一种人脸活体检测与识别系统

本发明涉及图像识别技术领域，特别涉及一种人脸活体检测与识别系统。

背景技术：

随着计算机科学和电子技术的迅速发展，人脸识别技术被广泛应用于公共安全、场所进出、信息处理等领域，人脸识别正成为仅次于指纹的全球第二大生物特征认证方法，“刷脸”时代正式到来。人脸识别研究的主要目的是提高验证和识别任务的性能，但人脸识别技术的应用并非无懈可击。

与二维识别相比，三维图像本身包含面部的空间形状信息，受外部因素的影响较小。

因此，目前人脸识别的缺陷在于：基于人脸深度信息的深度学习方法,模型训练难度大，样本标注难度大，现有样本少；计算量大，难以满足实时性要求;对深度信息精度要求高；需要待检测者主动配合的动态识别方法，在使用随机指令动作进行识别时存在着响应时差；根据人脸纹理、颜色、非刚性物体形变、材质等特征进行人脸活体检测，目前方案容易受到光线，环境等因素的影响，存在一定概率的漏判(非活体判断为活体)和误判(活体误判为非活体)。

总的来说，目前人脸识别方案主要采取可见光或红外成像方式，且无反欺诈人脸识别手段主要针对一种或几种人脸攻击方式，缺乏鲁棒性，亟需多种手段交叉融合的防护及识别方式。

为此，本申请采用人脸多光谱成像，采集人脸在多光谱成像下独特的生理信息用于人脸生活体检测和高精度人脸识别，实现更优的识别速度、识别精准度和更高的安全性，具备对抗绝大多数人脸欺诈攻击（打印、重放、3d蒙版、眼睛裁剪人脸照片、化妆、透明蒙版等）的能力。

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术中的不足，提供了一种人脸活体检测与识别系统。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种人脸活体检测与识别系统，包括人脸信息采集光学系统，其特征在于：

所述人脸信息采集光学系统包括电源模块，电源模块连接人脸信息采集光学系统的光源、光学成像系统、数据采集模块、cpu、机电控制模块和显示模块，用于给连接的组成单元供电；

所述光源包括可见光、红外、紫外光源；

所述光学成像系统包括多波段光学成像系统、红外成像系统和热成像系统；

所述数据采集模块接收光学成像系统的图像数据，并将图像数据传送到cpu中；

所述cpu中设有图像处理模块，处理图像数据后用于分析判断，最终在显示模块上进行显示；

所述机电控制模块用于控制光源和光学成像系统的运行。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述红外光源为结构光投影仪（dlp）。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述多波段光学成像系统包括可见光成像系统和紫外成像系统，通过控制滤波片，采取全波段探测ccd（190-1200nm）进行图像检测；所述紫外成像系统和热成像系统分别探测人脸的体外特征和温度特征，用于人脸活体检测，紫外成像工作波段380nm，热成像工作波段8μm~14μm，温度分辨率0.05℃，测温精度±3℃；所述红外成像系统获取的人脸红外深度信息，用于防范平面攻击。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述紫外成像系统中，采取穿透性强的微量紫外光瞬时照射，在不造成任何伤害的情况下获取人脸独特的皮下生理特征，包括色素、血管、较远的日光损伤，通过是否存在皮下生理特征进行活体判断。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述热成像系统中，获得人脸温度分布图，根据人脸不同区域的温度差进行活体判断。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述多波段成像系统和红外成像系统组成人脸识别的双目成像系统，所述多波段成像系统获取人脸rgb图和纹理信息，所述红外成像系统采用红外点阵发射器（dlp）发射红外结构光照明物体，在人脸表面投射出编码条纹，通过处理被人脸表面深度调制过的图像，获得红外图像和深度信息；可见光rgb图和红外深度图相结合，通过同步和精确配准，建立一对一的对应关系，实现人脸3d还原。

