文档名：三维深度点云监督和置信度修正的人脸欺诈检测算法
摘要：基于深度学习的人脸身份认证由于使用便捷和用户体验好,成为我国当今最受欢迎的人工智能技术应用之一.人脸识别和认证系统必须确保所比对的人脸是真实人脸,否则输出的结果没有任何商业价值.位于系统前端的人脸欺诈检测也称活体检测是保障人脸识别和认证系统有效输出的关键.现有人脸欺诈检测算法虽然库内性能尚佳,但由于实验室训练环境无法完全模拟真实应用场景,造成源域和目标域的数据在分布上存在差异,导致跨库检测性能明显下降.尽管通过增加检测特征的种类和个数可以改善算法性能,但会导致检测网络构造复杂,模型变大,计算复杂度增加.为了改善算法的跨库检测性能并降低计算的复杂度,本文提出一种基于三维(3D)深度点云监督和置信度修正机制的人脸欺诈检测算法.主要贡献包括:设计了DenseBlockNet,仅用较浅层的DenseBlockNet网络即可提取真假人脸之间具有很好区分度的深度信息特征,模型小;将DenseBlockNet输出的二维深度图与采样点位置进行关联,构造三维深度点云,采用倒角损失函数监督预测的深度点云与实际点云标签之间的三维空间距离,同时还采用图二元交叉熵损失监督预测的深度图与深度图标签之间的差异;在3D深度点云预测模块中引入置信度修正机制,修正二分类误差,同时避免库内过拟合,提高算法的泛化能力.所提出方法与包括2种最新文献的8种典型算法在Replay-attack、CASIA-FASD、MSU-MFSD、Rose-Youtu、OULU-NPU等5个主流人脸欺诈检测数据库上进行了充分的对比实验,实验结果表明,所提出的算法在库内和跨库检测中均能保持半总错误率最低或次低,且模型最小,参数量最少,计算复杂度最低.
Abstract：Duetofeasibilityandfriendlyuserinteraction,deeplearning-basedfacerecognitionandidentityauthenti-cationbecomesoneofthemostpopularartificialintelligencetechnologiesinChina.Thefacerecognitionandidentityau-thenticationsystemshouldsecurethatthecapturedfaceforverificationisalivingfaceratherthanafakefaceorcalledspoofingface.Otherwise,theoutputofthesystemisuselessforbusiness.Facespoofingdetectionorcalledlivingfacede-tectionmechanismissetinthefrontpartofthesystem,andplaysakeyroleindistinguishingafakefacefromtheinputfac-es.Mostcurrentfaceanti-spoofingalgorithmsperformwellinintra-dataset.However,themodeltraininginlabisunabletosimulateallaspectsinthereal-worldapplicationscenarios.Asaresult,thedatadistributioninsourcedomainisnotalwayssimilartothedatadistributionintargetdomain,whichcausesthelab-trainedalgorithmsbarelyperformaswellasinlab.Al-thoughwecanmitigatetheperformancedegradationwiththeincreaseofdetectionfeaturetypesanddimensions,ittendstomakethedetectionnetworkverycomplexinstructureandlargeinmodelsize.Inordertoimprovethegeneralizationabilityofmodelwithoutresortingtolargemodel,wedesignafacespoofingdetectionnetworkusingthe3Ddepthpointcloudsu-pervisionandconfidencecorrectionscheme.Theproposedapproachconsistsofthreemajorcontributions.First,wedesignashallowconvolutionalneuralnetworkcalledDenseBlockNet.Itcanwellextractdistinctivedepthfeaturesbetweenrealfacesandspoofingonesandhasasmallmodelsize.Second,weestablishtherelationshipbetweenthe2Ddepthmappro-ducedbyDenseBlockNetandthecoordinatesofsamplingpoints,andthuscreatea3Ddepthpointcloud.WeadopttheChamferlosstominimizethedistancebetweenthelearned3Ddepthpointcloudandthegroundtruth3Ddepthpointcloudlabel,andusethebinarycrossentropylosstosupervisethedifferencebetweenthelearned2Ddepthmapandthegroundtruth2Ddepthmaplabel.Third,weintroduceapredictionconfidencemaptocorrecttheerrorofthelearned3Ddepthpointcloud,sothatitcanavoidoverfittinginintra-datasetsandobtaingoodgeneralizationabilityininter-datasets.Extensiveex-perimentsareconductedon5popularpresentationattackdatabases,namelyReply-attack,CASIA-FASD,MSU-MFSD,Rose-Youtu,andOULU-NPU.Comparedwith8representativemethodsincluding2SOTAmethods,theproposedmethodcanachievetheleastorsecondleasthalf-total-error-ratesineitherintra-datasetorinter-datasettests.Besides,ithasthesmallestmodel,theleastamountofmodelparametersandthelowestcomputationalcomplexity.
作者：胡永健 蔡楚鑫 刘琲贝 王宇飞 廖广军 Author：HUYong-jian CAIChu-xin LIUBei-bei WANGYu-fei LIAOGuang-jun
作者单位：华南理工大学电子与信息学院,广东广州510641;中新国际联合研究院,广东广州510700华南理工大学电子与信息学院,广东广州510641广东警官学院刑事技术系,广东广州510440
刊名：电子学报 ISTICEIPKU
Journal：ActaElectronicaSinica
年，卷(期)：2023, 51(11)
分类号：TP391.4TP309.1
关键词：人脸欺诈检测 三维深度点云 3D深度点云监督 置信度修正 深度学习 泛化能力
Keywords：facespoofingdetection 3Ddepthpointcloud 3Dpointcloudsupervision confidencecorrection deeplearning generalizationability
机标分类号：TP391.41TN919.81TP212.9
在线出版日期：2024年2月1日
基金项目：三维深度点云监督和置信度修正的人脸欺诈检测算法[
期刊论文] 电子学报--2023, 51(11)胡永健 蔡楚鑫 刘琲贝 王宇飞 廖广军基于深度学习的人脸身份认证由于使用便捷和用户体验好,成为我国当今最受欢迎的人工智能技术应用之一.人脸识别和认证系统必须确保所比对的人脸是真实人脸,否则输出的结果没有任何商业价值.位于系统前端的人脸欺诈检测也...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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