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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Data-driven face presentation-attack detection in mobile devices : Detecção de ataques de apresentação por faces em dispositivos móveis
Title Alternative: Detecção de ataques de apresentação por faces em dispositivos móveis
Author: Almeida, Waldir Rodrigues de, 1990-
Advisor: Rocha, Anderson de Rezende, 1980-
Abstract: Resumo: Com o crescimento e popularização de tecnologias de autenticação biométrica, tais como aquelas baseadas em reconhecimento facial, aumenta-se também a motivação para se explorar ataques em nível de sensor de captura ameaçando a eficácia dessas aplicações em cenários reais. Um desses ataques se dá quando um impostor, desejando destravar um celular alheio, busca enganar o sistema de reconhecimento facial desse dispositivo apresentando a ele uma foto do usuário alvo. Neste trabalho, estuda-se o problema de detecção automática de ataques de apresentação ao reconhecimento facial em dispositivos móveis, considerando o caso de uso de destravamento rápido e as limitações desses dispositivos. Não se assume o uso de sensores adicionais, ou intervenção consciente do usuário, dependendo apenas da imagem capturada pela câmera frontal em todos os processos de decisão. Contribuições foram feitas em relação a diferentes aspectos do problema. Primeiro, foi coletada uma base de dados de ataques de apresentação chamada RECOD-MPAD, que foi especificamente projetada para o cenário alvo, possuindo variações realistas de iluminação, incluindo sessões ao ar livre e de baixa luminosidade, ao contrário das bases públicas disponíveis atualmente. Em seguida, para enriquecer o entendimento do que se pode esperar de métodos baseados puramente em software, adota-se uma abordagem em que as características determinantes para o problema são aprendidas diretamente dos dados a partir de redes convolucionais, diferenciando-se de abordagens tradicionais baseadas em conhecimentos específicos de aspectos do problema. São propostas três diferentes formas de treinamento da rede convolucional profunda desenvolvida para detectar ataques de apresentação: treinamento com faces inteiras e alinhadas, treinamento com patches (regiões de interesse) de resolução variável, e treinamento com uma função objetivo projetada especificamente para o problema. Usando uma arquitetura leve como núcleo da nossa rede, certifica-se que a solução desenvolvida pode ser executada diretamente em celulares disponíveis no mercado no ano de 2017. Adicionalmente, é feita uma análise que considera protocolos inter-fatores e disjuntos de usuário, destacando-se alguns dos problemas com bases de dados e abordagens atuais. Experimentos no benchmark OULU-NPU, proposto recentemente e usado em uma competição internacional, sugerem que os métodos propostos se comparam favoravelmente ao estado da arte, e estariam entre os melhores na competição, mesmo com a condição de pouco uso de memória e recursos computacionais limitados. Finalmente, para melhor adaptar a solução a cada usuário, propõe-se uma forma efetiva de usar uma galeria de dados do usuário para adaptar os modelos ao usuário e ao dispositivo usado, aumentando sua eficácia no cenário operacional

Abstract: With the widespread use of biometric authentication systems, such as those based on face recognition, comes the exploitation of simple attacks at the sensor level that can undermine the effectiveness of these technologies in real-world setups. One example of such attack takes place when an impostor, aiming at unlocking someone else's smartphone, deceives the device¿s built-in face recognition system by presenting a printed image of the genuine user's face. In this work, we study the problem of automatically detecting presentation attacks against face authentication methods in mobile devices, considering the use-case of fast device unlocking and hardware constraints of such devices. We do not assume the existence of any extra sensors or user intervention, relying only on the image captured by the device¿s frontal camera. Our contributions lie on multiple aspects of the problem. Firstly, we collect RECOD-MPAD, a new presentation-attack dataset that is tailored to the mobile-device setup, and is built to have real-world variations in lighting, including outdoors and low-light sessions, in contrast to existing public datasets. Secondly, to enrich the understanding of how far we can go with purely software-based methods when tackling this problem, we adopt a solely data-driven approach ¿ differently from handcrafted methods in prior art that focus on specific aspects of the problem ¿ and propose three different ways of training a deep convolutional neural network to detect presentation attacks: training with aligned faces, training with multi-resolution patches, and training with a multi-objective loss function crafted specifically to the problem. By using a lightweight architecture as the core of our network, we ensure that our solution can be efficiently embedded in modern smartphones in the market at the year of 2017. Additionally, we provide a careful analysis that considers several user-disjoint and cross-factor protocols, highlighting some of the problems with current datasets and approaches. Experiments with the OULU-NPU benchmark, which was used recently in an international competition, suggest that our methods are among the top performing ones. Finally, to further enhance the model's efficacy and discriminability in the target setup of user authentication for mobile devices, we propose a method that leverages the available gallery of user data in the device and adapts the method decision-making process to the user's and device¿s own characteristics
Subject: Aprendizado de máquina
Redes neurais (Computação)
Reconhecimento facial (Computação)
Biometria
Dispositivos móveis
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: ALMEIDA, Waldir Rodrigues de. Data-driven face presentation-attack detection in mobile devices: Detecção de ataques de apresentação por faces em dispositivos móveis. 2018. 1 recurso online (90 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:IC - Tese e Dissertação

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