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基于元伪标签和光照不变特征的人脸反欺诈算法

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信息安全学报 2023年第5期8卷 61-80页

作者：冯浩宇胡永健王宇飞刘琲贝余翔宇钟睿华南理工大学计算机科学与工程学院广州510641 华南理工大学电子与信息学院广州510641 广东警官学院刑事技术系广州510440

人脸反欺诈(Face anti-spoofing,FAS)在防止人脸识别系统遭受欺诈攻击方面起着至关重要的作用,得益于深度学习网络强大的特征提取能力,基于深度学习的FAS算法取得比基于传统手工特征算法更好的性能,成为近期的研究热点。尽管大多数基于... 详细信息

人脸反欺诈(Face anti-spoofing,FAS)在防止人脸识别系统遭受欺诈攻击方面起着至关重要的作用,得益于深度学习网络强大的特征提取能力,基于深度学习的FAS算法取得比基于传统手工特征算法更好的性能,成为近期的研究热点。尽管大多数基于深度学习的FAS算法能在库内达到很好的检测效果,但是跨库检测性能欠佳,主要原因是库内和库外数据往往在不同条件下采集,例如拍摄设备、环境光照和攻击呈现设备不同,导致库内和库外数据的分布不同,两者之间存在域位移。当训练数据的多样性不足时,容易在库内学习过程中过拟合,跨库泛化性能不好。尽管我们可以判断起因,然而在真实世界的应用过程中解决上述问题并不容易。一方面,人脸反欺诈模型难以收集所有场景下的有标签训练样本;另一方面,不同应用场景使得同一因素产生不同的影响,例如,不同场景的光照导致域位移,影响了分类模型对本质性欺诈纹理的提取。为此,本文将元伪标签引入人脸反欺诈任务,提出一种基于元伪标签的人脸反欺诈方法。主要贡献包括:第一,提出一种基于图像块的“教师生成伪标签,学生反馈”半监督学习框架,挖掘局部图像的高区分度特征,解决有标签样本不足的问题;第二,基于局部重力模式(Pattern of local gravitational force,PLGF),设计一种带有注意力模块的光照不变特征分支,抑制应用场景中最容易影响特征提取的光照因素;第三,将元学习与半监督学习框架相结合,优化教师生成伪标签的过程,提高算法的跨库检测能力。与现有流行算法相比,在三个公开的测试数据集(包括CASIA、Replay-Attack和MSU)上,所提出方法在库内测试和跨库测试下均有突出的表现,尤其是泛化性能得到显著提高。在样本数量中等时,在不同库中的半总错误率保持最低。

关键词：人脸反欺诈元学习半监督学习光照不变特征元伪标签深度学习

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基于光照不变特征的无模式跟踪算法

计算机工程与设计 2019年第1期40卷 161-166页

作者：姜可孟曾聪文江泽涛桂林电子科技大学广西高校图像图形智能处理重点实验室广西桂林541004 桂林电子科技大学广西可信软件重点实验室广西桂林541004

针对传统的特征点在目标追踪算法中鲁棒性不强和基于先验知识的目标追踪算法模型漂移的问题,提出一种基于光照不变特征的无模式跟踪算法。采用无模式追踪的思想,利用敏感直方图提取二值化的光照不变特征,用双向光流跟踪和全局匹配算法... 详细信息

针对传统的特征点在目标追踪算法中鲁棒性不强和基于先验知识的目标追踪算法模型漂移的问题,提出一种基于光照不变特征的无模式跟踪算法。采用无模式追踪的思想,利用敏感直方图提取二值化的光照不变特征,用双向光流跟踪和全局匹配算法进行筛选得到稳定特征点,根据特征点的投票结果进行聚类确定目标中心,实现目标追踪。通过实验验证了该方法在光照变换、部分遮挡、运动模糊等情况下都表现出较好的追踪效果和鲁棒性。

关键词：目标跟踪光照不变特征局部敏感直方图无模式跟踪聚类

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基于光照不变特征的数字散斑相关方法

科学技术与工程 2021年第14期21卷 5907-5912页

作者：贺志杰钱鼎凌小康宋义敏北方工业大学土木工程学院北京100144

边坡问题是中外工程建设中的主要工程地质问题之一,准确、可靠的边坡变形监测方法对预防滑坡灾害起着至关重要的作用。将数字散斑相关方法应用在边坡变形监测中,可以快速得到准确的边坡位移场信息,具有操作简单、非接触式等优点。但是... 详细信息

