三維人臉識別及其模板保護算法研究.pdf

1、身份認(rèn)證是計算機和互聯(lián)網(wǎng)世界里最基本的一個要素，也是整個信息安全體系的基礎(chǔ)。生物識別技術(shù)應(yīng)用于身份認(rèn)證是未來發(fā)展的趨勢，相對于基于口令和智能卡的技術(shù)來說，生物識別技術(shù)不僅能夠為用戶提供安全等級更高的保護，而且無需記憶、不易丟失，在使用上更加方便。
　　隨著人們安全意識的不斷加強，生物識別系統(tǒng)中固有的安全漏洞已受到廣泛關(guān)注。目前絕大部分的安全威脅，來自于生物識別系統(tǒng)中直接存儲模板這一傳統(tǒng)的工作方式。生物模板保護是近年來專門為解決生物

2、模板存儲的安全問題而提出的一項新技術(shù)，它將模板轉(zhuǎn)換為一種秘密的形式進行存儲，在實現(xiàn)身份認(rèn)證的同時，不泄露原始模板的信息。作為一門新興的技術(shù)，模板保護受到越來越多的關(guān)注，但總的說來，在理論和實際應(yīng)用中仍然存在諸多的問題。
　　生物模板保護技術(shù)在實現(xiàn)對模板安全保護的同時，也對現(xiàn)有的一些生物識別技術(shù)造成一定的沖擊。由于模板保護技術(shù)不直接存儲模板信息，使得一些現(xiàn)有的成熟的算法不再適用。其中，三維人臉識別技術(shù)所受到的影響是最大的。
　

3、　本文將模板保護技術(shù)應(yīng)用到三維人臉識別技術(shù)中，在模板保護的約束條件下，開發(fā)相應(yīng)的三維人臉識別技術(shù)。針對高、低維不同的三維特征模板形式，分別提出基于密鑰生成原則的和基于密鑰綁定原則的模板保護算法，并對兩個算法在理論上的安全性和實際應(yīng)用中的安全性進行了詳細的分析。論文的主要創(chuàng)造性工作如下：
　　提出適用于模板保護的三維人臉預(yù)處理方法。該方法可在沒有原始模型參與的情況下，實現(xiàn)三維人臉模型自動、高效和精確地預(yù)處理。本文針對的是最原始的三維

4、點云人臉結(jié)構(gòu)，在沒有拓撲信息的支持下，通過分析三維數(shù)據(jù)的分布特征，提出頭肩分離的方法，結(jié)合精確定位的人臉基準(zhǔn)點以及五官分布特點，實現(xiàn)對人臉區(qū)域的準(zhǔn)確裁減；最后通過鼻梁骨在三個平面的投影角度對人臉進行配準(zhǔn)。仿真實驗證明該方案能夠精確的定位人臉特征點，其配準(zhǔn)精度與經(jīng)典的ICP方法相當(dāng)，而速度遠遠快于ICP方法。
　　提出了兩種多模態(tài)信息融合的識別算法，一種是直方圖局部統(tǒng)計特征提取算法，它通過分層的辦法，在每個層內(nèi)包含的三維人臉有效點中

5、，提取點數(shù)量和能量的直方圖系數(shù)作為特征，該方法能夠快速有效地對三維人臉進行識別驗證；另外一種是多模態(tài)信息融合的整體統(tǒng)計特征提取算法，它通過對三維模型的重采樣，并融合灰度、曲率和深度信息，用模式識別的方法提取整體的特征，仿真實驗表明該方法具有很高的識別性能。
　　針對高維特征模板，設(shè)計了基于密鑰生成原則的模板保護算法-自偽裝方案(SMS:Self-masked scheme)。該算法能夠通過調(diào)節(jié)量化參數(shù)靈活地在安全和識別性能之間進行

6、權(quán)衡，將其應(yīng)用到直方圖局部統(tǒng)計特征模板保護中，從信息論的角度對算法的安全性進行分析，提出了安全性能和識別性能綜合分析的方法，并結(jié)合實驗結(jié)果對算法在具體使用中的安全性進行定量分析。
　　針對低維特征模板，設(shè)計了基于密鑰綁定原則的模板保護算法-秘密分享模板(SST:Secret Share Template)。該方案采用秘密分享技術(shù)，設(shè)計雙重容錯機制提高容錯性，提出以時間效率換取較高的安全性和識別性，將其應(yīng)用到多模態(tài)信息融合的整體統(tǒng)計