CN105005779A - 基于交互式动作的人脸验证防伪识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于交互式动作的人脸验证防伪识别方法及系统，包括进行注册静态人脸图像的信息及多个注册人脸动作图像的信息初始化录入；等待读入待测静态人脸图像，检测到拍摄待验证用户所得待测静态人脸图像时，将特征与存储的特征进行比对匹配，若有匹配度达到预设的阈值的存储特征，则合乎验证要求；根据录入的人脸动作随机选取并提示待验证用户完成相应人脸动作，对待验证用户的待测动作图像提取特征，与相应人脸动作的历史验证特征信息比对匹配，若匹配率达到阈值，则完成人脸身份验证，并将此次匹配的图像加入历史验证特征信息，否则匹配不通过或未达到预期效果，返回选取下一个人脸动作继续匹配，超过预设次数，则视为匹配失败，结束验证。<b />

Description

基于交互式动作的人脸验证防伪识别方法及系统

技术领域

本发明涉及人脸验证识别防伪技术领域，特别是涉及一种基于结合人脸表情动作与用户进行交互的人脸验证防伪识别技术。

背景技术

人脸识别通常是采用图像采集设备获取人脸图像信息后，通过对人脸部特征进行提取，与历史人脸特征信息进行比对，以达到人脸识别的目的，完成人物身份确认或人物搜索。

目前已有的人脸识别技术主要是基于可见光图像的人脸识别。该技术已有30多年的历史，但是该方法仍有难以克服的缺陷，就是光照对识别率的影响巨大。

人脸识别系统目前主要有两种：一种是基于静态图像的人脸识别，另一种是基于面部活性的静态图像人脸识别。

第一种，也是最普遍的一种人脸识别方法。这种方式完全基于静态图像，首先提取人脸特征，然后与特征库进行比较。其特点是识别速度快，识别准确度高：目前对于静态图像的识别率已经达到了97.5%以上。但是这种方式无法确认图像真实性，因此很容易被照片、假脸等伪装的静态图片蒙混过关，无法真正的防伪、达到高安全级别的人脸验证。

第二种，是在上述静态人脸识别的基础上添加目标活性检测的方式：通过热感应成像以及对大量假脸图像数据进行建模等方法来判断人体活性。但是这种方式的人体活性检测准确率不高，而且很容易被各种方式模拟的静态图像的活性所欺骗，因此其防伪效果依旧很差。

发明内容

本发明解决的技术问题在于：提高人脸识别防伪技术的精度及鲁棒性，能够真正识别到人脸本身。

本发明进一步解决的问题在于：大幅度提高人脸防伪的准确性，从而将人脸密码普及到更广阔的应用场景。

本发明进一步解决的问题还在于：降低硬件需求和算法复杂度。

本发明的技术方案提供一种基于交互式动作的人脸验证防伪识别方法，包括以下步骤，

步骤1，针对注册用户，进行注册静态人脸图像的信息及多个注册人脸动作图像的信息初始化录入，完成人脸注册；录入的信息包括图像本身和从图像中提取的特征；

步骤2，等待读入待测静态人脸图像；

步骤3，检测到拍摄待验证用户所得待测静态人脸图像时，提取待测静态人脸图像的特征，将当前提取的特征与录入的特征进行比对匹配，若有匹配度达到预设的阈值的存储特征，则合乎验证要求，进入步骤4；

步骤4，根据待测静态人脸图像的特征找到匹配的注册用户及其录入的注册人脸动作图像的信息，根据录入的人脸动作随机选取并提示待验证用户完成相应人脸动作，并开始检测待验证用户的待测动作图像；

步骤5，对待验证用户的待测动作图像提取特征，与相应人脸动作的历史验证特征信息比对匹配，若匹配率达到阈值，则完成人脸身份验证，并将此次匹配的图像加入历史验证特征信息，否则匹配不通过或未达到预期效果，返回步骤4选取下一个人脸动作继续匹配，超过预设次数，则视为匹配失败，结束验证。

而且，步骤1中多个注册人脸动作图像的录入，包括系统指定动作的相应人脸动作图像信息录入和用户自定义动作的相应人脸动作图像信息录入。

而且，步骤5所述历史验证特征信息，包括相应人脸动作的注册人脸动作图像的特征以及之前验证通过时匹配所用待测动作图像的特征。

本发明还提供一种基于交互式动作的人脸验证防伪识别系统，包括以下模块，

注册录入模块，用于针对注册用户，进行注册静态人脸图像的信息及多个注册人脸动作图像的信息初始化录入，完成人脸注册；录入的信息包括图像本身和从图像中提取的特征；

实时防伪启动模块，用于等待读入待测静态人脸图像；

静态匹配模块，用于检测到拍摄待验证用户所得待测静态人脸图像时，提取待测静态人脸图像的特征，将当前提取的特征与录入的特征进行比对匹配，若有匹配度达到预设的阈值的存储特征，则合乎验证要求，命令动作提示模块工作；