边坡问题是中外工程建设中的主要工程地质问题之一,准确、可靠的边坡变形监测方法对预防滑坡灾害起着至关重要的作用。将数字散斑相关方法应用在边坡变形监测中,可以快速得到准确的边坡位移场信息,具有操作简单、非接触式等优点。但是在野外测量环境下,光照变化对图像的灰度唯一性产生了较大影响,从而导致测量精度的下降。在数字散斑相关方法求解边坡变形场的基础上,使用局部敏感直方图替换原始图像对应位置的灰度值,作为图像的光照不变特征,克服了光照变化对图像灰度信息的影响,并通过数值模拟实验对算法精度进行验证。实验结果表明,该方法大幅提高了边坡变形计算精度,为研究边坡破坏机理和发展过程,提供了一种经济有效的监测方法。

关键词：近景摄影测量边坡监测数字散斑相关方法光照不变特征

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自适应的纹理图像光照不变特征提取方法

计算机工程 2013年第11期39卷 254-258,263页

作者：尚赵伟胡德恒赵恒军杨君重庆大学计算机学院重庆400030 中国人民解放军西藏林芝军分区西藏林芝860100

为降低光照变化对纹理图像的影响，提出自适应的纹理光照不变特征提取方法。利用小波变换提取对数域纹理图像的高、低频分量，并分别采用不同方法对两者进行处理，提取其光照不变量图像，运用主分量分析法得到光照不变量数据的特征，使... 详细信息

为降低光照变化对纹理图像的影响，提出自适应的纹理光照不变特征提取方法。利用小波变换提取对数域纹理图像的高、低频分量，并分别采用不同方法对两者进行处理，提取其光照不变量图像，运用主分量分析法得到光照不变量数据的特征，使用K-最近特征线分类器进行图像分类。实验结果表明，该方法在光照条件复杂的Outex14数据集上能够取得较好的分类效果，分类正确率高于现有方法5．56％--22．10％。

关键词： BayesShrink算法小波去噪模型自适应主成分分析 K-最近特征线分类器光照不变特征

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基于光照不变感知特征的打火石检测识别

计算机工程与应用 2016年第6期52卷 227-234页

作者：陈文明梁冬泰宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211

为了在生产过程中确定打火石的方向,提高打火石安装定位的效率,根据打火石圆柱状外形及两端面的颜色特征,使用特定的棋盘形工装定位装置对打火石进行定位,并利用彩色机器视觉技术对打火石的端面颜色进行检测识别。为了准确识别出打火石... 详细信息

为了在生产过程中确定打火石的方向,提高打火石安装定位的效率,根据打火石圆柱状外形及两端面的颜色特征,使用特定的棋盘形工装定位装置对打火石进行定位,并利用彩色机器视觉技术对打火石的端面颜色进行检测识别。为了准确识别出打火石的品红色端面,在拮抗色感知特征基础上,针对现场环境中光线不均等问题,进行了光照不变的拮抗色感知特征变换,降低了光照不均对检测结果的影响。对于打火石另一端面银白色特征,根据其高亮的特性,采用Otsu自适应阈值法进行分割,并在颜色通道的统计基础上,对银白色特征提取过程进一步进行约束。实验结果表明,采用光照不变的拮抗色感知特征提取算法以及阈值分割相结合的方法,能够有效对打火石的端面颜色进行识别,在不出现误检的情况下,品红色端面的识别准确率为99.87%,银白色端面的识别准确率为99.62%,满足了打火石视觉检测识别系统的性能要求。

关键词：彩色特征提取光照不变特征拮抗色理论颜色识别

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人脸认证中的光照不变特征图像提取方法研究

人脸认证中的光照不变特征图像提取方法研究

作者：匡婷重庆大学

学位级别：硕士

近三十年来，人脸认证技术虽然得到了长足的发展，但是光照问题仍然是影响其性能的主要因素之一。光照环境的复杂多变性和不确定性，让光照鲁棒的人脸认证变得很困难。光照不变特征图像提取方法是近年来研究光照问题的主流方法，它处理... 详细信息

