[发明专利]一种提高车牌攻击鲁棒性的对抗攻击方法

权利要求书

1.一种提高车牌攻击鲁棒性的对抗攻击方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S1：按照中国车辆号牌标准，确定车牌底板尺寸、字体和字符间隔，按比例缩放制作常见的小型汽车号牌，将制作的车牌整理为标准车牌数据集，记为数据集O；

S2：采用opencv的仿射变换函数对制作的标准数据集O按照不同角度分段进行仿射变换，变换后的数据集记为数据集A；采用opencv的亮度变换函数对制作的标准数据集O按照不同亮度分段进行亮度变换，变换后的数据集记为数据集B；采用opencv的仿射变换函数和亮度变换函数对制作的标准数据集O按照随机角度和亮度进行变换，变换后的数据集记为数据集C；

S3：构造一个由2个卷积层和1个全连接层构成的经典卷积神经网络LeNet-5，并对车牌数据集O、A、B、C进行字符检测与分割，然后用分割后的数据集训练LeNet-5模型，确保使其能够百分百准确识别无污染、无遮挡的车牌数据，将训练完成后的LeNet-5模型结构和参数保存，以便之后评估攻击效果时调用；

S4：参考数据集O的制作工艺，制作n张不重复的车牌，n为设定数量，采用对抗攻击方法RP2生成对抗扰动，并添加到对应原始无污染、无遮挡的车牌数据上，然后打印所有数字对抗车牌样本；在不同成像角度和光照强度下对打印的真实对抗车牌样本进行拍摄，调用已训练的车牌分类器LeNet-5对拍摄的数字对抗样本进行识别。

2.如权利要求1所述的一种提高车牌攻击鲁棒性的对抗攻击方法，其特征在于：所述步骤S1中，小型汽车号牌为全固定蓝色车牌，使用车牌标准字体，车牌大小与间隔为实际车牌的1/68，车牌数据集制作各省级牌照缩写，地区代号使用A～F字符，最后五位车牌为字母与数字混合的随机字符车牌，一共制作12500个车牌数据，并记为数据集O。

3.如权利要求1或2所述的一种提高车牌攻击鲁棒性的对抗攻击方法，其特征在于：所述步骤S2中，采用opencv的仿射变换函数对制作的标准数据集O按照不同角度分段进行仿射变换，变换后的数据集记为数据集A；该函数只需要已知旋转中心坐标、旋转角度、放缩比例以及返回旋转/放缩矩阵；

采用opencv的亮度变换对制作的标准数据集O按照不同亮度分段进行亮度变换，变换后的数据集记为数据集B，亮度变换记为：

g(i,j)＝α·f(i,j)

公式中的i，j是图像中像素点的横纵坐标，α是比例系数，也叫做增益参数。

4.如权利要求1或2所述的一种提高车牌攻击鲁棒性的对抗攻击方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用opencv的库函数，对数据集O、A、B、C中所有数据进行灰度化，二值化操作，然后分析出车牌中每个字符的分割图块，并将分割后的字符与其对应标签整理成数据集，记为数据集I；从数据集I中随机取出80％作为训练集，其余20％作为测试集。构建一个经典卷积神经网络LeNet-5，它由2个卷积层、2个下采样层和1个全连接层组成，然后将训练集作为输入训练LeNet-5模型，最终在测试集上测得的精度为100％，即模型已经训练完成；将训练完成后的LeNet-5模型结构和参数保存，以便之后评估攻击效果时调用。

5.如权利要求1或2所述的一种提高车牌攻击鲁棒性的对抗攻击方法，其特征在于：所述步骤S4中，参考数据集O的制作方法，制作n张不重复的车牌作为评估的无污染、无遮挡车牌数据；RP2算法搜索特定物理区域将一个扰动δ添加到原始输入，详细说明如下：

x′＝x+δ

上式中，x′表示对抗样本，即分类器对输入x′误分类，x表示为原始的无污染、无遮挡输入，δ表示为扰动；RP2算法的目标是要找到一个最小的扰动δ，使得分类器对对抗样本x′误分类，为了生成鲁棒性较高的对抗样本，构建初始化无靶向攻击的目标函数如下：

初始化有靶向攻击的目标函数是：

在这里，λ是正则化超参数的变形，||δ||_p表示δ的p范数，用来衡量δ的扰动大小，y表示为输入x的真实标签，y*表示为标签的目标类，J(·)是模型的损失函数，用以衡量目标类别与对抗样本类别的距离；

NPS(δ)定义为不可打印性分数，公式如下：

综合上述所有公式，无靶向攻击的目标函数如下：

有靶向攻击的目标函数是：

选定目标函数后，经过训练生成对抗扰动，并添加到对应原始无污染、无遮挡的车牌数据上，即制作完成n张对抗样本，然后打印所有数字对抗车牌样本；在不同成像角度和光照强度下对打印的真实对抗车牌样本进行拍摄，调用已训练的车牌分类器LeNet-5对拍摄的数字对抗样本进行识别，评估生成的对抗样本的效果。