动作提示模块，用于根据待测静态人脸图像的特征找到匹配的注册用户及其录入的注册人脸动作图像的信息，根据录入的人脸动作随机选取并提示待验证用户完成相应人脸动作，并开始检测待验证用户的待测动作图像；

验证判断模块，用于对待验证用户的待测动作图像提取特征，与相应人脸动作的历史验证特征信息比对匹配，若匹配率达到阈值，则完成人脸身份验证，并将此次匹配的图像加入历史验证特征信息，否则匹配不通过或未达到预期效果，命令动作提示模块选取下一个人脸动作继续匹配，超过预设次数，则视为匹配失败，结束验证。

而且，注册录入模块中多个注册人脸动作图像的录入，包括系统指定动作的相应人脸动作图像信息录入和用户自定义动作的相应人脸动作图像信息录入。

而且，验证判断模块所述历史验证特征信息，包括相应人脸动作的注册人脸动作图像的特征以及之前验证通过时匹配所用待测动作图像的特征。

本发明将自定义的个性化动作以及交互式识别结合并应用于人脸识别防伪，从而提高了人脸识别的精度和鲁棒性。本发明的优点在于：

（1）    本发明通过交互式验证确保人体活性，从而保证了识别的鲁棒性，在很大程度上杜绝了假脸以及静态图像的虚假验证；

（2）    本发明采用个性化自定义动作注册，保证了个体的区别性，从而丰富了个人的特征，而不仅仅是通过人脸特征来进行识别防伪，从而提高了验证的准确率和可靠性；

（3）    本发明采用增量式学习匹配的方法，基于历史人脸识别验证不断完善用户动作识别，从而更好的提高了识别准确率和可靠性；

（4）    本发明无需摄像头外的额外设备，操作简单、便捷，系统成本低，鲁棒性高。

附图说明

图1为本发明实施例的典型实施环境示意图；

图2为本发明实施例的具体流程示意图；

图3为本发明实施例的原理示意图。

具体实施方式   

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，以下结合具体实施案例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明所述的基于交互式人脸动作验证防伪识别的典型实施环境如图1所示，将摄像头对准人脸，并在设备屏幕上提示用户完成相应的动作，用户通过配合完成相应动作完成匹配识别。本发明可以应用在移动设备、带摄像头的计算机设备、以及其它具有图像获取和一定计算能力的设备上。

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于交互式人脸动作防伪识别的技术方法，所采取的方案是，利用摄像头获取人脸起始静态特征信息，进行初步比对，如果比对通过，提示人脸做相应的动作，从动作图像中选取合适的图像进行处理获取相应的特征，与历史动作图像特征进行对比，判断是否是同一个人，从而达到人脸防伪识别。具体实施时，本领域技术人员可以采用软件技术实现本发明技术方案，例如，在设备中设置信息录入程序和人脸识别防伪程序，便于预先进行信息初始化录入和实时人脸识别防伪，设置存储信息的人脸注册数据库等。

参见图3，实施例所提供方法包含的基本步骤如下：

步骤1，针对注册用户，预先进行注册静态人脸特征图像信息及多个注册人脸动作图像信息初始化录入，可以加入人脸注册数据库，完成人脸注册；具体实施时，可以启动信息录入程序，进行静态人脸特征图像信息录入、用户系统人脸动作图像信息录入、用户自定义人脸动作图像信息录入。用户系统人脸动作图像信息录入，是针对预设的系统要求动作进行录入，为灵活实施期间，也支持对用户的自定义动作进行录入。录入的信息包括图像本身和从图像中提取的特征，图像和图像特征一般需加密存储，以防止用户信息泄露。具体实施时，本领域技术人员可自行设定具体特征提取种类和提取方式，例如提取不同表情动作下双眼间距、不同表情动作下双眼与唇中心组成的三角形的形状等等。

步骤2，等待读入待测静态人脸图像信息，具体实施时，可以启动人脸验证防伪识别程序（即人脸识别防伪程序），对输入的静态人脸图像信息实时识别，参见图3。

步骤3，检测到拍摄待验证用户所得待测静态人脸图像时，提取静态人脸特征信息，即待测静态人脸图像的特征，将当前提取的静态人脸特征信息与资料库特征信息（人脸注册数据库存储的特征）进行比对匹配，若有匹配度达到预设的阈值的存储特征，则合乎验证要求：具体实施时，可利用摄像头获取静态人脸图像信息，提取其特征并与注册的人脸进行匹配，判断人脸是否已注册，特征值匹配度达到一定预设的阈值则合乎验证要求；如果人脸不合乎要求则结束，合乎要求则进入步骤4。

