ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРТОЧНЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПРОТИВОДЕЙСТВИЯ АТАКЕ СПУФИНГА В СИСТЕМАХ ЛИЦЕВОЙ БИОМЕТРИИ

Предмет исследования.Предложен метод обнаружения ситуации, в которой при лицевой аутентификации один человек маскируется под другого путем подмены его лица фотографией или отображаемым видеороликом. Метод. Задача решается в два последовательных этапа. На первом этапе проводится выделение вектора лицевых признаков. На втором этапе проводится классификация и определение, насколько получаемый кадр (или группа кадров) похож на то, что перед камерой находится человек, а не его фотография или видео. Вектор лицевых признаков извлекается с помощью сверточной нейронной сети. Класс

ификация реализуется путем использования машины опорных векторов. На вход методу можно подавать как один, так и группу кадров. Основные результаты. Предложенное в работе решение задачи противодействия атаке спуфинга дает возможность работать как с реальными  лицами, полученными с низким качеством, так и с поддельными лицами, отображаемыми на дисплеях высокой четкости, что подтверждено экспериментами на двух общедоступных тестовых базах. Проведенные эксперименты показали, что среднее значение ошибок первого и второго рода на тестовых данных не превышает 9%, а точность достигает более 91%. Результаты классификации сопоставимы с лучшими результатами, показанными при использовании других известных методов обнаружения атак спуфинга на этих же тестовых базах. Практическая значимость. Предложенный метод может быть применен для повышения качества аутентификации лицевыми биометрическими системами, а также для разработки мультимодальных биометрических систем.