近三十年来，人脸认证技术虽然得到了长足的发展，但是光照问题仍然是影响其性能的主要因素之一。光照环境的复杂多变性和不确定性，让光照鲁棒的人脸认证变得很困难。光照不变特征图像提取方法是近年来研究光照问题的主流方法，它处理效果较好，并且对训练样本没有要求。各向异性扩散算法是一种经典的光照不变特征图像提取方法，它的性能主要由图像梯度描述子和传导函数决定。为减轻光照对人脸认证性能的影响，本论文提出一种基于韦伯局部描述的光照不变特征图像提取方法，该方法主要通过引入韦伯局部描述子来改进传统的各向异性扩散算法中图像梯度的描述性能，并提出一种基于中心对称的对数变换对人脸图像进行预处理以减轻侧光对人脸图像的影响。本论文的主要研究工作如下： ①在调研国内外人脸光照处理方法的基础上，深入研究了光照不变特征方法，重点研究了各向异性扩散算法，详细分析了该算法的基本原理及影响其性能的主要因素。 ②本论文通过对图像梯度描述子的分析，发现现有的梯度描述子虽然能很好描述图像局部的灰度变化，但这种变化主要考虑图像像素间灰度的绝对变化，不能描述与图像背景的相对变化。而相对变化往往更能够反映图像局部的灰度变化程度。为此，本论文将韦伯局部描述子引入到各向异性扩散算法中，用以描述人脸图像局部灰度的相对变化。利用韦伯局部描述子和空间梯度共同描述人脸图像梯度，使得各向异性扩散算法对光照的处理效果得到较好的改善。 ③图像的梯度描述子对图像局部的灰度变化十分敏感，但是它却无法区分这种变化是由人脸特征引起的，还是由光照变化引起的。在侧光影响下，人脸图像明暗区域分界线附近像素点的灰度值变化剧烈，会引起图像梯度的显著变化，这是我们不希望发生的。为减轻侧光对人脸图像影响，本论文提出一种基于中心对称的对数变换对人脸图像进行预处理。这种变换结合了对数和指数变换的优点，能够有效改善不同光照条件下人脸图像的灰度动态范围。本论文利用中心对称的对数变换对人脸图像进行预处理，然后将采用韦伯局部描述子的各向异性扩散算法引入广义商图像框架中就形成了本论文提出的光照不变特征图像提取方法。 ④本论文采用图像视觉效果、余弦相似度、ROC曲线和人脸认证率等四种公用的评价指标用以评价光照不变特征图像提取算法的性能。在CMU PIE和CAS-PEAL人脸图像库上，将本论文提出的方法与其他经典的光照不变特征图像方法进行了处理后的视觉效果对比实验、余弦相似度对比实验、ROC曲线对比实验以及人脸认证实验，实验结果表明本论文提出的方法是一种有效的光照不变特征图像提取方法。

关键词：光照不变特征韦伯局部描述子各向异性扩散人脸认证 Retinex

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复杂光照下人脸不变特征提取算法研究

复杂光照下人脸不变特征提取算法研究

作者：黄琼广东工业大学

学位级别：硕士

人脸识别技术现在在许多重要场合已被广泛应用,也成为当前机器视觉中一个关键的组成部分。但是,现有人脸识别系统的准确率对图像质量的依赖性较大,在处理低质量无约束人脸图像时,性能会严重退化。人脸识别结果受到多种因素影响,光照就... 详细信息