步骤4，根据静态人脸特征信息（待测静态人脸图像的特征）找到匹配的注册用户及其录入的人脸动作信息，根据注册用户录入的人脸动作，提示待验证用户完成相应人脸动作，并开始检测待验证用户动作图像信息：根据预设的系统要求动作提示验证人员人脸做相应动作，例如眨眼、吐舌头、转动头部（摇头）等，以及根据注册人员事先自定义的任何动作提示验证人员人脸做相应动作，例如动耳朵等，然后进入步骤5。

步骤5，将获取到的用户动作图像信息，进行处理与特征提取，即对待验证用户的待测动作图像提取特征，与相应人脸动作的历史验证特征信息比对匹配，若匹配率达到阈值，则完成人脸身份验证，并将此次匹配的图像加入历史验证特征信息，否则匹配不通过或未达到预期效果，返回步骤4选取下一个人脸动作继续匹配，超过预设次数，则视为匹配失败，结束验证：

所述历史验证特征信息，包括相应人脸动作的注册人脸动作图像的特征以及之前验证通过时匹配所用待测动作图像的特征。当然，首次验证成功时，历史验证特征信息只有注册人脸动作图像的特征，尚未出现之前验证通过时匹配所用待测动作图像的特征。从人脸动作图像信息中选取一帧或融合多帧作为待匹配的图像，选取的原则是图像清晰、光照充分均匀、与其他用户图像反差明显，提取其特征信息，与历史动作图像特征以及注册动作图像特征进行联合比对，具体的说，将待比较图像与系统提示的动作所对应的注册图像和所有的历史图像进行特征比对，特征比对达到一定阈值则视为匹配通过，并将此次匹配的图像及其特征加入历史图像数据库，完成此次人脸识别，加入历史图像和特征赋予系统更高的鲁棒性，例如可以反应用户在不同季节脸部自然连续的变化；否则匹配不通过或未达到预期效果，返回步骤4加强匹配结果，超过一定次数，例如三次，则视为匹配失败，结束验证。

为便于实施参考起见，本发明进一步提高了基于人脸交互式动作身份验证防伪技术的具体实现流程如图2所示，在启用信息录入程序进行初始录入后，实时验证应用的步骤如下：

（1）首先将设备开启，并开启人脸识别防伪程序，摄像头及屏幕对准人脸；

（2）系统开始人脸检测，等待读入静态人脸图像信息，如果在一定时间内，如30秒，未检测到人脸，系统完成人脸验证防伪流程，身份验证不通过，无验证输出，并关闭人脸验证程序；如果检测到人脸，则进入步骤（3）；

（3）提取人脸特征信息，将人脸特征信息与人脸注册数据库进行比对，如果检测到与人脸注册数据库中的某一人脸匹配则进入步骤（4），否则输出用户不存在，身份验证不通过，完成匹配，关闭验证程序；

（4）从人脸注册数据库中提取匹配用户的动作集（包括系统或自定义动作），随机选取其中的用户动作，提示用户完成相应动作，并等待获取用户动作图像信息，匹配次数自增，进入步骤（5）；

（5）检测用户动作：首先选取一帧或多帧融合的代表性用户动作图像，然后提取该用户动作图像的特征信息，并将其与资料库（历史图像数据库、人脸注册数据库）中历史动作图像特征信息和注册动作图像特征信息进行联合匹配，判断匹配度是否达到预期阈值，是则输出验证成功，完成匹配，关闭验证程序；否则返回步骤（3），并记录无效匹配的次数，当无效匹配次数超过预设的一定次数后，如三次，则输出验证不通过，完成匹配，关闭验证程序。具体实施时，也可以设计在匹配次数自增后判断当前的无效匹配次数是否得到上限次数，如四次，是则继续匹配，若否则不再进行后续获取用户动作图像等操作，验证失败。

具体实施时，本领域技术人员可采用软件方法实现上述流程的自动运行，也可以采用模块化方式实现。本发明实施例还提供一种基于交互式动作的人脸验证防伪识别系统，包括以下模块，

