Abstract
In the last decades, face recognition systems have evolved a lot in terms of performance. As a result, this technology is now considered as mature and is applied in many real world applications from border control to financial transactions and computer security. Yet, many studies show that these systems suffer from vulnerabilities to spoofing attacks, a weakness that may limit their usage in many cases. A face spoofing attack or presentation attack occurs when someone tries to masquerade as someone else by presenting a fake face in front of the face recognition camera. To protect the recognition systems against attacks of this kind, many face anti-spoofing methods have been proposed. These methods have shown good performances on the existing face anti-spoofing databases. However, their performances degrade drastically under real world variations (e.g., illumination and camera device variations). In this thesis, we concentrate on improving the generalization capabilities of the face anti-spoofing methods with a particular focus on the texture based techniques.
In contrast to most existing texture based methods aiming at extracting texture features from gray-scale images, we propose a joint color-texture analysis. First, the face images are converted into different color spaces. Then, the feature histograms computed over each image band are concatenated and used for discriminating between real and fake face images. Our experiments conducted on three color spaces: RGB, HSV and YCbCr show that extracting the texture information from separated luminance chrominance color spaces (HSV and YCbCr) yields to better performances compared to gray-scale and RGB image representations. Moreover, to deal with the problem of illumination and image-resolution variations, we propose to extract this texture information from different scale images. In addition to representing the face images in different scales, the multi-scale filtering methods also act as pre-processing against factors such as noise and illumination.
Although our obtained results are better than the state of the art, they are still far from the requirements of real world applications. Thus, to help in the development of robust face anti-spoofing methods, we collected a new challenging face anti-spoofing database using six camera devices in three different illumination and environmental conditions. Furthermore, we have organized a competition on the collected database where fourteen face anti-spoofing methods have been assessed and compared. / Tiivistelmä
Kasvontunnistusjärjestelmien suorituskyky on parantunut huomattavasti viime vuosina. Tästä syystä tätä teknologiaa pidetään nykyisin riittävän kypsänä ja käytetään jo useissa käytännön sovelluksissa kuten rajatarkastuksissa, rahansiirroissa ja tietoturvasovelluksissa. Monissa tutkimuksissa on kuitenkin havaittu, että nämä järjestelmät ovat myös haavoittuvia huijausyrityksille, joissa joku yrittää esiintyä jonakin toisena henkilönä esittämällä kameralle jäljennöksen kohdehenkilön kasvoista. Tämä haavoittuvuus rajoittaa kasvontunnistuksen laajempaa käyttöä monissa sovelluksissa. Tunnistusjärjestelmien turvaamiseksi on kehitetty lukuisia menetelmiä tällaisten hyökkäysten torjumiseksi. Nämä menetelmät ovat toimineet hyvin tätä tarkoitusta varten kehitetyillä kasvotietokannoilla, mutta niiden suorituskyky huononee dramaattisesti todellisissa käytännön olosuhteissa, esim. valaistuksen ja käytetyn kuvantamistekniikan variaatioista johtuen. Tässä työssä yritämme parantaa kasvontunnistuksen huijauksen estomenetelmien yleistämiskykyä keskittyen erityisesti tekstuuripohjaisiin menetelmiin.
Toisin kuin useimmat olemassa olevat tekstuuripohjaiset menetelmät, joissa tekstuuripiirteitä irrotetaan harmaasävykuvista, ehdotamme väritekstuurianalyysiin pohjautuvaa ratkaisua. Ensin kasvokuvat muutetaan erilaisiin väriavaruuksiin. Sen jälkeen kuvan jokaiselta kanavalta erikseen lasketut piirrehistogrammit yhdistetään ja käytetään erottamaan aidot ja väärät kasvokuvat toisistaan. Kolmeen eri väriavaruuteen, RGB, HSV ja YCbCr, perustuvat testimme osoittavat, että tekstuuri-informaation irrottaminen HSV- ja YCbCr-väriavaruuksien erillisistä luminanssi- ja krominanssikuvista parantaa suorituskykyä kuvien harmaasävy- ja RGB-esitystapoihin verrattuna. Valaistuksen ja kuvaresoluution variaation takia ehdotamme myös tämän tekstuuri-informaation irrottamista eri tavoin skaalatuista kuvista. Sen lisäksi, että itse kasvot esitetään eri skaaloissa, useaan skaalaan perustuvat suodatusmenetelmät toimivat myös esikäsittelynä sellaisia suorituskykyä heikentäviä tekijöitä vastaan kuten kohina ja valaistus.
Vaikka tässä tutkimuksessa saavutetut tulokset ovat parempia kuin uusinta tekniikkaa edustavat tulokset, ne ovat kuitenkin vielä riittämättömiä reaalimaailman sovelluksissa tarvittavaan suorituskykyyn. Sen takia edistääksemme uusien robustien kasvontunnistuksen huijaamisen ilmaisumenetelmien kehittämistä kokosimme uuden, haasteellisen huijauksenestotietokannan käyttäen kuutta kameraa kolmessa erilaisessa valaistus- ja ympäristöolosuhteessa. Järjestimme keräämällämme tietokannalla myös kansainvälisen kilpailun, jossa arvioitiin ja verrattiin neljäätoista kasvontunnistuksen huijaamisen ilmaisumenetelmää.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:oulo.fi/oai:oulu.fi:isbn978-952-62-1925-7 |
| Date | 15 May 2018 |
| Creators | Boulkenafet, Z. (Zinelabidine) |
| Contributors | Hadid, A. (Abdenour) |
| Publisher | Oulun yliopisto |
| Source Sets | University of Oulu |
| Language | English |
| Detected Language | Finnish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, © University of Oulu, 2018 |
| Relation | info:eu-repo/semantics/altIdentifier/pissn/0355-3213, info:eu-repo/semantics/altIdentifier/eissn/1796-2226 |
Page generated in 0.0068 seconds