人脸识别技术现在在许多重要场合已被广泛应用,也成为当前机器视觉中一个关键的组成部分。但是,现有人脸识别系统的准确率对图像质量的依赖性较大,在处理低质量无约束人脸图像时,性能会严重退化。人脸识别结果受到多种因素影响,光照就是其中一个重要的影响因素。在本文的研究中,将重点分析人脸库中针对复杂光照下的人脸进行预处理的人脸识别算法。本文研究的主要工作如下:1)研究Gamma校正、直方图均衡化以及对数变换等图像增强方法,并利用上述算法对EYale B人脸库进行图像的光照归一化。通过理论分析以及仿真实验,表明上述方法在一定程度上能够削弱光照带来的影响,然而在复杂光照下,对人脸图像进行光照归一化处理对人脸图像视觉效果的改善并不明显,可能出现平滑过度或者增强过度的效果。2)本文研究基于朗伯反射模型的增强图像的相关算法,通过实验验证算法的有效性,分析可知:利用多尺度Retinex算法处理时,图像会产生“光晕”现象。分析单尺度自商图像方法和多尺度自商图像方法削弱光照影响的原理以及各自优点。3)本文提出了基于标准差和均值的直方图均衡化与对数变换自适应融合的方法,为了解决均衡化和对数变化等传统算法的缺陷,本文基于图像标准差和均值对灰度图像进行处理,利用标准差作为衡量图像对数变换阈值的参数,接着对得到的灰度图进行限制对比度自适应直方图均衡化增强,然后通过均值计算获得数据集合的中间点,作为对数变换和限制对比度自适应直方图均衡化算法融合的权值。4)本文提出了基于小波变换和自商图像理论的方法对图像的光照不变特征进行提取。然后通过小波变换把图像的高低频两部分分离出来,利用双边滤波器对低频系数进行滤波,从而估计出其所包含的光照信息,再根据多尺度自商图像算法得到光照不变特征,然后对高频分量阈值去噪,从而能够估计得到图像高频系数中所包含的光照信息。最终通过小波系数重构估算出原始图像的光照信息,再通过线性拉伸使得图像得到增强。通过实验对比,该算法对图像的高频分量和低频分量中可用于识别的特征进行充分利用,在变化光照条件下能够取得的效果较好。

关键词：光照归一化自商图像光照不变特征复杂光照人脸识别

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基于在线学习机制的人脸持续跟踪方法

高技术通讯 2019年第6期29卷 546-555页

作者：蔡丽仪吴怀宇陈镜宇陈洋武汉科技大学信息科学与工程学院

针对目标人脸短暂离开画面后不能继续跟踪的问题,提出将增量分层判别回归方法(IHDR)与改进的核相关滤波(KCF)跟踪算法相结合,以解决人脸持续跟踪问题。首先,提取人脸光照不变特征,增量构建人脸特征IHDR树。然后,检索IHDR树识别目标人脸... 详细信息

针对目标人脸短暂离开画面后不能继续跟踪的问题,提出将增量分层判别回归方法(IHDR)与改进的核相关滤波(KCF)跟踪算法相结合,以解决人脸持续跟踪问题。首先,提取人脸光照不变特征,增量构建人脸特征IHDR树。然后,检索IHDR树识别目标人脸,通过循环矩阵获取人脸正负样本,训练岭回归分类器对人脸进行跟踪。在人脸短暂离开画面时,重新识别目标人脸,使用识别结果重新初始化跟踪器,实现对人脸的持续跟踪。此外,针对KCF跟踪器的跟踪框尺度不能自适应的问题,对KCF跟踪器进行了改进,设置3个尺度不同的模板区域并计算响应,以响应最大的区域的尺度为跟踪框的尺度。最后,在不同光照下进行了动态人脸识别实验,识别率达到97.84%。与传统跟踪算法进行对比,所提方法能够在尺度上自适应跟踪目标人脸,并满足实时性要求。在人脸短暂离开画面的视频中,该方法亦能实现对目标持续跟踪。

关键词：人脸持续跟踪光照不变特征在线学习尺度自适应核相关滤波器(KCF)

改进型Gabor自商图算法及其在人脸识别中的应用

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计算机工程与应用 2020年第5期56卷 206-213页

作者：袁小平崔棋纹程干张侠张毅王溯源中国矿业大学信息与控制工程学院

光照变化是影响人脸识别系统性能的关键问题之一,针对该问题提出了一种改进的基于Gabor特征的自商图算法。对人脸图像采用改进的加权Gabor滤波器进行平滑的Gabor特征提取,使用自商图像的方法求取图像的光照不变特征;对得到的自商图像用... 详细信息

光照变化是影响人脸识别系统性能的关键问题之一,针对该问题提出了一种改进的基于Gabor特征的自商图算法。对人脸图像采用改进的加权Gabor滤波器进行平滑的Gabor特征提取,使用自商图像的方法求取图像的光照不变特征;对得到的自商图像用直方图截断等方法进行归一化;在Extended Yale B与CMU PIE人脸库上通过基于皮尔逊相关系数的最近邻方法进行实验。实验结果表明,与传统算法相比,该算法可以大幅度提高人脸识别率。

关键词：人脸识别 Gabor特征自商图像光照不变特征图像增强