注册录入模块，用于针对注册用户，进行注册静态人脸图像的信息及多个注册人脸动作图像的信息初始化录入，完成人脸注册；录入的信息包括图像本身和从图像中提取的特征；

实时防伪启动模块，用于等待读入待测静态人脸图像；

静态匹配模块，用于检测到拍摄待验证用户所得待测静态人脸图像时，提取待测静态人脸图像的特征，将当前提取的特征与录入的特征进行比对匹配，若有匹配度达到预设的阈值的存储特征，则合乎验证要求，命令动作提示模块工作；

动作提示模块，用于根据待测静态人脸图像的特征找到匹配的注册用户及其录入的注册人脸动作图像的信息，根据录入的人脸动作随机选取并提示待验证用户完成相应人脸动作，并开始检测待验证用户的待测动作图像；

验证判断模块，用于对待验证用户的待测动作图像提取特征，与相应人脸动作的历史验证特征信息比对匹配，若匹配率达到阈值，则完成人脸身份验证，并将此次匹配的图像加入历史验证特征信息，否则匹配不通过或未达到预期效果，命令动作提示模块选取下一个人脸动作继续匹配，超过预设次数，则视为匹配失败，结束验证。

各模块具体实现可参见相应步骤，本发明不予赘述。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于交互式动作的人脸验证防伪识别方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，针对注册用户，进行注册静态人脸图像的信息及多个注册人脸动作图像的信息初始化录入，完成人脸注册；录入的信息包括图像本身和从图像中提取的特征；

步骤2，等待读入待测静态人脸图像；

步骤3，检测到拍摄待验证用户所得待测静态人脸图像时，提取待测静态人脸图像的特征，将当前提取的特征与录入的特征进行比对匹配，若有匹配度达到预设的阈值的存储特征，则合乎验证要求，进入步骤4；

步骤4，根据待测静态人脸图像的特征找到匹配的注册用户及其录入的注册人脸动作图像的信息，根据录入的人脸动作随机选取并提示待验证用户完成相应人脸动作，并开始检测待验证用户的待测动作图像；

步骤5，对待验证用户的待测动作图像提取特征，与相应人脸动作的历史验证特征信息比对匹配，若匹配率达到阈值，则完成人脸身份验证，并将此次匹配的图像加入历史验证特征信息，否则匹配不通过或未达到预期效果，返回步骤4选取下一个人脸动作继续匹配，超过预设次数，则视为匹配失败，结束验证。

2.根据权利要求1所述基于交互式动作的人脸验证防伪识别方法，其特征在于：步骤1中多个注册人脸动作图像的录入，包括系统指定动作的相应人脸动作图像信息录入和用户自定义动作的相应人脸动作图像信息录入。

3.根据权利要求1或2所述基于交互式动作的人脸验证防伪识别方法，其特征在于：步骤5所述历史验证特征信息，包括相应人脸动作的注册人脸动作图像的特征以及之前验证通过时匹配所用待测动作图像的特征。

4.一种基于交互式动作的人脸验证防伪识别系统，其特征在于：包括以下模块，

注册录入模块，用于针对注册用户，进行注册静态人脸图像的信息及多个注册人脸动作图像的信息初始化录入，完成人脸注册；录入的信息包括图像本身和从图像中提取的特征；

实时防伪启动模块，用于等待读入待测静态人脸图像；

静态匹配模块，用于检测到拍摄待验证用户所得待测静态人脸图像时，提取待测静态人脸图像的特征，将当前提取的特征与录入的特征进行比对匹配，若有匹配度达到预设的阈值的存储特征，则合乎验证要求，命令动作提示模块工作；

动作提示模块，用于根据待测静态人脸图像的特征找到匹配的注册用户及其录入的注册人脸动作图像的信息，根据录入的人脸动作随机选取并提示待验证用户完成相应人脸动作，并开始检测待验证用户的待测动作图像；

验证判断模块，用于对待验证用户的待测动作图像提取特征，与相应人脸动作的历史验证特征信息比对匹配，若匹配率达到阈值，则完成人脸身份验证，并将此次匹配的图像加入历史验证特征信息，否则匹配不通过或未达到预期效果，命令动作提示模块选取下一个人脸动作继续匹配，超过预设次数，则视为匹配失败，结束验证。

5.根据权利要求4所述基于交互式动作的人脸验证防伪识别系统，其特征在于：注册录入模块中多个注册人脸动作图像的录入，包括系统指定动作的相应人脸动作图像信息录入和用户自定义动作的相应人脸动作图像信息录入。

6.根据权利要求4或5所述基于交互式动作的人脸验证防伪识别系统，其特征在于：验证判断模块所述历史验证特征信息，包括相应人脸动作的注册人脸动作图像的特征以及之前验证通过时匹配所用待测动作图像的特征。