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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作   者：

冯浩宇;  胡永健;  王宇飞;  刘琲贝;  余翔宇;  钟睿; 

作者机构：

华南理工大学计算机科学与工程学院;  华南理工大学电子与信息学院;  广东警官学院刑事科学技术系; 

关键词：

元学习;  人脸反欺诈;  深度学习;  元伪标签;  半监督学习;  光照不变特征; 

期刊名称：

信息安全学报

i s s n：

2096-1146

年卷期：

2023 年 005 期

页   码：

61-80

摘   要：

人脸反欺诈（Faceanti-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（Patternoflocal 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。