1. Матвеев Ю.Н. Технологии биометрической идентификации личности по голосу и другим модальностям // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. №3. С. 46–61.
2. Physical access control biometrics [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.findbiometrics.com/physical-access/, свободный. Яз. англ. (дата обращения 05.05.2017).
3. Кухарев Г.А., Каменская Е.И., Матвеев Ю.Н., Щеголева Н.Л. Методы обработки и распознавания изображений лиц в задачах биометрии / Под ред. М.В. Хитрова. СПб: Политехника, 2013. 388 с.
4. Li S.Z., Jain A.K. Handbook of Face Recognition. London: Springer-Verlag, 2011. 724 p. doi: 10.1007/978-0-85729-932-1
5. De Marsico M., Nappi M., Tistarelli M. Face Recognition in Adverse Conditions. IGI Global, 2014. 480 p. doi: 10.4018/978-1-4666-5966-7
6. Bourlai T. Face Recognition Across the Imaging Spectrum. Springer, 2016. 383 p. doi: 10.1007/978-3-319-28501-6
7. Datta A.K., Datta M., Banerjee P.K. Face Detection and Recognition: Theory and Practice. Chapman and Hall/CRC, 2015. 326 p. doi: 10.1201/b19349
8. Ojala T., Pietikainen M., Maenpaa T. Multiresolution gray-scale and rotation invariant texture classification with local binary patterns // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2002. V. 24. N 7. P. 971–987. doi: 10.1109/TPAMI.2002.1017623
9. Shyama V.S., Mary Linda P.A. A survey on facial spoofing detection // International Journal of Science, Engineering and Technology Research. 2016. V. 5. N 1. P. 49–53.
10. Marcel S., Nixon M.S., Li S.Z. Handbook of Biometric Anti-Spoofing: Trusted Biometrics under Spoofing Attacks. Springer, 2014. 281 p. doi: 10.1007/978-1-4471-6524-8
11. Galbally J., Marcel S., Fierrez J. Biometric antispoofing methods: a survey in face recognition // IEEE Access. 2014. V. 2. P. 1530–1552. doi: 10.1109/ACCESS.2014.2381273
12. Parveen S., Syed Ahmad, S.M., Hanafi M., Wan Adnan W.A. Face anti-spoofing methods // Current Science. 2015. V. 108. N 8.
P. 1491–1500. doi: 10.18520/cs/v108/i8/1491-1500
13. Костылев Н.М., Горевой А.В. Модуль определения витальности лица по спектральным характеристикам отражения кожи человека // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 9 (21). C. 47–60. doi: 10.18698/2308-6033-2013-9-925
14. Lagorio A., Tisterelli M., Cadoni M. et. al. Liveness detection based on 3D face shape analysis // Proc. International Workshop on Biometrics and Forensics, IWBF. Lisbon, Portugal, 2013. Art. 657310. doi: 10.1109/IWBF.2013.6547310
15. Chakarborty S., Das D. An overview of face liveness detection // International Journal on Information Theory. 2014. V. 3. N 2. P. 11–25.
16. Bao W., Li H., Li n., Jiang W. A liveness detection method for face recognition based on optical flow field // Proc. Int. Conf. of Image Analysis and Signal Processing. Tiazhou, China, 2009. P. 233–236. doi: 10.1109/IASP.2009.5054589.
17. Kollreider K., Fronthaler M., Bigun J. Evaluating liveness by face images and structure tensor // Proc. 4th IEEE Workshop on Automatic Identification Advanced Technologies. Washington, USA, 2005. P. 75–80. doi: 10.1109/AUTOID.2005.20
18. Jee H.-K., Jung S.-U., Yoo J.-H. Liveness detection for embedded face recognition system // International Journal of Biomedical Sciences. 2006. V. 1. N 4. P. 235.
19. Deng G., Coo B., Miao J. et al. Liveness check algorithm based on eye movement model using SVM // Journal of Computer Aided Design and Computer Graphics. 2003. V. 15. N 7. P. 853–857.
20. Kollreider K., Fronthaler M., Faraj M.I., Bigun J. Real-time face detection and motion analysis with application in liveness assessment // IEEE Transactions on Information Forensics and Security. 2007. V. 2. N 3. P. 548–558. doi: 10.1109/TIFS.2007.902037
21. Kim G., Eum S., Suhr J.K. et al. Face liveness detection based on texture and frequency analyses // Proc. 5th IAPR Int. Conf. on Biometrics (ICB). New Deli, India, 2012. P. 67–72. doi: 10.1109/ICB.2012.6199760
22. Yang J., Lei Z., Liao S., Li S.Z. Face liveness detection with component dependent descriptor // Proc. Int. Conf. on Biometrics (ICB). Madrid, Spain, 2013. doi: 10.1109/ICB.2013.6612955
23. Xiong X., De la Torre F. Supervised descent method and its applications to face alignment // Proc. 26th IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR). Portland, USA, 2013. P. 532–539. doi: 10.1109/CVPR.2013.75
24. Krizhevsky A., Sutskever I., Hinton G.E. ImageNet classification with deep convolutional neural networks // Advances in Neural Information Processing Systems. 2012. V. 2. P. 1097–1105.
25. Deng J., Dong W., Socher R., Li L., Li K., Fei-Fei L. ImageNet: a large-scale hierarchical image database // Proc. IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. Miami, USA, 2009. doi: 10.1109/cvprw.2009.5206848
26. LeCun Y., Bottou L., Orr G.B., Muller K.R. Efficient BackProp // Lecture Notes in Computer Science. 1998. V. 1524. P. 9–50. doi: 10.1007/3-540-49430-8_2.
27. Zhang Z., Yan J., Liu S., Lei Z., Yi D., Li S.Z. A face antispoofing database with diverse attacks // Proc. 5th IAPR Int. Conf. on Biometrics (ICB). New Delhi, India, 2012. P. 26–31. doi: 10.1109/ICB.2012.6199754.
28. Zinelabidine B., Jukka K., Li L., Feng X., Hadid A. OULU-NPU: a mobile face presentation attack database with real-world variations // Proc. IEEE Int. Conf. on Identity, Security and Behavior Analysis (ISBA). New Delhi, India, 2017. P. 1–7.
29. Yi D., Lei Z., Liao S., Li S.Z. Learning Face Representation from Scratch // arXiv preprint arXiv:1411.7923. 2014. 9 p.
30. Jia Y., Shelhamer E., Donahue J., Karayev S., Long J., Girshick R., Guadarrama S., Darrel T. Caffe: convolutional architecture for fast feature embedding // Proc. ACM Conference on Multimedia. Orlando, USA, 2014. P. 675–678.
31. Tan X., Li Y., Liu J., Jiang L. Face liveness detection from a single image with sparse low rank bilinear discriminative model // Lecture Notes in Computer Science. 2010. V. 6316. P. 504–517. doi: 10.1007/978-3-642-15567-3_37
32. Peixoto B., Michelassi C., Rocha A. Face liveness detection under bad illumination conditions // Proc. IEEE 18th Int. Conf. of Image Processing (ICIP). Brussels, Belgium, 2011. P. 3557–3560. doi: 10.1109/ICIP.2011.6116484
33. Maatta J., Hadid A., Pietik M. Face spoofing detection from single images using micro-texture analysis // Proc. 2011 Int. Joint Conference on Biometrics (IJCB). Washington, USA, 2011. doi: 10.1109/IJCB.2011.6117510.
34. Kose N., Dugelay J.L. Classification of captured and recaptured images to detect photograph spoofing // Proc. Int. Conf. on Informatics, Electronics and Vision. Dhaka, India, 2012. P. 1027–1032. doi: 10.1109/ICIEV.2012.6317336
35. Chingovska I., Anjos A., Marcel S. On the effectiveness of local binary patterns in face anti-spoofing // Proc. Int. Conf. on Biometrics Special Interest Group (BIOSIG). Darmstadt, Germany, 2012.
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License