result to position transform the low frequency component to be centered;
Partitioning the position-converted result into a plurality of concentric circles and calculating an average energy value of each concentric circle to generate a one-dimensional feature vector;
And comparing the calculated one-dimensional feature vector with a reference fake face feature vector using a support vector machine to determine whether the user's face image is a fake face.
제1항에 있어서,
상기 기준 위조얼굴 특징 벡터는,
하나 이상의 위조 얼굴 영상을 준비하는 단계;
상기 위조 얼굴 영상들로부터 각각의 상기 1차원 특징 벡터를 생성하는 단계;
상기 생성된 1차원 특징 벡터들을 상기 서포트벡터머신에서 기준 위조얼굴 특징 벡터로서 학습하는 단계를 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법.
The method of claim 1,
The reference forged face feature vector,
Preparing at least one fake face image;
Generating each one-dimensional feature vector from the fake face images;
And a step of learning the generated one-dimensional feature vectors as a reference forged face feature vector in the support vector machine.
제1항에 있어서,
상기 얼굴 영상의 각 화소를 퓨리에 변환하여 주파수 도메인으로 변환하는 상기 단계는:
상기 얼굴 영상을 복수의 조각으로 구획하는 단계;
상기 각 조각들마다의 각 화소를 퓨리에 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법.
The method of claim 1,
The step of Fourier transforming each pixel of the face image to a frequency domain may include:
Partitioning the face image into a plurality of pieces;
And performing a Fourier transform on each pixel of each of the pieces.
컬러 또는 흑백의 사용자 얼굴 영상을 획득하는 단계;
상기 얼굴 영상으로부터 로컬바이너리패턴 코드를 계산하는 단계;
상기 계산된 로컬바이너리패턴 코드를 히스토그램화하여 1차원 특징 벡터를 생성하는 단계;
상기 산출된 1차원 특징 벡터를 서포트벡터머신을 이용하여 기준 위조얼굴 특징 벡터와 비교함으로써, 상기 사용자 얼굴 영상이 위조된 얼굴인지의 여부를 판정하는 단계를 포함하는 단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법.
Obtaining a user face image in color or black and white;
Calculating a local binary pattern code from the face image;
Generating a one-dimensional feature vector by histogramming the calculated local binary pattern code;
And comparing the calculated one-dimensional feature vector with a reference fake face feature vector using a support vector machine to determine whether the user's face image is a fake face.
제4항에 있어서,
상기 기준 위조얼굴 특징 벡터는,
하나 이상의 위조 얼굴 영상을 준비하는 단계;
상기 위조 얼굴 영상들로부터 각각의 상기 1차원 특징 벡터를 생성하는 단계;
상기 생성된 1차원 특징 벡터들을 상기 서포트벡터머신에서 기준 위조얼굴 특징 벡터로서 학습하는 단계를 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법.
5. The method of claim 4,
The reference forged face feature vector,
Preparing at least one fake face image;
Generating each one-dimensional feature vector from the fake face images;
And a step of learning the generated one-dimensional feature vectors as a reference forged face feature vector in the support vector machine.
제4항에 있어서,
상기 얼굴 영상으로부터 로컬바이너리패턴 코드를 계산하는 단계는:
상기 얼굴 영상을 복수의 조각으로 구획하는 단계;
상기 각 조각들마다에 대한 로컬바이너리패턴 코드를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 영상을 사용한 위조 얼굴 검출 방법.
5. The method of claim 4,
Computing a local binary pattern code from the face image:
Partitioning the face image into a plurality of pieces;
And calculating a local binary pattern code for each of the pieces.
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