本发明的有益效果是：

本发明提出紫外、远红外热成像人脸生理特征采集方案，与3d结构光人脸成像相结合，将人脸在多光谱成像下独特的生理信息用于人脸生活体检测和高精度人脸识别，实现更优的识别速度、识别精准度和更高的安全性，具备全方位对抗绝大多数人脸欺诈攻击（打印、重放、3d蒙版、眼睛裁剪人脸照片、化妆、透明蒙版等）的能力，由于人脸3d深度信息、皮肤表面特征（如纹理）、人脸单一温度特征（一般37°左右判断为活体）非常容易伪造，因此本发明能够提高人脸识别鲁棒性和安全性。

附图说明

图1为本发明的系统功能图；

图2为本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1-图2为本发明的一种具体实施例，为实现强鲁棒性的人脸识别，本实施例采用多光谱成像方案进行全面的人脸生物信息采集，针对不同的人脸欺诈攻击手段，有针对性的抽取相应的人脸生理特征数据。

如图1所示，按照功能实现区分，本实施例的系统由四部分组成：一是双目结构光深度成像系统，采用红外点阵光源，可以同时获取人脸的红外、深度图片，并对场景中的人脸进行检测分析，还原3d人脸图像，创建带有面部深度信息的人脸模型，可以进行3d人脸识别；二是可见光成像，获取人脸2d和皮肤表面信息，进行人脸捕捉和活体判断；三是采用微量紫外光瞬时成像，紫外线穿透皮肤的能力较强，可以达到皮肤下2毫米，在不造成任何伤害的情况下可以获取人脸独特的皮下生理特征，如色素、血管、胶原的日光损伤等，因此可以根据是是否存在紫外班、色素沉积等皮下生理特征进行活体判断；四是远红外成像，获得人脸温度分布：对人脸远红外热成像面部温度分布规律分布研究显示，23个面部不为重，嘴角、额、内眦、鼻唇沟等部位均温较高，颊、鼻、鼻甲等部位均温较低，因此根据人脸不同区域的温度差进行精准活体判断。

如图2所示，为了获得人脸独特的生理特征信息，本实施例搭建人脸信息采集光学系统，采用可见光、红外、紫外光源，实现不同波段同时或时延成像，获得多种光谱图像。本实施例的系统由电源模块、光源、光学成像系统、数据采集模块、cpu、机电控制模块和显示模块组成，为了实现多光谱成像，采取紫外光源（uv）、红外光源两种，其中红外光源指的是结构光投影仪（dlp）。

光学成像系统分为多波段光学成像系统、红外及热成像系统三部分。其中，多波段光学成像系统具备可见光和紫外成像两个功能，通过控制滤波片，采取全波段探测ccd（190-1200nm）进行图像检测。

本实施例的人脸活体检测功能实现原理如下：

紫外成像和热成像分别探测人脸的紫外特征和温度分布特征，用于人脸活体检测。紫外成像工作波段365nm，为防止皮肤损伤采取微量辐射；热成像工作波段8μm~14μm，温度分辨率0.05℃，测温精度±3℃。

在此基础上，加入红外成像深度图携带的深度信息，能够有效防范平面攻击，比如说照片、视频、纸张面具弯曲等材质的攻击。

本实施例的人脸识别功能实现原理如下：

人脸识别采用3d结构光人脸识别和2d人脸识别相结合的方式。该方案采用双目成像方案：多波段成像系统可以获得人脸rgb图和纹理信息；红外成像系统采用红外点阵发射器（dlp）发射红外结构光照明物体，在人脸表面投射出编码条纹，通过处理被人脸表面深度调制过的图像，可以获得红外图像和深度信息。可见光rgb图和红外深度图相结合，通过同步和精确配准，建立一对一的对应关系，实现人脸3d还原。此手段可以保障在黑暗情况下和室内缺乏光线的情况下能实现人脸识别，抗环境干扰能力、可靠性更强，深度图质量有更大提升空间。

另外，本实施例中的人脸3d成像系统采用双目结构光，其他3d成像方法如飞行时间法（tof）、单目结构光发都可以实现3d信息采集。另外目前人脸识别常用红外光，可以避免环境光干扰，不考虑此因素的话其他波段光源也可以。本实施例的多波段成像系统采用滤波片，可以进行可见光和紫外信息采集，如果不考虑系统复杂性，也可以分别采用可见光和紫外两个单独的成像系统。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。