Exploring remote photoplethysmography signals for deepfake detection in facial videos

Abstract. With the advent of deep learning-based facial forgeries, also called "deepfakes", the feld of accurately detecting forged videos has become a quickly growing area of research. For this endeavor, remote photoplethysmography, the process of extracting biological signals such as the blood volume pulse and heart rate from facial videos, offers an interesting avenue for detecting fake videos that appear utterly authentic to the human eye. This thesis presents an end-to-end system for deepfake video classifcation using remote photoplethysmography. The minuscule facial pixel colour changes are used to extract the rPPG signal, from which various features are extracted and used to train an XGBoost classifer. The classifer is then tested using various colour-to-blood volume pulse methods (OMIT, POS, LGI and CHROM) and three feature extraction window lengths of two, four and eight seconds. The classifer was found effective at detecting deepfake videos with an accuracy of 85 %, with minimal performance difference found between the window lengths. The GREEN channel signal was found to be important for this classifcationEtäfotoplethysmografian hyödyntäminen syväväärennösten tunnistamiseen. Tiivistelmä. Syväväärennösten eli syväoppimiseen perustuvien kasvoväärennöksien yleistyessä väärennösten tarkasta tunnistamisesta koneellisesti on tullut nopeasti kasvava tutkimusalue. Etäfotoplethysmografa (rPPG) eli biologisten signaalien kuten veritilavuuspulssin tai sykkeen mittaaminen videokuvasta tarjoaa kiinnostavan keinon tunnistaa väärennöksiä, jotka vaikuttavat täysin aidoilta ihmissilmälle. Tässä diplomityössä esitellään etäfotoplethysmografaan perustuva syväväärennösten tunnistusmetodi. Kasvojen minimaalisia värimuutoksia hyväksikäyttämällä mitataan fotoplethysmografasignaali, josta lasketuilla ominaisuuksilla koulutetaan XGBoost-luokittelija. Luokittelijaa testataan usealla eri värisignaalista veritilavuussignaaliksi muuntavalla metodilla sekä kolmella eri ominaisuuksien ikkunapituudella. Luokittelija pystyy tunnistamaan väärennetyn videon aidosta 85 % tarkkuudella. Eri ikkunapituuksien välillä oli minimaalisia eroja, ja vihreän värin signaalin havaittiin olevan luokittelun suorituskyvyn kannalta merkittävä